JP6629132B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

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

燃料電池システムは、一般的に、燃料電池スタックと、水素ガスを供給可能な水素タンクと、酸素を含む空気を供給可能なエアコンプレッサとを備えている。このうち、燃料電池スタックは、固体高分子電解質をアノード極（水素極）とカソード極（空気極）とで挟み込んで形成される発電セルが複数積層された構成を有しており、各発電セルのアノード極には水素ガスが供給され、カソード極には空気が供給される。そして、各発電セルの内部における水素ガスと空気中の酸素との化学反応によって電気エネルギーが生成され、燃料電池スタックの発電が行われる。   A fuel cell system generally includes a fuel cell stack, a hydrogen tank capable of supplying hydrogen gas, and an air compressor capable of supplying air containing oxygen. Among them, the fuel cell stack has a configuration in which a plurality of power generation cells formed by sandwiching a solid polymer electrolyte between an anode electrode (hydrogen electrode) and a cathode electrode (air electrode) are stacked. Is supplied with hydrogen gas, and air is supplied to the cathode. Then, electric energy is generated by a chemical reaction between hydrogen gas and oxygen in the air inside each power generation cell, and power generation of the fuel cell stack is performed.

従来、燃料電池システムが車両に搭載される場合、その燃料電池システムの燃費を向上させるため、車両のアイドリング時や低速走行時等の低負荷運転時に燃料電池スタックへの空気の供給を中止して発電を停止させ、バッテリからの電力供給によって車両の要求電力を賄う「間欠運転」と呼ばれる運転方法が行われている。   Conventionally, when a fuel cell system is mounted on a vehicle, in order to improve the fuel efficiency of the fuel cell system, supply of air to the fuel cell stack is stopped during low load operation such as idling or low speed running of the vehicle. An operation method called “intermittent operation” in which power generation is stopped and the required power of the vehicle is covered by power supply from a battery is performed.

特許文献１の燃料電池システムでは、ＥＣＵは、燃料電池システムの間欠運転の際に、電圧センサによって検出されるセル電圧Ｖｃが所定の閾値電圧Ｖ’を下回ると、エアコンプレッサを稼働させて燃料電池スタックに第１所定流量で空気を供給し、セル電圧Ｖｃが所定の目標電圧Ｖ”に到達すると、燃料電池スタックに第１所定流量よりも多い第２所定流量で空気を一定時間供給する。
ここで、第１所定流量は、空気供給手段が供給可能な最低流量である。また、第２所定流量は、燃料電池システムを最低出力状態で運転する際に必要な流量である。また、空気供給手段によって第１所定流量で供給される空気量と第２所定流量で供給される空気量との総量は、燃料電池スタック内の各発電セルのアノードの容積の総和よりも多い。 In the fuel cell system of Patent Document 1, when the cell voltage Vc detected by the voltage sensor falls below a predetermined threshold voltage V ′ during intermittent operation of the fuel cell system, the ECU operates the air compressor to operate the fuel cell. Air is supplied to the stack at a first predetermined flow rate, and when the cell voltage Vc reaches a predetermined target voltage V ″, air is supplied to the fuel cell stack at a second predetermined flow rate larger than the first predetermined flow rate for a certain period of time.
Here, the first predetermined flow rate is a minimum flow rate that can be supplied by the air supply unit. Further, the second predetermined flow rate is a flow rate required when the fuel cell system is operated at the minimum output state. Further, the total amount of the air supplied at the first predetermined flow rate and the air amount supplied at the second predetermined flow rate by the air supply means is larger than the sum of the anode volumes of the power generation cells in the fuel cell stack.

この特許文献１の燃料システムによれば、燃料電池システムの間欠運転時に、燃料電池スタックの各セル電圧を可及的に均一に保ちながら、各セル電圧が最高許容電圧を超過することを防止することができる。   According to the fuel system of Patent Document 1, during intermittent operation of the fuel cell system, each cell voltage of the fuel cell stack is prevented from exceeding the maximum allowable voltage while keeping the cell voltages of the fuel cell stack as uniform as possible. be able to.

特開２０１４−２３５８８９号公報JP 2014-235889 A

特許文献１の燃料電池システムでは、間欠運転中に、発電セルのカソード極を形成するカソード面内で水が生成され、それにより発電セルの一部に局所的に空気供給不足が発生する場合があった。その場合、極端な電圧低下により発電セルが劣化するという問題があった。   In the fuel cell system of Patent Document 1, during intermittent operation, water is generated in the cathode surface forming the cathode of the power generation cell, which may cause a partial air supply shortage locally in the power generation cell. there were. In this case, there is a problem that the power generation cell is deteriorated due to an extremely low voltage.

この発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、発電セルの劣化を防止する燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and has as its object to provide a fuel cell system that prevents deterioration of a power generation cell.

上記の課題を解決するために、複数の発電セルを積層して構成され、各発電セルはアノード極とカソード極を有する燃料電池スタックと、燃料電池スタックに水素ガスを供給する水素供給手段と、燃料電池スタックに酸素を含む空気を供給する空気供給手段と、燃料電池スタックの複数の発電セルの各セル電圧を検出する電圧検出手段とを備え、燃料電池システムの間欠運転の際に、電圧検出手段によって検出される各セル電圧のうち最低セル電圧が所定の閾値電圧以下である場合に、空気供給手段を稼働させて燃料電池スタックに第１所定流量で空気を供給した後、燃料電池スタックに第１所定流量よりも多い第２所定流量で空気を一定時間供給する制御手段を有する燃料電池システムであって、制御手段は、空気供給手段の吐出流量を調整することによって第２所定流量で空気を一定時間供給し、電圧検出手段で検出される各セル電圧のうち最低セル電圧が前記所定の閾値電圧以下であって、電圧検出手段によって検出される１つ又は複数のセル電圧に基づいて定まる比較電圧と最低セル電圧との電圧差が、基準電圧差を超えた場合、第２所定流量の値として、該第２所定流量よりも多い第３所定流量を設定することとしている。 In order to solve the above-mentioned problem, a plurality of power generation cells are stacked, each power generation cell is a fuel cell stack having an anode and a cathode, and a hydrogen supply unit that supplies hydrogen gas to the fuel cell stack, An air supply unit that supplies air containing oxygen to the fuel cell stack, and a voltage detection unit that detects each cell voltage of a plurality of power generation cells of the fuel cell stack, and detects a voltage during an intermittent operation of the fuel cell system. When the lowest cell voltage among the cell voltages detected by the means is equal to or less than a predetermined threshold voltage, the air supply means is operated to supply air to the fuel cell stack at a first predetermined flow rate, and then the fuel cell stack is supplied to the fuel cell stack. air at a second predetermined flow rate greater than the first predetermined flow rate to a fuel cell system having a predetermined time and supplies the control means, the control means regulates the discharge flow rate of the air supply means The air is supplied a predetermined time at a second predetermined flow rate by, a minimum cell voltage is less the predetermined threshold voltage of the cell voltages detected by the voltage detecting means, one that is detected by the voltage detecting means Or, when the voltage difference between the comparison voltage determined based on the plurality of cell voltages and the lowest cell voltage exceeds the reference voltage difference, a third predetermined flow rate larger than the second predetermined flow rate is used as the value of the second predetermined flow rate. It is to be set.

前記比較電圧は、最高セル電圧であってもよい。   The comparison voltage may be a highest cell voltage.

前記比較電圧は、前記複数のセル電圧に基づいて算出される平均セル電圧である請求項１に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the comparison voltage is an average cell voltage calculated based on the plurality of cell voltages.

この発明に係る燃料電池システムによれば、発電セルの劣化を防止することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the fuel cell system which concerns on this invention, deterioration of a power generation cell can be prevented.

