JP5925076B2

JP5925076B2 - Stop control method for fuel cell system

Info

Publication number: JP5925076B2
Application number: JP2012168360A
Authority: JP
Inventors: 剛菊地; 千大和氣
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2032-07-30
Also published as: JP2014026914A

Description

この発明は、燃料電池システムの停止制御方法に関するものである。 The present invention relates to a stop control method for a fuel cell system.

燃料電池自動車等に搭載される燃料電池システムの燃料電池には、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込み、さらにその外側を一対のセパレータで挟持して形成されたセルを複数積層して構成されたスタックからなるものがある。このものは、各セルのアノードに燃料ガスとして水素ガスを供給し、カソードに酸化剤ガスとして酸素を含む空気を供給して発電を行っている。以下、燃料ガスと酸化剤ガスを総称して反応ガスという。 In a fuel cell of a fuel cell system mounted on a fuel cell vehicle, a solid polymer electrolyte membrane made of, for example, a solid polymer ion exchange membrane is sandwiched between an anode and a cathode from both sides, and the outside is sandwiched between a pair of separators. Some of them are made up of a stack composed of a plurality of stacked cells. In this device, hydrogen gas is supplied as a fuel gas to the anode of each cell, and air containing oxygen is supplied as an oxidant gas to the cathode to generate power. Hereinafter, fuel gas and oxidant gas are collectively referred to as reaction gas.

このように構成された燃料電池においては、アノード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まで移動し、カソードで酸素と電気化学反応を起こして発電する。
ここで、この種の燃料電池では、発電停止時に、燃料電池内に残留するアノード側の水素ガスが固体高分子電解質膜を透過してカソード側へ、また、カソード側の空気中の酸素ガスや窒素ガスが固体高分子電解質膜を透過してアノード側へ拡散する、所謂クロスオーバーが生じることが知られている。このクロスオーバーが生じると、固体高分子電解質膜の近くで反応ガスが電気化学反応し、固体高分子電解質膜が劣化する虞がある。 In the fuel cell configured as described above, hydrogen ions generated by a catalytic reaction at the anode move to the cathode through the solid polymer electrolyte membrane, and generate an electric power by causing an electrochemical reaction with oxygen at the cathode.
Here, in this type of fuel cell, when the power generation is stopped, the hydrogen gas on the anode side remaining in the fuel cell permeates the solid polymer electrolyte membrane to the cathode side, and oxygen gas in the air on the cathode side It is known that so-called crossover occurs in which nitrogen gas permeates the solid polymer electrolyte membrane and diffuses to the anode side. When this crossover occurs, there is a possibility that the reactive gas undergoes an electrochemical reaction near the solid polymer electrolyte membrane and the solid polymer electrolyte membrane is deteriorated.

このため、燃料電池の発電停止時に、アノードに十分な水素ガスを供給したうえで、燃料電池のカソードから排出される空気オフガスを再循環してカソードに供給し、空気オフガス中の残留酸素により発電を継続し、発電電圧が所定値以下になった時に発電を停止する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１によれば、燃料電池のカソードから排出される排出ガスをカソードに再循環して発電している間に、排出ガス中に残留する酸素が減少していき、発電電圧が所定値以下になったときには、排出ガス中の酸素濃度が極めて低濃度になるので、発電停止後にクロスオーバーが生じても、反応ガスの電気化学反応を抑制することができる。 For this reason, when power generation of the fuel cell is stopped, sufficient hydrogen gas is supplied to the anode, air off-gas discharged from the cathode of the fuel cell is recirculated and supplied to the cathode, and power is generated by residual oxygen in the air off-gas. And a technique for stopping power generation when the power generation voltage falls below a predetermined value is disclosed (for example, see Patent Document 1).
According to Patent Document 1, while the exhaust gas discharged from the cathode of the fuel cell is recirculated to the cathode for power generation, the oxygen remaining in the exhaust gas decreases, and the generated voltage is below a predetermined value. When this happens, the oxygen concentration in the exhaust gas becomes extremely low, so that even if a crossover occurs after power generation is stopped, the electrochemical reaction of the reaction gas can be suppressed.

また、燃料電池の発電停止時に、水素ガス圧が第１の基準圧力以下であるか否かを判定するアノードガス圧低下判定部と、水素ガス圧が第１の基準圧力以下であると判定したときに、水素ガス圧が、第１の基準圧力よりも高圧な第２の基準圧力以上となるように、燃料ガスを再供給させる水素再供給制御部と、燃料ガスの再供給を行なった後に、電池内燃料ガス流路と電池内酸化ガス流路との間で各ガスの分圧を比較して、各ガスの分圧差が基準値以下であるか否かの判定を行なう分圧均等化判定部と、各ガスの分圧差が基準値以下であると判定されたときに、燃料電池の発電停止に係る一連の制御を終了する発電停止制御部とを備える燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特許文献２によれば、燃料電池の発電停止時に、アノードとカソードの各ガス成分の分圧差が基準値以下であると判断されるまで水素ガスの再供給を行なうため、クロスオーバーを抑制できる。 In addition, when the power generation of the fuel cell is stopped, it is determined that the hydrogen gas pressure is equal to or lower than the first reference pressure, and the anode gas pressure decrease determination unit that determines whether the hydrogen gas pressure is equal to or lower than the first reference pressure. After the hydrogen gas resupply control unit for resupplying the fuel gas and the fuel gas resupply so that the hydrogen gas pressure becomes equal to or higher than the second reference pressure that is higher than the first reference pressure. The partial pressure equalization is performed by comparing the partial pressure of each gas between the fuel gas flow path in the battery and the oxidizing gas flow path in the battery, and determining whether or not the partial pressure difference of each gas is below the reference value. A fuel cell system is proposed that includes a determination unit and a power generation stop control unit that ends a series of controls related to the power generation stop of the fuel cell when it is determined that the partial pressure difference of each gas is equal to or less than a reference value. (For example, refer to Patent Document 2).
According to Patent Document 2, since the hydrogen gas is re-supplied until it is determined that the partial pressure difference between the gas components of the anode and the cathode is equal to or less than the reference value when the power generation of the fuel cell is stopped, crossover can be suppressed.

特開２００３−１１５３１７号公報JP 2003-115317 A 特開２０１１−８６４７４号公報JP 2011-86474 A

しかしながら、上述の特許文献１にあっては、アノードに水素ガスを高圧で供給すると、クロスオーバーする量が増大してしまい、結果的に効率よく反応ガスの電気化学反応を抑制することが困難という課題がある。
また、空気オフガス中の残留酸素により発電を継続している最中に、燃料電池が再起動すると、大量の水素ガスを保有しているために、燃料電池システムの再起動時における水素ガスの希釈処理に時間がかかるという課題がある。 However, in Patent Document 1 described above, when hydrogen gas is supplied to the anode at a high pressure, the amount of crossover increases, and as a result, it is difficult to efficiently suppress the electrochemical reaction of the reaction gas. There are challenges.
In addition, if the fuel cell is restarted while power generation is continued due to residual oxygen in the air off-gas, a large amount of hydrogen gas is retained, so the hydrogen gas is diluted when the fuel cell system is restarted. There is a problem that processing takes time.

さらに、上述の特許文献２にあっては、アノードに水素ガスを供給する際、高圧で供給してしまうと、ソーク中、つまり、イグニッションオフ後、燃料電池が放置されている状態のときに水素ガスがクロスオーバーし、アノードが負圧になってしまう。この結果、燃料電池の耐久性が悪化するという課題がある。 Further, in the above-mentioned Patent Document 2, if hydrogen gas is supplied to the anode at a high pressure, hydrogen gas is supplied during soaking, that is, when the fuel cell is left after ignition is turned off. The gas crosses over and the anode becomes negative pressure. As a result, there is a problem that the durability of the fuel cell is deteriorated.

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、発電停止時に効率よく反応ガスの電気化学反応を抑制して耐久性を向上できると共に、再起動時の水素希釈時間を短くすることができる燃料電池システムの停止制御方法を提供するものである。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and can efficiently suppress the electrochemical reaction of the reaction gas when power generation is stopped to improve durability and shorten the hydrogen dilution time at restart. The present invention provides a stop control method for a fuel cell system.

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、アノード及びカソードを有する燃料電池（例えば、実施形態における燃料電池１）と、前記アノードに面し、前記燃料電池に供給される燃料、及び前記燃料電池から排出された燃料が流通する燃料流通経路（例えば、実施形態におけるアノードガス供給流路４２、アノード流路４３、アノードオフガス排出流路４４、アノードオフガス循環流路４７）と、前記カソードに面し、前記燃料電池に供給される酸化剤、及び前記燃料電池から排出された酸化剤が流通する酸化剤流通経路（例えば、実施形態におけるカソードガス供給流路３１、カソード流路３３、カソードオフガス排出流路３５）とを備え、前記酸化剤流通経路には、前記燃料電池から排出された酸化剤を、前記燃料電池の供給側に戻し、排出された酸化剤中の残留酸素により発電を継続させて前記カソード内の酸化剤中の酸素濃度を低くするための酸化剤循環路（例えば、実施形態におけるカソードガス循環流路７３）が設けられている燃料電池システムの停止制御方法において、イグニッションオフ後に、前記燃料電池のディスチャージに必要な燃料量を供給するのに必要な圧力まで前記燃料の圧力を低下させる燃料圧低下工程と、前記燃料圧低下工程後に、前記燃料電池から排出された酸化剤を、前記酸化剤循環路を介して前記燃料電池の供給側に戻す酸化剤循環工程と、前記酸化剤循環工程の後、前記アノード内の前記燃料の圧力と前記カソード内の前記酸化剤の圧力との圧力差、及び前記アノード内の燃料の濃度と前記カソード内の酸化剤の濃度との濃度差の少なくとも何れか一方の差に基づいて、前記燃料を前記アノード及び前記カソードに封入する燃料封入工程とを有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 is a fuel cell having an anode and a cathode (for example, the fuel cell 1 in the embodiment), faces the anode, and is supplied to the fuel cell. A fuel flow path (for example, an anode gas supply flow path 42, an anode flow path 43, an anode off gas discharge flow path 44, and an anode off gas circulation flow path 47 in the embodiment) through which fuel and fuel discharged from the fuel cell flow; An oxidant flow path (for example, the cathode gas supply flow path 31 and the cathode flow path in the embodiment) facing the cathode and through which the oxidant supplied to the fuel cell and the oxidant discharged from the fuel cell flow. 33, a cathode off-gas discharge flow path 35), and the oxidant flowing through the oxidant flow path is supplied with the oxidant discharged from the fuel cell. It returned to the supply side, an oxidant circulation path for it to continue power generation by the residual oxygen in the exhaust oxidant low oxygen concentration in the oxidant in the cathode (e.g., a cathode gas recycle stream in an embodiment In the fuel cell system stop control method provided with the path 73), after the ignition is turned off, the fuel pressure is reduced to a pressure required to supply the fuel amount necessary for discharging the fuel cell. An oxidant circulation step for returning the oxidant discharged from the fuel cell to the supply side of the fuel cell via the oxidant circulation path after the fuel pressure reduction step, and after the oxidant circulation step. The pressure difference between the pressure of the fuel in the anode and the pressure of the oxidant in the cathode, and the concentration of fuel in the anode and the concentration of oxidant in the cathode Based on at least one of a difference in degrees difference, and wherein the fuel having a fuel enclosing step of enclosing said anode and said cathode.

