JP2014209416A - Fuel cell system and method for controlling fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system and method for controlling fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP2014209416A
JP2014209416A JP2013085985A JP2013085985A JP2014209416A JP 2014209416 A JP2014209416 A JP 2014209416A JP 2013085985 A JP2013085985 A JP 2013085985A JP 2013085985 A JP2013085985 A JP 2013085985A JP 2014209416 A JP2014209416 A JP 2014209416A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
utilization rate
voltage
fuel cell
oxygen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013085985A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
晴彦 新谷
Haruhiko Shintani
晴彦 新谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2013085985A priority Critical patent/JP2014209416A/en
Publication of JP2014209416A publication Critical patent/JP2014209416A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of appropriately processing water that becomes a factor that blocks supplying gas to a stack while preventing the large-sizing of an apparatus and increase in a cost.SOLUTION: A fuel cell system comprises: a voltage detector 30 for detecting the voltage of a fuel battery cell; an output adjusting unit 70 for setting a fuel utilization rate and an oxygen utilization rate; a fuel gas supplier 64 and an oxidant gas supplier 66, and a control unit 34. The control unit 34 controls so as to change the setting of the fuel utilization rate and oxygen utilization rate to a lowered first fuel utilization rate and first oxygen utilization rate if the voltage detected in a rated operation is below predetermined voltage. If the voltage detected exceeds the predetermined voltage, the system determines that blocking of gas supply by water is occurring, and the control unit controls so as to change the setting to a second oxygen utilization rate upped from the first oxygen utilization rate. If the voltage of the fuel battery cell detected by the voltage detector 30 is below the predetermined voltage, the system determines that blocking of oxygen supply by water within an oxidant gas path 71 that supplies oxygen is occurring.

Description

本発明は、燃料電池システム、および燃料電池システムの制御方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and a control method for the fuel cell system.

近年、高効率でクリーンなエネルギー源の開発が求められており、このようなエネルギー源の候補として燃料電池が注目を浴びている。例えば、燃料電池の一つとして、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）が知られている。固体高分子形燃料電池で使用される固体高分子電解質膜はその中に水分を含んでいないとイオン伝導体として十分に機能しない。このため、固体高分子形燃料電池では、供給される燃料および酸素含有ガスを予め加湿しておくことが必要となる。   In recent years, development of highly efficient and clean energy sources has been demanded, and fuel cells have been attracting attention as candidates for such energy sources. For example, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is known as one of the fuel cells. A solid polymer electrolyte membrane used in a polymer electrolyte fuel cell does not function sufficiently as an ionic conductor unless it contains moisture. For this reason, in the polymer electrolyte fuel cell, it is necessary to humidify the supplied fuel and the oxygen-containing gas in advance.

しかしながら、例えば、以下の場合は、燃料電池スタックへの燃料および酸素含有ガスの供給が阻害される可能性がある。すなわち、燃料および酸素含有ガスの加湿量が多い場合、燃料電池スタック内部で生成される水分量が多い場合、あるいは燃料および酸素含有ガスを流通させる経路中での放熱量が多く、これらガス温度が低下し、経路内で水（凝縮水）が発生する場合である。   However, for example, in the following cases, supply of fuel and oxygen-containing gas to the fuel cell stack may be hindered. That is, when the amount of humidification of the fuel and oxygen-containing gas is large, when the amount of moisture generated inside the fuel cell stack is large, or when the amount of heat released in the path through which the fuel and oxygen-containing gas are circulated is large, the gas temperature is This is a case where water (condensed water) is generated in the path.

特に、燃料が流通する経路（アノード経路）内に発生した水（凝縮水）に起因して、燃料電池スタックへの燃料供給阻害が起こった場合、いわゆる転極と呼ばれる現象が発生する。転極が発生すると、アノード側の触媒金属の溶出またはアノード側の触媒担体の腐食が膜／電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode-Assembly）に対して大きな劣化を引き起こす。   In particular, when fuel supply obstruction to the fuel cell stack occurs due to water (condensed water) generated in the path (anode path) through which the fuel flows, a phenomenon called so-called reversal occurs. When the inversion occurs, the elution of the catalyst metal on the anode side or the corrosion of the catalyst support on the anode side causes a great deterioration of the membrane / electrode assembly (MEA).

そこで、固体高分子電解質膜の加湿状態を最適なものとするためには、この固体高分子電解質膜の加湿状態の判断を行うことができる燃料電池システムが開発されている（例えば、特許文献１、２）。   Therefore, in order to optimize the humidified state of the solid polymer electrolyte membrane, a fuel cell system capable of determining the humidified state of the solid polymer electrolyte membrane has been developed (for example, Patent Document 1). 2).

具体的には、特許文献１に開示された燃料電池システムでは、固体高分子電解質膜が２つの電極で挟持された単電池単位で出力電圧を検出する電圧検出手段、この電圧検出手段の検出結果から出力電圧が正常範囲を下回る単電池を異常単電池として検出する異常単電池検出手段、ならびに異常単電池の燃料電池スタックにおける積層位置を判定し、この積層位置に基づいて燃料電池スタックの加湿の状態を判定する加湿状態判定手段を備える。   Specifically, in the fuel cell system disclosed in Patent Document 1, a voltage detection unit that detects an output voltage in units of single cells in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between two electrodes, and a detection result of the voltage detection unit The abnormal cell detection means for detecting a cell whose output voltage falls below the normal range as an abnormal cell, and the stack position of the abnormal cell in the fuel cell stack are determined, and the humidification of the fuel cell stack is determined based on the stack position. A humidified state determining means for determining the state is provided.

そして、特許文献１に開示された燃料電池システムは、電圧低下を起こした異常単電池の燃料電池スタックにおける積層位置を知ることで、燃料電池スタックの加湿の状態を判定することができる。   And the fuel cell system disclosed by patent document 1 can determine the humidification state of a fuel cell stack by knowing the lamination | stacking position in the fuel cell stack of the abnormal cell which caused the voltage drop.

また、特許文献２には、反応後のオフガスが排出されるオフガス排出路に設けられ、結露した水分を排出する結露水排出手段と、酸化ガス供給経路およびオフガス排出路に設けられてガスの圧力を検出する圧力検出手段と、酸化ガス供給経路、オフガス排出路、および全熱交換型加湿器のいずれかに設けられ、温度を検出する温度検出手段と、制御手段とを備えた燃料電池ユニットが開示されている。   Further, Patent Document 2 provides a dew condensation water discharge means for discharging dewed water provided in an off gas discharge path through which the off gas after reaction is discharged, a gas pressure provided in an oxidizing gas supply path and an off gas discharge path. There is provided a fuel cell unit provided with any one of a pressure detection means for detecting temperature, a temperature detection means for detecting temperature, and a control means provided in any of the oxidizing gas supply path, the off-gas discharge path, and the total heat exchange type humidifier. It is disclosed.

この燃料電池ユニットでは、圧力検出手段および温度検出手段からの検出信号に基づいて算出された換算圧力が所定圧力よりも高い場合に、燃料電池ユニット内に多量の結露水分が存在すると判定し、制御手段が、酸化ガスの供給量を所定範囲内で増加させて換算圧力を所定圧力にするように制御する。   In this fuel cell unit, when the converted pressure calculated based on the detection signals from the pressure detection means and the temperature detection means is higher than a predetermined pressure, it is determined that a large amount of condensed moisture exists in the fuel cell unit, and the control is performed. The means controls the supply amount of the oxidizing gas to be increased within a predetermined range so that the converted pressure becomes a predetermined pressure.

特開２００２−１８４４３８号公報JP 2002-184438 A 特開２０１０−１２９４５４号公報JP 2010-129454 A

しかしながら従来の燃料電池システムでは、装置の大型化および高コスト化を招くことなく、スタックへのガスの供給阻害の要因となる水の処理を適切に行うことができないという問題がある。より具体的には、特許文献１に開示された燃料電池システムでは、燃料電池セル（燃料電池単電池）の電圧低下の要因が、燃料が流通するアノードガス経路内の結露によるものなのか、酸素含有ガスが流通するカソードガス経路内の結露によるものなのか区別できない。このため、どちらの経路内の水を処理すべきか判別することができず、スタックへのガスの供給阻害の要因となる水を適切に処理できないという問題がある。   However, in the conventional fuel cell system, there is a problem in that it is not possible to appropriately perform the water treatment that causes the gas supply to the stack to be hindered without increasing the size and cost of the apparatus. More specifically, in the fuel cell system disclosed in Patent Document 1, whether the cause of the voltage drop of the fuel cell (fuel cell unit cell) is due to condensation in the anode gas path through which the fuel flows, oxygen It cannot be distinguished whether it is due to condensation in the cathode gas path through which the contained gas flows. For this reason, there is a problem that it is impossible to determine in which path the water should be treated, and it is not possible to appropriately treat the water that is a factor in inhibiting the supply of gas to the stack.

一方、特許文献２に開示された燃料電池システムでは、別途、圧力検出器を備える必要があるため、装置の大型化および高コスト化を招く問題がある。   On the other hand, in the fuel cell system disclosed in Patent Document 2, since it is necessary to separately include a pressure detector, there is a problem in that the apparatus is increased in size and cost.

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置の大型化および高コスト化を招くことなく、スタックへのガスの供給阻害の要因となる水を適切に処理することができる燃料電池システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and the object thereof is to appropriately treat water that causes a hindrance to gas supply to the stack without increasing the size and cost of the apparatus. It is an object of the present invention to provide a fuel cell system that can be used.

本発明に係る燃料電池システムは、上記した課題を解決するために、供給された燃料と酸素との電気化学反応により発電する燃料電池セルを複数積層して形成されたスタックと、前記スタックを形成する複数の燃料電池セルのうち所定の燃料電池セルの電圧を検出する電圧検出器と、前記燃料電池セルにおける燃料利用率および酸素利用率を設定する利用率設定部と、制御部と、を備え、前記制御部は、当該燃料電池システムの定格運転時において前記電圧検出器により検出された前記燃料電池セルの電圧が所定の電圧未満となる場合、前記燃料電池セルにおける燃料利用率および酸素利用率を、該定格運転時に設定されている利用率よりも下げた第１燃料利用率および第１酸素利用率へと設定変更するように前記利用率設定部を制御し、この第１酸素利用率への設定変更後に電圧検出器により検出された前記燃料電池セルの電圧が所定の電圧以上となったとき、水により燃料電池セルへのガスの供給阻害が発生していると判定し、水により燃料電池セルへのガスの供給阻害が発生していると判定した場合、前記第１酸素利用率の利用率を上げて第２酸素利用率に設定変更するように前記利用率設定部をさらに制御し、この第２酸素利用率への設定変更後に、前記電圧検出器により検出された前記燃料電池セルの電圧が所定の電圧未満となるとき、酸素を供給するカソード供給経路内の水によって該酸素の供給阻害が起こっていると判定する。   In order to solve the above-described problem, a fuel cell system according to the present invention includes a stack formed by stacking a plurality of fuel cells that generate power by an electrochemical reaction between supplied fuel and oxygen, and the stack is formed. A voltage detector that detects a voltage of a predetermined fuel cell among the plurality of fuel cells, a utilization rate setting unit that sets a fuel utilization rate and an oxygen utilization rate in the fuel cell, and a control unit. The control unit, when the voltage of the fuel cell detected by the voltage detector during rated operation of the fuel cell system is less than a predetermined voltage, the fuel utilization rate and the oxygen utilization rate in the fuel cell The utilization rate setting unit is controlled to change the setting to the first fuel utilization rate and the first oxygen utilization rate that are lower than the utilization rate set during the rated operation. When the voltage of the fuel cell detected by the voltage detector after the setting change to the first oxygen utilization rate becomes equal to or higher than a predetermined voltage, the supply of gas to the fuel cell is inhibited by water. The utilization rate is determined so as to increase the utilization rate of the first oxygen utilization rate and change the setting to the second oxygen utilization rate when it is determined that the supply of gas to the fuel cell is inhibited by water. In the cathode supply path for supplying oxygen when the setting unit is further controlled and the voltage of the fuel cell detected by the voltage detector becomes lower than a predetermined voltage after the setting change to the second oxygen utilization rate. It is determined that the oxygen supply is hindered by the water.

本発明に係る燃料電池システムの制御方法は、上記した課題を解決するために、供給された燃料と酸素との電気化学反応により発電する燃料電池セルを複数積層して形成されたスタックを有する燃料電池システムの制御方法であって、当該燃料電池システムの定格運転時において、前記スタックを形成する複数の燃料電池セルのうち所定の燃料電池セルの電圧を検出し、検出された該電圧が所定の電圧未満となる場合、該燃料電池セルにおける燃料利用率および酸素利用率を、該定格運転時に設定されている利用率よりも下げた第１燃料利用率および第１酸素利用率へと設定変更し、この第１酸素利用率への設定変更後に検出された前記燃料電池セルの電圧が所定の電圧以上となったとき、水により燃料電池セルへのガスの供給阻害が発生していると判定し、水により燃料電池セルへのガスの供給阻害が発生していると判定した場合、さらに前記第１酸素利用率の利用率を上げて第２酸素利用率に設定変更させ、この設定変更後に検出された前記燃料電池セルの電圧が所定の電圧未満となるとき、酸素を供給するカソード供給経路内の水によって該酸素の供給阻害が起こっていると判定する。   In order to solve the above problems, a control method for a fuel cell system according to the present invention is a fuel having a stack formed by stacking a plurality of fuel cells that generate electricity by an electrochemical reaction between supplied fuel and oxygen. A control method for a battery system, wherein a voltage of a predetermined fuel cell among a plurality of fuel cells forming the stack is detected during rated operation of the fuel cell system, and the detected voltage is a predetermined value. When the voltage is lower than the voltage, the fuel utilization rate and the oxygen utilization rate in the fuel cell are changed to the first fuel utilization rate and the first oxygen utilization rate that are lower than the utilization rate set during the rated operation. When the voltage of the fuel cell detected after the setting change to the first oxygen utilization rate becomes equal to or higher than a predetermined voltage, the supply of gas to the fuel cell is inhibited by water. If it is determined that there is a gas supply hindrance to the fuel cell due to water, the utilization rate of the first oxygen utilization rate is further increased and the setting is changed to the second oxygen utilization rate. When the voltage of the fuel cell detected after the setting change is less than a predetermined voltage, it is determined that the supply of oxygen is inhibited by the water in the cathode supply path for supplying oxygen.

本発明に係る燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法は、以上に説明したように構成され、装置の大型化および高コスト化を招くことなく、スタックへのガスの供給阻害の要因となる水を適切に処理することができるという効果を奏する。   The fuel cell system and the control method for the fuel cell system according to the present invention are configured as described above, and water that causes a hindrance to gas supply to the stack without increasing the size and cost of the apparatus. The effect that it can process appropriately is produced.

