JP6240936B2 - Operation method of fuel cell system and fuel cell system - Google Patents

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Description

この発明は、燃料電池システムの運転方法および燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a method for operating a fuel cell system and a fuel cell system.

従来、燃料電池の運転停止後の燃料ガスの供給停止時にガス流通経路の圧力を測定し、燃料ガス圧力の低下度合いに基づいて燃料電池の電解質膜の劣化を診断する燃料電池劣化診断装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来、燃料電池の発電停止後の反応ガスの供給停止時に基準セルおよび対象セルの電圧挙動を検出し、電圧挙動の差に基づいて対象セルのクロスリーク（つまり、アノードからカソードへの電解質膜を介した反応ガスの漏れ）を検出する燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献２参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a fuel cell deterioration diagnosis device that measures the pressure of a gas flow path when fuel gas supply is stopped after a fuel cell operation is stopped, and diagnoses deterioration of the electrolyte membrane of the fuel cell based on the degree of decrease in the fuel gas pressure. (For example, refer to Patent Document 1).
Conventionally, the voltage behavior of the reference cell and the target cell is detected when the supply of the reaction gas after the power generation of the fuel cell is stopped, and the cross leak of the target cell based on the voltage behavior difference (that is, the electrolyte from the anode to the cathode) There is known a fuel cell system that detects a leakage of a reaction gas through a membrane (for example, see Patent Document 2).

特開２０１０−２８７５７８号公報JP 2010-287578 A 特開２０１０−７３４９７号公報JP 2010-73497 A

ところで、上記従来技術に係る燃料電池劣化診断装置によれば、クロスリークが少量の場合には、燃料ガス圧力の低下度合いが小さく、診断に要する時間が長くなってしまい、迅速な診断が困難であるという問題が生じる。
また、上記従来技術に係る燃料電池システムによれば、例えば、発電によって生成された水がカソード流路などのカソード系内に滞留し、水詰まり（フラッディング）が発生した場合にも、セル電圧が低下することから、クロスリークの発生有無を誤検知してしまう虞がある。 By the way, according to the fuel cell deterioration diagnosis device according to the above-described prior art, when the cross leak is small, the degree of decrease in the fuel gas pressure is small, the time required for the diagnosis becomes long, and quick diagnosis is difficult. The problem that there is.
In addition, according to the fuel cell system according to the above-described prior art, for example, even when water generated by power generation stays in a cathode system such as a cathode flow channel and water clogging (flooding) occurs, the cell voltage is reduced. As a result, the presence or absence of cross leaks may be erroneously detected.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、クロスリークの発生有無を精度良く検知することが可能な燃料電池システムの運転方法および燃料電池システムを提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a fuel cell system operating method and a fuel cell system capable of accurately detecting the presence or absence of occurrence of cross leak.

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る燃料電池システムの運転方法は、アノード（例えば、実施形態でのアノード１１Ａ）の燃料およびカソード（例えば、実施形態でのカソード１１Ｂ）の酸化剤によって発電する複数の燃料電池セルから成る燃料電池スタック（例えば、実施形態での燃料電池スタック１１）と、前記燃料を含む燃料ガスを前記アノードに供給する燃料ガス供給手段（例えば、実施形態での水素タンク２１および水素供給弁２２）と、前記燃料ガスを前記アノードに供給するために通流させる燃料ガス供給路（例えば、実施形態での燃料ガス供給路５５）と、前記アノードから排出される前記燃料ガスを通流させる燃料ガス排出路（例えば、実施形態での燃料ガス排出路５６）と、前記酸化剤を含む酸化剤ガスを前記カソードに供給する酸化剤ガス供給手段（例えば、実施形態でのエアーコンプレッサー１３）と、前記酸化剤ガスを前記カソードに供給するために通流させる酸化剤ガス供給路（例えば、実施形態での酸化剤ガス供給路５１）と、前記カソードから排出される前記酸化剤ガスを通流させる酸化剤ガス排出路（例えば、実施形態での酸化剤ガス排出路５２）と、前記酸化剤ガス排出路と前記酸化剤ガス供給路とを接続し、前記カソードから前記酸化剤ガス排出路に排出された前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給路に通流させる酸化剤ガス循環路（例えば、実施形態での酸化剤ガス循環路５４）と、前記酸化剤ガス循環路に配置された酸化剤ガス循環ポンプ（例えば、実施形態での酸化剤ガス循環ポンプ１９）と、前記酸化剤ガス循環路よりも前記酸化剤ガスの通流方向の下流側において、前記酸化剤ガス排出路に設けられた封止出口弁（例えば、実施形態での封止出口弁１６）と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、前記燃料電池システムの停止を指示する停止信号を受信する信号受信工程と、前記信号受信工程によって前記停止信号が受信された場合に、前記酸化剤ガス循環ポンプを駆動し、前記燃料電池スタックを所定条件で発電させる酸化剤ガス循環ディスチャージ工程と、前記酸化剤ガス循環ディスチャージ工程の実行中に、前記燃料電池セルのセル電圧を検出するセル電圧検出工程と、前記セル電圧検出工程によって検出された前記セル電圧に基づいて、前記アノードと前記カソードとの間に設けられた電解質膜（例えば、実施形態での固体高分子電解質膜１１Ｃ）を介した前記アノードから前記カソードへの前記燃料ガスの漏れを示すクロスリークの発生有無を判定するクロスリーク判定工程と、を含み、前記酸化剤ガス循環ディスチャージ工程では、前記封止出口弁の遮断状態で前記酸化剤ガス循環ポンプを駆動し、前記クロスリーク判定工程は、所定時間における前記セル電圧検出工程によって検出された前記セル電圧の低下幅がクロスリーク判定閾値以上である場合に、前記クロスリークが発生したと判定し、前記酸化剤ガス循環ポンプの回転数を把握する酸化剤ガス循環ポンプ回転数把握工程、を含み、前記クロスリーク判定工程は、前記酸化剤ガス循環ポンプ回転数把握工程によって前記酸化剤ガス循環ポンプの回転数を把握し、該回転数が小さいほど前記クロスリーク判定閾値を小さく設定する。 In order to solve the above problems and achieve the object, the present invention employs the following aspects.
(1) A method of operating a fuel cell system according to one aspect of the present invention includes a plurality of methods for generating electricity using fuel of an anode (for example, the anode 11A in the embodiment) and an oxidant of the cathode (for example, the cathode 11B in the embodiment). And a fuel gas supply means for supplying a fuel gas containing the fuel to the anode (for example, the hydrogen tank 21 and the fuel tank 21 in the embodiment) A hydrogen supply valve 22), a fuel gas supply passage (for example, a fuel gas supply passage 55 in the embodiment) through which the fuel gas is supplied to the anode, and the fuel gas discharged from the anode. A fuel gas discharge passage (for example, the fuel gas discharge passage 56 in the embodiment) to be passed and an oxidant gas containing the oxidant are supplied to the cathode. Oxidant gas supply means (for example, the air compressor 13 in the embodiment) and an oxidant gas supply path for supplying the oxidant gas to the cathode (for example, the oxidant gas supply in the embodiment) Channel 51), an oxidant gas discharge channel (for example, an oxidant gas discharge channel 52 in the embodiment) for passing the oxidant gas discharged from the cathode, the oxidant gas discharge channel, and the oxidant. An oxidant gas circulation path (for example, an oxidant in the embodiment) that connects the gas supply path and allows the oxidant gas discharged from the cathode to the oxidant gas discharge path to flow through the oxidant gas supply path. A gas circulation path 54), an oxidant gas circulation pump disposed in the oxidant gas circulation path (for example, the oxidant gas circulation pump 19 in the embodiment), and the oxidant gas more than the oxidant gas circulation path. A method for operating a fuel cell system, comprising: a sealing outlet valve (for example, a sealing outlet valve 16 in the embodiment) provided in the oxidant gas discharge path on the downstream side in the flow direction, A signal receiving step for receiving a stop signal instructing to stop the fuel cell system; and when the stop signal is received by the signal receiving step, the oxidant gas circulation pump is driven to set the fuel cell stack to a predetermined condition. An oxidant gas circulation discharge step for generating power at a cell, a cell voltage detection step for detecting a cell voltage of the fuel battery cell during execution of the oxidant gas circulation discharge step, and the cell detected by the cell voltage detection step Based on the voltage, via an electrolyte membrane (for example, the solid polymer electrolyte membrane 11C in the embodiment) provided between the anode and the cathode A cross-leak determination step of determining whether or not cross-leakage is generated, which indicates leakage of the fuel gas from the anode to the cathode, and in the oxidant gas circulation discharge step, the sealing outlet valve is in a shut-off state. The oxidant gas circulation pump is driven, and the cross leak determination process generates the cross leak when a decrease width of the cell voltage detected by the cell voltage detection process in a predetermined time is equal to or larger than a cross leak determination threshold value. An oxidant gas circulation pump rotational speed grasping step for grasping the rotational speed of the oxidant gas circulation pump, and the cross-leak determining step includes the oxidation gas circulating pump rotational speed grasping step. The rotational speed of the agent gas circulation pump is grasped, and the cross leak determination threshold value is set smaller as the rotational speed is smaller.

（２）上記（１）に記載の燃料電池システムの運転方法では、前記燃料電池システムは、
前記燃料ガス排出路と前記燃料ガス供給路とを接続し、前記アノードから前記燃料ガス排出路に排出された前記燃料ガスを前記燃料ガス供給路に通流させる燃料ガス循環路（例えば、実施形態での燃料ガス循環路５７）と、前記燃料ガス循環路に配置された燃料ガス循環ポンプ（例えば、実施形態での水素ポンプ２８）と、を備え、前記信号受信工程によって前記停止信号が受信された場合に、前記燃料ガス循環ポンプを駆動する燃料ガス循環ポンプ駆動工程、を含んでもよい。 (2) In the operation method of the fuel cell system according to (1), the fuel cell system includes:
A fuel gas circulation path (for example, an embodiment) that connects the fuel gas discharge path and the fuel gas supply path and allows the fuel gas discharged from the anode to the fuel gas discharge path to flow to the fuel gas supply path And a fuel gas circulation pump (for example, hydrogen pump 28 in the embodiment) disposed in the fuel gas circulation path, and the stop signal is received by the signal receiving step. A fuel gas circulation pump driving step for driving the fuel gas circulation pump.

（３）上記（１）または（２）に記載の燃料電池システムの運転方法では、前記クロスリーク判定工程は、前記アノードの圧力を前記カソードの圧力よりも高くしてもよい。 (3) In the operation method of the fuel cell system according to (1) or (2), the cross leak determination step may make the pressure of the anode higher than the pressure of the cathode.

（４）上記（１）〜（３）の何れか１つに記載の燃料電池システムの運転方法では、前記酸化剤ガス循環ディスチャージ工程は、電圧制御によってディスチャージ電流を設定してもよい。 (4) In the operating method of the fuel cell system according to any one of (1) to (3), the oxidant gas circulation discharge step may set a discharge current by voltage control.

（５）上記（１）〜（４）の何れか１つに記載の燃料電池システムの運転方法は、前記クロスリーク判定工程によって同一の前記燃料電池セルにおいて前記クロスリークの発生が所定回数以上検知された場合に、警告を出力する警告出力工程、を含んでもよい。 (5) In the operation method of the fuel cell system according to any one of (1) to (4), the occurrence of the cross leak is detected a predetermined number of times or more in the same fuel cell by the cross leak determination step. In such a case, a warning output step of outputting a warning may be included.

