JP5098133B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

この発明は、燃料電池システムに係り、特に車両への搭載に適し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 suitable for mounting in a vehicle.

従来、例えば特開2004−47149号公報に開示されるように、燃料電池システムが知られている。上記従来のシステムが有する燃料電池は、アノード側およびカソード側に、それぞれ電極層と、拡散層と、複数の通電部とを有している。アノード側の電極層とカソード側の電極層との間には電解質層が設けられている。   Conventionally, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-47149, a fuel cell system is known. The fuel cell included in the conventional system has an electrode layer, a diffusion layer, and a plurality of current-carrying portions on the anode side and the cathode side, respectively. An electrolyte layer is provided between the anode-side electrode layer and the cathode-side electrode layer.

アノード側では、拡散層を通じて電極層に水素H2が供給される。電極層では、水素がイオン化され、電子e-が生成される。生成された電子e-は、拡散層を通って通電部に到達し、その後燃料電池の外部に伝送される。また、水素イオンHは、電解質層を通ってカソード側の電極層に到達する。 On the anode side, hydrogen H 2 is supplied to the electrode layer through the diffusion layer. In the electrode layer, hydrogen is ionized to generate electrons e . The generated electron e passes through the diffusion layer to reach the current-carrying portion, and is then transmitted to the outside of the fuel cell. Further, the hydrogen ions H + reach the electrode layer on the cathode side through the electrolyte layer.

カソード側では、拡散層を通じて電極層に空気が供給される。また、カソード側の電極層には、燃料電池の外部から伝送される電子e-が供給される。その結果、カソード側の電極層では、空気中の酸素O2と、水素イオンH+と、電子e-とが反応して水H2Oが生成される。 On the cathode side, air is supplied to the electrode layer through the diffusion layer. Further, the electron e transmitted from the outside of the fuel cell is supplied to the electrode layer on the cathode side. As a result, in the cathode electrode layer, oxygen O 2 in the air, hydrogen ions H + , and electrons e react to generate water H 2 O.

燃料電池は、アノード側の電極層と、カソード側の電極層とで、それぞれ上述した化学反応を生じさせることによって電気エネルギーを生成する。この化学反応は発熱反応であるため、燃料電池の温度は、起動の後に徐々に上昇する。一方で、燃料電池のエネルギー生成効率は、その温度が高いほど良好となる。このため、燃料電池の始動性は、起動後の温度上昇が早いほど良好となる。   The fuel cell generates electrical energy by causing the above-described chemical reaction between the electrode layer on the anode side and the electrode layer on the cathode side. Since this chemical reaction is an exothermic reaction, the temperature of the fuel cell gradually increases after startup. On the other hand, the energy generation efficiency of the fuel cell is better as the temperature is higher. For this reason, the startability of the fuel cell becomes better as the temperature rise after startup becomes faster.

上記従来のシステムでは、燃料電池の起動時に、複数の通電部の一部が拡散層から離される。この場合、アノード側では、電極層で生成された全ての電子e-は、拡散層との接触を維持している一部の通電部に向かって集中的に移動する。その結果、一部の電子e-は、全ての通電部が拡散層と接している場合に比して、迂回経路を辿ることになる。このシステムでは、燃料電池の起動時に、カソード側においても一部の通電部が拡散層からはなされる。このため、カソード側においても、電子e-が迂回経路を辿って移動する現象が生ずる。 In the conventional system described above, a part of the plurality of energization parts is separated from the diffusion layer when the fuel cell is started. In this case, on the anode side, all the electrons e generated in the electrode layer move intensively toward a part of the current-carrying part that maintains contact with the diffusion layer. As a result, some of the electrons e follow a detour path as compared with the case where all of the energization units are in contact with the diffusion layer. In this system, at the time of starting the fuel cell, a part of the current-carrying part is made from the diffusion layer even on the cathode side. For this reason, a phenomenon occurs in which the electron e moves along a detour path also on the cathode side.

電子e-の移動に伴う発熱効果は、その移動距離が長いほど大きくなる。このため、電子e-が迂回経路を辿って移動する場合には、その移動が最短距離で行われる場合に比して拡散層を効率的に加熱すること、つまり、燃料電池の温度上昇を速めることができる。従って、上記従来のシステムによれば、燃料電池に対して、良好な始動性を付与することができる。 The heat generation effect accompanying the movement of the electron e increases as the movement distance increases. For this reason, when the electron e moves along a detour path, the diffusion layer is heated more efficiently than when the movement is performed at the shortest distance, that is, the temperature rise of the fuel cell is accelerated. be able to. Therefore, according to the conventional system, it is possible to give a good startability to the fuel cell.

特開2004−47149号公報JP 2004-47149 A

燃料電池は、通常、複数のセルを積み重ねた構造を有している。また、複数のセルの両側には、それぞれ集電板が配置される。複数のセルは、それぞれ、アノード側およびカソード側に上述した構造を有しており、互いに直列接続の関係となるように積み重ねられる。陽極側の集電板および陰極側の集電板には、それぞれ導電線が接続され、燃料電池で生成された電気エネルギーは、その導電線により外部に取り出される。   A fuel cell usually has a structure in which a plurality of cells are stacked. In addition, current collecting plates are disposed on both sides of the plurality of cells. Each of the plurality of cells has the above-described structure on the anode side and the cathode side, and is stacked so as to be connected in series with each other. Conductive wires are connected to the anode-side current collector plate and the cathode-side current collector plate, respectively, and the electric energy generated by the fuel cell is extracted to the outside through the conductive wires.

集電板および導電線には、優れた導電性が要求される。このため、それらは、銅などの高伝導材料により形成されるのが通常である。ところが、銅などの高伝導材料は、一般に高い熱伝導性を示す。このため、導電線は、一種の放熱板として機能する。そして、導電線による放熱量は、導電線と集電板の接触面積が大きいほど多量となる。   The current collector plate and the conductive wire are required to have excellent conductivity. For this reason, they are usually formed of a highly conductive material such as copper. However, highly conductive materials such as copper generally exhibit high thermal conductivity. For this reason, a conductive wire functions as a kind of heat sink. And the heat radiation amount by a conductive wire becomes so large that the contact area of a conductive wire and a current collecting plate is large.

燃料電池の起動時に、その温度が速やかに上昇させるためには、導電線による放熱量は少ないことが望ましい。従って、良好な起動特性を得るためには、集電板と導電線との接触面積は小さいことが好ましい。しかしながら、集電板と導電線との接触面積は、送電に伴う電力損失を小さく抑えるために、十分に確保しておく必要がある。このため、従来の構造では、導電線からの放熱量を抑制することが困難であった。この点、上記従来の燃料電池システムは、起動時における燃料電池の昇温速度を高めるうえで、更なる改良の余地を残すものであった。   In order to quickly increase the temperature when the fuel cell is started up, it is desirable that the amount of heat released by the conductive wire is small. Therefore, in order to obtain good starting characteristics, it is preferable that the contact area between the current collector plate and the conductive wire is small. However, the contact area between the current collector plate and the conductive wire needs to be sufficiently secured in order to reduce the power loss accompanying power transmission. For this reason, in the conventional structure, it was difficult to suppress the heat radiation from the conductive wire. In this regard, the above-described conventional fuel cell system leaves room for further improvement in increasing the temperature rising rate of the fuel cell at the time of startup.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、送電損失を増大させることなく、導電線からの放熱量を十分に抑制することのできる燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system that can sufficiently suppress the amount of heat released from a conductive wire without increasing transmission loss. And

第1の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池システムであって、
積層された複数のセルの端部に集電板を備える燃料電池と、
前記燃料電池の外部に配置され、前記集電板と電気的に接続される導電線と、
前記集電板と接触するように前記集電板と前記導電線との間に配置され、導電材料を介した両者間の接触面積を可変とする導電面積可変機構とを備え
前記導電面積可変機構は、
前記導電材料で構成され、前記集電板と前記導電線の双方に接触するON状態と、少なくとも両者の一方から離間したOFF状態とを選択的に実現する複数の可動導電部と、
前記可動導電部を駆動するアクチュエータとを備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a fuel cell system,
A fuel cell comprising a current collector plate at the end of a plurality of stacked cells;
A conductive wire disposed outside the fuel cell and electrically connected to the current collector;
A conductive area variable mechanism that is disposed between the current collector plate and the conductive wire so as to be in contact with the current collector plate, and that can change the contact area between the two through a conductive material ;
The conductive area variable mechanism is
A plurality of movable conductive parts that are made of the conductive material and selectively realize an ON state that contacts both the current collector plate and the conductive wire, and an OFF state that is separated from at least one of the two,
Characterized Rukoto and an actuator for driving the movable conductive portion.

また、第の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池システムであって、
積層された複数のセルの端部に集電板を備える燃料電池と、
前記燃料電池の外部に配置され、前記集電板と電気的に接続される導電線と、
前記集電板と接触するように前記集電板と前記導電線との間に配置され、導電材料を介した両者間の接触面積を可変とする導電面積可変機構とを備え、
前記導電面積可変機構は、
前記集電板と前記導電線との間に配置されるスライド部材と、
前記スライド部材を駆動するアクチュエータとを備え、
前記スライド部材は、前記導電材料で形成されたスライド導電部と、前記スライド導電部に比して熱伝導率の低い材料で前記スライド導電部をモールドするように形成されたスライド低熱伝導部とを備え、
前記アクチュエータは、前記集電板および前記導電線の双方に対する前記スライド導電部の接触面積が変化するように前記スライド部材を駆動することを特徴とする。
A second invention is a fuel cell system for achieving the above object,
A fuel cell comprising a current collector plate at the end of a plurality of stacked cells;
A conductive wire disposed outside the fuel cell and electrically connected to the current collector;
A conductive area variable mechanism that is disposed between the current collector plate and the conductive wire so as to be in contact with the current collector plate, and that can change the contact area between the two through a conductive material;
The conductive area variable mechanism is
A slide member disposed between the current collector plate and the conductive wire;
An actuator for driving the slide member,
The slide member includes a slide conductive portion formed of the conductive material, and a slide low heat conductive portion formed to mold the slide conductive portion with a material having a lower thermal conductivity than the slide conductive portion. Prepared,
The actuator drives the slide member so that a contact area of the slide conductive portion with respect to both the current collector plate and the conductive wire changes.

また、第の発明は、第1又は第2の発明において、前記燃料電池の温度を検知する温度検知手段を備え、前記導電面積可変機構は、前記燃料電池が低温であるほど前記接触面積を小さくすることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention , the fuel cell includes a temperature detection unit that detects a temperature of the fuel cell, and the conductive area variable mechanism reduces the contact area as the temperature of the fuel cell decreases. It is characterized by being made small.

また、第の発明は、第の発明において、前記燃料電池の起動時温度を検知する起動時温度検知手段を備え、前記導電面積可変機構は、前記起動時温度が低いほど、温度上昇に対する前記接触面積の増大を遅らせることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the apparatus includes a start-up temperature detecting unit that detects a start-up temperature of the fuel cell. The increase in the contact area is delayed.

また、第の発明は、第3又は第4の発明において、前記燃料電池を取り巻く大気温度を検知する大気温度検知手段を備え、前記導電面積可変機構は、前記大気温度が低いほど、温度上昇に対する前記接触面積の増大を遅らせることを特徴とする。 Further, a fifth aspect of the present invention is the method of the third or fourth aspect , further comprising an atmospheric temperature detecting unit that detects an atmospheric temperature surrounding the fuel cell, and the conductive area variable mechanism increases in temperature as the atmospheric temperature decreases. The increase of the contact area with respect to is delayed.