本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing an example of a schematic configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 図１に示す燃料電池システムが備えるスタックの概略構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of schematic structure of the stack with which the fuel cell system shown in FIG. 1 is provided. 本発明の実施の形態に係る燃料電池システムにおいて実施される「フラッディング判定処理」の一例を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing an example of “flooding determination processing” performed in the fuel cell system according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る燃料電池システムが実施する「フラッディング判定処理」のサブルーチンである「電圧降下要因確定処理」の一例を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing an example of “voltage drop factor determination processing” that is a subroutine of “flooding determination processing” performed by the fuel cell system according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る燃料電池システムが実施する「フラッディング判定処理」のサブルーチンである「酸化剤ガス経路側のフラッディング判定処理」の一例を示すフローチャートである。7 is a flowchart showing an example of “flooding determination processing on the oxidant gas path side”, which is a subroutine of “flooding determination processing” performed by the fuel cell system according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る燃料電池システムが実施する「フラッディング判定処理」のサブルーチンである「燃料ガス経路側のフラッディング判定処理」の一例を示すフローチャートである。7 is a flowchart showing an example of “flooding determination processing on the fuel gas path side”, which is a subroutine of “flooding determination processing” performed by the fuel cell system according to the embodiment of the present invention.

本発明の第１の態様に係る燃料電池システムは、供給された燃料と酸素との電気化学反応により発電する燃料電池セルを複数積層して形成されたスタックと、前記スタックを形成する複数の燃料電池セルのうち所定の燃料電池セルの電圧を検出する電圧検出器と、前記燃料電池セルにおける燃料利用率および酸素利用率を設定する利用率設定部と、制御部と、を備え、前記制御部は、当該燃料電池システムの定格運転時において前記電圧検出器により検出された前記燃料電池セルの電圧が所定の電圧未満となる場合、前記燃料電池セルにおける燃料利用率および酸素利用率を、該定格運転時に設定されている利用率よりも下げた第１燃料利用率および第１酸素利用率へと設定変更するように前記利用率設定部を制御し、この第１酸素利用率への設定変更後に電圧検出器により検出された前記燃料電池セルの電圧が所定の電圧以上となったとき、水により燃料電池セルへのガスの供給阻害が発生していると判定し、水により燃料電池セルへのガスの供給阻害が発生していると判定した場合、前記第１酸素利用率の利用率を上げて第２酸素利用率に設定変更するように前記利用率設定部をさらに制御し、この第２酸素利用率への設定変更後に、前記電圧検出器により検出された前記燃料電池セルの電圧が所定の電圧未満となるとき、酸素を供給するカソード供給経路内の水によって該酸素の供給阻害が起こっていると判定する。   A fuel cell system according to a first aspect of the present invention includes a stack formed by stacking a plurality of fuel cells that generate electric power by an electrochemical reaction between supplied fuel and oxygen, and a plurality of fuels forming the stack. A voltage detector that detects a voltage of a predetermined fuel cell among the battery cells, a utilization rate setting unit that sets a fuel utilization rate and an oxygen utilization rate in the fuel cell, and a control unit, the control unit If the voltage of the fuel cell detected by the voltage detector during rated operation of the fuel cell system is less than a predetermined voltage, the fuel utilization rate and oxygen utilization rate in the fuel cell are determined by the rating. The utilization rate setting unit is controlled to change the setting to the first fuel utilization rate and the first oxygen utilization rate which are lower than the utilization rate set during operation, and the first oxygen utilization rate is set. When the voltage of the fuel cell detected by the voltage detector after the setting change becomes equal to or higher than a predetermined voltage, it is determined that the supply of gas to the fuel cell is inhibited by water, and the fuel cell by water If it is determined that gas supply inhibition to the cell has occurred, the utilization rate setting unit is further controlled to increase the utilization rate of the first oxygen utilization rate and change the setting to the second oxygen utilization rate, After the setting change to the second oxygen utilization rate, when the voltage of the fuel cell detected by the voltage detector becomes lower than a predetermined voltage, the supply of the oxygen by the water in the cathode supply path for supplying oxygen Determine that inhibition has occurred.

ここで所定の燃料電池セルとは、スタックにおいてフラッディングが発生する確率が高い、例えば、スタックの端部またはその近傍に配置された燃料電池セルなどが挙げられる。   Here, the predetermined fuel cell includes a high probability that flooding occurs in the stack, for example, a fuel cell disposed at the end of the stack or in the vicinity thereof.

また、所定の電圧とは、燃料電池セルにおいて異常が発生しているか否かの判定基準となる電圧である。この電圧は、例えば、予め、燃料電池セルに異常が発生したとき検出されうる電圧の範囲を調べ、それらの電圧の範囲の中で適切に設定することができる。   The predetermined voltage is a voltage that serves as a criterion for determining whether or not an abnormality has occurred in the fuel cell. For example, the voltage range that can be detected when an abnormality occurs in the fuel cell is examined in advance, and the voltage can be set appropriately within the voltage range.

上記した構成によると電圧検出器を備えているため、スタックにおける所定の燃料電池セルの電圧を検出することができる。また、利用率設定部を備えるため燃料電池セルにおける燃料利用率および酸素利用率を所望の利用率に設定変更することができる。   According to the above configuration, since the voltage detector is provided, the voltage of a predetermined fuel cell in the stack can be detected. Further, since the utilization rate setting unit is provided, the fuel utilization rate and the oxygen utilization rate in the fuel cell can be set and changed to desired utilization rates.

ところで、燃料電池セルの電圧が所定の電圧未満となる場合とは、該燃料電池セルにおいて何らかの不具合が発生したために電圧降下した場合である。このような状態において、制御部が、第１燃料利用率および第１酸素利用率へと利用率を下げるように利用率設定部を制御することにより、所定の燃料電池セルが所定の電圧以上となったとき、水による供給阻害が発生していると判定する。   By the way, the case where the voltage of the fuel battery cell is lower than the predetermined voltage is a case where the voltage drops because some trouble occurs in the fuel battery cell. In such a state, the control unit controls the utilization rate setting unit so as to lower the utilization rate to the first fuel utilization rate and the first oxygen utilization rate, so that a predetermined fuel cell is set to a predetermined voltage or higher. When it becomes, it determines with the supply hindrance with water having generate | occur | produced.

つまり、利用率を下げることで燃料および酸素の供給を過剰とすることができるため、これによりフラッディングが要因で燃料電池セルの電圧が低下した場合はその低下が解消される。つまり、過剰に燃料および酸素を供給することで、燃料電池セルへのガスの供給不足を補うことができ、電圧低下を解消することができる。しかしながら、フラッディング以外が要因で燃料電池セルの電圧が低下した場合は、利用率を下げてもその電圧の低下は解消されない。   In other words, since the supply of fuel and oxygen can be made excessive by lowering the utilization factor, the decrease in the voltage of the fuel cell due to flooding is eliminated. That is, by supplying fuel and oxygen excessively, it is possible to compensate for the shortage of gas supply to the fuel cells, and to eliminate the voltage drop. However, when the voltage of the fuel cell decreases due to factors other than flooding, the decrease in the voltage is not resolved even if the utilization factor is decreased.

したがって、制御部は、第１燃料利用率および第１酸素利用率へと利用率を下げるように利用率設定部を制御することができるため、水により燃料電池セルへのガスの供給阻害が発生しているか否か判定することができる。   Therefore, since the control unit can control the utilization rate setting unit so as to lower the utilization rate to the first fuel utilization rate and the first oxygen utilization rate, the supply of gas to the fuel cells is inhibited by water. It can be determined whether or not.

さらに、水により燃料電池セルへのガスの供給阻害が発生していると判定した場合、制御部は第１酸素利用率から利用率を上げた第２酸素利用率に設定変更させるように利用率設定部を制御することができる。そして、このように制御した場合において、前記燃料電池セルの電圧が所定の電圧未満となるとき、制御部はカソード供給経路内の水によって酸素の供給阻害が少なくとも起こっていることを判定することができる。   Further, when it is determined that the supply of gas to the fuel cell is hindered by water, the control unit uses the utilization rate so as to change the setting from the first oxygen utilization rate to the second oxygen utilization rate. The setting unit can be controlled. In such a control, when the voltage of the fuel cell becomes less than a predetermined voltage, the control unit can determine that the supply of oxygen is at least inhibited by the water in the cathode supply path. it can.

具体的には、酸素を供給するカソード供給経路内に水が溜まり、この水により燃料電池セルへの酸素の供給阻害が発生している場合、酸素利用率を高め、供給する酸素量を低減させることで、燃料電池セルへの酸素の供給不足が発生し電圧が下がることとなる。この現象を利用して、制御部はカソード供給経路内の水によって酸素の供給阻害が少なくとも起こっているか否か判定することができる。   Specifically, when water accumulates in the cathode supply path for supplying oxygen, and this water hinders the supply of oxygen to the fuel cells, the oxygen utilization rate is increased and the amount of oxygen supplied is reduced. As a result, insufficient supply of oxygen to the fuel battery cell occurs and the voltage drops. Using this phenomenon, the control unit can determine whether or not oxygen supply inhibition has occurred at least due to water in the cathode supply path.

このようにスタックへのガスの供給阻害の要因となる水がカソード供給経路内にあるか否か判定することができるため、例えば除去などの処理を行うべき水の所在を確定することができる。このため、本発明の第１の態様に係る燃料電池システムは、適切にこの水を処理することができる。また、本発明の第１の態様に係る燃料電池システムでは、特許文献２のように燃料電池システムにおいてさらに圧力検出器を備える必要がなく簡易な構成とすることができる。   As described above, since it is possible to determine whether or not water that is a factor in inhibiting gas supply to the stack exists in the cathode supply path, it is possible to determine the location of water to be subjected to, for example, removal. For this reason, the fuel cell system which concerns on the 1st aspect of this invention can process this water appropriately. Moreover, in the fuel cell system according to the first aspect of the present invention, it is not necessary to further include a pressure detector in the fuel cell system as in Patent Document 2, and a simple configuration can be achieved.

したがって、本発明の第１の態様に係る燃料電池システムは、装置の大型化および高コスト化を招くことなく、スタックへのガスの供給阻害の要因となる水を適切に処理することができるという効果を奏する。   Therefore, the fuel cell system according to the first aspect of the present invention can appropriately treat water that is a factor that hinders the supply of gas to the stack without causing an increase in size and cost of the apparatus. There is an effect.

また、本発明の第２の態様に係る燃料電池システムは、上記した第１の態様において、前記電圧検出器により電圧が検出される前記所定の燃料電池セルは、前記スタックにおける端部に位置する燃料電池セルであってもよい。   The fuel cell system according to a second aspect of the present invention is the fuel cell system according to the first aspect, wherein the predetermined fuel cell whose voltage is detected by the voltage detector is located at an end of the stack. It may be a fuel cell.

また、本発明の第３の態様に係る燃料電池システムは、上記した第１の態様において、前記電圧検出器により電圧が検出される前記所定の燃料電池セルは、前記スタックを形成する複数の燃料電池セルを複数のブロックに分割し、該複数のブロックのうち、前記スタックにおける端部に位置する燃料電池セルを含むブロックの中に属するいずれか１つの燃料電池セルであってもよい。   The fuel cell system according to a third aspect of the present invention is the fuel cell system according to the first aspect, wherein the predetermined fuel cell whose voltage is detected by the voltage detector is a plurality of fuels forming the stack. The battery cell may be divided into a plurality of blocks, and any one of the plurality of blocks may belong to a block including a fuel cell located at an end of the stack.

また、本発明に係る燃料電池システムは、上記した第１の態様から第３の態様におけるいずれか１つの態様において、前記利用率設定部は、前記燃料電池セルにおける前記第１酸素利用率を前記第２酸素利用率に設定変更する場合、第１酸素利用率の値が第２酸素利用率の値となるまで段階的に高くなるように変更しており、前記制御部は、前記利用率設定部によって段階的に設定変更された酸素利用率それぞれで電圧検出器により検出された前記燃料電池セルの電圧の変化を示す傾きが所定値以上である場合、該電圧が所定の電圧未満であると判断して、前記カソード供給経路内の水によって酸素の供給阻害が起こっていると判定するように構成されていてもよい。   Moreover, the fuel cell system according to the present invention is the fuel cell system according to any one of the first to third aspects described above, wherein the utilization rate setting unit determines the first oxygen utilization rate in the fuel cell. In the case of changing the setting to the second oxygen utilization rate, the value is changed in a stepwise manner until the value of the first oxygen utilization rate reaches the value of the second oxygen utilization rate, and the control unit sets the utilization rate setting. If the slope indicating the change in the voltage of the fuel cell detected by the voltage detector at each of the oxygen utilization rates set and changed stepwise by the unit is greater than or equal to a predetermined value, the voltage is less than the predetermined voltage. Judgment may be made so as to determine that oxygen supply inhibition has occurred due to water in the cathode supply path.

上記した構成によると、制御部は、燃料電池セルの電圧の変化を示す傾きが所定値以上であるか否かでカソード供給経路内の水によって酸素の供給阻害が起こっているか否か判定することができる。   According to the configuration described above, the control unit determines whether or not oxygen supply is hindered by water in the cathode supply path depending on whether or not the slope indicating the change in the voltage of the fuel cell is equal to or greater than a predetermined value. Can do.

このように傾きから判定する構成の方が、酸素利用率をいきなり所定の利用率に設定変更する構成よりも端セルの電圧変化をみながら利用率の設定変更ができるため、安全に燃料電池セルへのガスの供給阻害要因を判定することができる。   Since the configuration for judging from the inclination in this way can change the setting of the utilization rate while observing the voltage change of the end cell, compared to the configuration for suddenly changing the oxygen utilization rate to the predetermined utilization rate, the fuel cell can be safely It is possible to determine a factor that inhibits gas supply to the gas.

また、本発明の第５の態様に係る燃料電池システムは、上記した第１の態様から第４の態様のいずれか１つの態様において、前記制御部が、前記カソード供給経路内の水によって酸素の供給阻害が起こっていると判定した場合、該カソード供給経路内における該水の除去を行う第一水分除去部をさらに備えるように構成されていてもよい。   The fuel cell system according to a fifth aspect of the present invention is the fuel cell system according to any one of the first to fourth aspects described above, wherein the control unit supplies oxygen in the cathode supply path with water. When it is determined that supply inhibition has occurred, a first moisture removal unit that removes the water in the cathode supply path may be further provided.

上記した構成によると、第一水分除去部を備えているため、酸素の供給阻害の要因となっている水をカソード供給経路内から除去することができる。   According to the above-described configuration, since the first moisture removing unit is provided, water that is a factor in inhibiting oxygen supply can be removed from the cathode supply path.

また、本発明の第６の態様に係る燃料電池システムは、上記した第３の態様から第５の態様のいずれか１つの態様において、前記制御部は、前記カソード供給経路内の水によって酸素の供給阻害が起こっているか否かの判定をした後、前記第１燃料利用率の利用率を上げて第２燃料利用率に設定変更するようにさらに前記利用率設定部を制御し、このとき前記電圧検出器により検出された前記燃料電池セルの電圧が所定の電圧未満となるとき、燃料を供給するアノード供給経路内の水によって該燃料の供給阻害が起こっていると判定するように構成されていてもよい。   The fuel cell system according to a sixth aspect of the present invention is the fuel cell system according to any one of the third to fifth aspects described above, wherein the control unit is configured to supply oxygen by water in the cathode supply path. After determining whether or not the supply hindrance has occurred, the utilization rate setting unit is further controlled to increase the utilization rate of the first fuel utilization rate and change the setting to the second fuel utilization rate. When the voltage of the fuel cell detected by the voltage detector becomes less than a predetermined voltage, it is determined that the supply of the fuel is hindered by water in the anode supply path for supplying the fuel. May be.

