JP2007180010A - Fuel cell system and method for start control thereof - Google Patents
Fuel cell system and method for start control thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007180010A JP2007180010A JP2006253837A JP2006253837A JP2007180010A JP 2007180010 A JP2007180010 A JP 2007180010A JP 2006253837 A JP2006253837 A JP 2006253837A JP 2006253837 A JP2006253837 A JP 2006253837A JP 2007180010 A JP2007180010 A JP 2007180010A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- scavenging
- fuel cell
- gas
- anode electrode
- fuel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
この発明は、燃料電池システムの発電停止時又は発電停止後に、燃料電池内の燃料ガス経路又は酸化剤ガス経路の少なくとも一方を空気等の掃気ガスにより掃気して次回の起動に備える燃料電池システム及び該システムの起動制御方法に関し、特に、次回の氷点下起動等の低温時起動に備える燃料電池車両に適用して好適な燃料電池システム及び該システムにおける起動制御方法に関する。 The present invention provides a fuel cell system for preparing for the next start by scavenging at least one of a fuel gas path or an oxidant gas path in the fuel cell with a scavenging gas such as air when power generation is stopped or after power generation is stopped. More particularly, the present invention relates to a fuel cell system suitable for use in a fuel cell vehicle for a low temperature start-up such as a next freezing start and a start control method in the system.
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側にそれぞれアノード電極(燃料極)及びカソード電極(酸化剤極)を設けた電解質膜・電極構造体を、一対のセパレータによって挟んで保持するとともに、アノード電極とセパレータとの間に燃料ガス経路が形成される一方、カソード電極とセパレータとの間に酸化剤ガス経路が形成されている。この燃料電池は、通常、電解質膜・電極構造体及びセパレータを所定数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。 For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode electrode (fuel electrode) and a cathode electrode (oxidant electrode) are provided on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane, While being held by the separator, a fuel gas path is formed between the anode electrode and the separator, and an oxidant gas path is formed between the cathode electrode and the separator. This fuel cell is usually used as a fuel cell stack by laminating a predetermined number of electrolyte membrane / electrode structures and separators.
燃料電池において、燃料ガス経路を介してアノード電極に供給された燃料ガス、例えば、水素含有ガスは、電極触媒上で水素イオン化され、適度に加湿された電解質膜を介してカソード電極へと移動し、その移動の間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。カソード電極には、酸化剤ガス経路を介して酸化剤ガス、例えば、空気等の酸素含有ガスが供給されているために、このカソード電極において、水素イオン、電子及び酸素ガスが反応して水が生成される。水分は、カソード側からの逆拡散あるいは燃料ガスの高湿化等を原因としてアノード電極にも貯留される。 In a fuel cell, a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, supplied to an anode electrode through a fuel gas path is hydrogenated on an electrode catalyst and moves to a cathode electrode through an appropriately humidified electrolyte membrane. Electrons generated during the movement are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy. Since the oxidant gas, for example, oxygen-containing gas such as air, is supplied to the cathode electrode through the oxidant gas path, the hydrogen ions, electrons, and oxygen gas react with each other at the cathode electrode. Generated. Moisture is also stored in the anode electrode due to reverse diffusion from the cathode side or high humidity of the fuel gas.
水分がいずれかの電極において過多状態になると、水詰まり状態を起こすことがあり、そこで、このような燃料電池システムでは、燃料電池システムの運転停止時に、カソード電極ばかりではなくアノード電極にも酸化剤ガスを流通させ、燃料電池内の電解質膜・電極構造体やセパレータに付着している生成水等を除去する掃気処理技術が提案されている(特許文献1参照)。 If water is excessive in any of the electrodes, a water clogging state may occur. Therefore, in such a fuel cell system, not only the cathode electrode but also the anode electrode is oxidized when the fuel cell system is shut down. A scavenging treatment technique has been proposed in which gas is circulated to remove generated water adhering to an electrolyte membrane / electrode structure and a separator in a fuel cell (see Patent Document 1).
ところで、燃料電池システムのシステム停止後に、外気温が下がり、燃料電池システムを氷点下等の低温時に燃料電池システムを起動したとき、燃料電池が暖機される前に、運転者等の操作者の都合等によりイグニッションスイッチがオフ状態にされイグニッションスイッチから停止信号を受ける可能性がある。このような、低温時短時間発電後停止要求の操作(例えば、氷点下起動後に発電短時間にて燃料電池システムを停止させる操作、換言すれば、氷点下で燃料電池システムをちょっと起動した後すぐに停止させる操作)がなされた場合には、上記した電解質膜の活性が十分になされないこと等を原因として、燃料電池システムが不安定になる場合があることが分かった。 By the way, when the fuel cell system is started at a low temperature such as a freezing point or the like after the fuel cell system is shut down and the fuel cell system is started at a low temperature such as below freezing point, the convenience of the operator such as the driver is reduced before the fuel cell is warmed up. For example, the ignition switch may be turned off and a stop signal may be received from the ignition switch. Such an operation for requesting a stop after a short period of power generation at a low temperature (for example, an operation of stopping the fuel cell system in a short period of power generation after starting below freezing point, in other words, immediately stopping the fuel cell system after starting a little below freezing point It has been found that when the operation is performed, the fuel cell system may become unstable due to, for example, insufficient activity of the electrolyte membrane.
この出願の出願人は、この不安定さを予め取り除き、次回の安定な起動性を確保するための技術を、後述するように、2段掃気処理技術及び3段掃気処理技術として特願2005−307193号で提案している。 The applicant of this application, as will be described later, as a two-stage scavenging processing technique and a three-stage scavenging processing technique, will be described in Japanese Patent Application No. 2005-2005. This is proposed in No. 307193.
この2段掃気処理技術及び3段掃気処理技術では、前記低温時短時間発電後停止要求の操作が行われた場合であっても、その操作があったときに、確実に掃気処理が行え、次回の氷点下等の低温時においても確実な再起動を行うことができる。 In the two-stage scavenging processing technology and the three-stage scavenging processing technology, even when the operation for requesting the stop after short-time power generation at the low temperature is performed, the scavenging processing can be surely performed when the operation is performed. Reliable restart can be performed even at low temperatures such as below freezing point.
ところで、上記特許文献1に開示された技術又は特願2005−307193号で提案された技術において、イグニッションスイッチからの停止信号を受けて、アノード電極に酸化剤ガス等の掃気ガスが供給されている掃気処理の途中に、燃料電池を再起動するために、再び、イグニッションスイッチから起動信号が送出される事態が存在することがある。
By the way, in the technique disclosed in
しかしながら、上記特許文献1のように、イグニッションスイッチから停止信号を受けて、アノード電極も酸化剤ガスで掃気している最中に、イグニッションスイッチから再び起動信号を受けたとき、直ちに、アノード電極に燃料ガスを供給して燃料電池の再起動を行おうとした場合には、起動前のアノード電極の燃料ガスによる置換が精度よく行われず、再起動時の発電安定性が損なわれるという問題がある。
However, as in
また、イグニッションスイッチから停止信号を受けた後の前記2段掃気処理及び前記3段掃気処理での掃気処理中に、イグニッションスイッチから再び起動信号が送出されたとき、これらの掃気処理が完了するまで待った後に、燃料電池の再起動を行うように制御する場合には、時間がかかりすぎ、操作者に対して違和感を与えるおそれがある。 Further, when a start signal is sent again from the ignition switch during the scavenging process in the two-stage scavenging process and the three-stage scavenging process after receiving the stop signal from the ignition switch, the scavenging process is completed. If the control is performed so that the fuel cell is restarted after waiting, it may take too much time, and the operator may feel uncomfortable.
この発明は、このような課題を考慮してなされたものであって、イグニッションスイッチから停止信号を受けた後の掃気処理中に、イグニッションスイッチから起動信号を受けたときの燃料電池の再起動時に発電安定性が損なわれることのない燃料電池システム及び該システムの起動制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such problems, and during the scavenging process after receiving the stop signal from the ignition switch, when the fuel cell is restarted when receiving the start signal from the ignition switch. It is an object of the present invention to provide a fuel cell system in which power generation stability is not impaired and a start-up control method for the system.
また、この発明は、イグニッションスイッチからの停止信号を受けた後の掃気処理中に、イグニッションスイッチから起動信号を受けたときの燃料電池の再起動時に発電安定性が損なわれることがなく、かつ再起動までの時間を短縮することを可能とする燃料電池システム及び該システムの起動制御方法を提供することを目的とする。 Further, the present invention does not impair power generation stability when restarting the fuel cell when receiving a start signal from the ignition switch during the scavenging process after receiving the stop signal from the ignition switch. It is an object of the present invention to provide a fuel cell system and a startup control method for the system that can shorten the time until startup.
この発明に係る燃料電池システムは、アノード電極に燃料ガスが供給され、カソード電極に酸化剤ガスが供給されて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池を起動させる起動信号と前記燃料電池を停止させる停止信号を送出する起動・停止手段と、前記停止信号を受けたときに、掃気ガスにより前記アノード電極の前記燃料ガスを掃気するアノード電極掃気手段と、を備える燃料電池システムにおいて、以下の(1)〜(5)の特徴を有する。 The fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell in which fuel gas is supplied to the anode electrode and oxidant gas is supplied to the cathode electrode to generate power, a start signal for starting the fuel cell, and the fuel cell being stopped. A fuel cell system comprising start / stop means for sending a stop signal and anode electrode scavenging means for scavenging the fuel gas of the anode electrode with scavenging gas when the stop signal is received. ) To (5).
(1)前記アノード電極の前記燃料ガスが、前記掃気ガスにより置換されたことを判断する置換判断手段と、前記停止信号を受けて前記掃気ガスによる前記アノード電極の掃気中に、前記起動信号を受けたとき、前記アノード電極の前記燃料ガスが、前記掃気ガスにより置換されていない間は、前記燃料電池の起動を禁止する起動禁止手段と、を備えることを特徴とする。 (1) A replacement determination means for determining that the fuel gas of the anode electrode has been replaced by the scavenging gas, and the start signal during the scavenging of the anode electrode by the scavenging gas in response to the stop signal. And a start prohibiting means for prohibiting the start of the fuel cell while the fuel gas of the anode electrode is not replaced by the scavenging gas.
この特徴(1)を備える発明によれば、掃気ガスによるアノード電極の掃気中に、起動信号を受けたとき、アノード電極の燃料ガスが掃気ガスに置換されていない間は、燃料電池の起動を禁止しているようにしているので、起動時の燃料ガス置換を通常通りに容易に行うことができ、再起動時の発電安定性、すなわち起動性が損なわれることがない。 According to the invention having the feature (1), when the start signal is received during scavenging of the anode electrode by the scavenging gas, the fuel cell is started while the fuel gas of the anode electrode is not replaced by the scavenging gas. Since it is prohibited, the fuel gas replacement at the start can be easily performed as usual, and the power generation stability at the restart, that is, the startability is not impaired.
アノード電極に対し掃気ガスによる掃気を行った場合には、システムの停止時に、アノード電極の経路が掃気ガスにより完全に置換が完了した状態でないと、燃料電池の再起動時におけるアノード電極の燃料ガス濃度を精度よく把握することが困難である。掃気ガスと燃料ガスとが混合された状態で再起動すると、停止時にどの程度、燃料ガスがアノード電極の経路に残っているのかを把握することが難しく、例えば、排出される燃料ガスが増加する等のおそれがある。そのため、アノード電極の経路を掃気ガスにより完全に置換してしまった方が、再起動時における燃料ガスの置換制御がし易い。 When scavenging with the scavenging gas is performed on the anode electrode, the fuel gas of the anode electrode at the time of restarting the fuel cell must be changed unless the path of the anode electrode is completely replaced by the scavenging gas when the system is stopped. It is difficult to accurately grasp the concentration. When restarting in a state where the scavenging gas and the fuel gas are mixed, it is difficult to know how much fuel gas remains in the anode electrode path at the time of stoppage, for example, the amount of discharged fuel gas increases. There is a risk of. Therefore, the replacement of the fuel gas at the time of restarting is easier when the path of the anode electrode is completely replaced by the scavenging gas.
(2)上記(1)の特徴を有する発明において、さらに、前記停止信号を受けて前記掃気ガスによる前記アノード電極の掃気中に、前記起動信号を受けたとき、前記アノード電極の前記燃料ガスが、前記掃気ガスにより置換されたと判断された時は、前記起動禁止手段による起動の禁止を解除し、前記燃料電池の起動を許可する第1起動許可手段を備えることを特徴とする。 (2) In the invention having the feature of (1) above, when the start signal is received during scavenging of the anode electrode by the scavenging gas in response to the stop signal, the fuel gas of the anode electrode is When it is determined that the gas has been replaced by the scavenging gas, a first activation permitting unit that cancels the prohibition of activation by the activation prohibiting unit and permits the activation of the fuel cell is provided.
この特徴(2)を有する発明によれば、アノード電極の燃料ガスが掃気ガスにより置換されたと判断された時、という必要最小限の条件を満たした状態で、燃料電池の起動が許可されるので、再起動までの時間を短縮することができる。 According to the invention having the feature (2), the start of the fuel cell is permitted in a state where the necessary minimum condition is satisfied when it is determined that the fuel gas of the anode electrode is replaced by the scavenging gas. , The time until restart can be shortened.
(3)上記(1)又は(2)の特徴を有する発明において、さらに、前記停止信号を受けたときに、前記掃気ガスにより前記アノード電極掃気手段による前記アノード電極の掃気に先立ち、前記掃気ガスにより前記カソード電極を掃気するカソード電極掃気手段と、前記停止信号を受けて前記カソード電極の掃気中に、前記起動信号を受けたときは、前記燃料電池の起動を許可する第2起動許可手段と、を備えることを特徴とする。 (3) In the invention having the above feature (1) or (2), when the stop signal is received, the scavenging gas prior to the scavenging of the anode electrode by the anode scavenging means by the scavenging gas A cathode electrode scavenging means for scavenging the cathode electrode, and a second activation permission means for permitting activation of the fuel cell when the activation signal is received during the scavenging of the cathode electrode in response to the stop signal. It is characterized by providing.
この特徴(3)を有する発明によれば、停止信号を受けたときに、掃気ガスによるアノード電極の掃気に先立つ掃気ガスによるカソード電極の掃気中に起動信号を受けたときは、燃料電池の起動を許可するようにしている。すなわち、カソード電極の掃気は、再起動時のアノード電極の燃料ガス置換に無関係であるので(寄与しないので)、即座に(直ちに)、起動を許可することで再起動までの時間を短縮することができる。 According to the invention having the feature (3), when the start signal is received during the scavenging of the cathode electrode by the scavenging gas prior to the scavenging of the anode electrode by the scavenging gas when the stop signal is received, the fuel cell is started. To allow. In other words, since scavenging of the cathode electrode is irrelevant to the fuel gas replacement of the anode electrode at the time of restart (since it does not contribute), the start-up is permitted (immediately) to shorten the time until restart. Can do.
(4)上記(2)又は(3)の特徴を有する発明において、さらに、前記第1起動許可手段又は前記第2起動許可手段により前記燃料電池の発電が許可された時に、前記アノード電極に前記燃料ガスが供給される前に、再び停止信号を受けた場合には、前記燃料電池の発電が許可される直前の掃気の残り部分の掃気を続行する掃気続行手段を備えることを特徴とする。 (4) In the invention having the above feature (2) or (3), when the power generation of the fuel cell is permitted by the first activation permission unit or the second activation permission unit, the anode electrode When a stop signal is received again before the fuel gas is supplied, a scavenging continuation means for continuing scavenging of the remaining portion of the scavenging immediately before the power generation of the fuel cell is permitted is provided.
この特徴(4)を有する発明によれば、中断された掃気が継続可能である場合、始めから掃気処理の全体を行うのではなく、掃気処理の残りの部分を続行して行うようにしているので再起動までの時間を短縮することができる。最初の停止信号を受けて掃気処理が開始された後、起動信号を受け、燃料電池の発電が許可される条件が整ったときに、アノード電極に燃料ガスが供給されるまでには、所定時間を要する。そのため、アノード電極に燃料ガスが供給される前に再度停止信号を受けた場合には、アノード電極及び(又は)カソード電極の経路の燃料ガス及び(又は)酸化剤ガスの状態は、最初の停止信号を受けてから前記起動信号を受けた直前の状態と同一の状態にあるので、前記の掃気の残りの部分の掃気を行えばよいことになり、結果として、システム停止とするまでの時間を短縮することができ、停止時において、操作者に違和感を与えるおそれが軽減される。 According to the invention having the feature (4), when the suspended scavenging can be continued, the entire scavenging process is not performed from the beginning, but the remaining part of the scavenging process is continued. Therefore, the time until restart can be shortened. After the scavenging process is started in response to the first stop signal, a predetermined time is required until the fuel gas is supplied to the anode electrode when the start signal is received and the conditions for permitting power generation of the fuel cell are satisfied. Cost. Therefore, when the stop signal is received again before the fuel gas is supplied to the anode electrode, the state of the fuel gas and / or the oxidant gas in the path of the anode electrode and / or the cathode electrode is the first stop. Since it is in the same state as the state immediately after receiving the activation signal after receiving the signal, it is sufficient to perform the scavenging of the remaining part of the scavenging, and as a result, the time until the system is stopped is reduced. This can be shortened, and the possibility that the operator feels uncomfortable at the time of stoppage is reduced.
この発明に係る燃料電池システムの起動制御方法は、アノード電極に燃料ガスが供給され、カソード電極に酸化剤ガスが供給されて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池を起動させる起動信号と、前記燃料電池を停止させる停止信号を送出する起動・停止手段とを有し、前記停止信号を受けたときに、掃気ガスにより前記アノード電極の前記燃料ガスを掃気するアノード電極掃気ステップを備える燃料電池システムの起動制御方法において、以下の(5)の特徴を有する。 A start control method for a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell in which fuel gas is supplied to an anode electrode and an oxidant gas is supplied to a cathode electrode to generate power, a start signal for starting the fuel cell, A fuel cell system having an anode electrode scavenging step of having a start / stop means for sending a stop signal for stopping the fuel cell and scavenging the fuel gas of the anode electrode with a scavenging gas when the stop signal is received The start control method has the following feature (5).
(5)前記アノード電極の前記燃料ガスが、前記掃気ガスにより置換されたことを判断する置換判断ステップと、前記停止信号を受けて前記掃気ガスによる前記アノード電極の掃気中に、前記起動信号を受けたとき、前記アノード電極の前記燃料ガスが、前記掃気ガスにより置換されていない間は、前記燃料電池の起動を禁止する起動禁止ステップと、を備えることを特徴とする。 (5) a replacement determination step for determining that the fuel gas of the anode electrode has been replaced by the scavenging gas; and, during the scavenging of the anode electrode by the scavenging gas in response to the stop signal, And a start prohibiting step for prohibiting start of the fuel cell while the fuel gas of the anode electrode is not replaced by the scavenging gas.
この特徴(5)を備える方法の発明によれば、上記特徴(1)を備える物の発明と同様に、掃気ガスによるアノード電極の掃気中に、起動信号を受けたとき、アノード電極の燃料ガスが掃気ガスに置換されていない間は、燃料電池の起動を禁止しているようにしているので、起動時の燃料ガス置換を通常通りに容易に行うことができ、再起動時の発電安定性、すなわち起動性が損なわれることがない。 According to the invention of the method having the feature (5), as in the invention of the object having the feature (1), when the start signal is received during the scavenging of the anode electrode by the scavenging gas, the fuel gas of the anode electrode Since the start of the fuel cell is prohibited while the gas is not replaced by the scavenging gas, the fuel gas replacement at the start can be easily performed as usual, and the power generation stability at the restart is stable. That is, the startability is not impaired.
また、上記特徴(2)〜(4)を備える物の発明に対応する下記特徴(6)〜(8)を備える方法の発明もこの発明に含まれる。 Moreover, the invention of the method provided with the following characteristics (6)-(8) corresponding to the invention of the thing provided with the said characteristics (2)-(4) is also contained in this invention.
(6)上記(5)の特徴を有する発明において、さらに、前記停止信号を受けて前記掃気ガスによる前記アノード電極の掃気中に、前記起動信号を受けたとき、前記アノード電極の前記燃料ガスが、前記掃気ガスにより置換されたと判断された時は、前記起動禁止ステップによる起動の禁止を解除し、前記燃料電池の起動を許可する第1起動許可ステップを備えることを特徴とする。 (6) In the invention having the feature of (5) above, when the start signal is received during scavenging of the anode electrode by the scavenging gas in response to the stop signal, the fuel gas of the anode electrode is When it is determined that the gas is replaced by the scavenging gas, there is provided a first activation permission step for canceling the activation inhibition by the activation inhibition step and permitting the activation of the fuel cell.
(7)上記(5)又は(6)の特徴を有する発明において、さらに、前記停止信号を受けたときに、前記掃気ガスにより前記アノード電極掃気ステップによる前記アノード電極の掃気に先立ち、前記掃気ガスにより前記カソード電極を掃気するカソード電極掃気ステップと、前記停止信号を受けて前記カソード電極の掃気中に、前記起動信号を受けたときは、前記燃料電池の起動を許可する第2起動許可ステップと、を備えることを特徴とする。 (7) In the invention having the above feature (5) or (6), when the stop signal is received, the scavenging gas prior to the scavenging of the anode electrode by the scavenging gas by the scavenging gas. A cathode electrode scavenging step for scavenging the cathode electrode, and a second activation permission step for permitting activation of the fuel cell when the activation signal is received during scavenging of the cathode electrode upon receipt of the stop signal; It is characterized by providing.
(8)上記(6)又は(7)の特徴を有する発明において、前記第1起動許可ステップ又は前記第2起動許可ステップにより前記燃料電池の発電が許可された時に、前記アノード電極に前記燃料ガスが供給される前に、再び停止信号を受けた場合には、前記燃料電池の発電が許可される直前の掃気の残り部分の掃気を続行する掃気続行ステップを備えることを特徴とする。 (8) In the invention having the above feature (6) or (7), when power generation of the fuel cell is permitted in the first activation permission step or the second activation permission step, the fuel gas is applied to the anode electrode. When a stop signal is received again before the fuel gas is supplied, a scavenging continuation step of continuing the scavenging of the remaining part of the scavenging just before the power generation of the fuel cell is permitted is provided.
この発明によれば、掃気処理中に、イグニッションスイッチがオン状態に切り替えられて起動信号を受けたとき、起動時の燃料ガスの置換が容易に行えるようにしているので、再起動時の発電安定性が損なわれることがないという効果が達成される。 According to the present invention, during the scavenging process, when the ignition switch is turned on and the start signal is received, the replacement of the fuel gas at the start can be easily performed. The effect that the property is not impaired is achieved.
また、この発明は、掃気処理中に、イグニッションスイッチがオン状態に切り替えられて起動信号を受けたとき、掃気の内容に応じた必要最小限の処理を続行するようにしているので、再起動までの時間を短縮することができるという効果が達成される。 In the present invention, when the ignition switch is turned on and a start signal is received during the scavenging process, the minimum process according to the content of the scavenging is continued. The effect that the time can be shortened is achieved.
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、この発明の一実施形態が適用された燃料電池システム10を備える燃料電池車両12の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell vehicle 12 including a
この燃料電池車両12は、基本的には、燃料電池14と、この燃料電池14の出力を補助するとともに、この燃料電池14の発電電力により充電される蓄電装置16と、走行用の駆動モータ等を含む負荷18と、エアコンプレッサ36等の補機とから構成される。
The fuel cell vehicle 12 basically includes a
燃料電池14は、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで挟んで保持して構成される燃料電池セルを、複数積層させて一体化させたスタック構造になっている。各燃料電池セルは、電解質膜(固体高分子電解質膜)・電極構造体を挟んで保持する金属のセパレータとを備える。一方のセパレータの電解質膜・電極構造体のカソード電極に対向する面には、酸化剤ガス経路(反応ガス経路ともいう。)146が設けられる。他方のセパレータの電解質膜・電極構造体のアノード電極に対向する面には、燃料ガス経路(反応ガス経路ともいう。)148が形成される。
The
燃料電池14には、この燃料電池14の燃料ガス経路148を通じてアノード電極に燃料ガス、例えば水素(H2)ガスを供給するための水素供給口20と、燃料電池14の燃料ガス経路148から排出される未使用の水素ガスを含む排ガスを排出するための水素排出口22と、燃料電池14の酸化剤ガス経路146を通じてカソード電極に、酸化剤ガス、例えば酸素(O2)を含む空気(エア)を供給するための空気供給口24と、酸化剤ガス経路146から未使用の酸素を含む空気を燃料電池14から排出するための空気排出口26とが設けられている。
The
なお、水素排出口22の近傍には、水素排出口22内のガスの温度Thを検出(測定)する温度検出手段としての温度センサ71が取り付けられている。
In the vicinity of the
水素供給口20には、水素供給流路28が連通される。この水素供給流路28には、水素供給流路28内のガスの圧力P1を検出(測定)する圧力センサ91を介してエゼクタ48が設けられ、このエゼクタ48は、高圧水素を貯留する水素タンク42から水素供給弁44を通じて供給される水素ガスを、水素供給流路28及び水素供給口20を通じて燃料電池14に供給するとともに、燃料電池14で使用されなかった未使用の水素ガスを含む排ガスを水素排出口22に連通する水素循環流路46から吸引して燃料電池14に再供給する。
A
水素循環流路46には、アノード電極に溜まった水やカソード電極から電解質膜を透過してアノード電極に混入した窒素ガスを含む燃料ガスを水素パージ流路32、希釈ボックス90及び排出流路94を介して外部(外気・大気)に排出して発電安定性を確保するため通常発電運転時等に適宜開放される比較的に大流量用の水素パージ弁30が設けられる他、水素循環流路46の図示しないキャッチタンクに溜まった水等を水素ガスを含む排出ガスとともに、排出流路52、希釈ボックス90及び排出流路94を介して大気に排出するための比較的に小流量のドレイン弁50が設けられている。
In the
なお、排出流路94には、排出ガス中の水素濃度Dhを検出(測定)する水素濃度センサ93が設けられている。
The
一方、空気供給口24には、空気供給流路34が連通され、この空気供給流路34には、空気供給流路34内のガスの圧力P2を検出(測定)する圧力センサ92を介して、大気からの空気を圧縮して供給するエアコンプレッサ用モータと一体となったエアコンプレッサ36が接続される。
On the other hand, an
また、空気排出口26には、エアコンプレッサ36から空気供給流路34及び空気供給口24を通じて燃料電池14に供給される空気の圧力を調整するための背圧制御弁38が設けられ、燃料電池14の空気排出口26は、この背圧制御弁38を介し空気排出流路40、希釈ボックス90及び排出流路94を通じて大気に連通している。
Further, the
希釈ボックス90は、水素パージ流路32及び排出流路52を通じて供給される燃料ガス(排ガス)を空気排出流路40から供給される酸化剤ガスにより希釈して外部に排出する機能を有する。
The
さらに、燃料電池14の水素供給流路28と空気供給流路35との間には、空気導入流路53を介し水素供給口20を通じて燃料ガス経路148に圧縮空気を導入するための、いわゆるアノード側空気掃気処理時に開放される空気導入弁54が設けられる。
Further, between the
なお、背圧制御弁38を除き、水素供給弁44、空気導入弁54、水素パージ弁30、ドレイン弁50は、それぞれオンオフ弁である。
Except for the back
さらに、燃料電池システム10及びこの燃料電池システム10を搭載する燃料電池車両12には、制御装置70が設けられ、この制御装置70により、燃料電池システム10及び燃料電池車両12の前記各種弁の開閉、負荷18の制御、エアコンプレッサ36等の補機の制御、蓄電装置16の充放電制御等を含め、全ての動作が制御される。
Further, the
制御装置70は、コンピュータ(ECU)により構成され、各種入力に基づきメモリに記憶されているプログラムを実行することで各種の機能を実現する機能手段としても動作する。この実施形態において、制御装置70は、それぞれ、後述する起動・停止手段、アノード電極掃気手段、置換判断手段、起動禁止手段、第1起動許可手段、カソード電極掃気手段、第2起動許可手段、計時手段(カウンタ・タイマ)等、各機能手段の全部あるいは一部として機能する。
The
なお、図1において、太い実線は電力線を示し、細い実線は信号線を示す。また、二重線は、配管を示している。 In FIG. 1, a thick solid line indicates a power line, and a thin solid line indicates a signal line. Moreover, the double line has shown piping.
燃料電池システム10の通常発電運転時には、制御装置70による弁制御により、基本的には、水素供給弁44は開放され背圧制御弁38が適量に開いた状態になっており、水素パージ弁30及びドレイン弁50は適宜開かれるが通常は閉じた状態となっており、さらに、空気導入弁54は、閉じた状態になっている。
During normal power generation operation of the
この通常発電運転時において、水素タンク42から供給される燃料ガスが、エゼクタ48を介し水素供給流路28を通じて燃料電池14の水素供給口20に供給される。
During this normal power generation operation, the fuel gas supplied from the
水素供給口20に供給された燃料ガスは、各燃料電池セルを構成する燃料ガス経路148に沿ってアノード電極に供給されアノード電極に沿って移動後、水分を含む未使用の水素ガスを含む排ガスは、水素排出口22から排出されて水素循環流路46に送られる。
The fuel gas supplied to the
水素循環流路46に排出された排ガスは、エゼクタ48の吸引作用下に、水素供給流路28の途上に戻された後、再度、燃料電池14内に燃料ガスとして供給される。この燃料ガスは、水分を含むガス、すなわち加湿ガスになっている。
The exhaust gas discharged into the
一方、空気は、外気が圧縮された圧縮空気としてコンプレッサ102から供給され、通常運転時には、圧縮空気が空気供給流路34に供給される。この空気、すなわち酸化剤ガスは、空気供給口24から各燃料電池セルを構成する酸化剤ガス経路146に沿ってカソード電極に供給されカソード電極に沿って移動後、未使用の空気を含む排ガスが、空気排出口26から空気排出流路40に排出される。
On the other hand, the air is supplied from the compressor 102 as compressed air in which the outside air is compressed, and the compressed air is supplied to the air
これにより、各燃料電池セルでは、アノード電極に供給される燃料ガスである水素と、カソード電極に供給される酸化剤ガス中の酸素とが反応して発電が行われる。発電電力は、負荷18、エアコンプレッサ36、及び蓄電装置16に供給される。
Thereby, in each fuel cell, hydrogen, which is a fuel gas supplied to the anode electrode, reacts with oxygen in the oxidant gas supplied to the cathode electrode to generate power. The generated power is supplied to the
発電状態が一定時間以上継続されると、カソード電極側で発生し酸化剤ガス経路146にも貯留されている生成水が電解質膜、アノード電極を透過して燃料ガス経路148側に伝達され、燃料ガス経路148内にも貯留されることとなる。
When the power generation state continues for a certain time or longer, the generated water generated on the cathode electrode side and also stored in the
すなわち、燃料電池14において発電が開始されると、最初に酸化剤ガス経路146に液滴が発生し、所定発電時間経過後に燃料ガス経路148内にも液滴が発生することになる。
That is, when power generation is started in the
通常発電運転時に、この燃料電池システム10を搭載する燃料電池車両12において、制御装置70は、アクセルペダルの踏み込み量Apや車速Vs等から必要電力を算出し、この算出した必要電力に基づいて燃料電池14、負荷18、エアコンプレッサ36及び背圧制御弁38等にそれぞれ制御信号を送出する等の各種制御を行う。
During the normal power generation operation, in the fuel cell vehicle 12 equipped with the
また、制御装置70は、負荷18の制御及び氷点下起動制御等の低温時起動制御を確実に実施するために、外気温センサ74、温度センサ71、圧力センサ91、92及び水素濃度センサ93から、それぞれ、外気温Ta、水素排出口22内のガス温度Th、水素供給流路28の圧力P1、空気供給流路34の圧力P2、排出流路94の水素濃度Dhの各信号を取り込む。
In addition, the
さらに、制御装置70には、燃料電池車両12及び燃料電池システム10の起動信号IGonであるオン信号(燃料電池システム10をオフ状態からオン状態にする信号)及び停止信号IGoffであるオフ信号(燃料電池システム10をオン状態からオフ状態にする信号)を出力する起動・停止手段としてのイグニッションスイッチ(IGスイッチ)76が接続されている。
Further, the
基本的には、以上のように構成され、かつ動作する燃料電池システム10の起動制御動作について説明する前に、特願2005−307193号で提案している2段掃気処理技術及び3段掃気処理技術について、図2のフローチャートを参照して説明する。
Basically, the two-stage scavenging process and the three-stage scavenging process proposed in Japanese Patent Application No. 2005-307193 will be described before describing the startup control operation of the
ステップS1において、制御装置70が燃料電池システム10(燃料電池車両12)のイグニッションスイッチ76から起動信号IGonを受けたとき、ステップS2において、燃料電池14の発電が開始される。
In step S1, when the
次に、ステップS3において、水素排出口22に取り付けられた温度センサ71により温度(燃料電池の温度とする。)Thを検出し、発電開始直後の燃料電池14の温度Th(Th=Ts)が所定温度(閾値)Ta以下であるかどうかが判定される。ここでの、所定温度Taは、例えば、低温時の目安とされる氷点である0[℃](Ta=0[℃])に設定される。
Next, in step S3, the temperature (the temperature of the fuel cell) Th is detected by the
次いで、発電開始直後の燃料電池14の温度Th(Th=Ts)が所定温度Ta以下の温度であった場合(Ts≦Ta)、ステップS4において、イグニッションスイッチ76から停止信号IGoffを受けたかどうかが判断される。
Next, when the temperature Th (Th = Ts) of the
停止信号IGoffを受けると、燃料電池14の起動(ステップS1)後の発電運転中に停止要求を受けたと判定され、次のステップS5において、今回起動時点(ステップS1:YES)から停止要求を受けた時点(ステップS4:YES)までに燃料電池14の発電により水分が、燃料電池14内で発生しているかどうかが判定される。
When the stop signal IGoff is received, it is determined that the stop request is received during the power generation operation after the start of the fuel cell 14 (step S1), and in the next step S5, the stop request is received from the current start time (step S1: YES). It is determined whether or not moisture has been generated in the
このステップS7の判定は、制御装置70で算出される、今回起動時点から停止要求を受けた時点までの燃料電池14の発電電力量、いわゆる積算発電量[Wh]で判定することができる。
The determination in step S7 can be made based on the amount of power generated by the
ステップS5において、例えば、水分が発生していないと判定された場合には、掃気処理を行う必要がないので、掃気処理を行わずに、ステップS6において、燃料電池システム10の通常のシステム停止処理(水素供給弁44を閉じる、エアコンプレッサ36を停止させる等の処理)が行われる。
In step S5, for example, when it is determined that no moisture is generated, it is not necessary to perform the scavenging process. Therefore, the normal system stop process of the
その一方、ステップS5において、水分が発生していると判定されたときには、ステップS7において、燃料電池14の温度Th(今回の運転停止時である停止要求を受けた時点の温度Teとする。)を温度センサ71により検出し、検出した、イグニッションスイッチ76から停止信号IGoffを受けた直後の温度Th(Th=Te)が、所定温度(閾値)Tb以下であるかどうかが判定される。この所定温度Tb(Ta<Tb)は予め決定され、メモリに格納されている温度であるが、このステップS7の判定は、発電開始からそれほど時間が経過していないため酸化剤ガス経路146側のみに水分が発生していて、燃料ガス経路148側には水分が伝達していない状態を判定するための閾値である。
On the other hand, when it is determined in step S5 that moisture is generated, in step S7, the temperature Th of the fuel cell 14 (the temperature Te at the time when the stop request at the time of the current stop is received). Is detected by the
なお、このステップS7の判定は、今回の起動時(ステップS1:YES)からイグニッションオフ時(ステップS4:YES)までに発電された積算発電量が所定積算発電量以下であるかどうかにより判定することもできる。 The determination in step S7 is made based on whether or not the integrated power generation amount generated from the current start-up (step S1: YES) to the ignition off (step S4: YES) is equal to or less than a predetermined integrated power generation amount. You can also.
ステップS7の判定が否定的である場合、すなわち、燃料電池14の温度Th(Th=Te)が所定温度Tbを超える値であった場合には、ステップS8において、ステップS7で検出された燃料電池14の温度Th(Th=Te)が、所定温度(閾値)Tc以下であるかどうかが判定される(Tb≦Te≦Tc)。
If the determination in step S7 is negative, that is, if the temperature Th (Th = Te) of the
この所定温度Tc(Tb<Tc)は予め決定され、メモリに格納されている温度であるが、このステップS8の判定は、酸化剤ガス経路146と燃料ガス経路148の両方に水分が発生しているかどうかを判定するためのものである。つまり、所定温度Tcは、酸化剤ガス経路146と燃料ガス経路148の両方に水分が発生していることを判定するための閾値である。
The predetermined temperature Tc (Tb <Tc) is a temperature that is determined in advance and stored in the memory. The determination in step S8 is that moisture is generated in both the
ステップS8の判定が肯定的である場合、及びステップS7の判定が肯定的である場合には、ステップS4でのイグニッションスイッチ76からの停止信号IGoffの受信(イグニッションスイッチ76のオフ状態への操作)は、低温時短時間発電後停止要求の操作であると決定される。
If the determination in step S8 is affirmative and if the determination in step S7 is affirmative, the stop signal IGoff is received from the
そして、ステップS8の判定が肯定的であった場合には、ステップS9において、低温時短時間発電後停止要求に基づく掃気処理フラグFsとして、3段掃気処理用のフラグFs=3を立てる。 If the determination in step S8 is affirmative, in step S9, a three-stage scavenging process flag Fs = 3 is set as the scavenging process flag Fs based on the low temperature short time power generation stop request.
また、ステップS7の判定が肯定的であった場合にも、ステップS4でのイグニッションスイッチ76からの停止信号IGoffの受信は、低温時短時間発電後停止要求の操作であると決定され、ステップS10において、低温時短時間停止要求に基づく掃気処理フラグFsとして、2段掃気処理用のフラグFs=2を立てる。
Even when the determination in step S7 is affirmative, it is determined that the reception of the stop signal IGoff from the
さらに、ステップS3の判定において、発電開始直後の燃料電池14の温度Th(Th=Ts)が、所定温度Ta(Ta=0[℃])を超える温度であって(Ts>Ta)、その後、ステップS11において、イグニッションスイッチ76から停止信号IGoffを受信したとき、及びステップS8の判定において、燃料電池14の温度Th(Th=Te)が、所定温度Tcを上回る温度であった場合(Te>Tc)には、ステップS4におけるイグニッションスイッチ76の停止信号IGoffの受信は、それぞれ、低温時起動に該当せず、また低温時起動に該当しても充分な時間発電運転が行われていたものと判定し、それぞれ低温時短時間発電後停止要求ではないものと決定する。そのため、ステップS12において、掃気処理フラグFsとして、デフォルトの通常掃気処理用のフラグFs=1を立てる。
Furthermore, in the determination of step S3, the temperature Th (Th = Ts) of the
次いで、ステップS13において、掃気処理フラグFsの値が判定され、掃気処理フラグFsの値が「1」であった場合には、ステップS14で、燃料電池14が通常通りに停止されたときの通常掃気処理(カソード電極掃気ステップ)が行われ、「2」であった場合には、ステップS15で、2段掃気処理(カソード電極掃気ステップ)が行われ、「3」であった場合には、ステップS16で、3段掃気処理(カソード電極掃気ステップ及びアノード電極掃気ステップ)が行われる。
Next, in step S13, the value of the scavenging process flag Fs is determined. If the value of the scavenging process flag Fs is “1”, the normal state when the
いずれかの掃気処理が行われた後、ステップS6のシステム停止処理が行われる。 After any of the scavenging processes is performed, the system stop process in step S6 is performed.
次に、ステップS14の通常掃気処理、ステップS15の2段掃気処理、及びステップS16の3段掃気処理の意義並びに処理内容をフローチャート及びタイムチャートを利用して説明する。 Next, the meaning and processing contents of the normal scavenging process in step S14, the two-stage scavenging process in step S15, and the three-stage scavenging process in step S16 will be described using a flowchart and a time chart.
まず、図3のフローチャートを参照して、ステップS14の通常掃気処理の動作について説明する。 First, the operation of the normal scavenging process in step S14 will be described with reference to the flowchart of FIG.
この場合、ステップS14aにおいて、制御装置70により水素供給弁44が閉じられ(遮断され)燃料電池14に対する燃料ガスの供給が停止される。
In this case, in step S14a, the hydrogen supply valve 44 is closed (shut off) by the
次いで、ステップS14bにおいて、エアコンプレッサ36の吐出空気量が増量され、大流量とされた空気が空気供給口24から燃料電池14内に導入される。
Next, in step S <b> 14 b, the amount of air discharged from the
導入された大流量の空気により燃料電池14内の酸化剤ガス経路146の生成水(液滴)等が、空気排出口26、背圧制御弁38、空気排出流路40、希釈ボックス90、排出流路94を介して外気に排出されることで、カソード側掃気処理が開始される。
The generated water (droplets) in the
次に、ステップS14cにおいて、所定時間経過後に、カソード側掃気処理が完了すると、ステップS14dにおいて、エアコンプレッサ36の作動が停止されることで、燃料電池14に対する空気の供給が停止される。このとき、背圧制御弁38が全開とされ酸化剤ガス経路146が外気に開放されることで通常掃気処理が終了する。この通常掃気処理では、カソード電極側のみ、すなわち酸化剤ガス経路146のみに掃気ガスである酸化剤ガスが供給され、アノード電極側である燃料ガス経路148には、掃気ガスである酸化剤ガスが供給されない。
Next, when the cathode-side scavenging process is completed after the elapse of a predetermined time in step S14c, the operation of the
次いで、ステップS6にもどり、燃料電池システム10がシステム停止状態とされる。
Next, returning to step S6, the
このように、通常掃気処理においては、ステップS13においてイグニッションスイッチ76のオフ状態を検出してから短時間で燃料電池システム10がシステム停止状態となるので、運転者等の燃料電池車両12の操作者に違和感を与えることがない。
As described above, in the normal scavenging process, the
次に、図4のフローチャート及び図5のタイムチャートを参照して、ステップS4の今回のイグニッションスイッチ76からの停止信号IGoffの受信が、低温時短時間発電後停止要求であって、かつカソード電極側である酸化剤ガス経路146内にのみ水分が発生したと判定した場合に行われるステップS15の2段掃気処理の動作について説明する。
Next, with reference to the flowchart of FIG. 4 and the time chart of FIG. 5, the reception of the stop signal IGoff from the
この場合、今回のシステム停止制御及び次回の氷点下時等の低温時の確実な起動を確保するために、時点t0において、イグニッションスイッチ76のオフ信号を検出したとき、まず、ステップS15aにおいて発電電流により蓄電装置16を所定容量まで充電する。蓄電装置16としてキャパシタを使用しているので、この充電は、きわめて短時間に終了する。
In this case, when an OFF signal of the
充電完了後、ステップS15bにおいて、水素供給弁44が閉じられ燃料ガスの燃料電池14に対する供給が停止される。
After completion of charging, in step S15b, the hydrogen supply valve 44 is closed and the supply of fuel gas to the
次いで、ステップS15c、15dで、酸化剤ガス経路146内の液滴を排出するための2段掃気処理第1段処理を行う(時点t0〜t1)。この場合、まず、ステップS15cで、エアコンプレッサ36から吐出される空気量を大流量に設定し(時点t0)、大流量の空気を、ステップS15dでの所定時間(時点t0〜t1)、酸化剤ガス経路146に流通させることで酸化剤ガス経路146に残存する液滴を排出(除去)する。
Next, in steps S15c and 15d, a two-stage scavenging process first stage process for discharging droplets in the
2段掃気処理第1段処理による酸化剤ガス経路146から液滴の排出後、ステップS15e〜S15gで、燃料電池14のカソード電極側の乾燥を促進し、次回の氷点下等の低温時起動を確実にするための2段掃気処理第2段処理を行う(時点t1〜t2)。
After discharging droplets from the
この場合、まず、ステップS15eでエアコンプレッサ36の駆動を小さくして小流量空気量に設定し、小流量の空気を酸化剤ガス経路146内に供給する(時点t1)。
In this case, first, in step S15e, the driving of the
そして、ステップS15fにおいて、酸化剤ガス経路146内に小流量の空気を所定時間流通させることで、次回の低温時起動を確実にする(時点t1〜t2)。
In step S15f, a low flow rate of air is circulated in the
次いで、ステップS15gにおいて、エアコンプレッサ36の駆動が停止され、2段掃気処理第2段処理が終了することで2段掃気処理が終了する。
Next, in step S15g, the driving of the
このようにして、ステップS4でイグニッションスイッチ76からの停止信号IGoffを受けたときに、低温時短時間発電後停止要求であって、かつカソード電極側である酸化剤ガス経路146内にのみ水が発生したと判定した場合には、酸化剤ガス経路146の液滴を大流量、短時間で排出した後、酸化剤ガス経路146のカソード電極を小流量、長時間で乾燥する2段掃気処理を行うことで、次回の氷点下等の低温時において安定な起動性を確保することができる。なお、図5から分かるように、この2段掃気処理では、カソード電極側の酸化剤ガス経路146のみに掃気ガスである酸化剤ガスが供給され、アノード電極側である燃料ガス経路148には、掃気ガスである酸化剤ガスは供給されない。
In this way, when the stop signal IGoff is received from the
上述した図5のタイムチャート及び図6のフローチャートを参照して説明した2段掃気処理第1段処理と2段掃気処理第2段処理とは、イグニッションスイッチ76から停止信号IGoffを受けたとき、時間的に連続的に行っているが、イグニッションスイッチ76から停止信号IGoffを受けたときに、2段掃気処理第1段処理を行い、所定時間経過後に2段掃気処理第2段処理を行うように時間的に分割して行うようにしてもよい。
The two-stage scavenging process first-stage process and the two-stage scavenging process second-stage process described with reference to the time chart of FIG. 5 and the flowchart of FIG. 6 are performed when the stop signal IGoff is received from the
次に、図6のフローチャート及び図7のタイムチャートを参照して、ステップS6の今回のイグニッションスイッチ76からの停止信号IGoffの受信が、低温時短時間発電後停止要求であって、かつカソード電極側である酸化剤ガス経路146とアノード電極側である燃料ガス経路148の両経路に水分が発生したと判定した場合に行われるステップS16の3段掃気処理の動作について説明する。
Next, with reference to the flowchart of FIG. 6 and the time chart of FIG. 7, the reception of the stop signal IGoff from the
この場合、今回のシステム停止制御及び次回の氷点下時等の低温時の確実な起動を確保するために、時点t10において、イグニッションスイッチ76のオフ状態を検出したとき、まず、ステップS16aにおいて発電電流により蓄電装置16を所定容量まで充電する。
In this case, when the OFF state of the
充電が完了後、ステップS16bにおいて、水素供給弁44が閉じられ燃料ガスの燃料電池14に対する供給が停止される。
After the charging is completed, in step S16b, the hydrogen supply valve 44 is closed and the supply of fuel gas to the
次いで、ステップS16cにおいて、燃料電池システム10から外部に排出される燃料ガスの希釈要件を満足するために、比較的に小流量のドレイン弁50を開くとともに、空気導入弁54を開く(時点t10)。
Next, in step S16c, in order to satisfy the dilution requirement of the fuel gas discharged from the
そして、ステップS16dにおいて、図4のフローチャートを参照して説明したステップS15c〜S15dの処理と同一の2段掃気処理の第1段処理、すなわち、酸化剤ガス経路146内の液滴を排出するためのカソード電極側大流量短時間掃気処理を行う(時点t10〜t11)。したがって、時点t10〜t11の間では、上述したように、大流量の空気が酸化剤ガス経路146に流通され、酸化剤ガス経路146に残存する液滴が排出(除去)される。
In step S16d, the first stage process of the two-stage scavenging process, which is the same as the process in steps S15c to S15d described with reference to the flowchart of FIG. 4, that is, to discharge droplets in the
なお、時点t10で空気導入弁54が開かれているので、この時点t10以降、燃料ガス経路148にも空気が導入されるが、大流量の水素パージ弁30は閉じており、小流量のドレイン弁50が開かれているので、燃料ガス経路148にも、小流量の空気が導入される。この場合、燃料ガス経路148からドレイン弁50を通じ排出流路52を通じて排出される燃料ガスと、空気排出流路40から排出される酸化剤ガスとが希釈ボックス90を介して希釈され、希釈された燃料ガスとして排出流路94を通じて外気に排出される。
Since the
このようにして、酸化剤ガス経路146から液滴が排出され、燃料ガス経路148からも燃料ガスが排出濃度を上昇させることなく希釈して排出された時点t11から燃料ガス経路148からの液滴の排出(除去)処理を行う。
In this way, droplets are discharged from the
この場合、ステップS16eにおいて、大流量の水素パージ弁30を開くことで(時点t11)、希釈された燃料ガスが残る燃料ガス経路148内に、ステップS16fでの所定時間(時点t11〜t12)、大流量の空気が流通され、燃料ガス経路148内の液滴が排出(除去)されるとともに、希釈された燃料ガスが排出される。そして、ステップS16gにおいて、空気導入弁54が閉じられる(時点t12)。
In this case, by opening the
時点t10〜t12に示すように、掃気ガスである酸化剤ガスの酸化剤ガス経路146内流量と燃料ガス経路148内流量が同時に大きくならないように時間的に分けて酸化剤ガス経路146と燃料ガス経路148内の液滴を除去するようにしているので、エアコンプレッサ36の駆動を抑制することができ、騒音を抑制することができる。結果、従来技術に比較して小型・軽量で小容量のエアコンプレッサ36を使用することが可能となる。また、時点t10〜t11の間では、燃料ガスが徐々に希釈されて排出されるようにしているので、燃料ガス希釈だけのための希釈ボックス90への酸化剤ガスの供給が不要となる。
As shown at time points t10 to t12, the
次いで、ステップS16hにおいて、図4のフローチャートを参照して説明したステップS15e〜S15gの処理と同一の2段掃気処理の第2段処理、すなわち、燃料電池14のカソード電極側の乾燥を促進し、次回の氷点下等の低温時起動を確実にするための小流量長時間の掃気処理を行う(時点t12〜t13)。
Next, in step S16h, the second stage process of the same two-stage scavenging process as the process of steps S15e to S15g described with reference to the flowchart of FIG. 4, that is, the drying of the cathode side of the
このようにして、ステップS4のイグニッションスイッチ76からの停止信号IGoffの受信が、低温時短時間発電後停止要求であって、かつカソード電極側である酸化剤ガス経路146とアノード電極側である燃料ガス経路148の両経路に水が発生したと判定した場合に行われる3段掃気処理を行うことで、次回の氷点下等の低温時において安定な起動性を確保することができる。この3段掃気処理では、結果として、カソード電極側の酸化剤ガス経路146とアノード電極側の燃料ガス経路148の両方に掃気ガスである酸化剤ガスが供給されて掃気される。
In this manner, the stop signal IGoff received from the
上述した図6のフローチャート及び図7のタイムチャートを参照して説明した3段掃気処理中の2段掃気処理第1段処理と2段掃気処理第2段処理とは、イグニッションスイッチ76から停止信号IGoffを受けたときに時間的に連続して行っているが、イグニッションスイッチ76から停止信号IGoffを受けたときに2段掃気処理第1段処理を行い、所定時間経過(所定条件成立)後に2段掃気処理第2段処理と燃料ガス経路148内の液滴を除去する処理を行うように時間的に分割して行うようにしてもよい。
The two-stage scavenging process first stage process and the two-stage scavenging process second stage process during the three-stage scavenging process described with reference to the flowchart of FIG. 6 and the time chart of FIG. When IGoff is received, it is continuously performed in time. However, when the stop signal IGoff is received from the
以上の説明が、2段掃気処理技術及び3段掃気処理技術についての説明である。 The above description is a description of the two-stage scavenging processing technique and the three-stage scavenging processing technique.
次に、この実施形態に係る燃料電池システム10の起動制御動作について、図8のフローチャート及び図9〜図11のタイムチャートを参照して説明する。
Next, the startup control operation of the
なお、図9のタイムチャートの内容は、簡単に説明すると、運転モードが発電モードであるときに、時点t0でイグニッションスイッチ76から停止信号IGoffを受け(ステップS4:YES)、2段掃気モード(ステップS21:2段掃気)のカソード電極側大流量掃気処理(時点t0〜t1)、カソード電極側小流量掃気処理の途中の時点1aでイグニッションスイッチ76から起動信号IGonを受けた場合に(ステップS22:YES)、その時点t1aで直ちに(即座)ステップS28、S29の処理を行い、発電モード(ステップS31)に入る処理を説明している。
The contents of the time chart of FIG. 9 will be briefly described. When the operation mode is the power generation mode, the stop signal IGoff is received from the
図10のタイムチャートの内容は、簡単に説明すると、運転モードが発電モードであるときに、時点t10でイグニッションスイッチ76から停止信号IGoffを受け(ステップS4:YES)、3段掃気モード(ステップS21:3段掃気)のカソード電極側大流量掃気処理(時点t10〜t11)、アノード電極側大流量掃気処理の途中の時点11aでイグニッションスイッチ76から起動信号IGonを受けた場合に(ステップS24:YES)、その時点t11aで即座に発電モードに入ることなく、時点t10(又は時点t11)〜t12(t12a)までの、燃料ガス経路148が酸化剤ガスによる完全に置換されたとみなす期間、再起動を禁止し(ステップS27:NO)、禁止を解除して再起動許可後(ステップS27:YES)、ステップS28、S29の処理を行い、発電モード(ステップS31)に入る処理を説明している。
The contents of the time chart of FIG. 10 will be briefly described. When the operation mode is the power generation mode, the stop signal IGoff is received from the
図11のタイムチャートの内容は、簡単に説明すると、図10のタイムチャートの時点t12a以降の時点t12bでイグニッションスイッチ76から再び停止信号IGoffを受けたときに(ステップS30:YES)、3段掃気処理の残りの部分の処理を続行してシステム停止とすることで(ステップS32→S6)、システム停止までの時間を短縮する処理を説明している。
The contents of the time chart of FIG. 11 will be briefly described. When the stop signal IGoff is received again from the
そこで、図8のフローチャートにおいて、まず、ステップS4(図2のステップS4と同じ)で、イグニッションスイッチ76から停止信号IGoffを受けると、ステップS21において、ステップS13(図2参照)のフラグFsの値により、掃気処理の種類が判定され、2段掃気処理又は通常掃気処理であった場合には、次に、ステップS22で、これらの掃気処理中に、イグニッションスイッチ76から再度起動信号IGonを受けたかどうかが判断され、起動信号IGonを受けなかった場合には、ステップS23で2段掃気処理又は通常掃気処理の掃気完了(ステップS14d、ステップS15g)を検出した場合、ステップS6のシステムの停止処理を行う。
Therefore, in the flowchart of FIG. 8, when the stop signal IGoff is received from the
ステップS21で、3段掃気処理と判定された場合には、ステップS24で、この3段掃気処理中に、イグニッションスイッチ76から再度起動信号IGonを受けたかどうかが判定され、起動信号IGonを受けていなかった場合には、次に、ステップS25で3段掃気処理の掃気完了(ステップS16h中のS15g)を検出した場合、ステップS6のシステム停止処理が行われる。
If it is determined in step S21 that the three-stage scavenging process is being performed, it is determined in step S24 whether or not the activation signal IGon is received again from the
一方、ステップS24で、イグニッションスイッチ76から再度起動信号IGonを受けた場合、ステップS26でイグニッションスイッチ76から再度停止信号IGoffを受信したかどうかが判定される。
On the other hand, when the activation signal IGon is received again from the
ステップS26で、停止信号IGoffを受信しなかった場合には、ステップS27で、燃料電池14の発電の再起動の許可を判断する。
If the stop signal IGoff is not received in step S26, permission for restart of power generation of the
このステップS27の再起動許可判断処理は、図10、図11に示すように、運転モードが発電モード中に、ステップS4で停止信号IGoffを受信した時点t10で停止処理に入り、ステップS16cで空気導入弁54が開かれた時点t10からタイマにより計時を開始し、燃料ガス経路148内が完全に酸化剤ガス(掃気ガス)により置換されたと判断する時点t12が経過するまでの時間(予め定められた時間:所定時間)を計時することにより行うことができる。また、ステップS27の再起動許可判断処理は、タイマによる所定時間の計時の他、水素濃度センサ93により検出される水素濃度Dhが所定濃度以下となったときに、燃料ガス経路148内が、酸化剤ガスにより完全に置換されたと判断することができる。
As shown in FIGS. 10 and 11, the restart permission determination process in step S27 enters the stop process at time t10 when the operation mode is the power generation mode and the stop signal IGoff is received in step S4, and the air in step S16c. The time from the time t10 when the
ステップS27の判定が成立した時点t12において、図10、図11のタイムチャート中、3段掃気モードのタイムチャートからも分かるように、空気導入弁54が閉弁される。また、水素パージ弁30、ドレイン弁50も閉弁される。
At time t12 when the determination in step S27 is established, the
次いで、ステップS28(時点t12a)において、ステップS24の再起動信号IGonの受信に基づく再起動開始指令が、水素供給弁44に開弁指令として供給されるとともに、エアコンプレッサ36に対する駆動指令として供給される。
Next, in step S28 (time t12a), a restart start command based on the reception of the restart signal IGon in step S24 is supplied to the hydrogen supply valve 44 as a valve opening command and also supplied as a drive command to the
なお、図10、図11において、時点t10〜t12aの間は、再起動が制限される期間である。この再起動制限時間は、ステップS27のタイマによる所定時間(t10〜t12)の計時の他、水素濃度センサ93により検出される水素濃度Dhが所定濃度以下となったときに、空気導入弁54の故障検知処理を実施する時間(t12〜t12a)を加えた時間であるが、空気導入弁54の故障検知処理を実施する時間は、ステップS27の再起動許可判断処理の時間に比較してきわめて短い時間であるので、実質的に、再起動制限時間は、ステップS27の再起動許可判断処理に要する時間(t10〜t12)と考えることができる。
In FIGS. 10 and 11, the period from the time t10 to t12a is a period in which the restart is limited. This restart limit time is not limited to the predetermined time (t10 to t12) measured by the timer in step S27, but also when the hydrogen concentration Dh detected by the hydrogen concentration sensor 93 falls below the predetermined concentration. Although the time (t12 to t12a) for performing the failure detection process is added, the time for performing the failure detection process for the
一方、ステップS21で2段掃気処理又は通常掃気処理中と判定され、ステップS22で、これらの掃気処理中(例えば、図5の時点t0〜t2の間)にイグニッションスイッチ76から起動信号IGonを再び受信した場合には、燃料ガス経路148に掃気ガスとして酸化剤ガスが投入されていないので、ステップS27の再起動許可判断を行うことなく、ステップS28(時点t12a)において、ステップS24の再起動信号IGonの受信に基づく再起動開始指令が、水素供給弁44に開弁指令として供給されるとともに、エアコンプレッサ36に対する駆動指令として供給される。
On the other hand, in step S21, it is determined that the two-stage scavenging process or the normal scavenging process is being performed. In step S22, the start signal IGon is again transmitted from the
例えば、図9に示すように、時点t0で、イグニッションスイッチ76から停止信号IGoffを受けた後(ステップS4:YES)、時点t1以降のカソード電極小流量掃気処理が行われている途中の時点t1aで再び起動信号IGonを受けたとき(ステップS22:YES)、ステップS28(時点t1a)において、再起動開始指令が制御装置70から出力される。
For example, as shown in FIG. 9, at time t0, after receiving the stop signal IGoff from the ignition switch 76 (step S4: YES), the time t1a during which the cathode electrode small flow scavenging process after time t1 is being performed is performed. When the activation signal IGon is received again (step S22: YES), a restart start command is output from the
次いで、ステップS29において、燃料供給前の起動処理が完了したかどうかが判断される。燃料電池システム10の起動時においては、水素供給弁44を開弁するとき、弁の一方側(高圧水素タンク42側)が高圧となっており、弁の他方側(エゼクタ48側)は大気圧より僅かに高い程度となっているので、この水素供給弁44には、開弁に必要な駆動力の小さいパイロット式の電磁弁が用いられている。そして、このパイロット式の電磁弁では、開弁指令が供給されてから、メインバルブの開弁に先立ち、駆動力の小さいパイロット弁が開弁し、メインバルブの上流側圧力と下流側圧力とが略同一となってからメインバルブが開弁される。このため、水素供給弁44に開弁指令が供給されてから実際に開弁するまでに一定の時間がかかる。水素供給弁44の開弁は、圧力センサ91の圧力値P1の増加により検出することができる。ステップS29の燃料供給前の起動処理時間は、この水素供給弁44の開弁時間に依存する。
Next, in step S29, it is determined whether the startup process before fuel supply is completed. When the
ステップS29の起動処理が完了していない場合には、ステップS30でイグニッションスイッチ76から再度停止信号IGoffを受けたかどうかが監視され、停止信号IGoffを受けていないで、ステップS29の起動処理完了の判定が肯定的となった場合には、ステップS31で発電モード(図9、図10参照)に入り通常発電を開始し、起動制御処理を終了する。
If the activation process in step S29 has not been completed, it is monitored in step S30 whether or not the stop signal IGoff has been received again from the
その一方、ステップS29の起動処理が完了していない前にイグニッションスイッチ76から再度停止信号IGoffを受けた場合には、ステップS32において、2段掃気処理の残りの処理又は3段掃気処理の残りの処理が続行される。
On the other hand, if the stop signal IGoff is received again from the
すなわち、2段掃気処理中に、ステップS22でイグニッションスイッチ76から起動信号IGonを受けた後、ステップS30でイグニッションスイッチ76から再び停止信号IGoffを受けた場合には、アノード電極側の酸化剤ガスによる掃気処理を行っていないので、図5に示す時点t0〜t2の間で、掃気処理が中断された時点(ステップS22:YES)から時点t2までの残りの時間の対応する処理(カソード電極側大流量掃気処理又はカソード電極側小流量掃気処理のいずれかの処理)が継続して続行される。
That is, during the two-stage scavenging process, if the stop signal IGoff is received again from the
また、3段掃気処理中に、ステップS27での再起動許可判断が成立した場合には、図7中、時点t11〜t12の燃料ガス経路148の空気置換が完了していることから、時点t12以降のカソード電極側小流量掃気処理中であるので、ステップS30でイグニッションスイッチ76から停止信号IGoffを受けた場合には、時点t12〜t13の間で、掃気処理が中断された時点から時点t13までの残りの時間のカソード電極側小流量掃気処理が実行される。
If the restart permission determination at step S27 is established during the three-stage scavenging process, the air replacement of the
すなわち、図11を参照して説明すると、時点t12aで、ステップS29の燃料ガス供給前の起動処理が行われている途中に、時点t12bでイグニッションスイッチ76から停止信号IGoffを受けた場合(ステップS30:YES)、時点t12b〜t12cに示すように、アノード電極側大流量掃気処理の残りの時間と、時点t12c〜t13a(図7の時点t12〜t13までの時間と同一の時間)でのカソード電極側小流量掃気処理が実行される。
That is, with reference to FIG. 11, when the stop signal IGoff is received from the
ステップS32の残りの掃気処理が完了後、ステップS6のシステム停止処理が実行される。 After the remaining scavenging process in step S32 is completed, the system stop process in step S6 is executed.
なお、通常掃気処理中に、ステップS22でイグニッションスイッチ76から起動信号IGonを受けた後、停止信号IGoffを受けた場合には、ステップS32で、ステップS14cで決められた所定時間のカソード電極側掃気処理の残りの時間分の処理が続行される。
During the normal scavenging process, when the stop signal IGoff is received after receiving the start signal IGon from the
図8のフローチャートを参照して説明した起動制御処理例では、通常掃気処理、2段掃気処理、又は3段掃気処理中に、イグニッションスイッチ76から再度起動信号IGonを受けたときの動作について説明しているが、この発明は、この例に限定されることなく、例えば、図12のフローチャートに示すように、ステップS21の判定処理が、ステップS41の「アノード電極側空気処理中」処理に代替された場合でも、このステップS41の判定以降の他のステップS22〜S32をそのまま利用することができる。
In the activation control processing example described with reference to the flowchart of FIG. 8, the operation when the activation signal IGon is received again from the
このステップS41の判断を有する図12のフローチャートは、ステップS4において、イグニッションスイッチ76から停止信号IGoffを受けたときに、アノード電極側空気掃気処理、又はアノード電極側空気掃気処理及びカソード電極側空気掃気処理を行い、その後にカソード電極側空気処理を行う掃気技術を採用する全ての燃料電池システムに同様に適用することができる。
The flowchart of FIG. 12 having the determination of step S41 is the anode electrode side air scavenging process or the anode electrode side air scavenging process and the cathode electrode side air scavenging when the stop signal IGoff is received from the
以上説明したように上述した実施形態は、アノード電極に燃料ガスが供給され、カソード電極に酸化剤ガスが供給されて発電を行う燃料電池14と、燃料電池14を起動させる起動信号IGonと燃料電池14を停止させる停止信号IGoffを送出する起動・停止手段としてのイグニッションスイッチ76と、停止信号IGoffを受けたときに、掃気ガスとしての酸化剤ガスによりアノード電極の燃料ガスを掃気するアノード電極掃気手段としての空気導入弁54と、を備える燃料電池システム10に適用され、以下の第1〜第5実施例を含む。
As described above, in the embodiment described above, the fuel gas is supplied to the anode electrode and the oxidant gas is supplied to the cathode electrode to generate power, the start signal IGon for starting the
なお、掃気ガスとしては、酸化剤ガスに限らず、他のガス、例えば窒素ガスを利用することもできる。 The scavenging gas is not limited to the oxidant gas, and other gases such as nitrogen gas can also be used.
第1実施例:アノード電極に燃料ガスが供給され、カソード電極に酸化剤ガスが供給されて発電を行う燃料電池14と、燃料電池14を起動させる起動信号IGonと燃料電池14を停止させる停止信号IGoffを送出する起動・停止手段としてのイグニッションスイッチ76と、停止信号IGoffを受けたときに、掃気ガス(ここでは、酸化剤ガス)によりアノード電極の燃料ガスを掃気するアノード電極掃気手段としての空気導入弁54と、を備える燃料電池システム10において、アノード電極の燃料ガスが、酸化剤ガスにより置換されたことを判断する置換判断手段(ステップS27)と、前記停止信号を受けて前記掃気ガスによる前記アノード電極の掃気中に、前記起動信号を受けたとき、前記アノード電極の前記燃料ガスが、前記掃気ガスにより置換されていない間は、前記燃料電池の起動を禁止する起動禁止手段(ステップS27:NO)とを備える。
First embodiment: a
この第1実施例によれば、掃気ガスによるアノード電極の掃気中に、起動信号IGonを受けたとき(ステップS24:YES)、アノード電極の燃料ガスが掃気ガスに置換されていない間は、燃料電池14の起動を禁止しているようにしているので、起動時の燃料ガス置換を通常通りに容易に行うことができ、再起動時の発電安定性、すなわち起動性が損なわれることがない。
According to the first embodiment, when the start signal IGon is received during the scavenging of the anode electrode with the scavenging gas (step S24: YES), the fuel gas in the anode electrode is not replaced with the scavenging gas. Since the start of the
アノード電極に対し掃気ガスによる掃気を行った場合には、システムの停止時に、アノード電極の経路が掃気ガスにより完全に置換が完了した状態でないと、燃料電池14の再起動時におけるアノード電極の燃料ガス濃度を精度よく把握することが困難である。掃気ガスと燃料ガスとが混合された状態で再起動すると、停止時にどの程度、燃料ガスがアノード電極の燃料ガス経路148に残っているのかを把握することが難しく、例えば、排出される燃料ガスが増加する等のおそれがある。そのため、アノード電極の燃料ガス経路148を掃気ガスにより完全に置換してしまった方が、再起動時における燃料ガスの置換制御がし易い。
When scavenging with the scavenging gas is performed on the anode electrode, the fuel of the anode electrode at the time of restarting the
第2実施例:上記第1実施例において、停止信号IGoffを受けて(ステップS4:YES)掃気ガスによるアノード電極の掃気中に、起動信号を受けたとき(ステップS24:YES)、アノード電極の燃料ガスが、掃気ガスにより置換されたと判断された時は(ステップS27:YES)、起動禁止手段(ステップS27:NO)による起動の禁止を解除し、燃料電池14の起動を許可する第1起動許可手段(第1起動許可ステップ、ステップS27:YES)を備える。
Second Embodiment: In the first embodiment, when the stop signal IGoff is received (step S4: YES), when the start signal is received during the scavenging of the anode electrode by the scavenging gas (step S24: YES), the anode electrode When it is determined that the fuel gas has been replaced by the scavenging gas (step S27: YES), the start prohibition by the start prohibiting means (step S27: NO) is canceled and the start of the
この第2実施例によれば、アノード電極の燃料ガスが掃気ガスにより置換されたと判断された時、という必要最小限の条件を満たした状態で、燃料電池14の起動が許可されるので、再起動までの時間を短縮することができる。
According to the second embodiment, since it is permitted to start the
第3実施例:上記第1実施例又は上記第2実施例において、さらに、停止信号IGoffを受けたときに(ステップS4:YES)、掃気ガスにより空気導入弁54の開放によるアノード電極の掃気に先立ち、掃気ガスによりカソード電極を掃気するカソード電極掃気手段としてのエアコンプレッサ36と、停止信号IGoffを受けてカソード電極の掃気中に(ステップS21:NO)、起動信号を受けたときは(ステップS22:YES)、燃料電池14の起動を許可する第2起動許可手段(第2起動許可ステップ、ステップS28)と、を備える。
Third Embodiment: In the first embodiment or the second embodiment, when the stop signal IGoff is further received (step S4: YES), scavenging of the anode electrode by opening the
この第3実施例によれば、停止信号IGoffを受けたときに、掃気ガスによるアノード電極の掃気に先立つ掃気ガスによるカソード電極の掃気中に起動信号IGoffを受けたときは、燃料電池14の起動を許可するようにしている。すなわち、カソード電極の掃気は、再起動時のアノード電極の燃料ガス置換に無関係であるので(寄与しないので)、即座に(直ちに)、起動を許可することで再起動までの時間を短縮することができる。
According to the third embodiment, when the start signal IGoff is received during the scavenging of the cathode electrode by the scavenging gas prior to the scavenging of the anode electrode by the scavenging gas when the stop signal IGoff is received, the
第4実施例:上記第2実施例又は第3実施例において、さらに、第1起動許可手段(ステップS27:YES)又は第2起動許可手段(ステップS28)により燃料電池14の発電が許可された時に、アノード電極に燃料ガスが供給される前に(ステップS29:NO)、再び停止信号を受けた場合には(ステップS30:YES)、燃料電池14の発電が許可される直前の掃気の残り部分の掃気を続行する掃気続行手段(掃気続行ステップ、ステップS32)を備える。
Fourth Embodiment: In the second embodiment or the third embodiment, the power generation of the
この第4実施例によれば、中断された掃気が継続可能である場合、始めから掃気処理の全体を行うのではなく、掃気処理の残りの部分を続行して行うようにしているので再起動までの時間を短縮することができる。最初の停止信号IGoffを受けて(ステップS4:YES)掃気処理が開始された後、起動信号IGonを受け(ステップS22:YES)、燃料電池14の発電が許可される条件が整ったときに、アノード電極に燃料ガスが供給されるまでには、所定時間を要する。そのため、アノード電極に燃料ガスが供給される前に再度停止信号IGoffを受けた場合には(ステップS30:YES)、アノード電極及び(又は)カソード電極の経路の燃料ガス及び(又は)酸化剤ガスの状態は、最初の停止信号IGoff(ステップS4:YES)を受けてから起動信号IGonを受けた(ステップS22:YES)直前の状態と同一の状態にあるので、掃気の残りの部分の掃気を行えばよいことになり、結果として、システム停止とするまでの時間を短縮することができ、停止時において、操作者に違和感を与えるおそれが軽減される。
According to the fourth embodiment, when the interrupted scavenging can be continued, the entire scavenging process is not performed from the beginning, but the remaining part of the scavenging process is continued and restarted. Can be shortened. After receiving the first stop signal IGoff (step S4: YES), after the scavenging process is started, the start signal IGon is received (step S22: YES), and when the conditions for permitting the power generation of the
10…燃料電池システム 12…燃料電池車両
14…燃料電池 36…エアコンプレッサ
54…空気導入弁 70…制御装置
76…イグニッションスイッチ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記燃料電池を起動させる起動信号と前記燃料電池を停止させる停止信号を送出する起動・停止手段と、
前記停止信号を受けたときに、掃気ガスにより前記アノード電極の前記燃料ガスを掃気するアノード電極掃気手段と、を備える燃料電池システムにおいて、
前記アノード電極の前記燃料ガスが、前記掃気ガスにより置換されたことを判断する置換判断手段と、
前記停止信号を受けて前記掃気ガスによる前記アノード電極の掃気中に、前記起動信号を受けたとき、前記アノード電極の前記燃料ガスが、前記掃気ガスにより置換されていない間は、前記燃料電池の起動を禁止する起動禁止手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell in which fuel gas is supplied to the anode electrode and oxidant gas is supplied to the cathode electrode to generate power; and
Start / stop means for sending a start signal for starting the fuel cell and a stop signal for stopping the fuel cell;
An anode electrode scavenging means for scavenging the fuel gas of the anode electrode with a scavenging gas when receiving the stop signal.
Replacement determination means for determining that the fuel gas of the anode electrode has been replaced by the scavenging gas;
When the start signal is received during scavenging of the anode electrode by the scavenging gas in response to the stop signal, the fuel gas of the anode electrode is not replaced by the scavenging gas. Start prohibition means for prohibiting start,
A fuel cell system comprising:
さらに、
前記停止信号を受けて前記掃気ガスによる前記アノード電極の掃気中に、前記起動信号を受けたとき、前記アノード電極の前記燃料ガスが、前記掃気ガスにより置換されたと判断された時は、前記起動禁止手段による起動の禁止を解除し、前記燃料電池の起動を許可する第1起動許可手段
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
further,
When the start signal is received during scavenging of the anode electrode by the scavenging gas in response to the stop signal, when the fuel gas of the anode electrode is determined to be replaced by the scavenging gas, the start-up is performed. A fuel cell system comprising: first activation permission means for canceling prohibition of activation by the prohibiting means and permitting activation of the fuel cell.
さらに、
前記停止信号を受けたときに、前記掃気ガスにより前記アノード電極掃気手段による前記アノード電極の掃気に先立ち、前記掃気ガスにより前記カソード電極を掃気するカソード電極掃気手段と、
前記停止信号を受けて前記カソード電極の掃気中に、前記起動信号を受けたときは、前記燃料電池の起動を許可する第2起動許可手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 or 2,
further,
A cathode electrode scavenging means for scavenging the cathode electrode with the scavenging gas prior to scavenging the anode electrode by the anode electrode scavenging means with the scavenging gas when receiving the stop signal;
A second activation permission means for permitting activation of the fuel cell when the activation signal is received during scavenging of the cathode electrode in response to the stop signal;
A fuel cell system comprising:
さらに、
前記第1起動許可手段又は前記第2起動許可手段により前記燃料電池の発電が許可された時に、前記アノード電極に前記燃料ガスが供給される前に、再び停止信号を受けた場合には、前記燃料電池の発電が許可される直前の掃気の残り部分の掃気を続行する掃気続行手段
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 2 or 3,
further,
When power generation of the fuel cell is permitted by the first activation permission unit or the second activation permission unit, if a stop signal is received again before the fuel gas is supplied to the anode electrode, A fuel cell system comprising scavenging continuation means for continuing scavenging of the remaining portion of the scavenging just before the power generation of the fuel cell is permitted.
前記アノード電極の前記燃料ガスが、前記掃気ガスにより置換されたことを判断する置換判断ステップと、
前記停止信号を受けて前記掃気ガスによる前記アノード電極の掃気中に、前記起動信号を受けたとき、前記アノード電極の前記燃料ガスが、前記掃気ガスにより置換されていない間は、前記燃料電池の起動を禁止する起動禁止ステップと、
を備えることを特徴とする燃料電池システムの起動制御方法。 A fuel cell in which fuel gas is supplied to the anode electrode and an oxidant gas is supplied to the cathode electrode to generate power, a start / stop means for sending a start signal for starting the fuel cell and a stop signal for stopping the fuel cell And a start control method of a fuel cell system comprising an anode electrode scavenging step of scavenging the fuel gas of the anode electrode with a scavenging gas when receiving the stop signal,
A replacement determination step of determining that the fuel gas of the anode electrode has been replaced by the scavenging gas;
When the start signal is received during scavenging of the anode electrode by the scavenging gas in response to the stop signal, the fuel gas of the anode electrode is not replaced by the scavenging gas. Start prohibition step for prohibiting start, and
A start-up control method for a fuel cell system, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006253837A JP4956109B2 (en) | 2005-11-30 | 2006-09-20 | FUEL CELL SYSTEM AND START-UP CONTROL METHOD FOR THE SYSTEM |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005345776 | 2005-11-30 | ||
JP2005345776 | 2005-11-30 | ||
JP2006253837A JP4956109B2 (en) | 2005-11-30 | 2006-09-20 | FUEL CELL SYSTEM AND START-UP CONTROL METHOD FOR THE SYSTEM |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007180010A true JP2007180010A (en) | 2007-07-12 |
JP4956109B2 JP4956109B2 (en) | 2012-06-20 |
Family
ID=38304955
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006253837A Expired - Fee Related JP4956109B2 (en) | 2005-11-30 | 2006-09-20 | FUEL CELL SYSTEM AND START-UP CONTROL METHOD FOR THE SYSTEM |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4956109B2 (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009224250A (en) * | 2008-03-18 | 2009-10-01 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP2009277622A (en) * | 2008-05-19 | 2009-11-26 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system and its control method |
JP2009301897A (en) * | 2008-06-13 | 2009-12-24 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system and its operation method |
JP2010003495A (en) * | 2008-06-19 | 2010-01-07 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell mobile body |
JP2013125627A (en) * | 2011-12-14 | 2013-06-24 | Panasonic Corp | Fuel cell power generation system |
JP2016095985A (en) * | 2014-11-13 | 2016-05-26 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell system and control method thereof |
JP2019153519A (en) * | 2018-03-06 | 2019-09-12 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell system |
CN113745590A (en) * | 2020-05-27 | 2021-12-03 | 丰田自动车株式会社 | Fuel cell system |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004327350A (en) * | 2003-04-28 | 2004-11-18 | Toyota Motor Corp | Operation control of power supply system with fuel cell |
JP2005251441A (en) * | 2004-03-02 | 2005-09-15 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP2005251646A (en) * | 2004-03-05 | 2005-09-15 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system and restarting method of fuel cell system |
JP2005276529A (en) * | 2004-03-23 | 2005-10-06 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP2005276552A (en) * | 2004-03-24 | 2005-10-06 | Honda Motor Co Ltd | Operating method for fuel cell |
-
2006
- 2006-09-20 JP JP2006253837A patent/JP4956109B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004327350A (en) * | 2003-04-28 | 2004-11-18 | Toyota Motor Corp | Operation control of power supply system with fuel cell |
JP2005251441A (en) * | 2004-03-02 | 2005-09-15 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP2005251646A (en) * | 2004-03-05 | 2005-09-15 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system and restarting method of fuel cell system |
JP2005276529A (en) * | 2004-03-23 | 2005-10-06 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP2005276552A (en) * | 2004-03-24 | 2005-10-06 | Honda Motor Co Ltd | Operating method for fuel cell |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009224250A (en) * | 2008-03-18 | 2009-10-01 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP2009277622A (en) * | 2008-05-19 | 2009-11-26 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system and its control method |
JP2009301897A (en) * | 2008-06-13 | 2009-12-24 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system and its operation method |
JP2010003495A (en) * | 2008-06-19 | 2010-01-07 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell mobile body |
JP2013125627A (en) * | 2011-12-14 | 2013-06-24 | Panasonic Corp | Fuel cell power generation system |
JP2016095985A (en) * | 2014-11-13 | 2016-05-26 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell system and control method thereof |
JP2019153519A (en) * | 2018-03-06 | 2019-09-12 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell system |
CN113745590A (en) * | 2020-05-27 | 2021-12-03 | 丰田自动车株式会社 | Fuel cell system |
CN113745590B (en) * | 2020-05-27 | 2024-04-16 | 丰田自动车株式会社 | Fuel cell system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4956109B2 (en) | 2012-06-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4028544B2 (en) | Fuel cell system and fuel gas path failure detection method in the system | |
JP4956109B2 (en) | FUEL CELL SYSTEM AND START-UP CONTROL METHOD FOR THE SYSTEM | |
JP4977342B2 (en) | Fuel cell system and method for adjusting charge amount of power storage device | |
US7875399B2 (en) | Stop method for fuel cell system | |
JP4928109B2 (en) | Fuel cell system and scavenging process switching method in the system | |
JP5086584B2 (en) | Fuel cell system and scavenging method in the system | |
JP6112882B2 (en) | Starting method of fuel cell system | |
JP5005910B2 (en) | Fuel cell system and charge control method for power storage device | |
US20060251937A1 (en) | Stop method for fuel cell system and fuel cell system | |
JP5080793B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2006202520A (en) | Shutdown method of fuel cell system, and fuel cell system | |
JP4917796B2 (en) | Fuel cell system | |
US20090286116A1 (en) | Fuel cell system and control method thereof | |
JP2007323954A (en) | Fuel cell system, and control method thereof | |
US9711813B2 (en) | Fuel cell system and start up control method for the fuel cell system | |
JP4603427B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5409705B2 (en) | Fuel cell system and control method thereof | |
JP4504896B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2009252552A (en) | Fuel cell system | |
JP4353296B2 (en) | FUEL CELL SYSTEM AND FUEL CELL START-UP METHOD | |
JP4675623B2 (en) | Fuel cell system and control method thereof | |
JP4666629B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2008159299A (en) | Fuel cell system and its purging method | |
JP5420855B2 (en) | Fuel cell system and control method thereof | |
JP5328295B2 (en) | Fuel cell system and method for stopping fuel cell system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20081127 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111128 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120110 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120223 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120313 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120316 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4956109 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150323 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |