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JP2009070576A - Fuel cell system and deterioration detection device - Google Patents

Fuel cell system and deterioration detection device Download PDF

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JP2009070576A
JP2009070576A JP2007234391A JP2007234391A JP2009070576A JP 2009070576 A JP2009070576 A JP 2009070576A JP 2007234391 A JP2007234391 A JP 2007234391A JP 2007234391 A JP2007234391 A JP 2007234391A JP 2009070576 A JP2009070576 A JP 2009070576A
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JP
Japan
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mode
fuel cell
voltage
wet
stop process
Prior art date
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Pending
Application number
JP2007234391A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koichiro Ikeda
晃一郎 池田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system in which the partial progress of the deterioration of a catalyst layer in a shutdown process of a fuel cell is controlled and the deterioration of the fuel cell is controlled. <P>SOLUTION: The fuel cell system is provided with a wetting processing means for humidifying a reaction gas supplied to a fuel cell and put it into a wet state, and a drying processing means for putting the reaction gas supplied to the fuel cell into a dry state of lower humidity than the wet state. The fuel cells system conducts shutdown processing to supply the reaction gas to the fuel cell when an operation of the fuel cell is shut down. When the shutdown processing is conducted, the fuel cell system can select either a wetting processing mode in which the reaction gas is put into a wetting state or a drying processing mode in which the reaction gas is put into a drying processing condition. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は燃料電池システム及び燃料電池の劣化検出装置に関する。更に具体的には、電解質膜とその両側に配置された一対の電極とからなる発電体を備える燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system and a fuel cell deterioration detection device. More specifically, the present invention relates to a fuel cell system provided with a power generator including an electrolyte membrane and a pair of electrodes disposed on both sides thereof.

水素と酸素との電気化学反応を用いた燃料電池のように、電気化学反応において生成水が生成される燃料電池では、反応ガス(燃料及び空気)の通路内(アノード流路及びカソード流路)に多くの水分が存在している。従って、燃料電池の運転が停止され、その停止中に低温状態(氷点下)となる場合、反応ガスの通路内で滞留する水分が凍結することが考えられる。このような燃料電池内での水分凍結は、発電部の破損や劣化の原因となったり、次回の燃料電池起動時に反応ガスの流れを阻害して燃料不足を引起す原因となったりすることが考えられる。   In a fuel cell in which produced water is generated in an electrochemical reaction, such as a fuel cell using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, in a reaction gas (fuel and air) passage (anode passage and cathode passage) There is a lot of moisture. Therefore, when the operation of the fuel cell is stopped and the temperature becomes low (below freezing point) during the stop, it is conceivable that the water staying in the reaction gas passage is frozen. Such freezing of moisture in the fuel cell may cause damage or deterioration of the power generation unit, or cause a shortage of fuel by inhibiting the flow of reaction gas at the next start of the fuel cell. Conceivable.

このような問題に対して、例えば燃料電池の運転を停止する際に、燃料電池内の反応ガス通路内に乾燥したガスを流すことで滞留する水分を除去し、次回氷点下における起動に備えることが考えられている。   To solve such a problem, for example, when stopping the operation of the fuel cell, the remaining moisture is removed by flowing a dry gas into the reaction gas passage in the fuel cell to prepare for the start-up at the next freezing point. It is considered.

しかし、燃料電池の電解質膜は過度な乾燥により劣化する恐れがあると共に、一度乾燥した電解質膜を再び湿潤させることは困難である。電解質膜の水分が不足した状態となると、電解質膜の電気伝導性が低下するため、特に燃料電池の起動時には電気化学反応を進行させることができず燃料電池を起動できない事態を生じ得る。   However, the electrolyte membrane of the fuel cell may be deteriorated by excessive drying, and it is difficult to wet the once dried electrolyte membrane. When the electrolyte membrane is in a state of insufficient moisture, the electrical conductivity of the electrolyte membrane is lowered, and therefore, particularly when the fuel cell is started, the electrochemical reaction cannot be advanced, and the fuel cell cannot be started.

電解質膜の乾燥を防止するため、燃料電池の停止時に反応ガス通路内を乾燥ガスで掃気する処理を行なう場合に、乾燥ガスの流量を抑えることが考えられる。しかし、特開2004−199988号公報には、このように乾燥ガスの流量を抑えると適当な湿潤状態となるまでに時間がかかり、燃料電池の停止処理に多大な時間がかかることが指摘されている。このような問題に対して、この従来技術の燃料電池システムでは、停止処理時にアノード流路及びカソード流路のそれぞれに湿度を調整した湿潤ガスを供給することが開示されている。   In order to prevent the electrolyte membrane from drying, it is conceivable to suppress the flow rate of the dry gas when performing a process of scavenging the reaction gas passage with the dry gas when the fuel cell is stopped. However, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-199988 points out that if the flow rate of the dry gas is suppressed in this way, it takes time to reach an appropriate wet state, and it takes a long time to stop the fuel cell. Yes. In order to solve such a problem, in the fuel cell system of this prior art, it is disclosed that wet gas with adjusted humidity is supplied to each of the anode flow path and the cathode flow path during the stop process.

具体的には、この従来技術の燃料電池システムでは、アノード極及びカソード極に供給される反応ガスの供給経路それぞれに、反応ガスの相対湿度を15〜95%の間で調整することができる加湿器が配置されている。燃料電池の停止処理時には、この加湿器によってアノード極、カソード極のそれぞれに供給する反応ガスの湿度を所定の湿度に加湿して、電解質膜内の水が平衡状態となるようにする。   Specifically, in this prior art fuel cell system, the relative humidity of the reaction gas can be adjusted to 15 to 95% in each of the supply paths of the reaction gas supplied to the anode electrode and the cathode electrode. A vessel is placed. At the time of stopping the fuel cell, the humidity of the reaction gas supplied to each of the anode electrode and the cathode electrode is humidified to a predetermined humidity by the humidifier so that the water in the electrolyte membrane is in an equilibrium state.

例えば、高温、高抵抗の領域では、電解質膜が乾燥しすぎていると判断される。この場合、反応ガスの湿度を高く設定して電解質膜を適度な湿潤状態とする。一方、低温、低抵抗の場合には、ガス拡散層にまで水分が残っている状態であると判断される。この場合、反応ガスの湿度を低く設定して、拡散層等に滞留する過剰な水分を除去して電解質膜を適度な湿潤状態としている。   For example, it is determined that the electrolyte membrane is too dry in the high temperature and high resistance region. In this case, the humidity of the reaction gas is set high so that the electrolyte membrane is in an appropriate wet state. On the other hand, in the case of low temperature and low resistance, it is determined that moisture remains in the gas diffusion layer. In this case, the humidity of the reaction gas is set low, and excess water staying in the diffusion layer or the like is removed, so that the electrolyte membrane is in an appropriate wet state.

特開2004−199988号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-199988 特開2005−251441号公報JP-A-2005-251441 特開2005−317211号公報JP 2005-317211 A

上記従来技術のよれば、燃料電池の温度や抵抗等に応じて、停止時の掃気処理において用いる反応ガスを乾燥状態、あるいは湿潤状態とすることで、反応ガス通路内の水分を除去すると共に、電解質膜を適度な湿潤状態とすることができる。これにより、次回起動時における発電性能の低下や、凍結による電解質膜の劣化をある程度防止することはできると考えられる。   According to the above prior art, depending on the temperature, resistance, etc. of the fuel cell, the reaction gas used in the scavenging process at the time of stopping is in a dry state or a wet state, thereby removing moisture in the reaction gas passage, The electrolyte membrane can be in an appropriate wet state. Thus, it is considered that the power generation performance at the next start-up and the deterioration of the electrolyte membrane due to freezing can be prevented to some extent.

ところで、燃料電池の停止時に反応ガス通路を乾燥したガスにより掃気した場合であっても、触媒層や電解質膜中にはある程度の水分が存在する。燃料電池が氷点下に晒される場合には、この水分の存在により触媒層にも劣化が生じるものと考えられる。触媒層の劣化が進行すると、燃料電池の発電性能を低下させることとなることが考えられるため、氷点下における停止時には、触媒層の劣化を抑える処理が採られることが望まれる。この点、上記従来技術の処理は、燃料電池の停止時の反応ガス通路内での水分凍結による起動性の低下防止や、電解質膜の劣化防止に効果的なものであるが、燃料電池が氷点下の環境に晒されることによる触媒層の劣化の防止に関するものではない。   By the way, even when the reaction gas passage is scavenged with dry gas when the fuel cell is stopped, a certain amount of moisture exists in the catalyst layer and the electrolyte membrane. When the fuel cell is exposed to below freezing point, it is considered that the presence of the moisture causes the catalyst layer to deteriorate. As the deterioration of the catalyst layer progresses, it is considered that the power generation performance of the fuel cell is lowered. Therefore, it is desirable that a process for suppressing the deterioration of the catalyst layer is taken when stopping below freezing point. In this respect, the above-described prior art treatment is effective in preventing a decrease in startability due to moisture freezing in the reaction gas passage when the fuel cell is stopped and in preventing deterioration of the electrolyte membrane. It does not relate to prevention of deterioration of the catalyst layer due to exposure to the environment.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料電池の停止時における凍結等を抑えて電解質膜や拡散層の劣化防止を図るとともに、触媒層で生じる劣化を検出し、その劣化を抑えることができるように改良した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 the above-described problems, and prevents freezing or the like when the fuel cell is stopped to prevent deterioration of the electrolyte membrane or the diffusion layer, and detects deterioration occurring in the catalyst layer. An object of the present invention is to provide an improved fuel cell system that can suppress the deterioration.

第1の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池システムであって、
燃料電池に供給する反応ガスを、加湿して湿潤状態とする湿潤処理手段と、
前記燃料電池に供給する反応ガスを、前記湿潤状態よりも湿度の低い乾燥状態とする乾燥処理手段と、
前記燃料電池の運転を停止する際に、前記燃料電池に反応ガスを供給する停止処理を行なう停止制御手段と、
前記反応ガスを前記湿潤状態とする湿潤処理モードと、前記反応ガスを前記乾燥状態とする乾燥処理モードとに制御する機能を備え、前記燃料電池の運転を停止する際に、前記湿潤処理モード又は前記乾燥処理モードを選択して切り替えることができるモード制御手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a fuel cell system,
Wet treatment means for humidifying the reaction gas supplied to the fuel cell to a wet state;
A drying treatment means for bringing the reaction gas supplied to the fuel cell into a dry state having a lower humidity than the wet state;
Stop control means for performing a stop process for supplying a reaction gas to the fuel cell when stopping the operation of the fuel cell;
A function of controlling the wet processing mode in which the reactive gas is in the wet state and a dry processing mode in which the reactive gas is in the dry state, and when the operation of the fuel cell is stopped, the wet processing mode or Mode control means capable of selecting and switching the drying processing mode;
It is characterized by providing.

第2の発明は、第1の発明において、前記燃料電池の停止中に、燃料電池内の水分が凍結し得る凍結状態となるか否かを予測する凍結予測手段、を更に備え、
前記モード制御手段は、次回起動時が前記凍結状態での起動となることが予測される場合には、前記乾燥処理モード及び前記湿潤処理モードのうち、いずれかのモードで前記停止処理が実行されるように制御することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the apparatus further comprises a freeze prediction means for predicting whether or not the water in the fuel cell is in a frozen state during which the fuel cell is stopped,
When it is predicted that the mode control means will be activated in the frozen state at the next activation, the stop process is executed in any one of the drying process mode and the wet process mode. It is characterized by controlling so that.

第3の発明は、第1又は第2の発明において、前記モード制御手段は、前記乾燥モードでの停止処理と、前記湿潤モードでの停止処理が、規定回数ずつ交互に行なわれるように、前記乾燥モードと前記湿潤モードとを切り替えることを特徴とする。   According to a third invention, in the first or second invention, the mode control means is configured so that the stop process in the drying mode and the stop process in the wet mode are alternately performed a specified number of times. It is characterized by switching between the drying mode and the wet mode.

第4の発明は、第1又は第2の発明において、前記燃料電池の運転状態に応じて、前記乾燥モード、または、前記湿潤モードでの停止処理に切り替える切替状態となっていることを検出する切替状態検出手段を、更に備え、
前記モード制御手段は、前記切替状態が検出された場合に、次回の停止処理が、前回の停止処理におけるモードとは異なるモードでの停止処理となるように、前記モードを切り替えることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, it is detected that a switching state for switching to the stop process in the dry mode or the wet mode is made according to the operating state of the fuel cell. Further comprising a switching state detecting means,
When the switching state is detected, the mode control means switches the mode so that the next stop process is a stop process in a mode different from the mode in the previous stop process. .

第5の発明は、第4の発明において、前記モード制御手段は、前記燃料電池の初期状態において前記停止処理が実行される場合には、前記湿潤モードとし、前記切替状態が検出された後の停止処理から、前記乾燥モードでの停止処理となるように、前記モードを切り替えることを特徴とする。   In a fifth aspect based on the fourth aspect, the mode control means sets the wet mode when the stop process is executed in the initial state of the fuel cell, and after the switching state is detected. The mode is switched from the stop process to the stop process in the drying mode.

第6の発明は、第4の発明において、前記モード制御手段は、前記燃料電池の初期状態において前記停止処理が実行される場合には、前記乾燥モードとし、前記切替状態が検出された後の停止処理から、前記湿潤モードでの停止処理となるように、前記モードを切り替えることを特徴とする。   In a fourth aspect based on the fourth aspect, the mode control means sets the drying mode when the stop process is executed in the initial state of the fuel cell, and after the switching state is detected. The mode is switched from the stop process to the stop process in the wet mode.

第7の発明は、第4の発明において、前記切替状態検出手段は、燃料電池の劣化を検出することにより前記切替状態を検出することを。   In a seventh aspect based on the fourth aspect, the switching state detecting means detects the switching state by detecting deterioration of the fuel cell.

第8の発明は、第4から第7のいずれか1の発明において、前記燃料電池の電圧を検出する電圧検出手段を更に備え、
前記切替状態検出手段は、検出された前記電圧が基準電圧より小さい場合に、前記切替状態を検出することを特徴とする。
An eighth invention according to any one of the fourth to seventh inventions, further comprising voltage detection means for detecting the voltage of the fuel cell,
The switching state detection means detects the switching state when the detected voltage is smaller than a reference voltage.

第9の発明は、第1又は第2の発明において、前記燃料電池は、電解質膜と前記電解質膜の両側に配置された一対の電極とからなる発電部と、前記発電部の両側に配置されたセパレータを備え、
前記一対の電極のうち一方の電極に接する接面を有するセパレータは、該接面において、該一方の電極に反応ガスを供給するための反応ガス流路を備え、
前記燃料電池システムは、
前記燃料電池の運転中に、前記反応ガス流路の入口側の発電性能を検出する入口性能検出手段と、
前記燃料電池の運転中に、前記反応ガス流路の出口側の発電性能を検出する出口性能検出手段と、
前記入口側の発電性能と出口側の発電性能との差に基づいて、前記燃料電池の劣化を検出することにより、前記モードを、前記乾燥モード、または、前記湿潤モードに切り替える切替状態となっていることを検出する切替状態検出手段と、を備え、
前記モード制御手段は、前記切替状態が検出された場合に、次回の停止処理が、前回の停止処理におけるモードとは異なるモードでの停止処理となるように、前記モードを切り替えることを特徴とする。
According to a ninth invention, in the first or second invention, the fuel cell is disposed on both sides of the power generation unit including an electrolyte membrane and a pair of electrodes disposed on both sides of the electrolyte membrane. Equipped with a separator
The separator having a contact surface in contact with one electrode of the pair of electrodes includes a reaction gas channel for supplying a reaction gas to the one electrode on the contact surface,
The fuel cell system includes:
Inlet performance detection means for detecting power generation performance on the inlet side of the reaction gas flow path during operation of the fuel cell;
Outlet performance detection means for detecting power generation performance on the outlet side of the reaction gas flow path during operation of the fuel cell;
By detecting the deterioration of the fuel cell based on the difference between the power generation performance on the inlet side and the power generation performance on the outlet side, the mode is switched to the dry mode or the wet mode. Switching state detecting means for detecting that
When the switching state is detected, the mode control means switches the mode so that the next stop process is a stop process in a mode different from the mode in the previous stop process. .

第10の発明は、第1又は第2の発明において、前記燃料電池は、電解質膜と前記電解質膜の両側に配置された一対の電極とからなる発電部と、前記発電部の両側に配置されたセパレータを備え、
前記一対の電極のうち一方の電極に接する接面を有するセパレータは、該接面において、該一方の電極に反応ガスを供給するための反応ガス流路を備え、
前記燃料電池システムは、
前記燃料電池の運転中に、前記反応ガス流路の入口側の電圧である入口電圧を検出する入口電圧検出手段と、
前記燃料電池の運転中に、前記反応ガス流路の出口側の電圧である出口電圧を検出する出口電圧検出手段と、
前記入口電圧から前記出口電圧を減算した値である出入口電圧差を演算する出入口電圧差演算手段と、
前記出入口電圧差の絶対値が、基準電圧差より大きくなっている場合に、前記モードを、前記乾燥モード、または、前記湿潤モードに切り替える切替状態となっていることを検出する切替状態検出手段と、を備え
前記モード制御手段は、前記切替状態が検出された場合に、次回の停止処理が、前回の停止処理におけるモードとは異なるモードでの停止処理となるように、前記モードを切り替えることを特徴とする。
According to a tenth aspect, in the first or second aspect, the fuel cell is disposed on both sides of the power generation unit including an electrolyte membrane and a pair of electrodes disposed on both sides of the electrolyte membrane. Equipped with a separator
The separator having a contact surface in contact with one electrode of the pair of electrodes includes a reaction gas channel for supplying a reaction gas to the one electrode on the contact surface,
The fuel cell system includes:
An inlet voltage detecting means for detecting an inlet voltage that is a voltage on the inlet side of the reaction gas flow path during operation of the fuel cell;
During operation of the fuel cell, outlet voltage detection means for detecting an outlet voltage which is a voltage on the outlet side of the reaction gas flow path;
An inlet / outlet voltage difference calculating means for calculating an inlet / outlet voltage difference which is a value obtained by subtracting the outlet voltage from the inlet voltage;
A switching state detecting means for detecting that the mode is switched to the drying mode or the wet mode when the absolute value of the inlet / outlet voltage difference is larger than a reference voltage difference; When the switching state is detected, the mode control means switches the mode so that the next stop process is a stop process in a mode different from the mode in the previous stop process. Features.

第11の発明は、第10の発明において、前記切替状態検出手段は、
前記出入口電圧差が、第1出入口電圧差より大きくなっている場合に、前記モードを前記乾燥モードに切り替える乾燥切替状態を検出し、
前記出入口電圧差が、第2出入口電圧差より小さくなっている場合に、前記モードを前記湿潤モードに切り替える湿潤切替状態を検出し、
前記モード制御手段は、
前記湿潤切替状態が検出された場合に、次回の停止処理におけるモードが、湿潤モードとなるように前記モードを切り替え、
前記乾燥切替状態が検出された場合に、次回の停止処理におけるモードが、乾燥モードとなるように前記モードを切り替えることを特徴とする。
In an eleventh aspect based on the tenth aspect, the switching state detecting means comprises:
When the inlet / outlet voltage difference is larger than the first inlet / outlet voltage difference, a drying switching state for switching the mode to the drying mode is detected,
When the inlet / outlet voltage difference is smaller than the second inlet / outlet voltage difference, detecting a wet switching state for switching the mode to the wet mode;
The mode control means includes
When the wet switching state is detected, the mode in the next stop process is switched to the wet mode,
When the drying switching state is detected, the mode is switched so that the mode in the next stop process becomes the drying mode.

第12の発明は、第1又は第2の発明において、前記燃料電池の運転中に、前記燃料電池の第1電流における第1電圧と、前記第1電流より大きい第2電流における第2電圧とを検出する電圧検出手段と、
前記第1電圧から第2電圧を減算した値である電圧差を演算する電圧差演算手段と、を更に備え、
前記モード制御手段が、前記湿潤モードを選択している場合であって、かつ、前記電圧差が、第1基準電圧差より大きい場合に、前記モードを、前記乾燥モードに制御する乾燥切替状態となっていること検出する切替状態検出手段と、を備え、
前記モード制御手段は、前記乾燥切替状態が検出された場合に、次回の停止処理におけるモードが、前記乾燥モードとなるように制御することを特徴とする。
In a twelfth aspect according to the first or second aspect, during operation of the fuel cell, a first voltage at a first current of the fuel cell and a second voltage at a second current greater than the first current Voltage detecting means for detecting
Voltage difference calculating means for calculating a voltage difference that is a value obtained by subtracting a second voltage from the first voltage;
A drying switching state for controlling the mode to the drying mode when the mode control means selects the wet mode and the voltage difference is greater than a first reference voltage difference; Switching state detecting means for detecting that
The mode control unit controls the mode in the next stop process to be the drying mode when the drying switching state is detected.

第13の発明は、第1又は第2の発明において、前記燃料電池の運転中に、前記燃料電池の、第1電流における第1電圧と、前記第1電流より大きい第2電流における第2電圧とを検出する電圧検出手段と、
前記第1電圧から第2電圧を減算した値である電圧差を演算する電圧差演算手段と、
前記モード制御手段が前記乾燥モードを選択している場合であって、かつ、前記電圧差が、第2基準電圧差より小さい場合に、前記モードを、前記湿潤モードとなるように制御する湿潤切替状態となっていること検出する切替状態検出手段と、を備え、
前記モード制御手段は、前記湿潤切替状態が検出された場合に、次回の停止処理におけるモードが、前記湿潤モードとなるように制御することを特徴とする。
In a thirteenth aspect based on the first or second aspect, during the operation of the fuel cell, the first voltage at the first current and the second voltage at the second current larger than the first current of the fuel cell. Voltage detecting means for detecting
Voltage difference calculating means for calculating a voltage difference which is a value obtained by subtracting a second voltage from the first voltage;
When the mode control means selects the drying mode, and the voltage difference is smaller than the second reference voltage difference, the wet switching for controlling the mode to the wet mode Switching state detecting means for detecting that the state is in a state,
The mode control unit controls the mode in the next stop process to be the wet mode when the wet switching state is detected.

第14の発明は、第1又は第2の発明において、前記燃料電池の運転中に、前記燃料電池の、第1電流における第1電圧と、前記第1電流より大きい第2電流における第2電圧とを検出する電圧検出手段と、
前記第1電圧から前記第2電圧を減算した値である電圧差を演算する電圧差演算手段と、
前記電圧差が、第1基準電圧差より大きい場合に、前記モードを前記乾燥モードに切り替える乾燥切替状態を検出する切替状態検出手段と、を更に備え、
前記電圧差が、第2基準電圧差より小さい場合に、前記モードを前記湿潤モードに切り替える湿潤切替状態を検出し、
前記モード制御手段は、
前記湿潤切替状態が検出された場合に、次回の停止処理におけるモードが、湿潤モードとなるように前記モードを制御し、
前記乾燥切替状態が検出された場合に、次回の停止処理におけるモードが、乾燥モードとなるように前記モードを制御することを特徴とする。
In a fourteenth aspect based on the first or second aspect, during operation of the fuel cell, the fuel cell includes a first voltage at a first current and a second voltage at a second current greater than the first current. Voltage detecting means for detecting
Voltage difference calculating means for calculating a voltage difference which is a value obtained by subtracting the second voltage from the first voltage;
A switching state detecting means for detecting a drying switching state for switching the mode to the drying mode when the voltage difference is larger than a first reference voltage difference;
When the voltage difference is smaller than a second reference voltage difference, a wet switching state for switching the mode to the wet mode is detected;
The mode control means includes
When the wet switching state is detected, the mode is controlled so that the mode in the next stop process becomes the wet mode,
When the drying switching state is detected, the mode is controlled so that the mode in the next stop process becomes the drying mode.

第15の発明は、第1又は第2の発明において、燃料電池の第1電流における第1電圧と、前記第1電流より大きい第2電流における第2電圧とを検出する電圧検出手段と、
前記第1電圧から前記第2電圧を減算した値である電圧差を検出する電圧差検出手段と、
前記電圧差が、前記第2基準電圧差以上かつ、前記第1基準電圧差以下の正常状態であるか否かを判定する判定手段と、
前記電圧差が、前記正常状態であることが認められない場合に、前記燃料電池の劣化を検出する劣化検出手段と、
を備えることを特徴とする。
According to a fifteenth aspect, in the first or second aspect, voltage detection means for detecting a first voltage in the first current of the fuel cell and a second voltage in a second current larger than the first current;
Voltage difference detection means for detecting a voltage difference which is a value obtained by subtracting the second voltage from the first voltage;
Determining means for determining whether the voltage difference is in a normal state not less than the second reference voltage difference and not more than the first reference voltage difference;
A deterioration detecting means for detecting deterioration of the fuel cell when the voltage difference is not recognized to be in the normal state;
It is characterized by providing.

第1の発明によれば、燃料電池の停止時に、燃料電池に反応ガスを供給して停止処理を行なう場合に、燃料電池に供給する反応ガスを加湿して湿潤状態とする湿潤モード、あるいは、湿潤状態よりも乾燥した乾燥状態とする乾燥処理モードに設定することができる。ところで、燃料電池の停止時または起動後に触媒層に劣化が生じる場合、その劣化が生じる部分は、その停止処理が湿潤モードで行なわれるか、あるいは乾燥モードで行なわれるかによって異なるものと考えられる。従って、燃料電池停止処理のモードを湿潤モードか、乾燥モードに切り替えることにより、乾燥状態又は湿潤状態に起因して生じる部分的な劣化が、その部分においてのみ急速に進行することを防止することができる。従って、燃料電池全体としての性能低下を抑制し、耐久性を向上させることができる。   According to the first invention, when the fuel cell is stopped, when the stop gas is supplied to the fuel cell and the stop process is performed, the wet mode in which the reaction gas supplied to the fuel cell is humidified to be in a wet state, or It is possible to set the drying process mode to a dry state rather than a wet state. By the way, when the catalyst layer is deteriorated when the fuel cell is stopped or after starting, it is considered that the portion where the deterioration occurs depends on whether the stop process is performed in the wet mode or the dry mode. Therefore, by switching the fuel cell stop processing mode from the wet mode to the dry mode, it is possible to prevent the partial deterioration caused by the dry state or the wet state from proceeding rapidly only in that portion. it can. Therefore, it is possible to suppress the performance deterioration of the entire fuel cell and improve the durability.

例えば、燃料電池の停止中における触媒層の劣化は、触媒層に残る液滴や、触媒層周囲の水分の凍結による膨張、あるいは周囲の水分を取り込んで氷が成長することに起因すると考えられる。従って、第2の発明のように、特に、燃料電池の停止中に凍結状態となることが予想される場合には、乾燥モードと、湿潤モードのいずれかのモードにおいて停止処理が実行されるように制御する。これにより、停止処理におけるモードが、乾燥モード及び湿潤モードのいずれか一方に集中しないように、モードを制御することができる。従って、燃料電池の部分的な劣化進行を抑えて、燃料電池の性能低下を図り、耐久性を向上させることができる。   For example, it is considered that the deterioration of the catalyst layer while the fuel cell is stopped is caused by droplets remaining in the catalyst layer, expansion due to freezing of water around the catalyst layer, or growth of ice by taking in surrounding water. Therefore, as in the second aspect of the invention, particularly when it is predicted that the fuel cell is frozen while the fuel cell is stopped, the stop process is executed in either the dry mode or the wet mode. To control. Thereby, the mode can be controlled so that the mode in the stop process does not concentrate on one of the dry mode and the wet mode. Therefore, the progress of partial deterioration of the fuel cell can be suppressed, the performance of the fuel cell can be reduced, and the durability can be improved.

第3の発明によれば、乾燥モードでの停止処理と湿潤モードでの停止処理とが、規定回数ずつに交互に行なわれるように、モードが切り替えられる。これにより乾燥状態または湿潤状態が続くことによる、触媒の部分的な劣化の集中的な進行を抑えることができ、燃料電池の耐久性を向上させることができる。   According to the third aspect of the invention, the mode is switched so that the stop process in the drying mode and the stop process in the wet mode are alternately performed every specified number of times. Thereby, the intensive progress of partial deterioration of the catalyst due to the continued dry state or wet state can be suppressed, and the durability of the fuel cell can be improved.

第4〜第6のいずれかの発明の発明によれば、燃料電池の運転状態に応じて切替状態が検出された場合に、停止処理におけるモードが、前回のモードとは異なるモードに切り替えられる。これにより、乾燥モードまたは湿潤モードでの停止処理による触媒劣化が部分的に集中するのを抑えることができ、燃料電池の耐久性を向上させることができる。   According to any one of the fourth to sixth inventions, when the switching state is detected according to the operation state of the fuel cell, the mode in the stop process is switched to a mode different from the previous mode. Thereby, it is possible to suppress partial concentration of catalyst deterioration due to the stop process in the dry mode or the wet mode, and it is possible to improve the durability of the fuel cell.

ところで、乾燥モードにおける停止処理または湿潤モードにおける停止処理が連続して行なわれた場合、そのモードにおける劣化が起こりやすい部分での劣化が集中的に進行する。従って、第7の発明によれば、燃料電池の劣化状態を検出することにより切替状態となっていることを検出することで、適切なタイミングでモードの切り替えを実行することができる。   By the way, when the stop process in the drying mode or the stop process in the wet mode is continuously performed, deterioration in a portion where the deterioration is likely to occur in the mode is concentrated. Therefore, according to the seventh aspect, it is possible to execute the mode switching at an appropriate timing by detecting that the fuel cell is in the switching state by detecting the deterioration state of the fuel cell.

また、劣化が進行すると、燃料電池の全体においても電圧低下が起きることが考えられる。従って、第8の発明によれば、電圧が基準電圧より小さいか否かに基づいて切替状態を検出することで、適切なタイミングで乾燥モードまたは湿潤モードへの切り替えを実行することができる。   Further, when the deterioration progresses, it is considered that the voltage is lowered in the entire fuel cell. Therefore, according to the eighth aspect, by detecting the switching state based on whether or not the voltage is smaller than the reference voltage, switching to the drying mode or the wet mode can be executed at an appropriate timing.

ところで、乾燥モードにおける停止処理による劣化は、特に乾燥を起こしやすい場所、即ち、反応ガス流路の入口側で起こりやすい。一方、湿潤モードにおける停止処理による劣化は、水分が滞留しやすい出口側で起こりやすい。このため停止処理が乾燥モードで行なわれている環境下で劣化が生じた場合には入口側での発電性能の低下が大きく、湿潤モードでの劣化が生じた場合には、出口側での発電性能の低下が大きい。従って、第11の発明によれば、入口側と出口側とにおける発電性能の差に基づいて、切替状態を検出することで、いずれかのモードにおける劣化が進行していることを検出することができ、適切なタイミングでモードを切り替えることができる。従って、部分的な劣化の進行を抑制することができ、燃料電池の耐久性を向上させることができる。   By the way, the deterioration due to the stop process in the drying mode is particularly likely to occur at a place where the drying is likely to occur, that is, at the inlet side of the reaction gas channel. On the other hand, the deterioration due to the stop process in the wet mode is likely to occur on the outlet side where moisture tends to stay. For this reason, when degradation occurs in an environment where the shutdown process is performed in the dry mode, the power generation performance at the inlet side is greatly reduced, and when degradation occurs in the wet mode, power generation at the outlet side is performed. The performance drop is large. Therefore, according to the eleventh aspect, it is possible to detect that the deterioration in any mode is progressing by detecting the switching state based on the difference in power generation performance between the inlet side and the outlet side. Can be switched at an appropriate timing. Therefore, the progress of partial deterioration can be suppressed, and the durability of the fuel cell can be improved.

また、乾燥モードでの劣化が進行している場合には入口電圧の低下が大きく、湿潤モードでの劣化が生じた場合には出口電圧低下が大きい。つまり、いずれの場合であっても、入口電圧と出口電圧との差が大きくなる。従って、第10の発明によれば、電圧差の絶対値が大きくなった場合に切替状態を検出することで、いずれかのモードにおける劣化が進行していることを検出することができ、適切なタイミングでモードを切り替えることができる。従って、部分的な劣化の進行を抑制することができ、燃料電池の耐久性を向上させることができる。   Further, when the deterioration in the dry mode is proceeding, the decrease in the inlet voltage is large, and when the deterioration in the wet mode is caused, the decrease in the outlet voltage is large. That is, in any case, the difference between the inlet voltage and the outlet voltage becomes large. Therefore, according to the tenth aspect, by detecting the switching state when the absolute value of the voltage difference becomes large, it is possible to detect that the deterioration in any of the modes is progressing. The mode can be switched at the timing. Therefore, the progress of partial deterioration can be suppressed, and the durability of the fuel cell can be improved.

また、上記のように乾燥モードでの劣化が進行している場合入口電圧が小さくなり、湿潤状態での劣化が進行している場合には、出口電圧が小さくなる。従って、第11の発明によれば、入口電圧から出口電圧を減算した出入口電圧差が、所定の値より小さくなっている場合に、乾燥モードによる劣化の進行を抑制するため湿潤モードに切り替え、一方、この出入口電圧差が所定の値より大きくなっている場合には、湿潤モードによる劣化を抑えるため、乾燥モードに切り替える。これにより、燃料電池の部分的な劣化の進行を抑えて、燃料電池の耐久性を向上させることができる。   Further, as described above, when the deterioration in the drying mode is proceeding, the inlet voltage becomes small, and when the degradation in the wet state is proceeding, the outlet voltage becomes small. Therefore, according to the eleventh aspect, when the inlet / outlet voltage difference obtained by subtracting the outlet voltage from the inlet voltage is smaller than a predetermined value, the mode is switched to the wet mode in order to suppress the progress of deterioration due to the dry mode. When the inlet / outlet voltage difference is larger than a predetermined value, the mode is switched to the drying mode in order to suppress deterioration due to the wet mode. Thereby, the progress of partial deterioration of the fuel cell can be suppressed and the durability of the fuel cell can be improved.

また、乾燥モードでの劣化は、より低電流域で進行しやすく、湿潤モードでの劣化はより高電流域で進行しやすい。このため、ある第1電流における第1電圧と、第1電流より大きい第2電流における第2電圧を検出し、第1電圧から第2電圧を引いた電圧差を求めて、電圧差が、基準となる第1電圧差より大きい場合に、湿潤モードによる劣化が進行していると判断できる。また、電圧差が、基準となる第2基準電圧差より小さい場合には、乾燥モードにおける劣化が進行していると判断できる。このため、第12の発明によれば、電圧差が第1基準電圧差より大きい場合に切替状態を検出することで、適切なタイミングで、湿潤モードから乾燥モードへの切り替えを実行することができる。また、第13の発明では、電圧差が第2基準電圧差より小さい場合に切替状態を検出することで、適切なタイミングで乾燥モードから湿潤モードへの切り替えを実行することができる。   Further, the deterioration in the dry mode easily proceeds in a lower current region, and the deterioration in the wet mode easily proceeds in a higher current region. Therefore, a first voltage at a certain first current and a second voltage at a second current larger than the first current are detected, and a voltage difference obtained by subtracting the second voltage from the first voltage is obtained. When the voltage difference is larger than the first voltage difference, it can be determined that the degradation due to the wet mode is progressing. Further, when the voltage difference is smaller than the second reference voltage difference serving as a reference, it can be determined that the deterioration in the drying mode is proceeding. Therefore, according to the twelfth aspect, by detecting the switching state when the voltage difference is larger than the first reference voltage difference, the switching from the wet mode to the dry mode can be executed at an appropriate timing. . In the thirteenth aspect, the switching state is detected when the voltage difference is smaller than the second reference voltage difference, so that the switching from the drying mode to the wetting mode can be executed at an appropriate timing.

また、第14の発明によれば、電圧差が第1基準電圧より大きい場合に、次回の停止処理におけるモードが乾燥モードとされ、電圧差が第2基準電圧差より小さい場合に、次回の停止処理におけるモードが湿潤モードとされる。つまり、上記のように電圧差を検出することで、現在、乾燥モードによる劣化、及び湿潤モードのいずれのモードによる劣化が進んでいるかを検出することができる。従って、現在のモードに拘わらず、劣化状態を切り替えることで、より効果的に劣化の進行を抑えることができる。   According to the fourteenth aspect, when the voltage difference is larger than the first reference voltage, the mode in the next stop process is set to the dry mode, and when the voltage difference is smaller than the second reference voltage difference, the next stop is performed. The mode in processing is the wet mode. In other words, by detecting the voltage difference as described above, it is possible to detect whether the deterioration due to the dry mode or the wet mode is currently progressing. Therefore, regardless of the current mode, the progress of deterioration can be more effectively suppressed by switching the deterioration state.

第15の発明によれば、電圧差が、第2基準電圧差以上、第1基準電圧差以下の範囲外であることが認められた場合に、燃料電池の劣化を検出する。このように異なる電流値における電圧の差に基づいて劣化を検出することで、劣化の検出と共に、その劣化が乾燥による劣化か、湿潤による劣化かを判別することができる。   According to the fifteenth aspect, when it is recognized that the voltage difference is outside the range of the second reference voltage difference or more and the first reference voltage difference or less, the deterioration of the fuel cell is detected. By detecting the deterioration based on the voltage difference at different current values as described above, it is possible to determine whether the deterioration is caused by drying or by wetness as well as detecting the deterioration.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.

実施の形態1.
[実施の形態のシステムの構成について]
図1はこの発明の実施の形態1における燃料電池システムの全体構成について説明するための模式図である。実施の形態1においては、燃料電池システムは車両に搭載される。図1に示すシステムは燃料電池2を有している。燃料電池2は、セパレータを介して複数積層された、電解質膜とその両側に配置された一対の電極であるカソード極とアノード極とからなる膜−電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)を有している。
Embodiment 1 FIG.
[System configuration of the embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the overall configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. In the first embodiment, the fuel cell system is mounted on a vehicle. The system shown in FIG. 1 has a fuel cell 2. The fuel cell 2 has a membrane-electrode assembly (MEA) consisting of an electrolyte membrane and a cathode electrode and an anode electrode, which are a pair of electrodes arranged on both sides of the electrolyte membrane, which are stacked via separators. is doing.

燃料電池システムは、燃料電池2に空気を供給するための空気供給用ポンプ10を有している。空気供給用ポンプ10には、空気供給管12が接続している。空気供給管12にはバイパス切替弁14が設置されている。バイパス切替弁14を介して空気供給管12は空気供給管16と連結している。空気供給管16は加湿器18に接続している。加湿器18には空気供給管20が連結している。空気供給管20には逆止弁22が取り付けられている。逆止弁22は加湿器18から空気供給管20側への流れが逆流するのを防止する機能を有している。空気供給管20は、逆止弁22より下流側(燃料電池2側)において、空気供給管24に連結している。空気供給管24は、空気供給管20との連結部とは反対側の端部において、燃料電池2の空気導入口に接続している。   The fuel cell system has an air supply pump 10 for supplying air to the fuel cell 2. An air supply pipe 12 is connected to the air supply pump 10. A bypass switching valve 14 is installed in the air supply pipe 12. The air supply pipe 12 is connected to the air supply pipe 16 via the bypass switching valve 14. The air supply pipe 16 is connected to the humidifier 18. An air supply pipe 20 is connected to the humidifier 18. A check valve 22 is attached to the air supply pipe 20. The check valve 22 has a function of preventing the flow from the humidifier 18 to the air supply pipe 20 side from flowing backward. The air supply pipe 20 is connected to the air supply pipe 24 on the downstream side (fuel cell 2 side) from the check valve 22. The air supply pipe 24 is connected to the air inlet of the fuel cell 2 at the end opposite to the connecting portion with the air supply pipe 20.

一方、空気供給管12は、バイパス切替弁14を介してバイパス管26の一端に接続している。バイパス管26は他端において空気供給管24に接続している。つまり、バイパス管26は、空気供給管12と空気供給管24とを連通するように設置されており、バイパス管26により加湿器18がバイパスされている。   On the other hand, the air supply pipe 12 is connected to one end of the bypass pipe 26 via the bypass switching valve 14. The bypass pipe 26 is connected to the air supply pipe 24 at the other end. That is, the bypass pipe 26 is installed so as to communicate the air supply pipe 12 and the air supply pipe 24, and the humidifier 18 is bypassed by the bypass pipe 26.

バイパス切替弁14の切り替えによって、空気供給用ポンプによって空気供給管12内へ導入された空気が、空気供給管16、加湿器18及び空気供給管20を通過するようにするか、あるいは、加湿器18をバイパス管26によってバイパスするようにするかを切り替えることができる。つまり、燃料電池2に供給する空気を加湿器18において加湿した湿潤状態とするか、バイパス管26により加湿器18をバイパスした乾燥状態とするかが切り替えられる。   By switching the bypass switching valve 14, the air introduced into the air supply pipe 12 by the air supply pump passes through the air supply pipe 16, the humidifier 18 and the air supply pipe 20, or the humidifier It is possible to switch whether to bypass 18 by the bypass pipe 26. That is, the air supplied to the fuel cell 2 can be switched between a humidified state in which the humidifier 18 is humidified and a dry state in which the humidifier 18 is bypassed by the bypass pipe 26.

図示を省略するが、燃料電池2の空気排出口には、燃料電池2から排出される空気オフガスを排出するための配管が設置されている。燃料電池2の水素導入口には、燃料電池2に燃料としての水素を供給するための水素供給管が接続され、水素排出口には燃料電池2から排出される水素オフガスを排出するための水素排出管が接続されている。   Although not shown, a pipe for discharging the air off-gas discharged from the fuel cell 2 is installed at the air discharge port of the fuel cell 2. A hydrogen supply pipe for supplying hydrogen as fuel to the fuel cell 2 is connected to the hydrogen inlet of the fuel cell 2, and hydrogen for discharging hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 2 is connected to the hydrogen outlet. The discharge pipe is connected.

この燃料電池システムは燃料電池の運転を制御する制御ユニット30を有している。制御ユニット30には、燃料電池2の各セルの電流、電圧等を検出するセルモニタ(図示せず)が接続されている。制御ユニット30は、セルモニタの出力を受けて、燃料電池2のセルの電流、電圧、インピーダンス等を検出することができる。一方、制御ユニット30にはバイパス切替弁14が接続されている。制御ユニット30は、所定の制御信号を発することでバイパス切替弁14を制御して、空気供給管12との接続を空気供給管16側とするか、あるいはバイパス管26側とするかを制御することができる。   This fuel cell system has a control unit 30 for controlling the operation of the fuel cell. The control unit 30 is connected to a cell monitor (not shown) that detects the current, voltage, and the like of each cell of the fuel cell 2. The control unit 30 can detect the current, voltage, impedance, etc. of the cell of the fuel cell 2 by receiving the output of the cell monitor. On the other hand, a bypass switching valve 14 is connected to the control unit 30. The control unit 30 controls the bypass switching valve 14 by issuing a predetermined control signal to control whether the connection with the air supply pipe 12 is on the air supply pipe 16 side or the bypass pipe 26 side. be able to.

[停止処理に関して]
ところで燃料電池2の各セルの空気流路(反応ガス流路)には、電気化学反応によって生じた多くの水分が存在する。燃料電池2の発電中は、反応熱によってある程度高い温度に保たれるため、空気流路内の水分は凍結することなく空気と共に下流側に移動して排出される。しかし、外気温が低い場合、燃料電池2の発電が停止すると、燃料電池2内の温度が低下して水分が凍結しうる状態(凍結状態)となる場合がある。このような凍結状態において実際に空気流路内で水分が凍結すると、燃料電池2の起動時には凍結した水分によって空気の流れが阻害されて燃料電池2の起動性が低下したり、電解質膜の劣化が生じたりすることが考えられる。
[Regarding stop processing]
By the way, in the air flow path (reactive gas flow path) of each cell of the fuel cell 2, a lot of moisture generated by the electrochemical reaction exists. During power generation of the fuel cell 2, the temperature in the air channel is kept at a certain high level by the reaction heat, so that the water in the air flow path moves downstream with the air without being frozen. However, when the outside air temperature is low, when the power generation of the fuel cell 2 is stopped, the temperature in the fuel cell 2 may decrease and the water may freeze (freeze state). If water is actually frozen in the air flow path in such a frozen state, the flow of air is hindered by the frozen water when the fuel cell 2 is started, and the startability of the fuel cell 2 is reduced, or the electrolyte membrane is deteriorated. May occur.

このような事態を防止するため、実施の形態1の燃料電池システムでは、次回起動が凍結状態での起動になる場合に備えて、燃料電池2の停止時に空気流路を掃気して滞留する水分を除去する停止処理を実行する。   In order to prevent such a situation, in the fuel cell system according to the first embodiment, in order to prepare for a case where the next start-up is a start-up in a frozen state, moisture that remains after scavenging the air flow path when the fuel cell 2 is stopped. Execute stop processing to remove.

[停止処理によるの触媒層の劣化について]
ところで燃料電池2の停止処理を行なわれた場合にも、電解質膜及びこれに塗布された触媒層の部分は、ある程度の水分を保持した状態に維持される。ここで燃料電池2の停止中に凍結状態となると、この触媒層や電解質膜に存在する水分によって触媒層が劣化する場合があるが、その劣化は、下記のように、水分が多い場合と少ない場合によって異なる状態で進行すると考えられる。
[Deterioration of catalyst layer due to stop treatment]
By the way, even when the fuel cell 2 is stopped, the electrolyte membrane and the portion of the catalyst layer applied thereto are maintained in a state of retaining a certain amount of moisture. If the fuel cell 2 is frozen while the fuel cell 2 is stopped, the catalyst layer may be deteriorated by moisture present in the catalyst layer or the electrolyte membrane. However, the deterioration is small when the moisture is high as described below. It is thought that it progresses in a different state depending on the case.

図2及び図3は、停止処理後に燃料電池が凍結状態となった場合の触媒層の劣化について説明するための図である。図2(a)及び図3(a)は正常時の状態を表し、図2(b)及び図3(b)は、劣化の状態を表している。   2 and 3 are diagrams for explaining the deterioration of the catalyst layer when the fuel cell is frozen after the stop process. 2A and 3A show a normal state, and FIGS. 2B and 3B show a deterioration state.

図2は、停止処理を乾燥状態の空気を用いて行なった場合(乾燥モード)における劣化の進行を表している。乾燥モードで停止処理が行なわれると、乾燥した空気によって多くの水分が除去されるため電解質膜40及び触媒層42もある程度乾燥した状態となる。この状態で燃料電池2が停止して温度が低下すると触媒層42内に水滴が存在する状態となり、更に燃料電池2が凍結状態に達すると、触媒層42内の水滴が凍結して図2(a)のように、氷核44aが生じる。   FIG. 2 shows the progress of deterioration when the stop process is performed using dry air (dry mode). When the stop process is performed in the dry mode, a large amount of moisture is removed by the dry air, so that the electrolyte membrane 40 and the catalyst layer 42 are also dried to some extent. In this state, when the fuel cell 2 is stopped and the temperature is lowered, water drops are present in the catalyst layer 42. When the fuel cell 2 reaches a frozen state, the water drops in the catalyst layer 42 are frozen and the state shown in FIG. As shown in a), ice nuclei 44a are formed.

触媒層42内に氷核44aが発生すると、拡散層等から水分を引き寄せて次第に大きな氷晶44bを成長させる。これによって、触媒層内の局所的に大きな氷晶44bが存在する状態となり、図2(b)に示すように触媒層42の剥離が発生し、触媒層42が劣化することとなる。以下、このような乾燥モードによる劣化を「乾燥劣化」と称することとする。   When ice nuclei 44a are generated in the catalyst layer 42, moisture is attracted from the diffusion layer or the like to gradually grow large ice crystals 44b. As a result, locally large ice crystals 44b exist in the catalyst layer, and as shown in FIG. 2B, separation of the catalyst layer 42 occurs, and the catalyst layer 42 deteriorates. Hereinafter, such deterioration due to the drying mode is referred to as “drying deterioration”.

一方、図3は、停止処理を湿潤状態の空気を用いて行なった場合(湿潤モード)における劣化の進行を表している。湿潤モードで停止処理が行なわれると、触媒層42付近には多くの水分46aが残っている状態となる。この状態で燃料電池2が停止して温度が低下すると、図3(a)に示すように触媒層42内には多くの水分46aが存在した状態となる。燃料電池2が凍結状態となると、この水分46aが凍結して氷46bとなって膨張する。その結果図3(b)に示すように、触媒層42が破壊されて劣化することとなる。以下、このような湿潤モードでの劣化を「湿潤劣化」と称することとする。   On the other hand, FIG. 3 shows the progress of deterioration when the stop process is performed using wet air (wet mode). When the stop process is performed in the wet mode, a large amount of moisture 46a remains in the vicinity of the catalyst layer 42. When the fuel cell 2 stops in this state and the temperature decreases, a large amount of moisture 46a exists in the catalyst layer 42 as shown in FIG. When the fuel cell 2 is in a frozen state, the moisture 46a freezes and expands as ice 46b. As a result, as shown in FIG. 3B, the catalyst layer 42 is destroyed and deteriorated. Hereinafter, the deterioration in the wet mode is referred to as “wet deterioration”.

図4は、凍結状態で燃料電池2の停止処理を繰り返し行なった場合の電圧維持率の変化を説明するための図であり、図4(a)は乾燥モードでの停止処理を繰り返した場合、図4(b)は湿潤モードの停止処理を繰り返した場合を表している。また図4(a)、(b)のそれぞれにおいて、横軸は冷熱サイクル数[回]、即ち、低温環境下(氷点下)で、燃料電池の停止処理を行なって停止した後、再び起動して運転する処理を1サイクルとした場合のサイクル数を表している。また、縦軸は電圧維持率[%]、即ち、同じ電流域において初期の運転で発電する電圧に対する、現在発電している電圧の割合を表している。   FIG. 4 is a diagram for explaining a change in the voltage maintenance ratio when the stop process of the fuel cell 2 is repeatedly performed in the frozen state. FIG. 4A is a diagram when the stop process in the dry mode is repeated. FIG. 4B shows a case where the wet mode stop process is repeated. 4 (a) and 4 (b), the horizontal axis indicates the number of cooling cycles [times], that is, in a low-temperature environment (below freezing point), the fuel cell is stopped and stopped, and then restarted. The number of cycles when the operation process is one cycle is shown. The vertical axis represents the voltage maintenance rate [%], that is, the ratio of the voltage currently generated to the voltage generated in the initial operation in the same current region.

図4(a)は乾燥モードでの停止処理を繰り返し行なった場合であり、実線Aは高電流域で運転した場合の空気流路の出口付近の電圧維持率[%]を表し、点線Bは低電流域で運転した場合の空気流路入口付近の電圧維持率[%]を表している。   FIG. 4A shows a case where the stop process in the drying mode is repeatedly performed. A solid line A represents a voltage maintenance rate [%] near the outlet of the air flow path when operated in a high current region, and a dotted line B represents The voltage maintenance rate [%] in the vicinity of the air flow path inlet when operating in the low current region is shown.

乾燥モードで停止処理が行なわれる場合、特に空気流路の入口側では乾燥状態の空気によって水分が除去されるため、触媒層42の乾燥が顕著になる。一方、空気は、下流側に流れるに従って空気流路内の水分を含み次第に加湿されていくため、空気流路下流側では触媒層42は比較的高い湿潤状態で維持される。このため、燃料電池2の停止時には特に上流側で触媒層42が乾燥状態となっているため、図2に説明したような乾燥劣化は、空気流路入口側の触媒層42で起こると考えられる。   When the stop process is performed in the drying mode, the moisture is removed by the dry air, particularly on the inlet side of the air flow path, so that the drying of the catalyst layer 42 becomes significant. On the other hand, the air gradually contains moisture in the air flow path as it flows downstream, so that the catalyst layer 42 is maintained in a relatively high wet state on the downstream side of the air flow path. Therefore, when the fuel cell 2 is stopped, the catalyst layer 42 is in a dry state particularly on the upstream side. Therefore, it is considered that the drying deterioration as described in FIG. 2 occurs in the catalyst layer 42 on the air flow path inlet side. .

また、燃料電池2が高電流域で運転される場合、発電反応によって多くの水が生成されるため、電解質膜40や触媒層42も高い湿潤状態で維持されている。一方、低い電流域で運転される場合、生成される水分は少ないため、電解質膜40や触媒層42も乾燥した状態となる。従って、乾燥劣化は、低電流域で運転される場合の方が起こりやすいと考えられる。   Further, when the fuel cell 2 is operated in a high current region, a large amount of water is generated by the power generation reaction, so that the electrolyte membrane 40 and the catalyst layer 42 are also maintained in a high wet state. On the other hand, when the operation is performed in a low current region, since the generated moisture is small, the electrolyte membrane 40 and the catalyst layer 42 are also in a dry state. Therefore, it is considered that drying deterioration is more likely to occur when operated in a low current region.

従って、図4(a)の実線Aで示されるように、氷点下において乾燥モードでの停止処理を繰り返した場合であっても、高電流域で運転された場合の空気流路の出口付近では電圧維持率[%]には大きな変化は見られず、燃料電池2の性能が維持されている。一方、点線Bに示されるように、低電流域で運転された場合の空気流路入口付近では、ある程度冷熱サイクルが繰り返されると、電圧維持率[%]が顕著に低下する。   Therefore, as shown by the solid line A in FIG. 4A, even when the stop process in the drying mode is repeated below freezing point, the voltage is near the outlet of the air flow path when operated in a high current range. There is no significant change in the maintenance rate [%], and the performance of the fuel cell 2 is maintained. On the other hand, as indicated by the dotted line B, in the vicinity of the air flow path inlet when operated in a low current region, the voltage maintenance rate [%] is significantly reduced when the cooling / heating cycle is repeated to some extent.

また、図4(b)は、湿潤モードでの停止処理を繰り返し行なった場合であり、実線Aは低電流域で運転した場合の空気流路の出口付近の電圧維持率[%]を表し、点線Bは高電流域で運転した場合の空気流路入口付近の電圧維持率[%]を表している。   FIG. 4B shows the case where the stop process in the wet mode is repeated, and the solid line A represents the voltage maintenance rate [%] near the outlet of the air flow path when operating in the low current region. The dotted line B represents the voltage maintenance rate [%] in the vicinity of the air flow path inlet when operating in the high current region.

湿潤モードで停止処理を行なった場合、電解質膜40及び触媒層42はある程度高い湿潤状態に保たれる。特に、供給された空気が、空気流路入口側から下流側への流れによって生成水が下流側に多く移動して滞留することとなるため、空気流路出口側では、電解質膜40及び触媒層42内は多量の水分を含む状態となる。従って、図3に説明したような湿潤劣化は、特に、空気流路出口側付近の触媒層42において起こりやすいと考えられる。   When the stop process is performed in the wet mode, the electrolyte membrane 40 and the catalyst layer 42 are kept in a relatively high wet state. In particular, since the supplied air causes a large amount of generated water to move to the downstream side due to the flow from the air channel inlet side to the downstream side, the electrolyte membrane 40 and the catalyst layer are located on the air channel outlet side. The inside of 42 is in a state containing a large amount of moisture. Therefore, it is considered that the wet deterioration as described in FIG. 3 is likely to occur particularly in the catalyst layer 42 near the outlet side of the air flow path.

また、燃料電池2が低電流域で運転される場合に比べて、高電流域で運転される場合に生成される水分は多くなる。このため、電解質膜40や触媒層42は、多量の水分を含み、高い湿潤状態に維持されることとなる。このため、湿潤劣化は、燃料電池2が高電流域で運転された場合の方が起こりやすいと考えられる。   Further, more water is generated when the fuel cell 2 is operated in the high current region than when the fuel cell 2 is operated in the low current region. For this reason, the electrolyte membrane 40 and the catalyst layer 42 contain a large amount of moisture and are maintained in a high wet state. For this reason, it is considered that the wet deterioration is more likely to occur when the fuel cell 2 is operated in a high current region.

従って、図4(b)の点線Bで示されるように、氷点下において湿潤モードでの停止処理を繰り返した場合であっても、低電流域で運転された場合の空気流路の入口付近では電圧維持率[%]には大きな変化は見られず、燃料電池2の性能が維持されている。一方、実線Aに示されるように、高電流域で運転された場合の空気流路出口付近では、ある程度冷熱サイクルが繰り返されると、電圧維持率[%]が顕著に低下する。   Therefore, as shown by the dotted line B in FIG. 4B, even when the stop process in the wet mode is repeated below the freezing point, there is a voltage near the inlet of the air flow path when operated in a low current region. There is no significant change in the maintenance rate [%], and the performance of the fuel cell 2 is maintained. On the other hand, as shown by the solid line A, in the vicinity of the air flow path outlet when operated in a high current region, the voltage maintenance rate [%] is significantly reduced when the cooling / heating cycle is repeated to some extent.

[停止処理のモードの制御について]
以上のように、乾燥モードと湿潤モードでのそれぞれの停止処理において起こる乾燥劣化及び湿潤劣化は、その発生のメカニズムが異なっているため、その劣化が進行しやすい部分が異なっていると考えられる。従って、実施の形態1では、乾燥モードでの停止処理と湿潤モードでの停止処理とを切り替えて行なうことで、劣化の進行する部分を分散させる。これにより、燃料電池2全体として、劣化の部分的な進行を遅らせ、燃料電池2の耐久性を向上させることができる。
[Control of stop processing mode]
As described above, the dry deterioration and the wet deterioration that occur in the respective stop processes in the dry mode and the wet mode have different generation mechanisms, and it is considered that the portions where the deterioration easily proceeds are different. Therefore, in the first embodiment, the deterioration progressing portion is dispersed by switching between the stop process in the dry mode and the stop process in the wet mode. As a result, as the fuel cell 2 as a whole, partial progress of deterioration can be delayed and the durability of the fuel cell 2 can be improved.

具体的に、この実施の形態1では、燃料電池2の初期の段階では、湿潤モードでの停止処理を行なうように設定する。ここでは、停止処理時に、バイパス切替弁14を、空気供給管16側にすることで、空気が加湿器18を通過するようにする。これにより、停止処理時には、湿潤状態となった空気によって空気流路内が掃気されることとなり、湿潤モードでの処理が実行される。   Specifically, in the first embodiment, at the initial stage of the fuel cell 2, the stop process in the wet mode is set. Here, the air is passed through the humidifier 18 by setting the bypass switching valve 14 to the air supply pipe 16 side during the stop process. Thereby, at the time of a stop process, the inside of an air flow path will be scavenged by the air which became the wet state, and the process in a wet mode is performed.

その後、所定の電流域において検出されるセル電圧が、許容範囲を越えて低下し、基準電圧V0よりも低くなった場合に、湿潤劣化がある程度進行したものと判断して、乾燥モードでの停止処理に切り替える。ここでは、停止処理時に、バイパス切替弁14をバイパス管26側にすることで、空気が加湿器18をバイパスするようにする。これにより、停止処理時には、乾燥状態の空気によって空気流路内が掃気されることとなり、乾燥モードでの処理が実行される。   After that, when the cell voltage detected in the predetermined current range decreases beyond the allowable range and becomes lower than the reference voltage V0, it is determined that the wet deterioration has progressed to some extent, and the dry mode is stopped. Switch to processing. Here, at the time of the stop process, the bypass switching valve 14 is set to the bypass pipe 26 side so that the air bypasses the humidifier 18. Thereby, at the time of a stop process, the inside of an air flow path will be scavenged by the dry air, and the process in dry mode will be performed.

ここで、湿潤モードでの停止処理を先に行なうように設定するのは、発電を継続すると、次第にMEA(電解質膜40や触媒層42)が水分を含みやすい状態となってくるためである。つまり、このようにMEAが水分を含みやすい状態なった後には、乾燥状態の空気が供給されるようにすることで、より効果的に湿潤劣化の進行を抑制することができるためである。   Here, the reason why the stop process in the wet mode is performed first is that when the power generation is continued, the MEA (the electrolyte membrane 40 and the catalyst layer 42) is gradually in a state of easily containing moisture. That is, after the MEA is likely to contain moisture in this way, it is possible to more effectively suppress the progress of wet deterioration by supplying dry air.

[停止処理の具体的な制御について]
図5は、この発明の実施の形態1において、制御ユニット30が、燃料電池2の停止処理において実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図5のルーチンは、燃料電池2を停止する際に毎回実行されるルーチンである。
[Specific control of stop processing]
FIG. 5 is a flowchart for illustrating a control routine executed by the control unit 30 in the stop process of the fuel cell 2 in Embodiment 1 of the present invention. The routine of FIG. 5 is a routine that is executed every time the fuel cell 2 is stopped.

図5のルーチンでは、まず、燃料電池2の発電終了の指示が出されているか否かが判別される(S10)。具体的には制御ユニット30が、発電終了の指示を示す停止指示の信号を検出したか否かに基づいて判別される。発電終了の指示が認められない場合には、今回の処理が終了する。一方、ステップS10において、発電終了指示が出されたことが認められると、次に現在、フラグがONとなっているか否かが判断される(S12)。このフラグは、初期の状態においてONとされており、後述するルーチンにおいて、停止処理を乾燥モードで行なうこととなった場合にOFFとされるフラグである。   In the routine of FIG. 5, it is first determined whether or not an instruction to end the power generation of the fuel cell 2 has been issued (S10). Specifically, the determination is made based on whether or not the control unit 30 has detected a stop instruction signal indicating a power generation end instruction. If the power generation end instruction is not accepted, the current process ends. On the other hand, if it is determined in step S10 that a power generation end instruction has been issued, it is next determined whether or not the flag is currently ON (S12). This flag is turned on in the initial state, and is turned off when the stop process is performed in the drying mode in a routine described later.

ステップS12においてフラグ=ONであることが認められると、次に、バイパス切替弁14が、空気供給管16側、即ち、空気が加湿器18を通過する側に切り替えられる(S14)。ここでは、制御ユニット30からの制御信号によってバイパス切替弁14の切り替えが行なわれる。その結果、空気供給管12と空気供給管16とが連通し、供給される空気は、加湿器18を通過して加湿された湿潤状態となって、空気供給管20、24を通って燃料電池2内に供給される。これにより、湿潤状態の空気による空気流路内の掃気が開始する。   If it is determined in step S12 that the flag is ON, then the bypass switching valve 14 is switched to the air supply pipe 16 side, that is, the side through which the air passes the humidifier 18 (S14). Here, the bypass switching valve 14 is switched by a control signal from the control unit 30. As a result, the air supply pipe 12 and the air supply pipe 16 communicate with each other, and the supplied air passes through the humidifier 18 to become a humidified state and passes through the air supply pipes 20 and 24 and the fuel cell. 2 is supplied. Thereby, scavenging in the air flow path by the wet air starts.

次に、セル抵抗Rが検出される(S16)。セル抵抗Rはセルモニタ(図示せず)の出力を取り込むことで制御ユニット30において検出される。次に、検出されたセル抵抗Rが、基準抵抗R1より小さくなっているか否かが判別される(S18)。電解質膜40は乾燥した状態では抵抗が高く、一方、湿潤状態となると低い抵抗値を示す。従って、セル抵抗Rがある基準抵抗R1より小さくなっている場合に、電解質膜40が十分に湿潤し、空気流路の掃気が十分に行なわれたものと判断できる。なお、このような判断の基準となる基準抵抗R1は予め実験等によって求められて制御ユニット30に記憶されている。   Next, the cell resistance R is detected (S16). The cell resistance R is detected by the control unit 30 by taking the output of a cell monitor (not shown). Next, it is determined whether or not the detected cell resistance R is smaller than the reference resistance R1 (S18). The electrolyte membrane 40 has a high resistance in a dry state, while exhibiting a low resistance value in a wet state. Therefore, when the cell resistance R is smaller than a certain reference resistance R1, it can be determined that the electrolyte membrane 40 is sufficiently wetted and the air passage is sufficiently scavenged. Note that the reference resistance R1 as a reference for such determination is obtained in advance by experiments or the like and stored in the control unit 30.

なお、この実施の形態のように燃料電池2は複数のセルが積層された構造となっている場合において、セル抵抗やセル電圧を判断基準として説明しているものについては、例えば、複数のセルのうち劣化が顕著に現れやすいセルの抵抗や電圧を代表して検出して判断の基準とするもの、または、積層されたセルのうち複数のセルごとに検出していずれか1又は規定数のセルがその条件を満たす場合に成立を認めるもの、複数またはすべてのセルについて検出した値の平均値を判断の基準とするもの等、適切な方法を選択することができる。   In the case where the fuel cell 2 has a structure in which a plurality of cells are stacked as in this embodiment, for example, what is described using the cell resistance or the cell voltage as a criterion is, for example, a plurality of cells. Among them, one that is detected and representative of the resistance and voltage of cells that are likely to show significant deterioration, or one that is detected for each of a plurality of stacked cells, or a prescribed number Appropriate methods can be selected, such as one that is approved when a cell satisfies the condition, and one that uses an average value of values detected for a plurality or all of the cells as a criterion for determination.

従って、ステップS18において、セル抵抗R<基準抵抗R1の成立が認められない場合には、その成立が認められるまで湿潤状態の空気による掃気を継続して行なう。一方、ステップS18においてセル抵抗R<基準抵抗R1の成立が認められた場合には、空気流路の掃気、即ち停止処理が完了したものと判断される。従って、燃料電池2の発電が終了され(S20)、これより今回の処理が終了する。   Accordingly, in step S18, when the establishment of cell resistance R <reference resistance R1 is not recognized, scavenging with wet air is continued until the establishment is confirmed. On the other hand, if it is recognized in step S18 that cell resistance R <reference resistance R1 is established, it is determined that the scavenging of the air flow path, that is, the stop process has been completed. Accordingly, the power generation of the fuel cell 2 is terminated (S20), and the current process is terminated.

一方、ステップS12において、フラグ=ONであることが認められない場合、即ち、フラグがOFFとなっている場合には、乾燥モードでの停止処理が行なわれる。具体的に、まず、バイパス切替弁14がバイパス管26側に切り替えられる(S22)。これにより、加湿器18がバイパスされることとなり、乾燥状態の空気が、空気供給管12、バイパス管26及び空気供給管24を通って、燃料電池2に供給されることとなる。これにより、乾燥状態の空気による空気流路の掃気が開始する。   On the other hand, if it is not recognized in step S12 that the flag is ON, that is, if the flag is OFF, stop processing in the drying mode is performed. Specifically, first, the bypass switching valve 14 is switched to the bypass pipe 26 side (S22). As a result, the humidifier 18 is bypassed, and the dry air is supplied to the fuel cell 2 through the air supply pipe 12, the bypass pipe 26 and the air supply pipe 24. Thereby, scavenging of the air flow path by the dry air is started.

次に、セル抵抗Rが検出される(S24)。セル抵抗Rは、セルモニタの出力を取り込むことで制御ユニット30において検出される。次に、検出されたセル抵抗Rが基準抵抗R2より大きいか否かが判別される(S26)。上記のように電解質膜40が乾燥した場合にはセル抵抗が大きくなることから、乾燥モードにおいて停止処理を行なう場合には、セル抵抗がある程度高くなったところで、その掃気が完了しているものと判断することができる。このような判断の基準となる基準抵抗R2は予め実験等によって求められて制御ユニット30に記憶されている。従って、ステップS26の判別を行なうことで、空気流路の掃気が完了したか否かを判別することができる。   Next, the cell resistance R is detected (S24). The cell resistance R is detected by the control unit 30 by taking the output of the cell monitor. Next, it is determined whether or not the detected cell resistance R is greater than the reference resistance R2 (S26). Since the cell resistance increases when the electrolyte membrane 40 is dried as described above, when the stop process is performed in the drying mode, the scavenging is completed when the cell resistance increases to some extent. Judgment can be made. The reference resistance R2 serving as a reference for such determination is obtained in advance by experiments or the like and stored in the control unit 30. Therefore, by performing the determination in step S26, it is possible to determine whether or not scavenging of the air flow path has been completed.

ステップS26において、セル抵抗R>基準抵抗R2の成立が認められない場合、乾燥モードにおける停止処理が継続される。一方、セル抵抗R>基準抵抗R2の成立が認められると掃気が完了したものと認められるため、燃料電池の発電が終了され(S20)、今回の処理が終了する。   In step S26, when establishment of cell resistance R> reference resistance R2 is not recognized, the stop process in the drying mode is continued. On the other hand, if it is recognized that the cell resistance R> the reference resistance R2 is established, it is recognized that the scavenging has been completed, so that the power generation of the fuel cell is terminated (S20), and the current process is terminated.

[停止処理におけるモード切替の具体的な制御について]
図6は、この発明の実施の形態1において制御ユニットが、停止処理におけるモードの切り替えにおいて実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図6のルーチンは、燃料電池2の運転中に定期的に実行されるルーチンである。
[Specific control of mode switching in stop processing]
FIG. 6 is a flowchart for illustrating a control routine executed by the control unit in the mode switching in the stop process in the first embodiment of the present invention. The routine of FIG. 6 is a routine that is periodically executed during operation of the fuel cell 2.

図6のルーチンでは、まず、燃料電池2が発電中であるか否かが判断される(S100)。ここで発電中であることが認められない場合には、今回の処理が終了する。一方、燃料電池2の発電中であることが確認されると、次に、所定の電流域におけるセル電圧Vが検出される(S102)。セル電圧Vは、セルモニタの出力を取り込むことで制御ユニット30において検出される。   In the routine of FIG. 6, it is first determined whether or not the fuel cell 2 is generating power (S100). If it is not recognized that power is being generated, the current process is terminated. On the other hand, if it is confirmed that the fuel cell 2 is generating power, then the cell voltage V in a predetermined current region is detected (S102). The cell voltage V is detected by the control unit 30 by taking the output of the cell monitor.

次に、検出されたセル電圧Vが、基準電圧V0より小さいか否かが判別される(S104)。ここで、セル電圧V<基準電圧V0の成立が認められた場合、湿潤モードでの停止処理を行なうフラグをOFFとする(S106)。即ち、セル電圧Vが基準電圧V0より小さくなっている場合、当初、湿潤モードでの停止処理が繰り返された結果、すでに湿潤劣化の進行が進んでいるものと判断できる。従って、次回の燃料電池2の停止時から、乾燥モードでの停止処理に切り替えるようにフラグをOFFとする。その後、今回の処理が終了する。   Next, it is determined whether or not the detected cell voltage V is smaller than the reference voltage V0 (S104). Here, when the establishment of the cell voltage V <the reference voltage V0 is recognized, the flag for performing the stop process in the wet mode is turned OFF (S106). That is, when the cell voltage V is lower than the reference voltage V0, it can be determined that the progress of the wet deterioration has already progressed as a result of repeating the stop process in the wet mode initially. Accordingly, the flag is turned OFF so that the fuel cell 2 is switched to the stop process in the dry mode after the next stop of the fuel cell 2. Thereafter, the current process ends.

一方、ステップS104において、セル電圧V<基準電圧V0の成立が認められない場合、湿潤劣化がまだ起きていないものと判断できる。従って、次回の燃料電池2の停止時においても湿潤モードでの停止処理が実行されるように、フラグがON状態で維持される(S108)。その後、今回の処理が終了する。   On the other hand, if establishment of cell voltage V <reference voltage V0 is not recognized in step S104, it can be determined that the wet deterioration has not yet occurred. Accordingly, the flag is maintained in the ON state so that the stop process in the wet mode is executed even when the fuel cell 2 is stopped next time (S108). Thereafter, the current process ends.

以上説明したように、凍結状態となる環境下での燃料電池2の劣化は、乾燥モードにおける劣化であるか、湿潤モードにおける劣化であるかによって、その発生のメカニズムが異なっており、それによって劣化が進行しやすい部分が異なっていると考えられる。従って、実施の形態1では、乾燥モードでの停止処理と湿潤モードでの停止処理とを切り替えて行なうよう停止処理時のモードを制御する。これにより、劣化の進行する部分を分散させることができ、燃料電池2全体として、劣化の進行を遅らせ、燃料電池2の耐久性を向上させることができる。   As described above, the degradation mechanism of the fuel cell 2 in the frozen environment is different depending on whether the degradation is in the dry mode or in the wet mode. It is thought that the part where is easy to progress is different. Therefore, in the first embodiment, the mode during the stop process is controlled so as to be switched between the stop process in the dry mode and the stop process in the wet mode. Thereby, the part which progresses deterioration can be disperse | distributed, the progress of deterioration can be delayed as the fuel cell 2 whole, and durability of the fuel cell 2 can be improved.

ところで、実施の形態1では、燃料電池2を停止させる場合に、毎回、この実施の形態1に説明したモード切り替えの判断に基づくモードでの停止処理を行なう場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば、天気予報、外気温等の情報に基づいて、燃料電池2の停止中に凍結状態となるか否かを予測し、凍結状態となることが予想される場合にのみ実施の形態1の処理を実行することしてもよい。これは、以下の実施の形態においても同様である。   By the way, in Embodiment 1, when stopping the fuel cell 2, the case where the stop process in the mode based on the determination of mode switching demonstrated in this Embodiment 1 was performed each time was demonstrated. However, the present invention is not limited to this. For example, based on information such as a weather forecast and an outside air temperature, it is predicted whether or not the fuel cell 2 is frozen while the fuel cell 2 is stopped. The processing of the first embodiment may be executed only when expected. The same applies to the following embodiments.

また、実施の形態1では、初期の段階で湿潤モードに設定し、その後、電圧の低下が認められた場合に、乾燥モードに切り替える場合について説明した。しかし、この発明は必ずしもこれに限るものではなく、初期の段階では乾燥モードによる停止処理を行い、その後、セル電圧が低下した後で、湿潤モードに切り替えるようにしてもよい。このような場合にも、劣化の進行が部分的に集中するのを抑えることができ、燃料電池2の耐久性を向上させることができる。   Further, in the first embodiment, the case where the wet mode is set in the initial stage and then the mode is switched to the dry mode when the voltage drop is recognized is described. However, the present invention is not necessarily limited to this, and the stop process in the dry mode may be performed in the initial stage, and then the wet mode may be switched after the cell voltage is lowered. Even in such a case, it is possible to prevent the progress of deterioration from being partially concentrated, and the durability of the fuel cell 2 can be improved.

また、実施の形態1では、一度、乾燥モードに切り替えられた後には、その後乾燥モードでの停止処理が継続される場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、セル電圧の低下がある程度大きくなったことが確認される度に、現在のモードとは異なるモードに切り替えるようにしてもよい。この場合、例えば、図6のステップS104における燃料電池2の劣化判断の基準となる基準電圧V0を、セル電圧の低下が検出される度に小さな値に段階的に変更するようにすれば、劣化の進行に伴って、モードの切り替えを繰り返し実行することができる。   Moreover, in Embodiment 1, after switching to the drying mode once, the case where the stop process in the drying mode was continued after that was demonstrated. However, the present invention is not limited to this, and the mode may be switched to a mode different from the current mode every time it is confirmed that the cell voltage drop has increased to some extent. In this case, for example, if the reference voltage V0, which is a reference for determining the deterioration of the fuel cell 2 in step S104 in FIG. 6, is changed stepwise to a smaller value every time a decrease in the cell voltage is detected, the deterioration As the process proceeds, mode switching can be repeatedly executed.

また、セル電圧が基準電圧以下に低下した場合に劣化と判定して、モードの切り替えを行なう場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、セル電圧以外の他の手段により燃料電池の性能劣化を検出することによりモードの切り替えを行なうものであってもよい。   Further, a case has been described in which it is determined that the cell voltage has deteriorated when the cell voltage drops below the reference voltage and the mode is switched. However, the present invention is not limited to this, and the mode may be switched by detecting the performance deterioration of the fuel cell by means other than the cell voltage.

また、セル電圧に基づく劣化判断を行なわず、燃料電池2の停止処理におけるモードを、所定回数ごとに切り替え、乾燥モードでの停止処理と、湿潤モードでの停止処理とが、所定回数ずつ交互に行なわれるように設定することもできる。この場合にも、部分的な劣化の進行を分散させることができ、燃料電池2の耐久性を向上させることができる。なお、この場合における所定回数は、乾燥モードと湿潤モードとが同じ回数である場合に限らず、異なる回数であってもよい。また、各モードにおける停止処理の回数が、何らかの条件に基づいて変化するものであってもよい。   In addition, without determining the deterioration based on the cell voltage, the mode in the stop process of the fuel cell 2 is switched every predetermined number of times, and the stop process in the dry mode and the stop process in the wet mode are alternately performed a predetermined number of times. It can also be set to be done. Also in this case, the progress of partial deterioration can be dispersed, and the durability of the fuel cell 2 can be improved. Note that the predetermined number of times in this case is not limited to the case where the drying mode and the wetting mode are the same number of times, and may be different times. Further, the number of stop processes in each mode may change based on some condition.

また、実施の形態1では、モードの切り替えのタイミング(切替状態)を所定の電流域における電圧低下によって判断する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、他のパラメータによってその判断を行なうこととしてもよい。   In the first embodiment, the case where the mode switching timing (switching state) is determined based on the voltage drop in a predetermined current region has been described. However, the present invention is not limited to this, and the determination may be made based on other parameters.

また、実施の形態1では、停止処理においてカソード極側の空気流路側に供給する空気を湿潤状態、または乾燥状態に切り替えることで、湿潤モードでの停止処理と乾燥モードでの停止処理を実現する場合について説明した。しかし、この発明においては、実施の形態1に説明した停止処理をカソード極側の処理に適用するものに限らず、アノード極側に適用したものであってもよく、あるいは、両極に適用するものでもよい。この場合、アノード極側では空気に代えて、燃料を停止処理時の掃気ガスとして用いて、燃料を乾燥状態又は湿潤状態に切り替えて供給するものであってもよい。また、停止時にはアノード極側にも空気を供給できる構造として、カソード極側と同じように、乾燥状態又は湿潤状態の空気を供給するものであってもよい。これは、以下の実施の形態についても同様である。   Further, in the first embodiment, the stop process in the wet mode and the stop process in the dry mode are realized by switching the air supplied to the air flow path side on the cathode electrode side in the stop process to the wet state or the dry state. Explained the case. However, in the present invention, the stop process described in the first embodiment is not limited to the process applied to the cathode electrode side, but may be applied to the anode electrode side, or applied to both electrodes. But you can. In this case, on the anode electrode side, instead of air, the fuel may be used as a scavenging gas at the time of stop processing, and the fuel may be supplied by switching to a dry state or a wet state. Further, as a structure in which air can be supplied also to the anode electrode side at the time of stopping, air in a dry state or a wet state may be supplied similarly to the cathode electrode side. The same applies to the following embodiments.

また、実施の形態1では、加湿器18を通過させることで空気を湿潤状態とし、加湿器18をバイパスさせることで空気を乾燥状態とする場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではない。例えば、この発明において、空気を湿潤状態とする湿潤処理手段は、空気が供給されることにより電解質膜40や触媒層42を湿潤状態とできる程度に空気を加湿できるような他の加湿器を用いてもよく、例えば、空気の湿度を調整できるような加湿器を用いることもできる。また、例えば、乾燥状態の空気を供給する乾燥処理手段についても、単に加湿器18をバイパスさせるものに限らず、電解質膜40や触媒層42を乾燥した状態とする程度に空気を乾燥させるような乾燥器等を用いることもできる。これは、以下の実施の形態においても同様である。   In the first embodiment, the case has been described in which the humidifier 18 is passed to make the air wet and the humidifier 18 is bypassed to make the air dry. However, the present invention is not limited to this. For example, in this invention, the humidifying means for moistening the air uses another humidifier that can humidify the air to such an extent that the electrolyte membrane 40 and the catalyst layer 42 can be moistened by supplying air. For example, a humidifier that can adjust the humidity of the air may be used. Further, for example, the drying processing means for supplying dry air is not limited to simply bypassing the humidifier 18, and the air is dried to such an extent that the electrolyte membrane 40 and the catalyst layer 42 are dried. A dryer or the like can also be used. The same applies to the following embodiments.

なお、実施の形態1において、図5のステップS10〜S26の処理が実行されることで、この発明の「停止制御手段」が実現し、図6のステップS106又はS108が実行されることで「モード制御手段」が実現する。また、図5のステップS104が実行されることで「切替状態検出手段」が実現し、ステップS102が実行されることで、「電圧検出手段」が実現する。   In the first embodiment, the processing of steps S10 to S26 in FIG. 5 is executed to realize the “stop control means” of the present invention, and step S106 or S108 in FIG. "Mode control means" is realized. Further, the “switching state detecting unit” is realized by executing step S104 of FIG. 5, and the “voltage detecting unit” is realized by executing step S102.

実施の形態2.
実施の形態2のシステムは、乾燥モードと湿潤モードとの切り替えの判断手法が異なる点を除き、実施の形態1のシステムと同様の制御を行なう。また、この制御のため、実施の形態2の燃料電池システムは、各セルの空気流路の入口側と出口側との電圧とがそれぞれ絶縁された状態で検出できる構造となっている点を除いて、実施の形態1の燃料電池システムと同じ構造を有している。
Embodiment 2. FIG.
The system according to the second embodiment performs the same control as the system according to the first embodiment, except that the determination method for switching between the dry mode and the wet mode is different. In addition, for this control, the fuel cell system of Embodiment 2 has a structure in which the voltage at the inlet side and the outlet side of the air flow path of each cell can be detected in an insulated state. Thus, it has the same structure as the fuel cell system of the first embodiment.

図7は、実施の形態2の燃料電池システムの各セルのMEAのカソード極の触媒層側を模式的に表した図である。図7に示すように、MEA50の一方の面には、カソード極の触媒層52が形成されている。カソード極触媒層52の空気流路の入口付近の入口部52a及び空気流路の出口付近の出口部52bは、他の部分のカソード極触媒層52と電気的に絶縁されている。また図示を省略するがアノード極触媒層も同様に、空気流路の入口部52aに相対する部分と、出口部52bに相対する部分とが絶縁された状態となっている。   FIG. 7 is a diagram schematically showing the catalyst layer side of the cathode electrode of the MEA of each cell of the fuel cell system according to the second embodiment. As shown in FIG. 7, a cathode electrode catalyst layer 52 is formed on one surface of the MEA 50. The inlet portion 52a near the inlet of the air flow path of the cathode electrode catalyst layer 52 and the outlet portion 52b near the outlet of the air flow path are electrically insulated from the other portion of the cathode catalyst layer 52. Although not shown, the anode electrode catalyst layer is also in a state where the portion of the air flow channel facing the inlet portion 52a and the portion of the air flow channel facing the outlet portion 52b are insulated.

このカソード極の入口部と、出口部、及びアノード極のこれらに対向する部分にはそれぞれに端子が設けられている。両極の入口部とこれに対向する部分との端子及び、及び出口部とそれに対向する部分との端子同士をそれぞれに接続して電圧を検出することで、MEA50のカソード極入口部52a付近の電圧(入口電圧Vin)と、出口部52b付近の電圧(出口電圧Vout)とをそれぞれ、絶縁された状態で検出することができる。   Terminals are respectively provided at the entrance portion, the exit portion, and the anode electrode of the cathode electrode. The voltage near the cathode electrode inlet 52a of the MEA 50 is detected by connecting the terminals of the inlets of both electrodes and the parts facing the terminals and the terminals of the outlets and the parts facing the terminals to detect the voltage. The (inlet voltage Vin) and the voltage near the outlet 52b (outlet voltage Vout) can be detected in an insulated state.

なお、カソード極触媒層52に接するセパレータの面に形成された空気流路は、及びアノード極触媒層に接するセパレータの面に形成された燃料流路は、それぞれ、カソード極触媒層52又はアノード極触媒層全体で共通するものであり、入口部、出口部を含めて、各セル面内全体で連続している構造となっている。   The air flow path formed on the surface of the separator in contact with the cathode electrode catalyst layer 52 and the fuel flow path formed on the surface of the separator in contact with the anode electrode catalyst layer are respectively the cathode electrode catalyst layer 52 or the anode electrode. It is common to the entire catalyst layer, and has a structure that continues throughout the entire cell surface including the inlet and outlet.

ところで、実施の形態1のシステムは劣化が進行した場合の切替状態の検出を、単にある電流域のセル電圧Vと基準電圧V0とを比較することにより行なう。しかし、セル電圧には、実際には他の様々な原因による変化が現れる。このため、セル電圧の低下だけで、停止処理の各モードに起因する劣化を判定するものとすると、その劣化判定には誤りが生じる場合がある。このため、実施の形態2のシステムでは、以下の方法で切替状態を検出する。   By the way, the system of the first embodiment detects the switching state when the deterioration progresses by simply comparing the cell voltage V in a certain current region with the reference voltage V0. However, the cell voltage actually changes due to various other causes. For this reason, if the deterioration caused by each mode of the stop process is determined only by the decrease in the cell voltage, an error may occur in the deterioration determination. For this reason, in the system of the second embodiment, the switching state is detected by the following method.

図4に説明したように、乾燥劣化と湿潤劣化とは、それぞれ異なる場所で顕著に進行する。具体的に、乾燥劣化は空気流路入口近傍で進む。従って、図7に示す構造によって、入口部52aと出口部52bとの電圧をそれぞれ絶縁して検出した場合、乾燥劣化による電圧の低下は、入口部52aに顕著に現れる。   As described with reference to FIG. 4, the dry deterioration and the wet deterioration remarkably proceed at different places. Specifically, the drying deterioration proceeds in the vicinity of the air channel inlet. Therefore, when the voltages at the inlet portion 52a and the outlet portion 52b are detected by being insulated by the structure shown in FIG. 7, the voltage drop due to the drying deterioration is noticeably generated at the inlet portion 52a.

一方、湿潤モードでの停止処理を連続して湿潤劣化が進行した場合、その劣化は、カソード出口近傍で進行する。従って、入口部52aと出口部52bとの電圧をそれぞれ検出すると、湿潤劣化の場合の電圧低下は、出口部52b側に顕著に表れることとなる。   On the other hand, when the wet deterioration proceeds continuously in the stop process in the wet mode, the deterioration proceeds near the cathode outlet. Therefore, when the voltages at the inlet portion 52a and the outlet portion 52b are respectively detected, the voltage drop in the case of wet deterioration appears remarkably on the outlet portion 52b side.

つまり、乾燥劣化の場合には、入口部52a付近の電圧である入口電圧Vinが顕著に低下し、湿潤劣化の場合には、出口部52b付近の電圧である出口電圧Voutが顕著に低下する。従って、入口電圧Vinと出口電圧Voutをそれぞれ検出した場合、両者の差が大きくなっているものと考えられる。   That is, in the case of dry deterioration, the inlet voltage Vin that is a voltage in the vicinity of the inlet portion 52a is significantly reduced, and in the case of wet deterioration, the outlet voltage Vout that is a voltage in the vicinity of the outlet portion 52b is significantly reduced. Therefore, when the inlet voltage Vin and the outlet voltage Vout are detected, it is considered that the difference between them is large.

従って、実施の形態2のシステムでは、入口部52aと出口部52bとの電圧差である出入口電圧差(Vin−Vout)を求めて、この電圧差の値(絶対値)が大きくなっている場合に、乾燥劣化または湿潤劣化が進行しているものと判断することができる。実施の形態2のシステムは、これを利用して出入口電圧差(Vin−Vout)が基準となる基準電圧差ΔVよりも大きい場合に、湿潤モードから乾燥モードへの切り替えのタイミングを判断する。   Therefore, in the system of the second embodiment, when the inlet / outlet voltage difference (Vin−Vout) which is the voltage difference between the inlet portion 52a and the outlet portion 52b is obtained, the value (absolute value) of this voltage difference is large. Furthermore, it can be determined that dry deterioration or wet deterioration has progressed. The system of the second embodiment uses this to determine the timing of switching from the wet mode to the dry mode when the inlet / outlet voltage difference (Vin−Vout) is larger than the reference voltage difference ΔV.

図8は、この発明の実施の形態2において制御ユニット30が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図8のルーチンは、図6のルーチンに替えて実行されるルーチンである。また、図8のルーチンは、図6のルーチンのステップS102〜S104に替えて、ステップS202〜S206の処理を有する点を除き、図6のルーチンと同じものである。   FIG. 8 is a flowchart for illustrating a control routine executed by control unit 30 in the second embodiment of the present invention. The routine of FIG. 8 is a routine executed in place of the routine of FIG. Further, the routine of FIG. 8 is the same as the routine of FIG. 6 except that the processing of steps S202 to S206 is provided instead of steps S102 to S104 of the routine of FIG.

具体的に、図8のルーチンでは、ステップS100において燃料電池の発電中であることが認められると、次に、所定の電流域において、入口電圧Vinと出口電圧Voutがそれぞれ検出される(S202)。ここでは、上記のように入口部52a、出口部52bが、それぞれ絶縁されて端子が取り付けられ、この端子にセルモニタが接続されており、それぞれの電圧が検出できるようになっている。制御ユニット30がセルモニタの出力を取り込むことで、入口電圧Vinと出口電圧Voutが検出される。   Specifically, in the routine of FIG. 8, if it is determined in step S100 that the fuel cell is generating power, then the inlet voltage Vin and the outlet voltage Vout are respectively detected in a predetermined current region (S202). . Here, as described above, the inlet portion 52a and the outlet portion 52b are insulated from each other and a terminal is attached, and a cell monitor is connected to the terminal so that the respective voltages can be detected. When the control unit 30 captures the output of the cell monitor, the inlet voltage Vin and the outlet voltage Vout are detected.

次に、入口電圧Vinと出口電圧Voutの出入口電圧差(Vin−Vout)が演算される(S204)。具体的には、入口電圧Vinから出口電圧Voutを減算することで出入口電圧差(Vin−Vout)が演算される。   Next, an inlet / outlet voltage difference (Vin−Vout) between the inlet voltage Vin and the outlet voltage Vout is calculated (S204). Specifically, the outlet / inlet voltage difference (Vin−Vout) is calculated by subtracting the outlet voltage Vout from the inlet voltage Vin.

次に、ステップS204で求められた電圧差(Vin−Vout)が、基準電圧差ΔVより大きいか否かが判別される(S206)。実施の形態2では、燃料電池2の運転初期の状態において、湿潤モードでの停止処理が実行されるように、フラグがONに設定されている。従って、このステップでは、湿潤モードでの停止処理が繰り返し行なわれた結果湿潤劣化が起きているか否かが判断される。なお、このような判断の基準となる基準電圧差ΔVは、予め実験等によって求められて、制御ユニット30に記憶されている。   Next, it is determined whether or not the voltage difference (Vin−Vout) obtained in step S204 is larger than the reference voltage difference ΔV (S206). In the second embodiment, the flag is set to ON so that the stop process in the wet mode is executed in the initial operation state of the fuel cell 2. Accordingly, in this step, it is determined whether or not wet deterioration has occurred as a result of repeated stop processing in the wet mode. The reference voltage difference ΔV that serves as a reference for such determination is obtained in advance through experiments or the like and stored in the control unit 30.

ステップS206において、出入口電圧差(Vin−Vout)>基準電圧差ΔVの成立が認められる場合には、出口部52b付近での電圧低下が大きく、湿潤劣化が進行していると判断される。この場合、フラグがOFFとされる(S106)。これにより、次回停止時から停止処理のモードが切り替えられて、乾燥モードでの停止処理が実行される。   In step S206, when it is recognized that the inlet / outlet voltage difference (Vin−Vout)> the reference voltage difference ΔV is established, it is determined that the voltage drop in the vicinity of the outlet portion 52b is large and the wet deterioration is progressing. In this case, the flag is turned off (S106). Thereby, the mode of the stop process is switched from the next stop, and the stop process in the drying mode is executed.

一方、出入口電圧差(Vin−Vout)>基準電圧差ΔVの成立が認められない場合には、入口電圧Vinと出口電圧Voutとの差が小さく、湿潤劣化の進行が認められない。この場合、フラグがONの現状維持とされ(S108)、今回の処理が終了する。   On the other hand, if the establishment of the difference between the inlet and outlet voltage (Vin−Vout)> the reference voltage difference ΔV is not recognized, the difference between the inlet voltage Vin and the outlet voltage Vout is small, and the progress of the wet deterioration is not recognized. In this case, the flag is kept on (S108), and the current process ends.

以上説明したように、実施の形態2においては、湿潤モードから乾燥モードへ切り替える切替状態を、出入口電圧差に基づいて検出する。従って、各モードでの停止処理に起因して起こる劣化を的確に検出することができ、他の原因に起因する電圧変化によって、停止処理のモードが切り替えられる事態となることを防止することができる。   As described above, in the second embodiment, the switching state for switching from the wet mode to the dry mode is detected based on the inlet / outlet voltage difference. Therefore, it is possible to accurately detect the deterioration caused by the stop process in each mode, and it is possible to prevent the stop process mode from being switched due to a voltage change caused by another cause. .

なお、実施の形態2では、入口電圧Vinと出口電圧Voutを検出することで、乾燥劣化又は湿潤劣化が進行していることを検出する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、セルの入口側の発電性能と、出口側の発電性能とを検出し、その性能に基準以上の差が生じている場合に湿潤劣化又は乾燥劣化を検出して、モードを切り替えるようにすることもできる。   In the second embodiment, the case where it is detected that the drying deterioration or the wet deterioration is progressing by detecting the inlet voltage Vin and the outlet voltage Vout has been described. However, the present invention is not limited to this, and the power generation performance on the inlet side of the cell and the power generation performance on the outlet side are detected, and when the difference exceeds the standard, the wet deterioration or the dry deterioration is detected. It is also possible to detect and switch the mode.

また、実施の形態2では、実施の形態1と同様に湿潤モードから運転が開始され、その後、湿潤劣化の進行が認められた場合に乾燥モードに切り替える場合について説明した。しかし、この発明において、モードの切り替えや選択は実施の形態2に説明したものに限るものではない。具体的には例えば、乾燥モードから湿潤モードに切り替えるようにしてもよい。但し、乾燥モードでは入口部52aでの劣化が進行する。従って、出口電圧Voutに比べて入口電圧Vinの低下が大きくなる。従って、電圧差(Vin−Vout)の絶対値が所定の基準電圧差ΔVより大きくなった場合、つまり、出入口電圧差(Vin−Vout)が所定の基準値(例えば、−ΔV)より小さくなった場合に、乾燥劣化が進行を検出することができる。   Further, in the second embodiment, the case where the operation is started from the wet mode as in the first embodiment and then the mode is switched to the dry mode when the progress of the wet deterioration is recognized is described. However, in the present invention, mode switching and selection are not limited to those described in the second embodiment. Specifically, for example, the mode may be switched from the dry mode to the wet mode. However, in the drying mode, deterioration at the entrance 52a proceeds. Therefore, the decrease of the inlet voltage Vin is larger than the outlet voltage Vout. Therefore, when the absolute value of the voltage difference (Vin−Vout) becomes larger than the predetermined reference voltage difference ΔV, that is, the inlet / outlet voltage difference (Vin−Vout) becomes smaller than the predetermined reference value (for example, −ΔV). In some cases, the progress of drying deterioration can be detected.

また、実施の形態2では、湿潤モードから乾燥モードに切り替え、その後は、乾燥モードが繰り返される場合について説明した。しかし、実施の形態2では、MEAの入口部52aと出口部52bとの電圧を検出しその低下の状態を見れば、現在、乾燥劣化が進行しているか、湿潤劣化が進行しているかを判断することができる。   In the second embodiment, the case where the wet mode is switched to the dry mode and then the dry mode is repeated has been described. However, in the second embodiment, if the voltage at the inlet portion 52a and the outlet portion 52b of the MEA is detected and the state of the decrease is detected, it is determined whether the dry deterioration or the wet deterioration is currently progressing. can do.

より具体的に、出入口電圧差(Vin−Vout)を演算した場合に、その値がプラス側であり、所定の第1基準電圧差(例えば、基準電圧差ΔV)より大きければ湿潤劣化であると判断できる。また、その値がマイナス側であり、第2基準電圧差(例えば、−ΔV)よりも小さければ乾燥劣化であると判断できる。従って、この判断に基づいて、乾燥劣化と判断された場合には、湿潤モードに切り替える状態(湿潤切替状態)、湿潤劣化と判断された場合には、乾燥モードに切り替える状態(乾燥切替状態)であることを検出し、これらの状態が検出された場合に、それに応じたモードに切り替えられるように制御することもできる。このとき、例えば、各切替状態が検出されるたびに、判断の基準電圧差の大きさ(絶対値)を大きくしていくように設定してもよい。これにより、いずれかの劣化によりセル電圧低下が発生した後でも、一方のモードに固定されずに、各モードを切り替えることができ、更に燃料電池2の耐久性をより向上させることができる。   More specifically, when the inlet / outlet voltage difference (Vin−Vout) is calculated, if the value is on the plus side and is greater than a predetermined first reference voltage difference (for example, the reference voltage difference ΔV), it indicates that the wet deterioration has occurred. I can judge. Further, if the value is on the negative side and smaller than the second reference voltage difference (for example, -ΔV), it can be determined that the deterioration is drying. Therefore, based on this determination, when it is determined that the deterioration is dry, the state is switched to the wet mode (wet switching state), and when it is determined that the deterioration is wet, the state is switched to the drying mode (dry switching state). It is also possible to detect that there is, and when these states are detected, control can be performed so that the mode can be switched to that mode. At this time, for example, it may be set such that the magnitude (absolute value) of the reference voltage difference for determination is increased each time each switching state is detected. Thereby, even after a cell voltage drop occurs due to any deterioration, each mode can be switched without being fixed to one mode, and the durability of the fuel cell 2 can be further improved.

ここで、加湿器18に替えて湿度の調整できる加湿器を設置して、出入口電圧差が小さいうちに劣化を検出し、その劣化状態に応じて、湿度を調節した空気を供給することもできる。例えば、実施の形態2での乾燥状態と湿潤状態との間の、中間湿度の空気を供給できるようにして、劣化が検出されない通常の場合には、中間湿度の空気で停止処理を行なうようにしてもよい。この場合、いずれの劣化も検出されない場合には、中間湿度での停止処理が行なわれるように制御し、出入口電圧差(Vin−Vout)に応じて、乾燥劣化及び湿潤劣化が検出された場合には、それに応じたモードに切り替えて制御することで、劣化の発生をより確実に抑えることができる。   Here, it is possible to install a humidifier capable of adjusting the humidity instead of the humidifier 18, detect the deterioration while the inlet / outlet voltage difference is small, and supply the air whose humidity is adjusted according to the deterioration state. . For example, it is possible to supply air of intermediate humidity between the dry state and the wet state in the second embodiment, and in a normal case where no deterioration is detected, stop processing is performed with air of intermediate humidity. May be. In this case, when no deterioration is detected, control is performed so that the stop process at the intermediate humidity is performed, and when dry deterioration and wet deterioration are detected according to the inlet / outlet voltage difference (Vin−Vout). The occurrence of deterioration can be more reliably suppressed by switching to the mode corresponding to the control.

また、基準電圧差ΔVの大きさ(絶対値)を小さくし、劣化進行が小さいうちにモードを切り替えながら制御することで、劣化の進行をより確実に抑えた停止処理を実行することができる。   Further, by stopping the mode while switching the mode while the magnitude (absolute value) of the reference voltage difference ΔV is reduced and the progress of deterioration is small, it is possible to execute stop processing that more reliably suppresses the progress of deterioration.

また、実施の形態2では、出入口電圧差(Vin−Vout)による劣化の判定を、停止処理における乾燥モードあるいは湿潤モードへの切替状態の検出にのみ用いる場合について説明した。しかし、この劣化判定の方法によれば、乾燥劣化の進行、湿潤劣化の進行をそれぞれ特定して検出することができるため、各セルの劣化部分や劣化状態をある程度特定することができる。従って、このような劣化判定の結果を利用する他の制御にも適用することができる。   Further, in the second embodiment, the case has been described in which the determination of deterioration due to the inlet / outlet voltage difference (Vin−Vout) is used only for detecting the switching state to the dry mode or the wet mode in the stop process. However, according to this degradation determination method, the progress of drying degradation and the progress of wet degradation can be identified and detected, so that the degradation portion and degradation state of each cell can be identified to some extent. Therefore, the present invention can also be applied to other controls that use the result of such deterioration determination.

なお、実施の形態2において、ステップS202の処理が実行されることにより、この発明の「入口電圧検出手段」及び「出口電圧検出手段」が実現し、ステップS204の処理が実行されることにより「出入口電圧差演算手段」が実現し、ステップS206の処理が実行されることにより「切替状態検出手段」が実現する。   In the second embodiment, by executing the process of step S202, the “inlet voltage detecting means” and the “exit voltage detecting means” of the present invention are realized, and by executing the process of step S204, “ The “inlet / outlet voltage difference calculating means” is realized, and the “switching state detecting means” is realized by executing the processing of step S206.

実施の形態3.
実施の形態3の燃料電池システムは、図1の燃料電池システムと同一の構成を有している。また、実施の形態3のシステムは、乾燥モードと湿潤モードとの切替状態の検出方法が異なる点を除いて、実施の形態1のシステムと同一の制御を行なう。
Embodiment 3 FIG.
The fuel cell system of Embodiment 3 has the same configuration as the fuel cell system of FIG. The system of the third embodiment performs the same control as the system of the first embodiment except that the method for detecting the switching state between the dry mode and the wet mode is different.

図9は、乾燥モード、湿潤モードのそれぞれで停止処理を繰り返した場合の、燃料電池のI−V特性について説明するための図であり、図9(a)は、乾燥モードでの停止処理、図9(b)は、湿潤モードでの停止処理の場合を示す。また図9(a)、(b)のそれぞれにおいて、横軸は電流[I]、縦軸は電圧[V]を表し、点線Aは正常な状態のI−V特性、実線Bは劣化後のI−V特性を表している。   FIG. 9 is a diagram for explaining the IV characteristics of the fuel cell when the stop process is repeated in each of the dry mode and the wet mode, and FIG. 9A illustrates the stop process in the dry mode, FIG. 9B shows the case of the stop process in the wet mode. In each of FIGS. 9A and 9B, the horizontal axis represents current [I], the vertical axis represents voltage [V], the dotted line A represents the normal IV characteristics, and the solid line B represents the post-degradation. It represents the IV characteristic.

上述したように、乾燥劣化はより乾燥した状態での運転となる低電流域側で起こりやすい。つまり劣化による電圧の低下は低電流域に現れやすい。このため、図9(a)に示すように、正常なI−V特性(点線A)と比較した場合、乾燥劣化した場合のI−V特性(実線B)は、特に低電流域側の電圧低下が大きなものとなる。   As described above, the drying deterioration is likely to occur on the low current region side where the operation is performed in a drier state. That is, a voltage drop due to deterioration tends to appear in a low current region. For this reason, as shown in FIG. 9A, when compared with normal IV characteristics (dotted line A), the IV characteristics (solid line B) in the case of dry deterioration are particularly low voltage on the low current region side. The decline is significant.

一方、湿潤劣化はより高い湿潤状態となる高電流域側で起こりやすい。このため、図9(b)に示すように、湿潤劣化した場合のI−V特性(実線B)は、劣化発生前のI−V特性(点線A)と比較すると、特に高電流域側の電圧が低下した特性を示す。   On the other hand, the wet deterioration is likely to occur on the high current region side where the wet state becomes higher. For this reason, as shown in FIG. 9 (b), the IV characteristic (solid line B) in the case of wet deterioration is particularly higher in the high current region side than the IV characteristic (dotted line A) before the deterioration occurs. It shows the characteristic that the voltage drops.

以上から、低電流域の第1電流I1における第1電圧V1と、高電流域の第2電流I2における第2電圧V2との差に基づいて、乾燥劣化が進んでいるか、湿潤劣化が進行しているかを判断することができる。   From the above, based on the difference between the first voltage V1 in the first current I1 in the low current region and the second voltage V2 in the second current I2 in the high current region, the dry deterioration has progressed or the wet deterioration has progressed. Can be determined.

具体的には、湿潤劣化は、高電流域側での電圧低下に現れるため、第2電圧V2が正常値に比べて小さくなると考えられる。従って、第1電圧V1−第2電圧V2の値(電圧差)は、正常の場合の差に比べて大きくなる。従って、正常の場合の第1電圧と第2電圧との差に基づいて基準値(第1基準電圧差ΔV1)を設定すれば、この第1基準電圧差と電圧差(V1−V2)を比較することで湿潤劣化を検出することができる。   Specifically, since wet degradation appears in a voltage drop on the high current region side, the second voltage V2 is considered to be smaller than a normal value. Accordingly, the value (voltage difference) of the first voltage V1-the second voltage V2 is larger than the difference in the normal case. Therefore, if the reference value (first reference voltage difference ΔV1) is set based on the difference between the normal first voltage and the second voltage, the first reference voltage difference and the voltage difference (V1−V2) are compared. By doing so, it is possible to detect wet deterioration.

一方、乾燥劣化は低電流域側に現れるため、第1電圧V1−第2電圧V2の値(電圧差)が、正常の場合の差に比べて小さくなる。従って、正常の場合の第1電圧と第2電圧との差に基づいて基準値(第2基準電圧差ΔV2)を設定すれば、この第2基準電圧差と電圧差(V1−V2)を比較することで、乾燥劣化を検出することができる。   On the other hand, since the drying deterioration appears on the low current region side, the value of the first voltage V1−the second voltage V2 (voltage difference) becomes smaller than the difference in the normal case. Therefore, if the reference value (second reference voltage difference ΔV2) is set based on the difference between the first voltage and the second voltage in the normal case, the second reference voltage difference and the voltage difference (V1−V2) are compared. By doing so, drying deterioration can be detected.

実施の形態3では、実施の形態1、2と同様に、初期の状態では湿潤モードでの停止処理が行なわれるように設定されている。従って、ここでは湿潤劣化を検出して乾燥モードへの切り替えが行われるよう制御すればよく、従って、制御ユニット30は、第1基準電圧差ΔV1を予め記憶しており、電圧差(Vin−Vout)が第1基準電圧差ΔV1より大きい場合に切替状態を検出する。   In the third embodiment, similarly to the first and second embodiments, the stop process in the wet mode is set to be performed in the initial state. Therefore, here, it is only necessary to perform control so that the wet deterioration is detected and the switching to the drying mode is performed. Therefore, the control unit 30 stores the first reference voltage difference ΔV1 in advance, and the voltage difference (Vin−Vout). ) Is larger than the first reference voltage difference ΔV1, the switching state is detected.

図10は、この発明の実施の形態3において制御ユニット30が実行する制御のルーチンである。図10のルーチンは、図6のルーチンに替えて実行されるルーチンである。図10のルーチンは、図6のルーチンのステップS102、S104に替えて、S302〜S306の処理を有する点を除き、図6のルーチンと同じものである。   FIG. 10 is a control routine executed by the control unit 30 in the third embodiment of the present invention. The routine of FIG. 10 is a routine that is executed in place of the routine of FIG. The routine in FIG. 10 is the same as the routine in FIG. 6 except that steps S102 and S104 of the routine in FIG. 6 are replaced with steps S302 to S306.

具体的に、図10のルーチンでは、燃料電池の運転中であることが確認された後(S100)、第1電流I1における第1電圧V1と、第2電流I2における第2電圧V2とが、それぞれの電流値のタイミングで検出される(S302)。ここでは、セルモニタの出力を取り込むことで、制御ユニット30において、第1電圧V1と第2電圧V2とが検出される。   Specifically, in the routine of FIG. 10, after confirming that the fuel cell is in operation (S100), the first voltage V1 at the first current I1 and the second voltage V2 at the second current I2 are: It is detected at the timing of each current value (S302). Here, the first voltage V1 and the second voltage V2 are detected in the control unit 30 by capturing the output of the cell monitor.

次に、第1電圧V1と第2電圧V2との差である電圧差(V1−V2)が演算される(S304)。次に、電圧差(V1−V2)が、第1基準電圧差ΔV1よりも大きいか否かが判別される(S306)。実施の形態3のルーチンでは、当初湿潤モードでの停止処理が行なわていることから、劣化の進行は、高電流域側の電圧V2の低下として現れるため、湿潤劣化の進行に伴って電圧差(V1−V2)は正常の場合に比べて大きくなると考えられる。従ってここでは、電圧差(V1−V2)が第1基準電圧差ΔV1よりも大きくなったか否かに基づいて、切替状態の判断が行なわれる。   Next, a voltage difference (V1−V2) that is a difference between the first voltage V1 and the second voltage V2 is calculated (S304). Next, it is determined whether or not the voltage difference (V1−V2) is larger than the first reference voltage difference ΔV1 (S306). In the routine of the third embodiment, since the stop process is initially performed in the wet mode, the progress of deterioration appears as a decrease in the voltage V2 on the high current region side, so that the voltage difference ( V1-V2) is considered to be larger than in the normal case. Therefore, here, the switching state is determined based on whether or not the voltage difference (V1−V2) is larger than the first reference voltage difference ΔV1.

ステップS306において、電圧差(V1−V2)>第1基準電圧差ΔV1の成立が認められた場合、湿潤劣化が進行しているものと判断され、フラグがOFFとされる(S106)。これにより、次回の停止時から、乾燥モードでの停止処理が行なわれる。   In step S306, when it is recognized that the voltage difference (V1−V2)> the first reference voltage difference ΔV1 is established, it is determined that the wet deterioration is progressing, and the flag is turned OFF (S106). Thereby, the stop process in the dry mode is performed from the next stop.

一方、ステップS306において、電圧差(V1−V2)>第1基準電圧差ΔV1の成立が認められない場合には、湿潤劣化が進行していないと考えられるため、フラグがONに維持される(S108)。これにより、次回の停止時においても、湿潤モードでの停止処理が実行される。   On the other hand, if the establishment of the voltage difference (V1−V2)> the first reference voltage difference ΔV1 is not recognized in step S306, it is considered that the wet deterioration has not progressed, and therefore the flag is kept ON ( S108). Thereby, the stop process in the wet mode is executed even at the next stop.

以上説明したように、実施の形態3のシステムによれば、2つの異なる電流域での電圧を検出して比較することで劣化判定を行なうと共に、乾燥劣化か湿潤劣化かを判定することができる。従って、乾燥劣化及び湿潤劣化をより確実に検出することができると共に、停止処理におけるモードを適切に選択することができる。従って、燃料電池2の劣化の進行を抑え、燃料電池2の耐久性を向上させることができる。   As described above, according to the system of the third embodiment, the deterioration can be determined by detecting and comparing voltages in two different current ranges, and it can be determined whether the deterioration is dry or wet. . Accordingly, it is possible to more reliably detect the dry deterioration and the wet deterioration, and it is possible to appropriately select the mode in the stop process. Therefore, the progress of deterioration of the fuel cell 2 can be suppressed, and the durability of the fuel cell 2 can be improved.

なお、実施の形態3において、ステップS302の処理が実行されることにより、この発明の「電圧検出手段」が実現し、ステップS304の処理が実行されることにより「電圧差演算手段」が実現し、ステップS306の処理が実行されることにより「切替状態検出手段」が実現する。   In the third embodiment, the “voltage detection means” of the present invention is realized by executing the process of step S302, and the “voltage difference calculation means” is realized by executing the process of step S304. By executing the processing of step S306, the “switching state detecting means” is realized.

なお、実施の形態3では、湿潤モードから運転が開始され、湿潤劣化の進行が認められた場合に乾燥モードに切り替える場合について説明した。しかし、この発明において、モードの切り替えや選択は実施の形態3に説明したものに限るものではない。具体的には例えば、乾燥モードから湿潤モードに切り替えるようにしてもよい。乾燥モードでは、低電流域側に劣化の進行が強く現れるため、第1電圧V1での電圧低下が大きくなる。従って、乾燥劣化の進行は、電圧差(V1−V2)が第2基準電圧差より小さくなったかを判別し、この条件の成立が認められた場合に劣化を検出することができる。   In the third embodiment, the case where the operation is started from the wet mode and the progress of the wet deterioration is recognized and the mode is switched to the dry mode has been described. However, in the present invention, mode switching and selection are not limited to those described in the third embodiment. Specifically, for example, the mode may be switched from the dry mode to the wet mode. In the dry mode, since the progress of deterioration appears strongly on the low current region side, the voltage drop at the first voltage V1 becomes large. Accordingly, the progress of the drying deterioration is determined by determining whether the voltage difference (V1-V2) is smaller than the second reference voltage difference, and the deterioration can be detected when this condition is recognized.

また、実施の形態3の劣化判定の方法によれば、現在、どちらのモードでの劣化が進行しているかを特定することができる。従って、湿潤モードから乾燥モードに切り替え、その後は、乾燥モードが繰り返される場合に限らず、その劣化モードの進行に応じて、逆のモードにモードを切り替えることもできる。   In addition, according to the degradation determination method of the third embodiment, it is possible to identify in which mode degradation is currently progressing. Therefore, the mode can be switched from the wet mode to the dry mode, and thereafter, the mode is not limited to the case where the dry mode is repeated, and the mode is switched to the reverse mode according to the progress of the deterioration mode.

具体的に、電圧差(V1−V2)を算出した場合に、その値が、所定の第1基準電圧差ΔV1より大きければ、湿潤劣化であると判断でき、所定の第2基準電圧差ΔV2より小さければ乾燥劣化であると判断できる。従ってこの判断に基づいて、乾燥劣化と判断された場合には湿潤モードに切り替え、湿潤劣化と判断された場合には乾燥モードに切り替えるように制御することもできる。   Specifically, when the voltage difference (V1−V2) is calculated, if the value is larger than a predetermined first reference voltage difference ΔV1, it can be determined that the deterioration is wet, and from the predetermined second reference voltage difference ΔV2. If it is small, it can be judged that it is dry deterioration. Therefore, based on this determination, it is possible to control to switch to the wet mode when it is determined to be dry deterioration, and to switch to the dry mode when it is determined to be wet deterioration.

また、実施の形態3の他の制御として、第2基準電圧差ΔV2以上、第1基準電圧差ΔV2以下の範囲を正常な範囲として設定し、電圧差(V1−V2)がこの正常な範囲からズレた場合に、そのズレを修正するように、湿潤モードと乾燥モードの切り替えを行なうこともできる。この場合の制御について以下に説明する。   As another control of the third embodiment, a range between the second reference voltage difference ΔV2 and the first reference voltage difference ΔV2 is set as a normal range, and the voltage difference (V1−V2) is set from the normal range. When there is a deviation, the wet mode and the dry mode can be switched so as to correct the deviation. The control in this case will be described below.

図11は、実施の形態3のシステムが実行する他の制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図11のルーチンでは、ステップS402〜S406の処理を有し、ステップS106、S108の処理を有していない点を除いて、図10のルーチンと同じでものある。   FIG. 11 is a flowchart for explaining another control routine executed by the system of the third embodiment. The routine of FIG. 11 is the same as the routine of FIG. 10 except that the processing of steps S402 to S406 is performed and the processing of steps S106 and S108 is not performed.

また、この例では、燃料電池システムは、加湿器18側の空気供給の経路と、それをバイパスするバイパス管26のほかに、空気を、加湿器による湿潤状態と、バイパス管での供給による乾燥状態との間の中間湿度に調整する装置を有している。燃料電池2の運転初期の段階では、この装置によって供給される中間湿度の空気によって掃気を行なう通常モードでの停止処理に設定されている。   In this example, in addition to the air supply path on the side of the humidifier 18 and the bypass pipe 26 that bypasses the fuel cell system, air is also dried by the humidified state by the humidifier and the supply by the bypass pipe. It has a device to adjust the intermediate humidity between the states. At the initial stage of operation of the fuel cell 2, the stop process is set in the normal mode in which scavenging is performed with air of intermediate humidity supplied by this device.

ここで、ステップS304において電圧差(V1−V2)が検出され、電圧差が、湿潤劣化判定の基準となる第1基準電圧差ΔV1より大きいか否かが判別される。ステップS306において電圧差(V1−V2)>第1基準電圧差ΔV1の成立が認められた場合、湿潤劣化が進んでいるものと判断される。従って、次に、乾燥モードへの切り替えが設定される(S402)。これにより、次回の停止時に、乾燥モードでの停止処理が実行される。   Here, a voltage difference (V1−V2) is detected in step S304, and it is determined whether or not the voltage difference is larger than a first reference voltage difference ΔV1 that is a reference for wet deterioration determination. If it is determined in step S306 that the voltage difference (V1−V2)> the first reference voltage difference ΔV1 is established, it is determined that the wet deterioration is progressing. Therefore, next, switching to the drying mode is set (S402). Thereby, the stop process in the drying mode is executed at the next stop.

一方、ステップS306において、電圧差(V1−V2)>第1基準電圧差ΔV1の成立が認められない場合には、次に、電圧差(V1−V2)が、乾燥劣化判定の基準となる第2基準電圧差ΔV2より大きいか否かが判別される(S404)。ステップS404において、電圧差(V1−V2)<第2基準電圧差ΔV2であることが認められた場合、乾燥劣化が進んでいるものと判断される。この場合、次に、ステップS406において、湿潤モードへの切り替えが設定される(S408)。これにより、次回の停止時において、湿潤モードでの処理が実行される。   On the other hand, if the establishment of the voltage difference (V1−V2)> the first reference voltage difference ΔV1 is not recognized in step S306, the voltage difference (V1−V2) is the reference for determining the dry deterioration. It is determined whether or not the difference is greater than 2 reference voltage difference ΔV2 (S404). In step S404, if it is recognized that the voltage difference (V1−V2) <the second reference voltage difference ΔV2, it is determined that the drying deterioration has progressed. In this case, next, in step S406, switching to the wet mode is set (S408). As a result, the processing in the wet mode is executed at the next stop.

一方、ステップS404において、電圧差(V1−V2)<第2基準電圧差ΔV2の成立が認められない場合、現在、乾燥劣化も、湿潤劣化も進行していないものと判断される。この状態では、次回停止処理が、中間湿度に調整された通常モードでの停止処理が実行されるように設定される(S410)。これにより、次回停止時には、通常モードでの停止処理が実行される。   On the other hand, if the establishment of the voltage difference (V1−V2) <the second reference voltage difference ΔV2 is not recognized in step S404, it is determined that neither dry deterioration nor wet deterioration is currently in progress. In this state, the next stop process is set such that the stop process in the normal mode adjusted to the intermediate humidity is executed (S410). Thereby, the stop process in the normal mode is executed at the next stop.

以上のように、乾燥モードと湿潤モードとの停止処理を、正常時の状態の電圧差から外れた場合にのみ行なうようにする。ここで、正常時の電圧差(第2基準電圧差ΔV2以上、第1基準電圧差ΔV1以下)の範囲を狭く設定しておけば、劣化が進行する前に、湿潤モードでの処理、乾燥モードでの処理に切り替えることができ、劣化の進行をより確実に抑えることができる。   As described above, the stop process between the dry mode and the wet mode is performed only when the voltage difference in the normal state deviates. Here, if the range of the normal voltage difference (more than the second reference voltage difference ΔV2 and less than the first reference voltage difference ΔV1) is set narrowly, the process in the wet mode and the drying mode are performed before the deterioration proceeds. It is possible to switch to the processing in the above, and it is possible to more reliably suppress the progress of deterioration.

なお、この制御の他の例において、ステップS306の処理が実行されることにより、この発明における「乾燥切替状態」が検出され、ステップS404の処理が実行されることにより「湿潤切替状態」が検出され、これらのステップにより「切替状態検出手段」が実現する。また、ステップS402、S406の処理が実行されることにより、この発明の「モード切替手段」が実現する。   In another example of this control, the process of step S306 is executed to detect the “dry switching state” in the present invention, and the process of step S404 is executed to detect the “wet switching state”. Thus, the “switching state detecting means” is realized by these steps. Further, the “mode switching means” of the present invention is realized by executing the processing of steps S402 and S406.

なお、実施の形態3では、電圧差による劣化の判定を、停止処理における乾燥モードあるいは湿潤モードへの切替状態の検出にのみ用いる場合について説明した。しかし、この劣化判定の方法によれば、乾燥劣化の進行、湿潤劣化の進行をそれぞれ特定して検出することができるため、各セルの劣化部分や劣化状態をある程度特定することができる。従って、このような劣化判定の結果を利用する他の制御にも適用することができる。   In the third embodiment, the case where the determination of deterioration due to the voltage difference is used only for detecting the switching state to the dry mode or the wet mode in the stop process has been described. However, according to this degradation determination method, the progress of drying degradation and the progress of wet degradation can be identified and detected, so that the degradation portion and degradation state of each cell can be identified to some extent. Therefore, the present invention can also be applied to other controls that use the result of such deterioration determination.

なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に限定されるものではない。また、実施の形態において説明する構造や、方法におけるステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。   In the above embodiment, when the number of each element, number, quantity, range, etc. is mentioned, it is mentioned unless otherwise specified or clearly specified in principle. The number is not limited. Further, the structures described in the embodiments, steps in the method, and the like are not necessarily essential to the present invention unless otherwise specified or clearly specified in principle.

この発明の実施の形態1における燃料電池システムの構成について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the fuel cell system in Embodiment 1 of this invention. 燃料電池の劣化の状態について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the deterioration state of a fuel cell. 燃料電池の劣化の状態について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the deterioration state of a fuel cell. 燃料電池の停止処理の回数と電圧維持率との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the frequency | count of the stop process of a fuel cell, and a voltage maintenance factor. この発明の実施の形態1において、燃料電池システムの制御ユニットが実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。In Embodiment 1 of this invention, it is a flowchart for demonstrating the routine of control which the control unit of a fuel cell system performs. この発明の実施の形態1において、燃料電池システムの制御ユニットが実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。In Embodiment 1 of this invention, it is a flowchart for demonstrating the routine of control which the control unit of a fuel cell system performs. この発明の実施の形態2における燃料電池について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fuel cell in Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2において、燃料電池システムの制御ユニットが実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。In Embodiment 2 of this invention, it is a flowchart for demonstrating the routine of control which the control unit of a fuel cell system performs. この発明の実施の形態3における燃料電池の電圧と電流との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the voltage and current of a fuel cell in Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3において、燃料電池システムの制御ユニットが実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。In Embodiment 3 of this invention, it is a flowchart for demonstrating the routine of control which the control unit of a fuel cell system performs. この発明の実施の形態3において、燃料電池システムの制御ユニットが実行する他の制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。In Embodiment 3 of this invention, it is a flowchart for demonstrating the routine of the other control which the control unit of a fuel cell system performs.

符号の説明Explanation of symbols

2 燃料電池
10 空気供給用ポンプ
12、16、20、24 空気供給管
14 バイパス切替弁
18 加湿器
22 逆止弁
26 バイパス管
30 制御ユニット
40 電解質膜
42 触媒層
50 MEA
52 触媒層
2 Fuel Cell 10 Air Supply Pump 12, 16, 20, 24 Air Supply Pipe 14 Bypass Switch Valve 18 Humidifier 22 Check Valve 26 Bypass Pipe 30 Control Unit 40 Electrolyte Membrane 42 Catalyst Layer 50 MEA
52 Catalyst layer

Claims (15)

燃料電池に供給する反応ガスを、加湿して湿潤状態とする湿潤処理手段と、
前記燃料電池に供給する反応ガスを、前記湿潤状態よりも湿度の低い乾燥状態とする乾燥処理手段と、
前記燃料電池の運転を停止する際に、前記燃料電池に反応ガスを供給する停止処理を行なう停止制御手段と、
前記反応ガスを前記湿潤状態とする湿潤処理モードと、前記反応ガスを前記乾燥状態とする乾燥処理モードとに制御する機能を備え、前記燃料電池の運転を停止する際に、前記湿潤処理モード又は前記乾燥処理モードを選択して切り替えることができるモード制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
Wet treatment means for humidifying the reaction gas supplied to the fuel cell to a wet state;
A drying treatment means for bringing the reaction gas supplied to the fuel cell into a dry state having a lower humidity than the wet state;
Stop control means for performing a stop process for supplying a reaction gas to the fuel cell when stopping the operation of the fuel cell;
A function of controlling the wet processing mode in which the reactive gas is in the wet state and a dry processing mode in which the reactive gas is in the dry state, and when the operation of the fuel cell is stopped, the wet processing mode or Mode control means capable of selecting and switching the drying processing mode;
A fuel cell system comprising:
前記燃料電池の停止中に、燃料電池内の水分が凍結し得る凍結状態となるか否かを予測する凍結予測手段、を更に備え、
前記モード制御手段は、次回起動時が前記凍結状態での起動となることが予測される場合には、前記乾燥処理モード及び前記湿潤処理モードのうち、いずれかのモードで前記停止処理が実行されるように制御することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
Freezing predicting means for predicting whether or not the water in the fuel cell is in a frozen state that can be frozen while the fuel cell is stopped,
When it is predicted that the mode control means will be activated in the frozen state at the next activation, the stop process is executed in any one of the drying process mode and the wet process mode. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is controlled to be
前記モード制御手段は、前記乾燥モードでの停止処理と、前記湿潤モードでの停止処理が、規定回数ずつ交互に行なわれるように、前記乾燥モードと前記湿潤モードとを切り替えることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池システム。   The mode control means switches between the dry mode and the wet mode so that the stop process in the dry mode and the stop process in the wet mode are alternately performed a specified number of times. Item 3. The fuel cell system according to Item 1 or 2. 前記燃料電池の運転状態に応じて、前記乾燥モード、または、前記湿潤モードでの停止処理に切り替える切替状態となっていることを検出する切替状態検出手段を、更に備え、
前記モード制御手段は、前記切替状態が検出された場合に、次回の停止処理が、前回の停止処理におけるモードとは異なるモードでの停止処理となるように、前記モードを切り替えることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池システム。
According to the operating state of the fuel cell, further comprising a switching state detecting means for detecting that the switching state is switched to the drying mode or the stop processing in the wet mode,
When the switching state is detected, the mode control means switches the mode so that the next stop process is a stop process in a mode different from the mode in the previous stop process. The fuel cell system according to claim 1 or 2.
前記モード制御手段は、前記燃料電池の初期状態において前記停止処理が実行される場合には、前記湿潤モードとし、前記切替状態が検出された後の停止処理から、前記乾燥モードでの停止処理となるように、前記モードを切り替えることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。   When the stop process is executed in the initial state of the fuel cell, the mode control means sets the wet mode, and from the stop process after the switching state is detected, to the stop process in the dry mode. The fuel cell system according to claim 4, wherein the mode is switched. 前記モード制御手段は、前記燃料電池の初期状態において前記停止処理が実行される場合には、前記乾燥モードとし、前記切替状態が検出された後の停止処理から、前記湿潤モードでの停止処理となるように、前記モードを切り替えることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。   When the stop process is executed in the initial state of the fuel cell, the mode control unit sets the drying mode, and from the stop process after the switching state is detected, to the stop process in the wet mode. The fuel cell system according to claim 4, wherein the mode is switched. 前記切替状態検出手段は、燃料電池の劣化を検出することにより前記切替状態を検出することを特徴とする請求項4から6のいずれか1項記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 4 to 6, wherein the switching state detection means detects the switching state by detecting deterioration of the fuel cell. 前記燃料電池の電圧を検出する電圧検出手段を更に備え、
前記切替状態検出手段は、検出された前記電圧が基準電圧より小さい場合に、前記切替状態を検出することを特徴とする請求項4から7のいずれか1項記載の燃料電池システム。
Further comprising voltage detection means for detecting the voltage of the fuel cell;
The fuel cell system according to any one of claims 4 to 7, wherein the switching state detection unit detects the switching state when the detected voltage is smaller than a reference voltage.
前記燃料電池は、電解質膜と前記電解質膜の両側に配置された一対の電極とからなる発電部と、前記発電部の両側に配置されたセパレータを備え、
前記一対の電極のうち一方の電極に接する接面を有するセパレータは、該接面において、該一方の電極に反応ガスを供給するための反応ガス流路を備え、
前記燃料電池システムは、
前記燃料電池の運転中に、前記反応ガス流路の入口側の発電性能を検出する入口性能検出手段と、
前記燃料電池の運転中に、前記反応ガス流路の出口側の発電性能を検出する出口性能検出手段と、
前記入口側の発電性能と出口側の発電性能との差に基づいて、前記燃料電池の劣化を検出することにより、前記モードを、前記乾燥モード、または、前記湿潤モードに切り替える切替状態となっていることを検出する切替状態検出手段と、を備え、
前記モード制御手段は、前記切替状態が検出された場合に、次回の停止処理が、前回の停止処理におけるモードとは異なるモードでの停止処理となるように、前記モードを切り替えることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池システム。
The fuel cell includes a power generation unit composed of an electrolyte membrane and a pair of electrodes disposed on both sides of the electrolyte membrane, and a separator disposed on both sides of the power generation unit,
The separator having a contact surface in contact with one electrode of the pair of electrodes includes a reaction gas channel for supplying a reaction gas to the one electrode on the contact surface,
The fuel cell system includes:
An inlet performance detecting means for detecting the power generation performance on the inlet side of the reaction gas flow path during operation of the fuel cell;
Outlet performance detection means for detecting power generation performance on the outlet side of the reaction gas flow path during operation of the fuel cell;
By detecting the deterioration of the fuel cell based on the difference between the power generation performance on the inlet side and the power generation performance on the outlet side, the mode is switched to the dry mode or the wet mode. Switching state detecting means for detecting that
When the switching state is detected, the mode control means switches the mode so that the next stop process is a stop process in a mode different from the mode in the previous stop process. The fuel cell system according to claim 1 or 2.
前記燃料電池は、電解質膜と前記電解質膜の両側に配置された一対の電極とからなる発電部と、前記発電部の両側に配置されたセパレータを備え、
前記一対の電極のうち一方の電極に接する接面を有するセパレータは、該接面において、該一方の電極に反応ガスを供給するための反応ガス流路を備え、
前記燃料電池システムは、
前記燃料電池の運転中に、前記反応ガス流路の入口側の電圧である入口電圧を検出する入口電圧検出手段と、
前記燃料電池の運転中に、前記反応ガス流路の出口側の電圧である出口電圧を検出する出口電圧検出手段と、
前記入口電圧から前記出口電圧を減算した値である出入口電圧差を演算する出入口電圧差演算手段と、
前記出入口電圧差の絶対値が、基準電圧差より大きくなっている場合に、前記モードを、前記乾燥モード、または、前記湿潤モードに切り替える切替状態となっていることを検出する切替状態検出手段と、を備え
前記モード制御手段は、前記切替状態が検出された場合に、次回の停止処理が、前回の停止処理におけるモードとは異なるモードでの停止処理となるように、前記モードを切り替えることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池システム。
The fuel cell includes a power generation unit composed of an electrolyte membrane and a pair of electrodes disposed on both sides of the electrolyte membrane, and a separator disposed on both sides of the power generation unit,
The separator having a contact surface in contact with one electrode of the pair of electrodes includes a reaction gas channel for supplying a reaction gas to the one electrode on the contact surface,
The fuel cell system includes:
An inlet voltage detecting means for detecting an inlet voltage that is a voltage on the inlet side of the reaction gas flow path during operation of the fuel cell;
During operation of the fuel cell, outlet voltage detection means for detecting an outlet voltage which is a voltage on the outlet side of the reaction gas flow path;
An inlet / outlet voltage difference calculating means for calculating an inlet / outlet voltage difference which is a value obtained by subtracting the outlet voltage from the inlet voltage;
A switching state detecting means for detecting that the mode is switched to the drying mode or the wet mode when the absolute value of the inlet / outlet voltage difference is larger than a reference voltage difference; When the switching state is detected, the mode control means switches the mode so that the next stop process is a stop process in a mode different from the mode in the previous stop process. The fuel cell system according to claim 1 or 2, characterized in that
前記切替状態検出手段は、
前記出入口電圧差が、第1出入口電圧差より大きくなっている場合に、前記モードを前記乾燥モードに切り替える乾燥切替状態を検出し、
前記出入口電圧差が、第2出入口電圧差より小さくなっている場合に、前記モードを前記湿潤モードに切り替える湿潤切替状態を検出し、
前記モード制御手段は、
前記湿潤切替状態が検出された場合に、次回の停止処理におけるモードが、湿潤モードとなるように前記モードを切り替え、
前記乾燥切替状態が検出された場合に、次回の停止処理におけるモードが、乾燥モードとなるように前記モードを切り替えることを特徴とする請求項10に記載の燃料電池システム。
The switching state detecting means includes
When the inlet / outlet voltage difference is larger than the first inlet / outlet voltage difference, a drying switching state for switching the mode to the drying mode is detected,
When the inlet / outlet voltage difference is smaller than the second inlet / outlet voltage difference, detecting a wet switching state for switching the mode to the wet mode;
The mode control means includes
When the wet switching state is detected, the mode in the next stop process is switched to the wet mode,
11. The fuel cell system according to claim 10, wherein when the drying switching state is detected, the mode is switched so that a mode in a next stop process becomes a drying mode.
前記燃料電池の運転中に、前記燃料電池の第1電流における第1電圧と、前記第1電流より大きい第2電流における第2電圧とを検出する電圧検出手段と、
前記第1電圧から第2電圧を減算した値である電圧差を演算する電圧差演算手段と、を更に備え、
前記モード制御手段が、前記湿潤モードを選択している場合であって、かつ、前記電圧差が、第1基準電圧差より大きい場合に、前記モードを、前記乾燥モードに制御する乾燥切替状態となっていること検出する切替状態検出手段と、を備え、
前記モード制御手段は、前記乾燥切替状態が検出された場合に、次回の停止処理におけるモードが、前記乾燥モードとなるように制御することを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池システム。
Voltage detecting means for detecting a first voltage in the first current of the fuel cell and a second voltage in a second current larger than the first current during operation of the fuel cell;
Voltage difference calculating means for calculating a voltage difference that is a value obtained by subtracting a second voltage from the first voltage;
A drying switching state for controlling the mode to the drying mode when the mode control means selects the wet mode and the voltage difference is greater than a first reference voltage difference; Switching state detecting means for detecting that
3. The fuel cell system according to claim 1, wherein when the drying switching state is detected, the mode control unit controls the mode in the next stop process to be the drying mode. 4. .
前記燃料電池の運転中に、前記燃料電池の、第1電流における第1電圧と、前記第1電流より大きい第2電流における第2電圧とを検出する電圧検出手段と、
前記第1電圧から第2電圧を減算した値である電圧差を演算する電圧差演算手段と、
前記モード制御手段が前記乾燥モードを選択している場合であって、かつ、前記電圧差が、第2基準電圧差より小さい場合に、前記モードを、前記湿潤モードとなるように制御する湿潤切替状態となっていること検出する切替状態検出手段と、を備え、
前記モード制御手段は、前記湿潤切替状態が検出された場合に、次回の停止処理におけるモードが、前記湿潤モードとなるように制御することを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池システム。
Voltage detecting means for detecting a first voltage at a first current and a second voltage at a second current greater than the first current of the fuel cell during operation of the fuel cell;
Voltage difference calculating means for calculating a voltage difference which is a value obtained by subtracting a second voltage from the first voltage;
When the mode control means selects the drying mode, and the voltage difference is smaller than the second reference voltage difference, the wet switching for controlling the mode to the wet mode Switching state detecting means for detecting that the state is in a state,
3. The fuel cell system according to claim 1, wherein when the wet switching state is detected, the mode control unit performs control so that a mode in a next stop process becomes the wet mode. 4. .
前記燃料電池の運転中に、前記燃料電池の、第1電流における第1電圧と、前記第1電流より大きい第2電流における第2電圧とを検出する電圧検出手段と、
前記第1電圧から前記第2電圧を減算した値である電圧差を演算する電圧差演算手段と、
前記電圧差が、第1基準電圧差より大きい場合に、前記モードを前記乾燥モードに切り替える乾燥切替状態を検出する切替状態検出手段と、を更に備え、
前記電圧差が、第2基準電圧差より小さい場合に、前記モードを前記湿潤モードに切り替える湿潤切替状態を検出し、
前記モード制御手段は、
前記湿潤切替状態が検出された場合に、次回の停止処理におけるモードが、湿潤モードとなるように前記モードを制御し、
前記乾燥切替状態が検出された場合に、次回の停止処理におけるモードが、乾燥モードとなるように前記モードを制御することを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池システム。
Voltage detecting means for detecting a first voltage at a first current and a second voltage at a second current greater than the first current of the fuel cell during operation of the fuel cell;
Voltage difference calculating means for calculating a voltage difference which is a value obtained by subtracting the second voltage from the first voltage;
A switching state detecting means for detecting a drying switching state for switching the mode to the drying mode when the voltage difference is larger than a first reference voltage difference;
When the voltage difference is smaller than a second reference voltage difference, a wet switching state for switching the mode to the wet mode is detected;
The mode control means includes
When the wet switching state is detected, the mode is controlled so that the mode in the next stop process becomes the wet mode,
3. The fuel cell system according to claim 1, wherein when the drying switching state is detected, the mode is controlled so that a mode in a next stop process becomes a drying mode. 4.
燃料電池の第1電流における第1電圧と、前記第1電流より大きい第2電流における第2電圧とを検出する電圧検出手段と、
前記第1電圧から前記第2電圧を減算した値である電圧差を検出する電圧差検出手段と、
前記電圧差が、前記第2基準電圧差以上かつ、前記第1基準電圧差以下の正常状態であるか否かを判定する判定手段と、
前記電圧差が、前記正常状態であることが認められない場合に、前記燃料電池の劣化を検出する劣化検出手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池の劣化検出装置。
Voltage detecting means for detecting a first voltage in a first current of the fuel cell and a second voltage in a second current larger than the first current;
Voltage difference detection means for detecting a voltage difference which is a value obtained by subtracting the second voltage from the first voltage;
Determining means for determining whether the voltage difference is in a normal state not less than the second reference voltage difference and not more than the first reference voltage difference;
A deterioration detecting means for detecting deterioration of the fuel cell when the voltage difference is not recognized to be in the normal state;
An apparatus for detecting deterioration of a fuel cell, comprising:
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