JP5061453B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムに係り、特に移動体の動力源に好適なアイドルストップ性能を向上させた燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system with improved idle stop performance suitable for a power source of a moving body.

燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。特に固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池は、動作温度が低く、取り扱いが容易なことから電動車両用の電源として注目されている。すなわち、燃料電池車両は、高圧水素タンク、液体水素タンク、水素吸蔵合金タンクなどの水素貯蔵装置を車両に搭載し、そこから供給される水素と、酸素を含む空気とを燃料電池に送り込んで反応させ、燃料電池から取り出した電気エネルギで駆動輪につながるモータを駆動するものであり、排出物質は水だけであるという究極のクリーン車両である。   In a fuel cell, a fuel gas such as hydrogen gas and an oxidizing gas containing oxygen are electrochemically reacted through an electrolyte, and electric energy is directly taken out between electrodes provided on both surfaces of the electrolyte. In particular, a polymer electrolyte fuel cell using a polymer electrolyte has attracted attention as a power source for electric vehicles because of its low operating temperature and easy handling. That is, a fuel cell vehicle is equipped with a hydrogen storage device such as a high-pressure hydrogen tank, a liquid hydrogen tank, or a hydrogen storage alloy tank in the vehicle, and reacts by supplying hydrogen supplied therefrom and air containing oxygen to the fuel cell. This is the ultimate clean vehicle that drives the motor connected to the drive wheels with the electric energy extracted from the fuel cell, and the only exhaust material is water.

ところで、燃料電池の出力が小さい運転領域では、発電効率が低いために発電を停止して、二次電池やコンデンサ等の蓄電装置から電力供給するシステムがある。このシステムでは、燃料電池の発電効率が低い運転領域を回避し、燃料電池システムの燃費性能を向上させることができる。   By the way, in the operation region where the output of the fuel cell is small, there is a system in which power generation is stopped because power generation efficiency is low and power is supplied from a power storage device such as a secondary battery or a capacitor. In this system, it is possible to avoid an operation region where the power generation efficiency of the fuel cell is low and to improve the fuel efficiency of the fuel cell system.

例えば特許文献1に開示されている燃料電池自動車は、発電要求量が所定値以下であっても、アノード入口の水素圧力と大気圧との差圧が所定値以上である場合に、アイドルストップを禁止する条件を備えている。
特開2004−173450号公報(第6頁、図3)
For example, the fuel cell vehicle disclosed in Patent Document 1 performs idle stop when the required pressure for power generation is not more than a predetermined value and the differential pressure between the hydrogen pressure at the anode inlet and the atmospheric pressure is not less than the predetermined value. It has a prohibition condition.
JP 2004-173450 A (page 6, FIG. 3)

しかしながら上記従来例にあっては、高負荷、高運転圧力の発電状態からアクセルを放してブレーキ操作により車速が低下し、要求発電量が所定値以下となっても、アノードの水素圧力が低下が遅く、アノード圧力と大気圧との差圧条件が満足されないために、アイドルストップができず、燃費性能が低下したり音響振動特性が低下するという問題点があった。   However, in the above conventional example, the accelerator is released from the power generation state with a high load and a high operating pressure, and the vehicle speed is reduced by the brake operation, and even if the required power generation amount becomes a predetermined value or less, the hydrogen pressure at the anode does not decrease. Slowly, since the differential pressure condition between the anode pressure and the atmospheric pressure is not satisfied, idle stop cannot be performed, and there is a problem that fuel consumption performance is lowered and acoustic vibration characteristics are lowered.

上記問題点を解決するために、本発明は、燃料ガスを供給する燃料供給装置と、酸化剤ガスを供給する酸化剤供給装置と、燃料極に供給された前記燃料ガスと酸化剤極に供給された前記酸化剤ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池と、燃料電池の低負荷時であって前記燃料極の燃料ガス圧力が所定の圧力以下のときに前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの供給を一時停止させるアイドルストップ制御手段と、燃料極の出口から入口へ燃料極で消費されなかった燃料ガスを循環させる燃料循環路及び循環ポンプと、を備えた燃料電池システムにおいて、前記アイドルストップ制御手段が前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの供給を一時停止させる際に、前記燃料極における燃料ガス圧力を前記所定の圧力以下に低下させる減圧操作を行い、前記減圧操作は燃料電池からの電流取出操作であり、前記減圧操作中の前記循環ポンプの回転数を前記減圧操作開始直前の回転数よりも増加させることにより、前記減圧操作中の電流取出のための電気負荷を前記減圧操作開始直前の電気負荷より大きくすることを要旨とする。
また本発明は、燃料ガスを供給する燃料供給装置と、酸化剤ガスを供給するコンプレッサと、燃料極に供給された前記燃料ガスと酸化剤極に供給された前記酸化剤ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池と、燃料電池の低負荷時であって前記燃料極の燃料ガス圧力が所定の圧力以下のときに前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの供給を一時停止させるアイドルストップ制御手段と、を備えた燃料電池システムにおいて、アイドルストップ制御手段が燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を一時停止させる際に、燃料極における燃料ガス圧力を前記所定の圧力以下に低下させる減圧操作を行い、前記減圧操作は燃料電池からの電流取出操作であり、前記減圧操作中のコンプレッサの回転数を前記減圧操作開始直前の回転数よりも増加させることにより、前記減圧操作中の電流取出のための電気負荷を前記減圧操作開始直前の電気負荷より大きくすることを要旨とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides a fuel supply device that supplies fuel gas, an oxidant supply device that supplies oxidant gas, and the fuel gas and oxidant electrode supplied to the fuel electrode. A fuel cell that generates electricity by electrochemically reacting the oxidant gas, and the fuel gas and the oxidant when the fuel cell is at a low load and the fuel gas pressure at the fuel electrode is equal to or lower than a predetermined pressure. A fuel cell system comprising: an idle stop control means for temporarily stopping supply of gas; and a fuel circulation path and a circulation pump for circulating fuel gas that has not been consumed at the fuel electrode from the outlet to the inlet of the fuel electrode. When the stop control means temporarily stops the supply of the fuel gas and the oxidant gas, a pressure reducing operation is performed to reduce the fuel gas pressure at the fuel electrode below the predetermined pressure, Serial decompression operations are current extraction operation from the fuel cell, by increasing than the rotational speed of the said depressurization immediately before the rotational speed of the circulating pump in the pressure reducing operation, because of the current extraction in the depressurization The gist of the present invention is to make the electrical load larger than the electrical load immediately before the start of the pressure reducing operation.
The present invention also provides an electrochemical reaction between a fuel supply device that supplies fuel gas, a compressor that supplies oxidant gas, and the fuel gas supplied to the fuel electrode and the oxidant gas supplied to the oxidant electrode. A fuel cell for generating power, and an idle stop control means for temporarily stopping the supply of the fuel gas and the oxidant gas when the fuel gas pressure at the fuel electrode is equal to or lower than a predetermined pressure at a low load of the fuel cell And when the idle stop control means temporarily stops the supply of the fuel gas and the oxidant gas, a pressure reducing operation for reducing the fuel gas pressure at the fuel electrode to be equal to or lower than the predetermined pressure is performed. The depressurization operation is a current extraction operation from the fuel cell, and the rotation speed of the compressor during the depressurization operation is increased from the rotation speed immediately before the start of the depressurization operation. Ri, it is summarized in that to increase the pressure reducing electrical load for current extraction in operation than the pressure reduction operation immediately before the start of the electrical load.

本発明によれば、燃料極における燃料ガス圧力と酸化剤極における酸化剤ガス圧力との少なくとも一方の圧力が高い場合にもアイドルストップすることができ、燃料電池システムの燃費性能を向上させるとともに、音響振動性能を向上させることができるという効果がある。   According to the present invention, it is possible to idle stop even when the pressure of at least one of the fuel gas pressure at the fuel electrode and the oxidant gas pressure at the oxidant electrode is high, improving the fuel efficiency of the fuel cell system, There is an effect that the acoustic vibration performance can be improved.