また、第の発明は、第3乃至第5の発明の何れかにおいて、
前記燃料電池の作動に伴う水生成量を検知する水量検知手段と、
前記燃料電池の停止時における前記水生成量を停止時水量として記憶する停止時水量記憶手段とを備え、
前記導電面積可変機構は、前記停止時水量が多いほど、温度上昇に対する前記接触面積の増大を遅らせることを特徴とする。
According to a sixth invention, in any one of the third to fifth inventions,
Water amount detection means for detecting the amount of water produced by the operation of the fuel cell;
A stop water amount storage means for storing the water generation amount when the fuel cell is stopped as a stop water amount;
The conductive area variable mechanism delays the increase of the contact area with respect to a temperature rise as the amount of water at the stop is larger.

第1の発明によれば、導電面積可変機構の状態を変化させることにより、集電板と導電線との間の接触面積を変化させることができる。このため、本発明によれば、その接触面積を大きく確保することにより、大電力の発生時にも十分に伝送損失を抑制し得る状態を作り出すことができる。また、その接触面積を小さくすることにより、導電線からの放熱量を十分に抑制し得る状態を作り出すことができる。   According to the first invention, the contact area between the current collector plate and the conductive wire can be changed by changing the state of the conductive area variable mechanism. For this reason, according to the present invention, by ensuring a large contact area, it is possible to create a state in which transmission loss can be sufficiently suppressed even when large power is generated. Further, by reducing the contact area, it is possible to create a state in which the amount of heat released from the conductive wire can be sufficiently suppressed.

また、この発明によれば、アクチュエータにより可動導電部をON状態とすることで、集電板と導電線との接触面積を大きく確保することができる。また、アクチュエータにより可動導電部をOFF状態とすることにより、その接触面積を小さくすることができる。 Further, according to this invention, the movable conductive portion by the ON state by the actuator, it is possible to secure a large contact area between the current collector plate and the conductive line. Further, the contact area can be reduced by turning the movable conductive portion OFF by the actuator.

の発明によれば、アクチュエータによりスライド部材を駆動することにより、集電板と導電線との接触面積を、無段階に連続的に増減させることができる。更に、本発明によれば、スライド導電部はスライド低熱伝導部によってモールドされる。このような構造によれば、スライド導電部に十分な信頼性を与えることができる。 According to the second invention, by driving the slide member by the actuator, the contact area between the current collector plate and the conductive wire can be continuously increased or decreased steplessly. Furthermore, according to the present invention, the slide conductive portion is molded by the slide low heat conductive portion. According to such a structure, sufficient reliability can be given to the slide conductive portion.

の発明によれば、燃料電池が低温であるほど集電板と導電部の接触面積を小さくすることができる。燃料電池は、低温時には大きな電力を発生しない。このため、低温時に接触面積を小さくし、高温時に接触面積を大きくすれば、伝送損失を常に小さく維持することができる。更に、低温時に接触面積を小さくすれば、低温時において導電線からの放熱量を少量とすることができ、燃料電池の起動性を向上させることができる。 According to the third invention, the contact area between the current collector plate and the conductive portion can be reduced as the temperature of the fuel cell is lower. The fuel cell does not generate a large amount of power at low temperatures. For this reason, if the contact area is reduced at low temperatures and the contact area is increased at high temperatures, the transmission loss can always be kept small. Furthermore, if the contact area is reduced at low temperatures, the amount of heat released from the conductive wire can be reduced at low temperatures, and the startability of the fuel cell can be improved.

の発明によれば、燃料電池の起動時温度が低いほど、温度上昇に対する接触面積の増大を遅らせることができる。燃料電池の温度が特定の温度に上昇するまでに生成される水量は、起動時温度が低いほど多量となる。また、燃料電池内での水の氷結を防ぐ観点から、起動時に導電線からの放熱を抑制する必要性は、燃料電池内の水量が多いほど大きなものとなる。本発明によれば、起動時温度に応じて接触面積の増大傾向を変化させることにより、その必要性に応えることができる。 According to the fourth aspect of the invention, the lower the startup temperature of the fuel cell, the slower the contact area increase with respect to the temperature rise. The amount of water generated before the temperature of the fuel cell rises to a specific temperature increases as the starting temperature decreases. In addition, from the viewpoint of preventing freezing of water in the fuel cell, the necessity of suppressing heat dissipation from the conductive wire at the time of startup increases as the amount of water in the fuel cell increases. According to the present invention, the necessity can be met by changing the increasing tendency of the contact area according to the temperature at start-up.

の発明によれば、燃料電池を取り巻く大気温度が低いほど、温度上昇に対する接触面積の増大を遅らせることができる。起動時における燃料電池の温度は、大気温度が低いほど上昇し難い。このため、起動時に導電線からの放熱を抑制する必要性は、大気温度が低いほど大きなものとなる。本発明によれば、大気温度に応じて接触面積の増大傾向を変化させることにより、その必要性に応えることができる。 According to the fifth aspect of the invention, the lower the ambient temperature surrounding the fuel cell, the slower the increase in the contact area with respect to the temperature rise. The temperature of the fuel cell at the start-up is less likely to increase as the atmospheric temperature is lower. For this reason, the necessity to suppress the heat radiation from the conductive wire at the start-up becomes greater as the atmospheric temperature is lower. According to the present invention, the necessity can be met by changing the increasing tendency of the contact area according to the atmospheric temperature.

の発明によれば、停止時水量が多いほど、つまり、起動の時点で既に燃料電池内に存在している水量が多いほど、温度上昇に対する接触面積の増大を遅らせることができる。燃料電池の起動時に導電線からの放熱を抑制する必要性は、燃料電池内の水量が多いほど大きなものとなる。本発明によれば、停止時水量の多少に応じて接触面積の増大傾向を変化させることにより、その必要性に応えることができる。 According to the sixth aspect of the invention, the larger the amount of water at the time of stoppage, that is, the greater the amount of water already present in the fuel cell at the time of startup, the more the increase in contact area with respect to the temperature rise can be delayed. The necessity of suppressing heat dissipation from the conductive wire at the time of starting the fuel cell increases as the amount of water in the fuel cell increases. According to the present invention, the necessity can be met by changing the increasing tendency of the contact area according to the amount of water at the time of stoppage.

実施の形態1.
[実施の形態1の全体構成]
図1は、本発明の実施の形態1の燃料電池システムの概要を説明するための図である。より具体的には、図1(A)は、燃料電池の暖機後における状態を説明するための図である。一方、図1(B)は、燃料電池の起動直後の状態を説明するための図である。
Embodiment 1 FIG.
[Overall Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram for explaining an outline of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. More specifically, FIG. 1A is a diagram for explaining a state after the fuel cell is warmed up. On the other hand, FIG. 1 (B) is a diagram for explaining a state immediately after the start of the fuel cell.

図1(B)に示すように、本実施形態のシステムは、燃料電池10を備えている。燃料電池10は、複数のセル12が積層された構造を有している。最上段のセル12の上には集電板14が積層されている。同様に、最下段のセル12の下にも集電板14が積層されている。集電板14は、銅などの高伝導性材料により構成されている。   As shown in FIG. 1B, the system of this embodiment includes a fuel cell 10. The fuel cell 10 has a structure in which a plurality of cells 12 are stacked. A current collecting plate 14 is laminated on the uppermost cell 12. Similarly, a current collector plate 14 is laminated under the lowermost cell 12. The current collector plate 14 is made of a highly conductive material such as copper.

集電板14には、導電面積可変機構16が組み込まれている。導電面積可変機構16は、複数の可動導電部18を備えている。それぞれの可動導電部18は、集電板14と同様に銅などの高伝導材料で構成された柱状の部材である。集電板14には、可動導電部18を所定長だけ収納することのできる収納スペース(図示せず)が設けられている。一方、可動導電部18は、その収納スペースを利用して軸方向に変位することができるように構成されている。更に、導電面積可変機構16は、可動導電部18に上記の変位を生じさせるためのアクチュエータ(図示せず)を備えている。このため、個々の可動導電部18は、アクチュエータに駆動されることにより、集電板14からの突出部分を伸縮させることができる。   The current collecting plate 14 has a conductive area variable mechanism 16 incorporated therein. The conductive area variable mechanism 16 includes a plurality of movable conductive portions 18. Each movable conductive portion 18 is a columnar member made of a highly conductive material such as copper, like the current collector plate 14. The current collector plate 14 is provided with a storage space (not shown) in which the movable conductive portion 18 can be stored for a predetermined length. On the other hand, the movable conductive portion 18 is configured to be displaced in the axial direction using the storage space. Furthermore, the conductive area variable mechanism 16 includes an actuator (not shown) for causing the movable conductive portion 18 to move as described above. For this reason, each movable conductive part 18 can expand and contract the protruding part from the current collector plate 14 by being driven by an actuator.

導電面積可変機構16の近傍には、それぞれ導電線20が配置されている。導電線20は、燃料電池10の陽極および陰極をそれぞれ外部機器と接続するための電力線であり、集電板14と同様に、銅などの高伝導材料により構成されている。導電面積可変機構16が備える全ての可動導電部18は、伸張方向に変位することにより導電線20の端面に接することができる。以下、この状態を可動導電部18の「ON状態」と称す。また、可動導電部18は、縮小方向に変位することにより導電線20の端面から離間することができる。以下、この状態を稼働導電部18の「OFF状態」と称す。   Conductive wires 20 are arranged in the vicinity of the conductive area variable mechanism 16. The conductive wire 20 is a power line for connecting the anode and the cathode of the fuel cell 10 to an external device, and is made of a highly conductive material such as copper, like the current collector plate 14. All the movable conductive portions 18 included in the conductive area variable mechanism 16 can be in contact with the end face of the conductive wire 20 by being displaced in the extending direction. Hereinafter, this state is referred to as an “ON state” of the movable conductive portion 18. Further, the movable conductive portion 18 can be separated from the end face of the conductive wire 20 by being displaced in the reduction direction. Hereinafter, this state is referred to as an “OFF state” of the working conductive portion 18.

図1(B)は、上方の導電面積可変機構16が、1つの可動導電部18をON状態とし、他の可動導電部18を全てOFF状態とした状態を示している。一方、図1(A)は、導電面積機構16が、全ての可動導電部18をON状態とした状態を示している。本実施形態のシステムは、後述するように、燃料電池10の低温起動時に図1(B)に示すような状態を実現し、燃料電池10の暖機が十分に進んだ段階で、図1(A)に示す状態を実現する。   FIG. 1B shows a state in which the upper conductive area variable mechanism 16 has one movable conductive portion 18 turned on and all other movable conductive portions 18 are turned off. On the other hand, FIG. 1A shows a state in which the conductive area mechanism 16 has turned all the movable conductive parts 18 to the ON state. As will be described later, the system of the present embodiment realizes the state shown in FIG. 1B when the fuel cell 10 is started at a low temperature, and when the fuel cell 10 has sufficiently warmed up, FIG. A state shown in A) is realized.

集電板14と導電線20との実質的な接触面積は、ON状態の可動導電部18の数により決定される。従って、本実施形態のシステムによれば、燃料電池10の低温起動時には、その接触面積を小さくし、燃料電池10の暖機が進んだ段階で、その接触面積を大きくすることができる。   The substantial contact area between the current collector plate 14 and the conductive wire 20 is determined by the number of movable conductive portions 18 in the ON state. Therefore, according to the system of this embodiment, when the fuel cell 10 is started at a low temperature, the contact area can be reduced, and the contact area can be increased when the fuel cell 10 is warmed up.

