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JP5276329B2 - FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING FUEL CELL SYSTEM - Google Patents

FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING FUEL CELL SYSTEM Download PDF

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JP5276329B2 JP2008001769A JP2008001769A JP5276329B2 JP 5276329 B2 JP5276329 B2 JP 5276329B2 JP 2008001769 A JP2008001769 A JP 2008001769A JP 2008001769 A JP2008001769 A JP 2008001769A JP 5276329 B2 JP5276329 B2 JP 5276329B2
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Description

本発明は、発電停止後に燃料電池を掃気する制御を行う燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system that performs control for scavenging a fuel cell after power generation is stopped, and a method for operating the fuel cell system.

燃料電池システムでは、燃料電池システムを寒冷地や冬季などの低温環境下で使用すると、発電停止後に発電時の生成水が凍結するという問題がある。そこで、この種の燃料電池システムでは、発電停止後に燃料電池内に掃気ガスを導入して燃料電池内の生成水を排出する掃気制御を行う必要がある。例えば、燃料電池内に残留している水分をできるだけ多く排出するために、燃料電池の温度が所定温度閾値以下まで低下したときに掃気を行う技術が提案されている(特許文献1参照)。
特開2007−35389号公報(段落0051)
In the fuel cell system, when the fuel cell system is used in a low temperature environment such as a cold region or winter, there is a problem that water generated during power generation freezes after power generation is stopped. Therefore, in this type of fuel cell system, it is necessary to perform scavenging control in which scavenging gas is introduced into the fuel cell and generation water in the fuel cell is discharged after power generation is stopped. For example, in order to discharge as much water remaining in the fuel cell as possible, a technique has been proposed in which scavenging is performed when the temperature of the fuel cell falls below a predetermined temperature threshold (see Patent Document 1).
JP 2007-35389 (paragraph 0051)

しかしながら、燃料電池や燃料電池周辺の補機は、システム停止中においてウォータポンプが停止しているため、その設置環境や熱マスなどの影響により、温度にバラツキが生じる。このようなバラツキのあるシステムでは、温度センサが温度の比較的低い箇所に設置されると、温度センサの検出値が掃気実行閾値以下になった場合、掃気実行閾値以下になっていない箇所があるにもかかわらず掃気が実行されることになる。すなわち、燃料電池の膜(MEA;膜電極接合体)は温度が高いほど生成水の含水率が高くなるので、そのような状態で掃気しても液滴として排出される量が少ないという問題がある。また、温度が高い状態で掃気された部分は、掃気後の発電停止中に温度が低下することにより再び結露が発生するという問題がある。   However, since the water pump of the fuel cell and the auxiliary equipment around the fuel cell is stopped while the system is stopped, the temperature varies due to the influence of the installation environment, thermal mass, and the like. In such a variation system, when the temperature sensor is installed at a relatively low temperature, if the detected value of the temperature sensor is less than or equal to the scavenging execution threshold, there is a portion that is not less than or equal to the scavenging execution threshold. Nevertheless, scavenging is performed. That is, the higher the temperature of the fuel cell membrane (MEA; membrane electrode assembly), the higher the water content of the generated water. is there. In addition, there is a problem that the portion that has been scavenged in a state where the temperature is high causes dew condensation again due to a decrease in temperature while power generation is stopped after scavenging.

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、効率的に掃気を行うことができる燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a fuel cell system capable of performing scavenging efficiently and a method for operating the fuel cell system.

請求項1に係る発明は、反応ガスが供給されて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池の内部を流通する冷媒を循環させる冷媒循環手段と、前記燃料電池の温度を検出する燃料電池温度検出手段と、前記燃料電池の内部に掃気ガスを導入して掃気制御を行う掃気手段と、前記燃料電池の発電停止中に、前記燃料電池の温度が氷点下になると予想される第1所定閾値以下となったときに掃気実行判定を行う掃気実行判定手段と、を有する燃料電池システムにおいて、前記燃料電池温度検出手段を複数有し、いずれかの前記燃料電池温度検出手段により検出された前記燃料電池の温度が前記第1所定閾値以下になった際に前記冷媒循環手段を所定時間駆動させ、その後の駆動完了状態においてもいずれかの前記燃料電池温度検出手段により検出された前記燃料電池の温度が前記第1所定閾値以下の第2所定閾値である場合には掃気を実行することを特徴とする。
また、請求項5に係る発明は、反応ガスが供給されて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池の内部を流通する冷媒を循環させる冷媒循環手段と、前記燃料電池の温度を検出する複数の燃料電池温度検出手段と、前記燃料電池の内部に掃気ガスを導入して掃気制御を行う掃気手段と、を備え、前記燃料電池の発電停止中に、前記燃料電池の温度が氷点下になると予想される第1所定閾値以下になったときに掃気実行判定を行う燃料電池システムの運転方法において、いずれかの前記燃料電池温度検出手段により検出された前記燃料電池の温度が前記第1所定閾値以下になった際に前記冷媒循環手段を所定時間駆動させる第1ステップと、前記第1ステップ後の駆動完了状態においてもいずれかの前記燃料電池温度検出手段により検出された前記燃料電池の温度が前記第1所定閾値以下の第2所定閾値である場合には掃気を実行する第2ステップと、を含むことを特徴とする。
The invention according to claim 1 is a fuel cell that generates electric power by being supplied with a reaction gas, a refrigerant circulation means that circulates a refrigerant that circulates inside the fuel cell, and a fuel cell temperature detection that detects the temperature of the fuel cell. Means, scavenging means for introducing scavenging gas into the fuel cell to perform scavenging control, and a first predetermined threshold value that is expected to cause the temperature of the fuel cell to fall below freezing point during power generation stoppage of the fuel cell; A scavenging execution determination means for performing scavenging execution determination when the fuel cell temperature is reached. The fuel cell system has a plurality of the fuel cell temperature detection means, and the fuel cell temperature detection means detects any one of the fuel cell temperature detection means . It said refrigerant circulation means when the temperature falls below the first predetermined threshold value is driven for a predetermined time, is detected by any of the fuel cell temperature detecting means is also in the subsequent drive completion state And executes the scavenging when the temperature of the fuel cell is a second predetermined threshold value below the first predetermined threshold value.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell that generates a power by supplying a reactive gas, a refrigerant circulation means that circulates a refrigerant that circulates inside the fuel cell, and a plurality of temperatures that detect the temperature of the fuel cell . A fuel cell temperature detecting means; and a scavenging means for introducing a scavenging gas into the fuel cell to perform scavenging control, and the temperature of the fuel cell is expected to be below freezing point while the power generation of the fuel cell is stopped. In the operation method of the fuel cell system that performs scavenging execution determination when the fuel cell temperature is below a first predetermined threshold, the temperature of the fuel cell detected by any one of the fuel cell temperature detecting means is below the first predetermined threshold. a first step of the refrigerant circulation means when it becomes driven a predetermined time, which is detected by any of the fuel cell temperature detecting means is also in driving completion state after the first step the Characterized in that it comprises a second step of performing scavenging and in case the temperature of the charge the battery is the second predetermined threshold value below the first predetermined threshold value.

