JP5538014B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

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

燃料電池には、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟んで膜電極構造体を形成し、この膜電極構造体の両側に一対のセパレータを配置して平板状の単位燃料電池(以下「単位セル」という。)を構成し、この単位セルを複数積層して燃料電池スタックとするものが知られている。この燃料電池では、アノード電極とアノード側セパレータとの間に形成されたアノードガス流路に燃料ガスとして水素ガスを供給するとともに、カソード電極とカソード側セパレータとの間に形成されたカソードガス流路に酸化剤ガスとして空気を供給する。これにより、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード電極まで移動し、カソード電極で空気中の酸素と電気化学反応を起こして発電が行われる。また、この発電に伴って水が生成される(以下、生成水という。)。   In a fuel cell, a membrane electrode structure is formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between an anode electrode and a cathode electrode from both sides, and a pair of separators are arranged on both sides of the membrane electrode structure to form a flat unit fuel. A battery (hereinafter referred to as “unit cell”) is configured, and a plurality of unit cells are stacked to form a fuel cell stack. In this fuel cell, a hydrogen gas is supplied as a fuel gas to an anode gas passage formed between the anode electrode and the anode side separator, and a cathode gas passage formed between the cathode electrode and the cathode side separator. Is supplied with air as an oxidant gas. As a result, hydrogen ions generated by the catalytic reaction at the anode electrode permeate the solid polymer electrolyte membrane and move to the cathode electrode, and the cathode electrode causes an electrochemical reaction with oxygen in the air to generate power. Further, water is generated along with this power generation (hereinafter referred to as generated water).

この種の燃料電池において、反応ガス流路(アノードガス流路およびカソードガス流路)に残った生成水(以下、残留水という。)は、膜電極構造体に対する燃料ガスおよび酸化ガスの供給の妨げになり、発電性能を低下させることになる。また、氷点下で燃料電池を駆動する場合には、残留水の凍結により、膜電極構造体における発電面積が低下して、発電性能を低下させることになる。
そこで、反応ガス流路内に所定のガスを供給して残留水を排出除去する掃気技術が提案されている。なお、燃料電池の温度が氷点下になる前に掃気を実施する必要がある。そこで特許文献1には、アノードガス流路内の掃気タイミングを、冷却系内の温度センサ(絶対値)で判定する技術が開示されている。また特許文献2には、外気温センサで検知された外気温と、水温センサで検知された水温とに応じて、水循環ラインの凍結防止運転を実行する技術が開示されている。
In this type of fuel cell, the generated water (hereinafter referred to as residual water) remaining in the reaction gas channel (the anode gas channel and the cathode gas channel) is used to supply the fuel gas and the oxidizing gas to the membrane electrode structure. This hinders power generation performance. When the fuel cell is driven below freezing point, the power generation area in the membrane electrode structure is reduced due to the freezing of the residual water, thereby reducing the power generation performance.
Accordingly, a scavenging technique has been proposed in which a predetermined gas is supplied into the reaction gas flow path to discharge and remove residual water. It is necessary to perform scavenging before the temperature of the fuel cell falls below freezing point. Therefore, Patent Document 1 discloses a technique for determining the scavenging timing in the anode gas flow path with a temperature sensor (absolute value) in the cooling system. Patent Document 2 discloses a technique for performing a freeze prevention operation for a water circulation line in accordance with an outside air temperature detected by an outside air temperature sensor and a water temperature detected by a water temperature sensor.

米国特許第7270904号明細書US Pat. No. 7,270,904 特開2007−294186号公報JP 2007-294186 A

しかしながら、温度センサにオフセット故障が発生した際には、燃料電池の温度を正確に検出することができなくなる。そのため、燃料電池が氷点下になる前に掃気を実施することが困難になるという問題がある。この場合、燃料電池の内部で生成水が凍結するため、燃料電池システムの起動性および発電性が低下することになる。   However, when an offset failure occurs in the temperature sensor, the temperature of the fuel cell cannot be accurately detected. Therefore, there is a problem that it becomes difficult to perform scavenging before the fuel cell becomes below freezing point. In this case, since generated water freezes inside the fuel cell, the startability and power generation performance of the fuel cell system are deteriorated.

そこで、燃料電池の停止直後における温度センサの測定値と、現在の温度センサの測定値との差分を利用することで、オフセット故障の影響を排除する技術が開発されている。この技術では、算出した差分が差分閾値を超えたときに掃気を実施する。差分閾値は、例えば、燃料電池の停止直後の表面温度と掃気を実施すべき表面温度(約0℃)との差に設定される。
ところが、燃料電池の停止直後は内部の熱の影響により温度変化が大きくなるため、燃料電池の表面温度と温度センサの測定値との相関がとれない。そのため、温度センサの測定値から算出される差分が、燃料電池の表面温度から設定される差分閾値を超えても、燃料電池の表面温度が掃気実施温度(約0℃)になっていない場合がある。その結果、適切なタイミングで掃気を実施することが困難である。
In view of this, a technique has been developed that eliminates the effect of offset failure by using the difference between the measured value of the temperature sensor immediately after the fuel cell is stopped and the measured value of the current temperature sensor. In this technique, scavenging is performed when the calculated difference exceeds the difference threshold. For example, the difference threshold is set to a difference between the surface temperature immediately after the fuel cell is stopped and the surface temperature (about 0 ° C.) at which scavenging is to be performed.
However, immediately after the fuel cell is stopped, the temperature change becomes large due to the influence of internal heat, so that the correlation between the surface temperature of the fuel cell and the measured value of the temperature sensor cannot be obtained. Therefore, even if the difference calculated from the measured value of the temperature sensor exceeds the difference threshold set from the surface temperature of the fuel cell, the surface temperature of the fuel cell may not be the scavenging temperature (about 0 ° C.). is there. As a result, it is difficult to perform scavenging at an appropriate timing.

そこで本発明は、適切なタイミングで掃気を実施することが可能な燃料電池システムの提供を課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of performing scavenging at an appropriate timing.