上記した構成によると、制御部は第１燃料利用率から利用率を上げた第２燃料利用率に設定変更させるように利用率設定部を制御することができる。そして、燃料利用率を高めることで燃料を供給するアノード供給経路内の水によって該燃料の供給阻害が少なくとも起こっているか否かを判定することができる。   According to the configuration described above, the control unit can control the utilization rate setting unit to change the setting to the second fuel utilization rate obtained by increasing the utilization rate from the first fuel utilization rate. Then, by increasing the fuel utilization rate, it is possible to determine whether or not at least the fuel supply hindrance is caused by the water in the anode supply path for supplying the fuel.

具体的には、もし、燃料を供給するアノード供給経路内に水が溜まり、この水により燃料電池セルへの燃料の供給阻害が発生している場合、燃料利用率を高め、供給する燃料を低減させることで、燃料電池セルへの燃料の供給不足が発生し電圧が下がることとなる。そこで、この現象を利用して、制御部はアノード供給経路内の水によって燃料の供給阻害が起こっているか否か判定することができる。   Specifically, if water accumulates in the anode supply path for supplying fuel, and this water hinders the supply of fuel to the fuel cells, the fuel utilization rate is increased and the supplied fuel is reduced. By doing so, insufficient supply of fuel to the fuel cells occurs, and the voltage decreases. Therefore, using this phenomenon, the control unit can determine whether or not fuel supply is hindered by water in the anode supply path.

このようにスタックへのガスの供給阻害の要因となる水がアノード供給経路内にあるのか否か判定することができるため、例えば、除去などの処理を行うべき水の所在を確定することができる。このため、本発明の第６の態様に係る燃料電池システムは、適切にこの水を処理することができる。   In this way, it is possible to determine whether or not there is water in the anode supply path that is a factor that hinders gas supply to the stack. For example, it is possible to determine the location of water to be treated such as removal. . For this reason, the fuel cell system which concerns on the 6th aspect of this invention can process this water appropriately.

また、本発明の第７の態様に係る燃料電池システムは、上記した第６の態様において、前記利用率設定部は、前記燃料電池セルにおける前記第１燃料利用率を前記第２燃料利用率に設定変更する場合、第１燃料利用率の値が第２燃料利用率の値となるまで段階的に高くなるように変更しており、前記制御部は、前記利用率設定部によって段階的に設定変更された燃料利用率それぞれで電圧検出器により検出された前記燃料電池セルの電圧の変化を示す傾きが所定値以上である場合、該電圧が所定の電圧未満であると判断して、前記アノード供給経路内の水によって燃料の供給阻害が起こっていると判定するように構成されていてもよい。   The fuel cell system according to a seventh aspect of the present invention is the fuel cell system according to the sixth aspect described above, wherein the utilization rate setting unit changes the first fuel utilization rate in the fuel cell to the second fuel utilization rate. When changing the setting, the value is changed so that the value of the first fuel utilization rate becomes a value of the second fuel utilization rate, and the control unit is set stepwise by the utilization rate setting unit. When the slope indicating the change in the voltage of the fuel cell detected by the voltage detector at each of the changed fuel utilization rates is equal to or greater than a predetermined value, it is determined that the voltage is less than the predetermined voltage, and the anode You may be comprised so that it may determine with the fuel supply obstruction | occlusion occurring by the water in a supply path | route.

上記した構成によると、制御部は、燃料電池セルの電圧の変化を示す傾きが所定値以上であるか否かで、アノード供給経路内の水によって燃料の供給阻害が起こっているか否か判定することができる。   According to the configuration described above, the control unit determines whether or not fuel supply is hindered by water in the anode supply path depending on whether or not the slope indicating the change in the voltage of the fuel cell is equal to or greater than a predetermined value. be able to.

このように傾きから判定する構成の方が、燃料利用率をいきなり所定の利用率に設定変更する構成よりも端セルの電圧変化をみながら利用率の設定変更ができるため、安全に燃料電池セルへのガスの供給阻害要因を判定することができる。   Since the configuration for judging from the inclination in this way can change the setting of the utilization rate while observing the voltage change of the end cell, compared to the configuration in which the fuel utilization rate is suddenly changed to the predetermined utilization rate, the fuel cell can be safely It is possible to determine a factor that inhibits gas supply to the gas.

また、本発明の第８の態様に係る燃料電池システムは、上記した第６または第７の態様において、前記制御部が、前記アノード供給経路内の水によって燃料の供給阻害が起こっていると判定した場合、該アノード供給経路内における該水の除去を行う第二水分除去部をさらに備えるように構成してもよい。   Further, in the fuel cell system according to the eighth aspect of the present invention, in the sixth or seventh aspect described above, the control unit determines that fuel supply is inhibited by water in the anode supply path. In this case, a second moisture removing unit that removes the water in the anode supply path may be further provided.

上記した構成によると、第二水分除去部を備えているため、燃料の供給阻害の要因となっている水をアノード供給経路内から除去することができる。   According to the above-described configuration, since the second moisture removing unit is provided, water that is a factor that hinders fuel supply can be removed from the anode supply path.

また、本発明の第９の態様に係る燃料電池システムの制御方法は、供給された燃料と酸素との電気化学反応により発電する燃料電池セルを複数積層して形成されたスタックを有する燃料電池システムの制御方法であって、当該燃料電池システムの定格運転時において、前記スタックを形成する複数の燃料電池セルのうち所定の燃料電池セルの電圧を検出し、検出された該電圧が所定の電圧未満となる場合、該燃料電池セルにおける燃料利用率および酸素利用率を、該定格運転時に設定されている利用率よりも下げた第１燃料利用率および第１酸素利用率へと設定変更し、この第１酸素利用率への設定変更後に検出された前記燃料電池セルの電圧が所定の電圧以上となったとき、水により燃料電池セルへのガスの供給阻害が発生していると判定し、水により燃料電池セルへのガスの供給阻害が発生していると判定した場合、さらに前記第１酸素利用率の利用率を上げて第２酸素利用率に設定変更させ、この設定変更後に検出された前記燃料電池セルの電圧が所定の電圧未満となるとき、酸素を供給するカソード供給経路内の水によって該酸素の供給阻害が起こっていると判定する。   A control method for a fuel cell system according to a ninth aspect of the present invention is a fuel cell system having a stack formed by stacking a plurality of fuel cell cells that generate electricity by an electrochemical reaction between supplied fuel and oxygen. In the rated operation of the fuel cell system, the voltage of a predetermined fuel cell among the plurality of fuel cells forming the stack is detected, and the detected voltage is less than the predetermined voltage The fuel utilization rate and the oxygen utilization rate in the fuel cell are changed to the first fuel utilization rate and the first oxygen utilization rate that are lower than the utilization rate set during the rated operation, When the voltage of the fuel cell detected after the setting change to the first oxygen utilization rate becomes equal to or higher than a predetermined voltage, it is determined that the supply of gas to the fuel cell is inhibited by water. When it is determined that the supply of gas to the fuel cell is inhibited by water, the utilization rate of the first oxygen utilization rate is further increased to change the setting to the second oxygen utilization rate. When the voltage of the produced fuel cell becomes lower than a predetermined voltage, it is determined that the supply of oxygen is inhibited by the water in the cathode supply path for supplying oxygen.

上記した方法によると、第１燃料利用率および第１酸素利用率へと利用率を下げるように設定変更することができるため、水により燃料電池セルへのガスの供給阻害が発生しているか否か判定することができる。   According to the above-described method, the setting can be changed so as to reduce the utilization rate to the first fuel utilization rate and the first oxygen utilization rate, so whether or not the supply of gas to the fuel cell is inhibited by water. Can be determined.

さらに、第１酸素利用率から利用率を上げた第２酸素利用率に設定変更させることで、酸素を供給するカソード供給経路内の水によって該酸素の供給阻害が起こっているか否かを判定することができる。   Further, by changing the setting from the first oxygen utilization rate to the second oxygen utilization rate that is increased, it is determined whether or not the supply of oxygen is hindered by water in the cathode supply path for supplying oxygen. be able to.

このようにスタックへのガスの供給阻害の要因となる水がカソード供給経路内にあるのか否か判定することができるため、例えば除去などの処理を行うべき水の所在を確定することができる。このため、本発明の第１の態様に係る燃料電池システムは、適切にこの水を処理することができる。   In this way, since it can be determined whether or not water that is a factor in inhibiting gas supply to the stack is in the cathode supply path, the location of water to be subjected to processing such as removal can be determined. For this reason, the fuel cell system which concerns on the 1st aspect of this invention can process this water appropriately.

また、本発明の第９の態様に係る燃料電池システムの制御方法では、燃料電池システムは、経路中における燃料および酸素の圧力を測定する必要がないため、特許文献２の燃料電池システムのように圧力検出器を備える必要がなく簡易な構成とすることができる。   Further, in the control method for the fuel cell system according to the ninth aspect of the present invention, the fuel cell system does not need to measure the pressure of the fuel and oxygen in the path, so that the fuel cell system of Patent Document 2 It is not necessary to provide a pressure detector, and a simple configuration can be achieved.

したがって、本発明の第９の態様に係る燃料電池システムの制御方法は、装置の大型化および高コスト化を招くことなく、スタックへのガスの供給阻害の要因となる水を適切に処理することができるという効果を奏する。   Therefore, the control method of the fuel cell system according to the ninth aspect of the present invention appropriately treats water that is a factor in inhibiting the supply of gas to the stack without incurring an increase in size and cost of the apparatus. There is an effect that can be.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、全ての図を通じて同一又は対応する構成部材には同一の参照符号を付して、その説明については省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the same or corresponding components are denoted by the same reference symbols throughout the drawings, and the description thereof is omitted.

（燃料電池システムの構成）
まず、図１を参照して本発明の実施の形態に係る燃料電池システム１００の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池システム１００の一例を示す模式図である。 (Configuration of fuel cell system)
First, the configuration of a fuel cell system 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a fuel cell system 100 according to an embodiment of the present invention.

図１に示すように燃料電池システム１００は、スタック１０、出力調整器７０、電圧検出器３０、燃料ガス供給器６４、酸化剤ガス供給器６６、加湿器６８、水分除去部（第一水分除去部、第二水分除去部）３６、および制御部３４を備えてなる構成である。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system 100 includes a stack 10, an output regulator 70, a voltage detector 30, a fuel gas supplier 64, an oxidant gas supplier 66, a humidifier 68, a moisture removal unit (first moisture removal unit). Unit, second moisture removing unit) 36, and control unit 34.

そして、燃料電池システム１００が備えるスタック１０は、水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池単セル(燃料電池セル１)を、複数積層させたスタック構造を有している。各燃料電池セル１は、プロトン伝導性を有する高分子電解質膜（イオン交換樹脂膜）１２の両面に、それぞれアノード電極層１４およびカソード電極層１６を接合した膜電極接合体８（ＭＥＡ：Membrane-Electrode-Assembly）を、セパレータ５２によって挟持した構成となっている。以下において、まずスタック１０の構成について詳しく説明する。   The stack 10 included in the fuel cell system 100 has a stack structure in which a plurality of fuel cell single cells (fuel cell 1) that generate power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen are stacked. Each fuel cell 1 has a membrane electrode assembly 8 (MEA: Membrane-) in which an anode electrode layer 14 and a cathode electrode layer 16 are bonded to both surfaces of a polymer electrolyte membrane (ion exchange resin membrane) 12 having proton conductivity. Electrode-Assembly) is sandwiched between separators 52. In the following, first, the configuration of the stack 10 will be described in detail.

（スタックの構成）
図２を参照して燃料電池システム１００が備えるスタックについて説明する。図２は、図１に示す燃料電池システム１００が備えるスタック１０の概略構成の一例を示す断面図である。 (Stack structure)
A stack provided in the fuel cell system 100 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an example of a schematic configuration of the stack 10 included in the fuel cell system 100 illustrated in FIG. 1.

図２に示すように、スタック１０が備える燃料電池セル１は、ＭＥＡ（膜電極接合体）１８を含んでいる。そして、ＭＥＡ１８の両面には一対の板状の導電性のセパレータ５２（アノード側セパレータ５２ａ、カソード側セパレータ５２ｂ）が配置されている。ＭＥＡ１８は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜１２と、この高分子電解質膜１２を挟みこむように配置された一対の電極層（アノード電極層１４、カソード電極層１６）とを備えてなる構成である。   As shown in FIG. 2, the fuel cell 1 included in the stack 10 includes an MEA (membrane electrode assembly) 18. A pair of plate-like conductive separators 52 (an anode side separator 52a and a cathode side separator 52b) are arranged on both surfaces of the MEA 18. The MEA 18 includes a polymer electrolyte membrane 12 that selectively transports hydrogen ions, and a pair of electrode layers (an anode electrode layer 14 and a cathode electrode layer 16) that are disposed so as to sandwich the polymer electrolyte membrane 12 therebetween. It is the composition which becomes.

高分子電解質膜１２は、水素イオン伝導性を有する高分子膜であってもよい。高分子電解質膜１２の形状は特に限定されないが、例えば、略矩形状とすることができる。高分子電解質膜１２の材料は、水素イオンを選択的に移動させるものであってもよい。高分子電解質膜１２としては、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸からなるフッ素系高分子電解質膜（例えば、米国DuPont社製のNafion（登録商標）、旭化成（株）製のAciplex（登録商標）、旭硝子（株）製のFlemion（登録商標）など）や各種炭化水素系電解質膜を使用できる。   The polymer electrolyte membrane 12 may be a polymer membrane having hydrogen ion conductivity. The shape of the polymer electrolyte membrane 12 is not particularly limited, but can be, for example, a substantially rectangular shape. The material of the polymer electrolyte membrane 12 may selectively move hydrogen ions. Examples of the polymer electrolyte membrane 12 include a fluorine-based polymer electrolyte membrane made of perfluorocarbon sulfonic acid (for example, Nafion (registered trademark) manufactured by DuPont, USA, Aciplex (registered trademark) manufactured by Asahi Kasei Corporation, Asahi Glass ( Flemion (registered trademark), etc.) and various hydrocarbon electrolyte membranes can be used.

アノード電極層１４およびカソード電極層１６は、白金属触媒を坦持したカーボン粉末を主成分とする不図示の触媒層と、導電作用とガス透過性と撥水性とを併せ持つ不図示のガス拡散層（ＧＤＬ）とを備えた構成であってもよい。このとき、触媒層は、水素または酸素の酸化還元反応に対する触媒を含む層であってもよい。触媒層は、導電性を有し、かつ水素および酸素の酸化還元反応に対する触媒能を有するものであれば特に限定されない。本実施形態では、この触媒層の形状を、例えば、略矩形状とすることができる。   The anode electrode layer 14 and the cathode electrode layer 16 include a catalyst layer (not shown) mainly composed of carbon powder carrying a white metal catalyst, and a gas diffusion layer (not shown) having both conductivity, gas permeability and water repellency. (GDL) may be provided. At this time, the catalyst layer may be a layer containing a catalyst for a redox reaction of hydrogen or oxygen. The catalyst layer is not particularly limited as long as it has conductivity and has a catalytic ability for a redox reaction of hydrogen and oxygen. In this embodiment, the shape of this catalyst layer can be made into a substantially rectangular shape, for example.

より具体的には、触媒層は、例えば、白金族金属触媒を担持したカーボン粉末とプロトン導電性を有する高分子材料とを主成分とした多孔質な部材から構成できる。触媒層に用いるプロトン導電性高分子材料は、高分子電解質膜１２と同じ種類であっても、異なる種類であってもよい。なお、この触媒層は、高分子電解質膜１２の主面に触媒層形成用インクを塗工又はスプレーするなどして形成できる。   More specifically, the catalyst layer can be composed of, for example, a porous member mainly composed of a carbon powder carrying a platinum group metal catalyst and a polymer material having proton conductivity. The proton conductive polymer material used for the catalyst layer may be the same as or different from the polymer electrolyte membrane 12. The catalyst layer can be formed by applying or spraying a catalyst layer forming ink on the main surface of the polymer electrolyte membrane 12.

一方、ガス拡散層は、導電性を有し、かつ反応ガスが拡散できるものであればよく、例えば、炭素繊維を基材として用いたタイプであってもよいし、カーボンの微粉末をバインダーとともに混練してシート化したタイプのものや、金属の微粉末を焼結したタイプのものであってもよい。   On the other hand, the gas diffusion layer only needs to be conductive and capable of diffusing the reaction gas. For example, the gas diffusion layer may be of a type using carbon fiber as a base material, or carbon fine powder together with a binder. A kneaded sheet type or a sintered metal fine powder may be used.

炭素繊維を基材として用いたタイプのものとしては、カーボンクロス、カーボンペーパー、カーボンフェルト等が挙げられる。   Examples of the type using carbon fiber as a base material include carbon cloth, carbon paper, and carbon felt.

炭素微粉末としては、グラファイト、カーボンブラック、活性炭、炭素繊維粉末などが挙げられる。前記カーボンブラックとしては、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、バルカンなどが挙げられる。また、前記炭素繊維微粉末としては、気相成長法炭素繊維（ＶＧＣＦ）、ミルドファイバー、カットファイバー、チョップファイバーなどが挙げられる。これらのうち、いずれか一種類を用いても良いし、複数混合したものを用いても良い。カーボンブラックと炭素繊維を混合することが、コスト、電気伝導性、強度の観点から好ましい。さらに、カーボンブラックとしては、アセチレンブラックを用いることが、不純物含有量が少なく、電気伝導性が高いという観点から好ましい。   Examples of the carbon fine powder include graphite, carbon black, activated carbon, and carbon fiber powder. Examples of the carbon black include acetylene black, furnace black, ketjen black, and vulcan. Examples of the carbon fiber fine powder include vapor grown carbon fiber (VGCF), milled fiber, cut fiber, and chop fiber. Any one of these may be used, or a mixture of two or more may be used. It is preferable to mix carbon black and carbon fiber from the viewpoints of cost, electrical conductivity, and strength. Further, acetylene black is preferably used as carbon black from the viewpoint of low impurity content and high electrical conductivity.

バインダーとしては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）などが挙げられる。これらの中でもバインダーとしてＰＴＦＥが使用されることが、耐熱性、撥水性、耐薬品性の観点から好ましい。ＰＴＦＥの原料形態としては、ディスパージョン、粉末状などがあげられる。それらの中でもＰＴＦＥの原料形態としてディスパージョンが採用されることが、作業性の観点から好ましい。   As binders, PTFE (polytetrafluoroethylene), FEP (tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer), PVDF (polyvinylidene fluoride), ETFE (tetrafluoroethylene / ethylene copolymer), PCTFE (polychloroethylene). Trifluoroethylene) and PFA (tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer). Among these, PTFE is preferably used as a binder from the viewpoints of heat resistance, water repellency, and chemical resistance. Examples of the raw material form of PTFE include dispersion and powder. Among these, it is preferable from the viewpoint of workability that a dispersion is adopted as a raw material form of PTFE.

金属微粉末としては、遷移金属微粉末、および、遷移金属合金微粉末が挙げられる。中でも、電気伝導性および耐酸性を有し、比較的安価である、チタン、ニッケル、ステンレス等を用いることが好ましい。   Examples of the metal fine powder include transition metal fine powder and transition metal alloy fine powder. Among these, it is preferable to use titanium, nickel, stainless steel or the like that has electrical conductivity and acid resistance and is relatively inexpensive.

セパレータ５２（アノード側セパレータ５２ａおよびカソード側セパレータ５２ｂ）は、ＭＥＡを機械的に固定するとともに、隣接するＭＥＡ同士を互いに電気的に直列に接続するための部材である。セパレータ５２は、導電性を有する多孔質のプレートであっても良い。セパレータ５２は、例えば、カーボンを含む材質や金属を含む材質で構成される。   The separators 52 (the anode side separator 52a and the cathode side separator 52b) are members for mechanically fixing the MEAs and electrically connecting adjacent MEAs to each other in series. The separator 52 may be a porous plate having conductivity. The separator 52 is made of, for example, a material containing carbon or a material containing metal.

ここでセパレータ５２がカーボンを含む材質で構成される場合、セパレータ５２は、カーボン粉末と樹脂バインダーとを混合した原料粉を金型に供給し、金型に供給された原料粉に圧力と熱を加えることによって形成できる。   Here, when the separator 52 is made of a material containing carbon, the separator 52 supplies raw powder mixed with carbon powder and a resin binder to the mold, and applies pressure and heat to the raw powder supplied to the mold. It can be formed by adding.

セパレータ５２が金属を含む材質で構成される場合、セパレータ５２は、金属プレートからなるものであってもよい。セパレータは、チタンやステンレス鋼製の板の表面に金メッキを施したものを使用することができる。   When the separator 52 is made of a material containing metal, the separator 52 may be made of a metal plate. As the separator, a surface of a plate made of titanium or stainless steel plated with gold can be used.

図２に示すように、アノード電極層１４と当接するアノード側セパレータ５２ａの主面には、燃料ガスを流すための燃料ガス流路溝４２が設けられている。また、カソード電極層１６と当接するカソード側セパレータ５２ｂの主面には、酸化剤ガス（酸素）を流すための酸化剤ガス流路溝４４が設けられている。また、アノード側セパレータ５２ａおよびカソード側セパレータ５２ｂそれぞれにおいて、燃料ガス流路溝４２および酸化剤ガス流路溝４４が設けられている主面とは反対側の面には、水や不凍液などの冷却流体が通る冷却水流路溝３２が形成されている。   As shown in FIG. 2, a fuel gas flow channel 42 for flowing fuel gas is provided on the main surface of the anode separator 52 a that is in contact with the anode electrode layer 14. In addition, an oxidant gas flow channel 44 for flowing an oxidant gas (oxygen) is provided on the main surface of the cathode-side separator 52b in contact with the cathode electrode layer 16. In each of the anode-side separator 52a and the cathode-side separator 52b, the surface opposite to the main surface where the fuel gas channel groove 42 and the oxidant gas channel groove 44 are provided is cooled with water, antifreeze liquid, or the like. A cooling water passage groove 32 through which a fluid passes is formed.

そして、上記した構成を有する燃料電池単セル１では、燃料ガス流路溝４２を通じて燃料ガス（水素含有ガス）が、酸化剤ガス流路溝４４を通じて酸化剤ガスがそれぞれ供給され、電気化学反応が起こり、電力と熱とを発生させる。   In the fuel cell single cell 1 having the above-described configuration, the fuel gas (hydrogen-containing gas) is supplied through the fuel gas passage groove 42 and the oxidant gas is supplied through the oxidant gas passage groove 44. Occurs and generates electricity and heat.

また燃料電池単セル１は、図２に示すように複数、電気的に直列に接続した積層体であるスタック１０として使用されるのが一般的である。なお、このときスタック１０は、燃料ガスおよび酸化剤ガスがリークしないように、且つ接触抵抗を減らすために、ボルトなどの不図示の締結部材により所定の締結圧にて加圧締結される。   Further, as shown in FIG. 2, the fuel cell single cell 1 is generally used as a stack 10 that is a laminated body electrically connected in series. At this time, the stack 10 is pressure-fastened at a predetermined fastening pressure by a fastening member (not shown) such as a bolt so that the fuel gas and the oxidant gas do not leak and the contact resistance is reduced.

（燃料ガス供給器および酸化剤ガス供給器の構成）
次に、再度、図１を参照して燃料ガス供給器６４および酸化剤ガス供給器６６の構成について説明する。 (Configuration of fuel gas supply and oxidant gas supply)
Next, the configuration of the fuel gas supply device 64 and the oxidant gas supply device 66 will be described again with reference to FIG.

燃料供給器６４は、燃料ガス経路（アノード供給経路）６５を介して、燃料ガスをスタック１０へと供給するものである。燃料供給器６４は、具体的には例えば、天然ガス、灯油、およびガソリン等から改質反応により水素含有ガスを生成する水素生成装置等を用いることができる。   The fuel supplier 64 supplies fuel gas to the stack 10 via a fuel gas path (anode supply path) 65. Specifically, for example, a hydrogen generator that generates a hydrogen-containing gas by a reforming reaction from natural gas, kerosene, gasoline, or the like can be used as the fuel supplier 64.

一方、酸化剤ガス供給器６６は、酸化剤ガス経路（カソード供給経路）７１を介して、スタック１０へと酸化剤ガス（酸素）を供給する。酸化剤ガスとしては、例えば、空気を利用できる。酸化剤ガス供給器６６は、例えば、ブロワおよびファン等により構成されうる。そして、酸化剤ガス供給器６６によりスタック１０に供給された酸化剤ガスは酸化剤オフガスとして酸化剤オフガス経路７５を通じて外部に排出される。   On the other hand, the oxidant gas supply unit 66 supplies oxidant gas (oxygen) to the stack 10 via an oxidant gas path (cathode supply path) 71. For example, air can be used as the oxidant gas. The oxidant gas supply unit 66 can be constituted by, for example, a blower and a fan. The oxidant gas supplied to the stack 10 by the oxidant gas supply unit 66 is discharged to the outside through the oxidant offgas passage 75 as an oxidant offgas.

また、酸化剤ガス経路７１および酸化剤オフガス経路７５の途中には加湿器６８が備えられており、この加湿器６８によってスタック１０に供給される酸化剤ガスが加湿される。具体的には、加湿器６８は、酸化剤ガス経路７１を介して酸化剤ガス供給器６６から供給される酸化剤ガスを、酸化剤オフガス経路７５を介してスタック１０から供給される酸化剤オフガスで加湿する。   A humidifier 68 is provided in the middle of the oxidant gas path 71 and the oxidant off-gas path 75, and the oxidant gas supplied to the stack 10 is humidified by the humidifier 68. Specifically, the humidifier 68 supplies the oxidant gas supplied from the oxidant gas supply unit 66 via the oxidant gas path 71 to the oxidant offgas supplied from the stack 10 via the oxidant offgas path 75. Humidify with.

酸化剤ガス供給器６６から加湿器６８に至る酸化剤ガス経路７１には、第１加湿器バイパス経路７２の一端が接続され、第１加湿器バイパス経路７２の他端は加湿器６８からスタック１０に至る酸化剤ガス経路７１に接続されている。第１加湿器バイパス経路７２が酸化剤ガス供給器６６から加湿器６８に至る酸化剤ガス経路７１から分岐する部位には、第１切替器７４が設けられている。第１切替器７４は、酸化剤ガス供給器６６から供給される酸化剤ガスのうち、加湿器６８を通ってスタック１０に供給される割合と、第１加湿器バイパス経路７２を通ってスタック１０に供給される割合とを調整する。第１切替器７４は、例えば三方弁で構成されうる。   One end of a first humidifier bypass path 72 is connected to an oxidant gas path 71 from the oxidant gas supply unit 66 to the humidifier 68, and the other end of the first humidifier bypass path 72 is connected from the humidifier 68 to the stack 10. Is connected to an oxidant gas path 71 leading to A first switch 74 is provided at a portion where the first humidifier bypass path 72 branches from the oxidant gas path 71 from the oxidant gas supply unit 66 to the humidifier 68. The first switch 74 includes a ratio of the oxidant gas supplied from the oxidant gas supply unit 66 to the stack 10 through the humidifier 68 and the stack 10 through the first humidifier bypass path 72. And adjust the ratio supplied to The first switch 74 can be constituted by a three-way valve, for example.

スタック１０から加湿器６８に至る酸化剤オフガス経路７５には、第２加湿器バイパス経路７６の一端が接続され、第２加湿器バイパス経路７６の他端は加湿器６８よりも下流の酸化剤オフガス経路７５に接続されている。第２加湿器バイパス経路７６がスタック１０から加湿器６８に至る酸化剤オフガス経路７５から分岐する部位には、第２切替器７８が設けられている。第２切替器７８は、スタック１０から供給される酸化剤オフガスのうち、加湿器６８を通って燃料電池システム１００の系外へと排出される割合と、第２加湿器バイパス経路７６を通って燃料電池システム１００の系外へと排出される割合とを調整する。第２切替器７８も第１切替器７８と同様に、例えば三方弁で構成することができる。   One end of a second humidifier bypass path 76 is connected to the oxidant off-gas path 75 from the stack 10 to the humidifier 68, and the other end of the second humidifier bypass path 76 is an oxidant off-gas downstream of the humidifier 68. It is connected to the path 75. A second switch 78 is provided at a portion where the second humidifier bypass path 76 branches from the oxidant off-gas path 75 from the stack 10 to the humidifier 68. The second switch 78 is configured to pass the humidifier 68 to the outside of the fuel cell system 100 out of the oxidant off-gas supplied from the stack 10 and the second humidifier bypass path 76. The ratio of the fuel cell system 100 discharged outside the system is adjusted. Similarly to the first switch 78, the second switch 78 can be constituted by a three-way valve, for example.

（出力調整器、電圧検出器の構成）
次に、燃料電池システム１００が備える出力調整器７０および電圧検出器３０について説明する。 (Configuration of output regulator and voltage detector)
Next, the output regulator 70 and the voltage detector 30 provided in the fuel cell system 100 will be described.

出力調整器７０は、スタック１０から出力される電流値を変化させるものであり、具体的には例えば、電力調整器（ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）で構成することができる。この出力調整器７０によってスタック１０から出力される電流値を変化させることによりスタック１０で消費する燃料ガスおよび酸化剤ガスの量を変化させることができる。   The output adjuster 70 changes a current value output from the stack 10, and can be specifically configured by, for example, a power controller. The amount of fuel gas and oxidant gas consumed by the stack 10 can be changed by changing the current value output from the stack 10 by the output regulator 70.

電圧検出器３０は、スタック１０における所定の燃料電池セル１の電圧を検出するものであり、例えば、電圧計により構成することができる。本実施形態では、電圧検出器３０はスタック１０を構成する複数の燃料電池セル１のうち、一方の端部に配置された燃料電池セル１（端セル）の電圧と、スタック１０の中央に配置された燃料電池セル１（中央セル）の電圧とを検出する。そして詳細は後述するが、この検出結果に基づき、制御部３４が両者の差分を求める。   The voltage detector 30 detects the voltage of a predetermined fuel cell 1 in the stack 10, and can be constituted by a voltmeter, for example. In the present embodiment, the voltage detector 30 is arranged at the center of the stack 10 and the voltage of the fuel cell 1 (end cell) arranged at one end among the plurality of fuel cells 1 constituting the stack 10. The voltage of the fuel cell 1 (center cell) thus detected is detected. Although details will be described later, based on the detection result, the control unit 34 obtains the difference between the two.