次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、特に限定されないが、以下の各参考例及び実施例は、燃料電池車両に本発明を適用した例である。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Although not particularly limited, the following reference examples and examples are examples in which the present invention is applied to a fuel cell vehicle.

[参考例1]
図1は、本発明に係る燃料電池システムの参考例1の概要を説明するシステム構成図である。同図において、燃料電池システムは、例えば固体高分子型の燃料電池本体1を備えている。燃料電池本体1は、図示しない電解質膜を酸化剤極(カソード)1aと燃料極(アノード)1bで挟持した単電池(セル)が複数積層された構造を有するが単セルのみ図示している。
[Reference Example 1]
FIG. 1 is a system configuration diagram illustrating an outline of a reference example 1 of a fuel cell system according to the present invention. In the figure, the fuel cell system includes a solid polymer fuel cell body 1, for example. The fuel cell main body 1 has a structure in which a plurality of single cells (cells) sandwiching an electrolyte membrane (not shown) between an oxidant electrode (cathode) 1a and a fuel electrode (anode) 1b are stacked, but only a single cell is shown.

燃料極1bには燃料として水素ガス、酸化剤極1aには酸化剤ガスとして空気が供給され、以下に示す電極反応が進行され、電力が発電される。   Hydrogen gas is supplied as fuel to the fuel electrode 1b, and air is supplied as oxidant gas to the oxidant electrode 1a. The electrode reaction shown below proceeds to generate electric power.

燃料極(アノード) :H2 → 2H+ +2e- …(1)
酸化剤極(カソード):2H+ +2e- +(1/2)O2 → H2O …(2)
酸化剤としての空気は、酸化剤供給手段である空気コンプレッサ11が圧縮した空気を空気供給経路12を介して酸化剤極1aへ供給される。空気供給経路12上には空気系加湿装置13と、空気圧力計16が設けられ、酸化剤極1aへ供給される空気を加湿する一方、空気圧力を検出してコントローラ45へ送信する。酸化剤極出口には、空気排気経路14と、空気調圧弁15が設けられ、コントローラ45が空気調圧弁15の開度を制御することにより酸化剤極圧力が制御される。
Fuel electrode (anode): H 2 → 2H + + 2e (1)
Oxidant electrode (cathode): 2H + + 2e + (1/2) O 2 → H 2 O (2)
The air as the oxidant is supplied to the oxidant electrode 1a through the air supply path 12 as the air compressed by the air compressor 11 as the oxidant supply means. An air-type humidifier 13 and an air pressure gauge 16 are provided on the air supply path 12 to humidify the air supplied to the oxidizer electrode 1a, while detecting the air pressure and transmitting it to the controller 45. An air exhaust path 14 and an air pressure regulating valve 15 are provided at the oxidant electrode outlet, and the controller 45 controls the opening degree of the air pressure regulating valve 15 to control the oxidant electrode pressure.

燃料ガスとしての水素は、高圧水素タンク21から水素供給経路22を介して燃料極1bへ供給される。高圧水素タンク21から供給される高圧水素は、水素調圧弁23で所望の圧力まで減圧され、さらに水素系加湿装置25で加湿されて燃料極1bへ供給される。燃料極入口の圧力は、水素圧力計29で検出され、コントローラ45へ送信される。   Hydrogen as a fuel gas is supplied from the high-pressure hydrogen tank 21 to the fuel electrode 1b via the hydrogen supply path 22. The high-pressure hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 21 is depressurized to a desired pressure by the hydrogen pressure regulating valve 23, further humidified by the hydrogen-based humidifier 25, and supplied to the fuel electrode 1b. The pressure at the fuel electrode inlet is detected by the hydrogen pressure gauge 29 and transmitted to the controller 45.

燃料極1bの出口から入口へ燃料極で消費されなかった水素ガスを循環させる水素循環経路26と、水素循環ポンプ24が設けられている。   A hydrogen circulation path 26 that circulates hydrogen gas that has not been consumed at the fuel electrode from the outlet to the inlet of the fuel electrode 1b and a hydrogen circulation pump 24 are provided.

燃料電池本体1の発電電圧は、電圧計41により検出され、コントローラ45へ送信される。また燃料電池本体1には、電流計42を介して負荷装置40が接続され、燃料電池の発電電力が負荷装置40に供給される。また燃料電池システムは、蓄電装置としてのバッテリ44と、これの充放電を制御するバッテリコントローラ43を備える。バッテリコントローラ43は、燃料電池本体1の発電電力が不足する場合、バッテリ44から負荷装置40へ放電させるとともに、燃料電池本体1の発電電力に余剰がある場合に、燃料電池本体1からバッテリ44への充電を制御する。   The generated voltage of the fuel cell body 1 is detected by the voltmeter 41 and transmitted to the controller 45. In addition, a load device 40 is connected to the fuel cell main body 1 via an ammeter 42, and the generated power of the fuel cell is supplied to the load device 40. The fuel cell system includes a battery 44 as a power storage device and a battery controller 43 that controls charging and discharging thereof. The battery controller 43 discharges the battery 44 from the battery 44 to the load device 40 when the generated power of the fuel cell main body 1 is insufficient, and from the fuel cell main body 1 to the battery 44 when there is surplus in the generated power of the fuel cell main body 1. Control the charging.

また、バッテリコントローラ43は、バッテリ44の電圧及び充放電電流、さらに必要であればバッテリ温度等を検出し、これらの検出結果に基づいてバッテリ44の蓄電量を検出または推定して、コントローラ45へ送信する。   Further, the battery controller 43 detects the voltage and charge / discharge current of the battery 44, and further, if necessary, the battery temperature, etc., and detects or estimates the amount of electricity stored in the battery 44 based on these detection results, and sends it to the controller 45. Send.

燃料電池本体1の運転温度を適度な値に保持するために、冷却水を循環させる冷却系が設けられている。冷却系は、冷却水を循環駆動する冷却水ポンプ31、燃料電池本体1内の冷却水経路、冷却水温度計34、冷却水の熱を系外へ放出する熱交換器33、これらを接続する冷却水循環経路32を備えている。   In order to maintain the operating temperature of the fuel cell main body 1 at an appropriate value, a cooling system for circulating the cooling water is provided. The cooling system connects a cooling water pump 31 that circulates and drives the cooling water, a cooling water path in the fuel cell main body 1, a cooling water thermometer 34, and a heat exchanger 33 that releases heat of the cooling water to the outside of the system. A cooling water circulation path 32 is provided.

コントローラ45は、燃料電池システムの起動、停止、発電時に、各センサ信号を用いてシステム内の各アクチュエータをコントロールする。   The controller 45 controls each actuator in the system using each sensor signal at the time of starting, stopping, and generating power of the fuel cell system.

酸化剤極1aには、酸化剤として空気を供給するため、化学反応しない窒素が、電解質膜を透過して、燃料極1b、水素循環経路26及び水素循環ポンプ24を含む水素循環系に蓄積する。水素循環系に蓄積した窒素量が多くなりすぎると、水素循環系の気体の質量密度が増加し、水素循環ポンプ24によるガス循環量を維持できなくなるため、水素循環系内の窒素量を管理する必要がある。したがって、水素循環系内の窒素を含んだガスを水素排出弁28により外部に排出し、水素循環系内に存在する窒素量を循環性能が維持できるようにする。   In order to supply air as an oxidant to the oxidant electrode 1a, nitrogen that does not react chemically passes through the electrolyte membrane and accumulates in the hydrogen circulation system including the fuel electrode 1b, the hydrogen circulation path 26, and the hydrogen circulation pump 24. . If the amount of nitrogen accumulated in the hydrogen circulation system becomes too large, the mass density of the gas in the hydrogen circulation system increases and the gas circulation amount by the hydrogen circulation pump 24 cannot be maintained, so the amount of nitrogen in the hydrogen circulation system is managed. There is a need. Therefore, the gas containing nitrogen in the hydrogen circulation system is discharged to the outside by the hydrogen discharge valve 28 so that the circulation performance can be maintained for the amount of nitrogen present in the hydrogen circulation system.

尚、図1では図示しないが、コントローラ45には、車両速度を検出する車速センサ、アクセル操作量を検出するアクセルセンサ、ブレーキ作動状態か否かを検出するブレーキスイッチ(ブレーキランプ点灯用信号と同じ信号)が接続されている。そして、これらのセンサから車速信号、アクセル操作量信号、ブレーキ作動状態信号がそれぞれコントローラ45へ入力される。   Although not shown in FIG. 1, the controller 45 includes a vehicle speed sensor for detecting the vehicle speed, an accelerator sensor for detecting the accelerator operation amount, a brake switch for detecting whether or not the brake is in operation (the same as the brake lamp lighting signal). Signal) is connected. Then, a vehicle speed signal, an accelerator operation amount signal, and a brake operation state signal are input to the controller 45 from these sensors.

ントローラ45は、CPU、ROM、作業用RAM、入出力インタフェースを備えたマイクロプロセッサで構成されている。そして、コントローラ45は、ROMに格納された制御プログラムを実行することにより、燃料電池システム全体を制御するとともに、燃料電池の低負荷時に燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を一時停止させるアイドルストップ制御手段である。 Controller 45, CPU, ROM, a working RAM, and is constituted by a microprocessor with input and output interface. The controller 45 controls the entire fuel cell system by executing a control program stored in the ROM, and idle stop control means for temporarily stopping the supply of fuel gas and oxidant gas when the fuel cell is under a low load. It is.

また、コントローラ45は、燃料電池の低負荷を検出した場合、水素調圧弁23を閉止して水素ガス供給を停止し、燃料電池本体1からの電流取り出しを指示するか或いは水素排出弁28を開いて、燃料極1bの圧力を所定圧力以下に低下させる減圧操作を行う。   Further, when detecting a low load on the fuel cell, the controller 45 closes the hydrogen pressure regulating valve 23 to stop the supply of hydrogen gas, and instructs the current extraction from the fuel cell body 1 or opens the hydrogen discharge valve 28. Then, a pressure reducing operation for reducing the pressure of the fuel electrode 1b to a predetermined pressure or less is performed.

図2は、図1の燃料電池本体1を構成する単セルの模式断面図である。燃料電池単セル100は、膜電極接合体(MEA)101と、セパレータ107,108とで構成されている。MEA101は、水素イオンを伝導し電子を伝導させない電解質膜102と、電解質膜102の両面に形成されそれぞれ白金等の触媒微粒子を炭素等に担持した燃料極触媒層103及び酸化剤極触媒層104と、それぞれ導電性多孔質で形成された燃料極ガス拡散層105及び酸化剤極ガス拡散層106とを備えている。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a single cell constituting the fuel cell main body 1 of FIG. The fuel cell single cell 100 includes a membrane electrode assembly (MEA) 101 and separators 107 and 108. The MEA 101 includes an electrolyte membrane 102 that conducts hydrogen ions and does not conduct electrons, a fuel electrode catalyst layer 103 and an oxidant electrode catalyst layer 104 that are formed on both surfaces of the electrolyte membrane 102 and each support catalyst fine particles such as platinum on carbon. The fuel electrode gas diffusion layer 105 and the oxidant electrode gas diffusion layer 106, each of which is formed of a conductive porous material, are provided.

燃料極側のセパレータ107には、燃料ガス流路109が形成され、燃料ガスとしての水素が供給される。酸化剤極側のセパレータ108には、酸化剤ガス流路110が形成され、酸化剤ガスとしての空気が供給される。水素と、空気中の酸素とは、上記式(1)、(2)の電気化学反応を起こして発電する。   A fuel gas channel 109 is formed in the separator 107 on the fuel electrode side, and hydrogen as a fuel gas is supplied. An oxidant gas flow path 110 is formed in the separator 108 on the oxidant electrode side, and air as an oxidant gas is supplied. Hydrogen and oxygen in the air generate electricity by causing an electrochemical reaction of the above formulas (1) and (2).

次に、図3の制御フローチャートを参照して、参考例1におけるコントローラ45の作用について説明する。この制御フローチャートは、一定の制御周期、例えば、100[ms]毎にコントローラのメインルーチンから呼び出されて実行されるものとする。 Next, the operation of the controller 45 in Reference Example 1 will be described with reference to the control flowchart of FIG. This control flowchart is called and executed from the main routine of the controller every fixed control cycle, for example, every 100 [ms].

まず、ステップ(以下、ステップをSと略す)01において、コントローラ45は、車両状態及び燃料電池システムの状態を読み込む。これらの状態には、車速センサが検出した車速、アクセルセンサが検出したアクセル操作量(アクセル開度)、ブレーキ操作状態か否かを示すブレーキスイッチ、燃料電池に対する要求出力、水素圧力計29が検出した燃料極1bの水素圧力、空気圧力計16が検出した酸化剤極1aの空気圧力、バッテリコントローラ43が検出したバッテリ44の蓄電量が含まれる。   First, in step (hereinafter, step is abbreviated as S) 01, the controller 45 reads the vehicle state and the state of the fuel cell system. These states include the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor, the accelerator operation amount (accelerator opening) detected by the accelerator sensor, the brake switch indicating whether or not the brake is in operation, the required output to the fuel cell, and the hydrogen pressure gauge 29 The hydrogen pressure of the fuel electrode 1b, the air pressure of the oxidant electrode 1a detected by the air pressure gauge 16, and the amount of charge of the battery 44 detected by the battery controller 43 are included.

次いで、S02において、コントローラ45は、アイドルストップが許可されるか否かを判定する。アイドルストップ判定条件としては、例えば、車速が所定速度以下、アクセル開度が0、ブレーキ操作が行われれいること、要求出力が所定値以下、バッテリ蓄電量が所定値以上、という各条件が全て満たされたときにアイドルストップ許可されたと判定する。(無論、これらの条件の全ての組み合わせが必須ではなく、いずれかの条件判定でも良い。)
S02の判定でアイドルストップ許可されたと判定したとき、S03へ進む。アイドルストップ許可されないと判断したとき、何もせずにメインルーチンへリターンする。
Next, in S02, the controller 45 determines whether or not idle stop is permitted. As an idle stop determination condition, for example, the vehicle speed is a predetermined speed or less, the accelerator opening is 0, the brake operation is being performed, the required output is a predetermined value or less, and the battery charge amount is a predetermined value or more are all satisfied. When it is determined that the idle stop is permitted. (Of course, all combinations of these conditions are not essential, and any condition determination may be performed.)
When it is determined in S02 that the idle stop is permitted, the process proceeds to S03. When it is determined that the idle stop is not permitted, the process returns to the main routine without doing anything.

S03では、コントローラ45は、水素調圧弁23を閉止させて、燃料極1bへの新たな水素供給を停止させる。次いで、S04において、コントローラ45は、水素圧力計29が検出した燃料極1bの水素圧力が所定圧力値を超えているか否かを判定する。水素圧力が所定圧力値を超えていれば、S05へ進み、水素圧力が所定圧力値を超えていなければ、S06へ進む。   In S03, the controller 45 closes the hydrogen pressure regulating valve 23 to stop new hydrogen supply to the fuel electrode 1b. Next, in S04, the controller 45 determines whether or not the hydrogen pressure of the fuel electrode 1b detected by the hydrogen pressure gauge 29 exceeds a predetermined pressure value. If the hydrogen pressure exceeds the predetermined pressure value, the process proceeds to S05, and if the hydrogen pressure does not exceed the predetermined pressure value, the process proceeds to S06.