請求項２に記載した発明は、前記燃料封入工程は、前記アノード内の前記燃料の圧力と前記カソード内の前記酸化剤の圧力との圧力差、及び前記アノード内の燃料の濃度と前記カソード内の酸化剤の濃度との濃度差の少なくとも何れか一方の差と、前記カソードに前記燃料が拡散される燃料供給量とを関連付けたマップ（例えば、実施形態における燃料封入工程用マップ８２）を利用し、前記燃料供給量を求めることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the fuel sealing step, the pressure difference between the pressure of the fuel in the anode and the pressure of the oxidant in the cathode, and the concentration of the fuel in the anode and the inside of the cathode A map (for example, the fuel sealing process map 82 in the embodiment) in which at least one of the difference in concentration with respect to the concentration of the oxidant is associated with the amount of fuel supplied to diffuse the fuel to the cathode is used. The fuel supply amount is obtained.

請求項３に記載した発明は、前記燃料電池の温度を検知する温度検知工程と、前記温度検知工程により前記燃料電池の温度が所定の温度よりも高いと検知された場合、前記酸化剤循環工程よりも前に、前記燃料電池の温度を所定温度まで冷却する冷却工程とを有することを特徴とする。 The invention described in claim 3 is a temperature detection step for detecting the temperature of the fuel cell, and when the temperature detection step detects that the temperature of the fuel cell is higher than a predetermined temperature, the oxidant circulation step And a cooling step for cooling the temperature of the fuel cell to a predetermined temperature.

請求項４に記載した発明は、外気温の最低温度が所定温度よりも低くなるか否かを判断する最低温度判断工程を有し、前記最低温度判断工程による判断結果より、前記外気温の最低温度が所定温度よりも低くなるとされた場合、前記冷却工程を行わないことを特徴とする。 The invention described in claim 4 has a minimum temperature determination step for determining whether or not the minimum temperature of the outside air temperature is lower than a predetermined temperature, and the minimum of the outside air temperature is determined based on the determination result of the minimum temperature determination step. When the temperature is lower than a predetermined temperature, the cooling step is not performed.

請求項５に記載した発明は、前記最低温度判断工程による判断結果より、前記外気温の最低温度が所定温度よりも低くなるとされた場合、前記燃料封入工程における前記燃料電池に前記燃料を封入する速度を、前記最低温度判断工程による判断結果より、前記外気温の最低温度が所定温度以上になるとされた場合の前記燃料封入工程における前記燃料電池に前記燃料を封入する速度と比較して遅くすることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, when the minimum temperature of the outside air temperature is lower than a predetermined temperature based on the determination result of the minimum temperature determination step, the fuel is sealed in the fuel cell in the fuel sealing step. The speed is made slower than the speed at which the fuel is sealed in the fuel cell in the fuel sealing process when the minimum temperature of the outside air temperature is determined to be equal to or higher than a predetermined temperature based on the determination result in the minimum temperature determining process. It is characterized by that.

請求項６に記載した発明は、前記最低温度判断工程による判断結果より、前記外気温の最低温度が所定温度よりも低くなるとされた場合、前記燃料圧低下工程において低下させる前記燃料の圧力を、前記最低温度判断工程による判断結果より、前記外気温の最低温度が所定温度以上になるとされた場合の前記燃料圧低下工程において低下させる前記燃料の圧力よりも小さくすることを特徴とする。
In the invention described in claim 6, when the minimum temperature of the outside air temperature is determined to be lower than a predetermined temperature from the determination result of the minimum temperature determination step, the pressure of the fuel to be decreased in the fuel pressure decrease step is From the determination result of the minimum temperature determination step, the pressure of the fuel to be decreased in the fuel pressure decrease step when the minimum temperature of the outside air temperature is determined to be equal to or higher than a predetermined temperature is characterized.

請求項７に記載した発明は、前記カソードの圧力を検知するカソード圧検知工程と、前記カソード圧検知工程により検知された前記カソードの圧力に基づいて、前記燃料封入工程における前記燃料電池に封入する燃料供給量を変化させることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, a cathode pressure detecting step for detecting the pressure of the cathode, and sealing in the fuel cell in the fuel sealing step based on the cathode pressure detected by the cathode pressure detecting step. The fuel supply amount is changed.

請求項１に記載した発明によれば、イグニッションオフ後に燃料電池から排出された酸化剤を酸化剤供給路に戻す酸化剤循環工程を行う際、燃料圧低下工程によって燃料の圧力が低下しているので、酸化剤循環工程中の燃料のクロスオーバーや、このクロスオーバーに伴う反応ガスの電気化学反応量の増大を効率よく抑制することができる。このため、燃料電池システムの耐久性を向上させることができる。
また、酸化剤循環工程中は、燃料が低圧に保持されているので、酸化剤循環工程中に燃料電池システムが再起動した場合であっても燃料の希釈時間を短縮できる。さらに、燃料を希釈するための酸化剤の量も一定にできるので、燃料を希釈するための制御も簡略化できる。
そして、燃料電池の放電を行うのに必要な圧力だけでアノードに燃料を供給するので、クロスオーバーする量を減少できるばかりか、アノードのストイキが低下した状態で発電を行うことを防止できる。このため、燃料電池の劣化を抑制でき、さらに燃料電池システムの耐久性を向上させることができる。 According to the first aspect of the present invention, when performing the oxidant circulation step of returning the oxidant discharged from the fuel cell after the ignition is turned off to the oxidant supply path, the fuel pressure is reduced by the fuel pressure reduction step. Therefore, it is possible to efficiently suppress the crossover of the fuel during the oxidant circulation process and the increase in the electrochemical reaction amount of the reaction gas accompanying the crossover. For this reason, the durability of the fuel cell system can be improved.
In addition, since the fuel is maintained at a low pressure during the oxidant circulation process, the fuel dilution time can be shortened even when the fuel cell system is restarted during the oxidant circulation process. Furthermore, since the amount of the oxidant for diluting the fuel can be made constant, the control for diluting the fuel can be simplified.
Since the fuel is supplied to the anode only at the pressure necessary for discharging the fuel cell, not only the amount of crossover can be reduced, but also the power generation can be prevented while the stoichiometry of the anode is reduced. For this reason, deterioration of the fuel cell can be suppressed, and the durability of the fuel cell system can be improved.

請求項２に記載した発明によれば、マップを利用して酸化剤循環工程中の燃料供給量を求めるので、燃料電池システムをさらに簡略化できる。 According to the invention described in claim 2, since the fuel supply amount during the oxidant circulation process is obtained using the map, the fuel cell system can be further simplified.

請求項３に記載した発明によれば、イグニッションオフ後の燃料電池の温度が高い場合、燃料の低圧供給と燃料電池の冷却を併用することにより、燃料電池の高温領域での反応ガスの電気化学反応量を抑えることができる。このため、より効率よく燃料電池の劣化を抑制でき、燃料電池システムの耐久性を向上させることができる。 According to the third aspect of the present invention, when the temperature of the fuel cell after the ignition is turned off is high, the low-pressure supply of the fuel and the cooling of the fuel cell are used together, whereby the reaction gas electrochemistry in the high-temperature region of the fuel cell is achieved. The amount of reaction can be suppressed. For this reason, deterioration of the fuel cell can be suppressed more efficiently, and the durability of the fuel cell system can be improved.

請求項４に記載した発明によれば、外気温の温度が所定温度よりも低い場合のソーク中、つまり、冬季時のソーク中における凍結による燃料電池の劣化を抑制でき、燃料電池システムの耐久性を向上させることができる。 According to the invention described in claim 4, the deterioration of the fuel cell due to freezing in the soak when the temperature of the outside air temperature is lower than the predetermined temperature, that is, in the soak in the winter season can be suppressed, and the durability of the fuel cell system Can be improved.

請求項５に記載した発明によれば、外気温に関わらず安定して反応ガスの電気化学反応量を抑えることができるので、燃料電池の劣化を抑制でき、燃料電池システムの耐久性を向上させることができる。 According to the invention described in claim 5, since the amount of electrochemical reaction of the reaction gas can be stably suppressed regardless of the outside temperature, the deterioration of the fuel cell can be suppressed and the durability of the fuel cell system can be improved. be able to.

請求項６に記載した発明によれば、外気温に関わらず安定して反応ガスの電気化学反応量を抑えることができるので、燃料電池の劣化を抑制でき、燃料電池システムの耐久性を向上させることができる。 According to the invention described in claim 6, since the amount of electrochemical reaction of the reaction gas can be stably suppressed regardless of the outside temperature, the deterioration of the fuel cell can be suppressed and the durability of the fuel cell system can be improved. be able to.

請求項７に記載した発明によれば、アノードとカソードの極間差圧が大きくなることを防止でき、燃料電池システムの停止制御の処理時間を短縮することもできる。また、燃料電池システムの停止時に可能な限り燃料を封入でき、効率よく燃料電池の劣化を抑制でき、燃料電池システムの耐久性を向上させることができる。 According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to prevent an increase in the differential pressure between the anode and the cathode, and it is possible to shorten the processing time for the stop control of the fuel cell system. Further, the fuel can be sealed as much as possible when the fuel cell system is stopped, the deterioration of the fuel cell can be efficiently suppressed, and the durability of the fuel cell system can be improved.

本発明の第１実施形態における燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施形態における燃料電池システムのシステム停止制御方法のフローチャートである。It is a flowchart of the system stop control method of the fuel cell system in the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態におけるアノードガスの圧力、及びカソードガスの圧力の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the pressure of the anode gas in embodiment of this invention, and the pressure of cathode gas. 本発明の実施形態におけるアノードガスの圧力、及びカソードガスの圧力の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the pressure of the anode gas in embodiment of this invention, and the pressure of cathode gas. 本発明の第２実施形態における燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態におけるソーク中の凍結防止発電処理切り替え時のフローチャートである。It is a flowchart at the time of the anti-freezing power generation process switching in the soak in the second embodiment of the present invention. 本発明の第２実施形態における酸化剤循環工程時のアノードガス供給方法のフローチャートである。It is a flowchart of the anode gas supply method at the time of the oxidizing agent circulation process in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態における燃料封入工程のフローチャートである。It is a flowchart of the fuel enclosure process in 2nd Embodiment of this invention.

（第１実施形態）
（燃料電池システム）
次に、この発明の第１実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
図１は、燃料電池システムの概略構成図である。
同図に示すように、第１実施形態の燃料電池システム１は、例えば燃料電池車両に搭載されるものであり、燃料電池スタック２（以下、燃料電池２という）と、燃料電池２にカソードガスである空気を供給するためのカソードガス供給手段３と、アノードガスである水素を供給するためのアノードガス供給手段４と、これら各構成品を統括的に制御するＩＳＵ（制御装置）５とを主に備えている。 (First embodiment)
(Fuel cell system)
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system.
As shown in the figure, the fuel cell system 1 of the first embodiment is mounted on, for example, a fuel cell vehicle. The fuel cell stack 2 (hereinafter referred to as the fuel cell 2) and the fuel cell 2 include a cathode gas. A cathode gas supply means 3 for supplying air, an anode gas supply means 4 for supplying hydrogen as an anode gas, and an ISU (control device) 5 for comprehensively controlling these components. Mainly prepared.

燃料電池２は、アノードガスとカソードガスとの電気化学反応により発電を行うものであって、固体高分子電解質膜を備えている。そして、この固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで膜電極構造体（ＭＥＡ）が形成され、このＭＥＡの両側に一対のセパレータを配置してセルが構成され、このセルが複数積層されることで燃料電池２が構成されている。 The fuel cell 2 generates electricity by an electrochemical reaction between an anode gas and a cathode gas, and includes a solid polymer electrolyte membrane. A membrane electrode structure (MEA) is formed by sandwiching the solid polymer electrolyte membrane between the anode and the cathode from both sides. A pair of separators are arranged on both sides of the MEA to form a cell. The fuel cell 2 is configured by being laminated.

また、燃料電池２のアノードにはアノードガスとして水素が、カソードにはカソードガスとして空気がそれぞれ供給されることで、アノードで触媒反応（Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−）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に移動する。そして、カソードに移動した水素イオンが、カソードで酸素と電気化学反応（Ｈ２＋Ｏ２／２→Ｈ２Ｏ）を行い発電する。 Further, hydrogen is supplied to the anode of the fuel cell 2 as an anode gas and air is supplied to the cathode as a cathode gas, so that hydrogen ions generated by a catalytic reaction (H2 → 2H ++ 2e−) at the anode are converted into a solid polymer electrolyte. It passes through the membrane and moves to the cathode. Then, the hydrogen ions that have moved to the cathode generate an electric power by performing an electrochemical reaction (H2 + O2 / 2 → H2O) with oxygen at the cathode.

さらに、燃料電池２には、この燃料電池２の温度を検出する温度センサ６が設けられていると共に、カソードガス圧力を検出するカソード圧力センサ７が設けられている。これら温度センサ６やカソード圧力センサ７による検出結果は、電気信号としてＩＳＵ５に出力される。
また、燃料電池２は、バッテリ１１に接続され、燃料電池２で発電した電気をバッテリ１１に充電可能となっている。燃料電池２とバッテリ１１は、燃料電池車両の不図示の駆動モータ等の外部負荷に放電可能に接続されている。 Further, the fuel cell 2 is provided with a temperature sensor 6 for detecting the temperature of the fuel cell 2 and a cathode pressure sensor 7 for detecting the cathode gas pressure. The detection results obtained by the temperature sensor 6 and the cathode pressure sensor 7 are output to the ISU 5 as electrical signals.
The fuel cell 2 is connected to the battery 11 so that the battery 11 can be charged with electricity generated by the fuel cell 2. The fuel cell 2 and the battery 11 are connected to an external load such as a drive motor (not shown) of the fuel cell vehicle so as to be capable of discharging.

（カソードガス供給手段）
カソードガス供給手段３は、燃料電池２のカソードに向けてカソードガスが流通するカソードガス供給流路３１を備えている。カソードガス供給流路３１の上流側には、燃料電池２にカソードガスを供給するためのエアコンプレッサ３２が接続されている。また、カソードガス供給流路３１の下流側は、燃料電池２の入口側で、カソードに面するカソード流路３３に接続されている。そして、カソードガス供給流路３１には、燃料電池２とエアコンプレッサ３２の間に、カソードガス供給封止弁３４が設けられている。 (Cathode gas supply means)
The cathode gas supply means 3 includes a cathode gas supply channel 31 through which the cathode gas flows toward the cathode of the fuel cell 2. An air compressor 32 for supplying cathode gas to the fuel cell 2 is connected to the upstream side of the cathode gas supply channel 31. The downstream side of the cathode gas supply channel 31 is connected to the cathode channel 33 facing the cathode on the inlet side of the fuel cell 2. The cathode gas supply channel 31 is provided with a cathode gas supply sealing valve 34 between the fuel cell 2 and the air compressor 32.

一方、カソード流路３３の出口側には、燃料電池２で発電に供されたカソードオフガスや、発電や凝縮によって燃料電池２で生成された水が流通するカソードオフガス排出流路３５が接続されている。カソードオフガス排出流路３５の下流側は、希釈ＢＯＸ３０に接続されている。そして、カソードオフガス排出流路３５には、燃料電池２と希釈ＢＯＸ３０との間に、カソードガス出口封止弁３６と、このカソードガス出口封止弁３６よりも下流側に配置された濃度センサ３９とが設けられている。 On the other hand, a cathode offgas discharge channel 35 through which the cathode offgas used for power generation in the fuel cell 2 and water generated in the fuel cell 2 by power generation and condensation flows is connected to the outlet side of the cathode channel 33. Yes. The downstream side of the cathode offgas discharge channel 35 is connected to the dilution BOX 30. A cathode gas outlet sealing valve 36 and a concentration sensor 39 disposed downstream of the cathode gas outlet sealing valve 36 are disposed between the fuel cell 2 and the dilution BOX 30. And are provided.

各封止弁３４，３６は電磁駆動式の封止弁であり、各封止弁３４，３６間、すなわちカソード流路３３内にカソードガスを封止できるように構成されている。
また、濃度センサ３９は、カソードオフガス排出流路３５を流通するカソードオフガスの濃度を検出するものであって、濃度センサ３９による検出結果は、電気信号としてＩＳＵ５に出力される。尚、濃度センサ３９としては、酸素濃度を計測するもの、あるいは窒素濃度を計測するものが用いられる。 Each of the sealing valves 34 and 36 is an electromagnetically driven sealing valve, and is configured so that the cathode gas can be sealed between the sealing valves 34 and 36, that is, in the cathode flow path 33.
Further, the concentration sensor 39 detects the concentration of the cathode offgas flowing through the cathode offgas discharge channel 35, and the detection result by the concentration sensor 39 is output to the ISU 5 as an electrical signal. As the concentration sensor 39, one that measures the oxygen concentration or one that measures the nitrogen concentration is used.

このような構成のもと、エアコンプレッサ３２によって送出されるカソードガスは、カソードガス供給流路３１を通過した後、燃料電池２のカソード流路３３に供給される。そして、カソード流路３３において、カソードガス中の酸素が酸化剤として発電に供された後、燃料電池２からカソードオフガスとしてカソードオフガス排出流路３５に排出される。カソードオフガス排出流路３５に排出されたカソードオフガスは、希釈ＢＯＸ３０を通過した後、車外へと排気される。 Under such a configuration, the cathode gas delivered by the air compressor 32 passes through the cathode gas supply channel 31 and is then supplied to the cathode channel 33 of the fuel cell 2. In the cathode channel 33, oxygen in the cathode gas is supplied to the power generation as an oxidant and then discharged from the fuel cell 2 to the cathode offgas discharge channel 35 as the cathode offgas. The cathode offgas discharged to the cathode offgas discharge channel 35 passes through the dilution BOX 30 and is then exhausted outside the vehicle.

また、カソードオフガス排出流路３５には、カソードガス出口封止弁３６と濃度センサ３９との間に、カソードガス供給流路３１から分岐した燃料電池バイパス流路３７が、希釈弁３８を介して接続されている。
さらに、カソードガス供給流路３１の燃料電池バイパス流路３７よりも上流側には、希釈ガス流路７１が分岐して設けられている。希釈ガス流路７１の下流側は、開閉弁７２を介して希釈ＢＯＸ３０に接続されている。 Further, in the cathode off gas discharge channel 35, a fuel cell bypass channel 37 branched from the cathode gas supply channel 31 is interposed between the cathode gas outlet sealing valve 36 and the concentration sensor 39 via the dilution valve 38. It is connected.
Further, a dilution gas passage 71 is branched from the cathode gas supply passage 31 upstream of the fuel cell bypass passage 37. The downstream side of the dilution gas flow path 71 is connected to the dilution BOX 30 via the open / close valve 72.

また、カソードガス供給流路３１のカソードガス供給封止弁３４よりも下流側と、カソードオフガス排出流路３５のカソードガス出口封止弁３６よりも上流側との間には、カソードガス循環流路７３が接続されている。カソードガス循環流路７３には、カソードガス循環ポンプ７４が設けられている。
カソードガス循環ポンプ７４は、通常は停止しており、燃料電池システム１の停止直前に駆動する。そして、燃料電池２のカソード流路３３から排出されたカソードオフガスを循環させ、エアコンプレッサ３２から送出されるカソードガスに混合して、燃料電池２のカソードに再び供給する（詳細は後述する）。 Further, a cathode gas circulation flow is provided between the cathode gas supply passage 31 downstream of the cathode gas supply sealing valve 34 and the cathode off-gas discharge passage 35 upstream of the cathode gas outlet sealing valve 36. A path 73 is connected. A cathode gas circulation pump 74 is provided in the cathode gas circulation channel 73.
The cathode gas circulation pump 74 is normally stopped and is driven immediately before the fuel cell system 1 is stopped. Then, the cathode off-gas discharged from the cathode flow path 33 of the fuel cell 2 is circulated, mixed with the cathode gas delivered from the air compressor 32, and supplied again to the cathode of the fuel cell 2 (details will be described later).

（アノードガス供給手段）
アノードガス供給手段４は、アノードガスが充填された水素供給タンク４１を備えている。水素供給タンク４１には、燃料電池２にアノードガスを供給するためのアノードガス供給流路４２が接続されている。アノードガス供給流路４２の下流側は、燃料電池２の入口側で、アノードに面するアノード流路４３に接続されている。
アノードガス供給流路４２には、遮蔽弁４８と、この遮蔽弁４８よりも下流側に配置されたインジェクタ４９と、このインジェクタ４９よりも下流側に配置されたアノード圧力センサ８とが設けられている。インジェクタ４９は、燃料電池２に供給されるアノードガスの圧力を制御するためのものである。尚、インジェクタ４９に代わって可変調圧弁を用いる等、アノードガスの圧力を制御可能なものが配置されていればよい。アノード圧力センサ８は、アノード圧力を検出するセンサであって、この検出結果は、電気信号としてＩＳＵ５に出力される。 (Anode gas supply means)
The anode gas supply means 4 includes a hydrogen supply tank 41 filled with anode gas. An anode gas supply channel 42 for supplying anode gas to the fuel cell 2 is connected to the hydrogen supply tank 41. The downstream side of the anode gas supply channel 42 is connected to the anode channel 43 facing the anode on the inlet side of the fuel cell 2.
The anode gas supply flow path 42 is provided with a shielding valve 48, an injector 49 disposed downstream of the shielding valve 48, and an anode pressure sensor 8 disposed downstream of the injector 49. Yes. The injector 49 is for controlling the pressure of the anode gas supplied to the fuel cell 2. In addition, what can control the pressure of anode gas should just be arrange | positioned, such as using a variable pressure control valve instead of the injector 49. FIG. The anode pressure sensor 8 is a sensor that detects the anode pressure, and the detection result is output to the ISU 5 as an electrical signal.

アノード流路４３の出口側には、燃料電池２で発電に供されたアノードオフガスが流通するアノードオフガス排出流路４４が接続されている。アノードオフガス排出流路４４は、電磁駆動式のパージ弁４５を介して希釈ＢＯＸ３０に接続されている。
希釈ＢＯＸ３０は、アノードオフガス排出流路４４から導入されたアノードオフガスが滞留する滞留室が内部に設けられるとともに、この滞留室に排出流路４６が接続されている。すなわち、滞留室内において、アノードオフガスはカソードオフガスにより希釈された後、排出流路４６から車外に排出される。尚、希釈ＢＯＸ３０には、アノードオフガス排出流路４４から導入されたアノードオフガスの濃度に基づいて、カソードオフガスが供給されるようになっている。 Connected to the outlet side of the anode flow path 43 is an anode off gas discharge flow path 44 through which anode off gas supplied for power generation in the fuel cell 2 flows. The anode off-gas discharge passage 44 is connected to the dilution BOX 30 via an electromagnetically driven purge valve 45.
In the dilution BOX 30, a retention chamber in which the anode off gas introduced from the anode off gas discharge channel 44 stays is provided, and a discharge channel 46 is connected to the residence chamber. That is, the anode off-gas is diluted with the cathode off-gas in the retention chamber and then discharged from the discharge passage 46 to the outside of the vehicle. The dilution BOX 30 is supplied with a cathode off gas based on the concentration of the anode off gas introduced from the anode off gas discharge channel 44.

また、アノードオフガス排出流路４４には、パージ弁４５の上流側にアノードオフガス循環流路４７が分岐して設けられている。アノードオフガス循環流路４７の下流側は、アノードガス供給流路４２のアノードオフガス排出流路４４とアノード圧力センサ８との間に接続されている。
尚、アノードオフガス循環流路４７には、不図示の循環ポンプが設けられており、燃料電池２のアノード流路４３から排出されたアノードオフガスの一部を循環させ、水素供給タンク４１から供給されたアノードガスに混合して、燃料電池２のアノードに再び供給するようになっている。 The anode off-gas discharge channel 44 is provided with an anode off-gas circulation channel 47 branched upstream of the purge valve 45. The downstream side of the anode off gas circulation channel 47 is connected between the anode off gas discharge channel 44 of the anode gas supply channel 42 and the anode pressure sensor 8.
The anode off-gas circulation channel 47 is provided with a circulation pump (not shown), and circulates part of the anode off-gas discharged from the anode channel 43 of the fuel cell 2 and is supplied from the hydrogen supply tank 41. It is mixed with the anode gas and supplied again to the anode of the fuel cell 2.

ＩＳＵ５は、酸素欠乏発電処理判断部５１を有している。この酸素欠乏発電処理判断部５１は、燃料電池システム１のシステム停止時に、所定の条件のもと、燃料電池２のカソード流路３３から排出されたカソードオフガスの一部を循環させ、エアコンプレッサ３２から送出されるカソードガスに混合して、燃料電池２のカソードに再び供給し、カソードオフガス中の残留酸素により発電を継続させてカソードガスを酸素濃度の極めて低い窒素リッチにする運転（以下、酸素欠乏発電という）を行う。 The ISU 5 has an oxygen deficient power generation processing determination unit 51. The oxygen-deficient power generation processing determination unit 51 circulates a part of the cathode off-gas discharged from the cathode flow path 33 of the fuel cell 2 under a predetermined condition when the fuel cell system 1 is stopped, and the air compressor 32. Is mixed with the cathode gas delivered from the fuel cell 2 and supplied again to the cathode of the fuel cell 2, and power generation is continued with residual oxygen in the cathode off-gas to make the cathode gas rich in nitrogen with a very low oxygen concentration (hereinafter referred to as oxygen). Deficient power generation).

（燃料電池システムのシステム停止制御方法）
図１〜図４に基づいて、より詳しく燃料電池システム１のシステム停止制御方法について説明する。図２は、燃料電池システムのシステム停止制御方法のフローチャートである。図３、図４は、縦軸をアノードガスの圧力、及びカソードガスの圧力とし、横軸を時間Ｔとしたときのアノードガスの圧力、及びカソードガスの圧力の変化を示すグラフである。
図１〜図３に示すように、まずイグニッションスイッチがオフされると、例えば燃料電池車両に搭載されている不図示のバッテリに電力を蓄電する（ディスチャージ処理）。 (System stop control method for fuel cell system)
The system stop control method of the fuel cell system 1 will be described in more detail with reference to FIGS. FIG. 2 is a flowchart of the system stop control method of the fuel cell system. 3 and 4 are graphs showing changes in the pressure of the anode gas and the cathode gas when the vertical axis represents the pressure of the anode gas and the cathode gas, and the horizontal axis represents the time T.
As shown in FIGS. 1 to 3, first, when the ignition switch is turned off, for example, electric power is stored in a battery (not shown) mounted on the fuel cell vehicle (discharge process).

この際、バッテリに蓄電可能なディスチャージ電流値に応じて最低限必要なアノードガスの圧力を求め、この求められた値までアノードガスの圧力を下げる（燃料圧低下工程）。
ここで、ディスチャージ電流値は、必要最低限の電流値とする。ディスチャージ電流値を大きくしてしまうと、水素ポンプ効果でアノードガスのカソード側へのクロスオーバーが促進されてしまい、後述の酸化剤循環工程において、効率的にカソードガスを窒素リッチにすることができないからである。 At this time, the minimum required pressure of the anode gas is obtained according to the discharge current value that can be stored in the battery, and the pressure of the anode gas is lowered to the obtained value (fuel pressure lowering step).
Here, the discharge current value is the minimum necessary current value. If the discharge current value is increased, crossover of the anode gas to the cathode side is promoted by the hydrogen pump effect, and the cathode gas cannot be efficiently enriched with nitrogen in the oxidant circulation process described later. Because.

アノードガスの圧力を下げる具体的な方法としては、アノードオフガス排出流路４４のパージ弁４５を開弁し、アノードガスを所定の圧力に下がるまで排出する。このとき、エアコンプレッサ３２は、継続して駆動されており、希釈ガス流路７１の開閉弁も開弁されているので、希釈ＢＯＸ３０でアノードガスが希釈されて排出される。
ここで、アノードの圧力は、アノードガス供給流路４２に設けられているアノード圧力センサ８によって検出される。また、アノードの圧力の決定方法としては、例えば、ＩＳＵ５に、ディスチャージ電流値とアノードの圧力とを関係付けた燃料圧低下工程用マップ８１を記憶させておき、この燃料圧低下工程用マップ８１を参照してアノードの圧力を決定する。 As a specific method for lowering the pressure of the anode gas, the purge valve 45 of the anode off-gas discharge passage 44 is opened, and the anode gas is discharged until the pressure decreases to a predetermined pressure. At this time, since the air compressor 32 is continuously driven and the opening / closing valve of the dilution gas passage 71 is also opened, the anode gas is diluted by the dilution BOX 30 and discharged.
Here, the pressure of the anode is detected by the anode pressure sensor 8 provided in the anode gas supply channel 42. As a method for determining the anode pressure, for example, the ISU 5 stores a fuel pressure reduction process map 81 in which the discharge current value and the anode pressure are related, and the fuel pressure reduction process map 81 is stored. The anode pressure is determined by reference.

続いて燃料圧低下工程の後、酸素欠乏発電処理判断部５１によって、酸素欠乏発電を許可してよいか否かの判断を行う（ステップＳＴ１０１）。
ステップＳＴ１０１における判断が「Ｎｏ」、つまり、アノードの圧力がバッテリに蓄電するのに最低限必要な圧力まで低下していないと判断された場合、酸素欠乏発電は開始されない。
一方、ステップＳＴ１０１における判断が「Ｙｅｓ」、つまり、アノードの圧力がバッテリに蓄電するのに最低限必要な圧力まで低下していると判断された場合、酸素欠乏発電を開始する（ステップＳＴ１０２、酸化剤循環工程）。 Subsequently, after the fuel pressure lowering step, the oxygen-deficient power generation processing determination unit 51 determines whether or not oxygen-deficient power generation may be permitted (step ST101).
If the determination in step ST101 is “No”, that is, if it is determined that the anode pressure has not decreased to the minimum pressure required to store in the battery, oxygen-deficient power generation is not started.
On the other hand, when the determination in step ST101 is “Yes”, that is, when it is determined that the pressure of the anode has decreased to the minimum pressure necessary for storing in the battery, oxygen-deficient power generation is started (step ST102, oxidation). Agent circulation step).

以下、酸化剤循環工程について具体的に説明する。
酸化剤循環工程では、カソードオフガス排出流路３５のカソードガス出口封止弁３６が閉弁される一方、カソードガス供給流路３１のカソードガス供給封止弁３４、及び燃料電池バイパス流路３７の希釈弁３８が開弁される。この状態で、エアコンプレッサ３２を継続して駆動させると共に、カソードガス循環ポンプ７４を駆動する。すると、燃料電池２のカソード流路３３から排出されたカソードオフガスが循環され、エアコンプレッサ３２から送出されるカソードガスの一部に混合して、燃料電池２のカソードに再び供給される。 Hereinafter, the oxidizing agent circulation step will be specifically described.
In the oxidant circulation step, the cathode gas outlet sealing valve 36 of the cathode offgas discharge passage 35 is closed, while the cathode gas supply sealing valve 34 of the cathode gas supply passage 31 and the fuel cell bypass passage 37 are closed. The dilution valve 38 is opened. In this state, the air compressor 32 is continuously driven and the cathode gas circulation pump 74 is driven. Then, the cathode off gas discharged from the cathode flow path 33 of the fuel cell 2 is circulated, mixed with a part of the cathode gas delivered from the air compressor 32, and supplied again to the cathode of the fuel cell 2.

このとき、アノードガス供給流路４２のアノードオフガス排出流路４４の遮蔽弁４８が開弁されており、水素供給タンク４１より燃料圧低下工程により求められた圧力値を保ちながら燃料電池２のアノードにアノードガスが供給される。
ここで、アノードガスの圧力値は、以下の少なくとも何れか１つの方法を用いて管理することが可能である。 At this time, the shielding valve 48 of the anode off-gas discharge channel 44 of the anode gas supply channel 42 is opened, and the anode of the fuel cell 2 is maintained while maintaining the pressure value obtained from the hydrogen supply tank 41 by the fuel pressure lowering process. Is supplied with anode gas.
Here, the pressure value of the anode gas can be managed using at least one of the following methods.

すなわち、
（１）アノードガス供給流路４２に設けられたアノード圧力センサ８の検出結果に基づいて管理する。
（２）カソード流路３３に設けられたカソード圧力センサ７の検出結果に基づいて管理する。
（３）カソードオフガス排出流路３５に設けられた濃度センサ３９の検出結果に基づいて管理する。
（４）燃料電池２のカソード内の窒素濃度を不図示のセンサによって検出し、この検出結果に基づいて管理する。
（５）ディスチャージ電流値、又はディスチャージの積算電流値に基づいて管理する。 That is,
(1) Management is performed based on the detection result of the anode pressure sensor 8 provided in the anode gas supply channel 42.
(2) Management is performed based on the detection result of the cathode pressure sensor 7 provided in the cathode channel 33.
(3) Management is performed based on the detection result of the concentration sensor 39 provided in the cathode off-gas discharge channel 35.
(4) The nitrogen concentration in the cathode of the fuel cell 2 is detected by a sensor (not shown) and managed based on the detection result.
(5) Management is performed based on the discharge current value or the integrated current value of the discharge.

上記（１）〜（５）のうち、例えば（１）、（２）のように、圧力センサ７，８を用いてアノードガスを供給する場合、所定の圧力に近づくにつれてアノードガスの供給量を減少させていく。同様に、例えば（３）、（４）のように、ガス濃度に基づいてアノードガスを供給する場合、所定の濃度に近づくにつれてアノードガスの供給量を減少させていく。このように、何れかの方法を用いることにより、必要量だけ、アノードガスを供給することができる。 Among the above (1) to (5), when supplying the anode gas using the pressure sensors 7 and 8 as in (1) and (2), for example, the supply amount of the anode gas is increased as the pressure approaches a predetermined pressure. Decrease. Similarly, when the anode gas is supplied based on the gas concentration, for example, as in (3) and (4), the supply amount of the anode gas is decreased as the concentration approaches a predetermined concentration. Thus, the anode gas can be supplied by a necessary amount by using any method.

ここで、燃料電池システム１の通常駆動時は、燃料電池車両がいつ加速してもいいように、アノードガスを多めに供給する必要がある。しかしながら、酸化剤循環工程中は、燃料電池２の負荷が変動することがないので、酸化剤循環工程に必要な量だけアノードガスを供給すればよいことになる。また、酸化剤循環工程においては、ディスチャージ電流値が低いので、アノードのストイキ不足になりにくい。 Here, when the fuel cell system 1 is normally driven, it is necessary to supply a larger amount of anode gas so that the fuel cell vehicle can accelerate at any time. However, since the load of the fuel cell 2 does not fluctuate during the oxidant circulation process, it is only necessary to supply the anode gas in an amount necessary for the oxidant circulation process. Further, in the oxidant circulation process, the discharge current value is low, so that it is difficult for the anode to be short of stoichiometry.

また、酸化剤循環工程を行うにあたって、燃料電池２に設けられた温度センサ６による検出結果より、燃料電池２が所定温度まで低下しているか否かをＩＳＵ５で判断し、燃料電池２が所定温度まで低下していると判断されたときに酸化剤循環工程を行うように構成してもよい。
また、燃料電池２を冷却する冷却装置（不図示）を別途設け、燃料電池２が所定温度まで低下していない場合、冷却装置によって燃料電池２を所定温度に下がるまで冷却し、この後酸化剤循環工程を行うように構成してもよい。冷却装置を設ける場合、酸化剤循環工程中に燃料電池２の冷却を継続して実施し、燃料電池２の温度が上昇してしまうのを防止することもできる。 Further, when performing the oxidant circulation step, the ISU 5 determines whether or not the fuel cell 2 has been lowered to a predetermined temperature from the detection result of the temperature sensor 6 provided in the fuel cell 2, and the fuel cell 2 has a predetermined temperature. It may be configured to perform the oxidant circulation step when it is determined that the pressure has decreased.
In addition, a cooling device (not shown) for cooling the fuel cell 2 is separately provided. When the fuel cell 2 is not lowered to a predetermined temperature, the fuel cell 2 is cooled by the cooling device until the temperature is lowered to a predetermined temperature, and then the oxidant. You may comprise so that a circulation process may be performed. When the cooling device is provided, the fuel cell 2 can be continuously cooled during the oxidant circulation step, and the temperature of the fuel cell 2 can be prevented from rising.

酸化剤循環工程により、カソードガスが窒素リッチになり、不図示のバッテリに蓄電不能な状態になり、且つ燃料電池２に設けられた温度センサ６により燃料電池２が所定温度まで低下していると検出された後、酸化剤循環工程を終了する一方、アノードガスの供給を継続し、アノードに所定の速度で所定の圧力になるまでアノードガスを封入する（燃料封入工程）。
ここで、燃料電池２に設けられた温度センサ６により、燃料電池２が所定温度まで低下していないと検出された場合、燃料電池２を所定温度になるまで冷却し、この後、燃料封入工程を行う。 When the cathode gas becomes nitrogen-rich due to the oxidant circulation step, the battery (not shown) cannot store electricity, and the temperature sensor 6 provided in the fuel cell 2 lowers the fuel cell 2 to a predetermined temperature. After the detection, the oxidant circulation process is terminated, while the supply of the anode gas is continued, and the anode gas is sealed in the anode at a predetermined speed until a predetermined pressure is reached (fuel sealing process).
Here, when it is detected by the temperature sensor 6 provided in the fuel cell 2 that the fuel cell 2 has not decreased to the predetermined temperature, the fuel cell 2 is cooled to the predetermined temperature, and then the fuel filling step. I do.

尚、燃料電池２の温度を検出するにあたって、温度センサ６を用いて温度を検出し、この検出された温度に基づいて、燃料電池２を冷却する必要がある所定温度以上であるか否かを判断する場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、アノードの温度、又はカソードの温度の何れか一方の温度を検出し、この検出された温度に基づいて、燃料電池２を冷却する必要がある所定温度以上であるか否かの判断を行うように構成してもよい（以下の第２実施形態についても同様）。
ここで、燃料電池２を冷却する場合、冷却温度は、例えば燃料電池２の膜電極構造体（ＭＥＡ）が劣化しないと判断できる温度（例えば、４０℃）に設定されている。 In detecting the temperature of the fuel cell 2, the temperature is detected using the temperature sensor 6, and whether or not the temperature is higher than a predetermined temperature at which the fuel cell 2 needs to be cooled is determined based on the detected temperature. The case of judging was explained. However, the present invention is not limited to this, and either the temperature of the anode or the temperature of the cathode is detected, and based on the detected temperature, the fuel cell 2 needs to be cooled above a predetermined temperature. It may be configured to determine whether or not there is the same (the same applies to the following second embodiment).
Here, when the fuel cell 2 is cooled, the cooling temperature is set to a temperature (for example, 40 ° C.) at which it can be determined that the membrane electrode structure (MEA) of the fuel cell 2 does not deteriorate, for example.

次に、燃料封入工程を具体的に説明する。
燃料封入工程では、カソードガス供給封止弁３４、及びカソードガス出口封止弁３６が閉弁された状態で、水素供給タンク４１から所定圧力値でアノードガスが供給される。
ここで、この燃料封入工程の際のアノードガスの所定圧力値とは、燃料圧低下工程により求められた圧力値と異なる。すなわち、燃料封入工程の際のアノードガスの所定圧力値は、アノードガスが固体高分子電解質膜を透過してカソード側に少しずつ（ゆっくり）クロスオーバーするような圧力値である。 Next, the fuel filling process will be specifically described.
In the fuel filling step, the anode gas is supplied at a predetermined pressure value from the hydrogen supply tank 41 with the cathode gas supply sealing valve 34 and the cathode gas outlet sealing valve 36 closed.
Here, the predetermined pressure value of the anode gas in the fuel filling step is different from the pressure value obtained in the fuel pressure lowering step. That is, the predetermined pressure value of the anode gas during the fuel filling step is a pressure value at which the anode gas passes through the solid polymer electrolyte membrane and crosses over to the cathode side little by little (slowly).

尚、「少しずつ（ゆっくり）」とは、アノードガスとカソードガスとを同時に保圧していくことである。すなわち、アノードガスの封入速度は、両極を同時に保圧していくことが可能な速度であり、膜種によって変化するため、予めテストによって両極の圧力値と対応させた透過速度を求めることが望ましい。ここで、固体高分子電解質膜の含水量や温度によって、透過速度を補正しても良い。 “Slightly (slowly)” means that the anode gas and the cathode gas are held simultaneously. That is, the anode gas sealing speed is a speed at which both electrodes can be held simultaneously, and varies depending on the type of membrane. Therefore, it is desirable to obtain a permeation speed corresponding to the pressure values of both electrodes by a test in advance. Here, the permeation rate may be corrected according to the water content and temperature of the solid polymer electrolyte membrane.

ＩＳＵ５には、アノード系内のアノードガスの圧力とカソード系内のカソードガスの圧力との圧力差と、燃料封入工程時のアノードガスの圧力値とを関連付けた燃料封入工程用マップ８２が記憶されている。そして、アノードガス供給流路４２のアノード圧力センサ８による検出結果と、カソード流路３３のカソード圧力センサ７による検出結果と、燃料封入工程用マップ８２とを参照し、求められた圧力値で水素供給タンク４１からアノードガスを供給する。
燃料封入工程は、アノード圧力センサ８による検出結果が目標の封入圧ＳＰ１に達すると終了する（図３参照）。これにより、燃料電池システム１のシステム停止制御が完了する。 The ISU 5 stores a fuel filling process map 82 in which the pressure difference between the pressure of the anode gas in the anode system and the pressure of the cathode gas in the cathode system and the pressure value of the anode gas in the fuel filling process are associated with each other. ing. Then, referring to the detection result by the anode pressure sensor 8 in the anode gas supply flow path 42, the detection result by the cathode pressure sensor 7 in the cathode flow path 33, and the fuel filling process map 82, hydrogen is obtained at the determined pressure value. Anode gas is supplied from the supply tank 41.
The fuel filling step ends when the detection result by the anode pressure sensor 8 reaches the target filling pressure SP1 (see FIG. 3). Thereby, the system stop control of the fuel cell system 1 is completed.

また、この目標の封入圧ＳＰ１に代わって、アノードとカソードとの極間差圧が極間差圧許容値ＳＡ１に達したときに、燃料封入工程を終了するようにしてもよい。
すなわち、カソード流路３３に設けられたカソード圧力センサ７により、カソードの圧力を検知する工程（カソード圧検知工程）を加え、このカソード圧検知工程の検知結果に基づいて、アノードガスの封入圧ＳＰ１を決定してもよい。 Further, instead of the target sealing pressure SP1, the fuel sealing step may be terminated when the inter-electrode differential pressure between the anode and the cathode reaches the inter-electrode differential pressure allowable value SA1.
That is, a step of detecting the cathode pressure (cathode pressure detection step) is added by the cathode pressure sensor 7 provided in the cathode flow path 33, and the anode gas sealing pressure SP1 is based on the detection result of the cathode pressure detection step. May be determined.

このように、アノードとカソードとの極間差圧に基づいて燃料封入工程を終了する場合、図４に示すように、カソードガスの残留圧力に応じてアノードガスの封入圧ＳＰ１を封入圧ＳＰ１’に高めることができる。これにより、燃料電池システム１のシステム停止制御が完了する。 As described above, when the fuel filling process is terminated based on the pressure difference between the anode and the cathode, as shown in FIG. 4, the anode gas filling pressure SP1 is set to the filling pressure SP1 ′ according to the residual pressure of the cathode gas. Can be increased. Thereby, the system stop control of the fuel cell system 1 is completed.

（効果）
したがって、上述の第１実施形態によれば、燃料電池システム１のシステム停止時に、バッテリに蓄電可能なディスチャージ電流値に応じて最低限必要なアノードガスの圧力を求め、この求められた値までアノードガスの圧力を下げ、それからディスチャージ処理、酸化剤循環工程を行うので、クロスオーバーや、それに伴う電気化学反応量の増大による固体高分子電解質膜の劣化を抑制することができる。
また、酸化剤循環工程中は、常時アノードガスを低圧に保っているので、酸化剤循環工程中に燃料電池システム１が再起動した場合であっても再起動時のアノードガスの希釈時間を短縮することができる。 (effect)
Therefore, according to the first embodiment described above, when the fuel cell system 1 is stopped, the minimum required anode gas pressure is obtained according to the discharge current value that can be stored in the battery, and the anode is obtained up to the obtained value. Since the gas pressure is lowered, and then the discharge treatment and the oxidizing agent circulation step are performed, it is possible to suppress the deterioration of the solid polymer electrolyte membrane due to the crossover and the accompanying increase in the amount of electrochemical reaction.
In addition, since the anode gas is always kept at a low pressure during the oxidant circulation process, even when the fuel cell system 1 is restarted during the oxidant circulation process, the dilution time of the anode gas at the time of restart is shortened. can do.

さらに、酸化剤循環工程を行う際、水素供給タンク４１より燃料圧低下工程により求められた圧力値を、例えば、上記（１）〜（５）の方法により保ちながら燃料電池２のアノードにアノードガスが供給される。このため、酸化剤循環工程中のクロスオーバーを抑制させると同時にアノードのストイキが低下した状態で発電を行うことを防止できる。このため、燃料電池２の劣化を抑制でき、さらに燃料電池システム１の耐久性を向上させることができる。 Further, when performing the oxidant circulation step, the anode gas is supplied to the anode of the fuel cell 2 while maintaining the pressure value obtained by the fuel pressure lowering step from the hydrogen supply tank 41 by the methods (1) to (5), for example. Is supplied. For this reason, it is possible to suppress the crossover during the oxidant circulation step and at the same time prevent the power generation in a state where the stoichiometry of the anode is lowered. For this reason, deterioration of the fuel cell 2 can be suppressed, and the durability of the fuel cell system 1 can be improved.

そして、酸化剤循環工程を行うにあたって、燃料電池２に設けられた温度センサ６による検出結果より、燃料電池２が所定温度まで低下しているか否かをＩＳＵ５で判断し、燃料電池２が所定温度まで低下していると判断されたときに酸化剤循環工程を行うように構成することにより、電気化学反応量の増大を、さらに確実に抑制することができる。このため、さらに確実に、燃料電池２の劣化を抑制でき、燃料電池システム１の耐久性を向上させることができる。 Then, when performing the oxidant circulation step, the ISU 5 determines whether or not the fuel cell 2 has been lowered to a predetermined temperature from the detection result of the temperature sensor 6 provided in the fuel cell 2, and the fuel cell 2 has a predetermined temperature. By configuring so that the oxidant circulation step is performed when it is determined that the electrochemical reaction amount has decreased, an increase in the amount of electrochemical reaction can be more reliably suppressed. For this reason, deterioration of the fuel cell 2 can be suppressed more reliably, and the durability of the fuel cell system 1 can be improved.

また、燃料封入工程では、カソードガス供給封止弁３４、及びカソードガス出口封止弁３６が閉弁された状態で、水素供給タンク４１から所定圧力値でアノードガスが供給され、アノードガスが固体高分子電解質膜を透過してカソード側に少しずつ（ゆっくり）クロスオーバーするようになっている。このため、固体高分子電解質膜への機械的な圧力負担を軽減できる。 In the fuel filling step, the anode gas is supplied from the hydrogen supply tank 41 at a predetermined pressure value with the cathode gas supply sealing valve 34 and the cathode gas outlet sealing valve 36 closed, and the anode gas is solid. It crosses the polymer electrolyte membrane and crosses over to the cathode side little by little (slowly). For this reason, the mechanical pressure burden to the solid polymer electrolyte membrane can be reduced.

さらに、アノードにアノードガスを封入しながらも、カソード側にもアノードガスをクロスオーバーさせてこのアノードガスを充満させることを並行して行うことができ、短時間高圧封入により多くのアノードガスを保有できる。このため、アノード、及びカソードをアノードガスで満たした環境を長く維持することができる。よって、ソーク時間が長くても次回起動時にカソードの高電位抑制が可能になり、燃料電池２の劣化抑制と燃料電池システム１の耐久性を向上させることができる。 Furthermore, while the anode gas is sealed in the anode, the anode gas can be crossed over to the cathode side and filled with the anode gas in parallel. it can. For this reason, the environment which filled the anode and the cathode with anode gas can be maintained for a long time. Therefore, even if the soak time is long, the high potential of the cathode can be suppressed at the next start-up, and the deterioration of the fuel cell 2 and the durability of the fuel cell system 1 can be improved.

ここで、短時間高圧封入して燃料電池システム１を停止させると、停止後から次回起動までのソーク中にアノードガスがカソード側へクロスオーバーしてアノードが負圧になってしまう。しかしながら、カソード側にある程度アノードガスを充満させてからアノードガスの供給を停止すれば、燃料電池システム１の停止後のアノードガスのクロスオーバーが減少し、結果的に燃料電池システム１のアノードガスの保有量が多くなる。また、アノード系、カソード系内を陽圧にすることにより、ソーク中に外部からの空気の侵入を防止する効果もある。 Here, if the fuel cell system 1 is stopped by high-pressure sealing for a short time, the anode gas crosses over to the cathode side during the soak from the stop to the next start, and the anode becomes negative pressure. However, if the supply of the anode gas is stopped after the anode gas is filled to some extent on the cathode side, the crossover of the anode gas after the stop of the fuel cell system 1 is reduced. As a result, the anode gas of the fuel cell system 1 is reduced. Increased holdings. Further, by making positive pressures in the anode system and the cathode system, there is an effect of preventing air from entering from outside into the soak.

また、カソード流路３３に設けられたカソード圧力センサ７により、カソードの圧力を検知するカソード圧検知工程を加え、このカソード圧検知工程の検知結果に基づいて、アノードガスの封入圧ＳＰ１を決定することにより、燃料電池システム１のアノードガスの保有量を可能な限り多くすることができる。 Further, a cathode pressure detecting step for detecting the cathode pressure is added by the cathode pressure sensor 7 provided in the cathode flow path 33, and the anode gas sealing pressure SP1 is determined based on the detection result of the cathode pressure detecting step. Thus, the amount of anode gas held in the fuel cell system 1 can be increased as much as possible.

さらに、燃料圧低下工程でアノードの圧力を決定するにあたって、ＩＳＵ５に、ディスチャージ電流値とアノードの圧力とを関係付けた燃料圧低下工程用マップ８１を記憶させておき、この燃料圧低下工程用マップ８１を参照してアノードの圧力を決定するようにしている。また、燃料封入工程でアノードの圧力を決定するにあたって、ＩＳＵ５に、アノード系内のアノードガスの圧力とカソード系内のカソードガスの圧力との圧力差と、燃料封入工程時のアノードガスの圧力値とを関連付けた燃料封入工程用マップ８２を記憶させておき、この燃料封入工程用マップ８２を参照してアノードの圧力を決定するようにしている。このように、工程ごとにマップを用意することにより、適正なアノードガスの供給を実現することができると共に、燃料電池システム１を簡略化することができる。 Further, when determining the anode pressure in the fuel pressure lowering step, the ISU 5 stores a fuel pressure lowering step map 81 that associates the discharge current value with the anode pressure, and this fuel pressure lowering step map. The anode pressure is determined with reference to 81. Further, when determining the anode pressure in the fuel filling process, the ISU 5 gives the pressure difference between the anode gas pressure in the anode system and the cathode gas pressure in the cathode system, and the pressure value of the anode gas in the fuel filling process. Is stored, and the anode pressure is determined with reference to the fuel filling process map 82. Thus, by preparing a map for each process, it is possible to realize an appropriate supply of anode gas and to simplify the fuel cell system 1.

（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態を図５〜図８に基づいて説明する。
図５は、第２実施形態における燃料電池システムの概略構成図である。尚、第１実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明する。
この第２実施形態において、燃料電池システム１０１は、例えば燃料電池車両に搭載されるものであり、燃料電池スタック２と、燃料電池２にカソードガスである空気を供給するためのカソードガス供給手段３と、アノードガスである水素を供給するためのアノードガス供給手段４と、これら各構成品を統括的に制御するＩＳＵ１０５とを主に備えている点、燃料電池システム１０１のシステム停止制御方法において、ディスチャージ処理、燃料圧低下工程、酸化剤循環工程、及び燃料封入工程を行う点等の基本的構成は、前述した第１実施形態と同様である。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to the second embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the same aspect as 1st Embodiment.
In the second embodiment, the fuel cell system 101 is mounted on, for example, a fuel cell vehicle, and includes a fuel cell stack 2 and cathode gas supply means 3 for supplying air as cathode gas to the fuel cell 2. In the system stop control method of the fuel cell system 101, the anode gas supply means 4 for supplying hydrogen, which is the anode gas, and the ISU 105 for overall control of these components are mainly provided. Basic configurations such as a discharge process, a fuel pressure lowering step, an oxidant circulation step, and a fuel sealing step are the same as those in the first embodiment.

ここで、この第２実施形態と前述の第１実施形態との相違点は、第２実施形態のＩＳＵ１０５は、冬季判定監視部５２を有しているのに対し、第１実施形態のＩＳＵ５は、冬季判定監視部５２を有していない点にある。 Here, the difference between the second embodiment and the first embodiment described above is that the ISU 105 of the second embodiment has a winter season determination monitoring unit 52, whereas the ISU 5 of the first embodiment is different from the ISU 5 of the first embodiment. The winter season determination monitoring unit 52 is not provided.

冬季判定監視部５２は、外気温が所定温度よりも低いか否か、換言すれば、現在の季節が冬季なのか、冬季以外であるのかを判断するものである。冬季判定監視部５２は、例えば、閾値温度が記憶されており、この閾値温度を超えれば現在は冬季ではないと判断し、閾値温度以下であれば現在は冬季であると判断する。そして、冬季判定監視部５２の判断結果に基づいて、燃料電池システム１０１のシステム停止制御方法が変わり、例えば、不図示のモータや燃料電池システム１０１等のパワープラントが凍結してしまうのを防止できるようになっている。
また、ＩＳＵ１０５には、パワープラントの凍結回数をカウントするカウンター５３が設けられている。 The winter season determination monitoring unit 52 determines whether or not the outside air temperature is lower than a predetermined temperature, in other words, whether the current season is the winter season or other than the winter season. The winter season determination monitoring unit 52 stores, for example, a threshold temperature. If the threshold temperature is exceeded, the winter determination monitoring unit 52 determines that it is not winter, and if it is equal to or lower than the threshold temperature, determines that it is currently winter. Then, based on the determination result of the winter season determination monitoring unit 52, the system stop control method of the fuel cell system 101 changes, and for example, it is possible to prevent a power plant such as a motor (not shown) or the fuel cell system 101 from freezing. It is like that.
The ISU 105 is provided with a counter 53 that counts the number of times the power plant is frozen.

（燃料電池システムのシステム停止制御方法）
より具体的に、図５〜図８に基づいて、第２実施形態における燃料電池システム１０１のシステム停止制御方法について説明する。
まず、図６に基づいて、燃料電池システム１０１を駆動する際の凍結防止方法について説明する。図６は、第２実施形態におけるソーク中の凍結防止発電処理切り替え時のフローチャートである。ここで、凍結防止発電処理とは、パワープラントの凍結を防止するために燃料電池２の発電を行ってパワープラントの温度を上昇させることをいう。 (System stop control method for fuel cell system)
More specifically, a system stop control method for the fuel cell system 101 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
First, a method for preventing freezing when the fuel cell system 101 is driven will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart at the time of switching the anti-freezing power generation process in the soak in the second embodiment. Here, anti-freezing power generation processing refers to generating power of the fuel cell 2 to increase the temperature of the power plant in order to prevent the power plant from freezing.

同図に示すように、まず、冬季判定監視部５２により、冬季であるか否かの判断を行う（ステップＳＴ２０１）。
ステップＳＴ２０１における判断が「Ｎｏ」、つまり、冬季判定監視部５２により冬季でないと判断された場合、凍結防止発電処理が実施されずに終了する。
一方、ステップＳＴ２０１における判断が「Ｙｅｓ」、つまり、冬季判定監視部５２により冬季であると判断された場合、カウンター５３によりカウントされたパワープラントの年間凍結回数が所定値以上であるか否かの判断を行う（ステップＳＴ２０２）。 As shown in the figure, first, the winter season determination monitoring unit 52 determines whether or not it is winter season (step ST201).
If the determination in step ST201 is “No”, that is, if the winter determination monitoring unit 52 determines that it is not winter, the freeze prevention power generation process is not performed and the process ends.
On the other hand, if the determination in step ST201 is “Yes”, that is, if the winter determination monitoring unit 52 determines that it is winter, whether or not the number of annual freezing of the power plant counted by the counter 53 is greater than or equal to a predetermined value. A determination is made (step ST202).

ステップＳＴ２０２における判断が「Ｎｏ」、つまり、パワープラントの年間凍結回数が所定以上でないと判断された場合、凍結防止発電処理が実施されずに終了する。
一方、ステップＳＴ２０２における判断が「Ｙｅｓ」、つまり、パワープラントの年間凍結回数が所定以上であると判断された場合、パワープラントの温度低下速度が所定値以上であるか否かの判断を行う（ステップＳＴ２０３）。この判断は、例えば、ＩＳＵ１０５にパワープラントの温度低下速度の閾値を記憶させておき、この閾値を超える速度でパワープラントの温度が低下しているか否かを判断することにより行う。 If the determination in step ST202 is “No”, that is, if it is determined that the number of annual freezes of the power plant is not equal to or greater than a predetermined value, the freeze prevention power generation process is not performed and the process ends.
On the other hand, if the determination in step ST202 is “Yes”, that is, if it is determined that the number of annual freezing of the power plant is greater than or equal to a predetermined value, it is determined whether or not the temperature decrease rate of the power plant is greater than or equal to a predetermined value ( Step ST203). This determination is made, for example, by storing a threshold of the temperature decrease rate of the power plant in the ISU 105 and determining whether or not the temperature of the power plant is decreasing at a rate exceeding this threshold.

ステップＳＴ２０３における判断が「Ｎｏ」、つまり、パワープラントの温度低下速度が所定値以上でないと判断された場合、凍結防止発電処理が実施されずに終了する。
一方、ステップＳＴ２０３における判断が「Ｙｅｓ」、つまり、パワープラントの温度低下速度が所定値以上であると判断された場合、実際のパワープラントの温度低下速度を推定する（ステップＳＴ２０４）。パワープラントの温度低下速度を推定する方法としては、例えば、外気温情報、車両位置を決定するＧＰＳ情報、日付・時間情報等に基づいて推定する方法がある。 If the determination in step ST203 is “No”, that is, if it is determined that the temperature decrease rate of the power plant is not equal to or greater than the predetermined value, the freeze prevention power generation process is not performed and the process ends.
On the other hand, if the determination in step ST203 is "Yes", that is, if it is determined that the temperature decrease rate of the power plant is greater than or equal to a predetermined value, the actual temperature decrease rate of the power plant is estimated (step ST204). As a method for estimating the temperature decrease rate of the power plant, for example, there is a method of estimating based on outside air temperature information, GPS information for determining a vehicle position, date / time information, and the like.

続いて、ステップＳＴ２０４によって、推定されたパワープラントの温度低下速度に基づいて、凍結防止発電処理を実施するか否かの判断を行う（ステップＳＴ２０５）。
ステップＳＴ２０５における判断が「Ｎｏ」、つまり、推定されたパワープラントの温度低下速度が所定値を下回る場合、凍結防止発電処理が実施されずに終了する。
一方、ステップＳＴ２０５における判断が「Ｙｅｓ」、つまり、推定されたパワープラントの温度低下速度が所定値以上である場合、凍結防止発電処理を開始する（ステップＳＴ２０６）。 Subsequently, based on the estimated temperature decrease rate of the power plant in step ST204, it is determined whether or not the anti-freezing power generation process is to be performed (step ST205).
If the determination in step ST205 is “No”, that is, if the estimated temperature decrease rate of the power plant is below a predetermined value, the freeze prevention power generation process is not performed and the process ends.
On the other hand, if the determination in step ST205 is “Yes”, that is, if the estimated temperature decrease rate of the power plant is equal to or greater than a predetermined value, the freeze prevention power generation process is started (step ST206).

続いて、パワープラントの温度が所定温度に到達したか否かの判断を行う（ステップＳＴ２０７）。この判断は、例えば、燃料電池２に設けられている温度センサ６や、不図示のモータに設けられている温度センサ（不図示）による検出結果に基づいて行う。
ステップＳＴ２０７における判断が「Ｎｏ」、つまり、パワープラントの温度が所定温度に到達していない場合、再びステップＳＴ２０７の判断を行う。
一方、ステップＳＴ２０７における判断が「Ｙｅｓ」、つまり、パワープラントの温度が所定温度に到達した場合、凍結防止発電処理を停止する（ステップＳＴ２０８）。 Subsequently, it is determined whether or not the temperature of the power plant has reached a predetermined temperature (step ST207). This determination is made based on, for example, a detection result by a temperature sensor 6 provided in the fuel cell 2 or a temperature sensor (not shown) provided in a motor (not shown).
If the determination in step ST207 is “No”, that is, if the temperature of the power plant has not reached the predetermined temperature, the determination in step ST207 is performed again.
On the other hand, if the determination in step ST207 is “Yes”, that is, if the temperature of the power plant reaches a predetermined temperature, the freeze prevention power generation process is stopped (step ST208).

続いて、図７に基づいて、ＩＳＵ１０５の冬季判定監視部５２を用いた酸化剤循環工程時のアノードガス供給方法について説明する。
図７は、第２実施形態における酸化剤循環工程時のアノードガス供給方法のフローチャートである。
同図に示すように、まず、冬季判定監視部５２により、冬季であるか否かの判断を行う（ステップＳＴ３０１）。 Next, an anode gas supply method during the oxidant circulation process using the winter determination monitoring unit 52 of the ISU 105 will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a flowchart of an anode gas supply method during the oxidant circulation process in the second embodiment.
As shown in the figure, first, the winter season determination monitoring unit 52 determines whether or not it is a winter season (step ST301).

ステップＳＴ３０１における判断が「Ｙｅｓ」、つまり、冬季判定監視部５２により冬季であると判断された場合、不図示の冷却装置による燃料電池２の冷却を実施しない（ステップＳＴ３０２）。そして、その後に燃料圧低下工程を行う（ステップＳＴ３０３）。さらに、燃料圧低下工程の後、酸化剤循環工程を行う（ステップＳＴ３０４）。 If the determination in step ST301 is "Yes", that is, if the winter determination monitoring unit 52 determines that it is winter, the cooling of the fuel cell 2 by a cooling device (not shown) is not performed (step ST302). Thereafter, a fuel pressure lowering step is performed (step ST303). Further, after the fuel pressure lowering step, an oxidant circulation step is performed (step ST304).

一方、ステップＳＴ３０１における判断が「Ｎｏ」、つまり、冬季判定監視部５２により冬季でないと判断された場合、燃料電池２に設けられた温度センサ６による検出結果より、燃料電池２が所定温度（以下、所定温度Ａｔという）以上であるか否かをＩＳＵ１０５で判断する（ステップＳＴ３０５）。
ステップＳＴ３０５における判断が「Ｙｅｓ」、つまり、燃料電池２の温度が所定温度以上である場合、不図示の冷却装置による燃料電池２の冷却を実施する（ステップＳＴ３０６）。この後、燃料圧低下工程を行う（ステップＳＴ３０７）。 On the other hand, when the determination in step ST301 is “No”, that is, when the winter determination monitoring unit 52 determines that it is not winter, the fuel cell 2 is detected at a predetermined temperature (hereinafter referred to as “temperature”) from the detection result by the temperature sensor 6 provided in the fuel cell 2. The ISU 105 determines whether the temperature is equal to or higher than a predetermined temperature At (step ST305).
If the determination in step ST305 is “Yes”, that is, if the temperature of the fuel cell 2 is equal to or higher than the predetermined temperature, the fuel cell 2 is cooled by a cooling device (not shown) (step ST306). Thereafter, a fuel pressure lowering step is performed (step ST307).

一方、ステップＳＴ３０５における判断が「Ｎｏ」、つまり、燃料電池２の温度が所定温度を下回る場合、燃料電池２の冷却を行わずにステップＳＴ３０７に進む。
燃料圧低下工程が終了した後、酸化剤循環工程を行う（ステップＳＴ３０８）。この際、燃料電池２の冷却を実施し、燃料電池２の温度が所定温度（以下、所定温度Ｂｔという）以上に上昇してしまうのを防止する（ステップＳＴ３０９）。 On the other hand, if the determination in step ST305 is “No”, that is, if the temperature of the fuel cell 2 is lower than the predetermined temperature, the process proceeds to step ST307 without cooling the fuel cell 2.
After the fuel pressure reduction process is completed, an oxidant circulation process is performed (step ST308). At this time, the fuel cell 2 is cooled to prevent the temperature of the fuel cell 2 from rising above a predetermined temperature (hereinafter referred to as a predetermined temperature Bt) (step ST309).

ここで、ステップＳＴ３０５における燃料電池２の所定温度Ａｔは、ステップＳＴ３０９における燃料電池の所定温度Ｂｔよりも高温に設定されている。
また、冬季判定監視部５２により冬季であると判断された場合に実施する燃料圧低下工程（ステップＳＴ３０３における燃料圧低下工程）におけるアノードガスの圧力値は、冬季判定監視部５２により冬季でないと判断された場合に実施する燃料圧低下工程（ステップＳＴ３０７における燃料圧低下工程）におけるアノードガスの圧力値よりも小さく設定されている。 Here, the predetermined temperature At of the fuel cell 2 in step ST305 is set to be higher than the predetermined temperature Bt of the fuel cell in step ST309.
Further, the pressure value of the anode gas in the fuel pressure lowering step (the fuel pressure lowering step in step ST303) performed when the winter determination monitoring unit 52 determines that it is winter is determined by the winter determination monitoring unit 52 not to be winter. In this case, the pressure is set to be smaller than the pressure value of the anode gas in the fuel pressure lowering step (fuel pressure lowering step in step ST307) to be performed.

続いて、図８に基づいて、ＩＳＵ１０５の冬季判定監視部５２を用いた燃料封入工程の処理方法について説明する。
図８は、第２実施形態における燃料封入工程のフローチャートである。
同図に示すように、まず、冬季判定監視部５２により、冬季であるか否かの判断を行う（ステップＳＴ４０１）。 Then, based on FIG. 8, the processing method of the fuel filling process using the winter season determination monitoring part 52 of ISU105 is demonstrated.
FIG. 8 is a flowchart of the fuel filling process in the second embodiment.
As shown in the figure, first, the winter season determination monitoring unit 52 determines whether or not it is winter season (step ST401).

ステップＳＴ４０１における判断が「Ｙｅｓ」、つまり、冬季判定監視部５２により冬季であると判断された場合、酸化剤循環工程が終了したか否かの判断を行う（ステップＳＴ４０２）。
ステップＳＴ４０２における判断が「Ｎｏ」、つまり、酸化剤循環工程が終了していないと判断された場合、再びステップＳＴ４０２の判断を行う。
一方、ステップＳＴ４０２における判断が「Ｙｅｓ」、つまり、酸化剤循環工程が終了していると判断された場合、燃料封入工程を実施する（ステップＳＴ４０３）。 When the determination in step ST401 is “Yes”, that is, when the winter determination monitoring unit 52 determines that it is winter, it is determined whether or not the oxidant circulation process is completed (step ST402).
If the determination in step ST402 is “No”, that is, it is determined that the oxidant circulation step has not ended, the determination in step ST402 is performed again.
On the other hand, if the determination in step ST402 is “Yes”, that is, if it is determined that the oxidant circulation process is completed, the fuel filling process is performed (step ST403).

また、ステップＳＴ４０１における判断が「Ｎｏ」、つまり、冬季判定監視部５２により冬季でないと判断された場合、酸化剤循環工程が終了し、且つ燃料電池２の温度が所定温度を下回っているか否かの判断を行う（ステップＳＴ４０４）。
ステップＳＴ４０４における判断が「Ｎｏ」、つまり、酸化剤循環工程が終了していないか、又は燃料電池２の温度が所定温度を下回っていないかの少なくとも何れか一方の状態である場合、再びステップＳＴ４０４の判断を行う。
一方、ステップＳＴ４０４における判断が「Ｙｅｓ」、つまり、酸化剤循環工程が終了し、且つ燃料電池２の温度が所定温度を下回っている場合、燃料封入工程を実施する（ステップＳＴ４０５）。 If the determination in step ST401 is “No”, that is, if the winter determination monitoring unit 52 determines that it is not winter, whether or not the oxidant circulation process is finished and whether the temperature of the fuel cell 2 is below a predetermined temperature or not. Is determined (step ST404).
If the determination in step ST404 is “No”, that is, if the oxidant circulation process is not completed or the temperature of the fuel cell 2 is not lower than the predetermined temperature, it is again in step ST404. Make a decision.
On the other hand, when the determination in step ST404 is “Yes”, that is, when the oxidant circulation process is completed and the temperature of the fuel cell 2 is lower than the predetermined temperature, the fuel filling process is performed (step ST405).

ここで、冬季判定監視部５２により冬季であると判断された場合に実施する燃料封入工程（ステップＳＴ４０３における燃料封入工程）におけるアノードガスの所定圧力値は、冬季判定監視部５２により冬季でないと判断された場合に実施する燃料封入工程（ステップＳＴ４０５における燃料封入工程）におけるアノードガスの所定圧力値よりも小さく設定されている。
換言すれば、アノードガスを目標の封入圧ＳＰ１（図３、図４参照）まで封入する封入速度は、ステップＳＴ４０３における燃料封入工程時の封入速度ＢｖよりもステップＳＴ４０５における燃料封入工程時の封入速度Ａｖが速くなるように設定されている。 Here, the predetermined pressure value of the anode gas in the fuel filling step (the fuel filling step in step ST403) performed when the winter judgment monitoring unit 52 determines that it is winter is determined by the winter judgment monitoring unit 52 not to be winter. In this case, the pressure is set to be smaller than a predetermined pressure value of the anode gas in the fuel filling step (fuel filling step in step ST405) to be performed.
In other words, the sealing speed at which the anode gas is sealed up to the target sealing pressure SP1 (see FIGS. 3 and 4) is higher than the sealing speed Bv at the fuel sealing process at step ST403 at the time of the fuel sealing process at step ST405. Av is set to be faster.

（効果）
したがって、上述の第２実施形態によれば、前述の第１実施形態と同様の効果に加え、冬季時のソーク中における凍結による燃料電池２の劣化を抑制でき、燃料電池システム１０１の耐久性を向上させることができる。 (effect)
Therefore, according to the second embodiment described above, in addition to the same effects as those of the first embodiment described above, it is possible to suppress deterioration of the fuel cell 2 due to freezing in the soak during the winter season, and to improve the durability of the fuel cell system 101. Can be improved.

また、冬季判定監視部５２により冬季であると判断された場合に実施する燃料圧低下工程（図７のステップＳＴ３０３における燃料圧低下工程）におけるアノードガスの圧力値は、冬季判定監視部５２により冬季でないと判断された場合に実施する燃料圧低下工程（図７のステップＳＴ３０７における燃料圧低下工程）におけるアノードガスの圧力値よりも小さく設定されている。さらに、アノードガスを目標の封入圧ＳＰ１（図３、図４参照）まで封入する封入速度は、図８のステップＳＴ４０３における燃料封入工程時の封入速度Ｂｖよりも、図８のステップＳＴ４０５における燃料封入工程時の封入速度Ａｖが速くなるように設定されている。
このため、外気温に関わらず、アノードガスとカソードガスとの電気化学反応量の増大による固体高分子電解質膜の劣化を抑制することができ、燃料電池システム１０１の耐久性をさらに向上させることができる。 Further, the pressure value of the anode gas in the fuel pressure lowering process (the fuel pressure lowering process in step ST303 in FIG. 7) performed when the winter determination monitoring unit 52 determines that it is winter is determined by the winter determination monitoring unit 52 in the winter season. Is set to be smaller than the pressure value of the anode gas in the fuel pressure lowering step (the fuel pressure lowering step in step ST307 in FIG. 7) that is performed when it is determined that the pressure is not. Further, the sealing speed at which the anode gas is sealed to the target sealing pressure SP1 (see FIGS. 3 and 4) is higher than the sealing speed Bv at the time of the fuel sealing process at step ST403 in FIG. The encapsulation speed Av during the process is set to be high.
For this reason, deterioration of the solid polymer electrolyte membrane due to an increase in the amount of electrochemical reaction between the anode gas and the cathode gas can be suppressed regardless of the outside air temperature, and the durability of the fuel cell system 101 can be further improved. it can.

尚、本発明は上述の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、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。 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.

１，１０１燃料電池システム
２燃料電池
３カソードガス供給手段
４アノードガス供給手段
５，１０５ＩＳＵ
６温度センサ
７カソード圧力センサ
８アノード圧力センサ
３１カソードガス供給流路（酸化剤流通経路）
３３カソード流路（酸化剤流通経路）
３５カソードオフガス排出流路（酸化剤流通経路）
３９濃度センサ
４２アノードガス供給流路（燃料流通経路）
４３アノード流路（燃料流通経路）
４４アノードオフガス排出流路（燃料流通経路）
４７アノードオフガス循環流路（燃料流通経路）
５１酸素欠乏発電処理判断部
５２冬季判定監視部
７３カソードガス循環流路（酸化剤循環路）
８１燃料圧低下工程用マップ
８２燃料封入工程用マップ 1,101 Fuel cell system 2 Fuel cell 3 Cathode gas supply means 4 Anode gas supply means 5,105 ISU
6 Temperature sensor 7 Cathode pressure sensor 8 Anode pressure sensor 31 Cathode gas supply flow path (oxidant flow path)
33 Cathode flow path (oxidant flow path)
35 Cathode off-gas discharge flow path (oxidant flow path)
39 Concentration sensor 42 Anode gas supply flow path (fuel flow path)
43 Anode channel (fuel flow path)
44 Anode off-gas discharge flow path (fuel flow path)
47 Anode off-gas circulation flow path (fuel flow path)
51 Oxygen-deficient power generation processing determination unit 52 Winter determination monitoring unit 73 Cathode gas circulation channel (oxidant circulation channel)
81 Map for fuel pressure reduction process 82 Map for fuel filling process

Claims

A fuel cell having an anode and a cathode;
A fuel flow path facing the anode and through which fuel supplied to the fuel cell and fuel discharged from the fuel cell flow;
An oxidant flow path facing the cathode and supplied to the fuel cell, and an oxidant flow path through which the oxidant discharged from the fuel cell flows,
Wherein the oxidizing agent distribution path, the oxidizing agent discharged from the fuel cell, wherein to return to the supply side of the fuel cell, discharged by continued power generation by the residual oxygen in the oxidizing agent oxidizing agent in the cathode In a stop control method for a fuel cell system provided with an oxidant circuit for lowering the oxygen concentration in the fuel cell system,
A fuel pressure lowering step of reducing the pressure of the fuel to a pressure necessary to supply a fuel amount necessary for discharging the fuel cell after ignition off;
An oxidant circulation step of returning the oxidant discharged from the fuel cell to the supply side of the fuel cell via the oxidant circulation path after the fuel pressure lowering step;
After the oxidant circulation step, the pressure difference between the pressure of the fuel in the anode and the pressure of the oxidant in the cathode, and the concentration of fuel in the anode and the concentration of oxidant in the cathode based on at least one of differences in density difference, the stop control method of the fuel cell system and having a fuel enclosing step of enclosing said fuel to said anode and said cathode.

The fuel sealing step includes a pressure difference between the pressure of the fuel in the anode and a pressure of the oxidant in the cathode, and a concentration difference between the concentration of fuel in the anode and the concentration of oxidant in the cathode. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel supply amount is obtained using a map in which at least one of the difference is associated with a fuel supply amount in which the fuel is diffused to the cathode. Stop control method.

A temperature detecting step for detecting the temperature of the fuel cell;
A cooling step of cooling the temperature of the fuel cell to a predetermined temperature before the oxidant circulation step when the temperature detection step detects that the temperature of the fuel cell is higher than the predetermined temperature. The fuel cell system stop control method according to claim 1, wherein the fuel cell system is stopped.

A minimum temperature determination step for determining whether or not the minimum outside air temperature is lower than a predetermined temperature;
4. The fuel cell system stop control according to claim 3, wherein if the minimum temperature of the outside air temperature is lower than a predetermined temperature based on the determination result of the minimum temperature determination step, the cooling step is not performed. Method.

The results determined by the lowest temperature determining step, if the minimum temperature of the outer air temperature is to be lower than the predetermined temperature, the speed of sealing the fuel to the fuel cell in the fuel encapsulation process, by the minimum temperature determination step to the judgment result, to claim 4 in which the minimum temperature of the outer air temperature, characterized in that the slow compared to the rate of encapsulating the fuel to the fuel cell in the fuel enclosing step of when it is to be a predetermined temperature or higher The fuel cell system stop control method described.

The results determined by the lowest temperature determining step, if the minimum temperature of the outer air temperature is to be lower than the predetermined temperature, the pressure of the fuel to be reduced in the fuel pressure lowering step, the results determined by the lowest temperature determination step 6. The fuel cell according to claim 4, wherein the fuel pressure is made lower than the pressure of the fuel to be lowered in the fuel pressure lowering step when the lowest temperature of the outside air temperature is assumed to be equal to or higher than a predetermined temperature. System stop control method.

A cathode pressure detecting step of detecting the pressure of the cathode;
7. The fuel supply amount to be sealed in the fuel cell in the fuel sealing step is changed based on the cathode pressure detected in the cathode pressure detecting step. The stop control method of the fuel cell system according to the item.