JP2012069465A - Fuel cell system, fuel cell, and fuel cell stack - Google Patents

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JP2012069465A JP2010215133A JP2010215133A JP2012069465A JP 2012069465 A JP2012069465 A JP 2012069465A JP 2010215133 A JP2010215133 A JP 2010215133A JP 2010215133 A JP2010215133 A JP 2010215133A JP 2012069465 A JP2012069465 A JP 2012069465A
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Hideyuki Kumei
秀之 久米井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new technique for suppressing the deterioration of a membrane electrode assembly (MEA) caused by the generation of negative voltage in a fuel cell.SOLUTION: A single cell 100 of a fuel cell system 20 comprises a cell current restriction part 170 which is interposed between an anode-side separator 130 and a cathode-side separator 150 in a manner parallel to an MEA 110. The cell current restriction part 170 is provided with a diode 171. When a voltage of the single cell 100 becomes -Vf or lower, current flows through the diode 171 to restrict the current flow through the MEA 110. When a voltage Vc of the single cell 100 becomes -Vf or lower, the fuel cell system 20 estimates a junction temperature Tj of the diode 171 and controls the cell voltage Vc to rise if the junction temperature Tj is equal to or higher than a predetermined value.

Description

本発明は、燃料電池に関し、特に、燃料電池の性能劣化抑制技術に関する。   The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a technique for suppressing performance deterioration of a fuel cell.

燃料電池は、電解質膜とアノードとカソードとを備えたＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）で燃料ガスと酸化ガスとを反応させて発電を行う。かかる燃料電池では、運転状況によって、負電圧を生じることがある。例えば、燃料ガスの供給量が発電に必要な量よりも少ない場合には、アノードの電位が上昇して、負電圧を生じ得る。このような負電圧を生じると、アノードが備える触媒を担持するカーボン粒子の酸化によって、ＭＥＡの劣化が生じることが知られている。このようなことから、ＭＥＡの劣化を防止する種々の技術が開発されている。   The fuel cell performs power generation by reacting a fuel gas and an oxidizing gas with an MEA (Membrane Electrode Assembly) including an electrolyte membrane, an anode, and a cathode. In such a fuel cell, a negative voltage may be generated depending on operating conditions. For example, when the supply amount of the fuel gas is less than the amount necessary for power generation, the potential of the anode is increased and a negative voltage can be generated. When such a negative voltage is generated, it is known that the MEA deteriorates due to the oxidation of the carbon particles supporting the catalyst provided in the anode. For this reason, various techniques for preventing the deterioration of MEA have been developed.

例えば、特許文献１では、燃料電池の出力電圧が所定値以下に低下した場合に、出力制限を行うことで、負電圧の発生を回避し、ＭＥＡの劣化を抑制する技術を開示している。しかしながら、出力制限は、燃料電池への負荷要求に対する応答性の悪化を意味する。このように、負電圧の発生に起因するＭＥＡの劣化を抑制する従来の技術は、改善の余地を残していた。   For example, Patent Document 1 discloses a technique for avoiding negative voltage generation and suppressing deterioration of MEA by limiting output when the output voltage of the fuel cell drops below a predetermined value. However, the output limitation means deterioration of responsiveness to a load request to the fuel cell. As described above, the conventional technique for suppressing the deterioration of the MEA due to the generation of the negative voltage leaves room for improvement.

特開２００８−３００２９９号公報JP 2008-300299 A 特開２００９−７６２５９号公報JP 2009-76259 A 特開２００９−１８９１６１号公報JP 2009-189161 A 特開２０１０−００３４４４号公報JP 2010-003444 A

上述の問題の少なくとも一部を考慮し、本発明が解決しようとする課題は、燃料電池の負電圧の発生に起因するＭＥＡの劣化を抑制することができる新たな技術を提供することである。   In view of at least a part of the above-described problems, the problem to be solved by the present invention is to provide a new technique capable of suppressing deterioration of MEA due to generation of a negative voltage of a fuel cell.

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

［適用例１］燃料電池システムであって、
電解質膜とアノードとカソードとを含む発電部と、
前記発電部を間に挟んで配置された一対のセパレータと、
前記一対のセパレータの間に前記発電部と並列的に介装されたセル電流制限部であって、該一対のセパレータの間のセル電圧が負電圧の第１の電圧値以下である場合に、内部に電流を流すことを許容して前記発電部を流れる電流を制限するセル電流制限部と
を備えた燃料電池と、
前記セル電流制限部が前記電流の制限を行っている状態での該セル電流制限部の温度を測定または推定する温度検知部と、
前記測定または推定したセル電流制限部の温度が所定値以上である場合に、前記セル電圧を上昇させる電圧上昇制御を行う電圧上昇制御部と
を備えた燃料電池システム。 Application Example 1 A fuel cell system,
A power generation unit including an electrolyte membrane, an anode, and a cathode;
A pair of separators disposed with the power generation unit interposed therebetween;
A cell current limiting unit interposed in parallel with the power generation unit between the pair of separators, and the cell voltage between the pair of separators is equal to or less than a first negative voltage value, A fuel cell comprising: a cell current limiting unit that allows a current to flow inside and limits a current flowing through the power generation unit;
A temperature detection unit that measures or estimates the temperature of the cell current limiting unit when the cell current limiting unit is limiting the current;
A fuel cell system comprising: a voltage increase control unit that performs voltage increase control for increasing the cell voltage when the measured or estimated temperature of the cell current limiting unit is equal to or higher than a predetermined value.

かかる構成の燃料電池システムは、一対のセパレータの間に発電部と並列的にセル電流制限部が介装されている。セル電流制限部は、一対のセパレータの間のセル電圧が負電圧の第１の電圧値以下である場合に、内部に電流を流すことを許容するので、発電部を流れる電流を制限することができる。その結果、燃料電池の負電圧の発生に起因するＭＥＡの劣化を抑制することができる。しかも、燃料電池システムは、セル電流制限部の温度が所定値以上である場合に、セル電圧を上昇させる電圧上昇制御を行うので、セル電流制限部に流れる電流を制限して、セル電流制限部の温度の過度の上昇を抑制することができる。その結果、セル電流制限部の熱破壊を抑制することができる。   In the fuel cell system having such a configuration, a cell current limiting unit is interposed between the pair of separators in parallel with the power generation unit. Since the cell current limiting unit allows the current to flow inside when the cell voltage between the pair of separators is equal to or lower than the first negative voltage value, the current flowing through the power generation unit may be limited. it can. As a result, it is possible to suppress the deterioration of the MEA due to the generation of the negative voltage of the fuel cell. In addition, since the fuel cell system performs voltage increase control to increase the cell voltage when the temperature of the cell current limiting unit is equal to or higher than a predetermined value, the current flowing through the cell current limiting unit is limited and the cell current limiting unit An excessive increase in temperature can be suppressed. As a result, thermal breakdown of the cell current limiting unit can be suppressed.

［適用例２］適用例１記載の燃料電池システムであって、更に、前記セル電圧が負電圧の第２の電圧値以下であることを検知する電圧検知部を備え、前記温度検知部は、前記セル電圧が前記第２の電圧値以下であると検知された場合に、前記セル電流制限部の温度を測定または推定する燃料電池システム。 Application Example 2 The fuel cell system according to Application Example 1, further including a voltage detection unit that detects that the cell voltage is equal to or lower than a second voltage value of a negative voltage, and the temperature detection unit includes: A fuel cell system that measures or estimates the temperature of the cell current limiting unit when the cell voltage is detected to be equal to or lower than the second voltage value.

かかる構成の燃料電池システムは、セル電圧が負電圧の第２の電圧値以下であると検知した場合に、セル電流制限部の温度を測定または推定する。すなわち、セル電流制限部が熱破壊するおそれが生じた場合にのみ、セル電流制限部の温度を測定または推定することができるので、効率的な処理を行うことができる。   The fuel cell system having such a configuration measures or estimates the temperature of the cell current limiting unit when it is detected that the cell voltage is equal to or lower than the negative second voltage value. That is, the temperature of the cell current limiting unit can be measured or estimated only when there is a possibility that the cell current limiting unit is thermally destroyed, so that efficient processing can be performed.

［適用例３］燃料電池システムであって、
電解質膜とアノードとカソードとを含む発電部と、
前記発電部を間に挟んで配置された一対のセパレータと、
前記一対のセパレータの間に前記発電部と並列的に介装されたセル電流制限部であって、該一対のセパレータの間のセル電圧が負電圧である第１の電圧値以下である場合に、内部に電流を流すことを許容して前記発電部を流れる電流を制限するセル電流制限部と
を備えた燃料電池と、
前記セル電流制限部の熱破壊の有無を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果が、前記熱破壊が生じているとの判定である場合に、前記セル電圧が負電圧となることを抑制する負電圧抑制制御を行う負電圧抑制制御部と
を備えた燃料電池システム。 Application Example 3 A fuel cell system,
A power generation unit including an electrolyte membrane, an anode, and a cathode;
A pair of separators disposed with the power generation unit interposed therebetween;
A cell current limiting unit interposed between the pair of separators in parallel with the power generation unit, and a cell voltage between the pair of separators is equal to or lower than a first voltage value which is a negative voltage. A fuel cell comprising: a cell current limiting unit that allows a current to flow inside and limits a current flowing through the power generation unit;
A determination unit for determining the presence or absence of thermal destruction of the cell current limiting unit;
A negative voltage suppression control unit that performs negative voltage suppression control that suppresses the cell voltage from becoming a negative voltage when the determination result of the determination unit is a determination that the thermal breakdown has occurred. Fuel cell system.

かかる構成の燃料電池システムは、一対のセパレータの間に発電部と並列的にセル電流制限部が介装されている。セル電流制限部は、一対のセパレータの間のセル電圧が負電圧である第１の電圧値以下である場合に、内部に電流を流すことを許容するので、発電部を流れる電流を制限することができる。その結果、燃料電池の負電圧の発生に起因するＭＥＡの劣化を抑制することができる。しかも、燃料電池システムは、セル電流制限部の熱破壊の有無を判定し、熱破壊が生じていると判定した場合に、セル電圧が負電圧となることを抑制する負電圧抑制制御を行うので、セル電圧が負電圧となって、熱破壊したセル電流制限部に大きな電流が流れる状態が継続し、異常発熱することによって発電部が劣化することを抑制することができる。   In the fuel cell system having such a configuration, a cell current limiting unit is interposed between the pair of separators in parallel with the power generation unit. The cell current limiting unit allows the current to flow inside when the cell voltage between the pair of separators is equal to or lower than the first voltage value which is a negative voltage, and thus limits the current flowing through the power generation unit. Can do. As a result, it is possible to suppress the deterioration of the MEA due to the generation of the negative voltage of the fuel cell. Moreover, since the fuel cell system determines whether or not the cell current limiter is thermally destroyed, and performs a negative voltage suppression control that suppresses the cell voltage from becoming a negative voltage when it is determined that the thermal breakdown has occurred. The cell voltage becomes a negative voltage, and a state in which a large current continues to flow in the thermally destroyed cell current limiting unit can be prevented, and deterioration of the power generation unit due to abnormal heat generation can be suppressed.

［適用例４］更に、前記判定部の判定結果が、前記熱破壊が生じているとの判定である場合に、熱破壊の発生をユーザに報知する報知手段を備えた適用例３記載の燃料電池システム。 [Application Example 4] The fuel according to Application Example 3, further comprising notification means for notifying the user of the occurrence of thermal destruction when the determination result of the determination unit is determination that the thermal destruction has occurred. Battery system.

かかる構成の燃料電池システムは、セル電流制限部が熱破壊した場合に、その旨をユーザに報知するので、ユーザは、熱破壊を容易に知って、セル電流制限部の交換修理を行うことができる。   In the fuel cell system having such a configuration, when the cell current limiting unit is thermally destroyed, the fact is notified to the user, so that the user can easily know the thermal destruction and perform replacement repair of the cell current limiting unit. it can.

［適用例５］適用例３または適用例４のいずれか記載の燃料電池システムであって、更に、前記セル電圧が負電圧の第２の電圧値以下であることを検知する電圧検知部を備え、前記判定部は、前記セル電圧が前記第２の電圧値以下であると検知された場合に、前記判定を行う燃料電池システム。 [Application Example 5] The fuel cell system according to any one of Application Example 3 and Application Example 4, further including a voltage detection unit that detects that the cell voltage is equal to or lower than a second voltage value of a negative voltage. The fuel cell system that performs the determination when the determination unit detects that the cell voltage is equal to or lower than the second voltage value.

かかる構成の燃料電池システムは、セル電圧が負電圧の第２の電圧値以下であると検知した場合に、セル電流制限部の熱破壊の判定を行う。すなわち、セル電流制限部が熱破壊したおそれがある場合にのみ、熱破壊の判定を行うことができるので、効率的な処理を行うことができる。   When the fuel cell system configured as described above detects that the cell voltage is equal to or lower than the second negative voltage value, the fuel cell system determines whether the cell current limiter is thermally destroyed. That is, only when there is a possibility that the cell current limiter is thermally destroyed, the thermal destruction can be determined, so that efficient processing can be performed.

［適用例６］前記判定部は、前記燃料電池の開回路電圧を測定し、該測定した開回路電圧が所定値以下である場合に、前記熱破壊が生じているとの判定を行う適用例３ないし適用例５のいずれか記載の燃料電池システム。 Application Example 6 The application example in which the determination unit measures the open circuit voltage of the fuel cell and determines that the thermal breakdown has occurred when the measured open circuit voltage is equal to or lower than a predetermined value. The fuel cell system according to any one of 3 to Application Example 5.

かかる構成の燃料電池システムは、開回路電圧が所定値以下である場合に、熱破壊が生じているとの判定を行う。開回路電圧は、セル電流制限部が熱破壊して、セル電圧の値によらずに電流が流れる状態になると低下するので、かかる構成によって、熱破壊の有無を好適に判定することができる。   The fuel cell system having such a configuration determines that thermal destruction has occurred when the open circuit voltage is equal to or lower than a predetermined value. Since the open circuit voltage decreases when the cell current limiting unit is thermally destroyed and a current flows regardless of the value of the cell voltage, the presence or absence of the thermal destruction can be suitably determined by such a configuration.

［適用例７］前記判定部は、前記セル電流制限部の温度を測定または推定し、該測定または推定した温度が所定値以上である場合に、前記熱破壊が生じているとの判定を行う適用例３ないし適用例５のいずれか記載の燃料電池システム。 Application Example 7 The determination unit measures or estimates the temperature of the cell current limiting unit, and determines that the thermal breakdown has occurred when the measured or estimated temperature is equal to or higher than a predetermined value. The fuel cell system according to any one of Application Example 3 to Application Example 5.

かかる構成の燃料電池システムは、セル電流制限部の温度が所定値以上である場合に、熱破壊が生じているとの判定を行う。熱破壊は、温度の上昇によって生じるので、かかる構成によって、熱破壊の有無を好適に判定することができる。   The fuel cell system having such a configuration determines that thermal destruction has occurred when the temperature of the cell current limiting unit is equal to or higher than a predetermined value. Since thermal destruction occurs due to an increase in temperature, the presence or absence of thermal destruction can be suitably determined by such a configuration.

［適用例８］燃料電池であって、
電解質膜とアノードとカソードとを含む発電部と、
前記発電部の外縁部にフレーム形状に形成されたシール部と、
前記発電部および前記シール部を間に挟んで配置された一対のセパレータと、
前記一対のセパレータの間に前記発電部と並列的に介装されたセル電流制限部であって、該一対のセパレータの間のセル電圧が負電圧である第１の電圧値以下である場合に、内部に電流を流すことを許容して前記発電部を流れる電流を制限するセル電流制限部と
を備え、
前記一対のセパレータのうちの少なくとも一方のセパレータである特定セパレータは、該特定セパレータの外縁部の一部分が、前記発電部側に向かって突出するように湾曲して形成された湾曲部を備え、
前記シール部は、前記一対のセパレータに前記湾曲部が形成された位置で挟まれる部位において、外方が切り欠かれた切欠部が形成され、
前記セル電流制限部は、該セル電流制限部の少なくとも一部分が、前記一対のセパレータの各々と当接するように前記切欠部に挿入された
燃料電池。 Application Example 8 A fuel cell,
A power generation unit including an electrolyte membrane, an anode, and a cathode;
A seal part formed in a frame shape on an outer edge part of the power generation part;
A pair of separators disposed with the power generation part and the seal part interposed therebetween;
A cell current limiting unit interposed between the pair of separators in parallel with the power generation unit, and a cell voltage between the pair of separators is equal to or lower than a first voltage value which is a negative voltage. A cell current limiting unit that allows a current to flow inside and limits a current flowing through the power generation unit, and
The specific separator that is at least one of the pair of separators includes a curved portion that is formed to be curved so that a part of an outer edge of the specific separator protrudes toward the power generation unit side,
The seal portion is formed with a notch portion that is notched outward at a portion that is sandwiched between the pair of separators at the position where the curved portion is formed.
The fuel cell, wherein the cell current limiting portion is inserted into the cutout portion so that at least a part of the cell current limiting portion is in contact with each of the pair of separators.

