JP5443776B2 - FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING FUEL CELL SYSTEM - Google Patents

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

Info

Publication number
JP5443776B2
JP5443776B2 JP2009016148A JP2009016148A JP5443776B2 JP 5443776 B2 JP5443776 B2 JP 5443776B2 JP 2009016148 A JP2009016148 A JP 2009016148A JP 2009016148 A JP2009016148 A JP 2009016148A JP 5443776 B2 JP5443776 B2 JP 5443776B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
temperature
idle stop
gas
idling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2009016148A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010176932A (en
Inventor
純平 小河
千大 和氣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2009016148A priority Critical patent/JP5443776B2/en
Publication of JP2010176932A publication Critical patent/JP2010176932A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5443776B2 publication Critical patent/JP5443776B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and a method for operating the fuel cell system.

近年、水素(燃料ガス、反応ガス)と、酸素を含む空気(酸化剤ガス、反応ガス)とが供給されることで発電する燃料電池の開発が急速に進められ、例えば、燃料電池車の電力源として期待されている。   In recent years, the development of fuel cells that generate electricity by supplying hydrogen (fuel gas, reactive gas) and oxygen-containing air (oxidant gas, reactive gas) has been promoted rapidly. Expected as a source.

このような燃料電池が発電すると、自己発熱すると共に、そのカソードにおける電極反応によって水分(水蒸気)を生成する。そして、生成した水分の一部は、MEA(Membrane Electrode Assembly:膜電極接合体)を透過(クロスリーク)し、アノードに向かう。したがって、燃料電池から排出されるアノードオフガス及びカソードオフガスは、多湿となり、水分が凝縮してなる凝縮水を含む。   When such a fuel cell generates power, it self-heats and generates water (water vapor) by an electrode reaction at its cathode. And some of the produced | generated moisture permeate | transmits (cross-leaks) MEA (Membrane Electrode Assembly: membrane electrode assembly), and goes to an anode. Therefore, the anode off-gas and cathode off-gas discharged from the fuel cell are humid and contain condensed water formed by condensation of moisture.

また、このような燃料電池車において、信号待ち、人待ち等によって、無負荷状態となると、燃料電池車はアイドル中(アイドリング状態)となる。ところが、このアイドル中においても燃料電池で水素が消費されるので、所定のアイドル停止条件が成立した場合、所定のアイドル停止時間にて燃料電池の発電を停止することで、水素の消費を停止し、燃費を高めるアイドル停止技術が知られている(特許文献1)。   Further, in such a fuel cell vehicle, when the vehicle is in an unloaded state due to waiting for a signal or waiting for a person, the fuel cell vehicle is in an idle state (idling state). However, since hydrogen is consumed in the fuel cell even during the idling, when the predetermined idle stop condition is satisfied, the consumption of hydrogen is stopped by stopping the power generation of the fuel cell at the predetermined idle stop time. An idle stop technique for improving fuel consumption is known (Patent Document 1).

特開2007−250429号公報JP 2007-250429 A

しかしながら、車外温度(外気温度)が低い場合において、アイドル停止すると、燃料電池の発熱も停止するので、アノードオフガス及びカソードオフガスが通流するオフガス配管の温度が低下し、アイドル停止中にオフガス配管が凍結してしまう虞がある。   However, if the vehicle outside temperature (outside air temperature) is low and the engine stops idling, the fuel cell heat generation also stops, so the temperature of the offgas piping through which the anode offgas and cathode offgas flow decreases, and the offgas piping is turned off during idling. There is a risk of freezing.

そこで、本発明は、オフガス配管の凍結を防止しつつ、適切にアイドル停止可能な燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法を提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell system and an operation method of the fuel cell system that can appropriately stop idling while preventing freezing of off-gas piping.

前記課題を解決するための手段として、本発明は、反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出されたオフガスが通流するオフガス配管と、システムのアイドル停止を制御するアイドル停止制御手段と、仮にアイドル停止した場合、そのアイドル停止中に前記オフガス配管が凍結するか否か判定する凍結判定手段と、前記凍結判定手段が凍結すると判定した場合、アイドル停止を禁止する禁止手段と、前記禁止手段によるアイドル停止の禁止中に、アイドル停止の禁止の解除条件が成立した場合、前記禁止手段によるアイドル停止の禁止を解除する解除手段と、を備え、前記解除条件は、前記オフガス配管の現在の温度が、その後にアイドル停止した場合にオフガス配管が凍結しない解除温度以上となったとき、成立し、外気温度が低くなると、前記解除温度は高くなるように変更され、且つ、アイドル停止するアイドル停止時間が長くなると、前記解除温度は高くなるように変更されることを特徴とする燃料電池システムである。 As means for solving the above-mentioned problems, the present invention controls a fuel cell that generates electric power when a reaction gas is supplied, an off-gas pipe through which off-gas discharged from the fuel cell flows, and idle stop of the system If the idle stop control means, the freeze determination means for determining whether or not the off-gas piping is frozen during the idle stop, and the freeze determination means are determined to freeze, the idle stop is prohibited. A prohibiting means, and a canceling means for canceling the prohibition of the idle stop by the prohibiting means when the canceling condition of the prohibition of the idle stop is satisfied while the prohibition of the idling stop by the prohibiting means is established. when the current temperature of the off-gas piping became then when idle stop off pipes releasing temperature or higher which does not freeze, Standing city, when the outside air temperature is lower, the release temperature is changed to be higher, and, when the idle stop time is prolonged to an idle stop, the fuel cell, characterized in that it is modified to the release temperature is high System.

このような燃料電池システムによれば、凍結判定手段が、仮にアイドル停止した場合、そのアイドル停止中にオフガス配管が凍結すると判定したとき、禁止手段がアイドル停止を禁止する。これにより、アイドル停止中におけるオフガス配管の凍結は防止される。   According to such a fuel cell system, if the freezing determination means temporarily stops idling, the prohibiting means prohibits idling stop when it is determined that the offgas pipe is frozen during the idling stop. Thereby, freezing of off-gas piping during idle stop is prevented.

そして、禁止手段によるアイドル停止の禁止中において、オフガス配管の現在の温度が、その後にアイドル停止した場合にオフガス配管が凍結しない解除温度以上となり、解除条件が成立したとき、解除手段が、禁止手段によるアイドル停止の禁止を解除し、アイドル停止を可能、つまり、許可する。これにより、その後、アイドル停止制御手段が適切なタイミングでアイドル停止を開始しつつ、その後のアイドル停止中において、オフガス配管が凍結することを防止できる。
また、外気温度が低くなると、解除温度は高くなるように変更されるので、解除温度を適切に設定し、アイドル停止の禁止の解除を適切なタイミングで実行できる。
また、アイドル停止時間が長くなると、解除温度は高くなるように変更されるので、解除温度を適切に設定し、アイドル停止の禁止の解除を適切なタイミングで実行できる。
When the prohibition means prohibits the idling stop, the current temperature of the offgas pipe is equal to or higher than a release temperature at which the offgas pipe is not frozen when the idling stop is subsequently performed, and when the release condition is satisfied, the release means is prohibited. The prohibition of idling stop by is canceled, and idling can be stopped, that is, permitted. Thus, the off-gas piping can be prevented from freezing during the subsequent idle stop while the idle stop control means starts the idle stop at an appropriate timing.
Further, since the release temperature is changed so as to increase as the outside air temperature decreases, the release temperature can be set appropriately and the prohibition of idling stop can be canceled at an appropriate timing.
Further, when the idle stop time becomes longer, the release temperature is changed so as to increase. Therefore, it is possible to appropriately set the release temperature and release the prohibition of idle stop at an appropriate timing.

また、前記燃料電池システムにおいて、前記オフガス配管の現在の温度は、当該オフガス配管の熱収支の積算値に基づいて算出されることを特徴とする。   In the fuel cell system, the current temperature of the offgas pipe is calculated based on an integrated value of the heat balance of the offgas pipe.

このような燃料電池システムによれば、オフガス配管の現在の温度を、オフガス配管の熱収支(cal/s等)の積算値(cal等)に基づいて、適切に算出できる。
なお、オフガス配管の熱収支は、後記する実施形態のように、例えば、オフガス配管の吸熱量と放熱量との差で与えられる。
According to such a fuel cell system, it is possible to appropriately calculate the current temperature of the offgas pipe based on the integrated value (cal etc.) of the heat balance (cal / s etc.) of the offgas pipe.
Note that the heat balance of the off-gas piping is given by, for example, the difference between the heat absorption amount and the heat dissipation amount of the off-gas piping as in an embodiment described later.

また、前記燃料電池システムにおいて、前記オフガス配管の熱収支(後記する実施形態では吸熱量)は、発電に伴って自己発熱する前記燃料電池の出力に基づいて算出されることを特徴とする。   In the fuel cell system, the heat balance of the off-gas piping (in the embodiment described later, the heat absorption amount) is calculated based on the output of the fuel cell that self-heats with power generation.

このような燃料電池システムによれば、オフガス配管の熱収支を、発電に伴って自己発熱する燃料電池の出力に基づいて、適切に算出できる。なお、燃料電池スタックの出力が大きくなると、発電に伴う自己発熱量が大きくなり、オフガス配管の熱収支(吸熱量)が増加する。
また、オフガス配管の温度を検出する温度センサが不要となるので、システム構成を簡便にできる。
According to such a fuel cell system, the heat balance of the off-gas piping can be calculated appropriately based on the output of the fuel cell that self-heats with power generation. As the output of the fuel cell stack increases, the amount of self-heating generated during power generation increases, and the heat balance (heat absorption amount) of the off-gas piping increases.
In addition, since a temperature sensor for detecting the temperature of the off-gas piping is not required, the system configuration can be simplified.

また、前記燃料電池システムにおいて、前記凍結判定手段は、前記オフガス配管の現在の温度と、外気温度とに基づいて、仮にアイドル停止した場合のアイドル停止中の前記オフガス配管の温度を予測し、予測された前記オフガス配管の温度と凍結温度とに基づいて、前記オフガス配管が凍結するか否か判定することを特徴とする。Further, in the fuel cell system, the freezing determination means predicts the temperature of the off-gas pipe during idling stop when the idling stop is temporarily performed based on the current temperature of the off-gas pipe and the outside air temperature. Whether or not the off-gas piping is frozen is determined based on the temperature and freezing temperature of the off-gas piping.

また、本発明は、反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出されたオフガスが通流するオフガス配管と、システムのアイドル停止を制御するアイドル停止制御手段と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、仮にアイドル停止した場合、そのアイドル停止中に前記オフガス配管が凍結するか否か判定する凍結判定ステップと、前記凍結判定ステップにおいて凍結すると判定された場合、アイドル停止を禁止する禁止ステップと、アイドル停止の禁止中に、アイドル停止の禁止の解除条件が成立した場合、アイドル停止の禁止を解除する解除ステップと、を含み、前記解除条件は、前記オフガス配管の現在の温度が、その後にアイドル停止した場合にオフガス配管が凍結しない解除温度以上となったとき、成立し、外気温度が低くなると、前記解除温度は高くなるように変更され、且つ、アイドル停止するアイドル停止時間が長くなると、前記解除温度は高くなるように変更されることを特徴とする燃料電池システムの運転方法である。
また、前記燃料電池システムの運転方法において、前記オフガス配管の現在の温度と、外気温度とに基づいて、仮にアイドル停止した場合のアイドル停止中の前記オフガス配管の温度を予測し、予測された前記オフガス配管の温度と凍結温度とに基づいて、前記オフガス配管が凍結するか否か判定することを特徴とする。
The present invention also includes a fuel cell that generates electric power when supplied with a reaction gas, an offgas pipe through which offgas discharged from the fuel cell flows, and an idle stop control means that controls idle stop of the system. In the fuel cell system operation method provided, if it is determined that the off-gas piping is frozen during the idle stop, if it is determined that the off-gas piping is frozen during the idle stop, A prohibiting step for prohibiting idling stop, and a canceling step for canceling prohibition of idling stop when a canceling condition for prohibiting idling stop is satisfied during the prohibition of idling stop, and the canceling condition includes the off-gas piping When the current temperature of the gas is higher than the release temperature at which the off-gas piping will not freeze when the engine is subsequently idled Enacted, if the outside air temperature is lower, the release temperature is changed to be higher, and, when the idle stop time is prolonged to an idle stop, the fuel cell, characterized in that it is modified to the release temperature is high This is a system operation method.
Further, in the operation method of the fuel cell system, based on the current temperature of the off-gas pipe and the outside air temperature, the temperature of the off-gas pipe during the idle stop when the idle stop is temporarily predicted is predicted. Whether or not the off-gas piping is frozen is determined based on the temperature and the freezing temperature of the off-gas piping.

このような燃料電池システムの運転方法によれば、仮にアイドル停止した場合、そのアイドル停止中にオフガス配管が凍結すると判定した場合(凍結判定ステップ)、アイドル停止を禁止する(禁止ステップ)。これにより、アイドル停止中におけるオフガス配管の凍結は防止される。   According to such an operation method of the fuel cell system, if idling is stopped, if it is determined that the offgas pipe is frozen during the idling stop (freezing determination step), idling stop is prohibited (prohibition step). Thereby, freezing of off-gas piping during idle stop is prevented.

そして、アイドル停止の禁止中において、オフガス配管の現在の温度が、その後にアイドル停止した場合にオフガス配管が凍結しない解除温度以上となり、解除条件が成立した場合、アイドル停止の禁止を解除し(解除ステップ)、アイドル停止を可能、つまり、許可する。これにより、その後、アイドル停止制御手段が適切なタイミングでアイドル停止を開始しつつ、その後のアイドル停止中において、オフガス配管が凍結することを防止できる。   Then, when the idle stop is prohibited, the current temperature of the off-gas piping is equal to or higher than the release temperature at which the off-gas piping does not freeze when the idle stop is subsequently performed. Step), idle stop is possible, that is, allowed. Thus, the off-gas piping can be prevented from freezing during the subsequent idle stop while the idle stop control means starts the idle stop at an appropriate timing.

本発明によれば、オフガス配管の凍結を防止しつつ、適切にアイドル停止可能な燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell system and an operation method of the fuel cell system that can appropriately stop idling while preventing the off-gas piping from freezing.

本実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel cell system which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the fuel cell system concerning this embodiment. アイドル停止の禁止の解除温度(オフガス配管の熱収支の積算値、燃料電池スタック出力の積算値)と、アイドル停止時間と、外気温度との関係を示すマップである。FIG. 5 is a map showing a relationship between an idle stop prohibition release temperature (an integrated value of heat balance of off-gas piping, an integrated value of fuel cell stack output), an idle stop time, and an outside air temperature; 本実施形態に係る燃料電池システムの一動作例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows one operation example of the fuel cell system concerning this embodiment. 本実施形態に係る燃料電池システムの一動作例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows one operation example of the fuel cell system concerning this embodiment.

以下、本発明の一実施形態について、図1〜図5を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

≪燃料電池システムの構成≫
図1に示す本実施形態に係る燃料電池システム1は、図示しない燃料電池車(移動体)に搭載されている。燃料電池システム1は、燃料電池スタック10と、燃料電池スタック10のアノードに対して水素(燃料ガス、反応ガス)を給排するアノード系と、燃料電池スタック10のカソードに対して酸素を含む空気(酸化剤ガス、反応ガス)を給排するカソード系と、燃料電池スタック10の発電電力を消費等する電力消費系と、ブレーキ装置51等と、これらを電子制御するECU60(Electronic Control Unit、電子制御装置)と、を備えている。
≪Configuration of fuel cell system≫
A fuel cell system 1 according to this embodiment shown in FIG. 1 is mounted on a fuel cell vehicle (moving body) (not shown). The fuel cell system 1 includes a fuel cell stack 10, an anode system that supplies and discharges hydrogen (fuel gas and reaction gas) to and from the anode of the fuel cell stack 10, and air that contains oxygen with respect to the cathode of the fuel cell stack 10. A cathode system for supplying and discharging (oxidant gas, reaction gas), a power consumption system for consuming the generated power of the fuel cell stack 10, a brake device 51, and the like, and an ECU 60 (Electronic Control Unit) for electronically controlling them. Control device).