ここで、燃料電池セル１の端セルと中央セルとの差分を求める理由について説明する。上述したようにスタック１０は発熱しており、スタック１０における燃料電池セル１の積層位置によっては放熱の大きさが異なり、温度が低く水分の蒸発が少ない燃料電池セル１や、温度が高く水分の蒸発が多い燃料電池セル１が混在することとなる。   Here, the reason for obtaining the difference between the end cell and the center cell of the fuel battery cell 1 will be described. As described above, the stack 10 generates heat, and the amount of heat radiation varies depending on the stacking position of the fuel cells 1 in the stack 10, and the fuel cell 1 with low temperature and low moisture evaporation, The fuel battery cells 1 with much evaporation will coexist.

一般的には、スタック１０の端部に位置する燃料電池セル１（端セル）の方が中央に位置する燃料電池セル１（中央セル）よりも温度が低く水分蒸発量が小さいことが知られている。このため、端セルの方が中央セルよりもフラッディングが発生する可能性が高く、このフラッディングによって電圧が小さくなる可能性が大きくなる。つまり、中央セルの方が端セルよりもフラッディングの影響が小さく、電圧の下がり方は端セルよりも小さくなる。   In general, it is known that the temperature of the fuel cell 1 (end cell) located at the end of the stack 10 is lower than that of the fuel cell 1 (center cell) located at the center and the amount of water evaporation is small. ing. For this reason, flooding is more likely to occur in the end cell than in the central cell, and the possibility that the voltage is reduced by this flooding is increased. That is, the influence of flooding is smaller in the center cell than in the end cell, and the voltage drop is smaller than in the end cell.

そこで、本実施の形態に係る燃料電池セル１００の電圧検出器３０は、端セルの電圧と中央セルの電圧とを検出する。そして制御部３４が、この検出結果に基づき、その差分から端セル側でフラッティングが生じているか否か判定する。   Therefore, the voltage detector 30 of the fuel cell 100 according to the present embodiment detects the voltage of the end cell and the voltage of the center cell. Based on the detection result, the control unit 34 determines whether or not flatting has occurred on the end cell side from the difference.

なお、電圧検出器３０の構成はこれに限定されるものではなく、例えば、電圧検出器３０が端セルの電圧を検出し、制御部３４が、この検出された電圧が所定の閾値より大きいか否か判定する構成であってもよい。このように構成される場合、所定の閾値を、スタック１０においてフラッディングが発生せず正常に燃料電池セル１が稼動するときの電圧範囲に含まれる任意の値とすることができる。   The configuration of the voltage detector 30 is not limited to this. For example, the voltage detector 30 detects the voltage of the end cell, and the control unit 34 determines whether the detected voltage is greater than a predetermined threshold value. The structure which determines whether or not may be sufficient. When configured in this manner, the predetermined threshold value can be set to any value included in the voltage range when the fuel cell 1 normally operates without causing flooding in the stack 10.

（水分除去部の構成）
次に、燃料電池システム１００が備える水分除去部３６について説明する。本実施形態では、例えば、燃料ガス経路６５または酸化剤ガス経路７１に凝縮した水が溜まることによって、燃料ガスまたは酸化剤ガスの供給が阻害され、アノード電極層１４またはカソード電極層１６へのガス供給不足により、電池特性が低下するフラッディングが発生した場合、この溜まった水を水分除去部３６によって除去できるように構成されている。 (Configuration of moisture removal unit)
Next, the water removal unit 36 provided in the fuel cell system 100 will be described. In the present embodiment, for example, the condensed water accumulates in the fuel gas path 65 or the oxidant gas path 71, whereby the supply of the fuel gas or the oxidant gas is inhibited, and the gas to the anode electrode layer 14 or the cathode electrode layer 16 is blocked. When flooding that deteriorates battery characteristics occurs due to insufficient supply, the accumulated water can be removed by the moisture removing unit 36.

水分除去部３６は、燃料ガス経路６５およびは酸化剤ガス経路７１を加熱するヒータによって構成できる。なお、水除去部３６はこのようなヒータに限定されるものではない。   The moisture removing unit 36 can be configured by a heater that heats the fuel gas path 65 and the oxidant gas path 71. The water removal unit 36 is not limited to such a heater.

例えば、燃料ガス供給器６４から燃料ガスを、あるいは酸化剤ガス供給器６６から酸化剤ガスを一定時間、大流量で流すように制御部３４が制御するとともに、スタック１０から出力される電流に対する負荷を停止させる、もしくは電流を低出力となるように出力調整器７０を制御する構成であってもよい。このように構成される場合は、水分除去部３６は、制御部３４、燃料ガス供給器６４、酸化剤ガス供給器６６、および出力調整器７０によって構成されることとなる。   For example, the control unit 34 controls the fuel gas from the fuel gas supply device 64 or the oxidant gas from the oxidant gas supply device 66 to flow at a large flow rate for a certain period of time, and the load on the current output from the stack 10 is controlled. The output regulator 70 may be controlled so that the output is stopped or the current is reduced. In such a configuration, the moisture removing unit 36 is configured by the control unit 34, the fuel gas supply unit 64, the oxidant gas supply unit 66, and the output regulator 70.

あるいは、水分除去部３６は、燃料ガス供給器６４からスタック１０に供給させる燃料ガスの相対湿度または酸化剤ガス供給器６６からスタック１０に供給させる酸化剤ガスの相対湿度を低下させるように構成することでも実現できる。より具体的には、燃料ガスの相対湿度を低下させるときは、燃料ガス供給器６４が、燃料ガスのＳ／Ｃ（スチームカーボン比）を小さくなるようにする。一方、酸化剤ガスの相対湿度を低下させるときは、制御部３４が第１切替器７４を制御して加湿器６８を流通する酸化剤ガスの流量を小さくしたり、第２切替器７８を制御して改質器６８を流通する酸化剤オフガスの流量を小さくしたりする。すなわち、このように構成される場合、水分除去部３６は、制御部３４、第１切替器７４、および第２切替器７８によって構成できる。   Alternatively, the moisture removing unit 36 is configured to reduce the relative humidity of the fuel gas supplied from the fuel gas supply device 64 to the stack 10 or the relative humidity of the oxidant gas supplied from the oxidant gas supply device 66 to the stack 10. Can also be realized. More specifically, when reducing the relative humidity of the fuel gas, the fuel gas supply device 64 reduces the S / C (steam carbon ratio) of the fuel gas. On the other hand, when reducing the relative humidity of the oxidant gas, the control unit 34 controls the first switch 74 to reduce the flow rate of the oxidant gas flowing through the humidifier 68 or to control the second switch 78. Thus, the flow rate of the oxidant off-gas flowing through the reformer 68 is reduced. That is, when configured in this way, the moisture removing unit 36 can be configured by the control unit 34, the first switch 74, and the second switch 78.

制御部３４は、燃料電池システム１００が備える上述した各部の各種制御を行うものであり、演算処理部と、この演算処理部が読み出して実行する制御プログラムを格納する記憶部とを備える。演算処理部としては、ＭＰＵ（Micro-Processing Unit）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が例示される。記憶部としては、メインメモリ、あるいはハードディスクなどの外部記憶装置などが例示される。制御部３４は、単独で中制御を行う構成であってもよく、複数の制御部３４が互いに協働して分散制御を行う構成であってもよい。   The control unit 34 performs various types of control of the above-described units included in the fuel cell system 100, and includes an arithmetic processing unit and a storage unit that stores a control program read and executed by the arithmetic processing unit. Examples of the arithmetic processing unit include an MPU (Micro-Processing Unit) and a CPU (Central Processing Unit). Examples of the storage unit include a main memory or an external storage device such as a hard disk. The control unit 34 may be configured to perform middle control alone, or may be configured to perform distributed control in which a plurality of control units 34 cooperate with each other.

ところで、上記した構成を有する燃料電池システム１００では、スタック１０は、内部の湿潤状態によって、性能が大きく左右される。すなわち、スタック１０内部が乾燥状態になりすぎると、高分子電解質膜のイオン伝導性が著しく低下し、内部抵抗が増大するため、スタック１０の性能が低下する。   By the way, in the fuel cell system 100 having the above-described configuration, the performance of the stack 10 is greatly influenced by the internal wet state. That is, if the inside of the stack 10 becomes too dry, the ionic conductivity of the polymer electrolyte membrane is remarkably lowered and the internal resistance is increased, so that the performance of the stack 10 is lowered.

一方、スタック１０内部の水分が過剰になりすぎると、水分が凝縮して多量の水が生成され、燃料電池の反応に必要な燃料ガスあるいは酸化剤ガスの流れを妨げるため、スタック１０の性能が低下する。燃料電池システム１００を安定的に動作させるためには、スタック１０内部の湿潤状態を適切に制御することが必要となる。   On the other hand, if the moisture inside the stack 10 becomes excessive, the moisture is condensed and a large amount of water is generated, which prevents the flow of fuel gas or oxidant gas necessary for the reaction of the fuel cell. descend. In order to operate the fuel cell system 100 stably, it is necessary to appropriately control the wet state inside the stack 10.

特に、燃料ガスが流通する経路（燃料ガス経路６５）内に発生した水（凝縮水）に起因して、スタック１０への燃料ガス供給阻害が起こった場合、いわゆる転極と呼ばれる現象が発生する。転極が発生すると、アノード側の触媒金属の溶出またはアノード側の触媒担体の腐食が膜／電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode-Assembly）に対して大きな劣化を引き起こす。   In particular, when fuel gas supply obstruction to the stack 10 occurs due to water (condensed water) generated in a path (fuel gas path 65) through which fuel gas flows, a phenomenon called so-called inversion occurs. . When the inversion occurs, the elution of the catalyst metal on the anode side or the corrosion of the catalyst support on the anode side causes a great deterioration of the membrane / electrode assembly (MEA).

そこで、本実施の形態に係る燃料電池システム１００では、特に、スタック１０においてアノード電極層１４側またはカソード電極層１６側のいずれでフラッディングが発生しているのか判定し、フラッディングが発生している電極層側と連通する経路に対して水分除去部３６により水分除去を行うことができるように構成されている。より具体的には、燃料電池システム１００は、フラッディング判定処理として、以下のようにフラッディングが発生しているか否か判定し、フラッティングが発生していると判定した場合、水分除去部３６により水分除去処理を実施する。   Therefore, in the fuel cell system 100 according to the present embodiment, in particular, it is determined whether flooding has occurred on the anode electrode layer 14 side or the cathode electrode layer 16 side in the stack 10, and the electrode on which flooding has occurred is determined. The water removal unit 36 can remove moisture from the path communicating with the layer side. More specifically, as a flooding determination process, the fuel cell system 100 determines whether flooding has occurred as described below. If the fuel cell system 100 determines that flatting has occurred, the moisture removal unit 36 determines the moisture content. Perform the removal process.

（フラッディング判定処理）
図３を参照して、燃料電池システム１００における「フラッディング判定処理」について説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る燃料電池システム１００において実施される「フラッディング判定処理」の一例を示すフローチャートである。 (Flooding judgment process)
The “flooding determination process” in the fuel cell system 100 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing an example of a “flooding determination process” performed in the fuel cell system 100 according to the embodiment of the present invention.

本実施の形態に係る燃料電池システム１００は、スタック１０を形成する複数の燃料電池セル１のうち、端部に位置する燃料電池セル１（端セル）の電圧を少なくとも検出しており、この電圧が降下した場合に、その降下した要因を確定する処理を実施する（ステップＳ１）。   The fuel cell system 100 according to the present embodiment detects at least the voltage of the fuel cell 1 (end cell) located at the end of the plurality of fuel cells 1 forming the stack 10, and this voltage When the descent falls, a process for determining the descent factor is performed (step S1).

そして、ステップＳ１においスタック１０における端セルの電圧降下要因がフラッディングであると確定した場合、燃料電池システム１００では、フラッディングの要因が酸化剤ガス経路７５側にあるのか否か判定処理を行う（ステップＳ２）。次いで、燃料電池システム１００では、フラッディングの要因が燃料ガス経路６５側にあるのか否か判定処理を行う（ステップＳ３）。   If it is determined in step S1 that the voltage drop factor of the end cell in the stack 10 is flooding, the fuel cell system 100 determines whether the flooding factor is on the oxidant gas path 75 side (step S1). S2). Next, in the fuel cell system 100, it is determined whether or not the cause of flooding is on the fuel gas path 65 side (step S3).

なお、上述したように、燃料電池システム１００では、フラッディングの要因が酸化剤ガス経路７５側にあるのか否か判定する処理を、フラッディングの要因が燃料ガス経路６５側にあるのか否か判定する処理よりも先に行うように構成されている。これは判定処理中における転極発生の確率を低減させるためである。   As described above, in the fuel cell system 100, the process for determining whether or not the cause of flooding is on the oxidant gas path 75 side is the process for determining whether or not the cause of flooding is on the fuel gas path 65 side. It is comprised so that it may perform before. This is to reduce the probability of occurrence of inversion during the determination process.

具体的には、燃料電池システム１００では、詳細は後述するがフラッディングの要因が酸化剤ガス経路７５側にあるか否か判定する場合、燃料電池セル１における酸素利用率（Ｕｏ）を、現時点での酸素利用率（Ｕｏ）よりも高めるように変更して判定する。また、フラッディングの要因が燃料ガス経路６５側にあるか否か判定する場合、燃料電池セル１における燃料利用率（Ｕｆ）を、現時点での燃料利用率（Ｕｆ）よりも高めるように変更して判定する。また、このような利用率の変更は、一旦、酸素利用率（Ｕｏ）および燃料利用率（Ｕｆ）を低く抑えた状況を基点にして行われる。   Specifically, in the fuel cell system 100, as will be described in detail later, when determining whether the cause of flooding is on the oxidant gas path 75 side, the oxygen utilization rate (Uo) in the fuel cell 1 is determined at this time. It is determined by changing the oxygen utilization rate (Uo) to be higher. When determining whether the cause of flooding is on the fuel gas path 65 side, the fuel utilization rate (Uf) in the fuel cell 1 is changed to be higher than the current fuel utilization rate (Uf). judge. In addition, such a change in the utilization rate is performed based on a situation where the oxygen utilization rate (Uo) and the fuel utilization rate (Uf) are once suppressed.

また、燃料電池システム１００では酸素利用率（Ｕｏ）および燃料利用率（Ｕｆ）を低く抑える場合、スタック１０からの出力（電流値）を低下させることで実現している。このように低出力状態のスタック１０において、フラッディングの要因が燃料ガス経路６５側にあるのか否か判定するため燃料ガス利用率（Ｕｆ）を高める場合、スタック１０に供給する燃料ガス流量をきわめて小さくなるように設定する必要がある。このため、スタック１０における燃料ガスの分配性が極めて悪くなる。   In the fuel cell system 100, when the oxygen utilization rate (Uo) and the fuel utilization rate (Uf) are kept low, the output (current value) from the stack 10 is reduced. Thus, in the stack 10 in the low output state, when the fuel gas utilization rate (Uf) is increased in order to determine whether the cause of flooding is on the fuel gas path 65 side, the flow rate of the fuel gas supplied to the stack 10 is extremely small. It is necessary to set so that For this reason, the fuel gas distribution in the stack 10 is extremely deteriorated.

したがって、このような低出力状態のスタック１０において燃料ガス利用率（Ｕｆ）を高めようとすると、ガスの流れが悪い燃料電池セル１で燃料不足に起因して転極するリスクが増大する。転極は、一度、発生してしまうと、ＭＥＡに対して極めて大きな劣化を引き起こす要因となる。   Therefore, if the fuel gas utilization rate (Uf) is increased in the stack 10 in such a low output state, the risk of reversal due to fuel shortage in the fuel cell 1 having a poor gas flow increases. Once the inversion occurs, it becomes a factor that causes extremely great deterioration of the MEA.