[セルの構造および動作]
図2は、燃料電池10が備える一つのセル12の構造を説明するための断面図である。図2に示すように、セル12は、電解質層22を有している。電解質層22の両側には、それぞれアノード側電極層24、およびカソード側電極層26が設けられている。アノード側電極層24の表面は拡散層28で覆われている。同様に、カソード側電極層26の表面は拡散層30で覆われている。
[Cell structure and operation]
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the structure of one cell 12 included in the fuel cell 10. As shown in FIG. 2, the cell 12 has an electrolyte layer 22. On both sides of the electrolyte layer 22, an anode side electrode layer 24 and a cathode side electrode layer 26 are provided, respectively. The surface of the anode electrode layer 24 is covered with a diffusion layer 28. Similarly, the surface of the cathode side electrode layer 26 is covered with a diffusion layer 30.

拡散層28,30の表面は、それぞれ通電部32,34で覆われている。また、拡散層28,30の一部は、それぞれガス流路36,38と接している。アノード側のガス流路36には、水素H2が流通している。一方、カソード側のガス流路38には、空気、つまり、酸素O2を含むガスが流通している。 The surfaces of the diffusion layers 28 and 30 are covered with current-carrying portions 32 and 34, respectively. Part of the diffusion layers 28 and 30 are in contact with the gas flow paths 36 and 38, respectively. Hydrogen H 2 circulates in the gas flow path 36 on the anode side. On the other hand, air, that is, a gas containing oxygen O 2 circulates in the gas flow path 38 on the cathode side.

拡散層28,30は、多孔質性の導電物質であり、ガスの流通を許容すると共に電荷の移動を許容する。アノード側のガス流路36を流れる水素H2は、拡散層28を介してアノード側電極層24に到達する。その結果、アノード側電極層24では、以下の反応により水素イオンH+と電子e-とが生成される。
H2→2H++2e- ・・・(1)
The diffusion layers 28 and 30 are porous conductive materials, permitting gas flow and charge transfer. Hydrogen H 2 flowing through the anode-side gas flow path 36 reaches the anode-side electrode layer 24 via the diffusion layer 28. As a result, in the anode side electrode layer 24, hydrogen ions H + and electrons e are generated by the following reaction.
H2 → 2H + + 2e - ··· (1)

上記の反応により生成された電子e-は、拡散層28を通って通電部32に到達し、そこからセル12の外部に伝搬される。また、電子e-と共に生成された水素イオンH+は、電解質22を通ってカソード側電極層26に到達する。カソード側電極層26には、更に、セル12の外部から供給される電子e-と、ガス流路38から供給される酸素O2とが到達する。その結果、カソード側電極層26では、以下の反応が生ずる。
4H++4e-+O2→2H2O ・・・(2)
Electrons e generated by the above reaction reach the current-carrying portion 32 through the diffusion layer 28 and propagate from there to the outside of the cell 12. Further, the hydrogen ions H + generated together with the electrons e pass through the electrolyte 22 and reach the cathode side electrode layer 26. Furthermore, electrons e supplied from the outside of the cell 12 and oxygen O 2 supplied from the gas flow path 38 reach the cathode side electrode layer 26. As a result, the following reaction occurs in the cathode side electrode layer 26.
4H + + 4e - + O 2 → 2H 2 O ··· (2)

燃料電池10の各セル12は、上記(1)および(2)の反応を生じさせることにより、水を生成しながら電気エネルギーを発生する。この反応は発熱反応であるため、その反応が継続する限り、燃料電池10の温度は起動後に徐々に上昇する。ところが、燃料電池10の起動時温度が氷点下である場合は、カソード側電極層26において生成された水が氷結してその表面を覆う事態が生じ得る。   Each cell 12 of the fuel cell 10 generates electric energy while generating water by causing the reactions (1) and (2) above. Since this reaction is an exothermic reaction, as long as the reaction continues, the temperature of the fuel cell 10 gradually increases after startup. However, when the starting temperature of the fuel cell 10 is below the freezing point, the water generated in the cathode side electrode layer 26 may freeze and cover the surface.

カソード側電極層26の表面が氷で覆われた状況下では、ガス流路38から供給される酸素O2がカソード側電極層26に到達することができないため、上記(2)の反応が起こり得ない。この場合、発熱が生じないため氷の溶解も進まない。その結果、燃料電池の作動が停止することになる。このため、極低温の環境下で燃料電池10を継続的に作動させるためには、セル12の内部での水の氷結を確実に回避することが必要である。そして、そのためには、燃料電池10からの放熱量を可能な限り少なくすることが有効である。 Under the condition where the surface of the cathode side electrode layer 26 is covered with ice, the oxygen O 2 supplied from the gas flow path 38 cannot reach the cathode side electrode layer 26, and thus the reaction (2) occurs. I don't get it. In this case, the melting of ice does not proceed because no heat is generated. As a result, the operation of the fuel cell is stopped. For this reason, in order to continuously operate the fuel cell 10 in an extremely low temperature environment, it is necessary to reliably avoid freezing of water inside the cell 12. For this purpose, it is effective to reduce the amount of heat released from the fuel cell 10 as much as possible.

[導電面積可変機構の動作]
図3は、本実施形態のシステムが有する電気的な構成を説明するための図である。図3に示すように、本実施形態のシステムは、ECU(Electronic Control Unit)40を備えている。ECU40には、外気温THAを検出する吸気温センサ42と、上述した可動導電部18を駆動するためのアクチュエータ44とが接続されている。
[Operation of variable conductive area mechanism]
FIG. 3 is a diagram for explaining the electrical configuration of the system of the present embodiment. As shown in FIG. 3, the system of this embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 40. An ECU 40 is connected to an intake air temperature sensor 42 that detects the outside air temperature THA and an actuator 44 that drives the movable conductive portion 18 described above.

図4は、図3に示すECU40が、本実施形態において実行する処理の内容を説明するためのフローチャートである。図4に示すように、このルーチンでは、先ず、燃料電池10の起動が要求されたか否かが判別される(ステップ100)。   FIG. 4 is a flowchart for explaining the contents of processing executed by the ECU 40 shown in FIG. 3 in the present embodiment. As shown in FIG. 4, in this routine, it is first determined whether or not the activation of the fuel cell 10 is requested (step 100).

燃料電池10の起動が要求されるまでは、上記ステップ100の処理が繰り返し実行される。そして、その起動が要求されると、次に、燃料電池10の起動時温度Tintが検出される(ステップ102)。   Until the start of the fuel cell 10 is requested, the process of step 100 is repeatedly executed. When the start-up is requested, the start-up temperature Tint of the fuel cell 10 is detected (step 102).

燃料電池10の温度は、十分な停止時間が経過することにより外気温THAに収束する。このため、本実施形態では、燃料電池10の起動時における外気温THAを起動時温度Tintとして取り扱うこととしている。このため、上記ステップ102では、具体的には、吸気温センサ42により検出された外気温THAが、燃料電池10の起動時温度Tintとして検出される。   The temperature of the fuel cell 10 converges to the outside temperature THA when a sufficient stop time has elapsed. For this reason, in the present embodiment, the outside temperature THA at the time of startup of the fuel cell 10 is handled as the startup temperature Tint. Therefore, in step 102, specifically, the outside air temperature THA detected by the intake air temperature sensor 42 is detected as the starting temperature Tint of the fuel cell 10.

次に、起動時温度Tintが0°C以下であるかが判別される(ステップ104)。その結果、起動時温度Tintが0°C以下でないと判断された場合は、全ての可動導電部18がON状態となるようにアクチュエータ44が駆動される(ステップ106)。   Next, it is determined whether the startup temperature Tint is 0 ° C. or less (step 104). As a result, if it is determined that the startup temperature Tint is not 0 ° C. or less, the actuators 44 are driven so that all the movable conductive portions 18 are turned on (step 106).

全ての可動導電部18がON状態とされると、集電板14と導電線20の間に大きな接触面積が確保される。可動導電部18や導電線20を構成する高伝導材料は、高い導電率を示すと同時に、高い熱伝導率を示す。このため、集電板14と導電線20との接触面積が大きいほど、両者間で電流が授受される際の損失は生じ難くなる一方、燃料電池10において発生した熱が導電線20を伝って外部に放出され易くなる。   When all the movable conductive portions 18 are turned on, a large contact area is secured between the current collector plate 14 and the conductive wires 20. The highly conductive material that constitutes the movable conductive portion 18 and the conductive wire 20 exhibits a high thermal conductivity as well as a high conductivity. For this reason, the larger the contact area between the current collector plate 14 and the conductive wire 20, the more difficult it is to generate a loss when current is exchanged between the two, while the heat generated in the fuel cell 10 is transmitted through the conductive wire 20. Easily released to the outside.

燃料電池10の起動温度Tintが0°Cを超えている場合は、燃料電池10の内部で水がその時点で氷結するおそれは無いと判断できる。また、燃料電池10の内部で起きる反応は発熱反応であるから、起動時温度Tintが0°Cを超えていれば、その後に燃料電池10の温度Tが0°Cを下回ることもない。従って、この場合は、燃料電池10から導電線20への放熱量を少なくする必要性は必ずしも大きくない。   When the starting temperature Tint of the fuel cell 10 exceeds 0 ° C., it can be determined that there is no possibility that water will freeze in the fuel cell 10 at that time. Further, since the reaction occurring inside the fuel cell 10 is an exothermic reaction, if the starting temperature Tint exceeds 0 ° C, the temperature T of the fuel cell 10 does not fall below 0 ° C thereafter. Therefore, in this case, it is not always necessary to reduce the heat radiation amount from the fuel cell 10 to the conductive wire 20.

一方、温度Tが0°Cを超えるような温度環境下では、燃料電池10はある程度大きな発電能力を発揮する。このため、電流の送電に伴う損失を抑えるためには、集電板14と導電線20との間に十分に大きな接触面積を確保しておくことが望ましい。   On the other hand, under a temperature environment in which the temperature T exceeds 0 ° C., the fuel cell 10 exhibits a certain amount of power generation capability. For this reason, it is desirable to ensure a sufficiently large contact area between the current collector plate 14 and the conductive wire 20 in order to suppress loss due to current transmission.

上述したように、図4に示すルーチンによれば、起動時温度Tintが0°Cを超えている場合には、即座に全ての可動導電部18がON状態とされ、集電板14と導電線20の間に最大の接触面積が確保される。このため、本実施形態のシステムによれば、そのような温度環境下では、高いエネルギー効率を確保しつつ、燃料電池10を良好に起動させることができる。   As described above, according to the routine shown in FIG. 4, when the starting temperature Tint exceeds 0 ° C., all the movable conductive parts 18 are immediately turned ON, and the current collecting plate 14 is electrically connected. A maximum contact area is ensured between the lines 20. For this reason, according to the system of this embodiment, under such a temperature environment, the fuel cell 10 can be favorably started up while ensuring high energy efficiency.

図4に示すルーチン中、上記ステップ104において、起動時温度Tintが0°C以下であると判断された場合は、図1(B)の状態が形成されるように、アクチュエータ44がOFF状態とされる(ステップ108)。具体的には、1つの可変導電部18を除いて、他の全ての可変導電部18がOFF状態となるようにアクチュエータ44が駆動される。その結果、集電板14と導電線20との間の接触面積が最小化される。   In the routine shown in FIG. 4, when it is determined in step 104 that the startup temperature Tint is 0 ° C. or less, the actuator 44 is turned off so that the state of FIG. 1B is formed. (Step 108). Specifically, the actuator 44 is driven so that all other variable conductive portions 18 are turned off except for one variable conductive portion 18. As a result, the contact area between the current collector plate 14 and the conductive wire 20 is minimized.

