JP5391226B2 - Fuel cell system and control method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システム及びその制御方法に関する。詳しくは、アイドル停止中において、低流量の酸化剤ガスを供給するとともに燃料電池から低電流を取り出す燃料電池システム及びその制御方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and a control method thereof. More specifically, the present invention relates to a fuel cell system that supplies a low flow amount of oxidant gas and extracts a low current from the fuel cell during idle stop, and a control method thereof.

近年、自動車の新たな動力源として燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムは、例えば、反応ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池と、反応ガス流路を介して燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置とを備える。   In recent years, fuel cell systems have attracted attention as a new power source for automobiles. The fuel cell system includes, for example, a fuel cell that generates electric power by electrochemically reacting a reaction gas, and a reaction gas supply device that supplies the reaction gas to the fuel cell via a reaction gas channel.

燃料電池は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。ここで、各セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極（陰極）及びカソード電極（陽極）と、これらの電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。   The fuel cell has, for example, a stack structure in which several tens to several hundreds of cells are stacked. Here, each cell is configured by sandwiching a membrane electrode structure (MEA) between a pair of separators. The membrane electrode structure includes an anode electrode (cathode) and a cathode electrode (anode), and a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between these electrodes.

燃料電池のアノード電極に燃料ガスとして水素を供給し、カソード電極に酸化剤ガスとして空気を供給すると、電気化学反応が進行して発電する。このように燃料電池は、電気化学反応により直接的に電気を得るため、発電効率が高い点で好ましいとされている。また燃料電池は、発電時に無害な水しか生成しないため、環境への影響の点からも好ましいとされている。   When hydrogen is supplied as fuel gas to the anode electrode of the fuel cell and air is supplied as oxidant gas to the cathode electrode, an electrochemical reaction proceeds to generate electricity. As described above, the fuel cell is preferred in terms of high power generation efficiency because it directly obtains electricity through an electrochemical reaction. Further, since the fuel cell generates only harmless water during power generation, it is considered preferable from the viewpoint of environmental impact.

ところで、このような燃料電池システムを動力源とした燃料電池車両では、例えば信号待ち等の車両停止時にアイドル発電が継続して行われた場合に、酸化剤ガス及び燃料ガスの供給を停止してアイドル発電を停止するアイドル停止が実行される。このアイドル停止を実行することにより、燃料の効率的な利用が可能となる。   By the way, in a fuel cell vehicle using such a fuel cell system as a power source, for example, when idle power generation is continuously performed when the vehicle is stopped such as waiting for a signal, the supply of the oxidant gas and the fuel gas is stopped. Idle stop for stopping idle power generation is executed. By executing this idle stop, the fuel can be used efficiently.

ところが、このアイドル停止を実行すると、燃料電池システム内に残留する水素及び酸素による発電によって燃料電池が高電位となり、電解質膜が劣化するおそれがある。そこで、アイドル停止時に酸化剤ガス及び燃料ガスの供給を停止した場合であっても、燃料電池から電流を取り出すことで、燃料電池システム内に残留する水素及び酸素を消費し、燃料電池が高電位になるのを防止するとともに、電解質膜の劣化を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。   However, when this idle stop is executed, the fuel cell becomes a high potential due to power generation by hydrogen and oxygen remaining in the fuel cell system, and the electrolyte membrane may be deteriorated. Therefore, even when the supply of oxidant gas and fuel gas is stopped at the time of idling stop, by extracting the current from the fuel cell, hydrogen and oxygen remaining in the fuel cell system are consumed, and the fuel cell has a high potential. There has been proposed a technique for preventing deterioration of the electrolyte membrane and preventing deterioration of the electrolyte membrane (see, for example, Patent Document 1).

特開２００６−２９４３０４号公報JP 2006-294304 A

ところで、燃料電池システムには、燃料ガス濃度の高いガスが排出されるのを防止するために希釈器が設けられている。燃料電池から排出された燃料オフガスは、この希釈器内に導入され、希釈器内に一旦滞留した後、希釈されて排出される。燃料オフガスの希釈には、燃料電池から排出された酸化剤オフガスが利用される。   By the way, the fuel cell system is provided with a diluter in order to prevent a gas having a high fuel gas concentration from being discharged. The fuel off-gas discharged from the fuel cell is introduced into the diluter, and once retained in the diluter, it is diluted and discharged. For diluting the fuel off gas, the oxidant off gas discharged from the fuel cell is used.

しかしながら特許文献１の技術では、アイドル停止中には酸化剤ガスを供給しないため、希釈器内に滞留する燃料オフガスを希釈するための酸化剤オフガスを確保できない。このため、燃料オフガスを希釈するための希釈ガスを確保すべく、希釈ガスとしての酸化剤ガスを予め希釈室内に導入してからでないとアイドル停止に移行できなかった。   However, in the technique of Patent Document 1, since the oxidant gas is not supplied during the idling stop, the oxidant off-gas for diluting the fuel off-gas staying in the diluter cannot be secured. For this reason, in order to secure a dilution gas for diluting the fuel off-gas, an oxidant gas as a dilution gas must be introduced into the dilution chamber in advance to shift to idle stop.

また特許文献１の技術では、アイドル停止中に酸化剤ガスを供給しないため、クロスリーク現象の発生時等に電解質膜の近傍で滞留する水素と酸素が高濃度で反応してしまい、電解質膜が劣化するおそれがあった。   In the technique of Patent Document 1, since the oxidant gas is not supplied during idling stop, hydrogen and oxygen staying in the vicinity of the electrolyte membrane react at a high concentration when the cross leak phenomenon occurs, and the electrolyte membrane There was a risk of deterioration.

また、アイドル停止時に燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を停止した状態で、燃料電池から電流を取り出すため、アイドル停止に移行後直ぐにセル電圧が低下してしまい、アイドル停止を直ぐに解除しなければならなかった。   In addition, in order to take out the current from the fuel cell in the state where the supply of the fuel gas and the oxidant gas is stopped at the time of idling stop, the cell voltage decreases immediately after shifting to the idling stop, and the idling stop must be released immediately. There wasn't.

また、アイドル停止中に酸化剤ガスを供給しないため、アイドル停止中はエアポンプを駆動することがない。このため、蓄電装置に充電可能な状態であるか否かに関わらず、アイドル停止中に燃料電池から電流を取り出すためには、かかる電流を消費するためのディスチャージ抵抗を設ける必要があった。   In addition, since the oxidant gas is not supplied during idle stop, the air pump is not driven during idle stop. For this reason, in order to extract current from the fuel cell during idling stop, it is necessary to provide a discharge resistor for consuming such current regardless of whether or not the power storage device is in a chargeable state.

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、速やかにアイドル停止に移行できるとともに、アイドル停止中の電解質膜の劣化及びセル電圧の低下を抑制でき、且つディスチャージ抵抗を設ける必要が無い燃料電池システム及びその制御方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to promptly shift to idle stop, to suppress deterioration of the electrolyte membrane and cell voltage during idle stop, and to provide a discharge resistor. An object of the present invention is to provide a fuel cell system and a control method therefor.

上記目的を達成するため本発明に係る燃料電池システム（例えば、後述の燃料電池システム１）は、反応ガス（例えば、後述の水素及び空気）が供給されることで発電する燃料電池セルを複数積層して構成された燃料電池スタック（例えば、後述の燃料電池１０）と、前記燃料電池スタックに反応ガスを供給する反応ガス供給手段（例えば、後述のエアポンプ２１、水素タンク２２、エゼクタ２８及びレギュレータ２６１）と、を備え、アイドル発電中に所定条件が成立した場合に、前記反応ガス供給手段により前記アイドル発電時よりも低流量の酸化剤ガス（例えば、後述の空気）を前記燃料電池スタックに供給しながら、前記アイドル発電時よりも低電流を前記燃料電池スタックから取り出すアイドル停止制御を開始するアイドル停止制御手段（例えば、後述のＥＣＵ４０のアイドル停止制御部及びＶＣＵ１５）を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention (for example, a fuel cell system 1 described later) includes a plurality of stacked fuel cell cells that generate power when supplied with a reaction gas (for example, hydrogen and air described later). And a reaction gas supply means (for example, an air pump 21, a hydrogen tank 22, an ejector 28, and a regulator 261 described later) for supplying a reaction gas to the fuel cell stack. ), And when a predetermined condition is satisfied during idle power generation, the reactive gas supply means supplies an oxidant gas (for example, air described later) at a lower flow rate than that during idle power generation to the fuel cell stack. However, the idle stop control for starting the idle stop control for taking out a lower current from the fuel cell stack than during the idle power generation. Means (e.g., an idle stop control unit and VCU15 of below ECU 40), characterized in that it comprises a.

先ず本発明によれば、アイドル停止中に燃料電池スタックから電流を取り出すため、出力電流値が０であるＯＣＶ状態を回避でき、燃料電池スタックの高電位化による電解質膜の劣化を抑制できる。
また本発明によれば、アイドル停止中に燃料電池スタックから取り出す電流を、アイドル発電時よりも低電流とするため、アイドル停止中のセル電圧の低下を抑制できる。
また本発明によれば、アイドル停止中に酸化剤ガスを燃料電池スタックに供給するため、希釈器（例えば、後述の希釈器５０）内に滞留する燃料オフガスを希釈するための酸化剤オフガスを確保できる。このため、予め確保しなければならない希釈ガス（酸化剤ガス、例えば後述の空気）量を低減でき、速やかにアイドル停止に移行できる。これにより、燃費も向上できる。
また本発明によれば、アイドル停止中に酸化剤ガスを供給するため、クロスリーク現象の発生時等に電解質膜の近傍に滞留する酸素量を低減できるため、電解質膜の近傍で水素と酸素が高濃度で反応してしまうのを抑制でき、電解質膜の劣化を抑制できる。
また本発明によれば、アイドル停止中に酸化剤ガスを供給するため、燃料電池スタックから取り出した電流をエアポンプ（例えば、後述のエアポンプ２１）の駆動により消費できる。これにより、蓄電装置（例えば、後述の高圧バッテリ１６）に充電可能な状態であるか否かに関わらず、燃料電池スタックから取り出した電流を消費できるため、ディスチャージ抵抗を設ける必要が無い。
また本発明によれば、アイドル停止中に燃料電池スタックに供給する酸化剤ガス流量を、アイドル発電時よりも低流量とするため、上述の効果を得つつ、無駄な酸化剤ガスの供給を低減でき、燃料電池システムの効率の悪化を抑制することもできる。 First, according to the present invention, since the current is taken out from the fuel cell stack during idling stop, the OCV state in which the output current value is 0 can be avoided, and the deterioration of the electrolyte membrane due to the high potential of the fuel cell stack can be suppressed.
Further, according to the present invention, since the current taken out from the fuel cell stack during idle stop is made lower than that during idle power generation, it is possible to suppress a decrease in cell voltage during idle stop.
According to the present invention, the oxidant gas is supplied to the fuel cell stack during the idling stop, so that the oxidant gas is diluted to dilute the fuel gas that remains in the diluter (for example, diluter 50 described later). it can. For this reason, the amount of dilution gas (oxidant gas, for example, air to be described later) that must be secured in advance can be reduced, and it is possible to quickly shift to idle stop. Thereby, fuel consumption can also be improved.
Further, according to the present invention, since the oxidant gas is supplied during idling stop, the amount of oxygen staying in the vicinity of the electrolyte membrane when the cross leak phenomenon occurs can be reduced. The reaction at a high concentration can be suppressed, and the deterioration of the electrolyte membrane can be suppressed.
Further, according to the present invention, since the oxidant gas is supplied during idling stop, the current taken out from the fuel cell stack can be consumed by driving an air pump (for example, an air pump 21 described later). Thereby, regardless of whether or not the power storage device (for example, a high voltage battery 16 described later) is in a chargeable state, the current taken out from the fuel cell stack can be consumed, so there is no need to provide a discharge resistor.
Further, according to the present invention, since the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell stack during idle stop is lower than that during idle power generation, the above-mentioned effects are obtained and the wasteful supply of oxidant gas is reduced. It is also possible to suppress the deterioration of the efficiency of the fuel cell system.