一方、フラッディングの要因が酸化剤ガス経路７５側にあるか否か判定するために酸化剤ガスの利用率を高めた場合は、燃料電池セル１において酸素不足になったとしても転極を引き起こすことがない。このため、転極の発生リスクを低減させるために、先にフラッディングの要因が酸化剤ガス経路７５側にあるか否か判定するように構成されている。   On the other hand, when the utilization rate of the oxidant gas is increased in order to determine whether or not the cause of flooding is on the oxidant gas path 75 side, even if oxygen shortage occurs in the fuel cell 1, a reversal is caused. There is no. For this reason, in order to reduce the risk of occurrence of inversion, it is first determined whether or not the cause of flooding is on the oxidant gas path 75 side.

（電圧降下要因確定処理）
まず、ステップＳ１に示す「電圧降下要因確定処理」の詳細について図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムが実施する「フラッディング判定処理」のサブルーチンである「電圧降下要因確定処理」の一例を示すフローチャートである。 (Voltage drop factor determination process)
First, the details of the “voltage drop factor determination process” shown in step S1 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart showing an example of “voltage drop factor determination processing” which is a subroutine of “flooding determination processing” performed by the fuel cell system according to the embodiment of the present invention.

燃料電池システム１００は、通常運転に設定して稼動しているものとする（ステップＳ１０）。この通常運転では、燃料電池セル１における燃料利用率（Ｕｆ）は、例えば８０％、酸素利用率（Ｕｏ）は、例えば５０％となるように設定されている。   It is assumed that the fuel cell system 100 is operating with the normal operation set (step S10). In this normal operation, the fuel utilization rate (Uf) in the fuel cell 1 is set to 80%, for example, and the oxygen utilization rate (Uo) is set to 50%, for example.

このように通常の運転状態で燃料電池システム１００が稼動しているとき、電圧検出器３０がスタック１０における所定の燃料電池セル１の電圧（Ｖ１、Ｖ２）を検出する（ステップＳ１１）。   Thus, when the fuel cell system 100 is operating in the normal operation state, the voltage detector 30 detects the voltage (V1, V2) of the predetermined fuel cell 1 in the stack 10 (step S11).

具体的には、電圧検出器３０は、スタック１０における端部に位置する燃料電池セル１（端セル）の電圧（Ｖ１）を検出する。しかしながら、電圧検出対象となる燃料電池セル１はこの端セルに限定されるものではなくこの端セルと隣接する他の燃料電池セル１であってもよい。あるいは、スタック１０を形成する複数の燃料電池セル１を複数のブロックに分割し、端セルを含むブロックにおける、いずれか１つの燃料電池セル１を電圧検出対象としてもよい。   Specifically, the voltage detector 30 detects the voltage (V1) of the fuel cell 1 (end cell) located at the end of the stack 10. However, the fuel cell 1 that is a voltage detection target is not limited to this end cell, and may be another fuel cell 1 adjacent to this end cell. Alternatively, the plurality of fuel cells 1 forming the stack 10 may be divided into a plurality of blocks, and any one of the fuel cells 1 in the block including the end cells may be a voltage detection target.

また、電圧検出器３０は、この電圧検出対象の電圧と比較する電圧値として、スタック１０における中央部に位置する燃料電池セル１（中央セル）の電圧（Ｖ２）も検出している。つまり、スタック１０における端部の燃料電池セル１の温度は中央部に位置する燃料電池セル１の温度よりも低くなり、フラッディングが発生する可能性が高い。これに対して、中央部に位置する燃料電池セル１は、高温のためフラディングが発生する可能性が低く、電圧値の降下が生じにくい。   The voltage detector 30 also detects the voltage (V2) of the fuel cell 1 (center cell) located at the center of the stack 10 as a voltage value to be compared with the voltage to be detected. That is, the temperature of the fuel cell 1 at the end of the stack 10 is lower than the temperature of the fuel cell 1 located at the center, and flooding is likely to occur. On the other hand, the fuel cell 1 located in the central portion is less likely to cause flooding due to the high temperature, and the voltage value is unlikely to drop.

このため、電圧検出器３０は、端セルの電圧（Ｖ１）の電圧降下の有無を判定するために比較対象として利用する電圧値として、中央セルの電圧（Ｖ２）も検出している。なお、この比較対象となる電圧値として利用する電圧は、この中央セルの電圧（Ｖ２）に限定されるものではない。例えば、この中央セルと隣接する他の燃料電池セル１から検出される電圧を利用してもよい。あるいは、スタック１０を形成する複数の燃料電池セル１を複数のブロックに分割し、中央セルを含むブロックにおける、いずれか１つの燃料電池セル１から検出された電圧を利用してもよい。   For this reason, the voltage detector 30 also detects the voltage (V2) of the central cell as a voltage value used as a comparison target in order to determine the presence or absence of a voltage drop of the voltage (V1) of the end cell. The voltage used as the voltage value to be compared is not limited to the central cell voltage (V2). For example, a voltage detected from another fuel battery cell 1 adjacent to the central cell may be used. Alternatively, the plurality of fuel cells 1 forming the stack 10 may be divided into a plurality of blocks, and the voltage detected from any one of the fuel cells 1 in the block including the central cell may be used.

もしくは、この比較対象となる電圧値は、予め設定されている値であってもよい。比較対象となる電圧値を予め設定された値とする場合、この電圧値は、例えば、通常運転時における、スタック１０を形成する複数の燃料電池セル１の平均電圧を予め求めて得た値としてもよい。   Alternatively, the voltage value to be compared may be a preset value. When the voltage value to be compared is set to a preset value, this voltage value is, for example, a value obtained by obtaining in advance the average voltage of the plurality of fuel cells 1 forming the stack 10 during normal operation. Also good.

このように電圧検出器３０が端セルの電圧（Ｖ１）および中央セルの電圧（Ｖ２）を検出すると、この検出結果に基づき、制御部３４が端セルの電圧（Ｖ１）が所定の電圧未満となっているか否か判定する。具体的には、制御部３４は、検出された端セルの電圧（Ｖ１）と中央セルの電圧（Ｖ２）との差分（Ｖ２−Ｖ１）が所定値Ｖａより大きいか否か判定する（ステップＳ１２）。なお、所定値Ｖａは、端セルと中央セルとの電圧差において、端セルにおいて電圧降下が発生していると認められる範囲で設定することができる値である。   Thus, when the voltage detector 30 detects the voltage (V1) of the end cell and the voltage (V2) of the central cell, the control unit 34 determines that the voltage (V1) of the end cell is less than a predetermined voltage based on the detection result. It is determined whether or not. Specifically, the control unit 34 determines whether or not the difference (V2−V1) between the detected end cell voltage (V1) and the central cell voltage (V2) is greater than a predetermined value Va (step S12). ). The predetermined value Va is a value that can be set in a range where it is recognized that a voltage drop occurs in the end cell in the voltage difference between the end cell and the center cell.

ステップＳ１２において制御部３４が端セルの電圧（Ｖ１）と中央セルの電圧（Ｖ２）との差分（Ｖ２−Ｖ１）が所定値Ｖａより大きいと判定した場合（ステップＳ１２において「ＹＥＳ」）、端セルの電圧（Ｖ１）が所定の電圧未満となっていると判定する。そして、制御部３４は、スタック１０における端セルに異常が発生していると判定する（ステップＳ１３）。   When the control unit 34 determines in step S12 that the difference (V2−V1) between the voltage (V1) of the end cell and the voltage (V2) of the center cell is larger than the predetermined value Va (“YES” in step S12), the end It is determined that the cell voltage (V1) is less than a predetermined voltage. Then, the control unit 34 determines that an abnormality has occurred in the end cell in the stack 10 (step S13).

また、制御部３４は、ステップＳ１３で異常が発生していると判定すると、異常の要因が経路中に溜まった水によりガスの供給阻害が生じたものであるのか特定するために、燃料電池システム１００における運転条件の設定を変更させる。具体的には、制御部３４は、通常の運転時に設定されている燃料利用率（Ｕｆ）と酸素利用率（Ｕｏ）とが低くなるように設定を変更させる（低Ｕｆ／低Ｕｏ運転）（ステップＳ１４）。例えば、燃料利用率（Ｕｆ）を８０％から４０％まで、酸素利用率（Ｕｏ）を５０％から２５％まで低下させるように設定を変更する。制御部３４は、燃料利用率（Ｕｆ）と酸素利用率（Ｕｏ）とを低下させるために、出力調整部７０に対して、スタック１０からの出力を下げるように指示する。この指示に応じて、出力調整部７０がスタック１０からの電流値を半分下げる。これにより、燃料利用率（Ｕｆ）および酸素利用率（Ｕｏ）を小さくすることができる。なお、このステップ１４では出力調整部７０が本発明の利用率設定部を構成する。   If the controller 34 determines that an abnormality has occurred in step S13, the fuel cell system determines whether the cause of the abnormality is a gas supply hindrance caused by water accumulated in the path. The operation condition setting at 100 is changed. Specifically, the control unit 34 changes the setting so that the fuel utilization rate (Uf) and the oxygen utilization rate (Uo) set during normal operation are low (low Uf / low Uo operation) ( Step S14). For example, the setting is changed so that the fuel utilization rate (Uf) decreases from 80% to 40% and the oxygen utilization rate (Uo) decreases from 50% to 25%. The control unit 34 instructs the output adjusting unit 70 to decrease the output from the stack 10 in order to decrease the fuel utilization rate (Uf) and the oxygen utilization rate (Uo). In response to this instruction, the output adjustment unit 70 reduces the current value from the stack 10 by half. Thereby, a fuel utilization factor (Uf) and an oxygen utilization factor (Uo) can be made small. In step 14, the output adjustment unit 70 constitutes a utilization rate setting unit of the present invention.

上述したように、燃料電池システム１００では、スタック１０からの出力を下げることで、上述した低Ｕｆ／低Ｕｏ運転となるように制御しているが、スタック１０に供給する燃料ガスおよび酸化剤ガスの流量をそれぞれ大きくすることで、上述した低Ｕｆ／低Ｕｏ運転となるように制御してもよい。このように制御する場合、制御部３４は、燃料ガス供給器６４に対して、供給する燃料ガス流量を増大させるように指示するとともに、酸化剤ガス供給器６６に対して、供給する酸化剤ガス流量を増大させるように指示する。この構成の場合、このステップ１４における利用率設定部は、燃料ガス供給器６４および酸化剤ガス供給器６６により構成することができる。   As described above, in the fuel cell system 100, the output from the stack 10 is reduced to control the above-described low Uf / low Uo operation. However, the fuel gas and the oxidant gas supplied to the stack 10 are controlled. It is also possible to perform control so as to achieve the above-described low Uf / low Uo operation by increasing the flow rate of each. When controlling in this way, the control unit 34 instructs the fuel gas supply unit 64 to increase the flow rate of the supplied fuel gas, and supplies the oxidant gas supply unit 66 with the oxidant gas to be supplied. Instruct the flow to increase. In the case of this configuration, the utilization rate setting unit in this step 14 can be configured by the fuel gas supply device 64 and the oxidant gas supply device 66.

このように低Ｕｆ／低Ｕｏ運転に設定を変更することで、スタック１０内における水素および酸素の濃度を高く維持することができる。このため、スタック１０内の一部分で水によるガス（燃料ガスまたは酸化剤ガス）の供給阻害、すなわちフラッディングが起こった場合であっても発電を継続することができる。つまり、フラッディングによりスタック１０の端部の燃料電池セル１の電圧が低下している場合は、上述した低Ｕｆ／低Ｕｏ運転に設定を変更することで燃料電池セル１に燃料ガスおよび酸化剤ガスを過剰に供給することができる。これにより、燃料電池セル１へのガスの供給不足を補うことができ、電圧低下は解消されることとなる。   Thus, by changing the setting to the low Uf / low Uo operation, the concentration of hydrogen and oxygen in the stack 10 can be kept high. For this reason, power generation can be continued even when supply of gas (fuel gas or oxidant gas) due to water, that is, flooding, occurs in a part of the stack 10. That is, when the voltage of the fuel cell 1 at the end of the stack 10 is reduced by flooding, the fuel gas and the oxidant gas are supplied to the fuel cell 1 by changing the setting to the above-described low Uf / low Uo operation. Can be supplied in excess. Thereby, the shortage of gas supply to the fuel cell 1 can be compensated, and the voltage drop is eliminated.

そこで、低Ｕｆ／低Ｕｏ運転設定時の燃料電池システム１００において、電圧検出器３０が、再度、端セルの電圧（Ｖ３）および中央セルの電圧（Ｖ４）を検出する（ステップＳ１５）。そして、制御部３４が、この検出結果に基づき、端セルの電圧（Ｖ３）が所定の電圧未満となっているか否か判定する。具体的には、制御部３４は、検出された端セルの電圧（Ｖ３）と中央セルの電圧（Ｖ４）との差分（Ｖ４−Ｖ３）が所定値Ｖｂより大きいか否か判定する（ステップＳ１６）。なお、端セルと中央セルとの電圧差において、端セルにおいて電圧降下が発生していると認められる範囲で任意に設定することができる。   Therefore, in the fuel cell system 100 when the low Uf / low Uo operation is set, the voltage detector 30 detects the voltage (V3) of the end cell and the voltage (V4) of the center cell again (step S15). And the control part 34 determines whether the voltage (V3) of an end cell is less than predetermined voltage based on this detection result. Specifically, the control unit 34 determines whether or not the difference (V4−V3) between the detected end cell voltage (V3) and the central cell voltage (V4) is greater than a predetermined value Vb (step S16). ). The voltage difference between the end cell and the center cell can be arbitrarily set within a range where it is recognized that a voltage drop occurs in the end cell.

ステップＳ１６において端セルの電圧（Ｖ３）と中央セルの電圧（Ｖ４）との差分（Ｖ４−Ｖ３）が所定値Ｖｂより大きい場合（ステップＳ１４において「ＹＥＳ」）、制御部３４が端セルの電圧（Ｖ３）が所定の電圧未満となっていると判定する。そして、制御部３４は、低Ｕｆ／低Ｕｏ運転に設定を変更した後でも端セルの電圧（Ｖ３）が所定の電圧未満となっているため、フラッディング以外の要因で端セルの電圧が低下していると判定する（ステップＳ１７）。   When the difference (V4−V3) between the voltage (V3) of the end cell and the voltage (V4) of the central cell is larger than the predetermined value Vb in step S16 (“YES” in step S14), the control unit 34 determines the voltage of the end cell. It is determined that (V3) is less than a predetermined voltage. And since the voltage (V3) of the end cell is less than the predetermined voltage even after the control unit 34 changes the setting to the low Uf / low Uo operation, the voltage of the end cell decreases due to factors other than flooding. (Step S17).

