JP5311974B2 - Starting method of fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、カソード側電極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路及びアノード側電極に燃料ガスを供給する燃料ガス流路を有し、前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスの電気化学反応により発電する複数の燃料電池が積層される燃料電池スタックを備え、前記酸化剤ガス流路及び前記燃料ガス流路が前記酸化剤ガスで満たされた状態で、運転停止される燃料電池システムの起動方法に関する。   The present invention has an oxidant gas flow path for supplying an oxidant gas to the cathode side electrode and a fuel gas flow path for supplying a fuel gas to the anode side electrode, and an electrochemical reaction between the oxidant gas and the fuel gas. A fuel cell system start-up method comprising a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells for power generation are stacked, the operation being stopped in a state where the oxidant gas flow path and the fuel gas flow path are filled with the oxidant gas About.

燃料電池は、燃料ガス（主に水素を含有するガス）及び酸化剤ガス（主に酸素を含有するガス）をアノード側電極及びカソード側電極に供給して電気化学的に反応させることにより、直流の電気エネルギを得るシステムである。   A fuel cell supplies a fuel gas (mainly hydrogen-containing gas) and an oxidant gas (mainly oxygen-containing gas) to the anode-side electrode and the cathode-side electrode and causes them to react electrochemically. It is a system that obtains electrical energy.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を設けた電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の発電セルは、通常、電解質膜・電極構造体及びセパレータを所定数だけ交互に積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。   For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) provided with an anode electrode and a cathode electrode on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is sandwiched by separators. Has a cell. This type of power generation cell is normally used as a fuel cell stack by alternately laminating a predetermined number of electrolyte membrane / electrode structures and separators.

この種の燃料電池では、発電（運転）が停止されると、前記燃料電池への燃料ガス及び酸化剤ガスの供給が停止されるものの、アノード側電極に前記燃料ガスが残存する一方、カソード側電極に前記酸化剤ガスが残存している。このため、燃料電池の停止中に、カソード側が高電位に保持されてしまい、電極触媒が劣化するという問題がある。   In this type of fuel cell, when power generation (operation) is stopped, supply of fuel gas and oxidant gas to the fuel cell is stopped, but the fuel gas remains on the anode side electrode, while the cathode side The oxidant gas remains on the electrode. For this reason, there is a problem that the cathode side is held at a high potential while the fuel cell is stopped, and the electrode catalyst is deteriorated.

そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムは、図６に示すように、燃料電池スタック１を備えており、前記燃料電池スタック１には、水素タンク２から燃料として水素が供給されるとともに、前記燃料電池スタック１から排出される未使用の水素は、循環ポンプ３を介して該燃料電池スタック１に循環供給されている。燃料電池スタック１の出力は、電力切替器４を介して負荷（図示せず）に繋がれる一方、前記電力切替器４を介して放電抵抗５ａ、５ｂに切り替えて繋がるように構成されている。   Thus, for example, a fuel cell system disclosed in Patent Document 1 is known. As shown in FIG. 6, the fuel cell system includes a fuel cell stack 1. Hydrogen is supplied from the hydrogen tank 2 to the fuel cell stack 1 as fuel, and discharged from the fuel cell stack 1. The unused hydrogen is circulated and supplied to the fuel cell stack 1 via the circulation pump 3. The output of the fuel cell stack 1 is connected to a load (not shown) via a power switch 4, while being switched to and connected to the discharge resistors 5 a and 5 b via the power switch 4.

そして、システム停止時には、制御装置６により停止信号が検知されると、燃料電池スタック１の水素供給を停止し、前記燃料電池スタック１の出力を電力切替器４によって切り替え、放電抵抗５ａに接続している。さらに、放電抵抗を放電抵抗５ａから放電抵抗５ｂに切り替えることにより、残留水素濃度が略０％になるまで放電が継続して行われている。   When the system is stopped, when the control device 6 detects a stop signal, the hydrogen supply of the fuel cell stack 1 is stopped, the output of the fuel cell stack 1 is switched by the power switch 4 and connected to the discharge resistor 5a. ing. Further, by switching the discharge resistance from the discharge resistance 5a to the discharge resistance 5b, the discharge is continuously performed until the residual hydrogen concentration becomes substantially 0%.

特開２００１−３４５１１４号公報JP 2001-345114 A

上記の特許文献１では、燃料電池スタック１に放電抵抗５ａ、５ｂが接続されている。具体的に、図７に示すように、燃料電池スタック１は、複数の燃料電池１ａが積層されており、前記燃料電池１ａは、ＭＥＡ７の両側に酸化剤ガス流路８ａ及び燃料ガス流路８ｂが設けられている。   In the above Patent Document 1, the discharge resistors 5 a and 5 b are connected to the fuel cell stack 1. Specifically, as shown in FIG. 7, the fuel cell stack 1 includes a plurality of fuel cells 1 a stacked, and the fuel cell 1 a includes an oxidant gas channel 8 a and a fuel gas channel 8 b on both sides of the MEA 7. Is provided.

燃料電池スタック１の燃料電池１ａの積層方向一端側には、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガスマニホールド９ａと、燃料ガスを供給する燃料ガスマニホールド９ｂとが設けられている。そこで、酸化剤ガスマニホールド９ａから各燃料電池１ａの酸化剤ガス流路８ａに酸化剤ガスが供給される一方、燃料ガスマニホールド９ｂから各燃料電池１ａの燃料ガス流路８ｂに燃料ガスが供給されている。   On one end side of the fuel cell stack 1 in the stacking direction of the fuel cells 1a, an oxidant gas manifold 9a for supplying an oxidant gas and a fuel gas manifold 9b for supplying a fuel gas are provided. Therefore, the oxidant gas is supplied from the oxidant gas manifold 9a to the oxidant gas flow path 8a of each fuel cell 1a, while the fuel gas is supplied from the fuel gas manifold 9b to the fuel gas flow path 8b of each fuel cell 1a. ing.

上記の特許文献１では、複数の燃料電池１ａの積層方向両端に、すなわち、前記複数の燃料電池１ａを一括して放電抵抗５ａ、５ｂが接続され、放電を行っている。   In the above-mentioned Patent Document 1, discharge resistances 5a and 5b are connected to both ends in the stacking direction of the plurality of fuel cells 1a, that is, the plurality of fuel cells 1a are collectively discharged.

しかしながら、特に、燃料ガスマニホールド９ｂ側とは反対側（反マニホールド側）に配置されている燃料電池１ａでは、ガスマニホールド側の燃料電池１ａに比べて燃料ガスの供給が遅延してしまう。このため、反マニホールド側の燃料電池１ａは転極（セル電圧が負）するおそれがあり、アノード側電極が酸化により劣化するという問題がある。   However, in particular, in the fuel cell 1a arranged on the side opposite to the fuel gas manifold 9b side (on the opposite manifold side), the supply of fuel gas is delayed compared to the fuel cell 1a on the gas manifold side. For this reason, there is a possibility that the fuel cell 1a on the side opposite to the manifold has a reversal (cell voltage is negative), and the anode side electrode is deteriorated due to oxidation.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な工程で、複数の燃料電池の放電処理を良好に行うとともに、電極触媒の劣化を可及的に阻止することが可能な燃料電池システムの起動方法を提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and is a fuel cell system capable of satisfactorily discharging a plurality of fuel cells and preventing deterioration of an electrode catalyst as much as possible with a simple process. It aims at providing the starting method of.

本発明は、カソード側電極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路及びアノード側電極に燃料ガスを供給する燃料ガス流路を有し、前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスの電気化学反応により発電する複数の燃料電池が積層される燃料電池スタックを備え、前記酸化剤ガス流路及び前記燃料ガス流路が前記酸化剤ガスで満たされた状態で、運転停止される燃料電池システムの起動方法に関するものである。   The present invention has an oxidant gas flow path for supplying an oxidant gas to the cathode side electrode and a fuel gas flow path for supplying a fuel gas to the anode side electrode, and an electrochemical reaction between the oxidant gas and the fuel gas. A fuel cell system start-up method comprising a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells for power generation are stacked, the operation being stopped in a state where the oxidant gas flow path and the fuel gas flow path are filled with the oxidant gas It is about.

この起動方法は、各燃料電池毎又は所定数の燃料電池毎に放電抵抗を接続する工程と、酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給する一方、燃料ガス流路に燃料ガスを供給する工程と、前記各燃料電池毎又は前記所定数の燃料電池毎にセル電圧を検出する工程と、検出された前記セル電圧が負になった際、前記放電抵抗を切断する工程とを有している。 This starting method includes a step of connecting a discharge resistor for each fuel cell or a predetermined number of fuel cells, and a step of supplying an oxidant gas to the oxidant gas flow channel while supplying a fuel gas to the fuel gas flow channel. And a step of detecting a cell voltage for each of the fuel cells or the predetermined number of fuel cells, and a step of cutting the discharge resistance when the detected cell voltage becomes negative . .

さらに、燃料電池スタックは、積層方向一端側に少なくとも燃料ガスを供給するマニホールドを設け、少なくとも積層方向他端側に配置される燃料電池の電圧が負になった際、放電抵抗を切断することが好ましい。 Further, the fuel cell stack is provided with a manifold that supplies at least fuel gas on one end side in the stacking direction, and the discharge resistance can be cut off when the voltage of the fuel cell disposed at least on the other end side in the stacking direction becomes negative. preferable.

本発明では、各燃料電池毎又は所定数の燃料電池毎にセル電圧を検出し、検出された前記セル電圧に基づいて、各放電抵抗の切断又は接続が行われている。このため、起動時に、燃料電池の転極を確実に阻止することができ、簡単な工程で、電極触媒の劣化を可及的に阻止することが可能になる。   In the present invention, the cell voltage is detected for each fuel cell or for each predetermined number of fuel cells, and each discharge resistor is disconnected or connected based on the detected cell voltage. For this reason, at the time of start-up, it is possible to reliably prevent the reversal of the fuel cell, and it is possible to prevent deterioration of the electrode catalyst as much as possible with a simple process.

図１は、本発明の第１の実施形態に係る起動方法が適用される燃料電池システム１０の概略構成図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system 10 to which a startup method according to the first embodiment of the present invention is applied.

燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２と、前記燃料電池スタック１２に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置１４と、前記燃料電池スタック１２に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置１６と、前記燃料電池システム１０全体の制御を行うコントローラ１８とを備える。   The fuel cell system 10 includes a fuel cell stack 12, an oxidant gas supply device 14 for supplying an oxidant gas to the fuel cell stack 12, a fuel gas supply device 16 for supplying a fuel gas to the fuel cell stack 12, And a controller 18 that controls the entire fuel cell system 10.

燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池２０を矢印Ａ方向に積層して構成される。各燃料電池２０は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２２をカソード側電極２４とアノード側電極２６とで挟持した電解質膜・電極構造体２８を備え、前記電解質膜・電極構造体２８を一対のセパレータ３０ａ、３０ｂで挟持する。   The fuel cell stack 12 is configured by stacking a plurality of fuel cells 20 in the direction of arrow A. Each fuel cell 20 includes, for example, an electrolyte membrane / electrode structure 28 in which a solid polymer electrolyte membrane 22 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water is sandwiched between a cathode side electrode 24 and an anode side electrode 26. The electrolyte membrane / electrode structure 28 is sandwiched between a pair of separators 30a and 30b.

カソード側電極２４及びアノード側電極２６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布して形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２２の両面に形成される。   The cathode side electrode 24 and the anode side electrode 26 are uniformly coated on the surface of the gas diffusion layer with a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like and porous carbon particles carrying platinum alloy on the surface. An electrode catalyst layer (not shown). The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 22.

電解質膜・電極構造体２８とセパレータ３０ａとの間には、カソード側電極２４に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路３２が形成されるとともに、前記電解質膜・電極構造体２８とセパレータ３０ｂとの間には、アノード側電極２６に燃料ガスを供給する燃料ガス流路３４が形成される。   Between the electrolyte membrane / electrode structure 28 and the separator 30a, an oxidant gas passage 32 for supplying an oxidant gas to the cathode electrode 24 is formed, and the electrolyte membrane / electrode structure 28 and the separator 30b are formed. A fuel gas flow path 34 for supplying fuel gas to the anode side electrode 26 is formed between the two.

燃料電池スタック１２の積層方向一端部（マニホールド側）には、エンドプレート３５ａが配設される。このエンドプレート３５ａには、空気（酸素含有ガス）等の酸化剤ガスを酸化剤ガス流路３２に供給するための酸化剤ガス入口連通孔３６ａと、水素含有ガス等の燃料ガスを燃料ガス流路３４に供給するための燃料ガス入口連通孔３８ａとが形成される。   An end plate 35 a is disposed at one end (manifold side) of the fuel cell stack 12 in the stacking direction. The end plate 35a has an oxidant gas inlet communication hole 36a for supplying an oxidant gas such as air (oxygen-containing gas) to the oxidant gas flow path 32, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas. A fuel gas inlet communication hole 38a for supplying to the passage 34 is formed.

燃料電池スタック１２の積層方向他端部（反マニホールド側）には、エンドプレート３５ｂが配置される。このエンドプレート３５ｂには、酸化剤ガスを酸化剤ガス流路３２から排出するための酸化剤ガス出口連通孔３６ｂと、燃料ガスを燃料ガス流路３４から排出するための燃料ガス出口連通孔３８ｂとが形成される。なお、燃料電池スタック１２内には、各燃料電池２０間又は複数の燃料電池２０毎に冷却媒体を流す冷却媒体流路（図示せず）が設けられる。   An end plate 35b is disposed at the other end portion (on the opposite side of the manifold) of the fuel cell stack 12 in the stacking direction. The end plate 35b includes an oxidant gas outlet communication hole 36b for discharging the oxidant gas from the oxidant gas flow path 32, and a fuel gas outlet communication hole 38b for discharging the fuel gas from the fuel gas flow path 34. And are formed. In the fuel cell stack 12, a cooling medium flow path (not shown) is provided for flowing a cooling medium between the fuel cells 20 or for each of the plurality of fuel cells 20.

酸化剤ガス供給装置１４は、大気からの空気を圧縮して供給するエアコンプレッサ４０を備え、前記エアコンプレッサ４０が空気供給流路４２に配設される。空気供給流路４２には、必要に応じてバルブ４４が配設されるとともに、前記空気供給流路４２は、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口連通孔３６ａに連通する。   The oxidant gas supply device 14 includes an air compressor 40 that compresses and supplies air from the atmosphere, and the air compressor 40 is disposed in the air supply flow path 42. The air supply channel 42 is provided with a valve 44 as necessary, and the air supply channel 42 communicates with the oxidant gas inlet communication hole 36 a of the fuel cell stack 12.

酸化剤ガス供給装置１４は、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂに連通する空気排出流路４６を備える。この空気排出流路４６には、エアコンプレッサ４０から空気供給流路４２を通って燃料電池スタック１２に供給される空気の圧力を調整するための開度調整可能なバルブ（背圧制御弁）４８が設けられる。   The oxidant gas supply device 14 includes an air discharge channel 46 that communicates with the oxidant gas outlet communication hole 36b. The air discharge channel 46 includes a valve (back pressure control valve) 48 with an adjustable opening for adjusting the pressure of air supplied from the air compressor 40 through the air supply channel 42 to the fuel cell stack 12. Is provided.

燃料ガス供給装置１６は、高圧水素（水素含有ガス）を貯留する水素タンク５０を備え、この水素タンク５０は、水素供給流路５２を介して燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔３８ａに連通する。この水素供給流路５２には、バルブ５４とエゼクタ５６とが設けられる。水素供給流路５２と空気供給流路４２とは、連結流路５８を介して連通可能であり、この連結流路５８には、バルブ６０が配設される。   The fuel gas supply device 16 includes a hydrogen tank 50 that stores high-pressure hydrogen (hydrogen-containing gas). The hydrogen tank 50 communicates with the fuel gas inlet communication hole 38 a of the fuel cell stack 12 via the hydrogen supply flow path 52. To do. The hydrogen supply channel 52 is provided with a valve 54 and an ejector 56. The hydrogen supply channel 52 and the air supply channel 42 can communicate with each other via a connection channel 58, and a valve 60 is disposed in the connection channel 58.

燃料ガス出口連通孔３８ｂには、オフガス流路６２が連通する。オフガス流路６２には、水素循環路６４が連通するとともに、前記水素循環路６４は、エゼクタ５６に連通する。オフガス流路６２には、燃料ガスを外部に排出する際に開放されるパージ弁６５が配設される。   The off gas passage 62 communicates with the fuel gas outlet communication hole 38b. A hydrogen circulation path 64 communicates with the off-gas flow path 62, and the hydrogen circulation path 64 communicates with an ejector 56. The off-gas flow path 62 is provided with a purge valve 65 that is opened when the fuel gas is discharged to the outside.

エゼクタ５６は、水素タンク５０から供給される水素ガスを、水素供給流路５２を通って燃料電池スタック１２に供給するとともに、燃料電池スタック１２で使用されなかった未使用の水素ガスを含む排ガスを、水素循環路６４から吸引して、再度、前記燃料電池スタック１２に燃料ガスとして供給する。   The ejector 56 supplies the hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 50 to the fuel cell stack 12 through the hydrogen supply flow path 52, and exhaust gas containing unused hydrogen gas that has not been used in the fuel cell stack 12. Then, the gas is sucked from the hydrogen circulation path 64 and supplied again as fuel gas to the fuel cell stack 12.

燃料電池スタック１２には、所定数の燃料電池２０毎に放電回路６６が設けられる（図２参照）。各放電回路６６は、開閉スイッチ６８と放電抵抗７０とを備える。放電回路６６は、コントローラ１８により制御される。このコントローラ１８は、各燃料電池２０のセル電圧を検出するとともに、各放電回路６６が接続される燃料電池ブロック７２内の平均セル電圧又は最低セル電圧を検出する。   The fuel cell stack 12 is provided with a discharge circuit 66 for each predetermined number of fuel cells 20 (see FIG. 2). Each discharge circuit 66 includes an open / close switch 68 and a discharge resistor 70. The discharge circuit 66 is controlled by the controller 18. The controller 18 detects the cell voltage of each fuel cell 20 and also detects the average cell voltage or the lowest cell voltage in the fuel cell block 72 to which each discharge circuit 66 is connected.

このように構成される燃料電池システム１０の動作について、本発明の第１の実施形態に係る起動方法との関連で、図３に示すフローチャートに沿って以下に説明する。   The operation of the fuel cell system 10 configured as described above will be described below with reference to the flowchart shown in FIG. 3 in relation to the activation method according to the first embodiment of the present invention.

燃料電池システム１０の運転停止時には、後述するように、酸化剤ガス流路３２及び燃料ガス流路３４が、酸化剤ガス（以下、空気ともいう）により満たされている。   When the operation of the fuel cell system 10 is stopped, as will be described later, the oxidant gas passage 32 and the fuel gas passage 34 are filled with an oxidant gas (hereinafter also referred to as air).

そこで、コントローラ１８に、燃料電池システム１０の起動信号（例えば、イグニッションＯＮ信号）が入力されると（ステップＳ１）、ステップＳ２に進んで、各放電回路６６を開閉する開閉スイッチ６８が閉じられる（スイッチＯＮ）。   Therefore, when an activation signal (for example, an ignition ON signal) of the fuel cell system 10 is input to the controller 18 (step S1), the process proceeds to step S2 and the open / close switch 68 that opens and closes each discharge circuit 66 is closed ( Switch ON).

そして、酸化剤ガス供給装置１４及び燃料ガス供給装置１６が駆動されて、燃料電池スタック１２に空気及び燃料ガスが供給される（ステップＳ３）。具体的には、バルブ６０が閉塞される一方、バルブ４４、５４が開放される。このため、酸化剤ガス供給装置１４では、エアコンプレッサ４０を介して空気供給流路４２に空気が送られる。この空気は、燃料電池スタック１２内の各燃料電池２０に設けられている酸化剤ガス流路３２に供給される。   Then, the oxidant gas supply device 14 and the fuel gas supply device 16 are driven to supply air and fuel gas to the fuel cell stack 12 (step S3). Specifically, the valve 60 is closed while the valves 44 and 54 are opened. For this reason, in the oxidant gas supply device 14, air is sent to the air supply flow path 42 via the air compressor 40. This air is supplied to an oxidant gas flow path 32 provided in each fuel cell 20 in the fuel cell stack 12.

一方、燃料ガス供給装置１６では、水素タンク５０から水素供給流路５２に燃料ガスが供給される。この燃料ガスは、燃料電池スタック１２内の燃料電池２０に設けられている燃料ガス流路３４に供給される。   On the other hand, in the fuel gas supply device 16, the fuel gas is supplied from the hydrogen tank 50 to the hydrogen supply passage 52. This fuel gas is supplied to a fuel gas flow path 34 provided in the fuel cell 20 in the fuel cell stack 12.

これにより、カソード側電極２４に供給される空気と、アノード側電極２６に供給される燃料ガスとが、電気化学的に反応して発電が行われる。   As a result, the air supplied to the cathode side electrode 24 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 26 react electrochemically to generate power.

各燃料電池２０のセル電圧は、コントローラ１８により検出されており、このコントローラ１８は、各放電回路６６が接続される燃料電池ブロック７２内の平均セル電圧又は最低セル電圧を検出する。   The cell voltage of each fuel cell 20 is detected by the controller 18, and this controller 18 detects the average cell voltage or the lowest cell voltage in the fuel cell block 72 to which each discharge circuit 66 is connected.

次いで、ステップＳ５に進んで、検出された平均セル電圧又は最低セル電圧が、正であるか否かが判断される。いずれかの燃料電池ブロック７２内の平均セル電圧又は最低セル電圧が、負であると判断されると（ステップＳ５中、ＮＯ）、ステップＳ６に進んで、この燃料電池ブロック７２に接続される放電回路６６の開閉スイッチ６８が開放される（スイッチＯＦＦ）。このため、起動時に、燃料電池２０に転極が発生することを確実に防止することができ、簡単な工程で、アノード側電極２６を構成する電極触媒の劣化を可及的に阻止することが可能になる。   Next, the process proceeds to step S5, where it is determined whether or not the detected average cell voltage or minimum cell voltage is positive. If it is determined that the average cell voltage or the lowest cell voltage in any one of the fuel cell blocks 72 is negative (NO in step S5), the process proceeds to step S6, and the discharge connected to the fuel cell block 72 is performed. The open / close switch 68 of the circuit 66 is opened (switch OFF). For this reason, it is possible to reliably prevent inversion of the fuel cell 20 at the time of start-up, and to prevent deterioration of the electrode catalyst constituting the anode-side electrode 26 as much as possible with a simple process. It becomes possible.

ここで、燃料電池スタック１２では、複数の燃料電池２０が矢印Ａ方向に積層されている。反マニホールド側であるエンドプレート３５ｂ側に配置される燃料電池２０では、マニホールド側であるエンドプレート３５ａ側に配置される燃料電池２０に比べ、燃料ガス流路３４に供給される燃料ガスに遅れが発生し易い。このため、エンドプレート３５ｂ側に配置されている燃料電池２０では、燃料ガスの供給遅れによる転極が発生し易い。   Here, in the fuel cell stack 12, a plurality of fuel cells 20 are stacked in the arrow A direction. In the fuel cell 20 disposed on the end plate 35b side, which is the side opposite to the manifold, the fuel gas supplied to the fuel gas flow path 34 is delayed as compared with the fuel cell 20 disposed on the end plate 35a side which is the manifold side. It is easy to generate. For this reason, in the fuel cell 20 arranged on the end plate 35b side, inversion due to a delay in the supply of fuel gas is likely to occur.

この場合、第１の実施形態では、所定数の燃料電池２０毎に放電回路６６が設けられるとともに、各燃料電池２０のセル電圧がコントローラ１８により検出されている。従って、検出されたセル電圧が負となる燃料電池２０を含む燃料電池ブロック７２では、該燃料電池ブロック７２に接続されている放電回路６６の開閉スイッチ６８を開放させることにより、前記燃料電池２０の転極を有効に阻止することができる。   In this case, in the first embodiment, a discharge circuit 66 is provided for each predetermined number of fuel cells 20, and the cell voltage of each fuel cell 20 is detected by the controller 18. Therefore, in the fuel cell block 72 including the fuel cell 20 in which the detected cell voltage is negative, the open / close switch 68 of the discharge circuit 66 connected to the fuel cell block 72 is opened to open the fuel cell 20. Inversion can be effectively prevented.

その際、全ての燃料電池２０のセル電圧を検出することが好ましいが、システムを簡略化するため、例えば、積層方向略中央部からエンドプレート３５ｂ側に配置されている燃料電池２０のセル電圧を検出するだけでもよい。燃料ガス供給遅れによる転極は、エンドプレート３５ｂ側の燃料電池２０に発生し易いからである。 At that time, it is preferable to detect the cell voltages of all the fuel cells 20, but in order to simplify the system , for example, the cell voltages of the fuel cells 20 arranged on the end plate 35b side from the substantially central portion in the stacking direction are used. it may be the only detection. This is because the reversal due to the fuel gas supply delay is likely to occur in the fuel cell 20 on the end plate 35b side.

一方、ステップＳ５において、検出された平均セル電圧又は最低セル電圧が正であると判断されると（ステップＳ５中、ＹＥＳ）、ステップＳ７に進んで、全ての放電回路６６を構成する開閉スイッチ６８が閉じられる。   On the other hand, if it is determined in step S5 that the detected average cell voltage or minimum cell voltage is positive (YES in step S5), the process proceeds to step S7, and the open / close switch 68 constituting all the discharge circuits 66. Is closed.

さらに、ステップＳ８に進んで、各燃料電池ブロック内の平均セル電圧又は最低セル電圧が閾値（例えば、０．２Ｖ〜０．８Ｖ）であると判断されると（ステップＳ８中、ＹＥＳ）、ステップＳ９に進んで、各放電回路６６を構成する開閉スイッチ６８が開放される。これにより、燃料電池システム１０は、通常発電運転となり、所望の負荷に電力を供給することができる。   Further, the process proceeds to step S8, and if it is determined that the average cell voltage or the lowest cell voltage in each fuel cell block is a threshold value (for example, 0.2V to 0.8V) (YES in step S8), step Proceeding to S9, the open / close switch 68 constituting each discharge circuit 66 is opened. Thereby, the fuel cell system 10 becomes a normal power generation operation, and can supply power to a desired load.

ところで、燃料電池スタック１２による発電が停止される際には、図１に示すように、バルブ５４が閉塞されるとともに、バルブ６０が開放される。このため、エアコンプレッサ４０を介して空気供給流路４２に供給される空気は、燃料電池スタック１２内の酸化剤ガス流路３２に供給される一方、一部が連結流路５８を通って水素供給流路５２から前記燃料電池スタック１２内の燃料ガス流路３４に供給される。従って、酸化剤ガス流路３２及び燃料ガス流路３４は、空気によりパージされて燃料電池システム１０の運転が停止される。   By the way, when the power generation by the fuel cell stack 12 is stopped, the valve 54 is closed and the valve 60 is opened as shown in FIG. For this reason, the air supplied to the air supply flow path 42 via the air compressor 40 is supplied to the oxidant gas flow path 32 in the fuel cell stack 12, while part of the air passes through the connection flow path 58 to form hydrogen. The fuel is supplied from the supply passage 52 to the fuel gas passage 34 in the fuel cell stack 12. Therefore, the oxidant gas passage 32 and the fuel gas passage 34 are purged with air, and the operation of the fuel cell system 10 is stopped.

図４は、本発明の第２の実施形態に係る起動方法が適用される燃料電池システム８０を構成する燃料電池スタック１２及び放電回路８２の説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池システム１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。   FIG. 4 is an explanatory diagram of the fuel cell stack 12 and the discharge circuit 82 that constitute the fuel cell system 80 to which the startup method according to the second embodiment of the present invention is applied. The same components as those of the fuel cell system 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

燃料電池システム８０を構成する燃料電池スタック１２には、各燃料電池２０毎に放電回路８２が設けられる。コントローラ１８は、各燃料電池２０のセル電圧を検出するとともに、各放電回路８２を構成する開閉スイッチ６８の開放制御を行う。   The fuel cell stack 12 constituting the fuel cell system 80 is provided with a discharge circuit 82 for each fuel cell 20. The controller 18 detects the cell voltage of each fuel cell 20 and performs open control of the open / close switch 68 that constitutes each discharge circuit 82.

このように構成される第２の実施形態では、図５に示すフローチャートに沿って起動される。   In the second embodiment configured as described above, activation is performed according to the flowchart shown in FIG.

先ず、コントローラ１８に、燃料電池システム８０の起動信号が入力されると（ステップＳ１１）、ステップＳ１２に進んで、各放電回路８２を構成する開閉スイッチ６８が閉塞される。   First, when the activation signal of the fuel cell system 80 is input to the controller 18 (step S11), the process proceeds to step S12, and the open / close switch 68 constituting each discharge circuit 82 is closed.

さらに、燃料電池スタック１２に燃料ガス及び空気が供給されるとともに（ステップＳ１３）、コントローラ１８は、各燃料電池２０のセル電圧を検出する（ステップＳ１４）。そして、コントローラ１８では、各燃料電池２０毎のセル電圧を閾値（例えば、０．２Ｖ〜０．８Ｖ）と比較し、該セル電圧が閾値を超えていると判断された（ステップＳ１５中、ＹＥＳ）燃料電池２０は、ステップＳ１６に進んで、開閉スイッチ６８が開放されることにより、放電処理が終了する。   Further, fuel gas and air are supplied to the fuel cell stack 12 (step S13), and the controller 18 detects the cell voltage of each fuel cell 20 (step S14). Then, the controller 18 compares the cell voltage for each fuel cell 20 with a threshold (for example, 0.2 V to 0.8 V), and determines that the cell voltage exceeds the threshold (YES in step S15). ) The fuel cell 20 proceeds to step S16, and the open / close switch 68 is opened, whereby the discharge process is completed.

これにより、第２の実施形態では、各燃料電池２０毎にセル電圧を検出するとともに、各燃料電池２０に接続される放電回路８２毎に、開閉スイッチ６８の開閉操作が行われている。従って、各燃料電池２０毎に所望の放電処理が効率的且つ確実に遂行され、燃料電池システム８０全体の起動性が良好に向上するという効果が得られる。   Thereby, in the second embodiment, the cell voltage is detected for each fuel cell 20 and the opening / closing operation of the open / close switch 68 is performed for each discharge circuit 82 connected to each fuel cell 20. Therefore, a desired discharge process can be performed efficiently and reliably for each fuel cell 20, and the startability of the entire fuel cell system 80 can be improved satisfactorily.

なお、第２の実施形態では、上記の第１の実施形態と同様に、各燃料電池２０のセル電圧が正であるか否かを判断し（ステップＳ５参照）、セル電圧が負であると判断された燃料電池２０では、開閉スイッチ６８を開閉することによって、該燃料電池２０の転極による電極触媒の劣化を阻止するようにしてもよい。   In the second embodiment, as in the first embodiment, it is determined whether or not the cell voltage of each fuel cell 20 is positive (see step S5), and the cell voltage is negative. In the determined fuel cell 20, the opening / closing switch 68 may be opened / closed to prevent deterioration of the electrode catalyst due to the reversal of the fuel cell 20.

本発明の第１の実施形態に係る起動方法が適用される燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system to which a startup method according to a first embodiment of the present invention is applied. 前記燃料電池システムを構成する燃料電池スタック及び放電回路の説明図である。It is explanatory drawing of the fuel cell stack and discharge circuit which comprise the said fuel cell system. 前記起動方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the said starting method. 本発明の第２の実施形態に係る起動方法が適用される燃料電池システムを構成する燃料電池スタック及び放電回路の説明図である。It is explanatory drawing of the fuel cell stack and discharge circuit which comprise the fuel cell system with which the starting method which concerns on the 2nd Embodiment of this invention is applied. 前記起動方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the said starting method. 特許文献１に開示されている燃料電池システムの説明図である。2 is an explanatory diagram of a fuel cell system disclosed in Patent Document 1. FIG. 前記燃料電池システムを構成する燃料電池スタックの説明図である。It is explanatory drawing of the fuel cell stack which comprises the said fuel cell system.

符号の説明Explanation of symbols

１０、８０…燃料電池システム １２…燃料電池スタック
１４…酸化剤ガス供給装置 １６…燃料ガス供給装置
１８…コントローラ ２０…燃料電池
２２…固体高分子電解質膜 ２４…カソード側電極
２６…アノード側電極 ２８…電解質膜・電極構造体
３０ａ、３０ｂ…セパレータ ３２…酸化剤ガス流路
３４…燃料ガス流路 ４０…エアコンプレッサ
４２…空気供給流路 ４６…空気排出流路
５０…水素タンク ５２…水素供給流路
５６…エゼクタ ６２…オフガス流路
６６、８２…放電回路 ６８…開閉スイッチ
７０…放電抵抗 ７２…燃料電池ブロック DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,80 ... Fuel cell system 12 ... Fuel cell stack 14 ... Oxidant gas supply device 16 ... Fuel gas supply device 18 ... Controller 20 ... Fuel cell 22 ... Solid polymer electrolyte membrane 24 ... Cathode side electrode 26 ... Anode side electrode 28 ... Electrolyte membrane / electrode structure 30a, 30b ... Separator 32 ... Oxidant gas passage 34 ... Fuel gas passage 40 ... Air compressor 42 ... Air supply passage 46 ... Air discharge passage 50 ... Hydrogen tank 52 ... Hydrogen supply flow Path 56 ... Ejector 62 ... Off gas flow path 66, 82 ... Discharge circuit 68 ... Open / close switch 70 ... Discharge resistor 72 ... Fuel cell block

Claims (2)

カソード側電極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路及びアノード側電極に燃料ガスを供給する燃料ガス流路を有し、前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスの電気化学反応により発電する複数の燃料電池が積層される燃料電池スタックを備え、前記酸化剤ガス流路及び前記燃料ガス流路が前記酸化剤ガスで満たされた状態で、運転停止される燃料電池システムの起動方法であって、
各燃料電池毎又は所定数の燃料電池毎に放電抵抗を接続する工程と、
前記酸化剤ガス流路に前記酸化剤ガスを供給する一方、前記燃料ガス流路に前記燃料ガスを供給する工程と、
前記各燃料電池毎又は前記所定数の燃料電池毎にセル電圧を検出する工程と、
検出された前記セル電圧が負になった際、前記放電抵抗を切断する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの起動方法。 A plurality of oxidant gas flow paths for supplying an oxidant gas to the cathode side electrode and a fuel gas flow path for supplying a fuel gas to the anode side electrode, and generating a plurality of power by an electrochemical reaction of the oxidant gas and the fuel gas. A starting method of a fuel cell system comprising a fuel cell stack in which fuel cells are stacked, the operation being stopped in a state where the oxidant gas flow path and the fuel gas flow path are filled with the oxidant gas,
Connecting a discharge resistor for each fuel cell or for each predetermined number of fuel cells;
Supplying the oxidant gas to the oxidant gas flow path while supplying the fuel gas to the fuel gas flow path;
Detecting a cell voltage for each fuel cell or for each predetermined number of fuel cells;
Cutting the discharge resistance when the detected cell voltage becomes negative ;
A starting method for a fuel cell system, comprising: 請求項１記載の起動方法において、前記燃料電池スタックは、積層方向一端側に少なくとも前記燃料ガスを供給するマニホールドを設け、
少なくとも積層方向他端側に配置される前記燃料電池の電圧が負になった際、前記放電抵抗を切断することを特徴とする燃料電池システムの起動方法。 In starting method of claim 1 Symbol placement, the fuel cell stack is provided with a manifold for supplying at least the fuel gas in the stacking direction one end side,
A method of starting a fuel cell system, comprising: cutting off the discharge resistance when the voltage of the fuel cell disposed at least on the other end side in the stacking direction becomes negative.
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