かかる構成の燃料電池は、セル電流制限部を切欠部に挿入して容易に製造することができる。しかも、湾曲部を備えているので、セル電流制限部を切欠部に挿入する際に、セパレータが湾曲部で切欠部と反対側に変位しやすくなる。したがって、一対のセパレータの離隔距離よりも厚みの大きいセル電流制限部を挿入しやすくなる。しかも、セパレータとセル電流制限部とを確実に当接させるとともに、接触抵抗を低減させることができる。   The fuel cell having such a configuration can be easily manufactured by inserting the cell current limiting portion into the cutout portion. In addition, since the bending portion is provided, when the cell current limiting portion is inserted into the cutout portion, the separator is easily displaced to the opposite side of the cutout portion at the bending portion. Therefore, it becomes easy to insert a cell current limiting portion having a thickness larger than the separation distance between the pair of separators. In addition, the separator and the cell current limiting portion can be reliably brought into contact with each other, and the contact resistance can be reduced.

［適用例９］適用例８記載の燃料電池であって、前記セル電流制限部は、前記切欠部に挿入した際に、前記一対のセパレータよりも外方に突出する突出部を備え、前記突出部は、前記切欠部に挿入された前記セル電流制限部を該切欠部から取り外す際に用いられる治具と係合して、該治具に前記取り外しの方向に作用力を作用させた場合に、該作用力を前記セル電流制限部に作用可能とする形状を有する燃料電池。 [Application Example 9] The fuel cell according to Application Example 8, wherein the cell current limiting portion includes a protruding portion that protrudes outward from the pair of separators when inserted into the cutout portion. The part is engaged with a jig used when removing the cell current limiting part inserted in the notch from the notch, and an acting force is applied to the jig in the direction of removal. A fuel cell having a shape that allows the acting force to act on the cell current limiting portion.

かかる構成の燃料電池は、セル電流制限部は、切欠部に挿入した際に、一対のセパレータよりも外方に突出する突出部を備え、突出部は、治具と係合する形状を有しているので、燃料電池からセル電流制限部を容易に取り外すことができる。したがって、燃料電池を解体しなくても、セル電流制限部を容易に交換することができる。   In the fuel cell having such a configuration, the cell current limiting portion includes a protruding portion that protrudes outward from the pair of separators when inserted into the notch portion, and the protruding portion has a shape that engages with the jig. Therefore, the cell current limiter can be easily removed from the fuel cell. Therefore, the cell current limiting unit can be easily replaced without disassembling the fuel cell.

［適用例１０］前記突出部は、放熱板である適用例９記載の燃料電池。 Application Example 10 The fuel cell according to Application Example 9, wherein the protrusion is a heat sink.

かかる構成の燃料電池は、冷却板によって放熱効率が高まるので、セル電流制限部に電流が流れることによる温度上昇を抑制し、セル電流制限部の熱破壊を抑制することができる。   Since the heat dissipation efficiency of the fuel cell having such a configuration is enhanced by the cooling plate, it is possible to suppress a temperature rise due to current flowing through the cell current limiting unit and to suppress thermal destruction of the cell current limiting unit.

［適用例１１］適用例９または適用例１０の燃料電池が複数積層された燃料電池スタックであって、前記切欠部は、隣り合って積層された前記燃料電池同士で異なる位置に形成された燃料電池スタック。 [Application Example 11] A fuel cell stack in which a plurality of fuel cells according to Application Example 9 or Application Example 10 are stacked, wherein the notch is formed at a different position between the fuel cells stacked adjacent to each other. Battery stack.

かかる構成の燃料電池スタックは、切欠部が、隣り合って積層された燃料電池同士で異なる位置に形成されているので、燃料電池スタックの組み立て時において、相互に近接した位置に配置された切欠部にセル電流制限部を挿入する、あるいは、切欠部からセル電流制限部を取り外すといった作業が必要ない。したがって、セル電流制限部の着脱作業を容易に行うことができる。   In the fuel cell stack having such a configuration, since the notch portions are formed at different positions between the fuel cells stacked adjacent to each other, the notch portions arranged at positions close to each other when the fuel cell stack is assembled. There is no need to insert a cell current limiting portion into the cell or remove the cell current limiting portion from the notch. Therefore, it is possible to easily attach and detach the cell current limiting unit.

また、本発明は、燃料電池システムの制御方法、セル電流制限部の交換方法、燃料電池システムの制御プログラム、当該プログラムをコンピュータが読み取り可能に記録した記憶媒体等としても実現することができる。   The present invention can also be realized as a control method for a fuel cell system, a method for replacing a cell current limiting unit, a control program for a fuel cell system, a storage medium that records the program in a computer-readable manner, and the like.

燃料電池システム２０の概略構成を示す説明図である。2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 20. FIG. 単セル１００の概略構成を示す分解斜視図である。2 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a single cell 100. FIG. 単セル１００を切欠部１２１側から見た図である。It is the figure which looked at the single cell 100 from the notch part 121 side. 単セル１００のＡ−Ａ断面を示す説明図である。3 is an explanatory diagram showing an AA cross section of a single cell 100. FIG. セル電流制限部１７０の概略構成を示す説明図である。3 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a cell current limiting unit 170. FIG. セル電流制限部１７０を装着した燃料電池スタック３０の外観を示す説明図である。3 is an explanatory view showing an appearance of a fuel cell stack 30 to which a cell current limiting unit 170 is attached. FIG. 単セル１００が正電圧を出力する際の等価回路を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the equivalent circuit at the time of the single cell 100 outputting a positive voltage. 単セル１００が負電圧を出力する際の等価回路を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the equivalent circuit at the time of the single cell 100 outputting a negative voltage. ダイオード１７１に流れる電流Ｉｄと、単セル１００のセル電圧Ｖｃとの関係を示す説明図である。3 is an explanatory diagram showing a relationship between a current Id flowing through a diode 171 and a cell voltage Vc of a single cell 100. FIG. 燃料電池システム２０におけるダイオード保護処理の流れを示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a flow of diode protection processing in the fuel cell system 20. 第２実施例としての燃料電池システム３２０の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the fuel cell system 320 as 2nd Example. 燃料電池システム３２０における熱破壊対処処理の流れを示すフローチャートである。5 is a flowchart showing a flow of thermal destruction countermeasure processing in the fuel cell system 320. 第３実施例としての熱破壊対処処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the thermal destruction countermeasure process as 3rd Example. 複数の単セル１００ごとにセル電圧Ｖｃを監視する構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure which monitors the cell voltage Vc for every some single cell 100. FIG.

Ａ．第１実施例：
Ａ−１．燃料電池システム２０の構成：
本発明の第１実施例としての燃料電池システム２０について説明する。燃料電池システム２０は、本実施例においては、車両に動力源として搭載されるシステムである。ただし、燃料電池システム２０の用途は制限されるものではない。燃料電池システム２０の概略構成を図１に示す。燃料電池システム２０は、図示するように、燃料電池スタック３０と燃料ガス供給排出機構５０と酸化ガス供給排出機構６０と冷却水供給排出機構７０と制御ユニット８０とを備えている。 A. First embodiment:
A-1. Configuration of the fuel cell system 20:
A fuel cell system 20 as a first embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the fuel cell system 20 is a system that is mounted on a vehicle as a power source. However, the use of the fuel cell system 20 is not limited. A schematic configuration of the fuel cell system 20 is shown in FIG. The fuel cell system 20 includes a fuel cell stack 30, a fuel gas supply / discharge mechanism 50, an oxidizing gas supply / discharge mechanism 60, a cooling water supply / discharge mechanism 70, and a control unit 80, as shown in the figure.

燃料電池スタック３０は、発電の最小単位である単セル１００を複数積層し、その積層方向の両脇を、出力端子を備えるターミナル３１、インシュレータ３２、エンドプレート３３で順次挟持することによって構成される。以下、複数の単セル１００を積層する方向を積層方向ともいう。単セル１００には、本実施例においては、固体高分子形の燃料電池を用いている。この単セル１００の各々には、電圧計３５が接続されている。この電圧計３５によって、燃料電池システム２０の発電運転における単セル１００の各々の出力電圧が監視される。また、燃料電池スタック３０の両端のターミナル３１の間には、スイッチング素子３６を介して、ＤＣ−ＤＣコンバータ３７が介装され、かつこれと並行に、図示しないインバータ等を介して負荷ＥＬが接続されている。負荷ＥＬとは、例えば、車両の駆動輪を駆動させる駆動モータである。ＤＣ−ＤＣコンバータ３７は、後述する制御ユニット８０からの制御信号を受けて、燃料電池スタック３０の出力電圧を調節する。なお、負荷ＥＬには、バッテリなどの二次電池が並列的に接続されていてもよい。   The fuel cell stack 30 is configured by stacking a plurality of single cells 100 that are the minimum unit of power generation, and sequentially sandwiching both sides in the stacking direction between a terminal 31 having an output terminal, an insulator 32, and an end plate 33. . Hereinafter, the direction in which the plurality of single cells 100 are stacked is also referred to as a stacking direction. In this embodiment, the unit cell 100 is a solid polymer fuel cell. A voltmeter 35 is connected to each single cell 100. The voltmeter 35 monitors the output voltage of each single cell 100 in the power generation operation of the fuel cell system 20. A DC-DC converter 37 is interposed between the terminals 31 at both ends of the fuel cell stack 30 via a switching element 36, and a load EL is connected to the terminal 31 via an inverter (not shown) in parallel therewith. Has been. The load EL is, for example, a drive motor that drives the drive wheels of the vehicle. The DC-DC converter 37 adjusts the output voltage of the fuel cell stack 30 in response to a control signal from a control unit 80 described later. Note that a secondary battery such as a battery may be connected in parallel to the load EL.

燃料ガス供給排出機構５０は、水素タンク、水素遮断弁、インジェクタ、水素循環ポンプ、水素流路等を備えている（図示省略）。この燃料ガス供給排出機構５０は、水素タンクに貯留された燃料ガスとしての水素ガスを単セル１００の各々に供給する。これによって、水素ガスが、各々の単セル１００における電気化学反応に供される。また、燃料ガス供給排出機構５０は、単セル１００の電気化学反応に供された水素ガスの排ガスを水素循環ポンプによって再度、単セル１００に供給して循環利用し、間欠的に系外に排出する。なお、排ガスは、循環利用することなく系外に排出してもよいし、系外に排出することなく循環利用してもよい。   The fuel gas supply / discharge mechanism 50 includes a hydrogen tank, a hydrogen cutoff valve, an injector, a hydrogen circulation pump, a hydrogen flow path, and the like (not shown). The fuel gas supply / discharge mechanism 50 supplies hydrogen gas as fuel gas stored in a hydrogen tank to each unit cell 100. As a result, hydrogen gas is supplied to the electrochemical reaction in each single cell 100. Further, the fuel gas supply / discharge mechanism 50 supplies the hydrogen gas exhaust gas subjected to the electrochemical reaction of the single cell 100 to the single cell 100 again by the hydrogen circulation pump, circulates it, and intermittently discharges it outside the system. To do. The exhaust gas may be discharged out of the system without being recycled, or may be recycled without being discharged out of the system.

酸化ガス供給排出機構６０は、コンプレッサ、加湿器、空気流路等を備えている（図示省略）。この酸化ガス供給排出機構６０は、コンプレッサによって外部から取り込んだ空気を、湿度を調節した酸化ガスとして単セル１００の各々に供給する。これによって、空気が、各々の単セル１００における電気化学反応に供される。また、酸化ガス供給排出機構６０は、単セル１００の電気化学反応に供された空気の排ガスを系外に排出する。なお、空気の排ガスは、水素の排ガスと混合して排出する構成としてもよい。   The oxidizing gas supply / discharge mechanism 60 includes a compressor, a humidifier, an air flow path, and the like (not shown). The oxidizing gas supply / discharge mechanism 60 supplies air taken in from the outside by the compressor to each of the single cells 100 as oxidizing gas with adjusted humidity. As a result, air is subjected to an electrochemical reaction in each single cell 100. Further, the oxidizing gas supply / discharge mechanism 60 discharges the exhaust gas of the air supplied to the electrochemical reaction of the single cell 100 out of the system. The exhaust gas of air may be mixed with the exhaust gas of hydrogen and discharged.

冷却水供給排出機構７０は、ラジエータ、冷却水循環ポンプ、冷却水流路等（図示省略）を備えている。この冷却水供給排出機構７０は、各々の単セル１００との間で冷却水を循環させ、単セル１００での吸熱とラジエータでの放熱を繰り返すことによって、単セル１００の運転温度を調節する。   The cooling water supply / discharge mechanism 70 includes a radiator, a cooling water circulation pump, a cooling water flow path, and the like (not shown). The cooling water supply / discharge mechanism 70 adjusts the operating temperature of the single cell 100 by circulating cooling water between each single cell 100 and repeating heat absorption in the single cell 100 and heat dissipation in the radiator.

上述の各構成機器は、制御ユニット８０により制御される。制御ユニット８０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えるマイクロコンピュータとして構成されており、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＲＡＭに展開して実行することで、出力要求ＯＲと、燃料電池システム２０の各種センサＳｎ、例えば、電圧計３５や温度センサ（図示省略）などからの信号を受けて、水素遮断弁、インジェクタ、コンプレッサ、冷媒循環ポンプ等（図示省略）の各種アクチュエータＡｍに駆動信号を出力し、燃料電池システム２０の運転全般を制御する。また、制御ユニット８０は、所定のプログラムを実行することによって、温度検知部８１、電圧上昇制御部８２、電圧検出部８３としても機能する。これらの機能については後述する。   Each component described above is controlled by the control unit 80. The control unit 80 is configured as a microcomputer including a CPU, a RAM, a ROM, and the like inside. The program stored in the ROM is expanded in the RAM and executed, so that the output request OR and the fuel cell system 20 In response to signals from various sensors Sn, such as a voltmeter 35 and a temperature sensor (not shown), a drive signal is output to various actuators Am such as a hydrogen shutoff valve, an injector, a compressor, a refrigerant circulation pump, etc. (not shown). The overall operation of the fuel cell system 20 is controlled. The control unit 80 also functions as a temperature detection unit 81, a voltage increase control unit 82, and a voltage detection unit 83 by executing a predetermined program. These functions will be described later.

Ａ−２．単セル１００の構成：
上述した単セル１００の概略構成について説明する。単セル１００の概略構成を表す分解斜視図を図２に示す。図示するように、単セル１００は、ＭＥＡ１１０、ガス拡散層１１５，１１６、アノード側セパレータ１３０、カソード側セパレータ１５０を備えている。 A-2. Configuration of the single cell 100:
A schematic configuration of the single cell 100 described above will be described. FIG. 2 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the single cell 100. As illustrated, the single cell 100 includes an MEA 110, gas diffusion layers 115 and 116, an anode side separator 130, and a cathode side separator 150.

ＭＥＡ１１０は、燃料電池の電気化学反応が行われる部位であり、アノード１１２、電解質膜１１３、カソード１１４を備えている。ＭＥＡ１１０は、請求項の発電部に該当する。電解質膜１１３は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。電解質膜１１３の一方の面には、アノード１１２が形成され、他方の面には、カソード１１４が形成されている。アノード１１２およびカソード１１４は、導電性を有する担体上に触媒を担持させた電極であり、本実施例においては、白金触媒を担持したカーボン粒子と、電解質膜１１３を構成する高分子電解質と同質の電解質とを備えている。なお、触媒の種類は、特に限定するものではなく、例えば、白金とニッケルやコバルトとの合金を用いてもよいし、ニッケルやルテニウムなどを用いてもよい。   The MEA 110 is a part where an electrochemical reaction of the fuel cell is performed, and includes an anode 112, an electrolyte membrane 113, and a cathode 114. The MEA 110 corresponds to the power generation unit in the claims. The electrolyte membrane 113 is a proton-conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material, for example, a fluorine-based resin, and exhibits good electrical conductivity in a wet state. An anode 112 is formed on one surface of the electrolyte membrane 113, and a cathode 114 is formed on the other surface. The anode 112 and the cathode 114 are electrodes in which a catalyst is supported on a conductive carrier. In this embodiment, the anode 112 and the cathode 114 are the same quality as the carbon particles supporting the platinum catalyst and the polymer electrolyte constituting the electrolyte membrane 113. With electrolyte. In addition, the kind of catalyst is not specifically limited, For example, the alloy of platinum, nickel, and cobalt may be used, nickel, ruthenium, etc. may be used.

ＭＥＡ１１０の両面には、ガス拡散層１１５，１１６が形成される。ガス拡散層１１５，１１６は、ガス拡散層１１５，１１６に供給された反応ガスを拡散して、アノード１１２またはカソード１１４の全面に供給する。ガス拡散層１１５，１１６は、ガス透過性を有する導電性部材、例えば、カーボンペーパやカーボンクロス、あるいは金属メッシュや発泡金属によって形成することができる。本実施例においては、カーボンペーパを用いた。以下、ＭＥＡ１１０とガス拡散層１１５，１１６とをＭＥＧＡ（Membrane Electrode&Gas Diffusion Layer Assembly）ともいう。   Gas diffusion layers 115 and 116 are formed on both surfaces of the MEA 110. The gas diffusion layers 115 and 116 diffuse the reaction gas supplied to the gas diffusion layers 115 and 116 and supply it to the entire surface of the anode 112 or the cathode 114. The gas diffusion layers 115 and 116 can be formed of a conductive member having gas permeability, such as carbon paper or carbon cloth, metal mesh, or foam metal. In this example, carbon paper was used. Hereinafter, the MEA 110 and the gas diffusion layers 115 and 116 are also referred to as MEGA (Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly).

ＭＥＧＡ（ＭＥＡ１１０およびガス拡散層１１５，１１６）の外周部には、シール部１２０が設けられている。シール部１２０は、ＭＥＧＡの外縁部を覆うフレーム形状を有しており、ＭＥＧＡに接合されている。このシール部１２０は、アノード側セパレータ１３０とカソード側セパレータ１５０との間に配置されており、アノード側セパレータ１３０とカソード側セパレータ１５０と当接し、単セル１００の積層方向への締結力を受けることによって、単セル１００の内部を流れる流体（燃料ガス、酸化ガス、冷却水）をシールする。シール部１２０には、弾性を有する絶縁性樹脂材料を用いることができる。本実施例では、ブチルゴムを用いているが、シリコンゴム、フッ素ゴムなどを用いてもよい。このシール部１２０には、図示するとおり、いくつかの貫通孔が設けられている。当該貫通孔は、アノード側セパレータ１３０およびカソード側セパレータ１５０にも同様に設けられており、アノード側セパレータ１３０とシール部１２０とカソード側セパレータ１５０とを積層した際に連通して、燃料ガス、酸化ガスおよび冷却水の流路であるマニホールドを形成する。   A seal portion 120 is provided on the outer periphery of the MEGA (MEA 110 and gas diffusion layers 115 and 116). The seal part 120 has a frame shape that covers the outer edge of the MEGA, and is joined to the MEGA. The seal portion 120 is disposed between the anode-side separator 130 and the cathode-side separator 150, contacts the anode-side separator 130 and the cathode-side separator 150, and receives a fastening force in the stacking direction of the single cells 100. Thus, the fluid (fuel gas, oxidizing gas, cooling water) flowing inside the single cell 100 is sealed. For the seal portion 120, an insulating resin material having elasticity can be used. In this embodiment, butyl rubber is used, but silicon rubber, fluorine rubber, or the like may be used. As shown in the drawing, the seal portion 120 is provided with several through holes. The through holes are also provided in the anode-side separator 130 and the cathode-side separator 150 in the same manner, and communicate with each other when the anode-side separator 130, the seal portion 120, and the cathode-side separator 150 are stacked, so that fuel gas, oxidation A manifold is formed which is a flow path for gas and cooling water.

また、シール部１２０の外縁部のうちの１つの長辺の端部には、外方が切り欠かれた切欠部１２１が形成されている。この切欠部１２１は、シール部１２０とアノード側セパレータ１３０とカソード側セパレータ１５０とを積層した際に、後述するアノード側セパレータ１３０の湾曲部１３１と、カソード側セパレータ１５０の湾曲部１５１とによって挟まれる位置に形成されている。シール部１２０において、積層方向に沿った切欠部１２１の両側面の中央部には、切欠部１２１の内部に向かって突出した凸部１２２が形成されている。なお、この凸部１２２は形成されていなくてもよい。   In addition, a notch 121 having an outer notch is formed at the end of one long side of the outer edge of the seal portion 120. The notch 121 is sandwiched between a curved portion 131 of the anode-side separator 130 and a curved portion 151 of the cathode-side separator 150 described later when the seal portion 120, the anode-side separator 130, and the cathode-side separator 150 are stacked. Formed in position. In the seal portion 120, a convex portion 122 that protrudes toward the inside of the notch 121 is formed at the center of both side surfaces of the notch 121 along the stacking direction. In addition, this convex part 122 does not need to be formed.

ＭＥＧＡと接合されたシール部１２０の両面は、アノード側セパレータ１３０およびカソード側セパレータ１５０で挟持される。アノード側セパレータ１３０およびカソード側セパレータ１５０は、反応ガスの隔壁として機能する部材であり、ガス不透過な導電性部材、例えば、圧縮カーボンやステンレス鋼などの金属材料によって形成される。本実施例では、ステンレス鋼を用いた。アノード側セパレータ１３０およびカソード側セパレータ１５０には、上述したマニホールドを形成するためのいくつもの貫通孔が形成されている。アノード側セパレータ１３０の一方の面（隣り合う他の単セル１００のカソード側セパレータ１５０側の面）には、貫通孔の内側に、表面が凹んだ溝形状が形成されている。この溝形状は、アノード側セパレータ１３０が隣り合う他の単セル１００のカソード側セパレータ１５０と積層されて、冷却水の流路として機能する。なお、図示は省略するが、アノード側セパレータ１３０と、隣り合う他の単セル１００のカソード側セパレータ１５０とを積層する際には、当該アノード側セパレータ１３０とカソード側セパレータ１５０との間に、アノード側セパレータ１３０の外周部および貫通孔の周囲をシールするシール部材１３５が介装される。本実施例では、シール部材１３５としてＯリングを用いている。また、アノード側セパレータ１３０の他方の面（ガス拡散層１１５側の面）には、貫通孔の内側に、表面が凹んだ溝形状が形成されている（図示省略）。この溝形状は、燃料ガス供給排出機構５０によって供給される燃料ガスの流路として機能する。カソード側セパレータ１５０のガス拡散層１１６側の面には、貫通孔の内側に、表面が凹んだ溝形状が形成されている。この溝形状は、酸化ガス供給排出機構６０によって供給される酸化ガスの流路として機能する。   Both surfaces of the seal part 120 joined to the MEGA are sandwiched between the anode side separator 130 and the cathode side separator 150. The anode-side separator 130 and the cathode-side separator 150 are members that function as reaction gas partition walls, and are formed of a gas-impermeable conductive member, for example, a metal material such as compressed carbon or stainless steel. In this example, stainless steel was used. The anode-side separator 130 and the cathode-side separator 150 are formed with a number of through holes for forming the manifold described above. On one surface of the anode-side separator 130 (surface on the cathode-side separator 150 side of another adjacent unit cell 100), a groove shape having a recessed surface is formed inside the through hole. This groove shape is laminated with the cathode separator 150 of another unit cell 100 adjacent to the anode separator 130 and functions as a cooling water flow path. Although illustration is omitted, when the anode-side separator 130 and the cathode-side separator 150 of another adjacent unit cell 100 are stacked, the anode-side separator 130 and the cathode-side separator 150 are sandwiched between the anode-side separator 130 and the cathode-side separator 150. A seal member 135 that seals the outer periphery of the side separator 130 and the periphery of the through hole is interposed. In this embodiment, an O-ring is used as the seal member 135. On the other side of the anode-side separator 130 (surface on the gas diffusion layer 115 side), a groove shape with a recessed surface is formed inside the through hole (not shown). This groove shape functions as a flow path for the fuel gas supplied by the fuel gas supply / discharge mechanism 50. On the gas diffusion layer 116 side surface of the cathode side separator 150, a groove shape having a recessed surface is formed inside the through hole. This groove shape functions as a flow path for the oxidizing gas supplied by the oxidizing gas supply / discharge mechanism 60.

かかるアノード側セパレータ１３０およびカソード側セパレータ１５０は、シール部１２０側（ＭＥＧＡ側）に向かって突出するように湾曲して形成された湾曲部１３１，１５１が形成されている。この湾曲部１３１，１５１は、アノード側セパレータ１３０とシール部１２０とカソード側セパレータ１５０とを積層した際に、シール部１２０の切欠部１２１に嵌り込む位置に形成されている。なお、アノード側セパレータ１３０およびカソード側セパレータ１５０の形状は特に限定するものではなく、表面が平坦に形成され、内部に反応ガス等の流路が形成されたフラットセパレータであってもよい。この場合、ガス拡散層１１５とアノード側セパレータ１３０、ガス拡散層１１６とカソード側セパレータ１５０との間にそれぞれラスメタルなどの多孔質部材からなる流路層を配置してもよい。   The anode side separator 130 and the cathode side separator 150 are formed with curved portions 131 and 151 that are curved so as to protrude toward the seal portion 120 side (MEGA side). The curved portions 131 and 151 are formed at positions where the anode side separator 130, the seal portion 120, and the cathode side separator 150 are fitted into the cutout portion 121 of the seal portion 120. Note that the shapes of the anode-side separator 130 and the cathode-side separator 150 are not particularly limited, and may be a flat separator having a flat surface and a flow path for a reaction gas or the like formed therein. In this case, a flow path layer made of a porous member such as lath metal may be disposed between the gas diffusion layer 115 and the anode side separator 130 and between the gas diffusion layer 116 and the cathode side separator 150.

かかる単セル１００の各部材を積層し、切欠部１２１側から見た図を図３に示す。図示するように、単セル１００は、シール部１２０の凸部１２２を、アノード側セパレータ１３０の湾曲部１３１と、カソード側セパレータ１５０の湾曲部１５１とで挟み込むように積層されている。湾曲部１３１と湾曲部１５１との間には、隙間１２３が形成されている。また、アノード側セパレータ１３０のシール部１２０と反対側には、アノード側セパレータ１３０の外周部に設けられるシール部材１３５が設けられている。   FIG. 3 shows a view in which the members of the single cell 100 are stacked and viewed from the notch 121 side. As shown in the figure, the single cell 100 is laminated so that the convex portion 122 of the seal portion 120 is sandwiched between a curved portion 131 of the anode-side separator 130 and a curved portion 151 of the cathode-side separator 150. A gap 123 is formed between the bending portion 131 and the bending portion 151. In addition, a seal member 135 provided on the outer peripheral portion of the anode side separator 130 is provided on the opposite side of the anode side separator 130 from the seal portion 120.

単セル１００のＡ−Ａ断面（図２参照）を図４に示す。図示するように、アノード側セパレータ１３０とカソード側セパレータ１５０の一方の端部に形成された湾曲部１３１，１５１とシール部１２０との間に隙間１２３が形成されている。また、アノード側セパレータ１３０の表面には、表面が凹んだ溝部が形成され、当該溝部にシール部材１３５が挿入されている。   FIG. 4 shows an AA cross section (see FIG. 2) of the single cell 100. As shown in the figure, a gap 123 is formed between the curved portions 131 and 151 formed at one end of the anode side separator 130 and the cathode side separator 150 and the seal portion 120. Further, a groove portion with a recessed surface is formed on the surface of the anode-side separator 130, and a seal member 135 is inserted into the groove portion.

かかる単セル１００の隙間１２３には、セル電流制限部１７０が挿入される。セル電流制限部１７０の概略構造を図５に示す。図示するように、セル電流制限部１７０は、略板状の形状を有しており、ダイオード１７１と突出部１７２とを備えている。セル電流制限部１７０の厚みは、積層方向における隙間１２３の幅よりも僅かに大きく形成されている。本実施例では、ダイオード１７１と突出部１７２とは接着剤によって接合されているが、ボルトなどによって固定されていてもよい。ダイオード１７１は、本実施例では、シリコンダイオードを採用している。シリコンダイオードは、逆方向電圧への耐性が大きい特性を有している。   A cell current limiting unit 170 is inserted into the gap 123 of the single cell 100. A schematic structure of the cell current limiting unit 170 is shown in FIG. As shown in the figure, the cell current limiting portion 170 has a substantially plate shape and includes a diode 171 and a protruding portion 172. The thickness of the cell current limiting unit 170 is slightly larger than the width of the gap 123 in the stacking direction. In this embodiment, the diode 171 and the protruding portion 172 are joined by an adhesive, but may be fixed by a bolt or the like. In this embodiment, the diode 171 is a silicon diode. The silicon diode has a characteristic that it is highly resistant to a reverse voltage.

セル電流制限部１７０は、単セル１００のアノード１１２とダイオード１７１のアノード、単セル１００のカソード１１４とダイオード１７１のカソードとが接触するように隙間１２３に挿入される。湾曲部１３１，１５１は、隙間１２３側に向かって湾曲しているので、隙間１２３の幅よりも僅かに大きい厚みのセル電流制限部１７０を隙間１２３に挿入すると、湾曲部１３１，１５１は、自身の弾性によって、隙間１２３と反対側に向かって変位して、セル電流制限部１７０を挟持する。これによって、セル電流制限部１７０のダイオード１７１と湾曲部１３１，１５１とが確実に接触し、電気的に導通可能な状態となる。つまり、セル電流制限部１７０を隙間１２３に挿入すると、電気的には、ダイオード１７１が、アノード側セパレータ１３０とカソード側セパレータ１５０との間にＭＥＡ１１０と並列的に介装された状態となる。このとき、セル電流制限部１７０は、シール部１２０の凸部１２２によって、積層方向と直交する方向にも係止される。   The cell current limiting unit 170 is inserted into the gap 123 so that the anode 112 of the single cell 100 and the anode of the diode 171 and the cathode 114 of the single cell 100 and the cathode of the diode 171 are in contact with each other. Since the curved portions 131 and 151 are curved toward the gap 123, when the cell current limiting portion 170 having a thickness slightly larger than the width of the gap 123 is inserted into the gap 123, the curved portions 131 and 151 themselves Due to this elasticity, the cell current limiting portion 170 is clamped by being displaced toward the opposite side of the gap 123. As a result, the diode 171 of the cell current limiting unit 170 and the bending portions 131 and 151 are reliably in contact with each other and become electrically conductive. That is, when the cell current limiting unit 170 is inserted into the gap 123, the diode 171 is electrically interposed between the anode side separator 130 and the cathode side separator 150 in parallel with the MEA 110. At this time, the cell current limiting part 170 is also locked in the direction orthogonal to the stacking direction by the convex part 122 of the seal part 120.

ダイオード１７１の先端部（突出部１７２と反対側の端部）は、鋭角に形成されている。このように先端部が鋭角に形成されていることによって、セル電流制限部１７０を隙間１２３に容易に差し込むことができる。また、ダイオード１７１のアノード側とカソード側とのいずれか一方側を常に鋭角形状の頂部とすれば、ダイオード１７１の極性（アノードおよびカソード）を容易に識別することができるので、差し込み作業が容易となる。ダイオード１７１の極性の識別は、セル電流制限部１７０に表示を行うことでも容易に行うことができる。   The tip of the diode 171 (the end opposite to the protruding portion 172) is formed at an acute angle. Thus, the cell current limiting portion 170 can be easily inserted into the gap 123 by forming the tip portion at an acute angle. Further, if either one of the anode side and the cathode side of the diode 171 is always an apex of an acute angle shape, the polarity (anode and cathode) of the diode 171 can be easily identified, which facilitates the insertion work. Become. The polarity of the diode 171 can be easily identified by displaying on the cell current limiting unit 170.

突出部１７２は、単セル１００の隙間１２３にセル電流制限部１７０を挿入した際に、アノード側セパレータ１３０およびカソード側セパレータ１５０よりも外方に突出する部分である。このように突出部１７２を設けることによって、セル電流制限部１７０の交換作業を行う際には、突出部１７２を引き抜けばよいので、単セル１００を解体する必要がない。本実施例では、突出部１７２は、放熱板を兼ねている。材質としては、放熱板として用いられる種々の材質、例えば、アルミニウム合金やセラミック材料を用いることができる。このように突出部１７２が放熱板を兼ねることで、ダイオード１７１に電流が流れた際の発熱を好適に放熱することができるので、ダイオード１７１の熱破壊を抑制することができる。   The protruding portion 172 is a portion protruding outward from the anode side separator 130 and the cathode side separator 150 when the cell current limiting portion 170 is inserted into the gap 123 of the single cell 100. By providing the projecting portion 172 in this way, when the cell current limiting unit 170 is replaced, it is only necessary to pull out the projecting portion 172, so that it is not necessary to disassemble the single cell 100. In the present embodiment, the protrusion 172 also serves as a heat sink. As a material, various materials used as a heat sink, for example, an aluminum alloy or a ceramic material can be used. Thus, since the protrusion 172 also serves as a heat radiating plate, heat generated when a current flows through the diode 171 can be suitably radiated, so that thermal destruction of the diode 171 can be suppressed.

突出部１７２には、貫通孔１７３が形成されている。この貫通孔１７３は、セル電流制限部１７０の交換時において、単セル１００の隙間１２３に差し込まれたセル電流制限部１７０を所定の治具と係合させて、容易に引き抜けるようにするために形成されている。なお、セル電流制限部１７０の単セル１００からの取り外し作業を容易にするためには、セル電流制限部１７０は、貫通孔１７３を有していることに限らず、所定の治具と係合して、治具に取り外しの方向に作用力を作用させた場合に、当該作用力をセル電流制限部１７０に作用可能とする形状を有していればよい。例えば、突出部１７２の両面にペンチの先端部と係合する凹形状を備えていてもよい。   A through hole 173 is formed in the protruding portion 172. This through-hole 173 is used for easily pulling out the cell current limiting portion 170 inserted into the gap 123 of the single cell 100 with a predetermined jig when the cell current limiting portion 170 is replaced. Is formed. In order to facilitate removal of the cell current limiting unit 170 from the single cell 100, the cell current limiting unit 170 is not limited to having the through hole 173, but is engaged with a predetermined jig. Then, when an acting force is applied to the jig in the direction of removal, the jig may have a shape that allows the acting force to act on the cell current limiting unit 170. For example, you may equip the both sides of the protrusion part 172 with the concave shape engaged with the front-end | tip part of pliers.

かかるセル電流制限部１７０を単セル１００に装着して、単セル１００を積層した様子を図６に示す。図示するように、隙間１２３は、隣り合って積層された単セル１００同士で異なる位置に形成され、その結果、セル電流制限部１７０が隣り合って積層された単セル１００同士で異なる位置に挿入されている。本実施例では、セル電流制限部１７０は、単セル１００の１つの側面（積層方向に沿った面）の長辺の一方側と他方側とに交互に配置されている。このような構成とすることによって、全てのセル電流制限部１７０が同一ライン上に並ぶことがないので、セル電流制限部１７０の着脱作業を容易に行うことができる。なお、セル電流制限部１７０は、単セル１００の１つの側面の短辺に配置されてもよいし、異なる２以上の側面に配置されてもよい。   FIG. 6 shows a state in which the cell current limiting unit 170 is attached to the single cell 100 and the single cells 100 are stacked. As shown in the drawing, the gap 123 is formed at a different position between the adjacent stacked unit cells 100, and as a result, the cell current limiter 170 is inserted at a different position between the adjacent stacked unit cells 100. Has been. In the present embodiment, the cell current limiting portions 170 are alternately arranged on one side and the other side of the long side of one side surface (surface along the stacking direction) of the single cell 100. With such a configuration, all the cell current limiting units 170 are not arranged on the same line, so that the cell current limiting unit 170 can be easily attached and detached. Note that the cell current limiting unit 170 may be disposed on the short side of one side surface of the single cell 100, or may be disposed on two or more different side surfaces.

単セル１００がセル電流制限部１７０を備えることの効果について説明する。単セル１００の電圧が正電圧である場合の等価回路を図７に示す。ここでは、単純化のため、単セル１００は１つであるものとして説明する。図示するように、ＭＥＡ１１０のアノード１１２とカソード１１４とは、負荷ＥＬに接続され、かつ、ダイオード１７１がＭＥＡ１１０と並列的に介装されている。このダイオード１７１の設置方向は、ＭＥＡ１１０と極性が同一になるように、すなわち、アノード１１２とダイオード１７１のアノード、カソード１１４とダイオード１７１のカソードとがそれぞれ接続される方向である。このような接続関係において、単セル１００が正電圧の場合には、ダイオード１７１は逆方向バイアスとなるので、ダイオード１７１にはほとんど電流は流れない。   The effect of including the cell current limiting unit 170 in the single cell 100 will be described. An equivalent circuit when the voltage of the single cell 100 is a positive voltage is shown in FIG. Here, for simplification, description will be made assuming that there is one single cell 100. As illustrated, the anode 112 and the cathode 114 of the MEA 110 are connected to a load EL, and a diode 171 is interposed in parallel with the MEA 110. The installation direction of the diode 171 is such that the polarity is the same as that of the MEA 110, that is, the anode 112 and the anode of the diode 171 and the cathode 114 and the cathode of the diode 171 are connected to each other. In such a connection relationship, when the single cell 100 has a positive voltage, the diode 171 is reverse-biased, so that almost no current flows through the diode 171.

一方、単セル１００の電圧が負電圧である場合の等価回路を図８に示す。ここでは、単セル１００の電圧が負電圧となり、単セル１００の両側に積層された単セル１００ａ，１００ｂの電圧は正電圧であるものとする。単セル１００以外の単セル（例えば、単セル１００ａ，１００ｂ）については、ダイオードの図示を省略している。このように単セル１００のみが負電圧となった場合、単セル１００のＭＥＡ１１０の両側の単セル１００ａ，１００ｂでは、正常に発電が行われ、正電圧を出力するため、負電圧の単セル１００のＭＥＡ１１０においても電流が流れる。そこで、ＭＥＡ１１０は、可変抵抗として表示している。そして、負電圧の値が所定の値（通常−１．５Ｖ程度）に達すると、単セル１００がダイオード１７１を備えない場合には、アノード１１２のカーボンが酸化して電子を放出する反応が生じる。かかる反応は、ＭＥＡ１１０の劣化を意味している。しかし、図８に示すようにダイオード１７１が接続されている場合には、ダイオード１７１は順方向バイアスとなるので、単セル１００の負電圧が−Ｖｆの値に達すると、ダイオード１７１に大きく電流が流れることとなり、ＭＥＡ１１０に電流が流れることが制限される。Ｖｆは、ダイオード１７１の順方向降下電圧の値であり、シリコンダイオードの場合、０．６〜０．７Ｖ程度である。   On the other hand, FIG. 8 shows an equivalent circuit when the voltage of the single cell 100 is a negative voltage. Here, it is assumed that the voltage of the single cell 100 is a negative voltage, and the voltages of the single cells 100a and 100b stacked on both sides of the single cell 100 are positive. For the single cells other than the single cell 100 (for example, the single cells 100a and 100b), the diode is not shown. In this way, when only the single cell 100 becomes a negative voltage, the single cells 100a and 100b on both sides of the MEA 110 of the single cell 100 generate power normally and output a positive voltage. A current also flows in the MEA 110. Therefore, the MEA 110 is displayed as a variable resistor. When the value of the negative voltage reaches a predetermined value (usually about −1.5 V), when the single cell 100 does not include the diode 171, a reaction occurs in which the carbon of the anode 112 is oxidized to emit electrons. . Such a reaction means deterioration of the MEA 110. However, when the diode 171 is connected as shown in FIG. 8, the diode 171 is forward biased. Therefore, when the negative voltage of the single cell 100 reaches the value of −Vf, a large current flows in the diode 171. The current flows through the MEA 110 is restricted. Vf is a value of the forward voltage drop of the diode 171. In the case of a silicon diode, Vf is about 0.6 to 0.7V.

ダイオード１７１に電流が流れた場合の、ダイオード１７１に流れる電流Ｉｄと、単セル１００のセル電圧Ｖｃとの関係を示す。図示するように、単セル１００のセル電圧Ｖｃが負電圧になると、ダイオード１７１に電流が流れ始め、セル電圧Ｖｃが−Ｖｆに達すると、セル電圧Ｖｃは、ダイオード１７１の順方向降下電圧と等しく推移する。   The relationship between the current Id flowing through the diode 171 and the cell voltage Vc of the single cell 100 when a current flows through the diode 171 is shown. As shown in the figure, when the cell voltage Vc of the single cell 100 becomes a negative voltage, a current starts to flow through the diode 171. When the cell voltage Vc reaches −Vf, the cell voltage Vc becomes equal to the forward voltage drop of the diode 171. Transition to.

Ａ−３．ダイオード保護処理：
燃料電池システム２０で実行されるダイオード保護処理について説明する。ダイオード保護処理とは、上述したセル電流制限部１７０を備える構成によって、単セル１００に負電圧が生じて、ダイオード１７１に電流が流れた場合に、ダイオード１７１が熱破壊することを抑制する処理である。具体的には、上述したセル電流制限部１７０を備える構成は、単セル１００の電圧が負電圧になった場合に、ダイオード１７１に電流を流すことによって単セル１００に電流が流れることを抑制し、ＭＥＡの劣化を抑制できるが、ダイオード１７１は、電流が流れることによって次第に温度が上昇する。この温度がダイオード１７１の耐熱温度、つまり、最大接合部温度Ｔｊｍａｘを超えた状態で使用を続けると熱暴走が生じ、さらに電流が流れやすくなって発熱が促進され、やがて熱破壊に至ることとなる。ダイオード保護処理とは、このような熱破壊を抑制する処理である。 A-3. Diode protection treatment:
A diode protection process executed in the fuel cell system 20 will be described. The diode protection process is a process that suppresses thermal destruction of the diode 171 when a negative voltage is generated in the single cell 100 and a current flows through the diode 171 by the configuration including the cell current limiting unit 170 described above. is there. Specifically, the configuration including the above-described cell current limiting unit 170 suppresses a current from flowing through the single cell 100 by flowing a current through the diode 171 when the voltage of the single cell 100 becomes a negative voltage. Although the deterioration of the MEA can be suppressed, the temperature of the diode 171 gradually increases as a current flows. If this temperature continues to exceed the heat-resistant temperature of the diode 171, that is, the maximum junction temperature Tjmax, thermal runaway occurs, current flows more easily, heat generation is promoted, and thermal destruction eventually occurs. . The diode protection process is a process for suppressing such thermal destruction.

ダイオード保護処理の流れを図１０に示す。本実施例においては、ダイオード保護処理は、燃料電池システム２０の発電運転が開始されることによって開始され、その後、繰り返し実行される。図１０に示すように、ダイオード保護処理が開始されると、制御ユニット８０は、まず、電圧検出部８３の処理として、電圧計３５の各々で検出される単セル１００の各々のセル電圧Ｖｃが、−Ｖｆの値よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ２１０）。   The flow of the diode protection process is shown in FIG. In the present embodiment, the diode protection process is started when the power generation operation of the fuel cell system 20 is started, and then repeatedly executed. As shown in FIG. 10, when the diode protection process is started, the control unit 80 first determines the cell voltage Vc of each single cell 100 detected by each voltmeter 35 as the process of the voltage detector 83. , -Vf is determined (step S210).

その結果、各々の単セル１００の全てのセル電圧Ｖｃが−Ｖｆの値よりも大きければ（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、ダイオード１７１には電流がほとんど流れておらず、ダイオード１７１の熱破壊のおそれはないということである。したがって、制御ユニット８０は、処理を元に戻す。一方、各々の単セル１００のうちの少なくとも１つにおいてセル電圧Ｖｃが−Ｖｆの値以下であれば（ステップＳ２１０：ＮＯ）、ダイオード１７１に電流が流れているということであるから、ダイオード１７１の熱破壊のおそれがあるということである。そこで、制御ユニット８０は、温度検知部８１の処理として、ダイオード１７１の接合部温度Ｔｊの推定値を算出する（ステップＳ２２０）。この接合部温度Ｔｊは、セル電圧Ｖｃが−Ｖｆの値以下の単セル１００の各々について算出される。なお、以降、図１０の説明において、セル電圧Ｖｃとは、電圧が−Ｖｆの値以下となった単セル１００の電圧をいうものとする。   As a result, if all the cell voltages Vc of each single cell 100 are larger than the value of −Vf (step S210: YES), almost no current flows through the diode 171, and there is a risk of thermal destruction of the diode 171. That is not. Therefore, the control unit 80 restores the process. On the other hand, if the cell voltage Vc is equal to or less than the value of −Vf in at least one of the single cells 100 (step S210: NO), it means that a current flows through the diode 171. There is a risk of thermal destruction. Therefore, the control unit 80 calculates an estimated value of the junction temperature Tj of the diode 171 as a process of the temperature detection unit 81 (step S220). This junction temperature Tj is calculated for each single cell 100 in which the cell voltage Vc is equal to or lower than the value of −Vf. Hereinafter, in the description of FIG. 10, the cell voltage Vc refers to the voltage of the single cell 100 in which the voltage is equal to or lower than the value of −Vf.

本実施例では、ステップＳ２２０において、次式（１）を用いて接合部温度Ｔｊ（Ｋ）を算出するものとした。式（１）において、Ｔ０はダイオード１７１の初期温度（Ｋ）、Ｉｄはダイオード１７１を流れる電流（Ａ）、Ｖｃは単セル１００の電圧（Ｖ）、ｔはＶｃ＝−Ｖｆとなってから経過した時間（ｓｅｃ）、Ｃｄはダイオード１７１の熱容量（Ｊ／Ｋ）である。
Ｔｊ＝Ｔ０＋（Ｉｄ×｜Ｖｃ｜×ｔ）／Ｃｄ・・・（１） In this embodiment, in step S220, the junction temperature Tj (K) is calculated using the following equation (1). In equation (1), T0 is the initial temperature (K) of the diode 171, Id is the current (A) flowing through the diode 171, Vc is the voltage (V) of the single cell 100, and t is elapsed after Vc = −Vf. Cd is the heat capacity (J / K) of the diode 171.
Tj = T0 + (Id × | Vc | × t) / Cd (1)

初期温度Ｔ０とは、本実施例では、ダイオード１７１に電流が流れる前、つまり、セル電圧Ｖｃが−Ｖｆ以下になる前のダイオード１７１の温度である。本実施例においては、冷却水供給排出機構７０によって循環される冷却水の燃料電池スタック３０の出口での温度を温度センサによって測定し、その測定温度を初期温度Ｔ０として用いた。つまり、初期温度Ｔ０として推定温度を用いることで、燃料電池スタック３０の構成を簡略化している。なお、初期温度Ｔ０は、種々の温度から推定してもよい。例えば、エンドプレート３３に温度センサを設置して、その測定温度を用いてもよい。あるいは、各々の単セル１００や所定数の単セル１００ごとに温度センサを設けて、その測定温度を用いてもよい。ダイオード１７１の温度を推定するにあたり、測定温度をそのまま用いるのではなく、測定温度に基づいて、測定温度とダイオード１７１の温度との相関関係を実験的に求めた実験式によって精度良く推定を行ってもよい。もとより、セル電流制限部１７０に温度センサを設けて、直接的にダイオード１７１の温度を測定してもよい。   In this embodiment, the initial temperature T0 is the temperature of the diode 171 before a current flows through the diode 171, that is, before the cell voltage Vc becomes −Vf or less. In this embodiment, the temperature at the outlet of the fuel cell stack 30 of the cooling water circulated by the cooling water supply / discharge mechanism 70 was measured by the temperature sensor, and the measured temperature was used as the initial temperature T0. That is, the configuration of the fuel cell stack 30 is simplified by using the estimated temperature as the initial temperature T0. The initial temperature T0 may be estimated from various temperatures. For example, a temperature sensor may be installed on the end plate 33 and the measured temperature may be used. Alternatively, a temperature sensor may be provided for each single cell 100 or a predetermined number of single cells 100, and the measured temperature may be used. In estimating the temperature of the diode 171, the measured temperature is not used as it is, but based on the measured temperature, the correlation between the measured temperature and the temperature of the diode 171 is estimated by an empirical formula with high accuracy. Also good. Of course, a temperature sensor may be provided in the cell current limiting unit 170 to directly measure the temperature of the diode 171.

セル電圧Ｖｃは、ここでは、ダイオード１７１の順方向降下電圧Ｖｆを意味する。電流Ｉｄは、例えば、ダイオード１７１のＶＩ特性をマップとして記憶しておき、当該マップを参照して、セル電圧Ｖｃの値から求めることができる。時間ｔは、例えば、制御ユニット８０が、上記ステップＳ２１０でＶｃ≦−Ｖｆが初めて検知された時からの時間の経過をカウントし、セル電圧Ｖｃが−Ｖｆよりも大きい値に復帰したことが検知された場合にリセットする構成によって求めることができる。なお、式（１）からも明らかなように、本実施例では、セル電圧Ｖｃが−Ｖｆに達してからのダイオード１７１での発熱量がすべてダイオード１７１の接合部温度Ｔｊの上昇分に変換されるものとして接合部温度Ｔｊを算出しているが、放熱を考慮してもかまわない。また、この考慮する放熱は、外気温を測定する温度センサを設け、外気温によって補正しても構わない。   Here, the cell voltage Vc means the forward voltage drop Vf of the diode 171. The current Id can be obtained from the value of the cell voltage Vc with reference to the map, for example, by storing the VI characteristics of the diode 171 as a map. The time t is, for example, counted that the control unit 80 has elapsed since the time when Vc ≦ −Vf was first detected in step S210, and detected that the cell voltage Vc returned to a value larger than −Vf. It can be obtained by a configuration that resets when it is done. As is clear from the equation (1), in this embodiment, the amount of heat generated in the diode 171 after the cell voltage Vc reaches −Vf is all converted into an increase in the junction temperature Tj of the diode 171. Although the junction temperature Tj is calculated as an example, heat radiation may be taken into consideration. Further, the heat radiation to be taken into consideration may be corrected by the outside air temperature by providing a temperature sensor for measuring the outside air temperature.

このようにして接合部温度Ｔｊを算出すると、制御ユニット８０は、算出した各々の接合部温度Ｔｊが所定値（最大接合部温度Ｔｊｍａｘ−α）以上であるか否かを判断する（ステップＳ２３０）。αは、安全率を見込むための値であり、値０以上で設定することができる。α＝０としてもよいが、ダイオード１７１の熱暴走や熱破壊を確実に防止するためには、後述するステップＳ２４０，Ｓ２５０の処理を実行している間に、接合部温度Ｔｊが最大接合部温度Ｔｊｍａｘにまで到達することがないように正の値で実験的に定めることが望ましい。   When the junction temperature Tj is calculated in this way, the control unit 80 determines whether or not each calculated junction temperature Tj is equal to or higher than a predetermined value (maximum junction temperature Tjmax−α) (step S230). . α is a value for estimating the safety factor, and can be set to a value of 0 or more. α = 0 may be used, but in order to reliably prevent thermal runaway and thermal destruction of the diode 171, the junction temperature Tj is set to the maximum junction temperature during the processing of steps S240 and S250 described later. It is desirable to experimentally set a positive value so that Tjmax is not reached.

その結果、算出した接合部温度Ｔｊのいずれもが所定値（最大接合部温度Ｔｊｍａｘ−α）よりも小さければ（ステップ２３０：ＮＯ）、接合部温度Ｔｊは、最大接合部温度Ｔｊｍａｘに達するおそれがあるほどには上昇していないということであるから、制御ユニット８０は、処理を元に戻す。一方、算出した接合部温度Ｔｊの少なくとも１つが所定値（最大接合部温度Ｔｊｍａｘ−α）以上であれば（ステップ２３０：ＹＥＳ）、接合部温度Ｔｊは、間もなく最大接合部温度Ｔｊｍａｘに達する段階にあるということであるから、制御ユニット８０は、電圧上昇制御部８２の処理として、電圧回復処理を実行する（ステップＳ２４０）。ここでの電圧回復処理は、請求項の電圧上昇制御に該当する。   As a result, if any of the calculated junction temperatures Tj is smaller than a predetermined value (maximum junction temperature Tjmax−α) (step 230: NO), the junction temperature Tj may reach the maximum junction temperature Tjmax. Since it has not risen to some extent, the control unit 80 restores the process. On the other hand, if at least one of the calculated junction temperatures Tj is equal to or higher than a predetermined value (maximum junction temperature Tjmax-α) (step 230: YES), the junction temperature Tj will soon reach the maximum junction temperature Tjmax. Therefore, the control unit 80 executes a voltage recovery process as the process of the voltage increase control unit 82 (step S240). The voltage recovery process here corresponds to the voltage increase control in the claims.

この電圧回復処理は、単セル１００が負電圧となった原因を排除することによって、セル電圧Ｖｃを上昇させる種々の処理である。負電圧の原因としては、例えば、燃料ガスの必要量に対して、燃料ガスのアノード１１２への供給量が不足していることが考えられる。この場合、セル電圧Ｖｃを上昇させるために、例えば、燃料ガス供給排出機構５０を構成するインジェクタの駆動周期や開弁時間を調節したり、水素循環ポンプの回転数を増大させたりして、燃料ガスの供給量を増大させればよい。また、負電圧の原因がカソード１１４に供給する酸素の不足であれば、セル電圧Ｖｃを上昇させるために、酸化ガス供給排出機構６０を構成するコンプレッサの回転数を増大させてもよい。また、負電圧の原因が電解質膜１１３の水分不足であれば、酸化ガス供給排出機構６０を構成する加湿器を調節して、酸化ガスに含まれる水分量を増加させてもよい。あるいは、燃料電池スタック３０の出力電圧を制御するＤＣ−ＤＣコンバータ３７を制御して、電流制限を行ってもよい。電流制限を行えば、燃料電池のＩ−Ｖ特性によって、電圧値を上昇させることができる。   This voltage recovery process is various processes for increasing the cell voltage Vc by eliminating the cause of the negative voltage of the single cell 100. As a cause of the negative voltage, for example, the supply amount of the fuel gas to the anode 112 may be insufficient with respect to the required amount of the fuel gas. In this case, in order to increase the cell voltage Vc, for example, the drive cycle and valve opening time of the injector constituting the fuel gas supply / discharge mechanism 50 are adjusted, or the number of revolutions of the hydrogen circulation pump is increased. What is necessary is just to increase the supply amount of gas. If the cause of the negative voltage is a shortage of oxygen supplied to the cathode 114, the rotational speed of the compressor constituting the oxidizing gas supply / discharge mechanism 60 may be increased in order to increase the cell voltage Vc. In addition, if the cause of the negative voltage is a lack of moisture in the electrolyte membrane 113, the humidifier constituting the oxidizing gas supply / discharge mechanism 60 may be adjusted to increase the amount of moisture contained in the oxidizing gas. Alternatively, the current limitation may be performed by controlling the DC-DC converter 37 that controls the output voltage of the fuel cell stack 30. If the current is limited, the voltage value can be increased by the IV characteristics of the fuel cell.

上記ステップＳ２３０においては、必ずしも、接合部温度Ｔｊと所定値とを比較する必要はなく、接合部温度Ｔｊを算出するためのパラメータと、電圧回復処理の実行の可否とを対応付けたマップを記憶しておき、当該マップを参照して、電圧回復処理の実行の可否を判断してもよい。かかる構成であっても、実質的には、接合部温度Ｔｊが所定値以上である場合に、電圧回復処理を実行する制御となる。   In step S230, it is not always necessary to compare the junction temperature Tj with a predetermined value, and a map that associates parameters for calculating the junction temperature Tj with whether or not to execute the voltage recovery process is stored. In addition, it may be determined whether or not the voltage recovery process can be executed with reference to the map. Even in such a configuration, the voltage recovery process is substantially executed when the junction temperature Tj is equal to or higher than a predetermined value.

このような電圧回復処理を行うと、制御ユニット８０は、再度、セル電圧Ｖｃが−Ｖｆよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ２５０）。その結果、セル電圧Ｖｃが−Ｖｆ以下であれば（ステップＳ２５０：ＮＯ）、未だダイオード１７１には電流が流れているということであるから、セル電圧Ｖｃが−Ｖｆよりも大きくなるまで、電圧回復処理を繰り返す。本実施例においては、上記ステップＳ２４０，Ｓ２５０の処理では、例えば、燃料ガスの供給量を増加する処理を実行し、それでもセル電圧Ｖｃが回復しなければ、次に、酸化ガスの供給量を増加させる処理を実行する、という具合に、上記ステップＳ２４０で述べた種々の処理を段階的に実行する構成とした。また、電流制限は、出力要求ＯＲへの応答性、すなわち、ドライビングビリティを低下させるので、最終段階で実行する処理とした。ただし、かかる構成に限られるものではなく、例えば、上記ステップＳ２４０で種々の処理を合わせて実行し、それでもセル電圧Ｖｃが回復しなければ、例えば、燃料ガスの供給量の増大量を増加させるなど、制御レベルを上げるといった構成でもよい。これらのような構成とすれば、負電圧の発生がどのような原因で生じていても、好適にセル電圧Ｖｃを上昇させることができる。   When such a voltage recovery process is performed, the control unit 80 again determines whether or not the cell voltage Vc is larger than -Vf (step S250). As a result, if the cell voltage Vc is equal to or lower than −Vf (step S250: NO), it means that a current is still flowing through the diode 171, so that the voltage recovery is performed until the cell voltage Vc becomes larger than −Vf. Repeat the process. In the present embodiment, in the processes of steps S240 and S250, for example, a process of increasing the supply amount of the fuel gas is executed. If the cell voltage Vc still does not recover, the supply amount of the oxidizing gas is increased. In other words, the various processes described in step S240 are executed step by step. In addition, the current limit reduces the responsiveness to the output request OR, that is, the driving ability, so that it is a process executed at the final stage. However, the present invention is not limited to such a configuration. For example, if the various processes are executed in step S240 and the cell voltage Vc does not recover, the fuel gas supply amount is increased, for example. Alternatively, the control level may be increased. With such a configuration, the cell voltage Vc can be suitably increased regardless of the cause of the negative voltage.

一方、セル電圧Ｖｃが−Ｖｆよりも大きければ（ステップＳ２５０：ＹＥＳ）、ダイオード１７１にはほとんど電流が流れていないということである。したがって、これ以上、接合部温度Ｔｊが上昇するとは考えにくいので、制御ユニット８０は、処理を元に戻す。こうして、ダイオード保護処理は終了となる。なお、セル電圧Ｖｃが正電圧に復帰するまで電圧回復処理を行えば、より確実に接合部温度Ｔｊの上昇を抑制することができる。   On the other hand, if the cell voltage Vc is larger than −Vf (step S250: YES), almost no current flows through the diode 171. Therefore, since it is unlikely that the junction temperature Tj will increase any more, the control unit 80 restores the process. Thus, the diode protection process is completed. Note that if the voltage recovery process is performed until the cell voltage Vc returns to the positive voltage, the increase in the junction temperature Tj can be more reliably suppressed.

Ａ−４．効果：
かかる構成の燃料電池システム２０は、一対のセパレータであるアノード側セパレータ１３０とカソード側セパレータ１５０との間にＭＥＡ１１０と並列的にセル電流制限部１７０のダイオード１７１が介装されている。ダイオード１７１は、一対のセパレータの間のセル電圧Ｖｃが負電圧である第１の電圧値（−Ｖｆ）以下である場合に、内部に電流を流すことを許容するので、ＭＥＡ１１０を流れる電流を制限することができる。その結果、単セル１００の負電圧の発生に起因するＭＥＡ１１０の劣化（具体的は、アノード１１２のカーボン酸化）を抑制することができる。しかも、燃料電池システム２０は、ダイオード１７１の接合部温度Ｔｊが所定値以上である場合に、セル電圧Ｖｃを上昇させる電圧上昇制御を行うので、ダイオード１７１に流れる電流を制限して、ダイオード１７１の温度の過度の上昇を抑制することができる。その結果、ダイオード１７１の熱破壊を抑制することができる。 A-4. effect:
In the fuel cell system 20 having such a configuration, a diode 171 of the cell current limiting unit 170 is interposed in parallel with the MEA 110 between an anode side separator 130 and a cathode side separator 150 which are a pair of separators. The diode 171 limits the current flowing through the MEA 110 because the diode 171 allows the current to flow inside when the cell voltage Vc between the pair of separators is equal to or lower than the first voltage value (−Vf) which is a negative voltage. can do. As a result, it is possible to suppress deterioration of the MEA 110 (specifically, carbon oxidation of the anode 112) due to generation of a negative voltage in the single cell 100. Moreover, since the fuel cell system 20 performs voltage increase control for increasing the cell voltage Vc when the junction temperature Tj of the diode 171 is equal to or higher than a predetermined value, the current flowing through the diode 171 is limited, An excessive increase in temperature can be suppressed. As a result, thermal destruction of the diode 171 can be suppressed.

また、ダイオード１７１の接合部温度Ｔｊが所定値未満の状態では、セル電圧Ｖｃが負電圧になることを許容するので、すなわち、電流制限を行うことがないので、単にセル電圧Ｖｃが所定値以下に低下した場合に電流制限を行う構成と比べて、電流制限を行う機会を低減することができる。その結果、出力要求ＯＲに対する応答性を高めて、ドライビングビリティを確保することができる。なお、バッテリなどの二次電池によって、電流制限による出力不足を補う構成も考えられるが、二次電池の出力は、充電の状況や電池の温度に左右されるため、常に有効に利用できるものではないので、本実施例の構成によって出力要求ＯＲに対する応答性を高める意味は大きい。   In addition, when the junction temperature Tj of the diode 171 is less than a predetermined value, the cell voltage Vc is allowed to become a negative voltage, that is, the current is not limited. Therefore, the cell voltage Vc is simply lower than the predetermined value. Compared with a configuration in which current limitation is performed when the current is lowered, the opportunity for current limitation can be reduced. As a result, responsiveness to the output request OR can be improved and driving ability can be ensured. In addition, a secondary battery such as a battery may be used to compensate for the shortage of output due to current limitation.However, the output of the secondary battery depends on the state of charging and the temperature of the battery, so it cannot always be used effectively. Therefore, it is significant to increase the responsiveness to the output request OR by the configuration of this embodiment.

また、燃料電池システム２０は、セル電圧Ｖｃが−Ｖｆ以下となった場合に、ダイオード１７１に電流が流れたと判断するので、ダイオード１７１に電流が流れたことを正確に判断することができる。また、燃料電池システム２０は、セル電圧Ｖｃが、第２の電圧値（−Ｖｆ）以下であると検知した場合に、接合部温度Ｔｊを推定するので、すなわち、ダイオード１７１に電流が流れて熱破壊するおそれが生じた場合にのみ、接合部温度Ｔｊを推定するので、効率的な処理を行うことができる。   Further, since the fuel cell system 20 determines that the current has flown through the diode 171 when the cell voltage Vc becomes −Vf or less, it can accurately determine that the current has flowed through the diode 171. Further, when the fuel cell system 20 detects that the cell voltage Vc is equal to or lower than the second voltage value (−Vf), the fuel cell system 20 estimates the junction temperature Tj, that is, a current flows through the diode 171 and heat is generated. Since the junction temperature Tj is estimated only when there is a risk of destruction, efficient processing can be performed.

また、燃料電池システム２０の単セル１００は、アノード側セパレータ１３０とシール部１２０とカソード側セパレータ１５０との間に形成された隙間１２３にセル電流制限部１７０を挿入する構成であるから、製造を容易に行うことができる。   Further, since the single cell 100 of the fuel cell system 20 is configured to insert the cell current limiting part 170 into the gap 123 formed between the anode side separator 130, the seal part 120, and the cathode side separator 150, It can be done easily.

また、セル電流制限部１７０は、放熱板として機能する突出部１７２を備えていることから、ダイオード１７１の放熱性を向上させることができる。このことは、ダイオード１７１に電流が流れた際の接合部温度Ｔｊの温度上昇が遅くなることを意味しているから、電圧回復処理（上記ステップＳ２４０）を実行することを抑制することにつながり、出力要求ＯＲに対する応答性を高めて、ドライビングビリティを確保することができる。   Moreover, since the cell current limiting unit 170 includes the protruding portion 172 that functions as a heat sink, the heat dissipation of the diode 171 can be improved. This means that the temperature rise of the junction temperature Tj when a current flows through the diode 171 is delayed, so that the execution of the voltage recovery process (step S240) is suppressed, It is possible to improve the responsiveness to the output request OR and to ensure the driveability.

また、単セル１００のアノード側セパレータ１３０およびカソード側セパレータ１５０は、湾曲部１３１，１５１を備えているので、隙間１２３にセル電流制限部１７０を挿入する際に、アノード側セパレータ１３０およびカソード側セパレータ１５０が湾曲部１３１，１５１で隙間１２３と反対側に変位しやすくなる。したがって、アノード側セパレータ１３０とカソード側セパレータ１５０との離隔距離よりも厚みの大きいセル電流制限部１７０を隙間１２３に挿入しやすくなる。しかも、アノード側セパレータ１３０およびカソード側セパレータ１５０とダイオード１７１とを確実に当接させて、電気的に接続することができる。さらに、接触抵抗が低減するので、単セル１００が負電圧になった際にダイオード１７１に電流が流れやすく、ダイオード１７１に電流を流してＭＥＡ１１０の劣化を抑制する上述の効果を確実に発揮させることができる。なお、アノード側セパレータ１３０およびカソード側セパレータ１５０のいずれか一方のみが湾曲部を備えている構成としても、上述した効果はある程度得ることができる。   Further, since the anode-side separator 130 and the cathode-side separator 150 of the single cell 100 include the curved portions 131 and 151, when the cell current limiting portion 170 is inserted into the gap 123, the anode-side separator 130 and the cathode-side separator 150 is easily displaced to the opposite side of the gap 123 by the curved portions 131 and 151. Therefore, it becomes easy to insert the cell current limiting portion 170 having a thickness larger than the separation distance between the anode side separator 130 and the cathode side separator 150 into the gap 123. In addition, the anode-side separator 130 and the cathode-side separator 150 and the diode 171 can be brought into contact with each other and electrically connected. Furthermore, since the contact resistance is reduced, when the single cell 100 becomes a negative voltage, it is easy for current to flow through the diode 171, and the above-described effect of suppressing the deterioration of the MEA 110 by flowing current through the diode 171 is reliably exhibited. Can do. Even if only one of the anode-side separator 130 and the cathode-side separator 150 is provided with a curved portion, the above-described effects can be obtained to some extent.

Ｂ．第２実施例：
本発明の第２実施例について説明する。第２実施例としての燃料電池システム３２０の概略構成を図１１に示す。図１１において、第１実施例と同一の構成については、図１と同一の符号を付して、その説明を省略し、第１実施例と異なる点についてのみ、以下に説明する。燃料電池システム３２０は、第１実施例の制御ユニット８０に代えて、制御ユニット３８０を備えている。この制御ユニット３８０は、燃料電池システム２０の運転全般を制御する点において第１実施例と同様であるが、判定部３８１、負電圧抑制制御部３８２、報知部３８３、電圧検出部３８４としても機能する点が第１実施例と異なる。この第１実施例との相違点は、制御ユニット３８０が、以下に説明する熱破壊対処処理を実行する点に起因している。 B. Second embodiment:
A second embodiment of the present invention will be described. A schematic configuration of a fuel cell system 320 as a second embodiment is shown in FIG. In FIG. 11, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1, and the description thereof will be omitted. Only differences from the first embodiment will be described below. The fuel cell system 320 includes a control unit 380 instead of the control unit 80 of the first embodiment. This control unit 380 is similar to the first embodiment in that it controls the overall operation of the fuel cell system 20, but also functions as a determination unit 381, a negative voltage suppression control unit 382, a notification unit 383, and a voltage detection unit 384. This is different from the first embodiment. The difference from the first embodiment is due to the fact that the control unit 380 executes the thermal destruction countermeasure process described below.

制御ユニット３８０における熱破壊対処処理の流れを図１２に示す。熱破壊対処処理とは、ダイオード１７１の熱破壊を許容した発電制御（以下、通常運転モードともいう）を行い、熱破壊後は、単セル１００の負電圧の発生を抑制するための発電制御（以下、負電圧抑制モードともいう）を行う処理である。   The flow of the thermal destruction countermeasure process in the control unit 380 is shown in FIG. The thermal destruction countermeasure processing is power generation control (hereinafter, also referred to as a normal operation mode) that allows thermal destruction of the diode 171. After the thermal destruction, power generation control for suppressing the generation of negative voltage in the single cell 100 ( Hereinafter, the process is also referred to as a negative voltage suppression mode.

以下、熱破壊対処処理について説明するが、上述したダイオード保護処理と共通する処理については、説明を簡略化する。本実施例においては、熱破壊対処処理は、燃料電池システム３２０の発電運転が開始されることによって開始される。熱破壊対処処理が開始された時点では、制御ユニット３８０は通常運転モードでの発電制御を行う。図１２に示すように、熱破壊対処処理が開始されると、制御ユニット３８０は、まず、電圧検出部３８４の処理として、セル電圧Ｖｃの各々が、−Ｖｆよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ４１０）。この処理は、第１実施例の上記ステップＳ２１０と同様の処理である。   Hereinafter, the thermal destruction countermeasure process will be described, but the description of the process common to the above-described diode protection process will be simplified. In the present embodiment, the thermal destruction countermeasure process is started when the power generation operation of the fuel cell system 320 is started. At the time when the thermal destruction countermeasure process is started, the control unit 380 performs power generation control in the normal operation mode. As shown in FIG. 12, when the thermal destruction countermeasure process is started, the control unit 380 first determines whether each of the cell voltages Vc is larger than −Vf as a process of the voltage detection unit 384. (Step S410). This process is the same process as step S210 of the first embodiment.

その結果、各々の単セル１００の全てのセル電圧Ｖｃが−Ｖｆの値よりも大きければ（ステップＳ４１０：ＹＥＳ）、制御ユニット３８０は、いずれかのセル電圧Ｖｃが−Ｖｆの値以下となるまで待機する。一方、各々の単セル１００のうちの少なくとも１つにおいてセル電圧Ｖｃが−Ｖｆの値以下であれば（ステップＳ４１０：ＮＯ）、制御ユニット３８０は、全てのセル電圧Ｖｃが−Ｖｆよりも大きくなるまで、すなわち、セル電圧Ｖｃが正電圧に復帰するまで電圧回復処理を行う（ステップＳ４２０，Ｓ４３０）。この処理は、第１実施例の上記ステップＳ２４０，Ｓ２５０と同様の処理である。   As a result, if all the cell voltages Vc of each single cell 100 are larger than the value of −Vf (step S410: YES), the control unit 380 until one of the cell voltages Vc becomes equal to or less than the value of −Vf. stand by. On the other hand, if the cell voltage Vc is equal to or lower than the value of −Vf in at least one of the single cells 100 (step S410: NO), the control unit 380 makes all the cell voltages Vc larger than −Vf. Until the cell voltage Vc returns to the positive voltage, the voltage recovery process is performed (steps S420 and S430). This process is the same as the above steps S240 and S250 of the first embodiment.

そして、セル電圧Ｖｃが−Ｖｆよりも大きくなると（ステップＳ４３０：ＹＥＳ）、制御ユニット３８０は、判定部３８１の処理として、ＯＣ(Open Circuit)状態の単セル１００の電圧であるセル電圧Ｖｏｃを測定する（ステップＳ４４０）。この処理は、出力要求ＯＲがなされていないタイミングを待って、スイッチング素子３６をＯＮからＯＦＦに切り替えて、セル電圧Ｖｃが−Ｖｆ以下となった単セル１００に対応する電圧計３５の検出値をモニタリングすることによって行う。   When the cell voltage Vc becomes larger than −Vf (step S430: YES), the control unit 380 measures the cell voltage Voc that is the voltage of the single cell 100 in the OC (Open Circuit) state as the process of the determination unit 381. (Step S440). This process waits for the timing when the output request OR is not made, switches the switching element 36 from ON to OFF, and obtains the detection value of the voltmeter 35 corresponding to the single cell 100 in which the cell voltage Vc becomes −Vf or less. This is done by monitoring.

セル電圧Ｖｏｃを測定すると、制御ユニット３８０は、判定部３８１の処理として、測定したセル電圧Ｖｏｃが所定値Ｖｔｈ未満であるか否かを判断する（ステップＳ４５０）。この判断は、ダイオード１７１に熱破壊が生じているか否かを判定するものである。ダイオード１７１にショートモードでの熱破壊が生じている場合には、ダイオード１７１に電流が流れることでセル電圧Ｖｏｃが燃料電池システム２０を製造した直後に測定したＯＣＶ(Open Circuit Voltage)である初期値よりも低下するので、この初期値を製造時に所定値Ｖｔｈとして記憶しておき、セル電圧Ｖｏｃと所定値Ｖｔｈとを比較した結果、測定したセル電圧Ｖｏｃが所定値Ｖｔｈ未満である場合には、ダイオード１７１に熱破壊が生じていると判定することができる。上記ステップＳ４１０において、複数の単セル１００においてセル電圧Ｖｃが−Ｖｆ以下と判断された場合には、セル電圧Ｖｃが−Ｖｆ以下であった全ての単セル１００において、ステップＳ４５０の判断は行われる。なお、所定値Ｖｔｈは、ＯＣＶの測定値のバラツキを考慮して、初期値よりも小さく設定してもよい。こうすれば、ダイオード１７１が熱破壊していないにもかかわらず、熱破壊していると判定されることを避けることができる。   When the cell voltage Voc is measured, the control unit 380 determines whether or not the measured cell voltage Voc is less than the predetermined value Vth as processing of the determination unit 381 (step S450). This determination is to determine whether or not the diode 171 is thermally destroyed. When the diode 171 is thermally destroyed in the short mode, the cell voltage Voc is an OCV (Open Circuit Voltage) measured immediately after the fuel cell system 20 is manufactured due to the current flowing through the diode 171. This initial value is stored as the predetermined value Vth at the time of manufacture, and when the cell voltage Voc is less than the predetermined value Vth as a result of comparing the cell voltage Voc and the predetermined value Vth, It can be determined that the diode 171 is thermally destroyed. If it is determined in step S410 that the cell voltage Vc is −Vf or less in the plurality of single cells 100, the determination in step S450 is performed in all the single cells 100 in which the cell voltage Vc is −Vf or less. . Note that the predetermined value Vth may be set smaller than the initial value in consideration of variations in the measured value of the OCV. In this way, it is possible to avoid the determination that the diode 171 is thermally destroyed even though it is not thermally destroyed.

セル電圧Ｖｏｃと所定値Ｖｔｈとの比較の結果、セル電圧Ｖｃが−Ｖｆ以下と判断された全ての単セル１００において、セル電圧Ｖｏｃが所定値Ｖｔｈ以上であれば（ステップＳ４５０：ＮＯ）、いずれの単セル１００においてもダイオード１７１に熱破壊は生じていないということであるから、制御ユニット３８０は、処理を上記ステップＳ４１０に戻す。一方、少なくとも１つの単セル１００においてセル電圧Ｖｏｃが所定値Ｖｔｈ未満であれば（ステップＳ４５０：ＹＥＳ）、ダイオード１７１に熱破壊が生じているということである。   As a result of the comparison between the cell voltage Voc and the predetermined value Vth, if the cell voltage Voc is greater than or equal to the predetermined value Vth in all the single cells 100 in which the cell voltage Vc is determined to be −Vf or less (step S450: NO), In this single cell 100, the diode 171 is not thermally destroyed, and the control unit 380 returns the process to step S410. On the other hand, if the cell voltage Voc is less than the predetermined value Vth in at least one single cell 100 (step S450: YES), it means that the diode 171 is thermally destroyed.

そこで、制御ユニット３８０は、報知部３８３の処理として、ダイオード１７１の交換を促すための報知処理を行う（ステップＳ４６０）。本実施例においては、燃料電池システム２０を搭載する車両がインストルメントパネルに備えるディスプレイにダイオード１７１の交換が必要な旨の表示を行う構成とした。ただし、報知の態様は特に限定するものではなく、例えば、音声で報知してもよい。   Therefore, the control unit 380 performs notification processing for prompting replacement of the diode 171 as processing of the notification unit 383 (step S460). In this embodiment, the vehicle on which the fuel cell system 20 is mounted is configured to display on the display included in the instrument panel that the diode 171 needs to be replaced. However, the mode of notification is not particularly limited, and for example, notification may be performed by voice.

報知を行うと、制御ユニット３８０は、負電圧抑制制御部３８２の処理として、燃料電池システム３２０の運転モードを通常運転モードから負電圧抑制モードに変更し（ステップＳ４７０）、熱破壊対処処理を終了する。以降、制御ユニット３８０は、負電圧抑制制御部３８２の処理として、負電圧抑制モードによる発電制御を行うこととなる。本実施例の負電圧抑制モードでは、セル電圧Ｖｃが負電圧となることを許容しない制御を行うこととした。負電圧抑制モードによる制御は、請求項の負電圧抑制制御に該当する。   When the notification is made, the control unit 380 changes the operation mode of the fuel cell system 320 from the normal operation mode to the negative voltage suppression mode as the processing of the negative voltage suppression control unit 382 (step S470), and ends the thermal destruction countermeasure processing. To do. Thereafter, the control unit 380 performs power generation control in the negative voltage suppression mode as the processing of the negative voltage suppression control unit 382. In the negative voltage suppression mode of this embodiment, control is performed that does not allow the cell voltage Vc to become a negative voltage. The control in the negative voltage suppression mode corresponds to the negative voltage suppression control in the claims.

具体的には、制御ユニット３８０は、電圧計３５によってモニタリングする各々の単セル１００のセル電圧Ｖｃのいずれかが所定値Ｖｔｈ２（Ｖｔｈ２＞０）まで低下すると、第１実施例の上記ステップＳ２４０で説明した電圧回復処理を行う。所定値Ｖｔｈ２は、電圧回復処理を実行している途中でセル電圧Ｖｃが負電圧まで低下することがない値で設定される。こうすれば、セル電圧Ｖｃが負電圧となることを許容しない制御が実現できる。   Specifically, when any one of the cell voltages Vc of each single cell 100 monitored by the voltmeter 35 decreases to a predetermined value Vth2 (Vth2> 0), the control unit 380 performs the above-described step S240 of the first embodiment. The described voltage recovery process is performed. The predetermined value Vth2 is set to a value that does not cause the cell voltage Vc to decrease to a negative voltage during the voltage recovery process. In this way, control that does not allow the cell voltage Vc to become a negative voltage can be realized.

かかる構成の燃料電池システム３２０は、第１実施例と同様の構成によってセル電流制限部１７０を備えているので、単セル１００の負電圧の発生に起因するＭＥＡ１１０の劣化を抑制することができる。しかも、燃料電池システム３２０は、ダイオード１７１に熱破壊が生じるまでは、ダイオード１７１に電流が流れることを許容するので、すなわち、電圧回復処理による電流制限を行わないので、電流制限を開始するまでの燃料電池システム３２０の運転時間を長くすることができる。その結果、出力要求ＯＲに対する応答性を高めて、ドライビングビリティを確保することができる。   Since the fuel cell system 320 having such a configuration includes the cell current limiting unit 170 having the same configuration as that of the first embodiment, it is possible to suppress the deterioration of the MEA 110 due to the generation of the negative voltage of the single cell 100. In addition, since the fuel cell system 320 allows the current to flow through the diode 171 until the thermal destruction of the diode 171 occurs, that is, since the current limitation by the voltage recovery process is not performed, the current limitation is started. The operation time of the fuel cell system 320 can be lengthened. As a result, responsiveness to the output request OR can be improved and driving ability can be ensured.

また、燃料電池システム３２０は、ダイオード１７１の熱破壊の有無を判定し、熱破壊が生じているとの判定した場合に、セル電圧Ｖｃが負電圧となることを許容しない負電圧抑制制御を行う。ダイオード１７１がショートモードで熱破壊しているにもかかわらず、負電圧状態が継続されると、ダイオード１７１に大きな電流が流れ続け、ダイオード１７１が異常発熱し、しいては、ＭＥＡ１１０の熱劣化を招くことになる。本実施例の構成によれば、このような状態を回避することができる。   Further, the fuel cell system 320 determines whether or not the diode 171 is thermally destroyed, and performs negative voltage suppression control that does not allow the cell voltage Vc to become a negative voltage when it is determined that the thermal destruction has occurred. . If the negative voltage state continues even though the diode 171 is thermally destroyed in the short mode, a large current continues to flow through the diode 171 and the diode 171 abnormally heats up. Will be invited. According to the configuration of the present embodiment, such a state can be avoided.

また、燃料電池システム３２０は、ＯＣＶが所定値以下である場合に、ダイオード１７１に熱破壊が生じているとの判定を行う。ＯＣＶは、ダイオード１７１がショートモードで熱破壊して、セル電圧の値によらずに電流が流れる状態になると低下するので、かかる構成によって、熱破壊の有無を好適に判定することができる。   Further, the fuel cell system 320 determines that the diode 171 is thermally destroyed when the OCV is equal to or less than a predetermined value. The OCV is lowered when the diode 171 is thermally destroyed in the short mode and a current flows regardless of the value of the cell voltage. With such a configuration, the presence or absence of the thermal destruction can be suitably determined.

また、燃料電池システム３２０は、ダイオード１７１が熱破壊したと判定した場合に、その旨をユーザに報知するので、ユーザは、熱破壊を容易に知って、ダイオード１７１の交換修理を行い、あるいは、依頼することができる。しかも、ダイオード１７１は、隙間１２３に挿入され、かつ、アノード側セパレータ１３０およびカソード側セパレータ１５０よりも外方に突出した突出部１７２と一体的なセル電流制限部１７０として形成されているので、突出部１７２を外方に引っ張れば、単セル１００を解体せずともセル電流制限部１７０の交換作業を行うことができる。さらに、セル電流制限部１７０は、治具と係合する貫通孔１７３を有しているので、単セル１００からセル電流制限部１７０を容易に引き抜くことができる。その上、燃料電池スタック３０は、セル電流制限部１７０が隣接する単セル１００同士で異なる位置に挿入された形態で構成されるので、セル電流制限部１７０の着脱作業を容易に行うことができる。   In addition, when the fuel cell system 320 determines that the diode 171 has been thermally destroyed, the fuel cell system 320 notifies the user to that effect, so that the user can easily know the thermal destruction and replace or repair the diode 171. Can be requested. In addition, the diode 171 is formed as a cell current limiting portion 170 that is inserted into the gap 123 and integrated with the protruding portion 172 that protrudes outward from the anode-side separator 130 and the cathode-side separator 150. If the unit 172 is pulled outward, the cell current limiting unit 170 can be replaced without disassembling the single cell 100. Furthermore, since the cell current limiting unit 170 has the through hole 173 that engages with the jig, the cell current limiting unit 170 can be easily pulled out from the single cell 100. In addition, since the fuel cell stack 30 is configured in such a manner that the cell current limiting units 170 are inserted at different positions in the adjacent single cells 100, the cell current limiting unit 170 can be easily attached and detached. .

また、ダイオード１７１がショートモードで熱破壊すると、セル電圧Ｖｃが正電圧であっても、ダイオード１７１にある程度電流が流れて電力が消費されるので、燃料電池スタック３０の出力効率が悪化することとなるが、ユーザにダイオード１７１の熱破壊を報知して、セル電流制限部１７０の交換を促すことで、このような状態で燃料電池システム２０が継続使用されることを回避することができる。   Further, when the diode 171 is thermally destroyed in the short mode, even if the cell voltage Vc is a positive voltage, a certain amount of current flows through the diode 171 and power is consumed, so that the output efficiency of the fuel cell stack 30 deteriorates. However, it is possible to prevent the fuel cell system 20 from being continuously used in such a state by notifying the user of the thermal destruction of the diode 171 and prompting the user to replace the cell current limiting unit 170.

Ｃ．第３実施例：
本発明の第３実施例について説明する。第３実施例としての燃料電池システムは、第２実施例（図１１）と同一の構成である。以下、第３実施例としての燃料電池システムを第２実施例と同様に燃料電池システム３２０と呼ぶ。第３実施例としての燃料電池システム３２０が第２実施例と異なる点は、熱破壊対処処理の流れのみである。以下、第３実施例としての熱破壊対処処理について説明するが、第２実施例と共通する処理については、説明を簡略化する。第３実施例としての熱破壊対処処理の流れを図１３に示す。第３実施例としての熱破壊対処処理が開始されると、図１３に示すように、制御ユニット３８０は、まず、電圧検出部３８４の処理として、セル電圧Ｖｃの各々が−Ｖｆよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ５１０）。この処理は、第２実施例の上記ステップＳ４１０と同様の処理である。 C. Third embodiment:
A third embodiment of the present invention will be described. The fuel cell system as the third embodiment has the same configuration as that of the second embodiment (FIG. 11). Hereinafter, the fuel cell system as the third embodiment is referred to as a fuel cell system 320 as in the second embodiment. The fuel cell system 320 as the third embodiment is different from the second embodiment only in the flow of the thermal destruction countermeasure process. Hereinafter, the thermal destruction countermeasure processing as the third embodiment will be described, but the description of the processing common to the second embodiment will be simplified. FIG. 13 shows the flow of thermal destruction countermeasure processing as the third embodiment. When the thermal destruction countermeasure process as the third embodiment is started, as shown in FIG. 13, the control unit 380 first determines whether each of the cell voltages Vc is larger than −Vf as a process of the voltage detection unit 384. It is determined whether or not (step S510). This process is the same process as step S410 in the second embodiment.

その結果、各々の単セル１００の全てのセル電圧Ｖｃが−Ｖｆの値よりも大きければ（ステップＳ５１０：ＹＥＳ）、制御ユニット３８０は、いずれかのセル電圧Ｖｃが−Ｖｆの値以下となるまで待機する。一方、各々の単セル１００のうちの少なくとも１つにおいてセル電圧Ｖｃが−Ｖｆの値以下であれば（ステップＳ５１０：ＮＯ）、制御ユニット３８０は、判定部３８１の処理として、セル電圧Ｖｃが−Ｖｆの値以下の単セル１００の各々について、ダイオード１７１の接合部温度Ｔｊを算出する（ステップＳ５２０）。この処理は、第１実施例の上記ステップＳ２２０と同様の処理である。   As a result, if all the cell voltages Vc of each single cell 100 are larger than the value of −Vf (step S510: YES), the control unit 380 until one of the cell voltages Vc becomes equal to or less than the value of −Vf. stand by. On the other hand, if the cell voltage Vc is equal to or less than the value of −Vf in at least one of the single cells 100 (step S510: NO), the control unit 380 determines that the cell voltage Vc is − The junction temperature Tj of the diode 171 is calculated for each single cell 100 that is equal to or less than the value of Vf (step S520). This process is the same process as step S220 in the first embodiment.

接合部温度Ｔｊを算出すると、制御ユニット３８０は、判定部３８１の処理として、算出した各々の接合部温度Ｔｊが最大接合部温度Ｔｊｍａｘ以上であるか否かを判断する（ステップＳ５３０）。この判断は、ダイオード１７１に熱破壊が生じているか否かを判定するものである。接合部温度Ｔｊが最大接合部温度Ｔｊｍａｘに達していれば、ダイオード１７１は熱破壊されたと判定することができる。なお、接合部温度Ｔｊが最大接合部温度Ｔｊｍａｘ付近の温度領域においては、ダイオード１７１の熱破壊は緩やかに進行するので、接合部温度Ｔｊ＝最大接合部温度Ｔｊｍａｘの時点では、ダイオード１７１の特性が完全に破壊されるほど熱破壊が進行していないことも考えられる。したがって、接合部温度Ｔｊと、最大接合部温度Ｔｊｍａｘに所定値（正の値）を加えた値とを比較する構成としてもよい。   When the junction temperature Tj is calculated, the control unit 380 determines whether each calculated junction temperature Tj is equal to or higher than the maximum junction temperature Tjmax as processing of the determination unit 381 (step S530). This determination is to determine whether or not the diode 171 is thermally destroyed. If the junction temperature Tj reaches the maximum junction temperature Tjmax, it can be determined that the diode 171 is thermally destroyed. Note that, in the temperature region where the junction temperature Tj is in the vicinity of the maximum junction temperature Tjmax, the thermal destruction of the diode 171 progresses slowly, and therefore, the characteristics of the diode 171 at the time of the junction temperature Tj = the maximum junction temperature Tjmax It is also conceivable that thermal destruction has not progressed to the extent that it is completely destroyed. Therefore, the junction temperature Tj may be compared with a value obtained by adding a predetermined value (positive value) to the maximum junction temperature Tjmax.

判断の結果、いずれの接合部温度Ｔｊも最大接合部温度Ｔｊｍａｘ未満であれば（ステップＳ５３０：ＮＯ）、いずれのダイオード１７１も熱破壊には至っていないということであるから、制御ユニット３８０は、処理を上記ステップＳ５１０に戻す。一方、少なくとも１つの接合部温度Ｔｊが最大接合部温度Ｔｊｍａｘ以上であれば（ステップＳ５３０：ＹＥＳ）、その接合部温度Ｔｊが算出された単セル１００のダイオード１７１は、熱破壊に至っているということであるから、制御ユニット３８０は、全ての単セル１００のセル電圧Ｖｃが−Ｖｆよりも大きくなるまで電圧回復処理を行う（ステップＳ５４０，Ｓ５５０）。この処理は、第２実施例の上記Ｓ４２０，Ｓ４３０と同様の処理である。   If any of the junction temperatures Tj is less than the maximum junction temperature Tjmax as a result of the determination (step S530: NO), it means that none of the diodes 171 has been thermally destroyed. Is returned to step S510. On the other hand, if at least one junction temperature Tj is equal to or higher than the maximum junction temperature Tjmax (step S530: YES), the diode 171 of the single cell 100 for which the junction temperature Tj is calculated has been thermally destroyed. Therefore, the control unit 380 performs the voltage recovery process until the cell voltages Vc of all the single cells 100 become larger than -Vf (steps S540 and S550). This process is the same as S420 and S430 in the second embodiment.

そして、制御ユニット３８０は、報知部３８３の処理として、ダイオード１７１の交換を促すための報知処理を行うとともに（ステップＳ５６０）、負電圧抑制制御部３８２の処理として、燃料電池システム３２０の運転モードを通常運転モードから負電圧抑制モードに変更し（ステップＳ５７０）、セル劣化抑制処理を終了する。これらの処理は、第２実施例の上記Ｓ４６０，Ｓ４７０と同様の処理である。   Then, the control unit 380 performs a notification process for prompting the replacement of the diode 171 as a process of the notification unit 383 (step S560), and sets the operation mode of the fuel cell system 320 as a process of the negative voltage suppression control unit 382. The normal operation mode is changed to the negative voltage suppression mode (step S570), and the cell deterioration suppression process is terminated. These processes are the same as S460 and S470 in the second embodiment.

かかる構成の燃料電池システム３２０は、第２実施例と同様の効果を奏する。しかも、燃料電池システム３２０は、ダイオード１７１の接合部温度Ｔｊが所定値以上である場合に、熱破壊が生じているとの判定を行う。熱破壊は、温度の上昇によって生じるので、かかる構成によって、熱破壊の有無を好適に判定することができる。   The fuel cell system 320 having such a configuration has the same effects as those of the second embodiment. In addition, the fuel cell system 320 determines that thermal destruction has occurred when the junction temperature Tj of the diode 171 is equal to or higher than a predetermined value. Since thermal destruction occurs due to an increase in temperature, the presence or absence of thermal destruction can be suitably determined by such a configuration.

また、燃料電池システム３２０は、ダイオード１７１の接合部温度Ｔｊに基づいてダイオード１７１の熱破壊を判定するので、ダイオード１７１がオープンモードで熱破壊した場合にも、熱破壊の判定を好適に行うことができる。ダイオード１７１がオープンモードで熱破壊すると、セル電圧Ｖｃが負電圧になっても、ダイオード１７１に電流を流して単セル１００に電流が流れることを抑制することができないので、負電圧の値が所定値以下になると、アノード１１２のカーボンの酸化によってＭＥＡ１１０が劣化することとなるが、本実施例の構成によれば、かかる状態を回避することができる。なお、第２実施例の熱破壊判定手法と第３実施例の熱判定手法とを組み合わせれば、より確実な熱破壊の判定を行えることは勿論である。   In addition, since the fuel cell system 320 determines the thermal destruction of the diode 171 based on the junction temperature Tj of the diode 171, even when the diode 171 is thermally destroyed in the open mode, the determination of the thermal destruction is preferably performed. Can do. When the diode 171 is thermally destroyed in the open mode, even if the cell voltage Vc becomes a negative voltage, it is impossible to prevent the current from flowing through the diode 171 and the single cell 100 from flowing. When the value is lower than the value, the MEA 110 is deteriorated due to the oxidation of the carbon of the anode 112. However, according to the configuration of this embodiment, such a state can be avoided. Of course, if the thermal destruction determination method of the second embodiment and the thermal determination method of the third embodiment are combined, a more reliable determination of thermal destruction can be made.

Ｄ．第４実施例：
本発明の第４実施例について説明する。上述した第１〜３実施例では、燃料電池スタック３０を構成する単セル１００ごとに電圧計３５を接続し、単セル１００ごとの出力電圧を監視する構成して、上記ステップＳ２１０，Ｓ４１０，Ｓ５１０などでセル電圧Ｖｃが−Ｖｆよりも大きいか否かを判断する構成としたが、第４実施例では、所定数の複数の単セル１００を１単位として、その出力電圧を監視して、これらの判断を行う点が第１〜３実施例と異なる。その他の点については、第１〜３実施例と同様であるので、以下、第１〜３実施例と異なる点についてのみ説明し、第１〜３実施例と共通する点については説明を省略する。第４実施例としての単セル１００の電圧を監視する構成を図１４に示す。この例では、図示するように、５つの単セル１００を１単位としたグループＧ１，Ｇ２にそれぞれ電圧計３５ａ，３５ｂが接続されている。 D. Fourth embodiment:
A fourth embodiment of the present invention will be described. In the first to third embodiments described above, the voltmeter 35 is connected to each unit cell 100 constituting the fuel cell stack 30, and the output voltage for each unit cell 100 is monitored, and the above steps S210, S410, S510 are performed. However, in the fourth embodiment, the output voltage is monitored with a predetermined number of single cells 100 as one unit, and these are determined. This is different from the first to third embodiments. Since the other points are the same as in the first to third embodiments, only the points different from the first to third embodiments will be described below, and the description of the points in common with the first to third embodiments will be omitted. . FIG. 14 shows a configuration for monitoring the voltage of the single cell 100 as the fourth embodiment. In this example, voltmeters 35a and 35b are connected to groups G1 and G2 each having five single cells 100 as a unit, as shown in the figure.

かかる構成によって、上記ステップＳ２１０，Ｓ４１０，Ｓ５１０などの判断を行う方法について説明する。グループＧ１に属する単セル１００の合計出力を監視する電圧計３５ａの検出電圧をＶ１、グループＧ２に属する単セル１００の合計出力を監視する電圧計３５ｂの検出電圧をＶ２とし、Ｖ１＝３．０Ｖ、Ｖ２＝１．８Ｖの場合を考える。グループＧ１の単セル１００の平均電圧Ｖ１ａ＝０．６Ｖであり、グループＧ２の単セル１００の平均電圧Ｖ２ａ＝０．３６Ｖである。ここで、相対的に平均電圧の低いグループＧ２のうちの１つの単セル１００の電圧のみが、グループＧ２のうちの他の単セル１００の電圧よりも低下して電圧Ｖｍｉｎを出力しており、かつ、当該他の単セル１００の電圧がいずれも電圧Ｖｓであると仮定すると、電圧Ｖｍｉｎは、次式（２）によって算出できる。電圧Ｖｓの値は定かではないので、相対的に平均電圧の高いグループＧ１の平均電圧Ｖ１ａ（＝０．６）と等しいと仮定すれば、Ｖｍｉｎ＝１．８Ｖ−０．６Ｖ×４＝−０．６Ｖとなる。この場合、Ｖｆ＝０．６Ｖであるとすれば、Ｖｍｉｎ＝−Ｖｆとなり、セル電圧Ｖｃが−Ｖｆ以下であると判断できる。
Ｖｍｉｎ＝Ｖ２−Ｖｓ×４・・・（２） A description will be given of a method of performing the determination in steps S210, S410, S510 and the like with such a configuration. The detection voltage of the voltmeter 35a for monitoring the total output of the single cells 100 belonging to the group G1 is V1, the detection voltage of the voltmeter 35b for monitoring the total output of the single cells 100 belonging to the group G2 is V2, and V1 = 3.0V Consider the case of V2 = 1.8V. The average voltage V1a of the single cell 100 of the group G1 is 0.6V, and the average voltage V2a of the single cell 100 of the group G2 is 0.36V. Here, only the voltage of one single cell 100 in the group G2 having a relatively low average voltage is lower than the voltage of the other single cell 100 in the group G2, and outputs the voltage Vmin. Assuming that the voltages of the other single cells 100 are all the voltage Vs, the voltage Vmin can be calculated by the following equation (2). Since the value of the voltage Vs is not certain, assuming that it is equal to the average voltage V1a (= 0.6) of the group G1 having a relatively high average voltage, Vmin = 1.8V−0.6V × 4 = −0 .6V. In this case, if Vf = 0.6V, Vmin = −Vf, and it can be determined that the cell voltage Vc is −Vf or less.
Vmin = V2−Vs × 4 (2)

次に、Ｖ１＝３．０Ｖ、Ｖ２＝２．８Ｖの場合を考える。グループＧ１の単セル１００の平均電圧Ｖ１ａ＝０．６Ｖであり、グループＧ２の単セル１００の平均電圧Ｖ２ａ＝０．５６Ｖである。ここで上述の例と同様の仮定を行うと、電圧Ｖｍｉｎは、式（２）によって算出できる。また、電圧Ｖｓが、相対的に平均電圧の高いグループＧ１の平均電圧Ｖ１ａ（＝０．６）と等しいと仮定すれば、Ｖｍｉｎ＝２．８Ｖ−０．６Ｖ×４＝０．４Ｖとなる。この場合、Ｖｆ＝０．６Ｖであるとすれば、Ｖｍｉｎ＞−Ｖｆとなり、セル電圧Ｖｃが−Ｖｆよりも大きいと判断できる。   Next, consider a case where V1 = 3.0V and V2 = 2.8V. The average voltage V1a of the single cells 100 in the group G1 is 0.6V, and the average voltage V2a of the single cells 100 in the group G2 is 0.56V. Here, assuming the same assumption as in the above-described example, the voltage Vmin can be calculated by Expression (2). Further, assuming that the voltage Vs is equal to the average voltage V1a (= 0.6) of the group G1 having a relatively high average voltage, Vmin = 2.8V−0.6V × 4 = 0.4V. In this case, if Vf = 0.6 V, Vmin> −Vf, and it can be determined that the cell voltage Vc is larger than −Vf.

このように、相対的に電圧の低いグループを構成する単セル１００の１つの電圧のみが低下し、その他の電圧の単セル１００の電圧が等しいと仮定して、電圧Ｖｍｉｎを推定する構成とすれば、電圧計３５の数を低減した簡単な構成で、上記ステップＳ２１０，Ｓ４１０，Ｓ５１０などの判断を行うことができる。また、電圧Ｖｓが相対的に平均電圧の高いグループＧ１の平均電圧Ｖ１ａと等しいと仮定することで、平均電圧Ｖ１ａよりも小さな値で仮定する場合と比べて、電圧Ｖｍｉｎが小さい値となるので、安全側での判断を行うことができる。ただし、電圧Ｖｓは、所望の安全率を考慮して適宜設定すればよく、例えば、全ての単セル１００の平均電圧値を用いてもよい。かかる方法は、グループの数が３以上の場合にも適用でき、また、グループごとの単セル１００の数が異なる場合であっても適用できる。   In this way, the voltage Vmin is estimated on the assumption that only one voltage of the single cells 100 constituting the group having a relatively low voltage is lowered and the voltages of the other single cells 100 are equal. For example, the determination of steps S210, S410, S510 and the like can be performed with a simple configuration in which the number of voltmeters 35 is reduced. Further, assuming that the voltage Vs is equal to the average voltage V1a of the group G1 having a relatively high average voltage, the voltage Vmin is smaller than that assumed when the value is smaller than the average voltage V1a. Judgment on the safe side can be made. However, the voltage Vs may be appropriately set in consideration of a desired safety factor. For example, the average voltage value of all the single cells 100 may be used. This method can be applied even when the number of groups is three or more, and can be applied even when the number of single cells 100 for each group is different.

Ｅ.変形例：
上述の実施例の変形例について説明する。
Ｅ−１．変形例１：
上述の第１実施例では、セル電圧Ｖｃの値が−Ｖｆ以下になったことを検知した場合に、接合部温度Ｔｊを算出する構成としたが、セル電圧Ｖｃが−β（βは、０＜β＜Ｖｆを満たす正の値）以下になったことを検知した場合に、接合部温度Ｔｊを算出する構成としてもよい。この場合、接合部温度Ｔｊを算出するための時間ｔを、セル電圧Ｖｃが−β以下になったことを検知した時からカウントしてもよい。こうすれば、セル電圧Ｖｃが所定の負電圧となった際に、負電圧の値が−Ｖｆ以上であり、ダイオード１７１にわずかに電流が流れる場合にも、接合部温度Ｔｊの算出を開始するので、負電圧の値が−Ｖｆ以上である場合のダイオード１７１の発熱量も反映させて精度良く接合部温度Ｔｊを算出して、より安全側の制御が行える。かかる構成は、負電圧を検知した場合に、接合部温度Ｔｊを算出する構成とすれば、その効果が大きくなる。第３実施例についても同様である。 E. Modifications:
A modification of the above embodiment will be described.
E-1. Modification 1:
In the first embodiment described above, the junction temperature Tj is calculated when it is detected that the value of the cell voltage Vc is −Vf or less. However, the cell voltage Vc is −β (β is 0). It is good also as a structure which calculates junction temperature Tj, when it detects that it became below (positive value which satisfy | fills <(beta) <Vf). In this case, the time t for calculating the junction temperature Tj may be counted from when it is detected that the cell voltage Vc is equal to or lower than −β. In this way, when the cell voltage Vc becomes a predetermined negative voltage, the calculation of the junction temperature Tj is started even when the value of the negative voltage is −Vf or more and a slight current flows through the diode 171. Therefore, the junction temperature Tj is accurately calculated by reflecting the amount of heat generated by the diode 171 when the value of the negative voltage is −Vf or more, and safer control can be performed. If such a configuration is configured to calculate the junction temperature Tj when a negative voltage is detected, the effect is increased. The same applies to the third embodiment.

Ｅ−２．変形例２：
上述の実施例においては、ダイオード１７１としてシリコンダイオードを用いたが、ダイオード１７１の種類は、特に限定するものではない。例えば、ゲルマニウムダイオードやショットキーバリアダイオードなど、他の種類のダイオードを採用してもよい。ゲルマニウムダイオードやショットキーバリアダイオードは、Ｖｆの値が小さいので、より早期に接合部温度Ｔｊの算出やＯＣＶの測定を行うこととなり、安全側の制御を行うことができる。 E-2. Modification 2:
In the above-described embodiment, a silicon diode is used as the diode 171, but the type of the diode 171 is not particularly limited. For example, other types of diodes such as a germanium diode and a Schottky barrier diode may be employed. Since the germanium diode and the Schottky barrier diode have a small value of Vf, the junction temperature Tj is calculated and the OCV is measured at an earlier stage, and the control on the safe side can be performed.

Ｅ−３．変形例３：
上述の第２，第３実施例では、負電圧抑制モードとして、セル電圧Ｖｃが負電圧となることを許容しない制御を行うこととしたが、所定値以下の負電圧を許容しない制御を行う構成としてもよい。こうしても、ＭＥＡ１１０の劣化を抑制することは可能だからである。 E-3. Modification 3:
In the above-described second and third embodiments, the control that does not allow the cell voltage Vc to become a negative voltage is performed as the negative voltage suppression mode, but the configuration that performs the control that does not allow the negative voltage below a predetermined value is performed. It is good. This is because it is possible to suppress the deterioration of the MEA 110.

Ｅ−４．変形例４：
第２，第３実施例の熱破壊対処処理を組み合わせてもよい。すなわち、熱破壊の判定を接合部温度Ｔｊに基づく判定と、ＯＣＶに基づく判定との両方で行ってもよい。例えば、２つの判定手法の少なくとも一方が、判定基準を満たした場合に、負電圧抑制モードに切り替えれば、より安全側の制御を行うことができる。また、２つの判定手法を組み合わせることによって、ダイオード１７１の熱破壊がオープンモード、ショートモードのいずれであるか否かを判定することもできる。この場合、破壊モードに応じて負電圧抑制モードでの制御内容を変えてもよい。例えば、オープンモードでの熱破壊と判定された場合には、ダイオード１７１に電流が流れなくなるので、単セル１００が負電圧となった場合にＭＥＡ１１０の劣化が生じるおそれが相対的に大きい。そこで、オープンモードでの熱破壊と判定された場合には、負電圧を許容しない制御とし、ショートモードでの熱破壊と判定された場合には、所定値以下の負電圧を許容しない制御としてもよい。こうすれば、より柔軟な制御を行うことができる。 E-4. Modification 4:
You may combine the thermal destruction countermeasure processing of 2nd, 3rd Example. That is, the determination of thermal breakdown may be performed by both determination based on the junction temperature Tj and determination based on the OCV. For example, when at least one of the two determination methods satisfies the determination criterion, more safe control can be performed by switching to the negative voltage suppression mode. Further, by combining the two determination methods, it is possible to determine whether the thermal destruction of the diode 171 is the open mode or the short mode. In this case, the control content in the negative voltage suppression mode may be changed according to the breakdown mode. For example, when it is determined that the thermal breakdown in the open mode, current does not flow through the diode 171, and therefore, there is a relatively high possibility that the MEA 110 is deteriorated when the single cell 100 becomes a negative voltage. Therefore, if it is determined that the thermal breakdown in the open mode, it is a control that does not allow negative voltage, and if it is determined that the thermal breakdown in the short mode, it may be a control that does not allow negative voltage below a predetermined value. Good. In this way, more flexible control can be performed.

以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した実施形態における本発明の構成要素のうち、独立クレームに記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略、または、組み合わせが可能である。また、本発明はこうした実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を脱しない範囲において、種々なる態様で実施できることは勿論である。例えば、本発明は、実施例に示した固体高分子形燃料電池に限らず、低温域で運転される種々の燃料電池、例えば、ダイレクトメタノール形燃料電池にも適用することができる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, elements other than the element described in the independent claim among the components of this invention in embodiment mentioned above are additional elements, and are suitably abbreviate | omitted or combined. Is possible. In addition, the present invention is not limited to such an embodiment, and it is needless to say that the present invention can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention. For example, the present invention can be applied not only to the polymer electrolyte fuel cells shown in the embodiments but also to various fuel cells operated in a low temperature range, for example, direct methanol fuel cells.

２０，３２０…燃料電池システム
３０…燃料電池スタック
３１…ターミナル
３２…インシュレータ
３３…エンドプレート
３５，３５ａ，３５ｂ…電圧計
３６…スイッチング素子
５０…燃料ガス供給排出機構
６０…酸化ガス供給排出機構
７０…冷却水供給排出機構
８０，３８０…制御ユニット
８１…温度検知部
８２…電圧上昇制御部
８３…電圧検出部
１００，１００ａ，１００ｂ…単セル
１１２…アノード
１１３…電解質膜
１１４…カソード
１１５，１１６…ガス拡散層
１２０…シール部
１２１…切欠部
１２２…凸部
１２３…隙間
１３０…アノード側セパレータ
１３１…湾曲部
１３５…シール部材
１５０…カソード側セパレータ
１５１…湾曲部
１７０…セル電流制限部
１７１…ダイオード
１７２…突出部
１７３…貫通孔
３８１…判定部
３８２…負電圧抑制制御部
３８３…報知部
３８４…電圧検出部
Ａｍ…各種アクチュエータ
Ｓｎ…各種センサ
ＥＬ…負荷
ＯＲ…出力要求
Ｇ１，Ｇ２…グループ DESCRIPTION OF SYMBOLS 20,320 ... Fuel cell system 30 ... Fuel cell stack 31 ... Terminal 32 ... Insulator 33 ... End plate 35, 35a, 35b ... Voltmeter 36 ... Switching element 50 ... Fuel gas supply / discharge mechanism 60 ... Oxidation gas supply / discharge mechanism 70 ... Cooling water supply / discharge mechanism 80, 380 ... control unit 81 ... temperature detection unit 82 ... voltage rise control unit 83 ... voltage detection unit 100, 100a, 100b ... single cell 112 ... anode 113 ... electrolyte membrane 114 ... cathode 115, 116 ... gas Diffusion layer 120 ... Sealing part 121 ... Notch part 122 ... Protruding part 123 ... Gap 130 ... Anode side separator 131 ... Bending part 135 ... Sealing member 150 ... Cathode side separator 151 ... Bending part 170 ... Cell current limiting part 171 ... Diode 172 ... Protrusion 173 ... through hole 81 ... judging unit 382 ... negative voltage suppression control unit 383 ... notification unit 384 ... voltage detector Am ... various actuators Sn ... sensors EL ... load OR ... output request G1, G2 ... Group

Claims (11)

燃料電池システムであって、
電解質膜とアノードとカソードとを含む発電部と、
前記発電部を間に挟んで配置された一対のセパレータと、
前記一対のセパレータの間に前記発電部と並列的に介装されたセル電流制限部であって、該一対のセパレータの間のセル電圧が負電圧の第１の電圧値以下である場合に、内部に電流を流すことを許容して前記発電部を流れる電流を制限するセル電流制限部と
を備えた燃料電池と、
前記セル電流制限部が前記電流の制限を行っている状態での該セル電流制限部の温度を測定または推定する温度検知部と、
前記測定または推定したセル電流制限部の温度が所定値以上である場合に、前記セル電圧を上昇させる電圧上昇制御を行う電圧上昇制御部と
を備えた燃料電池システム。 A fuel cell system,
A power generation unit including an electrolyte membrane, an anode, and a cathode;
A pair of separators disposed with the power generation unit interposed therebetween;
A cell current limiting unit interposed in parallel with the power generation unit between the pair of separators, and the cell voltage between the pair of separators is equal to or less than a first negative voltage value, A fuel cell comprising: a cell current limiting unit that allows a current to flow inside and limits a current flowing through the power generation unit;
A temperature detection unit that measures or estimates the temperature of the cell current limiting unit when the cell current limiting unit is limiting the current;
A fuel cell system comprising: a voltage increase control unit that performs voltage increase control for increasing the cell voltage when the measured or estimated temperature of the cell current limiting unit is equal to or higher than a predetermined value. 請求項１記載の燃料電池システムであって、
更に、前記セル電圧が負電圧の第２の電圧値以下であることを検知する電圧検知部を備え、
前記温度検知部は、前記セル電圧が前記第２の電圧値以下であると検知された場合に、前記セル電流制限部の温度を測定または推定する
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
Furthermore, a voltage detector that detects that the cell voltage is equal to or lower than a second voltage value of a negative voltage,
The temperature detection unit measures or estimates the temperature of the cell current limiting unit when the cell voltage is detected to be equal to or lower than the second voltage value. 燃料電池システムであって、
電解質膜とアノードとカソードとを含む発電部と、
前記発電部を間に挟んで配置された一対のセパレータと、
前記一対のセパレータの間に前記発電部と並列的に介装されたセル電流制限部であって、該一対のセパレータの間のセル電圧が負電圧である第１の電圧値以下である場合に、内部に電流を流すことを許容して前記発電部を流れる電流を制限するセル電流制限部と
を備えた燃料電池と、
前記セル電流制限部の熱破壊の有無を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果が、前記熱破壊が生じているとの判定である場合に、前記セル電圧が負電圧となることを抑制する負電圧抑制制御を行う負電圧抑制制御部と
を備えた燃料電池システム。 A fuel cell system,
A power generation unit including an electrolyte membrane, an anode, and a cathode;
A pair of separators disposed with the power generation unit interposed therebetween;
A cell current limiting unit interposed between the pair of separators in parallel with the power generation unit, and a cell voltage between the pair of separators is equal to or lower than a first voltage value which is a negative voltage. A fuel cell comprising: a cell current limiting unit that allows a current to flow inside and limits a current flowing through the power generation unit;
A determination unit for determining the presence or absence of thermal destruction of the cell current limiting unit;
A negative voltage suppression control unit that performs negative voltage suppression control that suppresses the cell voltage from becoming a negative voltage when the determination result of the determination unit is a determination that the thermal breakdown has occurred. Fuel cell system. 更に、前記判定部の判定結果が、前記熱破壊が生じているとの判定である場合に、熱破壊の発生をユーザに報知する報知手段を備えた請求項３記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 3, further comprising notification means for notifying a user of occurrence of thermal destruction when the determination result of the determination unit is determination that the thermal destruction has occurred. 請求項３または請求項４のいずれか記載の燃料電池システムであって、
更に、前記セル電圧が負電圧の第２の電圧値以下であることを検知する電圧検知部を備え、
前記判定部は、前記セル電圧が前記第２の電圧値以下であると検知された場合に、前記判定を行う
燃料電池システム。 A fuel cell system according to claim 3 or 4, wherein
Furthermore, a voltage detector that detects that the cell voltage is equal to or lower than a second voltage value of a negative voltage,
The determination unit performs the determination when it is detected that the cell voltage is equal to or lower than the second voltage value. 前記判定部は、前記燃料電池の開回路電圧を測定し、該測定した開回路電圧が所定値以下である場合に、前記熱破壊が生じているとの判定を行う請求項３ないし請求項５のいずれか記載の燃料電池システム。   The said determination part measures the open circuit voltage of the said fuel cell, and when the measured open circuit voltage is below a predetermined value, it determines with the said thermal destruction having arisen. The fuel cell system according to any one of the above. 前記判定部は、前記セル電流制限部の温度を測定または推定し、該測定または推定した温度が所定値以上である場合に、前記熱破壊が生じているとの判定を行う請求項３ないし請求項５のいずれか記載の燃料電池システム。   The said determination part measures or estimates the temperature of the said cell current limiting part, and when this measured or estimated temperature is more than predetermined value, it determines with the said thermal destruction having arisen. Item 6. The fuel cell system according to any one of Items 5. 燃料電池であって、
電解質膜とアノードとカソードとを含む発電部と、
前記発電部の外縁部にフレーム形状に形成されたシール部と、
前記発電部および前記シール部を間に挟んで配置された一対のセパレータと、
前記一対のセパレータの間に前記発電部と並列的に介装されたセル電流制限部であって、該一対のセパレータの間のセル電圧が負電圧である第１の電圧値以下である場合に、内部に電流を流すことを許容して前記発電部を流れる電流を制限するセル電流制限部と
を備え、
前記一対のセパレータのうちの少なくとも一方のセパレータである特定セパレータは、該特定セパレータの外縁部の一部分が、前記発電部側に向かって突出するように湾曲して形成された湾曲部を備え、
前記シール部は、前記一対のセパレータに前記湾曲部が形成された位置で挟まれる部位において、外方が切り欠かれた切欠部が形成され、
前記セル電流制限部は、該セル電流制限部の少なくとも一部分が、前記一対のセパレータの各々と当接するように前記切欠部に挿入された
燃料電池。 A fuel cell,
A power generation unit including an electrolyte membrane, an anode, and a cathode;
A seal part formed in a frame shape on an outer edge part of the power generation part;
A pair of separators disposed with the power generation part and the seal part interposed therebetween;
A cell current limiting unit interposed between the pair of separators in parallel with the power generation unit, and a cell voltage between the pair of separators is equal to or lower than a first voltage value which is a negative voltage. A cell current limiting unit that allows a current to flow inside and limits a current flowing through the power generation unit, and
The specific separator that is at least one of the pair of separators includes a curved portion that is formed to be curved so that a part of an outer edge of the specific separator protrudes toward the power generation unit side,
The seal portion is formed with a notch portion that is notched outward at a portion that is sandwiched between the pair of separators at the position where the curved portion is formed.
The fuel cell, wherein the cell current limiting portion is inserted into the cutout portion so that at least a part of the cell current limiting portion is in contact with each of the pair of separators. 請求項８記載の燃料電池であって、
前記セル電流制限部は、前記切欠部に挿入した際に、前記一対のセパレータよりも外方に突出する突出部を備え、
前記突出部は、前記切欠部に挿入された前記セル電流制限部を該切欠部から取り外す際に用いられる治具と係合して、該治具に前記取り外しの方向に作用力を作用させた場合に、該作用力を前記セル電流制限部に作用可能とする形状を有する
燃料電池。 The fuel cell according to claim 8, wherein
The cell current limiting portion includes a protrusion that protrudes outward from the pair of separators when inserted into the notch,
The protrusion is engaged with a jig used when the cell current limiting portion inserted in the notch is removed from the notch, and an acting force is applied to the jig in the removing direction. In some cases, the fuel cell has a shape that allows the acting force to act on the cell current limiting portion. 前記突出部は、放熱板である請求項９記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 9, wherein the protrusion is a heat radiating plate. 請求項９または請求項１０の燃料電池が複数積層された燃料電池スタックであって、
前記切欠部は、隣り合って積層された前記燃料電池同士で異なる位置に形成された燃料電池スタック。 A fuel cell stack in which a plurality of fuel cells according to claim 9 or 10 are stacked,
The notch is a fuel cell stack formed at a different position between the fuel cells stacked adjacent to each other.
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