<燃料電池スタック>
燃料電池スタック10は、複数(例えば200〜400枚)の固体高分子型の単セルが積層して構成されたスタックであり、複数の単セルは直列で接続されている。単セルは、MEA(Membrane Electrode Assembly:膜電極接合体)と、これを挟む2枚の導電性を有するセパレータと、を備えている。MEAは、1価の陽イオン交換膜等からなる電解質膜(固体高分子膜)と、これを挟むアノード及びカソード(電極)とを備えている。
<Fuel cell stack>
The fuel cell stack 10 is a stack formed by stacking a plurality of (eg, 200 to 400) solid polymer type single cells, and the plurality of single cells are connected in series. The single cell includes an MEA (Membrane Electrode Assembly) and two conductive separators sandwiching the MEA. The MEA includes an electrolyte membrane (solid polymer membrane) made of a monovalent cation exchange membrane or the like, and an anode and a cathode (electrode) that sandwich the membrane.

アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体と、これに担持され、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒(Pt、Ru等)と、を含んでいる。
各セパレータには、各MEAの全面に水素又は空気を供給するための溝や、全単セルに水素又は空気を給排するための貫通孔が形成されており、これら溝及び貫通孔がアノード流路11(燃料ガス流路)、カソード流路12(酸化剤ガス流路)として機能している。
The anode and the cathode include a porous body having conductivity such as carbon paper, and a catalyst (Pt, Ru, etc.) supported on the anode and causing an electrode reaction in the anode and the cathode.
Each separator is formed with a groove for supplying hydrogen or air to the entire surface of each MEA, and through holes for supplying and discharging hydrogen or air to all single cells. It functions as a channel 11 (fuel gas channel) and a cathode channel 12 (oxidant gas channel).

そして、アノード流路11を介して各アノードに水素が供給されると、式(1)の電極反応が起こり、カソード流路12を介して各カソードに空気が供給されると、式(2)の電極反応が起こり、各単セルで電位差(OCV(Open Circuit Voltage)、開回路電圧)が発生するようになっている。次いで、燃料電池スタック10とモータ41(外部負荷)とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池スタック10が発電するようになっている。
2H→4H+4e …(1)
+4H+4e→2HO …(2)
When hydrogen is supplied to each anode via the anode flow path 11, the electrode reaction of Formula (1) occurs, and when air is supplied to each cathode via the cathode flow path 12, Formula (2) Thus, a potential difference (OCV (Open Circuit Voltage), open circuit voltage) is generated in each single cell. Next, when the fuel cell stack 10 and the motor 41 (external load) are electrically connected and a current is taken out, the fuel cell stack 10 generates power.
2H 2 → 4H + + 4e (1)
O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O (2)

<アノード系>
アノード系は、水素タンク21と、常閉型の遮断弁22とを備えている。
水素タンク21は、配管21a、遮断弁22、配管22aを介して、アノード流路11の入口に接続されている。そして、ECU60からの指令によって遮断弁22が開かれると、水素が、水素タンク21から、遮断弁22等を経由して、アノード流路11に供給されるようになっている。
<Anode system>
The anode system includes a hydrogen tank 21 and a normally closed shut-off valve 22.
The hydrogen tank 21 is connected to the inlet of the anode flow path 11 via a pipe 21a, a shutoff valve 22, and a pipe 22a. When the shutoff valve 22 is opened by a command from the ECU 60, hydrogen is supplied from the hydrogen tank 21 to the anode flow path 11 via the shutoff valve 22 and the like.

アノード流路11の出口には、配管22bが接続されている。そして、アノード流路11から排出された未消費の水素を含むアノードオフガスは、配管22bを通って、車外に排出されるようになっている。   A pipe 22 b is connected to the outlet of the anode channel 11. The anode off gas containing unconsumed hydrogen discharged from the anode channel 11 is discharged outside the vehicle through the pipe 22b.

<カソード系>
カソード系は、コンプレッサ31と、インタークーラ32と、三方弁33とを備えている。
<Cathode system>
The cathode system includes a compressor 31, an intercooler 32, and a three-way valve 33.

コンプレッサ31は、配管31a、インタークーラ32、配管32aを介して、カソード流路12の入口に接続されている。そして、コンプレッサ31は、ECU60の指令に従って作動すると、酸素を含む空気を取り込み、カソード流路12に供給するようになっている。
なお、コンプレッサ31は、燃料電池スタック10及び/又はバッテリ(図示しない)を電源として作動する。また、配管32aには、カソード流路12に向かう空気を加湿する加湿器(図示しない)が設けられている。
The compressor 31 is connected to the inlet of the cathode channel 12 through a pipe 31a, an intercooler 32, and a pipe 32a. When the compressor 31 operates according to a command from the ECU 60, the compressor 31 takes in oxygen-containing air and supplies it to the cathode channel 12.
The compressor 31 operates using the fuel cell stack 10 and / or a battery (not shown) as a power source. The pipe 32a is provided with a humidifier (not shown) that humidifies the air toward the cathode channel 12.

インタークーラ32は、コンプレッサ31で圧縮されることにより高温となった空気を、適宜に冷却するものであり、例えば空冷式で構成される。   The intercooler 32 appropriately cools the air that has been heated to a high temperature by being compressed by the compressor 31, and is configured by, for example, an air cooling system.

カソード流路12の出口には、配管33a、三方弁33、配管33bが順に接続されている。三方弁33は、通常時、配管33aと配管33bとを連通するポジションに設定されている。そして、カソード流路12から排出された多湿のカソードオフガスは、配管33a、33bを通って、車外に排出されるようになっている。
よって、本実施形態では、「カソードオフガスが通流するオフガス配管」は、配管33aと、配管33bとを備えて構成されている。
A pipe 33a, a three-way valve 33, and a pipe 33b are sequentially connected to the outlet of the cathode channel 12. The three-way valve 33 is normally set to a position where the pipe 33a and the pipe 33b communicate with each other. And the humid cathode off gas discharged | emitted from the cathode flow path 12 is discharged | emitted out of a vehicle through piping 33a, 33b.
Therefore, in the present embodiment, the “off-gas piping through which the cathode off-gas flows” includes the piping 33a and the piping 33b.

また、三方弁33には配管33cが接続されており、配管33cはインタークーラ32の近傍に配設された後、車外に開口している。そして、ECU60に制御される三方弁33が配管33aと配管33cとを連通させると、カソードオフガスが、配管33a、33cを通って、車外に排出されるようになっている。   A pipe 33c is connected to the three-way valve 33. The pipe 33c is disposed near the intercooler 32 and then opens to the outside of the vehicle. When the three-way valve 33 controlled by the ECU 60 connects the pipe 33a and the pipe 33c, the cathode off-gas is discharged outside the vehicle through the pipes 33a and 33c.

ここで、カソードオフガスは、発電に伴って自己発熱する燃料電池スタック10で加温されたものである。そして、この暖かいカソードオフガスは、インタークーラ32の近傍の配管33cを通流する際に、インタークーラ32を介して、インタークーラ32内を通流し、カソード流路12に向かう空気を暖めるようになっている。   Here, the cathode off-gas is heated by the fuel cell stack 10 that self-heats with power generation. The warm cathode off-gas flows through the intercooler 32 via the intercooler 32 and warms the air toward the cathode flow path 12 when flowing through the pipe 33 c in the vicinity of the intercooler 32. ing.