上記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システム(例えば、実施形態における燃料電池システム100)は、燃料と酸化剤とを供給され発電を行う燃料電池(例えば、実施形態における燃料電池1)と、前記燃料電池の燃料流路(例えば、実施形態におけるアノードガス流路11)に前記燃料を供給する燃料供給手段(例えば、実施形態における水素タンク15)と、前記燃料電池の酸化剤流路(例えば、実施形態におけるカソードガス流路12)に前記酸化剤を供給する酸化剤供給手段(例えば、実施形態におけるエアコンプレッサ7)と、前記燃料電池の停止時に、前記酸化剤供給手段からの酸化剤を、前記燃料流路および前記酸化剤流路のうち少なくともいずれか一方へ供給して掃気を行う掃気手段(例えば、実施形態におけるエアコンプレッサ7、掃気ガス導入弁23、掃気ガス排出弁21aおよび背圧制御弁10)と、前記燃料電池に冷媒を供給し、前記燃料電池の温度を熱交換により調整する燃料電池温度調整手段(例えば、実施形態における冷却水ポンプ42)と、前記各手段を制御する制御部(例えば、実施形態におけるコントローラ60)と、を備えた燃料電池システムにおいて、前記各手段のうち少なくともいずれか一つの温度を測定する温度センサ(例えば、実施形態における冷却水温度センサT3)を有し、前記制御部は、前記燃料電池が停止してから、前記温度センサの測定値と前記燃料電池の表面温度との相関がとれるようになる所定時間(例えば、実施形態における所定時間t1)を経過した時点での前記温度センサの測定値に基づいて初期値(例えば、実施形態における温度初期値A)を設定し、前記初期値と前記所定時間より後の前記温度センサの測定値(例えば、実施形態における現温度B)との差分(例えば、実施形態における差分C)が差分閾値(例えば、実施形態における差分閾値D)を超えた場合に、前記掃気手段により掃気を実施する、ことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a fuel cell system according to the present invention (for example, the fuel cell system 100 in the embodiment) is supplied with a fuel and an oxidant to generate power (for example, the fuel cell 1 in the embodiment). ), Fuel supply means (for example, hydrogen tank 15 in the embodiment) for supplying the fuel to a fuel flow path (for example, the anode gas flow path 11 in the embodiment) of the fuel cell, and an oxidant flow of the fuel cell An oxidant supply means (for example, the air compressor 7 in the embodiment) for supplying the oxidant to a passage (for example, the cathode gas flow path 12 in the embodiment), and from the oxidant supply means when the fuel cell is stopped. Scavenging means for supplying scavenging by supplying an oxidant to at least one of the fuel flow path and the oxidant flow path (for example, in the embodiment) An air compressor 7, a scavenging gas introduction valve 23, a scavenging gas discharge valve 21a and a back pressure control valve 10), and fuel cell temperature adjusting means for supplying refrigerant to the fuel cell and adjusting the temperature of the fuel cell by heat exchange. In a fuel cell system comprising (for example, the cooling water pump 42 in the embodiment) and a control unit (for example, the controller 60 in the embodiment) that controls the respective means, at least one of the respective means. A temperature sensor that measures the temperature (for example, the cooling water temperature sensor T3 in the embodiment), and the control unit includes a measurement value of the temperature sensor and a surface temperature of the fuel cell after the fuel cell is stopped. predetermined time so correlation can be taken (for example, predetermined time t1 in the embodiment) based on the measured value of the temperature sensor at the time has elapsed An initial value (for example, temperature initial value A in the embodiment) is set, and a difference (for example, implementation) between the initial value and a measured value of the temperature sensor after the predetermined time (for example, current temperature B in the embodiment) When the difference C) in the form exceeds a difference threshold (for example, the difference threshold D in the embodiment), scavenging is performed by the scavenging means.

この構成によれば、燃料電池が停止してから所定時間を経過して、停止直後の温度変化の大きい時期を回避することで、温度センサの測定値と燃料電池の表面温度との相関がとれるようになる。これにより、温度センサの測定値から算出される差分が差分閾値を超えた時点で、燃料電池の表面温度が掃気実施温度になる。したがって、適切なタイミングで掃気を実施することができる。   According to this configuration, the measured value of the temperature sensor and the surface temperature of the fuel cell can be correlated by avoiding the time when the temperature change is large immediately after the fuel cell is stopped after a predetermined time has elapsed. It becomes like this. Thereby, when the difference calculated from the measured value of the temperature sensor exceeds the difference threshold, the surface temperature of the fuel cell becomes the scavenging temperature. Therefore, scavenging can be performed at an appropriate timing.

また前記所定時間は、前記燃料電池の表面温度の低下率に応じて予め設定されていることを特徴とする。
この構成によれば、燃料電池が停止してから、温度センサの測定値の低下率が燃料電池の表面温度の低下率と同等になるまでの時間を、所定時間とすることができる。これにより、燃料電池が停止してから所定時間を経過した時点で、燃料電池の表面温度と温度センサの測定値との相関をとることができる。
Further, the predetermined time is preset according to a rate of decrease in the surface temperature of the fuel cell.
According to this configuration, the time from when the fuel cell is stopped until the rate of decrease of the measured value of the temperature sensor becomes equal to the rate of decrease of the surface temperature of the fuel cell can be set as a predetermined time. As a result, when a predetermined time elapses after the fuel cell is stopped, the correlation between the surface temperature of the fuel cell and the measured value of the temperature sensor can be obtained.

また前記所定時間は、前記温度センサの測定値の変化率が、予め設定された所定変化率以下に至ったときであることを特徴とする。
温度センサの測定値が燃料電池の表面温度に接近すると、温度センサの測定値の変化率が小さくなる。そのため、温度センサの測定値の変化率が所定変化率以下に至ったときを所定時間に設定することで、温度センサの測定値と燃料電池の表面温度との相関がとれる時点を正確に把握することができる。
The predetermined time is when the rate of change of the measured value of the temperature sensor reaches or falls below a predetermined rate of change set in advance.
When the measured value of the temperature sensor approaches the surface temperature of the fuel cell, the rate of change of the measured value of the temperature sensor decreases. Therefore, by setting the time when the rate of change of the measured value of the temperature sensor falls below the predetermined rate of change as the predetermined time, the time point at which the measured value of the temperature sensor can be correlated with the surface temperature of the fuel cell can be accurately grasped. be able to.

また前記差分閾値は、前記初期値に基づいて設定されることを特徴とする。
燃料電池が停止してから所定時間を経過した時点で、温度センサの測定値と燃料電池の表面温度との相関がとれるようになる。そのため、温度センサの測定値から算出される初期値に基づいて、燃料電池の表面温度から算出すべき差分閾値を設定することができる。その結果、燃料電池の表面温度を測定するための温度センサを追加する必要がなくなり、製造コストの増加を抑制することができる。
The difference threshold is set based on the initial value.
When a predetermined time elapses after the fuel cell is stopped, the measured value of the temperature sensor and the surface temperature of the fuel cell can be correlated. Therefore, the difference threshold value to be calculated from the surface temperature of the fuel cell can be set based on the initial value calculated from the measured value of the temperature sensor. As a result, it is not necessary to add a temperature sensor for measuring the surface temperature of the fuel cell, and an increase in manufacturing cost can be suppressed.

また前記温度センサは、前記燃料電池温度調整手段において前記燃料電池と熱交換した後の前記冷媒の温度を測定することを特徴とする。
冷媒の温度センサの測定値は、燃料や酸化剤の温度センサの測定値に比べて、温度低下速度が速い。そのため、燃料電池が氷点下になる前に、確実に掃気実施を判断することができる。
The temperature sensor measures the temperature of the refrigerant after heat exchange with the fuel cell in the fuel cell temperature adjusting means.
The measured value of the temperature sensor of the refrigerant has a faster temperature decrease rate than the measured value of the temperature sensor of the fuel or oxidant. Therefore, it is possible to reliably determine scavenging before the fuel cell becomes below freezing point.

本発明によれば、燃料電池が停止してから所定時間を経過して、停止直後の温度変化の大きい時期を回避することで、温度センサの測定値と燃料電池の表面温度との相関がとれるようになる。これにより、温度センサの測定値から算出される差分が差分閾値を超えた時点で、燃料電池の表面温度が掃気実施温度になる。したがって、適切なタイミングで掃気を実施することができる。   According to the present invention, the correlation between the measured value of the temperature sensor and the surface temperature of the fuel cell can be obtained by avoiding the time when the temperature change is large immediately after the fuel cell is stopped after a predetermined time has elapsed. It becomes like this. Thereby, when the difference calculated from the measured value of the temperature sensor exceeds the difference threshold, the surface temperature of the fuel cell becomes the scavenging temperature. Therefore, scavenging can be performed at an appropriate timing.

実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to an embodiment. 実施形態に係る燃料電池システムの掃気実施判断方法のフローチャートである。It is a flowchart of the scavenging execution judgment method of the fuel cell system concerning an embodiment. 温度初期値設定サブルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of a temperature initial value setting subroutine. (a)は冷却水温度センサ測定値の経時変化を示すグラフであり、(b)は冷却水温度センサ測定値の変化率の経時変化を示すグラフである。(A) is a graph which shows a time-dependent change of a cooling water temperature sensor measurement value, (b) is a graph which shows a time-dependent change of the change rate of a cooling water temperature sensor measurement value. (a)は温度初期値と差分閾値との関係を示すテーブルであり、(b)は差分の経時変化を示すグラフである。(A) is a table which shows the relationship between a temperature initial value and a difference threshold value, (b) is a graph which shows the time-dependent change of a difference. 掃気処理のタイミングチャートである。It is a timing chart of a scavenging process.

以下、本発明の実施形態につき図面を参照して説明する。
(燃料電池システム)
図1は、燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。燃料電池システム100は、カソードガスとアノードガスを供給し発電を行う燃料電池スタック(以下、単に燃料電池という。)1を備えている。燃料電池1は、単位燃料電池(以下「単位セル」という。)を多数積層して電気的に直列接続したものである。単位セルは、膜電極構造体の両側にセパレータを配置したサンドイッチ構造になっている。詳述すると、膜電極構造体は、例えばフッ素系電解質材料等からなる固体高分子電解質膜(電解質膜)の両側にアノード電極とカソード電極を配置して構成されている。その膜電極構造体のアノード電極に面してアノード側セパレータが配置され、両者間にアノードガス流路11が形成されている。また膜電極構造体のカソード電極に面してカソード側セパレータが配置され、両者間にカソードガス流路12が形成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Fuel cell system)
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system. The fuel cell system 100 includes a fuel cell stack (hereinafter simply referred to as a fuel cell) 1 that supplies a cathode gas and an anode gas to generate electric power. The fuel cell 1 is formed by stacking a number of unit fuel cells (hereinafter referred to as “unit cells”) and electrically connecting them in series. The unit cell has a sandwich structure in which separators are arranged on both sides of the membrane electrode structure. Specifically, the membrane electrode structure is configured by arranging an anode electrode and a cathode electrode on both sides of a solid polymer electrolyte membrane (electrolyte membrane) made of, for example, a fluorine-based electrolyte material. An anode-side separator is disposed facing the anode electrode of the membrane electrode structure, and an anode gas flow path 11 is formed therebetween. A cathode-side separator is disposed facing the cathode electrode of the membrane electrode structure, and a cathode gas flow path 12 is formed between them.

この燃料電池1では、アノードガス流路11にアノードガスとして水素ガス等の燃料ガスを供給し、カソードガス流路12にカソードガスとして酸素を含む空気等の酸化剤ガスを供給する。すると、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソード電極まで移動する。この水素イオンがカソード電極で酸素と電気化学反応を起こして発電が行われ、発電に伴ってカソード電極側で水が生成される。   In this fuel cell 1, a fuel gas such as hydrogen gas is supplied as an anode gas to the anode gas flow path 11, and an oxidant gas such as air containing oxygen is supplied as the cathode gas flow path 12 to the cathode gas flow path 12. Then, hydrogen ions generated by the catalytic reaction at the anode electrode pass through the solid polymer electrolyte membrane and move to the cathode electrode. The hydrogen ions cause an electrochemical reaction with oxygen at the cathode electrode to generate power, and water is generated on the cathode electrode side with the power generation.

燃料電池1のアノードガス流路11の入口側には、燃料ガス供給路17が接続されている。燃料ガス供給路17には、水素タンク15と、燃料ガスの流通を遮断する電磁遮断弁(不図示)と、酸化剤ガスの圧力に応じて燃料ガスを減圧する減圧弁(不図示)と、燃料ガス供給路17中の不純物を除去するフィルタ(不図示)と、燃料ガスの温度を調整する熱交換器(不図示)と、アノードオフガスを燃料ガス供給路17に合流させるエゼクタ19とが、順に設けられている。   A fuel gas supply path 17 is connected to the inlet side of the anode gas flow path 11 of the fuel cell 1. The fuel gas supply path 17 includes a hydrogen tank 15, an electromagnetic shut-off valve (not shown) that shuts off the flow of the fuel gas, a pressure-reducing valve (not shown) that decompresses the fuel gas according to the pressure of the oxidant gas, A filter (not shown) that removes impurities in the fuel gas supply path 17, a heat exchanger (not shown) that adjusts the temperature of the fuel gas, and an ejector 19 that joins the anode off-gas to the fuel gas supply path 17, It is provided in order.

また、燃料電池1のアノードガス流路11の出口側からエゼクタ19にかけて、アノード循環路18が設けられている。
水素タンク15から供給された燃料ガスは、燃料ガス供給路17を通って燃料電池1のアノードガス流路11に供給される。アノードオフガスは、アノード循環路18を通ってエゼクタ19に吸引され、水素タンク15から供給される燃料ガスと合流し、再び燃料電池1に供給されて循環するようになっている。
An anode circulation path 18 is provided from the outlet side of the anode gas flow path 11 of the fuel cell 1 to the ejector 19.
The fuel gas supplied from the hydrogen tank 15 is supplied to the anode gas passage 11 of the fuel cell 1 through the fuel gas supply passage 17. The anode off gas is sucked into the ejector 19 through the anode circulation path 18, merges with the fuel gas supplied from the hydrogen tank 15, is supplied to the fuel cell 1 again, and is circulated.

アノード循環路18から、電磁駆動式のパージ弁21を介して、アノードオフガス排出配管22が分岐されている。燃料電池1を循環するアノードオフガス中の不純物(水分や空気、窒素等)の濃度が高くなった場合など、燃料電池1の運転状態に応じて定期的にパージ弁21が開放され、アノードオフガスがアノードオフガス排出配管22を通して排出されるようになっている。またアノード循環路18から、電磁駆動式の掃気ガス排出弁21aを介して、掃気ガス排出配管22aが分岐されている。掃気については後述する。   An anode off-gas discharge pipe 22 is branched from the anode circulation path 18 via an electromagnetically driven purge valve 21. When the concentration of impurities (moisture, air, nitrogen, etc.) in the anode off-gas circulating through the fuel cell 1 becomes high, the purge valve 21 is periodically opened according to the operating state of the fuel cell 1, and the anode off-gas It is discharged through the anode off-gas discharge pipe 22. A scavenging gas discharge pipe 22a is branched from the anode circulation path 18 via an electromagnetically driven scavenging gas discharge valve 21a. The scavenging will be described later.

また、アノードガス流路11の出口付近におけるアノード循環路18には、キャッチタンク25が設けられている。キャッチタンク25は、アノードガス流路11から排出された生成水を捕捉するものである。このキャッチタンク25から、電磁駆動式のドレイン弁21bを介して、ドレイン配管22bが伸びている。ドレイン弁21bは定期的に開放され、キャッチタンク25から生成水およびアノードオフガスがドレイン配管22bを通して排出されるようになっている。   A catch tank 25 is provided in the anode circulation path 18 near the outlet of the anode gas flow path 11. The catch tank 25 captures the generated water discharged from the anode gas flow path 11. A drain pipe 22b extends from the catch tank 25 via an electromagnetically driven drain valve 21b. The drain valve 21b is periodically opened, and the generated water and the anode off gas are discharged from the catch tank 25 through the drain pipe 22b.

アノードオフガスおよび掃気ガスは、未反応の燃料ガスを含んでいる。そのため、アノードオフガス排出配管22、掃気ガス排出配管22aおよびドレイン配管22bは、希釈器30に接続されている。希釈器30は、アノードオフガスおよび掃気ガスをカソードオフガスおよび酸化剤ガスで希釈して、外部に排出するものである。   The anode off gas and the scavenging gas contain unreacted fuel gas. Therefore, the anode off-gas discharge pipe 22, the scavenging gas discharge pipe 22 a and the drain pipe 22 b are connected to the diluter 30. The diluter 30 dilutes the anode off gas and the scavenging gas with the cathode off gas and the oxidant gas, and discharges them to the outside.

一方、燃料電池1のカソードガス流路12の入口側には、酸化剤ガス供給路8が連結されている。酸化剤ガス供給路8には、酸化剤ガスを供給するエアコンプレッサ7と、カソードオフガスを用いて酸化剤ガスを加湿する加湿器(不図示)とが設けられている。また、カソードガス流路12の出口側にはカソードオフガス排出配管9が接続されている。カソードオフガス排出配管9は、加湿器を通り、背圧制御弁10を介して希釈器30に接続されている。
エアコンプレッサ7により加圧された空気は、酸化剤ガス供給路8を通って燃料電池1のカソードガス流路12に供給される。この空気中の酸素が酸化剤として発電に供された後、燃料電池1からカソードオフガスとして排出される。
On the other hand, an oxidant gas supply path 8 is connected to the inlet side of the cathode gas flow path 12 of the fuel cell 1. The oxidant gas supply path 8 is provided with an air compressor 7 that supplies the oxidant gas and a humidifier (not shown) that humidifies the oxidant gas using the cathode off gas. A cathode offgas discharge pipe 9 is connected to the outlet side of the cathode gas passage 12. The cathode offgas discharge pipe 9 passes through the humidifier and is connected to the diluter 30 via the back pressure control valve 10.
The air pressurized by the air compressor 7 is supplied to the cathode gas flow path 12 of the fuel cell 1 through the oxidant gas supply path 8. After this oxygen in the air is used as an oxidant for power generation, it is discharged from the fuel cell 1 as a cathode off gas.

酸化剤ガス供給路8からバイパス流路32が分岐され、希釈器30に接続されている。バイパス流路32には、バイパス流路32の連通状態を切り替える希釈換気弁(不図示)が設けられている。希釈器30においてカソードオフガスが不足している場合には、バイパス流路32を通して酸化剤ガスを希釈器30に供給しうるようになっている。   A bypass flow path 32 is branched from the oxidant gas supply path 8 and connected to the diluter 30. The bypass passage 32 is provided with a dilution ventilation valve (not shown) that switches the communication state of the bypass passage 32. When the cathode off gas is insufficient in the diluter 30, the oxidant gas can be supplied to the diluter 30 through the bypass channel 32.

燃料電池1の内部には、冷媒として冷却水が流通する冷却水流路40が設けられている。また燃料電池1の外部には冷却水循環路41が設けられ、冷却水は冷却水流路40および冷却水循環路41を循環するようになっている。冷却水循環路41には、冷却水流路40に冷却水を供給する冷却水ポンプ42が設けられている。また冷却水循環路41には、冷却水流路40から排出された冷却水の熱交換を行うFC系ラジエタ44が設けられている。
燃料電池1は発電にともなって発熱するが、冷却水流路40を流通する冷却水と熱交換を行うことにより冷却される。燃料電池1から排出された冷却水は、FC系ラジエタ44で外気と熱交換を行った後に、冷却水ポンプ42により再び燃料電池1に供給されて循環するようになっている。
Inside the fuel cell 1, there is provided a cooling water passage 40 through which cooling water flows as a refrigerant. A cooling water circulation path 41 is provided outside the fuel cell 1, and the cooling water circulates through the cooling water flow path 40 and the cooling water circulation path 41. The cooling water circulation path 41 is provided with a cooling water pump 42 that supplies cooling water to the cooling water path 40. The cooling water circulation path 41 is provided with an FC radiator 44 that performs heat exchange of the cooling water discharged from the cooling water path 40.
The fuel cell 1 generates heat as power is generated, but is cooled by exchanging heat with the cooling water flowing through the cooling water passage 40. The cooling water discharged from the fuel cell 1 is supplied to the fuel cell 1 again by the cooling water pump 42 and circulates after heat exchange with the outside air is performed by the FC radiator 44.

(温度センサ)
アノードガス流路11の出口付近のアノード循環路18には、アノードガス(アノードオフガス)の温度を検出するアノードガス温度センサ(TH2STKOUT)T1が設けられている。またカソードガス流路12の出口付近のカソードオフガス排出配管9には、カソードガス(カソードオフガス)の温度を検出するカソードガス温度センサ(TASTKOUT)T2が設けられている。また冷却水流路40の出口付近の冷却水循環路41には、冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ(TWSTKOUT)T3が設けられている。
(Temperature sensor)
An anode gas temperature sensor (TH2STKOUT) T1 for detecting the temperature of the anode gas (anode off gas) is provided in the anode circulation path 18 near the outlet of the anode gas path 11. A cathode gas temperature sensor (TASTKOUT) T2 for detecting the temperature of the cathode gas (cathode offgas) is provided in the cathode offgas discharge pipe 9 near the outlet of the cathode gas passage 12. A cooling water temperature sensor (TWSTKOUT) T3 for detecting the temperature of the cooling water is provided in the cooling water circulation path 41 near the outlet of the cooling water flow path 40.

(掃気ガス供給手段)
燃料電池システム100は、反応ガス流路(アノードガス流路11およびカソードガス流路12)に掃気ガスを供給する掃気ガス供給手段を備えている。具体的には、エアコンプレッサ7から掃気ガスとして空気を供給する。アノードガス流路11に空気を供給するため、酸化剤ガス供給路8から分岐して、掃気ガス導入路24が設けられている。この掃気ガス導入路24は、掃気ガス導入弁23を介して燃料ガス供給路17に接続されている。これらのエアコンプレッサ7や掃気ガス導入弁23のほか、掃気ガス排出弁21aや背圧制御弁10などが、掃気ガス供給手段として機能する。
(Scavenging gas supply means)
The fuel cell system 100 includes scavenging gas supply means for supplying a scavenging gas to the reaction gas channel (the anode gas channel 11 and the cathode gas channel 12). Specifically, air is supplied from the air compressor 7 as a scavenging gas. In order to supply air to the anode gas passage 11, a scavenging gas introduction passage 24 is provided branched from the oxidant gas supply passage 8. The scavenging gas introduction path 24 is connected to the fuel gas supply path 17 via the scavenging gas introduction valve 23. In addition to the air compressor 7 and the scavenging gas introduction valve 23, the scavenging gas discharge valve 21a and the back pressure control valve 10 function as scavenging gas supply means.

燃料電池システム100は、各部の動作を制御するコントローラ60を備えている。
コントローラ60は、冷却水温度センサT3がオフセット故障しているか判断するオフセット故障判断部(不図示)を備えている。またコントローラ60は、燃料電池システムを停止してから所定時間を経過した時点での冷却水温度センサT3の測定値に基づいて、温度初期値を設定する初期値設定部(不図示)を備えている。またコントローラ60は、設定した初期値に基づいて、掃気実施を判断するための差分閾値を設定する閾値設定部(不図示)を備えている。またコントローラ60は、温度初期値と、前記所定時間より後の冷却水温度センサT3の測定値との差分を算出する差分算出部(不図示)を備えている。またコントローラ60は、算出した差分と差分閾値とを比較して、掃気実施を判断する掃気実施判断部(不図示)を備えている。これらの詳細については後に述べる。
The fuel cell system 100 includes a controller 60 that controls the operation of each unit.
The controller 60 includes an offset failure determination unit (not shown) that determines whether the cooling water temperature sensor T3 has an offset failure. The controller 60 also includes an initial value setting unit (not shown) that sets an initial temperature value based on the measured value of the coolant temperature sensor T3 when a predetermined time has elapsed since the fuel cell system was stopped. Yes. Further, the controller 60 includes a threshold setting unit (not shown) that sets a difference threshold for determining whether or not scavenging is performed based on the set initial value. The controller 60 includes a difference calculation unit (not shown) that calculates a difference between the initial temperature value and the measured value of the coolant temperature sensor T3 after the predetermined time. In addition, the controller 60 includes a scavenging execution determination unit (not shown) that determines the scavenging execution by comparing the calculated difference with the difference threshold value. Details of these will be described later.

またコントローラ60は、燃料電池1の発電が停止している状態で反応ガス流路を掃気する掃気制御部を備えている。反応ガス流路の掃気とは、反応ガス流路内に掃気用のガス(本実施形態では空気)を供給して残留水を排出除去する処理である。
図6は、掃気処理のタイミングチャートである。掃気処理として、まずカソードガス流路の掃気を行い、次にアノードガス流路の掃気を行う場合を例にして説明する。なおカソードガス流路およびアノードガス流路のうち、いずれか一方のみの掃気を行ってもよい。
In addition, the controller 60 includes a scavenging control unit that scavenges the reaction gas passage in a state where the power generation of the fuel cell 1 is stopped. The scavenging of the reaction gas channel is a process of discharging and removing residual water by supplying a scavenging gas (air in this embodiment) into the reaction gas channel.
FIG. 6 is a timing chart of the scavenging process. As a scavenging process, an example will be described in which scavenging of the cathode gas flow path is first performed and then scavenging of the anode gas flow path is performed. Only one of the cathode gas channel and the anode gas channel may be scavenged.

カソードガス流路12を掃気する場合、コントローラ60は、掃気ガス排出弁21aを閉鎖するとともに、背圧制御弁10を開放する。またコントローラ60は、エアコンプレッサ7を作動させ、掃気ガスとして空気を供給する。エアコンプレッサ7から供給された空気は、掃気ガス排出弁21aが閉鎖されているためアノードガス流路11を流通せず、背圧制御弁10が開放されているためカソードガス流路12を流通する。この掃気ガスは、カソードガス流路12の残留水およびカソード電極に付着した液滴等を伴って、カソードオフガス排出配管9から排出される。   When scavenging the cathode gas flow path 12, the controller 60 closes the scavenging gas discharge valve 21a and opens the back pressure control valve 10. The controller 60 operates the air compressor 7 to supply air as a scavenging gas. The air supplied from the air compressor 7 does not flow through the anode gas flow path 11 because the scavenging gas discharge valve 21a is closed, and flows through the cathode gas flow path 12 because the back pressure control valve 10 is opened. . This scavenging gas is discharged from the cathode offgas discharge pipe 9 together with residual water in the cathode gas flow path 12 and droplets attached to the cathode electrode.

アノードガス流路11を掃気する場合、コントローラ60は、背圧制御弁10を閉鎖するとともに、掃気ガス導入弁23および掃気ガス排出弁21aを開放する。またコントローラ60は、エアコンプレッサ7を作動させ、掃気ガスとして空気を供給する。エアコンプレッサ7から供給された空気は、背圧制御弁10が閉鎖されているためカソードガス流路12を流通せず、掃気ガス導入弁23および掃気ガス排出弁21aが開放されているためアノードガス流路11を流通する。この掃気ガスは、アノードガス流路11の残留水およびアノード電極に付着した液滴等を伴って、掃気ガス排出配管22aから排出される。   When scavenging the anode gas flow path 11, the controller 60 closes the back pressure control valve 10 and opens the scavenging gas introduction valve 23 and the scavenging gas discharge valve 21 a. The controller 60 operates the air compressor 7 to supply air as a scavenging gas. The air supplied from the air compressor 7 does not flow through the cathode gas flow path 12 because the back pressure control valve 10 is closed, and the anode gas because the scavenging gas introduction valve 23 and the scavenging gas discharge valve 21a are open. Flows through the flow path 11. This scavenging gas is discharged from the scavenging gas discharge pipe 22a along with residual water in the anode gas flow path 11 and droplets attached to the anode electrode.

なお、カソードガス流路の掃気時にも掃気ガス導入弁23を開放して、アノードガス流路11に掃気ガスの圧力を作用させ、膜電極構造体の両側の圧力バランスを確保している。これにより、膜電極構造体の劣化を防止している。また、アノードガス流路11はカソードガス流路12に比べて圧力損失が大きいので、アノードガス流路11の掃気ではエアコンプレッサ7の出力を上昇させている。これに伴って、燃料電池内の圧力も上昇している。   Note that the scavenging gas introduction valve 23 is also opened during the scavenging of the cathode gas flow path, and the pressure of the scavenging gas is applied to the anode gas flow path 11 to ensure the pressure balance on both sides of the membrane electrode structure. Thereby, deterioration of the membrane electrode structure is prevented. Further, since the anode gas passage 11 has a larger pressure loss than the cathode gas passage 12, the scavenging of the anode gas passage 11 increases the output of the air compressor 7. Along with this, the pressure in the fuel cell also increases.

(掃気実施判断方法)
次に、上記燃料電池システムにおける掃気実施判断方法について説明する。
図2は、実施形態に係る燃料電池システムの掃気実施判断方法のフローチャートである。本実施形態の掃気実施判断方法は、イグニッションスイッチがオフされ(S8)、燃料電池が停止した時点からスタートする。
(Method for determining scavenging performance)
Next, a scavenging execution determination method in the fuel cell system will be described.
FIG. 2 is a flowchart of the scavenging execution determination method for the fuel cell system according to the embodiment. The scavenging execution determination method of the present embodiment starts when the ignition switch is turned off (S8) and the fuel cell is stopped.

最初に、温度初期値Aを設定する(S10)。
図3は、温度初期値設定サブルーチンのフローチャートである。温度初期値設定サブルーチン(S10)では、まず冷却水温度センサT3にオフセット故障が発生しているか判断する(S32)。温度センサのオフセット故障とは、温度センサが、正しい温度値から常に所定温度だけずれた測定値を出力する故障である。温度センサにオフセット故障が発生しているか否かの判断方法は、予め作製しておいた各温度センサT1,T2,T3の相関マップを用いて行うことができる。相関マップは、複数の時点における各温度センサT1,T2,T3の測定値を記録し、各測定値の相互関係を把握したものである。アノードガス温度センサT1およびカソードガス温度センサT2の測定値を相関マップに当てはめて冷却水温度センサT3の測定値を予測し、予測された測定値と出力された測定値が常に所定温度だけずれている場合には、冷却水温度センサT3にオフセット故障が発生していると判断することができる。
First, the temperature initial value A is set (S10).
FIG. 3 is a flowchart of the temperature initial value setting subroutine. In the temperature initial value setting subroutine (S10), it is first determined whether an offset failure has occurred in the coolant temperature sensor T3 (S32). The temperature sensor offset failure is a failure in which the temperature sensor always outputs a measured value deviated from a correct temperature value by a predetermined temperature. A method of determining whether or not an offset failure has occurred in the temperature sensor can be performed using a correlation map of each temperature sensor T1, T2, and T3 prepared in advance. The correlation map records the measured values of the temperature sensors T1, T2, and T3 at a plurality of time points, and grasps the correlation between the measured values. The measured values of the coolant temperature sensor T3 are predicted by applying the measured values of the anode gas temperature sensor T1 and the cathode gas temperature sensor T2 to the correlation map, and the predicted measured value and the output measured value always deviate by a predetermined temperature. If it is, it can be determined that an offset failure has occurred in the coolant temperature sensor T3.

S32の判断がNo(オフセット故障なし)の場合には、S34に進み、RTC監視を開始する。RTC(Real Time Clock)監視とは、燃料電池システムの停止中に、定期的(例えば5分ごと)にシステムの一部を起動して、システムの状態を監視するものである。本実施形態では、燃料電池が停止してから所定時間が経過した後に、冷却水温度センサT3の測定値を監視して、掃気実施を判断する。   If the determination in S32 is No (no offset failure), the process proceeds to S34 and RTC monitoring is started. RTC (Real Time Clock) monitoring is to start a part of the system periodically (for example, every 5 minutes) and monitor the system state while the fuel cell system is stopped. In the present embodiment, after a predetermined time has elapsed since the fuel cell was stopped, the measured value of the coolant temperature sensor T3 is monitored to determine the scavenging.

次に、燃料電池が停止してから所定時間が経過したか判断する(S36)。この所定時間の設定方法につき、図4を用いて説明する。
図4(a)は、冷却水温度センサの測定値および燃料電池の表面温度の経時変化を示すグラフであり、横軸には燃料電池が停止してからの時間をとり、縦軸には温度をとっている。停止後の燃料電池は表面から内部に向かって冷却されるので、燃料電池の停止直後は内部の熱の影響により温度変化が大きくなる。なお冷却水は燃料電池の内部から流出するので、冷却水の温度は燃料電池の内部温度を反映している。そのため燃料電池の停止直後は、冷却水温度センサT3の測定値と燃料電池の表面温度との間で温度変化率が一致せず、両者の相関がとれない。ただし、時間の経過と共に燃料電池の温度分布が小さくなるので、冷却水温度センサT3の測定値と燃料電池の表面温度との間で温度変化率が同等になり、両者の相関がとれるようになる。そこで本実施形態では、燃料電池が停止してから、冷却水温度センサT3の測定値と燃料電池の表面温度との間で温度変化率が同等になるまでの時間t1を、所定時間に設定する。この所定時間t1は、実験等により予め求めておく。
Next, it is determined whether a predetermined time has elapsed since the fuel cell was stopped (S36). A method for setting the predetermined time will be described with reference to FIG.
FIG. 4A is a graph showing changes over time in measured values of the cooling water temperature sensor and the surface temperature of the fuel cell. The horizontal axis represents the time since the fuel cell stopped, and the vertical axis represents the temperature. Have taken. Since the stopped fuel cell is cooled from the surface toward the inside, immediately after the fuel cell is stopped, the temperature change becomes large due to the influence of internal heat. Since the cooling water flows out from the inside of the fuel cell, the temperature of the cooling water reflects the internal temperature of the fuel cell. Therefore, immediately after the stop of the fuel cell, the temperature change rate does not match between the measured value of the coolant temperature sensor T3 and the surface temperature of the fuel cell, and the correlation between the two cannot be obtained. However, since the temperature distribution of the fuel cell becomes smaller with the passage of time, the temperature change rate becomes equal between the measured value of the cooling water temperature sensor T3 and the surface temperature of the fuel cell, and both can be correlated. . Therefore, in the present embodiment, the time t1 from when the fuel cell is stopped until the temperature change rate becomes equal between the measured value of the coolant temperature sensor T3 and the surface temperature of the fuel cell is set to a predetermined time. . The predetermined time t1 is obtained in advance by experiments or the like.

図4(b)は、冷却水温度センサ測定値の温度変化率の経時変化を示すグラフである。燃料電池の停止直後には、冷却水温度センサT3の測定値の変化率は大きくなっているが、時間の経過とともに燃料電池の温度分布が小さくなるので、冷却水温度センサT3の測定値の変化率は小さくなる。そこで、冷却水温度センサT3の測定値の変化率が、予め設定された所定変化率以下に至ったときを、所定時間に設定してもよい。具体的には、冷却水温度センサT3の測定値の変化率を随時計算し、その変化率が所定の温度変化率Q以下になった時点を、所定時間t1の経過時点とする。   FIG. 4B is a graph showing the change with time of the temperature change rate of the measured value of the cooling water temperature sensor. Immediately after the stop of the fuel cell, the rate of change of the measured value of the coolant temperature sensor T3 increases, but the temperature distribution of the fuel cell decreases with time, so the change of the measured value of the coolant temperature sensor T3 decreases. The rate is small. Therefore, the time when the change rate of the measured value of the cooling water temperature sensor T3 reaches or falls below a predetermined change rate set in advance may be set as the predetermined time. Specifically, the rate of change of the measured value of the cooling water temperature sensor T3 is calculated as needed, and the time when the rate of change becomes equal to or lower than the predetermined temperature change rate Q is defined as the time when the predetermined time t1 has elapsed.

S36の判断がYes(所定時間t1が経過)になったら、S38に進み、冷却水温度センサT3の測定値を温度初期値Aに設定する。なお、冷却水温度センサT3にはオフセット故障が発生していないので、冷却水温度センサT3の測定値は真の冷却水温度を示している。   When the determination in S36 is Yes (the predetermined time t1 has elapsed), the process proceeds to S38, and the measured value of the cooling water temperature sensor T3 is set to the temperature initial value A. Since no offset failure has occurred in the cooling water temperature sensor T3, the measured value of the cooling water temperature sensor T3 indicates the true cooling water temperature.

一方、S32の判断がYes(オフセット故障あり)の場合には、S40に進み、燃料電池の停止時に暖機完了状態であったか判断する。暖気が完了していれば、燃料電池の温度分布は十分に小さく、完全暖機相当温度(例えば70℃)になっている。そこでS40の判断がYesの(暖機完了状態であった)場合には、直ちに完全暖機相当温度を温度初期値Aに設定する。   On the other hand, if the determination in S32 is Yes (there is an offset failure), the process proceeds to S40, and it is determined whether the warm-up is complete when the fuel cell is stopped. If the warm-up is completed, the temperature distribution of the fuel cell is sufficiently small, and is a complete warm-up equivalent temperature (for example, 70 ° C.). Therefore, if the determination in S40 is Yes (warm-up complete state), the complete warm-up equivalent temperature is immediately set to the temperature initial value A.

一方、S40の判断がNoの(暖機完了状態ではなかった)場合には、燃料電池の停止直後の温度分布は大きくなっている。そこで、燃料電池が停止してから所定時間t1を経過した時点での(オフセット故障している)冷却水温度センサT3の測定値に、最大オフセット量(例えば5℃)を加えた値を、温度初期値Aに設定する。最大オフセット量は、実験等により予め求めておく。   On the other hand, when the determination in S40 is No (not the warm-up completion state), the temperature distribution immediately after the fuel cell is stopped is large. Therefore, a value obtained by adding a maximum offset amount (for example, 5 ° C.) to the measured value of the coolant temperature sensor T3 (offset failure) at the time when the predetermined time t1 has elapsed since the fuel cell stopped is calculated as the temperature. Set to initial value A. The maximum offset amount is obtained in advance by experiments or the like.

図2に戻り、掃気実施を判断するための差分閾値Dを設定する(S12)。
掃気は、燃料電池の表面温度が氷点下になる前に実施する必要がある。そのため、燃料電池の停止直後の表面温度と、掃気実施時の表面温度(約0℃)との差を、差分閾値Dに設定することが考えられる。しかしながらこの場合には、燃料電池の表面温度を測定するための温度センサを追加する必要がある。ところで上述したように、燃料電池が停止してから所定時間t1が経過した後は、冷却水温度センサT3の測定値と燃料電池の表面温度との間で温度変化率が同等になり、両者の相関がとれている。そこで、冷却水温度センサT3の測定値に基づいて差分閾値Dを設定する。具体的には、図4に示すように、燃料電池の停止直後の表面温度に対応する冷却水温度センサT3の温度初期値Aと、掃気実施時の表面温度に対応する冷却水温度センサT3の基準値P(例えば5℃)との差を、差分閾値Dに設定する(D=A−P)。
Returning to FIG. 2, the difference threshold value D for determining the execution of scavenging is set (S12).
The scavenging needs to be performed before the surface temperature of the fuel cell becomes below freezing point. Therefore, it is conceivable to set the difference threshold D as the difference between the surface temperature immediately after the fuel cell is stopped and the surface temperature (about 0 ° C.) at the time of scavenging. However, in this case, it is necessary to add a temperature sensor for measuring the surface temperature of the fuel cell. By the way, as described above, after a predetermined time t1 has elapsed since the fuel cell stopped, the temperature change rate becomes equal between the measured value of the coolant temperature sensor T3 and the surface temperature of the fuel cell. There is a correlation. Therefore, the difference threshold D is set based on the measured value of the coolant temperature sensor T3. Specifically, as shown in FIG. 4, the initial temperature A of the coolant temperature sensor T3 corresponding to the surface temperature immediately after the stop of the fuel cell and the coolant temperature sensor T3 corresponding to the surface temperature at the time of scavenging are shown. A difference from a reference value P (for example, 5 ° C.) is set to a difference threshold D (D = A−P).

図5(a)は、温度初期値と差分閾値との関係を示すテーブルである。冷却水温度センサT3の基準値Pは一定であるから、温度初期値Aと差分閾値Dとは比例関係になる。このテーブルに温度初期値Aを当てはめれば、差分閾値Dを求めることができる。   FIG. 5A is a table showing the relationship between the temperature initial value and the difference threshold value. Since the reference value P of the cooling water temperature sensor T3 is constant, the temperature initial value A and the difference threshold value D have a proportional relationship. If the initial temperature value A is applied to this table, the difference threshold value D can be obtained.

図2に戻り、RTC監視を開始する(S14)。具体的には、まず冷却水温度センサT3の測定値から、冷却水の現温度Bを読み込む(S16)。次に、温度初期値Aと現温度Bとの差分C(C=A−B)を算出する(S18)。なお冷却水温度センサT3がオフセット故障している場合には、所定時間t1が経過した時点での冷却水温度センサT3の測定値を温度初期値Aとして、差分Cを計算してもよい。そして、差分Cが差分閾値Dを超えたか(C>D)判断する(S20)。   Returning to FIG. 2, RTC monitoring is started (S14). Specifically, first, the current temperature B of the cooling water is read from the measured value of the cooling water temperature sensor T3 (S16). Next, a difference C (C = AB) between the initial temperature value A and the current temperature B is calculated (S18). If the cooling water temperature sensor T3 has an offset failure, the difference C may be calculated using the measured value of the cooling water temperature sensor T3 at the time when the predetermined time t1 has elapsed as the temperature initial value A. Then, it is determined whether the difference C exceeds the difference threshold D (C> D) (S20).

図5(b)は、差分Cの経時変化を示すグラフである。時間の経過とともに差分Cは増加し、時刻t2において差分Cが差分閾値Dを超える。
図4(a)に示すように、冷却水温度センサT3の測定値である現温度Bは、時刻t2においてB=Pになる。時刻t2を過ぎればB<Pになるから、差分C(C=A−B)>差分閾値D(D=A−P)になる。
FIG. 5B is a graph showing the change of the difference C with time. The difference C increases with time, and the difference C exceeds the difference threshold D at time t2.
As shown in FIG. 4A, the current temperature B, which is the measured value of the cooling water temperature sensor T3, becomes B = P at time t2. After time t2, B <P, so that difference C (C = A−B)> difference threshold D (D = A−P).

図2においてS20の判断がYes(C>D)になったら、S22に進んで掃気を実施する。具体的な掃気方法は上述した通りである。
掃気が完了すれば、反応ガス流路の残留水は排出除去されているから、再び掃気を行う必要がない。そのため、S22の掃気完了後に、RTC監視を停止する(S24)。
In FIG. 2, when the determination in S20 is Yes (C> D), the process proceeds to S22 and scavenging is performed. The specific scavenging method is as described above.
When scavenging is completed, the residual water in the reaction gas channel is discharged and removed, so that it is not necessary to perform scavenging again. Therefore, RTC monitoring is stopped after the scavenging of S22 is completed (S24).

以上に詳述したように、本実施形態に係る燃料電池システムのコントローラ60は、燃料電池を停止してから所定時間t1を経過した時点での冷却水温度センサT3の測定値に基づいて温度初期値Aを設定し、その温度初期値Aと所定時間t1より後の冷却水温度センサT3の測定値Bとの差分Cが差分閾値Dを超えた場合に、掃気手段により掃気を実施する構成とした。
この構成によれば、燃料電池が停止してから所定時間t1を経過して、停止直後の温度変化の大きい時期を回避することで、冷却水温度センサT3の測定値と燃料電池の表面温度との相関がとれるようになる。これにより、冷却水温度センサT3の測定値から算出される差分が差分閾値を超えた時点で、燃料電池の表面温度が掃気実施温度になる。したがって、適切なタイミングで掃気を実施することができる。
As described above in detail, the controller 60 of the fuel cell system according to the present embodiment performs the initial temperature based on the measured value of the coolant temperature sensor T3 when the predetermined time t1 has elapsed since the fuel cell was stopped. A value A is set, and when the difference C between the temperature initial value A and the measured value B of the coolant temperature sensor T3 after the predetermined time t1 exceeds the difference threshold D, scavenging is performed by the scavenging means; did.
According to this configuration, the measured value of the cooling water temperature sensor T3 and the surface temperature of the fuel cell can be obtained by avoiding the time when the predetermined time t1 has elapsed after the fuel cell has stopped and the temperature change immediately after the stop is large. The correlation becomes possible. Thereby, when the difference calculated from the measured value of the coolant temperature sensor T3 exceeds the difference threshold, the surface temperature of the fuel cell becomes the scavenging temperature. Therefore, scavenging can be performed at an appropriate timing.

また差分閾値Dは、温度初期値Aに基づいて設定する構成とした。
燃料電池が停止してから所定時間t1を経過した時点で、冷却水温度センサT3の測定値と燃料電池の表面温度との相関がとれるようになる。そのため、冷却水温度センサT3の測定値から算出される温度初期値Aに基づいて、燃料電池の表面温度から算出すべき差分閾値Dを設定することができる。その結果、燃料電池の表面温度を測定するための温度センサを追加する必要がなくなり、製造コストの増加を抑制することができる。
The difference threshold D is set based on the temperature initial value A.
When the predetermined time t1 has elapsed since the fuel cell stopped, the measured value of the coolant temperature sensor T3 and the surface temperature of the fuel cell can be correlated. Therefore, the difference threshold D to be calculated from the surface temperature of the fuel cell can be set based on the temperature initial value A calculated from the measured value of the coolant temperature sensor T3. As a result, it is not necessary to add a temperature sensor for measuring the surface temperature of the fuel cell, and an increase in manufacturing cost can be suppressed.

なお、本発明の技術範囲は上述した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において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や形状などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。例えば、燃料電池システムの構成は上述したものに限られない。   The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications made to the above-described embodiment without departing from the spirit of the present invention. That is, the specific structure and shape described in the embodiment are merely examples, and can be changed as appropriate. For example, the configuration of the fuel cell system is not limited to that described above.

また、実施形態では冷却水温度センサT3の測定値に基づいて温度初期値A、現温度B、差分Cおよび差分閾値Dを算出したが、アノードガス温度センサT1またはカソードガス温度センサT2の測定値に基づいて温度初期値A、現温度B、差分Cおよび差分閾値Dを算出してもよい。ただし、冷却水温度センサT3の測定値は、アノードガス温度センサT1およびカソードガス温度センサT2の測定値に比べて、温度低下速度が速い。そのため、燃料電池が氷点下になる前に、より確実に掃気実施を判断することができる。   In the embodiment, the temperature initial value A, the current temperature B, the difference C, and the difference threshold D are calculated based on the measured value of the cooling water temperature sensor T3. However, the measured value of the anode gas temperature sensor T1 or the cathode gas temperature sensor T2 is calculated. The initial temperature value A, the current temperature B, the difference C, and the difference threshold value D may be calculated based on the above. However, the measured value of the cooling water temperature sensor T3 is faster in temperature decrease than the measured values of the anode gas temperature sensor T1 and the cathode gas temperature sensor T2. Therefore, scavenging can be more reliably determined before the fuel cell is below freezing point.

A…温度初期値(初期値) B…現温度(温度センサの測定値) C…差分 D…差分閾値 t1…所定時間 T3…冷却水温度センサ(温度センサ) 1…燃料電池 7…エアコンプレッサ(酸化剤供給手段、掃気手段) 10…背圧制御弁(掃気手段) 11…アノードガス流路(燃料流路) 12…カソードガス流路(酸化剤流路) 15…水素タンク(燃料供給手段) 21a…掃気ガス排出弁(掃気手段) 23…掃気ガス導入弁(掃気手段) 42…冷却水ポンプ(燃料電池温度調整手段) 60…コントローラ(制御部) 100…燃料電池システム   A ... Initial temperature value (initial value) B ... Current temperature (measured value of temperature sensor) C ... Difference D ... Difference threshold t1 ... Predetermined time T3 ... Cooling water temperature sensor (temperature sensor) 1 ... Fuel cell 7 ... Air compressor ( 10 ... Back pressure control valve (scavenging means) 11 ... Anode gas flow path (fuel flow path) 12 ... Cathode gas flow path (oxidant flow path) 15 ... Hydrogen tank (fuel supply means) 21a ... Scavenging gas discharge valve (scavenging means) 23 ... Scavenging gas introduction valve (scavenging means) 42 ... Cooling water pump (fuel cell temperature adjusting means) 60 ... Controller (control unit) 100 ... Fuel cell system

Claims (5)

燃料と酸化剤とを供給され発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の燃料流路に前記燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料電池の酸化剤流路に前記酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、
前記燃料電池の停止時に、前記酸化剤供給手段からの酸化剤を、前記燃料流路および前記酸化剤流路のうち少なくともいずれか一方へ供給して掃気を行う掃気手段と、
前記燃料電池に冷媒を供給し、前記燃料電池の温度を熱交換により調整する燃料電池温度調整手段と、
前記各手段を制御する制御部と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記各手段のうち少なくともいずれか一つの温度を測定する温度センサを有し、
前記制御部は、前記燃料電池が停止してから、前記温度センサの測定値と前記燃料電池の表面温度との相関がとれるようになる所定時間を経過した時点での前記温度センサの測定値に基づいて初期値を設定し、前記初期値と前記所定時間より後の前記温度センサの測定値との差分が差分閾値を超えた場合に、前記掃気手段により掃気を実施する、
ことを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that is supplied with fuel and an oxidant to generate electricity;
Fuel supply means for supplying the fuel to a fuel flow path of the fuel cell;
Oxidant supply means for supplying the oxidant to the oxidant flow path of the fuel cell;
Scavenging means for performing scavenging by supplying an oxidant from the oxidant supply means to at least one of the fuel flow path and the oxidant flow path when the fuel cell is stopped;
A fuel cell temperature adjusting means for supplying a refrigerant to the fuel cell and adjusting the temperature of the fuel cell by heat exchange;
In a fuel cell system comprising a control unit that controls each of the means,
A temperature sensor for measuring the temperature of at least one of the means;
The control unit sets the measured value of the temperature sensor at a time when a predetermined time has passed since the measured value of the temperature sensor and the surface temperature of the fuel cell can be correlated after the fuel cell is stopped. An initial value is set based on the scavenging means when the difference between the initial value and the measured value of the temperature sensor after the predetermined time exceeds a difference threshold value.
A fuel cell system.
前記所定時間は、前記燃料電池の表面温度の低下率に応じて予め設定されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the predetermined time is set in advance according to a rate of decrease in the surface temperature of the fuel cell. 前記所定時間は、前記温度センサの測定値の変化率が、予め設定された所定変化率以下に至ったときであることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the predetermined time is a time when a change rate of a measurement value of the temperature sensor reaches a preset predetermined change rate or less. 前記差分閾値は、前記初期値に基づいて設定されることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the difference threshold is set based on the initial value. 前記温度センサは、前記燃料電池温度調整手段において前記燃料電池と熱交換した後の前記冷媒の温度を測定することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の燃料電池システム。   5. The fuel cell according to claim 1, wherein the temperature sensor measures the temperature of the refrigerant after heat exchange with the fuel cell in the fuel cell temperature adjusting means. system.
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