（６）本発明の一態様に係る燃料電池システムの運転方法は、アノード（例えば、実施形態でのアノード１１Ａ）の燃料およびカソード（例えば、実施形態でのカソード１１Ｂ）の酸化剤によって発電する複数の燃料電池セルから成る燃料電池スタック（例えば、実施形態での燃料電池スタック１１）と、前記燃料を含む燃料ガスを前記アノードに供給する燃料ガス供給手段（例えば、実施形態での水素タンク２１および水素供給弁２２）と、前記燃料ガスを前記アノードに供給するために通流させる燃料ガス供給路（例えば、実施形態での燃料ガス供給路５５）と、前記アノードから排出される前記燃料ガスを通流させる燃料ガス排出路（例えば、実施形態での燃料ガス排出路５６）と、前記酸化剤を含む酸化剤ガスを前記カソードに供給する酸化剤ガス供給手段（例えば、実施形態でのエアーコンプレッサー１３）と、前記酸化剤ガスを前記カソードに供給するために通流させる酸化剤ガス供給路（例えば、実施形態での酸化剤ガス供給路５１）と、前記カソードから排出される前記酸化剤ガスを通流させる酸化剤ガス排出路（例えば、実施形態での酸化剤ガス排出路５２）と、前記酸化剤ガス排出路と前記酸化剤ガス供給路とを接続し、前記カソードから前記酸化剤ガス排出路に排出された前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給路に通流させる酸化剤ガス循環路（例えば、実施形態での酸化剤ガス循環路５４）と、前記酸化剤ガス循環路に配置された酸化剤ガス循環ポンプ（例えば、実施形態での酸化剤ガス循環ポンプ１９）と、前記酸化剤ガス循環路よりも前記酸化剤ガスの通流方向の下流側において、前記酸化剤ガス排出路に設けられた封止出口弁（例えば、実施形態での封止出口弁１６）と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、前記燃料電池システムの停止を指示する停止信号を受信する信号受信工程と、前記信号受信工程によって前記停止信号が受信された場合に、前記酸化剤ガス循環ポンプを駆動し、前記燃料電池スタックを所定条件で発電させる酸化剤ガス循環ディスチャージ工程と、前記酸化剤ガス循環ディスチャージ工程の実行中に、前記燃料電池システムの前記アノードの圧力を前記カソードの圧力よりも高く設定する圧力調整工程と、前記酸化剤ガス循環ディスチャージ工程の実行中に、前記圧力調整工程の後、前記燃料電池のセル電圧を検出するセル電圧検出工程と、前記セル電圧検出工程によって検出された前記セル電圧に基づいて、前記アノードと前記カソードとの間に設けられた電解質膜（例えば、実施形態での固体高分子電解質膜１１Ｃ）を介した前記アノードから前記カソードへの前記燃料ガスの漏れを示すクロスリークの発生有無を判定するクロスリーク判定工程と、を含み、前記酸化剤ガス循環ディスチャージ工程では、前記封止出口弁の遮断状態で前記酸化剤ガス循環ポンプを駆動し、前記クロスリーク判定工程は、所定時間における前記セル電圧検出工程によって検出された前記セル電圧の低下幅がクロスリーク判定閾値以上である場合に、前記クロスリークが発生したと判定し、前記酸化剤ガス循環ポンプの回転数を把握する酸化剤ガス循環ポンプ回転数把握工程、を含み、前記クロスリーク判定工程は、前記酸化剤ガス循環ポンプ回転数把握工程によって前記酸化剤ガス循環ポンプの回転数を把握し、該回転数が小さいほど前記クロスリーク判定閾値を小さく設定する。 ( 6 ) A method of operating a fuel cell system according to one aspect of the present invention includes a plurality of methods for generating electricity using fuel of an anode (for example, the anode 11A in the embodiment) and an oxidant of the cathode (for example, the cathode 11B in the embodiment). And a fuel gas supply means for supplying a fuel gas containing the fuel to the anode (for example, the hydrogen tank 21 and the fuel tank 21 in the embodiment) A hydrogen supply valve 22), a fuel gas supply passage (for example, a fuel gas supply passage 55 in the embodiment) through which the fuel gas is supplied to the anode, and the fuel gas discharged from the anode. A fuel gas discharge passage (for example, the fuel gas discharge passage 56 in the embodiment) to be passed and an oxidant gas containing the oxidant are supplied to the cathode. An oxidant gas supply means (for example, the air compressor 13 in the embodiment) and an oxidant gas supply path (for example, an oxidant gas supply in the embodiment) through which the oxidant gas is supplied to the cathode. Channel 51), an oxidant gas discharge channel (for example, an oxidant gas discharge channel 52 in the embodiment) for passing the oxidant gas discharged from the cathode, the oxidant gas discharge channel, and the oxidant. An oxidant gas circulation path (for example, an oxidant in the embodiment) that connects the gas supply path and allows the oxidant gas discharged from the cathode to the oxidant gas discharge path to flow through the oxidant gas supply path. A gas circulation path 54), an oxidant gas circulation pump disposed in the oxidant gas circulation path (for example, the oxidant gas circulation pump 19 in the embodiment), and the oxidant gas more than the oxidant gas circulation path. A sealing outlet valve (for example, the sealing outlet valve 16 in the embodiment) provided in the oxidant gas discharge path on the downstream side in the flow direction of the fuel cell system, A signal receiving step for receiving a stop signal instructing to stop the fuel cell system; and when the stop signal is received by the signal receiving step, the oxidant gas circulation pump is driven to An oxidant gas circulation discharge step for generating electricity under conditions, a pressure adjustment step for setting the pressure of the anode of the fuel cell system higher than the pressure of the cathode during the execution of the oxidant gas circulation discharge step, and the oxidation agent during the gas circulating discharge process, after the pressure adjusting step, the cell voltage detection step of detecting a cell voltage of the fuel cell, the cell Based on the cell voltage detected by the pressure detection step, the cathode passes from the anode through the electrolyte membrane (for example, the solid polymer electrolyte membrane 11C in the embodiment) provided between the anode and the cathode. A cross-leak determination step for determining whether or not a cross-leak is generated, which indicates leakage of the fuel gas to the oxidant gas, and in the oxidant gas circulation discharge step, the oxidant gas circulation pump with the sealing outlet valve shut off The cross leak determination step determines that the cross leak has occurred when a decrease width of the cell voltage detected by the cell voltage detection step in a predetermined time is equal to or greater than a cross leak determination threshold, An oxidant gas circulation pump rotation number grasping step for grasping the rotation number of the oxidant gas circulation pump; Step is to determine the rotational speed of the oxidizing agent gas circulation pump by the oxidant gas circulation pump speed grasping step is set smaller the cross leak determination threshold value as the rotational speed is small.

（７）本発明の一態様に係る燃料電池システムは、アノード（例えば、実施形態でのアノード１１Ａ）の燃料およびカソード（例えば、実施形態でのカソード１１Ｂ）の酸化剤によって発電する複数の燃料電池セルから成る燃料電池スタック（例えば、実施形態での燃料電池スタック１１）と、前記燃料を含む燃料ガスを前記アノードに供給する燃料ガス供給手段（例えば、実施形態での水素タンク２１および水素供給弁２２）と、前記燃料ガスを前記アノードに供給するために通流させる燃料ガス供給路（例えば、実施形態での燃料ガス供給路５５）と、前記アノードから排出される前記燃料ガスを通流させる燃料ガス排出路（例えば、実施形態での燃料ガス排出路５６）と、前記酸化剤を含む酸化剤ガスを前記カソードに供給する酸化剤ガス供給手段（例えば、実施形態でのエアーコンプレッサー１３）と、前記酸化剤ガスを前記カソードに供給するために通流させる酸化剤ガス供給路（例えば、実施形態での酸化剤ガス供給路５１）と、前記カソードから排出される前記酸化剤ガスを通流させる酸化剤ガス排出路（例えば、実施形態での酸化剤ガス排出路５２）と、前記酸化剤ガス排出路と前記酸化剤ガス供給路とを接続し、前記カソードから前記酸化剤ガス排出路に排出された前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給路に通流させる酸化剤ガス循環路（例えば、実施形態での酸化剤ガス循環路５４）と、前記酸化剤ガス循環路に配置された酸化剤ガス循環ポンプ（例えば、実施形態での酸化剤ガス循環ポンプ１９）と、前記酸化剤ガス循環路よりも前記酸化剤ガスの通流方向の下流側において、前記酸化剤ガス排出路に設けられた封止出口弁（例えば、実施形態での封止出口弁１６）と、を備える燃料電池システムの運転制御装置であって、前記燃料電池システムの停止を指示する停止信号を受信する信号受信手段（例えば、実施形態での制御装置４１）と、前記信号受信手段によって前記停止信号が受信された場合に、前記酸化剤ガス循環ポンプを駆動し、前記燃料電池スタックを所定条件で発電させる酸化剤ガス循環ディスチャージ手段（例えば、実施形態での制御装置４１が兼ねる）と、前記酸化剤ガス循環ディスチャージ手段によって前記燃料電池スタックが所定条件で発電実行中に、前記燃料電池セルのセル電圧を検出するセル電圧検出手段（例えば、実施形態での電圧センサ３８）と、前記セル電圧検出手段によって検出された前記セル電圧に基づいて、前記アノードと前記カソードとの間に設けられた電解質膜（例えば、実施形態での固体高分子電解質膜１１Ｃ）を介した前記アノードから前記カソードへの前記燃料ガスの透過を示すクロスリークの発生有無を判定するクロスリーク判定手段（例えば、実施形態での制御装置４１が兼ねる）と、を備え、前記酸化剤ガス循環ディスチャージ手段は、前記封止出口弁の遮断状態で前記酸化剤ガス循環ポンプを駆動し、前記クロスリーク判定手段は、所定時間における前記セル電圧検出手段によって検出された前記セル電圧の低下幅がクロスリーク判定閾値以上である場合に、前記クロスリークが発生したと判定し、前記酸化剤ガス循環ポンプの回転数を把握する酸化剤ガス循環ポンプ回転数把握手段、を含み、前記クロスリーク判定手段は、前記酸化剤ガス循環ポンプ回転数把握手段によって前記酸化剤ガス循環ポンプの回転数を把握し、該回転数が小さいほど前記クロスリーク判定閾値を小さく設定する。 ( 7 ) A fuel cell system according to one aspect of the present invention includes a plurality of fuel cells that generate power using fuel of an anode (for example, the anode 11A in the embodiment) and an oxidant of the cathode (for example, the cathode 11B in the embodiment). Fuel cell stack comprising cells (for example, fuel cell stack 11 in the embodiment) and fuel gas supply means for supplying fuel gas containing the fuel to the anode (for example, hydrogen tank 21 and hydrogen supply valve in the embodiment) 22), a fuel gas supply path for supplying the fuel gas to the anode (for example, a fuel gas supply path 55 in the embodiment), and the fuel gas discharged from the anode A fuel gas discharge path (for example, the fuel gas discharge path 56 in the embodiment) and an oxidation for supplying an oxidant gas containing the oxidant to the cathode Gas supply means (for example, the air compressor 13 in the embodiment) and an oxidant gas supply path for supplying the oxidant gas to the cathode (for example, the oxidant gas supply path 51 in the embodiment) An oxidant gas discharge path (for example, the oxidant gas discharge path 52 in the embodiment) for allowing the oxidant gas discharged from the cathode to flow therethrough, the oxidant gas discharge path, and the oxidant gas supply path. And an oxidant gas circulation path (for example, an oxidant gas circulation path in the embodiment) that allows the oxidant gas discharged from the cathode to the oxidant gas discharge path to flow through the oxidant gas supply path. 54), an oxidant gas circulation pump (for example, the oxidant gas circulation pump 19 in the embodiment) disposed in the oxidant gas circulation path, and the flow of the oxidant gas through the oxidant gas circulation path. direction A fuel cell system operation control device comprising a sealed outlet valve (for example, a sealed outlet valve 16 in the embodiment) provided in the oxidant gas discharge path on the downstream side of the fuel cell system, A signal receiving means (for example, the control device 41 in the embodiment) for receiving a stop signal instructing to stop the system, and the oxidant gas circulation pump is driven when the stop signal is received by the signal receiving means. Then, an oxidant gas circulation discharge means (for example, also serving as the control device 41 in the embodiment) that generates power in the fuel cell stack under a predetermined condition, and the fuel cell stack generates power in a predetermined condition by the oxidant gas circulation discharge means. During execution, cell voltage detection means (for example, voltage sensor 38 in the embodiment) for detecting a cell voltage of the fuel cell, and the cell voltage detection. Based on the cell voltage detected by the means, from the anode to the cathode via the electrolyte membrane (for example, the solid polymer electrolyte membrane 11C in the embodiment) provided between the anode and the cathode. Cross leak determining means for determining whether or not cross leak that indicates permeation of the fuel gas occurs (for example, the control device 41 in the embodiment also serves), and the oxidizing gas circulation discharge means includes the sealing outlet The oxidant gas circulation pump is driven in a valve shut-off state, and the cross-leak determination means is when the cell voltage decrease width detected by the cell voltage detection means in a predetermined time is equal to or greater than a cross-leak determination threshold. , Determining that the cross leak has occurred, and determining the rotational speed of the oxidant gas circulation pump Gripping means, and the cross leak judging means grasps the rotational speed of the oxidant gas circulation pump by the oxidant gas circulation pump rotational speed grasping means, and the cross leak judgment threshold value decreases as the rotational speed decreases. Set.

上記（１）に記載の態様に係る燃料電池システムの運転方法によれば、燃料電池システムの停止時において、酸化剤ガス循環ポンプの駆動によってカソード系内での水の滞留および水詰まり（フラッディング）の発生を解消することができる。これによって、セル電圧に基づくクロスリークの発生有無を判定する際の誤判定を防止し、判定精度を向上させることができる。さらに、燃料電池を所定条件で発電（電気負荷へディスチャージ）させることによってカソードの酸化剤ガスを消費しているので、セル電圧の低下を促進することができ、クロスリークの発生有無を迅速に判定することができる。
また、例えばセル電圧と所定判定閾値とを比較する場合などに比べて、セル電圧の低下幅によってクロスリークの発生有無を判定するので、複数の燃料電池セルにばらつきがある場合であっても、クロスリークの発生有無を精度良く判定することができる。
また、酸化剤ガス循環ポンプの回転数が小さく、酸化剤ガスの流量が小さい場合には、カソード系内での水の滞留および水詰まり（フラッディング）が生じ易いので、クロスリークが発生していないセルのセル電圧が低下する場合がある。これによって、酸化剤ガス循環ポンプの回転数が小さいほどクロスリーク判定閾値を小さく設定することによって、誤判定を抑制することができる。 According to the operation method of the fuel cell system according to the aspect described in the above (1), when the fuel cell system is stopped, the oxidant gas circulation pump is driven to stagnate and clog water (flooding) in the cathode system. Can be eliminated. As a result, it is possible to prevent erroneous determination when determining the presence or absence of occurrence of cross leak based on the cell voltage, and to improve the determination accuracy. In addition, since the oxidant gas on the cathode is consumed by generating electricity (discharged to an electrical load) on the fuel cell under specified conditions, the cell voltage can be reduced, and the presence or absence of cross leaks can be determined quickly. can do.
In addition, since the presence or absence of cross leak is determined based on the decrease width of the cell voltage as compared with, for example, a comparison between the cell voltage and a predetermined determination threshold value, even when there are variations in a plurality of fuel cells, It is possible to accurately determine whether or not a cross leak has occurred.
Further, when the rotational speed of the oxidant gas circulation pump is small and the flow rate of the oxidant gas is small, water stays in the cathode system and water clogging (flooding) is likely to occur, so that no cross leak occurs. The cell voltage of the cell may decrease. Accordingly, it is possible to suppress erroneous determination by setting the cross leak determination threshold value smaller as the rotational speed of the oxidant gas circulation pump is smaller.

さらに、上記（２）の場合、燃料ガス循環ポンプの駆動によってアノードの面内の燃料ガス濃度を均一化することができ、セル電圧の挙動が複数の燃料電池セル毎にばらつくことを抑制することができ、判定精度向上させることができる。さらに、アノードでのストイキ（アノードに供給される燃料ガスの理論消費量に対する供給量の比率）が不足することを防止することができ、ストイキ不足に起因する電解質膜の劣化を防止することができる。   Furthermore, in the case of the above (2), the fuel gas concentration in the surface of the anode can be made uniform by driving the fuel gas circulation pump, and the behavior of the cell voltage is suppressed from varying among a plurality of fuel cells. And the determination accuracy can be improved. Furthermore, it is possible to prevent the stoichiometry at the anode (ratio of the supply amount to the theoretical consumption of fuel gas supplied to the anode) from being insufficient, and it is possible to prevent deterioration of the electrolyte membrane due to the lack of stoichiometry. .