S05では、コントローラ45は、負荷装置40へ燃料電池本体1から電流を取り出して消費させることを指示して、メインルーチンへリターンする。これにより燃料極1b及び水素循環経路26内の水素が消費され、燃料極圧力が低下することになり、アイドルストップが可能となる。   In S05, the controller 45 instructs the load device 40 to take out the current from the fuel cell main body 1 and consume it, and then returns to the main routine. As a result, the hydrogen in the fuel electrode 1b and the hydrogen circulation path 26 is consumed, and the fuel electrode pressure is lowered, thereby enabling an idle stop.

S06では、コントローラ45は、負荷装置40へ燃料電池本体1からの電流取出の停止を指示して、メインルーチンへリターンする。その後、メインルーチンから呼び出される図示しないアイドルストップの停止処理ルーチンにより、空気コンプレッサの停止、水素循環ポンプの停止等の処置が行われる。   In S06, the controller 45 instructs the load device 40 to stop current extraction from the fuel cell main body 1, and returns to the main routine. Thereafter, an idle stop stop processing routine (not shown) called from the main routine performs measures such as stopping the air compressor and stopping the hydrogen circulation pump.

尚、S05において、バッテリ44の空き容量に余裕がある場合、燃料電池本体1から取り出した電流を負荷装置40で消費することなく、バッテリコントローラ43を介してバッテリ44へ充電してもよい。これにより減圧操作における消費燃料を無駄なく利用し、燃料電池システムの燃費性能を更に向上させることができるという効果がある。   In S05, when the battery 44 has a sufficient free capacity, the battery 44 may be charged via the battery controller 43 without consuming the current extracted from the fuel cell body 1 by the load device 40. Thus, there is an effect that the fuel consumption in the decompression operation can be used without waste and the fuel efficiency of the fuel cell system can be further improved.

[実施例]
次に、本発明に係る燃料電池システムの実施例を説明する。実施例のシステム構成は、図1に示した参考例1と同様である。本実施例は、アイドルストップが許可されたときに、水素循環ポンプ24と空気コンプレッサ11との少なくとも一方の回転速度を増加させることにより電流消費させて、燃料極の水素圧力を所定圧力値以下に低下させる点に特徴がある。本実施例によれば、負荷装置で電流消費ができない場合にも電流消費による減圧操作を行うことができ、アイドルストップの頻度を向上させ、燃料電池の燃費性能を向上させることができるという効果がある。
[Example]
Next, examples of the fuel cell system according to the present invention will be described. The system configuration of the embodiment is the same as that of the reference example 1 shown in FIG. In this embodiment, when idling stop is permitted, current consumption is performed by increasing the rotational speed of at least one of the hydrogen circulation pump 24 and the air compressor 11, and the hydrogen pressure of the fuel electrode is reduced to a predetermined pressure value or less. It is characterized in that it is lowered. According to the present embodiment, even when the load device cannot consume current, the decompression operation by current consumption can be performed, the frequency of idle stop can be improved, and the fuel efficiency of the fuel cell can be improved. is there.

図4は、実施例におけるコントローラ45の作用を説明する制御フローチャートである。この制御フローチャートは、一定の制御周期、例えば、100[ms]毎にコントローラのメインルーチンから呼び出されて実行されるものとする。 Figure 4 is a control flowchart for explaining the operation of definitive controller 45 in the examples. This control flowchart is called and executed from the main routine of the controller every fixed control cycle, for example, every 100 [ms].

図4のS01からS04までの処理内容は、図3に示した参考例1と同様である。S04において、コントローラ45は、水素圧力計29が検出した燃料極1bの水素圧力が所定圧力値を超えているか否かを判定する。水素圧力が所定圧力値を超えていれば、S05へ進み、水素圧力が所定圧力値を超えていなければ、S06へ進む。 The processing contents from S01 to S04 in FIG. 4 are the same as those in Reference Example 1 shown in FIG. In S04, the controller 45 determines whether or not the hydrogen pressure of the fuel electrode 1b detected by the hydrogen pressure gauge 29 exceeds a predetermined pressure value. If the hydrogen pressure exceeds the predetermined pressure value, the process proceeds to S05, and if the hydrogen pressure does not exceed the predetermined pressure value, the process proceeds to S06.

S05では、コントローラ45は、水素循環ポンプ24と空気コンプレッサ11との少なくとも一方の回転数を増加させることにより、燃料電池本体1から電流を取り出して消費させることを指示して、メインルーチンへリターンする。これにより燃料極1b及び水素循環経路内の水素が消費され、燃料極圧力が低下することになる。S06では、コントローラ45は、燃料電池本体1からの電流取出の停止を指示して、メインルーチンへリターンする。   In S05, the controller 45 instructs to take out the current from the fuel cell body 1 for consumption by increasing the rotational speed of at least one of the hydrogen circulation pump 24 and the air compressor 11, and returns to the main routine. . As a result, the fuel electrode 1b and the hydrogen in the hydrogen circulation path are consumed, and the fuel electrode pressure decreases. In S06, the controller 45 instructs stop of the current extraction from the fuel cell main body 1, and returns to the main routine.

[参考例2]
次に、本発明に係る燃料電池システムの参考例2を説明する。参考例2のシステム構成は、図1に示した参考例1と同様である。本参考例は、アイドルストップが許可されたときに、燃料極の水素圧力を所定圧力値以下に低下させる減圧操作を燃料電池からの電流取出により行う際に、減圧しない極である酸化剤極の目標ガス供給量を取出電流に応じた供給量以上とする点に特徴がある。本参考例によれば、減圧操作しない方の極に反応ガスを十分供給することができ、反応ガス不足による燃料電池本体の劣化を防止することができるという効果がある。
[Reference Example 2]
Next, Reference Example 2 of the fuel cell system according to the present invention will be described. The system configuration of Reference Example 2 is the same as that of Reference Example 1 shown in FIG. In this reference example, when the depressurization operation for reducing the hydrogen pressure of the fuel electrode to a predetermined pressure value or less is performed by taking out the current from the fuel cell when the idle stop is permitted, the oxidant electrode that is not depressurized is used. It is characterized in that the target gas supply amount is set to be equal to or greater than the supply amount corresponding to the extraction current. According to this reference example, it is possible to sufficiently supply the reaction gas to the electrode that is not operated under reduced pressure, and it is possible to prevent the deterioration of the fuel cell main body due to the lack of the reaction gas.

図5は、参考例2におけるコントローラ45の作用を説明する制御フローチャートである。この制御フローチャートは、一定の制御周期、例えば、100[ms]毎にコントローラのメインルーチンから呼び出されて実行されるものとする。 FIG. 5 is a control flowchart for explaining the operation of the controller 45 in Reference Example 2 . This control flowchart is called and executed from the main routine of the controller every fixed control cycle, for example, every 100 [ms].

図5のS01からS04までの処理内容は、図3に示した参考例1と同様である。S04において、コントローラ45は、水素圧力計29が検出した燃料極1bの水素圧力が所定圧力値を超えているか否かを判定する。水素圧力が所定圧力値を超えていれば、S05へ進み、水素圧力が所定圧力値を超えていなければ、S06へ進む。S06では、燃料電池からの電流取り出しを終了して、メインルーチンへリターンする。 The processing contents from S01 to S04 in FIG. 5 are the same as those in Reference Example 1 shown in FIG. In S04, the controller 45 determines whether or not the hydrogen pressure of the fuel electrode 1b detected by the hydrogen pressure gauge 29 exceeds a predetermined pressure value. If the hydrogen pressure exceeds the predetermined pressure value, the process proceeds to S05, and if the hydrogen pressure does not exceed the predetermined pressure value, the process proceeds to S06. In S06, the current extraction from the fuel cell is terminated, and the process returns to the main routine.

S05では、コントローラ45は、負荷装置40へ燃料電池本体1から電流を取り出して消費させることを指示する。これにより燃料極1b及び水素循環経路内の水素が消費され、燃料極圧力が低下することになる。次いで、S07で空気コンプレッサ11の回転数が所定回転数未満であるか否かを判定する。この所定回転数とは、S05で燃料電池から電流取り出しを指示した電流値に対応する空気流量を供給可能な回転数である。   In S05, the controller 45 instructs the load device 40 to take out current from the fuel cell main body 1 and consume it. As a result, the fuel electrode 1b and the hydrogen in the hydrogen circulation path are consumed, and the fuel electrode pressure decreases. Next, in S07, it is determined whether or not the rotational speed of the air compressor 11 is less than a predetermined rotational speed. The predetermined number of revolutions is the number of revolutions that can supply the air flow rate corresponding to the current value instructed to extract current from the fuel cell in S05.

S07の判定で、空気コンプレッサ11の回転数が所定回転数未満でなければ(所定回転数以上であれば)、取り出し電流に対応した空気流量が供給されているとして、S10へ進む。S07の判定で、空気コンプレッサ11の回転数が所定回転数未満であれば、S08へ進む。S08では、水素循環ポンプ24の回転数が所定回転数未満であるか否かを判定する。この所定回転数とは、S05で燃料電池から電流取り出しを指示した電流値に対応する水素循環流量を供給可能な回転数である。   If it is determined in S07 that the rotation speed of the air compressor 11 is not less than the predetermined rotation speed (if it is equal to or higher than the predetermined rotation speed), it is determined that the air flow rate corresponding to the extraction current is supplied, and the process proceeds to S10. If it is determined in S07 that the rotational speed of the air compressor 11 is less than the predetermined rotational speed, the process proceeds to S08. In S08, it is determined whether or not the rotational speed of the hydrogen circulation pump 24 is less than a predetermined rotational speed. The predetermined number of revolutions is the number of revolutions that can supply the hydrogen circulation flow rate corresponding to the current value instructed to extract current from the fuel cell in S05.

S08の判定で、水素循環ポンプ24の回転数が所定回転数未満であれば、S09へ進む。S08の判定で、水素循環ポンプ24の回転数が所定回転数未満でなければ(所定回転数以上であれば)、S10へ進む。   If it is determined in S08 that the rotation speed of the hydrogen circulation pump 24 is less than the predetermined rotation speed, the process proceeds to S09. If it is determined in S08 that the rotation speed of the hydrogen circulation pump 24 is not less than the predetermined rotation speed (if it is equal to or higher than the predetermined rotation speed), the process proceeds to S10.

S09では、燃料電池本体1からの取出電流を増加させるとともに、水素循環ポンプ24の回転数を上昇させ、空気コンプレッサ11の回転数を上昇させて、メインルーチンへリターンする。これにより、燃料電池本体1への空気供給量が増加し、減圧操作しない方の極には十分ガスが供給され、減圧操作時の供給ガス不足による劣化を生じさせることがない。   In S09, the extraction current from the fuel cell main body 1 is increased, the rotation speed of the hydrogen circulation pump 24 is increased, the rotation speed of the air compressor 11 is increased, and the process returns to the main routine. As a result, the amount of air supplied to the fuel cell main body 1 is increased, and sufficient gas is supplied to the electrode that does not perform the depressurization operation, so that deterioration due to a shortage of supply gas during the depressurization operation does not occur.

S10では、燃料電池本体1からの取出電流を維持(固定)させるとともに、水素循環ポンプ24の回転数及び空気コンプレッサ11の回転数を維持(固定)させて、メインルーチンへリターンする。   In S10, the extraction current from the fuel cell main body 1 is maintained (fixed), the rotation speed of the hydrogen circulation pump 24 and the rotation speed of the air compressor 11 are maintained (fixed), and the process returns to the main routine.

[参考例3]
次に、本発明に係る燃料電池システムの参考例3を説明する。参考例3のシステム構成は、図1に示した参考例1とほぼ同様であるが、図1には図示されない窒素濃度検出手段を燃料極1bまたは水素循環経路26に備えている。本参考例は、アイドルストップが許可されたときに、燃料極の水素圧力を所定圧力値以下に低下させる減圧操作を燃料電池からの電流取出により行う際に、燃料極または水素循環経路(燃料循環路)内の窒素濃度を検出し、検出した窒素濃度が所定値以上であるときには、電流取出を制限するする点に特徴がある。本参考例によれば、燃料極の窒素濃度が高い場合には、電流取り出しを行わないので、窒素濃度か高い状態でアイドルストップすることが無くなり、アイドルストップからの復帰時に、水素分圧の上昇が困難となって、燃料電池スタックを劣化させることが無くなる。
[Reference Example 3]
Next, Reference Example 3 of the fuel cell system according to the present invention will be described. The system configuration of the reference example 3 is substantially the same as that of the reference example 1 shown in FIG. 1, but a nitrogen concentration detection means (not shown in FIG. 1) is provided in the fuel electrode 1 b or the hydrogen circulation path 26. In this reference example, when idling stop is permitted, when the depressurization operation for reducing the hydrogen pressure of the fuel electrode to a predetermined pressure value or less is performed by taking out the current from the fuel cell, the fuel electrode or the hydrogen circulation path (fuel circulation) The characteristic is that the current extraction is limited when the nitrogen concentration in the road) is detected and the detected nitrogen concentration is a predetermined value or more. According to this reference example, when the nitrogen concentration of the fuel electrode is high, current extraction is not performed, so there is no idle stop when the nitrogen concentration is high, and the hydrogen partial pressure increases when returning from idle stop. It becomes difficult to deteriorate the fuel cell stack.

図6は、参考例3におけるコントローラ45の作用を説明する制御フローチャートである。この制御フローチャートは、一定の制御周期、例えば、100[ms]毎にコントローラのメインルーチンから呼び出されて実行されるものとする。 FIG. 6 is a control flowchart for explaining the operation of the controller 45 in Reference Example 3 . This control flowchart is called and executed from the main routine of the controller every fixed control cycle, for example, every 100 [ms].

まず、S01において、コントローラ45は、車両状態及び燃料電池システムの状態を読み込む。これらの状態には、車速センサが検出した車速、アクセルセンサが検出したアクセル操作量(アクセル開度)、ブレーキ操作状態か否かを示すブレーキスイッチ、燃料電池に対する要求出力、水素圧力計29が検出した燃料極1bの水素圧力、空気圧力計16が検出した酸化剤極1aの空気圧力、窒素濃度検出手段が検出した窒素濃度が含まれる。   First, in S01, the controller 45 reads the vehicle state and the state of the fuel cell system. These states include the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor, the accelerator operation amount (accelerator opening) detected by the accelerator sensor, the brake switch indicating whether or not the brake is in operation, the required output to the fuel cell, and the hydrogen pressure gauge 29 The hydrogen pressure of the fuel electrode 1b, the air pressure of the oxidant electrode 1a detected by the air pressure gauge 16, and the nitrogen concentration detected by the nitrogen concentration detecting means are included.

次いで、S02において、コントローラ45は、アイドルストップが許可されるか否かを判定する。アイドルストップ判定条件としては、例えば、車速が所定速度以下、アクセル開度が0、ブレーキ操作が行われれいること、要求出力が所定値以下、という各条件が全て満たされたとにアイドルストップ許可されたと判定する。   Next, in S02, the controller 45 determines whether or not idle stop is permitted. As an idle stop determination condition, for example, when the vehicle speed is equal to or lower than a predetermined speed, the accelerator opening is 0, the brake operation is performed, and the required output is equal to or lower than a predetermined value, the idle stop is permitted. judge.

S02の判定でアイドルストップ許可されたと判定したとき、S03へ進む。アイドルストップ許可されないと判断したとき、何もせずにメインルーチンへリターンする。   When it is determined in S02 that the idle stop is permitted, the process proceeds to S03. When it is determined that the idle stop is not permitted, the process returns to the main routine without doing anything.

S03では、コントローラ45は、水素調圧弁23を閉止させて、燃料極1bへの新たな水素供給を停止させる。次いで、S04において、コントローラ45は、水素圧力計29が検出した燃料極1bの水素圧力が所定圧力値を超えているか否かを判定する。水素圧力が所定圧力値を超えていれば、S05へ進み、水素圧力が所定圧力値を超えていなければ、S06へ進む。   In S03, the controller 45 closes the hydrogen pressure regulating valve 23 to stop new hydrogen supply to the fuel electrode 1b. Next, in S04, the controller 45 determines whether or not the hydrogen pressure of the fuel electrode 1b detected by the hydrogen pressure gauge 29 exceeds a predetermined pressure value. If the hydrogen pressure exceeds the predetermined pressure value, the process proceeds to S05, and if the hydrogen pressure does not exceed the predetermined pressure value, the process proceeds to S06.

S05では、コントローラ45は、窒素濃度検出手段が検出した燃料極1bまたは水素循環経路24の窒素濃度が所定濃度未満であるか否かを判定する。窒素濃度が所定濃度未満であれば、S07へ進み、窒素濃度が所定濃度未満でなければ(所定濃度以上であれば)、S06へ進む。   In S05, the controller 45 determines whether or not the nitrogen concentration in the fuel electrode 1b or the hydrogen circulation path 24 detected by the nitrogen concentration detecting means is less than a predetermined concentration. If the nitrogen concentration is less than the predetermined concentration, the process proceeds to S07. If the nitrogen concentration is not less than the predetermined concentration (if it is equal to or higher than the predetermined concentration), the process proceeds to S06.

S07では、コントローラ45は、負荷装置40へ燃料電池本体1から電流を取り出して消費させることを指示して、メインルーチンへリターンする。これにより燃料極1b及び水素循環経路内の水素が消費され、燃料極圧力が低下することになる。S06では、コントローラ45は、負荷装置40へ燃料電池本体1からの電流取出の停止を指示して、メインルーチンへリターンする。   In S07, the controller 45 instructs the load device 40 to take out the current from the fuel cell main body 1 and consume it, and then returns to the main routine. As a result, the fuel electrode 1b and the hydrogen in the hydrogen circulation path are consumed, and the fuel electrode pressure decreases. In S06, the controller 45 instructs the load device 40 to stop current extraction from the fuel cell main body 1, and returns to the main routine.

[参考例4]
次に、本発明に係る燃料電池システムの参考例4を説明する。参考例4のシステム構成は、図1に示した参考例1と同様である。本参考例は、アイドルストップが許可されたときに、燃料極の水素圧力を所定圧力値以下に低下させる減圧操作を水素排出弁(パージ弁)を開いて行うことに特徴がある。
[Reference Example 4]
Next, reference example 4 of the fuel cell system according to the present invention will be described. The system configuration of Reference Example 4 is the same as that of Reference Example 1 shown in FIG. This reference example is characterized in that, when idling stop is permitted, a depressurization operation for reducing the hydrogen pressure of the fuel electrode to a predetermined pressure value or less is performed by opening a hydrogen discharge valve (purge valve).

図7は、参考例4におけるコントローラ45の作用を説明する制御フローチャートである。この制御フローチャートは、一定の制御周期、例えば、100[ms]毎にコントローラのメインルーチンから呼び出されて実行されるものとする。 FIG. 7 is a control flowchart for explaining the operation of the controller 45 in Reference Example 4 . This control flowchart is called and executed from the main routine of the controller every fixed control cycle, for example, every 100 [ms].

まず、S01において、コントローラ45は、車両状態及び燃料電池システムの状態を読み込む。これらの状態には、車速センサが検出した車速、アクセルセンサが検出したアクセル操作量(アクセル開度)、ブレーキ操作状態か否かを示すブレーキスイッチ、燃料電池に対する要求出力、水素圧力計29が検出した燃料極1bの水素圧力、空気圧力計16が検出した酸化剤極1aの空気圧力が含まれる。   First, in S01, the controller 45 reads the vehicle state and the state of the fuel cell system. These states include the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor, the accelerator operation amount (accelerator opening) detected by the accelerator sensor, the brake switch indicating whether or not the brake is in operation, the required output to the fuel cell, and the hydrogen pressure gauge 29 The hydrogen pressure of the fuel electrode 1b and the air pressure of the oxidant electrode 1a detected by the air pressure gauge 16 are included.

次いで、S02において、コントローラ45は、アイドルストップが許可されるか否かを判定する。アイドルストップ判定条件としては、例えば、車速が所定速度以下、アクセル開度が0、ブレーキ操作が行われれいること、要求出力が所定値以下、という各条件が全て満たされたとにアイドルストップ許可されたと判定する。   Next, in S02, the controller 45 determines whether or not idle stop is permitted. As an idle stop determination condition, for example, when the vehicle speed is equal to or lower than a predetermined speed, the accelerator opening is 0, the brake operation is performed, and the required output is equal to or lower than a predetermined value, the idle stop is permitted. judge.

S02の判定でアイドルストップ許可されたと判定したとき、S03へ進む。アイドルストップ許可されないと判断したとき、何もせずにメインルーチンへリターンする。   When it is determined in S02 that the idle stop is permitted, the process proceeds to S03. When it is determined that the idle stop is not permitted, the process returns to the main routine without doing anything.

S03では、コントローラ45は、水素調圧弁23を閉止させて、燃料極1bへの新たな水素供給を停止させる。次いで、S04において、コントローラ45は、水素圧力計29が検出した燃料極1bの水素圧力が所定圧力値を超えているか否かを判定する。水素圧力が所定圧力値を超えていれば、S05へ進み、水素圧力が所定圧力値を超えていなければ、S06へ進む。   In S03, the controller 45 closes the hydrogen pressure regulating valve 23 to stop new hydrogen supply to the fuel electrode 1b. Next, in S04, the controller 45 determines whether or not the hydrogen pressure of the fuel electrode 1b detected by the hydrogen pressure gauge 29 exceeds a predetermined pressure value. If the hydrogen pressure exceeds the predetermined pressure value, the process proceeds to S05, and if the hydrogen pressure does not exceed the predetermined pressure value, the process proceeds to S06.

S05では、コントローラ45は、水素排出弁28を開いて、水素排気経路27から燃料極1b及び水素循環経路26内の水素を系外へ排出させるパージを実行することにより、水素圧力を低下させて、メインルーチンへリターンする。これにより燃料極1b及び水素循環経路内の水素圧力が低下することになる。S06では、コントローラ45は、パージを終了するために、水素排出弁28の閉止を指示して、メインルーチンへリターンする。   In S05, the controller 45 opens the hydrogen discharge valve 28 and executes a purge for discharging the hydrogen in the fuel electrode 1b and the hydrogen circulation path 26 from the hydrogen exhaust path 27 to the outside of the system, thereby reducing the hydrogen pressure. Return to the main routine. As a result, the hydrogen pressure in the fuel electrode 1b and the hydrogen circulation path decreases. In S06, the controller 45 gives an instruction to close the hydrogen discharge valve 28 and returns to the main routine in order to end the purge.

[参考例5]
次に、本発明に係る燃料電池システムの参考例5を説明する。参考例5のシステム構成は、図1に示した参考例1とほぼ同様であるが、水素排出弁28の下流に空気コンプレッサ11が供給する空気流量で排出水素を希釈する燃料ガス希釈手段を備えている。本参考例は、アイドルストップが許可されたときに、燃料極の水素圧力を所定圧力値以下に低下させる減圧操作を水素排出弁(パージ弁)を開いて行う際に、水素排出弁から排出する水素流量を制限して、希釈空気流量で所定濃度(水素の燃焼下限界濃度)未満となるように希釈することに特徴がある。
[Reference Example 5]
Next, Reference Example 5 of the fuel cell system according to the present invention will be described. The system configuration of the reference example 5 is substantially the same as that of the reference example 1 shown in FIG. 1, but includes a fuel gas diluting means for diluting the discharged hydrogen at the air flow rate supplied by the air compressor 11 downstream of the hydrogen discharge valve 28. ing. In this reference example, when idling stop is permitted, when the hydrogen discharge valve (purge valve) is opened to reduce the hydrogen pressure of the fuel electrode below a predetermined pressure value, the hydrogen discharge valve is discharged. It is characterized in that the hydrogen flow rate is limited and the dilution air flow rate is diluted so as to be less than a predetermined concentration (hydrogen combustion lower limit concentration).

図8は、参考例5におけるコントローラ45の作用を説明する制御フローチャートである。この制御フローチャートは、一定の制御周期、例えば、100[ms]毎にコントローラのメインルーチンから呼び出されて実行されるものとする。 FIG. 8 is a control flowchart for explaining the operation of the controller 45 in Reference Example 5 . This control flowchart is called and executed from the main routine of the controller every fixed control cycle, for example, every 100 [ms].

図8のS01からS06までの処理内容は、図7に示した参考例4と同様である。本参考例では、図7のS05のステップに続いて、S07からS10のステップが追加されている。S05で、コントローラ45は、水素排出弁28を開いて、水素排気経路27から燃料極1b及び水素循環経路26内の水素を系外へ排出させるパージを実行することにより、水素圧力を低下させて、S07へ進む。 The processing contents from S01 to S06 in FIG. 8 are the same as those in Reference Example 4 shown in FIG. In this reference example, steps S07 to S10 are added after the step S05 in FIG. In S05, the controller 45 opens the hydrogen discharge valve 28 and executes a purge for discharging the hydrogen in the fuel electrode 1b and the hydrogen circulation path 26 from the hydrogen exhaust path 27 to the outside of the system, thereby reducing the hydrogen pressure. , Go to S07.

S07では、パージ実行により排出される水素を希釈する希釈空気流量が所定流量を超えているか否かを判定する。この空気流量の検出には、空気コンプレッサ11の下流に流量センサを設けてもよいし、空気コンプレッサ11の回転速度から空気流量を推定してもよい。S07の判定で用いる所定流量は、水素排出弁28から排出される水素流量を水素の燃焼下限界濃度未満に希釈する空気流量である。   In S07, it is determined whether or not the flow rate of dilution air for diluting the hydrogen discharged by the purge execution exceeds a predetermined flow rate. For detection of the air flow rate, a flow rate sensor may be provided downstream of the air compressor 11, or the air flow rate may be estimated from the rotation speed of the air compressor 11. The predetermined flow rate used in the determination of S07 is an air flow rate for diluting the hydrogen flow rate discharged from the hydrogen discharge valve 28 to less than the lower limit concentration of hydrogen combustion.

S07の判定で、希釈空気流量が所定流量を超えていれば、S08へ進み、そうでなければ、S10へ進む。S08では、空気コンプレッサ11の回転数が所定回転数未満であるか否かを判定する。空気コンプレッサの回転数が所定回転数未満であれば、S09へ進み、そうでなければ、S10へ進む。   If it is determined in S07 that the dilution air flow rate exceeds the predetermined flow rate, the process proceeds to S08, and if not, the process proceeds to S10. In S08, it is determined whether the rotation speed of the air compressor 11 is less than a predetermined rotation speed. If the rotation speed of the air compressor is less than the predetermined rotation speed, the process proceeds to S09, and if not, the process proceeds to S10.

S09では、水素排出弁28からの排出流量であるパージ流量を増量して、メインルーチンへリターンする。S09では、同パージ流量を減量して、メインルーチンへリターンする。これにより、燃料極の減圧操作時に、安全性を十分確保することができる。   In S09, the purge flow rate, which is the discharge flow rate from the hydrogen discharge valve 28, is increased, and the process returns to the main routine. In S09, the purge flow rate is reduced and the process returns to the main routine. Thereby, sufficient safety can be ensured during the decompression operation of the fuel electrode.

参考例における水素排出弁28のパージ流量変化の方法として、例えば、次に示す3通りの方法がある。 For example, there are the following three methods for changing the purge flow rate of the hydrogen discharge valve 28 in this reference example.

(1)周期的に水素排出弁28を開き、そのうちの水素排出弁28を開いている時間率を変化させることによりパージ流量を変化させる。 (1) The purge flow rate is changed by periodically opening the hydrogen discharge valve 28 and changing the time rate during which the hydrogen discharge valve 28 is open.

(2)水素排出弁28として、オリフィス径の異なる複数の水素排出弁を備え、開弁する水素排出弁を切り換えることによりパージ流量を変化させる。 (2) As the hydrogen discharge valve 28, a plurality of hydrogen discharge valves having different orifice diameters are provided, and the purge flow rate is changed by switching the hydrogen discharge valve to be opened.

(3)水素排出弁28として、開度変化可能な弁を備え、その開度を制御することによりパージ流量を変化させる。 (3) The hydrogen discharge valve 28 is provided with a valve whose opening degree can be changed, and the purge flow rate is changed by controlling the opening degree.

これら3通りのパージ流量調整により、燃料極圧力の減圧操作時に必要量以上の水素を放出することが無くなり、無駄に燃料を消費することがない。   By these three kinds of purge flow rate adjustments, hydrogen more than a necessary amount is not released when the fuel electrode pressure is reduced, and fuel is not consumed wastefully.

[参考例6]
次に、本発明に係る燃料電池システムの参考例6を説明する。参考例6のシステム構成は、図1に示した参考例1と同様である。本参考例は、アイドルストップが許可されたときに、燃料極の水素圧力を所定圧力値以下に低下させる減圧操作を、燃料電池から電流取り出しにより行うことと、水素排出弁(パージ弁)を開いて行うことを併用する点に特徴がある。本参考例によれば、電流取出操作とパージ操作とを併用して減圧操作を行うことができるので、所望の圧力まで短時間で減圧することができるという効果がある。
[Reference Example 6]
Next, Reference Example 6 of the fuel cell system according to the present invention will be described. The system configuration of Reference Example 6 is the same as that of Reference Example 1 shown in FIG. In this reference example, when idle stop is permitted, the depressurization operation to reduce the hydrogen pressure of the fuel electrode to a predetermined pressure value or less is performed by extracting current from the fuel cell, and the hydrogen discharge valve (purge valve) is opened. It is characterized in that it is used together. According to this reference example , since the pressure reducing operation can be performed by using both the current extraction operation and the purge operation, there is an effect that the pressure can be reduced to a desired pressure in a short time.

図9は、参考例6におけるコントローラ45の作用を説明する制御フローチャートである。この制御フローチャートは、一定の制御周期、例えば、100[ms]毎にコントローラのメインルーチンから呼び出されて実行されるものとする。 FIG. 9 is a control flowchart for explaining the operation of the controller 45 in Reference Example 6 . This control flowchart is called and executed from the main routine of the controller every fixed control cycle, for example, every 100 [ms].

図9のS01からS04までの処理内容は、図3に示した参考例1と同様である。本参考例では、S04の判定で、水素圧力が所定圧力を超えていた場合、S05へ進み、そうでなければ、何もせずにメインルーチンへリターンする。 The processing contents from S01 to S04 in FIG. 9 are the same as those in Reference Example 1 shown in FIG. In this reference example, if it is determined in S04 that the hydrogen pressure exceeds the predetermined pressure, the process proceeds to S05, and if not, the process returns to the main routine without doing anything.

S05では、燃料電池からの電流取り出し(電流消費)が許可されたか否かを判定する。例えば、負荷装置40で電流消費が可能な場合、或いは、バッテリ44が充電可能な場合には、燃料電池本体1から電流取り出しが許可されると判断し、負荷装置40で電流消費できず、バッテリ44が充電可能でない場合には、電流消費が許可されないと判定する。S05で電流消費が許可されたと判定したときは、S06へ進み電流消費して、S08へ進む。S05で電流消費が許可されないと判定したときには、S07へ進み電流消費を終了させ、S08へ進む。   In S05, it is determined whether or not current extraction (current consumption) from the fuel cell is permitted. For example, when the load device 40 can consume current, or when the battery 44 can be charged, it is determined that current extraction from the fuel cell body 1 is permitted, and the load device 40 cannot consume current, and the battery If 44 is not chargeable, it is determined that current consumption is not permitted. When it is determined in S05 that current consumption is permitted, the process proceeds to S06, current is consumed, and the process proceeds to S08. If it is determined in S05 that current consumption is not permitted, the process proceeds to S07, where the current consumption is terminated, and the process proceeds to S08.

