JP5515193B2

JP5515193B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP5515193B2
Application number: JP2006176990A
Authority: JP
Inventors: 隆福田; 耕治松田; 亮一下井
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2026-06-27
Also published as: JP2008010198A

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.

従来、システム停止時又は起動時に酸化剤極側の上流および下流の弁を遮断して酸化剤極側を規制し、燃料極側に燃料ガスを供給しつつ発電および電力取出を行うことで、酸化剤極側の酸素を消費させる燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムでは、酸化剤極側の酸素が消費されるため、システム起動時において触媒劣化反応を抑制することができる（例えば特許文献１参照）。
特開２００５−１５８５５５号公報 Conventionally, when the system is stopped or started, the upstream and downstream valves on the oxidant electrode side are shut off to regulate the oxidant electrode side, and power generation and power extraction are performed while supplying fuel gas to the fuel electrode side. A fuel cell system that consumes oxygen on the agent electrode side is known. In this fuel cell system, oxygen on the oxidizer electrode side is consumed, so that the catalyst deterioration reaction can be suppressed when the system is activated (see, for example, Patent Document 1).
JP 2005-158555 A

ここで、従来の燃料電池システムにおいて、システム停止時に上記動作を行った場合、システム停止期間中に外気が燃料電池の酸化剤極側に流入してしまい、劣化抑制効果を得にくくなってしまう。このため、さらに起動時に上記動作を行うことが考えられるが、その場合には、システムの起動時間が長くなってしまう。また、停止時に上記動作を行った場合、システムの停止時間が長くなってしまい、利用者に煩わしさを与える可能性がある。 Here, in the conventional fuel cell system, when the above operation is performed when the system is stopped, outside air flows into the oxidant electrode side of the fuel cell during the system stop period, and it becomes difficult to obtain a deterioration suppressing effect. For this reason, it is conceivable to perform the above operation at the time of startup, but in that case, the startup time of the system becomes long. In addition, if the above operation is performed at the time of stop, the system stop time becomes long, which may be annoying to the user.

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、燃料電池システム起動時における劣化抑制効果の減少を抑え、且つ起動時間および停止時間が不要に長くなってしまうことを防止することが可能な燃料電池システムを提供することにある。 The present invention has been made in order to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to suppress a decrease in the deterioration suppressing effect at the time of starting the fuel cell system and to make the start time and the stop time unnecessary. An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of preventing the lengthening.

本発明の燃料電池システムは、燃料電池スタックと、規制弁と、負荷取出手段と、制御手段とを備えている。燃料電池スタックは、燃料ガスの供給を受ける燃料極および酸化剤ガスの供給を受ける酸化剤極を有し、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させることにより発電を行うものである。規制弁は、燃料電池スタックの酸化剤極側の上流及び下流に設けられ、弁閉されることで酸化剤極側への外気の流入を規制するものである。負荷取出手段は、燃料電池スタックから電流を取り出すときの電流値又は前記燃料電池スタックから電流を取り出す際の電圧値を制御するものである。制御手段は、規制弁の開閉および負荷取出手段の電流の取り出しを制御するものである。さらに、制御手段は、システム停止時に規制弁を閉じ、該規制弁を閉じた後に負荷取出手段を作動させて電流を取り出す構成となっている。 The fuel cell system of the present invention includes a fuel cell stack, a regulating valve, a load extraction unit, and a control unit. The fuel cell stack has a fuel electrode supplied with fuel gas and an oxidant electrode supplied with oxidant gas, and generates power by reacting the fuel gas and oxidant gas. The restriction valve is provided upstream and downstream of the oxidant electrode side of the fuel cell stack, and restricts the inflow of outside air to the oxidant electrode side by closing the valve. The load extraction means controls a current value when the current is extracted from the fuel cell stack or a voltage value when the current is extracted from the fuel cell stack. The control means controls the opening / closing of the regulating valve and the extraction of the current from the load taking means. Further, the control means is configured to close the restriction valve when the system is stopped, and operate the load take-out means after closing the restriction valve to take out the current.

本発明によれば、システム停止時に負荷取出手段を作動させて電流を取り出すため、燃料電池スタックの酸化剤極側の酸化剤ガスを消費することができる。また、規制弁を閉じるため、システム停止期間中における外気の流入を規制することができる。故に、システム起動時においても酸化剤極側の酸化剤ガス濃度の上昇を抑制することができ、酸化剤極側に酸化剤ガスが存在することによる劣化反応が抑制されることとなる。また、システム起動時に酸化剤ガス濃度の上昇が抑制されているため、起動時に再度電流を取り出す必要性がない。特に、規制弁を閉じた後に電流を取り出すため、規制弁を閉じる前に電流を取り出す場合と比較して、酸化剤極側の酸化剤ガスの消費量を少なくすることができ、停止処理の時間短縮につなげることができる。従って、燃料電池システム起動時における劣化抑制効果の減少を抑え、且つ起動時間および停止時間が不要に長くなってしまうことを防止することができる。 According to the present invention, since the current is taken out by operating the load take-out means when the system is stopped, the oxidant gas on the oxidant electrode side of the fuel cell stack can be consumed. Moreover, since the restriction valve is closed, the inflow of outside air during the system stop period can be restricted. Therefore, an increase in the oxidant gas concentration on the oxidant electrode side can be suppressed even when the system is started, and the deterioration reaction due to the presence of the oxidant gas on the oxidant electrode side is suppressed. Further, since the increase in the oxidant gas concentration is suppressed at the time of starting the system, there is no need to take out the current again at the time of starting. In particular, since the current is taken out after the restriction valve is closed, the consumption of the oxidant gas on the oxidant electrode side can be reduced compared with the case where the current is taken out before the restriction valve is closed, and the time for the stop process is reduced. It can lead to shortening. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in the deterioration suppressing effect at the time of starting the fuel cell system and to prevent the start time and stop time from becoming unnecessarily long.

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。同図に示す燃料電池システムは、固体高分子電解質膜を挟んで燃料ガスの供給を受ける燃料極と酸化剤ガスの供給を受ける酸化剤極とを有し燃料電池構造体（燃料電池セル）をセパレータで挟持して、これを複数積層して構成される燃料電池スタック１を備える。この燃料電池スタック１は、燃料極に燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤極に酸化剤ガスが供給され、これらガスを電気化学的に反応させることにより発電を行う。本実施形態では、燃料ガスとして水素を、酸化剤ガスとして酸素（具体的には、酸素を含む空気）を用いるケースについて説明する。この燃料電池システムは、例えば、車両を駆動する電動モータの電源として、車両に搭載される。 FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. The fuel cell system shown in the figure has a fuel cell structure (fuel cell) having a fuel electrode supplied with fuel gas and an oxidant electrode supplied with oxidant gas with a solid polymer electrolyte membrane interposed therebetween. A fuel cell stack 1 is provided which is formed by stacking a plurality of layers sandwiched by separators. In the fuel cell stack 1, fuel gas is supplied to the fuel electrode and oxidant gas is supplied to the oxidant electrode, and electricity is generated by causing these gases to react electrochemically. In the present embodiment, a case will be described in which hydrogen is used as the fuel gas and oxygen (specifically, air containing oxygen) is used as the oxidant gas. This fuel cell system is mounted on a vehicle as a power source of an electric motor that drives the vehicle, for example.

さらに、燃料電池システムには、燃料電池スタック１に水素を供給するための水素系１０と、燃料電池スタック１に空気を供給するための空気系２０と、制御装置３と、各センサ３２〜３６とが備えられている。 Further, the fuel cell system includes a hydrogen system 10 for supplying hydrogen to the fuel cell stack 1, an air system 20 for supplying air to the fuel cell stack 1, a control device 3, and sensors 32 to 36. And are provided.

水素系１０において、燃料ガスである水素は、燃料タンク（燃料ガス供給手段）１１から、水素供給流路Ｌ１０を介して燃料電池スタック１の燃料極側に供給される。具体的には、燃料タンク１１の下流の水素供給流路Ｌ１０には水素供給弁１２が設けられており、この水素供給弁１２が開状態となると、燃料タンク１１からの高圧水素ガスが、その下流に設けられた減圧弁（図示せず）によって機械的に所定の圧力まで減圧される。減圧された水素は、減圧弁よりも下流に設けられた水素調圧弁１３によって更に減圧された後に、燃料電池スタック１に供給される。水素供給弁１２は、燃料電池スタック１への水素供給の必要性に応じて、制御装置３によってその開閉状態が制御される。また、水素調圧弁１３は、燃料電池スタック１へ供給される水素圧力が所望の値となるように、制御装置３によってその開度が制御される。 In the hydrogen system 10, hydrogen, which is a fuel gas, is supplied from a fuel tank (fuel gas supply means) 11 to the fuel electrode side of the fuel cell stack 1 via a hydrogen supply flow path L10. Specifically, a hydrogen supply valve 12 is provided in the hydrogen supply flow path L10 downstream of the fuel tank 11. When the hydrogen supply valve 12 is opened, the high-pressure hydrogen gas from the fuel tank 11 is The pressure is mechanically reduced to a predetermined pressure by a pressure reducing valve (not shown) provided downstream. The depressurized hydrogen is further depressurized by a hydrogen pressure regulating valve 13 provided downstream of the depressurizing valve, and then supplied to the fuel cell stack 1. The open / close state of the hydrogen supply valve 12 is controlled by the control device 3 in accordance with the necessity of supplying hydrogen to the fuel cell stack 1. Further, the opening degree of the hydrogen pressure regulating valve 13 is controlled by the control device 3 so that the hydrogen pressure supplied to the fuel cell stack 1 becomes a desired value.