この場合、前記アイドル停止制御中に、前記燃料電池スタックの最低セル電圧が所定の最低セル電圧閾値を下回るか否かを判定するセル電圧閾値判定手段（例えば、後述のＥＣＵ４０のセル電圧閾値判定部、セル電圧センサ４１及び図２のステップＳ１の実行に係る手段）と、前記最低セル電圧が前記最低セル電圧閾値を下回ると判定された場合に、前記反応ガス供給手段により前記燃料電池スタックに供給する酸化剤ガスの流量を増加することで、前記燃料電池スタックのセル電圧を回復させるセル電圧回復手段（例えば、後述のＥＣＵ４０のセル電圧回復部及び図２のステップＳ４、５の実行に係る手段）と、をさらに備えることが好ましい。   In this case, during the idle stop control, cell voltage threshold determination means for determining whether or not the minimum cell voltage of the fuel cell stack falls below a predetermined minimum cell voltage threshold (for example, a cell voltage threshold determination unit of the ECU 40 described later) And the cell voltage sensor 41 and the means relating to the execution of step S1 in FIG. 2) and the reactive gas supply means supplies the fuel cell stack to the fuel cell stack when it is determined that the minimum cell voltage is lower than the minimum cell voltage threshold. Cell voltage recovery means for recovering the cell voltage of the fuel cell stack by increasing the flow rate of the oxidizing gas (for example, a cell voltage recovery unit of the ECU 40 described later and means for executing steps S4 and S5 in FIG. 2) ).

通常、発電時に生成する水は、供給される反応ガスにより系外に排出される。ところが、本発明のアイドル停止時のように酸化剤ガスの流量が低い場合には、ガス流路内の水が完全に排出されず、ガス流路を閉塞するフラッティング現象が発生する。フラッティング現象が発生すると、酸化剤ガスが流通できなくなるため、電解質膜の近傍で水素と酸素が高濃度で反応してしまい、電解質膜の劣化を抑制できなくなる。
また、フラッティング現象が発生すると、燃料電池スタックの最低セル電圧が大きく低下する。この場合には、アイドル停止からの復帰直後にセル電圧が不安定となり、電流制限が必要となるおそれがある。
そこでこの発明によれば、アイドル停止中において、燃料電池スタックの最低セル電圧が所定の最低セル電圧閾値を下回った場合には、フラッティング現象を解消する必要があると判断し、燃料電池スタックに供給する酸化剤ガスの流量を増加する。これにより、フラッティング現象が解消されるため、電解質膜の劣化を抑制できるとともにセル電圧を回復でき、アイドル停止からの復帰直後に安定したセル電圧を確保できる。 Normally, water generated during power generation is discharged out of the system by the supplied reaction gas. However, when the flow rate of the oxidant gas is low as in the idling stop according to the present invention, the water in the gas flow path is not completely discharged, and a flatting phenomenon that blocks the gas flow path occurs. When the flatting phenomenon occurs, the oxidant gas cannot flow, so that hydrogen and oxygen react at a high concentration in the vicinity of the electrolyte membrane, and deterioration of the electrolyte membrane cannot be suppressed.
Further, when the flatting phenomenon occurs, the minimum cell voltage of the fuel cell stack is greatly reduced. In this case, the cell voltage becomes unstable immediately after returning from the idle stop, and current limitation may be required.
Therefore, according to the present invention, when the minimum cell voltage of the fuel cell stack falls below a predetermined minimum cell voltage threshold value during idling stop, it is determined that it is necessary to eliminate the flatting phenomenon. Increase the flow rate of the supplied oxidant gas. Thereby, since the flatting phenomenon is eliminated, the deterioration of the electrolyte membrane can be suppressed, the cell voltage can be recovered, and a stable cell voltage can be secured immediately after returning from the idle stop.

この場合、前記アイドル停止制御を開始してから前記燃料電池スタックの最低セル電圧が前記最低セル電圧閾値を下回るまでの時間をセル電圧低下時間として、当該セル電圧低下時間が所定時間内であるか否かを判定するセル電圧低下時間判定手段（例えば、後述のＥＣＵ４０のセル電圧低下時間判定部及び図２のステップＳ３の実行に係る手段）をさらに備え、前記セル電圧回復手段は、前記セル電圧低下時間が前記所定時間内であると判定された場合に、前記反応ガス供給手段により前記燃料電池スタックに供給する酸化剤ガスの流量を前記アイドル発電時よりも増加することで、前記燃料電池スタックのセル電圧を回復させることが好ましい。   In this case, whether the cell voltage decrease time is within a predetermined time, with the time from the start of the idle stop control until the lowest cell voltage of the fuel cell stack falls below the minimum cell voltage threshold being the cell voltage decrease time Cell voltage drop time determination means for determining whether or not (for example, a cell voltage drop time determination unit of ECU 40 to be described later and means for executing step S3 in FIG. 2), and the cell voltage recovery means includes the cell voltage recovery means When it is determined that the reduction time is within the predetermined time, the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell stack by the reaction gas supply means is increased from that during the idle power generation, thereby the fuel cell stack It is preferable to restore the cell voltage.

アイドル停止制御を開始してから所定時間内に最低セル電圧が所定の最低セル電圧閾値を下回った場合、このセル電圧の異常な低下は、フラッティング現象が過度に発生して多量の水がガス流路内を閉塞していることが原因であると考えられる。このため、燃料電池スタックに供給する酸化剤ガスの流量を増加したとしても、その流量が低い場合には、フラッティング現象を十分に解消できないおそれがある。
そこでこの発明によれば、セル電圧低下時間が所定時間内である場合には、アイドル発電時よりも酸化剤ガスの流量を増加する。これにより、フラッティング現象が確実に解消されるため、電解質膜の劣化を抑制できるとともにセル電圧を回復でき、アイドル停止からの復帰直後に安定したセル電圧を確保できる。 If the minimum cell voltage falls below the predetermined minimum cell voltage threshold within a predetermined time after the start of the idle stop control, this abnormal decrease in cell voltage is caused by excessive flatting and a large amount of water gas. It is thought that this is because the flow path is blocked. For this reason, even if the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell stack is increased, if the flow rate is low, the flatting phenomenon may not be sufficiently solved.
Therefore, according to the present invention, when the cell voltage drop time is within the predetermined time, the flow rate of the oxidant gas is increased as compared with the idle power generation. As a result, the flatting phenomenon is surely eliminated, so that the deterioration of the electrolyte membrane can be suppressed, the cell voltage can be recovered, and a stable cell voltage can be secured immediately after returning from the idle stop.

この場合、前記セル電圧回復手段は、前記セル電圧低下時間が短いほど、前記反応ガス供給手段により前記燃料電池スタックに供給する酸化剤ガスの流量を増加することで、前記燃料電池スタックのセル電圧を回復させることが好ましい。   In this case, the cell voltage recovery means increases the cell voltage of the fuel cell stack by increasing the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell stack by the reaction gas supply means as the cell voltage drop time is shorter. It is preferable to recover.

この発明によれば、セル電圧が急激に低下し、セル電圧低下時間が短いほど、酸化剤ガスの流量を増加する。即ち、フラッティング現象の発生度合に応じて、燃料電池スタックに供給する酸化剤ガス流量を増加する。これにより、フラッティング現象がより確実に解消されるため、電解質膜の劣化を抑制できるとともにセル電圧を回復でき、アイドル停止からの復帰直後に安定したセル電圧を確保できる。   According to the present invention, the flow rate of the oxidant gas is increased as the cell voltage rapidly decreases and the cell voltage decrease time is shorter. That is, the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell stack is increased according to the degree of occurrence of the flatting phenomenon. As a result, the flatting phenomenon is more reliably eliminated, so that the deterioration of the electrolyte membrane can be suppressed, the cell voltage can be recovered, and a stable cell voltage can be secured immediately after returning from the idle stop.

また本発明の燃料電池システム（例えば、後述の燃料電池システム１）の制御方法は、反応ガス（例えば、後述の水素及び空気）が供給されることで発電する燃料電池セルを複数積層して構成された燃料電池スタック（例えば、後述の燃料電池１０）と、前記燃料電池スタックに反応ガスを供給する反応ガス供給手段（例えば、後述のエアポンプ２１、水素タンク２２、エゼクタ２８及びレギュレータ２６１）と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、アイドル発電中に所定条件が成立した場合に開始し、前記反応ガス供給手段により前記アイドル発電時よりも低流量の酸化剤ガス（例えば、後述の空気）を前記燃料電池スタックに供給しながら、前記アイドル発電時よりも低電流を前記燃料電池スタックから取り出すアイドル停止工程（例えば、後述のＥＣＵ４０のアイドル停止制御部により実行されるアイドル停止制御工程）を備えることを特徴とする。   In addition, the control method of the fuel cell system (for example, a fuel cell system 1 described later) of the present invention is configured by stacking a plurality of fuel cell cells that generate power by being supplied with a reaction gas (for example, hydrogen and air described later). A fuel cell stack (for example, a fuel cell 10 described later), and a reaction gas supply means (for example, an air pump 21, a hydrogen tank 22, an ejector 28, and a regulator 261 described later) for supplying a reaction gas to the fuel cell stack, A control method for a fuel cell system, which starts when a predetermined condition is satisfied during idle power generation, and has a lower flow rate of oxidant gas (for example, air described later) than during idle power generation by the reactive gas supply means. ) Is supplied to the fuel cell stack, and an idle stop that extracts a lower current from the fuel cell stack than during the idle power generation. Step (e.g., an idle stop control process executed by the idling stop control unit of the ECU40 will be described later), characterized in that it comprises a.

この場合、前記アイドル停止工程中に、前記燃料電池スタックの最低セル電圧が所定の最低セル電圧閾値を下回るか否かを判定するセル電圧閾値判定工程（例えば、後述の図２のステップＳ１に示す工程）と、前記最低セル電圧が前記最低セル電圧閾値を下回ると判定された場合に、前記反応ガス供給手段により前記燃料電池スタックに供給する酸化剤ガスの流量を増加することで、前記燃料電池スタックのセル電圧を回復させるセル電圧回復工程（例えば、後述の図２のステップＳ４、５に示す工程）と、をさらに備えることが好ましい。   In this case, a cell voltage threshold determination step for determining whether or not the minimum cell voltage of the fuel cell stack falls below a predetermined minimum cell voltage threshold during the idle stop step (for example, as shown in step S1 of FIG. 2 described later). Step) and increasing the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell stack by the reaction gas supply means when it is determined that the minimum cell voltage is lower than the minimum cell voltage threshold, It is preferable to further include a cell voltage recovery step (for example, a step shown in steps S4 and S5 in FIG. 2 described later) for recovering the cell voltage of the stack.

この場合、前記アイドル停止工程を開始してから前記燃料電池スタックの最低セル電圧が前記最低セル電圧閾値を下回るまでの時間をセル電圧低下時間として、当該セル電圧低下時間が所定時間内であるか否かを判定するセル電圧低下時間判定工程（例えば、後述の図２のステップＳ３に示す工程）をさらに備え、前記セル電圧回復工程では、前記セル電圧低下時間が前記所定時間内であると判定された場合に、前記反応ガス供給手段により前記燃料電池スタックに供給する酸化剤ガスの流量を前記アイドル発電時よりも増加することで、前記燃料電池スタックのセル電圧を回復させることが好ましい。   In this case, whether the cell voltage decrease time is within a predetermined time, with the time from the start of the idle stop step until the minimum cell voltage of the fuel cell stack falls below the minimum cell voltage threshold as the cell voltage decrease time A cell voltage drop time determination step (for example, a step shown in step S3 of FIG. 2 described later) for determining whether or not the cell voltage drop time is within the predetermined time in the cell voltage recovery step. In this case, it is preferable that the cell voltage of the fuel cell stack is recovered by increasing the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell stack by the reaction gas supply unit as compared with the idle power generation.

この場合、前記セル電圧回復工程では、前記セル電圧低下時間が短いほど、前記反応ガス供給手段により前記燃料電池スタックに供給する酸化剤ガスの流量を増加することで、セル電圧を回復させることが好ましい。   In this case, in the cell voltage recovery step, the cell voltage can be recovered by increasing the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell stack by the reaction gas supply means as the cell voltage decrease time is shorter. preferable.

これら燃料電池システムの制御方法は、それぞれ、上述の燃料電池システムを方法の発明として展開したものであり、上述の燃料電池システムと同様の効果を奏する。   Each of these fuel cell system control methods is developed from the above-described fuel cell system as a method invention, and has the same effects as the above-described fuel cell system.

本発明によれば、速やかにアイドル停止に移行できるとともに、アイドル停止中の電解質膜の劣化及びセル電圧の低下を抑制でき、且つディスチャージ抵抗を設ける必要が無い燃料電池システム及びその制御方法を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to transfer to idle stop rapidly, degradation of the electrolyte membrane in idle stop and the fall of a cell voltage can be suppressed, and the fuel cell system which does not need to provide a discharge resistance, and its control method can be provided. .

本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを示すブロック図である。1 is a block diagram showing a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 上記実施形態に係るアイドル停止制御中にセル電圧を回復するセル電圧回復制御処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the cell voltage recovery control process which recovers a cell voltage during the idle stop control which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係るセル電圧回復制御において、セル電圧の低下が通常である場合の制御例を示すタイムチャートである。In the cell voltage recovery control according to the above embodiment, it is a time chart showing a control example in the case where the cell voltage drop is normal. 上記実施形態に係るセル電圧回復制御において、セル電圧の低下が異常である場合の制御例を示すタイムチャートである。In the cell voltage recovery control according to the above embodiment, it is a time chart showing an example of control when the drop in cell voltage is abnormal.

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る燃料電池システム１のブロック図である。
燃料電池システム１は、燃料電池スタックとしての燃料電池１０と、この燃料電池１０に反応ガスを供給する反応ガス供給手段としての供給装置２０と、これら燃料電池１０及び供給装置２０を制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）４０とを備える。この燃料電池システム１は、例えば、燃料電池１０により発電された電力を動力源とする図示しない燃料電池車両に搭載される。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a fuel cell system 1 according to this embodiment.
The fuel cell system 1 includes a fuel cell 10 as a fuel cell stack, a supply device 20 as a reaction gas supply means for supplying a reaction gas to the fuel cell 10, and electronic control for controlling the fuel cell 10 and the supply device 20. A unit (hereinafter referred to as “ECU”) 40. The fuel cell system 1 is mounted, for example, in a fuel cell vehicle (not shown) that uses electric power generated by the fuel cell 10 as a power source.

燃料電池１０は、例えば、数十個から数百個の燃料電池セルが電気的に直列に接続されて積層されたスタック構造である。各セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極（陰極）及びカソード電極（陽極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。   The fuel cell 10 has a stack structure in which, for example, several tens to several hundreds of fuel cells are electrically connected in series and stacked. Each cell is configured by sandwiching a membrane electrode structure (MEA) between a pair of separators. The membrane electrode structure is composed of two electrodes, an anode electrode (cathode) and a cathode electrode (anode), and a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between these electrodes. Usually, both electrodes are formed of a catalyst layer that performs an oxidation / reduction reaction in contact with the solid polymer electrolyte membrane and a gas diffusion layer in contact with the catalyst layer.

このような燃料電池１０は、アノード電極（陰極）側に形成されたアノード電極流路１３に燃料ガスとしての水素が供給され、カソード電極（陽極）側に形成されたカソード電極流路１４に酸素を含む酸化剤ガスとしての空気（エア）が供給されると、水素と酸素の電気化学反応が進行して発電する。   In such a fuel cell 10, hydrogen as a fuel gas is supplied to an anode electrode channel 13 formed on the anode electrode (cathode) side, and oxygen is supplied to a cathode electrode channel 14 formed on the cathode electrode (anode) side. When air as an oxidant gas containing oxygen is supplied, an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen proceeds to generate electricity.

また燃料電池１０は、電流制限器（ＶＣＵ）１５を介して、蓄電装置としての高圧バッテリ１６及び電気負荷としての駆動モータ１７に接続されている。高圧バッテリ１６及び駆動モータ１７には、燃料電池１０で発電された電力が供給される。   The fuel cell 10 is connected via a current limiter (VCU) 15 to a high voltage battery 16 as a power storage device and a drive motor 17 as an electric load. The high-voltage battery 16 and the drive motor 17 are supplied with electric power generated by the fuel cell 10.

ＶＣＵ１５は、図示しないＤＣＤＣコンバータ等を備え、ＥＣＵ４０から出力される電流指令値に基づいて、燃料電池１０のディスチャージ電流を制御する。
高圧バッテリ１６は、燃料電池１０の出力電圧よりも高圧バッテリ１６の電圧が低い場合には、燃料電池１０で発電した電力を蓄電する。一方、必要に応じて駆動モータ１７に電力を供給し、駆動モータ１７の駆動を補助する。この高圧バッテリ１６は、例えば、リチウムイオン電池等の二次電池や、キャパシタ等により構成される。 The VCU 15 includes a DCDC converter (not shown) and controls the discharge current of the fuel cell 10 based on a current command value output from the ECU 40.
The high voltage battery 16 stores the electric power generated by the fuel cell 10 when the voltage of the high voltage battery 16 is lower than the output voltage of the fuel cell 10. On the other hand, power is supplied to the drive motor 17 as needed to assist the drive of the drive motor 17. The high voltage battery 16 is configured by, for example, a secondary battery such as a lithium ion battery, a capacitor, or the like.

供給装置２０は、カソード電極流路１４にエアを供給する酸化剤ガス供給手段としてのエアポンプ２１と、アノード電極流路１３に水素を供給する燃料ガス供給手段としての水素タンク２２、エゼクタ２８及びレギュレータ２６１と、を含んで構成される。   The supply device 20 includes an air pump 21 as oxidant gas supply means for supplying air to the cathode electrode flow path 14, a hydrogen tank 22 as fuel gas supply means for supplying hydrogen to the anode electrode flow path 13, an ejector 28, and a regulator. 261.

エアポンプ２１は、エア供給路２３を介してカソード電極流路１４の一端側に接続されている。カソード電極流路１４の他端側には、エア排出路２４が接続され、このエア排出路２４の先端側には、後述の希釈器５０が接続されている。エア排出路２４は、燃料電池１０から排出されたエア（酸化剤オフガス）を希釈器５０に導入する。
また、背圧弁２４１は、エア排出路２４に設けられている。この背圧弁２４１は、エア供給路２３やカソード電極流路１４内の圧力を所定の圧力に制御する。 The air pump 21 is connected to one end side of the cathode electrode channel 14 via the air supply channel 23. An air discharge path 24 is connected to the other end side of the cathode electrode flow path 14, and a diluter 50 described later is connected to the front end side of the air discharge path 24. The air discharge path 24 introduces air (oxidant off-gas) discharged from the fuel cell 10 into the diluter 50.
Further, the back pressure valve 241 is provided in the air discharge path 24. The back pressure valve 241 controls the pressure in the air supply passage 23 and the cathode electrode passage 14 to a predetermined pressure.

また、エア供給路２３には、エアポンプ２１で圧縮されたエアを、希釈器５０に希釈ガスとして導入する希釈ガス流路２５が分岐して設けられている。希釈ガス流路２５の先端側は、希釈器５０に接続されている。希釈ガス流路２５には、希釈ガス流路２５を開閉する図示しない希釈ガス遮断弁が設けられている。   The air supply path 23 is provided with a diluting gas flow path 25 for introducing the air compressed by the air pump 21 into the diluter 50 as a diluting gas. The distal end side of the dilution gas channel 25 is connected to the diluter 50. The dilution gas flow path 25 is provided with a dilution gas cutoff valve (not shown) that opens and closes the dilution gas flow path 25.

水素タンク２２は、水素供給路２６を介して、アノード電極流路１３の一端側に接続されている。エゼクタ２８は、この水素供給路２６に設けられている。また、水素供給路２６のうち水素タンク２２とエゼクタ２８との間には、水素供給路２６を開閉する図示しない水素遮断弁と、水素タンク２２から供給される水素の流量を制御するレギュレータ２６１が設けられている。   The hydrogen tank 22 is connected to one end side of the anode electrode channel 13 through a hydrogen supply channel 26. The ejector 28 is provided in the hydrogen supply path 26. A hydrogen cutoff valve (not shown) for opening and closing the hydrogen supply path 26 and a regulator 261 for controlling the flow rate of hydrogen supplied from the hydrogen tank 22 are provided between the hydrogen tank 22 and the ejector 28 in the hydrogen supply path 26. Is provided.

レギュレータ２６１には、エアポンプ２１から水素供給路２６に向かうエアの圧力が、図示しないオリフィスが設けられた配管３１を介して信号圧（パイロット圧力）として入力される。レギュレータ２６１は、入力されたエアの圧力に基づいて水素の圧力を制御し、これにより、供給される水素の流量が制御される。   Air pressure from the air pump 21 toward the hydrogen supply path 26 is input to the regulator 261 as signal pressure (pilot pressure) through a pipe 31 provided with an orifice (not shown). The regulator 261 controls the hydrogen pressure based on the input air pressure, and thereby the flow rate of the supplied hydrogen is controlled.

アノード電極流路１３の他端側には、水素還流路２７が接続されている。この水素還流路２７の先端側は、エゼクタ２８に接続されている。水素還流路２７は、燃料電池１０から排出された水素（燃料オフガス）をエゼクタ２８に導入する。エゼクタ２８は、水素還流路２７を流通する水素を回収し、水素供給路２６に還流する。   A hydrogen reflux path 27 is connected to the other end side of the anode electrode flow path 13. The distal end side of the hydrogen reflux path 27 is connected to an ejector 28. The hydrogen recirculation path 27 introduces hydrogen (fuel offgas) discharged from the fuel cell 10 into the ejector 28. The ejector 28 collects the hydrogen flowing through the hydrogen reflux path 27 and returns it to the hydrogen supply path 26.

水素還流路２７には、水素還流路２７から分岐して水素（燃料オフガス）を排出するための水素排出路２９が設けられている。水素排出路２９の先端側には、希釈器５０が接続されている。
水素排出路２９には、水素排出路２９を開閉するパージ弁２９１が設けられている。このパージ弁２９１が開いてパージ処理が実行されることで、燃料電池１０から排出された水素（燃料オフガス）が希釈器５０に導入される。 The hydrogen reflux path 27 is provided with a hydrogen discharge path 29 that branches off from the hydrogen reflux path 27 and discharges hydrogen (fuel off-gas). A diluter 50 is connected to the distal end side of the hydrogen discharge path 29.
The hydrogen discharge path 29 is provided with a purge valve 291 that opens and closes the hydrogen discharge path 29. When the purge valve 291 is opened and the purge process is executed, hydrogen (fuel offgas) discharged from the fuel cell 10 is introduced into the diluter 50.

希釈器５０は、水素排出路２９を介して導入され希釈器５０内に滞留した燃料オフガスを、エア排出路２４を介して導入された酸化剤オフガス及び希釈ガス流路２５を介して導入された酸化剤ガスにより希釈する。燃料オフガスは、パージ弁２９１が開いてパージ処理が実行されることで希釈器５０内に導入され、希釈器５０内で希釈されてから、大気に放出される。   The diluter 50 introduced the fuel off-gas introduced through the hydrogen discharge passage 29 and stayed in the diluter 50 through the oxidant off-gas and dilution gas passage 25 introduced through the air discharge passage 24. Dilute with oxidant gas. The fuel off-gas is introduced into the diluter 50 when the purge valve 291 is opened and the purge process is executed, diluted in the diluter 50, and then released to the atmosphere.

本実施形態では、カソード電極流路１４、エア供給路２３、エア排出路２４及び希釈ガス流路２５が、酸化剤ガス又は酸化剤オフガスが流通する酸化剤ガス系流路であり、図１では黒矢印で示している。また、アノード電極流路１３、水素供給路２６、水素還流路２７及び水素排出路２９が、燃料ガス又は燃料オフガスが流通する燃料ガス系流路であり、図１では白矢印で示している。   In the present embodiment, the cathode electrode flow path 14, the air supply path 23, the air discharge path 24, and the dilution gas flow path 25 are oxidant gas system flow paths through which the oxidant gas or the oxidant off-gas flows, and in FIG. This is indicated by a black arrow. Further, the anode electrode flow path 13, the hydrogen supply path 26, the hydrogen recirculation path 27, and the hydrogen discharge path 29 are fuel gas flow paths through which fuel gas or fuel off-gas flows, and are indicated by white arrows in FIG.

上述のエアポンプ２１、背圧弁２４１、希釈ガス遮断弁、水素遮断弁及びパージ弁２９１は、ＥＣＵ４０に電気的に接続されており、ＥＣＵ４０により制御される。   The air pump 21, the back pressure valve 241, the dilution gas cutoff valve, the hydrogen cutoff valve and the purge valve 291 are electrically connected to the ECU 40 and controlled by the ECU 40.

ＥＣＵ４０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下、「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ４０は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路と、エアポンプ２１、背圧弁２４１、希釈ガス遮断弁、水素遮断弁及びパージ弁２９１等に制御信号を出力する出力回路とを備える。   The ECU 40 shapes an input signal waveform from various sensors, corrects a voltage level to a predetermined level, converts an analog signal value into a digital signal value, and a central processing unit (hereinafter, referred to as a central processing unit). "CPU"). In addition, the ECU 40 outputs control signals to a storage circuit that stores various calculation programs executed by the CPU, calculation results, and the like, an air pump 21, a back pressure valve 241, a dilution gas cutoff valve, a hydrogen cutoff valve, and a purge valve 291. Output circuit.

また、ＥＣＵ４０には、燃料電池１０のセル電圧を検出するセル電圧センサ４１が接続されている。このセル電圧センサ４１は、燃料電池１０を構成する複数の燃料電池セル毎のセル電圧を検出する。検出信号はＥＣＵ４０に送信され、検出された燃料電池セル毎のセル電圧のうち、最も低いセル電圧を最低セル電圧とする。
なお、セル電圧センサ４１は、複数の燃料電池セルのうち２つ以上を１つの燃料電池セル群とし、これら燃料電池セル群毎の電圧を検出するように構成してもよい。この場合には、燃料電池セル群毎の電圧のうち、最も低い電圧を最低セル電圧とする。 The ECU 40 is connected to a cell voltage sensor 41 that detects the cell voltage of the fuel cell 10. The cell voltage sensor 41 detects a cell voltage for each of the plurality of fuel cells constituting the fuel cell 10. The detection signal is transmitted to the ECU 40, and among the detected cell voltages for each fuel cell, the lowest cell voltage is set as the lowest cell voltage.
The cell voltage sensor 41 may be configured to detect two or more of the plurality of fuel cells as one fuel cell group and detect the voltage for each of these fuel cell groups. In this case, the lowest voltage among the voltages for each fuel cell group is set as the lowest cell voltage.

ＥＣＵ４０は、後述するアイドル停止制御及びセル電圧回復制御を実行するためのモジュールとして、アイドル停止制御部と、セル電圧閾値判定部と、セル電圧低下時間判定部と、セル電圧回復部と、を備える。   The ECU 40 includes an idle stop control unit, a cell voltage threshold determination unit, a cell voltage drop time determination unit, and a cell voltage recovery unit as modules for executing idle stop control and cell voltage recovery control, which will be described later. .

アイドル停止制御部は、アイドル発電中に所定条件が成立した場合に、後述のアイドル停止制御を開始する。
ここで、車両走行時の通常発電時に比して低ストイキで発電を行うアイドル発電は、例えば車速が所定時間、継続してゼロである場合に実行される。
また、所定条件が成立した場合とは、例えば、希釈器５０内の現在の水素濃度が所定の水素濃度以下であり、希釈器５０内の燃料オフガスの希釈が完了したと判定された場合である。所定の水素濃度は、後述するアイドル停止制御を実行した場合に高濃度の水素が車外に排出されない濃度に設定される。
希釈器５０内の現在の水素濃度は、例えば、パージ弁２９１が開かれて燃料オフガスが希釈器５０内に導入されてから、つまり前回パージ処理から希釈器５０内に導入された希釈ガス量の積算値に基づいて算出される。即ち、前回パージ処理後、希釈器５０内に導入された希釈ガス量の積算値が所定値以上である場合、希釈器５０内の現在の水素濃度は所定の水素濃度以下であると判定可能である。前回パージ処理からの希釈ガス量の積算値は、前回パージ処理からの電流積算値に基づいて算出される。
なお、希釈が完了したか否かは、例えば希釈器５０から排出されるガス中の水素濃度を検出する水素濃度センサの検出信号に基づいて判定してもよい。 The idle stop control unit starts idle stop control described later when a predetermined condition is satisfied during idle power generation.
Here, idle power generation, in which power generation is performed at a low stoichiometric ratio compared to normal power generation during vehicle travel, is performed, for example, when the vehicle speed is continuously zero for a predetermined time.
The case where the predetermined condition is satisfied is, for example, a case where the current hydrogen concentration in the diluter 50 is equal to or lower than the predetermined hydrogen concentration and it is determined that the dilution of the fuel off-gas in the diluter 50 is completed. . The predetermined hydrogen concentration is set to a concentration at which high concentration hydrogen is not discharged outside the vehicle when idle stop control described later is executed.
The current hydrogen concentration in the diluter 50 is, for example, the amount of diluting gas introduced into the diluter 50 from the previous purge process after the purge valve 291 is opened and the fuel off-gas is introduced into the diluter 50. Calculated based on the integrated value. That is, if the integrated value of the dilution gas amount introduced into the diluter 50 after the previous purge process is greater than or equal to a predetermined value, it can be determined that the current hydrogen concentration in the diluter 50 is less than or equal to the predetermined hydrogen concentration. is there. The integrated value of the dilution gas amount from the previous purge process is calculated based on the current integrated value from the previous purge process.
Note that whether or not the dilution has been completed may be determined based on, for example, a detection signal of a hydrogen concentration sensor that detects the hydrogen concentration in the gas discharged from the diluter 50.

アイドル停止制御部は、上記の所定条件が成立したことに応じて、アイドル発電時よりも低流量のエアを燃料電池１０に供給しながら、アイドル発電時よりも低電流を燃料電池１０から取り出すアイドル停止制御を開始する。
具体的には、アイドル停止制御部は、アイドル発電時の電流指令値（以下、「アイドル発電用電流指令値」という）よりも低い電流指令値（以下、「アイドル停止用電流指令値」という）をＶＣＵ１５に出力し、燃料電池１０のディスチャージ電流を制御する。これにより、アイドル発電時よりもディスチャージ電流が低下する。このディスチャージ電流は、エアポンプ２１の駆動に利用される。
なお、このアイドル停止制御は、燃料電池１０の最低セル電圧が後述の最低セル電圧閾値を下回り、後述のセル電圧回復制御が実行された場合、又は運転者からの加速要求があった場合に解除される。 The idle stop control unit supplies an air having a lower flow rate than that during idle power generation to the fuel cell 10 in response to the establishment of the predetermined condition, while taking out a lower current from the fuel cell 10 than during idle power generation. Start stop control.
Specifically, the idle stop control unit has a current command value (hereinafter referred to as “idle stop current command value”) lower than a current command value during idle power generation (hereinafter referred to as “idle power generation current command value”). Is output to the VCU 15 to control the discharge current of the fuel cell 10. As a result, the discharge current is lower than that during idle power generation. This discharge current is used to drive the air pump 21.
This idle stop control is canceled when the minimum cell voltage of the fuel cell 10 falls below the minimum cell voltage threshold, which will be described later, and the cell voltage recovery control, which will be described later, is executed, or when there is an acceleration request from the driver. Is done.

また、アイドル停止制御部は、アイドル停止用電流指令値に応じて、アイドル発電時よりも低流量のエア流量を設定し、設定されたエア流量に応じたエアポンプ回転数の指令値をエアポンプ２１に出力する。これにより、アイドル発電時よりも低流量のエアが燃料電池１０に供給される。また、本実施形態の燃料電池システム１では、低流量のエアに対応した信号圧がレギュレータ２６１に入力され、アイドル発電時よりも低流量の水素が燃料電池１０に供給される。即ち、アイドル発電時よりもさらに低ストイキでの発電が行われる。例えば、アイドル発電ではストイキ比が約２．０に設定されるところ、本実施形態のアイドル停止制御ではストイキ比が約１．０に設定される。   Further, the idle stop control unit sets an air flow rate lower than that during idle power generation in accordance with the idle stop current command value, and sends a command value for the air pump rotation speed to the air pump 21 in accordance with the set air flow rate. Output. As a result, air having a lower flow rate than that during idle power generation is supplied to the fuel cell 10. Further, in the fuel cell system 1 of the present embodiment, a signal pressure corresponding to a low flow rate of air is input to the regulator 261, and a lower flow rate of hydrogen is supplied to the fuel cell 10 than during idle power generation. That is, power generation is performed at a lower stoichiometry than during idle power generation. For example, while the stoichiometric ratio is set to about 2.0 in idle power generation, the stoichiometric ratio is set to about 1.0 in the idle stop control of the present embodiment.

セル電圧閾値判定部は、上記のアイドル停止制御中に、燃料電池１０の最低セル電圧が所定の最低セル電圧閾値を下回るか否かを判定する。
より詳しくは、セル電圧閾値判定部は、セル電圧センサ４１で検出された燃料電池セル毎のセル電圧のうち、最も低い最低セル電圧を取得し、取得した最低セル電圧が所定の最低セル電圧閾値を下回るか否かを判定する。
ここで、所定の最低セル電圧閾値は、車両走行時の通常発電時に燃料電池１０の保護の観点から電流制限を開始するセル電圧以下であり、且つ負電圧にはならない値に設定される。これにより、電流制限を開始する必要があるにも関わらず、ディスチャージ電流指令値を増加させてしまうのが回避され、安定したセル電圧が確保される。 The cell voltage threshold determination unit determines whether or not the minimum cell voltage of the fuel cell 10 is lower than a predetermined minimum cell voltage threshold during the idle stop control.
More specifically, the cell voltage threshold determination unit acquires the lowest minimum cell voltage among the cell voltages for each fuel cell detected by the cell voltage sensor 41, and the acquired minimum cell voltage is a predetermined minimum cell voltage threshold. It is determined whether or not it falls below.
Here, the predetermined minimum cell voltage threshold is set to a value that is equal to or less than the cell voltage at which current limiting starts from the viewpoint of protection of the fuel cell 10 during normal power generation during vehicle travel, and does not become a negative voltage. Thereby, it is avoided that the discharge current command value is increased although it is necessary to start the current limitation, and a stable cell voltage is secured.

セル電圧低下時間判定部は、上記のアイドル停止制御を開始してから、燃料電池１０の最低セル電圧が上記の最低セル電圧閾値を下回るまでの時間（以下、「セル電圧低下時間」という）が、所定時間（以下、「セル電圧異常低下判断時間」という）内であるか否かを判定する。
より詳しくは、セル電圧低下時間判定部は、上記のセル電圧低下時間をタイマにより計測して取得し、取得されたセル電圧低下時間が上記のセル電圧異常低下判断時間内であるか否かを判定する。ここで、セル電圧異常低下判断時間は、予め実験を行うことにより設定される。 The cell voltage drop time determination unit determines a time period (hereinafter referred to as “cell voltage drop time”) from when the idle stop control is started until the minimum cell voltage of the fuel cell 10 falls below the minimum cell voltage threshold. It is determined whether or not it is within a predetermined time (hereinafter referred to as “cell voltage abnormality drop determination time”).
More specifically, the cell voltage decrease time determination unit measures and acquires the cell voltage decrease time with a timer, and determines whether or not the acquired cell voltage decrease time is within the cell voltage abnormal decrease determination time. judge. Here, the cell voltage abnormality decrease determination time is set by conducting an experiment in advance.

セル電圧回復制御部は、上記のアイドル停止制御中に、セル電圧を回復するセル電圧回復制御を実行する。
具体的には、セル電圧回復制御部は、上記のセル電圧閾値判定部により、燃料電池１０の最低セル電圧が最低セル電圧閾値を下回ると判定された場合には、燃料電池１０に供給するエアの流量を増加する。
また、上記のセル電圧低下時間判定部により、セル電圧低下時間がセル電圧異常低下判断時間内であると判定された場合には、アイドル発電時よりもエア流量を増加する。具体的には、アイドル発電用電流指令値よりも高い電流指令値（以下、「異常セル電圧回復用電流指令値」という）をＶＣＵ１５に出力することで、アイドル発電時よりもディスチャージ電流が高くなる。また、異常セル電圧回復用電流指令値に応じて、アイドル発電時よりも高流量のエア流量を設定し、設定されたエア流量に応じたエアポンプ回転数の指令値をエアポンプ２１に出力する。これにより、アイドル発電時よりも高流量のエアが燃料電池１０に供給される。また、高流量のエアに対応した信号圧がレギュレータ２６１に入力され、アイドル発電時よりも高流量の水素が燃料電池１０に供給される。即ち、アイドル発電時よりも高ストイキでの発電が行われる。
また、セル電圧回復制御部は、セル電圧低下時間がセル電圧異常低下判断時間内であると判定された場合には、セル電圧低下時間が短いほど、エア流量を増加する。即ち、セル電圧低下時間に応じた電流指令値をＶＣＵ１５に出力し、かかる電流指令値に応じたエアポンプ回転数の指令値をエアポンプ２１に出力する。これにより、セル電圧低下時間、即ちフラッティング現象の発生度合に応じて、エア流量及び水素流量が増量される。 The cell voltage recovery control unit executes cell voltage recovery control for recovering the cell voltage during the idle stop control.
Specifically, the cell voltage recovery control unit determines that the air supplied to the fuel cell 10 when the cell voltage threshold determination unit determines that the minimum cell voltage of the fuel cell 10 is lower than the minimum cell voltage threshold. Increase the flow rate.
Further, when the cell voltage drop time determination unit determines that the cell voltage drop time is within the cell voltage abnormal drop determination time, the air flow rate is increased as compared with the idle power generation. Specifically, by outputting a current command value higher than the idle power generation current command value (hereinafter referred to as “abnormal cell voltage recovery current command value”) to the VCU 15, the discharge current becomes higher than during idle power generation. . In addition, an air flow rate that is higher than that during idle power generation is set according to the abnormal cell voltage recovery current command value, and a command value for the air pump speed corresponding to the set air flow rate is output to the air pump 21. As a result, air having a higher flow rate than that during idle power generation is supplied to the fuel cell 10. In addition, a signal pressure corresponding to a high flow rate of air is input to the regulator 261, and a higher flow rate of hydrogen than that during idle power generation is supplied to the fuel cell 10. That is, power generation is performed at a higher stoichiometry than during idle power generation.
In addition, when it is determined that the cell voltage drop time is within the cell voltage abnormality drop determination time, the cell voltage recovery control unit increases the air flow rate as the cell voltage drop time is shorter. That is, a current command value corresponding to the cell voltage drop time is output to the VCU 15, and a command value for the air pump rotation speed corresponding to the current command value is output to the air pump 21. Thus, the air flow rate and the hydrogen flow rate are increased according to the cell voltage drop time, that is, the degree of occurrence of the flatting phenomenon.

以下、ＥＣＵによるアイドル停止制御中にセル電圧を回復するセル電圧回復制御について、図２を参照して詳しく説明する。   Hereinafter, the cell voltage recovery control for recovering the cell voltage during the idle stop control by the ECU will be described in detail with reference to FIG.

図２は、ＥＣＵによるアイドル停止制御中にセル電圧を回復するセル電圧回復制御処理の手順を示すフローチャートである。図２に示す処理は、アイドル停止制御中において、ＥＣＵにより所定の制御周期毎に繰り返し実行される。   FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of cell voltage recovery control processing for recovering the cell voltage during idle stop control by the ECU. The process shown in FIG. 2 is repeatedly executed by the ECU every predetermined control period during the idle stop control.

ステップＳ１では、アイドル停止制御中に、燃料電池の最低セル電圧が所定の最低セル電圧閾値を下回るか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、フラッティング現象が発生し、フラッティング現象を解消してセル電圧を回復する必要があると判断し、ステップＳ３に移る。この判別がＮＯの場合には、まだセル電圧を回復する必要は無いと判断し、ステップＳ２に移る。   In step S1, it is determined whether or not the minimum cell voltage of the fuel cell falls below a predetermined minimum cell voltage threshold value during the idle stop control. If this determination is YES, it is determined that a flatting phenomenon has occurred and it is necessary to eliminate the flatting phenomenon and restore the cell voltage, and the process proceeds to step S3. If this determination is NO, it is determined that it is not necessary to restore the cell voltage yet, and the process proceeds to step S2.

ステップＳ２では、アイドル停止用電流指令値をＶＣＵに出力し、アイドル停止用電流指令値に応じた低流量のエア及び水素の供給を継続する。即ち、アイドル停止制御を継続し、本処理を終了する。   In step S2, the idle stop current command value is output to the VCU, and the supply of air and hydrogen at a low flow rate according to the idle stop current command value is continued. That is, the idle stop control is continued and this process is terminated.

ステップＳ３では、セル電圧低下時間が所定のセル電圧異常低下判断時間内であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、フラッティング現象の発生によりセル電圧の異常低下が認められ、アイドル発電時よりもエア流量を増加させないとフラッティング現象は解消できないと判断し、ステップＳ５に移る。この判別がＮＯの場合には、セル電圧の通常低下が認められ、アイドル発電時と同量のエア流量に増加させればフラッティング現象は解消できると判断し、ステップＳ４に移る。   In step S3, it is determined whether or not the cell voltage drop time is within a predetermined cell voltage abnormality drop determination time. If this determination is YES, an abnormal drop in the cell voltage is recognized due to the occurrence of the flatting phenomenon, and it is determined that the flatting phenomenon cannot be resolved unless the air flow rate is increased as compared with the idle power generation, and the process proceeds to step S5. If this determination is NO, a normal drop in the cell voltage is recognized, and it is determined that the flatting phenomenon can be eliminated by increasing the air flow rate to the same amount as during idle power generation, and the process proceeds to step S4.

ステップＳ４では、アイドル発電用電流指令値をＶＣＵに出力し、アイドル停止用電流指令値に応じた流量よりも高い、アイドル発電用電流指令値に応じた流量のエア及び水素を供給する。より高い流量のエア及び水素が供給されるようになる結果、フラッティング現象が解消され、電解質膜の劣化が抑制されるとともに、セル電圧が回復する。これにより、アイドル停止制御が解除され、本処理を終了する。   In step S4, the idle power generation current command value is output to the VCU, and air and hydrogen having a flow rate higher than the flow rate corresponding to the idle stop current command value and corresponding to the idle power generation current command value are supplied. As a result of the higher flow rate of air and hydrogen being supplied, the flatting phenomenon is eliminated, the deterioration of the electrolyte membrane is suppressed, and the cell voltage is recovered. As a result, the idle stop control is released, and this process is terminated.

ステップＳ５では、異常セル電圧回復用電流指令値をＶＣＵに出力し、アイドル発電用電流指令値に応じた流量よりもさらに高い、異常セル電圧回復用電流指令値に応じた流量のエア及び水素を供給する。さらに高い流量のエア及び水素が供給されるようになる結果、フラッティング現象がより確実に解消され、電解質膜の劣化が抑制されるとともに、セル電圧が回復する。これにより、アイドル停止制御が解除され、本処理を終了する。   In step S5, the abnormal cell voltage recovery current command value is output to the VCU, and the flow rate of air and hydrogen corresponding to the abnormal cell voltage recovery current command value is higher than the flow rate corresponding to the idle power generation current command value. Supply. As a result of supplying higher flow rates of air and hydrogen, the flatting phenomenon is more reliably eliminated, the deterioration of the electrolyte membrane is suppressed, and the cell voltage is recovered. As a result, the idle stop control is released, and this process is terminated.

図３は、本実施形態に係るセル電圧回復制御において、セル電圧の低下が通常である場合の制御例を示すタイムチャートである。
なお、上述したように本実施形態の燃料電池システムでは、電流指令値に応じてエア流量が設定され、設定されたエア流量に基づくエア圧に応じて水素流量が設定されるため、エアの流量（圧力、ストイキ）、水素の流量（圧力、ストイキ）及び出力電流はいずれも同様の変化を示す。このため図３では、これらのうちエア流量のみを示す（後述の図４においても同様とする）。 FIG. 3 is a time chart showing a control example in the case where the cell voltage drop is normal in the cell voltage recovery control according to the present embodiment.
As described above, in the fuel cell system of the present embodiment, the air flow rate is set according to the current command value, and the hydrogen flow rate is set according to the air pressure based on the set air flow rate. (Pressure, stoichiometry), hydrogen flow rate (pressure, stoichiometry), and output current all show similar changes. Therefore, FIG. 3 shows only the air flow rate among them (the same applies to FIG. 4 described later).

先ず、時刻ｔ１０〜ｔ１１では、アイドル発電を実行する。具体的には、アイドル発電用電流指令値をＶＣＵに出力し、かかるアイドル発電用電流指令値に応じたエアポンプ回転数の指令値をエアポンプに出力する。これにより、車両走行時の通常運転時と比べて低流量のエア及び水素が供給されるとともに、通常発電時と比べてディスチャージ電流が低下する。なおこのとき、平均セル電圧と最低セル電圧はほぼ同等であり、セル電圧の異常は確認されない。 First, at time t 10 ~t 11, it executes the idling power generation. Specifically, the idle power generation current command value is output to the VCU, and the command value of the air pump speed corresponding to the idle power generation current command value is output to the air pump. As a result, air and hydrogen are supplied at a lower flow rate than during normal operation during vehicle travel, and the discharge current is reduced compared to during normal power generation. At this time, the average cell voltage and the minimum cell voltage are substantially equal, and no abnormality in the cell voltage is confirmed.

次に、時刻ｔ１１〜ｔ１３では、本実施形態のアイドル停止制御を実行する。具体的には上述したように、アイドル停止用電流指令値をＶＣＵに出力し、かかるアイドル停止用電流指令値に応じたエアポンプ回転数の指令値をエアポンプに出力する。これにより、アイドル発電時よりも低流量のエア及び水素が供給され、図３に示すようにエア流量は低下する。また、アイドル発電時よりもディスチャージ電流が低下するため、時刻ｔ１１において、平均セル電圧及び最低セル電圧はいずれも若干高くなる。その後、時刻ｔ１３までの間、平均セル電圧に大きな変化は見られない一方、最低セル電圧は徐々に減少している。
なお、アイドル停止制御を開始した時刻ｔ１１から、セル電圧異常低下判断時間が経過した時刻ｔ１２において、最低セル電圧は最低セル電圧閾値を下回っていない。このため、時刻ｔ１２ではセル電圧の回復はまだ不要であり、低流量のエアの供給を継続する（図２のステップＳ２参照）。 Next, at times t 11 to t 13 , the idle stop control of this embodiment is executed. Specifically, as described above, the idle stop current command value is output to the VCU, and the command value of the air pump speed corresponding to the idle stop current command value is output to the air pump. As a result, air and hydrogen having a lower flow rate than that during idle power generation are supplied, and the air flow rate decreases as shown in FIG. Moreover, since the discharge current is lower than at idle power, at time t 11, both the average cell voltage and the lowest cell voltage is slightly higher. Thereafter, between times t 13, whereas no significant change was observed in the average cell voltage has decreased minimum cell voltage gradually.
Incidentally, from the time t 11 that initiated the idling stop control, at a time t 12 that the cell voltage abnormality drop determination time has elapsed, the minimum cell voltage is not below a minimum cell voltage threshold. Therefore, the recovery time t 12 in the cell voltage is still required to continue the supply of low flow air (see step S2 of FIG. 2).

次に、時刻ｔ１３では、最低セル電圧が最低セル電圧閾値を下回ったため、フラッティング現象が発生し、フラッティング現象を解消してセル電圧を回復させる必要があると判断し、エアの流量を増加してセル電圧を回復させる。このとき、アイドル停止制御を開始した時刻ｔ１１からセル電圧異常低下判断時間はすでに経過しているため、アイドル発電時のエア流量にまで増加させればフラッティング現象を解消できると判断し、アイドル発電用電流指令値をＶＣＵに出力し、かかるアイドル発電用電流指令値に応じたエアポンプ回転数の指令値をエアポンプに出力する（図２のステップＳ４参照）。これにより、図３に示すようにエア流量がアイドル発電時と同量にまで増加し、最低セル電圧は直ぐに回復する。 Next, at time t 13, since the minimum cell voltage is below the highest unit cell voltage threshold, flooding phenomenon occurs, it is determined that it is necessary to recover the cell voltage by eliminating the flooding phenomenon, the flow rate of air Increase to restore cell voltage. At this time, since the time t 11 that initiated the idling stop control has passed the cell voltage abnormality drop determination time has already determined that by increasing until the air flow rate during idling power generation can be resolved flooding phenomenon, idle The power generation current command value is output to the VCU, and the command value for the air pump speed corresponding to the idle power generation current command value is output to the air pump (see step S4 in FIG. 2). As a result, as shown in FIG. 3, the air flow rate increases to the same amount as during idle power generation, and the minimum cell voltage is immediately recovered.

また図４は、本実施形態に係るセル電圧回復制御において、セル電圧の低下が異常である場合の制御例を示すタイムチャートである。
先ず、時刻ｔ２０〜ｔ２１では、アイドル発電を実行する。具体的には、アイドル発電用電流指令値をＶＣＵに出力し、かかるアイドル発電用電流指令値に応じたエアポンプ回転数の指令値をエアポンプに出力する。これにより、車両走行時の通常運転時と比べて低流量のエア及び水素が供給されるとともに、通常発電時と比べてディスチャージ電流が低下する。なおこのとき、最低セル電圧は平均セル電圧と比べて若干低く、セル電圧に若干の異常が確認される。 FIG. 4 is a time chart showing an example of control when the cell voltage drop is abnormal in the cell voltage recovery control according to the present embodiment.
First, idle power generation is executed at times t 20 to t 21 . Specifically, the idle power generation current command value is output to the VCU, and the command value of the air pump speed corresponding to the idle power generation current command value is output to the air pump. As a result, air and hydrogen are supplied at a lower flow rate than during normal operation during vehicle travel, and the discharge current is reduced compared to during normal power generation. At this time, the lowest cell voltage is slightly lower than the average cell voltage, and some abnormality is confirmed in the cell voltage.

次に、時刻ｔ２１〜ｔ２２では、本実施形態のアイドル停止制御を実行する。具体的には上述したように、アイドル停止用電流指令値をＶＣＵに出力し、かかるアイドル停止用電流指令値に応じたエアポンプ回転数の指令値をエアポンプに出力する。これにより、アイドル発電時よりも低流量のエアが供給され、図４に示すようにエア流量は低下する。また、アイドル発電時よりもディスチャージ電流が低下するため、時刻ｔ２１において平均セル電圧及び最低セル電圧はいずれも若干高くなる。その後、時刻ｔ２２までの間、平均セル電圧に大きな変化は見られない一方、最低セル電圧は急激に減少している。 Next, at times t 21 to t 22 , the idle stop control of this embodiment is executed. Specifically, as described above, the idle stop current command value is output to the VCU, and the command value of the air pump speed corresponding to the idle stop current command value is output to the air pump. As a result, air having a lower flow rate than that during idle power generation is supplied, and the air flow rate decreases as shown in FIG. Moreover, since the discharge current than during idling power generation is decreased, both at time t 21 the average cell voltage and the lowest cell voltage is slightly higher. Thereafter, between times t 22, whereas no significant change was observed in the average cell voltage, a minimum cell voltage is rapidly decreased.

次に、時刻ｔ２２では、最低セル電圧が最低セル電圧閾値を下回ったため、フラッティング現象が発生し、フラッティング現象を解消してセル電圧を回復させる必要があると判断し、エア流量を増加してセル電圧を回復させる。このとき、アイドル停止制御を開始した時刻ｔ２１からの時間がセル電圧異常低下判断時間内であるため、フラッティング現象が過度に発生してセル電圧の低下が異常であり、アイドル発電時よりもエア流量を増加させなければフラッティング現象は十分解消できないと判断し、異常セル電圧回復用電流指令値をＶＣＵに出力し、かかる異常セル電圧回復用電流指令値に応じたエアポンプ回転数の指令値をエアポンプに出力する（図２のステップＳ５参照）。これにより、図４に示すようにエア流量がアイドル発電時よりも増加し、最低セル電圧は直ぐに回復する。
またこのとき、エア流量の増加量（図４の増加量Ａ）は、アイドル停止制御の実行を開始した時刻ｔ２１から、最低セル電圧が最低セル電圧閾値を下回った時刻ｔ２２までの時間（図４のセル電圧低下時間Ｔ）に応じて設定される。具体的には、セル電圧低下時間Ｔが短いほど、フラッティング現象の発生が顕著でセル電圧の低下が異常であると判断されるため、より確実にフラッティング現象を解消してセル電圧を回復させるべく、増加量Ａを大きく設定する。 Next, at time t 22, since the minimum cell voltage is below the highest unit cell voltage threshold, flooding phenomenon occurs, it is determined that it is necessary to recover the cell voltage by eliminating the flooding phenomenon, increase air flow Then, the cell voltage is recovered. At this time, since the time from the time t 21 that initiated the idling stop control is a cell voltage abnormality drop determination time, the flooding phenomenon is that the excessive reduction of the cell voltage and abnormalities, than during idling power generation If the air flow rate is not increased, it is determined that the flatting phenomenon cannot be sufficiently resolved, the abnormal cell voltage recovery current command value is output to the VCU, and the command value of the air pump speed according to the abnormal cell voltage recovery current command value Is output to the air pump (see step S5 in FIG. 2). As a result, as shown in FIG. 4, the air flow rate is increased compared with that during idle power generation, and the minimum cell voltage is immediately recovered.
At this time, the amount of increase in air flow rate (increase in FIG. 4 A) are, from the time t 21 after starting the execution of the idle stop control, until time t 22 to the lowest cell voltage is below the highest unit cell voltage threshold time ( It is set according to the cell voltage drop time T) in FIG. Specifically, the shorter the cell voltage drop time T is, the more noticeable the occurrence of the flatting phenomenon is, and it is judged that the cell voltage drop is abnormal. Therefore, the increase amount A is set large.

本実施形態によれば、以下のような効果が奏される。
（１）先ず本実施形態によれば、アイドル停止中に燃料電池１０から電流を取り出すため、出力電流値が０であるＯＣＶ状態を回避でき、燃料電池１０の高電位化による電解質膜の劣化を抑制できる。
また本実施形態によれば、アイドル停止中に燃料電池１０から取り出す電流を、アイドル発電時よりも低電流とするため、アイドル停止中のセル電圧の低下を抑制できる。
また本実施形態によれば、アイドル停止中にエアを燃料電池１０に供給するため、希釈器５０内に滞留する燃料オフガス（水素）を希釈するための酸化剤オフガス（エア）を確保できる。このため、予め確保しなければならない希釈ガス（エア）量を低減でき、速やかにアイドル停止に移行できる。これにより、燃費も向上できる。
また本実施形態によれば、アイドル停止中にエアを供給するため、クロスリーク現象の発生時等に電解質膜の近傍に滞留する酸素量を低減できるため、電解質膜の近傍で水素と酸素が高濃度で反応してしまうのを抑制でき、電解質膜の劣化を抑制できる。
また本実施形態によれば、アイドル停止中にエアを供給するため、燃料電池１０から取り出した電流をエアポンプ２１の駆動により消費できる。これにより、高圧バッテリ１６に充電可能な状態であるか否かに関わらず、燃料電池１０から取り出した電流を消費できるため、ディスチャージ抵抗を設ける必要が無い。
また本実施形態によれば、アイドル停止中に燃料電池１０に供給するエア流量を、アイドル発電時よりも低流量とするため、上述の効果を得つつ、無駄なエアの供給を低減でき、燃料電池システム１の効率の悪化を抑制することもできる。 According to this embodiment, the following effects are produced.
(1) First, according to this embodiment, since the current is taken out from the fuel cell 10 during the idling stop, the OCV state in which the output current value is 0 can be avoided, and the electrolyte membrane is deteriorated due to the high potential of the fuel cell 10. Can be suppressed.
Further, according to the present embodiment, since the current taken out from the fuel cell 10 during idle stop is made lower than that during idle power generation, it is possible to suppress a decrease in cell voltage during idle stop.
Further, according to the present embodiment, since air is supplied to the fuel cell 10 during idling stop, it is possible to secure an oxidant offgas (air) for diluting the fuel offgas (hydrogen) staying in the diluter 50. For this reason, the amount of dilution gas (air) that must be secured in advance can be reduced, and it is possible to promptly shift to idle stop. Thereby, fuel consumption can also be improved.
Further, according to this embodiment, since air is supplied during idle stop, the amount of oxygen staying in the vicinity of the electrolyte membrane when a cross leak phenomenon occurs can be reduced, so that hydrogen and oxygen are high in the vicinity of the electrolyte membrane. Reaction with concentration can be suppressed, and deterioration of the electrolyte membrane can be suppressed.
Further, according to the present embodiment, air is supplied during idling stop, so that the current taken out from the fuel cell 10 can be consumed by driving the air pump 21. Thereby, regardless of whether or not the high voltage battery 16 is in a chargeable state, the current taken out from the fuel cell 10 can be consumed, so there is no need to provide a discharge resistor.
In addition, according to the present embodiment, since the air flow rate supplied to the fuel cell 10 during idling stop is set to a lower flow rate than that during idle power generation, it is possible to reduce wasteful air supply while obtaining the above-mentioned effects. The deterioration of the efficiency of the battery system 1 can also be suppressed.

（２）通常、発電時に生成する水は、供給される反応ガスにより系外に排出される。ところが、本実施形態のアイドル停止時のようにエアの流量が低い場合には、例えばエア供給路２３やカソード電極流路１４内の水が完全に排出されず、これらの流路を閉塞するフラッティング現象が発生する。フラッティング現象が発生すると、エアが流通できなくなるため、電解質膜の近傍で水素と酸素が高濃度で反応してしまい、電解質膜の劣化を抑制できなくなる。
また、フラッティング現象が発生すると、燃料電池１０の最低セル電圧が大きく低下する。この場合には、アイドル停止からの復帰直後にセル電圧が不安定となり、電流制限が必要となるおそれがある。
そこで本実施形態によれば、アイドル停止中において、燃料電池１０の最低セル電圧が所定の最低セル電圧閾値を下回った場合には、フラッティング現象を解消する必要があると判断し、燃料電池１０に供給するエアの流量を増加する。これにより、フラッティング現象が解消されるため、電解質膜の劣化を抑制できるとともにセル電圧を回復でき、アイドル停止からの復帰直後に安定したセル電圧を確保できる。 (2) Normally, water generated during power generation is discharged out of the system by the supplied reaction gas. However, when the air flow rate is low, such as during idling stop according to the present embodiment, for example, water in the air supply path 23 and the cathode electrode flow path 14 is not completely discharged, and is a flat block that blocks these flow paths. Phenomenon occurs. When the flatting phenomenon occurs, air cannot flow, so that hydrogen and oxygen react at a high concentration in the vicinity of the electrolyte membrane, and deterioration of the electrolyte membrane cannot be suppressed.
Further, when the flatting phenomenon occurs, the minimum cell voltage of the fuel cell 10 is greatly reduced. In this case, the cell voltage becomes unstable immediately after returning from the idle stop, and current limitation may be required.
Therefore, according to the present embodiment, when the minimum cell voltage of the fuel cell 10 falls below a predetermined minimum cell voltage threshold value during idling stop, it is determined that the flatting phenomenon needs to be eliminated, and the fuel cell 10 Increase the flow rate of air supplied to Thereby, since the flatting phenomenon is eliminated, the deterioration of the electrolyte membrane can be suppressed, the cell voltage can be recovered, and a stable cell voltage can be secured immediately after returning from the idle stop.

（３）アイドル停止制御を開始してから所定時間内に最低セル電圧が所定の最低セル電圧閾値を下回った場合、このセル電圧の異常な低下は、フラッティング現象が過度に発生して多量の水がエア供給路２３やカソード電極流路１４内を閉塞していることが原因であると考えられる。このため、燃料電池１０に供給するエアの流量を増加したとしても、その流量が低い場合には、フラッティング現象を十分に解消できないおそれがある。
そこで本実施形態によれば、セル電圧低下時間が所定時間内である場合には、アイドル発電時よりもエアの流量を増加する。これにより、フラッティング現象が確実に解消されるため、電解質膜の劣化を抑制できるとともにセル電圧を回復でき、アイドル停止からの復帰直後に安定したセル電圧を確保できる。 (3) If the minimum cell voltage falls below the predetermined minimum cell voltage threshold within a predetermined time after the start of the idle stop control, the abnormal drop in the cell voltage is caused by an excessive flattening phenomenon and a large amount of This is considered to be caused by water blocking the air supply passage 23 and the cathode electrode passage 14. For this reason, even if the flow rate of air supplied to the fuel cell 10 is increased, if the flow rate is low, the flatting phenomenon may not be sufficiently eliminated.
Therefore, according to the present embodiment, when the cell voltage drop time is within a predetermined time, the air flow rate is increased as compared with the idle power generation. As a result, the flatting phenomenon is surely eliminated, so that the deterioration of the electrolyte membrane can be suppressed, the cell voltage can be recovered, and a stable cell voltage can be secured immediately after returning from the idle stop.

（４）本実施形態によれば、セル電圧が急激に低下し、セル電圧低下時間が短いほど、エアの流量を増加する。即ち、フラッティング現象の発生度合に応じて、燃料電池１０に供給するエア流量を増加する。これにより、フラッティング現象がより確実に解消されるため、電解質膜の劣化を抑制できるとともにセル電圧を回復でき、アイドル停止からの復帰直後に安定したセル電圧を確保できる。   (4) According to the present embodiment, the cell voltage decreases rapidly, and the air flow rate increases as the cell voltage decrease time decreases. That is, the flow rate of air supplied to the fuel cell 10 is increased in accordance with the degree of occurrence of the flatting phenomenon. As a result, the flatting phenomenon is more reliably eliminated, so that the deterioration of the electrolyte membrane can be suppressed, the cell voltage can be recovered, and a stable cell voltage can be secured immediately after returning from the idle stop.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
例えば上記実施形態では、アイドル停止制御中に、低流量のエア及び水素を供給する構成としたがこれに限定されず、例えば、水素を供給せず低流量のエアのみを供給する構成としてもよい。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, etc. within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the low-flow air and hydrogen are supplied during idle stop control. However, the present invention is not limited to this. For example, only low-flow air may be supplied without supplying hydrogen. .

１…燃料電池システム
１０…燃料電池
１５…ＶＣＵ（アイドル停止制御手段）
２１…エアポンプ（反応ガス供給手段）
２２…水素タンク（反応ガス供給手段）
２８…エゼクタ（反応ガス供給手段）
２６１…レギュレータ（反応ガス供給手段）
４０…ＥＣＵ（アイドル停止制御手段、セル電圧閾値判定手段、セル電圧低下時間判定手段、セル電圧回復手段）
４１…セル電圧センサ（セル電圧閾値判定手段） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system 10 ... Fuel cell 15 ... VCU (idle stop control means)
21 ... Air pump (reactive gas supply means)
22 ... Hydrogen tank (reaction gas supply means)
28 ... Ejector (reaction gas supply means)
261 ... Regulator (reactive gas supply means)
40. ECU (idle stop control means, cell voltage threshold value determination means, cell voltage drop time determination means, cell voltage recovery means)
41 ... Cell voltage sensor (cell voltage threshold determination means)

Claims (9)

反応ガスが供給されることで発電する燃料電池セルを複数積層して構成された燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、を備える燃料電池システムであって、
アイドル発電中に所定条件が成立した場合に、前記反応ガス供給手段により前記アイドル発電時よりも低流量の酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給しながら、前記アイドル発電時よりも低電流を前記燃料電池スタックから取り出すアイドル停止制御を開始するアイドル停止制御手段を備え、
当該アイドル停止制御手段は、アイドル停止が解除されるまで前記アイドル停止制御を継続することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell stack configured by stacking a plurality of fuel cells that generate power by being supplied with a reaction gas; and
A reaction gas supply means for supplying a reaction gas to the fuel cell stack, and a fuel cell system comprising:
When a predetermined condition is satisfied during idle power generation, the reactive gas supply means supplies an oxidant gas having a lower flow rate than that during idle power generation to the fuel cell stack, while lowering the current than during idle power generation. Idle stop control means for starting idle stop control to be taken out from the fuel cell stack ,
The idling stop control unit, the fuel cell system characterized that you continue the idling stop control until the idle stop is released. 前記アイドル停止制御中に、前記燃料電池スタックの最低セル電圧が所定の最低セル電圧閾値を下回るか否かを判定するセル電圧閾値判定手段と、
前記最低セル電圧が前記最低セル電圧閾値を下回ると判定された場合に、前記反応ガス供給手段により前記燃料電池スタックに供給する酸化剤ガスの流量を増加することで、前記燃料電池スタックのセル電圧を回復させるセル電圧回復手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。 Cell voltage threshold determination means for determining whether or not the minimum cell voltage of the fuel cell stack is lower than a predetermined minimum cell voltage threshold during the idle stop control;
When it is determined that the minimum cell voltage is lower than the minimum cell voltage threshold, the cell voltage of the fuel cell stack is increased by increasing the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell stack by the reaction gas supply means. The fuel cell system according to claim 1, further comprising cell voltage recovery means for recovering. 前記アイドル停止制御を開始してから前記燃料電池スタックの最低セル電圧が前記最低セル電圧閾値を下回るまでの時間をセル電圧低下時間として、当該セル電圧低下時間が所定時間内であるか否かを判定するセル電圧低下時間判定手段をさらに備え、
前記セル電圧回復手段は、前記セル電圧低下時間が前記所定時間内であると判定された場合に、前記反応ガス供給手段により前記燃料電池スタックに供給する酸化剤ガスの流量を前記アイドル発電時よりも増加することで、前記燃料電池スタックのセル電圧を回復させることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。 Whether or not the cell voltage drop time is within a predetermined time, with the time from the start of the idle stop control until the lowest cell voltage of the fuel cell stack falls below the minimum cell voltage threshold as a cell voltage drop time A cell voltage drop time determination means for determining;
When it is determined that the cell voltage drop time is within the predetermined time, the cell voltage recovery means sets the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell stack by the reaction gas supply means from the time of the idle power generation. 3. The fuel cell system according to claim 2, wherein the cell voltage of the fuel cell stack is recovered by increasing the voltage. 前記セル電圧回復手段は、前記セル電圧低下時間が短いほど、前記反応ガス供給手段により前記燃料電池スタックに供給する酸化剤ガスの流量を増加することで、前記燃料電池スタックのセル電圧を回復させることを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。   The cell voltage recovery means recovers the cell voltage of the fuel cell stack by increasing the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell stack by the reaction gas supply means as the cell voltage drop time is shorter. The fuel cell system according to claim 3. 反応ガスが供給されることで発電する燃料電池セルを複数積層して構成された燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
アイドル発電中に所定条件が成立した場合に開始し、前記反応ガス供給手段により前記アイドル発電時よりも低流量の酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給しながら、前記アイドル発電時よりも低電流を前記燃料電池スタックから取り出すアイドル停止制御を実行するアイドル停止工程を備え、
当該アイドル停止工程は、アイドル停止が解除されるまで前記アイドル停止制御を継続することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A fuel cell stack configured by stacking a plurality of fuel cells that generate power by being supplied with a reaction gas; and
A control method for a fuel cell system comprising: a reaction gas supply means for supplying a reaction gas to the fuel cell stack;
Starting when a predetermined condition is satisfied during idle power generation, the oxidant gas having a flow rate lower than that during idle power generation is supplied to the fuel cell stack by the reaction gas supply means, while lower current than during idle power generation. Comprising an idle stop step for executing an idle stop control for taking out the fuel cell stack from the fuel cell stack ,
The idle stop step, the control method of the fuel cell system characterized that you continue the idling stop control until the idle stop is released. 前記アイドル停止工程中に、前記燃料電池スタックの最低セル電圧が所定の最低セル電圧閾値を下回るか否かを判定するセル電圧閾値判定工程と、
前記最低セル電圧が前記最低セル電圧閾値を下回ると判定された場合に、前記反応ガス供給手段により前記燃料電池スタックに供給する酸化剤ガスの流量を増加することで、前記燃料電池スタックのセル電圧を回復させるセル電圧回復工程と、をさらに備えることを特徴とする請求項５記載の燃料電池システムの制御方法。 A cell voltage threshold determination step for determining whether or not a minimum cell voltage of the fuel cell stack is lower than a predetermined minimum cell voltage threshold during the idle stop step;
When it is determined that the minimum cell voltage is lower than the minimum cell voltage threshold, the cell voltage of the fuel cell stack is increased by increasing the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell stack by the reaction gas supply means. The fuel cell system control method according to claim 5, further comprising: a cell voltage recovery step for recovering the fuel cell. 前記アイドル停止工程を開始してから前記燃料電池スタックの最低セル電圧が前記最低セル電圧閾値を下回るまでの時間をセル電圧低下時間として、当該セル電圧低下時間が所定時間内であるか否かを判定するセル電圧低下時間判定工程をさらに備え、
前記セル電圧回復工程では、前記セル電圧低下時間が前記所定時間内であると判定された場合に、前記反応ガス供給手段により前記燃料電池スタックに供給する酸化剤ガスの流量を前記アイドル発電時よりも増加することで、前記燃料電池スタックのセル電圧を回復させることを特徴とする請求項６記載の燃料電池システムの制御方法。 Whether or not the cell voltage drop time is within a predetermined time, with the time from the start of the idle stop process until the lowest cell voltage of the fuel cell stack falls below the minimum cell voltage threshold as a cell voltage drop time A cell voltage drop time determination step for determining,
In the cell voltage recovery step, when it is determined that the cell voltage drop time is within the predetermined time, the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell stack by the reactive gas supply means is greater than that during the idle power generation. The fuel cell system control method according to claim 6, wherein the cell voltage of the fuel cell stack is recovered by increasing the value of the fuel cell stack. 前記セル電圧回復工程では、前記セル電圧低下時間が短いほど、前記反応ガス供給手段により前記燃料電池スタックに供給する酸化剤ガスの流量を増加することで、セル電圧を回復させることを特徴とする請求項７記載の燃料電池システムの制御方法。   In the cell voltage recovery step, the cell voltage is recovered by increasing the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell stack by the reaction gas supply means as the cell voltage decrease time is shorter. The method for controlling a fuel cell system according to claim 7. 反応ガスが供給されることで発電する燃料電池セルを複数積層して構成された燃料電池スタックと、  A fuel cell stack configured by stacking a plurality of fuel cells that generate power by being supplied with a reaction gas; and
前記燃料電池スタックに反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、を備える燃料電池システムであって、  A reaction gas supply means for supplying a reaction gas to the fuel cell stack, and a fuel cell system comprising:
アイドル発電中に所定条件が成立した場合に、前記反応ガス供給手段により前記アイドル発電時よりも低流量の酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給しながら、前記アイドル発電時よりも低電流を前記燃料電池スタックから取り出すアイドル停止制御を開始するアイドル停止制御手段と、  When a predetermined condition is satisfied during idle power generation, the reactive gas supply means supplies an oxidant gas having a lower flow rate than that during idle power generation to the fuel cell stack, while lowering the current than during idle power generation. Idle stop control means for starting idle stop control to be taken out from the fuel cell stack;
前記アイドル停止制御中に、前記燃料電池スタックの最低セル電圧が所定の最低セル電圧閾値を下回るか否かを判定するセル電圧閾値判定手段と、  Cell voltage threshold determination means for determining whether or not the minimum cell voltage of the fuel cell stack is lower than a predetermined minimum cell voltage threshold during the idle stop control;
前記最低セル電圧が前記最低セル電圧閾値を下回ると判定された場合に、前記反応ガス供給手段により前記燃料電池スタックに供給する酸化剤ガスの流量を増加することで、前記燃料電池スタックのセル電圧を回復させるセル電圧回復手段と、  When it is determined that the minimum cell voltage is lower than the minimum cell voltage threshold, the cell voltage of the fuel cell stack is increased by increasing the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell stack by the reaction gas supply means. Cell voltage recovery means for recovering,
前記アイドル停止制御を開始してから前記燃料電池スタックの最低セル電圧が前記最低セル電圧閾値を下回るまでの時間をセル電圧低下時間として、当該セル電圧低下時間が所定時間内であるか否かを判定するセル電圧低下時間判定手段と、を備え、  Whether or not the cell voltage drop time is within a predetermined time, with the time from the start of the idle stop control until the lowest cell voltage of the fuel cell stack falls below the minimum cell voltage threshold as a cell voltage drop time Cell voltage drop time determination means for determining,
前記セル電圧回復手段は、前記セル電圧低下時間が前記所定時間内であると判定された場合に、前記反応ガス供給手段により前記燃料電池スタックに供給する酸化剤ガスの流量を前記アイドル発電時よりも増加することで、前記燃料電池スタックのセル電圧を回復させることを特徴とする燃料電池システム。  When it is determined that the cell voltage drop time is within the predetermined time, the cell voltage recovery means sets the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell stack by the reaction gas supply means from the time of the idle power generation. The cell voltage of the fuel cell stack is recovered by increasing the value of the fuel cell system.
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