JP5485930B2 - Control method of fuel cell system - Google Patents

Control method of fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP5485930B2
JP5485930B2 JP2011053894A JP2011053894A JP5485930B2 JP 5485930 B2 JP5485930 B2 JP 5485930B2 JP 2011053894 A JP2011053894 A JP 2011053894A JP 2011053894 A JP2011053894 A JP 2011053894A JP 5485930 B2 JP5485930 B2 JP 5485930B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
power generation
gas
fuel
pressure
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
JP2011053894A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012190679A (en
Inventor
千大 和氣
裕嗣 松本
幸一郎 宮田
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 JP2011053894A priority Critical patent/JP5485930B2/en
Publication of JP2012190679A publication Critical patent/JP2012190679A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5485930B2 publication Critical patent/JP5485930B2/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

この発明は、酸化剤ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池を備える燃料電池システムの制御方法に関し、特に、発電停止時にアノード内の水素とカソード内の酸素を消費させることで、燃料電池内のカソード内を窒素濃度の濃いガスで充満させる停止時発電処理を実施する燃料電池システムの制御方法に関する。   The present invention relates to a control method of a fuel cell system including a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas, and more particularly, by consuming hydrogen in an anode and oxygen in a cathode when power generation is stopped. The present invention relates to a control method for a fuel cell system that performs a power generation process at the time of stopping to fill a cathode in a battery with a gas having a high nitrogen concentration.

燃料電池は、燃料ガス(主に水素を含有するガス、例えば、水素ガス)及び酸化剤ガス(主に酸素を含有するガス、例えば、空気)をアノード電極及びカソード電極に供給して電気化学的に反応させることにより、直流の電気エネルギを得るシステムである。このシステムは、定置用の他、車載用として燃料電池車両に組み込まれている。   In a fuel cell, a fuel gas (a gas mainly containing hydrogen, for example, hydrogen gas) and an oxidant gas (a gas mainly containing oxygen, for example, air) are supplied to an anode electrode and a cathode electrode to be electrochemical. It is a system that obtains direct-current electric energy by reacting with. This system is incorporated in a fuel cell vehicle for in-vehicle use as well as stationary use.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード電極及びカソード電極を設けた電解質膜・電極構造体(MEA)を、一対のセパレータによって挟持している。一方のセパレータと電解質膜・電極接合体との間には、アノード電極に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路が形成されるとともに、他方のセパレータと前記電解質膜・電極構造体との間には、カソード電極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路が形成されている。   For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) provided with an anode electrode and a cathode electrode on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is sandwiched between a pair of separators. Yes. A fuel gas passage for supplying fuel gas to the anode electrode is formed between one separator and the electrolyte membrane / electrode assembly, and between the other separator and the electrolyte membrane / electrode structure. Is formed with an oxidant gas flow path for supplying an oxidant gas to the cathode electrode.

この燃料電池の停止時には、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給が停止されるが、燃料ガス流路内に前記燃料ガスが残留する一方、酸化剤ガス流路内に前記酸化剤ガスが残留している。従って、特に燃料電池の停止期間が長くなると、燃料ガスや酸化剤ガスが電解質膜を透過し、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとが混在し反応して電解質膜・電極構造体が劣化するおそれがある。   When the fuel cell is stopped, the supply of fuel gas and oxidant gas is stopped. However, while the fuel gas remains in the fuel gas channel, the oxidant gas remains in the oxidant gas channel. Yes. Therefore, particularly when the fuel cell is stopped for a long time, the fuel gas and the oxidant gas may permeate the electrolyte membrane, and the fuel gas and the oxidant gas may be mixed and reacted to deteriorate the electrolyte membrane / electrode structure. There is.

そこで、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池システムでは、燃料電池の運転停止時に、アノード側への反応ガスの供給を遮断するとともに、カソード側への反応ガスの供給を遮断する。さらに、アノード側排ガスをアノード側循環ラインを経由して上流側に循環させるとともに、カソード側排ガスをカソード循環ラインを介して上流側に循環させ、燃料電池内の電気化学反応を継続させることで発電させ、発電出力をバッテリに充電する。このようにして、アノード側排ガスの水素を消費させるとともに、カソード側排ガス中の酸素を消費して窒素ガスをタンクに蓄積し、タンクに蓄積した窒素ガスにより燃料電池のアノード内及びカソード内をガス置換している。   Thus, for example, in the fuel cell system disclosed in Patent Document 1, when the operation of the fuel cell is stopped, the supply of the reaction gas to the anode side is cut off and the supply of the reaction gas to the cathode side is cut off. In addition, the anode-side exhaust gas is circulated upstream via the anode-side circulation line, and the cathode-side exhaust gas is circulated upstream via the cathode circulation line to continue the electrochemical reaction in the fuel cell. And the power generation output is charged to the battery. In this way, hydrogen in the anode side exhaust gas is consumed, oxygen in the cathode side exhaust gas is consumed and nitrogen gas is accumulated in the tank. The nitrogen gas accumulated in the tank causes gas in the anode and cathode of the fuel cell. Has been replaced.

特開2004−22487号公報(図1、[0029])Japanese Patent Laying-Open No. 2004-22487 (FIG. 1, [0029])

特許文献1に記載された技術のように、燃料電池の運転停止時に、窒素ガスにより燃料電池のアノード内及びカソード内を不活性なガスにより置換することは、運転停止後に、不必要な反応が発生する可能性が少なくなり、燃料電池の劣化防止という観点からも好ましい。   As in the technique described in Patent Document 1, when the operation of the fuel cell is stopped, nitrogen gas replaces the anode and cathode of the fuel cell with an inert gas. This is preferable from the viewpoint of preventing the deterioration of the fuel cell.

しかしながら、特許文献1に記載された停止時発電処理に係る技術では、例えば、アノード側の反応ガスの供給を遮断して発電(電気化学反応)を継続させているので、アノード側の圧力が相当に低下する場合があり、燃料電池システムを構成するスタックの破壊や弁の誤開弁(誤開放)を惹起してしまうという問題がある。   However, in the technology related to the power generation processing at the time of stop described in Patent Document 1, for example, the supply of the reaction gas on the anode side is shut off and power generation (electrochemical reaction) is continued. However, there is a problem that the stack constituting the fuel cell system is broken or the valve is erroneously opened (erroneously opened).

また、この停止時発電処理は、電気的に大きな負荷をかける(大きな電流を引く)ことがないので発生する熱量が少なく、かつ比較的に時間のかかる処理であるので、氷点下等の低温下において実施すると、燃料電池の氷結を招く可能性があり、同様に燃料電池システムを構成するスタック等が破壊してしまうおそれがある。   In addition, this power generation process at the time of stoppage is a process that generates a small amount of heat and does not take a large electric load (i.e. draws a large current) and takes a relatively long time. If implemented, the fuel cell may freeze, and similarly, the stack or the like constituting the fuel cell system may be destroyed.

この発明は上記の課題を考慮してなされたものであり、燃料電池システムの停止時発電処理を実施するにあたり、スタックの破壊、次回機動性の悪化、並びに弁の誤開弁等の不具合を悉く防止することを可能とする燃料電池システムの制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-described problems, and in carrying out the power generation processing at the time of stopping of the fuel cell system, problems such as stack destruction, next-time mobility deterioration, and valve misopening are raised. It is an object of the present invention to provide a control method of a fuel cell system that can be prevented.

この発明は、カソード側に供給される酸化剤ガス及びアノード側に供給される燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、前記燃料電池に冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置と、前記燃料電池の運転停止指令を検出した際、前記燃料ガスの供給を停止する一方、前記酸化剤ガスを燃料電池に供給しながら前記燃料電池を発電させる停止時発電処理を実施する燃料電池システムの制御方法において、以下の特徴(1)を備える。   The present invention relates to a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between an oxidant gas supplied to the cathode side and a fuel gas supplied to the anode side, and an oxidant gas supply device that supplies the oxidant gas to the fuel cell. A fuel gas supply device that supplies the fuel gas to the fuel cell, a cooling medium supply device that supplies a cooling medium to the fuel cell, and a fuel gas supply when an operation stop command for the fuel cell is detected. A control method of a fuel cell system that performs power generation processing at the time of stopping while generating power while supplying the oxidant gas to the fuel cell while stopping is provided with the following feature (1).

(1)前記燃料電池システムの運転停止指令を検出したときから前記停止時発電処理中に、前記アノード側の圧力が閾値圧力以下、前記燃料電池の電圧{例えば、セル(セルペア)電圧}が閾値電圧以下、前記アノード側の燃料ガスの温度が閾値温度以下、及び前記冷却媒体の温度が閾値温度以上、の少なくとも1つの条件が検出された場合には、前記停止時発電処理を中断することを特徴とする。   (1) The pressure on the anode side is equal to or lower than the threshold pressure and the voltage of the fuel cell {eg, cell (cell pair) voltage} is the threshold value during the power generation process at the time of stoppage from when the operation stop command of the fuel cell system is detected When at least one of the following conditions is detected: a voltage lower than the voltage, a temperature of the fuel gas on the anode side equal to or lower than a threshold temperature, and a temperature of the cooling medium equal to or higher than the threshold temperature, Features.

この発明によれば、アノード側の圧力が閾値圧力以下で停止時発電処理を中断することで、スタックの破壊や弁の誤開弁(誤開放)を防止できる。また、前記燃料電池の電圧が閾値電圧以下で停止時発電処理を中断することで、燃料電池(セル)が壊れることを防止できる。さらに、冷却媒体温度が閾値温度以上で停止時発電処理を中断することで冷却不足を要因として燃料電池が壊れる(セルが焼損する)ことを防止できる。   According to the present invention, it is possible to prevent the stack from being destroyed and the valve from being erroneously opened (erroneously opened) by interrupting the power generation process at the stop when the pressure on the anode side is equal to or lower than the threshold pressure. Moreover, it is possible to prevent the fuel cell (cell) from being broken by interrupting the power generation process at the stop when the voltage of the fuel cell is lower than the threshold voltage. Furthermore, by interrupting the stop-time power generation process when the cooling medium temperature is equal to or higher than the threshold temperature, it is possible to prevent the fuel cell from being damaged (the cell is burned out) due to insufficient cooling.

また、この発明は、カソード側に供給される酸化剤ガス及びアノード側に供給される燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、前記燃料電池の運転停止指令を検出した際、前記燃料ガスの供給を停止する一方、前記酸化剤ガスを燃料電池に供給しながら前記燃料電池を発電させる停止時発電処理を実施する燃料電池システムの制御方法において、以下の特徴(2)を備える。   The present invention also provides a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between an oxidant gas supplied to the cathode side and a fuel gas supplied to the anode side, and an oxidant gas supply that supplies the oxidant gas to the fuel cell. A fuel gas supply device for supplying the fuel gas to the fuel cell, and the fuel gas supply is stopped while an oxidant gas is supplied to the fuel cell upon detecting an operation stop command of the fuel cell. However, the control method of the fuel cell system that performs the power generation process at the time of stopping to generate the power of the fuel cell includes the following feature (2).