一方、ステップＳ１６において、制御部３４が端セルの電圧（Ｖ３）と中央セルの電圧（Ｖ４）との差分（Ｖ４−Ｖ３）が所定値Ｖｂ以下であると判定した場合（ステップＳ１６において「ＮＯ」）、経路中に発生した水によるガス（燃料ガスまたは酸化剤ガス）供給の供給阻害であると確定する（ステップＳ１８）。   On the other hand, when the control unit 34 determines in step S16 that the difference (V4−V3) between the voltage (V3) of the end cell and the voltage (V4) of the center cell is equal to or less than the predetermined value Vb (“NO” in step S16). ]), It is determined that the supply of gas (fuel gas or oxidant gas) is inhibited due to water generated in the path (step S18).

つまり、ステップＳ１６において「ＮＯ」の場合とは、端セルの電圧（Ｖ３）と中央セルの電圧（Ｖ４）との間に大きな差が見られない場合である。すなわち、低Ｕｆ／低Ｕｏ運転に設定することで、端セルの電圧低下が解消された場合である。   That is, the case of “NO” in step S16 is a case where there is no significant difference between the voltage (V3) of the end cell and the voltage (V4) of the center cell. That is, it is a case where the voltage drop of the end cell is eliminated by setting the low Uf / low Uo operation.

このように、本実施の形態に係る燃料電池システム１００では、確度よく、スタック１０の端部の燃料電池セル１の電圧が低下している要因が経路中に溜まった水（凝縮水）であるか否か判定することができる。   As described above, in the fuel cell system 100 according to the present embodiment, the factor that the voltage of the fuel cell 1 at the end of the stack 10 is reduced is the water (condensed water) accumulated in the path. It can be determined whether or not.

しかしながら、この段階では、水（凝縮水）が溜まっている位置が、燃料ガス経路６５であるのかそれとも酸化剤ガス経路７１であるのか区別することができない。そこで、これらを判定するために燃料電池システム１００では、まず、酸化剤ガス経路７１側の水によってフラッディングが生じているのか否か判定する処理である、「酸化剤ガス経路側のフラッディング判定処理」を実施する。   However, at this stage, it cannot be distinguished whether the position where water (condensed water) is accumulated is the fuel gas path 65 or the oxidant gas path 71. Therefore, in order to determine these, in the fuel cell system 100, first, “oxidant gas path side flooding determination process”, which is a process for determining whether flooding has occurred due to water on the oxidant gas path 71 side. To implement.

（酸化剤ガス経路側のフラッディング判定処理）
次に、酸化剤ガス経路側のフラッディング判定処理について図５を参照して説明する。図５は、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムが実施する「フラッディング判定処理」のサブルーチンである「酸化剤ガス経路側のフラッディング判定処理」の一例を示すフローチャートである。 (Flooding judgment process on the oxidant gas path side)
Next, flooding determination processing on the oxidant gas path side will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart showing an example of “flooding determination process on the oxidant gas path side” which is a subroutine of “flooding determination process” performed by the fuel cell system according to the embodiment of the present invention.

制御部３４は、まず、燃料電池システム１００の運転の設定を上述した低Ｕｆ／低Ｕ０運転から低Ｕｆ／高Ｕｏ運転へと設定を変更させる（ステップＳ２０）。すなわち、経路中に発生した水によるガス（燃料ガスまたは酸化剤ガス）供給の阻害が発生していると確定すると、制御部３４は現時点で設定されている酸素利用率（Ｕｏ）が大きくなるように設定を変更させる（低Ｕｆ／高Ｕｏ運転）。   First, the control unit 34 changes the setting of the operation of the fuel cell system 100 from the low Uf / low U0 operation described above to the low Uf / high Uo operation (step S20). That is, when it is determined that the gas (fuel gas or oxidant gas) supply is inhibited by the water generated in the path, the control unit 34 increases the oxygen utilization rate (Uo) set at the present time. To change the setting (low Uf / high Uo operation).

例えば、制御部３４は、「電圧降下要因確定処理」によって低Ｕｆ／低Ｕｏ運転に設定されている状態、すなわち、燃料利用率（Ｕｆ）４０％、酸素利用率（Ｕｏ）２５％となっている状態で、酸素利用率（Ｕｏ）のみ５０％以上に上げる。これにより、燃料電池セル１のカソード電極層１６のみ水（凝縮水）に対する耐性を低下させることができる。つまり、水（凝縮水）が経路中に発生している場合、カソード電極層１６のみこの影響を受けやすくなるようにすることができる。   For example, the control unit 34 is set to the low Uf / low Uo operation by the “voltage drop factor determination process”, that is, the fuel utilization rate (Uf) is 40% and the oxygen utilization rate (Uo) is 25%. In this state, only the oxygen utilization rate (Uo) is increased to 50% or more. Thereby, only the cathode electrode layer 16 of the fuel cell 1 can reduce the resistance to water (condensed water). That is, when water (condensed water) is generated in the path, only the cathode electrode layer 16 can be easily affected.

具体的には制御部３４は、酸化剤ガス供給器６６に対して、供給する酸化剤ガスの流量を小さくするように指示する。これによって、燃料電池システム１００は低Ｕｆ／高Ｕｏ運転へと設定変更される。なお、このステップＳ２０では、酸化剤ガス供給器６６により本発明の利用率設定部を構成することができる。   Specifically, the control unit 34 instructs the oxidant gas supplier 66 to reduce the flow rate of the supplied oxidant gas. Thereby, the setting of the fuel cell system 100 is changed to the low Uf / high Uo operation. In step S20, the utilization rate setting unit of the present invention can be configured by the oxidant gas supply unit 66.

低Ｕｆ／高Ｕｏ運転設定時の燃料電池システム１００において、電圧検出器３０が、再度、端セルの電圧（Ｖ５）および中央セルの電圧（Ｖ６）を検出する（ステップＳ２１）。そして、制御部３４が、この検出結果に基づき、端セルの電圧（Ｖ５）が所定の電圧未満となっているか否か判定する。具体的には、制御部３４は、検出された端セルの電圧（Ｖ５）と中央セルの電圧（Ｖ６）との差分（Ｖ６−Ｖ５）が所定値Ｖｃより大きいか否か判定する（ステップＳ２２）。なお、所定値Ｖｃは、端セルと中央セルとの電圧差において、端セルにおいて電圧降下が発生していると認められる範囲で任意に設定することができる。   In the fuel cell system 100 when the low Uf / high Uo operation is set, the voltage detector 30 detects the voltage (V5) of the end cell and the voltage (V6) of the end cell again (step S21). And the control part 34 determines whether the voltage (V5) of an end cell is less than predetermined voltage based on this detection result. Specifically, the control unit 34 determines whether or not the difference (V6−V5) between the detected end cell voltage (V5) and the central cell voltage (V6) is greater than a predetermined value Vc (step S22). ). The predetermined value Vc can be arbitrarily set within a range where it is recognized that a voltage drop occurs in the end cell in the voltage difference between the end cell and the center cell.

ここで制御部３４が、差分（Ｖ６−Ｖ５）が所定値Ｖｃより大きいと判定した場合（ステップＳ２２において「ＹＥＳ」）、端セルの電圧（Ｖ５）が所定の電圧未満となっていると判定する。そして、制御部３４は、低Ｕｆ／高Ｕｏ運転から酸素利用率（Ｕｏ）を上げることで、端セルの電圧（Ｖ５）が所定の電圧未満となったため、少なくとも酸化剤ガス経路７１内の水により酸化剤ガスの供給が阻害されていると判定する（ステップＳ２３）。   If the control unit 34 determines that the difference (V6−V5) is greater than the predetermined value Vc (“YES” in step S22), it determines that the voltage (V5) of the end cell is less than the predetermined voltage. To do. The control unit 34 increases the oxygen utilization rate (Uo) from the low Uf / high Uo operation so that the voltage (V5) of the end cell becomes less than the predetermined voltage. Therefore, it is determined that the supply of the oxidant gas is hindered (step S23).

そして、制御部３４は、水分除去部３６に対して酸化剤ガス経路７１内の水分除去を指示する。この制御部３４からの指示に応じて、水分除去部３６は、酸化剤ガス経路７１内の水分を除去する（ステップＳ２４）。水分除去部３６による水分除去処理については、上述したためここでは説明は省略する。   Then, the control unit 34 instructs the moisture removing unit 36 to remove moisture in the oxidant gas path 71. In response to the instruction from the control unit 34, the moisture removing unit 36 removes moisture in the oxidant gas path 71 (step S24). Since the water removing process by the water removing unit 36 has been described above, the description thereof is omitted here.

水分除去部３６により水分除去処理が実施されると、再度、ステップＳ２１に戻る。すなわち、電圧検出器３０が低Ｕｆ／高Ｕｏ運転での端セルの電圧（Ｖ５）と中央セルの電圧（Ｖ６）を再度、検出する（ステップＳ２１）。そして、制御部３４が中央セルの電圧と端セルの電圧との差分（Ｖ６−Ｖ５）が所定値Ｖｃよりも大きいか否か判定する（ステップＳ２２）。そして、電圧との差分（Ｖ６−Ｖ５）が所定値Ｖｃよりも大きい場合（ステップＳ２２において「Ｙｅｓ」）は、制御部３４は、依然として酸化剤ガス経路７１内の水により酸化剤ガスの供給が阻害されていると判定し（ステップＳ２３）、水分除去部３６に対して酸化剤ガス経路７１内の水分除去を指示する。この制御部３４からの指示に応じて、水分除去部３６は、酸化剤ガス経路７１内の水分を除去する（ステップＳ２４）。   When the moisture removing process is performed by the moisture removing unit 36, the process returns to step S21 again. That is, the voltage detector 30 detects again the voltage (V5) of the end cell and the voltage (V6) of the center cell in the low Uf / high Uo operation (step S21). And the control part 34 determines whether the difference (V6-V5) of the voltage of a center cell and the voltage of an end cell is larger than the predetermined value Vc (step S22). When the difference (V6−V5) from the voltage is larger than the predetermined value Vc (“Yes” in step S22), the controller 34 still supplies the oxidant gas with the water in the oxidant gas path 71. It is determined that it is inhibited (step S23), and the moisture removal unit 36 is instructed to remove moisture in the oxidant gas path 71. In response to the instruction from the control unit 34, the moisture removing unit 36 removes moisture in the oxidant gas path 71 (step S24).

このように、本実施の形態に係る燃料電池システムでは、酸化剤ガス経路７１内の水により酸化剤ガスの供給が阻害されていると判定した場合、中央セルの電圧と端セルの電圧との差分（Ｖ６−Ｖ５）が所定値Ｖｃ以下となるまで、水分除去部３６による水分除去処理を繰り返すことができる。   As described above, in the fuel cell system according to the present embodiment, when it is determined that the supply of the oxidant gas is hindered by the water in the oxidant gas path 71, the voltage between the center cell and the end cell is The water removal process by the water removal unit 36 can be repeated until the difference (V6−V5) becomes equal to or less than the predetermined value Vc.

一方、ステップＳ２２において「ＮＯ」の場合は、低Ｕｆ／高Ｕｏ運転に設定を変更しても端セルの電圧低下が小さいことを示している。このため、酸化剤ガス経路７１内には酸化剤ガスの供給を阻害するような水が溜まっていないことが分かる。したがって、ステップＳ２２において「ＮＯ」の場合、制御部３４は、端セルの電圧低下の要因が酸化剤ガス供給経路７１内に溜まった水分ではないと判定する（Ｓ２５）。   On the other hand, “NO” in step S22 indicates that the voltage drop of the end cell is small even when the setting is changed to the low Uf / high Uo operation. For this reason, it turns out that the water which inhibits supply of oxidant gas does not accumulate in the oxidant gas path | route 71. FIG. Therefore, if “NO” in step S22, the control unit 34 determines that the cause of the voltage drop in the end cell is not moisture accumulated in the oxidant gas supply path 71 (S25).

上述したように「酸化剤ガス経路側のフラッディング判定処理」を実施すると、燃料電池システム１００では、次に、「燃料ガス経路側のフラッディング判定処理」が実施される。以下において「燃料ガス経路側のフラッディング判定処理」について説明する。   As described above, when the “oxidant gas path side flooding determination process” is performed, the fuel cell system 100 then performs the “fuel gas path side flooding determination process”. Hereinafter, the “flooding determination process on the fuel gas path side” will be described.

（燃料ガス経路側のフラッディング判定処理）
図６を参照して、本実施の形態に係る燃料電池システム１００で実施される、「燃料ガス経路側のフラッディング判定処理」について具体的に説明する。図６は、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムが実施する「フラッディング判定処理」のサブルーチンである「燃料ガス経路側のフラッディング判定処理」の一例を示すフローチャートである。 (Flood gas path side flooding judgment process)
With reference to FIG. 6, “the flooding determination process on the fuel gas path side” performed in fuel cell system 100 according to the present embodiment will be specifically described. FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of “flooding determination process on the fuel gas path side” which is a subroutine of “flooding determination process” performed by the fuel cell system according to the embodiment of the present invention.

「燃料ガス経路側のフラッディング判定処理」では、「酸化剤ガス経路側のフラッディング判定処理」で設定されている低Ｕｆ／高Ｕｏ運転（燃料利用率（Ｕｆ）４０％、酸素利用率（Ｕｏ）５０％）を、通常運転（燃料利用率（Ｕｆ）８０％、酸素利用率（Ｕｏ）５０％）へと変更させる（ステップＳ３０）。   In the “Fueling determination process on the fuel gas path side”, the low Uf / high Uo operation (fuel utilization rate (Uf) 40%, oxygen utilization rate (Uo) set in the “Flooding determination process on the oxidant gas path side”) 50%) is changed to normal operation (fuel utilization rate (Uf) 80%, oxygen utilization rate (Uo) 50%) (step S30).

すなわち、「酸化剤ガス経路側のフラッディング判定処理」で設定した運転状態において燃料利用率（Ｕｆ）を４０％から８０％に上げる。このようにステップＳ３０では、通常運転時の燃料利用率（Ｕｆ）および酸素利用率（Ｕо）へと設定変更することで燃料利用率（Ｕｆ）を上げる構成である。このため、制御部３４は、燃料ガス供給器６４から供給される燃料の供給量と酸化剤ガス供給器６６から供給される酸化剤ガスの供給量とを通常運転時の設定に戻すように制御する。さらに出力調整器７０に指示してスタック１０の出力を通常運転時に設定されている値に戻すように制御する。すなわち、このステップＳ３０では、燃料ガス供給器６４、酸化剤ガス供給器６６、および出力調整器７９によって本発明の利用率設定部を構成することができる。   That is, the fuel utilization rate (Uf) is increased from 40% to 80% in the operation state set in the “oxidant gas path side flooding determination process”. Thus, in step S30, the fuel utilization rate (Uf) is increased by changing the settings to the fuel utilization rate (Uf) and the oxygen utilization rate (Uо) during normal operation. Therefore, the control unit 34 controls the fuel supply amount supplied from the fuel gas supply device 64 and the oxidant gas supply amount supplied from the oxidant gas supply device 66 to return to the settings at the time of normal operation. To do. Further, it instructs the output regulator 70 to control the output of the stack 10 to return to the value set during normal operation. That is, in this step S30, the utilization rate setting unit of the present invention can be configured by the fuel gas supply device 64, the oxidant gas supply device 66, and the output regulator 79.

