JP7006158B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

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

燃料電池システムにおいて、氷点下に始動する場合に、複数の単セルを有する燃料電池スタックに供給する反応ガスの供給量を少なくして燃料電池スタックを暖める暖機運転を行うものが知られている。特許文献1に記載の燃料電池システムでは、単セルの電圧値が低下すると生成水の凍結による単セル内のガス流路の閉塞と判断する。 In a fuel cell system, when starting below the freezing point, a warm-up operation is known in which the supply amount of the reaction gas supplied to the fuel cell stack having a plurality of single cells is reduced to warm the fuel cell stack. In the fuel cell system described in Patent Document 1, when the voltage value of a single cell decreases, it is determined that the gas flow path in the single cell is blocked due to freezing of the generated water.

国際公開第2011/021301号公報International Publication No. 2011/021301

単セルの電圧値が低下する要因として、単セル内のガス流路の凍結による閉塞と補機部品の凍結による閉塞とが挙げられるため、凍結箇所の切り分けが出来ない場合があり、適切な解凍処理が実施できないおそれがある。そのため、単セル内のガス流路の凍結による閉塞を確実に判断できる技術が望まれていた。 Factors that cause the voltage value of a single cell to drop include blockage due to freezing of the gas flow path in the single cell and blockage due to freezing of auxiliary parts. Processing may not be possible. Therefore, there has been a demand for a technique capable of reliably determining blockage due to freezing of the gas flow path in a single cell.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、複数の単セルを有する燃料電池スタックと、前記単セルのセル電圧を検出するセルモニタと、前記燃料電池スタックのスタック温度を取得する温度計測部と、前記単セルの積層方向における一端側から他端側へ向けて反応ガスが供給される反応ガス流路と、前記反応ガス流路の前記燃料電池スタックの入口側における反応ガス圧力を検出する圧力検出部と、制御部と、を備える。前記制御部は、前記スタック温度が氷点下で該燃料電池システムを始動する場合に、前記反応ガス圧力が予め定めた閾値圧力以上であって、かつ、前記燃料電池スタックの前記他端側に配置された前記単セルのセル電圧が予め定めた閾値電圧よりも低いときに、前記単セル内の前記反応ガス流路が凍結により閉塞したと判断し、前記反応ガス圧力が前記閾値圧力以上であって、かつ、前記燃料電池スタックの前記他端側に配置された前記単セルのセル電圧が前記閾値電圧以上のときに、前記単セル内を除く前記反応ガス流路の他の部分が凍結により閉塞したと判断する。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and can be realized as the following forms.
According to one embodiment of the present invention, a fuel cell system is provided. This fuel cell system includes a fuel cell stack having a plurality of single cells, a cell monitor that detects the cell voltage of the single cell, a temperature measuring unit that acquires the stack temperature of the fuel cell stack, and a stacking direction of the single cell. A reaction gas flow path in which the reaction gas is supplied from one end side to the other end side, a pressure detection unit for detecting the reaction gas pressure on the inlet side of the fuel cell stack of the reaction gas flow path, and a control unit. , Equipped with. The control unit is arranged on the other end side of the fuel cell stack when the stack temperature is below the freezing point and the reaction gas pressure is equal to or higher than a predetermined threshold voltage when the fuel cell system is started. When the cell voltage of the single cell is lower than the predetermined threshold voltage, it is determined that the reaction gas flow path in the single cell is blocked due to freezing, and the reaction gas pressure is equal to or higher than the threshold pressure. When the cell voltage of the single cell arranged on the other end side of the fuel cell stack is equal to or higher than the threshold voltage, other parts of the reaction gas flow path other than the inside of the single cell are blocked by freezing. Judge that it was done.

本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、複数の単セルを有する燃料電池スタックと;前記単セルのセル電圧を検出するセルモニタと;前記燃料電池スタックのスタック温度を取得する温度計測部と;前記単セルの積層方向における一端側から他端側へ向けて反応ガスが供給される反応ガス流路と;前記反応ガス流路の前記燃料電池スタックの入口側における反応ガス圧力を検出する圧力検出部と;制御部と、を備える。前記制御部は、前記スタック温度が氷点下で該燃料電池システムを始動する場合に、前記反応ガス圧力が予め定めた閾値圧力以上であって、かつ、前記燃料電池スタックの前記他端側に配置された前記単セルのセル電圧が予め定めた閾値電圧よりも低いときに、前記単セル内の前記反応ガス流路が凍結により閉塞したと判断する。この形態の燃料電池システムによれば、制御部は、入口側の反応ガス圧力と他端側に配置された単セルの電圧を用いて単セル内の反応ガス流路凍結の有無を判断する。生成水の凍結は、他端側の単セルにおいて発生しやすいため、単セル内のガス流路の凍結による閉塞を確実に判断できる。 According to one embodiment of the present invention, a fuel cell system is provided. This fuel cell system includes a fuel cell stack having a plurality of single cells; a cell monitor that detects the cell voltage of the single cell; a temperature measuring unit that acquires the stack temperature of the fuel cell stack; and a stacking direction of the single cell. A reaction gas flow path to which the reaction gas is supplied from one end side to the other end side; a pressure detection unit for detecting the reaction gas pressure at the inlet side of the fuel cell stack of the reaction gas flow path; and a control unit. , Equipped with. The control unit is arranged on the other end side of the fuel cell stack when the stack temperature is below the freezing point and the reaction gas pressure is equal to or higher than a predetermined threshold pressure when the fuel cell system is started. When the cell voltage of the single cell is lower than the predetermined threshold voltage, it is determined that the reaction gas flow path in the single cell is blocked due to freezing. According to this form of the fuel cell system, the control unit determines whether or not the reaction gas flow path in the single cell is frozen by using the reaction gas pressure on the inlet side and the voltage of the single cell arranged on the other end side. Since freezing of the generated water is likely to occur in the single cell on the other end side, it is possible to reliably determine the blockage due to freezing of the gas flow path in the single cell.

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムを備える発電装置、燃料電池システムを備える車両、燃料電池システムの制御方法等の態様で実現することが可能である。 The present invention can be realized in various forms, for example, a power generation device including a fuel cell system, a vehicle equipped with a fuel cell system, a control method of the fuel cell system, and the like. Is.