この発明の実施の形態１に係る車両に搭載される燃料電池システムの構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system mounted on a vehicle according to Embodiment 1 of the present invention. この発明の実施の形態１に係る車両に搭載される燃料電池システムにおける間欠運転の際の動作を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing an operation at the time of intermittent operation in the fuel cell system mounted on the vehicle according to Embodiment 1 of the present invention. この発明の実施の形態１に係る車両に搭載される燃料電池システムにおける間欠運転の際の燃料電池スタックへの空気供給流量とセル電圧との関係を示すタイミングチャートであって、特にカソード極での水詰まりがない場合を示すタイミングチャートである。FIG. 3 is a timing chart showing a relationship between an air supply flow rate to a fuel cell stack and a cell voltage during intermittent operation in a fuel cell system mounted on a vehicle according to Embodiment 1 of the present invention, and particularly shows a relationship between a cathode electrode; 5 is a timing chart showing a case where there is no water clogging. この発明の実施の形態１に係る車両に搭載される燃料電池システムにおける間欠運転の際の燃料電池スタックへの空気供給流量とセル電圧との関係を示すタイミングチャートであって、特にカソード極での水詰まりの発生とカソード極での水詰まりが解消された様子を示すタイミングチャートである。FIG. 3 is a timing chart showing a relationship between an air supply flow rate to a fuel cell stack and a cell voltage during intermittent operation in a fuel cell system mounted on a vehicle according to Embodiment 1 of the present invention, and particularly shows a relationship between a cathode electrode; 5 is a timing chart showing a state in which water clogging has occurred and water clogging in a cathode electrode has been eliminated. この発明の実施の形態２に係る車両に搭載される燃料電池システムにおける間欠運転の際の動作を示すフローチャートである。9 is a flowchart showing an operation at the time of intermittent operation in a fuel cell system mounted on a vehicle according to Embodiment 2 of the present invention. この発明の実施の形態２に係る車両に搭載される燃料電池システムにおける間欠運転の際の燃料電池スタックへの空気供給流量とセル電圧との関係を示すタイミングチャートであって、特にカソード極での水詰まりの発生とカソード極での水詰まりが解消された様子を示すタイミングチャートである。FIG. 9 is a timing chart showing a relationship between an air supply flow rate to a fuel cell stack and a cell voltage during intermittent operation in a fuel cell system mounted on a vehicle according to a second embodiment of the present invention, and particularly showing a relationship between a cathode electrode; 5 is a timing chart showing a state in which water clogging has occurred and water clogging in a cathode electrode has been eliminated.

以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る燃料電池システム１００の構成を図１に示す。なお、以降の説明では、燃料電池システム１００は、フォークリフト等の荷役装置を有する産業車両に搭載されるものとして説明する。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows a configuration of a fuel cell system 100 according to Embodiment 1 of the present invention. In the following description, the fuel cell system 100 will be described as being mounted on an industrial vehicle having a cargo handling device such as a forklift.

燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０と、水素ガスを供給可能な水素タンク２０と、酸素を含む空気を供給可能なエアコンプレッサ３０とを備えている。燃料電池スタック１０は、固体高分子電解質をアノード極（水素極）とカソード極（空気極）とで挟み込んで形成される発電セルが複数積層された構成を有しており、各発電セルのアノード極には水素ガスが供給され、カソード極には空気が供給される。そして、各発電セルの内部における水素ガスと空気中の酸素との化学反応によって電気エネルギーが生成され、燃料電池スック１０の発電が行われる。   The fuel cell system 100 includes a fuel cell stack 10, a hydrogen tank 20 capable of supplying hydrogen gas, and an air compressor 30 capable of supplying air containing oxygen. The fuel cell stack 10 has a configuration in which a plurality of power generation cells formed by sandwiching a solid polymer electrolyte between an anode electrode (hydrogen electrode) and a cathode electrode (air electrode) are stacked, and the anode of each power generation cell is stacked. Hydrogen gas is supplied to the poles, and air is supplied to the cathode poles. Then, electric energy is generated by a chemical reaction between hydrogen gas and oxygen in the air inside each power generation cell, and power generation of the fuel cell sock 10 is performed.

水素タンク２０と燃料電池スタック１０との間の水素供給管２１の途中には、燃料電池スタック１０に供給される水素ガスの流量を調整するためのインジェクタ等から構成される流量調整弁２２と、水素還流管２３に接続されるエゼクタ２４とが設けられており、水素還流管２３の途中には電動ポンプ２５が設けられている。   In the middle of the hydrogen supply pipe 21 between the hydrogen tank 20 and the fuel cell stack 10, a flow control valve 22 including an injector for adjusting the flow rate of hydrogen gas supplied to the fuel cell stack 10, An ejector 24 connected to the hydrogen reflux pipe 23 is provided, and an electric pump 25 is provided in the middle of the hydrogen reflux pipe 23.

水素タンク２０から水素供給管２１を経由して燃料電池スタック１０に供給される水素ガスは、燃料電池スタック１０内の化学反応によってその一部が消費され、化学反応に寄与することなく水素還流管２３に排出された水素ガスは、電動ポンプ２５の作用によってエゼクタ２４に導かれ、再び燃料電池スタック１０に供給される。   The hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 20 to the fuel cell stack 10 via the hydrogen supply pipe 21 is partially consumed by the chemical reaction in the fuel cell stack 10 and does not contribute to the chemical reaction. The hydrogen gas discharged to 23 is guided to the ejector 24 by the action of the electric pump 25 and is supplied to the fuel cell stack 10 again.

一方、エアコンプレッサ３０から空気供給管３１を経由して燃料電池スタック１０に供給される空気は、燃料電池スタック１０内の化学反応によってその一部が消費され、化学反応に寄与することなく空気排気管３２に排出された空気は、図示しない排気経路を経由して外気に放出される。   On the other hand, a part of the air supplied from the air compressor 30 to the fuel cell stack 10 via the air supply pipe 31 is consumed by the chemical reaction in the fuel cell stack 10, and the air is exhausted without contributing to the chemical reaction. The air discharged to the pipe 32 is discharged to the outside air via an exhaust path (not shown).

また、燃料電池スタック１０の出力には、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０が接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の出力には、キャパシタ５０と車両負荷６０が接続されている。燃料電池スタック１０から出力される直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０によって所定の電圧まで降圧された後、荷役モータや走行モータ等によって構成される車両負荷６０に供給される。その際、燃料電池スタック１０の発電電力が車両負荷６０の要求電力を上回る場合には、余剰の電力がキャパシタ５０に充電され、発電電力が要求電力を下回る場合には、不足分の電力がキャパシタ５０から車両負荷６０に供給される。   A DC / DC converter 40 is connected to an output of the fuel cell stack 10, and a capacitor 50 and a vehicle load 60 are connected to an output of the DC / DC converter 40. The DC power output from the fuel cell stack 10 is stepped down to a predetermined voltage by the DC / DC converter 40, and then supplied to a vehicle load 60 including a cargo handling motor, a traveling motor, and the like. At this time, if the generated power of the fuel cell stack 10 exceeds the required power of the vehicle load 60, surplus power is charged to the capacitor 50, and if the generated power is less than the required power, the insufficient power is charged to the capacitor 50. 50 to the vehicle load 60.

さらに、燃料電池スタック１０には、燃料電池スタック１０を構成する複数の発電セルの各電圧、すなわち各セル電圧を検出する電圧センサＢ１、Ｂ２、・・・、Ｂｎ−１、Ｂｎが取り付けられており、電圧センサＢ１、Ｂ２、・・・、Ｂｎ−１、Ｂｎの出力は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）８０に入力される。なお、ここでｎは２以上の自然数であり、燃料電池スタック１０を構成する発電セルの個数を示している。 Further, the fuel cell stack 10 includes voltage sensors B 1 , B 2 ,..., B n−1, B n that detect each voltage of a plurality of power generation cells constituting the fuel cell stack 10, that is, each cell voltage. Are attached, and the outputs of the voltage sensors B 1 , B 2 ,..., B n−1, B n are input to an electronic control unit (ECU) 80. Here, n is a natural number of 2 or more, and indicates the number of power generation cells constituting the fuel cell stack 10.