S08では、パージ操作が許可されたか否かを判定する。例えば、空気コンプレッサ11が送り出す空気流量で水素排出弁28から排出される水素が燃焼下限界濃度未満まで希釈できないときには、パージ操作が許可されないと判定する。   In S08, it is determined whether the purge operation is permitted. For example, when the hydrogen discharged from the hydrogen discharge valve 28 cannot be diluted to below the lower combustion limit concentration at the air flow rate delivered by the air compressor 11, it is determined that the purge operation is not permitted.

S08でパージ操作が許可されたと判定したときには、S09へ進み、水素排出弁28を開いてパージ操作を実行し、メインルーチンへリターンする。S08でパージ操作が許可されないと判定したときには、S10へ進み、水素排出弁28を閉じてパージを終了してメインルーチンへリターンする。   When it is determined in S08 that the purge operation is permitted, the process proceeds to S09, the hydrogen discharge valve 28 is opened, the purge operation is executed, and the process returns to the main routine. When it is determined in S08 that the purge operation is not permitted, the process proceeds to S10, the hydrogen discharge valve 28 is closed, the purge is terminated, and the process returns to the main routine.

以上、好ましい実施例を説明したが、これらは本発明を限定するものではない。例えば、空気圧力以外のアイドルストップ許可条件が成立した場合に、空気コンプレッサからの空気供給を停止して、水素供給を継続しながら、酸化剤極の減圧操作を行うことも考えられる。また、減圧操作として、燃料極圧力と酸化剤極圧力を同時に低減するような構成も可能である。   While the preferred embodiments have been described above, they are not intended to limit the invention. For example, when an idle stop permission condition other than the air pressure is satisfied, it is conceivable to perform the pressure reducing operation of the oxidizer electrode while stopping the air supply from the air compressor and continuing the hydrogen supply. Further, as the depressurization operation, a configuration in which the fuel electrode pressure and the oxidant electrode pressure are simultaneously reduced is possible.

本発明に係る燃料電池システムの全体構成を示すシステム構成図である。1 is a system configuration diagram showing an overall configuration of a fuel cell system according to the present invention. 燃料電池単セルの構造を説明する模式断面図である。It is a schematic cross section explaining the structure of a fuel cell single cell. 参考例1の制御フローチャートである。5 is a control flowchart of Reference Example 1. 実施例の制御フローチャートである。It is a control flowchart of an Example . 参考例2の制御フローチャートである。 10 is a control flowchart of Reference Example 2 . 参考例3の制御フローチャートである。 10 is a control flowchart of Reference Example 3 . 参考例4の制御フローチャートである。 10 is a control flowchart of Reference Example 4 . 参考例5の制御フローチャートである。 10 is a control flowchart of Reference Example 5 . 参考例6の制御フローチャートである。 10 is a control flowchart of Reference Example 6 .

1…燃料電池本体
1a…酸化剤極
1b…燃料極
11…空気コンプレッサ
13…空気系加湿装置
15…空気調圧弁
21…高圧水素タンク
23…水素調圧弁
24…水素循環ポンプ
25…水素系加湿装置
26…水素循環路
28…水素排出弁
40…負荷装置
43…バッテリコントローラ
44…バッテリ
45…コントローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell main body 1a ... Oxidizer electrode 1b ... Fuel electrode 11 ... Air compressor 13 ... Air-type humidifier 15 ... Air pressure regulator 21 ... High-pressure hydrogen tank 23 ... Hydrogen pressure regulator 24 ... Hydrogen circulation pump 25 ... Hydrogen-type humidifier 26 ... Hydrogen circulation path 28 ... Hydrogen discharge valve 40 ... Load device 43 ... Battery controller 44 ... Battery 45 ... Controller

Claims (2)

燃料ガスを供給する燃料供給装置と、
酸化剤ガスを供給する酸化剤供給装置と、
燃料極に供給された前記燃料ガスと酸化剤極に供給された前記酸化剤ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池と、
燃料電池の低負荷時であって前記燃料極の燃料ガス圧力が所定の圧力以下のときに前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの供給を一時停止させるアイドルストップ制御手段と、
前記燃料極の出口から入口へ前記燃料極で消費されなかった前記燃料ガスを循環させる燃料循環路及び循環ポンプと、
を備えた燃料電池システムにおいて、
前記アイドルストップ制御手段が前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの供給を一時停止させる際に、前記燃料極における燃料ガス圧力を前記所定の圧力以下に低下させる減圧操作を行い、前記減圧操作は燃料電池からの電流取出操作であり、前記減圧操作中の前記循環ポンプの回転数を前記減圧操作開始直前の回転数よりも増加させることにより、前記減圧操作中の電流取出のための電気負荷を前記減圧操作開始直前の電気負荷より大きくすることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel supply device for supplying fuel gas;
An oxidant supply device for supplying an oxidant gas;
A fuel cell that generates electricity through an electrochemical reaction between the fuel gas supplied to the fuel electrode and the oxidant gas supplied to the oxidant electrode;
An idle stop control means for temporarily stopping the supply of the fuel gas and the oxidant gas when the fuel cell is at a low load and the fuel gas pressure of the fuel electrode is equal to or lower than a predetermined pressure;
A fuel circulation path and a circulation pump for circulating the fuel gas that has not been consumed at the fuel electrode from an outlet to an inlet of the fuel electrode;
In a fuel cell system comprising:
When the idle stop control means temporarily stops the supply of the fuel gas and the oxidant gas, a pressure reducing operation for reducing the fuel gas pressure at the fuel electrode to be equal to or lower than the predetermined pressure is performed, and the pressure reducing operation is a fuel cell. An electric load for extracting current during the decompression operation by increasing the number of revolutions of the circulating pump during the decompression operation from the number of revolutions immediately before the start of the decompression operation. A fuel cell system characterized in that it is larger than the electric load immediately before the start of operation.
燃料ガスを供給する燃料供給装置と、
酸化剤ガスを供給するコンプレッサと、
燃料極に供給された前記燃料ガスと酸化剤極に供給された前記酸化剤ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池と、
燃料電池の低負荷時であって前記燃料極の燃料ガス圧力が所定の圧力以下のときに前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの供給を一時停止させるアイドルストップ制御手段と、
を備えた燃料電池システムにおいて、
前記アイドルストップ制御手段が前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの供給を一時停止させる際に、前記燃料極における燃料ガス圧力を前記所定の圧力以下に低下させる減圧操作を行い、前記減圧操作は燃料電池からの電流取出操作であり、前記減圧操作中の前記コンプレッサの回転数を前記減圧操作開始直前の回転数よりも増加させることにより、前記減圧操作中の電流取出のための電気負荷を前記減圧操作開始直前の電気負荷より大きくすることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel supply device for supplying fuel gas;
A compressor for supplying oxidant gas;
A fuel cell that generates electricity through an electrochemical reaction between the fuel gas supplied to the fuel electrode and the oxidant gas supplied to the oxidant electrode;
An idle stop control means for temporarily stopping the supply of the fuel gas and the oxidant gas when the fuel cell is at a low load and the fuel gas pressure of the fuel electrode is equal to or lower than a predetermined pressure;
In a fuel cell system comprising:
When the idle stop control means temporarily stops the supply of the fuel gas and the oxidant gas, a pressure reducing operation for reducing the fuel gas pressure at the fuel electrode to be equal to or lower than the predetermined pressure is performed, and the pressure reducing operation is a fuel cell. a current extraction operation from, by increasing than the rotational speed of the depressurization immediately before the rotational speed of the compressor in the depressurization, the pressure reducing operation of the electric load for the current extraction during the depressurization fuel cell system that is characterized in that larger than the electric load immediately before the start.
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