JP5332089B2 - FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR STOPPING FUEL CELL SYSTEM - Google Patents

FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR STOPPING FUEL CELL SYSTEM Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To bring about an optimal wetting status of a fuel cell stack to start up in a temperature below zero. <P>SOLUTION: The shutdown method of a fuel cell system is to detect a shutdown trigger to shut down the fuel cell system and to measure a representing temperature of a fuel cell stack if the shutdown trigger is detected, and based on the representing temperature, a purging time is determined so that the higher the representing temperature the shorter the purging time, and gas is made to flow to a fuel cell stack to start purging, and after the purging is started up and the purging time is over, the purging is stopped to shut down the fuel cell system. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、燃料電池スタックの零下起動を目的としたパージ制御を実施する燃料電池システム及びその停止方法に係り、特に燃料電池セルの温度又は湿潤度合からパージ時間及び流量を制御するパージ制御技術に関する。   The present invention relates to a fuel cell system for performing purge control for the purpose of starting a fuel cell stack below zero and a method for stopping the fuel cell stack, and more particularly to a purge control technique for controlling a purge time and a flow rate from the temperature or wetness of a fuel cell. .

燃料電池システムは、燃料が有する化学エネルギーを直接電気エネルギー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、他方の陰極に酸素を含有する酸素剤ガスを供給し、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ーを取り出すものである。   A fuel cell system is a device that directly converts chemical energy of fuel into electrical energy, and supplies a fuel gas containing hydrogen to an anode of a pair of electrodes provided with an electrolyte membrane interposed therebetween, and the other cathode An oxygen agent gas containing oxygen is supplied to the electrode, and electric energy is extracted from the electrodes by using the following electrochemical reaction that occurs on the surface of the pair of electrodes on the electrolyte membrane side.

陽極反応：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ− （１）
陰極反応：２Ｈ＋＋２ｅ−＋(１／２)Ｏ2→Ｈ2Ｏ （２）
陽極に供給される燃料ガスは、水素貯蔵装置から直接供給する方法や水素を含有する燃料を改質して水素含有ガスを供給する方法などが知られている。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り、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。 Anode reaction: H 2 → 2H + + 2e − (1)
Cathodic reaction: 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O (2)
As the fuel gas supplied to the anode, a method of directly supplying from a hydrogen storage device, a method of supplying a hydrogen-containing gas by reforming a fuel containing hydrogen, and the like are known. Examples of the hydrogen storage device include a high-pressure gas tank, a liquefied hydrogen tank, a hydrogen storage alloy tank, and the like. As the fuel containing hydrogen, natural gas, methanol, gasoline, and the like are conceivable.

一方、陰極に供給される酸素剤ガスとしては、一般的に空気が利用されている。   On the other hand, air is generally used as the oxygen agent gas supplied to the cathode.

ところで、燃料電池を氷点下から起動させるためには、予め燃料電池内部から水分を除去しておくことが必要である。なぜなら、氷点下雰囲気では、燃料電池内部に残留した水が凍ってしまい、反応ガスの拡散を妨げ、発電不能に陥ってしまうからである。そこで、燃料電池の停止時に水分をパージする技術に関する文献が多く開示されており、その中にはパージを停止する条件について様々な方法が提案されている。   Incidentally, in order to start the fuel cell from below freezing point, it is necessary to remove moisture from the inside of the fuel cell in advance. This is because in a sub-freezing atmosphere, the water remaining inside the fuel cell freezes, preventing the reaction gas from diffusing and making it impossible to generate power. Thus, many documents relating to techniques for purging moisture when the fuel cell is stopped are disclosed, and various methods have been proposed for the conditions for stopping the purge.

例えば、特開２００１−３３２２８１号公報（特許文献１）や特開２００２−２０８４２１号公報（特許文献２）に開示されているように、燃料電池の運転停止時に、ガスを加湿しないで燃料電池内に供給して電解質膜を乾燥させ、この電解質膜の乾燥によって低下する燃料電池本体の出力電圧が、所定値以下に低下した時点を所定の湿潤状態と見なして運転を停止するという技術が公知となっている。   For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-332281 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-208421 (Patent Document 2), the fuel cell is not humidified when the fuel cell is stopped. And a technique for stopping the operation by regarding the time when the output voltage of the fuel cell main body, which is lowered by drying of the electrolyte membrane, is lowered to a predetermined value or less as a predetermined wet state, is dried. It has become.

また、特開２００２−２４６０５３号公報（特許文献３）に開示されているように、パージガスの出口に湿度計のような水分センサや、あるいは抵抗計を用いて電解質膜の湿潤状態を把握し、その湿潤状態に基づいて水分除去制御を実施する技術が公知となっている。
特開２００１−３３２２８１号公報 特開２００２−２０８４２１号公報 特開２００２−２４６０５３号公報 In addition, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-246053 (Patent Document 3), the moisture state of the electrolyte membrane is grasped using a moisture sensor such as a hygrometer or a resistance meter at the outlet of the purge gas, A technique for performing moisture removal control based on the wet state is known.
JP 2001-332281 A JP 2002-208421 A JP 2002-246053 A

しかしながら、特許文献１及び特許文献２で開示された従来の燃料電池システムでは、燃料電池の電圧の低下で電解質膜の湿潤状態を判断しているので、パージ時に必ず燃料電池の発電を行なわなければならず、バッテリーなどを使用してパージする場合にはこの方法は使用できないという問題点があった。また、湿度に対するロバスト性の高い電解質膜、つまり乾燥に強い電解質膜を使用した場合には、セル電圧だけでは必ずしも電解質膜の湿潤状態を把握することはできないという問題点もあった。   However, in the conventional fuel cell systems disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, the wet state of the electrolyte membrane is determined based on the decrease in the voltage of the fuel cell. In addition, there is a problem that this method cannot be used when purging using a battery or the like. In addition, when an electrolyte membrane having high robustness against humidity, that is, an electrolyte membrane that is resistant to drying is used, the wet state of the electrolyte membrane cannot always be grasped only by the cell voltage.

さらに、特許文献３に開示された従来の燃料電池システムでは、湿度計、露点計を用いているので、応答性が悪い、コストが高い、計測器の耐久性が低いなどの問題点があった。また、抵抗計を用いたとしても、コストが高く、フルスタックレベルの交流インピーダンスを測定できる抵抗計は技術的な難易度が高いので車両に搭載するには好ましくない。   Furthermore, in the conventional fuel cell system disclosed in Patent Document 3, since a hygrometer and a dew point meter are used, there are problems such as poor responsiveness, high cost, and low durability of the measuring instrument. . Even if an ohmmeter is used, an ohmmeter that is costly and can measure a full stack level AC impedance has a high technical difficulty and is not preferable for mounting in a vehicle.

上述した課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃料電池スタックにより発電を行なう燃料電池システムであって、燃料電池システムを停止する停止トリガーを検出するトリガー検出手段と、燃料電池スタックの代表温度を測定する代表温度計測手段と、停止トリガーを検出した場合に、代表温度計測手段によって測定された代表温度に基づいて、代表温度が高いほどパージ時間が短くなるように、パージ時間を定めるパージ時間決定手段と、燃料電池スタックにガスを流してパージを行なうパージ手段と、パージを開始してからパージ時間経過後にパージを停止して燃料電池システムを停止するシステム停止手段とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a fuel cell system according to the present invention is a fuel cell system that generates power using a fuel cell stack, and includes a trigger detection unit that detects a stop trigger for stopping the fuel cell system, and a fuel cell stack. Based on the representative temperature measured by the representative temperature measuring means when the stop trigger is detected, the purge time is set such that the higher the representative temperature, the shorter the purge time when the representative temperature is measured. Purge time determining means to be determined, purge means for purging by flowing a gas to the fuel cell stack, and system stopping means for stopping the fuel cell system by stopping the purge after the purge time has elapsed since the purge was started. It is characterized by.