ＥＣＵ８０は、マイクロコンピュータによって構成されている。ＥＣＵ８０は、流量調整弁２２の開閉と電動ポンプ２５の回転数を制御することによって、燃料電池スタック１０に供給される水素ガスの流量を調整すると共に、エアコンプレッサ３０の吐出流量を制御することによって、燃料電池スタック１０に供給される空気の流量を調整し、これらにより燃料電池スタック１０の発電電力を制御する。
また、ＥＣＵ８０は、電圧センサＢ１、Ｂ２、・・・、Ｂｎ−１、Ｂｎから入力された燃料電池スタック１０を構成する複数の発電セルの各セル電圧のうち最高値のセル電圧、すなわち最高セル電圧Ｖｍａｘと、最低値のセル電圧、すなわち最低セル電圧Ｖｍｉｎとを特定する。そしてＥＣＵ８０は、最高セル電圧Ｖｍａｘと最低セル電圧Ｖｍｉｎの差ΔＶを算出する。
なお、ＥＣＵ８０は、燃料電池システム１００の間欠運転の際、最低セル電圧Ｖｍｉｎと、最高セル電圧Ｖｍａｘと最低セル電圧Ｖｍｉｎの差ΔＶとに基づいて、エアコンプレッサ３０の動作を制御する。 The ECU 80 is configured by a microcomputer. The ECU 80 adjusts the flow rate of the hydrogen gas supplied to the fuel cell stack 10 by controlling the opening and closing of the flow control valve 22 and the rotation speed of the electric pump 25, and controls the discharge flow rate of the air compressor 30. In addition, the flow rate of the air supplied to the fuel cell stack 10 is adjusted, and the generated power of the fuel cell stack 10 is controlled by these.
Further, ECU 80 includes a voltage sensor B 1, B 2, ···, B n-1, the cell voltage of the highest value among the cell voltages of the plurality of power generating cells constituting the fuel cell stack 10 that is input from the B n That is, the highest cell voltage Vmax and the lowest cell voltage, that is, the lowest cell voltage Vmin are specified. Then, the ECU 80 calculates a difference ΔV between the highest cell voltage Vmax and the lowest cell voltage Vmin.
The ECU 80 controls the operation of the air compressor 30 based on the minimum cell voltage Vmin and the difference ΔV between the maximum cell voltage Vmax and the minimum cell voltage Vmin during the intermittent operation of the fuel cell system 100.

次に、この実施の形態に係る燃料電池システム１００における間欠運転の際の動作について説明する。燃料電池システム１００の間欠運転の際には、エアコンプレッサ３０は通常は停止状態であり、燃料電池スタック１０への空気の供給は中止されている。一方、流量調整弁２２は通常は閉状態であり、水素の圧力が低下すると開状態となり、また電動ポンプ２５も低回転で駆動されており、燃料電池スタック１０への水素ガスの供給は微量ながら継続されている。このような状況において、ＥＣＵ８０は、空気の供給においては、図２の制御フローに示される処理を所定の時間間隔で実行する。   Next, the operation of the fuel cell system 100 according to this embodiment at the time of intermittent operation will be described. During the intermittent operation of the fuel cell system 100, the air compressor 30 is normally in a stopped state, and the supply of air to the fuel cell stack 10 is stopped. On the other hand, the flow control valve 22 is normally closed, becomes open when the pressure of hydrogen decreases, and the electric pump 25 is also driven at a low speed, so that the supply of hydrogen gas to the fuel cell stack 10 is small. Has been continued. In such a situation, the ECU 80 executes the processing shown in the control flow of FIG. 2 at predetermined time intervals in the supply of air.

図２の制御フローを参照すると、まずステップＳ１において、ＥＣＵ８０は、最低セル電圧Ｖｍｉｎが所定の閾値電圧Ｖ’以下であるか否かを判断する。ここで、所定の閾値電圧Ｖ’は、燃料電池スタック１０を構成する各発電セルが性能劣化を起こすことなく使用可能な最低セル電圧Ｖｘ、つまり最低許容電圧Ｖｘよりも僅かに高くされた電圧Ｖ’である。   Referring to the control flow of FIG. 2, first, in step S1, the ECU 80 determines whether or not the minimum cell voltage Vmin is equal to or lower than a predetermined threshold voltage V '. Here, the predetermined threshold voltage V ′ is the minimum cell voltage Vx that can be used without deteriorating the performance of each power generation cell constituting the fuel cell stack 10, that is, the voltage V slightly higher than the minimum allowable voltage Vx. '.

ステップＳ１において、ＥＣＵ８０が、最低セル電圧Ｖｍｉｎが所定の閾値電圧Ｖ’以下であると判断した場合、ステップＳ２において、ＥＣＵ８０は、最高セル電圧Ｖｍａｘと最低セル電圧Ｖｍｉｎの差ΔＶを算出し、ΔＶが基準電圧差ΔＶｓを超えたか否かを判断する。ＥＣＵ８０はこのステップＳ２でΔＶが基準電圧差ΔＶｓを超えていないと判断した場合には、カソード極での水詰まりがないと判定する。
ここで、水詰まりとは、間欠運転中にカソード面内で生成された水が内部に留まっている（吹き飛ばされていない）状態をいう。なお、水詰まりがあると、発電セルの一部に局所的な空気供給不足が発生し、極端な電圧低下により発電セルが劣化する可能性があるので、水詰まりはないか、あるいは解消されるのが好ましい。
なお、基準電圧差ΔＶｓは、実験等による水詰まりによるセルの電圧低下の状況や発電セルの劣化の状況に基いて予め設定される。
次に、ＥＣＵ８０は、ステップＳ３において、エアコンプレッサ３０を仕様上許される最低吐出流量、すなわち供給可能な最低流量で駆動する。この最低吐出流量は、第１所定流量Ａ１である。 If the ECU 80 determines in step S1 that the minimum cell voltage Vmin is equal to or lower than the predetermined threshold voltage V ′, in step S2, the ECU 80 calculates a difference ΔV between the maximum cell voltage Vmax and the minimum cell voltage Vmin, and calculates ΔV Is greater than the reference voltage difference ΔVs. If the ECU 80 determines in this step S2 that ΔV does not exceed the reference voltage difference ΔVs, it determines that there is no water clogging at the cathode electrode.
Here, the water clogging refers to a state in which water generated in the cathode surface during the intermittent operation remains inside (is not blown off). In addition, if there is water clogging, local air supply shortage occurs in a part of the power generation cell, and the power generation cell may be deteriorated due to an extreme voltage drop. Is preferred.
Note that the reference voltage difference ΔVs is set in advance based on the state of voltage drop of the cell due to water clogging or the state of deterioration of the power generation cell in an experiment or the like.
Next, in step S3, the ECU 80 drives the air compressor 30 at the minimum discharge flow rate allowed by the specifications, that is, the supplyable minimum flow rate. This minimum discharge flow rate is the first predetermined flow rate A1.

続いて、ＥＣＵ８０は、ステップＳ４において第１所定流量Ａ１での空気供給が一定時間行われたか否かを判断し、一定時間行われていないと判断した場合は、エアコンプレッサ３０の駆動による第１所定流量Ａ１での空気供給を継続する。   Subsequently, in step S4, the ECU 80 determines whether or not the air supply at the first predetermined flow rate A1 has been performed for a certain period of time. The air supply at the predetermined flow rate A1 is continued.