(2)前記燃料電池システムの運転停止指令を検出したときに、前記燃料電池システムの通常発電中の発電不調が記憶されていたとき、前記燃料電池システムが所定温度以下の状態で起動され前記燃料電池システムの暖機完了前であったとき、及び前記燃料電池のガス圧力を制御する制御弁が凍結の可能性があるとき、の少なくとも1つの条件が検出された場合には、前記停止時発電処理を実施しないことを特徴とする。   (2) When an operation stop command for the fuel cell system is detected and a power generation malfunction during normal power generation of the fuel cell system is stored, the fuel cell system is activated in a state of a predetermined temperature or less and the fuel When at least one of the conditions is detected when the battery system has not been warmed up and when the control valve for controlling the gas pressure of the fuel cell is likely to be frozen, The processing is not performed.

この発明によれば、燃料電池システムの運転停止指令を検出したときに、前記燃料電池システムの通常発電中の発電不調が記憶されていたとき、停止時発電処理を実施しないことで発電不調状態を改善する余地が残される(発電不調状態を継続することは、より劣化を促進する可能性が高く好ましくない。)。また、前記燃料電池システムの運転停止指令を検出したときに、前記燃料電池システムが所定温度以下の状態で起動され前記燃料電池システムの暖機完了前であったとき、停止時発電処理を実施しないことで、燃料電池が発電不調状態になることを防止できる。さらに、燃料電池システムの運転停止指令を検出したときに、前記燃料電池のガス圧力を制御する制御弁が凍結の可能性があるとき、前記停止時発電処理を実施しないことで、凍結を防止できる。   According to the present invention, when an operation stop command of the fuel cell system is detected and a power generation failure during normal power generation of the fuel cell system is stored, the power generation failure state is prevented by not performing the power generation process at the time of stop. There is room for improvement (continuing the power generation malfunction state is not preferable because it is more likely to promote deterioration). Further, when the fuel cell system operation stop command is detected, if the fuel cell system is started in a state below a predetermined temperature and before the fuel cell system has been warmed up, the power generation process at the time of stop is not performed. Thus, it is possible to prevent the fuel cell from being in a power generation malfunction state. Furthermore, when a control valve for controlling the gas pressure of the fuel cell has a possibility of freezing when an operation stop command for the fuel cell system is detected, freezing can be prevented by not performing the power generation process at the time of stopping. .

なお、この発明は、発電不調等の不具合発生時に、停止時発電処理を不実施乃至中断することで、前記停止時発電処理を除いた他の不具合対策処理、例えば、乾燥した空気によるアノード側やカソード側の掃気処理等を実施することで、発電不調等の不具合を解消できる可能性が得られる点で有用である。   In the present invention, when a malfunction such as a malfunction of power generation occurs, the power generation process at the time of stoppage is not performed or interrupted, so that other trouble countermeasure processes other than the power generation process at the time of stoppage, for example, anode side with dry air or By carrying out the scavenging treatment on the cathode side, etc., it is useful in that it is possible to solve problems such as power generation malfunctions.

この発明によれば、停止時発電処理をする際に、不具合が検出されたとき、停止時発電処理中であれば中断し、停止時発電処理前であれば実施しないようにしたので、停止時発電処理の続行乃至実施による不具合の悪化・継続を回避することができる。   According to the present invention, when a malfunction is detected during the stop-time power generation process, the process is interrupted if the stop-time power generation process is in progress and is not performed before the stop-time power generation process. Deterioration or continuation of problems due to continuation or implementation of power generation processing can be avoided.

この発明の実施形態に係る制御方法が実施される燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system in which a control method according to an embodiment of the present invention is implemented. 前記燃料電池システムを構成する回路説明図である。It is circuit explanatory drawing which comprises the said fuel cell system. 前記制御方法を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the said control method. 前記制御方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the said control method. 前記燃料電池システムの水素ガス系容積部及び空気系容積部の説明図である。It is explanatory drawing of the hydrogen gas type | system | group volume part and the air system volume part of the said fuel cell system. 停止時発電処理の全体説明図である。It is whole explanatory drawing of a power generation process at the time of a stop. 実施可否判断部と中断要否判断部の具体的な動作例の説明図である。It is explanatory drawing of the specific operation example of an implementation propriety judgment part and an interruption necessity judgment part. 実施可否・中断要否判断部に記憶されている判断表の説明図である。It is explanatory drawing of the judgment table memorize | stored in the implementation propriety / interruption necessity judgment part. モード切替判断部に記憶されているモード切替表の説明図である。It is explanatory drawing of the mode switching table memorize | stored in the mode switching judgment part. 差圧保護の考え方の説明図である。It is explanatory drawing of the idea of differential pressure protection.

図1に示すように、この発明の実施形態に係る制御方法が実施される燃料電池システム10は、燃料電池スタック12と、燃料電池スタック12に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置14と、燃料電池スタック12に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置16と、燃料電池スタック12に冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置21と、燃料電池スタック12に掃気ガスを導入する掃気装置15と、燃料電池スタック12に接続自由なバッテリ(蓄電装置)17と、燃料電池システム10全体の制御を行うコントローラ(制御装置、制御部)18と、を備える。   As shown in FIG. 1, a fuel cell system 10 in which a control method according to an embodiment of the present invention is implemented includes a fuel cell stack 12, an oxidant gas supply device 14 that supplies an oxidant gas to the fuel cell stack 12, and A fuel gas supply device 16 that supplies fuel gas to the fuel cell stack 12, a cooling medium supply device 21 that supplies a cooling medium to the fuel cell stack 12, a scavenging device 15 that introduces scavenging gas into the fuel cell stack 12, A battery (power storage device) 17 that can be freely connected to the fuel cell stack 12 and a controller (control device, control unit) 18 that controls the entire fuel cell system 10 are provided.

コントローラ18は、マイクロコンピュータを含む計算機であり、CPU(中央処理装置)、メモリであるROM(EEPROMも含む。)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、その他、A/D変換器、D/A変換器等の入出力装置、時計、計時部としてのタイマ19等を有しており、CPUがROMに記録されているプログラムを読み出し実行することで各種機能実現部(機能実現手段)、たとえば制御部、演算部、及び処理部等として機能する。   The controller 18 is a computer including a microcomputer, a CPU (central processing unit), a ROM (including EEPROM) as a memory, a RAM (random access memory), other A / D converters, and D / A converters. The input / output device such as a clock, a timer 19 as a timekeeping unit, and the like, and when the CPU reads and executes a program recorded in the ROM, various function realization units (function realization means) such as a control unit, It functions as a calculation unit, a processing unit, and the like.

燃料電池システム10は、燃料電池自動車等の燃料電池車両に搭載される。バッテリ17は、燃料電池車両を通常走行可能であり、例えば、20A、〜500V程度であるとともに、後述する12V電源98よりも高電圧且つ高電力容量である。   The fuel cell system 10 is mounted on a fuel cell vehicle such as a fuel cell vehicle. The battery 17 can normally travel in a fuel cell vehicle, and has a voltage of about 20 A to about 500 V, for example, and a higher voltage and a higher power capacity than a 12 V power source 98 described later.

燃料電池スタック12は、複数の燃料電池(セル又はセルペアともいう。)20を積層して構成される。各燃料電池20は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜22をカソード電極24とアノード電極26とで挟持した電解質膜・電極構造体(MEA)28を備える。   The fuel cell stack 12 is configured by stacking a plurality of fuel cells (also referred to as cells or cell pairs) 20. Each fuel cell 20 includes, for example, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) 28 in which a solid polymer electrolyte membrane 22 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water is sandwiched between a cathode electrode 24 and an anode electrode 26. .

カソード電極24及びアノード電極26は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金(又はRu等)が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成された電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜22の両面に形成される。   The cathode electrode 24 and the anode electrode 26 have a gas diffusion layer made of carbon paper or the like, and porous carbon particles carrying platinum alloy (or Ru or the like) on the surface are uniformly applied to the surface of the gas diffusion layer. And an electrode catalyst layer formed. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 22.

電解質膜・電極構造体28をカソード側セパレータ30及びアノード側セパレータ32で挟持する。カソード側セパレータ30及びアノード側セパレータ32は、例えば、カーボンセパレータ又は金属セパレータで構成される。   The electrolyte membrane / electrode structure 28 is sandwiched between the cathode side separator 30 and the anode side separator 32. The cathode side separator 30 and the anode side separator 32 are comprised by a carbon separator or a metal separator, for example.

カソード側セパレータ30と電解質膜・電極構造体28との間には、酸化剤ガス流路34が設けられるとともに、アノード側セパレータ32と前記電解質膜・電極構造体28との間には、燃料ガス流路36が設けられる。   An oxidant gas flow path 34 is provided between the cathode side separator 30 and the electrolyte membrane / electrode structure 28, and a fuel gas is provided between the anode side separator 32 and the electrolyte membrane / electrode structure 28. A flow path 36 is provided.

燃料電池スタック12には、各燃料電池20の積層方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガス(以下、空気ともいう。)を供給する酸化剤ガス入口連通孔38a、燃料ガス、例えば、水素含有ガス(以下、水素ガスともいう)を供給する燃料ガス入口連通孔40a、冷却媒体を供給する冷却媒体入口連通孔41a、前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔38b、前記燃料ガスを排出する燃料ガス出口連通孔40b、及び前記冷却媒体を排出する冷却媒体出口連通孔41bが設けられる。   The fuel cell stack 12 communicates with each other in the stacking direction of the fuel cells 20 to supply an oxidant gas, for example, an oxidant gas inlet communication hole 38a for supplying an oxygen-containing gas (hereinafter also referred to as air), a fuel gas. For example, a fuel gas inlet communication hole 40a for supplying a hydrogen-containing gas (hereinafter also referred to as hydrogen gas), a cooling medium inlet communication hole 41a for supplying a cooling medium, and an oxidant gas outlet communication hole 38b for discharging the oxidant gas. A fuel gas outlet communication hole 40b for discharging the fuel gas and a cooling medium outlet communication hole 41b for discharging the cooling medium are provided.

酸化剤ガス供給装置14は、大気からの空気を圧縮して供給するエアポンプ50を備え、前記エアポンプ50が空気供給流路52に配設される。空気供給流路52には、供給ガスと排出ガスとの間で水分と熱を交換する加湿器54が配設される。空気供給流路52は、燃料電池スタック12の酸化剤ガス入口連通孔38aに連通する。   The oxidant gas supply device 14 includes an air pump 50 that compresses and supplies air from the atmosphere, and the air pump 50 is disposed in the air supply flow path 52. The air supply channel 52 is provided with a humidifier 54 that exchanges moisture and heat between the supply gas and the exhaust gas. The air supply flow path 52 communicates with the oxidant gas inlet communication hole 38 a of the fuel cell stack 12.