集電板14と導電線20との接触面積が最小化されれば、燃料電池10から導電線20に伝わる熱量を最小限として、燃料電池10の加熱に有利な状態を作り出すことができる。また、燃料電池10は、その温度Tが0°C以下となる低温環境下では、大きな電気エネルギーを発生し得ない。このため、そのような温度環境下では、集電板14と導電線20との接触面積を最小化しても、送電に伴って不当に大きな損失が生ずることはない。   If the contact area between the current collector plate 14 and the conductive wire 20 is minimized, the amount of heat transferred from the fuel cell 10 to the conductive wire 20 can be minimized, and a state advantageous for heating the fuel cell 10 can be created. In addition, the fuel cell 10 cannot generate large electric energy in a low temperature environment where the temperature T is 0 ° C. or less. For this reason, under such a temperature environment, even if the contact area between the current collector plate 14 and the conductive wire 20 is minimized, an unreasonably large loss does not occur with power transmission.

従って、Tint≦0°Cが成立する環境下では、上記ステップ108の処理が実行されることにより、送電に伴う損失を増大させることなく、燃料電池10から導電線20に伝わる熱量を最小限に止めることができる。その結果、燃料電池10の内部での水の氷結を有効に防ぐことができ、低温時における燃料電池10の起動性を改善することができる。   Therefore, in an environment where Tint ≦ 0 ° C. is established, the amount of heat transferred from the fuel cell 10 to the conductive wire 20 is minimized without increasing the loss associated with power transmission by executing the processing of step 108. Can be stopped. As a result, freezing of water inside the fuel cell 10 can be effectively prevented, and the startability of the fuel cell 10 at low temperatures can be improved.

図4に示すルーチンでは、上記ステップ108の処理に続いて、燃料電池10の昇温条件が成立したか否かが判別される(ステップ109)。昇温条件は、燃料電池10の温度Tが0°C以上に上昇したと推定される段階で、その成立が判断される。ECU40は、燃料電池10の起動後の経過時間を計数している。燃料電池10が0°Cに到達するための所要時間は、起動時温度Tintの関数として定めておくことができる。本ステップ109では、具体的には、起動後の経過時間が、その所要時間に達した時点で昇温条件の成立が判断される。   In the routine shown in FIG. 4, following the process of step 108, it is determined whether or not the temperature raising condition of the fuel cell 10 is satisfied (step 109). The temperature rise condition is determined to be established when the temperature T of the fuel cell 10 is estimated to have risen to 0 ° C. or higher. The ECU 40 counts the elapsed time after the start of the fuel cell 10. The time required for the fuel cell 10 to reach 0 ° C. can be determined as a function of the startup temperature Tint. In step 109, specifically, it is determined that the temperature raising condition is satisfied when the elapsed time after the start reaches the required time.

上記ステップ109において、昇温条件の成立が否定された場合は、再び上記ステップ108の処理が実行される。その結果、接触面積が最小とされた状態が維持される。一方、上記ステップ109において、昇温条件の成立が認められた場合は、ステップ106の処理により、全ての可動導電部18がON状態とされる。その結果、接触面積が最大となり、大電流の流通に適した状態が実現される。   If the establishment of the temperature raising condition is denied in step 109, the process of step 108 is executed again. As a result, the state where the contact area is minimized is maintained. On the other hand, if it is confirmed in step 109 that the temperature raising condition is established, all the movable conductive portions 18 are turned on by the processing in step 106. As a result, the contact area is maximized, and a state suitable for a large current flow is realized.

以上説明した通り、図4に示すルーチンによれば、燃料電池10の温度が低く、その内部で水が氷結する可能性がある場合には、集電板14と導電線20との接触面積を最小として、氷結防止に適した状態を作り出すことができる。また、燃料電池10の暖機が進み、氷結の可能性がなくなった段階では、接触面積を大きくして、大電流の流通に適した状態を作り出すことができる。このため、本実施形態のシステムによれば、大きな送電損失を発生させることなく、燃料電池10の起動性を有効に改善することができる。   As described above, according to the routine shown in FIG. 4, when the temperature of the fuel cell 10 is low and there is a possibility that water freezes inside, the contact area between the current collector plate 14 and the conductive wire 20 is increased. As a minimum, it is possible to create a state suitable for preventing freezing. Further, when the fuel cell 10 has been warmed up and the possibility of freezing has been eliminated, the contact area can be increased to create a state suitable for a large current flow. For this reason, according to the system of the present embodiment, the startability of the fuel cell 10 can be effectively improved without causing a large power transmission loss.

ところで、上述した実施の形態1では、導電面積可変機構16が3つの可動導電部18を備え、2つの可動導電部18の状態を変化させることとしているが(図1参照)、それらの数はこれに限定されるものではない。つまり、実施の形態1では、最大の接触面積と最小の接触面積との比が3:1とされているが、その比はこれに限定されるものではない。すなわち、最大の接触面積と最小の接触面積との比は、より大きな値、例えば10:1程度とすることとしてもよい。   By the way, in Embodiment 1 mentioned above, it is supposed that the conductive area variable mechanism 16 includes the three movable conductive portions 18 and changes the states of the two movable conductive portions 18 (see FIG. 1). It is not limited to this. That is, in Embodiment 1, the ratio between the maximum contact area and the minimum contact area is 3: 1, but the ratio is not limited to this. That is, the ratio between the maximum contact area and the minimum contact area may be a larger value, for example, about 10: 1.

また、上述した実施の形態1では、導電面積可変機構16が備える全ての導電部が可変導電部18であるものとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、最小の接触面積を実現する際にON状態を維持する導電部は、可動導電部でなく、固定式の導電部としてもよい。   Moreover, in Embodiment 1 mentioned above, although all the electroconductive parts with which the electroconductive area variable mechanism 16 is provided shall be the variable electroconductive parts 18, this invention is not limited to this. That is, the conductive part that maintains the ON state when realizing the minimum contact area may be a fixed conductive part instead of the movable conductive part.

また、上述した実施の形態1では、可動導電部18を導電線20から離間させることによりOFF状態を実現することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、可動導電部18を、集電板14から離間させることによりOFF状態を実現することとしてもよい。   In the first embodiment described above, the OFF state is realized by separating the movable conductive portion 18 from the conductive wire 20, but the present invention is not limited to this. That is, the movable conductive portion 18 may be separated from the current collector plate 14 to realize the OFF state.

また、上述した実施の形態1では、図1(B)に示す上方側の接触面積可変機構16のみをON/OFFさせることとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、接触面積可変機構16は、陽極側および陰極側の双方においてON/OFFさせることとしてもよい。   In the first embodiment described above, only the upper contact area variable mechanism 16 shown in FIG. 1B is turned ON / OFF, but the present invention is not limited to this. That is, the contact area variable mechanism 16 may be turned ON / OFF on both the anode side and the cathode side.

また、上述した実施の形態1では、昇温条件の成否を、起動後の経過時間に基づいて判断することとしているが、その判断の手法はこれに限定されるものではない。例えば、燃料電池10の温度Tを実測して、その実測温度Tに基づいて昇温条件の成否を判断することとしてもよい。更には、燃料電池10の発生する電流IFC,電圧VFCの情報、および燃料電池10の起動時温度Tintに基づいて公知の手法で温度Tを推定し、その推定温度Tに基づいて昇温条件の成否を判断することとしてもよい。 In the first embodiment described above, the success or failure of the temperature raising condition is determined based on the elapsed time after startup, but the determination method is not limited to this. For example, the temperature T of the fuel cell 10 may be measured and the success or failure of the temperature raising condition may be determined based on the measured temperature T. Further, the temperature T is estimated by a known method based on the current I FC and voltage V FC information generated by the fuel cell 10 and the startup temperature Tint of the fuel cell 10, and the temperature is increased based on the estimated temperature T. The success or failure of the condition may be determined.

また、上述した実施の形態1では、低温時に限って接触面積を小さくすることとしているが、接触面積を切り換える基準は、温度Tに限定されるものではない。例えば、燃料電池10の発生する電流IFCが少ないほど、接触面積を小さくすることとしてもよい。 In the first embodiment described above, the contact area is reduced only when the temperature is low, but the reference for switching the contact area is not limited to the temperature T. For example, the smaller the current I FC generated by the fuel cell 10, the smaller the contact area.

また、上述した実施の形態1では、燃料電池10の温度Tが0°Cに達したと推定される時点で可変導電部18の状態をOFF状態からON状態に切り換えることとしているが、その切り換えの温度Tは、これに限定されるものではない。すなわち、その切り換えの温度Tは、燃料電池10の内部での氷結を防止し得る温度であればよく、システムの仕様に応じて適宜設定すればよい。   In the first embodiment described above, the state of the variable conductive portion 18 is switched from the OFF state to the ON state when the temperature T of the fuel cell 10 is estimated to have reached 0 ° C. However, the temperature T is not limited to this. That is, the switching temperature T may be any temperature that can prevent freezing inside the fuel cell 10 and may be set as appropriate according to the system specifications.

尚、上述した実施の形態1においては、ECU40が、起動時温度Tintを検出すると共に、起動後の経過時間を計数することにより前記請求項記載の「温度検知手段」が実現されていると共に、上記ステップ104〜109の処理を実行することにより前記請求項記載の「導電面積可変機構」が実現されている。 In the first embodiment described above, the “temperature detecting means” according to claim 3 is realized by the ECU 40 detecting the temperature Tint at the time of activation and counting the elapsed time after the activation. By executing the processing of steps 104 to 109, the “conductive area variable mechanism” according to claim 3 is realized.

実施の形態2.
[実施の形態2の特徴]
次に、図5および図6を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。本実施形態のシステムは、実施の形態1のシステムにおいて、ECU40に、上記図4に示すルーチンに代えて、後述する図6に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
Embodiment 2. FIG.
[Features of Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5 and FIG. The system of the present embodiment can be realized by causing the ECU 40 to execute a routine shown in FIG. 6 described later in place of the routine shown in FIG. 4 in the system of the first embodiment.

上述した実施の形態1では、集電板14と導電線20との接触面積を2段階に変化させることとしている。これに対して、本実施形態のシステムは、その接触面積を、温度Tの上昇に合わせて多段階に切り換える点に特徴を有している。図5は、本実施形態のシステムにおける可動導電部18の動作を説明するためのタイミングチャートである。   In the first embodiment described above, the contact area between the current collector plate 14 and the conductive wire 20 is changed in two stages. On the other hand, the system of the present embodiment is characterized in that the contact area is switched in multiple stages as the temperature T increases. FIG. 5 is a timing chart for explaining the operation of the movable conductive portion 18 in the system of the present embodiment.

本実施形態のシステムでは、実施の形態1の場合と同様に、導電面積可変機構16が備える3つの可動導電部18のうち、2つをON/OFFさせることにより集電板14と導電線20との接触面積を切り換えることとしている。図5中に、「CH1」「CH2」の符号を付して示す波形は、それら2つの可動導電部18が、燃料電池10の温度Tに応じてどのように切り替わるかを表している。   In the system of the present embodiment, as in the case of the first embodiment, the current collecting plate 14 and the conductive wire 20 are turned on by turning on / off two of the three movable conductive portions 18 included in the conductive area variable mechanism 16. The contact area is switched. In FIG. 5, the waveforms indicated by the symbols “CH1” and “CH2” indicate how the two movable conductive portions 18 are switched according to the temperature T of the fuel cell 10.

図5に示すように、温度Tが−20°C以下となる領域では、CH1の可動導電部18も、CH2の可動導電部18もOFF状態とされる。この場合、集電板14と導電線20の接触面積は最小化される。温度Tが−20°Cを超えると、CH1の可動導電部18だけがON状態となる。そして、温度Tが0°Cを超えると、全ての可動導電部18がON状態とされ、接触面積が最大化される。   As shown in FIG. 5, in the region where the temperature T is −20 ° C. or lower, both the CH1 movable conductive portion 18 and the CH2 movable conductive portion 18 are turned off. In this case, the contact area between the current collector plate 14 and the conductive wire 20 is minimized. When the temperature T exceeds −20 ° C., only the movable conductive portion 18 of CH1 is turned on. When the temperature T exceeds 0 ° C., all the movable conductive parts 18 are turned on, and the contact area is maximized.