また、このステップＳ４において、ＥＣＵ８０は、第１所定流量Ａ１での空気供給が一定時間行われたと判断した場合には、その後、ＥＣＵ８０は、ステップＳ５において、エアコンプレッサ３０の吐出流量を調整することによって、燃料電池スタック１０に供給される空気の流量を第２所定流量Ａ２まで増加させ、この第２所定流量Ａ２で空気を一定時間供給する。
ここで、第２所定流量Ａ２は、燃料電池システム１００を最低出力状態で運転する際に必要な空気流量に設定されており、第１所定流量Ａ１よりも多い流量に設定されている。
また、この実施の形態１の燃料電池システム１００においては、ステップＳ３〜Ｓ４において第１所定流量Ａ１で供給される空気量と、ステップＳ５において第２所定流量Ａ２で供給される空気量との総量は、燃料電池スタック１０内の各発電セルのアノード極の容積の総和よりも多くなるように設定されている。
次に、ＥＣＵ８０は、ステップＳ６においてエアコンプレッサ３０の駆動を停止する。 If the ECU 80 determines in step S4 that the air supply at the first predetermined flow rate A1 has been performed for a certain period of time, then in step S5, the ECU 80 adjusts the discharge flow rate of the air compressor 30. As a result, the flow rate of the air supplied to the fuel cell stack 10 is increased to the second predetermined flow rate A2, and the air is supplied at the second predetermined flow rate A2 for a certain time.
Here, the second predetermined flow rate A2 is set to an air flow rate necessary for operating the fuel cell system 100 at the minimum output state, and is set to a flow rate larger than the first predetermined flow rate A1.
Further, in the fuel cell system 100 of the first embodiment, the total amount of the air amount supplied at the first predetermined flow rate A1 in steps S3 to S4 and the air amount supplied at the second predetermined flow rate A2 in step S5. Is set to be larger than the sum of the volumes of the anode electrodes of the respective power generation cells in the fuel cell stack 10.
Next, the ECU 80 stops driving the air compressor 30 in step S6.

また、ステップＳ１において、ＥＣＵ８０は最低セル電圧Ｖｍｉｎが所定の閾値電圧Ｖ’以下ではないと判断した場合、カソード極での水詰まりはないと判定し、リターンに移行する。   Further, in step S1, when the ECU 80 determines that the minimum cell voltage Vmin is not lower than the predetermined threshold voltage V ', it determines that there is no water clogging at the cathode electrode, and shifts to return.

また、ステップＳ２において、ＥＣＵ８０は、最高セル電圧Ｖｍａｘと最低セル電圧Ｖｍｉｎの差ΔＶが基準電圧差ΔＶｓを超えたと判断した場合には、カソード極での水詰まりがあると判定し、ステップＳ７において、燃料電池スタック１０に供給される空気の流量についてステップＳ５における第２所定流量Ａ２の値として、第２所定流量Ａ２より多い第３所定流量Ａ３を設定する。
ここで第３所定流量Ａ３は、燃料電池スタック１０のカソード極での水詰まりの水を吹き飛ばすのに十分な流量である。
なお、第３所定流量Ａ３は、カソード極の空気の流路の形状等によって変更されうるものであり、実験等によって予め設定される。
次に、ステップＳ３において、ＥＣＵ８０は、エアコンプレッサ３０を仕様上許される最低吐出流量、すなわち供給可能な最低流量で駆動する。この最低吐出流量は、第１所定流量Ａ１である。 Further, in step S2, when the ECU 80 determines that the difference ΔV between the highest cell voltage Vmax and the lowest cell voltage Vmin exceeds the reference voltage difference ΔVs, it determines that there is water clogging at the cathode electrode, and in step S7. The third predetermined flow rate A3, which is larger than the second predetermined flow rate A2, is set as the value of the second predetermined flow rate A2 in step S5 for the flow rate of the air supplied to the fuel cell stack 10.
Here, the third predetermined flow rate A3 is a flow rate sufficient to blow off water clogged at the cathode electrode of the fuel cell stack 10.
The third predetermined flow rate A3 can be changed depending on the shape of the air flow path of the cathode electrode and the like, and is set in advance by experiments and the like.
Next, in step S3, the ECU 80 drives the air compressor 30 at the minimum discharge flow rate allowed by the specifications, that is, the minimum flow rate that can be supplied. This minimum discharge flow rate is the first predetermined flow rate A1.

続いて、ＥＣＵ８０は、ステップＳ４において第１所定流量Ａ１での空気供給が一定時間行われたか否かを判断し、一定時間行われていないと判断した場合は、エアコンプレッサ３０の駆動による第１所定流量Ａ１での空気供給を継続する。   Subsequently, in step S4, the ECU 80 determines whether or not the air supply at the first predetermined flow rate A1 has been performed for a certain period of time. The air supply at the predetermined flow rate A1 is continued.

また、このステップＳ４において、ＥＣＵ８０は、第１所定流量Ａ１での空気供給が一定時間行われたと判断した場合には、その後、ＥＣＵ８０は、ステップＳ５において、エアコンプレッサ３０の吐出流量を調整することによって、燃料電池スタック１０に供給される空気の流量を、設定した第３所定流量Ａ３まで増加させ、第３所定流量Ａ３で空気を一定時間供給する。   If the ECU 80 determines in step S4 that the air supply at the first predetermined flow rate A1 has been performed for a certain period of time, then in step S5, the ECU 80 adjusts the discharge flow rate of the air compressor 30. Thereby, the flow rate of the air supplied to the fuel cell stack 10 is increased to the set third predetermined flow rate A3, and the air is supplied at the third predetermined flow rate A3 for a certain time.

また、この実施の形態１の燃料電池システム１００においては、ステップＳ３〜Ｓ４において第１所定流量Ａ１で供給される空気量と、ステップＳ７で設定された第３所定流量Ａ３で供給されるステップＳ５での空気量との総量は、燃料電池スタック１０内の各発電セルのアノード極の容積の総和よりも多くなるように設定されている。
また、実施の形態１の燃料電池システム１００においては、ステップＳ３〜Ｓ４において第１所定流量Ａ１で供給される空気量と、ステップＳ７において設定された第３所定流量Ａ３で供給されるステップＳ５での空気量との総量は、上記ステップＳ３〜Ｓ４において第１所定流量Ａ１で供給される空気量と、ステップＳ５において第２所定流量Ａ２で供給される空気量との総量と等しくされている。
次に、ＥＣＵ８０はステップＳ６においてエアコンプレッサ３０の駆動を停止する。 Further, in the fuel cell system 100 of the first embodiment, the air amount supplied at the first predetermined flow rate A1 in steps S3 to S4 and the step S5 supplied at the third predetermined flow rate A3 set in step S7. Is set so as to be larger than the sum of the volumes of the anode electrodes of the respective power generation cells in the fuel cell stack 10.
In the fuel cell system 100 according to the first embodiment, the air amount supplied at the first predetermined flow rate A1 in steps S3 to S4 and the step S5 supplied at the third predetermined flow rate A3 set in step S7 are used. Is equal to the total amount of the air supplied at the first predetermined flow rate A1 in steps S3 to S4 and the amount of air supplied at the second predetermined flow rate A2 in step S5.
Next, the ECU 80 stops driving the air compressor 30 in step S6.

次に、カソード極での水詰まりがない場合について説明する。
図３は、実施の形態１に係る車両に搭載される燃料電池システムにおける間欠運転の際の燃料電池スタックへの空気供給流量とセル電圧との関係を示すタイミングチャートであって、特にカソード極での水詰まりがない場合を示すタイミングチャートである。
図３（ｂ）のタイミングチャートでは、時刻Ｔ１から時刻Ｔ７に至るまで、平均セル電圧Ｖａと最高セル電圧Ｖｍａｘと最低セル電圧Ｖｍｉｎの各電圧値が一致している。
なお、平均セル電圧とは、電圧センサＢ１、Ｂ２、・・・、Ｂｎ−１、Ｂｎで検出される複数の各発電セルの電圧、すなわち複数のセル電圧に基づいて算出される平均値の電圧である。
図３（ｂ）の時刻Ｔ１ではエアコンプレッサ３０の駆動は停止されており、そのため、燃料電池スタック１０内での発電は停止されている。その結果、平均セル電圧Ｖａと最高セル電圧Ｖｍａｘと最低セル電圧Ｖｍｉｎとがともに同じ電圧値で下降している。 Next, a case where there is no water clogging at the cathode electrode will be described.
FIG. 3 is a timing chart showing the relationship between the air supply flow rate to the fuel cell stack and the cell voltage during intermittent operation in the fuel cell system mounted on the vehicle according to the first embodiment. 6 is a timing chart showing a case where there is no water clogging.
In the timing chart of FIG. 3B, the average cell voltage Va, the highest cell voltage Vmax, and the lowest cell voltage Vmin match from time T1 to time T7.
The average cell voltage and is calculated based voltage sensor B 1, B 2, · · ·, a plurality of voltage of each power generation cell detected by B n-1, B n, i.e. the plurality of cell voltage This is the average voltage.
At time T1 in FIG. 3B, the driving of the air compressor 30 is stopped, so that the power generation in the fuel cell stack 10 is stopped. As a result, the average cell voltage Va, the highest cell voltage Vmax, and the lowest cell voltage Vmin all fall at the same voltage value.

また、時刻Ｔ２では、平均セル電圧Ｖａと最高セル電圧Ｖｍａｘと最低セル電圧Ｖｍｉｎとがさらに下降し、最低セル電圧Ｖｍｉｎが所定の閾値電圧Ｖ’以下となっているが、最高セル電圧Ｖｍａｘと最低セル電圧Ｖｍｉｎとの差ΔＶが基準電圧差ΔＶｓを超えていないため、カソード極での水詰まりはないと判定される。
また、時刻Ｔ２で、エアコンプレッサ３０が駆動され燃料電池スタック１０に第１所定流量Ａ１が供給される。すると、水素タンク２０から供給される水素とエアコンプレッサ３０から供給される空気中の酸素との化学反応によって燃料電池スタック１０内で発電が行われ、平均セル電圧Ｖａと最高セル電圧Ｖｍａｘと最低セル電圧Ｖｍｉｎとがともに同じ電圧値で上昇していく。 At time T2, the average cell voltage Va, the highest cell voltage Vmax, and the lowest cell voltage Vmin further decrease, and the lowest cell voltage Vmin is equal to or lower than a predetermined threshold voltage V ′. Since the difference ΔV from the cell voltage Vmin does not exceed the reference voltage difference ΔVs, it is determined that there is no water clogging at the cathode.
At time T2, the air compressor 30 is driven and the first predetermined flow rate A1 is supplied to the fuel cell stack 10. Then, power is generated in the fuel cell stack 10 by a chemical reaction between hydrogen supplied from the hydrogen tank 20 and oxygen in the air supplied from the air compressor 30, and the average cell voltage Va, the highest cell voltage Vmax, and the lowest cell The voltage Vmin and the voltage Vmin both increase at the same voltage value.

第１所定流量Ａ１での空気供給が一定時間行われるまでの間、エアコンプレッサ３０の駆動による第１所定流量Ａ１での空気供給は継続される。この間、上述したように平均セル電圧Ｖａと最高セル電圧Ｖｍａｘと最低セル電圧Ｖｍｉｎとがともに同じ電圧値で上昇していくが、空気はエアコンプレッサ３０の最低吐出流量で穏やかに供給されるため、平均セル電圧Ｖａが急激に上昇して最高許容電圧Ｖｙを超えてしまうことはない。
なお、第１所定流量Ａ１での空気供給が一定時間行われた場合、平均セル電圧Ｖａは、電圧Ｖ”に到達する。電圧Ｖ”とは、燃料電池スタック１０のセル電圧が各発電セルの性能劣化を起こすことなく使用可能な最大電圧（最大許容電圧：Ｖｙ）よりも僅かに低く設定された電圧である。
また、第１所定流量Ａ１での空気供給が一定時間行われた後である時刻Ｔ３では、燃料電池スタック１０に供給される空気の流量が第２所定流量Ａ２まで増加され、この第２所定流量Ａ２で空気が一定時間供給される。
その後、時刻Ｔ４ではエアコンプレッサ３０の駆動が停止され、これにより第２所定流量Ａ２の供給が停止されると、時刻Ｔ４からＴ５で示すように、燃料電池スタック１０内での発電は停止され、これにより平均セル電圧Ｖａと最高セル電圧Ｖｍａｘと最低セル電圧Ｖｍｉｎは、同じ電圧値で下降する。 Until the air supply at the first predetermined flow rate A1 is performed for a predetermined time, the air supply at the first predetermined flow rate A1 by driving the air compressor 30 is continued. During this time, the average cell voltage Va, the highest cell voltage Vmax, and the lowest cell voltage Vmin all rise at the same voltage value as described above. However, since air is gently supplied at the lowest discharge flow rate of the air compressor 30, The average cell voltage Va does not suddenly increase and exceed the maximum allowable voltage Vy.
When the air supply at the first predetermined flow rate A1 is performed for a certain period of time, the average cell voltage Va reaches the voltage V ″. The voltage V ″ means that the cell voltage of the fuel cell stack 10 is equal to the voltage of each power generation cell. This voltage is set slightly lower than the maximum voltage (maximum allowable voltage: Vy) that can be used without causing performance degradation.
Further, at time T3 after the air supply at the first predetermined flow rate A1 has been performed for a predetermined time, the flow rate of the air supplied to the fuel cell stack 10 is increased to a second predetermined flow rate A2, At A2, air is supplied for a certain time.
Thereafter, at time T4, the driving of the air compressor 30 is stopped, and when the supply of the second predetermined flow rate A2 is stopped, as shown by T5 from time T4, power generation in the fuel cell stack 10 is stopped. As a result, the average cell voltage Va, the highest cell voltage Vmax, and the lowest cell voltage Vmin fall at the same voltage value.

また、この実施の形態１の燃料電池システム１００においては、ステップＳ３〜Ｓ４において第１所定流量Ａ１で供給される空気量と、ステップＳ５において第２所定流量Ａ２で供給される空気量との総量は、燃料電池スタック１０内の各発電セルのアノード極の容積の総和よりも多くなるように設定されている。そのため、図３（ｂ）の時刻Ｔ２〜Ｔ４の間に燃料電池スタック１０内の空気は完全に入れ替えられる。
また、時刻Ｔ４から時刻Ｔ７で行われる動作は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ４までに行われた動作と同じであるので、説明を省略する。 Further, in the fuel cell system 100 of the first embodiment, the total amount of the air amount supplied at the first predetermined flow rate A1 in steps S3 to S4 and the air amount supplied at the second predetermined flow rate A2 in step S5. Is set to be larger than the sum of the volumes of the anode electrodes of the respective power generation cells in the fuel cell stack 10. Therefore, the air in the fuel cell stack 10 is completely replaced between the times T2 and T4 in FIG.
In addition, the operation performed from time T4 to time T7 is the same as the operation performed from time T1 to time T4, and a description thereof will be omitted.

次に、カソード極での水詰まりがある場合について説明する。
図４は、この発明の実施の形態１に係る車両に搭載される燃料電池システムにおける間欠運転の際の燃料電池スタックへの空気供給流量とセル電圧との関係を示すタイミングチャートであって、特にカソード極での水詰まりの発生とカソード極での水詰まりが解消された様子を示すタイミングチャートである。
時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１４で示す動作は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ４までの動作と同じであるので、説明を省略する。
図４（ｂ）のタイミングチャートで示すように、時刻Ｔ１１から符号Ｃの時点までは、平均セル電圧Ｖａと最高セル電圧Ｖｍａｘと最低セル電圧Ｖｍｉｎとが一致しており、符号Ｃの時点で、カソード極での水詰まりが発生している。この水詰まりが発生した時点から、平均セル電圧Ｖａ、最低セル電圧Ｖｍｉｎおよび最高セル電圧Ｖｍａｘは、互いの間に電圧差が生じた状態で下降し続けている。 Next, a case where water is clogged at the cathode will be described.
FIG. 4 is a timing chart showing the relationship between the air supply flow rate to the fuel cell stack and the cell voltage during intermittent operation in the fuel cell system mounted on the vehicle according to Embodiment 1 of the present invention. 5 is a timing chart showing a state in which water clogging at a cathode electrode has been generated and water clogging at a cathode electrode has been eliminated.
The operation shown from time T11 to time T14 is the same as the operation from time T1 to time T4, and a description thereof will be omitted.
As shown in the timing chart of FIG. 4B, the average cell voltage Va, the highest cell voltage Vmax, and the lowest cell voltage Vmin match from the time T11 to the time point C, and at the time point C, Water clogging at the cathode electrode has occurred. The average cell voltage Va, the minimum cell voltage Vmin, and the maximum cell voltage Vmax have continued to decrease with a voltage difference between them since the time when the water clogging occurred.