燃料電池スタック１の燃料極側から排出されるガス（未使用の水素を含む排出ガス）は、水素循環流路Ｌ１１へと排出される。この水素循環流路Ｌ１１は、他方の端部が水素調圧弁１３よりも下流側の水素供給流路Ｌ１０に接続されている。水素循環流路Ｌ１１には、例えば、水素循環ポンプ１４およびエゼクタ１５といった水素循環手段が設けられている。この水素循環手段により、燃料極の排出側から排出された水素はその供給側へと循環され、水素の燃費向上を図ることができる。 The gas discharged from the fuel electrode side of the fuel cell stack 1 (exhaust gas containing unused hydrogen) is discharged to the hydrogen circulation passage L11. The other end of the hydrogen circulation channel L11 is connected to the hydrogen supply channel L10 on the downstream side of the hydrogen pressure regulating valve 13. In the hydrogen circulation flow path L11, for example, hydrogen circulation means such as a hydrogen circulation pump 14 and an ejector 15 are provided. By this hydrogen circulation means, the hydrogen discharged from the discharge side of the fuel electrode is circulated to the supply side, and the fuel consumption of hydrogen can be improved.

ところで、酸化剤ガスとして空気を用いた場合、空気中の窒素が酸化剤極から燃料極に透過するため、水素系１０におけるガスの窒素濃度が増加し、水素分圧が減少する傾向となる。そのため、水素循環流路Ｌ１１には、水素系１０内のガスを外部に排出する水素排出流路Ｌ１２が接続されている（換言すれば、水素循環流路Ｌ１１の一部は、燃料極から水素を排出する水素排出流路Ｌ１２としての機能を担う）。水素排出流路Ｌ１２には、パージ弁１６が設けられており、このパージ弁１６の開閉状態を切り替えることにより、水素循環流路Ｌ１１を流れる排出ガス（窒素、未使用な水素等を含むガス）が外部に排出される。パージ弁１６は、燃料電池スタック１の運転状態に応じて、その開閉状態が制御装置３によって制御される。パージ弁１６は、基本的に閉状態に制御されているが、燃料極における窒素濃度を推定して、或いは、所定の周期毎に、必要に応じて閉状態から開状態へと切り替えられる。これにより、未反応な水素とともに窒素が水素系１０からパージされ、水素分圧の減少を抑制することができる。 By the way, when air is used as the oxidant gas, since nitrogen in the air permeates from the oxidant electrode to the fuel electrode, the nitrogen concentration of the gas in the hydrogen system 10 tends to increase and the hydrogen partial pressure tends to decrease. Therefore, the hydrogen circulation passage L11 is connected to a hydrogen discharge passage L12 that discharges the gas in the hydrogen system 10 to the outside (in other words, a part of the hydrogen circulation passage L11 is separated from the fuel electrode by hydrogen. It serves as a hydrogen discharge flow path L12 for discharging gas). A purge valve 16 is provided in the hydrogen discharge flow path L12, and an exhaust gas (a gas containing nitrogen, unused hydrogen, etc.) flowing through the hydrogen circulation flow path L11 by switching the open / close state of the purge valve 16 is provided. Is discharged to the outside. The purge valve 16 is controlled by the control device 3 to open or close in accordance with the operating state of the fuel cell stack 1. The purge valve 16 is basically controlled to be closed, but can be switched from the closed state to the open state as necessary by estimating the nitrogen concentration in the fuel electrode or at predetermined intervals. Thereby, nitrogen is purged from the hydrogen system 10 together with unreacted hydrogen, and a decrease in hydrogen partial pressure can be suppressed.

空気系２０において、酸化剤ガスである空気は、コンプレッサ（酸化剤ガス供給手段）２１によって燃料電池スタック１の酸化剤極側に供給される。具体的には、大気がコンプレッサ２１によって空気が取り込まれて加圧されると、この加圧状態の空気が、空気供給流路Ｌ２０を介して燃料電池スタック１の酸化剤極側に供給される。燃料電池スタック１の酸化剤極側から排出されるガス（酸素の一部が消費された空気）は、空気排出流路Ｌ２１を介して外部（大気）に排出される。この空気排出流路Ｌ２１には、空気調圧弁（圧力調整弁）２２が設けられている。空気調圧弁２２は、燃料電池スタック１の酸化剤極側下流に設けられ、制御装置３によって開度が調整されることにより酸化剤極側の圧力を制御するものである。 In the air system 20, air as an oxidant gas is supplied to the oxidant electrode side of the fuel cell stack 1 by a compressor (oxidant gas supply means) 21. Specifically, when air is taken in and pressurized by the compressor 21, the pressurized air is supplied to the oxidant electrode side of the fuel cell stack 1 via the air supply flow path L20. . Gas discharged from the oxidant electrode side of the fuel cell stack 1 (air in which a part of oxygen is consumed) is discharged to the outside (atmosphere) via the air discharge flow path L21. An air pressure regulating valve (pressure regulating valve) 22 is provided in the air discharge channel L21. The air pressure regulating valve 22 is provided downstream of the oxidant electrode side of the fuel cell stack 1 and controls the pressure on the oxidant electrode side by adjusting the opening degree by the control device 3.

空気系入口弁（規制弁）２３は、燃料電池スタック１の酸化剤極側の上流、すなわち空気供給流路Ｌ２０に設けられており、弁閉されることで空気供給流路Ｌ２０から燃料電池スタック１への外気の流入を規制する構成となっている。また、空気系出口弁（規制弁）２４は、燃料電池スタック１の酸化剤極側の下流、すなわち空気排出流路Ｌ２１に設けられており、弁閉されることで空気排出流路Ｌ２１から燃料電池スタック１への外気の流入を規制する構成となっている。 The air system inlet valve (regulation valve) 23 is provided upstream of the oxidant electrode side of the fuel cell stack 1, that is, in the air supply flow path L20, and is closed from the air supply flow path L20 to the fuel cell stack. 1 is configured to restrict the inflow of outside air into the air. The air system outlet valve (regulation valve) 24 is provided downstream of the oxidant electrode side of the fuel cell stack 1, that is, in the air discharge passage L21. When the valve is closed, fuel is discharged from the air discharge passage L21. It is configured to restrict the inflow of outside air into the battery stack 1.

制御装置３は、電流取出部（負荷取出手段）３０と、メイン制御部（制御手段）３１とから構成されている。電流取出部３０は、メイン制御部３１によって制御され、燃料電池スタック１から電流を取り出すユニットである。また、電流取出部３０は、燃料電池スタック１から電流を取り出すときの電流値、または燃料電池スタック１から電流を取り出す際の電圧値を制御する構成となっている。 The control device 3 includes a current extraction unit (load extraction unit) 30 and a main control unit (control unit) 31. The current extraction unit 30 is a unit that is controlled by the main control unit 31 and extracts current from the fuel cell stack 1. In addition, the current extraction unit 30 is configured to control a current value when the current is extracted from the fuel cell stack 1 or a voltage value when the current is extracted from the fuel cell stack 1.

メイン制御部３１は、システム全体を統合的に制御するユニットである。このメイン制御部３１は、制御プログラムに従い、システムの各部を制御することにより、燃料電池スタック１の運転状態を制御する。 The main control unit 31 is a unit that controls the entire system in an integrated manner. The main control unit 31 controls the operating state of the fuel cell stack 1 by controlling each part of the system according to the control program.

電圧センサ３２は、燃料電池スタック１の電圧、又は燃料電池スタック１を構成するセルの電圧を計測するものである。空気圧力センサ（圧力検出手段）３３は、空気供給流路Ｌ２０に設けられており、燃料電池スタック１の酸化剤極側の圧力を検出するものである。水素圧力センサ３４は、水素供給流路Ｌ１０に設けられており、燃料電池スタック１の燃料極側の圧力を検出するものである。空気温度センサ（酸化剤極側温度検出手段）３５は、燃料電池スタック１の酸化剤極側の温度を検出するものである。水素温度センサ（燃料極側温度検出手段）３６は、燃料電池スタック１の燃料極側の温度を検出するものである。大気圧センサ３７は、燃料電池システム周囲の大気圧を検出するものである。 The voltage sensor 32 measures the voltage of the fuel cell stack 1 or the voltage of the cells constituting the fuel cell stack 1. The air pressure sensor (pressure detection means) 33 is provided in the air supply flow path L20 and detects the pressure on the oxidant electrode side of the fuel cell stack 1. The hydrogen pressure sensor 34 is provided in the hydrogen supply flow path L10 and detects the pressure on the fuel electrode side of the fuel cell stack 1. The air temperature sensor (oxidant electrode side temperature detection means) 35 detects the temperature of the oxidant electrode side of the fuel cell stack 1. The hydrogen temperature sensor (fuel electrode side temperature detecting means) 36 detects the temperature on the fuel electrode side of the fuel cell stack 1. The atmospheric pressure sensor 37 detects the atmospheric pressure around the fuel cell system.

ここで、上記メイン制御部３１は、空気系入口弁２３および空気系出口弁２４の開閉、並びに電流取出部３０の電流の取り出しを制御する構成となっている。具体的にメイン制御部３１は、燃料電池システムの停止時に空気系入口弁２３および空気系出口弁２４を閉じ、これら弁２３，２４を閉じた後に電流取出部３０を作動させて燃料電池スタック１から電流を取り出す。このように、メイン制御部３１は、電流の取り出しにより燃料電池スタック１の酸化剤極側の酸素を消費する。また、メイン制御部３１は、空気系入口弁２３および空気系出口弁２４を閉じるため、これら弁２３，２４の区間（以下規制区間という）を規制することとなり、システム停止期間中に外気の流入を防止することができる。故に、外気流入によってシステム起動時に酸化剤極側の酸素濃度が上昇してしまうことを防止することができ、酸化剤極側に酸素が存在することによる劣化反応が抑制されることとなる。また、システム起動時において酸素濃度は低くなっているため、起動時に再度電流を取り出す必要性がない。 Here, the main control unit 31 is configured to control the opening and closing of the air system inlet valve 23 and the air system outlet valve 24 and the current extraction of the current extraction unit 30. Specifically, the main control unit 31 closes the air system inlet valve 23 and the air system outlet valve 24 when the fuel cell system is stopped, and after closing these valves 23, 24, operates the current extraction unit 30 to operate the fuel cell stack 1. The current is taken out from. Thus, the main control unit 31 consumes oxygen on the oxidant electrode side of the fuel cell stack 1 by taking out the current. In addition, the main control unit 31 closes the air system inlet valve 23 and the air system outlet valve 24, and therefore regulates the section of these valves 23 and 24 (hereinafter referred to as a regulation section), and the inflow of outside air during the system stop period. Can be prevented. Therefore, it is possible to prevent the oxygen concentration on the oxidant electrode side from increasing due to the inflow of outside air at the time of starting the system, and the deterioration reaction due to the presence of oxygen on the oxidant electrode side is suppressed. Further, since the oxygen concentration is low at the time of starting the system, there is no need to take out current again at the time of starting.

特に、メイン制御部３１は、両弁２３，２４を閉じた後に電流を取り出すため、両弁２３，２４を閉じる前に電流を取り出す場合と比較して、酸化剤極側の酸素の消費量を少なくすることができ、停止処理の時間短縮につなげることができる。すなわち、両弁２３，２４を閉じる前に電流を取り出すとコンプレッサ２１から空気調圧弁２２までの区間の酸素を消費し始めることとなるが、先に両弁２３，２４を閉じると規制区間の酸素のみを消費し始めることとなり、酸素の消費量が少なくなるため、停止処理の時間短縮につなげることができる。故に、本実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池システム起動時における劣化抑制効果の減少を抑え、且つ起動時間および停止時間が不要に長くなってしまうことを防止することができる。 In particular, since the main control unit 31 takes out the current after closing both the valves 23 and 24, compared with the case where the current is taken out before closing both the valves 23 and 24, the oxygen consumption on the oxidizer electrode side is reduced. This can reduce the time required for the stop process. That is, if current is taken out before the valves 23 and 24 are closed, oxygen in the section from the compressor 21 to the air pressure regulating valve 22 starts to be consumed. However, if the valves 23 and 24 are closed first, oxygen in the regulation section is started. Since the consumption of oxygen is reduced and the amount of oxygen consumed is reduced, the time required for the stop process can be shortened. Therefore, the fuel cell system according to the present embodiment can suppress a decrease in the deterioration suppressing effect at the time of starting the fuel cell system, and can prevent the start time and the stop time from becoming unnecessarily long.

次に、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの動作を説明する。図２は、第１実施形態に係る燃料電池システムの停止時の動作を示すフローチャートである。なお、図２に示す処理の開始時において、水素調圧弁１３は所定開度で開いており、パージ弁１６は閉じているものとする。また、水素循環ポンプ１４およびコンプレッサ２１は作動しており、空気調圧弁２２は漏れ量を小さくする（換言すれば圧力上昇する）ため閉じ勝手な状態であり、空気系入口弁２３および空気系出口弁２４は開いているものとする。 Next, the operation of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a flowchart showing an operation when the fuel cell system according to the first embodiment is stopped. It is assumed that at the start of the process shown in FIG. 2, the hydrogen pressure regulating valve 13 is opened at a predetermined opening and the purge valve 16 is closed. In addition, the hydrogen circulation pump 14 and the compressor 21 are operating, and the air pressure regulating valve 22 is in a closed state in order to reduce the amount of leakage (in other words, the pressure increases). The air system inlet valve 23 and the air system outlet It is assumed that the valve 24 is open.

同図に示すように、燃料電池システムの停止時においてメイン制御部３１は、まず、大気圧センサ３７により大気圧を検出し、ステップＳＴ２以降の処理に用いる大気圧を設定する（ＳＴ１）。このとき、メイン制御部３１は、大気圧センサ３７により検出された気圧の平均値（過去に検出した気圧との平均値）又は標準大気圧（即ち１ａｔｍ）を、処理に用いる大気圧として設定する。また、メイン制御部３１は、大気圧センサ３７により検出された気圧、及び、標準大気圧（即ち１ａｔｍ）のうち高い方を、処理に用いる大気圧として設定してもよい。 As shown in the figure, when the fuel cell system is stopped, the main control unit 31 first detects the atmospheric pressure by the atmospheric pressure sensor 37, and sets the atmospheric pressure to be used for the processing after step ST2 (ST1). At this time, the main control unit 31 sets the average value of the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor 37 (average value with the atmospheric pressure detected in the past) or the standard atmospheric pressure (that is, 1 atm) as the atmospheric pressure used for the processing. . The main control unit 31 may set the higher one of the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor 37 and the standard atmospheric pressure (that is, 1 atm) as the atmospheric pressure used for processing.

次いで、メイン制御部３１は、酸化剤極側の圧力が大気圧よりも第１所定圧力以上高い圧力となったか否かを判断する（ＳＴ２）。酸化剤極側の圧力が大気圧よりも第１所定圧力以上高い圧力となっていないと判断した場合（ＳＴ２：ＮＯ）、大気圧よりも第１所定圧力以上高い圧力となったと判断されるまで、この処理が繰り返される。 Next, the main control unit 31 determines whether or not the pressure on the oxidizer electrode side is higher than the atmospheric pressure by a first predetermined pressure or more (ST2). When it is determined that the pressure on the oxidizer electrode side is not higher than the first atmospheric pressure by the first predetermined pressure (ST2: NO), until it is determined that the pressure is higher than the atmospheric pressure by the first predetermined pressure or higher. This process is repeated.

なお、ステップＳＴ２において、コンプレッサ２１は作動し、空気調圧弁２２は閉じられている。このため、ステップＳＴ２において「ＮＯ」と判断されて処理が繰り返される間、酸化剤極側の圧力は上昇していくこととなる。このように、酸化剤極側の圧力を高めることで、後の電流取出により酸素が消費されても酸化剤極側の圧力が低くなり過ぎないようにしている。また、メイン制御部３１は、電流取出終了後に酸化剤極側の圧力が大気圧よりも高くなるように、第１所定圧力を設定することが望ましい。これにより、外気の流入を防止することができるからである。また、本実施形態では空気温度センサ３５を備えているため、メイン制御部３１は、空気温度センサ３５により検出された温度が高くなるほど、第１所定圧力を高くすることが望ましい。正確性向上のためである。 In step ST2, the compressor 21 is operated and the air pressure regulating valve 22 is closed. For this reason, the pressure on the oxidizer electrode side rises while the process is repeated after being determined as “NO” in step ST2. In this way, by increasing the pressure on the oxidizer electrode side, the pressure on the oxidizer electrode side is prevented from becoming too low even if oxygen is consumed by the subsequent current extraction. In addition, it is desirable that the main control unit 31 sets the first predetermined pressure so that the pressure on the oxidizer electrode side becomes higher than the atmospheric pressure after the current extraction is completed. This is because the inflow of outside air can be prevented. In addition, since the air temperature sensor 35 is provided in the present embodiment, the main control unit 31 desirably increases the first predetermined pressure as the temperature detected by the air temperature sensor 35 increases. This is to improve accuracy.

一方、酸化剤極側の圧力が大気圧よりも第１所定圧力以上高い圧力となったと判断した場合（ＳＴ２：ＹＥＳ）、メイン制御部３１は、コンプレッサ２１を停止させる（ＳＴ３）。そして、メイン制御部３１は、空気系入口弁２３および空気系出口弁２４を閉じる（ＳＴ４）。その後、メイン制御部３１は、所定時間だけ電流を取り出す（ＳＴ５）。 On the other hand, when it is determined that the pressure on the oxidizer electrode side is higher than the atmospheric pressure by a first predetermined pressure or more (ST2: YES), the main control unit 31 stops the compressor 21 (ST3). Then, the main control unit 31 closes the air system inlet valve 23 and the air system outlet valve 24 (ST4). Thereafter, the main control unit 31 extracts current for a predetermined time (ST5).

このように、第１実施形態では酸化剤極側の圧力を大気圧よりも第１所定圧力以上高い圧力とした後、コンプレッサ２１からの空気供給を停止すると共に空気系入口弁２３および空気系出口弁２４を閉じる。そして、メイン制御部３１は、両弁２３，２４を閉じた後に電流取出部３０を作動させて電流を取り出す。このため、空気を供給しながら電流を取り出すという動作を行うことがなく、停止処理完了までの時間を不要に長くなってしまうことを防止している。 As described above, in the first embodiment, after the pressure on the oxidizer electrode side is set to a pressure higher than the atmospheric pressure by the first predetermined pressure or more, the air supply from the compressor 21 is stopped and the air system inlet valve 23 and the air system outlet are stopped. The valve 24 is closed. Then, after closing both valves 23 and 24, the main control unit 31 operates the current extraction unit 30 to extract current. For this reason, the operation of taking out the current while supplying air is not performed, and the time until the stop process is completed is prevented from becoming unnecessarily long.

電流取出終了後、メイン制御部３１は、水素調圧弁１３を閉じ（ＳＴ６）、水素循環ポンプ１４を停止させる（ＳＴ７）。そして、図２に示す処理は終了することとなる。なお、図２のステップＳＴ４において、メイン制御部３１は、空気系入口弁２３をわずかに早く先に閉じ、その後空気系出口弁２４を後に閉じることが望ましい。空気系出口弁２４は、空気調圧弁２２よりも密閉度が高いものを使用しているため、空気系出口弁２４を先に閉じるとコンプレッサ２１から空気系出口弁２４までの区間の圧力が過度に上昇する可能性があるためである。特に、空気系出口弁２４が燃料電池スタック１の下流近傍に設けられ、空気調圧弁２２が燃料電池スタック１から離れた箇所に設けられている場合、圧力の上昇度合いは顕著となる可能性がある。 After the current extraction is completed, the main control unit 31 closes the hydrogen pressure regulating valve 13 (ST6) and stops the hydrogen circulation pump 14 (ST7). Then, the process shown in FIG. 2 ends. In step ST4 of FIG. 2, it is desirable that the main control unit 31 closes the air system inlet valve 23 slightly earlier first, and then closes the air system outlet valve 24 later. Since the air system outlet valve 24 has a higher degree of sealing than the air pressure regulating valve 22, when the air system outlet valve 24 is closed first, the pressure in the section from the compressor 21 to the air system outlet valve 24 is excessive. This is because there is a possibility of rising. In particular, when the air system outlet valve 24 is provided in the vicinity of the downstream side of the fuel cell stack 1 and the air pressure regulating valve 22 is provided at a location away from the fuel cell stack 1, the degree of increase in pressure may be significant. is there.

このようにして、第１実施形態に係る燃料電池システムによれば、システム停止時に電流取出部３０を作動させて電流を取り出すため、燃料電池スタック１の酸化剤極側の酸素を消費することができる。また、空気系入口弁２３および空気系出口弁２４を閉じるため、システム停止期間中における外気の流入を規制することができる。故に、システム起動時においても酸化剤極側の酸素濃度の上昇を抑制することができ、酸化剤極側に酸素が存在することによる劣化反応が抑制されることとなる。また、システム起動時に酸素濃度の上昇が抑制されているため、起動時に再度電流を取り出す必要性がない。特に、空気系入口弁２３および空気系出口弁２４を閉じた後に電流を取り出すため、これら弁２３，２４を閉じる前に電流を取り出す場合と比較して、酸化剤極側の酸素の消費量を少なくすることができ、停止処理の時間短縮につなげることができる。従って、燃料電池システム起動時における劣化抑制効果の減少を抑え、且つ起動時間および停止時間が不要に長くなってしまうことを防止することができる。 Thus, according to the fuel cell system according to the first embodiment, when the system is stopped, the current extraction unit 30 is operated to extract the current, so that oxygen on the oxidant electrode side of the fuel cell stack 1 can be consumed. it can. Further, since the air system inlet valve 23 and the air system outlet valve 24 are closed, the inflow of outside air during the system stop period can be regulated. Therefore, an increase in the oxygen concentration on the oxidant electrode side can be suppressed even when the system is started, and a deterioration reaction due to the presence of oxygen on the oxidant electrode side is suppressed. Further, since the increase in oxygen concentration is suppressed at the time of starting the system, there is no need to take out current again at the time of starting. In particular, since the current is taken out after the air system inlet valve 23 and the air system outlet valve 24 are closed, the consumption of oxygen on the oxidizer electrode side is reduced as compared with the case where the current is taken out before the valves 23 and 24 are closed. This can reduce the time required for the stop process. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in the deterioration suppressing effect at the time of starting the fuel cell system and to prevent the start time and stop time from becoming unnecessarily long.

また、システム停止時に、空気を供給して酸化剤極側の圧力を大気圧よりも第１所定圧力以上高い圧力とし、その後、空気系入口弁２３および空気系出口弁２４を閉じ、これら弁２３，２４を閉じた後に電流を取り出す。このため、電流を取り出す前の酸化剤極側の圧力は大気圧よりも高くなる。故に、圧力を高めることなく電流を取り出す場合と比較して、停止処理完了後の酸化剤極側の圧力を高くすることができる。従って、システム停止中における酸化剤極側への外気の流入を一層抑制することができる。 Further, when the system is stopped, air is supplied so that the pressure on the oxidizer electrode side is higher than the atmospheric pressure by a first predetermined pressure or more, and then the air system inlet valve 23 and the air system outlet valve 24 are closed. , 24 is closed and the current is taken out. For this reason, the pressure on the oxidizer electrode side before taking out the current becomes higher than the atmospheric pressure. Therefore, compared with the case where an electric current is taken out without increasing the pressure, the pressure on the oxidizer electrode side after completion of the stop process can be increased. Therefore, the inflow of outside air to the oxidant electrode side during the system stop can be further suppressed.

また、空気供給を停止して空気系入口弁２３および空気系出口弁２４を閉じ、その後電流を取り出す。このため、空気を供給しながら電流を取り出すことにならず、停止時間が不要に長くなってしまうことを防止することができる。 Further, the air supply is stopped, the air system inlet valve 23 and the air system outlet valve 24 are closed, and then the current is taken out. For this reason, it is possible to prevent the stop time from becoming unnecessarily long without supplying current while supplying air.

また、電流取出終了後に酸化剤極側の圧力が大気圧よりも高くなるように第１所定圧力を設定しているため、酸化剤極側は電流取出終了後には大気圧よりも高くなり、外気の流入を防止することができる。 Further, since the first predetermined pressure is set so that the pressure on the oxidant electrode side becomes higher than the atmospheric pressure after the current extraction is completed, the oxidant electrode side becomes higher than the atmospheric pressure after the current extraction is completed, and the outside air Inflow can be prevented.

また、酸化剤極側の温度が高くなるほど第１所定圧力を高めに設定するため、酸化剤極側の温度を加味して適切に第１所定圧力を設定することができる。 Further, since the first predetermined pressure is set higher as the temperature on the oxidant electrode side becomes higher, the first predetermined pressure can be appropriately set in consideration of the temperature on the oxidant electrode side.

また、空気系入口弁２３および空気系出口弁２４を閉じる場合、空気系入口弁２３をわずかに早く先に閉じ、その後空気系出口弁２４を閉じる。ここで、空気系出口弁２４を先に閉じるとコンプレッサ２１から空気系出口弁２４までの区間の圧力が過度に上昇する可能性がある。特に、空気系出口弁２４が燃料電池スタック１の下流近傍に設けられ、空気調圧弁２２が燃料電池スタック１から離れた箇所に設けられている場合、圧力の上昇度合いは顕著となる可能性がある。このため、空気系入口弁２３をわずかに早く先に閉じることで、圧力の過度の上昇を防止することができる。 When the air system inlet valve 23 and the air system outlet valve 24 are closed, the air system inlet valve 23 is closed slightly earlier first, and then the air system outlet valve 24 is closed. Here, if the air system outlet valve 24 is closed first, the pressure in the section from the compressor 21 to the air system outlet valve 24 may increase excessively. In particular, when the air system outlet valve 24 is provided in the vicinity of the downstream side of the fuel cell stack 1 and the air pressure regulating valve 22 is provided at a location away from the fuel cell stack 1, the degree of increase in pressure may be significant. is there. For this reason, it is possible to prevent an excessive increase in pressure by closing the air system inlet valve 23 slightly earlier first.

また、メイン制御部３１は、標準大気圧（例えば１ａｔｍ）又は検出した大気圧の平均値を、大気圧として設定する。ここで、大気圧を検出して、その結果を大気圧として用いるため、大気圧の変化した場合（例えば低気圧が通過した場合又は高地に移動した場合）においても大気圧を正確に求めることができる。特に検出した大気圧の平均値を用いるため、大気圧として用いる値が急激に変化することなく、１回の検出ミスによる大気圧の急変を防止できる。さらに、標準大気圧を大気圧として用いるため、大気圧センサ３７の故障等が発生したとしても標準大気圧を用いることで、大きな誤差が生じることがない。従って、大気圧を適切に設定することができる。 Further, the main control unit 31 sets the standard atmospheric pressure (for example, 1 atm) or the average value of the detected atmospheric pressure as the atmospheric pressure. Here, since the atmospheric pressure is detected and the result is used as the atmospheric pressure, the atmospheric pressure can be accurately obtained even when the atmospheric pressure changes (for example, when a low atmospheric pressure passes or moves to a high altitude). it can. In particular, since the average value of the detected atmospheric pressure is used, a sudden change in the atmospheric pressure due to a single detection mistake can be prevented without a sudden change in the value used as the atmospheric pressure. Furthermore, since the standard atmospheric pressure is used as the atmospheric pressure, even if a failure or the like of the atmospheric pressure sensor 37 occurs, the use of the standard atmospheric pressure does not cause a large error. Therefore, the atmospheric pressure can be set appropriately.

次に、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態に係る燃料電池システムは、第１実施形態のものと同様であるが、処理内容が第１実施形態のものと一部異なっている。以下、第１実施形態との相違点を説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. The fuel cell system according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, but the processing content is partially different from that of the first embodiment. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described.

図３は、第２実施形態に係る燃料電池システムの停止時の動作を示すフローチャートである。なお、図３に示す処理の開始時において、水素調圧弁１３は所定開度で開いており、パージ弁１６は閉じているものとする。また、水素循環ポンプ１４およびコンプレッサ２１は作動しており、空気調圧弁２２は漏れ量を小さくする（換言すれば圧力上昇する）ため閉じ勝手な状態であり、空気系入口弁２３および空気系出口弁２４は開いているものとする。 FIG. 3 is a flowchart showing an operation when the fuel cell system according to the second embodiment is stopped. It is assumed that at the start of the process shown in FIG. 3, the hydrogen pressure regulating valve 13 is opened at a predetermined opening and the purge valve 16 is closed. In addition, the hydrogen circulation pump 14 and the compressor 21 are operating, and the air pressure regulating valve 22 is in a closed state in order to reduce the amount of leakage (in other words, the pressure increases). The air system inlet valve 23 and the air system outlet It is assumed that the valve 24 is open.

同図に示すように、燃料電池システムの停止時においてメイン制御部３１は、まず、大気圧センサ３７により大気圧を検出し、ステップＳＴ１２以降の処理に用いる大気圧を設定する（ＳＴ１１）。詳細は第１実施形態と同様である。 As shown in the figure, when the fuel cell system is stopped, the main control unit 31 first detects the atmospheric pressure by the atmospheric pressure sensor 37 and sets the atmospheric pressure to be used for the processing after step ST12 (ST11). Details are the same as in the first embodiment.

次いで、メイン制御部３１は、燃料極側の圧力が大気圧よりも第２所定圧力以上高い圧力となったか否かを判断する（ＳＴ１２）。燃料極側の圧力が大気圧よりも第２所定圧力以上高い圧力となっていないと判断した場合（ＳＴ１２：ＮＯ）、大気圧よりも第２所定圧力以上高い圧力となったと判断されるまで、この処理が繰り返される。 Next, the main control unit 31 determines whether or not the pressure on the fuel electrode side is higher than the atmospheric pressure by a second predetermined pressure or more (ST12). When it is determined that the pressure on the fuel electrode side is not higher than the atmospheric pressure by a second predetermined pressure or higher (ST12: NO), until it is determined that the pressure is higher than the atmospheric pressure by a second predetermined pressure or higher, This process is repeated.

なお、ステップＳＴ１２において、水素調圧弁１３は開けられており、パージ弁１６は閉じられている。このため、ステップＳＴ１２において「ＮＯ」と判断されて処理が繰り返される間、燃料極側の圧力は上昇していくこととなる。このように、燃料極側の圧力を高めることで、酸化剤極側から燃料極側にガスが拡散して酸化剤極側の圧力が低くなり、外部から大気が流入することを防止することができる。 In step ST12, the hydrogen pressure regulating valve 13 is opened and the purge valve 16 is closed. For this reason, while it is determined as “NO” in step ST12 and the process is repeated, the pressure on the fuel electrode side increases. In this way, by increasing the pressure on the fuel electrode side, the gas diffuses from the oxidant electrode side to the fuel electrode side, the pressure on the oxidant electrode side becomes lower, and the atmosphere can be prevented from flowing in from the outside. it can.

また、メイン制御部３１は、電流取出終了後に燃料極側の圧力が大気圧よりも高くなるように、第２所定圧力を設定することが望ましい。酸化剤極側から燃料極側へのガスの透過量を増加させ、酸化剤極側の圧力を大気圧程度に保つためである。また、本実施形態では水素温度センサ３６を備えているため、メイン制御部３１は、水素温度センサ３６により検出された温度が高くなるほど、第２所定圧力を高くすることが望ましい。正確性向上のためである。 In addition, it is desirable that the main control unit 31 sets the second predetermined pressure so that the pressure on the fuel electrode side becomes higher than the atmospheric pressure after the current extraction is completed. This is because the amount of gas permeation from the oxidant electrode side to the fuel electrode side is increased, and the pressure on the oxidant electrode side is maintained at about atmospheric pressure. In the present embodiment, since the hydrogen temperature sensor 36 is provided, the main control unit 31 desirably increases the second predetermined pressure as the temperature detected by the hydrogen temperature sensor 36 increases. This is to improve accuracy.

燃料極側の圧力が大気圧よりも第２所定圧力以上高い圧力となったと判断した場合（ＳＴ１２：ＹＥＳ）、メイン制御部３１は、水素調圧弁１３を閉じ（ＳＴ１３）、水素循環ポンプ１４を停止させる（ＳＴ１４）。 When it is determined that the pressure on the fuel electrode side is higher than the atmospheric pressure by a second predetermined pressure or more (ST12: YES), the main control unit 31 closes the hydrogen pressure regulating valve 13 (ST13) and turns the hydrogen circulation pump 14 on. Stop (ST14).

次に、メイン制御部３１は、酸化剤極側の圧力が大気圧よりも第１所定圧力以上高い圧力となったか否かを判断する（ＳＴ１５）。酸化剤極側の圧力が大気圧よりも第１所定圧力以上高い圧力となっていないと判断した場合（ＳＴ１５：ＮＯ）、大気圧よりも第１所定圧力以上高い圧力となったと判断されるまで、この処理が繰り返される。 Next, the main control unit 31 determines whether or not the pressure on the oxidant electrode side is higher than the atmospheric pressure by a first predetermined pressure or more (ST15). When it is determined that the pressure on the oxidizer electrode side is not higher than the first atmospheric pressure by the first predetermined pressure (ST15: NO), until it is determined that the pressure is higher than the atmospheric pressure by the first predetermined pressure or higher. This process is repeated.

なお、ステップＳＴ１５において、コンプレッサ２１は作動し、空気調圧弁２２は閉じられているため、第１実施形態と同様に、酸化剤極側の圧力は上昇していくこととなる。また、第１実施形態と同様に、メイン制御部３１は、電流取出終了後に酸化剤極側の圧力が大気圧よりも高くなるように、第１所定圧力を設定することが望ましい。さらに、メイン制御部３１は、空気温度センサ３５により検出された温度が高くなるほど、第１所定圧力を高くすることが望ましい。 In step ST15, the compressor 21 is operated and the air pressure regulating valve 22 is closed, so that the pressure on the oxidizer electrode side increases as in the first embodiment. Similarly to the first embodiment, the main control unit 31 desirably sets the first predetermined pressure so that the pressure on the oxidizer electrode side becomes higher than the atmospheric pressure after the current extraction is completed. Furthermore, it is desirable for the main control unit 31 to increase the first predetermined pressure as the temperature detected by the air temperature sensor 35 increases.

また、第２所定圧力は、第１所定圧力よりも第３所定圧力以上高いことが望ましい。電流取出によるガスの消費量は、水素の方が酸素よりも２倍近く消費することとなる。このため、酸化剤極側の圧力よりも燃料極側の圧力を第３所定圧力以上高くすることで、システム停止処理後に燃料極側の方が酸化剤極側よりも極端に圧力が低くなってしまうことを防止することができるからである。 The second predetermined pressure is preferably higher than the first predetermined pressure by a third predetermined pressure or more. The amount of gas consumed by current extraction is nearly twice that of oxygen than that of oxygen. For this reason, by making the pressure on the fuel electrode side higher than the pressure on the oxidant electrode side by a third predetermined pressure or more, the pressure on the fuel electrode side becomes extremely lower than that on the oxidant electrode side after the system shutdown process. This is because it can be prevented.

酸化剤極側の圧力が大気圧よりも第１所定圧力以上高い圧力となったと判断した場合（ＳＴ１５：ＹＥＳ）、メイン制御部３１は、コンプレッサ２１を停止させる（ＳＴ１６）。そして、メイン制御部３１は、空気系入口弁２３および空気系出口弁２４を閉じ（ＳＴ１７）、メイン制御部３１は、所定時間だけ電流を取り出す（ＳＴ１８）。その後、図３に示す処理は終了することとなる。なお、第１実施形態と同様に、図３のステップＳＴ１７において、メイン制御部３１は、空気系入口弁２３をわずかに早く先に閉じ、その後空気系出口弁２４を閉じることが望ましい。 When it is determined that the pressure on the oxidizer electrode side is higher than the atmospheric pressure by a first predetermined pressure or more (ST15: YES), the main control unit 31 stops the compressor 21 (ST16). Then, the main control unit 31 closes the air system inlet valve 23 and the air system outlet valve 24 (ST17), and the main control unit 31 extracts current for a predetermined time (ST18). Thereafter, the process shown in FIG. 3 ends. As in the first embodiment, in step ST17 of FIG. 3, it is desirable that the main control unit 31 closes the air system inlet valve 23 slightly earlier and then closes the air system outlet valve 24.

このようにして、第２実施形態に係る燃料電池システムによれば、第１実施形態と同様に、燃料電池システム起動時における劣化抑制効果の減少を抑え、且つ起動時間および停止時間が不要に長くなってしまうことを防止することができる。また、システム停止中における酸化剤極側への外気の流入を一層抑制することができ、空気を供給しながら電流を取り出すことにならず、停止時間が不要に長くなってしまうことを防止することができる。また、空気系入口弁２３を先に閉じることで、圧力の過度の上昇を防止することができ、大気圧を適切に設定することができる。 Thus, according to the fuel cell system according to the second embodiment, similarly to the first embodiment, the decrease in the deterioration suppressing effect at the time of starting the fuel cell system is suppressed, and the start time and the stop time are unnecessarily long. Can be prevented. In addition, it is possible to further suppress the inflow of outside air to the oxidizer electrode side when the system is stopped, to prevent the current from being taken out while supplying air, and to prevent the stop time from becoming unnecessarily long. Can do. Further, by closing the air system inlet valve 23 first, it is possible to prevent an excessive increase in pressure, and to set the atmospheric pressure appropriately.

さらに、第２実施形態によれば、システム停止時に、水素を供給して燃料極側の圧力を大気圧よりも第２所定圧力以上高い圧力とし、その後、空気系入口弁２３および空気系出口弁を閉じ、これら弁２３，２４を閉じた後に電流を取り出す。このため、電流を取り出す前の燃料極側の圧力は大気圧よりも高くなる。故に、圧力を高めることなく電流を取り出す場合と比較して、停止処理完了後の燃料極側の圧力を高くすることができる。これにより、酸化剤極側から燃料極側へのガス拡散を促進することとなり、酸化剤極側の圧力低下を一層防止することができる。従って、システム停止中における酸化剤極側への外気の流入を一層抑制することができる。 Furthermore, according to the second embodiment, when the system is stopped, hydrogen is supplied to make the pressure on the fuel electrode side higher than the atmospheric pressure by a second predetermined pressure or more, and then the air system inlet valve 23 and the air system outlet valve Is closed and the valves 23 and 24 are closed, and then the current is taken out. For this reason, the pressure on the fuel electrode side before taking out the current becomes higher than the atmospheric pressure. Therefore, it is possible to increase the pressure on the fuel electrode side after completion of the stop process, as compared with the case where the current is taken out without increasing the pressure. Thereby, gas diffusion from the oxidant electrode side to the fuel electrode side is promoted, and the pressure drop on the oxidant electrode side can be further prevented. Therefore, the inflow of outside air to the oxidant electrode side during the system stop can be further suppressed.

また、電流取出によるガスの消費量は、水素の方が酸素よりも２倍近く消費することとなる。このため、酸化剤極側の圧力よりも燃料極側の圧力を第３所定圧力以上高くすることで、システム停止処理後に燃料極側の方が酸化剤極側よりも極端に圧力が低くなってしまうことを防止することができる。 In addition, the amount of gas consumed by current extraction is almost twice that of oxygen than that of oxygen. For this reason, by making the pressure on the fuel electrode side higher than the pressure on the oxidant electrode side by a third predetermined pressure or more, the pressure on the fuel electrode side becomes extremely lower than that on the oxidant electrode side after the system shutdown process. Can be prevented.

また、電流取出終了後に燃料極側の圧力が大気圧よりも高くなるように第２所定圧力を設定しているため、燃料極側は電流取出終了後には大気圧よりも高くなり、燃料極側から酸化剤極側へのガス拡散が促進され、酸化剤極側への外気の流入を防止することができる。 Further, since the second predetermined pressure is set so that the pressure on the fuel electrode side becomes higher than the atmospheric pressure after the current extraction is finished, the fuel electrode side becomes higher than the atmospheric pressure after the current extraction is finished, and the fuel electrode side Diffusion to the oxidant electrode side is promoted, and inflow of outside air to the oxidant electrode side can be prevented.

また、燃料極側の温度が高くなるほど第２所定圧力を高めに設定するため、燃料極側の温度を加味して適切に第２所定圧力を設定することができる。 Further, since the second predetermined pressure is set higher as the temperature on the fuel electrode side becomes higher, the second predetermined pressure can be appropriately set in consideration of the temperature on the fuel electrode side.

次に、本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態に係る燃料電池システムは、第１実施形態のものと同様であるが、処理内容が第１実施形態のものと一部異なっている。以下、第１実施形態との相違点を説明する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described. The fuel cell system according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment, but the processing content is partially different from that of the first embodiment. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described.

図４は、第３実施形態に係る燃料電池システムの停止時の動作を示すフローチャートである。なお、図４に示す処理の開始時において、水素調圧弁１３は所定開度で開いており、パージ弁１６は閉じているものとする。また、水素循環ポンプ１４およびコンプレッサ２１は作動しており、空気調圧弁２２は漏れ量を小さくする（換言すれば圧力上昇する）ため閉じ勝手な状態であり、空気系入口弁２３および空気系出口弁２４は開いているものとする。 FIG. 4 is a flowchart showing an operation when the fuel cell system according to the third embodiment is stopped. It is assumed that at the start of the process shown in FIG. 4, the hydrogen pressure regulating valve 13 is opened at a predetermined opening and the purge valve 16 is closed. In addition, the hydrogen circulation pump 14 and the compressor 21 are operating, and the air pressure regulating valve 22 is in a closed state in order to reduce the amount of leakage (in other words, the pressure increases). The air system inlet valve 23 and the air system outlet It is assumed that the valve 24 is open.

同図に示すように、燃料電池システムの停止時においてメイン制御部３１は、まず、大気圧センサ３７により大気圧を検出し、ステップＳＴ２２以降の処理に用いる大気圧を設定する（ＳＴ２１）。詳細は第１実施形態と同様である。 As shown in the figure, when the fuel cell system is stopped, the main control unit 31 first detects the atmospheric pressure by the atmospheric pressure sensor 37, and sets the atmospheric pressure to be used for the processing after step ST22 (ST21). Details are the same as in the first embodiment.

次いで、メイン制御部３１は、酸化剤極側の圧力が大気圧よりも高くなったか否かを判断する（ＳＴ２２）。酸化剤極側の圧力が大気圧よりも高くなっていないと判断した場合（ＳＴ２２：ＮＯ）、大気圧よりも高くなったと判断されるまで、この処理が繰り返される。なお、ステップＳＴ２２において、コンプレッサ２１は作動し、空気調圧弁２２は閉じられているため、第１実施形態と同様に、酸化剤極側の圧力は上昇していくこととなる。 Next, the main control unit 31 determines whether or not the pressure on the oxidizer electrode side has become higher than the atmospheric pressure (ST22). When it is determined that the pressure on the oxidizer electrode side is not higher than atmospheric pressure (ST22: NO), this process is repeated until it is determined that the pressure is higher than atmospheric pressure. In step ST22, the compressor 21 is operated and the air pressure regulating valve 22 is closed, so that the pressure on the oxidizer electrode side increases as in the first embodiment.

一方、酸化剤極側の圧力が大気圧よりも高くなったと判断した場合（ＳＴ２２：ＹＥＳ）、メイン制御部３１は、コンプレッサ２１の停止指令を行う（ＳＴ２３）。ここで、第３実施形態ではコンプレッサ２１が正常に停止したか否かを判断するようになっている。すなわち、メイン制御部３１は、停止指令を行った後、空気圧力センサ３３からの信号に基づいて、酸化剤極側の圧力が低下しつつあるか否かを判断する（ＳＴ２４）。ステップＳＴ２４において空気調圧弁２２は閉じられている。このため、コンプレッサ２１が正常に停止した場合、空気調圧弁２２の僅かな隙間等から酸化剤極側のガスが流出して酸化剤極側の圧力は低下していくはずである。このため、酸化剤極側の圧力が低下していないと判断した場合（ＳＴ２４：ＮＯ）、処理はステップＳＴ２３に戻り、メイン制御部３１は再度コンプレッサ２１の停止指令を行う。 On the other hand, when determining that the pressure on the oxidizer electrode side has become higher than the atmospheric pressure (ST22: YES), the main control unit 31 issues a stop command for the compressor 21 (ST23). Here, in 3rd Embodiment, it is judged whether the compressor 21 stopped normally. That is, after issuing the stop command, the main control unit 31 determines whether or not the pressure on the oxidizer electrode side is decreasing based on the signal from the air pressure sensor 33 (ST24). In step ST24, the air pressure regulating valve 22 is closed. For this reason, when the compressor 21 stops normally, the gas on the oxidant electrode side should flow out from a slight gap or the like of the air pressure regulating valve 22 and the pressure on the oxidant electrode side should decrease. For this reason, when it is determined that the pressure on the oxidizer electrode side has not decreased (ST24: NO), the process returns to step ST23, and the main control unit 31 issues a stop command for the compressor 21 again.

他方、酸化剤極側の圧力が低下しつつあると判断した場合（ＳＴ２４：ＹＥＳ）、メイン制御部３１は、コンプレッサ２１が正常に停止したと判断する。そして、メイン制御部３１は、空気系入口弁２３および空気系出口弁２４を閉じる（ＳＴ２５）。 On the other hand, when it is determined that the pressure on the oxidizer electrode side is decreasing (ST24: YES), the main control unit 31 determines that the compressor 21 has stopped normally. Then, the main control unit 31 closes the air system inlet valve 23 and the air system outlet valve 24 (ST25).

その後、メイン制御部３１は、燃料極側の圧力が大気圧よりも第４所定圧力以上高い圧力であるか否かを判断する（ＳＴ２６）。燃料極側の圧力が大気圧よりも第４所定圧力以上高い圧力となっていないと判断した場合（ＳＴ２６：ＮＯ）、大気圧よりも第４所定圧力以上高い圧力となったと判断されるまで、この処理が繰り返される。なお、ステップＳＴ２６において、水素調圧弁１３は開けられており、パージ弁１６は閉じられている。このため、ステップＳＴ２６において「ＮＯ」と判断されて処理が繰り返される間、燃料極側の圧力は上昇していくこととなる。このように、燃料極側を大気圧よりも第４所定圧力以上高い圧力とすることで、たとえ酸化剤極側が略大気圧であっても、燃料極側からのガス透過により酸化剤極側の圧力を高めることができる。これにより、酸化剤極側への外気流入を防止するようにしている。 Thereafter, the main control unit 31 determines whether or not the pressure on the fuel electrode side is higher than the atmospheric pressure by a fourth predetermined pressure or more (ST26). When it is determined that the pressure on the fuel electrode side is not higher than the atmospheric pressure by the fourth predetermined pressure or higher (ST26: NO), until it is determined that the pressure is higher than the atmospheric pressure by the fourth predetermined pressure or higher, This process is repeated. In step ST26, the hydrogen pressure regulating valve 13 is opened and the purge valve 16 is closed. For this reason, while it is determined as “NO” in step ST26 and the processing is repeated, the pressure on the fuel electrode side increases. Thus, by setting the fuel electrode side to a pressure higher than the atmospheric pressure by a fourth predetermined pressure or more, even if the oxidant electrode side is substantially atmospheric pressure, gas permeation from the fuel electrode side causes the oxidant electrode side to pass. The pressure can be increased. This prevents the outside air from flowing into the oxidant electrode side.

また、メイン制御部３１は、電流取出終了後に燃料極側の圧力が大気圧よりも高くなるように、第４所定圧力を設定することが望ましい。燃料極側が大気圧よりも高くなければ酸化剤極側を大気圧よりも高くできないからである。また、本実施形態では水素温度センサ３６を備えているため、メイン制御部３１は、水素温度センサ３６により検出された温度が高くなるほど、第４所定圧力を高くすることが望ましい。正確性向上のためである。 In addition, it is desirable that the main control unit 31 sets the fourth predetermined pressure so that the pressure on the fuel electrode side becomes higher than the atmospheric pressure after the current extraction is completed. This is because the oxidant electrode side cannot be made higher than the atmospheric pressure unless the fuel electrode side is higher than the atmospheric pressure. In the present embodiment, since the hydrogen temperature sensor 36 is provided, the main control unit 31 desirably increases the fourth predetermined pressure as the temperature detected by the hydrogen temperature sensor 36 increases. This is to improve accuracy.

燃料極側の圧力が大気圧よりも第４所定圧力以上高い圧力となったと判断した場合（ＳＴ２６：ＹＥＳ）、メイン制御部３１は、水素調圧弁１３を閉じ（ＳＴ１３）、水素循環ポンプ１４を停止させる（ＳＴ２７）。その後、メイン制御部３１は、所定時間だけ電流を取り出す（ＳＴ２８）。そして、図４に示す処理は終了することとなる。なお、第１実施形態と同様に、図４のステップＳＴ２５において、メイン制御部３１は、空気系入口弁２３をわずかに早く先に閉じ、その後空気系出口弁２４を閉じることが望ましい。 When it is determined that the pressure on the fuel electrode side is a pressure higher than the atmospheric pressure by a fourth predetermined pressure or more (ST26: YES), the main control unit 31 closes the hydrogen pressure regulating valve 13 (ST13) and turns the hydrogen circulation pump 14 on. Stop (ST27). Thereafter, the main control unit 31 extracts current for a predetermined time (ST28). Then, the process shown in FIG. 4 ends. As in the first embodiment, in step ST25 of FIG. 4, it is desirable that the main control unit 31 closes the air system inlet valve 23 slightly earlier and then closes the air system outlet valve 24.

このようにして、第３実施形態に係る燃料電池システムによれば、第１実施形態と同様に、燃料電池システム起動時における劣化抑制効果の減少を抑え、且つ起動時間および停止時間が不要に長くなってしまうことを防止することができる。また、空気系入口弁２３および空気系出口弁２４を閉じる場合、空気系入口弁２３をわずかに早く先に閉じ、その後空気系出口弁２４を閉じるため、圧力の過度の上昇を防止することができる。また、メイン制御部３１は、標準大気圧（例えば１ａｔｍ）又は検出した大気圧の平均値を、大気圧として設定する。ここで、検出した大気圧の平均値を用いた場合、大気圧として用いる値が急激に変化することなく、１回の検出ミスによる大気圧の急変を防止できる。さらに、標準大気圧を大気圧として用いる場合、大気圧センサ３７の故障等が発生したとしても標準大気圧を用いることで、大きな誤差が生じることがない。従って、大気圧を適切に設定することができる。 Thus, according to the fuel cell system according to the third embodiment, similarly to the first embodiment, the decrease in the deterioration suppressing effect at the time of starting the fuel cell system is suppressed, and the start time and the stop time are unnecessarily long. Can be prevented. Further, when the air system inlet valve 23 and the air system outlet valve 24 are closed, the air system inlet valve 23 is closed slightly earlier first and then the air system outlet valve 24 is closed. it can. Further, the main control unit 31 sets the standard atmospheric pressure (for example, 1 atm) or the average value of the detected atmospheric pressure as the atmospheric pressure. Here, when the average value of the detected atmospheric pressure is used, a sudden change in the atmospheric pressure due to a single detection mistake can be prevented without a sudden change in the value used as the atmospheric pressure. Further, when the standard atmospheric pressure is used as the atmospheric pressure, even if a failure or the like of the atmospheric pressure sensor 37 occurs, a large error does not occur by using the standard atmospheric pressure. Therefore, the atmospheric pressure can be set appropriately.

さらに、第３実施形態によれば、空気を供給して酸化剤極側の圧力を略大気圧とし、そのうえで電流を取り出すので、消費すべき酸素量を少なくしてシステムの停止時間を短くすることができる。しかも、燃料極側の圧力を大気圧よりも第４所定圧力以上高い圧力としているため、燃料極側から酸化剤極側にガスが拡散して酸化剤極側の圧力が低くなり過ぎることを防止することができる。従って、システムの停止時間を短くしつつ、システム停止中における酸化剤極側への外気の流入を抑制することができる。 Furthermore, according to the third embodiment, air is supplied to set the pressure on the oxidizer electrode side to substantially atmospheric pressure, and then the current is taken out, so that the amount of oxygen to be consumed is reduced and the system shutdown time is shortened. Can do. In addition, since the pressure on the fuel electrode side is higher than the atmospheric pressure by a fourth predetermined pressure or more, gas is prevented from diffusing from the fuel electrode side to the oxidant electrode side and the pressure on the oxidant electrode side being too low. can do. Accordingly, it is possible to suppress the inflow of outside air to the oxidizer electrode side while the system is stopped, while shortening the system stop time.

また、コンプレッサ２１による空気供給を停止する場合、空気調圧弁２２が閉じられている状態でコンプレッサ２１に供給停止指令を行い、空気圧力センサ３３により検出された圧力が徐々に低下しているときに、空気供給の停止が正常に行われたと判断する。ここで、空気調圧弁２２を閉じてもわずかに空気が外部へ流出する。特に、コンプレッサ２１が停止している場合は、新たに空気が供給されることがないため、酸化剤極側の圧力は徐々に低下していく。このため、空気圧力センサ３３により検出された圧力が徐々に低下しているときに、コンプレッサ２１による空気供給が正常に停止されたと判断することで、コンプレッサ２１の確実な停止を検出することができる。 When the air supply by the compressor 21 is stopped, a supply stop command is issued to the compressor 21 while the air pressure regulating valve 22 is closed, and the pressure detected by the air pressure sensor 33 is gradually decreased. It is determined that the air supply has been normally stopped. Here, even if the air pressure regulating valve 22 is closed, air slightly flows out. In particular, when the compressor 21 is stopped, since no new air is supplied, the pressure on the oxidizer electrode side gradually decreases. For this reason, when the pressure detected by the air pressure sensor 33 is gradually decreasing, it is possible to detect a reliable stop of the compressor 21 by determining that the air supply by the compressor 21 has been normally stopped. .

また、電流取出終了後に燃料極側の圧力が大気圧よりも高くなるように第４所定圧力を設定しているため、燃料極側から酸化剤極側へガスが透過し易くなり、酸化剤極側の圧力を大気圧よりも高めることが可能となる。従って、酸化剤極側への外気の流入を抑制することができる。 In addition, since the fourth predetermined pressure is set so that the pressure on the fuel electrode side becomes higher than the atmospheric pressure after the current extraction is completed, gas easily permeates from the fuel electrode side to the oxidant electrode side. It becomes possible to raise the pressure on the side above atmospheric pressure. Therefore, the inflow of outside air to the oxidant electrode side can be suppressed.

また、燃料極側の温度が高くなるほど第４所定圧力を高めに設定するため、燃料極側の温度を加味して適切に第４所定圧力を設定することができる。 Further, since the fourth predetermined pressure is set higher as the temperature on the fuel electrode side becomes higher, the fourth predetermined pressure can be appropriately set in consideration of the temperature on the fuel electrode side.

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、各実施形態を組み合わせてもよい。例えば、空気系入口弁２３および空気系出口弁２４はそれぞれ１つに限らず、複数個備え付けられていてもよい。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to the said embodiment, You may add a change in the range which does not deviate from the meaning of this invention, and combines each embodiment. Also good. For example, the air system inlet valve 23 and the air system outlet valve 24 are not limited to one, and a plurality of air system inlet valves 23 and a plurality of air system outlet valves 24 may be provided.

本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 第１実施形態に係る燃料電池システムの停止時の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement at the time of the stop of the fuel cell system which concerns on 1st Embodiment. 第２実施形態に係る燃料電池システムの停止時の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement at the time of the stop of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment. 第３実施形態に係る燃料電池システムの停止時の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement at the time of the stop of the fuel cell system which concerns on 3rd Embodiment.

Explanation of symbols

１…燃料電池スタック
３…制御装置
１０…水素系
１１…燃料タンク（燃料ガス供給手段）
１２…水素供給弁
１３…水素調圧弁
１４…水素循環ポンプ
１５…エゼクタ
１６…パージ弁
２０…空気系
２１…コンプレッサ（酸化剤ガス供給手段）
２２…空気調圧弁（圧力調整弁）
２３…空気系入口弁（規制弁）
２４…空気系出口弁（規制弁）
３０…電流取出部（負荷取出手段）
３１…メイン制御部（制御手段）
３２…電圧センサ
３３…空気圧力センサ（圧力検出手段）
３４…水素圧力センサ
３５…空気温度センサ（酸化剤極側温度検出手段）
３６…水素温度センサ（燃料極側温度検出手段）
Ｌ１０…水素供給流路
Ｌ１１…水素循環流路
Ｌ１２…水素排出流路
Ｌ２０…空気供給流路
Ｌ２１…空気排出流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell stack 3 ... Control apparatus 10 ... Hydrogen system 11 ... Fuel tank (fuel gas supply means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Hydrogen supply valve 13 ... Hydrogen pressure regulating valve 14 ... Hydrogen circulation pump 15 ... Ejector 16 ... Purge valve 20 ... Air system 21 ... Compressor (oxidant gas supply means)
22 ... Air pressure regulating valve (pressure regulating valve)
23 ... Air system inlet valve (regulator valve)
24 ... Air system outlet valve (regulator valve)
30 ... Current extraction part (load extraction means)
31 ... Main control section (control means)
32 ... Voltage sensor 33 ... Air pressure sensor (pressure detection means)
34 ... Hydrogen pressure sensor 35 ... Air temperature sensor (oxidant electrode side temperature detecting means)
36 ... Hydrogen temperature sensor (Fuel electrode side temperature detection means)
L10 ... Hydrogen supply flow path L11 ... Hydrogen circulation flow path L12 ... Hydrogen discharge flow path L20 ... Air supply flow path L21 ... Air discharge flow path

Claims

A fuel cell stack having a fuel electrode supplied with a fuel gas and an oxidizer electrode supplied with an oxidant gas, and generating power by reacting the fuel gas and the oxidant gas;
An oxidant gas supply means for supplying an oxidant gas to the oxidant electrode side of the fuel cell stack;
A regulating valve that is provided upstream and downstream of the oxidant electrode side of the fuel cell stack and regulates the inflow of outside air to the oxidant electrode side by closing the valve;
Fuel gas supply means for supplying fuel gas to the fuel electrode side of the fuel cell stack;
Load extraction means for controlling a current value when extracting current from the fuel cell stack or a voltage value when extracting current from the fuel cell stack;
Control means for controlling the opening and closing of the restriction valve and the extraction of the current of the load take-out means;
A pressure regulating valve that is provided downstream of the fuel cell stack on the oxidant electrode side and controls the pressure on the oxidant electrode side by adjusting the opening;
Pressure detecting means for detecting the pressure on the oxidant electrode side,
The control means supplies the oxidant gas from the oxidant gas supply means when the system is stopped to set the pressure on the oxidant electrode side to atmospheric pressure or higher, and the oxidant gas is in a state where the pressure regulating valve is closed. A supply stop command is issued to the supply means, and when the pressure detected by the pressure detection means is gradually decreasing, it is determined that the oxidant gas supply has been normally stopped, and then the restriction valve is closed. After the restriction valve is closed, the fuel gas is supplied from the fuel gas supply means so that the pressure on the fuel electrode side is set to a pressure higher than the atmospheric pressure by a fourth predetermined pressure or more, and the pressure on the fuel electrode side is set to be higher than the atmospheric pressure. A fuel cell system, wherein the current is taken out by operating the load take-out means after setting the pressure to be higher than a predetermined pressure.

The fuel cell system according to claim 1 , wherein the control means sets the fourth predetermined pressure so that the pressure on the fuel electrode side becomes higher than the atmospheric pressure at the end of current extraction.

A fuel electrode side temperature detecting means for detecting a temperature of the fuel electrode side of the fuel cell stack;
The fuel cell system according to claim 2 , wherein the control means sets the fourth predetermined pressure higher as the temperature detected by the fuel electrode side temperature detection means becomes higher.

Wherein, to close the regulating valve, close the valve of the oxidant electrode side upstream ahead, any of claims 1 to 3, characterized in that subsequently closing the valve of the oxidant electrode side downstream The fuel cell system according to claim 1.

The fuel cell system according to claim 1 or 2 , wherein the control means sets the atmospheric pressure to a standard atmospheric pressure or an average value of detected atmospheric pressures.