請求項1および請求項5に係る発明によれば、温度にバラツキのある燃料電池(または燃料電池システム)であっても、温度が所定温度(掃気実施温度閾値)以下になったときに、冷媒循環手段を再度駆動するため、燃料電池の温度を均一化することができる。つまり、掃気を実行する際には燃料電池の温度が所定温度以下の均一な状態まで下がっているため、以下の(1)および(2)に示す効果を得ることが可能になる。つまり、(1)MEAの温度が低いため、MEA内の生成水の含有率が少なくなるので、掃気時に液滴として排出される量を増やすことができ、(2)燃料電池の温度が低い温度で掃気されるため、掃気後の発電停止中における結露の度合いを軽くすることができる。
また、従来の燃料電池システムでは、燃料電池周辺のどこかの温度が低くなったら直ちに掃気を行っていたため、無駄に掃気を実行してしまうこともあったが、本発明の手法により燃料電池の温度が全体的に低くなってから掃気が実行されるので、掃気頻度低減による消費エネルギの削減に効果がある。
また、請求項1および請求項5に係る発明によれば、複数の燃料電池温度検出手段(温度センサ)で検出し、冷媒循環手段の駆動後もいずれかの燃料電池の温度が所定閾値以下となった場合に掃気を実行するため、このような掃気を遅らせるような制御を行ったとしても、MEA等で水分が凍結してしまうことを防止できる。
According to the first and fifth aspects of the invention, even in the case of a fuel cell (or fuel cell system) having a variation in temperature, when the temperature falls below a predetermined temperature (scavenging temperature threshold), the refrigerant Since the circulation means is driven again, the temperature of the fuel cell can be made uniform. That is, when scavenging is performed, the temperature of the fuel cell is lowered to a uniform state equal to or lower than a predetermined temperature, so that the effects shown in the following (1) and (2) can be obtained. That is, (1) since the MEA temperature is low, the content of produced water in the MEA is reduced, so that the amount discharged as droplets during scavenging can be increased, and (2) the temperature of the fuel cell is low Therefore, the degree of condensation during power generation stop after scavenging can be reduced.
Further, in the conventional fuel cell system, scavenging is performed immediately when the temperature around the fuel cell is low, and thus scavenging may be performed wastefully. Since scavenging is executed after the temperature is lowered as a whole, there is an effect in reducing energy consumption by reducing the scavenging frequency.
According to the first and fifth aspects of the present invention, the temperature of any one of the fuel cells is detected to be equal to or lower than a predetermined threshold even after the refrigerant circulating means is driven, detected by a plurality of fuel cell temperature detecting means (temperature sensors) Since scavenging is executed in such a case, it is possible to prevent moisture from being frozen by the MEA or the like even if such control that delays scavenging is performed.

請求項2および請求項6に係る発明は、前記第1所定閾値と前記第2所定閾値とは、同一の温度であることを特徴とする。 The invention according to claim 2 and claim 6 is characterized in that the first predetermined threshold and the second predetermined threshold are the same temperature .

請求項3に係る発明は、前記燃料電池温度検出手段により検出された前記燃料電池の温度が所定閾値以下になった際に駆動される前記冷媒循環手段の駆動時間を、駆動を繰り返す毎に長くすることを特徴とする。
また、請求項7に係る発明は、前記燃料電池温度検出手段により検出された前記燃料電池の温度が所定閾値以下になった際に駆動される前記冷媒循環手段の駆動時間を、駆動を繰り返す毎に長くするステップを含むことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, the driving time of the refrigerant circulating means that is driven when the temperature of the fuel cell detected by the fuel cell temperature detecting means falls below a predetermined threshold is lengthened every time driving is repeated. It is characterized by doing.
In the invention according to claim 7, the driving time of the refrigerant circulating means that is driven when the temperature of the fuel cell detected by the fuel cell temperature detecting means becomes a predetermined threshold value or less is repeated each time driving is repeated. The method includes a step of lengthening.

請求項3および請求項7に係る発明によれば、燃料電池温度検出手段の部分の冷媒とその他の部分の冷媒との温度差が小さい状況でも冷媒循環手段の駆動時間を長くすることにより、冷媒の温度を均一化することができ、燃料電池自体がより低温となるまで掃気を遅らせることが可能になる。   According to the inventions according to claim 3 and claim 7, by increasing the driving time of the refrigerant circulation means even in a situation where the temperature difference between the refrigerant of the fuel cell temperature detection means and the refrigerant of the other parts is small, The scavenging can be delayed until the temperature of the fuel cell itself becomes lower.

請求項4に係る発明は、前記掃気手段および前記冷媒循環手段に電力を供給する蓄電装置と、前記蓄電装置の残容量を検出する残容量検出手段と、を備え、前記蓄電装置の残容量が前記掃気手段による掃気に必要な電力以下になると予測される場合には、前記駆動完了状態において前記燃料電池の温度が所定閾値以下とならないときでも掃気を実行することを特徴とする。
また、請求項8に係る発明は、前記掃気手段および前記冷媒循環手段に電力を供給する蓄電装置の残容量が前記掃気手段による掃気に必要な電力以下になると予測される場合には、前記駆動完了状態において前記燃料電池の温度が所定閾値以下とならないときでも掃気を実行するステップを含むことを特徴とする。
The invention according to claim 4 comprises: a power storage device that supplies power to the scavenging means and the refrigerant circulation means; and a remaining capacity detection means that detects a remaining capacity of the power storage device, wherein the remaining capacity of the power storage device is When it is predicted that the electric power is less than or equal to the electric power required for the scavenging by the scavenging means, the scavenging is performed even when the temperature of the fuel cell does not become the predetermined threshold or less in the driving completion state.
Further, the invention according to claim 8 is characterized in that when the remaining capacity of the power storage device that supplies power to the scavenging means and the refrigerant circulation means is predicted to be less than or equal to the power required for scavenging by the scavenging means, the drive A scavenging step is included even when the temperature of the fuel cell does not fall below a predetermined threshold in the completed state.

請求項4および請求項8に係る発明によれば、蓄電装置の残容量が掃気を行えないほど低下するのを防止でき、確実に掃気を行うことが可能になるため、低温起動性を確実に確保することができる。   According to the inventions according to claim 4 and claim 8, since it is possible to prevent the remaining capacity of the power storage device from being lowered so that scavenging cannot be performed and it is possible to perform scavenging reliably, it is possible to ensure low-temperature startability. Can be secured.

本発明によれば、効率的な掃気を行うことができる燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the operating method of the fuel cell system which can perform efficient scavenging, and a fuel cell system can be provided.

図1は本実施形態の燃料電池システムを示す全体構成図、図2は本実施形態の燃料電池システムにおける掃気制御を示すフローチャート、図3は温度変化に応じたウォータポンプの制御と掃気判断を示すタイムチャート、図4(a)は燃料電池内の温度とMEAの生成水含有率との関係を示すグラフ、(b)は掃気時の燃料電池の温度と発電停止後の燃料電池内の結露水発生量との関係を示すグラフである。なお、以下では、本実施形態の燃料電池システム1を燃料電池自動車(車両)に搭載した場合を例に挙げて説明するが、車両に限定されるものではなく、船舶、航空機などの移動体、または家庭用電源などの定置式のものなどあらゆるものに適用できる。   FIG. 1 is an overall configuration diagram showing the fuel cell system of the present embodiment, FIG. 2 is a flowchart showing scavenging control in the fuel cell system of the present embodiment, and FIG. 3 shows water pump control and scavenging judgment according to temperature changes. FIG. 4A is a time chart, FIG. 4A is a graph showing the relationship between the temperature in the fuel cell and the MEA product water content, and FIG. 4B is the temperature of the fuel cell during scavenging and the dew condensation in the fuel cell after power generation is stopped. It is a graph which shows the relationship with generation amount. In the following, a case where the fuel cell system 1 of the present embodiment is mounted on a fuel cell vehicle (vehicle) will be described as an example. However, the present invention is not limited to a vehicle, and a mobile body such as a ship or an aircraft, Or, it can be applied to anything such as a stationary type such as a household power source.

図1に示すように、本実施形態の燃料電池システム1は、燃料電池10、アノード系20、カソード系30、冷却系40、高電圧系50、制御系60などを含んで構成されている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 of the present embodiment includes a fuel cell 10, an anode system 20, a cathode system 30, a cooling system 40, a high voltage system 50, a control system 60, and the like.

前記燃料電池10は、例えば、固体高分子からなる電解質膜をアノードとカソードで挟んで膜電極接合体(MEA;Membrane Electrode Assembly)を構成し、この膜電極接合体を導電性のセパレータで挟んでなる単セルを厚み方向に複数積層した構造を有している。また、セパレータには、アノードに対向する面に水素(反応ガス、燃料ガス)が流通する流路が形成され、カソードに対向する面に空気(反応ガス、酸化剤ガス)が流通する流路が形成されている。   In the fuel cell 10, for example, an electrolyte membrane made of a solid polymer is sandwiched between an anode and a cathode to form a membrane electrode assembly (MEA), and the membrane electrode assembly is sandwiched between conductive separators. A plurality of unit cells are stacked in the thickness direction. The separator has a channel through which hydrogen (reactive gas, fuel gas) flows on the surface facing the anode, and a channel through which air (reactive gas, oxidant gas) flows on the surface facing the cathode. Is formed.

前記アノード系20は、水素タンク21、エゼクタ22、パージ弁23、ドレイン弁24、排出弁25、配管a1〜a7などを含んで構成されている。   The anode system 20 includes a hydrogen tank 21, an ejector 22, a purge valve 23, a drain valve 24, a discharge valve 25, pipes a1 to a7, and the like.

前記水素タンク21は、高純度の水素を非常に高い圧力で蓄積する容器であり、電磁作動式の遮断弁(図示せず)を備えている。   The hydrogen tank 21 is a container that accumulates high-purity hydrogen at a very high pressure, and includes an electromagnetically operated shut-off valve (not shown).

前記エゼクタ22は、配管a1を介して水素タンク21と接続され、燃料電池10のアノードの出口から配管a3を介して排出された未反応の水素を配管a4を介してエゼクタ22に戻し、そして配管a2を介してアノードの入口に戻して再循環させる真空ポンプの一種である。   The ejector 22 is connected to the hydrogen tank 21 through the pipe a1, returns unreacted hydrogen discharged from the anode outlet of the fuel cell 10 through the pipe a3 to the ejector 22 through the pipe a4, and the pipe. This is a type of vacuum pump that is recirculated back to the anode inlet via a2.

前記パージ弁23は、ソレノイドを有する電磁作動式のオン/オフ弁であり、配管a4と接続された配管a5に設けられている。また、パージ弁23は、後記するECU(Electric Control Unit)61によって適宜開弁されて、アノード系20内に蓄積する不純物(窒素、生成水)を外部に排出する機能を有する。   The purge valve 23 is an electromagnetically actuated on / off valve having a solenoid, and is provided in a pipe a5 connected to the pipe a4. Further, the purge valve 23 is appropriately opened by an ECU (Electric Control Unit) 61 described later, and has a function of discharging impurities (nitrogen and generated water) accumulated in the anode system 20 to the outside.

前記ドレイン弁24は、ソレノイドを有する電磁作動式のオン/オフ弁であり、配管a4と接続された配管a6に設けられている。また、ドレイン弁24は、後記するECU(Electric Control Unit)61によって適宜開弁されて、図示しない貯留部に溜まった生成水を外部に排出する機能を有する。   The drain valve 24 is an electromagnetically actuated on / off valve having a solenoid, and is provided in a pipe a6 connected to the pipe a4. Further, the drain valve 24 has a function of being appropriately opened by an ECU (Electric Control Unit) 61, which will be described later, and discharging generated water accumulated in a storage unit (not shown) to the outside.

前記排出弁25は、ソレノイドを有する電磁作動式のオン/オフ弁であり、配管a4と接続された配管a7に設けられている。また、排出弁25は、後記するECU(Electric Control Unit)61によってアノード掃気時に開弁されて、アノード系20内に導入された掃気ガスを外部に排出する機能を有する。   The discharge valve 25 is an electromagnetically actuated on / off valve having a solenoid, and is provided in a pipe a7 connected to the pipe a4. Further, the discharge valve 25 has a function of discharging scavenging gas introduced into the anode system 20 to the outside, which is opened during anode scavenging by an ECU (Electric Control Unit) 61 described later.

また、ドレイン弁24は、パージ弁23よりも流路径が小さく形成され、パージ弁23は、排出弁25よりも流路径が小さく形成されている。つまり、ドレイン弁24では小流量、パージ弁23では中流量、排出弁25では大流量のガスがそれぞれ流れるようになっている。   Further, the drain valve 24 is formed with a smaller flow path diameter than the purge valve 23, and the purge valve 23 is formed with a smaller flow path diameter than the discharge valve 25. That is, a small flow rate gas flows through the drain valve 24, a medium flow rate gas flows through the purge valve 23, and a large flow rate gas flows through the discharge valve 25.

なお、図示していないが、アノード系20には、水素タンク21から供給される高圧の水素を減圧するためのレギュレータなどが設けられている。   Although not shown, the anode system 20 is provided with a regulator or the like for decompressing high-pressure hydrogen supplied from the hydrogen tank 21.

前記カソード系30は、エアコンプレッサ31、背圧制御弁32、配管c1,c2などを含んで構成されている。   The cathode system 30 includes an air compressor 31, a back pressure control valve 32, pipes c1 and c2, and the like.

前記エアコンプレッサ31は、例えばモータで駆動されるスーパーチャージャなどで構成され、外部から取り込まれた空気を圧縮して配管c1を介して燃料電池10のカソードに供給する機能を有する。   The air compressor 31 is composed of, for example, a supercharger driven by a motor, and has a function of compressing air taken in from the outside and supplying the compressed air to the cathode of the fuel cell 10 via the pipe c1.

前記背圧制御弁32は、例えばバタフライ弁などの開度調節可能な弁で構成され、燃料電池10のカソードに供給される空気圧を適宜調節する機能を有する。また、背圧制御弁32は、燃料電池10のカソードの出口と配管c2を介して接続されている。   The back pressure control valve 32 is composed of a valve whose opening degree can be adjusted, such as a butterfly valve, and has a function of appropriately adjusting the air pressure supplied to the cathode of the fuel cell 10. The back pressure control valve 32 is connected to the cathode outlet of the fuel cell 10 via a pipe c2.

なお、図示していないが、カソード系30には、エアコンプレッサ31から供給される空気を加湿して燃料電池10のカソードに供給するための加湿器などが設けられている。また、パージ弁23、ドレイン弁24、排出弁25の下流と、背圧制御弁32の下流とは希釈器(図示せず)と接続され、アノード系20から排出された水素をカソード系30から排出された空気で希釈して外部(車外)に排出するようになっている。   Although not shown, the cathode system 30 is provided with a humidifier for humidifying the air supplied from the air compressor 31 and supplying it to the cathode of the fuel cell 10. Further, the downstream of the purge valve 23, the drain valve 24, the discharge valve 25 and the downstream of the back pressure control valve 32 are connected to a diluter (not shown), and hydrogen discharged from the anode system 20 is discharged from the cathode system 30. It is diluted with the discharged air and discharged outside (outside the vehicle).

前記冷却系40は、発電時における燃料電池10を適宜冷却する機能を有し、ラジエータ41、ウォータポンプ42、配管d1〜d3などを含んで構成されている。   The cooling system 40 has a function of appropriately cooling the fuel cell 10 during power generation, and includes a radiator 41, a water pump 42, pipes d1 to d3, and the like.

前記ラジエータ41は、燃料電池10によって温められた冷媒に対して放熱する機能を有し、配管d1を介して燃料電池10の冷媒の入口と接続されている。   The radiator 41 has a function of radiating heat to the refrigerant warmed by the fuel cell 10, and is connected to the refrigerant inlet of the fuel cell 10 via a pipe d1.

前記ウォータポンプ42は、冷媒を循環させる機能を有し、後記するECU61によってモータの回転速度が制御される。また、ウォータポンプ42は、配管d2を介して燃料電池10の冷媒の出口と接続され、配管d3を介してラジエータ41の入口と接続されている。   The water pump 42 has a function of circulating the refrigerant, and the rotational speed of the motor is controlled by an ECU 61 which will be described later. Further, the water pump 42 is connected to the refrigerant outlet of the fuel cell 10 through the pipe d2 and is connected to the inlet of the radiator 41 through the pipe d3.

また、本実施形態の燃料電池システム1は、掃気用のエア(掃気ガス)をアノード系20に導入する、エア導入配管55、エア導入弁56を備えている。エア導入配管55は、掃気ガスとしての空気をアノード側に導入する流路であり、上流側の一端が配管c1に接続され、下流側の他端が配管a2に接続されている。エア導入弁56は、例えば電磁作動式のON/OFF弁であり、エア導入配管55の途中のアノード寄りに設けられ、後記するECU61によって開閉制御されるようになっている。なお、エア導入配管55の上流は、配管c1に設けられた加湿器(図示せず)の上流側に設けられている。   Further, the fuel cell system 1 of the present embodiment includes an air introduction pipe 55 and an air introduction valve 56 for introducing scavenging air (scavenging gas) into the anode system 20. The air introduction pipe 55 is a flow path for introducing air as a scavenging gas to the anode side, and one end on the upstream side is connected to the pipe c1 and the other end on the downstream side is connected to the pipe a2. The air introduction valve 56 is, for example, an electromagnetically actuated ON / OFF valve, is provided near the anode in the middle of the air introduction pipe 55, and is controlled to be opened and closed by an ECU 61 described later. The upstream of the air introduction pipe 55 is provided on the upstream side of a humidifier (not shown) provided in the pipe c1.

前記高電圧系50は、蓄電装置51、残容量センサ52、電力分配器53などを含んで構成されている。   The high voltage system 50 includes a power storage device 51, a remaining capacity sensor 52, a power distributor 53, and the like.

前記蓄電装置51は、例えばリチウムイオン、ニッケル水素、キャパシタなどで構成され、燃料電池10からの発電電力を受けて充電可能であると共に放電可能なものである。   The power storage device 51 is composed of, for example, lithium ions, nickel metal hydride, a capacitor, and the like, and can be charged and discharged while receiving power generated from the fuel cell 10.

前記残容量センサ52は、例えば電流計および電圧計で構成され、蓄電装置51に蓄積されている残容量(充電量)を検出するセンサである。なお、蓄電装置51の残容量は、例えばSOC(State Of Charge)で表されるが、SOCの計算は後記するECU61によって行われる。   The remaining capacity sensor 52 is composed of, for example, an ammeter and a voltmeter, and is a sensor that detects the remaining capacity (charge amount) accumulated in the power storage device 51. Note that the remaining capacity of the power storage device 51 is expressed by, for example, SOC (State Of Charge), but the calculation of the SOC is performed by the ECU 61 described later.

前記電力分配器53は、DC/DCコンバータなどを備えて構成され、後記するECU61の制御によって、燃料電池10の発電電力を制御する機能を有する。なお、補機とは、エアコンプレッサ31、ウォータポンプ42、走行モータ(図示せず)などである。   The power distributor 53 includes a DC / DC converter and the like, and has a function of controlling the generated power of the fuel cell 10 under the control of the ECU 61 described later. The auxiliary machines include the air compressor 31, the water pump 42, a travel motor (not shown), and the like.

なお、図示していないが、燃料電池10と電力分配器53との間、蓄電装置51と電力分配器53との間には、それぞれ電気的に接続および遮断を行うコンタクタが設けられている。また、蓄電装置51とエアコンプレッサ31とは、例えば3相に変換するインバータ(図示せず)を介して接続され、また蓄電装置51とウォータポンプ42とは、例えば電圧を下げるDC/DCコンバータ(図示せず)を介して接続されている。   Although not shown, contactors for electrically connecting and disconnecting are provided between the fuel cell 10 and the power distributor 53 and between the power storage device 51 and the power distributor 53, respectively. In addition, the power storage device 51 and the air compressor 31 are connected via, for example, an inverter (not shown) that converts them into three phases, and the power storage device 51 and the water pump 42 include, for example, a DC / DC converter ( (Not shown).

前記制御系60は、ECU61、温度センサ62,63,64などを含んで構成されている。なお、これら温度センサ62〜64は、燃料電池10の温度を検出するセンサである。例えば、温度センサ62は、燃料電池10を循環する冷媒の出口に設けられ、温度センサ63は、燃料電池10のアノードの出口に設けられ、温度センサ64は、燃料電池10のカソードの出口に設けられている。   The control system 60 includes an ECU 61, temperature sensors 62, 63, 64, and the like. These temperature sensors 62 to 64 are sensors that detect the temperature of the fuel cell 10. For example, the temperature sensor 62 is provided at the outlet of the refrigerant circulating in the fuel cell 10, the temperature sensor 63 is provided at the anode outlet of the fuel cell 10, and the temperature sensor 64 is provided at the cathode outlet of the fuel cell 10. It has been.

前記ECU61は、CPU(Central Processing Unit)、RAM、プログラムなどが記録されたROMなどで構成され、掃気実行判定手段を備えている。また、ECU61は、パージ弁23、ドレイン弁24、排出弁25、エア導入弁56を適宜開閉し、背圧制御弁32の開度を調節し、エアコンプレッサ31およびウォータポンプ42のモータの回転速度を制御する。また、掃気実行判定手段は、燃料電池10の温度が掃気実施閾値T0以下(所定閾値以下)であると判定された場合に掃気を実行する判定を行う機能を有する。   The ECU 61 includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM, a ROM in which programs are recorded, and the like, and includes scavenging execution determination means. Further, the ECU 61 appropriately opens and closes the purge valve 23, the drain valve 24, the discharge valve 25, and the air introduction valve 56, adjusts the opening degree of the back pressure control valve 32, and rotates the motor speed of the air compressor 31 and the water pump 42. To control. In addition, the scavenging execution determination unit has a function of performing scavenging when it is determined that the temperature of the fuel cell 10 is equal to or lower than the scavenging threshold T0 (predetermined threshold).

次に、本実施形態の燃料電池システム1の動作について図2を参照して説明する。なお、燃料電池システム1の運転時においては、排出弁25およびエア導入弁56が閉じられており、水素タンク21に設けられた図示しない遮断弁が開弁されて燃料電池10のアノードに水素が供給され、エアコンプレッサ31が駆動されて燃料電池10のカソードに空気が供給されて発電が行われる。燃料電池10の発電電力は、エアコンプレッサ31、ウォータポンプ42、走行モータ(図示せず)などに供給されている。また、運転時には、ウォータポンプ42が駆動されることにより、燃料電池10内に冷媒が循環されて、燃料電池10を適宜冷却するようになっている。   Next, the operation of the fuel cell system 1 of the present embodiment will be described with reference to FIG. During the operation of the fuel cell system 1, the discharge valve 25 and the air introduction valve 56 are closed, and a shut-off valve (not shown) provided in the hydrogen tank 21 is opened to supply hydrogen to the anode of the fuel cell 10. The air compressor 31 is driven and air is supplied to the cathode of the fuel cell 10 to generate power. The power generated by the fuel cell 10 is supplied to an air compressor 31, a water pump 42, a travel motor (not shown), and the like. In operation, the water pump 42 is driven to circulate the refrigerant in the fuel cell 10 so that the fuel cell 10 is appropriately cooled.

図2に示すように、運転者によってイグニッションスイッチ(図示せず)がオフにされると、燃料電池10側の図示しないコンタクタを遮断(OFF)し、水素タンク21の遮断弁を閉じ、エアコンプレッサ31の駆動を停止する。これにより、燃料電池10の発電が停止する。   As shown in FIG. 2, when an ignition switch (not shown) is turned off by the driver, the contactor (not shown) on the fuel cell 10 side is shut off (OFF), the shutoff valve of the hydrogen tank 21 is closed, and the air compressor The drive of 31 is stopped. Thereby, the power generation of the fuel cell 10 is stopped.

そして、ステップS100において、ECU61は、内部に有するタイマをスタートする。なお、このタイマは、例えば蓄電装置51とは別に設けられた低電圧のバッテリから電力が供給されて、発電停止中においても作動するようになっている。   In step S100, the ECU 61 starts a timer included therein. The timer operates even when power is supplied from a low-voltage battery provided separately from the power storage device 51 and power generation is stopped.

ステップS110において、ECU61は、タイマによる計測開始から所定時間が経過したか否かを判断し、所定時間が経過していないと判断した場合には(No)、ステップS110を繰り返し、所定時間が経過したと判断した場合には(Yes)、ステップS120に進む。なお、ここでの所定時間は、予め実験等によって決められる。   In step S110, the ECU 61 determines whether or not a predetermined time has elapsed since the start of measurement by the timer. If it is determined that the predetermined time has not elapsed (No), the ECU 61 repeats step S110 and the predetermined time has elapsed. If it is determined that it has been (Yes), the process proceeds to step S120. The predetermined time here is determined in advance by experiments or the like.

ステップS120において、温度センサ62から得られる燃料電池10の温度をT1、温度センサ63から得られる燃料電池10の温度をT2、温度センサ64から得られる燃料電池10の温度をT3としたときに、温度T1,T2,T3のいずれかが掃気実施閾値(T0)以下であるか否かを判断する。ステップS120において、ECU61は、すべての温度T1,T2,T3が掃気実施閾値T0を超えていると判断した場合には(No)、ステップS130において、タイマをリセットする。そして、ステップS100に進み、ECU61は、再度タイマをスタートする。また、ステップS120において、ECU61は、温度T1,T2,T3のいずれかが掃気実施閾値T0以下であると判断した場合には(Yes)、ステップS140に進む。   In step S120, when the temperature of the fuel cell 10 obtained from the temperature sensor 62 is T1, the temperature of the fuel cell 10 obtained from the temperature sensor 63 is T2, and the temperature of the fuel cell 10 obtained from the temperature sensor 64 is T3. It is determined whether any of the temperatures T1, T2, and T3 is equal to or less than the scavenging threshold (T0). In step S120, when the ECU 61 determines that all the temperatures T1, T2, T3 exceed the scavenging threshold T0 (No), the ECU 61 resets the timer in step S130. And it progresses to step S100 and ECU61 starts a timer again. In step S120, if the ECU 61 determines that any of the temperatures T1, T2, and T3 is equal to or less than the scavenging threshold value T0 (Yes), the ECU 61 proceeds to step S140.

なお、図示していないが、ステップS120において、ECU61は、温度T1〜T3が氷点下にならないと予想される場合には、図2に示す処理を終了するように制御する。氷点下にならないと予想される場合とは、例えば、測定している温度が上昇している場合などである。   Although not shown, in step S120, if it is predicted that the temperatures T1 to T3 will not fall below the freezing point, the ECU 61 controls to end the process shown in FIG. The case where the temperature is not expected to be below freezing is, for example, the case where the temperature being measured is rising.

ステップS140において、ECU61は、残容量センサ52から得られる検出値に基づいて蓄電装置51の残容量(SOC;State Of Charge)が所定以上であるか否かを判断する。なお、所定とは、掃気手段(エアコンプレッサ31など)による掃気に必要な電力に相当する値であり、予め実験等に基づいて決定される。   In step S140, the ECU 61 determines whether or not the remaining capacity (SOC; State Of Charge) of the power storage device 51 is greater than or equal to a predetermined value based on the detection value obtained from the remaining capacity sensor 52. The predetermined value is a value corresponding to the power required for scavenging by the scavenging means (such as the air compressor 31), and is determined in advance based on experiments or the like.

ステップS140において、ECU61は、SOCが所定以上であると判断した場合(Yes)、つまり掃気を行うのに必要な電力が残っていると判断した場合には、ステップS150に進み、ウォータポンプ(W/P)42を所定時間s2駆動する。   In step S140, if the ECU 61 determines that the SOC is equal to or greater than the predetermined value (Yes), that is, if it is determined that the electric power necessary to perform scavenging remains, the ECU 61 proceeds to step S150, and the water pump (W / P) 42 is driven for a predetermined time s2.

ステップS150では、蓄電装置51側のコンタクタ(図示せず)を接続して、蓄電装置51からウォータポンプ42に電力を供給して、ウォータポンプ42を駆動する。ウォータポンプ42を駆動させることにより、冷媒の部分的に熱い場所と冷たい場所とが攪拌されて、燃料電池10内の温度の均一化を図ることが可能になる。なお、ここでの所定時間s2は、予め実験等によって求められる。   In step S150, a contactor (not shown) on the power storage device 51 side is connected, power is supplied from the power storage device 51 to the water pump 42, and the water pump 42 is driven. By driving the water pump 42, the partially hot and cold places of the refrigerant are agitated, and the temperature inside the fuel cell 10 can be made uniform. Here, the predetermined time s2 is obtained in advance by experiments or the like.

ステップS160において、ECU61は、ウォータポンプ42を所定時間s2駆動させた後、再び温度T1,T2,T3のいずれかが掃気実施閾値(T0)以下であるか否かを判断する。ステップS160において、ECU61は、温度T1〜T3のすべてが掃気実施閾値(T0)を超えていると判断した場合には(No)、ステップS170に進み、ECU61内のタイマをリセットして、ステップS100に戻る。また、ステップS160において、ECU61は、温度T1〜T3のいずれかが掃気実施閾値(T0)以下であると判断した場合には(Yes)、燃料電池10の温度が全体的に均一化され、かつ、燃料電池10の温度が十分に低下した(結露が十分に進んだ)と判断して、ステップS180に進み、掃気を実施する。   In step S160, the ECU 61 drives the water pump 42 for a predetermined time s2, and then again determines whether any of the temperatures T1, T2, and T3 is equal to or lower than the scavenging threshold (T0). In step S160, if the ECU 61 determines that all of the temperatures T1 to T3 exceed the scavenging threshold (T0) (No), the ECU 61 proceeds to step S170, resets the timer in the ECU 61, and proceeds to step S100. Return to. In step S160, when the ECU 61 determines that any of the temperatures T1 to T3 is equal to or less than the scavenging threshold (T0) (Yes), the temperature of the fuel cell 10 is made uniform overall, and Then, it is determined that the temperature of the fuel cell 10 has sufficiently decreased (condensation has sufficiently progressed), and the process proceeds to step S180 to perform scavenging.

ステップS180の掃気では、例えば、ECU61によって、エア導入弁56を閉じたままの状態において、背圧制御弁32が全開にされ、蓄電装置51の電力によってエアコンプレッサ31が駆動される。これにより、エアコンプレッサ31から導入された空気(掃気ガス)は、配管c1、燃料電池10のカソード、配管c2を通り、燃料電池10内のカソードに残留している水が押し出されて外部に排出される。   In the scavenging in step S180, for example, the ECU 61 opens the back pressure control valve 32 in a state where the air introduction valve 56 is closed, and the air compressor 31 is driven by the electric power of the power storage device 51. As a result, the air (scavenging gas) introduced from the air compressor 31 passes through the pipe c1, the cathode of the fuel cell 10, and the pipe c2, and water remaining at the cathode in the fuel cell 10 is pushed out and discharged to the outside. Is done.

続いて、ECU61によって、エア導入弁56および排出弁25が開弁された状態で、エアコンプレッサ31が駆動される。これにより、エアコンプレッサ31からの空気(掃気ガス)は、配管c1、エア導入配管55、配管a2、燃料電池10のアノード、配管a3,a7を通り、燃料電池10内のアノードに残留している水が押し出されて外部に排出される。   Subsequently, the air compressor 31 is driven by the ECU 61 in a state where the air introduction valve 56 and the discharge valve 25 are opened. Thereby, the air (scavenging gas) from the air compressor 31 passes through the pipe c1, the air introduction pipe 55, the pipe a2, the anode of the fuel cell 10, the pipes a3 and a7, and remains in the anode in the fuel cell 10. Water is pushed out and discharged to the outside.

なお、掃気手順としては、先にカソードを掃気して、その後にアノードを掃気するものに限定されるものではなく、カソードとアノードとを同時に掃気してもよく、アノードを先に掃気して、その後にカソードを掃気してもよい。また、排出弁25を開弁してアノードを掃気する手法に限定されず、例えば、排出弁25とともにパージ弁23およびドレイン弁24を開弁して掃気してもよい。   The scavenging procedure is not limited to scavenging the cathode first, and then scavenging the anode. The scavenging procedure may be performed by scavenging the cathode and the anode at the same time. Thereafter, the cathode may be scavenged. Further, the method is not limited to the method of opening the discharge valve 25 and scavenging the anode. For example, the purge valve 23 and the drain valve 24 may be opened together with the discharge valve 25 to perform scavenging.

一方、ステップS140において、SOCが所定以上ではなく、掃気手段による掃気に必要な電力以下になると予測される場合には(No)、ステップS180に進む。つまり、いずれかの温度T1〜T3が掃気実施閾値(T0)以下とならない場合でも掃気を実施する。なお、掃気終了後、タイマの作動を停止する。   On the other hand, in step S140, when it is predicted that the SOC is not equal to or higher than the predetermined value and lower than the power required for scavenging by the scavenging means (No), the process proceeds to step S180. That is, scavenging is performed even when any of the temperatures T1 to T3 does not fall below the scavenging threshold (T0). In addition, the operation of the timer is stopped after scavenging.

さらに、図3のタイムチャートを参照して説明する。すなわち、イグニッションスイッチがオフ(IG−OFF)された場合には(時刻t0)、タイマをスタートさせて(S100)、所定時間s1経過ごとに(S110,Yes)、燃料電池10の温度T1〜T3のいずれかが掃気実施閾値T0以下であるか判断する(S120)。この場合、例えば温度T1が掃気実施閾値T0以下になると(S120,Yes、時刻t1)、ウォータポンプ42を所定時間s2駆動して冷媒を攪拌する(S150)。ウォータポンプ(W/P)42を所定時間s2駆動後、温度T1が掃気実施閾値T0を超えているので(S160,No)、タイマをリセットして(S170)、再度タイマをスタートさせる(S100、時刻t2)。ちなみに、時刻t1〜t2では、燃料電池10の温度を計測する箇所の温度が低く、その他の箇所が高くなっているので、ウォータポンプ42を駆動して冷媒を攪拌することにより、冷媒の温度が上昇する。   Further description will be made with reference to the time chart of FIG. That is, when the ignition switch is turned off (IG-OFF) (time t0), the timer is started (S100), and the temperature T1 to T3 of the fuel cell 10 is reached every predetermined time s1 (S110, Yes). It is judged whether any of these is below the scavenging execution threshold T0 (S120). In this case, for example, when the temperature T1 becomes equal to or less than the scavenging threshold value T0 (S120, Yes, time t1), the water pump 42 is driven for s2 for a predetermined time to stir the refrigerant (S150). After the water pump (W / P) 42 is driven for a predetermined time s2, the temperature T1 exceeds the scavenging threshold T0 (S160, No), the timer is reset (S170), and the timer is started again (S100, Time t2). Incidentally, at times t1 to t2, the temperature at the location where the temperature of the fuel cell 10 is measured is low and the other locations are high, so that the temperature of the coolant is increased by driving the water pump 42 and stirring the coolant. To rise.

また、所定時間s1経過ごとに(S110,Yes)、燃料電池10の温度T1〜T3のいずれかが掃気実施閾値T0以下であるか判断する(S120)。この場合、温度T1が掃気実施閾値T0以下になったので(S120,Yes、時刻t3)、ウォータポンプ42を所定時間s2駆動して冷媒を攪拌する(S150)。ウォータポンプ42を所定時間駆動後、再度温度T1が掃気実施閾値T0以下ではないので(S160,No)、タイマをリセットして(S170)、再度タイマをスタートさせる(S100、時刻t4)。   Further, every time the predetermined time s1 elapses (S110, Yes), it is determined whether any of the temperatures T1 to T3 of the fuel cell 10 is equal to or lower than the scavenging threshold value T0 (S120). In this case, since the temperature T1 is equal to or lower than the scavenging threshold T0 (S120, Yes, time t3), the water pump 42 is driven for s2 for a predetermined time to stir the refrigerant (S150). After the water pump 42 is driven for a predetermined time, the temperature T1 is not lower than the scavenging threshold value T0 again (S160, No), the timer is reset (S170), and the timer is started again (S100, time t4).

そして、再び、温度T1が掃気実施閾値T0以下になると(S120,Yes、時刻t5)、ウォータポンプ42を所定時間s2駆動して冷媒を攪拌する(S150)。この場合には、所定時間s2駆動後の温度T1が掃気実施閾値T0以下であるので(S160,Yes)、冷媒の温度が均一化したと判断されて、掃気が実施される(S180)。   When the temperature T1 again becomes the scavenging execution threshold T0 or less (S120, Yes, time t5), the water pump 42 is driven for s2 for a predetermined time to stir the refrigerant (S150). In this case, since the temperature T1 after driving for the predetermined time s2 is equal to or less than the scavenging threshold value T0 (S160, Yes), it is determined that the temperature of the refrigerant has become uniform, and scavenging is performed (S180).

以上、説明したように、本実施形態によれば、温度にバラツキのある燃料電池10(または燃料電池システム1)であっても、いずれかの温度T1〜T3が掃気実施閾値(所定温度)以下になっときに、ウォータポンプ42を駆動(再駆動)するため、冷媒が攪拌されることにより、燃料電池10(または燃料電池システム1)の温度を均一化することが可能になる。つまり、掃気を実施する際には、燃料電池10の温度が均一になり、所定閾値(掃気実施閾値)以下まで下がっている。このため、MEAの温度が低く、MEA内の生成水の含有率が少なくなっているので(図4(a)参照)、MEA内の水分が掃気時に十分な液滴となって排出されるようになる。   As described above, according to this embodiment, even in the fuel cell 10 (or the fuel cell system 1) having a variation in temperature, any one of the temperatures T1 to T3 is equal to or less than the scavenging threshold (predetermined temperature). At this time, the water pump 42 is driven (re-driven), and the temperature of the fuel cell 10 (or the fuel cell system 1) can be made uniform by stirring the refrigerant. In other words, when scavenging is performed, the temperature of the fuel cell 10 becomes uniform and falls below a predetermined threshold (scavenging threshold). For this reason, the temperature of the MEA is low and the content rate of the produced water in the MEA is low (see FIG. 4A), so that the water in the MEA is discharged as sufficient droplets during scavenging. become.

また、所定閾値(掃気実施閾値)以下という低い温度で掃気されるので(図4(b)参照)、発電停止中における結露の度合いを低くすることができる。つまり、従来のように燃料電池10の温度検出位置が比較的温度の低い部分に位置していて、燃料電池10の一部の温度が所定閾値以下となったとしても、他の温度の高い部分の存在によってその後の発電停止中に再度温度が上昇して結露が発生する度合いが高まる。しかし、本実施形態では、燃料電池10の温度が全体的に低くなった状態で掃気が実施されるので、掃気後の発電停止中に温度が再度上昇することがないので、発電停止中における結露の度合いを軽くすることが可能になる。   Moreover, since scavenging is performed at a low temperature equal to or lower than a predetermined threshold (scavenging execution threshold) (see FIG. 4B), the degree of condensation during power generation stoppage can be reduced. That is, even if the temperature detection position of the fuel cell 10 is located in a relatively low temperature portion as in the prior art and the temperature of a part of the fuel cell 10 falls below a predetermined threshold value, As a result, the temperature rises again during the subsequent power generation stop and the degree of condensation is increased. However, in the present embodiment, scavenging is performed with the temperature of the fuel cell 10 being lowered as a whole, so that the temperature does not rise again during power generation stop after scavenging. It becomes possible to reduce the degree of.

このように、燃料電池10の温度が全体的に低くなってから掃気が実施されるので、掃気回数を低減して、消費エネルギを削減できるようになる。   As described above, scavenging is performed after the temperature of the fuel cell 10 is lowered as a whole, so that the number of scavenging times can be reduced and energy consumption can be reduced.

また、本実施形態によれば、複数の温度センサ62〜64によって温度T1〜T3を検出して、ウォータポンプ42の駆動後もいずれかの温度が所定閾値(掃気実施閾値)以下になった場合に掃気を実行しているため、本実施形態のような掃気を遅らせるような制御を行ったとしても、MEAなどで水分が凍結してしまうのを防止できる。つまり、すべての温度センサ62〜64の温度が所定温度(掃気実施閾値)以下になった場合に掃気を実行すると、燃料電池10が凍結温度まで達してしまい、MEAなどが凍結するおそれがあるが、前記のようにいずれかの温度T1〜T3が所定温度(掃気実施閾値)以下となったときに掃気を実施するので、MEAなどが凍結するのを防止できるようになる。   Further, according to the present embodiment, when the temperatures T1 to T3 are detected by the plurality of temperature sensors 62 to 64, and any one of the temperatures remains below the predetermined threshold (scavenging threshold) after the water pump 42 is driven. Since the scavenging is executed, the moisture can be prevented from being frozen by the MEA or the like even if the control for delaying the scavenging as in the present embodiment is performed. That is, if scavenging is performed when the temperature of all the temperature sensors 62 to 64 is equal to or lower than the predetermined temperature (scavenging threshold), the fuel cell 10 may reach the freezing temperature, and the MEA or the like may freeze. As described above, scavenging is performed when any of the temperatures T1 to T3 is equal to or lower than a predetermined temperature (scavenging threshold), so that the MEA and the like can be prevented from freezing.

また、本実施形態によれば、蓄電装置51のSOC(残容量)を検出することにより、SOCが掃気を実行できないほどに低下してしまうのを防止でき、確実に掃気を行うことが可能になる。よって、次回起動する際の低温起動性を確実に確保できるようになる。   In addition, according to the present embodiment, by detecting the SOC (remaining capacity) of the power storage device 51, it is possible to prevent the SOC from being lowered to the extent that scavenging cannot be performed, and it is possible to perform scavenging reliably. Become. Therefore, it is possible to reliably ensure the low temperature startability at the next start.

図5は本実施形態における別の掃気制御を示すフローチャート、図6は別の掃気制御における温度変化に応じたウォータポンプの制御と掃気判断を示すタイムチャートである。なお、図5および図6に示す実施形態は、前記した実施形態とは掃気制御の一部が異なるのみで、システム図は図1と同様である。また、図2と同じ処理については、同一のステップ符号を付してその説明を省略する。   FIG. 5 is a flowchart showing another scavenging control in the present embodiment, and FIG. 6 is a time chart showing water pump control and scavenging judgment according to a temperature change in another scavenging control. The embodiment shown in FIGS. 5 and 6 differs from the above-described embodiment only in a part of the scavenging control, and the system diagram is the same as FIG. Further, the same processing as that in FIG. 2 is denoted by the same step symbol and description thereof is omitted.

図5に示すように、ECU61は、ステップS120において、燃料電池10の温度T1〜T3のいずれかが掃気実施閾値T0以下であると判断し(Yes)、かつ、ステップS140において、蓄電装置51のSOCが所定以上であると判断した場合には(Yes)、ウォータポンプ42を所定時間s2駆動して冷媒を攪拌する(S150)。   As shown in FIG. 5, the ECU 61 determines in step S120 that any one of the temperatures T1 to T3 of the fuel cell 10 is equal to or less than the scavenging threshold T0 (Yes), and in step S140, the power storage device 51 If it is determined that the SOC is equal to or higher than the predetermined value (Yes), the water pump 42 is driven for a predetermined time s2 to stir the refrigerant (S150).

所定時間s2駆動後、ステップS155において、ECU61は、所定時間s2に時間αを加算して、ウォータポンプ42を駆動する所定時間として、新たな所定時間s2を設定する。なお、時間αは正数であり、ウォータポンプ42の駆動が繰り返されるごとに、ステップS150における所定時間が長くなるように設定される。   After driving for the predetermined time s2, in step S155, the ECU 61 adds the time α to the predetermined time s2, and sets a new predetermined time s2 as the predetermined time for driving the water pump 42. Note that the time α is a positive number, and is set so that the predetermined time in step S150 becomes longer each time the water pump 42 is driven.

図6に示すように、いずれかの温度T1が掃気実施閾値T0以下になった場合には(S120,Yes、時刻t1)、ウォータポンプ42を所定時間s2駆動して冷媒を攪拌する(S150)。ウォータポンプ(W/P)42を所定時間s2駆動後、再度温度T1が掃気実施閾値T0を超えたので(S160,No)、タイマをリセットして(S170)、再度タイマをスタートさせる(S100、時刻t2)。   As shown in FIG. 6, when any temperature T1 becomes equal to or lower than the scavenging threshold value T0 (S120, Yes, time t1), the water pump 42 is driven for a predetermined time s2 to stir the refrigerant (S150). . After the water pump (W / P) 42 is driven for a predetermined time s2, the temperature T1 again exceeds the scavenging threshold value T0 (S160, No), the timer is reset (S170), and the timer is started again (S100, Time t2).

また、再度温度T1が掃気実施閾値T0以下になると(S120,Yes、時刻t3)、ウォータポンプ42を所定時間(s2+α)駆動して冷媒を攪拌する(S150)。そして、ウォータポンプ42を所定時間(s2+α)駆動後、再度温度T1が掃気実施閾値T0を超えると(S160,No)、タイマをリセットして(S170)、再度タイマをスタートさせる(S100、時刻t4)。   When the temperature T1 becomes equal to or lower than the scavenging threshold value T0 again (S120, Yes, time t3), the water pump 42 is driven for a predetermined time (s2 + α) to stir the refrigerant (S150). Then, after driving the water pump 42 for a predetermined time (s2 + α), when the temperature T1 again exceeds the scavenging threshold T0 (S160, No), the timer is reset (S170), and the timer is started again (S100, time t4). ).

そして、再び、温度T1が掃気実施閾値T0以下になると(S120,Yes、時刻t5)、ウォータポンプ42を所定時間(s2+2α)駆動して冷媒を攪拌する(S150)。そして、所定時間(s2+2α)駆動後の温度T1が掃気実施閾値T0以下であるので(S160,Yes)、冷媒の温度が均一化したと判断されて、掃気が実施される(S180)。   When the temperature T1 again becomes the scavenging execution threshold value T0 or less (S120, Yes, time t5), the water pump 42 is driven for a predetermined time (s2 + 2α) to stir the refrigerant (S150). Since the temperature T1 after driving for a predetermined time (s2 + 2α) is equal to or less than the scavenging threshold value T0 (S160, Yes), it is determined that the temperature of the refrigerant has become uniform, and scavenging is performed (S180).

このように、図5に示す実施形態によれば、前記した実施形態の効果に加えて、温度センサ62の部分の冷媒と、その他の部分の冷媒との温度差が小さい状況であっても、ウォータポンプ42の駆動時間を長くするので、冷媒の温度を均一化することが可能になり、燃料電池10自体がより低温となるまで掃気を遅らせることが可能になる。   Thus, according to the embodiment shown in FIG. 5, in addition to the effects of the above-described embodiment, even in a situation where the temperature difference between the refrigerant of the temperature sensor 62 and the refrigerant of other parts is small, Since the driving time of the water pump 42 is lengthened, it is possible to make the temperature of the refrigerant uniform, and it is possible to delay scavenging until the fuel cell 10 itself has a lower temperature.

なお、本実施形態では、燃料電池10の温度として、冷媒の温度T1、アノードの出口側の温度T2、カソードの出口側の温度T3を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、他の位置のガス温度(アノード側、カソード側)であってもよく、補機の温度で代替して検出してもよい。   In the present embodiment, the temperature of the fuel cell 10 has been described by taking the temperature T1 of the refrigerant, the temperature T2 on the outlet side of the anode, and the temperature T3 on the outlet side of the cathode as examples. However, the present invention is not limited to this. Alternatively, the gas temperature at another position (anode side, cathode side) may be used, or the temperature of the auxiliary device may be used instead.

また、本実施形態では、ウォータポンプ42の駆動開始温度(S120)と、掃気実施温度(S160)とを、同じ温度(5℃)を例に挙げて説明したが、例えば、ウォータポンプ42の駆動開始温度と10℃とし、掃気実施温度を5℃として、異なる温度に設定してもよい。   In the present embodiment, the drive start temperature (S120) of the water pump 42 and the scavenging temperature (S160) have been described by taking the same temperature (5 ° C.) as an example. For example, the water pump 42 is driven. The starting temperature may be 10 ° C., the scavenging temperature may be 5 ° C., and different temperatures may be set.

また、本実施形態では、3つの温度センサ62〜64を適用した場合を例に挙げて説明したが、単一の温度センサ(例えば、冷媒の温度T1)を適用して、掃気実施時期を判断してもよい。   In the present embodiment, the case where the three temperature sensors 62 to 64 are applied has been described as an example. However, the scavenging execution timing is determined by applying a single temperature sensor (for example, the refrigerant temperature T1). May be.

本実施形態の燃料電池システムを示す全体構成図である。It is a whole lineblock diagram showing the fuel cell system of this embodiment. 本実施形態の燃料電池システムにおける掃気制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the scavenging control in the fuel cell system of this embodiment. 温度変化に応じたウォータポンプの制御と掃気判断を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows water pump control and scavenging judgment according to a temperature change. (a)は燃料電池内の温度とMEAの生成水含有率との関係を示すグラフ、(b)は掃気時の燃料電池の温度と発電停止後の燃料電池内の結露水発生量との関係を示すグラフである。(A) is a graph showing the relationship between the temperature in the fuel cell and the MEA product water content, and (b) is the relationship between the temperature of the fuel cell during scavenging and the amount of condensed water generated in the fuel cell after power generation is stopped. It is a graph which shows. 本実施形態における別の掃気制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows another scavenging control in this embodiment. 別の掃気制御における温度変化に応じたウォータポンプの制御と掃気判断を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows control of the water pump according to the temperature change in another scavenging control, and scavenging judgment.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池システム
10 燃料電池
31 エアコンプレッサ(掃気手段)
42 ウォータポンプ(冷媒循環手段)
51 蓄電装置
52 残容量センサ(残容量検出手段)
55 エア導入配管(掃気手段)
56 エア導入弁(掃気手段)
61 ECU(掃気実行判定手段)
62〜64 温度センサ(燃料電池温度検出手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 10 Fuel cell 31 Air compressor (scavenging means)
42 Water pump (refrigerant circulation means)
51 power storage device 52 remaining capacity sensor (remaining capacity detection means)
55 Air introduction piping (scavenging means)
56 Air introduction valve (scavenging means)
61 ECU (scavenging execution determination means)
62-64 temperature sensor (fuel cell temperature detection means)

Claims (8)

反応ガスが供給されて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の内部を流通する冷媒を循環させる冷媒循環手段と、
前記燃料電池の温度を検出する燃料電池温度検出手段と、
前記燃料電池の内部に掃気ガスを導入して掃気制御を行う掃気手段と、
前記燃料電池の発電停止中に、前記燃料電池の温度が氷点下になると予想される第1所定閾値以下となったときに掃気実行判定を行う掃気実行判定手段と、を有する燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池温度検出手段を複数有し、
いずれかの前記燃料電池温度検出手段により検出された前記燃料電池の温度が前記第1所定閾値以下になった際に前記冷媒循環手段を所定時間駆動させ、その後の駆動完了状態においてもいずれかの前記燃料電池温度検出手段により検出された前記燃料電池の温度が前記第1所定閾値以下の第2所定閾値である場合には掃気を実行することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that is supplied with a reaction gas to generate power;
Refrigerant circulating means for circulating refrigerant circulating in the fuel cell;
Fuel cell temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell;
Scavenging means for introducing scavenging gas into the fuel cell and performing scavenging control;
A scavenging execution determination means for performing scavenging execution determination when the temperature of the fuel cell becomes equal to or lower than a first predetermined threshold that is expected to be below freezing point while the fuel cell power generation is stopped .
A plurality of fuel cell temperature detection means;
When the temperature of the fuel cell detected by any one of the fuel cell temperature detecting means falls below the first predetermined threshold value, the refrigerant circulating means is driven for a predetermined time, and any of the fuel cells in the subsequent drive completion state fuel cell system and executes the scavenging when the temperature of the fuel cell is detected is the second predetermined threshold value below the first predetermined threshold value by the fuel cell temperature detecting means.
前記第1所定閾値と前記第2所定閾値とは、同一の温度であ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。 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the first predetermined threshold and the second predetermined threshold are the same temperature . 前記燃料電池温度検出手段により検出された前記燃料電池の温度が所定閾値以下になった際に駆動される前記冷媒循環手段の駆動時間を、駆動を繰り返す毎に長くすることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料電池システム。   The driving time of the refrigerant circulating means that is driven when the temperature of the fuel cell detected by the fuel cell temperature detecting means falls below a predetermined threshold is lengthened each time driving is repeated. The fuel cell system according to claim 1 or 2. 前記掃気手段および前記冷媒循環手段に電力を供給する蓄電装置と、
前記蓄電装置の残容量を検出する残容量検出手段と、を備え、
前記蓄電装置の残容量が前記掃気手段による掃気に必要な電力以下になると予測される場合には、前記駆動完了状態において前記燃料電池の温度が所定閾値以下とならないときでも掃気を実行することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
A power storage device for supplying electric power to the scavenging means and the refrigerant circulation means;
A remaining capacity detecting means for detecting a remaining capacity of the power storage device,
When the remaining capacity of the power storage device is predicted to be less than or equal to the power required for scavenging by the scavenging means, scavenging is performed even when the temperature of the fuel cell does not fall below a predetermined threshold in the drive completion state. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the fuel cell system is characterized in that:
反応ガスが供給されて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の内部を流通する冷媒を循環させる冷媒循環手段と、
前記燃料電池の温度を検出する複数の燃料電池温度検出手段と、
前記燃料電池の内部に掃気ガスを導入して掃気制御を行う掃気手段と、を備え、
前記燃料電池の発電停止中に、前記燃料電池の温度が氷点下になると予想される第1所定閾値以下になったときに掃気実行判定を行う燃料電池システムの運転方法において、
いずれかの前記燃料電池温度検出手段により検出された前記燃料電池の温度が前記第1所定閾値以下になった際に前記冷媒循環手段を所定時間駆動させる第1ステップと、
前記第1ステップ後の駆動完了状態においてもいずれかの前記燃料電池温度検出手段により検出された前記燃料電池の温度が前記第1所定閾値以下の第2所定閾値である場合には掃気を実行する第2ステップと、を含むことを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
A fuel cell that is supplied with a reaction gas to generate power;
Refrigerant circulating means for circulating refrigerant circulating in the fuel cell;
A plurality of fuel cell temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell;
Scavenging means for introducing scavenging gas into the fuel cell and performing scavenging control, and
In the operation method of the fuel cell system that performs the scavenging execution determination when the temperature of the fuel cell becomes equal to or lower than a first predetermined threshold that is expected to be below freezing point while the power generation of the fuel cell is stopped ,
A first step of driving the refrigerant circulating means for a predetermined time when the temperature of the fuel cell detected by any one of the fuel cell temperature detecting means is not more than the first predetermined threshold;
Even in the driving completion state after the first step, scavenging is performed when the temperature of the fuel cell detected by any one of the fuel cell temperature detecting means is a second predetermined threshold value that is not more than the first predetermined threshold value. A fuel cell system operating method, comprising: a second step.
前記第1所定閾値と前記第2所定閾値とは、同一の温度であることを特徴とする請求項5に記載の燃料電池システムの運転方法。 6. The method of operating a fuel cell system according to claim 5, wherein the first predetermined threshold and the second predetermined threshold are the same temperature . 前記燃料電池温度検出手段により検出された前記燃料電池の温度が所定閾値以下になった際に駆動される前記冷媒循環手段の駆動時間を、駆動を繰り返す毎に長くするステップを含むことを特徴とする請求項5または請求項6に記載の燃料電池システムの運転方法。   A step of extending the driving time of the refrigerant circulating means, which is driven when the temperature of the fuel cell detected by the fuel cell temperature detecting means falls below a predetermined threshold, every time the driving is repeated, A method for operating the fuel cell system according to claim 5 or 6. 前記掃気手段および前記冷媒循環手段に電力を供給する蓄電装置の残容量が前記掃気手段による掃気に必要な電力以下になると予測される場合には、前記駆動完了状態において前記燃料電池の温度が所定閾値以下とならないときでも掃気を実行するステップを含むことを特徴とする請求項5から請求項7のいずれか1項に記載の燃料電池システムの運転方法。 When the remaining capacity of the power storage device that supplies power to the scavenging means and the refrigerant circulation means is predicted to be less than or equal to the power required for scavenging by the scavenging means, the temperature of the fuel cell is predetermined in the drive completion state. The operation method of the fuel cell system according to any one of claims 5 to 7, further comprising a step of executing scavenging even when the value does not become the threshold value or less.
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JP4872333B2 (en) * 2005-12-09 2012-02-08 株式会社デンソー Fuel cell system
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