平均セル電圧Ｖａと最高セル電圧Ｖｍａｘと最低セル電圧Ｖｍｉｎが、さらに互いの間に電圧差が生じた状態で下降した時刻Ｔ１５では、最低セル電圧Ｖｍｉｎが所定の閾値電圧Ｖ’以下であって、最高セル電圧Ｖｍａｘと最低セル電圧Ｖｍｉｎとの差が基準電圧差ΔＶｓを超えているため、カソード極での水詰まりがあると判定され、ＥＣＵ８０は、燃料電池スタック１０に供給される空気の流量である第２所定流量Ａ２の値として、第３所定流量Ａ３を設定する。
次に、時刻Ｔ１５でエアコンプレッサ３０が駆動されて燃料電池スタック１０に第１所定流量Ａ１が供給される。すると、水素タンク２０から供給される水素とエアコンプレッサ３０から供給される空気中の酸素との化学反応によって燃料電池スタック１０内で発電が行われ、平均セル電圧Ｖａと最高セル電圧Ｖｍａｘと最低セル電圧Ｖｍｉｎとがともに上昇していく。 At time T15 when the average cell voltage Va, the highest cell voltage Vmax, and the lowest cell voltage Vmin further decrease with a voltage difference therebetween, the lowest cell voltage Vmin is equal to or lower than a predetermined threshold voltage V ′, Since the difference between the highest cell voltage Vmax and the lowest cell voltage Vmin exceeds the reference voltage difference ΔVs, it is determined that there is water clogging at the cathode, and the ECU 80 determines the flow rate of air supplied to the fuel cell stack 10 A third predetermined flow rate A3 is set as a value of a certain second predetermined flow rate A2.
Next, at time T15, the air compressor 30 is driven to supply the first predetermined flow rate A1 to the fuel cell stack 10. Then, power is generated in the fuel cell stack 10 by a chemical reaction between hydrogen supplied from the hydrogen tank 20 and oxygen in the air supplied from the air compressor 30, and the average cell voltage Va, the highest cell voltage Vmax, and the lowest cell The voltage Vmin and the voltage Vmin both increase.

第１所定流量Ａ１での空気供給が一定時間行われるまでの間、エアコンプレッサ３０の駆動による第１所定流量Ａ１での空気供給が継続される。この間、上述したように平均セル電圧Ｖａと最高セル電圧Ｖｍａｘと最低セル電圧Ｖｍｉｎとがともに上昇していくが、空気はエアコンプレッサ３０の最低吐出流量で穏やかに供給されるため、平均セル電圧Ｖａが急激に上昇して最高許容電圧Ｖｙを超えてしまうことはない。なお、第１所定流量Ａ１での空気供給が一定時間行われた場合、平均セル電圧Ｖａは、電圧Ｖ”に到達する。
第１所定流量Ａ１での空気供給が一定時間行われた後である時刻Ｔ１６では、燃料電池スタック１０に供給される空気の流量が、設定した第３所定流量Ａ３まで増加され、第３所定流量Ａ３で空気が一定時間供給される。第３所定流量Ａ３は、燃料電池スタック１０のカソード極での水詰まりの水を吹き飛ばすのに十分な流量である。これにより、燃料電池スタック１０内のカソード極に溜まっている水が吹き飛ばされて、カソード極での水詰まりが解消される。また、この水詰まりが解消されると、発電セルの一部に局所的な空気供給不足が発生することが防止されるので、極端な電圧低下が防止され、これにより発電セルが劣化することが防止される。 Until the air supply at the first predetermined flow rate A1 is performed for a certain period of time, the air supply at the first predetermined flow rate A1 by driving the air compressor 30 is continued. During this time, the average cell voltage Va, the maximum cell voltage Vmax, and the minimum cell voltage Vmin both increase as described above. However, since the air is gently supplied at the minimum discharge flow rate of the air compressor 30, the average cell voltage Va Does not suddenly rise and exceed the maximum allowable voltage Vy. When the air supply at the first predetermined flow rate A1 is performed for a certain period of time, the average cell voltage Va reaches the voltage V ″.
At a time T16 after the air supply at the first predetermined flow rate A1 has been performed for a predetermined time, the flow rate of the air supplied to the fuel cell stack 10 is increased to the set third predetermined flow rate A3, and the third predetermined flow rate is set. At A3, air is supplied for a certain time. The third predetermined flow rate A3 is a flow rate sufficient to blow off water clogged at the cathode of the fuel cell stack 10. As a result, the water accumulated at the cathode in the fuel cell stack 10 is blown off, and water clogging at the cathode is eliminated. In addition, when the water clog is eliminated, a local shortage of air supply is prevented from occurring in a part of the power generation cell, so that an extreme voltage drop is prevented, and thus the power generation cell may be deteriorated. Is prevented.

その後、時刻Ｔ１７でエアコンプレッサ３０の駆動が停止され、これにより燃料電池スタック１０への第３所定流量Ａ３の供給が停止されると、燃料電池スタック１０内での発電は停止され、その結果、図４（ｂ）の時刻Ｔ１７以降の領域Ｄで示すように、平均セル電圧Ｖａと最高セル電圧Ｖｍａｘと最低セル電圧Ｖｍｉｎは、同じ電圧値で下降する。   Thereafter, at time T17, the driving of the air compressor 30 is stopped, and when the supply of the third predetermined flow rate A3 to the fuel cell stack 10 is stopped, the power generation in the fuel cell stack 10 is stopped. As shown in an area D after time T17 in FIG. 4B, the average cell voltage Va, the highest cell voltage Vmax, and the lowest cell voltage Vmin fall at the same voltage value.

また、この実施の形態１の燃料電池システム１００においては、ステップＳ３〜Ｓ４において第１所定流量Ａ１で供給される空気量と上記ステップＳ７において設定される第３所定流量Ａ３で供給されるステップＳ５での空気量との総量は、燃料電池スタック１０内の各発電セルのアノード極の容積の総和よりも多くなるように設定されている。これにより、図４（ｂ）の時刻Ｔ１５〜Ｔ１７の間に燃料電池スタック１０内の空気は完全に入れ替えられる。   Further, in the fuel cell system 100 of the first embodiment, the air amount supplied at the first predetermined flow rate A1 in steps S3 to S4 and the step S5 supplied at the third predetermined flow rate A3 set in step S7. Is set so as to be larger than the sum of the volumes of the anode electrodes of the respective power generation cells in the fuel cell stack 10. As a result, the air in the fuel cell stack 10 is completely replaced between the times T15 and T17 in FIG.

また実施の形態１の燃料電池システム１００においては、上記ステップＳ３〜Ｓ４において第１所定流量Ａ１で供給される空気量と、上記ステップＳ７において設定される第３所定流量Ａ３で供給されるステップＳ５での空気量との総量は、上記ステップＳ３〜Ｓ４において第１所定流量Ａ１で供給される空気量と、上記ステップＳ５において第２所定流量Ａ２で供給される空気量との総量と等しくされている。   Further, in the fuel cell system 100 of the first embodiment, the air amount supplied at the first predetermined flow rate A1 in steps S3 to S4 and the step S5 supplied at the third predetermined flow rate A3 set in step S7. Is equal to the total amount of the air supplied at the first predetermined flow rate A1 in the above steps S3 to S4 and the air amount supplied at the second predetermined flow rate A2 in the above step S5. I have.

以上説明したように、この実施の形態１に係る燃料電池システム１００では、燃料電池システム１００の間欠運転の際に、電圧センサＢ１、Ｂ２、・・・、Ｂｎ−１、Ｂｎによって検出される各セル電圧のうち最低セル電圧Ｖｍｉｎが所定の閾値電圧Ｖ’以下である場合に、ＥＣＵ８０は、エアコンプレッサ３０を稼働させて燃料電池スタック１０に第１所定流量Ａ１で空気を供給した後、燃料電池スタック１０に第１所定流量Ａ１よりも多い第２所定流量Ａ２で空気を一定時間供給する、燃料電池システムであって、電圧センサＢ１、Ｂ２、・・・、Ｂｎ−１、Ｂｎで検出される各セル電圧のうち最低セル電圧Ｖｍｉｎが所定の閾値電圧Ｖ’以下であって、１つのセル電圧に基づいて定まる最高セル電圧Ｖｍａｘと、最低セル電圧との電圧差ΔＶが、基準電圧差ΔＶｓを超えた場合、ＥＣＵ８０は、第２所定流量Ａ２の値として、該第２所定流量Ａ２よりも多い第３所定流量Ａ３を設定することとしたから、カソード極での水詰まりを防止することができ、またそれにより極端な電圧低下が防止されるため、発電セルが劣化することが防止される。 As described above, in the fuel cell system 100 according to the first embodiment, during the intermittent operation of the fuel cell system 100, the voltage sensor B 1, B 2, · · ·, the B n-1, B n When the minimum cell voltage Vmin among the detected cell voltages is equal to or lower than the predetermined threshold voltage V ′, the ECU 80 operates the air compressor 30 to supply air to the fuel cell stack 10 at the first predetermined flow rate A1. after a certain time for supplying air at a second predetermined flow rate A2 greater than the first predetermined flow rate A1 to the fuel cell stack 10, a fuel cell system, the voltage sensor B 1, B 2, · · ·, B n- 1 , the minimum cell voltage Vmin among the cell voltages detected by Bn is equal to or lower than a predetermined threshold voltage V ′, and the maximum cell voltage Vmax determined based on one cell voltage; If the voltage difference ΔV exceeds the reference voltage difference ΔVs, the ECU 80 sets the third predetermined flow rate A3 larger than the second predetermined flow rate A2 as the value of the second predetermined flow rate A2. Water clogging at the poles can be prevented, which prevents an extreme voltage drop, thereby preventing the power generation cell from deteriorating.

また、実施の形態１の燃料電池システム１００では、上記ステップＳ３〜Ｓ４において第１所定流量Ａ１で供給される空気量と上記ステップＳ７において第３所定流量Ａ３で設定されるステップＳ５での空気量との総量は、上記ステップＳ３〜Ｓ４において第１所定流量Ａ１で供給される空気量と、上記ステップＳ５において第２所定流量Ａ２で供給される空気量との総量と等しくなるようにされている。そのためカソード極での水詰まり防止のための過剰な空気の供給を削減でき、燃費を向上させることができる。   Further, in the fuel cell system 100 of the first embodiment, the air amount supplied at the first predetermined flow rate A1 in steps S3 to S4 and the air amount in step S5 set at the third predetermined flow rate A3 in step S7. Is set to be equal to the total amount of the air amount supplied at the first predetermined flow rate A1 in steps S3 to S4 and the air amount supplied at the second predetermined flow rate A2 in step S5. . Therefore, the supply of excess air for preventing water clogging at the cathode can be reduced, and fuel efficiency can be improved.

実施の形態２．
実施の形態２の燃料電池システム２００では、実施の形態１の燃料電池システム１００についての図２のフローチャートのステップＳ２に替えて、図５で示すように、平均セル電圧Ｖａと最低セル電圧Ｖｍｉｎとの差ΔＶが基準電圧差ΔＶｓを超えたか否かをＥＣＵ１８０が判断するステップＳ１２を設ける。
すなわち、最低セル電圧Ｖｍｉｎとの電圧差ΔＶをとる比較電圧を、最高セル電圧Ｖｍａｘに替えて、電圧センサＢ１、Ｂ２、・・・、Ｂｎ−１、Ｂｎで検出される複数のセル電圧に基づいて算出される平均値の電圧、すなわち平均セル電圧Ｖａとしている。
ここで、基準電圧差ΔＶｓは、実施の形態１と同様に実験等によって予め設定される。 Embodiment 2 FIG.
In the fuel cell system 200 of the second embodiment, as shown in FIG. 5, instead of step S2 of the flowchart of FIG. 2 for the fuel cell system 100 of the first embodiment, as shown in FIG. A step S12 is provided in which the ECU 180 determines whether or not the difference ΔV exceeds the reference voltage difference ΔVs.
That is, the comparison voltage taking the voltage difference ΔV from the lowest cell voltage Vmin is replaced with the highest cell voltage Vmax, and a plurality of voltages detected by the voltage sensors B 1 , B 2 ,..., B n−1 , B n The average voltage is calculated based on the cell voltage, that is, the average cell voltage Va.
Here, the reference voltage difference ΔVs is set in advance by an experiment or the like as in the first embodiment.

この燃料電池システム２００の燃料電池スタック１０には、燃料電池スタック１０を構成する複数の発電セルの各セル電圧を検出する電圧センサＢ１、Ｂ２、・・・、Ｂｎ−１、Ｂｎが取り付けられており、電圧センサＢ１、Ｂ２、・・・、Ｂｎ−１、Ｂｎの出力は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１８０に入力される。なお、ここでｎは２以上の自然数であり、燃料電池スタック１０を構成する発電セルの個数を示している。
ＥＣＵ１８０は、図１のＥＣＵ８０に替えて設けられる。このＥＣＵ１８０はマイクロコンピュータによって構成されており、燃料電池システムの間欠運転の際のプログラムが図１のＥＣＵ８０とは異なるだけである。
ＥＣＵ１８０は、Ｂ１、Ｂ２、・・・、Ｂｎ−１、Ｂｎから入力された複数のセル電圧に基づき、それらの平均の電圧値、すなわち平均セル電圧Ｖａを算出する。
また、ＥＣＵ１８０は、入力された燃料電池スタック１０を構成する複数の発電セルの各セル電圧のうち、最低セル電圧Ｖｍｉｎを特定する。また、ＥＣＵ１８０は、平均セル電圧Ｖａと最低セル電圧Ｖｍｉｎの差ΔＶを算出する。
ＥＣＵ８０は、燃料電池システムの間欠運転の際、最低セル電圧Ｖｍｉｎと、平均セル電圧Ｖａと最低セル電圧Ｖｍｉｎの差ΔＶとに基づいてエアコンプレッサ３０の動作を制御する。 The fuel cell stack 10 of the fuel cell system 200 includes voltage sensors B 1 , B 2 ,..., B n−1 , B n that detect the cell voltages of a plurality of power generation cells constituting the fuel cell stack 10. Are attached, and the outputs of the voltage sensors B 1 , B 2 ,..., B n−1 , B n are input to an electronic control unit (ECU) 180. Here, n is a natural number of 2 or more, and indicates the number of power generation cells constituting the fuel cell stack 10.
ECU 180 is provided instead of ECU 80 in FIG. This ECU 180 is constituted by a microcomputer, and the program at the time of the intermittent operation of the fuel cell system is different from the ECU 80 of FIG.
The ECU 180 calculates an average voltage value of the plurality of cell voltages input from B 1 , B 2 ,..., B n−1 , B n , that is, an average cell voltage Va.
In addition, the ECU 180 specifies the lowest cell voltage Vmin among the cell voltages of the plurality of power generation cells constituting the fuel cell stack 10 that have been input. Further, ECU 180 calculates a difference ΔV between average cell voltage Va and minimum cell voltage Vmin.
The ECU 80 controls the operation of the air compressor 30 based on the minimum cell voltage Vmin and the difference ΔV between the average cell voltage Va and the minimum cell voltage Vmin during the intermittent operation of the fuel cell system.

この実施の形態２の燃料電池システム２００では、図５のステップＳ１、Ｓ３〜Ｓ７については、上述した実施の形態１の燃料電池システムで説明したとおりである。
図６は、この発明の実施の形態２に係る車両に搭載される燃料電池システムにおける間欠運転の際の燃料電池スタックへの空気供給流量とセル電圧との関係を示すタイミングチャートであって、特にカソード極での水詰まりの発生とカソード極での水詰まりが解消された様子を示すタイミングチャートである。図６（ａ）および図６（ｂ）で示す時刻Ｔ２１〜Ｔ２７での動作は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示す時刻Ｔ１１〜Ｔ１７で示す動作に対応するので、説明を省略する。
この実施の形態に係る燃料電池システム２００では、燃料電池システム２００の間欠運転の際に、電圧センサＢ１、Ｂ２、・・・、Ｂｎ−１、Ｂｎによって検出される各セル電圧のうち最低セル電圧Ｖｍｉｎが所定の閾値電圧Ｖ’以下である場合に、ＥＣＵ１８０はエアコンプレッサ３０を稼働させて燃料電池スタック１０に第１所定流量Ａ１で空気を供給した後、燃料電池スタック１０に第１所定流量Ａ１よりも多い第２所定流量Ａ２で空気を一定時間供給する、燃料電池システムであって、電圧センサＢ１、Ｂ２、・・・、Ｂｎ−１、Ｂｎで検出される各セル電圧のうち最低セル電圧Ｖｍｉｎが所定の閾値電圧Ｖ’以下であって、複数のセル電圧に基づいて定まる平均セル電圧Ｖａと最低セル電圧との電圧差ΔＶが、基準電圧差ΔＶｓを超えた場合、ＥＣＵ１８０は、第２所定流量Ａ２の値として、該第２所定流量Ａ２よりも多い第３所定流量Ａ３を設定することとしたから、カソード極での水詰まりを防止することができ、またそれにより極端な電圧低下が防止されるため、発電セルが劣化することが防止される。 In the fuel cell system 200 according to the second embodiment, steps S1, S3 to S7 in FIG. 5 are as described in the fuel cell system according to the first embodiment.
FIG. 6 is a timing chart showing the relationship between the flow rate of air supplied to the fuel cell stack and the cell voltage during intermittent operation in the fuel cell system mounted on the vehicle according to Embodiment 2 of the present invention. 5 is a timing chart showing a state in which water clogging at a cathode electrode has been generated and water clogging at a cathode electrode has been eliminated. The operations at times T21 to T27 shown in FIGS. 6A and 6B correspond to the operations shown at times T11 to T17 shown in FIGS. I do.
In the fuel cell system 200 according to this embodiment, during the intermittent operation of the fuel cell system 200, each cell voltage detected by the voltage sensors B 1 , B 2 ,..., B n−1 , B n When the minimum cell voltage Vmin is equal to or lower than the predetermined threshold voltage V ′, the ECU 180 operates the air compressor 30 to supply air to the fuel cell stack 10 at the first predetermined flow rate A1, and then supplies the air to the fuel cell stack 10 1 a certain time for supplying air at a predetermined flow rate greater than A1 the second predetermined flow rate A2, a fuel cell system, the voltage sensor B 1, B 2, · · ·, are detected by the B n-1, B n The minimum cell voltage Vmin of each cell voltage is equal to or lower than a predetermined threshold voltage V ′, and the voltage difference ΔV between the average cell voltage Va determined based on the plurality of cell voltages and the minimum cell voltage is the reference voltage difference Δ If the second predetermined flow rate A2 is exceeded, the ECU 180 sets the third predetermined flow rate A3, which is larger than the second predetermined flow rate A2, as the value of the second predetermined flow rate A2. This also prevents an extreme voltage drop, thereby preventing the power generation cell from deteriorating.

１０ 燃料電池スタック、２０ 水素タンク（水素供給手段）、３０ エアコンプレッサ（空気供給手段）、８０、１８０ ＥＣＵ（制御手段）、１００、２００ 燃料電池システム、Ａ１ 第１所定流量、Ａ２ 第２所定流量、Ａ３ 第３所定流量、Ｂ１、Ｂ２、・・・Ｂｎ−１、Ｂｎ 電圧センサ（電圧検出手段）、Ｖａ 平均セル電圧（比較電圧）、Ｖｍａｘ 最高セル電圧（比較電圧）、Ｖｍｉｎ 最低セル電圧、Ｖ’ 所定の閾値電圧、ΔＶ 比較電圧と最低セル電圧との電圧差、ΔＶｓ 基準電圧差。 Reference Signs List 10 fuel cell stack, 20 hydrogen tank (hydrogen supply means), 30 air compressor (air supply means), 80, 180 ECU (control means), 100, 200 fuel cell system, A1 first predetermined flow rate, A2 second predetermined flow rate , A3 third predetermined flow rate, B 1, B 2, ··· B n-1, B n voltage sensor (voltage detection means), Va average cell voltage (comparison voltage), Vmax maximum cell voltage (comparison voltage), Vmin Minimum cell voltage, V 'predetermined threshold voltage, ΔV Voltage difference between comparison voltage and minimum cell voltage, ΔVs Reference voltage difference.

Claims (3)

複数の発電セルを積層して構成され、各発電セルはアノード極とカソード極を有する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに水素ガスを供給する水素供給手段と、
前記燃料電池スタックに酸素を含む空気を供給する空気供給手段と、
前記燃料電池スタックの複数の発電セルの各セル電圧を検出する電圧検出手段と、
を備え、
燃料電池システムの間欠運転の際に、前記電圧検出手段によって検出される前記各セル電圧のうち最低セル電圧が所定の閾値電圧以下である場合に、前記空気供給手段を稼働させて前記燃料電池スタックに第１所定流量で空気を供給した後、前記燃料電池スタックに第１所定流量よりも多い第２所定流量で空気を一定時間供給する制御手段を有する燃料電池システムであって、
前記制御手段は、
前記空気供給手段の吐出流量を調整することによって前記第２所定流量で空気を一定時間供給し、
前記電圧検出手段で検出される前記各セル電圧のうち最低セル電圧が前記所定の閾値電圧以下であって、前記電圧検出手段によって検出される１つ又は複数のセル電圧に基づいて定まる比較電圧と最低セル電圧との電圧差が、基準電圧差を超えた場合、前記第２所定流量の値として、該第２所定流量よりも多い第３所定流量を設定する燃料電池システム。 A fuel cell stack including a plurality of power generation cells stacked, each power generation cell having an anode electrode and a cathode electrode,
Hydrogen supply means for supplying hydrogen gas to the fuel cell stack,
Air supply means for supplying oxygen-containing air to the fuel cell stack;
Voltage detection means for detecting each cell voltage of the plurality of power generation cells of the fuel cell stack,
With
During intermittent operation of the fuel cell system, wherein when the lowest cell voltage among the respective cell voltages to be detected by the voltage detecting means is below a predetermined threshold voltage, the fuel cell is operated with the air supply means A fuel cell system comprising: a control unit that supplies air to a fuel cell stack at a first predetermined flow rate, and then supplies air to the fuel cell stack at a second predetermined flow rate greater than the first predetermined flow rate for a predetermined time,
The control means,
By adjusting the discharge flow rate of the air supply means to supply air at the second predetermined flow rate for a fixed time,
A comparison voltage determined based on one or more cell voltages detected by the voltage detection means, wherein a lowest cell voltage among the cell voltages detected by the voltage detection means is equal to or less than the predetermined threshold voltage; A fuel cell system for setting a third predetermined flow rate larger than the second predetermined flow rate as a value of the second predetermined flow rate when a voltage difference from a minimum cell voltage exceeds a reference voltage difference. 前記比較電圧は、最高セル電圧である請求項１に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the comparison voltage is a maximum cell voltage. 前記比較電圧は、前記複数のセル電圧に基づいて算出される平均セル電圧である請求項１に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the comparison voltage is an average cell voltage calculated based on the plurality of cell voltages.
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