これにより、例えば、システム起動時において、外気温度が極低温である場合、このようにカソードオフガスでカソード流路12に向かう空気を暖めることにより、燃料電池スタック10の廃熱を有効利用しつつ、燃料電池スタック10の暖機を促進するようになっている。   Thereby, for example, when the outside air temperature is extremely low at the time of starting the system, the waste heat of the fuel cell stack 10 is effectively used by warming the air toward the cathode flow path 12 with the cathode off gas in this way. The warm-up of the fuel cell stack 10 is promoted.

なお、三方弁33が配管33aと配管33bとを連通し、カソードオフガスが配管33cを通流しない場合、インタークーラ32が暖められることはなく、インタークーラ32がその機能を失うことはない。
また、カソードオフガスがカソード流路12に向かう空気を暖める位置、つまり、熱交換する位置は、これに限定されず、例えば、コンプレッサ31に吸気される空気や、配管32aを通流する空気と熱交換する構成でもよい。
When the three-way valve 33 communicates the pipe 33a and the pipe 33b and the cathode off gas does not flow through the pipe 33c, the intercooler 32 is not warmed and the intercooler 32 does not lose its function.
The position where the cathode off gas warms the air toward the cathode flow path 12, that is, the position where heat exchange is performed is not limited to this. For example, the air sucked into the compressor 31 or the air flowing through the pipe 32a and the heat An exchange configuration may be used.

<電力消費系>
電力消費系は、モータ41と、電力制御器42と、出力検出器43とを備えている。そして、モータ41は、電力制御器42を介して、燃料電池スタック10の出力端子に接続されている。
<Power consumption system>
The power consumption system includes a motor 41, a power controller 42, and an output detector 43. The motor 41 is connected to the output terminal of the fuel cell stack 10 via the power controller 42.

モータ41は、燃料電池自動車の動力源となる電動モータである。
電力制御器42は、ECU60の指令に従って、燃料電池スタック10の発電電力(電流、電圧)を制御するものであり、DC/DCチョッパ、DC/DCコンバータ等の電子回路を内蔵している。
The motor 41 is an electric motor serving as a power source for the fuel cell vehicle.
The power controller 42 controls the generated power (current, voltage) of the fuel cell stack 10 in accordance with a command from the ECU 60, and incorporates electronic circuits such as a DC / DC chopper and a DC / DC converter.

出力検出器43は、燃料電池スタック10の出力電流値、出力電圧値を検出するものであり、電流センサ及び電圧センサを備えている。そして、出力検出器43は、検出した電流値及び電圧値を、ECU60に出力するようになっている。   The output detector 43 detects an output current value and an output voltage value of the fuel cell stack 10, and includes a current sensor and a voltage sensor. The output detector 43 is configured to output the detected current value and voltage value to the ECU 60.

なお、モータ41と電力制御器42との間には、電力制御器42からの直流電力を三相交流電流に変換し、モータ41に供給する図示しないPDU(Power Drive Unit)が設けられている。
また、電力制御器42には、燃料電池スタック10の余剰発電電力や、モータ41からの回生電力を蓄えるバッテリ(図示しない)が接続されている。そして、電力制御器42は、ECU60からの指令に従って、バッテリの充放電も制御するようになっている。
Note that a PDU (Power Drive Unit) (not shown) is provided between the motor 41 and the power controller 42 to convert DC power from the power controller 42 into a three-phase AC current and supply the three-phase AC current to the motor 41. .
Further, the power controller 42 is connected to a battery (not shown) that stores surplus generated power of the fuel cell stack 10 and regenerative power from the motor 41. The power controller 42 controls charging / discharging of the battery in accordance with a command from the ECU 60.

<ブレーキ装置等>
ブレーキ装置51は、燃料電池車を制動する装置であり、ブレーキペダルや油圧回路等によって構成される。そして、ブレーキ装置51は、作動し、燃料電池車を制動している場合、その作動信号(ブレーキペダルのON信号等)をECU60に出力するようになっている。
<Brake device, etc.>
The brake device 51 is a device that brakes the fuel cell vehicle, and includes a brake pedal, a hydraulic circuit, and the like. When the brake device 51 is activated and brakes the fuel cell vehicle, the brake device 51 outputs an operation signal (such as an ON signal of a brake pedal) to the ECU 60.

車速センサ52は、燃料電池車の車速を検出するセンサである。そして、車速センサ52は、検出した車速をECU60に出力するようになっている。   The vehicle speed sensor 52 is a sensor that detects the vehicle speed of the fuel cell vehicle. The vehicle speed sensor 52 outputs the detected vehicle speed to the ECU 60.

温度センサ53は、外気温度を検出するセンサであり、燃料電池車の適所に設けられている。そして、温度センサ53は、検出した外気温度をECU60に出力するようになっている。   The temperature sensor 53 is a sensor that detects the outside air temperature, and is provided at an appropriate position of the fuel cell vehicle. The temperature sensor 53 is configured to output the detected outside air temperature to the ECU 60.

<ECU>
ECU60は、燃料電池システム1を電子制御する制御装置であり、CPU、ROM、RAM、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機能を発揮し、各種機器を制御するようになっている。
<ECU>
The ECU 60 is a control device that electronically controls the fuel cell system 1 and includes a CPU, a ROM, a RAM, various interfaces, an electronic circuit, and the like, and exhibits various functions according to programs stored therein. In addition, various devices are controlled.

<ECU−アイドル停止制御機能>
ECU60(アイドル停止制御手段)は、所定のアイドル停止条件が成立した場合、燃料電池システム1(燃料電池車)をアイドル停止させるアイドル停止制御機能を有している。
所定のアイドル停止条件が成立した場合とは、例えば、ブレーキ装置51が作動すると共に、車速センサ52から入力される車速が、所定時間、継続して0である場合である。
そして、アイドル停止条件が成立し、アイドル停止を開始する場合、ECU60は、遮断弁22を閉じ、コンプレッサ31を停止すると共に、電力制御器42によって燃料電池スタック10の発電を停止させる。
<ECU-Idle stop control function>
The ECU 60 (idle stop control means) has an idle stop control function that idles the fuel cell system 1 (fuel cell vehicle) when a predetermined idle stop condition is satisfied.
The case where the predetermined idle stop condition is satisfied is, for example, a case where the brake device 51 is operated and the vehicle speed input from the vehicle speed sensor 52 is continuously zero for a predetermined time.
When the idle stop condition is satisfied and the idle stop is started, the ECU 60 closes the shut-off valve 22, stops the compressor 31, and stops the power generation of the fuel cell stack 10 by the power controller 42.

<ECU−凍結判定機能>
ECU60(凍結判定手段)は、アイドル停止条件が成立した場合において、仮に、アイドル停止したとき、その後に所定のアイドル停止時間(例えば1分間)にて実行されるアイドル停止中に、オフガス配管(配管33a、33b)が凍結するか否か判定する機能を備えている。
<ECU-Freezing judgment function>
The ECU 60 (freezing determination means) is configured to turn off-gas piping (piping) during idle stop that is executed at a predetermined idle stop time (for example, 1 minute) after the idle stop when the idle stop condition is satisfied. 33a, 33b) has a function of determining whether or not to freeze.

具体的には、ECU60は、現在のオフガス配管の温度と、外気温度とに基づいて、仮に、アイドル停止した場合のアイドル停止時間内に、オフガス配管の温度が、凍結温度(例えば0℃)未満に低下すると予測されるとき、オフガス配管が凍結すると判断するように設定されている(図4のケースB、図5のケースC、D参照)。この場合において、外気温度が低くなるほど、仮のアイドル停止中において、オフガス配管の温度は大きく低下する傾向となる。   Specifically, the ECU 60 determines that the temperature of the offgas pipe is less than the freezing temperature (for example, 0 ° C.) within the idle stop time when the idling is stopped based on the current temperature of the offgas pipe and the outside air temperature. When it is predicted that the off-gas piping will be frozen, it is determined that the off-gas piping is frozen (see case B in FIG. 4 and cases C and D in FIG. 5). In this case, as the outside air temperature becomes lower, the temperature of the off-gas piping tends to decrease greatly during the temporary idle stop.

ここで、現在のオフガス配管の温度は、例えば、配管33a等に温度センサを取り付け、この温度センサによって直接検出する構成でもよいが、本実施形態では、ECU60は、システム起動後(燃料電池スタック10の発電開始後)から現在までの、オフガス配管の熱収支(cal/s)、つまり、オフガス配管への熱の出入り(cal/s)の積算値(cal)に基づいて算出する。
なお、オフガス配管の温度は、燃料電池スタック10から離れるほど低くなり、凍結しやすいので、オフガス配管の下流端の温度を、オフガス配管の温度としてもよい。
Here, the current temperature of the off-gas pipe may be, for example, a structure in which a temperature sensor is attached to the pipe 33a or the like and directly detected by this temperature sensor. In this embodiment, the ECU 60 operates after the system is started (the fuel cell stack 10 The calculation is based on the heat balance (cal / s) of the off-gas piping from the start of power generation to the present, that is, the integrated value (cal) of the heat flow into and out of the off-gas piping (cal / s).
Note that the temperature of the off-gas pipe becomes lower as it goes away from the fuel cell stack 10 and is likely to freeze. Therefore, the temperature of the downstream end of the off-gas pipe may be the temperature of the off-gas pipe.

すなわち、ECU60は、システム起動時におけるオフガス配管の温度は外気温度と等しいと仮定したうえで、システム起動時におけるオフガス配管の温度と、現在までのオフガス配管の熱収支(吸熱量−放熱量)を時間で積算した積算値と、に基づいて、現在のオフガス配管の温度を算出する。   That is, the ECU 60 assumes that the temperature of the off-gas piping at the time of system startup is equal to the outside air temperature, and calculates the temperature of the off-gas piping at the time of system startup and the heat balance of the off-gas piping up to the present (heat absorption amount−heat dissipation) The current temperature of the offgas pipe is calculated based on the integrated value integrated over time.

なお、オフガス配管の熱収支(cal/s)は、吸熱量(cal/s)と放熱量(cal/s)との差(吸熱量−放熱量)で与えられる。ここで、オフガス配管の吸熱量は、後記するように、発電に伴って自己発熱する燃料電池スタック10の出力や、オフガス配管の材質等に依存する。また、オフガス配管の放熱量は、外気温度やオフガス配管の材質等に依存する。   The heat balance (cal / s) of the off-gas piping is given by the difference (heat absorption amount−heat radiation amount) between the heat absorption amount (cal / s) and the heat release amount (cal / s). Here, as will be described later, the amount of heat absorbed by the off-gas piping depends on the output of the fuel cell stack 10 that self-heats with power generation, the material of the off-gas piping, and the like. Further, the heat release amount of the off-gas piping depends on the outside air temperature, the material of the off-gas piping, and the like.

また、本実施形態では、ECU60は、オフガス配管の吸熱量(熱収支)の積算値(cal)を、出力検出器43から入力される燃料電池スタック10の出力(電流値及び/又は電圧値)の積算値に基づいて算出する。   In the present embodiment, the ECU 60 outputs the accumulated value (cal) of the heat absorption amount (heat balance) of the off-gas piping to the output (current value and / or voltage value) of the fuel cell stack 10 input from the output detector 43. It is calculated based on the integrated value.

すなわち、システム起動時から現在までの燃料電池スタック10の出力の積算値が、大きくなれば、発電により自己発熱する燃料電池スタック10の積算発熱量が大きくなるから、オフガス配管の吸熱量(熱収支)の積算値は大きく、現在のオフガス配管の温度が高くなるように算出される。逆に、燃料電池スタック10の出力の積算値が小さくなれば、現在のオフガス配管の温度が低くなるように算出される。   That is, if the integrated value of the output of the fuel cell stack 10 from the system startup to the present increases, the integrated calorific value of the fuel cell stack 10 that self-heats due to power generation increases. ) Is large and is calculated so that the current temperature of the off-gas piping becomes high. On the contrary, if the integrated value of the output of the fuel cell stack 10 is small, the current temperature of the off-gas piping is calculated to be low.

その他、オフガス配管の温度と、その他デバイスに取り付けられた温度センサが検出するデバイス温度とが、所定の相関関係を有する場合、デバイス温度と所定の相関関係とに基づいて、オフガス配管の温度を算出することもできる。   In addition, when the temperature of the off-gas piping and the device temperature detected by the temperature sensor attached to the other device have a predetermined correlation, the temperature of the off-gas piping is calculated based on the device temperature and the predetermined correlation. You can also

<ECU−アイドル停止禁止機能>
ECU60(禁止手段)は、アイドル停止条件が成立した場合において、仮に、アイドル停止した場合、そのアイドル停止中に、オフガス配管が凍結すると判定されたとき、アイドル停止を禁止する機能を備えている。
<ECU-Idle stop prohibition function>
The ECU 60 (prohibiting means) has a function of prohibiting the idling stop when it is determined that the off-gas piping is frozen during the idling stop if the idling stop condition is satisfied.

<ECU−アイドル停止禁止の解除機能>
ECU60(解除手段)は、アイドル停止の禁止中において、所定の解除条件が成立した場合、アイドル停止の禁止を解除、つまり、アイドル停止を許可し、アイドル停止可能とする機能を備えている。所定の解除条件が成立する場合とは、アイドル停止の禁止中であって、アイドル中の燃料電池システム1において、オフガス配管の現在の温度が、その後にアイドル停止したとしても、オフガス配管が凍結しない解除温度以上となった場合である。
<ECU-Idle stop prohibition release function>
The ECU 60 (release means) has a function of releasing the prohibition of idling stop, that is, permitting the idling stop and enabling the idling stop when a predetermined release condition is satisfied while the idling stop is prohibited. The case where the predetermined release condition is satisfied is that idling stop is prohibited, and even in the idling fuel cell system 1, even if the current temperature of the off-gas piping is subsequently idle-stopped, the off-gas piping does not freeze. This is the case when the release temperature is exceeded.

この場合において、外気温度が低くなるほど(また、オフガス配管が放熱しやすいほど)、その後にアイドル停止した場合にオフガス配管の温度が大きく低下するから(図4、図5参照)、図3のマップに示すように、外気温度が低くなるほど、解除温度(オフガス配管の熱収支の積算値、燃料電池スタック10の出力の積算値)が高くなるように設定(変更)される。   In this case, the lower the outside air temperature (and the easier the off-gas piping dissipates heat), the more the temperature of the off-gas piping drops when the engine is subsequently idled (see FIGS. 4 and 5). As shown, the lower the outside air temperature, the higher the release temperature (the integrated value of the off-gas piping heat balance, the integrated value of the output of the fuel cell stack 10) is set (changed).

なお、図3のマップは、事前試験等により求められ、ECU60に予め記憶される。また、アイドル停止時間が可変するシステムである場合、図3に示すように、アイドル停止時間が長くなるほど、解除温度が高くなるように設定(変更)される。   Note that the map of FIG. 3 is obtained by a preliminary test or the like and is stored in the ECU 60 in advance. In the case of a system in which the idle stop time is variable, as shown in FIG. 3, the release temperature is set (changed) so that the release temperature becomes higher as the idle stop time becomes longer.

さらに、燃料電池スタック10がアイドル中のままで、燃料電池車がバッテリ(図示しない)を走行した場合、走行風によりオフガス配管が冷却されるため、バッテリ走行する燃料電池車の車速が大きくなるほど、オフガス配管の温度が低くなるように補正することが好ましい。   Further, when the fuel cell stack travels on a battery (not shown) while the fuel cell stack 10 is idling, the off-gas piping is cooled by the traveling wind, so that the vehicle speed of the fuel cell vehicle running on the battery increases. It is preferable to correct so that the temperature of the off-gas piping is lowered.

≪燃料電池システムの動作≫
次に、図2のフローチャートを参照して、燃料電池システム1の動作及びその運転方法を説明する。
ここで、本実施形態に係る燃料電池システム1の運転方法は、仮にアイドル停止した場合、そのアイドル停止中にオフガス配管が凍結するか否か判定する凍結判定ステップと、この凍結判定ステップにおいて凍結すると判定された場合、アイドル停止を禁止する禁止ステップと、アイドル停止の禁止中に、解除条件が成立した場合アイドル停止の禁止を解除する解除ステップと、を含んでいる。
なお、初期状態において、燃料電池スタック10は発電している。また、ECU60は、システム起動時の外気温度と、システム起動から現在までの燃料電池スタック10の出力の積算値とに基づいて、オフガス配管の現在の温度を把握している。
≪Operation of fuel cell system≫
Next, the operation of the fuel cell system 1 and the operation method thereof will be described with reference to the flowchart of FIG.
Here, in the operation method of the fuel cell system 1 according to the present embodiment, if the idling stop is performed, the freezing determination step for determining whether or not the off-gas piping is frozen during the idling stop and the freezing determination step are performed. If it is determined, it includes a prohibiting step for prohibiting idling stop, and a canceling step for canceling prohibition of idling when the canceling condition is satisfied while the idling stop is prohibited.
In the initial state, the fuel cell stack 10 generates power. Further, the ECU 60 grasps the current temperature of the offgas piping based on the outside air temperature at the time of system startup and the integrated value of the output of the fuel cell stack 10 from the system startup to the present time.

ステップS101において、ECU60は、燃料電池システム1(燃料電池車)が、現在、アイドル中(無負荷状態)であるか否か判定する。
アクセルやエアコン等からの発電要求がなく、現在、アイドル中であると判定した場合(S101・Yes)、ECU60の処理はステップS102に進む。一方、現在、アイドル中でないと判定した場合(S101・No)、ECU60の処理は、ステップS113に進む。
In step S101, the ECU 60 determines whether or not the fuel cell system 1 (fuel cell vehicle) is currently idling (no load state).
If it is determined that there is no power generation request from the accelerator or the air conditioner and the vehicle is currently idle (S101 / Yes), the process of the ECU 60 proceeds to step S102. On the other hand, when it determines with not being idle now (S101 * No), the process of ECU60 progresses to step S113.

ステップS102において、ECU60は、所定のアイドル停止条件が成立しているか否か判定する。
アイドル停止条件は成立していると判定した場合(S102・Yes)、ECU60の処理はステップS103に進む。一方、アイドル停止条件は成立していないと判定した場合(S102・No)、ECU60の処理はステップS113に進む。
In step S102, the ECU 60 determines whether or not a predetermined idle stop condition is satisfied.
When it is determined that the idle stop condition is satisfied (S102 / Yes), the process of the ECU 60 proceeds to step S103. On the other hand, when it is determined that the idle stop condition is not satisfied (S102, No), the process of the ECU 60 proceeds to step S113.

ステップS103において、ECU60は、温度センサ53を介して、外気温度を検出する。また、ECU60は、燃料電池スタック10の出力の積算値に基づいて、オフガス配管の現在の温度を算出する。   In step S <b> 103, the ECU 60 detects the outside air temperature via the temperature sensor 53. Further, the ECU 60 calculates the current temperature of the offgas pipe based on the integrated value of the output of the fuel cell stack 10.

ステップS105(凍結判定ステップ、禁止ステップ)において、ECU60は、外気温度と、オフガス配管の現在の温度とに基づいて、この後、仮にアイドル停止を開始し、所定のアイドル停止時間(例えば1分間)にてアイドル停止を継続すると、アイドル停止中にオフガス配管が凍結するか否か判定する。   In step S105 (freezing determination step, prohibition step), the ECU 60 thereafter temporarily stops idling based on the outside air temperature and the current temperature of the off-gas piping, and a predetermined idle stop time (for example, 1 minute). If the idle stop is continued at, it is determined whether or not the off-gas piping is frozen during the idle stop.

オフガス配管が凍結すると判定した場合(S104・Yes)、ECU60の処理はステップS105に進む。このようにステップS105に進む場合、アイドル停止は禁止され、燃料電池システム1のアイドル状態が継続する。一方、オフガス配管は凍結しないと判定した場合(S104・No)、ECU60の処理はステップS108に進む。   When it is determined that the off-gas piping is frozen (S104 / Yes), the process of the ECU 60 proceeds to step S105. Thus, when progressing to step S105, idle stop is prohibited and the idle state of the fuel cell system 1 continues. On the other hand, when it is determined that the off-gas piping is not frozen (S104, No), the process of the ECU 60 proceeds to step S108.

ステップS105において、ECU60は、所定のアイドル停止時間と、外気温度と、図3のマップとに基づいて、アイドル停止の禁止を解除可能な解除温度を設定する。
なお、このようなアイドル停止の禁止中において、外気温度が極低温である場合、燃料電池スタック10の廃熱を有効利用するべく、三方弁33によって配管33aと配管33cを連通させ、カソードオフガスでカソード流路12に向かう空気を加温してもよい。
In step S105, the ECU 60 sets a release temperature at which the prohibition of the idle stop can be canceled based on a predetermined idle stop time, the outside air temperature, and the map of FIG.
When the outside air temperature is extremely low while the idling stop is prohibited, the three-way valve 33 causes the pipe 33a and the pipe 33c to communicate with each other in order to effectively use the waste heat of the fuel cell stack 10. The air toward the cathode channel 12 may be heated.

ステップS106において、ECU60は、出力検出器43を介して、燃料電池スタック10の出力(電流値、電圧値)を検出する。   In step S106, the ECU 60 detects the output (current value, voltage value) of the fuel cell stack 10 via the output detector 43.

ステップS107(解除ステップ)において、ECU60は、燃料電池スタック10の出力の積算値に基づいて算出されるオフガス配管の現在の温度が、解除温度以上であるか否か判定する。
オフガス配管の現在の温度が解除温度以上であると判定した場合(S107・Yes)、ECU60の処理はステップS108に進む。このようにステップS108に進む場合、アイドル停止の禁止は解除される。一方、オフガス配管の現在の温度が解除温度以上でないと判定した場合(S107・No)、ECU60の処理はステップS109に進む。
In step S107 (release step), the ECU 60 determines whether or not the current temperature of the off-gas piping calculated based on the integrated value of the output of the fuel cell stack 10 is equal to or higher than the release temperature.
When it is determined that the current temperature of the off-gas piping is equal to or higher than the release temperature (Yes in S107), the process of the ECU 60 proceeds to step S108. In this way, when the process proceeds to step S108, the prohibition of idle stop is released. On the other hand, when it determines with the present temperature of off-gas piping not being more than a cancellation | release temperature (S107 * No), the process of ECU60 progresses to step S109.

ステップS108において、ECU60は、アイドル停止を開始する。
具体的には、ECU60は、コンプレッサ31を停止し、コンプレッサ31による電力消費を停止する。また、ECU60は、遮断弁22を閉じ、アノード流路11への水素供給を停止すると共に、電力制御器42により燃料電池スタック10の発電を停止する。これにより、燃料電池スタック10による水素消費が停止され、水素タンク21内の水素残量が確保され、燃料電池車の燃費が高まる。
その後、ECU60の処理は、ステップS110に進む。
In step S108, the ECU 60 starts idling stop.
Specifically, the ECU 60 stops the compressor 31 and stops power consumption by the compressor 31. In addition, the ECU 60 closes the shut-off valve 22 and stops the supply of hydrogen to the anode flow path 11, and stops the power generation of the fuel cell stack 10 by the power controller 42. Thereby, the hydrogen consumption by the fuel cell stack 10 is stopped, the remaining amount of hydrogen in the hydrogen tank 21 is secured, and the fuel consumption of the fuel cell vehicle is increased.
Thereafter, the processing of the ECU 60 proceeds to step S110.