酸化剤ガス供給装置14は、酸化剤ガス出口連通孔38bに連通する空気排出流路56を備える。空気排出流路56は、加湿器54の加湿媒体通路(図示せず)に連通するとともに、この空気排出流路56には、エアポンプ50から空気供給流路52を通って燃料電池スタック12に供給される空気の圧力を調整するためのバタフライ弁等の開度調整可能な背圧制御弁(単に、背圧弁ともいう。)58が設けられる。背圧制御弁58は、ノーマルクローズ型(通電されない時に閉じられる)制御弁により構成されることが好ましい。空気排出流路56は、希釈ボックス60に連通する。   The oxidant gas supply device 14 includes an air discharge channel 56 that communicates with the oxidant gas outlet communication hole 38b. The air discharge channel 56 communicates with a humidifying medium passage (not shown) of the humidifier 54, and is supplied to the fuel cell stack 12 from the air pump 50 through the air supply channel 52. A back pressure control valve (also simply referred to as a back pressure valve) 58 with an adjustable opening is provided, such as a butterfly valve for adjusting the air pressure. The back pressure control valve 58 is preferably constituted by a normally closed type (closed when not energized) control valve. The air discharge channel 56 communicates with the dilution box 60.

掃気装置15は、大気からの空気を圧縮して供給する前記エアポンプ50、空気供給流路52、及び空気排出流路56を酸化剤ガス供給装置14と共有し、さらに、エゼクタ66の下流側の水素供給流路64と空気供給流路52との間に配設された空気導入流路53と、この空気導入流路53に設けられた空気導入弁55と、を備える。   The scavenging device 15 shares the air pump 50, the air supply channel 52, and the air discharge channel 56 that compress and supply air from the atmosphere with the oxidant gas supply device 14, and further, on the downstream side of the ejector 66. An air introduction channel 53 disposed between the hydrogen supply channel 64 and the air supply channel 52 and an air introduction valve 55 provided in the air introduction channel 53 are provided.

空気導入弁55は、エアポンプ50から空気供給流路52及び空気導入流路53を介し、燃料ガス入口連通孔40aを通じて燃料ガス流路36に圧縮空気を導入するための、いわゆるアノード側空気掃気処理時に開放される開閉弁である。なお、アノード側空気掃気処理は、水滴を吹き飛ばせる大きな風量とされる点でアノード側空気置換処理と異なり、アノード側の燃料ガスを空気にガス置換する点でアノード側空気置換処理と共通する。   The air introduction valve 55 is a so-called anode-side air scavenging process for introducing compressed air from the air pump 50 to the fuel gas passage 36 through the air supply passage 52 and the air introduction passage 53 through the fuel gas inlet communication hole 40a. An on-off valve that is sometimes opened. The anode-side air scavenging process differs from the anode-side air replacement process in that the air volume is large enough to blow off water droplets, and is common to the anode-side air replacement process in that the anode-side fuel gas is replaced with air.

燃料ガス供給装置16は、高圧水素を貯留し開閉弁であるインタンク電磁弁63が一体的に設けられた水素タンク62を備え、この水素タンク62は、水素供給流路64を介して燃料電池スタック12の燃料ガス入口連通孔40aに連通する。   The fuel gas supply device 16 includes a hydrogen tank 62 that integrally stores an in-tank electromagnetic valve 63 that stores high-pressure hydrogen and is an on-off valve. The hydrogen tank 62 is connected to a fuel cell via a hydrogen supply channel 64. The fuel gas inlet communication hole 40a of the stack 12 communicates.

この水素供給流路64には、開閉弁である遮断弁65及びエゼクタ66が設けられる。エゼクタ66は、水素タンク62から供給される水素ガスを、水素供給流路64を通って燃料電池スタック12に供給するとともに、燃料電池スタック12で使用されなかった未使用の水素ガスを含む排ガスを、水素循環路68から吸引して、再度、前記燃料電池スタック12に燃料ガスとして供給する。   The hydrogen supply channel 64 is provided with a shutoff valve 65 and an ejector 66 that are on-off valves. The ejector 66 supplies the hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 62 to the fuel cell stack 12 through the hydrogen supply flow path 64 and exhaust gas containing unused hydrogen gas that has not been used in the fuel cell stack 12. Then, the gas is sucked from the hydrogen circulation path 68 and supplied again as fuel gas to the fuel cell stack 12.

燃料ガス出口連通孔40bには、オフガス流路70が連通する。オフガス流路70の途上には、水素循環路68が連通するとともに、オフガス流路70には、パージ弁72を介して希釈ボックス60が接続される。希釈ボックス60の排出口側には、排出流路74が接続される。なお、排出流路74には、図示しない貯蔵バッファが配設され、この貯蔵バッファには、大気に連通する排気流路が接続される。   The off gas passage 70 communicates with the fuel gas outlet communication hole 40b. A hydrogen circulation path 68 communicates with the off gas flow path 70, and a dilution box 60 is connected to the off gas flow path 70 via a purge valve 72. A discharge flow path 74 is connected to the discharge port side of the dilution box 60. A storage buffer (not shown) is disposed in the discharge channel 74, and an exhaust channel communicating with the atmosphere is connected to the storage buffer.

冷却媒体供給装置21は、燃料電池スタック12に設けられる冷却媒体入口連通孔41a及び冷却媒体出口連通孔41bに連通し、冷却媒体を燃料電池スタック12に循環させる冷却媒体循環路78を備える。冷却媒体循環路78には、ラジエータ122及び冷却媒体循環用のポンプ120が配設される。なお、ラジエータ122には、図示しないラジエータファンが配設される。   The cooling medium supply device 21 includes a cooling medium circulation path 78 that communicates with the cooling medium inlet communication hole 41 a and the cooling medium outlet communication hole 41 b provided in the fuel cell stack 12 and circulates the cooling medium to the fuel cell stack 12. The cooling medium circulation path 78 is provided with a radiator 122 and a cooling medium circulation pump 120. The radiator 122 is provided with a radiator fan (not shown).

コントローラ18は、各種制御処理を実行するために、水素供給流路64に設けられたアノード圧力Paを検出する圧力センサ102、酸化剤ガス入口連通孔38aの近傍に設けられたカソード圧力Pkを検出する圧力センサ103、燃料ガス出口連通孔40bの近傍に設けられた水素温度Thを検出する温度センサ104、車両の外気温Teを検出する外気温センサ105、冷却媒体出口連通孔41bに設けられた冷却媒体温度Tcを検出する温度センサ106、各燃料電池20の電圧(セル電圧又はセルペア電圧という。)Vcを検出する電圧センサ108、及び燃料電池スタック12から流れ出る電流の電流値Ioを検出する電流センサ110の各信号を取り込み、後述するFCコンタクタ86のオン(閉)オフ(開)、遮断弁65等の弁の開閉及び開度制御、及びエアポンプ50の流量(風量)の調整等のアクチュエータの制御等を行う。   The controller 18 detects the anode pressure Pa provided in the hydrogen supply flow path 64 and the cathode pressure Pk provided in the vicinity of the oxidant gas inlet communication hole 38a in order to execute various control processes. Pressure sensor 103, temperature sensor 104 for detecting the hydrogen temperature Th provided in the vicinity of the fuel gas outlet communication hole 40b, an outside air temperature sensor 105 for detecting the outside air temperature Te of the vehicle, and a cooling medium outlet communication hole 41b. A temperature sensor 106 that detects the coolant temperature Tc, a voltage sensor 108 that detects the voltage (cell voltage or cell pair voltage) Vc of each fuel cell 20, and a current that detects the current value Io of the current flowing out of the fuel cell stack 12. Each signal of the sensor 110 is taken in, and an FC contactor 86, which will be described later, is turned on (closed) off (opened), the shut-off valve 65, etc. Closing and opening control valves, and the control of actuators such as adjustment of the flow rate of the air pump 50 (air volume) performed.

図2に示すように、燃料電池スタック12には、主電力線80の一端が接続されるとともに、主電力線80の他端がインバータ82に接続される。インバータ82には、三相の車両走行用の駆動モータ84が接続される。なお、主電力線80は、実質的には、2本用いられているが、説明の簡素化を図るために、1本の前記主電力線80で記載する。以下に説明する他のラインにおいても、同様である。また、燃料電池スタック12の出力に現れる高電圧を1次側電圧Vfc1ともいう。   As shown in FIG. 2, one end of the main power line 80 is connected to the fuel cell stack 12, and the other end of the main power line 80 is connected to the inverter 82. A drive motor 84 for three-phase vehicle travel is connected to the inverter 82. In addition, although the two main power lines 80 are used substantially, in order to simplify description, it describes with the said one main power line 80. The same applies to the other lines described below. The high voltage appearing at the output of the fuel cell stack 12 is also referred to as the primary side voltage Vfc1.

主電力線80には、FCコンタクタ(主電源開閉器、燃料電池スタック開閉器)86が配設されるとともに、エアポンプ50が接続される。主電力線80には、電力線88の一端が接続され、電力線88には、DC/DCコンバータ90及びバッテリコンタクタ(蓄電装置開閉器)92を介してバッテリ17が接続される。電力線88には、分岐電力線94が設けられ、分岐電力線94には、ダウンバータ(DC/DCコンバータ)96を介して12V電源98が接続される。なお、12V電源98は、バッテリ17よりも低い電圧であればよく、12Vに限定されるものではない。   The main power line 80 is provided with an FC contactor (main power switch, fuel cell stack switch) 86 and an air pump 50. One end of a power line 88 is connected to the main power line 80, and the battery 17 is connected to the power line 88 via a DC / DC converter 90 and a battery contactor (power storage device switch) 92. The power line 88 is provided with a branch power line 94, and a 12 V power source 98 is connected to the branch power line 94 via a downverter (DC / DC converter) 96. Note that the 12V power source 98 only needs to have a voltage lower than that of the battery 17, and is not limited to 12V.

このように構成される燃料電池システム10の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell system 10 configured as described above will be described below.

先ず、燃料電池システム10の通常運転時(通常発電時、又は通常発電処理時ともいう。)には、酸化剤ガス供給装置14を構成するエアポンプ50を介して、空気供給流路52に空気が送られる。この空気は、加湿器54を通って加湿された後、燃料電池スタック12の酸化剤ガス入口連通孔38aに供給される。この空気は、燃料電池スタック12内の各燃料電池20に設けられている酸化剤ガス流路34に沿って移動することにより、カソード電極24に供給される。   First, during normal operation of the fuel cell system 10 (also referred to as normal power generation or normal power generation processing), air is supplied to the air supply flow path 52 via the air pump 50 constituting the oxidant gas supply device 14. Sent. The air is humidified through the humidifier 54 and then supplied to the oxidant gas inlet communication hole 38 a of the fuel cell stack 12. This air is supplied to the cathode electrode 24 by moving along the oxidant gas flow path 34 provided in each fuel cell 20 in the fuel cell stack 12.

使用済みの空気は、酸化剤ガス出口連通孔38bから空気排出流路56に排出され、加湿器54に送られることによって新たに供給される空気を加湿した後、背圧制御弁58を介して希釈ボックス60に導入される。   The used air is exhausted from the oxidant gas outlet communication hole 38 b to the air exhaust flow path 56 and is sent to the humidifier 54 to humidify the newly supplied air, and then through the back pressure control valve 58. Introduced into the dilution box 60.

一方、燃料ガス供給装置16では、インタンク電磁弁63及び遮断弁65が開放されることにより、水素タンク62から減圧制御弁(図示せず)により減圧された後、水素供給流路64に水素ガスが供給される。この水素ガスは、水素供給流路64を通って燃料電池スタック12の燃料ガス入口連通孔40aに供給される。燃料電池スタック12内に供給された水素ガスは、各燃料電池20の燃料ガス流路36に沿って移動することにより、アノード電極26に供給される。   On the other hand, in the fuel gas supply device 16, the in-tank solenoid valve 63 and the shut-off valve 65 are opened, so that the pressure is reduced from the hydrogen tank 62 by a pressure reduction control valve (not shown), and then hydrogen is supplied to the hydrogen supply passage 64. Gas is supplied. This hydrogen gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 40 a of the fuel cell stack 12 through the hydrogen supply channel 64. The hydrogen gas supplied into the fuel cell stack 12 is supplied to the anode electrode 26 by moving along the fuel gas flow path 36 of each fuel cell 20.

使用済みの水素ガスは、燃料ガス出口連通孔40bから水素循環路68を介してエゼクタ66に吸引され、燃料ガスとして、再度、燃料電池スタック12に供給される。従って、カソード電極24に供給される空気とアノード電極26に供給される水素ガスとが電気化学的に反応して発電が行われる。   The used hydrogen gas is sucked into the ejector 66 from the fuel gas outlet communication hole 40b through the hydrogen circulation path 68, and is supplied again to the fuel cell stack 12 as fuel gas. Accordingly, the air supplied to the cathode electrode 24 and the hydrogen gas supplied to the anode electrode 26 react electrochemically to generate power.

一方、水素循環路68を循環する水素ガスには、不純物が混在し易い。このため、不純物を混在する水素ガスは、パージ弁72が開放されることによって希釈ボックス60に導入される。この水素ガスは、希釈ボックス60内で空気オフガスと混合されることにより水素濃度が低下(希釈)された後、貯蔵バッファ(図示せず)に排出される。   On the other hand, the hydrogen gas circulating in the hydrogen circulation path 68 is likely to contain impurities. For this reason, the hydrogen gas mixed with impurities is introduced into the dilution box 60 when the purge valve 72 is opened. The hydrogen gas is mixed with air off-gas in the dilution box 60 to reduce (dilute) the hydrogen concentration, and is then discharged to a storage buffer (not shown).

さらに、冷却媒体供給装置21では、ポンプ120の作用下に、冷却媒体が冷却媒体循環路78から燃料電池スタック12の冷却媒体入口連通孔41aに導入される。前記冷却媒体は、燃料電池スタック12内の図示しない冷却媒体流路に供給され、各燃料電池20を冷却した後、冷却媒体出口連通孔41bから冷却媒体循環路78に排出される。   Further, in the cooling medium supply device 21, the cooling medium is introduced from the cooling medium circulation path 78 into the cooling medium inlet communication hole 41 a of the fuel cell stack 12 under the action of the pump 120. The cooling medium is supplied to a cooling medium flow path (not shown) in the fuel cell stack 12, and after cooling each fuel cell 20, the cooling medium is discharged from the cooling medium outlet communication hole 41 b to the cooling medium circulation path 78.

通常発電中には、掃気装置15は作動させず、空気導入弁55は、閉じた状態に保持される。空気導入弁55は、ノーマルクローズ型(通電されない時に閉じられる)の開閉弁であることが好ましい。   During normal power generation, the scavenging device 15 is not operated, and the air introduction valve 55 is kept closed. The air introduction valve 55 is preferably a normally closed type (closed when not energized) on-off valve.

次に、燃料電池システム10の運転停止時における制御方法について、図3に示すタイミングチャート及び図4に示すフローチャートに沿って、以下に説明する。   Next, a control method when the operation of the fuel cell system 10 is stopped will be described below with reference to a timing chart shown in FIG. 3 and a flowchart shown in FIG.

図示しない燃料電池自動車に搭載された燃料電池システム10は、上記のように、イグニッションスイッチ(運転スイッチ)がオン状態とされたときに(ステップS1:YES)、上述した通常発電運転(ステップS2:発電制御)を行うことにより、所望の走行が行われている。そして、イグニッションスイッチ(運転スイッチ)がオフ(ステップS3:YES)されると、コントローラ18は、これを停止指令として検出し(時点t1)、燃料電池システム10のステップS4の昇圧処理以降の停止時発電処理を含む運転停止時処理を開始する。   The fuel cell system 10 mounted on a fuel cell vehicle (not shown), as described above, when the ignition switch (operation switch) is turned on (step S1: YES), the above-described normal power generation operation (step S2: By performing the power generation control), a desired traveling is performed. When the ignition switch (operation switch) is turned off (step S3: YES), the controller 18 detects this as a stop command (time point t1), and when the fuel cell system 10 is stopped after the step-up process in step S4. Start shutdown processing including power generation processing.

先ず、後述するディスチャージ処理(停止時発電処理、低酸素ストイキ発電処理、O2リーン処理、又はO2リーン発電処理ともいう。)後に、燃料電池スタック12内の燃料ガス圧力(アノード圧力Pa)が設定圧力に維持されるように、水素ガス(燃料ガス)の供給圧力が、予め、設定される。   First, after the discharge process (also referred to as stop power generation process, low oxygen stoichiometric power generation process, O2 lean power generation process, or O2 lean power generation process) described later, the fuel gas pressure (anode pressure Pa) in the fuel cell stack 12 is set to the set pressure. Thus, the supply pressure of hydrogen gas (fuel gas) is set in advance.

具体的には、図5に示すように、水素ガスが充填されて閉じられる水素ガス系容積部200は、燃料電池スタック12内の燃料ガス流路36、燃料ガス入口連通孔40a及び燃料ガス出口連通孔40bと、水素供給流路64のエゼクタ66よりも下流領域と、水素循環路68と、オフガス流路70のパージ弁72よりも上流領域とにより構成される。なお、図5において、煩雑さを避けるために、図1中の冷却媒体供給装置21は、省略している。   Specifically, as shown in FIG. 5, the hydrogen gas system volume portion 200 that is filled with hydrogen gas and closed is a fuel gas flow path 36, a fuel gas inlet communication hole 40 a, and a fuel gas outlet in the fuel cell stack 12. The communication hole 40b, a region downstream of the ejector 66 in the hydrogen supply channel 64, a hydrogen circulation channel 68, and a region upstream of the purge valve 72 in the off-gas channel 70 are configured. In FIG. 5, the cooling medium supply device 21 in FIG. 1 is omitted to avoid complexity.

空気雰囲気を不活性なガスである窒素雰囲気に置換したい空気系容積部202は、燃料電池スタック12内の酸化剤ガス流路34、酸化剤ガス入口連通孔38a及び酸化剤ガス出口連通孔38bと、空気供給流路52と、空気排出流路56と、加湿器54と、希釈ボックス60と、図示しない貯蔵バッファとにより構成される。   The air system volume 202 that is to replace the air atmosphere with a nitrogen atmosphere that is an inert gas includes an oxidant gas flow path 34, an oxidant gas inlet communication hole 38a, and an oxidant gas outlet communication hole 38b in the fuel cell stack 12. The air supply channel 52, the air discharge channel 56, the humidifier 54, the dilution box 60, and a storage buffer (not shown).

ディスチャージ処理時には、空気は、酸素ストイキを、通常発電時の酸素ストイキよりも低い低酸素ストイキで供給する。具体的には、低酸素ストイキは、値1前後に設定される。なお、酸素ストイキは、通常発電時には、1.2〜3.0の間に収まることが好ましい。一方、ディスチャージ処理時に、水素ガスは、供給が停止される。   During the discharge process, air supplies oxygen stoichiometry at a low oxygen stoichiometry lower than that during normal power generation. Specifically, the low oxygen stoichiometry is set to around the value 1. Note that the oxygen stoichiometry is preferably within a range of 1.2 to 3.0 during normal power generation. On the other hand, during the discharge process, the supply of hydrogen gas is stopped.

このため、空気系容積部202における燃料電池スタック12で窒素雰囲気にしたい残存酸素のモル数nO2(O2は正しくはO2と表記される。)及びエアポンプ50により供給される低酸素ストイキにより窒素雰囲気にしたい加湿器54、希釈ボックス60及び貯蔵バッファの酸素のモル数n´O2と、水素ガス系容積部200における残存水素のモル数nH2(H2は正しくはH2と表記される。)とは、2(nO2+n´O2)=nH2の関係を有する状態に設定される。なお、上述したように、水素H2は水素H2を意味し、酸素O2は酸素O2を意味している。 For this reason, the nitrogen atmosphere is generated by the number of moles of residual oxygen nO 2 (O 2 is correctly expressed as O 2 ) to be made into a nitrogen atmosphere in the fuel cell stack 12 in the air volume 202 and the low oxygen stoichiometric gas supplied by the air pump 50. The number of moles n′O2 of oxygen in the humidifier 54, the dilution box 60 and the storage buffer desired to be adjusted, and the number of moles nH2 of residual hydrogen in the hydrogen gas system volume 200 (H2 is correctly expressed as H 2 ). 2 (nO2 + n′O2) = nH2 is set. As described above, hydrogen H2 is a hydrogen H 2, oxygen O2 is meant oxygen O 2.

そして、設定された残存水素のモル数nH2から、n(モル数)=P(圧力)×V(体積)/R(気体常数)×T(絶対温度)の式を用いて、水素ガスの供給圧力(アノード圧力)Pa1が算出される(図3参照)。但し、アノード圧力Pa1は、ディスチャージ完了時に、一定圧力Pa2以上に維持されるように設定される。一定圧力Pa2は、水素の不足や過剰が発生しない程度の圧力である。   Then, from the set number of moles of residual hydrogen nH2, the supply of hydrogen gas using the formula n (number of moles) = P (pressure) × V (volume) / R (gas constant) × T (absolute temperature) The pressure (anode pressure) Pa1 is calculated (see FIG. 3). However, the anode pressure Pa1 is set so as to be maintained at a certain pressure Pa2 or higher when the discharge is completed. The constant pressure Pa2 is a pressure at which hydrogen deficiency or excess does not occur.

ここで、空気系容積部202の容量>>水素ガス系容積部200の容量の関係を有する場合には、前記水素ガス系容積部200の容量を増加させるために、アノード圧力Pa1まで増圧させる方法、又は不足する水素の供給を行う方法を採用することができる。   Here, when the relationship of the capacity of the air system volume part 202 >> the capacity of the hydrogen gas system volume part 200 is satisfied, the pressure is increased to the anode pressure Pa1 in order to increase the capacity of the hydrogen gas system volume part 200. A method or a method of supplying a shortage of hydrogen can be employed.

一方、水素ガス系容積部200の容量>>空気系容積部202の容量の関係を有する場合には、前記水素ガス系容積部200の容量を減少させるために、アノード圧力Pa1まで減圧させる方法が採用される。   On the other hand, when the relationship of the capacity of the hydrogen gas system volume part 200 >> the capacity of the air system volume part 202 is satisfied, there is a method of reducing the pressure to the anode pressure Pa1 in order to reduce the capacity of the hydrogen gas system volume part 200. Adopted.

イグニッションスイッチ(運転スイッチ)がオフにされると(時点t1)、図3に示すように、インタンク電磁弁63及び遮断弁65の開放作用下に燃料電池スタック12に水素ガスが供給され、燃料電池スタック12内の圧力がアノード圧力Pa1まで上昇する(時点t1〜t2:昇圧処理)。このアノード圧力Pa1は、上記の計算式より算出される。   When the ignition switch (operation switch) is turned off (time point t1), as shown in FIG. 3, hydrogen gas is supplied to the fuel cell stack 12 under the opening action of the in-tank electromagnetic valve 63 and the shutoff valve 65, and the fuel The pressure in the battery stack 12 rises to the anode pressure Pa1 (time t1 to t2: pressure increase process). The anode pressure Pa1 is calculated from the above calculation formula.

ステップS4の昇圧処理が終了すると(時点t2)、インタンク電磁弁63が閉じられ、ステップS5のインタンク電磁弁63の故障検知処理に移行する。この故障検知処理では、アノード圧力Pa=Pa1の変化の有無により故障検知が行われる。変化していない場合には、インタンク電磁弁63が正常とされる。   When the pressure increasing process in step S4 ends (time t2), the in-tank electromagnetic valve 63 is closed, and the process proceeds to a failure detection process for the in-tank electromagnetic valve 63 in step S5. In this failure detection process, failure detection is performed based on whether or not the anode pressure Pa = Pa1 is changed. If not changed, the in-tank electromagnetic valve 63 is set to normal.

インタンク電磁弁63の故障検知処理が終了すると(時点t3)と、ステップS6において、後述する停止時発電処理(ステップS8)の実施可否が判断される。   When the failure detection process of the in-tank solenoid valve 63 is completed (time t3), in step S6, it is determined whether or not a stop-time power generation process (step S8) described later can be performed.

停止時発電処理の実施の可否は、図6に示す実施可否・中断要否(中断要不要)判断部210中、図7に示す実施可否判断部212により判断される。   Whether or not the power generation process at the time of stoppage can be performed is determined by an execution availability determination unit 212 illustrated in FIG. 7 in the execution availability / interruption necessity (interruption required) determination unit 210 illustrated in FIG.

ステップS6で後述するように、この実施形態では、停止時発電処理中に該停止時発電処理を中断するか否かの判断が、実施可否・中断要否判断部210中、中断要否(中断要不要)判断部214によりなされる。   As will be described later in step S6, in this embodiment, whether or not the stop power generation process is interrupted during the stop power generation process is determined by whether or not the stop / non-interruption necessity determination unit 210 determines whether or not to interrupt (interruption). Necessary) This is done by the determination unit 214.

実施可否判断部212と中断要否判断部214は、各種情報を用いて、それぞれ実施可否判断及び中断要否判断を行う。   The implementation availability determination unit 212 and the interruption necessity determination unit 214 perform implementation availability determination and interruption necessity determination using various information, respectively.

前記の各種情報には、図6に示すように、発電不調情報{燃料電池システム10の通常発電中の発電不調情報、例えば、通常1.2[V]であるセル電圧が0.6[V]以下の値になっている(なっていた)等の履歴情報を含む。}、低温短時間起動履歴情報(燃料電池システム10が氷点下等の所定温度以下の状態で起動され暖機完了前に運転停止されたときであるときの履歴情報)、エア圧センサ故障情報(圧力センサ103の故障情報)、水素圧センサ故障情報(圧力センサ102の故障情報)、水素温度(温度センサ104による現在の水素温度Th)、水素温度センサ故障情報(温度センサ104の故障情報)、エアポンプ故障情報(エアポンプ50の故障情報)、エア圧上昇故障情報(圧力センサ103で閾値圧力以上のエア圧を検出したときに発生する情報)、アノード掃気要求(通常発電時に外気温が氷点下以下の温度であるとき、あるいはソーク時に氷点下以下の温度になる可能性があるとき等に、運転停止時あるいはソーク時に、燃料電池20のアノード側に大風量の圧縮空気を送って液滴を吹き飛ばし、氷結を防止する処理を実施する要求であって、次回の起動を円滑化等する。)、背圧弁掃気要求(背圧制御弁58が氷結する可能性のあるときに発生する要求。なお、背圧弁掃気処理は、エアポンプ50から供給される圧縮空気が加湿器54及び燃料電池スタック12内を通過し、さらに加湿器54により低湿化された比較的高温の乾燥空気が背圧制御弁58に供給されるようにする処理である。)、水素換気要求(車両内のセンタトンネル内等に水素濃度センサが配設されていた場合に、該水素濃度センサが所定以上の水素濃度を検出した場合に発生する要求。水素換気処理は、エアポンプ50及び図示しないラジエータファン等を回転させることで実施される。)、最低セル電圧(通常発電中及びディスチャージ処理中にセル中、電圧が最低になるセルの電圧の情報)、電圧センサ故障情報(電圧センサ108の故障情報)、背圧弁故障情報(背圧制御弁58の故障情報)、冷却媒体温度(温度センサ106による冷却媒体温度Tcの情報)等が含まれる。   As shown in FIG. 6, the various information includes power generation malfunction information {power generation malfunction information during normal power generation of the fuel cell system 10, for example, a cell voltage that is normally 1.2 [V] is 0.6 [V ] History information such as (being) the following values is included. }, Low-temperature short-time activation history information (history information when the fuel cell system 10 is activated in a state below a predetermined temperature such as below freezing and is stopped before warming up), air pressure sensor failure information (pressure Sensor 103 failure information), hydrogen pressure sensor failure information (pressure sensor 102 failure information), hydrogen temperature (current hydrogen temperature Th by temperature sensor 104), hydrogen temperature sensor failure information (temperature sensor 104 failure information), air pump Failure information (failure information of the air pump 50), air pressure increase failure information (information generated when the air pressure above the threshold pressure is detected by the pressure sensor 103), anode scavenging request (temperature at which the outside temperature is below freezing point during normal power generation) Or when there is a possibility of a temperature below the freezing point at the time of soaking. This is a request to send a large volume of compressed air to the card side to blow off the liquid droplets and prevent icing, and to facilitate the next start-up, etc.) Back pressure valve scavenging request (back pressure control valve) The back pressure valve scavenging process is performed when the compressed air supplied from the air pump 50 passes through the humidifier 54 and the fuel cell stack 12 and is further reduced by the humidifier 54. And a relatively high temperature dry air is supplied to the back pressure control valve 58.) Hydrogen ventilation request (when a hydrogen concentration sensor is provided in a center tunnel or the like in the vehicle) The hydrogen concentration process is performed by rotating the air pump 50, a radiator fan (not shown), etc.) and the minimum cell voltage. During normal power generation and discharge processing, information on the voltage of the cell that has the lowest voltage in the cell), voltage sensor failure information (failure information on the voltage sensor 108), back pressure valve failure information (failure information on the back pressure control valve 58) The cooling medium temperature (information on the cooling medium temperature Tc by the temperature sensor 106) and the like are included.

そして、実施可否・中断要否判断部210は、これらの情報と、予め格納(記憶)してある、図8に示す判断表205を参照して、実施可否乃至中断要否を判断する。   The implementation feasibility / interruption necessity determination unit 210 refers to the information and the determination table 205 shown in FIG. 8 stored (stored) in advance, and determines whether the implementation is possible or is necessary.

判断表205に示すように、水素圧力が閾値圧力以下(停止時発電処理開始時及び停止時発電処理実施中)、セルペア電圧が低下、水素温度Thが閾値温度以下、又は冷却媒体温度Tcが閾値温度以上の場合には、停止時発電処理(ディスチャージ処理)を非実施もしくは中断要と判断し、所定の保護機能を働かせる。   As shown in the determination table 205, the hydrogen pressure is equal to or lower than the threshold pressure (when power generation processing at the time of stoppage is started and during power generation processing at the time of stoppage), the cell pair voltage is decreased, the hydrogen temperature Th is equal to or lower than the threshold temperature, or the cooling medium temperature Tc is the threshold value When the temperature is higher than the temperature, it is determined that the stop power generation process (discharge process) is not performed or needs to be interrupted, and a predetermined protection function is activated.

また、エア圧センサ(圧力センサ103)故障、水素圧センサ(圧力センサ102)故障、電圧センサ108故障、又は水素温度センサ104故障の場合には、判断に用いるセンサの故障時であると判断し、停止時発電処理を非実施もしくは中断要と判断する。   Further, in the case of an air pressure sensor (pressure sensor 103) failure, a hydrogen pressure sensor (pressure sensor 102) failure, a voltage sensor 108 failure, or a hydrogen temperature sensor 104 failure, it is determined that the sensor used for the determination is at failure. Therefore, it is determined that the power generation process at the time of stoppage is not implemented or needs to be interrupted.

さらに、エアポンプ50故障、エア圧力上昇異常、背圧弁(背圧制御弁58)故障の場合には、停止時発電処理を実施乃至続行できない故障発生時であると判断し、非実施もしくは中断要と判断する。   Further, in the case of an air pump 50 failure, an abnormal air pressure increase, or a back pressure valve (back pressure control valve 58) failure, it is determined that a failure has occurred that prevents the power generation process from being executed or continued, and is not to be executed or interrupted. to decide.

さらにまた、上述した停止時アノード掃気要求、背圧弁凍結対策掃気要求、又は水素換気要求が発生した場合には、停止時発電処理に優先する他の処理要求がある場合と判断し、非実施もしくは中断要と判断する。   Further, when the above-described stop-time anode scavenging request, back-pressure valve freezing countermeasure scavenging request, or hydrogen ventilation request is generated, it is determined that there is another processing request that has priority over the stop-time power generation processing, and is not implemented or Judge that interruption is necessary.

図6、図7において、モード切替判断部206は、エア圧力(カソード圧力Pk)、1次側電圧Vfc1、水素圧力(アノード圧力Pa)、緊急のO2リーン処理中止要求(停止時発電処理中止要求)、及び実施可否・中断要否判断部210からの実施可否情報(図7中、可/否)、中断要否情報(図7中、続行/中断)に基づき、各種モード切替制御を行う。   6 and 7, the mode switching determination unit 206 includes an air pressure (cathode pressure Pk), a primary side voltage Vfc1, a hydrogen pressure (anode pressure Pa), an urgent O2 lean process stop request (stop power generation process stop request). ), And whether or not execution is possible and whether or not it is necessary to interrupt is determined based on the availability information (possible / not acceptable in FIG. 7) and the necessity information on interruption (continue / suspended in FIG. 7).

モード切替判断部206は、具体的には、図9に示すモード切替表208を参照して、モード切替のための終了条件及び中断時の遷移先(モード)を判断する。   Specifically, the mode switching determination unit 206 refers to the mode switching table 208 shown in FIG. 9 to determine the end condition for mode switching and the transition destination (mode) at the time of interruption.

図9に示すように、停止時発電処理(ディスチャージ処理、DCHG O2リーン処理)中は、終了条件が所定時間の経過又は水素圧(アノード圧力Pa)の低下(図3:Pa=Pa2)とされ、中断時の遷移先が水素圧(アノード圧力Pa)が高い場合には希釈ボックス60を利用したアノード圧抜き工程に遷移し水素圧(アノード圧力Pa)が低い場合には終了とされる。ディスチャージ処理(D/V:ダウンバータ)中は、終了条件が1次側電圧Vfcの低下(十分にディスチャージされた。)、所定時間経過、又は水素圧(アノード圧力Pa)の低下とされ、中断時の遷移先が終了とされる。   As shown in FIG. 9, during the stop-time power generation process (discharge process, DCHG O2 lean process), the end condition is a lapse of a predetermined time or a decrease in hydrogen pressure (anode pressure Pa) (FIG. 3: Pa = Pa2). When the transition destination at the time of interruption is a high hydrogen pressure (anode pressure Pa), the process proceeds to an anode depressurization process using the dilution box 60, and is terminated when the hydrogen pressure (anode pressure Pa) is low. During the discharge process (D / V: downverter), the end condition is a drop in the primary voltage Vfc (fully discharged), a lapse of a predetermined time, or a decrease in hydrogen pressure (anode pressure Pa), which is interrupted. The transition destination of time is ended.

ステップS6(時点t6)の実施可否判断において、例えば、燃料電池システム10の通常発電中の発電不調が発電不調情報(発電不調履歴情報)に記憶されていたときや、燃料電池システム10が所定温度以下の状態(例えば、氷点下等の低温状態)で起動され燃料電池システム10の暖機完了前に運転が停止されたときの情報が低温短時間起動履歴情報に記憶されていたとき、あるいは燃料電池20のガス圧力を制御する背圧制御弁58が凍結の可能性があるとき、の少なくとも1つの条件が検出された場合には、停止時発電処理を開始しないので(実施しない)ステップ6の判断が否定的になる。   In determining whether or not step S6 (time t6) can be performed, for example, when a power generation failure during normal power generation of the fuel cell system 10 is stored in the power generation failure information (power generation failure history information), or when the fuel cell system 10 is at a predetermined temperature Information when the operation was stopped in the following state (for example, a low temperature state such as below freezing) and the operation was stopped before the completion of warming up of the fuel cell system 10 was stored in the low temperature short time activation history information, or the fuel cell When at least one of the conditions is detected when the back pressure control valve 58 for controlling the gas pressure of 20 is likely to be frozen, the power generation process at the time of stop is not started (not implemented). Becomes negative.

ステップS6の判断が実施可である場合、ステップS7(時点t3〜t6)で希釈・カソード掃気処理が行われる。この希釈・カソード掃気処理では、カソード側の水滴を含む液滴等を吹き飛ばすため、及び希釈ボックス60に残留している水素を完全に希釈するための空気による(酸化剤ガス供給装置14による)掃気処理が行われる。この際、高回転数[rpm]に設定されるエアポンプ50を駆動するのに不足する電力は補充される。   If the determination in step S6 is feasible, a dilution / cathode scavenging process is performed in step S7 (time points t3 to t6). In this dilution / cathode scavenging process, scavenging by air (by the oxidant gas supply device 14) is performed to blow off droplets including water droplets on the cathode side and to completely dilute hydrogen remaining in the dilution box 60. Processing is performed. At this time, electric power that is insufficient to drive the air pump 50 set at a high rotation speed [rpm] is supplemented.

希釈・カソード掃気処理後には、背圧制御弁58の開度制御が一旦停止されて開放されることで大気に連通し、カソード圧力PkがPk=0[kPag:gはゲージ圧を意味する。]にされる状態が作られる(時点t6〜t7)。さらに、カソード掃気処理終了時点(時点t6)で、酸化剤ガス供給装置14を構成するエアポンプ50は、通常運転時に比べて相当に回転数が減速され、酸化剤ガス中の酸素ストイキを、通常発電時の酸素ストイキよりも低い低酸素ストイキで供給する。具体的には、低酸素ストイキは、1前後に設定される。そして、圧力センサ103の学習処理(0点補正)がなされる。   After the dilution / cathode scavenging process, the opening control of the back pressure control valve 58 is temporarily stopped and opened to communicate with the atmosphere, and the cathode pressure Pk is Pk = 0 [kPag: g means gauge pressure. ] Is created (time t6 to t7). Further, at the end of the cathode scavenging process (time point t6), the air pump 50 constituting the oxidant gas supply device 14 is considerably decelerated compared to the normal operation, and the oxygen stoichiometry in the oxidant gas is generated by the normal power generation. Supply with low oxygen stoichiometry lower than the current oxygen stoichiometry. Specifically, the low oxygen stoichiometry is set to around 1. Then, the learning process (zero point correction) of the pressure sensor 103 is performed.

その後、時点t7〜t8において、背圧制御弁58の開度を調整することで、圧力センサ103により検出されるカソード圧力Pkが、低酸素ストイキに対応する所定の低圧力Pk1とされ、さらに、その低圧力Pk1での背圧制御弁58の学習処理がなされる(時点t7〜t8)。以降、エアポンプ50のオフ(時点t9)まで、低圧力Pk1とされる。   Thereafter, at time t7 to t8, the cathode pressure Pk detected by the pressure sensor 103 is adjusted to a predetermined low pressure Pk1 corresponding to the low oxygen stoichiometry by adjusting the opening of the back pressure control valve 58. The learning process of the back pressure control valve 58 at the low pressure Pk1 is performed (time t7 to t8). Thereafter, the low pressure Pk1 is maintained until the air pump 50 is turned off (time point t9).

背圧制御弁58の学習処理(時点t7〜t8)後のステップS8の停止時発電処理、換言すれば、低酸素ストイキ発電処理(O2リーン発電処理、単にO2リーン処理ともいう。時点t8〜t9)では、燃料電池スタック12から取り出される電流(FC電流)は、固体高分子電解質膜22を透過してアノード側からカソード側に燃料ガスである水素ガスが移動することを阻止する値に設定される。その際、図2において、FCコンタクタ86及びバッテリコンタクタ92がオンされており、燃料電池スタック12の発電時に得られる電力は、DC/DCコンバータ90により電圧を降圧させた後、バッテリ17に充電される。なあ、ステップS8の停止時発電処理(低酸素ストイキ発電処理)は、もっとも長くは、時点t6〜t10の間で継続されていると考えることができる。   Stop power generation processing in step S8 after learning processing (time t7 to t8) of the back pressure control valve 58, in other words, low oxygen stoichiometric power generation processing (also referred to as O2 lean power generation processing, or simply O2 lean processing. Time points t8 to t9). ), The current (FC current) taken out from the fuel cell stack 12 is set to a value that prevents the hydrogen gas as the fuel gas from moving from the anode side to the cathode side through the solid polymer electrolyte membrane 22. The At that time, in FIG. 2, the FC contactor 86 and the battery contactor 92 are turned on, and the electric power obtained at the time of power generation of the fuel cell stack 12 is charged to the battery 17 after the voltage is lowered by the DC / DC converter 90. The It can be considered that the power generation process at the time of stop (low oxygen stoichiometric power generation process) in step S8 is continued for a long time between time points t6 and t10.

上記のように、燃料電池スタック12では、低酸素ストイキの空気が供給される一方、遮断弁65の閉塞(時点t3)により水素ガスの供給が停止した状態で、発電が行われている。パージ弁72も閉じられている。そして、燃料電池スタック12による発電電力は、バッテリ17に供給されることにより、ディスチャージ{図3中、DCHG(O2リーン処理)}されている。従って、燃料電池スタック12の発電電圧が所定の電圧、すなわち、バッテリ17に供給不能な電圧(バッテリ17の電圧とほぼ同じ電圧)まで低下すると、エアポンプ50にのみ発電電力が供給される。   As described above, in the fuel cell stack 12, while low oxygen stoichiometric air is supplied, power generation is performed in a state where the supply of hydrogen gas is stopped due to the shutoff of the shutoff valve 65 (time point t <b> 3). The purge valve 72 is also closed. The electric power generated by the fuel cell stack 12 is supplied to the battery 17 to be discharged {DCHG (O2 lean process in FIG. 3)}. Therefore, when the power generation voltage of the fuel cell stack 12 decreases to a predetermined voltage, that is, a voltage that cannot be supplied to the battery 17 (substantially the same voltage as the voltage of the battery 17), the generated power is supplied only to the air pump 50.

これにより、燃料電池スタック12内では、O2リーン処理(時点t8〜t9)の間にアノード側の水素濃度が低下する一方、カソード側の酸素濃度が低下していく。そこで、例えば、アノード側の水素圧力(アノード圧力Pa)が所定の圧力Pa2以下となった際に、エアポンプ50がオフされるとともに、バッテリコンタクタ92がオフされる(時点t9)。   Thereby, in the fuel cell stack 12, the hydrogen concentration on the anode side decreases during the O 2 lean process (time points t8 to t9), while the oxygen concentration on the cathode side decreases. Therefore, for example, when the hydrogen pressure on the anode side (anode pressure Pa) becomes equal to or lower than a predetermined pressure Pa2, the air pump 50 is turned off and the battery contactor 92 is turned off (time point t9).

このため、燃料電池スタック12は、内部に残存する水素ガスと空気とにより発電される(時点t9〜t10)。この燃料電池スタック12の発電により発生する電力は、ダウンバータ96を介して降圧された後、12V電源98に充電(図3中、D/V DCHG)されるとともに、必要に応じて図示しないラジエータファン等に電力が供給される。さらに、燃料電池スタック12の発電電圧が、ダウンバータ96の作動限界電圧の近傍まで低下すると、ステップS10(時点t10)において、FCコンタクタ86がオフされる。これにより燃料電池システム10は、運転停止状態、いわゆるソーク状態となる。   For this reason, the fuel cell stack 12 is generated by the hydrogen gas and air remaining inside (time points t9 to t10). The electric power generated by the power generation of the fuel cell stack 12 is stepped down via the downverter 96, and then charged to the 12V power source 98 (D / V DCHG in FIG. 3). Electric power is supplied to a fan or the like. Further, when the power generation voltage of the fuel cell stack 12 decreases to the vicinity of the operation limit voltage of the downverter 96, the FC contactor 86 is turned off in step S10 (time t10). As a result, the fuel cell system 10 enters an operation stop state, a so-called soak state.

一方、このステップS8の停止時発電処理が実施されている間、その時点t6〜t10(中断判断期間)の間では、ステップS9において、停止時発電処理を中断すべきか否かの判断が中断要否判断部214によって常時(実際には間欠的に)なされ、中断すべきでなく続行される際には、ステップS8の停止時発電処理にもどる。   On the other hand, while the power generation process at the time of stop in step S8 is being performed, during the time t6 to t10 (interruption determination period), in step S9, it is necessary to interrupt whether or not the power generation process at the time of stop should be interrupted. When it is always (intermittently) performed by the refusal determination unit 214 and should not be interrupted but continued, the process returns to the stop-time power generation process in step S8.

中断要否判断部214では、具体的に、例えば、停止時発電処理中に、アノード側の圧力(アノード圧力Pa)が閾値圧力以下{ノーマルクローズ状態でバネ圧で閉じられる空気導入弁55やパージ弁72等の電磁弁の弁にかかる負圧(差圧)が、前記バネ圧に抗して弁を誤開弁(誤開放)させない圧力以下}、燃料電池20の電圧(セル電圧)Vcが閾値電圧以下、アノード側の燃料ガスの温度Thが閾値温度以下(閾値温度以下であると氷結する可能性がある。)、及び冷却媒体の温度Tcが閾値温度以上(逆に、冷却不足を要因として燃料電池(セル)20が壊れる可能性がある。)、の少なくとも1つの条件が検出された場合には、停止時発電処理を中断する(ステップS9:YES)。   Specifically, in the interruption necessity determination unit 214, for example, during the power generation process at the time of stop, the anode side pressure (anode pressure Pa) is equal to or less than the threshold pressure {the air introduction valve 55 or the purge that is closed by the spring pressure in the normally closed state The negative pressure (differential pressure) applied to the valve of the electromagnetic valve such as the valve 72 is equal to or lower than the pressure that does not cause the valve to be erroneously opened (erroneously opened) against the spring pressure}, and the voltage (cell voltage) Vc of the fuel cell 20 is Below the threshold voltage, the anode side fuel gas temperature Th is below the threshold temperature (if it is below the threshold temperature, icing may occur), and the cooling medium temperature Tc is above the threshold temperature. , The fuel cell (cell) 20 may be damaged.), The power generation process at the time of stop is interrupted (step S9: YES).

空気導入弁55やパージ弁72の差圧による誤開弁が発生する可能性について、図10を参照してより詳しく説明すると、停止時発電処理(O2リーンDCHG処理)中は、遮断弁65が閉じられて(空気導入弁55及びパージ弁72も閉じられている。)、燃料電池スタック12のアノード側の水素が発電により消費されるので、時点t6以降、アノード圧力Paが低下し、時間の経過とともに負圧となり、さらに負圧が大きくなる。一方、カソード側は、背圧制御弁58及びエアポンプ50の作用下に大気圧より若干大きな圧力による流量で僅かな圧縮空気が供給されている。したがって、負圧が大きくなるとアノード・カソード間の差圧、いわゆる極間差圧が大きくなり、アノード圧力Pa(ここでは負圧)が、空気導入弁55及びパージ弁72の弁体をポート側に押し付けて弁を閉ざしているバネの弾性力より大きくなると、弁体がポートから離れて開いてしまう(誤開弁又は誤開放という。)。誤開弁が発生すると、次回機動性が劣悪になる等の不具合を惹起する。   The possibility of erroneous opening due to the differential pressure of the air introduction valve 55 and the purge valve 72 will be described in more detail with reference to FIG. 10. During the power generation process at the time of stop (O2 lean DCHG process), the shutoff valve 65 is Since it is closed (the air introduction valve 55 and the purge valve 72 are also closed), the hydrogen on the anode side of the fuel cell stack 12 is consumed by power generation. The negative pressure increases with time, and the negative pressure further increases. On the other hand, a small amount of compressed air is supplied to the cathode side at a flow rate with a pressure slightly larger than atmospheric pressure under the action of the back pressure control valve 58 and the air pump 50. Accordingly, when the negative pressure increases, the differential pressure between the anode and the cathode, that is, the so-called differential pressure between the anodes increases, and the anode pressure Pa (in this case, the negative pressure) increases the valve bodies of the air introduction valve 55 and the purge valve 72 to the port side. When it becomes larger than the elastic force of the spring that is pressed to close the valve, the valve body opens away from the port (referred to as an erroneous opening or erroneous opening). If an erroneous valve opening occurs, problems such as poor mobility will occur next time.

図10のアノード圧力Paの特性154では、時点t6とt7の間に閾値圧力−Pamaxを下回るので誤開弁が発生する。アノード圧力Paの特性152では、時点t10のソーク後に閾値圧力−Pamaxを下回る時点で誤開弁が発生する。なお、停止時発電処理中(時点t6〜t10)の間に、アノード圧力Paは、圧力特性150、152に示すように急激に低下する。その一方、ソーク中(ソーク開始時点t10以降)には、水素が消費されず、特性150、152に示すように、アノード圧力Paは徐々に低下するが、水素量が少なくなったときに(時点tx)、窒素ガスがカソード側からアノード側へ透過する量が大きくなり、アノード圧力Paは、徐々に大きくなる(時点tx〜)。   In the characteristic 154 of the anode pressure Pa in FIG. 10, since the pressure falls below the threshold pressure −Pamax between time points t6 and t7, an erroneous opening occurs. In the characteristic 152 of the anode pressure Pa, the valve is erroneously opened when the pressure falls below the threshold pressure −Pamax after the soak at the time t10. It should be noted that the anode pressure Pa rapidly decreases as indicated by the pressure characteristics 150 and 152 during the stop-time power generation process (time points t6 to t10). On the other hand, during the soak (after the soak start time t10), hydrogen is not consumed, and the anode pressure Pa gradually decreases as shown in the characteristics 150 and 152, but when the amount of hydrogen decreases (time point). tx), the amount of nitrogen gas permeating from the cathode side to the anode side increases, and the anode pressure Pa gradually increases (from time tx).

これらの特性150、152、154を予めシミュレーション及び(又は)実験等により記憶しておくことで、停止時発電中断判断時の閾値圧力Pathを定めることができる。特性150が正常なパターン(閾値圧力−Pamaxを下回らない)を有する最小限の特性である。   By storing these characteristics 150, 152, and 154 in advance by simulation and / or experimentation or the like, the threshold pressure Path at the time of stoppage of power generation interruption can be determined. The characteristic 150 is the minimum characteristic having a normal pattern (not lower than the threshold pressure −Pamax).

[実施形態のまとめ]
以上説明したように上述した実施形態は、カソード側に供給される酸化剤ガス及びアノード側に供給される燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池20と、燃料電池20に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置14と、燃料電池20に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置16と、燃料電池20に冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置21と、燃料電池20の運転停止指令を検出した際、前記燃料ガスの供給を停止する一方、前記酸化剤ガスを低酸素ストイキで燃料電池20に供給しながら燃料電池20を発電させる停止時発電処理を実施する燃料電池システム10の制御方法及び装置に関するものである。
[Summary of Embodiment]
As described above, in the above-described embodiment, the fuel cell 20 that generates electricity by the electrochemical reaction of the oxidant gas supplied to the cathode side and the fuel gas supplied to the anode side, and the oxidant gas to the fuel cell 20 are supplied. An oxidant gas supply device 14 to supply, a fuel gas supply device 16 to supply the fuel gas to the fuel cell 20, a cooling medium supply device 21 to supply a cooling medium to the fuel cell 20, and an operation stop command for the fuel cell 20. Control of the fuel cell system 10 that performs power generation processing at the time of stopping the fuel cell 20 while generating the fuel gas 20 while supplying the oxidant gas to the fuel cell 20 with low oxygen stoichiometry. It relates to a method and a device.

この制御方法及び装置は、燃料電池システム10の運転停止指令を検出した(時点t1)ときから停止時発電処理中(時点t6〜t10)に、アノード側の圧力Paが閾値圧力Path以下、燃料電池20の電圧が閾値電圧以下、アノード側の燃料ガスの温度Tcが閾値温度以下、及び冷却媒体の温度Tcが閾値温度以上、の少なくとも1つの条件が検出された場合には、停止時発電処理を中断するようにしたので、燃料電池スタック12の破壊や弁の誤開弁、及び燃料電池20が壊れることを防止できる。   In this control method and apparatus, the pressure Pa on the anode side is equal to or lower than the threshold pressure Path from the time when the operation stop command of the fuel cell system 10 is detected (time point t1) to the time when the power generation process at the stop time (time points t6 to t10). If at least one of the following conditions is detected: the voltage 20 is equal to or lower than the threshold voltage, the anode-side fuel gas temperature Tc is equal to or lower than the threshold temperature, and the coolant temperature Tc is equal to or higher than the threshold temperature, Since the operation is interrupted, it is possible to prevent the fuel cell stack 12 from being broken, the valve from being opened incorrectly, and the fuel cell 20 from being broken.

また、上述した実施形態は、カソード側に供給される酸化剤ガス及びアノード側に供給される燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池20と、燃料電池20に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置14と、燃料電池20に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置16と、燃料電池20の運転停止指令を検出した(時点t1)際、燃料ガスの供給を停止する一方、酸化剤ガスを低酸素ストイキで燃料電池20に供給しながら燃料電池20を発電させる停止時発電処理を実施する燃料電池システム10の制御方法及び装置に関するものである。   Further, in the above-described embodiment, the fuel cell 20 that generates electric power by the electrochemical reaction of the oxidant gas supplied to the cathode side and the fuel gas supplied to the anode side, and the oxidizer that supplies the oxidant gas to the fuel cell 20 When the agent gas supply device 14, the fuel gas supply device 16 for supplying fuel gas to the fuel cell 20, and the operation stop command for the fuel cell 20 are detected (time t1), the supply of the fuel gas is stopped while the oxidant The present invention relates to a control method and apparatus for a fuel cell system 10 that performs a power generation process at the time of stopping to generate power while supplying gas to the fuel cell 20 with low oxygen stoichiometry.

この制御方法及び装置は、燃料電池システム10の運転停止指令を検出したとき(時点t1)に、燃料電池システム10の通常発電中の発電不調が記憶されていたとき、燃料電池システム10が氷点下等の所定温度以下の状態で起動され燃料電池システム10の暖機完了前であったとき、及び燃料電池20のガス圧力を制御する背圧制御弁58が凍結の可能性があるとき、の少なくとも1つの条件が検出された場合には、前記停止時発電処理を実施しないようにしたので、発電不調状態からさらに悪化することや凍結を防止できる。   In this control method and apparatus, when an operation stop command for the fuel cell system 10 is detected (time point t1), when the power generation malfunction during normal power generation of the fuel cell system 10 is stored, the fuel cell system 10 is below freezing point, etc. At least 1 when the fuel cell system 10 is started up in a state below the predetermined temperature and before the warm-up of the fuel cell system 10 is completed, and when the back pressure control valve 58 that controls the gas pressure of the fuel cell 20 is likely to be frozen. When one of the conditions is detected, the power generation process at the time of stoppage is not performed, so that further deterioration from the power generation malfunction state and freezing can be prevented.

停止時発電処理を実施しないことで、停止時発電処理を除く、他の不具合対策処理、例えば、乾燥した空気による掃気処理等を実施して不具合を解消できる可能性が得られる点で有用である。   This is useful in that the possibility of resolving the problem by implementing other countermeasures other than the stop power generation process, such as scavenging with dry air, can be obtained by not performing the power generation process during the stop. .

また、上述した実施形態によれば、燃料電池20の劣化抑制に有効な停止時発電処理を実施しつつ、次回機動性の確保、燃料電池スタック12の保護、及び水素に係る安全性の確保等を同時に達成することができる。   Further, according to the above-described embodiment, while performing power generation processing at the time of stop effective for suppressing deterioration of the fuel cell 20, securing the next mobility, protecting the fuel cell stack 12, securing hydrogen-related safety, etc. Can be achieved at the same time.

なお、この発明は、上述した実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採りうることができる。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various configurations can be adopted based on the description in this specification.

10…燃料電池システム 12…燃料電池スタック
14…酸化剤ガス供給装置 15…掃気装置
16…燃料ガス供給装置 17…バッテリ
18…コントローラ 19…タイマ
20…燃料電池 21…冷却媒体供給装置
22…固体高分子電解質膜 24…カソード電極
26…アノード電極 28…電解質膜・電極構造体
30、32…セパレータ 34…酸化剤ガス流路
36…燃料ガス流路 38a…酸化剤ガス入口連通孔
38b…酸化剤ガス出口連通孔 40a…燃料ガス入口連通孔
40b…燃料ガス出口連通孔 41a…冷却媒体入口連通孔
41b…冷却媒体出口連通孔 50…エアポンプ
52…空気供給流路 53…空気導入流路
54…加湿器 55…空気導入弁
56…空気排出流路 58…背圧制御弁
60…希釈ボックス 62…水素タンク
63…インタンク電磁弁 64…水素供給流路
65…遮断弁 66…エゼクタ
68…水素循環路 70…オフガス流路
72…パージ弁 74…排出流路
78…冷却媒体循環路 86…FCコンタクタ
90…DC/DCコンバータ 92…バッテリコンタクタ
96…ダウンバータ 98…12V電源
102、103…圧力センサ 104、105、106…温度センサ
108…電圧センサ 110…電流センサ
120…ポンプ 122…ラジエータ
210…実施可否・中断要否判断部 212…実施可否判断部
214…中断要否判断部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system 12 ... Fuel cell stack 14 ... Oxidant gas supply device 15 ... Scavenging device 16 ... Fuel gas supply device 17 ... Battery 18 ... Controller 19 ... Timer 20 ... Fuel cell 21 ... Cooling medium supply device 22 ... Solid high Molecular electrolyte membrane 24 ... Cathode electrode 26 ... Anode electrode 28 ... Electrolyte membrane / electrode structure 30, 32 ... Separator 34 ... Oxidant gas channel 36 ... Fuel gas channel 38a ... Oxidant gas inlet communication hole 38b ... Oxidant gas Outlet communication hole 40a ... Fuel gas inlet communication hole 40b ... Fuel gas outlet communication hole 41a ... Cooling medium inlet communication hole 41b ... Cooling medium outlet communication hole 50 ... Air pump 52 ... Air supply flow path 53 ... Air introduction flow path 54 ... Humidifier 55 ... Air introduction valve 56 ... Air discharge flow path 58 ... Back pressure control valve 60 ... Dilution box 62 ... Hydrogen tank 63 ... In-tank Magnetic valve 64 ... Hydrogen supply flow path 65 ... Shut-off valve 66 ... Ejector 68 ... Hydrogen circulation path 70 ... Off gas flow path 72 ... Purge valve 74 ... Discharge flow path 78 ... Cooling medium circulation path 86 ... FC contactor 90 ... DC / DC converter 92 ... Battery contactor 96 ... Downverter 98 ... 12V power supply 102, 103 ... Pressure sensor 104, 105, 106 ... Temperature sensor 108 ... Voltage sensor 110 ... Current sensor 120 ... Pump 122 ... Radiator 210 ... Implementation feasibility / interruption necessity judgment unit 212 ... Execution availability determination unit 214 ... Interruption necessity determination unit

Claims (2)

カソード側に供給される酸化剤ガス及びアノード側に供給される燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池に冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置と、
前記燃料電池の運転停止指令を検出した際、前記燃料ガスの供給を停止する一方、前記酸化剤ガスを燃料電池に供給しながら前記燃料電池を発電させる停止時発電処理を実施する燃料電池システムの制御方法において、
前記停止時発電処理は、前記燃料電池システムの運転停止指令を検出したときから所定時間の経過後に終了されるものとされ、
前記燃料電池システムの運転停止指令を検出したときから前記停止時発電処理中であって前記所定時間の経過前に、
前記アノード側の圧力が閾値圧力以下、前記燃料電池の電圧が閾値電圧以下、前記アノード側の燃料ガスの温度が閾値温度以下、及び前記冷却媒体の温度が閾値温度以上、の少なくとも1つの条件が検出された場合には、
前記停止時発電処理を中断する
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction of an oxidant gas supplied to the cathode side and a fuel gas supplied to the anode side;
An oxidant gas supply device for supplying the oxidant gas to the fuel cell;
A fuel gas supply device for supplying the fuel gas to the fuel cell;
A cooling medium supply device for supplying a cooling medium to the fuel cell;
A fuel cell system that, when detecting a stop command for the fuel cell, stops the power supply of the fuel gas, and performs a power generation process at the time of stopping to generate the fuel cell while supplying the oxidant gas to the fuel cell. In the control method,
The stop-time power generation process is to be terminated after a predetermined time has elapsed since the operation stop command for the fuel cell system was detected.
During the stop-time power generation process from when the fuel cell system operation stop command is detected, and before the predetermined time elapses ,
There are at least one of the following conditions: the anode side pressure is less than or equal to a threshold pressure, the fuel cell voltage is less than or equal to a threshold voltage, the anode side fuel gas temperature is less than or equal to a threshold temperature, and the coolant temperature is greater than or equal to a threshold temperature. If detected,
The fuel cell system control method, wherein the power generation process at the time of stop is interrupted.
カソード側に供給される酸化剤ガス及びアノード側に供給される燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池の運転停止指令を検出した際、前記燃料ガスの供給を停止する一方、前記酸化剤ガスを燃料電池に供給しながら前記燃料電池を発電させる停止時発電処理を実施する燃料電池システムの制御方法において、
前記停止時発電処理は、前記燃料電池システムの運転停止指令を検出したときから所定時間の経過後に終了されるものとされ、
前記燃料電池システムの運転停止指令を検出したときに、
前記燃料電池システムの通常発電中の発電不調が記憶されていたとき、前記燃料電池システムが所定温度以下の状態で起動され前記燃料電池システムの暖機完了前であったとき、及び前記燃料電池のガス圧力を制御する制御弁が凍結の可能性があるとき、の少なくとも1つの条件が検出された場合には、
前記停止時発電処理を実施しない
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction of an oxidant gas supplied to the cathode side and a fuel gas supplied to the anode side;
An oxidant gas supply device for supplying the oxidant gas to the fuel cell;
A fuel gas supply device for supplying the fuel gas to the fuel cell;
A fuel cell system that, when detecting a stop command for the fuel cell, stops the power supply of the fuel gas, and performs a power generation process at the time of stopping to generate the fuel cell while supplying the oxidant gas to the fuel cell. In the control method,
The stop-time power generation process is to be terminated after a predetermined time has elapsed since the operation stop command for the fuel cell system was detected.
When detecting an operation stop command of the fuel cell system,
When a malfunction of power generation during normal power generation of the fuel cell system is stored, when the fuel cell system is activated at a predetermined temperature or lower and before the fuel cell system is completely warmed up, and If at least one of the conditions is detected when the control valve controlling the gas pressure is likely to freeze,
The fuel cell system control method is characterized in that the stop-time power generation process is not performed.
JP2011053894A 2011-03-11 2011-03-11 Control method of fuel cell system Expired - Fee Related JP5485930B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011053894A JP5485930B2 (en) 2011-03-11 2011-03-11 Control method of fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011053894A JP5485930B2 (en) 2011-03-11 2011-03-11 Control method of fuel cell system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012190679A JP2012190679A (en) 2012-10-04
JP5485930B2 true JP5485930B2 (en) 2014-05-07

Family

ID=47083630

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011053894A Expired - Fee Related JP5485930B2 (en) 2011-03-11 2011-03-11 Control method of fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5485930B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7065064B2 (en) * 2019-10-02 2022-05-11 本田技研工業株式会社 How to start the fuel cell system
CN114329302A (en) * 2020-09-29 2022-04-12 宝能汽车集团有限公司 New energy vehicle hydrogen system, gas replacement method and device thereof, and storage medium

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6159626A (en) * 1999-07-06 2000-12-12 General Motors Corporation Fuel cell system logic for differentiating between rapid and normal shutdown commands
JP2003086215A (en) * 2001-09-11 2003-03-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell power generating device
DE112005000264T5 (en) * 2004-02-12 2007-01-18 Toyota Jidosha K.K., Toyota Fuel cell system and method for removing a fuel gas residue
JP5086584B2 (en) * 2005-10-21 2012-11-28 本田技研工業株式会社 Fuel cell system and scavenging method in the system
JP2007317469A (en) * 2006-05-25 2007-12-06 Fujitsu Ten Ltd Fuel cell system and fuel cell control apparatus
JP5319252B2 (en) * 2008-11-26 2013-10-16 本田技研工業株式会社 Fuel cell vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012190679A (en) 2012-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9093679B2 (en) Method of shutting down fuel cell system
US9985304B2 (en) Method for shutting down a system containing a fuel cell stack and system comprising a fuel cell stack
WO2008050881A1 (en) Fuel cell system
JP5711010B2 (en) Method for stopping operation of fuel cell system
JP2003115317A (en) Stopping method of power generation of fuel cell
JP5759229B2 (en) Control method of fuel cell system
JP5665628B2 (en) Start-up control method for fuel cell system
JP6258378B2 (en) Control method of fuel cell system
JP2005032652A (en) Fuel cell system
JP5722669B2 (en) Control method of fuel cell system
JP2010086853A (en) Fuel cell system and its operation stop method
JP6307536B2 (en) Low temperature startup method for fuel cell system
JP6335947B2 (en) Stop control method for fuel cell system
JP5485930B2 (en) Control method of fuel cell system
JP5538192B2 (en) Fuel cell system
EP2056387B1 (en) Fuel cell system and scavenging method therefor
JP5583536B2 (en) Method for stopping operation of fuel cell system
JP2012209154A (en) Control device for controlling fuel cell system
JP2017152174A (en) Stop control method for fuel cell system
JP2017147038A (en) Pressure control method during output acceleration of fuel cell system
JP5480086B2 (en) Method for stopping operation of fuel cell system
JP6315714B2 (en) Operation control method of fuel cell system
JP5480085B2 (en) Method for stopping operation of fuel cell system
JP2012129081A (en) Operational method of fuel cell system
JP5460639B2 (en) Method for stopping operation of fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130711

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130716

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130912

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: 20140121

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140220

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5485930

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees