JP5262183B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は燃料電池システムに関する。更に具体的には、燃料と酸化ガスとを用いて発電する燃料電池の起動時の制御を行うシステムとして好適なものである。 The present invention relates to a fuel cell system. More specifically, it is suitable as a system for performing control at the time of starting a fuel cell that generates power using fuel and oxidizing gas.
従来、例えば特開2005−71626号公報には、燃料電池から取り出す電流又は電圧を調整する電気回路を有する燃料電池システムが開示されている。このシステムでは、燃料電池の氷点下での起動時には、要求負荷に関わらず、セルを劣化させない範囲で取り出し電流が最大となるように取り出し電力を設定する。この従来技術によれば、取り出し電流を最大とすることで燃料電池の自己発熱が促進されるため、燃料電池の暖機時間を短縮することができ、燃料電池が氷点下で起動される場合にも、発電により発生した生成水が凍結するのを防止することができるものとしている。 Conventionally, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-71626 discloses a fuel cell system having an electric circuit for adjusting a current or voltage taken out from the fuel cell. In this system, when the fuel cell is started below the freezing point, the extraction power is set so that the extraction current is maximized within a range in which the cell is not deteriorated regardless of the required load. According to this prior art, since the self-heating of the fuel cell is promoted by maximizing the extraction current, the warm-up time of the fuel cell can be shortened, and even when the fuel cell is started below freezing point The product water generated by the power generation can be prevented from freezing.
しかし、所定の乾燥処理を行って燃料電池を停止した場合であっても、触媒電極に多少の水分が残留している場合がある。触媒電極に水分が残留して停止した後、燃料電池が低温環境下で起動される場合、燃料電池の触媒電極の残留水分が凍結し反応剤(燃料又は酸化ガス)の流路が閉塞された状態となることがある。触媒電極の反応剤の流路が閉塞すると触媒電極の反応点として機能する面積が減少した状態となるため、目標出力に応じた量の反応剤を供給しても、その反応剤に応じた出力を得ることができない事態となることが考えられる。 However, even when the fuel cell is stopped by performing a predetermined drying process, some moisture may remain on the catalyst electrode. When the fuel cell is started in a low temperature environment after moisture remains on the catalyst electrode, the remaining moisture on the catalyst electrode of the fuel cell freezes and the flow path of the reactant (fuel or oxidizing gas) is blocked It may become a state. When the flow path of the reactant of the catalyst electrode is blocked, the area that functions as the reaction point of the catalyst electrode is reduced, so even if an amount of the reactant corresponding to the target output is supplied, the output corresponding to the reactant is output. It is possible that the situation will be impossible.
このような場合、上記従来技術のように取り出し電流を最大電流に設定しても、その最大電流を出力できず、自己発熱を促し燃料電池の起動時の暖機を促進するという効果を十分に得ることができない場合があると考えられる。また、このような場合、触媒電極の反応点として機能する面積が減少した状態であるため、実際の発電には使用されない反応剤を多く燃料電池に供給することとなり、その供給に用いる例えばエアコンプレッサ等の機器の駆動に必な電力が無駄に消費されることとなる。 In such a case, even if the extraction current is set to the maximum current as in the above-described prior art, the maximum current cannot be output, and the effect of promoting the warm-up at the start of the fuel cell by promoting self-heating is sufficiently obtained. It may be impossible to obtain. In such a case, since the area functioning as the reaction point of the catalyst electrode is reduced, a large amount of reactants that are not used for actual power generation are supplied to the fuel cell. The electric power necessary for driving such devices is wasted.
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、燃料電池の起動において、燃料電池が一部において凍結状態となっている場合においても、適切な量の酸化ガスを供給し、燃料電池の暖機を促進できるよう改良した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 in order to solve the above-described problems. When the fuel cell is started, an appropriate amount of oxidizing gas is supplied even when the fuel cell is partially frozen. An object of the present invention is to provide an improved fuel cell system that can promote warm-up of the fuel cell.
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、
燃料と、酸化ガスとを用いて発電を行う1又は2以上の発電部を有する燃料電池と、
前記燃料電池を停止状態から起動する際の起動処理を行う場合に、起動時の目標電流である起動時目標電流を設定する起動時目標電流設定手段と、
前記燃料電池の起動が、基準温度以下の低い低温での起動となる低温起動を検出する低温起動検出手段と、
前記起動処理を行う際、前記低温起動が検出された場合、前記燃料電池に供給する酸化ガス量を、前記燃料電池が前記基準温度より高い温度で起動される場合に設定される前記起動時目標電流に応じた起動時酸化ガス量よりも少ないガス量である、起動時酸化ガス量に制御する起動時酸化ガス量制御手段と、
前記起動処理が開始され、前記燃料電池に供給される酸化ガス量が、前記起動時酸化ガス量に達したことが認められた後に検出された、前記燃料電池の出力電流と、前記起動時目標電流との差異に応じて、前記発電部の一部が凍結した凍結状態を検出する凍結状態検出手段と、
前記凍結状態が検出された場合、前記燃料電池に供給する酸化ガス量を、前記起動時酸化ガス量よりも、更に少ない凍結時酸化ガス量に制御する凍結時酸化ガス量制御手段と、
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 having one or more power generation units that generate power using fuel and oxidizing gas;
A startup target current setting means for setting a startup target current, which is a target current at startup, when performing startup processing when starting the fuel cell from a stopped state;
A low temperature start detection means for detecting a low temperature start in which the fuel cell is started at a low temperature lower than a reference temperature; and
When performing the start-up process , if the low-temperature start-up is detected, the start- up target that is set when the fuel cell is started at a temperature higher than the reference temperature is set to the amount of oxidizing gas supplied to the fuel cell A starting oxidizing gas amount control means for controlling the starting oxidizing gas amount to be a gas amount smaller than the starting oxidizing gas amount according to the current;
The output current of the fuel cell detected after the start- up process is started and the amount of oxidizing gas supplied to the fuel cell is found to have reached the amount of oxidizing gas at start-up, and the start-up target A frozen state detecting means for detecting a frozen state in which a part of the power generation unit is frozen according to a difference with the current ,
If the previous SL freezing condition is detected, the amount of the oxidizing gas supplied to the fuel cell than said startup oxidizing gas amount, and freezing upon oxidation gas amount control means for controlling the fewer freezing the oxidation gas amount,
It is characterized by providing.
第2の発明は、第1の発明において、
前記起動時酸化ガス量制御手段は、
前記燃料電池が、前記基準温度より低い温度で起動される場合に、前記起動処理における、目標電流の出力を得るために必要な酸化ガス流量に対する、実際に供給する酸化ガス流量の比率として表される酸化ガスのストイキ比を、前記基準温度よりも高い温度で起動される場合の酸素ガスのストイキ比よりも小さな起動時ストイキ比とし、
前記凍結時酸化ガス量制御手段は、
前記起動処理において前記凍結状態が検出された場合、前記酸化ガスのストイキ比を、前記起動時ストイキ比よりも小さい凍結時ストイキ比とすることを特徴とする。
According to a second invention, in the first invention,
The starting oxidizing gas amount control means includes :
When the fuel cell is started at a temperature lower than the reference temperature, it is expressed as a ratio of an actually supplied oxidizing gas flow rate to an oxidizing gas flow rate necessary for obtaining a target current output in the starting process. The stoichiometric ratio of the oxidizing gas to be a starting stoichiometric ratio smaller than the stoichiometric ratio of the oxygen gas when starting at a temperature higher than the reference temperature ,
The freezing oxidizing gas amount control means includes :
If the frozen state is detected in the activation process, the stoichiometric ratio of the oxidizing gas, characterized by a small freezing stoichiometric ratio than the startup stoichiometric ratio.
第3の発明は、第1又は第2の発明において、
前記出力電流と前記起動時目標電流との差が、第1基準差より大きい場合に、前記凍結状態を検出することを特徴とする。
According to a third invention, in the first or second invention,
The frozen state is detected when a difference between the output current and the target current at start-up is larger than a first reference difference.
第4の発明は、第3の発明において、前記凍結状態検出手段は、前記出力電流と前記起動時目標電流との差が、第2基準差より小さくなった場合に、前記凍結状態を検出した状態を解除することを特徴とする。 In a fourth aspect based on the third aspect , the frozen state detecting means detects the frozen state when a difference between the output current and the startup target current is smaller than a second reference difference . The state is released .
第5の発明は、第1から第4のいずれか1の発明において、
前記起動処理の終了を検出する起動処理終了検出手段と、
前記凍結状態が検出されている状態で、前記起動処理の終了が検出された場合に、前記凍結状態となっていることを表示する凍結状態表示手段と、
を更に備えることを特徴とする。
According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions,
An activation process end detection means for detecting the end of the activation process;
In a state where the frozen state is detected , when the end of the activation process is detected, a frozen state display means for displaying that the frozen state is present;
Is further provided.
第1の発明によれば、燃料電池の起動処理を行う場合に、起動時目標電流を設定し、これに応じた起動時酸化ガス量に設定すると共に、燃料電池の発電部の一部が凍結した凍結状態となっているかと判定されている間は、燃料電池に供給する酸化ガス量を起動時酸化ガス量よりも少ない凍結時酸化ガス量に設定する。これにより、起動時に発電部の一部が凍結状態となって、触媒として機能する反応点の面積が減少状態となっている場合には、それに応じて酸化ガスの供給量を低減させることができる。これにより、発電部の触媒の状態に対応して適切な量の酸化ガスを供給できると共に、例えば酸化ガスを供給する供給系に電力が必要な場合などには電力の無駄な消費を抑えることができる。 According to the first aspect of the present invention, when performing the start-up process of the fuel cell, the target current at start-up is set, the start-up oxidizing gas amount corresponding to this is set, and a part of the power generation unit of the fuel cell is frozen. While it is determined that the frozen state has been achieved, the amount of oxidizing gas supplied to the fuel cell is set to a freezing oxidizing gas amount that is smaller than the starting oxidizing gas amount. Thereby, when a part of the power generation unit is frozen at the time of startup and the area of the reaction point that functions as a catalyst is in a reduced state, the supply amount of the oxidizing gas can be reduced accordingly. . As a result, an appropriate amount of oxidizing gas can be supplied corresponding to the state of the catalyst in the power generation unit, and wasteful consumption of electric power can be suppressed, for example, when electric power is required for a supply system that supplies the oxidizing gas. it can.
第2の発明によれば、酸化ガスのストイキ比を起動時目標電流に応じた起動時ストイキ比に設定すると共に、燃料電池が凍結状態と判定されている間は起動時ストイキ比よりも小さい凍結時ストイキ比に設定する。その上で、酸化ガス量を設定されたストイキ比に応じて決定する。これにより、確実に凍結状態により発電部の触媒面積が減少状態となっている場合にも、その触媒の状態に対応して適切な量の酸化ガスを供給することができる。 According to the second invention, the stoichiometric ratio of the oxidizing gas is set to the startup stoichiometric ratio corresponding to the startup target current, and the freezing is smaller than the startup stoichiometric ratio while the fuel cell is determined to be in the frozen state. Set to hour stoichiometric ratio. Then, the oxidizing gas amount is determined according to the set stoichiometric ratio. Thereby, even when the catalyst area of the power generation unit is in a reduced state due to the frozen state, an appropriate amount of oxidizing gas can be supplied in accordance with the state of the catalyst.
また、第1の発明によれば、燃料電池の起動が、基準温度より低い低温での起動となる場合に、酸化ガス量を、燃料電池が基準温度以上の高い温度で起動される場合における酸化ガス量よりも少なく設定する。これにより、燃料電池の電力損失を大きくすることができ、起動時の発電部の発熱を促すことができ、低温起動となる場合にも、より短い時間で燃料電池の暖機を行うことができる。 Further, according to the first invention, when the fuel cell is started at a low temperature lower than the reference temperature, the amount of the oxidizing gas is oxidized when the fuel cell is started at a temperature higher than the reference temperature. Set less than the amount of gas. As a result, the power loss of the fuel cell can be increased, the heat generation of the power generation unit at the start-up can be promoted, and the fuel cell can be warmed up in a shorter time even when starting at a low temperature. .
第2の発明によれば、燃料電池の起動が、基準温度より低い低温での起動となる場合に、酸化ガス量又は酸化ガスの起動時ストイキ比を、燃料電池が基準温度以上の高い温度で起動される場合における酸化ガスのストイキ比よりも小さい値に設定する。これにより、供給される酸化ガス量を少なくすることで燃料電池の電力損失を大きくすることができ、起動時の発電部の発熱を促すことができる。これにより、低温起動となる場合にも、より短い時間で燃料電池の暖機を行うことができる。 According to the second invention, when the fuel cell is started at a low temperature lower than the reference temperature, the oxidizing gas amount or the stoichiometric ratio at the start of the oxidizing gas is set at a temperature higher than the reference temperature. It is set to a value smaller than the stoichiometric ratio of the oxidizing gas when it is started. Thereby, the power loss of the fuel cell can be increased by reducing the amount of supplied oxidizing gas, and the heat generation of the power generation unit at the start-up can be promoted. As a result, even when starting at a low temperature, the fuel cell can be warmed up in a shorter time.
ところで、上記凍結状態となっている場合、発電部への反応剤(燃料又は酸化ガス)の供給流路が閉塞し、発電部の触媒面積が減少状態となっていることが考えられる。このため、目標電流に応じて設定された酸化ガス量を供給しても、実際の電流は目標電流付近に到達しないことが考えられる。つまり、凍結状態となっている場合、実際に検出される電流と目標電流との差が大きくなっているものと考えられる。従って、第1の発明によれば、実電流と、起動時目標電流との比較によって凍結状態を判定し、第3の発明によれば、電流の検出値と起動時目標電流との差を求めて、判定の基準となる第1基準差より大きいか否かを判断することで凍結状態を判定する。このようにすることにより確実に凍結状態を判断することができ、過剰な酸化ガスの供給を抑制することができる。 By the way, when it is in the said frozen state, it is possible that the supply channel of the reactant (fuel or oxidizing gas) to the power generation unit is blocked and the catalyst area of the power generation unit is in a reduced state. For this reason, even if the amount of oxidizing gas set in accordance with the target current is supplied, the actual current may not reach the vicinity of the target current. That is, it is considered that the difference between the actually detected current and the target current is large in the frozen state. Therefore, according to the first invention, the frozen state is determined by comparing the actual current with the target current at startup, and according to the third invention, the difference between the detected current value and the target current at startup is obtained. Thus, the frozen state is determined by determining whether or not the difference is larger than the first reference difference which is a determination criterion. By doing so, the frozen state can be reliably determined, and supply of excess oxidizing gas can be suppressed.
また、第4の発明によれば、電流の検出値と起動目標電流との差を求めて、判定の基準となる第2基準差より小さくなったか否かを判断することで、凍結状態の判定を解除する。つまり、実際の電流が起動時目標電流に近づいたことを検出することで、燃料電池の暖機により凍結した水分が解凍して反応点として機能する触媒面積が通常の状態に増加していることを確実に検出することができる。これにより発電部の反応点として機能する触媒面積に応じた適切な酸化ガス供給量に戻すことができ、より確実に起動処理を行うことができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the difference between the detected current value and the starting target current is obtained, and it is determined whether or not the difference is smaller than the second reference difference that is the determination reference, thereby determining the frozen state. Is released. In other words, by detecting that the actual current has approached the target current at start-up, the water that has been frozen by the warm-up of the fuel cell has been thawed and the catalyst area that functions as a reaction point has increased to a normal state. Can be reliably detected. Thereby, it is possible to return to an appropriate oxidizing gas supply amount according to the catalyst area that functions as a reaction point of the power generation unit, and it is possible to perform the startup process more reliably.
第5の発明によれば、凍結状態と判定されている間に、燃料電池の起動処理の終了した場合、凍結状態となっていることを表示することができる。これにより、現在燃料電池が凍結状態となっており、燃料電池の起動処理終了後も目標出力を発することができない場合があることを確実に警告し、直ちに認識できる状態とすることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to display that the fuel cell is in a frozen state when the startup process of the fuel cell is completed while the frozen state is determined. Thus, it is possible to reliably warn and immediately recognize that the fuel cell is currently in a frozen state and that the target output may not be generated even after the start-up process of the fuel cell is completed.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.
実施の形態.
図1は、この発明の実施の形態1における燃料電池システムを説明するための模式図である。燃料電池システムは、例えば車両等の移動体に搭載して用いることができる。図1の燃料電池システムは燃料電池2を備えている。燃料電池2は積層された複数のセル4を備えている。各セル4は、電解質膜と、その両側に配置された一対の触媒電極であるアノード極及びカソード極とからなる膜−電極接合体(発電部)を有している。後述する反応ガスの供給・排出系によって、燃料電池2のアノード極には燃料としての水素が供給され、カソード極には酸化ガスとしての空気が供給される。膜−電極接合体は、水素と空気との供給を受けて電気化学反応を起こし発電する。
Embodiment.
FIG. 1 is a schematic diagram for illustrating a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. The fuel cell system can be used by being mounted on a moving body such as a vehicle. The fuel cell system in FIG. 1 includes a
燃料電池2に形成された水素導入口には水素供給経路12が接続している。水素供給経路12の上流端部は、高圧の水素が貯留された高圧水素タンク14に接続している。水素供給経路12の高圧水素タンク14下流には、バルブ16及び調圧バルブ18が設置されている。燃料電池2の水素排出口には水素循環経路20が接続している。水素循環経路20は他端において水素供給経路12に合流している。水素循環経路20には気液分離器22が設置されている。気液分離器22と水素供給経路12との合流部との間において、水素循環経路20にはポンプ24が設置されている。気液分離器22には排出管26が接続され、排出管26にはバルブ28が設置されている。
A
一方、燃料電池2の空気導入口には、空気供給経路30の下流側の端部が接続している。空気供給経路30の上流側はエアコンプレッサ32に接続している。エアコンプレッサ32の下流において、空気供給経路30には加湿器34が設置されている。エアコンプレッサ32により外部から取り込まれた空気は、加湿器34を通過した後、空気供給経路30内を通り、燃料電池2の空気導入口から各セル4のカソード極側の空気流路に供給される。
On the other hand, the downstream end of the
燃料電池2の空気排出口には空気排出経路36が接続している。空気排出経路36は加湿器34に接続している。空気排出口から排出された空気オフガスは加湿器36に導かれる。加湿器36には排出経路38が接続している。排出管38には気液分離器22からの水分や水素オフガスを外部に排出するための排出管26が合流している。排出管26を通過して排出される水分や水素オフガスは、図示しない希釈気によって希釈されて、空気オフガスと共に排出される空気と共に外部に排出されることとなる。
An
また、燃料電池2には冷却水を燃料電池2内に循環させるための冷却水循環経路40が接続されている。冷却水循環経路40の途中には冷却水温を検出する水温センサ42と、冷却水を冷却するラジエター44と、冷却された冷却水を再び燃料電池2の各セル4に供給するポンプ46とが設置されている。
The
この燃料電池システムは制御装置50を備えている。制御装置50は、水温センサ42やセル電圧や電流を検出するセルモニタ52等の各種のセンサの出力を受けて燃料電池2の運転状態に関する情報を検出すると共に、燃料電池2の運転状態に応じて、例えばバルブ16、18、28や、コンプレッサ32等に制御信号を発することで、燃料電池2の運転を制御する。
This fuel cell system includes a
ところで、燃料電池2の発電性能を高めるためには、燃料電池2の起動後より早い段階で所定の動作温度にまで暖機する必要がある。特に、燃料電池2を氷点下付近の低温以下の環境下で起動(以下「低温起動」と称する)する場合、燃料電池2の通常運転を早い段階で開始するためには急速に昇温することが要求される。
By the way, in order to improve the power generation performance of the
この燃料電池システムでは、燃料電池2の起動が低温起動となる場合、燃料電池2に供給する空気を通常の起動時よりも少ない状態に絞って供給する起動処理を行う。一般に、燃料電池2の通常運転では、燃料電池に供給される空気流量の、目標出力を得るのに必要な理論的な空気流量に対する比(以下、「ストイキ比」と称する)が、1.0よりも大きくなるように設定されている。つまり理論的に発電に必要となる空気量よりも多くの空気を供給しており、これにより燃料電池の発電効率を高く維持している。
In this fuel cell system, when the activation of the
これに対して、燃料電池の低温起動時には熱損失を増大させることで迅速な暖気を行うため、ストイキ比を通常運転時のストイキ比よりも小さな値に設定する。つまり、低温起動時にはカソード極に供給される空気流量が絞られる。その結果、電力損失(熱損失)を増大させることができ、発熱量を積極的に増大させることができる(以下「高発熱運転」と称する)。 On the other hand, the stoichiometric ratio is set to a value smaller than the stoichiometric ratio during normal operation in order to perform quick warm-up by increasing heat loss when the fuel cell is started at a low temperature. That is, the flow rate of air supplied to the cathode electrode is reduced during low temperature startup. As a result, power loss (heat loss) can be increased, and the amount of generated heat can be increased positively (hereinafter referred to as “high heat generation operation”).
高発熱運転を行う場合の起動時ストイキ比ST1の具体的な値は実験によって求められ、起動時の目標電流Irefと燃料電池2の温度Tと、起動時ストイキ比ST1との関係を定める起動時マップ1として制御装置50に予め記憶されている。低温起動時には、起動時ストイキ比ST1は、設定された起動時目標電流Irefと水温Tとに応じて設定される。
The specific value of the start-up stoichiometric ratio ST1 when performing a high heat generation operation is obtained by experiment, and at the time of start-up that defines the relationship between the start-up target current Iref, the temperature T of the
ところで、停止時にアノード極やカソード極に残留する水分を除去するよう乾燥処理を行って停止した場合であっても、各セル4のアノード極やカソード極に多少の水分が残留している場合がある。このような状態で燃料電池2が氷点下の低温に晒されて低温起動されると、アノード極やカソード極の触媒の反応点で残留水分が凍結し、凍結した水分によってその反応点へのガス流路が閉塞される場合がある。その結果、燃料電池2の低温環境下での起動(低温起動)時には、アノード極又はカソード極の反応点として機能する触媒の面積が減少しているような状態(以下「触媒面積減少状態」と称する)となる場合がある。
By the way, even when the drying process is performed so as to remove the moisture remaining on the anode electrode and the cathode electrode at the time of stoppage, some moisture may remain on the anode electrode and the cathode electrode of each cell 4. is there. In this state, when the
このように、凍結による流路閉塞による触媒面積減少状態となっている場合、空気のストイキ比を通常運転時のストイキ比よりも小さい起動時ストイキ比に設定して、供給する空気の流量を絞ることで、電力損失増大による暖機を狙っても、空気不足による電力損失が発生せず、また、目標電流Irefにまで電流を上昇させることができない事態となることが考えられる。その結果、高発熱運転を効率的に実行することができず燃料電池2の暖機を促進できないことが考えられる。
Thus, when the catalyst area is reduced due to the blockage of the flow path due to freezing, the air stoichiometric ratio is set to a startup stoichiometric ratio smaller than the stoichiometric ratio during normal operation, and the flow rate of supplied air is reduced. As a result, even if warming up due to an increase in power loss is aimed at, power loss due to air shortage does not occur, and the current cannot be increased to the target current Iref. As a result, it is conceivable that the high heat generation operation cannot be executed efficiently and the warm-up of the
また、このように触媒面積減少状態となった場合、実際には発電には使用されない空気が無駄に供給されることとなる。したがって、不使用の空気供給分、エアコンプレッサ32の駆動等に要する電力が無駄に消費されていることとなる。従って、このような電力の無駄な消費を抑えて、発電性能を向上させることが望まれる。
Further, when the catalyst area is reduced as described above, air that is not actually used for power generation is wasted. Therefore, the unused air supply and the electric power required for driving the
このため、この実施の形態では、空気流量が設定されたストイキ比に応じた空気量に達しても目標電流に達しない場合、凍結状態により触媒面積減少状態が発生していると判断する。この場合、空気のストイキ比を低温起動時の起動時ストイキ比ST1よりも更に小さな凍結時ストイキ比ST2に再設定し、供給する空気流量を更に少なく絞る。 Therefore, in this embodiment, if the target current is not reached even when the air flow rate reaches the air amount corresponding to the set stoichiometric ratio, it is determined that the catalyst area reduction state is caused by the frozen state. In this case, the air stoichiometric ratio is reset to a freezing stoichiometric ratio ST2 that is smaller than the starting stoichiometric ratio ST1 at the time of low temperature starting, and the supplied air flow rate is further reduced.
より具体的には、検出される電流Imesが目標電流Irefまで上昇していない場合に、凍結状態(即ち、触媒面積減少状態)となっていると判断する。この場合、空気のストイキ比を低温起動時の起動時ストイキ比ST1より更に小さな凍結時ストイキ比ST2に切り替える。この凍結時ストイキ比ST2は、起動時ストイキ比ST1と同様に、目標電流Iref及び燃料電池2の水温Tに応じたものであり、凍結時ストイキ比ST2の値と、目標電流Irefと温度Tとの関係は、予め実験等により求めて、凍結時マップ2として制御装置50に記憶しておく。凍結状態と判断された場合には、低温起動時の起動時マップ1から凍結時マップ2に切り替えて、凍結時マップ2に基づいて設定されたストイキ比ST2に応じて、空気流量を決定する。
More specifically, when the detected current Imes has not risen to the target current Iref, it is determined that the frozen state (that is, the catalyst area is reduced). In this case, the air stoichiometric ratio is switched to a stoichiometric ratio ST2 at the time of freezing that is smaller than the stoichiometric ratio ST1 at the time of starting at a low temperature. This freezing stoichiometric ratio ST2 corresponds to the target current Iref and the water temperature T of the
これにより、減少状態となった触媒面積、即ち、実際に触媒の反応点として機能している触媒面積に応じて、高発熱運転が実行できる程度の空気流量を供給することができる。したがって、凍結状態により触媒面積減少状態となっている場合にも、効果的に発熱量を増大させ燃料電池2の暖機を促進することができる。
Thus, it is possible to supply an air flow rate at which high heat generation operation can be performed according to the reduced catalyst area, that is, the catalyst area actually functioning as the reaction point of the catalyst. Therefore, even when the catalyst area is reduced due to the frozen state, it is possible to effectively increase the heat generation amount and promote the warm-up of the
なお、このように、凍結時ストイキ比ST2に設定することで空気流量が制限され燃料電池2の暖機が進み、実電流が目標電流Irefに近くまで増加した場合、凍結状態でなくなり、実際に反応点として機能する触媒面積が、通常の面積に戻っていると推測される。従って、空気のストイキ比は起動時ストイキ比ST1に再設定し、空気流量は通常の低温起動時の空気流量とする。
In this way, when the freezing stoichiometric ratio ST2 is set, when the air flow rate is limited and the warm-up of the
また、このようなストイキ比の再設定より前に、起動処理が完了したものと判断される場合がある。この場合、起動処理が終了した状態においても、一部において凍結による触媒面積減少状態となっているものと考えられる。このため、ウォーニング点灯の処理を行い、要求通りの発電量を出力できない状態となっていることを警告する。 Further, it may be determined that the start-up process has been completed before the resetting of the stoichiometric ratio. In this case, it is considered that a part of the catalyst area is reduced due to freezing even after the start-up process is completed. For this reason, a warning lighting process is performed to warn that the requested power generation amount cannot be output.
この場合には、燃料電池2の出力Pの変化と、燃料電池2の温度Tの変化のモニタリングを継続し、出力Pが基準電力P0に達したことが確認されるか、又は温度Tが基準温度T0に達したことが確認されると、ウォーニングを消灯する処置が採られる。
In this case, the monitoring of the change in the output P of the
図2及び図3は、この発明の実施の形態においてシステムが実行する具体的な制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図2のルーチンは、燃料電池2の起動処理時に一定時間ごとに繰り返されるルーチンである。図2のルーチンでは、まず、燃料電池の起動指示があると、まず、燃料電池2の起動が低温起動となるか否かが判定される(S100)。具体的にここでは、判定の基準温度を氷点下とし、低温起動か否かは検出される外気温が氷点下であるか基づいて判断される。ここで低温起動であることが認められない場合には、このルーチンは終了する。
2 and 3 are flowcharts for explaining specific control routines executed by the system in the embodiment of the present invention. The routine of FIG. 2 is a routine that is repeated at regular intervals during the startup process of the
次に、フラグF1がOFFとなっているか否かが判定される(S102)。フラグF1はONとなっている場合に触媒面積減少状態と判定されていることを示すものであり、後述する処理によりON/OFFが制御される。 Next, it is determined whether or not the flag F1 is OFF (S102). When the flag F1 is ON, it indicates that it is determined that the catalyst area has been reduced, and ON / OFF is controlled by a process described later.
一方、ステップS100において低温起動であることが認められ、ステップS102において、フラグF1がOFFとなっていることが認められると、起動時の目標電流Irefが高発熱運転時の電流に設定される(S104)。低温起動時の目標電流Irefは、燃料電池2の暖機を早めるよう高い値に設定される。このような起動時に暖機を促進する目標電流Irefは、その燃料電池のI-V性能において最低限の電圧で出力できる電流であり、燃料電池の温度に応じて決定されるものである。目標電流Irefは、予め実験等により求められて制御装置50に記憶されている。次に、燃料電池の冷却水の温度Tが検出される(S106)。温度Tは、水温センサ42の出力が制御装置50に取り込まれることで求められる。
On the other hand, when it is recognized in step S100 that the engine is cold start and in step S102, it is recognized that the flag F1 is OFF, the target current Iref at the start is set to the current during the high heat generation operation ( S104). The target current Iref at the time of low-temperature startup is set to a high value so as to accelerate the warm-up of the
次に、目標電流Irefと水温Tとに応じて、空気のストイキ比ST1が設定される(S108)。ここで設定される起動時ストイキ比ST1は、現在の燃料電池2の温度Tにおいて目標電流Irefを出力するのに必要な空気量であって、かつ、これにより高発熱運転を行うために絞られた空気流量を決定するものであり、燃料電池2の通常運転時の空気のストイキ比よりも小さな値である。上記のように目標電流Irefと水温Tと起動時ストイキ比ST1との関係は予め実験等により求められ、起動時マップ1として制御装置50に記憶されている。ここでは、この起動時マップ1に従って、目標電流Irefと水温Tに応じた起動時ストイキ比ST1が演算される。つまり、ステップS104で設定される目標電流Irefは、通常運転時よりも小さな起動時ストイキ比ST1に設定されることで各セル4に供給される空気流量が少なくなるため、セル抵抗が大きくなりことで実現する大きな電流である。このように燃料電池2の電力損失を増大させることで発熱が促され、燃料電池2の暖機が促進される。
Next, an air stoichiometric ratio ST1 is set according to the target current Iref and the water temperature T (S108). The start-up stoichiometric ratio ST1 set here is the amount of air necessary to output the target current Iref at the current temperature T of the
次に、起動時ストイキ比ST1と目標電流Irefに応じて、供給する空気流量Qが演算される(S110)。具体的には、空気流量Qは次式(1)により演算される。
空気流量Q=a×目標電流Iref×ストイキ比ST1 ・・・・(1)
Next, the supplied air flow rate Q is calculated according to the startup stoichiometric ratio ST1 and the target current Iref (S110). Specifically, the air flow rate Q is calculated by the following equation (1).
Air flow rate Q = a x target current Iref x stoichiometric ratio ST1 (1)
ここで、aは係数であり、ファラデー定数の逆数を、O2電荷と空気中の酸素比率で割ったものである。即ち、ファラデー定数F=96500、O2電荷=4、空気中の酸素比率=0.21とすると、係数aは、次式(2)で表される。
a=(1/96500)/4/0.21 ・・・・(2)
Here, a is a coefficient, which is the reciprocal of the Faraday constant divided by the O 2 charge and the oxygen ratio in the air. That is, when the Faraday constant F = 96500, O 2 charge = 4, and the oxygen ratio in the air = 0.21, the coefficient a is expressed by the following equation (2).
a = (1/96500) /4/0.21 (2)
次に、設定された空気流量Qに空気流量が制御される(S112)。ここでは制御装置50から制御信号がエアコンプレッサ32に発信され、空気流量が制御される。次に、燃料電池2の実際の電流Imesが検出される(S114)。燃料電池2の実電流Imesはセルモニタ52の出力に基づいて検出される。次に、電流差ΔIが演算される(S116)。電流差ΔIは目標電流Irefから実電流Imesを減算した値である。
Next, the air flow rate is controlled to the set air flow rate Q (S112). Here, a control signal is transmitted from the
次に、空気流量Qと実電流Imesの比率が、基準値より大きいか否かが判断される(S118)。空気流量Qと実電流Imesとの比率が基準値より大きい場合、空気流量Qが設定されたストイキ比に応じた流量にまで上昇しているものと判断される。従って、空気流量Qと実電流Imesの比率が基準値より大きいことが認められない場合、ステップS112に戻り、実電流Imesと電流差ΔIの検出を繰り返し行われ、空気流量Qが電流差ΔIに基づいてフィードバック制御されながら(S120)、設定された空気流量Qにまで上げられる。 Next, it is determined whether or not the ratio between the air flow rate Q and the actual current Imes is greater than a reference value (S118). When the ratio between the air flow rate Q and the actual current Imes is larger than the reference value, it is determined that the air flow rate Q has increased to a flow rate corresponding to the set stoichiometric ratio. Therefore, when it is not recognized that the ratio of the air flow rate Q and the actual current Imes is larger than the reference value, the process returns to step S112, and the detection of the actual current Imes and the current difference ΔI is repeatedly performed, so that the air flow rate Q becomes the current difference ΔI. Based on the feedback control (S120), the air flow rate is increased to the set air flow rate Q.
一方、ステップS118において、空気流量Qと実電流Imesとの比率が基準値より大きいことが認められると、次に、電流差ΔIが第1基準差I1以下か否かが判断される(S122)。電流差ΔI≦第1基準差I1の成立が認められる場合、実電流Imesが設定された目標電流Irefに近い値となっており、空気流量Qに応じた実電流Imesが出力されていることがわかる。 On the other hand, if it is determined in step S118 that the ratio between the air flow rate Q and the actual current Imes is greater than the reference value, it is next determined whether or not the current difference ΔI is equal to or less than the first reference difference I1 (S122). . When it is recognized that the current difference ΔI ≦ the first reference difference I1, the actual current Imes is close to the set target current Iref, and the actual current Imes corresponding to the air flow rate Q is output. Recognize.
従って、ステップS122においてΔI≦第1基準差I1の成立が認められると、今回のルーチンは終了する。その後、起動処理の完了が認められるまで、上記の処理が一定時間ごとに繰り返し実行されることとなる。 Accordingly, when it is recognized in step S122 that ΔI ≦ first reference difference I1, this routine is terminated. Thereafter, the above process is repeatedly executed at regular intervals until the completion of the activation process is recognized.
一方、ステップS122において電流差ΔI≦第1基準差の成立が認められない場合、空気流量Qが設定されたストイキ比ST1に応じた流量にまで上昇しているにもかかわらず、要求される目標電流Irefの出力が得られていないことがわかる。つまり、この場合、燃料電池2において凍結による触媒面積減少状態が発生していることが推測される。従って、ステップS122において電流差ΔI≦第1基準差の成立が認められない場合、又は、ステップS102においてフラグF1がOFFであることが認められない場合(つまり、触媒面積減少状態であることが判定されている場合)には、起動時ストイキ比ST1よりも小さく設定された凍結時マップ2により空気流量が設定されることとなる。
On the other hand, if the establishment of the current difference ΔI ≦ the first reference difference is not recognized in step S122, the required target is obtained even though the air flow rate Q has increased to the flow rate corresponding to the set stoichiometric ratio ST1. It can be seen that the output of the current Iref is not obtained. That is, in this case, it is estimated that the catalyst area reduction state due to freezing occurs in the
具体的に、まず、燃料電池2の温度Tが検出される(S124)。次に、検出された温度T及び目標電流Irefに応じて、ストイキ比が凍結時ストイキ比ST2に再設定される(S126)。凍結時ストイキ比ST2は、予め制御装置50に記憶された凍結時マップ2に従って、温度T及び目標電流Irefに応じた値として設定される。
Specifically, first, the temperature T of the
次に、凍結時ストイキ比ST2に応じて空気流量Qが再演算される(S128)。空気流量Qの演算式は上記(1)式の起動時ストイキ比ST1に替えて、凍結時ストイキ比ST2の値が用いられる点を除き式(1)と同じものであり、a×目標電流Iref×ストイキ比ST2により求められる。次に、再設定された空気流量Qに制御される(S130)。 Next, the air flow rate Q is recalculated according to the freezing stoichiometric ratio ST2 (S128). The calculation formula for air flow rate Q is the same as equation (1) except that the value of stoichiometric ratio ST2 at the time of freezing is used instead of the stoichiometric ratio ST1 at the start of equation (1) above, and a × target current Iref X Calculated from stoichiometric ratio ST2. Next, the reset air flow rate Q is controlled (S130).
次に実電流Imesが検出され(S132)、目標電流Irefから実電流Imesを減算した値である電流差ΔIが求められる(S134)。次に電流差ΔIが第2基準差I2より小さいか否かが判断される(S136)。第2基準差I2は第1基準差I1よりも大きな値である。 Next, the actual current Imes is detected (S132), and a current difference ΔI that is a value obtained by subtracting the actual current Imes from the target current Iref is obtained (S134). Next, it is determined whether or not the current difference ΔI is smaller than the second reference difference I2 (S136). The second reference difference I2 is larger than the first reference difference I1.
ステップS136において、電流差ΔI<第2基準差I2の成立が認められた場合、実電流Imesは目標電流Irefにある程度近い値まで達していると判断される。即ち、触媒表面の凍結部分が減少し、アノード極、カソード極全体が触媒として機能している状態と考えられる。この場合、フラグF1がOFFとされ(S138)、今回の処理が終了する。その後、起動処理が完了するまでの間、再び、このルーチンが定期的に実行される。なお、このルーチンの繰り返しにおいて、凍結時ストイキ比ST2とした空気流量制御の状態から、ステップS106〜S122の起動時ストイキ比ST1とする処理に戻る場合、設定される空気流量が急激に変化しないように、所謂なまし制御を実行することとしてもよい。 If it is determined in step S136 that the current difference ΔI <the second reference difference I2 is established, it is determined that the actual current Imes has reached a value close to the target current Iref to some extent. That is, it can be considered that the frozen portion of the catalyst surface is reduced and the anode and cathode as a whole function as a catalyst. In this case, the flag F1 is turned off (S138), and the current process ends. Thereafter, this routine is periodically executed again until the startup process is completed. In the repetition of this routine, when returning from the state of air flow rate control with the stoichiometric ratio ST2 during freezing to the process with the start-time stoichiometric ratio ST1 in steps S106 to S122, the set air flow rate does not change abruptly. In addition, so-called annealing control may be executed.
一方、実電流差ΔI<第2基準差I2の成立が認められない場合、フラグF1がONとされ(S140)、今回の処理が終了する。これにより、フラグF1がONとされている間、この起動処理のルーチンが繰り返される場合、触媒面積減少状態にあると判断され、空気流量は凍結時ストイキ比ST2に設定される。 On the other hand, if it is not recognized that the actual current difference ΔI <the second reference difference I2 is established, the flag F1 is turned on (S140), and the current process ends. As a result, when this activation process routine is repeated while the flag F1 is ON, it is determined that the catalyst area is in a reduced state, and the air flow rate is set to the freezing stoichiometric ratio ST2.
図3のルーチンは燃料電池2の起動処理開始後一定時間ごとに繰り返し実行されるルーチンである。図3のルーチンにおいて、起動処理の完了が検出されると(S150)、次に、フラグF1がONとなっているか否かが判定される(S152)。フラグF1がONとなっていることが認められない場合には、今回の処理は終了する。
The routine of FIG. 3 is a routine that is repeatedly executed at regular intervals after the start-up process of the
一方、ステップS152においてフラグF1がONとなっていることが認められた場合、触媒面積減少状態のまま、起動処理の完了が認められたと判断される。従って、次に、燃料電池2の凍結により触媒面積減少状態となっていることを知らせるウォーニングが点灯される(S154)。その後、燃料電池2の温度T及び出力Pが検出される(S156、S158)。次に、温度Tが基準温度T0より高いか、又は、出力Pが基準出力P0より大きいか否かが判断される(S160)。
On the other hand, if it is determined in step S152 that the flag F1 is ON, it is determined that the start-up process has been completed while the catalyst area is reduced. Therefore, next, a warning indicating that the catalyst area has been reduced due to freezing of the
ステップS160において、温度T>基準温度T0、及び、出力P>基準出力P0のいずれの条件の成立も認められない場合には、触媒面積減少状態となっていると判断される。この場合には、今回の処理は終了する。 In step S160, if none of the conditions of temperature T> reference temperature T0 and output P> reference output P0 is found, it is determined that the catalyst area is decreasing. In this case, the current process ends.
一方、ステップS160において、温度T>基準温度T0、又は、出力P>基準出力P0のいずれかの条件成立が認められた場合、ウォーニングが消灯される(S162)。その後、触媒面積減少状態を示すフラグF1がOFFとされ(S164)、今回の処理が終了する。 On the other hand, if it is determined in step S160 that either temperature T> reference temperature T0 or output P> reference output P0 is satisfied, the warning is turned off (S162). Thereafter, the flag F1 indicating the catalyst area reduction state is turned OFF (S164), and the current process is terminated.
以上説明したように、この実施の形態によれば、凍結により触媒面積減少状態が判定される場合に、ストイキ比を凍結時マップ2に切り替えることで、供給する空気流量Qをより減少させることができる。これにより反応点として機能できる触媒面積に対して、供給される空気流量が絞られた状態とすることができ、空気流量不足による高発熱運転を実現することができる。従って、触媒電極が凍結状態となり触媒面積減少状態となっている場合にも、燃料電池2の自己発熱により暖機を促進することができ、短時間での暖機を可能とすることができる。また、空気流量Qを更に絞ることで、エアコンプレッサ等の消費電力を低減することができる。
As described above, according to this embodiment, when the catalyst area reduction state is determined by freezing, the supplied air flow rate Q can be further reduced by switching the stoichiometric ratio to the freezing
なお、実施の形態では、空気流量の制御を、予め記憶されたストイキ比のマップ1,2に従って行う場合について説明した。しかし、この発明の燃料電池システムはこれに限るものではなく、例えば、起動時及び凍結時それぞれの場合の、目標電流と、空気量又は空気流量との関係を定めたマップを予め準備しておいて、これに基づいて、空気量又は空気流量を直接設定するものであってもよい。また、空気量又は空気流量が、起動時及び凍結時のそれぞれの場合に対応するものとして適切に設定されるものであれば、他の方法により設定されるものであってもよい。
In the embodiment, the case where the air flow rate is controlled according to the
また実施の形態では、起動時に起動ストイキ比ST1に基づいて空気流量を設定することで高発熱運転を行い、凍結状態となっている場合にストイキ比をより小さな凍結時ストイキ比ST2に切り替える場合について説明した。しかしこの発明の燃料電池システムはこれに限るものではなく、他の起動処理を行う場合に、触媒面積減少状態となっていることが検出された場合にも適用することができる。この場合にもその起動処理における通常の空気流量から、その流量よりも少ない凍結時の空気流量に切り替えるように切り替えることで、エアコンプレッサの電力消費を抑えることができる。また、この切替処理における空気流量の制御は、例えば、通常時の空気流量のストイキ比のマップから、凍結時のストイキ比のマップに切り替えることで実行するものであってもよく、直接空気流量を設定するようなマップを用いるものなどであってもよい。 Also, in the embodiment, when the air flow is set based on the start stoichiometric ratio ST1 at the time of start-up, high heat generation operation is performed, and the stoichiometric ratio is switched to a smaller freezing stoichiometric ratio ST2 when it is frozen. explained. However, the fuel cell system of the present invention is not limited to this, and can also be applied to the case where it is detected that the catalyst area is reduced when performing other start-up processes. Also in this case, the power consumption of the air compressor can be suppressed by switching from the normal air flow rate in the startup process to the air flow rate during freezing that is less than the flow rate. Further, the control of the air flow rate in this switching process may be executed by switching from a map of the stoichiometric ratio of the air flow rate at the normal time to a map of the stoichiometric ratio at the time of freezing. It may be one that uses a map to be set.
また、実施の形態では、触媒面積減少状態で起動処理が完了した場合、燃料電池2の温度が基準温度T0まで上昇するか、あるいは出力が基準出力P0に達するまではウォーニング点灯状態とする場合について説明した(図3参照)。これにより燃料電池2の起動処理完了後にも目標出力が得られない場合があることを知らせて注意を喚起することができる。しかしながらこの発明の燃料電池システムは必ずしもこのようなウォーニング点灯処理を実行するものに限らず、ウォーニング点灯に替えて他の警告を行うものであってもよい。またこのような触媒面積の減少状態を知らせる処理を行わないものであってもよい。
In the embodiment, when the start-up process is completed with the catalyst area reduced, the warning light is turned on until the temperature of the
また、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に限定されるものではない。また、実施の形態において説明する構造や、方法におけるステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。 Further, in the above embodiment, when the number of each element, number, quantity, range, etc. is mentioned, it is mentioned unless otherwise specified or clearly specified in principle. The number is not limited. Further, the structures described in the embodiments, steps in the method, and the like are not necessarily essential to the present invention unless otherwise specified or clearly specified in principle.
なお、この実施の形態においてステップS104が実行されることで、この発明の「起動時目標電流設定手段」が実現し、ステップS108が実行されることで「起動時ストイキ比設定手段」が実現し、ステップS110が実行されることで「起動時酸化ガス量設定手段」が実現し、ステップS114又はS132が実行されることで「電流検出手段」が実現し、ステップS122が実行されることで「凍結状態判定手段」が実現し、ステップS126が実行されることで「凍結時ストイキ比設定手段」が実現し、ステップS128が実行されることで「凍結時酸化ガス量設定手段」が実現し、ステップS150が実行されることで「起動処理終了検出手段」が実現し、ステップS154が実行されることで「凍結状態表示手段」が実現する。 In this embodiment, the “starting target current setting means” of the present invention is realized by executing step S104, and the “starting stoichiometric ratio setting means” is realized by executing step S108. By executing step S110, the “starting oxidizing gas amount setting means” is realized, and by executing step S114 or S132, “current detection means” is realized, and by executing step S122, “ "Frozen state determination means" is realized, "Stoichiometric ratio setting means during freezing" is realized by executing step S126, and "Oxidizing gas amount setting means during freezing" is realized by executing step S128, By executing step S150, the “start-up process end detection unit” is realized, and by executing step S154, the “freezing state display unit” is realized.
2 燃料電池
4 セル
12 水素供給経路
14 水素タンク
16 バルブ
18 調圧バルブ
20 水素循環経路
22 気液分離器
24 ポンプ
26 排出管
30 空気供給経路
32 エアコンプレッサ
34 加湿器
36 空気排出経路
38 排出管
40 冷却水循環経路
42 水温センサ
44 ラジエター
46 ポンプ
50 制御装置
2 Fuel cell 4
Claims (5)
前記燃料電池を停止状態から起動する際の起動処理を行う場合に、起動時の目標電流である起動時目標電流を設定する起動時目標電流設定手段と、
前記燃料電池の起動が、基準温度以下の低い低温での起動となる低温起動を検出する低温起動検出手段と、
前記起動処理を行う際、前記低温起動が検出された場合、前記燃料電池に供給する酸化ガス量を、前記燃料電池が前記基準温度より高い温度で起動される場合に設定される前記起動時目標電流に応じた酸化ガス量よりも少ないガス量である、起動時酸化ガス量に制御する起動時酸化ガス量制御手段と、
前記起動処理が開始され、前記燃料電池に供給される酸化ガス量が、前記起動時酸化ガス量に達したことが認められた後に検出された、前記燃料電池の出力電流と、前記起動時目標電流との差異に応じて、前記発電部の一部が凍結した凍結状態を検出する凍結状態検出手段と、
前記凍結状態が検出された場合、前記燃料電池に供給する酸化ガス量を、前記起動時酸化ガス量よりも、更に少ない凍結時酸化ガス量に制御する凍結時酸化ガス量制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell having one or more power generation units that generate power using fuel and oxidizing gas;
A startup target current setting means for setting a startup target current, which is a target current at startup, when performing startup processing when starting the fuel cell from a stopped state;
A low temperature start detection means for detecting a low temperature start in which the fuel cell is started at a low temperature lower than a reference temperature; and
When performing the start-up process , when the low-temperature start-up is detected, the start- up target that is set when the fuel cell is started at a temperature higher than the reference temperature is set to the amount of oxidizing gas supplied to the fuel cell. A starting oxidizing gas amount control means for controlling the starting oxidizing gas amount to be a gas amount smaller than the oxidizing gas amount according to the current;
The output current of the fuel cell detected after the start- up process is started and the amount of oxidizing gas supplied to the fuel cell is found to have reached the amount of oxidizing gas at start-up, and the start-up target A frozen state detecting means for detecting a frozen state in which a part of the power generation unit is frozen according to a difference with the current ,
If the frozen state has been detected, the amount of the oxidizing gas supplied to the fuel cell than said startup oxidizing gas amount, and freezing upon oxidation gas amount control means for controlling the fewer freezing the oxidation gas amount,
A fuel cell system comprising:
前記燃料電池が、前記基準温度より低い温度で起動される場合に、前記起動処理における、目標電流の出力を得るために必要な酸化ガス流量の理論値に対する、実際に供給する酸化ガス流量の比率として表される酸化ガスのストイキ比を、前記基準温度よりも高い温度で起動される場合の酸素ガスのストイキ比よりも小さな起動時ストイキ比とし、
前記凍結時酸化ガス量制御手段は、
前記起動処理において前記凍結状態が検出された場合、前記酸化ガスのストイキ比を、前記起動時ストイキ比よりも小さい凍結時ストイキ比とする請求項1に記載の燃料電池システム。 The starting oxidizing gas amount control means includes :
When the fuel cell is started at a temperature lower than the reference temperature , the ratio of the actually supplied oxidizing gas flow rate to the theoretical value of the oxidizing gas flow rate necessary for obtaining the target current output in the starting process The stoichiometric ratio of the oxidant gas expressed as is a stoichiometric ratio at start-up that is smaller than the stoichiometric ratio of oxygen gas when starting at a temperature higher than the reference temperature ,
The freezing oxidizing gas amount control means includes:
2. The fuel cell system according to claim 1 , wherein when the frozen state is detected in the start-up process, the stoichiometric ratio of the oxidizing gas is set to a freeze-time stoichiometric ratio smaller than the start-up stoichiometric ratio.
前記凍結状態が検出されている状態で、前記起動処理の終了が検出された場合に、前記凍結状態となっていることを表示する凍結状態表示手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の燃料電池システム。 An activation process end detection means for detecting the end of the activation process;
In a state where the frozen state is detected , when the end of the activation process is detected, a frozen state display means for displaying that the frozen state is present;
Further fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it comprises a.
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