JP5293783B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、システムの運転停止後に、次回の運転、特に氷点下の低温環境下での運転に備えて、燃料電池に残留する水分を除去する技術を改善した燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system in which a technique for removing water remaining in a fuel cell is improved in preparation for the next operation, particularly in a low temperature environment below freezing after the system is stopped.
燃料電池システムは、燃料が有する化学エネルギを直接電気エネルギに変換する装置であり、電解質膜を挟んで設けられた一対の電極のうち陽極（アノード極）に水素を含有する燃料ガスを供給するとともに、他方の陰極（カソード極）に酸素を含有する酸化剤ガスを供給し、これら一対の電極の電解質膜側の表面で生じる下記の電気化学反応を利用して電極から電気エネルギを取り出すものである（例えば特許文献１参照）。 A fuel cell system is a device that directly converts chemical energy of a fuel into electrical energy, and supplies a fuel gas containing hydrogen to an anode (anode electrode) of a pair of electrodes provided with an electrolyte membrane interposed therebetween. Then, an oxidant gas containing oxygen is supplied to the other cathode (cathode electrode), and electric energy is taken out from the electrode by using the following electrochemical reaction that occurs on the surface of the electrolyte membrane side of the pair of electrodes. (For example, refer to Patent Document 1).
（化１）
陽極（アノード極）：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
陰極（カソード極）：２Ｈ＋＋２ｅ−＋(１／２)Ｏ２→Ｈ２Ｏ
アノード極に供給する燃料ガスの水素は、水素貯蔵装置から直接供給する方法、水素を含有する燃料を改質して得られた水素含有ガスを供給する方法が知られている。水素貯蔵装置としては、高圧ガスタンク、液化水素タンク、水素吸蔵合金タンク等がある。水素を含有する燃料としては、天然ガス、メタノール、ガソリン等が考えられる。一方、カソード極に供給する酸化剤ガスとしては、一般的に空気が利用されている。
(Chemical formula 1)
Anode (anode electrode): H 2 → 2H + + 2e −
Cathode (cathode electrode): 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O
There are known a method of supplying hydrogen of the fuel gas supplied to the anode electrode directly from a hydrogen storage device and a method of supplying a hydrogen-containing gas obtained by reforming a fuel containing hydrogen. Examples of the hydrogen storage device include a high-pressure gas tank, a liquefied hydrogen tank, and a hydrogen storage alloy tank. As the fuel containing hydrogen, natural gas, methanol, gasoline or the like can be considered. On the other hand, air is generally used as the oxidant gas supplied to the cathode electrode.
ところで、例えば燃料電池を自動車の動力源として使用する場合や、寒冷地での定置用として使用する場合には、燃料電池が０℃以下の雰囲気にさらされることがあり、そのような状況下でも燃料電池が起動でき、通常に発電できることが望まれている。しかしながら、０℃以下の低温状態では、燃料電池を構成するセルの中に前回の発電後残留した水分が凍結して、水素ガスや空気ガスが流通する反応ガス流路が閉塞してしまったり、電極近傍に残留している水分が凍結して反応ガスの拡散を阻害してしまい、発電ができなくなるという問題があった。 By the way, for example, when a fuel cell is used as a power source for an automobile or used for stationary use in a cold region, the fuel cell may be exposed to an atmosphere of 0 ° C. or lower. It is desired that the fuel cell can be started and can generate electricity normally. However, in a low temperature state of 0 ° C. or lower, moisture remaining after the previous power generation freezes in the cells constituting the fuel cell, and the reaction gas flow path through which hydrogen gas and air gas circulate is blocked, There is a problem in that power remaining in the vicinity of the electrode freezes and hinders the diffusion of the reaction gas, making it impossible to generate power.
そこで、燃料電池を０℃以下から起動させるためには、あらかじめ燃料電池内部から水分を除去しておくことが必要となる。このため、例えば特許文献２に記載されているように、燃料電池システムの運転停止時に、加湿しない反応ガスを燃料電池内に供給して燃料電池を乾燥させ、燃料電池内が一定の湿度に達した後運転を停止するという技術が知られている。 Therefore, in order to start the fuel cell from 0 ° C. or lower, it is necessary to remove moisture from the inside of the fuel cell in advance. For this reason, as described in Patent Document 2, for example, when the fuel cell system is stopped, a non-humidified reaction gas is supplied into the fuel cell to dry the fuel cell, and the fuel cell reaches a certain humidity. A technique for stopping the operation after the operation is known.
しかし、この技術では、単に加湿しない反応ガスによって燃料電池内を乾燥させようとすると、氷点下から発電するのに十分な乾燥を完了するまでに多くの時間がかかるという問題がある。特に、燃料電池を車両の動力源として使用する場合には、運転者がイグニッションキーをオフにしてからシステムが停止するまでに長い時間がかかってしまうことになり、実用上好ましくない。 However, with this technique, when the inside of the fuel cell is simply dried with a reaction gas that is not humidified, there is a problem that it takes a long time to complete drying to generate power from below freezing point. In particular, when a fuel cell is used as a power source for a vehicle, it takes a long time for the system to stop after the driver turns off the ignition key, which is not practically preferable.
この問題に対処するために、燃料電池システムの運転停止時に、反応ガスを除湿して反応ガスから水分を取り除く除湿器を設け、この除湿器で乾燥された反応ガスでもって燃料電池を乾燥させる技術が、例えば特許文献３に記載されている。さらに、同様の技術として、例えば特許文献４には、高温に加熱された乾燥空気を燃料電池に供給して燃料電池を乾燥させる技術が提案されている。 In order to cope with this problem, when the fuel cell system is shut down, a dehumidifier that dehumidifies the reaction gas to remove moisture from the reaction gas is provided, and the fuel cell is dried with the reaction gas dried by the dehumidifier. Is described in Patent Document 3, for example. Furthermore, as a similar technique, for example, Patent Document 4 proposes a technique for drying a fuel cell by supplying dry air heated to a high temperature to the fuel cell.
また、例えば特許文献５には、燃料電池の運転停止時に、運転時に燃料電池を冷却する冷却水を加熱し、この加熱した冷却水で燃料電池を所定温度に加熱して乾燥させる技術が記載されている。これらの技術は、反応ガスの温度や燃料電池の温度を高くすることで、燃料電池内部の水分を蒸発させて除去するようにしている。 Further, for example, Patent Document 5 describes a technique of heating cooling water that cools the fuel cell during operation and heating the fuel cell to a predetermined temperature with the heated cooling water when the fuel cell is stopped. ing. In these techniques, the temperature of the reaction gas and the temperature of the fuel cell are increased, thereby evaporating and removing the water inside the fuel cell.
しかしながら、高温に加熱された乾燥空気で燃料電池を乾燥させる技術において、乾燥空気ガスの熱容量は、各燃料電池セルに対して反応ガスを分配又は収集するマニホールド部材や、燃料電池セルを構成するセパレータ部材の熱容量に比較して非常に小さい。このため、いくら反応ガスを高温に加熱して燃料電池に供給したとしても、高温の反応ガスが本来乾燥させたい流路や電極付近に到達するころには、反応ガスの温度はかなり低下してしまい、残留水分を蒸発させて除去するという効果は著しく低減してしまう。 However, in the technology of drying a fuel cell with dry air heated to a high temperature, the heat capacity of the dry air gas depends on the manifold member that distributes or collects the reaction gas to each fuel cell and the separator that constitutes the fuel cell. Very small compared to the heat capacity of the member. For this reason, no matter how much the reaction gas is heated and supplied to the fuel cell, the temperature of the reaction gas decreases considerably when the high temperature reaction gas reaches the vicinity of the flow path or electrode that is originally desired to be dried. Therefore, the effect of evaporating and removing residual moisture is significantly reduced.
一方、冷却水を加熱して燃料電池に送り込んで燃料電池を加熱する技術では、上記のような不具合は起こらずに残留水分を蒸発させて除去する効果が得られる。しかしその反面、冷却水を加熱するための加熱器が必要となる。このため、システムが大型化、複雑化してしまう。その上、冷却水を加熱するための時間と電力が必要となり、消費電力の増大ならびに水分除去処理に多大な時間を要するといった問題点がある。 On the other hand, the technique of heating the cooling water and feeding it to the fuel cell to heat the fuel cell provides the effect of evaporating and removing residual moisture without causing the above-mentioned problems. However, on the other hand, a heater for heating the cooling water is required. This increases the size and complexity of the system. In addition, time and electric power for heating the cooling water are required, and there is a problem that a great amount of time is required for an increase in power consumption and a water removal process.
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、消費電力の増大、構成の大型化、複雑化を極力抑えて、残留する水分を除去する処理時間を短縮した燃料電池システムを提供することにある。 In view of the above, the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to shorten the processing time for removing residual moisture by minimizing the increase in power consumption, the size of the configuration, and the complexity. An object of the present invention is to provide a fuel cell system.
上記目的を達成するために、本発明の課題を解決する手段は、 燃料ガス流路を介して供給される燃料ガスと酸化剤ガス流路を介して供給される酸化剤ガスとを電気化学反応させて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池システムの運転停止が指令されると、通常運転時よりも低加湿の酸化剤ガスを燃料電池に供給する発電条件、もしくは酸化剤ガスの流量が増大する発電条件に切り替えて燃料電池の発電を所定時間継続することによりカソード極側に水分が偏った状態にし、その後発電を停止して、燃料電池の酸化剤ガス流路、又は酸化剤ガス流路と燃料ガス流路を所定時間パージすることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the means for solving the problems of the present invention includes an electrochemical reaction between a fuel gas supplied via a fuel gas flow channel and an oxidant gas supplied via an oxidant gas flow channel. In a fuel cell system including a fuel cell for generating power, if the operation of the fuel cell system is instructed to stop, the power generation conditions for supplying the fuel cell with an oxidant gas that is less humid than that during normal operation, or the oxidant By switching to a power generation condition in which the gas flow rate is increased and continuing the power generation of the fuel cell for a predetermined time, moisture is biased to the cathode electrode side, and then the power generation is stopped, and the oxidant gas flow path of the fuel cell, or The oxidant gas passage and the fuel gas passage are purged for a predetermined time.
本発明によれば、システムの運転停止が指令された後、燃料電池の水分の持ち出し量を増大させる発電条件に切替えて発電を継続することで、アノード極側からカソード極側に水分が移動し、カソード極側に水分が偏った状態にすることができる。その後所定時間して発電を停止し、少なくとも酸化剤ガス流路をパージすることにより、カソード極側に偏った水分を一気に除去することができるので、従来に比べて燃料電池に残留する水分を除去する処理時間を短縮することができる。 According to the present invention, after the system shutdown is instructed, the moisture is moved from the anode side to the cathode side by switching to the power generation condition that increases the amount of moisture taken out of the fuel cell and continuing the power generation. The moisture can be biased to the cathode side. After that, the power generation is stopped for a predetermined time, and at least the oxidant gas flow path is purged, so that moisture that is biased toward the cathode can be removed all at once. Processing time can be shortened.
以下、図面を用いて本発明を実施するための実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る燃料電池システムの構成を示す図である。図１に示す実施形態１のシステムは、燃料電池スタック１、カソード反応ガス供給手段２、加湿手段３、冷却水循環手段４、冷却水タンク５、制御装置６、負荷７、パワーマネージャー（ＰＭ）８を備えて構成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. 1 includes a fuel cell stack 1, a cathode reaction gas supply means 2, a humidification means 3, a cooling water circulation means 4, a cooling water tank 5, a control device 6, a load 7, and a power manager (PM) 8. It is configured with.
燃料電池スタック１は、単位燃料電池セルが複数積層されて形成され、燃料ガスの水素と酸化剤ガスの空気とを化学反応させて発電する。水素は水素タンク（図示せず）から燃料電池スタック１に供給され、空気はカソード反応ガス供給手段２から燃料電池スタック１に供給される。燃料電池スタック１の発電で得られた電力は、燃料電池スタック１から取り出されて、負荷７や後述する二次電池、補機等に供給される。 The fuel cell stack 1 is formed by stacking a plurality of unit fuel cells, and generates electricity by chemically reacting hydrogen of fuel gas and air of oxidant gas. Hydrogen is supplied to the fuel cell stack 1 from a hydrogen tank (not shown), and air is supplied to the fuel cell stack 1 from the cathode reaction gas supply means 2. The electric power obtained by the power generation of the fuel cell stack 1 is taken out from the fuel cell stack 1 and supplied to a load 7, a secondary battery, an auxiliary machine, etc. described later.
カソード反応ガス供給手段２は、カソード反応ガスとなる空気を圧縮して加圧し、加圧した空気を燃料電池スタック１に供給し、空気を圧縮するコンプレッサ等で構成される。 The cathode reaction gas supply means 2 is composed of a compressor or the like that compresses and pressurizes air to be the cathode reaction gas, supplies the pressurized air to the fuel cell stack 1, and compresses the air.
加湿手段３は、カソード反応ガス供給手段２から燃料電池スタック１に供給される空気を加湿し、例えばＷＲＤ（Ｗａｔｅｒ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｄｅｖｉｃｅ）で構成される。 The humidifying means 3 humidifies the air supplied from the cathode reaction gas supply means 2 to the fuel cell stack 1, and is composed of, for example, WRD (Water Recovery Device).
冷却水循環手段４は、燃料電池スタック１、冷却水循環手段４ならびに冷却水タンク５を連結する冷却水流路を介して、冷却水タンク５に貯水される冷却水を燃料電池スタック１に循環供給して、燃料電池スタック１の発電で生じた熱を除去し、冷却水を流路を流通駆動させるポンプ等で構成される。 The cooling water circulation means 4 circulates and supplies the cooling water stored in the cooling water tank 5 to the fuel cell stack 1 via the cooling water flow path connecting the fuel cell stack 1, the cooling water circulation means 4 and the cooling water tank 5. The heat generated by the power generation of the fuel cell stack 1 is removed, and the pump is configured to drive the coolant through the flow path.
負荷７は、燃料電池スタック１から与えられた電力を消費し、この燃料電池システムが例えば車両に搭載された場合には例えば電動モータ等で構成される。 The load 7 consumes the electric power supplied from the fuel cell stack 1, and is configured by, for example, an electric motor when the fuel cell system is mounted on a vehicle, for example.
パワーマネージャー（ＰＭ）８は、燃料電池スタック１の発電で得られた電力の燃料電池スタック１からの取り出しを制御し、燃料電池スタック１と負荷７との接続を制御する。 The power manager (PM) 8 controls the extraction of the electric power obtained by the power generation of the fuel cell stack 1 from the fuel cell stack 1 and controls the connection between the fuel cell stack 1 and the load 7.
制御装置６は、本システムの運転を制御する制御中枢として機能し、プログラムに基づいて各種動作処理を制御するコンピュータに必要な、ＣＰＵ、記憶装置、入出力装置等の資源を備えた例えばマイクロコンピュータ等により実現される。制御装置６は、本システムにおける各センサ（図示せず）からの信号を読み込み、読み込んだ各種信号ならびに予め内部に保有する制御ロジック（プログラム）に基づいて、燃料電池スタック１、カソード反応ガス供給手段２、加湿手段３、冷却水循環手段４、負荷７ならびにパワーマネージャー（ＰＭ）８を含む本システムの各構成要素に指令を送り、以下に説明する残留水分の除去処理を含む本システムの運転／停止に必要なすべての動作を統括管理して制御する。 The control device 6 functions as a control center that controls the operation of the system, and is provided with resources such as a CPU, a storage device, and an input / output device necessary for a computer that controls various operation processes based on a program, for example, a microcomputer. Etc. The control device 6 reads signals from each sensor (not shown) in this system, and based on the read various signals and control logic (program) stored in advance, the fuel cell stack 1, cathode reaction gas supply means 2, a command is sent to each component of the system including the humidifying unit 3, the cooling water circulating unit 4, the load 7 and the power manager (PM) 8, and the operation / stop of the system including the residual water removing process described below is performed. Centrally manage and control all operations required for
このような構成において、燃料電池システムの運転停止トリガーがオンされてシステムの運転停止が指令されると、それまでの燃料電池スタック１の発電を、燃料電池スタック１の内部で生成された水分の持ち出し量を増大させる発電条件に切り替えて、すなわち制御装置６は加湿手段３を制御して空気の加湿量を低下させ、なお燃料電池スタック１の発電は継続させる。その後所定時間が経過すると、制御装置６はパワーマネージャー８を制御して燃料電池スタック１から負荷７を切り離す。これにより、燃料電池スタック１の発電を停止させるとともに、カソード反応ガス供給手段２を所定時間稼動させ、燃料電池スタック１に空気を供給する。所定時間後、制御装置６によってカソード反応ガス供給手段２を停止して、燃料電池スタック１への空気の供給を停止する。 In such a configuration, when the operation stop trigger of the fuel cell system is turned on and the operation stop of the system is instructed, the power generation of the fuel cell stack 1 up to that time is generated by the moisture generated in the fuel cell stack 1. Switching to the power generation condition for increasing the carry-out amount, that is, the control device 6 controls the humidifying means 3 to reduce the humidification amount of the air, and the power generation of the fuel cell stack 1 is continued. Thereafter, when a predetermined time elapses, the control device 6 controls the power manager 8 to disconnect the load 7 from the fuel cell stack 1. As a result, power generation of the fuel cell stack 1 is stopped, the cathode reaction gas supply means 2 is operated for a predetermined time, and air is supplied to the fuel cell stack 1. After a predetermined time, the cathode reaction gas supply means 2 is stopped by the control device 6 and the supply of air to the fuel cell stack 1 is stopped.
図２は上記実施形態１（同図（ａ））と本発明の技術を採用していない従来例（同図（ｂ））とにおける、負荷、空気の加湿量、燃料電池スタック１の水分の持ち出し量、燃料電池スタック１の電解質膜の膜抵抗の時間変化を表したものである。図２を参照して、この実施形態１によれば、システムの運転停止トリガーがオンされると、通常の発電時に発電が円滑に行われるように最適に設定された値よりも加湿量が減った空気が燃料電池スタック１に供給されるため、燃料電池スタック１からの水の持ち出し量が増加し膜抵抗が増加する。加えて、一般に燃料電池スタック１の発電では１つのプロトンが電解質膜の高分子膜を移動する際に、１〜２．５分子の水をドラッグしていくことが知られている（プロトンドラッグ）。 FIG. 2 shows the load, the humidification amount of air, and the moisture content of the fuel cell stack 1 in the first embodiment (FIG. 2A) and the conventional example not using the technology of the present invention (FIG. 2B). It shows the time variation of the carry-out amount and the membrane resistance of the electrolyte membrane of the fuel cell stack 1. Referring to FIG. 2, according to the first embodiment, when the system shutdown trigger is turned on, the humidification amount is reduced from a value optimally set so that power generation is performed smoothly during normal power generation. Since the air is supplied to the fuel cell stack 1, the amount of water taken out from the fuel cell stack 1 increases and the membrane resistance increases. In addition, it is generally known that in the power generation of the fuel cell stack 1, when one proton moves through the polymer membrane of the electrolyte membrane, 1 to 2.5 molecules of water are dragged (proton drag). .
これにより、空気が低加湿で発電が継続されると、アノード極側からカソード極側に水が移動し、カソード極側に水分が集められる。したがって、低加湿での燃料電池スタック１の発電を停止した後、さらにカソード極側を空気でパージすることで、より多くの水を持ち出すことができ、かつ図２に示すように膜抵抗を急激に増加させることができる。 As a result, when power generation is continued with low humidity of air, water moves from the anode side to the cathode side, and moisture is collected on the cathode side. Therefore, after stopping the power generation of the fuel cell stack 1 with low humidification, more water can be taken out by purging the cathode electrode side with air, and the membrane resistance is rapidly increased as shown in FIG. Can be increased.
これによって、電解質膜の乾燥度を零下起動に必要な電解質膜の乾燥度合いに比較的短時間で到達させることができる。燃料電池スタック１を例えば車両の動力源として使用する場合には、運転者が車両のイグニッションキーをオフにしてからできるだけ短時間でシステムが停止することが望まれており、この実施形態１の技術はこの要望に寄与することができる。 As a result, the degree of dryness of the electrolyte membrane can reach the degree of dryness of the electrolyte membrane required for starting below zero in a relatively short time. When the fuel cell stack 1 is used as a power source of a vehicle, for example, it is desired that the system is stopped as quickly as possible after the driver turns off the ignition key of the vehicle. Can contribute to this desire.
このように、上記実施形態１においては、システム停止のトリガーがオンされた後、空気の加湿量を低下させるという、燃料電池スタック１からの水の持ち出し量を増大させる発電条件に切替えて発電を継続させることにより、アノード極側からカソード極側に水分が移動し（電気浸透水）、カソード極側に水分が偏った状態にすることができる。その後所定時間が経過して、負荷を切り離して発電を停止するとともに、カソード極側を空気でパージすることにより、カソード極側に偏った水分を一気に除去することができるので、従来の方法と比較して燃料電池スタック１の乾燥時間を短縮することができる。 As described above, in the first embodiment, after the system stop trigger is turned on, the power generation is performed by switching to the power generation condition for increasing the amount of water taken out from the fuel cell stack 1 to reduce the humidification amount of the air. By continuing, moisture moves from the anode electrode side to the cathode electrode side (electroosmotic water), and the moisture is biased toward the cathode electrode side. After a certain period of time has elapsed, the load is disconnected and power generation is stopped, and the cathode pole side is purged with air, so moisture that is biased toward the cathode pole side can be removed all at once. Thus, the drying time of the fuel cell stack 1 can be shortened.
（実施形態２）
次に、図３を参照して、本発明の実施形態２を説明する。図３はこの実施形態２（同図（ａ））と従来例（同図（ｂ））とにおける、負荷、燃料電池の温度、燃料電池スタック１の水分の持ち出し量、燃料電池スタック１の電解質膜の膜抵抗の時間変化を表したものである。
(Embodiment 2)
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows the load, the temperature of the fuel cell, the amount of water taken out from the fuel cell stack 1, the electrolyte of the fuel cell stack 1 in the second embodiment (FIG. 3A) and the conventional example (FIG. 3B). It shows the time change of the film resistance of the film.
この実施形態２の特徴とするところは、先の実施形態１に比べて、システム運転停止のトリガーがオンされた後に、空気の加湿量を減らすことに代えて、それまでの燃料電池スタック１の発電を、燃料電池スタック１の内部で生成された水分の持ち出し量を増大させる発電条件として、負荷を上げて発電を継続させるようにしたことにあり、他は実施形態１と同様である。このような制御は、図１に示す制御装置６がパワーマネージャー８を制御することにより実施することができる。 Compared with the first embodiment, the feature of the second embodiment is that instead of reducing the humidification amount of the air after the system operation stop trigger is turned on, the fuel cell stack 1 of the previous one is The power generation is performed under the condition that the load is increased and the power generation is continued as a power generation condition for increasing the amount of moisture generated inside the fuel cell stack 1, and the rest is the same as in the first embodiment. Such control can be implemented by controlling the power manager 8 by the control device 6 shown in FIG.
このような制御により、図３に示すように、システム運転停止トリガーがＯＮされた後の負荷運転で、燃料電池を構成する触媒層での発熱が大きくなり、触媒層近傍での飽和蒸気圧が増加する。このため、この後負荷７を切り離して発電を停止し、カソード極を空気でパージすることにより、より多くの水分を蒸発によって除去することができる。したがって、図３に示すように、システム停止のトリガーがオンされた後の負荷運転で水分の持ち出し量が増加し、かつ負荷を切り離した後のパージでより多くの水分が排出され、膜抵抗が急激に増加する。これにより、先の実施形態１と同様に零下起動に必要な乾燥度合いに比較的短時間で到達させることができる。 By such control, as shown in FIG. 3, in the load operation after the system operation stop trigger is turned on, heat generation in the catalyst layer constituting the fuel cell is increased, and the saturated vapor pressure in the vicinity of the catalyst layer is increased. To increase. For this reason, after this, the load 7 is disconnected, the power generation is stopped, and the cathode electrode is purged with air, whereby more water can be removed by evaporation. Therefore, as shown in FIG. 3, the amount of moisture taken out is increased by the load operation after the system stop trigger is turned on, and more moisture is discharged by the purge after the load is disconnected, and the membrane resistance is reduced. Increases rapidly. As a result, similar to the first embodiment, the degree of drying necessary for starting below zero can be reached in a relatively short time.
このように、上記実施形態２においては、システム停止のトリガーがオンされた後、発電停止される直前の負荷よりも大きな負荷で発電を継続させることで、負荷が小さい場合と比較して触媒層での発熱量を多くすることが可能となる。これにより、パージ時に触媒層近傍での飽和蒸気圧が増加し、水分をより多く短時間に除去することができる。 As described above, in the second embodiment, after the system stop trigger is turned on, the power generation is continued with a load larger than the load immediately before the power generation is stopped, so that the catalyst layer is compared with the case where the load is small. It is possible to increase the amount of heat generated at. This increases the saturated vapor pressure in the vicinity of the catalyst layer at the time of purging, so that more water can be removed in a shorter time.
（実施形態３）
次に、図４を参照して、本発明の実施形態３を説明する。図４はこの実施形態３（同図（ａ））と従来例（同図（ｂ））とにおける、負荷、空気の流量、燃料電池スタック１の水分の持ち出し量、燃料電池スタック１の電解質膜の膜抵抗の時間変化を表したものである。
(Embodiment 3)
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. 4 shows the load, the air flow rate, the amount of water taken out from the fuel cell stack 1, the electrolyte membrane of the fuel cell stack 1 in the third embodiment (FIG. 4A) and the conventional example (FIG. 4B). It shows the time change of the film resistance.
この実施形態３の特徴とするところは、先の実施形態１に比べて、システム運転停止のトリガーがオンされた後に、空気の加湿量を減らすことに代えて、それまでの燃料電池スタック１の発電を、燃料電池スタック１の内部で生成された水分の持ち出し量を増大させる発電条件として、空気流量を上げて発電を継続させる、すなわち発電効率を低下させて燃料電池スタック１の発電を行うようにしたことにあり、他は実施形態１と同様である。この制御は、図１の制御装置６がカソード反応ガス供給手段２を制御することにより実施できる。 Compared to the first embodiment, the feature of the third embodiment is that instead of reducing the humidification amount of the air after the system operation stop trigger is turned on, the fuel cell stack 1 of the previous embodiment is changed. As a power generation condition for increasing the amount of moisture generated inside the fuel cell stack 1, the power generation is continued by increasing the air flow rate, that is, the power generation efficiency of the fuel cell stack 1 is decreased. The rest is the same as in the first embodiment. This control can be implemented by controlling the cathode reaction gas supply means 2 by the control device 6 of FIG.
このような制御により、システム運転停止トリガーがオンされた後、燃料電池スタック１では低利用率で負荷運転が行われ、水の持ち出し量を増加することができる。これにより、前述したプロトンドラッグ現象により電解質膜内の水分をカソード極側に集めることができる。 By such control, after the system operation stop trigger is turned on, the fuel cell stack 1 is loaded at a low utilization rate, and the amount of water taken out can be increased. Thereby, the water | moisture content in an electrolyte membrane can be collected on the cathode pole side by the proton drag phenomenon mentioned above.
ただし、低利用率運転で水の持ち出し量を増加させるためには、空気の相対湿度が同等かそれ以下であることが必要である。しかしながら、同じ加湿手段において空気の流量を増大させた場合には低加湿になるのが一般的であるので、この条件は容易に達成することができる。したがって、先の実施形態１と同様にカソード極側に集められた水分は、発電停止後のパージで一気に排出されるため、比較的短時間で零下起動に必要な乾燥度合いに到達させることができる。 However, in order to increase the amount of water taken out at low utilization factor operation, the relative humidity of the air needs to be equal or lower. However, when the air flow rate is increased in the same humidifying means, it is common to achieve low humidification, so this condition can be easily achieved. Therefore, the moisture collected on the cathode electrode side is discharged at once by the purge after the power generation is stopped as in the first embodiment, so that the degree of drying necessary for starting below zero can be reached in a relatively short time. .
このように、上記実施形態３においては、システム停止のトリガーがオンされた後、通常発電時よりも利用率を低い条件で発電を継続させることで、通常の利用率と比較して水の持ち出し量が多くなり、より効率的にカソード極側に水が偏った状態にすることができる。これにより、実施形態３においても、実施形態１と同様の効果を得ることができる。 As described above, in the third embodiment, after the system stop trigger is turned on, the power generation is continued under the condition that the utilization rate is lower than that during normal power generation, thereby bringing out water compared to the normal utilization rate. The amount increases, and water can be more efficiently biased toward the cathode electrode side. Thereby, also in Embodiment 3, the same effect as Embodiment 1 can be acquired.
（実施形態４）
図５は本発明の実施形態４に係る燃料電池システムの構成を示す図であり、図５に示す実施形態４のシステムは、図１に示す先の実施形態１に比べて、燃料電池スタック１の代表温度をモニターするスタック代表温度モニター手段１１を燃料電池スタック１に設け、このスタック代表温度モニター手段１１でモニターされた温度に基づいて、先の実施形態１〜３のいずれか１つの処理を行って水分を除去するようにしたことにあり、他は実施形態１〜３と同様である。
(Embodiment 4)
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to Embodiment 4 of the present invention. The system of Embodiment 4 shown in FIG. 5 is a fuel cell stack 1 compared to the previous Embodiment 1 shown in FIG. The stack representative temperature monitoring means 11 for monitoring the representative temperature of the fuel cell stack 1 is provided in the fuel cell stack 1. Based on the temperature monitored by the stack representative temperature monitoring means 11, any one of the processes of the first to third embodiments is performed. The other is the same as in the first to third embodiments.
次に、図６のフローチャートを参照して、この実施形態４の制御手順を説明する。図６において、先ずシステム停止トリガーがオンされると（ステップＳ６０）、その時のスタック代表温度をスタック代表温度モニター手段１１でモニターする。続いて、モニターしたスタック代表温度Ｔが予め設定された所定温度Ｔ１以上であるか否かを判別する（ステップＳ６１）。 Next, the control procedure of the fourth embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. In FIG. 6, first, when the system stop trigger is turned on (step S60), the stack representative temperature at that time is monitored by the stack representative temperature monitoring means 11. Subsequently, it is determined whether or not the monitored stack representative temperature T is equal to or higher than a predetermined temperature T1 set in advance (step S61).
判別の結果、Ｔ＞Ｔ１である場合には、前述した実施形態１〜３の燃料電池スタック１の発電を継続させる処理をスキップし、所定時間燃料電池スタック１内を空気でパージする処理を行う（ステップＳ６３）。このように、燃料電池スタック１の温度が高い場合には、従来例のように単純に燃料電池スタック１内をパージするだけで、蒸発によって多くの水分を短時間で除去することができる。 As a result of the determination, if T> T1, the process of continuing the power generation of the fuel cell stack 1 of the first to third embodiments is skipped, and the process of purging the fuel cell stack 1 with air for a predetermined time is performed. (Step S63). Thus, when the temperature of the fuel cell stack 1 is high, much water can be removed in a short time by evaporation simply by purging the inside of the fuel cell stack 1 as in the conventional example.
しかしながら、燃料電池スタック１の温度が低い場合には、従来例の方法ではパージに時間がかかってしまうので、短時間で水分を除去することが困難となる。そこで、スタック代表温度Ｔ＜Ｔ１である場合には、前述した実施形態１〜３のいずれか１つの方法で燃料電池スタック１の発電を所定時間継続させ、所定時間後燃料電池スタック内を空気でパージする。これによって、燃料電池スタック１が予め設定された温度以下の低温状態であっても比較的短時間で零下起動に必要な乾燥度合いに到達することができる。 However, when the temperature of the fuel cell stack 1 is low, the conventional method takes a long time for purging, so it is difficult to remove moisture in a short time. Therefore, when the stack representative temperature T <T1, the power generation of the fuel cell stack 1 is continued for a predetermined time by any one of the above-described first to third embodiments. Purge. As a result, even when the fuel cell stack 1 is in a low temperature state that is equal to or lower than a preset temperature, it is possible to reach the degree of drying necessary for starting below zero in a relatively short time.
このように、上記実施形態４においては、スタック代表温度に基づいて、先の実施形態１〜３のいずれか１つの処理手順を実施するか、もしくはいずれも実施しないかを選択することで、無駄なエネルギーを消費することなく、最適な乾燥パージを実施することができる。 As described above, in the fourth embodiment, it is unnecessary to select whether or not to implement any one of the first to third embodiments based on the stack representative temperature. Optimal drying purge can be performed without consuming a large amount of energy.
（実施形態５）
次に、図７を参照して、本発明の実施形態５を説明する。図７は負荷、燃料電池スタック１の電解質膜の膜抵抗の時間変化を表したものである。
(Embodiment 5)
Next, Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows the change over time of the load and the membrane resistance of the electrolyte membrane of the fuel cell stack 1.
先の実施形態４では、スタック代表温度モニター手段１１によってモニターした温度が低い場合には、前述した実施形態１〜３の制御方法で燃料電池スタック１の発電を継続しても、なかなか電解質膜の抵抗が上がってこないことが予想される。そこで、この実施形態５の特徴とするところは、先の実施形態４に比べて、図７に示すように、温度が低い場合には膜抵抗が予め設定された所定の値に上昇するまで長い時間発電を継続し、その後に先の実施形態１〜３と同じように負荷を切り離してカソード極側をパージして、零下起動に必要な乾燥度合いに到達させるようにしたことにある。 In the previous embodiment 4, when the temperature monitored by the stack representative temperature monitoring means 11 is low, even if the power generation of the fuel cell stack 1 is continued by the control method of the above-described embodiments 1 to 3, it is quite easy to remove the electrolyte membrane. It is expected that resistance will not rise. Therefore, the feature of the fifth embodiment is that it is longer than that of the fourth embodiment until the film resistance rises to a predetermined value when the temperature is low, as shown in FIG. The time power generation is continued, and then the load is disconnected and the cathode electrode side is purged in the same manner as in the first to third embodiments so as to reach the degree of drying necessary for starting below zero.
このように、上記実施形態５においては、スタック代表温度に基づいて燃料電池スタック１の発電を継続させる時間を制御するので、比較的低温でシステムを停止した場合には、長い時間発電させて温度を上昇させ、水分をより多く除去することができる。また、高温で停止した場合には、短い時間の発電にすることにより無駄なエネルギーを消費することなく最適な乾燥パージを実施することができる。 As described above, in Embodiment 5 described above, the time for which power generation of the fuel cell stack 1 is continued is controlled based on the stack representative temperature. Therefore, when the system is stopped at a relatively low temperature, the power is generated for a long time and the temperature is Can be raised and more water can be removed. In addition, when stopped at a high temperature, the optimum dry purge can be performed without consuming wasteful energy by generating power in a short time.
（実施形態６）
次に、図８を参照して、本発明の実施形態６を説明する。図８は負荷、燃料電池スタック１の電解質膜の膜抵抗の時間変化を表したものである。
(Embodiment 6)
Next, Embodiment 6 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows changes over time in the membrane resistance of the electrolyte membrane of the load and the fuel cell stack 1.
先の実施形態４では、スタック代表温度モニター手段１１によってモニターした温度が低い場合には、前述した実施形態１〜３の制御方法で燃料電池スタック１の発電を継続しても、なかなか電解質膜の抵抗が上がってこないことが予想される。そこで、この実施形態６の特徴とするところは、先の実施形態４に比べて、図８に示すように、温度が低い場合には燃料電池スタック１から負荷を切り離した後、カソード電極をパージする時間を先の実施形態４に比べて長く設定し、零下起動に必要な乾燥度合いに到達させるようにしたことにある。 In the previous embodiment 4, when the temperature monitored by the stack representative temperature monitoring means 11 is low, even if the power generation of the fuel cell stack 1 is continued by the control method of the above-described embodiments 1 to 3, it is quite easy to remove the electrolyte membrane. It is expected that resistance will not rise. Therefore, the feature of the sixth embodiment is that the cathode electrode is purged after disconnecting the load from the fuel cell stack 1 when the temperature is low as shown in FIG. This is because the time to be set is set longer than that in the previous embodiment 4 so as to reach the degree of drying necessary for starting below zero.
このように、上記実施形態６においては、スタック代表温度に基づいて負荷を切り離した後のパージ時間を制御するので、水分の蒸発が少ない比較的低温でシステムを停止した場合には、より長い時間パージして水分を除去する一方、高温で停止した場合には、短い時間のパージにすることにより、無駄なエネルギーを消費することなく最適な乾燥パージを実施することができる。 As described above, in Embodiment 6 described above, the purge time after the load is disconnected is controlled based on the stack representative temperature. Therefore, when the system is stopped at a relatively low temperature with little moisture evaporation, a longer time is required. While purging to remove moisture, when stopped at a high temperature, an optimum dry purge can be performed without consuming wasteful energy by purging for a short time.
（実施形態７）
図９は本発明の実施形態７に係る燃料電池システムの構成を示す図であり、図９に示す実施形態７のシステムは、図５に示す先の実施形態４に比べて、カソード反応ガス供給手段２から排出された空気が加湿手段３をバイパスするバイパスライン１２を加湿手段３と並行に設け、加湿手段３の上流側ならびに下流側に三方弁９を設け、制御装置６の制御の下に三方弁９を切り替え制御して、加湿手段３側又はバイパスライン１２側に選択的に空気流路を設定するようにしたことにあり、他は図５と同様である。
(Embodiment 7)
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of a fuel cell system according to Embodiment 7 of the present invention. The system of Embodiment 7 shown in FIG. 9 is a cathode reaction gas supply as compared with the previous Embodiment 4 shown in FIG. A bypass line 12 through which air discharged from the means 2 bypasses the humidifying means 3 is provided in parallel with the humidifying means 3, and a three-way valve 9 is provided upstream and downstream of the humidifying means 3. The three-way valve 9 is switched and controlled so that the air flow path is selectively set on the humidifying means 3 side or the bypass line 12 side, and the others are the same as in FIG.
前述した実施形態１では、システム停止トリガーがオンされた後に、加湿手段３を制御して空気の加湿量を減らして燃料電池スタック１の発電を継続しているが、この実施形態７では、システム停止トリガーがオンされた後、三方弁９をバイパスライン１２側に切り替え、加湿手段３をバイパスして空気を燃料電池スタック１に供給する。 In the first embodiment described above, after the system stop trigger is turned on, the humidifying means 3 is controlled to reduce the amount of humidification of the air and the power generation of the fuel cell stack 1 is continued. After the stop trigger is turned on, the three-way valve 9 is switched to the bypass line 12 side to bypass the humidifying means 3 and supply air to the fuel cell stack 1.
これにより、実施形態１よりもさらに燃料電池スタック１からの水の持ち出し量が多くなり、より速く零下起動に必要な膜の乾燥度合いに到達することができる。また、この実施形態７では、システム停止トリガーがオンされ、先の実施形態１〜３のいずれかの制御方法で発電した後に、加湿手段３をバイパスした空気でカソード極側をパージするので、加湿手段３を通過した空気でパージする場合に比べて、より速く零下起動に必要な電解質膜の乾燥度合いに到達することができる。 As a result, the amount of water taken out from the fuel cell stack 1 is further increased than in the first embodiment, and the degree of film drying necessary for starting below zero can be reached more quickly. Further, in the seventh embodiment, the system stop trigger is turned on, and after generating electricity by any of the control methods of the first to third embodiments, the cathode electrode side is purged with the air bypassing the humidifying means 3. Compared with the case of purging with air that has passed through the means 3, the degree of dryness of the electrolyte membrane required for starting below zero can be reached faster.
このように、上記実施形態７においては、システム停止のトリガーがオンされた後供給する空気は、加湿手段３を通さずに加湿されていない乾燥した空気となるので、発電を継続している間も、電解質膜と触媒層の乾燥が促進され、全体としての乾燥時間をより短縮することができる。 Thus, in Embodiment 7 described above, the air supplied after the system stop trigger is turned on is dry air that has not been humidified without passing through the humidifying means 3, so that power generation is continued. However, drying of the electrolyte membrane and the catalyst layer is promoted, and the drying time as a whole can be further shortened.
（実施形態８）
次に、図１０を参照して、本発明の実施形態８を説明する。図１０はこの実施形態８（同図（ａ））と従来例（同図（ｂ））とにおける、冷却水循環量、燃料電池スタック温度、燃料電池スタック１の水分の持ち出し量、燃料電池スタック１の電解質膜の膜抵抗の時間変化を表したものである。
(Embodiment 8)
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows the cooling water circulation amount, the fuel cell stack temperature, the amount of water taken out from the fuel cell stack 1, the fuel cell stack 1 in the eighth embodiment (FIG. 10A) and the conventional example (FIG. 10B). 2 shows the change over time of the membrane resistance of the electrolyte membrane.
この実施形態１０の特徴とするところは、先の図１、図５又は図９に示す構成において、システム停止トリガーがオンされると、冷却水循環手段４を停止して冷却水の循環を停止する。その後、前述した実施形態１〜３のいずれかの制御方法で燃料電池スタック１の発電を継続するようにしたことにある。これにより、冷却水の循環を停止することで、図１０（ａ）に示すように、燃料電池スタック１の温度が上昇して水の持ち出し量が増加し、迅速に零下起動に必要な膜の乾燥度合いにすることができる。 The feature of the tenth embodiment is that, in the configuration shown in FIG. 1, FIG. 5, or FIG. 9, when the system stop trigger is turned on, the cooling water circulation means 4 is stopped to stop the cooling water circulation. . Thereafter, the power generation of the fuel cell stack 1 is continued by the control method of any one of the first to third embodiments. As a result, by stopping the circulation of the cooling water, as shown in FIG. 10A, the temperature of the fuel cell stack 1 rises and the amount of water taken out increases, so that the membrane necessary for the sub-zero start-up can be quickly performed. The degree of drying can be achieved.
このように、上記実施形態８においては、システム停止のトリガーがオンされた後は、冷却媒体の循環を停止して、燃料電池スタック１の発電を継続するので、燃料電池スタック１の温度を上昇させ、乾燥時間をより短くすることができる。 As described above, in the eighth embodiment, after the system stop trigger is turned on, the circulation of the cooling medium is stopped and the power generation of the fuel cell stack 1 is continued. Therefore, the temperature of the fuel cell stack 1 is increased. And the drying time can be shortened.
（実施形態９）
図１１は本発明の実施形態９に係る燃料電池システムの構成を示す図であり、図１１に示す実施形態９のシステムは、図９に示す先の実施形態７に比べて、燃料電池スタック１での発電により得られた電力を蓄電する二次電池１０を備えたことにあり、他は図９と同様である。
(Embodiment 9)
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to Embodiment 9 of the present invention. The system of Embodiment 9 shown in FIG. 11 is a fuel cell stack 1 as compared with the previous Embodiment 7 shown in FIG. 9 is the same as FIG. 9 except that the secondary battery 10 that stores the electric power obtained by the power generation in FIG.
このよな構成において、システム停止のトリガーがオンされると、それまでの負荷で燃料電池スタック１の発電が継続され、この発電で得られた電力は二次電池１０に充電される。通常、二次電池１０の充電状態（ＳＯＣ）は、次回のシステム起動時に必要な電力分を確保するように蓄電制御されるため、システム停止トリガーがオンされた後に継続される発電電力を充電することによって、図１２に示すように、二次電池１０のＳＯＣは起動時に必要なＳＯＣよりも多くすることが可能となる。 In such a configuration, when the system stop trigger is turned on, the power generation of the fuel cell stack 1 is continued with the load until then, and the secondary battery 10 is charged with the power obtained by this power generation. Normally, the state of charge (SOC) of the secondary battery 10 is stored and controlled so as to secure the necessary power at the next system start-up, so that the generated power that is continued after the system stop trigger is turned on is charged. Thus, as shown in FIG. 12, the SOC of the secondary battery 10 can be made larger than the SOC required at the time of startup.
所定時間後、燃料電池スタック１の発電が停止し、それまでの発電で二次電池１０に充電された電力を用いてカソード反応ガス供給手段２を動作させ、燃料電池スタック１のカソード極側を空気でパージする。これにより、乾燥処理が完了してシステムが完全停止した時には、図１２に示すように二次電池１０のＳＯＣは再び所定のＳＯＣとなり、次回の起動時に二次電池１０の充電量が不足して起動できなくなるといった不具合を防止することができる。 After a predetermined time, the power generation of the fuel cell stack 1 is stopped, the cathode reaction gas supply means 2 is operated using the power charged in the secondary battery 10 by the power generation so far, and the cathode electrode side of the fuel cell stack 1 is Purge with air. Thereby, when the drying process is completed and the system is completely stopped, the SOC of the secondary battery 10 becomes the predetermined SOC again as shown in FIG. 12, and the amount of charge of the secondary battery 10 is insufficient at the next start-up. It is possible to prevent problems such as being unable to start up.
このように、上記実施形態９においては、システム停止のトリガーがオンされた後、所定時間継続される発電によって得られた電力は二次電池１０に充電され、その後二次電池１０に蓄電された電力を用いてカソード極のガス流路を空気でパージすることで、最終的にシステムが停止した時にも二次電池１０を常に所定の充電状態を保つことが可能となり、次回起動時に補機の動力源を常に確保しておくことができる。 As described above, in the ninth embodiment, after the system stop trigger is turned on, the power obtained by the power generation continued for a predetermined time is charged in the secondary battery 10 and then stored in the secondary battery 10. By purging the gas flow path of the cathode electrode with air using electric power, it becomes possible to always keep the secondary battery 10 in a predetermined charged state even when the system is finally stopped. A power source can always be secured.
（実施形態１０）
次に、図１３を参照して、本発明の実施形態１０を説明する。図１３は負荷、二次電池のＳＯＣ、燃料電池スタック１の電解質膜の膜抵抗の時間変化を表したものである。
(Embodiment 10)
Next, Embodiment 10 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 shows changes over time in the load, the SOC of the secondary battery, and the membrane resistance of the electrolyte membrane of the fuel cell stack 1.
この実施形態１０の特徴とするところは、先の実施形態９に比べて、システム停止トリガーがオンされた時に、二次電池１０のＳＯＣが、負荷を切り離した後カソード極側を所定時間パージするのに必要な電力と、次回システム起動時の補機の動力源に必要な電力とを合計した電力に相当するＳＯＣに達していない場合に適用するようにしたことを特徴とし、他は実施形態９と同様である。なお、負荷を切り離した後カソード極側を所定時間パージするのに必要な電力、ならびに次回起動時の補機の動力源に必要な電力は、実験や机上検討等により予め算出されているものする。また、二次電池１０のＳＯＣは、制御装置６で把握、管理される。 The feature of the tenth embodiment is that, compared to the previous ninth embodiment, when the system stop trigger is turned on, the SOC of the secondary battery 10 purges the cathode electrode side for a predetermined time after disconnecting the load. And the power required for the power source of the auxiliary machine at the next system start up is applied when the SOC corresponding to the total power is not reached. The same as 9. Note that the power required to purge the cathode side for a predetermined time after disconnecting the load and the power required for the power source of the auxiliary machine at the next start-up are calculated in advance by experiments, desk studies, etc. . Further, the SOC of the secondary battery 10 is grasped and managed by the control device 6.
制御装置６で測定される二次電池１０のＳＯＣが、システム停止トリガーがオンされる前に起動に必要な予め設定された所定のＳＯＣに満たないと制御装置６が判断した場合には、例えば図１３（ａ）に示すように、システム停止トリガーがオンされた後、負荷を増大させることで、先の実施形態９の図１２に示すよりも多くの電力を二次電池１０に蓄電し、システム停止時に所定のＳＯＣになるように制御する。もしくは、図１３（ｂ）に示すように、負荷を増大させることに代えて、発電時間を長くして蓄電量を増やして二次電池１０のＳＯＣを上げ、システム停止時に所定のＳＯＣになるように制御する。 When the control device 6 determines that the SOC of the secondary battery 10 measured by the control device 6 is less than a predetermined SOC required for activation before the system stop trigger is turned on, for example, As shown in FIG. 13 (a), after the system stop trigger is turned on, by increasing the load, more power is stored in the secondary battery 10 than shown in FIG. 12 of the previous embodiment 9, Control is performed so that a predetermined SOC is obtained when the system is stopped. Alternatively, as shown in FIG. 13 (b), instead of increasing the load, the power generation time is lengthened to increase the amount of power storage to increase the SOC of the secondary battery 10 so that the SOC becomes a predetermined SOC when the system is stopped. To control.
いずれの場合でも、先の実施形態９と同様に、乾燥処理が完了してシステムが完全停止した時には、図１３に示すように二次電池１０のＳＯＣは再び所定のＳＯＣとなり、次回の起動時に二次電池１０の充電量が不足して起動できなくなるといった不具合を防止することができる。 In any case, as in the previous embodiment 9, when the drying process is completed and the system is completely stopped, the SOC of the secondary battery 10 again becomes a predetermined SOC as shown in FIG. It is possible to prevent such a problem that the secondary battery 10 is insufficiently charged and cannot be activated.
このように、上記実施形態１０においては、システム停止のトリガーがオンされた後実施される燃料電池スタック１の発電は、負荷を切り離した後カソード極側を所定時間パージするのに必要な電力と、次回起動時の補機の動力源に必要な電力とを合計した電力を、二次電池１０に充電するまで継続することで、最終的にシステムが停止した時にも二次電池１０を常に所定の充電状態に保つことが可能となり、次回起動時の補機の動力源を常に確保することができる。 Thus, in Embodiment 10 described above, the power generation of the fuel cell stack 1 that is performed after the system stop trigger is turned on is the power required to purge the cathode side for a predetermined time after the load is disconnected. By continuing the total power required for the power source of the auxiliary machine at the next startup until the secondary battery 10 is charged, the secondary battery 10 is always predetermined even when the system is finally stopped. Thus, it is possible to always maintain a power source of the auxiliary machine at the next start-up.
なお、上記実施形態１〜１０では、すべてカソード極側のみをパージする実施形態を説明したが、カソード極側に加えて、燃料ガスの流通流路を含む燃料電池スタック１のアノード極側も空気でパージするようにしてもよく、同様の効果を得ることができる。 In the first to tenth embodiments described above, the embodiment in which only the cathode electrode side is purged has been described. However, in addition to the cathode electrode side, the anode electrode side of the fuel cell stack 1 including the fuel gas flow channel is also air. The same effect can be obtained.
１…燃料電池スタック
２…カソード反応ガス供給手段
３…加湿手段
４…冷却水循環手段
５…冷却水タンク
６…制御装置
７…負荷
８…パワーマネージャー
９…三方弁
１０…二次電池
１１…スタック代表温度モニター手段
１２…バイパスライン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell stack 2 ... Cathode reaction gas supply means 3 ... Humidification means 4 ... Cooling water circulation means 5 ... Cooling water tank 6 ... Control device 7 ... Load 8 ... Power manager 9 ... Three-way valve 10 ... Secondary battery 11 ... Stack representative Temperature monitoring means 12 ... Bypass line
Claims (10)
前記燃料電池システムの運転停止が指令されると、通常運転時よりも低加湿の酸化剤ガスを前記燃料電池に供給する発電条件に切り替えて前記燃料電池の発電を所定時間継続することによりカソード極側に水分が偏った状態にし、その後発電を停止して、前記燃料電池の酸化剤ガス流路、又は酸化剤ガス流路と燃料ガス流路を所定時間パージする
ことを特徴とする燃料電池システム。 In a fuel cell system including a fuel cell that generates electricity by causing an electrochemical reaction between a fuel gas supplied via a fuel gas channel and an oxidant gas supplied via an oxidant gas channel,
When the operation stop of the fuel cell system is instructed, the cathode electrode is switched by switching to a power generation condition for supplying the fuel cell with an oxidant gas that is less humid than that in the normal operation and continuing the power generation of the fuel cell for a predetermined time. The fuel cell system is characterized in that moisture is biased to the side, and thereafter power generation is stopped, and the oxidant gas flow path of the fuel cell, or the oxidant gas flow path and the fuel gas flow path are purged for a predetermined time. .
前記燃料電池システムの運転停止が指令されると、酸化剤ガスの流量が増大する発電条件に切り替えて前記燃料電池の発電を所定時間継続することによりカソード極側に水分が偏った状態にし、その後発電を停止して、前記燃料電池の酸化剤ガス流路、又は酸化剤ガス流路と燃料ガス流路を所定時間パージする
ことを特徴とする燃料電池システム。 In a fuel cell system including a fuel cell that generates electricity by causing an electrochemical reaction between a fuel gas supplied via a fuel gas channel and an oxidant gas supplied via an oxidant gas channel,
When the operation stop of the fuel cell system is instructed, the power is switched to the power generation condition in which the flow rate of the oxidant gas is increased, and the power generation of the fuel cell is continued for a predetermined time so that the moisture is biased to the cathode electrode side. Power generation is stopped, and the oxidant gas flow path of the fuel cell, or the oxidant gas flow path and the fuel gas flow path are purged for a predetermined time.
前記燃料電池システムの運転停止が指令された後、前記加湿手段で加湿せずに前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 Humidifying means for humidifying the oxidant gas supplied to the fuel cell;
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein after the operation stop of the fuel cell system is instructed, an oxidant gas is supplied to the fuel cell without being humidified by the humidifying means.
前記加湿手段で加湿されない酸化剤ガスでパージする
ことを特徴とする請求項１又は３に記載の燃料電池システム。 Humidifying means for humidifying the oxidant gas supplied to the fuel cell;
The fuel cell system according to claim 1 or 3, wherein purging is performed with an oxidant gas not humidified by the humidifying means.
前記温度モニター手段でモニターされた温度が予め設定された所定温度以上の場合は、前記燃料電池システムの運転停止が指令されると、直ちに前記燃料電池の酸化剤ガス流路、又は酸化剤ガス流路と燃料ガス流路を所定時間パージし、前記温度モニター手段でモニターされた温度が前記所定温度以下の場合には、前記燃料電池システムの運転停止が指令されると、前記燃料電池の発電を所定時間継続することによりカソード極側に水分が偏った状態にし、その後発電を停止して、前記燃料電池の酸化剤ガス流路、又は酸化剤ガス流路と燃料ガス流路を所定時間パージする
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。 Comprising temperature monitoring means for monitoring the temperature of the fuel cell ;
For more than a predetermined temperature monitored temperature is preset in the previous SL temperature monitoring means, when the operation stop of the fuel cell system is instructed, immediately oxidant gas flow path of the fuel cell, or oxidizing gas When the temperature monitored by the temperature monitoring means is equal to or lower than the predetermined temperature, the operation of the fuel cell system is instructed to stop the operation. For a predetermined period of time so that the moisture is biased to the cathode side, and then power generation is stopped, and the oxidant gas flow path, or the oxidant gas flow path and the fuel gas flow path of the fuel cell are set for a predetermined time. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is purged.
前記温度モニター手段でモニターされた温度に基づいて、カソード極側に水分が偏った状態にするために前記燃料電池の発電を継続させる時間を設定する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。 Comprising temperature monitoring means for monitoring the temperature of the fuel cell ;
Based on the previous SL temperature monitoring means monitored temperature, cathode electrode side of the preceding claims, characterized by setting the fuel time to continue the power generation of the cell to a state where moisture is biased The fuel cell system according to any one of claims.
前記温度モニター手段でモニターされた温度に基づいて、発電を停止してから前記燃料電池の酸化剤ガス流路、又は酸化剤ガス流路と燃料ガス流路をパージする時間を設定する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。 Comprising temperature monitoring means for monitoring the temperature of the fuel cell ;
Based on the previous SL temperature monitoring means monitored temperature, oxidant gas flow path of the fuel cell after stopping the power generation, or to set a time to purge the oxidant gas flow path and the fuel gas flow The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5 , characterized in that
前記燃料電池システムの運転停止が指令された後、前記冷却手段による前記冷媒の流通を停止する
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。 A cooling means for removing heat generated by power generation by circulating a refrigerant in the fuel cell;
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7, wherein after the operation stop of the fuel cell system is instructed, circulation of the refrigerant by the cooling means is stopped.
前記燃料電池システムの運転停止が指令された後、前記燃料電池で所定時間継続される発電によって得られた電力を前記電力貯蔵手段に貯蔵し、その後前記電力貯蔵手段に貯蔵された電力を用いてパージする
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。 Comprising power storage means for storing power obtained by power generation of the fuel cell;
After the operation stop of the fuel cell system is instructed, the electric power obtained by the power generation continued in the fuel cell for a predetermined time is stored in the electric power storage means, and then the electric power stored in the electric power storage means is used. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is purged.
前記燃料電池システムの運転停止が指令された後、パージを実行する際に消費される電力と次回のシステム起動時に消費される電力とを合わせた電力を前記電力貯蔵手段に貯蔵するまで前記燃料電池の発電を継続する
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料電池システム。 Comprising power storage means for storing power obtained by power generation of the fuel cell;
After the command to stop the operation of the fuel cell system, the fuel cell is stored until the power stored in the power storage means is combined with the power consumed when performing the purge and the power consumed at the next system startup. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 9, wherein the power generation is continued.
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