また、本発明の燃料電池システムの停止方法は、燃料電池スタックにより発電を行なう燃料電池システムの停止方法であって、燃料電池システムを停止する停止トリガーを検出し、この停止トリガーを検出した場合に燃料電池スタックの代表温度を測定し、この代表温度に基づいて、代表温度が高いほどパージ時間が短くなるようにパージ時間を定め、燃料電池スタックにガスを流してパージを開始し、パージを開始してからパージ時間経過後にパージを停止して燃料電池システムを停止することを特徴とする。   The fuel cell system stop method of the present invention is a fuel cell system stop method for generating power by a fuel cell stack, and when a stop trigger for stopping the fuel cell system is detected and this stop trigger is detected. Measure the representative temperature of the fuel cell stack, and based on this representative temperature, set the purge time so that the purge time becomes shorter as the representative temperature is higher, start the purge by flowing gas into the fuel cell stack, and start the purge Then, after the purge time has elapsed, the purge is stopped and the fuel cell system is stopped.

本発明の燃料電池システム及びその停止方法によれば、燃料電池システムを停止する際に燃料電池スタックの代表温度を測定し、代表温度が高いほどパージ時間が短くなるようにパージ時間を定めることにより、燃料電池スタックを零下起動にとって最適な湿潤状態とすることができる。   According to the fuel cell system and the stopping method thereof of the present invention, by measuring the representative temperature of the fuel cell stack when stopping the fuel cell system, and setting the purge time so that the purge time becomes shorter as the representative temperature becomes higher The fuel cell stack can be in a wet state that is optimal for starting below zero.

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。 (First embodiment)
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system according to this embodiment.

図１に示すように、本実施形態の燃料電池システムは、燃料ガスと酸素剤ガスとが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池スタック２と、各種センサからの検出値に基づいて燃料電池システムを制御する制御部３と、燃料ガスである水素ガスを貯蔵する水素タンク４と、酸素剤ガスである空気を加圧して燃料電池スタック２のカソードに供給するコンプレッサ５と、燃料電池スタック２へ冷却水を循環させる冷却水ポンプ６と、冷却水を放熱させて冷却するラジエータ７と、燃料電池スタック２と冷却水ポンプ６及びラジエータ７を接続して冷却水を循環させる冷却水流路８と、ラジエータ７側への流路とラジエータ７を迂回するショートサーキット側への流路とを切り替える三方弁９と、燃料電池スタック２を構成する複数の単位セルのうちの少なくとも１つの単位セルに設置されたスタック温度センサ１０と、燃料電池スタック２から流出する冷却水の温度を検出する冷却水出口温度センサ１１とを備えている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system of this embodiment includes a fuel cell stack 2 that is supplied with a fuel gas and an oxygen agent gas to generate electric power through an electrochemical reaction, and a fuel cell based on detection values from various sensors. A control unit 3 that controls the system, a hydrogen tank 4 that stores hydrogen gas that is a fuel gas, a compressor 5 that pressurizes air that is an oxygen agent gas and supplies the pressurized air to the cathode of the fuel cell stack 2, and the fuel cell stack 2 A cooling water pump 6 that circulates the cooling water, a radiator 7 that dissipates the cooling water and cools it, a cooling water flow path 8 that connects the fuel cell stack 2, the cooling water pump 6 and the radiator 7 to circulate the cooling water, and A three-way valve 9 for switching between a flow path to the radiator 7 side and a flow path to the short circuit side that bypasses the radiator 7, and a plurality of units constituting the fuel cell stack 2 The stack temperature sensor 10 disposed in at least one unit cell of the Le, and a cooling water outlet temperature sensor 11 for detecting the temperature of cooling water flowing out from the fuel cell stack 2.

ここで、上述した燃料電池システムにおいて、燃料電池スタック２は固体高分子電解質膜の両面に一対の電極を設けた固体高分子膜型の燃料電池であり、アノードに燃料ガスである水素ガスが供給され、カソードに酸素剤ガスである空気が供給されて電気化学反応によって発電を行なっている。   Here, in the fuel cell system described above, the fuel cell stack 2 is a solid polymer membrane type fuel cell in which a pair of electrodes are provided on both sides of the solid polymer electrolyte membrane, and hydrogen gas as a fuel gas is supplied to the anode. Then, the cathode is supplied with air, which is an oxygen agent gas, to generate power by an electrochemical reaction.

また、燃料ガスである水素ガスを供給する水素供給系では、水素タンク４から図示しない減圧弁や水素供給弁を通じて燃料電池スタック２のアノードに水素ガスが供給されている。水素タンク４から供給される高圧水素は、減圧弁で機械的に所定の圧力まで減圧され、次に水素供給弁の開度を調節することによって燃料電池スタック２における水素ガスの圧力が所望の圧力になるように制御されている。   In the hydrogen supply system that supplies hydrogen gas, which is fuel gas, hydrogen gas is supplied from the hydrogen tank 4 to the anode of the fuel cell stack 2 through a pressure reducing valve and a hydrogen supply valve (not shown). The high-pressure hydrogen supplied from the hydrogen tank 4 is mechanically reduced to a predetermined pressure by a pressure reducing valve, and then the pressure of the hydrogen gas in the fuel cell stack 2 is adjusted to a desired pressure by adjusting the opening of the hydrogen supply valve. It is controlled to become.

一方、酸素剤ガスである空気を供給する空気供給系では、コンプレッサ５によって外部から吸入した空気を加圧して送出し、燃料電池スタック２のカソードに供給している。カソードにおける空気圧は図示していない空気圧力センサによって検出され、その検出値が制御部３にフィードバックされ、この検出値に基づいて制御部３がコンプレッサ５の回転数及び図示しない空気調圧弁の開口面積を調節することによってカソードにおける空気圧が制御されている。   On the other hand, in the air supply system for supplying air as oxygen agent gas, the air sucked from the outside is compressed and sent out by the compressor 5 and supplied to the cathode of the fuel cell stack 2. The air pressure at the cathode is detected by an air pressure sensor (not shown), and the detected value is fed back to the control unit 3. Based on the detected value, the control unit 3 rotates the rotational speed of the compressor 5 and the opening area of an air pressure regulating valve (not shown). Is adjusted to control the air pressure at the cathode.

また、制御部３は、図示しない各種センサによる検出値に基づいて、アノードに供給される水素ガスの圧力及び流量を制御するとともに、カソードに供給される空気の圧力及び流量を制御している。さらに、冷却水出口温度センサ１１の検出値に基づいて、冷却水ポンプ６の回転数や三方弁９の切り替えを制御して冷却水の温度をコントロールしている。   The control unit 3 controls the pressure and flow rate of hydrogen gas supplied to the anode and the pressure and flow rate of air supplied to the cathode based on detection values from various sensors (not shown). Further, the temperature of the cooling water is controlled by controlling the number of rotations of the cooling water pump 6 and switching of the three-way valve 9 based on the detection value of the cooling water outlet temperature sensor 11.

冷却水流路８には、燃料電池スタック２と冷却水ポンプ６及びラジエータ７を接続して冷却水を循環させる流路（ラジエータ側流路）と、ラジエータ７を迂回して燃料電池スタック２及び冷却水ポンプ６を接続して冷却水を循環させる流路（ショートサーキット）とが含まれる。三方弁９は、ラジエータ側流路とショートサーキットとで冷却水の流れを切り替える。冷却水は、ラジエータ７を迂回して燃料電池スタック２を循環するショートサーキットを流れている場合、冷却されずに燃料電池スタック２の発熱により温度は上昇していくことになる。   The cooling water flow path 8 is connected to the fuel cell stack 2, the cooling water pump 6 and the radiator 7 to circulate the cooling water (radiator side flow path), and bypasses the radiator 7 to the fuel cell stack 2 and the cooling water. A flow path (short circuit) for connecting the water pump 6 and circulating the cooling water is included. The three-way valve 9 switches the flow of cooling water between the radiator-side flow path and the short circuit. When the coolant flows through a short circuit that bypasses the radiator 7 and circulates through the fuel cell stack 2, the temperature rises due to heat generation of the fuel cell stack 2 without being cooled.