燃料電池システムの概略構成を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the schematic structure of the fuel cell system. 単セル内が凍結した単セルの平面図である。It is a top view of a single cell in which the inside of the single cell is frozen. 凍結判断処理の手順の一例を表わすフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the procedure of a freeze determination process. 単セル内に凍結が無い場合のスタック温度と反応ガス圧力と反応ガス流量との関係の一例を示したタイミングチャートである。It is a timing chart which showed an example of the relationship between the stack temperature, the reaction gas pressure, and the reaction gas flow rate when there is no freezing in a single cell. 単セル内に凍結が無い場合のセル番号とセル電圧との関係を示した図である。It is a figure which showed the relationship between a cell number and a cell voltage when there is no freezing in a single cell. 単セル内に凍結がある場合のスタック温度と反応ガス圧力と反応ガス流量との関係の一例を示したタイミングチャートである。It is a timing chart which showed an example of the relationship between the stack temperature, the reaction gas pressure, and the reaction gas flow rate when there is freezing in a single cell. 単セル内に凍結がある場合のセル番号とセル電圧との関係を示した図である。It is a figure which showed the relationship between a cell number and a cell voltage when there is a freeze in a single cell. 凍結時処理の手順の一例を表わすフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the procedure at the time of freezing.

A.第1実施形態:
図1は、本発明の一実施形態における燃料電池システム100の概略構成を示す概略図である。燃料電池システム100は、燃料電池スタック10と、制御部20と、カソードガス供給部30と、アノードガス供給部50と、冷却媒体循環部70と、を備える。また、燃料電池システム100は、DC/DCコンバータ80と、パワーコントロールユニット(以下、「PCU」という)81と、負荷82と、セルモニタ83と、を備える。本実施形態の燃料電池システム100は、例えば、燃料電池車両に搭載される。
A. First Embodiment:
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 100 according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system 100 includes a fuel cell stack 10, a control unit 20, a cathode gas supply unit 30, an anode gas supply unit 50, and a cooling medium circulation unit 70. Further, the fuel cell system 100 includes a DC / DC converter 80, a power control unit (hereinafter referred to as “PCU”) 81, a load 82, and a cell monitor 83. The fuel cell system 100 of the present embodiment is mounted on, for example, a fuel cell vehicle.

燃料電池スタック10は、反応ガスとしてアノードガス(例えば、水素ガス)とカソードガス(例えば、空気)との供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池スタック10は、複数の単セル11が積層されて構成されている。各単セル11は、電解質膜(図示せず)の両面にアノード(図示せず)とカソード(図示せず)とを配置した膜電極接合体(図示せず)と、膜電極接合体を挟持する1組のセパレータ(図示せず)とを有する。 The fuel cell stack 10 is a polymer electrolyte fuel cell that generates electricity by being supplied with an anode gas (for example, hydrogen gas) and a cathode gas (for example, air) as reaction gases. The fuel cell stack 10 is configured by stacking a plurality of single cells 11. Each single cell 11 sandwiches a membrane electrode assembly (not shown) in which an anode (not shown) and a cathode (not shown) are arranged on both sides of an electrolyte membrane (not shown) and a membrane electrode assembly. It has a set of separators (not shown).

制御部20は、CPUとメモリと、後述する各部品が接続されるインタフェース回路とを備えたコンピュータとして構成されている。制御部20は、ECU(Electronic Control Unit)21の指示に応じて、燃料電池スタック10内の各機器の起動および停止を制御するための信号を出力する。ECU21は、燃料電池システム100を含む装置全体(例えば、車両)の制御を行う制御部である。例えば、燃料電池車両では、アクセルペダルの踏込量やブレーキペダルなどの踏込量、車速等の複数の入力値に応じてECU21が車両の制御を実行する。なお、ECU21は、制御部20の機能の一部に含まれていてもよい。制御部20は、メモリに記憶された制御プログラムを実行することにより、燃料電池システム100による発電の制御を行うと共に、暖気運転や後述する凍結判断処理を実現する。 The control unit 20 is configured as a computer including a CPU, a memory, and an interface circuit to which each component described later is connected. The control unit 20 outputs a signal for controlling the start and stop of each device in the fuel cell stack 10 in response to an instruction from the ECU (Electronic Control Unit) 21. The ECU 21 is a control unit that controls the entire device (for example, a vehicle) including the fuel cell system 100. For example, in a fuel cell vehicle, the ECU 21 controls the vehicle according to a plurality of input values such as the amount of depression of the accelerator pedal, the amount of depression of the brake pedal, and the vehicle speed. The ECU 21 may be included in a part of the functions of the control unit 20. The control unit 20 controls the power generation by the fuel cell system 100 by executing the control program stored in the memory, and realizes the warm-up operation and the freeze determination process described later.

カソードガス供給部30は、カソードガス配管31と、エアフローメータ32と、コンプレッサ33と、第1開閉弁34と、圧力検出部35と、カソードオフガス配管41と、第1レギュレータ42と、を備える。カソードガス配管31は、燃料電池スタック10に接続され、外部から取り込んだ空気を燃料電池スタック10に供給する。 The cathode gas supply unit 30 includes a cathode gas pipe 31, an air flow meter 32, a compressor 33, a first on-off valve 34, a pressure detection unit 35, a cathode off gas pipe 41, and a first regulator 42. The cathode gas pipe 31 is connected to the fuel cell stack 10 and supplies air taken in from the outside to the fuel cell stack 10.

エアフローメータ32は、カソードガス配管31に設けられており、取り込んだ空気の流量を測定する。コンプレッサ33は、制御部20からの制御信号に応じて、外部から取り入れた空気を圧縮し、カソードガスとして燃料電池スタック10に供給する。第1開閉弁34は、コンプレッサ33と燃料電池スタック10との間に設けられている。圧力検出部35は、燃料電池スタック10のカソードガスの入口側の圧力を測定し、制御部20に送信する。 The air flow meter 32 is provided in the cathode gas pipe 31 and measures the flow rate of the taken-in air. The compressor 33 compresses the air taken in from the outside in response to the control signal from the control unit 20, and supplies the air as cathode gas to the fuel cell stack 10. The first on-off valve 34 is provided between the compressor 33 and the fuel cell stack 10. The pressure detection unit 35 measures the pressure on the inlet side of the cathode gas of the fuel cell stack 10 and transmits it to the control unit 20.

カソードオフガス配管41は、燃料電池スタック10から排出されたカソードオフガスを燃料電池システム100の外部へと排出する。第1レギュレータ42は、制御部20からの制御信号に応じて、燃料電池スタック10のカソードガス出口の圧力を調整する。 The cathode off gas pipe 41 discharges the cathode off gas discharged from the fuel cell stack 10 to the outside of the fuel cell system 100. The first regulator 42 adjusts the pressure at the cathode gas outlet of the fuel cell stack 10 in response to the control signal from the control unit 20.

アノードガス供給部50は、アノードガス配管51と、アノードガスタンク52と、第2開閉弁53と、第2レギュレータ54と、インジェクタ55と、圧力検出部56と、アノードオフガス配管61と、気液分離器62と、排気排水弁63と、循環配管64と、アノードガスポンプ65と、を備える。以下では、アノードガス配管51のインジェクタ55よりも下流側と、燃料電池スタック10内のアノードガスの流路と、アノードオフガス配管61と、気液分離器62と、循環配管64と、アノードガスポンプ65と、で構成される流路のことを、循環流路66ともいう。循環流路66は、燃料電池スタック10のアノードオフガスを燃料電池スタック10に循環させるための流路である。 The anode gas supply unit 50 includes an anode gas pipe 51, an anode gas tank 52, a second on-off valve 53, a second regulator 54, an injector 55, a pressure detection unit 56, an anode off-gas pipe 61, and gas-liquid separation. A vessel 62, an exhaust / drain valve 63, a circulation pipe 64, and an anode gas pump 65 are provided. In the following, the anode gas pipe 51 downstream from the injector 55, the anode gas flow path in the fuel cell stack 10, the anode off-gas pipe 61, the gas-liquid separator 62, the circulation pipe 64, and the anode gas pump 65. The flow path composed of the above is also referred to as a circulation flow path 66. The circulation flow path 66 is a flow path for circulating the anode off gas of the fuel cell stack 10 to the fuel cell stack 10.

アノードガスタンク52は、アノードガス配管51を介して燃料電池スタック10のアノードガス入口と接続されており、アノードガスを燃料電池スタック10に供給する。第2開閉弁53、第2レギュレータ54、インジェクタ55、および圧力検出部56は、アノードガス配管51に、この順序で上流側、つまりアノードガスタンク52に近い側から設けられている。 The anode gas tank 52 is connected to the anode gas inlet of the fuel cell stack 10 via the anode gas pipe 51, and supplies the anode gas to the fuel cell stack 10. The second on-off valve 53, the second regulator 54, the injector 55, and the pressure detection unit 56 are provided in the anode gas pipe 51 in this order from the upstream side, that is, from the side closer to the anode gas tank 52.

第2開閉弁53は、制御部20からの制御信号に応じて開閉する。燃料電池システム100の停止時には第2開閉弁53は閉じられる。第2レギュレータ54は、制御部20からの制御信号に応じて、インジェクタ55の上流側におけるアノードガスの圧力を調整する。インジェクタ55は、制御部20によって設定された駆動周期や開弁時間に応じて、弁体が電磁的に駆動する電磁駆動式の開閉弁である。制御部20は、インジェクタ55の駆動周期や開弁時間を制御することによって、燃料電池スタック10に供給されるアノードガスの流量を制御する。圧力検出部56は、燃料電池スタック10のアノードガス入口側の圧力を測定し、制御部20に送信する。なお、圧力検出部35で測定される圧力および圧力検出部56で測定される圧力のいずれも反応ガス圧力という。 The second on-off valve 53 opens and closes in response to a control signal from the control unit 20. When the fuel cell system 100 is stopped, the second on-off valve 53 is closed. The second regulator 54 adjusts the pressure of the anode gas on the upstream side of the injector 55 in response to the control signal from the control unit 20. The injector 55 is an electromagnetically driven on-off valve in which the valve body is electromagnetically driven according to the drive cycle and valve opening time set by the control unit 20. The control unit 20 controls the flow rate of the anode gas supplied to the fuel cell stack 10 by controlling the drive cycle and the valve opening time of the injector 55. The pressure detection unit 56 measures the pressure on the anode gas inlet side of the fuel cell stack 10 and transmits it to the control unit 20. Both the pressure measured by the pressure detection unit 35 and the pressure measured by the pressure detection unit 56 are referred to as reaction gas pressures.

アノードオフガス配管61は、燃料電池スタック10のアノードガス出口と気液分離器62とを接続する配管である。アノードオフガス配管61は、発電反応に用いられることのなかった水素ガスや窒素ガスなどを含むアノードオフガスを気液分離器62へと誘導する。 The anode off-gas pipe 61 is a pipe that connects the anode gas outlet of the fuel cell stack 10 and the gas-liquid separator 62. The anode off-gas pipe 61 guides the anode-off gas containing hydrogen gas, nitrogen gas, etc., which has not been used in the power generation reaction, to the gas-liquid separator 62.

気液分離器62は、循環流路66のアノードオフガス配管61と循環配管64との間に接続されている。気液分離器62は、循環流路66内のアノードオフガスから不純物としての水を分離して貯水する。 The gas-liquid separator 62 is connected between the anode off-gas pipe 61 of the circulation flow path 66 and the circulation pipe 64. The gas-liquid separator 62 separates water as an impurity from the anode off-gas in the circulation flow path 66 and stores it.

排気排水弁63は、気液分離器62の下部に設けられている。排気排水弁63は、気液分離器62に貯水された水の排水と、気液分離器62内の不要なガス(主に窒素ガス)の排気と、を行う。燃料電池システム100の運転中は、通常、排気排水弁63は閉じられており、制御部20からの制御信号に応じて開閉する。本実施形態では、排気排水弁63は、カソードオフガス配管41に接続されており、排気排水弁63によって排出された水および不要なガスは、カソードオフガス配管41を通じて外部へ排出される。 The exhaust drain valve 63 is provided in the lower part of the gas-liquid separator 62. The exhaust drain valve 63 drains the water stored in the gas-liquid separator 62 and exhausts unnecessary gas (mainly nitrogen gas) in the gas-liquid separator 62. During the operation of the fuel cell system 100, the exhaust / drain valve 63 is normally closed and opens / closes in response to a control signal from the control unit 20. In the present embodiment, the exhaust drain valve 63 is connected to the cathode off gas pipe 41, and the water discharged by the exhaust drain valve 63 and unnecessary gas are discharged to the outside through the cathode off gas pipe 41.

循環配管64は、アノードガス配管51のうちのインジェクタ55より下流の部分に接続されている。循環配管64には、制御部20からの制御信号に応じて駆動されるアノードガスポンプ65が設けられている。気液分離器62によって水が分離されたアノードオフガスが、アノードガスポンプ65によって、アノードガス配管51へと送り出される。この燃料電池システム100では、水素を含むアノードオフガスを循環させて、再び燃料電池スタック10に供給することにより、アノードガスの利用効率を向上させている。 The circulation pipe 64 is connected to a portion of the anode gas pipe 51 downstream of the injector 55. The circulation pipe 64 is provided with an anode gas pump 65 driven in response to a control signal from the control unit 20. The anode off gas from which water has been separated by the gas-liquid separator 62 is sent out to the anode gas pipe 51 by the anode gas pump 65. In the fuel cell system 100, the anode off gas containing hydrogen is circulated and supplied to the fuel cell stack 10 again to improve the utilization efficiency of the anode gas.

本実施形態において、上述したカソードガス供給部30と、燃料電池スタック10内のカソードガスが流通する流路と、カソードオフガス配管41と、の全体を「カソードガス流路」と呼ぶ。また、アノードガス供給部50と、燃料電池スタック10内のアノードガスが流通する流路と、アノードオフガス配管61と、循環流路66と、の全体を「アノードガス流路」と呼ぶ。カソードガス流路とアノードガス流路とを区別する必要が無い場合には、これらを「反応ガス流路」と呼ぶ。 In the present embodiment, the whole of the above-mentioned cathode gas supply unit 30, the flow path through which the cathode gas in the fuel cell stack 10 flows, and the cathode off gas pipe 41 is referred to as a “cathode gas flow path”. Further, the entire anode gas supply unit 50, the flow path through which the anode gas in the fuel cell stack 10 flows, the anode off-gas pipe 61, and the circulation flow path 66 are referred to as an "anode gas flow path". When it is not necessary to distinguish between the cathode gas flow path and the anode gas flow path, these are referred to as "reaction gas flow paths".

冷却媒体循環部70は、燃料電池スタック10を介して冷却媒体を循環させることにより、燃料電池スタック10の温度を調整する。冷却媒体循環部70は、冷媒供給管71と、冷媒排出管72と、ラジエータ73と、冷媒ポンプ74と、三方弁75と、バイパス管76と、温度計測部77と、を備える。冷媒としては、例えば、水、エチレングリコール等の不凍水、空気などが用いられる。 The cooling medium circulation unit 70 adjusts the temperature of the fuel cell stack 10 by circulating the cooling medium through the fuel cell stack 10. The cooling medium circulation unit 70 includes a refrigerant supply pipe 71, a refrigerant discharge pipe 72, a radiator 73, a refrigerant pump 74, a three-way valve 75, a bypass pipe 76, and a temperature measuring unit 77. As the refrigerant, for example, water, antifreeze water such as ethylene glycol, air and the like are used.

冷媒供給管71は、燃料電池スタック10内の冷却媒体入口に接続され、冷媒排出管72は、燃料電池スタック10の冷却媒体出口に接続されている。ラジエータ73は、冷媒排出管72と冷媒供給管71とに接続されており、冷媒排出管72から流入する冷却媒体を、電動ファンの送風等により冷却してから冷媒供給管71へと排出する。冷媒ポンプ74は、冷媒供給管71に設けられており、冷媒を燃料電池スタック10に圧送する。三方弁75は、ラジエータ73とバイパス管76への冷媒の流量を調節する。温度計測部77は、冷媒排出管72に接続されており、燃料電池スタック10から排出される冷却水の温度を測定する。温度計測部77で測定される温度は、燃料電池スタック10のスタック温度とほぼ等しい。従って、温度計測部77は、燃料電池スタック10のスタック温度を取得する温度計測部に相当する。 The refrigerant supply pipe 71 is connected to the cooling medium inlet in the fuel cell stack 10, and the refrigerant discharge pipe 72 is connected to the cooling medium outlet of the fuel cell stack 10. The radiator 73 is connected to the refrigerant discharge pipe 72 and the refrigerant supply pipe 71, and cools the cooling medium flowing in from the refrigerant discharge pipe 72 by blowing air from an electric fan or the like, and then discharges the cooling medium to the refrigerant supply pipe 71. The refrigerant pump 74 is provided in the refrigerant supply pipe 71, and pumps the refrigerant to the fuel cell stack 10. The three-way valve 75 regulates the flow rate of the refrigerant to the radiator 73 and the bypass pipe 76. The temperature measuring unit 77 is connected to the refrigerant discharge pipe 72 and measures the temperature of the cooling water discharged from the fuel cell stack 10. The temperature measured by the temperature measuring unit 77 is substantially equal to the stack temperature of the fuel cell stack 10. Therefore, the temperature measuring unit 77 corresponds to the temperature measuring unit that acquires the stack temperature of the fuel cell stack 10.

DC/DCコンバータ80は、燃料電池スタック10の出力電圧を昇圧してPCU81に供給する。PCU81は、インバータを内蔵し、制御部20の制御に応じてインバータを介して負荷82に電力を供給する。また、PCU81は、制御部20の制御により燃料電池スタック10の電流を制限する。 The DC / DC converter 80 boosts the output voltage of the fuel cell stack 10 and supplies it to the PCU 81. The PCU 81 has a built-in inverter, and supplies electric power to the load 82 via the inverter according to the control of the control unit 20. Further, the PCU 81 limits the current of the fuel cell stack 10 by the control of the control unit 20.

セルモニタ83は、単セル11のセル電圧を検出する。本実施形態においてセルモニタ83は、各単セル11のセル電圧を検出する。なお、セルモニタ83は、燃料電池スタック10の各単セル11をn枚1組(nは1以上の整数)としたセルグループと接続して、各セルグループについての単セル11の電圧の合計値をセルグループを構成する単セルの枚数nで除算して計測するようにしてもよい。セルモニタ83は、制御部20に検出したセル電圧を送信する。 The cell monitor 83 detects the cell voltage of the single cell 11. In the present embodiment, the cell monitor 83 detects the cell voltage of each single cell 11. The cell monitor 83 is connected to a cell group in which each single cell 11 of the fuel cell stack 10 is a set of n sheets (n is an integer of 1 or more), and the total value of the voltage of the single cell 11 for each cell group. May be measured by dividing by the number n of single cells constituting the cell group. The cell monitor 83 transmits the detected cell voltage to the control unit 20.

燃料電池スタック10の電力は、PCU81を含む電源回路を介して、車輪(図示せず)を駆動するためのトラクションモータ(図示せず)等の負荷82や、上述したコンプレッサ33、アノードガスポンプ65および各種弁に、供給される。 The electric power of the fuel cell stack 10 is supplied to a load 82 such as a traction motor (not shown) for driving wheels (not shown) via a power supply circuit including a PCU 81, a compressor 33 described above, an anode gas pump 65, and the above-mentioned electric power. It is supplied to various valves.

図2は、セル内が凍結した単セル11の平面図である。単セル11は、ガス入口マニホールド12aと、ガス出口マニホールド12bと、ガス流路13と、膜電極接合体14とを備える。本実施形態において、マニホールド12a、12bとガス流路13とを合わせて「単セル11内の反応ガス流路」という。マニホールド12a、12bは、単セル11の周縁に形成されている。ガス出口マニホールド12b近傍のガス流路13には、生成水が凍結した凍結部FAが形成されている。 FIG. 2 is a plan view of the single cell 11 in which the inside of the cell is frozen. The single cell 11 includes a gas inlet manifold 12a, a gas outlet manifold 12b, a gas flow path 13, and a membrane electrode assembly 14. In the present embodiment, the manifolds 12a and 12b and the gas flow path 13 are collectively referred to as a "reaction gas flow path in the single cell 11". The manifolds 12a and 12b are formed on the peripheral edge of the single cell 11. A frozen portion FA in which the generated water is frozen is formed in the gas flow path 13 in the vicinity of the gas outlet manifold 12b.

単セル11は、ガス流路13を通じて反応ガスをガス入口マニホールド12aから膜電極接合体14に流通させ、ガス出口マニホールド12bから排出させる。スタック温度が氷点下で燃料電池システム100を始動する場合、暖機運転により反応ガスの供給流量(以下、「反応ガス流量」という)を少なくしているため、ガス入口マニホールド12a側のガス流路13で主に発電し、ガス出口マニホールド12b側のガス流路13では、ガス量が少ないため、発電量が少ない。そのため、ガス出口マニホールド12b側のガス流路13では、ガス入口マニホールド12a側のガス流路13より昇温しづらく、温度が低いため、生成水が凍結しやすい。 The single cell 11 allows the reaction gas to flow from the gas inlet manifold 12a to the membrane electrode assembly 14 through the gas flow path 13, and is discharged from the gas outlet manifold 12b. When the fuel cell system 100 is started when the stack temperature is below the freezing point, the supply flow rate of the reaction gas (hereinafter referred to as “reaction gas flow rate”) is reduced by the warm-up operation, so that the gas flow path 13 on the gas inlet manifold 12a side is reduced. In the gas flow path 13 on the gas outlet manifold 12b side, the amount of gas is small, so that the amount of power generation is small. Therefore, in the gas flow path 13 on the gas outlet manifold 12b side, it is difficult to raise the temperature in the gas flow path 13 on the gas inlet manifold 12a side, and the temperature is low, so that the generated water tends to freeze.

図3は、本実施形態における、凍結判断処理の手順の一例を表わすフローチャートである。ここでは反応ガスとしてカソードガスを例にして説明する。この処理はスタック温度が氷点下で燃料電池システム100を始動する場合に開始され、暖機運転と並行して行われる。制御部20は、暖機運転を開始すると、図3に示す凍結判断処理を開始する。 FIG. 3 is a flowchart showing an example of the procedure of the freeze determination process in the present embodiment. Here, a cathode gas will be described as an example as the reaction gas. This process is started when the fuel cell system 100 is started when the stack temperature is below the freezing point, and is performed in parallel with the warm-up operation. When the warm-up operation is started, the control unit 20 starts the freeze determination process shown in FIG.

制御部20は、ステップS100で、反応ガス圧力Pgを取得し、反応ガス圧力Pgが予め定めた閾値圧力Pthより高いか否か判定する。閾値圧力Pthは、単セル11内や第1レギュレータ42で生成水が凍結したか否かを判定するための圧力であり、予め実験的に定めることができる。反応ガス圧力Pgが閾値圧力Pth以下の場合、制御部20は、ステップS100の処理に戻る。つまり、反応ガス圧力Pgが閾値圧力Pthを上回るまでステップS100を繰り返す。なお、予め定められた時間が経過した場合や暖機運転が終了した場合は、燃料電池システム100内は凍結していないと判断して、凍結判断処理を終了してもよい。一方、反応ガス圧力Pgが閾値圧力Pthより高い場合、制御部20は、ステップS110に進む。 In step S100, the control unit 20 acquires the reaction gas pressure Pg and determines whether or not the reaction gas pressure Pg is higher than the predetermined threshold pressure Pth. The threshold pressure Pth is a pressure for determining whether or not the generated water is frozen in the single cell 11 or in the first regulator 42, and can be experimentally determined in advance. When the reaction gas pressure Pg is equal to or less than the threshold pressure Pth, the control unit 20 returns to the process of step S100. That is, step S100 is repeated until the reaction gas pressure Pg exceeds the threshold pressure Pth. When the predetermined time has elapsed or the warm-up operation is completed, it may be determined that the inside of the fuel cell system 100 is not frozen, and the freeze determination process may be terminated. On the other hand, when the reaction gas pressure Pg is higher than the threshold pressure Pth, the control unit 20 proceeds to step S110.

続いて、制御部20は、ステップS110で燃料電池スタック10の反応ガス排出側の端部に配置された単セル11のセル電圧Vfcを取得し、セル電圧Vfcが予め定めた閾値電圧Vmより低いか判定する。本実施形態において「反応ガス排出側の端部」とは、燃料電池スタック10の単セル11の積層方向の両端部のうち、反応ガスが排出される側の端部を意味する。「反応ガス排出側の端部に配置された単セル11のセル電圧」としては、1板の単セル11のセル電圧を使用可能である。一般には、m枚(mは2以上の整数)の単セルを有する燃料電池スタック10の積層方向において、端部からm/2枚目以下の単セル11のセル電圧を使用することができる。閾値電圧Vmは、単セル11内の反応ガス流路が凍結したか否かを判定するための圧力であり、予め実験的に定めることができる。セル電圧Vfcが閾値電圧Vmより低い場合、制御部20は、ステップS120に進み、単セル11内のガス流路が凍結したと判断する。一方、セル電圧Vfcが閾値電圧Vm以上の場合、制御部20は凍結判断処理を終了する。つまり、単セル11内のガス流路は凍結していないと判断する。単セル11内のガス流路が凍結していないと判断した場合には、反応ガス流路の他の部分(例えば反応ガス流路中の補機部品のいずれか)において、凍結が発生しているものと判断してもよい。 Subsequently, the control unit 20 acquires the cell voltage Vfc of the single cell 11 arranged at the end of the fuel cell stack 10 on the reaction gas discharge side in step S110, and the cell voltage Vfc is lower than the predetermined threshold voltage Vm. Is determined. In the present embodiment, the “end on the reaction gas discharge side” means the end on the side where the reaction gas is discharged from both ends of the single cell 11 of the fuel cell stack 10 in the stacking direction. As the "cell voltage of the single cell 11 arranged at the end on the reaction gas discharge side", the cell voltage of the single cell 11 on one plate can be used. Generally, in the stacking direction of the fuel cell stack 10 having m single cells (m is an integer of 2 or more), the cell voltage of the single cell 11 m / 2nd or less from the end can be used. The threshold voltage Vm is a pressure for determining whether or not the reaction gas flow path in the single cell 11 is frozen, and can be experimentally determined in advance. When the cell voltage Vfc is lower than the threshold voltage Vm, the control unit 20 proceeds to step S120 and determines that the gas flow path in the single cell 11 is frozen. On the other hand, when the cell voltage Vfc is equal to or higher than the threshold voltage Vm, the control unit 20 ends the freeze determination process. That is, it is determined that the gas flow path in the single cell 11 is not frozen. When it is determined that the gas flow path in the single cell 11 is not frozen, freezing occurs in another part of the reaction gas flow path (for example, one of the auxiliary equipment parts in the reaction gas flow path). You may judge that it is.

上述した図3の手順では、燃料電池スタック10の端部に配置された単セル11のセル電圧Vfcを用いてステップS110の判断を行っているが、この代わりに、平均セル電圧を用いてステップS110の判断を行ってもよい。平均セル電圧としては、例えば反応ガス排出側の端部からk枚(kはm/2以下の整数)のセル電圧の合計値をkで除算して計測した値を使用可能である。また、燃料電池スタック10の端部に配置されたk枚の単セル11のセル電圧のうち、最も低いセル電圧のみを用いてステップS110の判断を行ってもよい。 In the procedure of FIG. 3 described above, the determination of step S110 is performed using the cell voltage Vfc of the single cell 11 arranged at the end of the fuel cell stack 10, but instead, the step is performed using the average cell voltage. The determination of S110 may be made. As the average cell voltage, for example, a value measured by dividing the total value of k cell voltages (k is an integer of m / 2 or less) from the end on the reaction gas discharge side by k can be used. Further, the determination in step S110 may be performed using only the lowest cell voltage among the cell voltages of the k single cells 11 arranged at the end of the fuel cell stack 10.

図4は、単セル11内のガス流路が凍結していない場合におけるスタック温度Tsと反応ガス圧力Pgと反応ガス流量Qgとの関係の一例を示したタイミングチャートである。上段のグラフはスタック温度Tsの変化を示しており、中段のグラフは反応ガス圧力Pgの変化を示しており、下段のグラフは反応ガス流量Qgの変化を示している。 FIG. 4 is a timing chart showing an example of the relationship between the stack temperature Ts, the reaction gas pressure Pg, and the reaction gas flow rate Qg when the gas flow path in the single cell 11 is not frozen. The upper graph shows the change in the stack temperature Ts, the middle graph shows the change in the reaction gas pressure Pg, and the lower graph shows the change in the reaction gas flow rate Qg.

図4の上段のグラフに示すように、暖機運転により、スタック温度Tsは徐々に上昇する。また、中段のグラフに示すように、反応ガス圧力Pgは、始動時は大気圧P0に等しく、始動後に反応ガスが供給されると徐々に上昇する。ただし、反応ガス流路に生成水の凍結が発生していないときには、反応ガス圧力Pgは閾値圧力Pthまで増加することはない。 As shown in the upper graph of FIG. 4, the stack temperature Ts gradually rises due to the warm-up operation. Further, as shown in the middle graph, the reaction gas pressure Pg is equal to the atmospheric pressure P0 at the time of starting, and gradually increases when the reaction gas is supplied after the start. However, when the generated water is not frozen in the reaction gas flow path, the reaction gas pressure Pg does not increase to the threshold pressure Pth.

図5は、単セル11内のガス流路が凍結していない場合における、セル番号とセル電圧Vfcとの関係を示した図である。上側はセル番号とセル電圧Vfcとの関係を示したグラフであり、下側は燃料電池スタック10の断面図である。上側のグラフは、縦軸がセル電圧Vfcであり、横軸がセル番号である。セル番号は燃料電池スタック10の反応ガス排出側の端部「他端10b」と呼ぶ単セル11から順に1枚ずつ付与されている。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the cell number and the cell voltage Vfc when the gas flow path in the single cell 11 is not frozen. The upper side is a graph showing the relationship between the cell number and the cell voltage Vfc, and the lower side is a cross-sectional view of the fuel cell stack 10. In the upper graph, the vertical axis is the cell voltage Vfc and the horizontal axis is the cell number. The cell numbers are assigned one by one in order from the single cell 11 called the end "other end 10b" on the reaction gas discharge side of the fuel cell stack 10.

図5の上側のグラフに示すように、反応ガスは単セル11の積層方向における一端10a側から他端10b側へ向けて供給されるため、一端10a側の単セル11は反応ガスが多く発電しやすいが、他端10b側の単セル11は反応ガスが少なく発電しづらいため、他端10b側の単セル11のセル電圧Vfcは一端10a側の単セル11のセル電圧Vfcよりも低くなる。ただし、他端10b側の単セル11のセル電圧Vfcも、図3のステップS110における閾値電圧Vm以上とする。 As shown in the upper graph of FIG. 5, since the reaction gas is supplied from the one end 10a side to the other end 10b side in the stacking direction of the single cell 11, the single cell 11 on the one end 10a side generates a large amount of reaction gas. However, since the single cell 11 on the other end 10b side has a small amount of reaction gas and it is difficult to generate electricity, the cell voltage Vfc of the single cell 11 on the other end 10b side is lower than the cell voltage Vfc of the single cell 11 on the one end 10a side. .. However, the cell voltage Vfc of the single cell 11 on the other end 10b side is also set to be equal to or higher than the threshold voltage Vm in step S110 of FIG.

図6は、単セル11内のガス流路が凍結した場合におけるスタック温度Tsと反応ガス圧力Pgと反応ガス流量Qgとの関係の一例を示したタイミングチャートである。 FIG. 6 is a timing chart showing an example of the relationship between the stack temperature Ts, the reaction gas pressure Pg, and the reaction gas flow rate Qg when the gas flow path in the single cell 11 is frozen.

図6の上段のグラフに示すように、暖機運転によりスタック温度Tsは徐々に上昇するが、単セル11内のガス流路が凍結している場合には、一定の温度以上に上昇しなくなる。また、中段のグラフに示すように、セル内のガス流路が凍結している場合には、セル内やカソードガス配管31内にガスが蓄積し反応ガス圧力Pgがかなり大幅に上昇する。それに伴い、下段のグラフに示すように、反応ガス流量Qgは図4に比べて減少する。 As shown in the upper graph of FIG. 6, the stack temperature Ts gradually rises due to the warm-up operation, but when the gas flow path in the single cell 11 is frozen, it does not rise above a certain temperature. .. Further, as shown in the graph in the middle stage, when the gas flow path in the cell is frozen, gas is accumulated in the cell or in the cathode gas pipe 31, and the reaction gas pressure Pg rises considerably. Along with this, as shown in the lower graph, the reaction gas flow rate Qg decreases as compared with FIG.

図7は、単セル11内のガス流路が凍結した場合における、セル番号とセル電圧Vfcとの関係を示した図である。反応ガスは単セル11の積層方向における一端10a側から他端10b側へ向けて供給されるため、一端10a側の単セル11は反応ガスが多く発電により昇温しやすいが、他端10b側の単セル11は反応ガスが少なく発電量が少ないため昇温しづらい。そのため、図7に示すように、燃料電池スタック10の他端10b側の単セル11内のガス流路において生成水が凍結した凍結部FA(図2)が形成されやすい。 FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the cell number and the cell voltage Vfc when the gas flow path in the single cell 11 is frozen. Since the reaction gas is supplied from one end 10a side to the other end 10b side in the stacking direction of the single cell 11, the single cell 11 on the one end 10a side has a large amount of reaction gas and tends to raise the temperature by power generation, but the other end 10b side. Since the single cell 11 has a small amount of reaction gas and a small amount of power generation, it is difficult to raise the temperature. Therefore, as shown in FIG. 7, a frozen portion FA (FIG. 2) in which the generated water is frozen is likely to be formed in the gas flow path in the single cell 11 on the other end 10b side of the fuel cell stack 10.

図7の上側のグラフに示すように、単セル11内のガス流路が凍結している単セル11のセル電圧Vfcは、凍結によりガス流路13が閉塞するためガス欠となり、単セル11内のガス流路が凍結していない単セル11のセル電圧Vfcよりも低くなり、図3のステップS110における閾値電圧Vm未満となる。 As shown in the upper graph of FIG. 7, the cell voltage Vfc of the single cell 11 in which the gas flow path in the single cell 11 is frozen becomes out of gas because the gas flow path 13 is blocked by freezing, and the single cell 11 The gas flow path inside becomes lower than the cell voltage Vfc of the single cell 11 which is not frozen, and becomes less than the threshold voltage Vm in step S110 of FIG.

図8は、本実施形態における、凍結時処理の手順の一例を表わすフローチャートである。この処理は凍結判定処理で単セル11内の反応ガス流路が凍結していると判断された場合に行われる。制御部20は、この処理を開始すると、ステップS200で、反応ガス流量を増加する。 FIG. 8 is a flowchart showing an example of the procedure for freezing treatment in the present embodiment. This process is performed when it is determined by the freeze determination process that the reaction gas flow path in the single cell 11 is frozen. When the control unit 20 starts this process, the reaction gas flow rate is increased in step S200.

次に、制御部20は、ステップS210で反応ガス圧力Pgを取得し、反応ガス圧力Pgが予め定められた目標圧力Pm以下に低下したか否か判定する。目標圧力Pmは、凍結で閉塞している単セル内のガス流路が解凍されたか否かを判定するための圧力であり、予め実験的に定めることができる。反応ガス圧力Pgが目標圧力Pm以下の場合、制御部20は、ステップS250に進み、ステップS200で増加した反応ガス流量を通常の流量に戻す。一方、反応ガス圧力Pgが目標圧力Pmより大きい場合、制御部20は、ステップS220に進み、単セル11の発熱量を増加させる。本実施形態では、例えば、ガス流量を更に増加させる。 Next, the control unit 20 acquires the reaction gas pressure Pg in step S210, and determines whether or not the reaction gas pressure Pg has dropped to a predetermined target pressure Pm or less. The target pressure Pm is a pressure for determining whether or not the gas flow path in the single cell blocked by freezing has been thawed, and can be experimentally determined in advance. When the reaction gas pressure Pg is equal to or less than the target pressure Pm, the control unit 20 proceeds to step S250 and returns the reaction gas flow rate increased in step S200 to the normal flow rate. On the other hand, when the reaction gas pressure Pg is larger than the target pressure Pm, the control unit 20 proceeds to step S220 to increase the calorific value of the single cell 11. In this embodiment, for example, the gas flow rate is further increased.

続いて、制御部20は、ステップS230で反応ガス圧力Pgを取得し、反応ガス圧力Pgが予め定められた目標圧力Pm以下に低下したか否か判定する。反応ガス圧力Pgが目標圧力Pmより大きい場合、制御部20は、ステップS230の処理に戻る。つまり、反応ガス圧力Pgが目標圧力Pmを下回るまでステップS230を繰り返す。一方、反応ガス圧力Pgが目標圧力Pm以下の場合、制御部20は、ステップS240に進み、ステップS220で増加させた単セル11の発熱量を通常の発熱量に戻す。本実施形態では、例えば、ガス流量をステップS200で設定した流量に戻す。最後に、制御部20は、ステップS250で反応ガス流量を通常の流量に戻す。 Subsequently, the control unit 20 acquires the reaction gas pressure Pg in step S230, and determines whether or not the reaction gas pressure Pg has dropped to a predetermined target pressure Pm or less. When the reaction gas pressure Pg is larger than the target pressure Pm, the control unit 20 returns to the process of step S230. That is, step S230 is repeated until the reaction gas pressure Pg falls below the target pressure Pm. On the other hand, when the reaction gas pressure Pg is equal to or less than the target pressure Pm, the control unit 20 proceeds to step S240 and returns the calorific value of the single cell 11 increased in step S220 to the normal calorific value. In the present embodiment, for example, the gas flow rate is returned to the flow rate set in step S200. Finally, the control unit 20 returns the reaction gas flow rate to the normal flow rate in step S250.

以上で説明した本実施形態の燃料電池システム100によれば、制御部20は、入口側の反応ガス圧力Pgと他端10b側に配置された単セル11のセル電圧Vfcを用いて単セル11内のガス流路の凍結の有無を判断する。生成水の凍結は、他端10b側の単セル11において発生しやすいため、単セル11内の反応ガス流路の凍結による閉塞を確実に判断できる。 According to the fuel cell system 100 of the present embodiment described above, the control unit 20 uses the reaction gas pressure Pg on the inlet side and the cell voltage Vfc of the single cell 11 arranged on the other end 10b side of the single cell 11. Determine if the gas flow path inside is frozen. Since freezing of the generated water is likely to occur in the single cell 11 on the other end 10b side, it is possible to reliably determine the blockage due to freezing of the reaction gas flow path in the single cell 11.

B.他の実施形態:
上記実施形態において、制御部20は、カソードガスを反応ガスとして凍結判断処理を行っている。この代わりに、制御部20は、アノードガスを反応ガスとして凍結判断処理を行ってもよい。また、カソードガス流路とアノードガス流路のそれぞれについて、凍結判断処理を行ってもよい。ただし、閾値圧力Pthは、カソードガスとアノードガスとで異なる値を用いることが好ましい。
B. Other embodiments:
In the above embodiment, the control unit 20 performs a freeze determination process using the cathode gas as a reaction gas. Instead, the control unit 20 may perform the freeze determination process using the anode gas as the reaction gas. Further, a freeze determination process may be performed on each of the cathode gas flow path and the anode gas flow path. However, it is preferable to use different values for the threshold pressure Pth between the cathode gas and the anode gas.

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述した課題を解決するために、あるいは上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be realized with various configurations within a range not deviating from the gist thereof. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in each embodiment described in the column of the outline of the invention are for solving the above-mentioned problems or for achieving a part or all of the above-mentioned effects. In addition, it is possible to replace or combine them as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be appropriately deleted.

10…燃料電池スタック
10a…一端
10b…他端
11…単セル
12a…ガス入口マニホールド
12b…ガス出口マニホールド
13…ガス流路
14…膜電極接合体
20…制御部
21…ECU
30…カソードガス供給部
31…カソードガス配管
32…エアフローメータ
33…コンプレッサ
34…第1開閉弁
35…圧力検出部
41…カソードオフガス配管
42…第1レギュレータ
50…アノードガス供給部
51…アノードガス配管
52…アノードガスタンク
53…第2開閉弁
54…第2レギュレータ
55…インジェクタ
56…圧力検出部
61…アノードオフガス配管
62…気液分離器
63…排気排水弁
64…循環配管
65…アノードガスポンプ
66…循環流路
70…冷却媒体循環部
71…冷媒供給管
72…冷媒排出管
73…ラジエータ
74…冷媒ポンプ
75…三方弁
76…バイパス管
77…温度計測部
80…DC/DCコンバータ
81…PCU
82…負荷
83…セルモニタ
100…燃料電池システム
FA…凍結部
10 ... Fuel cell stack 10a ... One end 10b ... The other end 11 ... Single cell 12a ... Gas inlet manifold 12b ... Gas outlet manifold 13 ... Gas flow path 14 ... Membrane electrode assembly 20 ... Control unit 21 ... ECU
30 ... cathode gas supply unit 31 ... cathode gas piping 32 ... air flow meter 33 ... compressor 34 ... first on-off valve 35 ... pressure detection unit 41 ... cathode off gas piping 42 ... first regulator 50 ... anode gas supply unit 51 ... anode gas piping 52 ... Anodic gas tank 53 ... Second on-off valve 54 ... Second regulator 55 ... Injector 56 ... Pressure detector 61 ... Anodic off-gas pipe 62 ... Gas-liquid separator 63 ... Exhaust drain valve 64 ... Circulation pipe 65 ... Anodic gas pump 66 ... Circulation Flow path 70 ... Cooling medium circulation part 71 ... Refrigerator supply pipe 72 ... Refrigerator discharge pipe 73 ... Radiator 74 ... Refrigerator pump 75 ... Three-way valve 76 ... Bypass pipe 77 ... Temperature measurement unit 80 ... DC / DC converter 81 ... PCU
82 ... Load 83 ... Cell monitor 100 ... Fuel cell system FA ... Freezing part

Claims (1)

燃料電池システムであって、
複数の単セルを有する燃料電池スタックと、
前記単セルのセル電圧を検出するセルモニタと、
前記燃料電池スタックのスタック温度を取得する温度計測部と、
前記単セルの積層方向における一端側から他端側へ向けて反応ガスが供給される反応ガス流路と、
前記反応ガス流路の前記燃料電池スタックの入口側における反応ガス圧力を検出する圧力検出部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、前記スタック温度が氷点下で該燃料電池システムを始動する場合に、
前記反応ガス圧力が予め定めた閾値圧力以上であって、かつ、前記燃料電池スタックの前記他端側に配置された前記単セルのセル電圧が予め定めた閾値電圧よりも低いときに、前記単セル内の前記反応ガス流路が凍結により閉塞したと判断し、
前記反応ガス圧力が前記閾値圧力以上であって、かつ、前記燃料電池スタックの前記他端側に配置された前記単セルのセル電圧が前記閾値電圧以上のときに、前記単セル内を除く前記反応ガス流路の他の部分が凍結により閉塞したと判断する、燃料電池システム。
It ’s a fuel cell system.
With a fuel cell stack with multiple single cells,
A cell monitor that detects the cell voltage of the single cell, and
A temperature measuring unit that acquires the stack temperature of the fuel cell stack, and
A reaction gas flow path in which the reaction gas is supplied from one end side to the other end side in the stacking direction of the single cell, and
A pressure detection unit that detects the reaction gas pressure on the inlet side of the fuel cell stack of the reaction gas flow path,
With a control unit,
The control unit starts the fuel cell system when the stack temperature is below freezing.
When the reaction gas pressure is equal to or higher than a predetermined threshold pressure and the cell voltage of the single cell arranged on the other end side of the fuel cell stack is lower than the predetermined threshold voltage. It was determined that the reaction gas flow path in the cell was blocked due to freezing, and it was determined.
When the reaction gas pressure is equal to or higher than the threshold pressure and the cell voltage of the single cell arranged on the other end side of the fuel cell stack is equal to or higher than the threshold voltage, the inside of the single cell is excluded. A fuel cell system that determines that other parts of the reaction gas flow path are blocked due to freezing .
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