さらに、上記（３）の場合、クロスリークが発生している燃料電池セルにおいて電解質膜を介したアノードからカソードへの燃料ガスの漏れを増大させることができ、セル電圧の低下を促進させることによってクロスリークの発生有無を迅速に判定することができる。   Furthermore, in the case of the above (3), the fuel gas leakage from the anode to the cathode through the electrolyte membrane can be increased in the fuel cell in which the cross leak has occurred, and the decrease in the cell voltage is promoted. It is possible to quickly determine whether or not a cross leak has occurred.

さらに、上記（４）の場合、セル電圧によるクロスリークの発生有無の判定を精度良く行なうことができる。例えば、電流制御によれば、正常な燃料電池セルであっても所望のセル電圧を確保することが困難であり、クロスリークの発生有無を精度良く判定することが困難である。   Furthermore, in the case of (4) above, it is possible to accurately determine whether or not cross leakage has occurred due to the cell voltage. For example, according to current control, it is difficult to ensure a desired cell voltage even for a normal fuel cell, and it is difficult to accurately determine whether or not a cross leak has occurred.

さらに、上記（５）の場合、クロスリークの発生有無の判定の信頼性を向上させることができる。   Furthermore, in the case of the above (5), it is possible to improve the reliability of the determination as to whether or not cross leak has occurred.

上記（６）に記載の態様に係る燃料電池システムの運転方法によれば、燃料電池システムの停止時において、酸化剤ガス循環ポンプの駆動によってカソード系内での水の滞留および水詰まり（フラッディング）の発生を解消することができる。さらに、燃料電池を所定条件で発電（電気負荷へディスチャージ）させることによってカソードの酸化剤ガスを消費しているので、セル電圧の低下を促進することができる。さらに、アノードの圧力をカソードの圧力よりも高く設定した状態でセル電圧を検出するので、各セルの挙動が明確な状態でセル電圧を検出することができ、セル電圧を精度良く検出することができる。
また、例えばセル電圧と所定判定閾値とを比較する場合などに比べて、セル電圧の低下幅によってクロスリークの発生有無を判定するので、複数の燃料電池セルにばらつきがある場合であっても、クロスリークの発生有無を精度良く判定することができる。
また、酸化剤ガス循環ポンプの回転数が小さく、酸化剤ガスの流量が小さい場合には、カソード系内での水の滞留および水詰まり（フラッディング）が生じ易いので、クロスリークが発生していないセルのセル電圧が低下する場合がある。これによって、酸化剤ガス循環ポンプの回転数が小さいほどクロスリーク判定閾値を小さく設定することによって、誤判定を抑制することができる。 According to the operation method of the fuel cell system according to the aspect described in ( 6 ) above, when the fuel cell system is stopped, the oxidant gas circulation pump is driven to stagnate and clog water (flooding) in the cathode system. Can be eliminated. Further, since the oxidant gas of the cathode is consumed by generating the fuel cell under a predetermined condition (discharging to the electric load), it is possible to promote a decrease in the cell voltage. Furthermore, since the cell voltage is detected with the anode pressure set higher than the cathode pressure, the cell voltage can be detected with a clear behavior of each cell, and the cell voltage can be detected accurately. it can.
In addition, since the presence or absence of cross leak is determined based on the decrease width of the cell voltage as compared with, for example, a comparison between the cell voltage and a predetermined determination threshold value, even when there are variations in a plurality of fuel cells, It is possible to accurately determine whether or not a cross leak has occurred.
Further, when the rotational speed of the oxidant gas circulation pump is small and the flow rate of the oxidant gas is small, water stays in the cathode system and water clogging (flooding) is likely to occur, so that no cross leak occurs. The cell voltage of the cell may decrease. Accordingly, it is possible to suppress erroneous determination by setting the cross leak determination threshold value smaller as the rotational speed of the oxidant gas circulation pump is smaller.

上記（７）に記載の態様に係る燃料電池システムによれば、燃料電池システムの停止時あるいは一時的な停止時などにおいて、酸化剤ガス循環ポンプの駆動によってカソード系内での水の滞留および水詰まり（フラッディング）の発生を解消した状態で、セル電圧に基づくクロスリークの発生有無を判定するので、判定精度を向上させることができる。さらに、燃料電池を所定条件で発電（電気負荷へディスチャージ）させることによってカソードの酸化剤ガスを消費しているので、セル電圧の低下を促進することができ、クロスリークの発生有無を迅速に判定することができる。
また、例えばセル電圧と所定判定閾値とを比較する場合などに比べて、セル電圧の低下幅によってクロスリークの発生有無を判定するので、複数の燃料電池セルにばらつきがある場合であっても、クロスリークの発生有無を精度良く判定することができる。
また、酸化剤ガス循環ポンプの回転数が小さく、酸化剤ガスの流量が小さい場合には、カソード系内での水の滞留および水詰まり（フラッディング）が生じ易いので、クロスリークが発生していないセルのセル電圧が低下する場合がある。これによって、酸化剤ガス循環ポンプの回転数が小さいほどクロスリーク判定閾値を小さく設定することによって、誤判定を抑制することができる。 According to the fuel cell system according to the aspect described in ( 7 ) above, when the fuel cell system is stopped or temporarily stopped, the retention of water in the cathode system and the water by driving the oxidant gas circulation pump Since the presence / absence of occurrence of cross leak based on the cell voltage is determined in a state where occurrence of clogging (flooding) is eliminated, determination accuracy can be improved. In addition, since the oxidant gas on the cathode is consumed by generating electricity (discharged to an electrical load) on the fuel cell under specified conditions, the cell voltage can be reduced, and the presence or absence of cross leaks can be determined quickly. can do.
In addition, since the presence or absence of cross leak is determined based on the decrease width of the cell voltage as compared with, for example, a comparison between the cell voltage and a predetermined determination threshold value, even when there are variations in a plurality of fuel cells, It is possible to accurately determine whether or not a cross leak has occurred.
Further, when the rotational speed of the oxidant gas circulation pump is small and the flow rate of the oxidant gas is small, water stays in the cathode system and water clogging (flooding) is likely to occur, so that no cross leak occurs. The cell voltage of the cell may decrease. Accordingly, it is possible to suppress erroneous determination by setting the cross leak determination threshold value smaller as the rotational speed of the oxidant gas circulation pump is smaller.

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る燃料電池システムの通常時およびクロスリーク発生時における平均セル電圧および最低セル電圧の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the average cell voltage and the minimum cell voltage at the time of the normal time of the fuel cell system which concerns on embodiment of this invention, and a cross leak occurrence. 本発明の実施形態に係る燃料電池システムの動作（つまり、燃料電池システムの運転方法）を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows operation (namely, operation method of a fuel cell system) of a fuel cell system concerning an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る燃料電池システムの酸化剤ガス循環ポンプの駆動デューティに応じたクロスリーク判定閾値の変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the change of the cross leak determination threshold value according to the drive duty of the oxidant gas circulation pump of the fuel cell system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る燃料電池システムの酸化剤ガス循環ポンプの駆動デューティに応じたセル電圧の低下幅に対する閾値（電圧低下幅）の変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the change of the threshold value (voltage fall width) with respect to the fall width of the cell voltage according to the drive duty of the oxidant gas circulation pump of the fuel cell system which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの運転方法について添付図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a method for operating a fuel cell system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

本実施形態に係る燃料電池システム１０は、例えば、走行駆動用のモータＭおよびモータＭを制御するパワードライブユニットＰＤＵを備える車両１に電源として搭載されている。
なお、車両１は、例えばイグニッションスイッチなどのように、運転者による入力操作に応じて車両１の起動を指示する起動信号または停止を指示する停止信号を出力するスイッチ２を備えている。
また、車両１は、例えば、視覚的伝達装置と聴覚的伝達装置となどから成る報知装置３を備えている。報知装置３の視覚的伝達装置は、例えば車両１のインストゥルメントパネルに配置されたＭＩＤ（マルチインフォメーションディスプレイ）やメータパネル、車両１と通信可能な情報端末の表示器、適宜の箇所に配置された灯体などにおいて、適宜の情報を表示、または適宜の報知灯を点滅あるいは点灯させる。報知装置３の聴覚的伝達装置は、例えばスピーカなどにおいて、適宜の報知音や音声などを出力する。 The fuel cell system 10 according to the present embodiment is mounted as a power source in a vehicle 1 including, for example, a driving drive motor M and a power drive unit PDU that controls the motor M.
The vehicle 1 includes a switch 2 that outputs a start signal for instructing the start of the vehicle 1 or a stop signal for instructing a stop in accordance with an input operation by the driver, such as an ignition switch.
Moreover, the vehicle 1 is provided with the alerting | reporting apparatus 3 which consists of a visual transmission apparatus, an auditory transmission apparatus, etc., for example. The visual transmission device of the notification device 3 is arranged at an appropriate location, for example, an MID (multi-information display) or meter panel arranged on the instrument panel of the vehicle 1, an indicator of an information terminal that can communicate with the vehicle 1. The appropriate information is displayed on the lamp body or the like, or the appropriate notification lamp is blinked or turned on. The auditory transmission device of the notification device 3 outputs an appropriate notification sound, voice, or the like, for example, on a speaker.

燃料電池システム１０は、図１に示すように、燃料電池スタック１１と、インテイク１２と、エアーコンプレッサー１３と、封止入口弁１５と、封止出口弁１６と、圧力制御弁１７と、バイパス弁１８と、酸化剤ガス循環ポンプ１９と、逆止弁２０と、水素タンク２１と、水素供給弁２２と、遮断弁２３と、インジェクタ２４と、エゼクタ２５と、気液分離器２７と、水素ポンプ２８と、逆止弁２９と、パージ弁３０と、ドレイン弁３１と、希釈器３２と、エアフローセンサー３３と、温度センサ３４と、圧力センサ３５と、水素温度センサ３６と、水素圧力センサ３７と、電圧センサ３８と、コンタクタ３９と、電圧調整器（ＦＣＶＣＵ）４０と、制御装置４１と、を備えている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system 10 includes a fuel cell stack 11, an intake 12, an air compressor 13, a sealed inlet valve 15, a sealed outlet valve 16, a pressure control valve 17, and a bypass valve. 18, an oxidant gas circulation pump 19, a check valve 20, a hydrogen tank 21, a hydrogen supply valve 22, a shutoff valve 23, an injector 24, an ejector 25, a gas-liquid separator 27, and a hydrogen pump. 28, a check valve 29, a purge valve 30, a drain valve 31, a diluter 32, an air flow sensor 33, a temperature sensor 34, a pressure sensor 35, a hydrogen temperature sensor 36, and a hydrogen pressure sensor 37. , A voltage sensor 38, a contactor 39, a voltage regulator (FCVCU) 40, and a control device 41.

燃料電池スタック１１は、複数の燃料電池セルが積層された積層体（図示略）と、この積層体を積層方向の両側から挟み込む一対のエンドプレート（図示略）と、を備えている。
燃料電池セルは、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）と、この膜電極接合体を接合方向の両側から挟み込む一対のセパレータと、を備えている。
膜電極接合体は、アノード触媒およびガス拡散層からなる燃料極（アノード）１１Ａと、カソード触媒およびガス拡散層からなる酸素極（カソード）１１Ｂと、アノード１１Ａおよびカソード１１Ｂによって厚さ方向の両側から挟み込まれた陽イオン交換膜などからなる固体高分子電解質膜１１Ｃと、を備えている。 The fuel cell stack 11 includes a stacked body (not shown) in which a plurality of fuel cells are stacked, and a pair of end plates (not shown) that sandwich the stacked body from both sides in the stacking direction.
The fuel cell includes a membrane electrode assembly (MEA) and a pair of separators that sandwich the membrane electrode assembly from both sides in the joining direction.
The membrane electrode assembly includes a fuel electrode (anode) 11A composed of an anode catalyst and a gas diffusion layer, an oxygen electrode (cathode) 11B composed of a cathode catalyst and a gas diffusion layer, and an anode 11A and a cathode 11B from both sides in the thickness direction. And a solid polymer electrolyte membrane 11C made of a cation exchange membrane or the like sandwiched therebetween.

燃料電池スタック１１のアノード１１Ａには、燃料として水素を含む燃料ガス（反応ガス）が水素タンク２１から供給され、カソード１１Ｂには、酸化剤として酸素を含む酸化剤ガス（反応ガス）である空気がエアーコンプレッサー１３から供給される。
アノード１１Ａに供給された水素は、アノード触媒上で触媒反応によりイオン化され、水素イオンは、適度に加湿された固体高分子電解質膜１１Ｃを介してカソード１１Ｂへと移動する。水素イオンの移動に伴って発生する電子は直流電流として外部回路（電圧調整器４０など）に取り出し可能である。
アノード１１Ａからカソード１１Ｂのカソード触媒上へと移動した水素イオンは、カソード１１Ｂに供給された酸素と、カソード触媒上の電子と反応して、水を生成する。 A fuel gas (reaction gas) containing hydrogen as a fuel is supplied from the hydrogen tank 21 to the anode 11A of the fuel cell stack 11, and air that is an oxidant gas (reaction gas) containing oxygen as an oxidant is supplied to the cathode 11B. Is supplied from the air compressor 13.
The hydrogen supplied to the anode 11A is ionized by a catalytic reaction on the anode catalyst, and the hydrogen ions move to the cathode 11B through the appropriately polymerized solid polymer electrolyte membrane 11C. Electrons generated with the movement of hydrogen ions can be taken out to an external circuit (such as the voltage regulator 40) as a direct current.
The hydrogen ions that have moved from the anode 11A onto the cathode catalyst of the cathode 11B react with oxygen supplied to the cathode 11B and electrons on the cathode catalyst to produce water.