なお、図１に示した本実施形態の燃料電池システムは、本発明に関わる部位のみを図示したものであり、システムを成立させるためのその他の一般的な機器は省略してある。   Note that the fuel cell system of the present embodiment shown in FIG. 1 shows only the parts related to the present invention, and other general equipment for establishing the system is omitted.

燃料電池スタック２は、膜電極接合体の両面にカソードセパレータとアノードセパレータとを配置して単位セルを構成し、この単位セルを複数積層させることによって構成されている。そして、このように積層された単位セルのうちの少なくとも１つにスタック温度センサ１０を設置している。スタック温度センサ１０及び冷却水出口温度センサ１１としては、例えば熱電対や測温抵抗体、サーミスタなどを用いればよい。   The fuel cell stack 2 is configured by disposing a unit cell by disposing a cathode separator and an anode separator on both surfaces of a membrane electrode assembly, and laminating a plurality of unit cells. The stack temperature sensor 10 is installed in at least one of the unit cells stacked in this way. As the stack temperature sensor 10 and the cooling water outlet temperature sensor 11, for example, a thermocouple, a resistance temperature detector, a thermistor, or the like may be used.

次に、図１の燃料電池システムの零下起動に最適なパージ制御処理を図２のフローチャートに基づいて説明する。   Next, a purge control process optimal for starting below zero of the fuel cell system of FIG. 1 will be described based on the flowchart of FIG.

（イ）ステップ１０１（Ｓ１０１）において、制御部３内のトリガー検出手段は、燃料電池システムを停止するための停止トリガーがオン（ＯＮ）されたか否かを判断する。停止トリガーがＯＮされた場合（ステップ１０１における肯定判定）、ステップ１０２（Ｓ１０２）に進み、燃料電池スタックの代表温度を測定する。ここで「燃料電池スタックの代表温度」は、図１のスタック温度センサ１０を用いて測定したスタック温度であってもよいし、スタック温度センサ１０を設けられない場合は、冷却水出口温度センサ１１を用いて測定した冷却水温度であっても構わない。即ち、スタック温度センサ１０或いは冷却水出口温度センサ１１を代表温度計測手段として用いることができる。   (A) In step 101 (S101), the trigger detection means in the control unit 3 determines whether or not a stop trigger for stopping the fuel cell system is turned on. When the stop trigger is turned on (positive determination in step 101), the process proceeds to step 102 (S102), and the representative temperature of the fuel cell stack is measured. Here, the “representative temperature of the fuel cell stack” may be a stack temperature measured using the stack temperature sensor 10 of FIG. 1. If the stack temperature sensor 10 is not provided, the coolant outlet temperature sensor 11 may be used. It may be the cooling water temperature measured using That is, the stack temperature sensor 10 or the cooling water outlet temperature sensor 11 can be used as the representative temperature measuring means.

（ロ）ステップ１０３（Ｓ１０３）に進み、制御部３内のパージ時間決定手段は、代表温度計測手段によって測定された燃料電池スタック２の代表温度に基づいてパージ時間t1を定める。このとき、図３のマップＡが示すスタック代表温度とパージ時間t1との関係にしたがって、燃料電池スタック２の代表温度が高いほどパージ時間t1が短くなるようにパージ時間t1を定める。なお、図３のマップＡは燃料電池スタック２の仕様や運転条件、補機類の構成などで異なるため、事前に実験により零下起動に最適なパージ時間t1とスタック代表温度の関係を測定してマップＡを作成することになる。   (B) Proceeding to step 103 (S103), the purge time determining means in the control unit 3 determines the purge time t1 based on the representative temperature of the fuel cell stack 2 measured by the representative temperature measuring means. At this time, according to the relationship between the stack representative temperature and the purge time t1 shown in the map A of FIG. 3, the purge time t1 is determined so that the purge time t1 becomes shorter as the representative temperature of the fuel cell stack 2 becomes higher. Since map A in FIG. 3 differs depending on the specifications of fuel cell stack 2, operating conditions, and the configuration of auxiliary equipment, the relationship between the purge time t1 and the stack representative temperature that are optimal for starting below zero is experimentally measured beforehand. Map A will be created.

（ハ）ステップ１０４（Ｓ１０４）に進み、コンプレッサ５（パージ手段）により燃料電池スタック２にガス（空気）を供給してパージを開始する。パージを開始してからパージ時間ｔ1後に（ステップ１０５（Ｓ１０５）における肯定判定）、制御部３内のシステム停止手段は、ガス供給を停止して燃料電池システムを停止する（ステップ１０６（Ｓ１０６））。   (C) Proceeding to step 104 (S104), gas (air) is supplied to the fuel cell stack 2 by the compressor 5 (purge means) to start purging. After purge time t1 from the start of purge (affirmative determination in step 105 (S105)), the system stop means in the control unit 3 stops the gas supply and stops the fuel cell system (step 106 (S106)). .

図４は単位セルから蒸発した水の量と零下起動時の燃料電池の出力との関係を実験した結果を示したグラフである。単位セルから蒸発する水の量が少ないと、零下起動時に触媒層が氷で閉塞されるためにガスの拡散が妨げられて出力が得られない。逆に、単位セルから蒸発する水の量が多すぎると、高分子膜が乾燥しすぎてしまい、起動したときのプロトン導電性が確保できず、出力が取れなくなる。したがって、単位セルから蒸発させるべき水の量の最適値があることがわかる。また、図５は、単位セルからの水の蒸発量の時間変化を表すグラフであり、最適蒸発量に到達するまでの時間（パージ時間t1）がスタックの代表温度Ｔにより異なる様子を示す。同図に示すようにスタックの代表温度Ｔにより前述した最適蒸発量に到達するまでの時間（パージ時間t1）が異なるので、スタック代表温度Ｔによって最適な蒸発量を達成するパージ時間t1だけ燃料電池スタック２をパージすることにより、燃料電池スタック２内を零下起動にとって最適な湿潤状態にすることができる。   FIG. 4 is a graph showing the results of an experiment on the relationship between the amount of water evaporated from the unit cell and the output of the fuel cell when starting below zero. If the amount of water that evaporates from the unit cell is small, the catalyst layer is blocked with ice when starting below zero, so that gas diffusion is hindered and output cannot be obtained. On the other hand, if the amount of water evaporated from the unit cell is too large, the polymer membrane will be dried too much, and proton conductivity at the time of start-up cannot be ensured, and output cannot be obtained. Therefore, it can be seen that there is an optimum value of the amount of water to be evaporated from the unit cell. FIG. 5 is a graph showing the change over time in the amount of water evaporated from the unit cell, and shows how the time required to reach the optimum amount of evaporation (purge time t1) varies depending on the representative temperature T of the stack. As shown in the figure, since the time (purge time t1) required to reach the optimum evaporation amount differs depending on the representative temperature T of the stack, the fuel cell only for the purge time t1 that achieves the optimum evaporation amount depending on the stack representative temperature T. By purging the stack 2, the inside of the fuel cell stack 2 can be brought into an optimum wet state for starting below zero.

燃料電池システムの零下からの起動のために、運転停止時にパージを実施する燃料電池システムにおいて、パージ時に燃料電池スタック２の代表温度Ｔをモニターし、その温度Ｔによってパージ時間t1を決定する。これにより、例えば、スタック温度が通常より高い時に通常の時間パージを実施することによって、膜が乾燥しすぎて次回起動時に発電ができないという不具合を防止することができる。また、膜の乾燥のし過ぎによる劣化も防止することができる。   In order to start the fuel cell system from below zero, in the fuel cell system in which purging is performed when operation is stopped, the representative temperature T of the fuel cell stack 2 is monitored during purging, and the purge time t1 is determined based on the temperature T. Thereby, for example, by performing purge for a normal time when the stack temperature is higher than normal, it is possible to prevent a problem that power generation cannot be performed at the next start-up because the film is too dry. Further, deterioration due to excessive drying of the film can also be prevented.

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を図面に基づいて説明する。 (Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第２の実施形態に係る燃料電池システムの構成は図１に示す構成と同じであり、説明を省略する。   The configuration of the fuel cell system according to the second embodiment is the same as the configuration shown in FIG.

燃料電池システムの零下起動に最適なパージ制御処理を図６のフローチャートに基づいて説明する。   A purge control process optimum for starting below zero of the fuel cell system will be described with reference to the flowchart of FIG.

（イ）ステップ２０１（Ｓ２０１）において、制御部３（トリガー検出手段）は、燃料電池システムを停止するための停止トリガーがオン（ＯＮ）されたか否かを判断する。停止トリガーがＯＮされた場合（ステップ２０１における肯定判定）、ステップ２０２（Ｓ２０２）に進み、コンプレッサ５により燃料電池スタック２にガス（空気）を供給してパージを開始する。これと同時に、冷却水ポンプ６によって微少流量の冷却水を燃料電池スタック２に供給する。この時、三方弁９をショートサーキット側に切り替え、ラジエータ７で冷却されていない比較的温度の高い冷却水を供給することが望ましい。   (A) In step 201 (S201), the control unit 3 (trigger detection means) determines whether or not a stop trigger for stopping the fuel cell system is turned on. When the stop trigger is turned on (positive determination in step 201), the process proceeds to step 202 (S202), and gas (air) is supplied to the fuel cell stack 2 by the compressor 5 to start purge. At the same time, a very small amount of cooling water is supplied to the fuel cell stack 2 by the cooling water pump 6. At this time, it is desirable to switch the three-way valve 9 to the short circuit side and supply a relatively high temperature cooling water that is not cooled by the radiator 7.

（ロ）ステップ２０３（Ｓ２０３）に進み、冷却水出口温度センサ１１を用いて冷却水温度を測定する。カウンタＣが所定値Ｃｘまでカウントされるまで（ステップ２０４（Ｓ２０４）における肯定判定）、一定間隔をおいて繰り返し冷却水温度を測定する。これにより、冷却水温度の温度変化率を求めることができる。その後、ステップ２０６（Ｓ２０６）に進み、冷却水温度の温度変化率から燃料電池スタック２内部の湿潤状態を求める。このとき、燃料電池スタック２にはガスが供給されているため、制御部３（湿潤度合検出手段）は、燃料電池スタック２にガスを流しながら冷却水出口温度センサ１１（冷却水温度計測手段）によって測定された冷却水温度の時間変化率に基づいて、燃料電池スタック２内における湿潤度合を検出することができる。   (B) Proceeding to step 203 (S203), the coolant temperature is measured using the coolant outlet temperature sensor 11. Until the counter C is counted up to a predetermined value Cx (positive determination in step 204 (S204)), the coolant temperature is measured repeatedly at regular intervals. Thereby, the temperature change rate of cooling water temperature can be calculated | required. Thereafter, the process proceeds to step 206 (S206), and the wet state inside the fuel cell stack 2 is obtained from the temperature change rate of the cooling water temperature. At this time, since the gas is supplied to the fuel cell stack 2, the control unit 3 (wetting degree detection unit) causes the coolant outlet temperature sensor 11 (cooling water temperature measurement unit) to flow the gas to the fuel cell stack 2. The degree of wetness in the fuel cell stack 2 can be detected based on the time change rate of the cooling water temperature measured by the above.

（ハ）ステップ２０７（Ｓ２０７）に進み、制御部３（パージ時間決定手段）は、燃料電池スタック２内における湿潤度合及び燃料電池スタック２の代表温度に基づいて、パージ時間t1を定める。このとき、図９に示すパージ時間t1と湿潤度合との関係にしたがって、湿潤度合が高いほどパージ時間が長くなるように、パージ時間t1を定める。図９において、スタック代表温度Ｔが異なると、傾斜角度が異なり、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３である。   (C) Proceeding to step 207 (S207), the control unit 3 (purge time determining means) determines the purge time t1 based on the degree of wetness in the fuel cell stack 2 and the representative temperature of the fuel cell stack 2. At this time, according to the relationship between the purge time t1 and the wetness degree shown in FIG. 9, the purge time t1 is determined so that the purge time becomes longer as the wetness degree becomes higher. In FIG. 9, when the stack representative temperature T is different, the inclination angle is different, and T1 <T2 <T3.

（ニ）ステップ２０８（Ｓ２０８）に進み、ステップ２０２においてパージを開始してからパージ時間ｔ1後に（ステップ２０８における肯定判定）、制御部３（システム停止手段）は、ガス供給を停止して燃料電池システムを停止する（ステップ２０９（Ｓ２０９））。   (D) Proceeding to step 208 (S208), after purging is started in step 202, and after the purge time t1 (affirmative determination in step 208), the control unit 3 (system stop means) stops the gas supply and stops the fuel cell. The system is stopped (step 209 (S209)).

図７は燃料電池スタック２中のスタック温度の時系列変化を示したものである。燃料電池スタック２内部が比較的湿潤（Ｗｅｔ）である場合には、燃料電池スタック２内部が蒸発潜熱により冷却されるので、図中「湿潤」に示すように単位時間ｄｔ当たりの温度変化率ｄＴ／ｄｔが大きくなる。また、燃料電池スタック２内部が比較的乾燥（Ｄｒｙ）である場合には、蒸発量が少ないので、図中「乾燥」に示すように温度変化率が小さい。したがって、単位時間当たりの温度変化率ｄＴ／ｄｔを求めることにより、図８に示すような燃料電池スタック２内部の湿潤状態を把握することができる。図８において、パージ開始温度ＴＳにより、温度の時間変化率と湿潤状態の関係は変化する。ここでは、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３である。   FIG. 7 shows a time-series change in the stack temperature in the fuel cell stack 2. When the inside of the fuel cell stack 2 is relatively wet (Wet), the inside of the fuel cell stack 2 is cooled by the latent heat of vaporization, so the temperature change rate dT per unit time dt as shown by “wet” in the figure. / Dt increases. Further, when the inside of the fuel cell stack 2 is relatively dry (Dry), the amount of evaporation is small, so that the temperature change rate is small as indicated by “dry” in the figure. Therefore, by obtaining the temperature change rate dT / dt per unit time, it is possible to grasp the wet state inside the fuel cell stack 2 as shown in FIG. In FIG. 8, the relationship between the time change rate of the temperature and the wet state changes depending on the purge start temperature TS. Here, T1 <T2 <T3.

燃料電池スタック２内部の湿潤状態を予測し、パージ時にこの湿潤状態と燃料電池スタック２の代表温度をもとに、パージ時間t1を決定する。これにより、たとえば同じ温度でも電解質膜が乾燥気味の時には、パージ時間t1を短くし、電解質膜が湿潤気味の時にはパージ時間t1を長くするなどして、パージ後により精度よく電解質膜を所定の乾燥状態にすることができる。   The wet state inside the fuel cell stack 2 is predicted, and the purge time t1 is determined based on the wet state and the representative temperature of the fuel cell stack 2 at the time of purging. Thus, for example, when the electrolyte membrane is dry at the same temperature, the purge time t1 is shortened, and when the electrolyte membrane is wet, the purge time t1 is increased. Can be in a state.