ステップS109において、ECU60は、継続してアイドル停止条件が成立しているか否か判定する。
アイドル停止条件が成立していると判定した場合(S109・Yes)、ECU60の処理はステップS106に進む。一方、アイドル停止条件は成立していないと判定した場合(S109・No)、ECU60の処理はステップS113に進む。例えば、ブレーキが解除されたり、アクセルが踏み込まれると、アイドル停止条件は成立していないと判定される。
In step S109, the ECU 60 determines whether or not the idle stop condition is continuously established.
When it is determined that the idle stop condition is satisfied (S109 / Yes), the process of the ECU 60 proceeds to step S106. On the other hand, when it is determined that the idle stop condition is not satisfied (No in S109), the process of the ECU 60 proceeds to Step S113. For example, when the brake is released or the accelerator is depressed, it is determined that the idle stop condition is not satisfied.

ステップS110において、ECU60は、内蔵するクロックを利用して、ステップS108でアイドル停止を開始した後、所定のアイドル停止時間が経過したか否か判定する。
アイドル停止時間は経過したと判定した場合(S110・Yes)、ECU60の処理はステップS111に進む。一方、アイドル停止時間は経過していないと判定した場合(S110・No)、ECU60の処理はステップS112に進む。
In step S110, the ECU 60 uses the built-in clock to determine whether or not a predetermined idle stop time has elapsed after starting the idle stop in step S108.
When it is determined that the idle stop time has elapsed (S110 / Yes), the process of the ECU 60 proceeds to step S111. On the other hand, when it determines with the idle stop time not having passed (S110 * No), the process of ECU60 progresses to step S112.

ステップS111において、ECU60は、アイドル停止を終了(解除)する。
具体的には、ECU60は、遮断弁22を開き、アノード流路11に水素を供給すると共に、コンプレッサ31を作動し、カソード流路12に空気を供給する。そして、ECU60は、電力制御器42を制御し、燃料電池スタック10を再び発電させる。
その後、ECU60の処理は、ステップS113に進む。
In step S111, the ECU 60 ends (cancels) the idle stop.
Specifically, the ECU 60 opens the shut-off valve 22 and supplies hydrogen to the anode channel 11, operates the compressor 31, and supplies air to the cathode channel 12. Then, the ECU 60 controls the power controller 42 to generate power again in the fuel cell stack 10.
Thereafter, the processing of the ECU 60 proceeds to step S113.

ステップS112において、ECU60は、継続してアイドル停止条件が成立しているか否か判定する。
アイドル停止条件が成立していると判定した場合(S112・Yes)、ECU60の処理はステップS110に進む。一方、アイドル停止条件は成立していないと判定した場合(S112・No)、ECU60の処理はステップS111に進む。
In step S112, the ECU 60 determines whether or not the idle stop condition is continuously established.
When it is determined that the idle stop condition is satisfied (S112 / Yes), the process of the ECU 60 proceeds to step S110. On the other hand, when it is determined that the idle stop condition is not satisfied (S112 / No), the process of the ECU 60 proceeds to step S111.

ステップS113において、ECU60は、燃料電池スタック10を通常に発電させる。つまり、ECU60は、アクセル開度等に基づく発電要求量に対応して、燃料電池スタック10を発電させる。
その後、ECU60の処理は、リターンを通って、スタートに戻る。
In step S113, the ECU 60 normally generates power in the fuel cell stack 10. That is, the ECU 60 causes the fuel cell stack 10 to generate power in response to the power generation request amount based on the accelerator opening.
Thereafter, the process of the ECU 60 returns to the start through a return.

≪燃料電池システムの効果≫
このような燃料電池システム1によれば次の効果を得る。
アイドル停止条件が成立したとしても(S102・Yes)、仮にアイドル停止した場合、そのアイドル停止中にオフガス配管が凍結すると判定したとき(S104・Yes)、アイドル停止を禁止するので、オフガス配管の凍結を防止できる。
≪Effect of fuel cell system≫
According to such a fuel cell system 1, the following effects are obtained.
Even if the idle stop condition is satisfied (S102 / Yes), if it is determined that the offgas pipe is frozen during the idle stop (S104 / Yes), the idle stop is prohibited, so the offgas pipe is frozen. Can be prevented.

また、アイドル停止の禁止中において、オフガス配管の現在の温度が解除温度以上となった場合(S107・Yes)、アイドル停止の禁止を解除し、その後のアイドル停止中にオフガス配管が凍結することを防止しつつ、適切なタイミングでアイドル停止を開始できる(S108)。
≪燃料電池システムの一動作例≫
次に、図4〜図5を参照して、燃料電池システム1の一動作例を説明する。
図4のケースAに示すように、アイドル停止条件が成立した場合において(S102・Yes)、仮にアイドル停止したとき、オフガス配管は凍結しないと判定されるとき(S104・No)、アイドル停止は開始される(S108)。
In addition, when the current temperature of the off-gas piping is equal to or higher than the release temperature while the idle stop is prohibited (Yes at S107), the prohibition of the idle stop is canceled and the off-gas piping is frozen during the subsequent idle stop. While being prevented, the idle stop can be started at an appropriate timing (S108).
≪Example of fuel cell system operation≫
Next, an operation example of the fuel cell system 1 will be described with reference to FIGS.
As shown in case A of FIG. 4, when the idle stop condition is satisfied (S102 / Yes), when it is determined that the off-gas piping is not frozen if the idle stop is temporarily performed (S104 / No), the idle stop is started. (S108).

一方、図4のケースA、図5のケースC、Dに示すように、アイドル停止条件が成立した場合において(S102・Yes)、仮にアイドル停止したとき、オフガス配管は凍結すると判定されるとき(S104・Yes)、アイドル停止は禁止される。そして、各ケースにおいて、適切な解除温度が設定された後(S105)、オフガス配管の現在の温度が解錠温度に到達すると(S107・Yes)、アイドル停止の禁止は解除され、アイドル停止は開始される(S108)。   On the other hand, as shown in case A of FIG. 4 and cases C and D of FIG. 5, when the idle stop condition is satisfied (Yes in S102), when it is determined that the offgas piping is frozen when the idle stop is temporarily performed ( S104 / Yes), idle stop is prohibited. In each case, after an appropriate release temperature is set (S105), when the current temperature of the off-gas piping reaches the unlocking temperature (Yes in S107), the prohibition of idle stop is canceled and the idle stop is started. (S108).

以上、本発明の一実施形態について説明したが、これに限定されず、例えば次のように変形できる。
前記した実施形態では、カソードオフガスが通流する配管33a等の凍結を防止することを目的としたが、これに代えて、又は加えて、アノードオフガスが通流する配管22bの凍結を防止することを目的としてもよい。
前記した実施形態では、燃料電池システム1が燃料電池車(四輪車)に搭載された構成を例示したが、その他に例えば、自動二輪車、列車、船舶に搭載された構成でもよい。また、燃料電池システム1は定置式のものでもよい。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, it is not limited to this, For example, it can deform | transform as follows.
In the above-described embodiment, the purpose is to prevent freezing of the pipe 33a through which the cathode off-gas flows, but instead of or in addition to this, it is possible to prevent freezing of the pipe 22b through which the anode off-gas flows. It may be aimed at.
In the above-described embodiment, the configuration in which the fuel cell system 1 is mounted on a fuel cell vehicle (four-wheeled vehicle) is exemplified, but other configurations such as a motorcycle, a train, and a ship may be used. The fuel cell system 1 may be a stationary type.

1 燃料電池システム
10 燃料電池スタック(燃料電池)
60 ECU(アイドル停止制御手段、凍結判定手段、禁止手段、解除手段)
1 Fuel Cell System 10 Fuel Cell Stack (Fuel Cell)
60 ECU (idle stop control means, freeze determination means, prohibition means, release means)

Claims (6)

反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、
前記燃料電池から排出されたオフガスが通流するオフガス配管と、
システムのアイドル停止を制御するアイドル停止制御手段と、
仮にアイドル停止した場合、そのアイドル停止中に前記オフガス配管が凍結するか否か判定する凍結判定手段と、
前記凍結判定手段が凍結すると判定した場合、アイドル停止を禁止する禁止手段と、
前記禁止手段によるアイドル停止の禁止中に、アイドル停止の禁止の解除条件が成立した場合、前記禁止手段によるアイドル停止の禁止を解除する解除手段と、
を備え、
前記解除条件は、前記オフガス配管の現在の温度が、その後にアイドル停止した場合にオフガス配管が凍結しない解除温度以上となったとき、成立し、
外気温度が低くなると、前記解除温度は高くなるように変更され、且つ、アイドル停止するアイドル停止時間が長くなると、前記解除温度は高くなるように変更される
ことを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that generates electricity by supplying reactive gas;
Off-gas piping through which off-gas discharged from the fuel cell flows;
Idle stop control means for controlling idle stop of the system;
If it is idle stopped, a freezing determination means for determining whether or not the off-gas piping is frozen during the idle stop,
When the freezing determining means determines that it is frozen, a prohibiting means for prohibiting idle stop;
A release means for releasing the prohibition of the idle stop by the prohibit means when the release condition for the prohibition of the idle stop is satisfied while the idle stop is prohibited by the prohibit means;
With
The release condition is satisfied when the current temperature of the off-gas pipe is equal to or higher than a release temperature at which the off-gas pipe is not frozen when idling is stopped thereafter .
The fuel cell system , wherein the release temperature is changed to be higher when the outside air temperature is lower, and the release temperature is changed to be higher when the idle stop time for idling is longer .
前記オフガス配管の現在の温度は、当該オフガス配管の熱収支の積算値に基づいて算出される
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1, wherein the current temperature of the off-gas pipe is calculated based on an integrated value of a heat balance of the off-gas pipe.
前記オフガス配管の熱収支は、発電に伴って自己発熱する前記燃料電池の出力に基づいて算出される
ことを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 2, wherein the heat balance of the off-gas piping is calculated based on an output of the fuel cell that self-heats with power generation.
前記凍結判定手段は、前記オフガス配管の現在の温度と、外気温度とに基づいて、仮にアイドル停止した場合のアイドル停止中の前記オフガス配管の温度を予測し、予測された前記オフガス配管の温度と凍結温度とに基づいて、前記オフガス配管が凍結するか否か判定するThe freezing determination means predicts the temperature of the offgas pipe during the idle stop when the idle stop is temporarily performed based on the current temperature of the offgas pipe and the outside air temperature, and the predicted temperature of the offgas pipe Based on the freezing temperature, it is determined whether or not the off-gas piping is frozen.
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein
反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、
前記燃料電池から排出されたオフガスが通流するオフガス配管と、
システムのアイドル停止を制御するアイドル停止制御手段と、
を備える燃料電池システムの運転方法であって、
仮にアイドル停止した場合、そのアイドル停止中に前記オフガス配管が凍結するか否か判定する凍結判定ステップと、
前記凍結判定ステップにおいて凍結すると判定された場合、アイドル停止を禁止する禁止ステップと、
アイドル停止の禁止中に、アイドル停止の禁止の解除条件が成立した場合、アイドル停止の禁止を解除する解除ステップと、
を含み、
前記解除条件は、前記オフガス配管の現在の温度が、その後にアイドル停止した場合にオフガス配管が凍結しない解除温度以上となったとき、成立し、
外気温度が低くなると、前記解除温度は高くなるように変更され、且つ、アイドル停止するアイドル停止時間が長くなると、前記解除温度は高くなるように変更される
ことを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
A fuel cell that generates electricity by supplying reactive gas;
Off-gas piping through which off-gas discharged from the fuel cell flows;
Idle stop control means for controlling idle stop of the system;
A method for operating a fuel cell system comprising:
If the idle stop is performed, a freezing determination step for determining whether or not the offgas pipe is frozen during the idle stop,
A prohibiting step for prohibiting idle stop when it is determined that the freezing determination step is frozen;
A release step for releasing the prohibition of idling stop when the canceling condition of prohibiting the idling stop is satisfied while prohibiting the idling stop;
Including
The release condition is satisfied when the current temperature of the off-gas pipe is equal to or higher than a release temperature at which the off-gas pipe is not frozen when idling is stopped thereafter .
The operation of the fuel cell system is characterized in that when the outside air temperature is lowered, the release temperature is changed so as to be increased, and when the idle stop time for idling is prolonged, the release temperature is changed so as to be increased. Method.
前記凍結判定ステップにおいて、前記オフガス配管の現在の温度と、外気温度とに基づいて、仮にアイドル停止した場合のアイドル停止中の前記オフガス配管の温度を予測し、予測された前記オフガス配管の温度と凍結温度とに基づいて、前記オフガス配管が凍結するか否か判定するIn the freezing determination step, based on the current temperature of the off-gas piping and the outside air temperature, the temperature of the off-gas piping during the idling stop when the idling is stopped is predicted, and the predicted temperature of the off-gas piping Based on the freezing temperature, it is determined whether or not the off-gas piping is frozen.
ことを特徴とする請求項5に記載の燃料電池システムの運転方法。The operation method of the fuel cell system according to claim 5.
JP2009016148A 2009-01-28 2009-01-28 FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING FUEL CELL SYSTEM Expired - Fee Related JP5443776B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009016148A JP5443776B2 (en) 2009-01-28 2009-01-28 FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING FUEL CELL SYSTEM

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009016148A JP5443776B2 (en) 2009-01-28 2009-01-28 FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING FUEL CELL SYSTEM

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010176932A JP2010176932A (en) 2010-08-12
JP5443776B2 true JP5443776B2 (en) 2014-03-19

Family

ID=42707680

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009016148A Expired - Fee Related JP5443776B2 (en) 2009-01-28 2009-01-28 FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING FUEL CELL SYSTEM

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5443776B2 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004022464A (en) * 2002-06-19 2004-01-22 Nissan Motor Co Ltd Controlling apparatus of fuel cell system
JP4993240B2 (en) * 2004-03-17 2012-08-08 トヨタ自動車株式会社 Control device
JP5060105B2 (en) * 2006-11-15 2012-10-31 本田技研工業株式会社 Fuel cell system
JP5065655B2 (en) * 2006-11-15 2012-11-07 本田技研工業株式会社 Fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010176932A (en) 2010-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5184083B2 (en) Humidification control of polymer membrane of fuel cell
JP5231750B2 (en) Fuel cell system
JP5342265B2 (en) Fuel cell system
JP4612584B2 (en) Fuel cell system
JP2007188830A (en) Starting method for fuel cell system
JP5351651B2 (en) Fuel cell system
US20100055523A1 (en) Fuel cell system
WO2008142972A1 (en) Fuel cell system
JP2007109615A (en) Fuel cell system and its stopping method
JP4814930B2 (en) Fuel cell system
JP2006278046A (en) Fuel cell system
US8092947B1 (en) Fuel cell system
JP2007287540A (en) Fuel cell system, and vehicle mounted with fuel cell system
JP2007157600A (en) Fuel cell system and movable body
JP5558909B2 (en) Power supply system
JP5314332B2 (en) Fuel cell system and operation method thereof
JP2009054427A (en) Fuel cell system
JP5411443B2 (en) Fuel cell system
JP2009281262A (en) Fuel cell system
JP2008021448A (en) Fuel cell system and fuel cell control method
JP5443776B2 (en) FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING FUEL CELL SYSTEM
JP2010244781A (en) Fuel battery system
JP5060105B2 (en) Fuel cell system
JP2008108538A (en) Fuel cell system
JP2005251517A (en) Fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20111125

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120522

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130418

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130423

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130621

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20131210

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131220

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5443776

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees