JP2011134529A

JP2011134529A - Fuel battery system

Info

Publication number: JP2011134529A
Application number: JP2009291751A
Authority: JP
Inventors: Shuya Kawahara; 周也川原; Manabu Kato; 加藤　　学; Hideyuki Kumei; 秀之久米井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2011-07-07

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To supply power from a fuel cell by preventing power supply capability from being lowered as an entire fuel battery system and restoring the electrogenic ability of the fuel cell even if the electrogenic ability of the fuel cell caused by insufficient hydrogen is lowered during power generating operation. <P>SOLUTION: When power is supplied to a loading apparatus from the fuel cell, when the deterioration of the electrogenic ability of the fuel cell is detected after a flow rate and the pressure of hydrogen supplied to the fuel cell, connection with the load apparatus of the fuel cell is interrupted and power is supplied to the loading apparatus of the fuel cell. When the restoration of the electrogenic ability of the fuel cell is detected after connection is temporarily interrupted, the fuel cell is connected with the load apparatus and the power supply to the loading apparatus from the fuel cell is resumed. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池（以下、単に「ＦＣ」と略す場合もある）を利用した燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電動作中に、燃料ガスである水素（Ｈ_２）の供給不良が生じて燃料電池の発電能力が低下した場合においても、燃料電池システム全体としての電力供給能力の低下を抑制するとともに、燃料電池の発電能力を回復させる技術に関するものである。 According to the present invention, in a fuel cell system using a fuel cell (hereinafter sometimes simply referred to as “FC”), a supply failure of hydrogen (H ₂ ) as a fuel gas occurs during the power generation operation of the fuel cell. The present invention relates to a technique for suppressing a decrease in power supply capability of the entire fuel cell system and restoring the power generation capability of the fuel cell even when the power generation capability of the fuel cell is reduced.

燃料電池は、燃料ガスとしての水素と酸化ガスとしての酸素（Ｏ_２）との電気化学反応によって発電する装置である。この燃料電池は、プロトン（Ｈ^＋）伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれ触媒電極層を接合した膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly）を有しており、膜電極接合体の両側に、それぞれガス拡散層およびガス流路部を配置し、セパレータにより挟持した燃料電池セル（単に「セル」とも呼ぶ）を、複数積層して構成される。なお、ガス流路部は、セパレータの一部として構成される場合もある。 A fuel cell is a device that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen as a fuel gas and oxygen (O ₂ ) as an oxidizing gas. This fuel cell has a membrane electrode assembly (MEA: Membrane-Electrode Assembly) in which a catalyst electrode layer is bonded to both surfaces of an electrolyte membrane having proton (H ⁺ ) conductivity. A plurality of fuel cells (also simply referred to as “cells”) sandwiched between separators, each having a gas diffusion layer and a gas flow path portion disposed on both sides, are configured. In addition, a gas flow path part may be comprised as a part of separator.

このような燃料電池では、発電動作中に燃料ガスとしての水素（Ｈ_２）の供給不良、いわゆる水素欠（Ｈ_２欠）が発生した状態で、発電を継続した場合には、著しい発電性能の低下が発生するという問題がある。水素が潤沢にセル内に送られている場合には、水素（Ｈ_２）が、アノード（「Ａｎ」と略す場合もある）側の触媒により酸化されてプロトン（Ｈ^＋）が生成され、電解質膜を介してカソード側に供給される。一方、水素が供給不良の状態では、Ｈ_２の酸化によるＨ^＋の生成がなされないため、これを補償する動作として、Ａｎ側の触媒電極層を構成するカーボンの酸化（腐食）、さらには、触媒、例えば、白金（Ｐｔ）の酸化も進行する。白金酸化物はＨ_２の酸化に不活性となるため、水素の供給が潤沢に戻ってもＨ^＋の生成が十分に行なわれず、カーボンの酸化がさらに進行する結果となり、内部抵抗の増加を招き、上記したように、発電性能の著しい低下を招くことになる。 In such a fuel cell, when power generation is continued in a state in which supply of hydrogen (H ₂ ) as a fuel gas is poor during the power generation operation, so-called hydrogen deficiency (H ₂ deficiency) occurs, There is a problem that a decrease occurs. When hydrogen is being sent into the cell abundantly, hydrogen (H ₂ ) is oxidized by a catalyst on the anode (sometimes abbreviated as “An”) to generate protons (H ⁺ ), and the electrolyte It is supplied to the cathode side through the membrane. On the other hand, in the state of poor supply of hydrogen, H ⁺ is not generated by oxidation of H ₂ , and as an operation to compensate for this, oxidation (corrosion) of carbon constituting the An-side catalyst electrode layer, Oxidation of a catalyst such as platinum (Pt) also proceeds. Since platinum oxide is inactive in the oxidation of H ₂ , even if the supply of hydrogen returns to abundant, H ⁺ is not sufficiently generated, resulting in the further oxidation of carbon, leading to an increase in internal resistance. As described above, the power generation performance is significantly reduced.

ところで、特許文献１には、燃料電池システムにおいて燃料電池による発電の停止中に、負荷に対してバッテリーの電力を供給する燃料電池システムが開示されている。このシステムによれば、燃料電池の発電が停止しても、バッテリーから電力が供給されるので、燃料電池システムとしての電力供給能力の低下は防止される。しかしながら、特許文献１の燃料電池システムは、発電動作中に発生した水素欠によって発生する発電性能の低下については全く考慮しておらず、システム起動時における水素欠の状態で発生する異常電位に対する制御の技術が開示されているのみである。すなわち、特許文献１では、上記したような、発電動作中の水素供給不良（水素欠）によって発生する発電性能の著しい低下については全く考慮されていない。 By the way, Patent Document 1 discloses a fuel cell system that supplies battery power to a load while power generation by the fuel cell is stopped in the fuel cell system. According to this system, even if the power generation of the fuel cell is stopped, power is supplied from the battery, so that the power supply capability of the fuel cell system is prevented from being lowered. However, the fuel cell system disclosed in Patent Document 1 does not take into consideration a decrease in power generation performance caused by a lack of hydrogen generated during a power generation operation, and controls an abnormal potential that occurs in a lack of hydrogen at the time of system startup. This technique is only disclosed. In other words, Patent Document 1 does not take into account the significant decrease in power generation performance caused by a hydrogen supply failure (hydrogen shortage) during power generation as described above.

また、特許文献２には、燃料電池システムの起動時に燃料極に供給するガス中の水素濃度が所定値より低い場合には、燃料電池と負荷とを電気的に切断し、水素濃度が所定値より高くなると燃料電池と負荷を電気的に接続する技術が開示されている。しかしながら、特許文献２には、燃料電池と負荷とを電気的に切断した際に、負荷への電力の供給に関して全く考慮されていない。 Further, in Patent Document 2, when the hydrogen concentration in the gas supplied to the fuel electrode when the fuel cell system is started is lower than a predetermined value, the fuel cell and the load are electrically disconnected, and the hydrogen concentration is a predetermined value. A technique for electrically connecting the fuel cell and the load when the temperature is higher is disclosed. However, in Patent Document 2, no consideration is given to the supply of electric power to the load when the fuel cell and the load are electrically disconnected.

特開２００７−２４２４０８号公報JP 2007-242408 A 特開２００７−１０９４２８号公報JP 2007-109428 A

そこで、本発明は、燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電動作中に、燃料ガスである水素の供給不良が生じて燃料電池の発電能力が低下した場合においても、燃料電池システム全体としての電力供給能力の低下を抑制するとともに、燃料電池の発電能力を回復させて燃料電池から電力を供給することが可能な技術を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a power supply for the fuel cell system as a whole even in the case where a supply failure of hydrogen as a fuel gas occurs during the power generation operation of the fuel cell and the power generation capability of the fuel cell is reduced. An object of the present invention is to provide a technique capable of suppressing the decrease in capacity and recovering the power generation capacity of the fuel cell and supplying power from the fuel cell.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

［適用例１］
負荷装置へ電力を供給する燃料電池システムであって、
アノード側触媒電極層およびカソード側触媒電極層に挟持された電解質膜を含む燃料電池セルを備える燃料電池と、
前記燃料電池に対して燃料ガスとして水素を供給する燃料ガス供給系と、
前記燃料電池に対して酸化ガスとしての酸素を供給する酸化ガス供給系と、
前記燃料電池の前記負荷装置への電気的な接続および遮断のための電気的スイッチと、
電力の充電が可能な蓄電部と、
前記燃料ガス供給系、前記酸化ガス供給系、前記電気的スイッチ、および、前記蓄電部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記アノード側触媒電極層への水素の供給不良によって発生する前記燃料電池セルの発電能力の低下を検知する発電能力検知部を含み、
前記燃料電池から前記負荷装置へ電力を供給している際に、
（ｉ）前記発電能力検知部が発電能力の低下を検知した場合には、前記燃料電池へ供給する水素の流量および圧力を増加させてから、前記燃料電池の前記負荷装置への接続を一時遮断するとともに、前記蓄電部から前記負荷装置へ電力を供給し、
（ｉｉ）前記接続の一時遮断後に前記発電能力検知部によって前記燃料電池の発電能力の回復を検知した場合には、前記燃料電池を前記負荷装置へ接続し、前記燃料電池から前記負荷装置への電力の供給を再開させる
ことを特徴とする燃料電池システム。
上記燃料電池システムによれば、燃料電池への水素の供給不良によって発生する燃料電池セルの発電能力の低下を検知した場合に、負荷装置への電力の供給を、燃料電池の負荷装置への接続を一時遮断して、蓄電部から負荷装置へ電力を供給することができる。これにより、燃料電池システムとしての電力供給能力の低下を抑制することができる。また、燃料電池へ供給する水素の流量および圧力を増加させてから、燃料電池の負荷装置への接続を一時遮断することにより、水素の供給不良によってアノード側触媒電極層において酸化されて不活性化してしまった触媒の活性化を回復させることができるので、水素の供給不良により低下した燃料電池の発電能力を回復させることができ、発電能力の回復した燃料電池から負荷装置への電力の供給を再開させることができる。 [Application Example 1]
A fuel cell system for supplying power to a load device,
A fuel cell comprising a fuel cell comprising an electrolyte membrane sandwiched between an anode side catalyst electrode layer and a cathode side catalyst electrode layer;
A fuel gas supply system for supplying hydrogen as a fuel gas to the fuel cell;
An oxidizing gas supply system for supplying oxygen as an oxidizing gas to the fuel cell;
An electrical switch for electrical connection and disconnection of the fuel cell to the load device;
A power storage unit capable of charging power;
The fuel gas supply system, the oxidizing gas supply system, the electrical switch, and a control unit that controls the power storage unit,
The controller is
A power generation capacity detection unit that detects a decrease in power generation capacity of the fuel cell caused by a poor supply of hydrogen to the anode side catalyst electrode layer;
When supplying power from the fuel cell to the load device,
(I) When the power generation capacity detection unit detects a decrease in power generation capacity, the flow rate and pressure of hydrogen supplied to the fuel cell are increased, and then the connection of the fuel cell to the load device is temporarily interrupted And supplying power from the power storage unit to the load device,
(Ii) When recovery of the power generation capacity of the fuel cell is detected by the power generation capacity detection unit after the connection is temporarily interrupted, the fuel cell is connected to the load device, and the fuel cell is connected to the load device. A fuel cell system characterized by restarting power supply.
According to the above fuel cell system, when it is detected that the power generation capacity of the fuel cell has been reduced due to a poor supply of hydrogen to the fuel cell, the power supply to the load device is connected to the load device of the fuel cell. Can be temporarily shut off and power can be supplied from the power storage unit to the load device. Thereby, the fall of the power supply capability as a fuel cell system can be suppressed. In addition, by increasing the flow rate and pressure of hydrogen supplied to the fuel cell and then temporarily disconnecting the fuel cell from the load device, the fuel cell is oxidized and inactivated due to the hydrogen supply failure due to the poor supply of hydrogen. Therefore, it is possible to recover the power generation capacity of the fuel cell, which has been reduced due to poor supply of hydrogen, and to supply power to the load device from the fuel cell whose power generation capacity has been recovered. It can be resumed.

［適用例２］
適用例１記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池は、セル電圧モニター端子を備えており、
前記制御部は、前記セル電圧モニター端子に発生する電位に基づいて、前記燃料電池セルのアノード側とカソード側との間に発生するセル電圧が負電圧となった際に、前記酸化ガス供給系を制御して酸素供給量を増加させ、
前記発電能力検知部は、前記セル電圧が負電圧から正電圧となるように上昇しなかった場合に、前記水素の供給不良によって前記燃料電池セルの発電能力が低下していると判断する
ことを特徴とする燃料電池システム。
上記のように酸素供給量に関係なくセル電圧が負電圧であることを検知することにより、容易に、発電能力の低下が水素の供給量不足によることを検知することが可能である。 [Application Example 2]
A fuel cell system according to Application Example 1,
The fuel cell includes a cell voltage monitor terminal,
When the cell voltage generated between the anode side and the cathode side of the fuel cell becomes a negative voltage based on the potential generated at the cell voltage monitor terminal, the control unit supplies the oxidizing gas supply system. To increase the oxygen supply,
The power generation capacity detecting unit determines that the power generation capacity of the fuel cell is decreased due to the poor supply of hydrogen when the cell voltage does not increase from a negative voltage to a positive voltage. A fuel cell system.
By detecting that the cell voltage is a negative voltage regardless of the oxygen supply amount as described above, it is possible to easily detect that the decrease in the power generation capacity is due to the shortage of the hydrogen supply amount.

［適用例３］
適用例２記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池は、
複数の燃料電池セルを積層した構成を有し、前記複数の燃料電池セルのそれぞれにセル電圧モニター端子を備えており、
前記発電能力検知部は、少なくとも一つの前記燃料電池セルの前記セル電圧が負電圧となった際に、前記発電能力の低下を検知する
ことを特徴とする燃料電池システム。
上記構成によれば、複数の燃料電池セルが積層された燃料電池においても、容易に、発電能力の低下が水素の供給量不足によることを検知することが可能である。 [Application Example 3]
A fuel cell system according to Application Example 2,
The fuel cell
It has a configuration in which a plurality of fuel cells are stacked, and each of the plurality of fuel cells has a cell voltage monitor terminal,
The power generation capacity detector detects a decrease in the power generation capacity when the cell voltage of at least one of the fuel battery cells becomes a negative voltage.
According to the above configuration, even in a fuel cell in which a plurality of fuel cells are stacked, it is possible to easily detect that the decrease in power generation capacity is due to a shortage of hydrogen supply.

［適用例４］
適用例１ないし適用例３のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記発電能力検知部が水素の供給不良を検知した場合であって、かつ、前記燃料電池の温度が所定の温度以下である場合または水素の供給不良の継続時間が所定の時間以下である場合には、
前記制御部は、前記（ｉ）のうち、前記燃料電池の前記負荷装置への接続を一時遮断して、前記蓄電部から前記負荷装置へ電力を供給することを省略する
ことを特徴とする燃料電池システム。
燃料電池の温度が所定の温度以下である場合または水素の供給不良の継続時間が所定の時間以下である場合には、燃料電池による発電を停止しなくても、燃料電池へ供給する水素の流量および圧力を増加させた水素供給を行うことにより、燃料電池の発電能力を回復させることができる。 [Application Example 4]
The fuel cell system according to any one of Application Example 1 to Application Example 3,
When the power generation capacity detection unit detects a hydrogen supply failure and the temperature of the fuel cell is equal to or lower than a predetermined temperature or the duration of the hydrogen supply failure is equal to or lower than a predetermined time Is
The control unit omits supplying power from the power storage unit to the load device by temporarily interrupting the connection of the fuel cell to the load device in (i). Battery system.
When the temperature of the fuel cell is lower than the predetermined temperature or when the duration of the hydrogen supply failure is lower than the predetermined time, the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell without stopping the power generation by the fuel cell In addition, by supplying hydrogen with increased pressure, the power generation capability of the fuel cell can be recovered.

［適用例５］
燃料電池と蓄電部とを有する燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池から負荷装置へ電力を供給している際に、
（ｉ）前記燃料電池の発電能力の低下を検知した場合には、前記燃料電池へ供給する水素の流量および圧力を増加させてから、前記燃料電池の前記負荷装置への接続を一時遮断するとともに、前記蓄電部から前記負荷装置へ電力を供給し、
（ｉｉ）前記接続の一時遮断後に前記燃料電池の発電能力の回復を検知した場合には、前記燃料電池を前記負荷装置へ接続し、前記燃料電池から前記負荷装置への電力の供給を再開させる
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
上記燃料電池システムの制御方法によれば、燃料電池への水素の供給不良によって発生する燃料電池セルの発電能力の低下を検知した場合に、負荷装置への電力の供給を、燃料電池の負荷装置への接続を一時遮断して、蓄電部から負荷装置へ電力を供給することができる。これにより、燃料電池システムとしての電力供給能力の低下を抑制することができる。また、燃料電池へ供給する水素の流量および圧力を増加させてから、燃料電池の負荷装置への接続を一時遮断することにより、水素の供給不良によってアノード側触媒電極層において酸化されて不活性化してしまった触媒の活性化を回復させることができるので、水素の供給不良により低下した燃料電池の発電能力を回復させることができ、発電能力の回復した燃料電池から負荷装置への電力の供給を再開させることができる。 [Application Example 5]
A control method of a fuel cell system having a fuel cell and a power storage unit,
When supplying power from the fuel cell to the load device,
(I) When a decrease in power generation capacity of the fuel cell is detected, the flow rate and pressure of hydrogen supplied to the fuel cell are increased, and then the connection of the fuel cell to the load device is temporarily interrupted. , Supplying power from the power storage unit to the load device,
(Ii) When recovery of the power generation capacity of the fuel cell is detected after the connection is temporarily cut off, the fuel cell is connected to the load device, and the supply of power from the fuel cell to the load device is resumed. A control method for a fuel cell system.
According to the control method of the fuel cell system, when a decrease in the power generation capacity of the fuel cell generated due to a poor supply of hydrogen to the fuel cell is detected, the power supply to the load device is performed. It is possible to supply power from the power storage unit to the load device by temporarily disconnecting the connection. Thereby, the fall of the power supply capability as a fuel cell system can be suppressed. In addition, by increasing the flow rate and pressure of hydrogen supplied to the fuel cell and then temporarily disconnecting the fuel cell from the load device, the fuel cell is oxidized and inactivated due to the hydrogen supply failure due to the poor supply of hydrogen. Therefore, it is possible to recover the power generation capacity of the fuel cell, which has been reduced due to poor supply of hydrogen, and to supply power to the load device from the fuel cell whose power generation capacity has been recovered. It can be resumed.

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムや燃料電池システムの制御方法などの種々の形態で実現することが可能である。 Note that the present invention can be realized in various forms, for example, in various forms such as a fuel cell system and a control method of the fuel cell system.

第１実施例としての燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the fuel cell system as 1st Example. 燃料電池システムの発電制御について示すフローチャートである。It is a flowchart shown about the electric power generation control of a fuel cell system. 発電制御の状態を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the state of electric power generation control. 燃料電池システムの第２実施例としての発電制御について示すフローチャートである。It is a flowchart shown about the electric power generation control as 2nd Example of a fuel cell system.

Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池システムの構成例：
図１は、第１実施例としての燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。この燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、燃料ガス供給系２００と、酸化ガス供給系３００と、燃料電池冷却系４００と、負荷装置５００と、電源切換スイッチ６００と、バッテリー７００およびバッテリーコントローラ８００と、システムコントローラ９００と、を備えている。 A. First embodiment:
A1. Configuration example of fuel cell system:
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system as a first embodiment. The fuel cell system 10 includes a fuel cell 100, a fuel gas supply system 200, an oxidizing gas supply system 300, a fuel cell cooling system 400, a load device 500, a power supply switch 600, a battery 700, and a battery controller 800. And a system controller 900.

燃料電池１００は、電解質膜を挟んで設けられるアノード側触媒電極層に供給される燃料ガス（水素）と、カソード側触媒電極層に供給される酸化ガス（空気に含まれる酸素）との電気化学反応により電力を発生する。この燃料電池１００としては、固体高分子電解質膜等の種々の電解質膜を用いた燃料電池セルで構成される燃料電池が対象となる。なお、本例では、固体高分子電解質膜を用いた燃料電池を適用するものとする。また、触媒電極層は、触媒、例えば、白金（Ｐｔ）を担持したカーボン層で構成される。また、燃料電池１００は、複数の燃料電池セル１１０を積層したスタック構造を有するものとする。なお、燃料電池１００の各燃料電池セル１１０には、それぞれセル電圧モニター１２０が取り付けられている。各セル電圧モニター端子１２０は、それぞれの燃料電池セル１１０の電位を検出する。セル電圧モニター端子１２０は、通常、燃料電池セル１１０の隣接する燃料電池セルとの間に設けられるセパレータに取り付けられる（不図示）。各セル電圧モニター端子１２０の出力は、システムコントローラ９００に接続される。 The fuel cell 100 is an electrochemistry of a fuel gas (hydrogen) supplied to an anode side catalyst electrode layer provided with an electrolyte membrane interposed therebetween and an oxidizing gas (oxygen contained in air) supplied to a cathode side catalyst electrode layer. Electricity is generated by the reaction. The fuel cell 100 is a fuel cell composed of fuel cells using various electrolyte membranes such as a solid polymer electrolyte membrane. In this example, a fuel cell using a solid polymer electrolyte membrane is applied. The catalyst electrode layer is composed of a carbon layer carrying a catalyst, for example, platinum (Pt). The fuel cell 100 has a stack structure in which a plurality of fuel cells 110 are stacked. A cell voltage monitor 120 is attached to each fuel cell 110 of the fuel cell 100. Each cell voltage monitor terminal 120 detects the potential of each fuel cell 110. The cell voltage monitor terminal 120 is usually attached to a separator (not shown) provided between adjacent fuel cells of the fuel cell 110. The output of each cell voltage monitor terminal 120 is connected to the system controller 900.

燃料ガス供給系２００は、水素タンク２１０と、流量調整部２２０と、加湿調整部２３０、切換バルブ２４０と、循環コンプレッサ２５０と、を備える。この燃料ガス供給系２００は、燃料電池１００を構成する各燃料電池セル１１０のアノード側触媒電極層（以下、単に「燃料電池１００のアノード」とも略す）に、水素タンク２１０から、配管２６０ａ、流量調整部２２０、配管２６０ｂ、加湿調整部２３０、および、配管２６０ｃを介して、燃料ガスである水素を供給する。この際、流量調整部２２０は、システムコントローラ９００からの指示に従った流量および圧力で水素を燃料電池１００のアノードへ供給する。また、加湿調整部２３０は、燃料電池１００のアノードへ供給する水素の湿度が、システムコントローラ９００からの指示に従った状態となるように、加湿温度を調整する。なお、水素タンク２１０としては、例えば、高圧水素が貯蔵された水素タンクと圧力調整弁を用いて構成することができる。 The fuel gas supply system 200 includes a hydrogen tank 210, a flow rate adjustment unit 220, a humidification adjustment unit 230, a switching valve 240, and a circulation compressor 250. This fuel gas supply system 200 includes an anode side catalyst electrode layer (hereinafter also simply referred to as “the anode of the fuel cell 100”) of each fuel cell 110 constituting the fuel cell 100, a pipe 260a, a flow rate from the hydrogen tank 210. Hydrogen, which is a fuel gas, is supplied through the adjustment unit 220, the piping 260b, the humidification adjustment unit 230, and the piping 260c. At this time, the flow rate adjusting unit 220 supplies hydrogen to the anode of the fuel cell 100 at a flow rate and pressure according to instructions from the system controller 900. Further, the humidification adjusting unit 230 adjusts the humidification temperature so that the humidity of the hydrogen supplied to the anode of the fuel cell 100 is in a state in accordance with an instruction from the system controller 900. The hydrogen tank 210 can be configured using, for example, a hydrogen tank in which high-pressure hydrogen is stored and a pressure adjustment valve.

また、燃料ガス供給系２００は、切換バルブ２４０を開くことにより、燃料電池１００のアノードで使用されなかった水素を配管２６０ｄ、切換バルブ２４０、および、配管２６０ｅを介して、後述するカソードからの排出ガスとともに、後述する排気口３９０から排出する。 Further, the fuel gas supply system 200 opens the switching valve 240 to discharge hydrogen that has not been used at the anode of the fuel cell 100 from the cathode, which will be described later, through the pipe 260d, the switching valve 240, and the pipe 260e. The gas is discharged from an exhaust port 390 described later together with the gas.

さらにまた、燃料ガス供給系２００は、切換バルブ２４０を閉じることにより、燃料電池１００のアノードで使用されなかった水素を、配管２６０ｆ、循環コンプレッサ２５０、および、配管２６０ｇを介して配管２６０ｂに戻し、循環させて、再び燃料ガスとして利用する。循環コンプレッサ２５０は、システムコントローラ９００からの指示に従って、水素の循環量および圧力を調整する。 Furthermore, the fuel gas supply system 200 returns the hydrogen that has not been used at the anode of the fuel cell 100 to the pipe 260b via the pipe 260f, the circulation compressor 250, and the pipe 260g by closing the switching valve 240, It is circulated and used again as fuel gas. The circulation compressor 250 adjusts the hydrogen circulation amount and pressure in accordance with instructions from the system controller 900.

なお、配管２６０ｃには、水素圧力計２７０が接続されており、燃料電池１００のアノードに供給される水素の圧力Ｐａを計測することができる。水素圧力計２７０の出力は、システムコントローラ９００に接続されている。また、配管２６０ｄには、水素濃度計２８０が接続されており、燃料電池１００のアノードから排出されるガスの水素濃度Ｈｄを計測することができる。水素濃度計２８０の出力は、システムコントローラ９００に接続されている。 A hydrogen pressure gauge 270 is connected to the pipe 260c, and the pressure Pa of hydrogen supplied to the anode of the fuel cell 100 can be measured. The output of the hydrogen pressure gauge 270 is connected to the system controller 900. In addition, a hydrogen concentration meter 280 is connected to the pipe 260d, and the hydrogen concentration Hd of the gas discharged from the anode of the fuel cell 100 can be measured. The output of the hydrogen concentration meter 280 is connected to the system controller 900.

酸化ガス供給系３００は、吸気口３１０と、コンプレッサ３２０と、加湿調整部３３０と、空気調圧バルブ３４０と、排気口３９０とを備える。この酸化ガス供給系３００は、燃料電池１００を構成する各燃料電池セル１１０のカソード側触媒電極層（以下、「燃料電池１００のカソード」とも略す）に、吸気口３１０、配管３５０ａ、コンプレッサ３２０、配管３５０ｂ、加湿調整部３３０、および、配管３５０ｃを介して、酸化ガスである酸素を含む空気を供給する。この際、コンプレッサ３２０は、吸気口３１０から取り込む空気をシステムコントローラ９００からの指示に従った圧力で加湿調整部３３０へ向けて送り出す。また、加湿調整部２３０は、燃料電池１００のカソードへ供給する空気の湿度が、システムコントローラ９００からの指示に従った状態となるように、加湿温度を調整する。 The oxidizing gas supply system 300 includes an intake port 310, a compressor 320, a humidification adjustment unit 330, an air pressure adjustment valve 340, and an exhaust port 390. The oxidant gas supply system 300 includes an intake port 310, a pipe 350 a, a compressor 320, a cathode side catalyst electrode layer (hereinafter also referred to as “cathode of the fuel cell 100”) of each fuel cell 110 constituting the fuel cell 100. Air containing oxygen, which is an oxidizing gas, is supplied through the pipe 350b, the humidification adjusting unit 330, and the pipe 350c. At this time, the compressor 320 sends out the air taken in from the intake port 310 toward the humidification adjusting unit 330 at a pressure according to an instruction from the system controller 900. Further, the humidification adjusting unit 230 adjusts the humidification temperature so that the humidity of the air supplied to the cathode of the fuel cell 100 is in a state in accordance with an instruction from the system controller 900.

また、酸化ガス供給系３００は、燃料電池１００から排出された電気化学反応に使用された酸素分だけ濃度の薄くなった排気ガスを、配管３５０ｄ、空気調圧バルブ３４０、および、配管３５０ｅを介して排気口３９０から排出する。なお、空気調圧バルブ３４０は、システムコントローラ９００からの指示に従って、その開閉状態を調整することにより、コンプレッサ３２０から送り出されて燃料電池１００のカソード中を流れる空気の圧力および流量を調整する。また、配管３５０ｃには、空気圧力計３６０が接続されており、燃料電池１００のカソードへ供給される空気の圧力Ｐｃを計測することができる。空気圧力計３６０の出力は、システムコントローラ９００に接続されている。 Further, the oxidizing gas supply system 300 supplies the exhaust gas having a reduced concentration by the oxygen content used for the electrochemical reaction discharged from the fuel cell 100 through the pipe 350d, the air pressure regulating valve 340, and the pipe 350e. Then, the gas is discharged from the exhaust port 390. Air pressure adjustment valve 340 adjusts the open / close state according to an instruction from system controller 900, thereby adjusting the pressure and flow rate of air sent from compressor 320 and flowing in the cathode of fuel cell 100. An air pressure gauge 360 is connected to the pipe 350c, and the pressure Pc of air supplied to the cathode of the fuel cell 100 can be measured. The output of the air pressure gauge 360 is connected to the system controller 900.

燃料電池冷却系４００は、冷却装置４１０と、冷媒温度計４２０と、を備える。冷却装置４１０は、２つの配管４３０ａ，４３０ｂを介して燃料電池１００に接続されており、配管４３０ａを介して冷却媒体を供給し、配管４３０ｂを介して、冷却に供された後の冷却媒体を受け取ることにより、冷却媒体を循環させて、燃料電池１００の冷却を実行する。冷却媒体としては、水、空気等を用いることができる。冷媒温度計４２０は、燃料電池１００に流入する冷却前冷却媒体温度Ｔｂおよび燃料電池１００から流出する冷却後冷却媒体温度Ｔａを測ることができる。冷媒温度計４２０の出力は、システムコントローラ９００に接続されている。そして、システムコントローラ９００では、これら２つの温度Ｔａ，Ｔｂから燃料電池１００の内部温度を推定することができる。 The fuel cell cooling system 400 includes a cooling device 410 and a refrigerant thermometer 420. The cooling device 410 is connected to the fuel cell 100 through two pipes 430a and 430b, supplies a cooling medium through the pipe 430a, and supplies the cooling medium after being supplied to the cooling through the pipe 430b. By receiving, the cooling medium is circulated to cool the fuel cell 100. Water, air, or the like can be used as the cooling medium. The refrigerant thermometer 420 can measure the cooling medium temperature Tb before cooling flowing into the fuel cell 100 and the cooling medium temperature Ta flowing out of the fuel cell 100. The output of the refrigerant thermometer 420 is connected to the system controller 900. The system controller 900 can estimate the internal temperature of the fuel cell 100 from these two temperatures Ta and Tb.

燃料電池１００の両端のエンドプレート１３０と、燃料電池セル１１０との間には、負極側のターミナル１４０（−）と正極側のターミナル１４０（＋）が設けられている。負荷装置５００の負極側端子５１０（−）は、電源切換スイッチ６００を介して燃料電池１００の負極側のターミナル１４０（−）に接続されるとともに、正極側端子５１０（＋）は、燃料電池１００の正極側のターミナル１４０（＋）に接続されている。また、負荷装置５００の負極側端子５１０（−）は、バッテリー７００の負極側端子７１０（−）に接続され、正極側端子５１０（＋）は、バッテリーコントローラ８００を介してバッテリー７００の正極側端子７１０（＋）に接続されている。従って、電源切換スイッチ６００がオフ（開）の場合には、負荷装置５００には、バッテリー７００がバッテリーコントローラ８００を介して接続されることになる。この際には、バッテリーコントローラ８００は、システムコントローラ９００からの指示に従って、バッテリー７００に蓄えられている電力を負荷装置５００へ出力するように動作する。一方、電源切換スイッチ６００がオン（閉）の場合には、燃料電池１００が負荷装置５００に接続されることになる。この際には、バッテリーコントローラ８００は、システムコントローラ９００からの指示に従って、燃料電池１００から出力される電力をバッテリー７００に蓄積するように動作する。すなわち、バッテリー７００には蓄電池が用いられる。なお、この電源切換スイッチ６００が本発明の電気的スイッチに相当する。また、バッテリー７００が本発明の蓄電部に相当し、バッテリーコントローラ８００は本発明の制御部に含まれる。 Between the end plates 130 at both ends of the fuel cell 100 and the fuel cell 110, a negative electrode side terminal 140 (−) and a positive electrode side terminal 140 (+) are provided. The negative electrode side terminal 510 (−) of the load device 500 is connected to the negative electrode side terminal 140 (−) of the fuel cell 100 through the power supply changeover switch 600, and the positive electrode side terminal 510 (+) is connected to the fuel cell 100. Is connected to the terminal 140 (+) on the positive electrode side. The negative terminal 510 (−) of the load device 500 is connected to the negative terminal 710 (−) of the battery 700, and the positive terminal 510 (+) is connected to the positive terminal of the battery 700 via the battery controller 800. 710 (+). Therefore, when the power supply changeover switch 600 is off (open), the battery 700 is connected to the load device 500 via the battery controller 800. At this time, the battery controller 800 operates to output the electric power stored in the battery 700 to the load device 500 in accordance with an instruction from the system controller 900. On the other hand, when the power switch 600 is on (closed), the fuel cell 100 is connected to the load device 500. At this time, the battery controller 800 operates to store the power output from the fuel cell 100 in the battery 700 in accordance with an instruction from the system controller 900. That is, a storage battery is used for the battery 700. The power supply selector switch 600 corresponds to the electrical switch of the present invention. The battery 700 corresponds to the power storage unit of the present invention, and the battery controller 800 is included in the control unit of the present invention.

システムコントローラ９００は、ＣＰＵや、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏインタフェース等を有する１以上のマイクロコンピュータで構成されている。そして、上記したように、燃料電池システム１０の各構成要素から受け取る情報に基づいて、各構成要素の動作を制御することにより、システム全体の動作を制御する。 The system controller 900 is composed of one or more microcomputers having a CPU, RAM, ROM, I / O interface, and the like. And as above-mentioned, based on the information received from each component of the fuel cell system 10, the operation | movement of the whole system is controlled by controlling the operation | movement of each component.

上記構成の燃料電池システム１０は、以下で説明するように、燃料電池の発電動作中に、燃料ガスである水素に供給不良が生じて燃料電池の発電能力が低下した場合においても、燃料電池システム全体としての電力供給能力の低下を抑制するとともに、燃料電池の発電能力を回復させて燃料電池からの電力の供給を再開するように制御される。 As described below, the fuel cell system 10 having the above-described configuration can be used even in the case where a power supply operation of the fuel cell causes a poor supply of hydrogen as a fuel gas and the power generation capability of the fuel cell decreases. Control is performed so as to suppress a decrease in the overall power supply capability and to restore the power generation capability of the fuel cell to resume the supply of power from the fuel cell.

Ａ２．燃料電池システムの発電制御：
図２は、燃料電池システム１０の発電制御について示すフローチャートである。また、図３は、発電制御の状態を示すタイムチャートである。 A2. Fuel cell system power generation control:
FIG. 2 is a flowchart showing power generation control of the fuel cell system 10. FIG. 3 is a time chart showing the state of power generation control.

まず、燃料電池システム１０が起動されると、システムコントローラ９００は、種々のイニシャライズ処理の後、要求される負荷装置５００の負荷量に応じた燃料電池１００の発電制御を開始する（ステップＳ１１０）。そして、各燃料電池セル１１０のセル電圧Ｖｃｅｌのうち負電圧（Ｖｃｅｌ＜０）となっているセル電圧があるか否か、セル電圧モニター端子１２０から受け取った各燃料電池セル１１０の電位に基づいて判断する（ステップＳ１２０）。いずれのセル電圧Ｖｃｅｌも負電圧でない場合には、燃料電池１００の発電制御を継続するか否か判断し（ステップＳ２００）、継続する場合には、ステップＳ１２０に戻ってセル電圧Ｖｃｅｌの監視を繰り返す。一方、発電制御を継続しない場合には、この発電制御処理を終了する。 First, when the fuel cell system 10 is activated, the system controller 900 starts power generation control of the fuel cell 100 according to the required load amount of the load device 500 after various initialization processes (step S110). Then, based on whether or not there is a cell voltage that is a negative voltage (Vcel <0) among the cell voltages Vcel of each fuel cell 110, based on the potential of each fuel cell 110 received from the cell voltage monitor terminal 120. Judgment is made (step S120). If none of the cell voltages Vcel is a negative voltage, it is determined whether or not to continue the power generation control of the fuel cell 100 (step S200). If so, the process returns to step S120 and the monitoring of the cell voltage Vcel is repeated. . On the other hand, when the power generation control is not continued, this power generation control process is terminated.

ステップＳ１２０の判断において、各燃料電池セル１１０のセル電圧Ｖｃｅｌのうちいずれかが負電圧（Ｖｃｅｌ＜０）となった場合には、酸化ガス供給系３００のコンプレッサ３２０、空気調圧バルブ３４０等の動作を制御して、燃料電池１００に供給する空気（Ａｉｒ）の流量を増加させるように制御する（ステップＳ１３０）。そして、負電圧であったセル電圧が正電圧に上昇するか否か判断する（ステップＳ１４０）。セル電圧が正電圧に上昇した場合には、水素の供給不良ではないので、そのまま、燃料電池１００の発電制御を継続するか否か判断し（ステップＳ２００）、継続する場合には、ステップＳ１２０に戻ってセル電圧Ｖｃｅｌの監視を繰り返す。一方、発電制御を継続しない場合には、この発電制御処理を終了する。 If any of the cell voltages Vcel of the fuel cells 110 becomes negative (Vcel <0) in the determination of step S120, the compressor 320 of the oxidizing gas supply system 300, the air pressure regulating valve 340, etc. The operation is controlled so that the flow rate of air (Air) supplied to the fuel cell 100 is increased (step S130). And it is judged whether the cell voltage which was a negative voltage rises to a positive voltage (step S140). If the cell voltage rises to a positive voltage, it is not a hydrogen supply failure. Therefore, it is determined whether or not to continue the power generation control of the fuel cell 100 (step S200). It returns and repeats monitoring of the cell voltage Vcel. On the other hand, when the power generation control is not continued, this power generation control process is terminated.

ステップＳ１４０の判断において、負電圧の上昇が無いと判断された場合には、水素の供給不良（Ｈ_２欠）と判定し、酸化ガス供給系３００の動作を制御して、増加していた空気の流量制御を解除し、もとの制御に戻す（ステップＳ１５０）。なお、図３のタイミングＴ１以降の状態が水素の供給不良の状態を示している。この場合、アノード側触媒電極層の水素基準電位（以下、単に「アノード（Ａｎ）電位［Ｖｖｓ．ＲＨＥ］」と呼ぶ）は、通常、ほぼ０［Ｖｖｓ．ＲＨＥ］であるのに対して、図３に示すように、高電位になる。 If it is determined in step S140 that there is no increase in the negative voltage, it is determined that hydrogen supply is defective (H ₂ deficient), and the operation of the oxidizing gas supply system 300 is controlled to increase the increased air. The flow control is canceled and the original control is restored (step S150). In addition, the state after timing T1 in FIG. 3 indicates a state of hydrogen supply failure. In this case, the hydrogen reference potential of the anode-side catalyst electrode layer (hereinafter simply referred to as “anode (An) potential [Vvs.RHE]”) is usually approximately 0 [Vvs. RHE], the potential becomes high as shown in FIG.

上記のように、水素供給不良が発生した場合には、次に、燃料ガス供給系２００の流量調整部２２０や、循環コンプレッサ２５０、切換バルブ２４０の動作を制御して、燃料電池１００に供給する水素の圧力および流量を増加させて、水素の供給不良となっている燃料電池セルに水素を再供給させるように、水素供給復帰制御を実行する(ステップＳ１６０)。これにより、図３のタイミングＴ２以降に示すように、Ａｎ電位は若干低くなるが、通常状態であるほぼ０［Ｖｖｓ．ＲＨＥ］までは低くならず、燃料電池１００の内部抵抗（ＩＲ抵抗）も低くならないため、セル電圧も正電圧に戻らない。これは、従来例でも説明したように、アノード側触媒電極層のカーボンや触媒の酸化が発生し、触媒が不活性化されてしまうことに起因する。 As described above, when a hydrogen supply failure occurs, the operation of the flow rate adjusting unit 220 of the fuel gas supply system 200, the circulation compressor 250, and the switching valve 240 is controlled and supplied to the fuel cell 100. Hydrogen supply return control is executed so that the hydrogen pressure and flow rate are increased and hydrogen is re-supplied to the fuel cell in which hydrogen supply is poor (step S160). As a result, as shown after timing T2 in FIG. 3, the An potential is slightly lowered, but is almost 0 [Vvs. RHE] does not decrease, and the internal resistance (IR resistance) of the fuel cell 100 does not decrease, so the cell voltage does not return to a positive voltage. This is because, as described in the conventional example, the oxidation of carbon and catalyst in the anode side catalyst electrode layer occurs, and the catalyst is deactivated.

そこで、次に、図３のタイミングＴ３に示すように、電源切換スイッチ６００を制御して、負荷装置５００の接続を燃料電池１００からバッテリー７００に切り換える。すなわち、燃料電池１００の負荷装置５００への接続を一時的に遮断するとともに、バッテリーコントローラ８００を制御してバッテリー７００から負荷装置５００に電力を供給する（ステップＳ１７０）。そして、負電圧であったセル電圧Ｖｃｅｌが正電圧（Ｖｃｅｌ＞０）に戻ったか否か判断する（ステップＳ１８０）。図３のタイミングＴ３〜Ｔ４に示すように、セル電圧Ｖｃｅｌが負電圧のままである場合には、正電圧となるまで、ステップＳ１６０およびステップＳ１７０の動作を繰り返す。このとき、負荷装置５００から切り離された燃料電池１００は非発電状態であり、アノード側触媒電極層は再供給された潤沢な水素に曝されることになる。この結果、不活性化していた触媒が活性化状態にもどり、Ａｎ電位がほぼ０［Ｖｖｓ．ＲＨＥ］に戻って、セル電圧Ｖｃｅｌも正電圧に上昇することになる。 Therefore, next, as shown at timing T3 in FIG. 3, the power supply selector switch 600 is controlled to switch the connection of the load device 500 from the fuel cell 100 to the battery 700. That is, the fuel cell 100 is temporarily disconnected from the load device 500, and the battery controller 800 is controlled to supply power from the battery 700 to the load device 500 (step S170). Then, it is determined whether or not the cell voltage Vcel, which was a negative voltage, has returned to the positive voltage (Vcel> 0) (step S180). As shown at timings T3 to T4 in FIG. 3, when the cell voltage Vcel remains a negative voltage, the operations of step S160 and step S170 are repeated until the cell voltage Vcel becomes a positive voltage. At this time, the fuel cell 100 disconnected from the load device 500 is in a non-power generation state, and the anode side catalyst electrode layer is exposed to the abundantly supplied hydrogen. As a result, the deactivated catalyst returns to the activated state, and the An potential is almost 0 [Vvs. Returning to RHE], the cell voltage Vcel also rises to a positive voltage.

そして、図３のタイミングＴ４に示すように、セル電圧Ｖｃｅｌが正電圧となった場合には、水素の供給不良（Ｈ_２欠）が解消したと判定して、電源切換スイッチ６００を制御して負荷装置５００の接続を燃料電池１００に戻し、すなわち、燃料電池１００の負荷装置５００への接続の遮断を解除して、燃料電池１００からの電力の供給を再開する（ステップＳ１９０）。そして、燃料電池１００の発電制御を継続するか否か判断し（ステップＳ２００）、継続する場合には、ステップＳ１２０に戻ってセル電圧Ｖｃｅｌの監視を繰り返す。一方、発電制御を継続しない場合には、この発電制御処理を終了する。 Then, as shown at timing T4 in FIG. 3, when the cell voltage Vcel becomes a positive voltage, it is determined that the hydrogen supply failure (H ₂ deficiency) has been resolved, and the power supply changeover switch 600 is controlled. The connection of the load device 500 is returned to the fuel cell 100, that is, the connection of the fuel cell 100 to the load device 500 is released, and the supply of power from the fuel cell 100 is resumed (step S190). Then, it is determined whether or not to continue the power generation control of the fuel cell 100 (step S200). If so, the process returns to step S120 and the monitoring of the cell voltage Vcel is repeated. On the other hand, when the power generation control is not continued, this power generation control process is terminated.

以上説明した燃料電池システム１０の制御では、水素の供給不良（Ｈ_２欠）を検知した場合には、水素の供給不良となっている燃料電池セルに水素を再供給させるように、水素供給復帰制御を実行し、燃料電池１００の負荷装置５００への接続を一時遮断して燃料電池１００の発電を停止するとともに、負荷装置５００にはバッテリー７００から電力を供給することができる。これにより、燃料電池１００の発電能力が低下しても、バッテリー７００から負荷装置に電力を供給することができるので、燃料電池システム１０からの負荷装置５００への電力供給を停止させてしまうことを防止することができる。 In the control of the fuel cell system 10 described above, when a hydrogen supply failure (H ₂ deficiency) is detected, the hydrogen supply return is performed so that hydrogen is supplied again to the fuel cell in which the hydrogen supply is poor. The control is executed, the fuel cell 100 is temporarily disconnected from the load device 500 to stop the power generation of the fuel cell 100, and the load device 500 can be supplied with electric power from the battery 700. As a result, even if the power generation capacity of the fuel cell 100 is reduced, power can be supplied from the battery 700 to the load device, so that the power supply from the fuel cell system 10 to the load device 500 is stopped. Can be prevented.

そして、水素の供給不良となっていた燃料電池セルのセル電圧Ｖｃｅｌが正電圧（Ｖｃｅｌ＞０）となるのを待って、再び、燃料電池１００を負荷装置５００に接続して、燃料電池１００の発電を再開することにより、燃料電池１００から負荷装置５００への電力供給を再開することができる。このように、燃料電池１００から負荷装置５００を一旦切り離して、燃料電池１００の発電を一時停止することにより、アノード側触媒電極層を構成するカーボンに担持された触媒を、不活性化態から活性化状態に復活させることができる。また、カーボンの酸化による影響が小さくなる電位までＡｎ電位を下げることができ、アノード側触媒電極層のカーボン酸化を抑制できるので、アノード側触媒電極層の劣化を抑制することができる。これにより、バッテリー７００により負荷装置に電力を供給している間に、燃料電池１００の発電能力を回復させることが可能である。 Then, after waiting for the cell voltage Vcel of the fuel cell that has been poorly supplied with hydrogen to become a positive voltage (Vcel> 0), the fuel cell 100 is connected to the load device 500 again, and the fuel cell 100 By restarting the power generation, the power supply from the fuel cell 100 to the load device 500 can be restarted. In this way, by temporarily disconnecting the load device 500 from the fuel cell 100 and temporarily stopping the power generation of the fuel cell 100, the catalyst supported on the carbon constituting the anode side catalyst electrode layer is activated from the inactivated state. It can be revived to the state. Further, the An potential can be lowered to a potential at which the influence of carbon oxidation is reduced, and carbon oxidation of the anode side catalyst electrode layer can be suppressed, so that deterioration of the anode side catalyst electrode layer can be suppressed. As a result, the power generation capability of the fuel cell 100 can be recovered while the battery 700 is supplying power to the load device.

また、水素の供給不良となった場合に、まず、水素の供給不良を解消させてから、燃料電池１００の負荷装置５００への接続の一時遮断を行なって、燃料電池１００の発電を停止させているので、発電停止時に、従来発生していたカソード側触媒電極層のカーボン酸化によって発生する異常電位を回避することもでき、カソード側触媒電極層の劣化を抑制することもできる。 Also, in the event of a hydrogen supply failure, first the hydrogen supply failure is eliminated, and then the fuel cell 100 is temporarily disconnected from the load device 500 to stop the power generation of the fuel cell 100. Therefore, it is possible to avoid an abnormal potential generated by carbon oxidation of the cathode side catalyst electrode layer, which has occurred in the past when power generation is stopped, and to suppress deterioration of the cathode side catalyst electrode layer.

Ｂ．第２実施例：
図４は、燃料電池システムの第２実施例としての発電制御について示すフローチャートである。なお、第２実施例の燃料電池システムの構成は、第１実施例の燃料電池システム１０のシステムコントローラ９００で実施される発電制御フローの一部が以下で説明するように異なる点を除いて全く同じであるので、その図示および説明を省略する。 B. Second embodiment:
FIG. 4 is a flowchart showing power generation control as a second embodiment of the fuel cell system. The configuration of the fuel cell system of the second embodiment is completely the same except that a part of the power generation control flow executed by the system controller 900 of the fuel cell system 10 of the first embodiment is different as described below. Since they are the same, their illustration and description are omitted.

第２実施例としての発電制御は、図２に示した第１実施例の発電制御において、ステップＳ１５０とステップＳ１６０との間に、燃料電池１００が低温または水素供給不良の継続時間が短時間であるか否か判断するステップＳ１５２が設けられている点、さらに、燃料電池１００が低温または水素供給不良の継続時間が短時間である場合には、ステップＳ１６０〜ステップＳ１９０ではなく、ステップＳ１６０およびステップＳ１８０と同じ処理のステップＳ１５４およびステップＳ１５６が実行される点が異なっている。なお、燃料電池１００が低温でない場合や水素供給不良の継続時間が短時間でない場合には、図２に示した第１実施例のステップＳ１６０からステップＳ１９０が実行される。 In the power generation control as the second embodiment, in the power generation control of the first embodiment shown in FIG. 2, the duration of the low temperature or hydrogen supply failure of the fuel cell 100 is short between Step S150 and Step S160. Step S152 for determining whether or not there is provided, and if the duration of the low temperature or the poor hydrogen supply is short for the fuel cell 100, not Steps S160 to S190 but Steps S160 and Steps. The difference is that step S154 and step S156 of the same processing as S180 are executed. If the fuel cell 100 is not at a low temperature or if the duration of the hydrogen supply failure is not short, steps S160 to S190 in the first embodiment shown in FIG. 2 are executed.

ステップＳ１５０で、水素の供給不良（Ｈ_２欠）と判定し、酸化ガス供給系３００の動作を制御して、増加していた空気の流量制御を解除し、もとの制御に戻した後、ステップＳ１５２では、燃料電池１００が低温または水素供給不良の発生時間が短時間であるか否か判断する。なお、低温の範囲や、短時間の範囲は、あらかじめ各燃料電池で実験的に調べて設定される。また、燃料電池１００の温度は、システムコントローラ９００において、冷媒温度計４２０で計測される冷媒温度Ｔａ，Ｔｂに基づいて推定される。水素の供給不良の継続時間は、システムコントローラ９００において、セル電圧Ｖｃｅｌが負電圧となっている時間を計測することにより求められる。 In step S150, it is determined that there is a hydrogen supply failure (H ₂ deficiency), the operation of the oxidizing gas supply system 300 is controlled, the increased air flow rate control is canceled, and the original control is restored. In step S152, it is determined whether or not the fuel cell 100 has a low temperature or occurrence time of hydrogen supply failure in a short time. Note that the low temperature range and the short time range are set by experimentally examining each fuel cell in advance. Further, the temperature of the fuel cell 100 is estimated based on the refrigerant temperatures Ta and Tb measured by the refrigerant thermometer 420 in the system controller 900. The duration of hydrogen supply failure is obtained by measuring the time during which the cell voltage Vcel is negative in the system controller 900.

燃料電池１００が低温または水素供給不良の継続時間が短時間である場合には、ステップＳ１６０（図１）と同様に、燃料ガス供給系２００の流量調整部２２０や、循環コンプレッサ２５０、切換バルブ２４０の動作を制御して、燃料電池１００に供給する水素の圧力および流量を増加させて、水素の供給不良となっている燃料電池セルに水素を再供給させるように、水素供給復帰制御を実行する（ステップＳ１５４）。そして、ステップＳ１８０（図１）と同様に、負電圧であったセル電圧Ｖｃｅｌが正電圧（Ｖｃｅｌ＞０）となったか否か判断する（ステップＳ１５６）。このとき、セル電圧Ｖｃｅｌが負電圧である場合には、正電圧となるまで、ステップＳ１５４の動作を繰り返す。セル電圧Ｖｃｅｌが正電圧となった場合には、さらに、燃料電池１００の発電制御を継続するか否か判断し（ステップＳ２００）、継続する場合には、ステップＳ１２０に戻ってセル電圧Ｖｃｅｌの監視を繰り返す。一方、発電制御を継続しない場合には、この発電制御処理を終了する。 When the duration of the low temperature or poor hydrogen supply is short for the fuel cell 100, the flow rate adjusting unit 220 of the fuel gas supply system 200, the circulation compressor 250, and the switching valve 240 are the same as in step S160 (FIG. 1). The hydrogen supply return control is executed so as to increase the pressure and flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell 100 and to re-supply hydrogen to the fuel cell in which hydrogen supply is defective. (Step S154). Then, similarly to step S180 (FIG. 1), it is determined whether or not the cell voltage Vcel, which was a negative voltage, has become a positive voltage (Vcel> 0) (step S156). At this time, if the cell voltage Vcel is a negative voltage, the operation of step S154 is repeated until the cell voltage Vcel becomes a positive voltage. If the cell voltage Vcel becomes a positive voltage, it is further determined whether or not to continue the power generation control of the fuel cell 100 (step S200). If so, the process returns to step S120 to monitor the cell voltage Vcel. repeat. On the other hand, when the power generation control is not continued, this power generation control process is terminated.

本実施例の制御のように、燃料電池１００が低温または水素供給不良の継続時間が短時間である場合に、燃料電池１００の発電停止および負荷装置５００のバッテリー７００への接続が省略される理由は以下の通りである。すなわち、燃料電池１００が低温、例えば、氷点下の場合には、触媒の酸化反応速度が非常に遅いため、仮に水素供給不良となっても、水素の供給不良となっている燃料電池セルに水素を再供給させるように、水素供給復帰制御を実行するだけで、Ａｎ電位は０［Ｖｖｓ．ＲＨＥ］まで低下し、セル電圧も正電圧に復帰することが可能であるからである。同様に、水素供給不足の継続時間が短時間の場合には、触媒酸化形成量が少ないため、水素の供給不良となっている燃料電池セルに水素を再供給させるように、水素供給復帰制御を実行するだけで、Ａｎ電位は０［Ｖｖｓ．ＲＨＥ］まで低下し、セル電圧も正電圧に復帰することが可能であるからである。 The reason why the power generation stop of the fuel cell 100 and the connection to the battery 700 of the load device 500 are omitted when the fuel cell 100 has a low temperature or the duration of the hydrogen supply failure is short as in the control of this embodiment. Is as follows. That is, when the fuel cell 100 is at a low temperature, for example, below freezing point, the oxidation reaction rate of the catalyst is very slow. Therefore, even if hydrogen supply is poor, hydrogen is supplied to the fuel cell in which hydrogen supply is poor. Just by executing the hydrogen supply return control so as to re-supply, the An potential is 0 [Vvs. This is because the cell voltage can be returned to the positive voltage. Similarly, when the duration of the shortage of hydrogen supply is short, the amount of catalytic oxidation formation is small, so the hydrogen supply return control is performed so that hydrogen is resupplied to the fuel cell in which hydrogen supply is poor. The An potential is 0 [Vvs. This is because the cell voltage can be returned to the positive voltage.

本実施例においても、低温で無い場合や水素供給不良の継続時間が短時間でない場合には、第１実施例と同様に、水素の供給不良（Ｈ_２欠）を検知した場合には、水素の供給不良となっている燃料電池セルに水素を再供給させるように、水素供給復帰制御を実行し、燃料電池１００の負荷装置５００への接続を一時遮断して燃料電池１００の発電を停止するとともに、負荷装置５００にはバッテリー７００から電力を供給することができる。これにより、燃料電池１００の発電能力が低下しても、バッテリー７００から負荷装置に電力を供給することができるので、燃料電池システム１０からの負荷装置５００への電力供給を停止させてしまうことを防止することができる。 Also in this embodiment, when the temperature is not low or the duration of the hydrogen supply failure is not short, the hydrogen supply failure (H ₂ deficiency) is detected as in the first embodiment. The hydrogen supply return control is executed so that hydrogen is resupplied to the fuel cell in which the supply of the fuel cell is poor, the connection of the fuel cell 100 to the load device 500 is temporarily interrupted, and the power generation of the fuel cell 100 is stopped. At the same time, the load device 500 can be supplied with power from the battery 700. As a result, even if the power generation capacity of the fuel cell 100 is reduced, power can be supplied from the battery 700 to the load device, so that the power supply from the fuel cell system 10 to the load device 500 is stopped. Can be prevented.

なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。 In addition, elements other than the elements claimed in the independent claims among the constituent elements in each of the above embodiments are additional elements and can be omitted as appropriate. The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention.

上記実施例においては、燃料電池１００の発電能力が回復した場合には、負荷装置への電力の供給をバッテリー７００から燃料電池１００へ切り換えることを例に説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、一定時間、燃料電池１００とバッテリー７００の両方から負荷装置５００に電力が供給されるようにしてもよい。 In the above embodiment, the case where the power supply to the load device is switched from the battery 700 to the fuel cell 100 when the power generation capability of the fuel cell 100 is recovered is described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, power may be supplied to the load device 500 from both the fuel cell 100 and the battery 700 for a certain period of time.

上記実施例では、燃料電池１００の初遺伝能力が低下した場合に、電力を供給するバッテリー７００として充電が可能な蓄電池（２次電池）を例に説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、大容量のキャバシタを用いてもよい。すなわち、電力の充電および供給が可能な蓄電部であればよい。 In the above embodiment, a storage battery (secondary battery) that can be charged as the battery 700 that supplies power when the initial genetic ability of the fuel cell 100 is reduced is described as an example. However, the present invention is not limited to this. Instead, for example, a large capacity capacitor may be used. That is, any power storage unit that can charge and supply electric power may be used.

１０…燃料電池システム
１００…燃料電池
１１０…燃料電池セル
１２０…セル電圧モニター端子
１３０…エンドプレート
１４０（＋）…正極側のターミナル
１４０（−）…負極側のターミナル
２００…燃料ガス供給系
２１０…水素タンク
２２０…流量調整部
２３０…加湿調整部
２４０…切換バルブ
２５０…循環コンプレッサ
２６０ａ〜２６０ｇ…配管
２７０…水素圧力計
２８０…水素濃度計
３００…酸化ガス供給系
３１０…吸気口
３２０…コンプレッサ
３３０…加湿調整部
３４０…空気調圧バルブ
３５０ａ〜３５０ｅ…配管
３６０…空気圧力計
３９０…排気口
４００…燃料電池冷却系
４１０…冷却装置
４２０…冷媒温度計
４３０ａ，４３０ｂ…配管
５００…負荷装置
５１０（＋）…正極側端子
５１０（−）…負極側端子
６００…電源切換スイッチ
７００…バッテリー
７１０（＋）…正極側端子
７１０（−）…負極側端子
８００…バッテリーコントローラ
９００…システムコントローラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system 100 ... Fuel cell 110 ... Fuel cell 120 ... Cell voltage monitor terminal 130 ... End plate 140 (+) ... Positive electrode side terminal 140 (-) ... Negative electrode side terminal 200 ... Fuel gas supply system 210 ... Hydrogen tank 220 ... Flow rate adjusting unit 230 ... Humidification adjusting unit 240 ... Switching valve 250 ... Circulating compressor 260a-260g ... Pipe 270 ... Hydrogen pressure gauge 280 ... Hydrogen concentration meter 300 ... Oxidizing gas supply system 310 ... Intake port 320 ... Compressor 330 ... Humidification adjustment part 340 ... Air pressure regulating valve 350a-350e ... Piping 360 ... Air pressure gauge 390 ... Exhaust port 400 ... Fuel cell cooling system 410 ... Cooling device 420 ... Refrigerant thermometer 430a, 430b ... Piping 500 ... Load device 510 (+ ) ... Positive terminal 510 (-) ... Negative terminal 600 ... Power supply switch 700 ... Battery 710 (+) ... Positive side terminal 710 (-) ... Negative side terminal 800 ... Battery controller 900 ... System controller

Claims

A fuel cell system for supplying power to a load device,
A fuel cell comprising a fuel cell comprising an electrolyte membrane sandwiched between an anode side catalyst electrode layer and a cathode side catalyst electrode layer;
A fuel gas supply system for supplying hydrogen as a fuel gas to the fuel cell;
An oxidizing gas supply system for supplying oxygen as an oxidizing gas to the fuel cell;
An electrical switch for electrical connection and disconnection of the fuel cell to the load device;
A power storage unit capable of charging power;
The fuel gas supply system, the oxidizing gas supply system, the electrical switch, and a control unit that controls the power storage unit,
The controller is
A power generation capacity detection unit that detects a decrease in power generation capacity of the fuel cell caused by a poor supply of hydrogen to the anode side catalyst electrode layer;
When supplying power from the fuel cell to the load device,
(I) When the power generation capacity detection unit detects a decrease in power generation capacity, the flow rate and pressure of hydrogen supplied to the fuel cell are increased, and then the connection of the fuel cell to the load device is temporarily interrupted And supplying power from the power storage unit to the load device,
(Ii) When recovery of the power generation capacity of the fuel cell is detected by the power generation capacity detection unit after the connection is temporarily interrupted, the fuel cell is connected to the load device, and the fuel cell is connected to the load device. A fuel cell system characterized by restarting power supply.

The fuel cell system according to claim 1, wherein
The fuel cell includes a cell voltage monitor terminal,
When the cell voltage generated between the anode side and the cathode side of the fuel cell becomes a negative voltage based on the potential generated at the cell voltage monitor terminal, the control unit supplies the oxidizing gas supply system. To increase the oxygen supply,
The power generation capacity detecting unit determines that the power generation capacity of the fuel cell is decreased due to the poor supply of hydrogen when the cell voltage does not increase from a negative voltage to a positive voltage. A fuel cell system.

The fuel cell system according to claim 2, wherein
The fuel cell
It has a configuration in which a plurality of fuel cells are stacked, and each of the plurality of fuel cells has a cell voltage monitor terminal,
The power generation capacity detector detects a decrease in the power generation capacity when the cell voltage of at least one of the fuel battery cells becomes a negative voltage.

A fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein
When the power generation capacity detection unit detects a hydrogen supply failure and the temperature of the fuel cell is equal to or lower than a predetermined temperature or the duration of the hydrogen supply failure is equal to or lower than a predetermined time Is
The control unit omits supplying power from the power storage unit to the load device by temporarily interrupting the connection of the fuel cell to the load device in (i). Battery system.

A control method of a fuel cell system having a fuel cell and a power storage unit,
When supplying power from the fuel cell to the load device,
(I) When a decrease in power generation capacity of the fuel cell is detected, the flow rate and pressure of hydrogen supplied to the fuel cell are increased, and then the connection of the fuel cell to the load device is temporarily interrupted. , Supplying power from the power storage unit to the load device,
(Ii) When recovery of the power generation capacity of the fuel cell is detected after the connection is temporarily cut off, the fuel cell is connected to the load device, and the supply of power from the fuel cell to the load device is resumed. A control method for a fuel cell system.