上記の動作によれば、燃料電池10が起動された後、その温度Tが徐々に上昇していく過程において、集電板14と導電線20との接触面積を徐々に増大させることができる。導電線20からの放熱を抑える必要性は、温度Tの上昇に伴って徐々に小さくなる。一方、集電板14と導電線20との間での送電損失を低減する必要性は、温度Tの上昇に伴って徐々に大きくなる。上述した制御によれば、可変導電部18を段階的にONとすることにより、それらの要求に対応することができる。   According to the above operation, after the fuel cell 10 is started, the contact area between the current collector plate 14 and the conductive wire 20 can be gradually increased in the process in which the temperature T gradually increases. The necessity to suppress the heat radiation from the conductive wire 20 gradually decreases as the temperature T increases. On the other hand, the necessity of reducing the power transmission loss between the current collector plate 14 and the conductive wire 20 gradually increases as the temperature T increases. According to the control described above, by turning on the variable conductive portion 18 step by step, it is possible to meet these requirements.

[実施の形態2における具体的処理]
図6は、上記の機能を実現するために本実施形態においてECU40が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図6において、図4に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
[Specific Processing in Second Embodiment]
FIG. 6 is a flowchart of a routine executed by the ECU 40 in the present embodiment in order to realize the above function. In FIG. 6, the same steps as those shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.

すなわち、図6に示すルーチンでは、ステップ102の処理により起動時温度Tintが検出された後、燃料電池10の電流IFCおよび電圧VFCに関する情報が取得される(ステップ110)。次に、燃料電池10の温度Tが算出される(ステップ112)。電流IFCおよび電圧VFCは、燃料電池10の発熱量と相関を有している。このため、起動時温度Tintと共に電流IFCおよび電圧VFCが判ると、公知の手法によって燃料電池10の温度Tを推定することが可能である。 That is, in the routine shown in FIG. 6, after the start-up temperature Tint is detected by the process of step 102, information on the current I FC and the voltage V FC of the fuel cell 10 is acquired (step 110). Next, the temperature T of the fuel cell 10 is calculated (step 112). The current I FC and the voltage V FC have a correlation with the heat generation amount of the fuel cell 10. Therefore, when the current I FC and the voltage V FC are known together with the startup temperature Tint, the temperature T of the fuel cell 10 can be estimated by a known method.

次に、燃料電池10の温度Tが−20°C以下であるかが判別される(ステップ114)。その結果、T≦−20°Cの成立が認められた場合は、導電線20からの放熱を抑制する必要性が極めて高いと判断できる。この場合は、CH1およびCH2の可動導電部18が共にOFF状態とされ、接触面積の最小化が図られる(ステップ116)。その後、再び上記ステップ110以降の処理が実行される。   Next, it is determined whether or not the temperature T of the fuel cell 10 is −20 ° C. or lower (step 114). As a result, when the establishment of T ≦ −20 ° C. is recognized, it can be determined that the necessity of suppressing the heat radiation from the conductive wire 20 is extremely high. In this case, the movable conductive portions 18 of CH1 and CH2 are both turned off, and the contact area is minimized (step 116). Thereafter, the processing after step 110 is executed again.

上記ステップ114において、T≦−20°Cの成立が否定された場合は、次に、その温度Tが0°C以下であるかが判別される(ステップ118)。その結果、T≦0°Cの成立が判断された場合は、導電線20からの放熱を回避する必要が、未だ残存していると判断できる。この場合は、CH1の可動導電部18だけがON状態とされ、接触面積が中間値とされる(ステップ120)。その後、上記ステップ110以降の処理が再び実行される。   If it is denied in step 114 that T ≦ −20 ° C., it is next determined whether or not the temperature T is 0 ° C. or less (step 118). As a result, when it is determined that T ≦ 0 ° C. is established, it can be determined that it is still necessary to avoid heat dissipation from the conductive wire 20. In this case, only the movable conductive portion 18 of CH1 is turned on, and the contact area is set to an intermediate value (step 120). Thereafter, the processing after step 110 is executed again.

上記ステップ118において、T≦0°Cの不成立が判別された場合は、燃料電池10の内部で水の氷結が生ずる可能性が低いと判断できる。この場合は、CH1の可動導電部18に加えて、CH2の可動導電部18もON状態とされ、接触面積が最大化が図られる(ステップ122)。   If it is determined in step 118 that T ≦ 0 ° C. is not established, it can be determined that the possibility of freezing of water inside the fuel cell 10 is low. In this case, in addition to the movable conductive portion 18 of CH1, the movable conductive portion 18 of CH2 is also turned on, and the contact area is maximized (step 122).

以上説明した通り、図6に示すルーチンによれば、燃料電池10の温度Tに応じて、集電板14と導電線20との接触面積を、3段階に徐々に変化させることができる。このため、本実施形態のシステムによれば、送電損失を小さく抑えつつ、燃料電池10の起動性を改善するという効果を、実施の形態1のシステムに比して、更に良好に実現することができる。   As described above, according to the routine shown in FIG. 6, the contact area between the current collector plate 14 and the conductive wire 20 can be gradually changed in three stages according to the temperature T of the fuel cell 10. For this reason, according to the system of the present embodiment, the effect of improving the startability of the fuel cell 10 while suppressing power transmission loss can be realized more satisfactorily than the system of the first embodiment. it can.

ところで、上述した実施の形態2においては、燃料電池10の温度Tを、電流IFCおよび電圧VFCに基づいて推定刷ることとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、燃料電池10の温度Tの推定は、起動後の経過時間に基づいて行うこととしてもよい。   In the second embodiment described above, the temperature T of the fuel cell 10 is estimated and printed based on the current IFC and the voltage VFC, but the present invention is not limited to this. That is, the estimation of the temperature T of the fuel cell 10 may be performed based on the elapsed time after activation.

また、上述した実施の形態2においては、集電板14と伝導線20との接触面積を、3段階に切り換えることとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、導電面積可変機構16に、より多くの可変導電部18を組み込んだうえで、より多段階に接触面積を切り換えることとしてもよい。   In the second embodiment described above, the contact area between the current collector plate 14 and the conductive wire 20 is switched in three stages, but the present invention is not limited to this. That is, it is possible to switch the contact area in more stages after incorporating more variable conductive portions 18 into the conductive area variable mechanism 16.

尚、上述した実施の形態2においては、ECU40が、上記ステップ102,110および112の処理を実行することにより、前記請求項記載の「温度検知手段」が実現されていると共に、上記ステップ114〜122の処理を実行することにより前記請求項記載の「導電面積可変機構」が実現されている。 In the second embodiment described above, the ECU 40 executes the processing of steps 102, 110, and 112, thereby realizing the “temperature detection means” according to claim 3 and the step 114. The “conductive area variable mechanism” according to claim 3 is realized by executing the processes of .about.122.

実施の形態3.
次に、図7乃至図9を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。図7は、本実施形態において用いられる導電面積可変機構50の構成および動作を説明するための斜視図である。より具体的には、図7(A)は、集電板14と導電線20との接触面積を最大化した際の導電面積可変機構50の状態を示す。また、図7(B)は、その接触面積を縮小させた際の導電面積可変機構50の状態を示す。
Embodiment 3 FIG.
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a perspective view for explaining the configuration and operation of the conductive area variable mechanism 50 used in the present embodiment. More specifically, FIG. 7A shows a state of the conductive area variable mechanism 50 when the contact area between the current collector plate 14 and the conductive wire 20 is maximized. FIG. 7B shows the state of the conductive area variable mechanism 50 when the contact area is reduced.

本実施形態のシステムは、図1に示すシステムにおいて、導電面積可変機構16に代えて導電面積可変機構50を配置し、かつ、ECU40に、後述する図8に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。図7に示すように、本実施形態において用いられる導電面積可変機構16は、2つの固定部材52,54と、それらに挟まれたスライド部材56とを備えている。   The system of the present embodiment is realized by arranging the conductive area variable mechanism 50 in place of the conductive area variable mechanism 16 in the system shown in FIG. 1 and causing the ECU 40 to execute a routine shown in FIG. be able to. As shown in FIG. 7, the conductive area variable mechanism 16 used in this embodiment includes two fixing members 52 and 54 and a slide member 56 sandwiched between them.

固定部材52は、固定導電部58と固定低熱伝導部60を備えている。固定導電部58は、集電板14等と同様に、銅などの高導電材料で構成されている。一方、固定低熱伝導部60は、固定導電部58をモールドする部材であり、銅などと比較して十分に熱伝導率の低い樹脂により構成されている。固定部材54も、固定部材52と同様の構成を有しており、固定導電部62と固定低熱伝導率部64とで構成されている。   The fixing member 52 includes a fixed conductive portion 58 and a fixed low heat conductive portion 60. The fixed conductive portion 58 is made of a highly conductive material such as copper, like the current collector plate 14 and the like. On the other hand, the fixed low thermal conductive portion 60 is a member for molding the fixed conductive portion 58 and is made of a resin having a sufficiently low thermal conductivity compared to copper or the like. The fixing member 54 has the same configuration as that of the fixing member 52, and includes a fixed conductive portion 62 and a fixed low thermal conductivity portion 64.

スライド部材56は、固定部材52,54の間でスライドすることができる点を除いて、固定部材52,54と同様の構成を有している。すなわち、スライド部材56は、高導電材料で構成されたスライド導電部66と、これをモールドするスライド低熱伝導部68とで構成されている。   The slide member 56 has the same configuration as the fixed members 52 and 54 except that the slide member 56 can slide between the fixed members 52 and 54. That is, the slide member 56 includes a slide conductive portion 66 made of a highly conductive material and a slide low heat conductive portion 68 that molds the slide conductive portion 66.

固定部材52は、固定導電部58の端面が集電板14と接触するように配置される。また、固定部材54は、固定導電部62の端面が導電線20と接触するように配置される。そして、導電面積可変機構50は、図示しないアクチュエータ44を備えており、ECU40の指令を受けて、スライド部材56をスライドさせることができる。   The fixing member 52 is disposed so that the end surface of the fixed conductive portion 58 is in contact with the current collector plate 14. The fixing member 54 is disposed so that the end surface of the fixed conductive portion 62 is in contact with the conductive wire 20. The conductive area variable mechanism 50 includes an actuator 44 (not shown), and can slide the slide member 56 in response to a command from the ECU 40.

図7(A)は、スライド部材56が固定部材52,54と重なる位置(以下、「基準位置」と称す)に制御された状態を示す。集電板14と導電線20との接触面積は、導電面積可変機構50がこの状態をとることにより最大化される。そして、その接触面積は、スライド部材56が、基準位置からスライドすることにより、無段階に縮小される。このため、本実施形態のシステムにおいては、スライド部材56の位置を制御することにより、集電板14と導電線20との接触面積を、連続的に拡大・縮小させることができる。   FIG. 7A shows a state in which the slide member 56 is controlled to a position where it overlaps with the fixing members 52 and 54 (hereinafter referred to as “reference position”). The contact area between the current collector plate 14 and the conductive wire 20 is maximized when the conductive area variable mechanism 50 takes this state. The contact area is continuously reduced by sliding the slide member 56 from the reference position. For this reason, in the system of this embodiment, by controlling the position of the slide member 56, the contact area between the current collector plate 14 and the conductive wire 20 can be continuously expanded or reduced.

[実施の形態3における具体的処理]
図8は、本実施形態においてECU40が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図8において、図4または図6に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
[Specific Processing in Embodiment 3]
FIG. 8 is a flowchart of a routine executed by the ECU 40 in the present embodiment. In FIG. 8, the same steps as those shown in FIG. 4 or FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.