なお、燃料電池スタック１１の複数の燃料電池セルには、例えばＤＨＥ（Dynamic Hydrogen Electrode）などの参照電極（図示略）が接続されていてもよい。
参照電極は、例えば、水素を参照電位（０Ｖ）として、参照電位に対するアノード１１Ａの電位（アノード電位）を測定して、測定結果の信号を制御装置４１に出力可能である。
参照電極は、例えば、複数の燃料電池セルの全てに設けられていてもよいし、複数の燃料電池セルのうちの所定の燃料電池セルにのみ設けられていてもよい。 A reference electrode (not shown) such as DHE (Dynamic Hydrogen Electrode) may be connected to the plurality of fuel cells of the fuel cell stack 11.
For example, the reference electrode can measure the potential (anode potential) of the anode 11A with respect to the reference potential with hydrogen as the reference potential (0 V), and can output a measurement result signal to the control device 41.
For example, the reference electrode may be provided in all of the plurality of fuel cells, or may be provided only in a predetermined fuel cell among the plurality of fuel cells.

エアーコンプレッサー１３は、制御装置４１により駆動制御されるモータなどを備え、このモータの駆動力によってインテイク１２を介して外部から空気を取り込んで圧縮し、圧縮後の空気をカソード１１Ｂに接続された酸化剤ガス供給路５１に排出する。   The air compressor 13 includes a motor that is driven and controlled by the control device 41, and the driving force of this motor takes in air from the outside via the intake 12 and compresses the compressed air. The compressed air is connected to the cathode 11B. It discharges to the agent gas supply path 51.

封止入口弁１５は、エアーコンプレッサー１３と、燃料電池スタック１１のカソード１１Ｂに空気を供給可能なカソード供給口１１ａと、を接続する酸化剤ガス供給路５１に設けられ、制御装置４１の制御によって酸化剤ガス供給路５１を開閉可能であって、カソード１１Ｂを封止可能である。
封止出口弁１６は、燃料電池スタック１１のカソード１１Ｂから空気などの排出ガス（カソードオフガス）を排出可能なカソード排出口１１ｂと、希釈器３２と、を接続する酸化剤ガス排出路５２に設けられ、制御装置４１の制御によって酸化剤ガス排出路５２を開閉可能であって、カソード１１Ｂを封止可能である。 The sealing inlet valve 15 is provided in an oxidant gas supply path 51 that connects the air compressor 13 and the cathode supply port 11a that can supply air to the cathode 11B of the fuel cell stack 11, and is controlled by the control device 41. The oxidant gas supply path 51 can be opened and closed, and the cathode 11B can be sealed.
The sealed outlet valve 16 is provided in an oxidant gas discharge path 52 that connects the cathode discharge port 11b that can discharge exhaust gas (cathode offgas) such as air from the cathode 11B of the fuel cell stack 11 and the diluter 32. The oxidant gas discharge path 52 can be opened and closed under the control of the control device 41, and the cathode 11B can be sealed.

圧力制御弁１７は、酸化剤ガス排出路５２における封止出口弁１６と希釈器３２との間に設けられ、制御装置４１の制御によって酸化剤ガス排出路５２を流通するカソードオフガスの圧力を制御する。   The pressure control valve 17 is provided between the sealing outlet valve 16 and the diluter 32 in the oxidant gas discharge path 52, and controls the pressure of the cathode off gas flowing through the oxidant gas discharge path 52 under the control of the control device 41. To do.

バイパス弁１８は、酸化剤ガス供給路５１におけるエアーコンプレッサー１３と封止入口弁１５との間と、酸化剤ガス排出路５２における圧力制御弁１７と希釈器３２との間と、を接続するバイパス路５３に設けられている。
バイパス弁１８は、エアーコンプレッサー１３から供給された空気を、酸化剤ガス供給路５１から分岐してカソード１１Ｂを迂回するバイパス路５３を介して、希釈器３２に供給可能であり、制御装置４１の制御によってバイパス路５３を開閉可能である。 The bypass valve 18 is a bypass that connects between the air compressor 13 and the sealing inlet valve 15 in the oxidant gas supply path 51 and between the pressure control valve 17 and the diluter 32 in the oxidant gas discharge path 52. It is provided in the path 53.
The bypass valve 18 can supply the air supplied from the air compressor 13 to the diluter 32 via a bypass path 53 that branches from the oxidant gas supply path 51 and bypasses the cathode 11B. The bypass path 53 can be opened and closed by control.

酸化剤ガス循環ポンプ１９は、酸化剤ガス供給路５１における封止入口弁１５とカソード供給口１１ａとの間と、酸化剤ガス排出路５２におけるカソード排出口１１ｂと封止出口弁１６との間と、を接続する酸化剤ガス循環路５４に設けられている。
酸化剤ガス循環ポンプ１９は、燃料電池スタック１１のカソード１１Ｂを通過してカソード排出口１１ｂから酸化剤ガス排出路５２に排出されたカソードオフガスの少なくとも一部を酸化剤ガス循環路５４に通流させる。そして、酸化剤ガス循環路５４を流通したカソードオフガスを、封止入口弁１５からカソード供給口１１ａに向かい酸化剤ガス供給路５１を流通する空気（カソードガス）に混合して、カソード１１Ｂに再び供給する。 The oxidant gas circulation pump 19 is provided between the sealing inlet valve 15 and the cathode supply port 11a in the oxidant gas supply path 51 and between the cathode outlet 11b and the sealing outlet valve 16 in the oxidant gas discharge path 52. Are connected to the oxidant gas circulation path 54.
The oxidant gas circulation pump 19 passes at least a part of the cathode off-gas that passes through the cathode 11B of the fuel cell stack 11 and is discharged from the cathode discharge port 11b to the oxidant gas discharge path 52 to the oxidant gas circulation path 54. Let Then, the cathode off-gas flowing through the oxidant gas circulation path 54 is mixed with the air (cathode gas) flowing through the oxidant gas supply path 51 from the sealing inlet valve 15 toward the cathode supply port 11a and again to the cathode 11B. Supply.

逆止弁２０は、酸化剤ガス排出路５２から酸化剤ガス供給路５１に向かう方向を順方向として、酸化剤ガス循環路５４に設けられている。   The check valve 20 is provided in the oxidant gas circulation path 54 with the direction from the oxidant gas discharge path 52 toward the oxidant gas supply path 51 as a forward direction.

水素タンク２１は、圧縮された水素を貯留し、水素を排出可能である。水素タンク２１は、内部に配置された電磁遮断弁（インタンク電磁弁）を備え、このインタンク電磁弁（図示略）は、水素タンク２１から外部への水素の排出を遮断可能である。
水素供給弁２２は、水素タンク２１と、燃料電池スタック１１のアノード１１Ａに水素を供給可能なアノード供給口１１ｃと、を接続する燃料ガス供給路５５に設けられている。
水素供給弁２２は、制御装置４１の制御またはエアーコンプレッサー１３から排出される空気の圧力による信号圧などに応じた圧力を有する水素を、水素タンク２１から燃料ガス供給路５５に供給する。 The hydrogen tank 21 stores compressed hydrogen and can discharge the hydrogen. The hydrogen tank 21 includes an electromagnetic shut-off valve (in-tank solenoid valve) disposed therein, and this in-tank solenoid valve (not shown) can shut off the discharge of hydrogen from the hydrogen tank 21 to the outside.
The hydrogen supply valve 22 is provided in a fuel gas supply path 55 that connects the hydrogen tank 21 and an anode supply port 11 c that can supply hydrogen to the anode 11 </ b> A of the fuel cell stack 11.
The hydrogen supply valve 22 supplies hydrogen having a pressure according to the control of the control device 41 or a signal pressure based on the pressure of the air discharged from the air compressor 13 from the hydrogen tank 21 to the fuel gas supply path 55.

遮断弁２３は、燃料ガス供給路５５において水素供給弁２２とアノード供給口１１ｃとの間に設けられ、制御装置４１の制御によって燃料ガス供給路５５を遮断可能である。   The cutoff valve 23 is provided between the hydrogen supply valve 22 and the anode supply port 11 c in the fuel gas supply path 55, and can shut off the fuel gas supply path 55 under the control of the control device 41.

インジェクタ２４は、燃料ガス供給路５５において遮断弁２３とアノード供給口１１ｃとの間に設けられ、制御装置４１の制御によって目標圧力の水素をアノード供給口１１ｃへ所定の周期で間欠的に供給する。これによって、燃料電池スタック１１のカソード１１Ｂとアノード１１Ａとの間の極間差圧を所定の圧力に保持する。   The injector 24 is provided between the shut-off valve 23 and the anode supply port 11c in the fuel gas supply path 55, and intermittently supplies hydrogen at a target pressure to the anode supply port 11c at a predetermined cycle under the control of the control device 41. . Thereby, the inter-electrode differential pressure between the cathode 11B and the anode 11A of the fuel cell stack 11 is maintained at a predetermined pressure.

エゼクタ２５は、燃料ガス供給路５５においてインジェクタ２４とアノード供給口１１ｃとの間に設けられている。
エゼクタ２５は、燃料電池スタック１１のアノード１１Ａを通過してアノード排出口１１ｄから燃料ガス排出路５６に排出された未反応の水素を含む排出ガス（アノードオフガス）の少なくとも一部を、燃料ガス排出路５６と燃料ガス供給路５５とを接続する燃料ガス循環路５７に通流させる。そして、燃料ガス循環路５７を流通したアノードオフガスを、インジェクタ２４からアノード供給口１１ｃに向かい燃料ガス供給路５５を流通する水素に混合して、アノード１１Ａに再び供給する。 The ejector 25 is provided between the injector 24 and the anode supply port 11 c in the fuel gas supply path 55.
The ejector 25 discharges at least a part of exhaust gas (anode offgas) containing unreacted hydrogen that passes through the anode 11A of the fuel cell stack 11 and is discharged from the anode discharge port 11d to the fuel gas discharge path 56. The fuel gas circulation path 57 connecting the path 56 and the fuel gas supply path 55 is passed through. Then, the anode off-gas flowing through the fuel gas circulation path 57 is mixed with hydrogen flowing from the injector 24 toward the anode supply port 11c through the fuel gas supply path 55 and supplied again to the anode 11A.

気液分離器２７は、燃料ガス排出路５６においてアノード排出口１１ｄと燃料ガス循環路５７との間に設けられている。
気液分離器２７は、燃料電池スタック１１のアノード１１Ａを通過してアノード排出口１１ｄから排出されたアノードオフガスに含まれる水分を分離する。そして、分離後のアノードオフガスを燃料ガス排出路５６に接続されたガス排出口（図示略）から排出し、分離後の水分を水分排出路５９に接続された水分排出口（図示略）から排出する。 The gas-liquid separator 27 is provided between the anode discharge port 11 d and the fuel gas circulation path 57 in the fuel gas discharge path 56.
The gas-liquid separator 27 separates moisture contained in the anode off-gas that has passed through the anode 11A of the fuel cell stack 11 and is discharged from the anode discharge port 11d. Then, the separated anode off gas is discharged from a gas discharge port (not shown) connected to the fuel gas discharge path 56, and the separated water is discharged from a moisture discharge port (not shown) connected to the moisture discharge path 59. To do.

水素ポンプ（燃料ガス循環ポンプ）２８は、燃料ガス排出路５６における気液分離器２７とパージ弁３０との間と、エゼクタ２５の副流導入口（図示略）とに接続された燃料ガス循環路５７に設けられている。
水素ポンプ２８は、燃料電池スタック１１のアノード１１Ａを通過してアノード排出口１１ｄから燃料ガス排出路５６に排出されたアノードオフガスの少なくとも一部を、燃料ガス循環路５７に通流させる。そして、燃料ガス循環路５７を流通したアノードオフガスを、インジェクタ２４からアノード供給口１１ｃに向かい燃料ガス供給路５５を流通する水素に混合して、アノード１１Ａに再び供給する。 A hydrogen pump (fuel gas circulation pump) 28 is a fuel gas circulation connected between the gas-liquid separator 27 and the purge valve 30 in the fuel gas discharge path 56 and a side flow inlet (not shown) of the ejector 25. A path 57 is provided.
The hydrogen pump 28 causes at least a part of the anode off gas that has passed through the anode 11 </ b> A of the fuel cell stack 11 and discharged from the anode discharge port 11 d to the fuel gas discharge path 56 to flow to the fuel gas circulation path 57. Then, the anode off-gas flowing through the fuel gas circulation path 57 is mixed with hydrogen flowing from the injector 24 toward the anode supply port 11c through the fuel gas supply path 55 and supplied again to the anode 11A.

逆止弁２９は、燃料ガス排出路５６から燃料ガス供給路５５に向かう方向を順方向として、燃料ガス循環路５７に設けられている。   The check valve 29 is provided in the fuel gas circulation path 57 with the direction from the fuel gas discharge path 56 toward the fuel gas supply path 55 as the forward direction.

パージ弁３０は、燃料ガス排出路５６において気液分離器２７のガス排出口と希釈器３２との間に設けられている。パージ弁３０は、制御装置４１の制御によって燃料ガス排出路５６を開閉可能であって、気液分離器２７のガス排出口から排出されたアノードオフガスを制御装置４１の制御によって希釈器３２に供給可能である。   The purge valve 30 is provided between the gas discharge port of the gas-liquid separator 27 and the diluter 32 in the fuel gas discharge path 56. The purge valve 30 can open and close the fuel gas discharge path 56 under the control of the control device 41, and supplies the anode off-gas discharged from the gas discharge port of the gas-liquid separator 27 to the diluter 32 under the control of the control device 41. Is possible.

ドレイン弁３１は、水分排出路５９において気液分離器２７の水分排出口と希釈器３２との間に設けられている。ドレイン弁３１は、制御装置４１の制御によって水分排出路５９を開閉可能であって、気液分離器２７の水分排出口から排出された水分を制御装置４１の制御によって希釈器３２に供給可能である。   The drain valve 31 is provided between the water discharge port of the gas-liquid separator 27 and the diluter 32 in the water discharge path 59. The drain valve 31 can open and close the moisture discharge path 59 under the control of the control device 41, and can supply the moisture discharged from the moisture discharge port of the gas-liquid separator 27 to the diluter 32 under the control of the control device 41. is there.

希釈器３２は、酸化剤ガス排出路５２と、燃料ガス排出路５６と、水分排出路５９と、に接続されている。
希釈器３２は、パージ弁３０から供給されたアノードオフガスの水素濃度を、バイパス弁１８から供給された空気または圧力制御弁１７から供給されたカソードオフガスによって希釈する。そして、希釈後の水素濃度が所定濃度以下に低減された排出ガスを外部（例えば、大気中など）に排出する。 The diluter 32 is connected to an oxidant gas discharge path 52, a fuel gas discharge path 56, and a moisture discharge path 59.
The diluter 32 dilutes the hydrogen concentration of the anode off gas supplied from the purge valve 30 with the air supplied from the bypass valve 18 or the cathode off gas supplied from the pressure control valve 17. Then, the exhaust gas whose hydrogen concentration after dilution is reduced to a predetermined concentration or less is discharged to the outside (for example, in the atmosphere).

エアフローセンサー３３は、インテイク１２の下流側に設けられ、インテイク１２を介して外部から取り込まれる空気の流量Ｇａを検出し、検出結果の信号を制御装置４１に出力する。
温度センサ３４は、燃料電池スタック１１のカソード１１Ｂに供給される空気の温度Ｔａを検出し、検出結果の信号を制御装置４１に出力する。
圧力センサ３５は、例えば酸化剤ガス供給路５１において封止入口弁１５よりも上流側かつ酸化剤ガス供給路５１と酸化剤ガス循環路５４との接続位置よりも下流側に設けられている。圧力センサ３５は、燃料電池スタック１１のカソード１１Ｂに供給される空気の圧力Ｐａを検出し、検出結果の信号を制御装置４１に出力する。 The air flow sensor 33 is provided on the downstream side of the intake 12, detects the flow rate Ga of air taken in from the outside via the intake 12, and outputs a detection result signal to the control device 41.
The temperature sensor 34 detects the temperature Ta of the air supplied to the cathode 11 </ b> B of the fuel cell stack 11 and outputs a detection result signal to the control device 41.
The pressure sensor 35 is provided, for example, upstream of the sealing inlet valve 15 in the oxidant gas supply path 51 and downstream of the connection position of the oxidant gas supply path 51 and the oxidant gas circulation path 54. The pressure sensor 35 detects the pressure Pa of the air supplied to the cathode 11B of the fuel cell stack 11, and outputs a detection result signal to the control device 41.

水素温度センサ３６は、燃料電池スタック１１のアノード１１Ａに供給される燃料ガスの温度Ｔｈを検出して、検出結果の信号を制御装置４１に出力する。
水素圧力センサ３７は、燃料電池スタック１１のアノード１１Ａに供給される燃料ガスの圧力Ｐｈを検出し、検出結果の信号を制御装置４１に出力する。
電圧センサ３８は、燃料電池スタック１１を構成する複数の燃料電池セルの各々の正極および負極間の電圧（セル電圧）ＶＦＣを検出して、検出結果の信号を制御装置４１に出力する。 The hydrogen temperature sensor 36 detects the temperature Th of the fuel gas supplied to the anode 11 </ b> A of the fuel cell stack 11 and outputs a detection result signal to the control device 41.
The hydrogen pressure sensor 37 detects the pressure Ph of the fuel gas supplied to the anode 11 A of the fuel cell stack 11 and outputs a detection result signal to the control device 41.
The voltage sensor 38 detects the voltage (cell voltage) VFC between the positive and negative electrodes of each of the plurality of fuel cells constituting the fuel cell stack 11 and outputs a detection result signal to the control device 41.

コンタクタ３９は、燃料電池スタック１１の正極および負極に接続され、制御装置４１の制御によって、燃料電池スタック１１と電気負荷（例えば、パワードライブユニットＰＤＵなど）との接続と遮断とを切り替える。
電圧調整器（ＦＣＶＣＵ）４０は、コンタクタ３９を介した燃料電池スタック１１の正極および負極と、電気負荷との間に配置され、制御装置４１の制御によって、燃料電池スタック１１から出力される電圧および電流を調整する。 The contactor 39 is connected to the positive electrode and the negative electrode of the fuel cell stack 11, and switches between connection and disconnection between the fuel cell stack 11 and an electric load (for example, a power drive unit PDU) under the control of the control device 41.
The voltage regulator (FCVCU) 40 is disposed between the positive and negative electrodes of the fuel cell stack 11 via the contactor 39 and the electric load, and the voltage output from the fuel cell stack 11 is controlled by the control device 41. Adjust the current.

制御装置４１は、スイッチ２から出力される信号と、各センサ３３〜３８から出力される検出結果の信号に基づいて、燃料電池システム１０の動作を制御する。   The control device 41 controls the operation of the fuel cell system 10 based on signals output from the switch 2 and detection result signals output from the sensors 33 to 38.

なお、燃料電池システム１０は、例えば、車両１に搭載された走行駆動用のモータＭおよび蓄電装置（図示略）などの電気機器に加えて、制御装置４１の制御によって燃料電池スタック１１に対する接続および遮断が切り替え可能かつ負荷電流が変更可能とされた電気負荷（例えば、ディスチャージ抵抗や電子負荷など）を備えていてもよい。この場合、制御装置４１は、燃料電池スタック１１の発電時の放電（ディスチャージ）として、電気負荷への放電を制御可能である。   The fuel cell system 10 includes, for example, a connection to the fuel cell stack 11 under the control of the control device 41 in addition to electric devices such as a motor M and a power storage device (not shown) mounted on the vehicle 1. An electric load (for example, a discharge resistor or an electronic load) that can be switched and can be changed in load current may be provided. In this case, the control device 41 can control the discharge to the electric load as the discharge (discharge) at the time of power generation of the fuel cell stack 11.

本実施形態による燃料電池システム１０は上記構成を備えており、次に、この燃料電池システム１０の動作（つまり、燃料電池システム１０の運転方法）について説明する。   The fuel cell system 10 according to the present embodiment has the above-described configuration. Next, the operation of the fuel cell system 10 (that is, the operation method of the fuel cell system 10) will be described.

制御装置４１は、クロスリーク判定工程の実行によって、電圧センサ３８によって検出された複数の燃料電池セルの各々のセル電圧ＶＦＣに基づいて、クロスリーク（つまり、各燃料電池セルの固体高分子電解質膜１１Ｃを介したアノード１１Ａからカソード１１Ｂへの燃料ガスの漏れ）の発生有無を判定する。
すなわち、燃料電池スタック１１の各燃料電池セルにおいて、アノード１１Ａおよびカソード１１Ｂの電位は、各アノード触媒およびカソード触媒近傍に存在するガスの種類によって決定される。水素と酸素との組み合わせにおいて、水素リッチであれば、水素のイオン化（Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−）によって、混成電位は０Ｖとなる。一方、酸素リッチであれば、電気化学反応（Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ）の理論起電力（＝１．２３Ｖ）によって、混成電位は１Ｖ程度になる。したがって、カソード１１Ｂの電位の低下に起因して、電圧センサ３８によって検出されたセル電圧ＶＦＣが低下した場合には、クロスリークの発生によって、固体高分子電解質膜１１Ｃを介したアノード１１Ａからカソード１１Ｂへの水素ガスの漏れが生じた可能性がある。ただし、エアーコンプレッサー１３からカソード１１Ｂに供給される空気の所定の流量制御を継続する燃料電池スタック１１の通常の発電時には、クロスリークが発生していたとしても、カソード１１Ｂが酸素リッチに維持されることによって、セル電圧ＶＦＣの低下は僅か、あるいは検知困難な程度に小さい虞がある。
これらに対して、制御装置４１は、信号受信工程の実行によって、燃料電池システム１０の停止を指示する停止信号を受信すると、酸化剤ガス循環ディスチャージ工程を実行する。この酸化剤ガス循環ディスチャージ工程では、封止出口弁１６の遮断状態で酸化剤ガス循環ポンプ１９を駆動し、燃料電池スタック１１を発電させ、燃料電池スタック１１から電気負荷へ放電（ディスチャージ）させる。これによって、カソード１１Ｂから排出されたカソードオフガスに残存する酸素を消費するようにして、カソード１１Ｂの酸素濃度を低下させ、クロスリークの発生時におけるセル電圧ＶＦＣの低下を促進する。 The control device 41 executes the cross leak (that is, the solid polymer electrolyte membrane of each fuel cell) based on the cell voltage VFC of each of the plurality of fuel cells detected by the voltage sensor 38 by executing the cross leak determination process. Whether fuel gas leaks from the anode 11A to the cathode 11B through 11C) is determined.
That is, in each fuel cell of the fuel cell stack 11, the potentials of the anode 11A and the cathode 11B are determined by the type of gas existing in the vicinity of each anode catalyst and cathode catalyst. If the combination of hydrogen and oxygen is rich in hydrogen, the hybrid potential becomes 0 V due to ionization of hydrogen (H 2 → 2H + + 2e − ). On the other hand, if oxygen is rich, the hybrid potential becomes about 1 V due to the theoretical electromotive force (= 1.23 V) of the electrochemical reaction (O 2 + 4H + + 4e − → 2H 2 O). Therefore, when the cell voltage VFC detected by the voltage sensor 38 is reduced due to a decrease in the potential of the cathode 11B, the occurrence of cross leak causes the anode 11A to the cathode 11B via the solid polymer electrolyte membrane 11C. Hydrogen gas may have leaked into the tank. However, during normal power generation of the fuel cell stack 11 in which the predetermined flow rate control of the air supplied from the air compressor 13 to the cathode 11B is continued, the cathode 11B is maintained in an oxygen-rich state even if a cross leak occurs. As a result, the cell voltage VFC may decrease slightly or to a degree that is difficult to detect.
In contrast, when the control device 41 receives a stop signal instructing the stop of the fuel cell system 10 by executing the signal receiving step, the control device 41 executes an oxidant gas circulation discharge step. In this oxidant gas circulation discharge step, the oxidant gas circulation pump 19 is driven with the sealing outlet valve 16 shut off, the fuel cell stack 11 is caused to generate power, and the fuel cell stack 11 is discharged (discharged) to an electric load. As a result, oxygen remaining in the cathode off-gas discharged from the cathode 11B is consumed, the oxygen concentration of the cathode 11B is reduced, and the reduction of the cell voltage VFC when cross leak occurs is promoted.

この酸化剤ガス循環ディスチャージ工程の実行時において、例えば図２（Ａ）に示すようにクロスリークが発生していない正常時の場合には、カソード１１Ｂの酸素濃度の低下によって、各燃料電池セルのセル電圧ＶＦＣが揃って低下傾向に変化する。これによって、複数の燃料電池セルのセル電圧ＶＦＣの平均値（平均セル電圧）と、複数の燃料電池セルのセル電圧ＶＦＣのうちの最低値（最低セル電圧）とは、ほぼ一致した変化を示す。
これに対して、例えば図２（Ｂ）に示すように複数の燃料電池セルの何れかにクロスリークが発生している場合には、クロスリークが発生していない燃料電池セルに比べて、クロスリークが発生している燃料電池セルのセル電圧ＶＦＣが、より急激かつ大幅な低下傾向を示す。これによって、クロスリークが発生している燃料電池セルのセル電圧ＶＦＣに相当する最低セル電圧は、平均セル電圧に比べて、より低下する。 At the time of execution of this oxidant gas circulation discharge step, for example, as shown in FIG. 2A, in the normal state where no cross leak occurs, the decrease in the oxygen concentration of the cathode 11B causes the fuel cell of each fuel cell. The cell voltages VFC are all changed to a downward trend. As a result, the average value (average cell voltage) of the cell voltages VFC of the plurality of fuel cells and the lowest value (minimum cell voltage) of the cell voltages VFC of the plurality of fuel cells show a substantially identical change. .
On the other hand, for example, as shown in FIG. 2B, when a cross leak occurs in any of the plurality of fuel cells, the cross leak does not occur compared to a fuel cell in which no cross leak occurs. The cell voltage VFC of the fuel battery cell in which the leak has occurred shows a more rapid and significant downward trend. As a result, the lowest cell voltage corresponding to the cell voltage VFC of the fuel cell in which the cross leak has occurred is further reduced as compared with the average cell voltage.

また、制御装置４１は、酸化剤ガス循環ディスチャージ工程の実行によって、酸化剤ガス循環ポンプ１９を駆動して、カソード系内で酸化剤ガスを循環させることによって、カソード系内での水の滞留および水詰まり（フラッディング）の発生を解消している。
例えば、封止出口弁１６の遮断状態で酸化剤ガス循環ポンプ１９を駆動せずに、カソード１１Ｂの酸素濃度を低下させるようにしてディスチャージを行なう場合には、複数の燃料電池セルの何れかにおいて、水の滞留および水詰まり（フラッディング）が発生して、セル電圧ＶＦＣが低下する場合がある。これによって、各燃料電池セルにおける水の滞留および水詰まり（フラッディング）の発生有無によって、複数の燃料電池セルのセル電圧ＶＦＣのばらつきが増大する場合がある。
これに対して、制御装置４１は、封止出口弁１６の遮断状態で酸化剤ガス循環ポンプ１９を駆動して、カソード系内で酸化剤ガスを循環させることによって、各燃料電池セルにおける水の滞留および水詰まり（フラッディング）によるセル電圧ＶＦＣの低下を防ぎ、複数の燃料電池セルのセル電圧ＶＦＣのばらつきを抑制している。 Further, the control device 41 drives the oxidant gas circulation pump 19 by executing the oxidant gas circulation discharge process, and circulates the oxidant gas in the cathode system. The occurrence of water clogging (flooding) has been eliminated.
For example, when discharging is performed by reducing the oxygen concentration of the cathode 11B without driving the oxidant gas circulation pump 19 in the shut-off state of the sealing outlet valve 16, in any one of the plurality of fuel cells. Water retention and water clogging (flooding) may occur, and the cell voltage VFC may decrease. As a result, the variation in the cell voltage VFC of the plurality of fuel cells may increase depending on the presence or absence of water retention and water clogging (flooding) in each fuel cell.
On the other hand, the control device 41 drives the oxidant gas circulation pump 19 with the sealing outlet valve 16 shut off, and circulates the oxidant gas in the cathode system. The cell voltage VFC is prevented from decreasing due to stagnation and water clogging (flooding), and variations in the cell voltage VFC of a plurality of fuel cells are suppressed.

また、制御装置４１は、酸化剤ガス循環ディスチャージ工程の実行時に、燃料ガス循環ポンプ駆動工程の実行によって、遮断弁２３の遮断状態で水素ポンプ２８およびインジェクタ２４を駆動することによって、アノード１１Ａの圧力をカソード１１Ｂの圧力よりも高くする。これによって、クロスリークが発生している燃料電池セルにおいて固体高分子電解質膜１１Ｃを介したアノード１１Ａからカソード１１Ｂへの燃料ガスの漏れを増大させ、セル電圧ＶＦＣの低下を促進させる。
また、制御装置４１は、酸化剤ガス循環ディスチャージ工程の実行時に、電圧制御によってディスチャージ電流（燃料電池スタック１１から電気負荷への放電電流）を設定する。 Further, the control device 41 drives the hydrogen pump 28 and the injector 24 with the shut-off valve 23 shut off by executing the fuel gas circulation pump driving step during the execution of the oxidant gas circulation discharge step. Is made higher than the pressure of the cathode 11B. This increases the leakage of fuel gas from the anode 11A to the cathode 11B via the solid polymer electrolyte membrane 11C in the fuel cell in which the cross leak occurs, and promotes the decrease in the cell voltage VFC.
Further, the control device 41 sets a discharge current (a discharge current from the fuel cell stack 11 to the electric load) by voltage control during execution of the oxidant gas circulation discharge step.

そして、制御装置４１は、酸化剤ガス循環ディスチャージ工程の実行中に、セル電圧検出工程の実行によって、電圧センサ３８によって複数の燃料電池セルの各々のセル電圧ＶＦＣを検出する。そして、クロスリーク判定工程の実行によって、電圧センサ３８によって検出された複数の燃料電池セルの各々のセル電圧ＶＦＣに基づいて、所定時間におけるセル電圧ＶＦＣの低下幅がクロスリーク判定閾値以上である場合に、クロスリークが発生したと判定する。さらに、同一の燃料電池セルにおいてクロスリークの発生が所定回数以上検知された場合に、警告出力工程の実行によって、報知装置３によって警告を出力する。なお、制御装置４１は、酸化剤ガス循環ディスチャージ工程の実行中に、アノード１１Ａの圧力をカソード１１Ｂの圧力よりも高く設定する圧力調整工程を実行し、この圧力調整工程の後、セル電圧検出工程を実行してもよい。
また、制御装置４１は、酸化剤ガス循環ポンプ回転数把握工程の実行によって、酸化剤ガス循環ポンプ１９の回転数を把握し、回転数が小さいほどクロスリーク判定閾値を小さく設定する。 And the control apparatus 41 detects the cell voltage VFC of each of a some fuel cell by the voltage sensor 38 by execution of a cell voltage detection process during execution of an oxidizing gas circulation discharge process. Then, when the cross leak determination step is executed, the decrease width of the cell voltage VFC in a predetermined time is equal to or greater than the cross leak determination threshold based on each cell voltage VFC of the plurality of fuel cells detected by the voltage sensor 38. It is determined that a cross leak has occurred. Further, when the occurrence of cross leakage is detected a predetermined number of times or more in the same fuel cell, a warning is output by the notification device 3 by executing the warning output step. The control device 41 executes a pressure adjustment step for setting the pressure of the anode 11A higher than the pressure of the cathode 11B during the execution of the oxidant gas circulation discharge step, and after this pressure adjustment step, the cell voltage detection step May be executed.
Further, the control device 41 grasps the rotational speed of the oxidant gas circulation pump 19 by executing the oxidant gas circulation pump rotational speed grasping step, and sets the cross leak determination threshold value smaller as the rotational speed is smaller.

以下に、燃料電池システム１０の運転方法の詳細について説明する。
先ず、図３に示す時刻ｔ０のように、車両１のイグニッションスイッチがオフ（ＩＧＯＦＦ）とされたとき、あるいは車両１のアイドル停止時などにおいて、制御装置４１は、信号受信工程によって、燃料電池システム１０の停止を指示する停止信号を受信すると、インタンク電磁弁および遮断弁２３を開放状態とする。さらに、水素ポンプ２８の停止状態でインジェクタ２４を目標圧制御によって駆動し、目標圧力の水素をアノード供給口１１ｃへ所定の周期で間欠的に供給する。
さらに、封止入口弁１５および封止出口弁１６の開放状態かつ酸化剤ガス循環ポンプ１９の停止状態でエアーコンプレッサー１３を所定の流量制御によって駆動し、燃料電池スタック１１の電圧を所定電圧に維持する定電圧（ＣＶ）制御を実行する。 Details of the operation method of the fuel cell system 10 will be described below.
First, at time t0 shown in FIG. 3, when the ignition switch of the vehicle 1 is turned off (IGOFF), or when the vehicle 1 is in an idle stop, the control device 41 performs a fuel cell system through a signal receiving process. When the stop signal instructing the stop of 10 is received, the in-tank solenoid valve and the shutoff valve 23 are opened. Further, the injector 24 is driven by target pressure control while the hydrogen pump 28 is stopped, and hydrogen at the target pressure is intermittently supplied to the anode supply port 11c at a predetermined cycle.
Further, the air compressor 13 is driven by a predetermined flow rate control while the sealing inlet valve 15 and the sealing outlet valve 16 are open and the oxidant gas circulation pump 19 is stopped, so that the voltage of the fuel cell stack 11 is maintained at a predetermined voltage. The constant voltage (CV) control is executed.

次に、制御装置４１は、時刻ｔ１において、インタンク電磁弁および遮断弁２３を開放状態から遮断状態へと切り替え、インジェクタ２４に印加する水素の圧力の増大を完了する。
次に、時刻ｔ２において、燃料ガス循環ポンプ駆動工程によって、水素ポンプ２８の所定回転数での駆動を開始する。さらに、封止入口弁１５および封止出口弁１６を開放状態から遮断状態へと切り替え、希釈器３２における水素濃度希釈のためにエアーコンプレッサー１３を所定回転数で駆動し、酸化剤ガス循環ポンプ１９の所定回転数での駆動を開始する。 Next, at time t1, the control device 41 switches the in-tank electromagnetic valve and the shutoff valve 23 from the open state to the shutoff state, and completes the increase in the pressure of hydrogen applied to the injector 24.
Next, at time t2, driving of the hydrogen pump 28 at a predetermined rotational speed is started by a fuel gas circulation pump driving process. Further, the sealing inlet valve 15 and the sealing outlet valve 16 are switched from the open state to the shut-off state, the air compressor 13 is driven at a predetermined rotational speed for diluting the hydrogen concentration in the diluter 32, and the oxidant gas circulation pump 19. The driving at the predetermined rotational speed is started.

次に、制御装置４１は、時刻ｔ２から水素ポンプ２８の所定の立ち上がり時間が経過した時刻ｔ３において、酸化剤ガス循環ディスチャージ工程によって、エアーコンプレッサー１３から希釈器３２に空気を供給して、希釈器３２における水素濃度の希釈を開始するとともに、燃料電池スタック１１から電気負荷への放電（ディスチャージ）を開始する。さらに、燃料電池スタック１１の放電電圧を排気再循環ディスチャージ用の所定電圧に維持する定電圧（ＣＶ）制御を実行しつつ、セル電圧検出工程によって、電圧センサ３８によって複数の燃料電池セルの各々のセル電圧ＶＦＣを検出する。さらに、クロスリーク判定工程によって、電圧センサ３８によって検出された複数の燃料電池セルの各々のセル電圧ＶＦＣに基づいて、クロスリークの発生有無を検知する。   Next, the control device 41 supplies air from the air compressor 13 to the diluter 32 by the oxidant gas circulation discharge process at the time t3 when a predetermined rise time of the hydrogen pump 28 has elapsed from the time t2. At the same time, dilution of the hydrogen concentration at 32 is started, and discharge (discharge) from the fuel cell stack 11 to the electric load is started. Further, while performing constant voltage (CV) control for maintaining the discharge voltage of the fuel cell stack 11 at a predetermined voltage for exhaust gas recirculation discharge, each of the plurality of fuel cell cells is detected by the voltage sensor 38 by the cell voltage detection step. The cell voltage VFC is detected. Further, the presence or absence of cross leak is detected based on the cell voltage VFC of each of the plurality of fuel cells detected by the voltage sensor 38 in the cross leak determination step.

次に、制御装置４１は、時刻ｔ３からクロスリークの発生有無の検知を継続する所定時間が経過した時刻ｔ４において、水素ポンプ２８の運転を停止し、インジェクタ２４の目標圧制御を終了する。さらに、酸化剤ガス循環ポンプ１９を停止させ、燃料電池スタック１１から電気負荷への放電（ディスチャージ）を停止し、セル電圧ＶＦＣに基づくクロスリークの発生有無の検知を終了する。   Next, the control device 41 stops the operation of the hydrogen pump 28 and ends the target pressure control of the injector 24 at a time t4 when a predetermined time for continuing to detect the occurrence of cross leak has elapsed from the time t3. Further, the oxidant gas circulation pump 19 is stopped, the discharge (discharge) from the fuel cell stack 11 to the electric load is stopped, and the detection of the occurrence of cross leak based on the cell voltage VFC is ended.

次に、制御装置４１は、時刻ｔ３から希釈器３２における水素濃度希釈を継続する所定時間が経過した時刻ｔ５において、エアーコンプレッサー１３を停止し、希釈器３２への空気の供給を停止し、希釈器３２における水素濃度希釈を完了する。   Next, the control device 41 stops the air compressor 13 at time t5 when a predetermined time for continuing dilution of hydrogen concentration in the diluter 32 has elapsed from time t3, stops supplying air to the diluter 32, and dilutes. The hydrogen concentration dilution in the vessel 32 is completed.

上述したように、本実施形態による燃料電池システム１０および燃料電池システム１０の運転方法によれば、酸化剤ガス循環ディスチャージ工程の実行によって、カソード系内での水の滞留および水詰まり（フラッディング）の発生を解消した状態で、カソード１１Ｂの酸素濃度を低下させつつ、燃料電池スタック１１から電気負荷へのディスチャージを実行することができる。したがって、酸化剤ガス循環ディスチャージ工程の実行によって、複数の燃料電池セルのセル電圧ＶＦＣのばらつきを抑制し、クロスリークによるセル電圧ＶＦＣの低下を促進して、セル電圧検出工程およびクロスリーク判定工程の実行によって、クロスリークの発生有無を迅速かつ精度良く判定することができる。
さらに、燃料ガス循環ポンプ駆動工程の実行によって、アノード１１Ａの面内の水素濃度を均一化することができ、セル電圧ＶＦＣの挙動が複数の燃料電池セル毎にばらつくことを抑制することができる。これによって、クロスリーク判定工程によるクロスリークの発生有無の判定精度を向上させることができる。さらに、アノード１１Ａでのストイキ（アノード１１Ａに供給される燃料ガスの理論消費量に対する供給量の比率）が不足することを防止することができ、ストイキ不足に起因する固体高分子電解質膜１１Ｃの劣化を防止することができる。 As described above, according to the fuel cell system 10 and the operation method of the fuel cell system 10 according to the present embodiment, the retention of water and the clogging (flooding) of the water in the cathode system by the execution of the oxidant gas circulation discharge process. In the state where the generation is eliminated, the discharge from the fuel cell stack 11 to the electric load can be performed while the oxygen concentration of the cathode 11B is lowered. Therefore, the execution of the oxidant gas circulation discharge process suppresses the variation in the cell voltage VFC of the plurality of fuel cells, promotes the decrease of the cell voltage VFC due to cross leak, and performs the cell voltage detection process and the cross leak determination process. Execution can quickly and accurately determine whether or not cross leak has occurred.
Furthermore, by executing the fuel gas circulation pump driving process, the hydrogen concentration in the surface of the anode 11A can be made uniform, and the behavior of the cell voltage VFC can be suppressed from varying among a plurality of fuel cells. Thereby, it is possible to improve the determination accuracy of the occurrence of cross leak in the cross leak determination step. Furthermore, it is possible to prevent the stoichiometry at the anode 11A (ratio of the supply amount to the theoretical consumption of fuel gas supplied to the anode 11A) from being insufficient, and the deterioration of the solid polymer electrolyte membrane 11C due to the lack of stoichiometry. Can be prevented.

さらに、アノード１１Ａの圧力をカソード１１Ｂの圧力よりも高くすることによって、クロスリークが発生している燃料電池セルにおいて固体高分子電解質膜１１Ｃを介したアノード１１Ａからカソード１１Ｂへの水素の漏れを増大させることができ、セル電圧ＶＦＣの低下を促進させることによってクロスリークの発生有無を迅速に判定することができる。
さらに、酸化剤ガス循環ディスチャージ工程の実行時に、電圧制御によってディスチャージ電流（燃料電池スタック１１から電気負荷への放電電流）を設定することによって、セル電圧ＶＦＣに基づくクロスリークの発生有無の判定を精度良く行なうことができる。 Further, by making the pressure of the anode 11A higher than the pressure of the cathode 11B, the leakage of hydrogen from the anode 11A to the cathode 11B via the solid polymer electrolyte membrane 11C is increased in the fuel cell in which cross leakage occurs. By accelerating the decrease in the cell voltage VFC, it is possible to quickly determine whether or not a cross leak has occurred.
Further, by setting a discharge current (discharge current from the fuel cell stack 11 to the electric load) by voltage control during the execution of the oxidant gas circulation discharge step, it is possible to accurately determine whether or not cross leak occurs based on the cell voltage VFC. Can be done well.

さらに、同一の燃料電池セルにおいてクロスリークの発生が所定回数以上検知された場合に、警告出力工程の実行によって、報知装置３によって警告を出力するので、クロスリークの発生有無の判定の信頼性を向上させることができる。
さらに、セル電圧ＶＦＣの低下幅によってクロスリークの発生有無を判定するので、例えばセル電圧ＶＦＣと所定判定閾値とを比較する場合などに比べて、複数の燃料電池セルのセル電圧ＶＦＣにばらつきがある場合であっても、クロスリークの発生有無を精度良く判定することができる。
さらに、酸化剤ガス循環ポンプ１９の回転数が小さいほどクロスリーク判定閾値を小さく設定することによって、カソード系内での水の滞留および水詰まり（フラッディング）に起因する誤判定を抑制することができる。 Furthermore, when the occurrence of cross leak is detected more than a predetermined number of times in the same fuel battery cell, a warning is output by the notification device 3 by executing the warning output step, so that the reliability of determining whether or not cross leak has occurred can be improved. Can be improved.
Further, since the presence / absence of occurrence of cross leak is determined based on the decrease width of the cell voltage VFC, the cell voltages VFC of the plurality of fuel cells vary more than, for example, when comparing the cell voltage VFC with a predetermined determination threshold. Even in this case, it is possible to accurately determine whether or not a cross leak has occurred.
Furthermore, by setting the cross-leakage determination threshold value smaller as the rotational speed of the oxidant gas circulation pump 19 is smaller, erroneous determination due to water retention and water clogging (flooding) in the cathode system can be suppressed. .

（第１変形例）
なお、上述した実施形態において、制御装置４１は、酸化剤ガス循環ディスチャージ工程の実行中に、所定時間におけるセル電圧ＶＦＣの低下幅に基づいてクロスリークの発生有無を判定するとしたが、これに限定されず、セル電圧ＶＦＣの低下速度の変化に基づいてクロスリークの発生有無を判定してもよい。
この第１変形例において、制御装置４１は、先ず、初回の酸化剤ガス循環ディスチャージ工程の実行時に、電圧センサ３８によって検出された複数の燃料電池セルの各々のセル電圧ＶＦＣに基づいて、各セル電圧ＶＦＣの低下速度を検知する。そして、各セル電圧ＶＦＣの低下速度を初期情報として記憶する。次に、２回目以降の酸化剤ガス循環ディスチャージ工程の実行時に、セル特性記憶工程の実行によって、電圧センサ３８によって検出された複数の燃料電池セルの各々のセル電圧ＶＦＣに基づいて、各セル電圧ＶＦＣの低下速度を検知する。そして、検知した各セル電圧ＶＦＣの低下速度が、記憶している初期情報に比べて、所定速度以上上昇しているか否かに応じて、クロスリークの発生有無を判定する。
この第１変形例によれば、異なるタイミングで検知したセル電圧ＶＦＣの低下速度を比較するので、複数の燃料電池セルのセル電圧ＶＦＣにばらつきがある場合であっても、各燃料電池セルにおけるクロスリークの発生有無を精度良く判定することができる。
また、上述した実施形態において、制御装置４１は、最低セル電圧と平均セル電圧との差に基づいてクロスリークの発生有無を判定してもよい。例えば、最低セル電圧と平均セル電圧との差が所定値以上であればクロスリークが発生していると判定してもよい。 (First modification)
In the above-described embodiment, the control device 41 determines whether or not the cross leak occurs based on the decrease width of the cell voltage VFC during a predetermined time during the execution of the oxidizing gas circulation discharge process. Instead, the presence / absence of occurrence of cross leak may be determined based on the change in the decrease rate of the cell voltage VFC.
In the first modification, the control device 41 first determines each cell based on the cell voltage VFC of each of the plurality of fuel cells detected by the voltage sensor 38 when the first oxidant gas circulation discharge step is performed. The rate of decrease in voltage VFC is detected. Then, the decrease rate of each cell voltage VFC is stored as initial information. Next, at the time of execution of the oxidant gas circulation discharge process for the second and subsequent times, each cell voltage is determined based on the cell voltage VFC of each of the plurality of fuel cells detected by the voltage sensor 38 by execution of the cell characteristic storage process. Detect the VFC drop rate. Then, it is determined whether or not a cross leak has occurred depending on whether or not the detected decrease rate of each cell voltage VFC is increased by a predetermined rate or more compared to the stored initial information.
According to the first modification, since the drop rates of the cell voltage VFC detected at different timings are compared, even if the cell voltages VFC of the plurality of fuel cells vary, It is possible to accurately determine whether a leak has occurred.
In the above-described embodiment, the control device 41 may determine whether or not a cross leak has occurred based on the difference between the lowest cell voltage and the average cell voltage. For example, if the difference between the lowest cell voltage and the average cell voltage is greater than or equal to a predetermined value, it may be determined that a cross leak has occurred.

（第２変形例）
なお、上述した実施形態において、制御装置４１は、例えば図４に示すように、酸化剤ガス循環ポンプ１９の駆動デューティに応じてクロスリーク判定閾値を可変としてもよい。
この第２変形例において、制御装置４１は、酸化剤ガス循環ポンプ１９の駆動デューティが、所定の正常時の駆動デューティから所定の下限値に向かい低下することに伴い、クロスリーク判定閾値を減少傾向に変化させる。なお、制御装置４１は、酸化剤ガス循環ポンプ１９の駆動デューティが所定の下限値未満の場合には、クロスリーク判定閾値を不定として、このクロスリーク判定閾値を用いたクロスリーク判定工程の実行を禁止する。 (Second modification)
In the embodiment described above, the control device 41 may change the cross-leakage determination threshold according to the drive duty of the oxidant gas circulation pump 19 as shown in FIG. 4, for example.
In the second modification, the control device 41 tends to decrease the cross leak determination threshold as the drive duty of the oxidant gas circulation pump 19 decreases from a predetermined normal drive duty toward a predetermined lower limit value. To change. When the driving duty of the oxidant gas circulation pump 19 is less than a predetermined lower limit value, the control device 41 sets the cross leak determination threshold value to be indefinite, and executes the cross leak determination step using this cross leak determination threshold value. Ban.

この第２変形例によれば、酸化剤ガス循環ポンプ１９の異常などによって酸化剤ガスの循環量が所定の正常時よりも低下している場合には、複数の燃料電池セルの積層方向での酸化剤ガスの分配に差が生じる。そして、酸化剤ガスの分配量が少ない燃料電池セルでは、酸素の消費によって酸素濃度が低下することに伴ってセル電圧ＶＦＣが低下する。一方、酸化剤ガスの分配量が多い燃料電池セルでは、酸素濃度の低下が抑制され、セル電圧ＶＦＣの低下が抑制される。これらによって、ディスチャージに起因する複数の燃料電池セルのセル電圧ＶＦＣ（あるいはセル電圧ＶＦＣの低下幅）のばらつきが増大する。
これに対して、酸化剤ガス循環ポンプ１９の駆動デューティの低下に伴い、クロスリーク判定閾値を増大させることによって、ディスチャージに起因するセル電圧ＶＦＣの低下と、クロスリークに起因するセル電圧ＶＦＣの低下とを、明確に判別することができる。そして、セル電圧ＶＦＣの低下幅のばらつきに起因する誤判定（つまり、ディスチャージに起因するセル電圧ＶＦＣの低下を、クロスリークに起因するセル電圧ＶＦＣの低下であると、誤って判定すること）を抑制することができる。 According to the second modified example, when the oxidant gas circulation amount is lower than a predetermined normal time due to an abnormality of the oxidant gas circulation pump 19 or the like, a plurality of fuel cells are stacked in the stacking direction. Differences occur in the distribution of oxidant gas. In a fuel battery cell with a small distribution amount of the oxidant gas, the cell voltage VFC decreases as the oxygen concentration decreases due to the consumption of oxygen. On the other hand, in a fuel cell having a large distribution amount of oxidant gas, a decrease in oxygen concentration is suppressed, and a decrease in cell voltage VFC is suppressed. As a result, the variation in the cell voltage VFC (or the decrease width of the cell voltage VFC) of the plurality of fuel cells due to the discharge increases.
On the other hand, as the driving duty of the oxidant gas circulation pump 19 decreases, the cross leak determination threshold value is increased, thereby reducing the cell voltage VFC due to discharge and the cell voltage VFC due to cross leak. Can be clearly distinguished. Then, erroneous determination due to variation in the decrease width of the cell voltage VFC (that is, erroneously determining that the decrease in the cell voltage VFC due to the discharge is a decrease in the cell voltage VFC due to the cross leak) is performed. Can be suppressed.

なお、この第２変形例において、例えば、セル電圧ＶＦＣが所定判定閾値以下であるか否かの判定に応じてクロスリークの発生有無を判定する場合には、酸化剤ガス循環ポンプ１９駆動デューティの低下に伴い、セル電圧ＶＦＣに対する所定判定閾値を低下させればよい。
また、制御装置４１は、セル電圧ＶＦＣの低下幅に基づいてクロスリークの発生有無を判定してもよい。制御装置４１は、例えば図５に示すように、クロスリークの発生有無を判定するためのセル電圧ＶＦＣの低下幅に対する閾値（電圧低下幅）を、酸化剤ガス循環ポンプ１９の駆動デューティに応じて可変としてもよい。この場合、制御装置４１は、酸化剤ガス循環ポンプ１９の駆動デューティが、所定の正常時の駆動デューティから所定の下限値に向かい低下することに伴い、セル電圧ＶＦＣの低下幅に対する閾値（電圧低下幅）を増大傾向に変化させる。そして、セル電圧ＶＦＣの低下幅が、閾値（電圧低下幅）以上であればクロスリークが発生していると判定する。 In this second modification, for example, in the case where it is determined whether or not the cross leak has occurred depending on whether or not the cell voltage VFC is equal to or lower than a predetermined determination threshold value, the driving duty of the oxidant gas circulation pump 19 is determined. The predetermined determination threshold value for the cell voltage VFC may be decreased along with the decrease.
Further, the control device 41 may determine whether or not a cross leak has occurred based on the decrease width of the cell voltage VFC. For example, as shown in FIG. 5, the control device 41 sets a threshold (voltage decrease width) for the decrease width of the cell voltage VFC for determining whether or not the cross leak has occurred according to the drive duty of the oxidant gas circulation pump 19. It may be variable. In this case, the control device 41 reduces the threshold (voltage drop) with respect to the drop width of the cell voltage VFC as the drive duty of the oxidant gas circulation pump 19 decreases from a predetermined normal drive duty to a predetermined lower limit value. Width) is increased. And if the fall width of the cell voltage VFC is not less than a threshold value (voltage drop width), it is determined that a cross leak has occurred.

以上、説明した本実施形態は、本発明を実施するうえでの一例を示すものであり、本発明が前記した実施形態に限定して解釈されるものではないことは言うまでもない。   The present embodiment described above shows an example in carrying out the present invention, and it goes without saying that the present invention is not construed as being limited to the above-described embodiment.

１０ 燃料電池システム
１１ 燃料電池スタック（燃料電池）
１１Ａ アノード
１１Ｂ カソード
１１Ｃ 固体高分子電解質膜
１３ エアーコンプレッサー（酸化剤ガス供給手段）
１５ 封止入口弁
１６ 封止出口弁
１９ 酸化剤ガス循環ポンプ
２１ 水素タンク（燃料ガス供給手段）
２２ 水素供給弁（燃料ガス供給手段）
２８ 水素ポンプ（燃料ガス循環ポンプ）
４１ 制御装置
５１ 酸化剤ガス供給路
５２ 酸化剤ガス排出路
５４ 酸化剤ガス循環路
５５ 燃料ガス供給路
５６ 燃料ガス排出路
５７ 燃料ガス循環路 10 Fuel Cell System 11 Fuel Cell Stack (Fuel Cell)
11A Anode 11B Cathode 11C Solid polymer electrolyte membrane 13 Air compressor (oxidant gas supply means)
15 Sealing inlet valve 16 Sealing outlet valve 19 Oxidant gas circulation pump 21 Hydrogen tank (fuel gas supply means)
22 Hydrogen supply valve (fuel gas supply means)
28 Hydrogen pump (fuel gas circulation pump)
41 control device 51 oxidant gas supply path 52 oxidant gas discharge path 54 oxidant gas circulation path 55 fuel gas supply path 56 fuel gas discharge path 57 fuel gas circulation path

Claims (7)

アノードの燃料およびカソードの酸化剤によって発電する複数の燃料電池セルから成る燃料電池スタックと、
前記燃料を含む燃料ガスを前記アノードに供給する燃料ガス供給手段と、
前記燃料ガスを前記アノードに供給するために通流させる燃料ガス供給路と、
前記アノードから排出される前記燃料ガスを通流させる燃料ガス排出路と、
前記酸化剤を含む酸化剤ガスを前記カソードに供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記酸化剤ガスを前記カソードに供給するために通流させる酸化剤ガス供給路と、
前記カソードから排出される前記酸化剤ガスを通流させる酸化剤ガス排出路と、
前記酸化剤ガス排出路と前記酸化剤ガス供給路とを接続し、前記カソードから前記酸化剤ガス排出路に排出された前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給路に通流させる酸化剤ガス循環路と、
前記酸化剤ガス循環路に配置された酸化剤ガス循環ポンプと、
前記酸化剤ガス循環路よりも前記酸化剤ガスの通流方向の下流側において、前記酸化剤ガス排出路に設けられた封止出口弁と、
を備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池システムの停止を指示する停止信号を受信する信号受信工程と、
前記信号受信工程によって前記停止信号が受信された場合に、前記酸化剤ガス循環ポンプを駆動し、前記燃料電池スタックを所定条件で発電させる酸化剤ガス循環ディスチャージ工程と、
前記酸化剤ガス循環ディスチャージ工程の実行中に、前記燃料電池セルのセル電圧を検出するセル電圧検出工程と、
前記セル電圧検出工程によって検出された前記セル電圧に基づいて、前記アノードと前記カソードとの間に設けられた電解質膜を介した前記アノードから前記カソードへの前記燃料ガスの漏れを示すクロスリークの発生有無を判定するクロスリーク判定工程と、
を含み、
前記酸化剤ガス循環ディスチャージ工程では、前記封止出口弁の遮断状態で前記酸化剤ガス循環ポンプを駆動し、
前記クロスリーク判定工程は、所定時間における前記セル電圧検出工程によって検出された前記セル電圧の低下幅がクロスリーク判定閾値以上である場合に、前記クロスリークが発生したと判定し、
前記酸化剤ガス循環ポンプの回転数を把握する酸化剤ガス循環ポンプ回転数把握工程、を含み、
前記クロスリーク判定工程は、前記酸化剤ガス循環ポンプ回転数把握工程によって前記酸化剤ガス循環ポンプの回転数を把握し、該回転数が小さいほど前記クロスリーク判定閾値を小さく設定する、
ことを特徴とする燃料電池システムの運転方法。 A fuel cell stack comprising a plurality of fuel cells that generate electricity with anode fuel and cathode oxidant;
Fuel gas supply means for supplying a fuel gas containing the fuel to the anode;
A fuel gas supply path through which the fuel gas flows to supply the anode;
A fuel gas discharge passage through which the fuel gas discharged from the anode flows;
Oxidant gas supply means for supplying an oxidant gas containing the oxidant to the cathode;
An oxidant gas supply passage through which the oxidant gas flows to supply the cathode;
An oxidant gas discharge passage through which the oxidant gas discharged from the cathode flows;
An oxidant gas circulation that connects the oxidant gas discharge path and the oxidant gas supply path, and allows the oxidant gas discharged from the cathode to the oxidant gas discharge path to flow through the oxidant gas supply path. Road,
An oxidant gas circulation pump disposed in the oxidant gas circulation path;
A sealing outlet valve provided in the oxidant gas discharge path on the downstream side in the flow direction of the oxidant gas from the oxidant gas circulation path;
A method for operating a fuel cell system comprising:
A signal receiving step of receiving a stop signal instructing to stop the fuel cell system;
An oxidant gas circulation discharge step of driving the oxidant gas circulation pump and generating the fuel cell stack under a predetermined condition when the stop signal is received by the signal reception step;
A cell voltage detecting step of detecting a cell voltage of the fuel cell during execution of the oxidant gas circulation discharge step;
Based on the cell voltage detected by the cell voltage detection step, cross-leakage indicating a leakage of the fuel gas from the anode to the cathode through an electrolyte membrane provided between the anode and the cathode A cross-leak determination step for determining whether or not it occurs,
Including
In the oxidant gas circulation discharge step, the oxidant gas circulation pump is driven with the sealing outlet valve shut off ,
The cross leak determination step determines that the cross leak has occurred when a decrease width of the cell voltage detected by the cell voltage detection step in a predetermined time is equal to or greater than a cross leak determination threshold,
An oxidant gas circulation pump rotation number grasping step for grasping the rotation number of the oxidant gas circulation pump,
The cross leak determination step grasps the rotation number of the oxidant gas circulation pump by the oxidant gas circulation pump rotation number grasping step, and sets the cross leak determination threshold value smaller as the rotation number is smaller.
A method for operating a fuel cell system. 前記燃料電池システムは、
前記燃料ガス排出路と前記燃料ガス供給路とを接続し、前記アノードから前記燃料ガス排出路に排出された前記燃料ガスを前記燃料ガス供給路に通流させる燃料ガス循環路と、
前記燃料ガス循環路に配置された燃料ガス循環ポンプと、を備え、
前記信号受信工程によって前記停止信号が受信された場合に、前記燃料ガス循環ポンプを駆動する燃料ガス循環ポンプ駆動工程、を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの運転方法。 The fuel cell system includes:
A fuel gas circulation path connecting the fuel gas discharge path and the fuel gas supply path, and allowing the fuel gas discharged from the anode to the fuel gas discharge path to flow to the fuel gas supply path;
A fuel gas circulation pump disposed in the fuel gas circulation path,
2. The method of operating a fuel cell system according to claim 1, further comprising a fuel gas circulation pump driving step of driving the fuel gas circulation pump when the stop signal is received by the signal reception step. 前記クロスリーク判定工程は、前記アノードの圧力を前記カソードの圧力よりも高くする、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムの運転方法。 In the cross leak determination step, the anode pressure is made higher than the cathode pressure.
The method of operating a fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein 前記酸化剤ガス循環ディスチャージ工程は、電圧制御によってディスチャージ電流を設定する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１つに記載の燃料電池システムの運転方法。 The oxidizing gas circulation discharge step sets a discharge current by voltage control.
The operation method of the fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the fuel cell system is operated as described above. 前記クロスリーク判定工程によって同一の前記燃料電池セルにおいて前記クロスリークの発生が所定回数以上検知された場合に、警告を出力する警告出力工程、を含むことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１つに記載の燃料電池システムの運転方法。   5. A warning output step of outputting a warning when the occurrence of the cross leak is detected a predetermined number of times or more in the same fuel cell by the cross leak determination step. A method for operating the fuel cell system according to any one of the above. アノードの燃料およびカソードの酸化剤によって発電する複数の燃料電池セルから成る燃料電池スタックと、
前記燃料を含む燃料ガスを前記アノードに供給する燃料ガス供給手段と、
前記燃料ガスを前記アノードに供給するために通流させる燃料ガス供給路と、
前記アノードから排出される前記燃料ガスを通流させる燃料ガス排出路と、
前記酸化剤を含む酸化剤ガスを前記カソードに供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記酸化剤ガスを前記カソードに供給するために通流させる酸化剤ガス供給路と、
前記カソードから排出される前記酸化剤ガスを通流させる酸化剤ガス排出路と、
前記酸化剤ガス排出路と前記酸化剤ガス供給路とを接続し、前記カソードから前記酸化剤ガス排出路に排出された前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給路に通流させる酸化剤ガス循環路と、
前記酸化剤ガス循環路に配置された酸化剤ガス循環ポンプと、
前記酸化剤ガス循環路よりも前記酸化剤ガスの通流方向の下流側において、前記酸化剤ガス排出路に設けられた封止出口弁と、
を備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池システムの停止を指示する停止信号を受信する信号受信工程と、
前記信号受信工程によって前記停止信号が受信された場合に、前記酸化剤ガス循環ポンプを駆動し、前記燃料電池スタックを所定条件で発電させる酸化剤ガス循環ディスチャージ工程と、
前記酸化剤ガス循環ディスチャージ工程の実行中に、前記燃料電池システムの前記アノードの圧力を前記カソードの圧力よりも高く設定する圧力調整工程と、
前記酸化剤ガス循環ディスチャージ工程の実行中に、前記圧力調整工程の後、前記燃料電池のセル電圧を検出するセル電圧検出工程と、
前記セル電圧検出工程によって検出された前記セル電圧に基づいて、前記アノードと前記カソードとの間に設けられた電解質膜を介した前記アノードから前記カソードへの前記燃料ガスの漏れを示すクロスリークの発生有無を判定するクロスリーク判定工程と、
を含み、
前記酸化剤ガス循環ディスチャージ工程では、前記封止出口弁の遮断状態で前記酸化剤ガス循環ポンプを駆動し、
前記クロスリーク判定工程は、所定時間における前記セル電圧検出工程によって検出された前記セル電圧の低下幅がクロスリーク判定閾値以上である場合に、前記クロスリークが発生したと判定し、
前記酸化剤ガス循環ポンプの回転数を把握する酸化剤ガス循環ポンプ回転数把握工程、を含み、
前記クロスリーク判定工程は、前記酸化剤ガス循環ポンプ回転数把握工程によって前記酸化剤ガス循環ポンプの回転数を把握し、該回転数が小さいほど前記クロスリーク判定閾値を小さく設定することを特徴とする燃料電池システムの運転方法。 A fuel cell stack comprising a plurality of fuel cells that generate electricity with anode fuel and cathode oxidant;
Fuel gas supply means for supplying a fuel gas containing the fuel to the anode;
A fuel gas supply path through which the fuel gas flows to supply the anode;
A fuel gas discharge passage through which the fuel gas discharged from the anode flows;
Oxidant gas supply means for supplying an oxidant gas containing the oxidant to the cathode;
An oxidant gas supply passage through which the oxidant gas flows to supply the cathode;
An oxidant gas discharge passage through which the oxidant gas discharged from the cathode flows;
An oxidant gas circulation that connects the oxidant gas discharge path and the oxidant gas supply path, and allows the oxidant gas discharged from the cathode to the oxidant gas discharge path to flow through the oxidant gas supply path. Road,
An oxidant gas circulation pump disposed in the oxidant gas circulation path;
A sealing outlet valve provided in the oxidant gas discharge path on the downstream side in the flow direction of the oxidant gas from the oxidant gas circulation path;
A method for operating a fuel cell system comprising:
A signal receiving step of receiving a stop signal instructing to stop the fuel cell system;
An oxidant gas circulation discharge step of driving the oxidant gas circulation pump and generating the fuel cell stack under a predetermined condition when the stop signal is received by the signal reception step;
A pressure adjustment step of setting the pressure of the anode of the fuel cell system higher than the pressure of the cathode during the execution of the oxidant gas circulation discharge step;
A cell voltage detection step of detecting a cell voltage of the fuel cell after the pressure adjustment step during the execution of the oxidant gas circulation discharge step;
Based on the cell voltage detected by the cell voltage detection step, cross-leakage indicating a leakage of the fuel gas from the anode to the cathode through an electrolyte membrane provided between the anode and the cathode A cross-leak determination step for determining whether or not it occurs,
Including
In the oxidant gas circulation discharge step, the oxidant gas circulation pump is driven with the sealing outlet valve shut off ,
The cross leak determination step determines that the cross leak has occurred when a decrease width of the cell voltage detected by the cell voltage detection step in a predetermined time is equal to or greater than a cross leak determination threshold,
An oxidant gas circulation pump rotation number grasping step for grasping the rotation number of the oxidant gas circulation pump,
In the cross leak determination step, the rotation number of the oxidant gas circulation pump is grasped by the oxidant gas circulation pump rotation number grasping step, and the cross leak determination threshold is set to be smaller as the rotation number is smaller. To operate the fuel cell system. アノードの燃料およびカソードの酸化剤によって発電する複数の燃料電池セルから成る燃料電池スタックと、
前記燃料を含む燃料ガスを前記アノードに供給する燃料ガス供給手段と、
前記燃料ガスを前記アノードに供給するために通流させる燃料ガス供給路と、
前記アノードから排出される前記燃料ガスを通流させる燃料ガス排出路と、
前記酸化剤を含む酸化剤ガスを前記カソードに供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記酸化剤ガスを前記カソードに供給するために通流させる酸化剤ガス供給路と、
前記カソードから排出される前記酸化剤ガスを通流させる酸化剤ガス排出路と、
前記酸化剤ガス排出路と前記酸化剤ガス供給路とを接続し、前記カソードから前記酸化剤ガス排出路に排出された前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給路に通流させる酸化剤ガス循環路と、
前記酸化剤ガス循環路に配置された酸化剤ガス循環ポンプと、
前記酸化剤ガス循環路よりも前記酸化剤ガスの通流方向の下流側において、前記酸化剤ガス排出路に設けられた封止出口弁と、
を備える燃料電池システムの運転制御装置であって、
前記燃料電池システムの停止を指示する停止信号を受信する信号受信手段と、
前記信号受信手段によって前記停止信号が受信された場合に、前記酸化剤ガス循環ポンプを駆動し、前記燃料電池スタックを所定条件で発電させる酸化剤ガス循環ディスチャージ手段と、
前記酸化剤ガス循環ディスチャージ手段によって前記燃料電池スタックが所定条件で発電実行中に、前記燃料電池セルのセル電圧を検出するセル電圧検出手段と、
前記セル電圧検出手段によって検出された前記セル電圧に基づいて、前記アノードと前記カソードとの間に設けられた電解質膜を介した前記アノードから前記カソードへの前記燃料ガスの透過を示すクロスリークの発生有無を判定するクロスリーク判定手段と、
を備え、
前記酸化剤ガス循環ディスチャージ手段は、前記封止出口弁の遮断状態で前記酸化剤ガス循環ポンプを駆動し、
前記クロスリーク判定手段は、所定時間における前記セル電圧検出手段によって検出された前記セル電圧の低下幅がクロスリーク判定閾値以上である場合に、前記クロスリークが発生したと判定し、
前記酸化剤ガス循環ポンプの回転数を把握する酸化剤ガス循環ポンプ回転数把握手段、を含み、
前記クロスリーク判定手段は、前記酸化剤ガス循環ポンプ回転数把握手段によって前記酸化剤ガス循環ポンプの回転数を把握し、該回転数が小さいほど前記クロスリーク判定閾値を小さく設定する、
ことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell stack comprising a plurality of fuel cells that generate electricity with anode fuel and cathode oxidant;
Fuel gas supply means for supplying a fuel gas containing the fuel to the anode;
A fuel gas supply path through which the fuel gas flows to supply the anode;
A fuel gas discharge passage through which the fuel gas discharged from the anode flows;
Oxidant gas supply means for supplying an oxidant gas containing the oxidant to the cathode;
An oxidant gas supply passage through which the oxidant gas flows to supply the cathode;
An oxidant gas discharge passage through which the oxidant gas discharged from the cathode flows;
An oxidant gas circulation that connects the oxidant gas discharge path and the oxidant gas supply path, and allows the oxidant gas discharged from the cathode to the oxidant gas discharge path to flow through the oxidant gas supply path. Road,
An oxidant gas circulation pump disposed in the oxidant gas circulation path;
A sealing outlet valve provided in the oxidant gas discharge path on the downstream side in the flow direction of the oxidant gas from the oxidant gas circulation path;
An operation control device for a fuel cell system comprising:
Signal receiving means for receiving a stop signal instructing to stop the fuel cell system;
An oxidant gas circulation discharge means for driving the oxidant gas circulation pump and generating the fuel cell stack under a predetermined condition when the stop signal is received by the signal receiving means;
Cell voltage detection means for detecting a cell voltage of the fuel cell while the fuel cell stack is generating power under a predetermined condition by the oxidant gas circulation discharge means;
Based on the cell voltage detected by the cell voltage detecting means, a cross leak indicating the permeation of the fuel gas from the anode to the cathode through an electrolyte membrane provided between the anode and the cathode. Cross leak determination means for determining presence or absence,
With
The oxidant gas circulation discharge means drives the oxidant gas circulation pump with the sealing outlet valve shut off ,
The cross leak determination means determines that the cross leak has occurred when a decrease width of the cell voltage detected by the cell voltage detection means in a predetermined time is equal to or greater than a cross leak determination threshold,
An oxidant gas circulation pump rotation number grasping means for grasping the rotation number of the oxidant gas circulation pump,
The cross leak determination means grasps the rotation speed of the oxidant gas circulation pump by the oxidant gas circulation pump rotation speed grasping means, and sets the cross leak determination threshold value smaller as the rotation speed is smaller.
A fuel cell system.
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