パージ時に燃料電池スタック２の冷却水を微量流し、燃料電池スタック２の冷却水出口温度の温度変化率から燃料電池スタック２内部の湿潤状態を予測するので、精度の高い湿潤状態予測を具現化できる。   A minute amount of the cooling water of the fuel cell stack 2 is flowed at the time of purging, and the wet state inside the fuel cell stack 2 is predicted from the temperature change rate of the cooling water outlet temperature of the fuel cell stack 2, so that a highly accurate wet state prediction can be realized. .

（第１の変形例）
第２実施の形態では、冷却水出口温度センサ１１を用いて冷却水温度を測定し、冷却水温度の温度変化率から燃料電池スタック２内部の湿潤状態を求める例を説明した。燃料電池スタック２内部の湿潤状態を予測する手段として、冷却水温度の温度変化率に限らず、スタック温度センサ１０が測定する燃料電池スタック２内部の温度変化率であっても構わない。即ち、制御部３（湿潤度合検出手段）は、燃料電池スタック２にガスを流しながらスタック温度センサ１０によって測定されたスタック温度の時間変化率に基づいて、燃料電池セル２内における湿潤度合を検出しても構わない。この場合も、第２の実施の形態と同様に、燃料電池スタック２内部が湿潤である場合には、その蒸発によって潜熱冷却が行なわれ燃料電池スタック２内部の温度変化率が大きくなるが、燃料電池スタック２内部の水が少ない場合は、蒸発する量が少ないために温度変化率が小さくなる。したがって、燃料電池スタック２内部の温度変化率を測定することにより、燃料電池スタック２内部の湿潤状態を把握することができる。 (First modification)
In the second embodiment, the example in which the cooling water temperature is measured using the cooling water outlet temperature sensor 11 and the wet state inside the fuel cell stack 2 is obtained from the temperature change rate of the cooling water temperature has been described. The means for predicting the wet state inside the fuel cell stack 2 is not limited to the temperature change rate of the cooling water temperature, but may be the temperature change rate inside the fuel cell stack 2 measured by the stack temperature sensor 10. That is, the control unit 3 (wetting degree detecting means) detects the degree of wetting in the fuel cell 2 based on the time rate of change of the stack temperature measured by the stack temperature sensor 10 while flowing gas into the fuel cell stack 2. It doesn't matter. Also in this case, as in the second embodiment, when the inside of the fuel cell stack 2 is wet, the latent heat cooling is performed by the evaporation and the temperature change rate inside the fuel cell stack 2 is increased. When the amount of water in the battery stack 2 is small, the amount of evaporation is small and the rate of temperature change is small. Therefore, the wet state inside the fuel cell stack 2 can be grasped by measuring the temperature change rate inside the fuel cell stack 2.

（第２の変形例）
また、図６のフローチャートでは、冷却水温度の時間変化率から湿潤度合を求め（ステップ２０６）、湿潤度合からパージ時間t1を求める（ステップ２０７）例を示した。しかし、あらかじめパージ時間t1を求めなくても、図１０に示すように、冷却水温度の時間変化率が所定値以下になった時点でパージを停止するようにしても構わない。 (Second modification)
Further, the flowchart of FIG. 6 shows an example in which the wetness degree is obtained from the time change rate of the cooling water temperature (step 206) and the purge time t1 is obtained from the wetness degree (step 207). However, without obtaining the purge time t1 in advance, as shown in FIG. 10, the purge may be stopped when the rate of change of the cooling water temperature with time becomes a predetermined value or less.

図１０を参照して、第２の変形例に係わるパージ制御処理を説明する。   With reference to FIG. 10, the purge control process according to the second modification will be described.

ステップ３０１（Ｓ３０１）〜ステップ３０３（Ｓ３０３）では、図６のステップ２０１〜ステップ２０３段階と同様にして、停止トリガーがＯＮされた場合に、ガス供給を開始すると同時に冷却水を微量流し、冷却水出口温度センサ１１を用いて冷却水温度を測定する。これにより、燃料電池スタック２内部の湿潤状態を把握する。その後、ステップ３０４（Ｓ３０４）において、冷却水温度の時間変化率が所定値以下になるか否かを監視し、その間、繰り返し冷却水温度を測定する。そして、冷却水温度の時間変化率が所定値以下になった場合（ステップ３０４における肯定判定）、つまり燃料電池スタック２内部の湿潤状態が所定値以下になった場合に、ガス供給（パージ）を停止してシステムを停止する（ステップ３０５（Ｓ３０５））。これにより、燃料電池スタック２内部を零下起動に最適な湿潤状態でパージを停止することができる。即ち、電解質膜が乾燥しすぎて次回起動時に発電ができないという不具合を防止することができ、また、電解質膜の乾燥のし過ぎによる劣化も防止することができる。   In Step 301 (S301) to Step 303 (S303), in the same manner as in Step 201 to Step 203 of FIG. 6, when the stop trigger is turned on, a small amount of cooling water is flowed at the same time as gas supply is started. The coolant temperature is measured using the outlet temperature sensor 11. Thereby, the wet state inside the fuel cell stack 2 is grasped. Thereafter, in step 304 (S304), it is monitored whether or not the time change rate of the cooling water temperature becomes a predetermined value or less, and during that time, the cooling water temperature is repeatedly measured. Then, when the rate of change of the cooling water temperature with time is below a predetermined value (affirmative determination at step 304), that is, when the wet state inside the fuel cell stack 2 is below a predetermined value, gas supply (purging) is performed. Stop and stop the system (step 305 (S305)). Accordingly, the purge can be stopped in a wet state optimal for starting below zero inside the fuel cell stack 2. That is, it is possible to prevent a problem that the electrolyte membrane is too dry and cannot generate power at the next start-up, and it is possible to prevent deterioration due to excessive drying of the electrolyte membrane.

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施形態を図面に基づいて説明する。 (Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第３の実施形態に係る燃料電池システムの構成は図１に示す構成と同じであり、説明を省略する。   The configuration of the fuel cell system according to the third embodiment is the same as the configuration shown in FIG.

次に、燃料電池システムの零下起動に最適なパージ制御処理を図１１のフローチャートに基づいて説明する。図１１のフローチャートは、図２のフローチャートに対してステップ４０３（Ｓ４０３）を追加した構成であり、ステップ４０１（Ｓ４０１）、ステップ４０２（Ｓ４０２）、ステップ４０４（Ｓ４０４）〜ステップ４０７（Ｓ４０７）は、図２のステップ１０１〜ステップ１０６と同じ処理内容である。   Next, a purge control process optimal for starting below zero of the fuel cell system will be described based on the flowchart of FIG. The flowchart of FIG. 11 has a configuration in which Step 403 (S403) is added to the flowchart of FIG. 2, and Step 401 (S401), Step 402 (S402), and Step 404 (S404) to Step 407 (S407) are The processing contents are the same as those in steps 101 to 106 in FIG.

（イ）ステップ４０１において、制御部３（トリガー検出手段）は、燃料電池システムを停止するための停止トリガーがオン（ＯＮ）されたか否かを判断する。停止トリガーがＯＮされた場合（ステップ４０１における肯定判定）、ステップ４０２に進み、燃料電池スタック２の代表温度を測定する。   (A) In step 401, the control unit 3 (trigger detection means) determines whether or not a stop trigger for stopping the fuel cell system is turned on. When the stop trigger is turned on (positive determination in step 401), the process proceeds to step 402, and the representative temperature of the fuel cell stack 2 is measured.

（ロ）ステップ４０３（Ｓ４０３）に進み、制御部３（パージ流量決定手段）は、燃料電池スタック２の代表温度から図１３のマップＢにしたがって最適なパージ流量を求める。   (B) Proceeding to step 403 (S403), the control unit 3 (purge flow rate determining means) obtains the optimum purge flow rate from the representative temperature of the fuel cell stack 2 according to the map B in FIG.

（ハ）ステップ４０４に進み、制御部３（パージ時間決定手段）は、燃料電池スタック２の代表温度に基づいてパージ時間t1を定める。このとき、図３のマップＡが示すスタック代表温度とパージ時間t1との関係にしたがって、燃料電池スタック２の代表温度が高いほどパージ時間t1が短くなるようにパージ時間t1を定める。   (C) Proceeding to step 404, the control unit 3 (purge time determining means) determines the purge time t1 based on the representative temperature of the fuel cell stack 2. At this time, according to the relationship between the stack representative temperature and the purge time t1 shown in the map A of FIG. 3, the purge time t1 is determined so that the purge time t1 becomes shorter as the representative temperature of the fuel cell stack 2 becomes higher.

（ニ）ステップ４０５（Ｓ４０５）に進み、コンプレッサ５により燃料電池スタック２に最適なパージ流量のガスを供給してパージを開始する。パージを開始してからパージ時間ｔ1後に（ステップ４０６（Ｓ４０６）における肯定判定）、制御部３（システム停止手段）は、ガス供給を停止して燃料電池システムを停止する（ステップ４０７）。   (D) Proceeding to step 405 (S405), the purge gas is supplied to the fuel cell stack 2 by the compressor 5 and the purge is started. After the purge time t1 from the start of purge (affirmative determination in step 406 (S406)), the control unit 3 (system stop means) stops the gas supply and stops the fuel cell system (step 407).

図１２は各温度における、パージ流量とパージ時の燃料電池スタック２出口ガスの相対湿度の関係を示したグラフである。温度が比較的高いＴ１の場合には、蒸発速度が速いため、パージ流量をある程度上げても出口ガスは相対湿度１００％で出てくる。しかし、温度が低いＴ３の場合には、蒸発速度が遅いため、パージ流量を上げても燃料電池スタック２内部の水の蒸発が間に合わず、不飽和で出てくることになる。したがって、パージ流量を多くしても乾燥できる能力は小さく、その能力は流量が少ない場合と同じであり、流量を多くしたとしても無駄となってしまう。図１３は図１２から各温度による最も効率の良いパージ流量を求めて作成したマップＢであり、このマップＢを用いてパージ流量を決定する。このように、パージ時に燃料電池スタック２の代表温度をモニターし、その温度によってパージ流量を決定する。これにより、蒸発速度が間に合わないような低温の時に、無駄に大量のガスを流すことがなく、少ない消費電力や音振で燃料電池スタック２内部を零下起動に適した湿潤状態にすることができる。   FIG. 12 is a graph showing the relationship between the purge flow rate and the relative humidity of the fuel cell stack 2 outlet gas at the time of purging at each temperature. When the temperature is T1, which is relatively high, the evaporation rate is fast, so that the outlet gas comes out at a relative humidity of 100% even if the purge flow rate is increased to some extent. However, when the temperature is T3, the evaporation rate is slow, so even if the purge flow rate is increased, the water in the fuel cell stack 2 does not evaporate in time and comes out unsaturated. Therefore, even if the purge flow rate is increased, the ability to dry is small, and the capability is the same as when the flow rate is small, and even if the flow rate is increased, it is wasted. FIG. 13 is a map B created by obtaining the most efficient purge flow rate at each temperature from FIG. 12. The map B is used to determine the purge flow rate. In this way, the representative temperature of the fuel cell stack 2 is monitored at the time of purging, and the purge flow rate is determined based on the temperature. As a result, a large amount of gas does not flow unnecessarily at low temperatures where the evaporation rate is not in time, and the inside of the fuel cell stack 2 can be brought into a wet state suitable for sub-zero startup with less power consumption and sound vibration. .

（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施形態を図面に基づいて説明する。 (Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第４の実施形態に係る燃料電池システムの構成は図１に示す構成と同じであり、説明を省略する。   The configuration of the fuel cell system according to the fourth embodiment is the same as the configuration shown in FIG.

次に、燃料電池システムの零下起動に最適なパージ制御処理を図１４のフローチャートに基づいて説明する。図１４のフローチャートは、図１１のフローチャートに対してステップ５０７（Ｓ５０７）を追加した構成であり、ステップ５０１（Ｓ５０１）〜ステップ５０６（Ｓ５０６）、ステップ５０８（Ｓ５０８）は、図１１のステップ４０１〜ステップ４０７と同じ処理内容である。   Next, a purge control process optimal for starting below zero of the fuel cell system will be described with reference to the flowchart of FIG. The flowchart of FIG. 14 has a configuration in which step 507 (S507) is added to the flowchart of FIG. 11, and step 501 (S501) to step 506 (S506) and step 508 (S508) are steps 401 to 401 in FIG. The processing contents are the same as those in step 407.

（イ）ステップ５０１において、制御部３内のトリガー検出手段は、燃料電池システムを停止するための停止トリガーがオン（ＯＮ）されたか否かを判断する。停止トリガーがＯＮされた場合（ステップ５０１における肯定判定）、ステップ５０２（Ｓ５０２）に進み、燃料電池スタック２の代表温度を測定する。   (A) In step 501, the trigger detection means in the control unit 3 determines whether or not a stop trigger for stopping the fuel cell system is turned on. When the stop trigger is turned on (positive determination in step 501), the process proceeds to step 502 (S502), and the representative temperature of the fuel cell stack 2 is measured.

（ロ）ステップ５０３（Ｓ５０３）に進み、燃料電池スタック２の代表温度から図１３のマップＢにしたがって最適なパージ流量を求める。ステップ５０４（Ｓ５０４）に進み、燃料電池スタック２の代表温度から図３のマップＡにしたがってパージ時間t1を定める。   (B) Proceeding to step 503 (S503), the optimum purge flow rate is obtained from the representative temperature of the fuel cell stack 2 according to the map B in FIG. Proceeding to step 504 (S504), the purge time t1 is determined from the representative temperature of the fuel cell stack 2 according to the map A in FIG.

（ハ）ステップ５０５（Ｓ５０５）に進み、コンプレッサ５により燃料電池スタック２に最適なパージ流量のガスを供給してパージを開始する。ステップ５０７において、パージを開始してからパージ時間ｔ1までの間、図１５のマップＣにしたがって、時間が経過すると共にパージ流量を減少させる。パージを開始してからパージ時間ｔ1後に（ステップ５０６における肯定判定）、制御部３（システム停止手段）は、ガス供給を停止して燃料電池システムを停止する（ステップ５０８）。   (C) Proceeding to step 505 (S505), the purge gas is supplied to the fuel cell stack 2 by the compressor 5 and the purge is started. In step 507, the purge flow rate is decreased as time elapses from the start of the purge to the purge time t1 according to the map C in FIG. After purge time t1 from the start of purge (affirmative determination in step 506), control unit 3 (system stop means) stops gas supply and stops the fuel cell system (step 508).

図１６（ａ）は、パージ流量を一定とした場合におけるパージ開始からの経過時間と出口ガス相対湿度との関係を示すグラフであり、図１６（ｂ）は、パージ流量を時間と共に減少させた場合におけるパージ開始からの経過時間と出口ガス相対湿度との関係を示すグラフである。パージにより燃料電池スタック２内部の乾燥が進んでいくと、燃料電池スタック２内部から蒸発する水の量が少なくなっていく。このため、パージ初期と同じ一定の流量を流し続けた場合、図１６（ａ）に示すようにパージ開始からの時間とともに出口ガス相対湿度が低下してくる。つまり、パージ後半では無駄なガスを流していることになる。そこで、パージ後半ではパージ時間とともに流量を下げていくことにより、図１６（ｂ）に示すように常に出口ガス相対湿度を１００％に維持することができ、パージの後半で蒸発に必要な量以上のガスを流すことがなくなり、少ない消費電力や音振で燃料電池スタック２内部を零下起動に適した湿潤状態にすることができる。   FIG. 16A is a graph showing the relationship between the elapsed time from the start of the purge and the outlet gas relative humidity when the purge flow rate is constant, and FIG. 16B is a graph in which the purge flow rate is decreased with time. It is a graph which shows the relationship between the elapsed time from the purge start in this case, and outlet gas relative humidity. As the inside of the fuel cell stack 2 is dried by purging, the amount of water evaporated from the inside of the fuel cell stack 2 decreases. For this reason, when the same constant flow rate as that at the beginning of the purge is kept flowing, the outlet gas relative humidity decreases with time from the start of the purge as shown in FIG. That is, in the second half of the purge, useless gas is flowing. Therefore, by decreasing the flow rate with the purge time in the second half of the purge, the outlet gas relative humidity can always be maintained at 100% as shown in FIG. 16 (b), exceeding the amount necessary for evaporation in the second half of the purge. Thus, the inside of the fuel cell stack 2 can be brought into a wet state suitable for starting below zero with less power consumption and sound vibration.

以上、本発明の燃料電池システム及びその停止方法について、図示した実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。   The fuel cell system and the stopping method thereof according to the present invention have been described based on the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to this, and the configuration of each part is an arbitrary configuration having a similar function. Can be replaced with something.

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 図１の燃料電池システムの零下起動に最適なパージ制御処理を示すフローチャートThe flowchart which shows the purge control process optimal for subzero starting of the fuel cell system of FIG. スタック代表温度とパージ時間t1との関係を示すグラフ（マップＡ）Graph showing the relationship between the stack representative temperature and the purge time t1 (Map A) 単位セルから蒸発した水の量と零下起動時の燃料電池の出力との関係を実験した結果を示したグラフA graph showing the results of experiments on the relationship between the amount of water evaporated from a unit cell and the output of a fuel cell at subzero start-up 単位セルからの水の蒸発量の時間変化を表すグラフA graph showing the change over time in the amount of water evaporated from a unit cell 第２の実施の形態に係わる燃料電池システムのパージ制御処理を示すフローチャートThe flowchart which shows the purge control processing of the fuel cell system concerning 2nd Embodiment. 燃料電池スタック２中のスタック温度の時系列変化を示したグラフGraph showing time-series change of stack temperature in fuel cell stack 2 温度の時間変化率と湿潤状態の関係を示すグラフGraph showing the relationship between the rate of change of temperature over time and the wet state パージ時間t1と燃料電池スタック２内における湿潤度合との関係を示すグラフA graph showing the relationship between the purge time t1 and the wetness in the fuel cell stack 2 第２の変形例に係わる燃料電池システムのパージ制御処理を示すフローチャートThe flowchart which shows the purge control processing of the fuel cell system concerning a 2nd modification. 第３の実施の形態に係わる燃料電池システムのパージ制御処理を示すフローチャートFlowchart showing the purge control process of the fuel cell system according to the third embodiment. パージ流量とパージ時の燃料電池スタック出口ガスの相対湿度の関係を示したグラフA graph showing the relationship between the purge flow rate and the relative humidity of the fuel cell stack outlet gas during purging 燃料電池スタック２の代表温度と零下起動に最適なパージ流量との関係を示すグラフ（マップＢ）A graph (map B) showing the relationship between the representative temperature of the fuel cell stack 2 and the optimum purge flow rate for starting below zero 第４の実施の形態に係わる燃料電池システムのパージ制御処理を示すフローチャートThe flowchart which shows the purge control processing of the fuel cell system concerning 4th Embodiment. パージ開始からの経過時間とパージ流量との関係を示すグラフ（マップＣ）Graph showing the relationship between the elapsed time from the start of purge and the purge flow rate (Map C) パージ開始からの経過時間と出口ガス相対湿度との関係を示すグラフGraph showing the relationship between the elapsed time from the start of purge and the relative humidity of the outlet gas

符号の説明Explanation of symbols

２ 燃料電池スタック
３ 制御部
４ 水素タンク
５ コンプレッサ
６ 冷却水ポンプ
７ ラジエータ
８ 冷却水流路
９ 三方弁
１０ スタック温度センサ
１１ 冷却水出口温度センサ

2 Fuel cell stack 3 Control unit 4 Hydrogen tank 5 Compressor 6 Cooling water pump 7 Radiator 8 Cooling water flow path 9 Three-way valve 10 Stack temperature sensor 11 Cooling water outlet temperature sensor

Claims (16)

燃料電池スタックにより発電を行なう燃料電池システムであって、
燃料電池システムを停止する停止トリガーを検出するトリガー検出手段と、
前記燃料電池スタックの代表温度を測定する代表温度計測手段と、
前記燃料電池スタックにガスを流してパージを行なうパージ手段と、
前記トリガー検出手段が前記停止トリガーを検出した場合に、前記パージ手段により前記燃料電池スタックにガスを流しながら、前記代表温度計測手段によって測定された前記代表温度の時間変化率に基づいて湿潤度合を算出し、前記湿潤度合が高いほどパージ時間が長くなるように、前記パージ時間を定めるパージ時間決定手段と、
前記パージを開始してから前記パージ時間経過後に前記パージを停止して燃料電池システムを停止するシステム停止手段と
を有することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system for generating power by a fuel cell stack,
Trigger detecting means for detecting a stop trigger for stopping the fuel cell system;
Representative temperature measuring means for measuring a representative temperature of the fuel cell stack;
Purge means for purging by flowing a gas to the fuel cell stack;
When the trigger detection means detects the stop trigger, the wetness degree is determined based on the time rate of change of the representative temperature measured by the representative temperature measurement means while flowing gas to the fuel cell stack by the purge means. A purge time determining means for calculating and determining the purge time such that the higher the wetness, the longer the purge time;
A fuel cell system comprising system stop means for stopping the purge and stopping the fuel cell system after the purge time has elapsed since the start of the purge. 前記代表温度計測手段は、前記燃料電池スタックから流出する冷却水の温度を測定する冷却水温度計測手段であり、
前記パージ時間決定手段は、前記燃料電池スタックにガスを流しながら前記冷却水温度計測手段によって測定された冷却水温度の時間変化率に基づいて、前記燃料電池スタック内における湿潤度合を算出することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。 The representative temperature measuring means is a cooling water temperature measuring means for measuring the temperature of the cooling water flowing out of the fuel cell stack,
The purge time determining means calculates the degree of wetness in the fuel cell stack based on the time change rate of the cooling water temperature measured by the cooling water temperature measuring means while flowing gas into the fuel cell stack. The fuel cell system according to claim 1, wherein: 前記代表温度計測手段は、前記燃料電池スタック内部の温度を測定するスタック温度計測手段であり、
前記パージ時間決定手段は、前記燃料電池スタックにガスを流しながら前記スタック温度計測手段によって測定されたスタック温度の時間変化率に基づいて、前記燃料電池セル内における湿潤度合を算出することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。 The representative temperature measuring means is a stack temperature measuring means for measuring the temperature inside the fuel cell stack,
The purge time determining means calculates the degree of wetness in the fuel cell based on the time change rate of the stack temperature measured by the stack temperature measuring means while flowing gas into the fuel cell stack. The fuel cell system according to claim 1 . 前記代表温度計測手段によって測定された前記代表温度に基づいて、前記代表温度が高いほどパージ流量が多くなるように、パージ流量を定めるパージ流量決定手段を更に有し、
前記パージ手段は、前記パージ流量決定手段によって定められたパージ流量のガスを前記燃料電池スタックに流してパージを行なうことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。 Based on the representative temperature measured by the representative temperature measuring means, further comprising a purge flow rate determining means for determining a purge flow rate such that the purge flow rate increases as the representative temperature increases;
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the purge unit performs purge by flowing a gas having a purge flow rate determined by the purge flow rate determining unit to the fuel cell stack. 3. 前記パージ手段は、前記パージを開始してから時間が経過すると共に前記パージ流量を減少させることを特徴とする請求項４記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 4 , wherein the purge unit decreases the purge flow rate as time elapses after the purge is started. 燃料電池スタックにより発電を行なう燃料電池システムであって、
燃料電池システムを停止する停止トリガーを検出するトリガー検出手段と、
前記燃料電池スタックの代表温度を測定する代表温度計測手段と、
前記燃料電池スタックにガスを流してパージを行なうパージ手段と、
前記パージ手段により前記燃料電池スタックにガスを流しながら前記代表温度計測手段によって測定された代表温度の時間変化率に基づいて、前記燃料電池スタック内における湿潤度合を検出する湿潤度合検出手段と、
前記湿潤度合検出手段によって検出された湿潤度合が所定値以下になった時、前記パージを停止して燃料電池システムを停止するシステム停止手段と
を有することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system for generating power by a fuel cell stack,
Trigger detecting means for detecting a stop trigger for stopping the fuel cell system;
Representative temperature measuring means for measuring a representative temperature of the fuel cell stack;
Purge means for purging by flowing a gas to the fuel cell stack;
A wetness degree detection means for detecting a wetness degree in the fuel cell stack based on a temporal change rate of the representative temperature measured by the representative temperature measurement means while flowing gas to the fuel cell stack by the purge means ;
A fuel cell system comprising: system stop means for stopping the purge and stopping the fuel cell system when the wetness degree detected by the wetness degree detection means falls below a predetermined value. 前記燃料電池セル内における湿潤度合を検出する時、前記冷却水は、当該冷却水を冷却するラジエータを迂回して前記燃料電池スタックを循環していることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。 3. The fuel cell according to claim 2 , wherein when detecting the degree of wetness in the fuel cell, the cooling water circulates in the fuel cell stack bypassing a radiator for cooling the cooling water. system. 前記パージ時間決定手段は、前記代表温度計測手段によって測定された前記代表温度に基づいて、前記代表温度が高いほどパージ時間が短くなるように、前記パージ時間を定めることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。   2. The purge time determining means determines the purge time based on the representative temperature measured by the representative temperature measuring means so that the purge time becomes shorter as the representative temperature is higher. The fuel cell system described. 燃料電池スタックにより発電を行なう燃料電池システムの停止方法であって、
前記燃料電池システムを停止する停止トリガーを検出する第１のステップと、
前記停止トリガーを検出した場合に、前記燃料電池スタックの代表温度を測定する第２のステップと、
前記燃料電池スタックにガスを流してパージを開始する第３のステップと、
前記燃料電池スタックにガスを流しながら、前記代表温度の時間変化率に基づいて湿潤度合を算出し、前記湿潤度合が高いほどパージ時間が長くなるように当該パージ時間を定める第４のステップと、
前記パージを開始してから前記パージ時間経過後に前記パージを停止して燃料電池システムを停止する第５のステップと
を有することを特徴とする燃料電池システムの停止方法。 A method for stopping a fuel cell system that generates power using a fuel cell stack,
A first step of detecting a stop trigger for stopping the fuel cell system;
A second step of measuring a representative temperature of the fuel cell stack when detecting the stop trigger;
A third step of starting a purge by flowing a gas through the fuel cell stack;
A fourth step of calculating the degree of wetting based on the time rate of change of the representative temperature while flowing gas through the fuel cell stack, and determining the purge time so that the purge time becomes longer as the degree of wetness is higher;
And a fifth step of stopping the fuel cell system by stopping the purge after elapse of the purge time from the start of the purge. 前記第２のステップは、前記燃料電池スタックから流出する冷却水の温度を測定しており、
前記第４のステップは、前記燃料電池スタックにガスを流しながら測定された冷却水の温度の時間変化率に基づいて、前記燃料電池セル内における湿潤度合を算出することを特徴とする請求項９記載の燃料電池システムの停止方法。 In the second step, the temperature of the cooling water flowing out of the fuel cell stack is measured,
The fourth step is, claim based on the time rate of change of the temperature of the cooling water measured while flowing a gas to the fuel cell stack, and calculating the wetting degree within the fuel cell 9 The fuel cell system stop method described. 前記第２のステップは、前記燃料電池スタック内部の温度を測定しており、
前記第４のステップは、前記燃料電池スタックにガスを流しながら測定されたスタック内部の温度の時間変化率に基づいて、前記燃料電池スタック内における湿潤度合を算出することを特徴とする請求項９記載の燃料電池システムの停止方法。 In the second step, the temperature inside the fuel cell stack is measured,
The fourth step is, claim wherein the fuel cell based on the time rate of change of temperature inside the stack which is measured while flowing a gas to the stack, and calculates the wetting degree within the fuel cell stack 9 The fuel cell system stop method described. 前記代表温度に基づいて、前記代表温度が高いほどパージ流量が多くなるように当該パージ流量を定める第７のステップを更に有し、
前記第３のステップは、当該パージ流量のガスを前記燃料電池スタックに流してパージを開始することを特徴とする請求項９記載の燃料電池システムの停止方法。 A seventh step of determining the purge flow rate based on the representative temperature so that the purge flow rate increases as the representative temperature increases;
10. The method of stopping a fuel cell system according to claim 9, wherein the third step starts the purge by flowing a gas at the purge flow rate to the fuel cell stack. 前記第３のステップは、前記パージを開始してから時間が経過すると共に前記パージ流量を減少させることを特徴とする請求項１２記載の燃料電池システムの停止方法。 13. The fuel cell system stop method according to claim 12, wherein the third step decreases the purge flow rate as time elapses after the purge is started. 燃料電池スタックにより発電を行なう燃料電池システムの停止方法であって、
前記燃料電池システムを停止する停止トリガーを検出する第１のステップと、
前記停止トリガーを検出した場合に、前記燃料電池スタックの代表温度を測定する第２のステップと、
前記燃料電池スタックにガスを流してパージを開始する第３のステップと、
前記燃料電池スタックにガスを流しながら測定された前記代表温度の時間変化率に基づいて、前記燃料電池セル内における湿潤度合を検出する第４のステップと、
前記湿潤度合が所定値以下になった時、前記パージを停止して燃料電池システムを停止する第５のステップと
を有することを特徴とする燃料電池システムの停止方法。 A method for stopping a fuel cell system that generates power using a fuel cell stack,
A first step of detecting a stop trigger for stopping the fuel cell system;
A second step of measuring a representative temperature of the fuel cell stack when detecting the stop trigger;
A third step of starting a purge by flowing a gas through the fuel cell stack;
A fourth step of detecting the degree of wetting in the fuel cell based on the time rate of change of the representative temperature measured while flowing gas through the fuel cell stack;
And a fifth step of stopping the fuel cell system by stopping the purge when the wetness level is equal to or lower than a predetermined value. 前記燃料電池セル内における湿潤度合を検出する時、前記冷却水を、当該冷却水を冷却するラジエータを迂回して前記燃料電池スタックを循環させる第８のステップをさらに有することを特徴とする請求項１０記載の燃料電池システムの停止方法。 The method further comprises an eighth step of circulating the fuel cell stack by bypassing a radiator that cools the cooling water when detecting the degree of wetness in the fuel cell. the method of stopping the fuel cell system according 10. 前記第４のステップは、前記代表温度に基づいて、前記代表温度が高いほどパージ時間が短くなるように前記パージ時間を定めることを特徴とする請求項９記載の燃料電池システムの停止方法。 10. The fuel cell system stopping method according to claim 9, wherein the fourth step determines the purge time based on the representative temperature so that the purge time becomes shorter as the representative temperature is higher.
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