図8に示すルーチンによれば、燃料電池10が起動された後、実施の形態2の場合と同様の手法で燃料電池10の温度Tが算出される(ステップ100〜112)。ステップ112の処理に続いて、スライド部材56に与えるべきスライド量Sが算出される(ステップ130)。   According to the routine shown in FIG. 8, after the fuel cell 10 is activated, the temperature T of the fuel cell 10 is calculated in the same manner as in the second embodiment (steps 100 to 112). Subsequent to step 112, the slide amount S to be given to the slide member 56 is calculated (step 130).

図9は、スライド量Sを算出するためにECU40が記憶しているマップである。このマップにおいて、スライド量Sは、温度Tが0°Cを超える領域では最小値「ゼロ」に、−30<T≦0°Cの領域では温度Tが低いほど大きな値となるように、また、T≦−30°Cの領域では最大値SMAXに、それぞれ定められている。上記ステップ130では、このマップに従って、燃料電池10の温度Tに対応するスライド量Sが設定される。 FIG. 9 is a map stored in the ECU 40 in order to calculate the slide amount S. In this map, the slide amount S is such that the minimum value is “zero” in the region where the temperature T exceeds 0 ° C., and the slide amount S increases as the temperature T decreases in the region where −30 <T ≦ 0 ° C. In the region of T ≦ −30 ° C., the maximum value S MAX is set. In step 130, a slide amount S corresponding to the temperature T of the fuel cell 10 is set according to this map.

次に、設定されたスライド量Sが実現されるように、アクチュエータ44が駆動される。スライド部材56は、スライド量Sがゼロである場合に図7(A)に示す基準位置に制御され、スライド量Sが大きいほど、基準位置から離れた位置に制御される。そして、最大のスライド量SMAXは、集電板14と導電線20との間に最小の接触面積を確保する値である。従って、集電板14と導電線20との接触面積は、燃料電池10の温度Tが低いほど、最小値に向かって小さくなり、その温度Tが0°Cを超える領域で最大化される。 Next, the actuator 44 is driven so that the set slide amount S is realized. The slide member 56 is controlled to the reference position shown in FIG. 7A when the slide amount S is zero, and the slide member 56 is controlled to a position farther from the reference position as the slide amount S is larger. The maximum slide amount S MAX is a value that ensures a minimum contact area between the current collector plate 14 and the conductive wire 20. Therefore, the contact area between the current collector plate 14 and the conductive wire 20 decreases toward the minimum value as the temperature T of the fuel cell 10 decreases, and is maximized in a region where the temperature T exceeds 0 ° C.

図8に示すルーチンでは、次に、温度Tが0°Cを超えているかが判別される(ステップ134)。その結果、T>0°Cの不成立が認められた場合は、再び上記ステップ110の処理が実行される。一方、T>0°Cの成立が認められた場合は、接触面積が最大値に達したと判断され、今回の処理が修了される。   In the routine shown in FIG. 8, it is next determined whether or not the temperature T exceeds 0 ° C. (step 134). As a result, when it is recognized that T> 0 ° C. is not established, the process of step 110 is executed again. On the other hand, when establishment of T> 0 ° C. is recognized, it is determined that the contact area has reached the maximum value, and the current process is completed.

以上説明した通り、図8に示すルーチンによれば、燃料電池10の起動時に、温度Tの上昇に伴って、集電板14と導電線20との接触面積を、無段階に増大させることができる。このため、本実施形態のシステムによれば、送電損失を小さく抑えつつ、燃料電池10の起動性を改善するという効果を、実施の形態2のシステムに比して、更に良好に実現することができる。   As described above, according to the routine shown in FIG. 8, when the fuel cell 10 is started, the contact area between the current collector plate 14 and the conductive wire 20 can be increased steplessly as the temperature T rises. it can. For this reason, according to the system of the present embodiment, the effect of improving the startability of the fuel cell 10 while suppressing power transmission loss can be realized more satisfactorily than the system of the second embodiment. it can.

また、本実施形態のシステムでは、集電板14と導電線20との接触を確保する導電部、つまり、固定導電部58,62およびスライド導電部66が、固定低熱伝統部60,64およびスライド低熱伝導部68によりそれぞれモールドされている。このような構造によれば、それらの導電部の耐衝撃性や耐食性を高めて、接触面積可変機構50の信頼性を高めることができる。このため、本実施形態のシステムによれば、実施の形態1または2の場合に比して、優れた信頼性を実現することができる。   Further, in the system of the present embodiment, the conductive portions that ensure the contact between the current collector plate 14 and the conductive wires 20, that is, the fixed conductive portions 58 and 62 and the slide conductive portion 66 are fixed to the fixed low heat traditional portions 60 and 64 and the slide. Each of them is molded by the low heat conduction part 68. According to such a structure, the impact resistance and corrosion resistance of those conductive portions can be increased, and the reliability of the contact area variable mechanism 50 can be increased. For this reason, according to the system of the present embodiment, superior reliability can be realized as compared with the case of the first or second embodiment.

ところで、上述した実施の形態3においては、スライド量Sを、燃料電池10の温度Tに基づいて設定することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、スライド量Sの設定は、燃料電池10の起動時温度Tintと、起動後の経過時間とに基づいて設定することとしてもよい。   In the above-described third embodiment, the slide amount S is set based on the temperature T of the fuel cell 10, but the present invention is not limited to this. That is, the slide amount S may be set based on the starting temperature Tint of the fuel cell 10 and the elapsed time after starting.

実施の形態4.
[実施の形態4の特徴]
次に、図10を参照して、本発明の実施の形態4について説明する。本実施形態のシステムは、実施の形態1のシステムにおいて、ECU40に、上記図4に示すルーチンに代えて、後述する図10に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
Embodiment 4 FIG.
[Features of Embodiment 4]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The system of the present embodiment can be realized by causing the ECU 40 to execute a routine shown in FIG. 10 described later in place of the routine shown in FIG. 4 in the system of the first embodiment.

上述した実施の形態1乃至3のシステムは、燃料電池10の起動時に、集電板14と導電線20との接触面積を、燃料電池10の温度Tの上昇に応じて変化させることとしている。より具体的には、これらのシステムでは、集電板14と導電線20との間に、燃料電池10の温度Tに応じた接触面積を確保することとしている。   In the systems of the first to third embodiments described above, when the fuel cell 10 is started, the contact area between the current collector plate 14 and the conductive wire 20 is changed according to an increase in the temperature T of the fuel cell 10. More specifically, in these systems, a contact area according to the temperature T of the fuel cell 10 is secured between the current collector plate 14 and the conductive wire 20.

ところで、燃料電池10の内部に発生している水の量は、必ずしも燃料電池10の温度Tそのものとは対応していない。例えば、燃料電池10の温度が−5°Cまで上昇してきた時点で発生している水の量は、起動時温度Tintが−20°Cであった場合と、−10°Cであった場合とで同じではない。つまり、これらの場合を比較すると、温度Tを−20°Cから−5°Cに引き上げる場合の方が、より多くの発熱反応を必要とし、その結果、燃料電池10の内部でより多くの水が生成されていると推測できる。   By the way, the amount of water generated inside the fuel cell 10 does not necessarily correspond to the temperature T itself of the fuel cell 10. For example, the amount of water generated when the temperature of the fuel cell 10 rises to −5 ° C. is when the startup temperature Tint is −20 ° C. or when it is −10 ° C. And not the same. That is, comparing these cases, more exothermic reaction is required when the temperature T is raised from −20 ° C. to −5 ° C. As a result, more water is generated inside the fuel cell 10. Can be guessed.

燃料電池10からの放熱量を少なくする目的は、主として水の氷結を防止することである。また、燃料電池10内では、発生している水の量が多いほど氷結が生じ易い。このため、燃料電池10の温度Tが同じであっても、放熱量を抑制することについての必要性は、発生している水量が多いほど大きなものとなる。このため、本実施形態のシステムでは、集電板14と導電線20との接触面積を、燃料電池10の温度Tの上昇に応じて増加させると同時に、水量が多いと予測されるほど、つまり、起動時温度Tintが低い場合ほど、温度Tの上昇に対する接触面積の増大を遅らせることとした。   The purpose of reducing the amount of heat released from the fuel cell 10 is mainly to prevent freezing of water. In the fuel cell 10, freezing is more likely to occur as the amount of water generated increases. For this reason, even if the temperature T of the fuel cell 10 is the same, the necessity for suppressing the amount of heat release increases as the amount of water generated increases. For this reason, in the system of the present embodiment, the contact area between the current collector plate 14 and the conductive wire 20 is increased as the temperature T of the fuel cell 10 increases, and at the same time, the amount of water is predicted to be large. As the starting temperature Tint is lower, the increase in the contact area with respect to the increase in the temperature T is delayed.

[実施の形態4における具体的処理]
図10は、本実施形態においてECU40が実行するルーチンのフローチャートである。図10に示すルーチンは、ステップ112に続く処理が、ステップ114〜122に代えて、ステップ140〜146とされている点を除き、図6に示すルーチンと同様である。以下、図10において、図6に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
[Specific Processing in Embodiment 4]
FIG. 10 is a flowchart of a routine executed by the ECU 40 in the present embodiment. The routine shown in FIG. 10 is the same as the routine shown in FIG. 6 except that the processing following step 112 is changed to steps 140 to 146 instead of steps 114 to 122. In FIG. 10, the same steps as those shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.

図10に示すルーチンでは、燃料電池10の起動時に、温度Tの算出(ステップ100〜112)に続いて、次式に従って補正温度F(T, Tint)が算出される(ステップ140)。
F(T, Tint)=T+0.2*(Tint+20) ・・・(3)
In the routine shown in FIG. 10, when the fuel cell 10 is started, following the calculation of the temperature T (steps 100 to 112), the correction temperature F (T, Tint) is calculated according to the following equation (step 140).
F (T, Tint) = T + 0.2 * (Tint + 20) (3)

上記(3)式において、0.2*(Tint+20)は、起動時の発生水量を補正温度F(T, Tint)に反映させるための補正値である。この補正値は、起動時温度Tintが−20°Cであった場合にゼロとなり、Tintが−20°Cより低かった場合は負の値、−20°Cより高かった場合は正の値となる。つまり、補正温度F(T, Tint)は、起動時温度Tintが−20°Cより低かった場合は現実の温度Tより低い値とされ、一方、起動時温度Tintが−20°Cより高かった場合は温度Tより高い値とされる。   In the above equation (3), 0.2 * (Tint + 20) is a correction value for reflecting the amount of water generated at the time of startup to the correction temperature F (T, Tint). This correction value is zero when the starting temperature Tint is −20 ° C., negative when Tint is lower than −20 ° C., and positive when Tint is higher than −20 ° C. Become. That is, the correction temperature F (T, Tint) is set to a value lower than the actual temperature T when the startup temperature Tint is lower than −20 ° C., whereas the startup temperature Tint is higher than −20 ° C. In this case, the temperature is higher than T.

図10に示すルーチンでは、次に、補正温度F(T, Tint)が、判定温度以下であるか、具体的には−10°C以下であるかが判別される(ステップ142)。その結果、F(T, Tint)≦−10°Cの成立が認められた場合は、導電線20への放熱を抑制する要求が強いと判断され、可変導電部18がOFF状態になるようにアクチュエータ44が駆動される(ステップ144)。この場合、以後、再び上記ステップ110以降の処理が実行される。   In the routine shown in FIG. 10, it is next determined whether the correction temperature F (T, Tint) is equal to or lower than the determination temperature, or specifically equal to or lower than −10 ° C. (step 142). As a result, when the establishment of F (T, Tint) ≦ −10 ° C. is recognized, it is determined that there is a strong demand for suppressing the heat radiation to the conductive wire 20, and the variable conductive portion 18 is turned off. The actuator 44 is driven (step 144). In this case, the processing after step 110 is executed again thereafter.

一方、上記ステップ142において、F(T, Tint)≦−10°Cの不成立が認められた場合は、導電線20への放熱を抑制する必要性が小さくなったと判断され、可変導電部18がON状態になるようにアクチュエータ44が駆動される(ステップ146)。その結果、集電板14と導電線20との接触面積が最大化され、送電損失を最小とする状態が実現される。   On the other hand, in the above-described step 142, when F (T, Tint) ≦ −10 ° C. is not established, it is determined that the necessity to suppress the heat radiation to the conductive wire 20 is reduced, and the variable conductive portion 18 is The actuator 44 is driven so as to be in the ON state (step 146). As a result, the contact area between the current collector plate 14 and the conductive wire 20 is maximized, and a state in which power transmission loss is minimized is realized.

以上説明した通り、図10に示すルーチンでは、補正温度F(T, Tint)が判定温度(−10°C)に達したか否かに基づいて接触面積の拡大が図られる。そして、補正温度F(T, Tint)は、温度Tが同じであるとすれば、起動時温度Tintが低いほど低い値に算出される。従って、図10に示すルーチンによれば、起動時温度Tintが低いほど、接触面積が拡大される温度Tが高い値にシフトすることになる。このため、本実施形態のシステムによれば、燃料電池10の内部に存在する水が多量である場合ほど、放熱防止を重視した状態を長期に渡って維持することができる。その結果、本実施形態のシステムによれば、燃料電池10の内部における水量の相違に関わらず、送電損失を小さく抑えつつ、燃料電池10の起動性を改善するという効果を、常に良好に実現することができる。   As described above, in the routine shown in FIG. 10, the contact area is expanded based on whether or not the correction temperature F (T, Tint) has reached the determination temperature (−10 ° C.). If the temperature T is the same, the corrected temperature F (T, Tint) is calculated as a lower value as the startup temperature Tint is lower. Therefore, according to the routine shown in FIG. 10, the lower the startup temperature Tint, the higher the temperature T at which the contact area is expanded. For this reason, according to the system of this embodiment, the state where importance is placed on prevention of heat dissipation can be maintained for a long period of time as the amount of water present in the fuel cell 10 increases. As a result, according to the system of the present embodiment, the effect of improving the startability of the fuel cell 10 is always realized satisfactorily while suppressing power transmission loss regardless of the difference in the amount of water inside the fuel cell 10. be able to.

ところで、上述した実施の形態4においては、集電板14と導電線20との接触面積を2段階に変化させることとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、実施の形態2の場合と同様に、その接触面積を、より多段階に切り換えることとしてもよい。また、実施の形態3の場合と同様に、その接触面積を無段階に連続的に変化させることとしてもよい。   By the way, in Embodiment 4 mentioned above, it is supposed that the contact area of the current collecting plate 14 and the conductive wire 20 will be changed in two steps, However, This invention is not limited to this. That is, as in the case of the second embodiment, the contact area may be switched in more stages. Further, as in the case of the third embodiment, the contact area may be continuously changed steplessly.

また、上述した実施の形態4においては、起動時温度Tintの影響を補正温度F(T, Tint)に反映させることにより、温度Tの上昇に対する接触面積の増加の傾向を変化させることとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、起動時温度Tintを、判定温度(ここでは−10°C)の側に反映させることにより同様の機能を実現することとしてもよい。   In the fourth embodiment described above, the influence of the startup temperature Tint is reflected on the correction temperature F (T, Tint) to change the tendency of the contact area to increase with respect to the increase in temperature T. However, the present invention is not limited to this. That is, a similar function may be realized by reflecting the startup temperature Tint on the judgment temperature (here, −10 ° C.) side.

尚、上述した実施の形態4においては、ECU40が、図10に示すステップ102を実行することにより前記第の発明における「起動時温度検知手段」が、上記ステップ140〜146の処理を実行することにより前記第の発明における「導電面積可変機構」が、それぞれ実現されている。 In the fourth embodiment described above, the ECU 40 executes step 102 shown in FIG. 10 so that the “starting temperature detection means” in the fourth invention executes the processing of steps 140 to 146. Thus, the “conductive area variable mechanism” in the fourth invention is realized.

実施の形態5.
[実施の形態5の特徴]
次に、図11および図12を参照して、本発明の実施の形態5について説明する。本実施形態のシステムは、実施の形態1のシステムにおいて、ECU40に、上記図4に示すルーチンに代えて、後述する図11に示すルーチン、および図12に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
Embodiment 5 FIG.
[Features of Embodiment 5]
Next, Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to FIG. 11 and FIG. The system of the present embodiment is realized by causing the ECU 40 to execute a routine shown in FIG. 11 and a routine shown in FIG. 12 described later instead of the routine shown in FIG. 4 in the system of the first embodiment. Can do.

実施の形態4の説明において述べた通り、導電線20からの放熱を抑制する必要性は、燃料電池10の内部に生じている水量が多いほど大きなものとなる。この水量は、燃料電池10の起動後に発生した水量と、燃料電池10の起動時に既に存在していた水量とで決定される。また、起動時に存在する水の量は、燃料電池10の停止時に存在していた水の量とみなすことができる。このため、本実施形態では、燃料電池10の停止時に存在していた水の量を、その後の起動時における接触面積可変機構16の制御に反映させることとした。   As described in the description of the fourth embodiment, the necessity of suppressing the heat radiation from the conductive wire 20 increases as the amount of water generated in the fuel cell 10 increases. This amount of water is determined by the amount of water generated after starting up the fuel cell 10 and the amount of water already present when the fuel cell 10 is started up. Further, the amount of water present at the time of startup can be regarded as the amount of water that was present when the fuel cell 10 was stopped. For this reason, in the present embodiment, the amount of water that was present when the fuel cell 10 was stopped was reflected in the control of the contact area variable mechanism 16 during the subsequent activation.

[実施の形態5における具体的処理]
(停止時水量Aw0の検出)
図11は、本実施形態におけるECU40が、停止時において燃料電池10の内部に存在している水量を検出するために実行するルーチンのフローチャートである。このルーチンは、燃料電池10の作動中、所定の時間間隔で繰り返し起動されるルーチンである。
[Specific Processing in Embodiment 5]
(Detection of water amount Aw0 when stopped)
FIG. 11 is a flowchart of a routine that is executed by the ECU 40 in the present embodiment to detect the amount of water present in the fuel cell 10 when stopped. This routine is a routine that is repeatedly activated at predetermined time intervals while the fuel cell 10 is operating.

このルーチンでは、先ず、燃料電池10の抵抗RFCに関する情報が取得される(ステップ150)。次に、吸気温センサ42の出力に基づいて、外気温THAが検出される(ステップ152)。更に、燃料電池10の発生している電流IFCに関する情報が取得される(ステップ154)。 In this routine, first, information regarding the resistance R FC of the fuel cell 10 is acquired (step 150). Next, the outside air temperature THA is detected based on the output of the intake air temperature sensor 42 (step 152). Further, information regarding the current I FC generated by the fuel cell 10 is acquired (step 154).

燃料電池10が生成する水の量は、電流IFCと相関を有している。また、燃料電池10の内部に存在する水の量は、燃料電池10の抵抗RFCと外気温THAの関数として求めることができる。このため、抵抗RFCと、外気温THAと、電流IFCとが判ると、個々の瞬間において、燃料電池10の内部に存在する水の総量を推定刷ることが可能である。ECU40は、ステップ154の処理に続いて、それらの検出値に基づいて、公知の手法により、燃料電池10内の水量Awを算出する(ステップ156)。 The amount of water generated by the fuel cell 10 has a correlation with the current I FC . Further, the amount of water present inside the fuel cell 10 can be obtained as a function of the resistance R FC of the fuel cell 10 and the outside temperature THA. Therefore, if the resistance R FC , the outside air temperature THA, and the current IFC are known, it is possible to estimate and print the total amount of water present in the fuel cell 10 at each moment. Following the processing of step 154, the ECU 40 calculates the amount of water Aw in the fuel cell 10 based on the detected values by a known method (step 156).

次に、燃料電池10の停止が要求されたか否かが判別される(ステップ158)。その結果、停止の要求が生じていないと判別された場合は、そのまま今回の処理が修了される。一方、停止の要求が認められた場合は、その時点で算出されていた水量Awが、停止時水量Aw0として記憶される(ステップ160)。   Next, it is determined whether or not the stop of the fuel cell 10 is requested (step 158). As a result, if it is determined that a stop request has not occurred, the current process is completed. On the other hand, when the stop request is accepted, the water amount Aw calculated at that time is stored as the stop water amount Aw0 (step 160).

(起動時における接触面積の制御)
図12は、本実施形態において、ECU40が、燃料電池10の起動時に集電板14と導電線20との接触面積を制御するために実行するルーチンのフローチャートである。図12に示すルーチンは、ステップ102の後にステップ170および172が挿入されている点、およびステップ140の代わりにステップ174および176が挿入されている点を除いて、図10に示すルーチンと同様である。以下、図12において、図10に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
(Control of contact area at startup)
FIG. 12 is a flowchart of a routine executed by the ECU 40 in order to control the contact area between the current collector plate 14 and the conductive wire 20 when the fuel cell 10 is started. The routine shown in FIG. 12 is the same as the routine shown in FIG. 10 except that steps 170 and 172 are inserted after step 102 and steps 174 and 176 are inserted instead of step 140. is there. In FIG. 12, the same steps as those shown in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.

すなわち、図12に示すルーチンにおいては、燃料電池10の起動時に、起動時温度Tintの読み込み処理(ステップ102)に続いて、停止時水量Aw0の読み込み処理が実行される(ステップ170)。続いて、その停止時水量Aw0に基づいて、水量補正値K=f(Aw0)が算出される(ステップ172)。ここで、水量補正値Kは、停止時水量Aw0がゼロである場合に最小値ゼロとなり、Aw0が多量であるほど大きな値に設定される。   That is, in the routine shown in FIG. 12, when the fuel cell 10 is started, the reading process of the stop time water amount Aw0 is executed (step 170) following the reading process of the starting temperature Tint (step 102). Subsequently, a water amount correction value K = f (Aw0) is calculated based on the stopped water amount Aw0 (step 172). Here, the water amount correction value K becomes the minimum value zero when the stop time water amount Aw0 is zero, and is set to a larger value as the amount of Aw0 increases.

また、図12に示すルーチンでは、ステップ140において補正温度F(T, Tint)が算出された後に、次式に従って、最終補正温度F'が算出される(ステップ174)。その結果、最終補正温度F'は、補正温度F(T, Tint)より水量補正値Kだけ低い値に算出される。 F'=F(T, Tint)-K ・・・(4)   In the routine shown in FIG. 12, after the correction temperature F (T, Tint) is calculated in step 140, the final correction temperature F ′ is calculated according to the following equation (step 174). As a result, the final correction temperature F ′ is calculated to be lower than the correction temperature F (T, Tint) by the water amount correction value K. F '= F (T, Tint) -K (4)

図12に示すルーチンでは、次に、最終補正温度F'が、判定温度以下であるか、具体的には−10°C以下であるかが判別される(ステップ176)。その結果、F'≦−10°Cが成立すれば、可変導電部18がOFF状態とされる(ステップ144)。一方、F'≦−10°Cが成立しなければ、可変導電部18がON状態とされる(ステップ146)。   In the routine shown in FIG. 12, next, it is determined whether the final correction temperature F ′ is equal to or lower than the determination temperature, or specifically equal to or lower than −10 ° C. (step 176). As a result, if F ′ ≦ −10 ° C. is established, the variable conductive portion 18 is turned off (step 144). On the other hand, if F ′ ≦ −10 ° C. does not hold, the variable conductive portion 18 is turned on (step 146).

以上説明した通り、図12に示すルーチンでは、最終補正温度F'が判定温度(−10°C)に達したか否かに基づいて接触面積の拡大が図られる。そして、最終補正温度F'は、温度Tおよび起動時温度Tintが同じであれば、水量補正値Kが大きな値であるほど低い値に算出される。つまり、最終補正温度F'は、停止時水量Aw0が多量であるほど低い値に算出される。従って、図12に示すルーチンによれば、起動時において接触面積が拡大される温度Tが、停止時水量Aw0が多いほど高温側にシフトすることになる。このため、本実施形態のシステムによれば、燃料電池10の内部に存在する水が多量である場合ほど、放熱防止を重視した状態を長期に渡って維持することができる。その結果、本実施形態のシステムによれば、停止時における水量の多少に関わらず、送電損失を小さく抑えつつ、燃料電池10の起動性を改善するという効果を、常に良好に実現することができる。   As described above, in the routine shown in FIG. 12, the contact area is expanded based on whether or not the final correction temperature F ′ has reached the determination temperature (−10 ° C.). If the temperature T and the startup temperature Tint are the same, the final correction temperature F ′ is calculated as a lower value as the water amount correction value K is larger. That is, the final corrected temperature F ′ is calculated to be lower as the stop water amount Aw0 is larger. Therefore, according to the routine shown in FIG. 12, the temperature T at which the contact area is expanded at the time of start-up shifts to the higher temperature side as the stop water amount Aw0 increases. For this reason, according to the system of this embodiment, the state where importance is placed on prevention of heat dissipation can be maintained for a long period of time as the amount of water present in the fuel cell 10 increases. As a result, according to the system of the present embodiment, the effect of improving the startability of the fuel cell 10 can be realized satisfactorily while suppressing power transmission loss regardless of the amount of water at the time of stoppage. .

ところで、上述した実施の形態1乃至5のシステムにおいては、燃料電池10の起動時温度Tintは、大気温度THAと等しいことを前提としている。しかしながら、十分な停止時間が確保されていない場合には、燃料電池10の起動時温度Tintが、大気温度THAより高温となることがある。このような事態に対処するためには、燃料電池10の温度Tを実測する温度センサを設けて、そのセンサの出力値により停止時温度Tintを検知することとすればよい。   By the way, in the systems of the first to fifth embodiments described above, it is assumed that the startup temperature Tint of the fuel cell 10 is equal to the atmospheric temperature THA. However, when a sufficient stop time is not secured, the startup temperature Tint of the fuel cell 10 may be higher than the atmospheric temperature THA. In order to cope with such a situation, a temperature sensor that measures the temperature T of the fuel cell 10 may be provided, and the stop-time temperature Tint may be detected from the output value of the sensor.

また、そのような場合においては、停止時温度Tintが同じであっても、大気温度THAが異なれば、燃料電池10の起動時における昇温特性に差異が発生する。つまり、停止時温度Tintが同じであっても、燃料電池10に所望の温度上昇を生じさせる際に発生する水の量は、大気温度THAが低いほど多量となる。燃料電池10の起動時には、水が多量に発生する場合ほど、放熱防止の必要性が高まる。このため、起動時温度Tintと大気温度THAとが異なる場合には、燃料電池10の起動時に接触面積が拡大される温度Tを、大気温度THAが低いほど、高温側にシフトさせることとしてもよい。   In such a case, even if the stop-time temperature Tint is the same, if the atmospheric temperature THA is different, a difference occurs in the temperature rise characteristics when the fuel cell 10 is started. In other words, even when the stop-time temperature Tint is the same, the amount of water that is generated when the fuel cell 10 causes a desired temperature rise increases as the atmospheric temperature THA decreases. When the fuel cell 10 is started up, the more water is generated, the more necessity for preventing heat dissipation. For this reason, when the starting temperature Tint and the atmospheric temperature THA are different, the temperature T at which the contact area is expanded when the fuel cell 10 is started may be shifted to a higher temperature as the atmospheric temperature THA is lower. .

尚、上述した実施の形態5においては、ECU40が、大気温度THAを検出することにより前記第の発明における「大気温度検知手段」を実現することができる。また、ECU40が、接触面積の拡大温度Tを、大気温度THAが低いほど高温側にシフトさせることにより、前記第の発明における「導電面積可変機構」を実現することができる。 In the above-described fifth embodiment, the ECU 40 can realize the “atmospheric temperature detecting means” in the fifth invention by detecting the atmospheric temperature THA. Further, the ECU 40 shifts the expansion temperature T of the contact area to the higher temperature side as the atmospheric temperature THA is lower, thereby realizing the “conductive area variable mechanism” in the fifth aspect of the invention.

更に、ここでは、ECU40が、上記ステップ150〜156の処理を実行することにより前記第の発明における「水量検知手段」が、上記ステップ158および160の処理を実行することにより前記第の発明における「停止時水量記憶手段」が、上記ステップ170,172,174および176の処理を実行することにより前記第の発明における「導電面積可変機構」が、それぞれ実現されている。
Further, here, the ECU 40 executes the processing of the above steps 150 to 156, so that the “water amount detecting means” in the sixth invention executes the processing of the above steps 158 and 160, thereby the sixth invention. The “stopped water amount storage means” in FIG. 6 executes the processes of steps 170, 172, 174, and 176, thereby realizing the “conductive area variable mechanism” in the sixth aspect of the invention.

本発明の実施の形態1の全体構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the whole structure of Embodiment 1 of this invention. 図1に示す燃料電池のセル構造を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the cell structure of the fuel battery | cell shown in FIG. 本発明の実施の形態1のシステムの電気的な構造を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the electrical structure of the system of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態2の動作を説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating operation | movement of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3において用いられる接触面積可変機構の構成および動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure and operation | movement of a contact area variable mechanism used in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 3 of the present invention. 図8に示すルーチンの実行中に参照されるスライド量Sのマップである。FIG. 9 is a map of a slide amount S referred to during execution of the routine shown in FIG. 8. 本発明の実施の形態4において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5において、停止時水量を検出するために実行されるルーチンのフローチャートである。In Embodiment 5 of this invention, it is a flowchart of the routine performed in order to detect the water quantity at the time of a stop. 本発明の実施の形態5において、接触面積を制御するために実行されるルーチンのフローチャートである。In Embodiment 5 of this invention, it is a flowchart of the routine performed in order to control a contact area.

符号の説明Explanation of symbols

10 燃料電池
12 セル
14 集電板
16,50 接触面積可変機構
18 可動導電部
20 導電線
40 ECU(Electronic Control Unit)
56 スライド部材
66 スライド導電部
68 スライド低熱伝導部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell 12 Cell 14 Current collecting plate 16, 50 Contact area variable mechanism 18 Movable conductive part 20 Conductive line 40 ECU (Electronic Control Unit)
56 Slide member 66 Slide conductive part 68 Slide low heat conductive part

Claims (6)

積層された複数のセルの端部に集電板を備える燃料電池と、
前記燃料電池の外部に配置され、前記集電板と電気的に接続される導電線と、
前記集電板と接触するように前記集電板と前記導電線との間に配置され、導電材料を介した両者間の接触面積を可変とする導電面積可変機構とを備え
前記導電面積可変機構は、
前記導電材料で構成され、前記集電板と前記導電線の双方に接触するON状態と、少なくとも両者の一方から離間したOFF状態とを選択的に実現する複数の可動導電部と、
前記可動導電部を駆動するアクチュエータとを備えることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell comprising a current collector plate at the end of a plurality of stacked cells;
A conductive wire disposed outside the fuel cell and electrically connected to the current collector;
A conductive area variable mechanism that is disposed between the current collector plate and the conductive wire so as to be in contact with the current collector plate, and that can change the contact area between the two through a conductive material ;
The conductive area variable mechanism is
A plurality of movable conductive parts that are made of the conductive material and selectively realize an ON state that contacts both the current collector plate and the conductive wire, and an OFF state that is separated from at least one of the two,
The fuel cell system according to claim Rukoto and an actuator for driving the movable conductive portion.
積層された複数のセルの端部に集電板を備える燃料電池と、
前記燃料電池の外部に配置され、前記集電板と電気的に接続される導電線と、
前記集電板と接触するように前記集電板と前記導電線との間に配置され、導電材料を介した両者間の接触面積を可変とする導電面積可変機構とを備え、
前記導電面積可変機構は、
前記集電板と前記導電線との間に配置されるスライド部材と、
前記スライド部材を駆動するアクチュエータとを備え、
前記スライド部材は、前記導電材料で形成されたスライド導電部と、前記スライド導電部に比して熱伝導率の低い材料で前記スライド導電部をモールドするように形成されたスライド低熱伝導部とを備え、
前記アクチュエータは、前記集電板および前記導電線の双方に対する前記スライド導電部の接触面積が変化するように前記スライド部材を駆動することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell comprising a current collector plate at the end of a plurality of stacked cells;
A conductive wire disposed outside the fuel cell and electrically connected to the current collector;
A conductive area variable mechanism that is disposed between the current collector plate and the conductive wire so as to be in contact with the current collector plate, and that can change the contact area between the two through a conductive material;
The conductive area variable mechanism is
A slide member disposed between the current collector plate and the conductive wire;
An actuator for driving the slide member,
The slide member includes a slide conductive portion formed of the conductive material, and a slide low heat conductive portion formed to mold the slide conductive portion with a material having a lower thermal conductivity than the slide conductive portion. Prepared,
The actuator fuel cell system that is characterized in that for driving the slide member so that the contact area of the sliding conductor part for both of the collector plate and the conductive line is changed.
前記燃料電池の温度を検知する温度検知手段を備え、
前記導電面積可変機構は、前記燃料電池が低温であるほど前記接触面積を小さくすることを特徴とする請求項1又は2記載の燃料電池システム。
Comprising temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell;
The conductive area varying mechanism, a fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein said fuel cell is characterized in that to reduce the contact area as is at a low temperature.
前記燃料電池の起動時温度を検知する起動時温度検知手段を備え、
前記導電面積可変機構は、前記起動時温度が低いほど、温度上昇に対する前記接触面積の増大を遅らせることを特徴とする請求項記載の燃料電池システム。
A startup temperature detection means for detecting the startup temperature of the fuel cell;
4. The fuel cell system according to claim 3, wherein the conductive area variable mechanism delays an increase in the contact area with respect to a temperature rise as the startup temperature is lower.
前記燃料電池を取り巻く大気温度を検知する大気温度検知手段を備え、
前記導電面積可変機構は、前記大気温度が低いほど、温度上昇に対する前記接触面積の増大を遅らせることを特徴とする請求項3又は4記載の燃料電池システム。
An atmospheric temperature detecting means for detecting an atmospheric temperature surrounding the fuel cell;
5. The fuel cell system according to claim 3, wherein the conductive area variable mechanism delays an increase in the contact area with respect to a temperature rise as the atmospheric temperature is lower.
前記燃料電池の作動に伴う水生成量を検知する水量検知手段と、
前記燃料電池の停止時における前記水生成量を停止時水量として記憶する停止時水量記憶手段とを備え、
前記導電面積可変機構は、前記停止時水量が多いほど、温度上昇に対する前記接触面積の増大を遅らせることを特徴とする請求項3乃至5の何れか1項記載の燃料電池システム。
Water amount detection means for detecting the amount of water produced by the operation of the fuel cell;
A stop water amount storage means for storing the water generation amount when the fuel cell is stopped as a stop water amount;
6. The fuel cell system according to claim 3, wherein the conductive area variable mechanism delays an increase in the contact area with respect to a temperature rise as the amount of water at the stop is larger.
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