このように通常運転に設定した燃料電池システム１００において、電圧検出器３０が、端セルの電圧（Ｖ１）および中央セルの電圧（Ｖ２）を検出する（ステップＳ３１）。そして、制御部３４が、この検出結果に基づき、端セルの電圧（Ｖ１）が所定の電圧未満となっているか否か判定する。具体的には、制御部３４は、検出された端セルの電圧（Ｖ１）と中央セルの電圧（Ｖ２）との差分（Ｖ２−Ｖ１）が所定値Ｖａより大きいか否か判定する（ステップＳ３２）。   Thus, in the fuel cell system 100 set to the normal operation, the voltage detector 30 detects the voltage (V1) of the end cell and the voltage (V2) of the center cell (step S31). And the control part 34 determines whether the voltage (V1) of an end cell is less than predetermined voltage based on this detection result. Specifically, the control unit 34 determines whether or not the difference (V2−V1) between the detected end cell voltage (V1) and the central cell voltage (V2) is greater than a predetermined value Va (step S32). ).

ここで、ステップＳ３２において「ＹＥＳ」の場合、制御部３４は端セルの電圧（Ｖ１）が所定の電圧未満となっていると判定する。そして、制御部３４は、燃料電池システム１００における経路中に生じた水が原因で端セルへのガス供給阻害が発生していると判定する。つまり、このステップＳ３２では、すでに、「酸化剤ガス経路側のフラッディング判定処理」でガスの供給阻害の原因は酸化剤ガス経路内の水ではないと判定しているか、もしくは酸化剤ガス経路内の水を除去している。したがって、ステップＳ３２において「ＹＥＳ」の場合、制御部３４は、燃料ガス経路内の水による供給阻害と判定する（ステップＳ３３）。   Here, in the case of “YES” in step S32, the control unit 34 determines that the voltage (V1) of the end cell is less than a predetermined voltage. And the control part 34 determines with the gas supply obstruction | occlusion to the end cell having generate | occur | produced due to the water produced in the path | route in the fuel cell system 100. That is, in this step S32, it is already determined in the “oxidant gas path side flooding determination process” that the cause of the gas supply hindrance is not water in the oxidant gas path, or in the oxidant gas path. Water is being removed. Accordingly, if “YES” in the step S32, the control unit 34 determines that the supply is inhibited by water in the fuel gas path (step S33).

そして、制御部３４は、水分除去部３６に対して燃料ガス経路６５内の水分除去を指示する。この制御部３４からの指示に応じて、水分除去部３６は、燃料ガス経路６５内の水分を除去する（ステップＳ３４）。水分除去部３６による水分除去処理については、上述したためここでは説明は省略する。   Then, the control unit 34 instructs the moisture removing unit 36 to remove moisture in the fuel gas path 65. In response to the instruction from the control unit 34, the moisture removing unit 36 removes moisture from the fuel gas path 65 (step S34). Since the water removing process by the water removing unit 36 has been described above, the description thereof is omitted here.

水分除去部３６により水分除去処理が実施されると、再度、ステップＳ３１に戻る。すなわち、電圧検出器３０が通常運転での端セルの電圧（Ｖ１）と中央セルの電圧（Ｖ２）を再度検出する（ステップＳ３１）。そして、制御部３４が中央セルの電圧と端セルの電圧との差分（Ｖ２−Ｖ１）が所定値Ｖａよりも大きいか否か判定する（ステップＳ３２）。そして、電圧との差分（Ｖ２−Ｖ１）が所定値Ｖａよりも大きい場合（ステップＳ３２において「Ｙｅｓ」）は、制御部３４は、依然として燃料ガス経路６５内の水により燃料ガスの供給が阻害されていると判定し（ステップＳ３３）、水分除去部３６に対して燃料ガス経路７１内の水分除去を指示する。この制御部３４からの指示に応じて、水分除去部３６は、燃料ガス経路７１内の水分を除去する（ステップＳ３４）。   When the moisture removing process is performed by the moisture removing unit 36, the process returns to step S31 again. That is, the voltage detector 30 detects again the voltage (V1) of the end cell and the voltage (V2) of the central cell in normal operation (step S31). And the control part 34 determines whether the difference (V2-V1) of the voltage of a center cell and the voltage of an end cell is larger than predetermined value Va (step S32). If the difference (V2−V1) from the voltage is larger than the predetermined value Va (“Yes” in step S32), the control unit 34 still inhibits the supply of the fuel gas by the water in the fuel gas path 65. (Step S33), the water removal unit 36 is instructed to remove the water in the fuel gas path 71. In response to the instruction from the control unit 34, the moisture removing unit 36 removes moisture from the fuel gas path 71 (step S34).

このように、本実施の形態に係る燃料電池システムでは、燃料ガス経路６５内の水により燃料ガスの供給が阻害されていると判定した場合、中央セルの電圧と端セルの電圧との差分（Ｖ２−Ｖ１）が所定値Ｖａ以下となるまで、水分除去部３６による水分除去処理を繰り返すことができる。   As described above, in the fuel cell system according to the present embodiment, when it is determined that the supply of the fuel gas is hindered by the water in the fuel gas path 65, the difference between the voltage of the center cell and the voltage of the end cell ( The water removal process by the water removal unit 36 can be repeated until V2-V1) becomes equal to or less than the predetermined value Va.

一方、ステップＳ３２において「ＮＯ」の場合は、通常運転において端セルの電圧低下が小さいことを示している。つまり、制御部３４は経路内の水によるガス（燃料ガス、酸化剤ガス）の供給阻害が解消されたと判定して、処理を終了する。   On the other hand, “NO” in step S32 indicates that the voltage drop in the end cell is small during normal operation. That is, the control unit 34 determines that supply inhibition of gas (fuel gas, oxidant gas) due to water in the path has been eliminated, and ends the process.

なお、上述した「酸化剤ガス経路側のフラッディング判定処理」において、ステップＳ２０の低Ｕｆ／高Ｕｏ運転への設定に際しては、酸素利用率（Ｕｏ）を所定の利用率（例えば、Ｕｏ＝５０％）まで一気に変化させる構成であってもよい。あるいは、酸素利用率（Ｕｏ）を段階的に所定の利用率（例えば、Ｕｏ＝５０％）になるまで変化させる構成であってもよい。   In the above-described “oxidant gas path side flooding determination process”, when setting to the low Uf / high Uo operation in step S20, the oxygen utilization rate (Uo) is set to a predetermined utilization rate (for example, Uo = 50%). ) May be changed at once. Alternatively, the oxygen utilization rate (Uo) may be changed in stages until a predetermined utilization rate (for example, Uo = 50%) is reached.

酸素利用率（Ｕｏ）を段階的に変化させる構成の場合、ステップＳ２１では、酸素利用率が変化するごとに電圧検出器３０が端セルの電圧（Ｖ５）と中央セルの電圧（Ｖ６）とを検出する。そして、ステップＳ２２では、制御部３４が、端セルの電圧（Ｖ５）と中央セルの電圧（Ｖ６）とを電圧検出器３０が検出するたびにそれらの差分（Ｖ６−Ｖ５）を求め、この求めた値の変化を示す傾きから酸化剤ガス経路７１に溜まった水により酸化剤ガスの供給阻害が起こっているか否か判定する。制御部３４は、この傾きが所定の値よりも大きい場合、すなわち端セルの電圧変化が大きい場合、少なくとも酸化剤ガス経路７１に溜まった水が原因で酸化剤ガスの供給阻害が起こっていると判定する。   In the case of the configuration in which the oxygen utilization rate (Uo) is changed stepwise, in step S21, the voltage detector 30 calculates the voltage (V5) of the end cell and the voltage (V6) of the center cell every time the oxygen utilization rate changes. To detect. In step S22, the control unit 34 obtains the difference (V6-V5) each time the voltage detector 30 detects the voltage (V5) of the end cell and the voltage (V6) of the center cell. It is determined whether or not the supply of the oxidant gas is hindered by the water accumulated in the oxidant gas path 71 from the slope indicating the change in the value. When the inclination is larger than a predetermined value, that is, when the voltage change in the end cell is large, the control unit 34 indicates that the supply of the oxidant gas is hindered due to at least water accumulated in the oxidant gas path 71. judge.

このように、傾きから判定する構成の方が、酸素利用率をいきなり所定の利用率に設定変更する構成よりも端セルの電圧変化をみながら利用率の設定変更ができるため、安全に燃料電池セル１へのガスの供給阻害要因を判定することができる。   In this way, the configuration that is determined from the inclination can change the setting of the utilization rate while observing the voltage change of the end cell, compared to the configuration in which the oxygen utilization rate is suddenly changed to the predetermined utilization rate. A factor for inhibiting the supply of gas to the cell 1 can be determined.

また、上述した「燃料ガス経路側のフラッディング判定処理」において、ステップＳ３０の通常運転への設定に際しては燃料利用率（Ｕｆ）を通常運転時の利用率（例えば、Ｕｆ＝８０％）まで一気に変化させる構成であってもよい。あるいは。燃料利用率（Ｕｆ）を段階的に所定の利用率（例えば、Ｕｆ＝８０％）になるまで変化させてもよい。   In the above-described “fuel gas path side flooding determination process”, the fuel utilization rate (Uf) is changed to the utilization rate during normal operation (for example, Uf = 80%) at the time of setting to normal operation in step S30. The structure to be made may be sufficient. Or The fuel utilization rate (Uf) may be changed stepwise until a predetermined utilization rate (for example, Uf = 80%) is reached.

燃料利用率（Ｕｆ）を段階的に変化させる構成の場合、ステップＳ３０では、制御部３４からの指示に応じて出力調整器７０がスタック１の出力を段階的に通常運転時の出力まで上げるように調整する。   In the case where the fuel utilization rate (Uf) is changed stepwise, in step S30, the output regulator 70 increases the output of the stack 1 stepwise to the output during normal operation in accordance with an instruction from the control unit 34. Adjust to.

また、ステップＳ３１では、燃料利用率（Ｕｆ）が変化するごとに電圧検出器３０が端セルの電圧（Ｖ１）と中央セルの電圧（Ｖ２）とを検出する。そして、ステップＳ３２では、制御部３４が、端セルの電圧（Ｖ１）と中央セルの電圧（Ｖ２）とを電圧検出器３０が検出するたびにそれらの差分（Ｖ２−Ｖ１）を求め、この求めた値の変化を示す傾きから燃料ガス経路６５に溜まった水により燃料ガスの供給阻害が起こっているか否か判定する。制御部３４は、この傾きが所定の値よりも大きい場合、すなわち端セルの電圧変化が大きい場合、燃料ガス経路６５に溜まった水が原因で燃料ガスの供給阻害が起こっていると判定する。   In step S31, every time the fuel utilization rate (Uf) changes, the voltage detector 30 detects the voltage (V1) of the end cell and the voltage (V2) of the center cell. In step S32, the control unit 34 obtains the difference (V2-V1) each time the voltage detector 30 detects the voltage (V1) of the end cell and the voltage (V2) of the center cell. It is determined whether or not the fuel gas supply is hindered by the water accumulated in the fuel gas path 65 from the slope indicating the change in the measured value. When this slope is larger than a predetermined value, that is, when the voltage change of the end cell is large, the control unit 34 determines that the fuel gas supply is hindered due to the water accumulated in the fuel gas path 65.

このように、傾きから判定する構成の方が、燃料利用率をいきなり所定の利用率に設定変更する構成よりも端セルの電圧変化をみながら利用率の設定変更ができるため、安全に燃料電池セル１へのガスの供給阻害要因を判定することができる。   In this way, the configuration for judging from the inclination can change the setting of the utilization rate while observing the voltage change of the end cell, compared to the configuration in which the fuel utilization rate is suddenly changed to the predetermined utilization rate. A factor for inhibiting the supply of gas to the cell 1 can be determined.

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および／又は機能の詳細を実質的に変更できる。   From the foregoing description, many modifications and other embodiments of the present invention are obvious to one skilled in the art. Accordingly, the foregoing description should be construed as illustrative only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the invention. The details of the structure and / or function may be substantially changed without departing from the spirit of the invention.

本発明の一態様は、従来よりも簡潔な構成でスタックの湿潤状態を判定することができる燃料電池システムおよびその運転方法として有用である。   One embodiment of the present invention is useful as a fuel cell system that can determine the wet state of a stack with a simpler configuration than the conventional one and a method for operating the fuel cell system.

１ 燃料電池セル
１０ スタック
１２ 高分子電解質膜
１４ アノード電極層
１６ カソード電極層
１８ ＭＥＡ（膜電極接合体）
３０ 電圧検出器
３４ 制御部
３６ 水分除去部（第一水分除去部、第二水分除去部）
６４ 燃料ガス供給器
６５ 燃料ガス経路（アノード供給経路）
６６ 酸化剤ガス供給器
６８ 加湿器
７０ 出力調整器
７１ 酸化剤ガス経路（カソード供給経路）
７２ 第１加湿器バイパス経路
７４ 第１切替器
７５ 酸化剤オフガス経路
７６ 第２加湿器バイパス経路
７８ 第２切替器
１００ 燃料電池システム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 10 Stack 12 Polymer electrolyte membrane 14 Anode electrode layer 16 Cathode electrode layer 18 MEA (membrane electrode assembly)
30 voltage detector 34 control unit 36 moisture removing unit (first moisture removing unit, second moisture removing unit)
64 Fuel gas supply device 65 Fuel gas path (anode supply path)
66 Oxidant gas supply device 68 Humidifier 70 Output regulator 71 Oxidant gas route (cathode supply route)
72 1st humidifier bypass path 74 1st switch 75 75 oxidizing agent off gas path 76 2nd humidifier bypass path 78 2nd switch 100 Fuel cell system

Claims (9)

供給された燃料と酸素との電気化学反応により発電する燃料電池セルを複数積層して形成されたスタックと、
前記スタックを形成する複数の燃料電池セルのうち所定の燃料電池セルの電圧を検出する電圧検出器と、
前記燃料電池セルにおける燃料利用率および酸素利用率を設定する利用率設定部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
当該燃料電池システムの定格運転時において前記電圧検出器により検出された前記燃料電池セルの電圧が所定の電圧未満となる場合、前記燃料電池セルにおける燃料利用率および酸素利用率を、該定格運転時に設定されている利用率よりも下げた第１燃料利用率および第１酸素利用率へと設定変更するように前記利用率設定部を制御し、この第１酸素利用率への設定変更後に電圧検出器により検出された前記燃料電池セルの電圧が所定の電圧以上となったとき、水により燃料電池セルへのガスの供給阻害が発生していると判定し、
水により燃料電池セルへのガスの供給阻害が発生していると判定した場合、前記第１酸素利用率の利用率を上げて第２酸素利用率に設定変更するように前記利用率設定部をさらに制御し、この第２酸素利用率への設定変更後に、前記電圧検出器により検出された前記燃料電池セルの電圧が所定の電圧未満となるとき、酸素を供給するカソード供給経路内の水によって該酸素の供給阻害が起こっていると判定する燃料電池システム。 A stack formed by stacking a plurality of fuel cells that generate electricity by an electrochemical reaction between the supplied fuel and oxygen;
A voltage detector for detecting a voltage of a predetermined fuel cell among the plurality of fuel cells forming the stack;
A utilization rate setting unit for setting a fuel utilization rate and an oxygen utilization rate in the fuel cell;
A control unit,
The controller is
When the voltage of the fuel cell detected by the voltage detector is lower than a predetermined voltage during rated operation of the fuel cell system, the fuel utilization rate and oxygen utilization rate in the fuel cell are determined during the rated operation. The utilization rate setting unit is controlled to change the setting to the first fuel utilization rate and the first oxygen utilization rate that are lower than the set utilization rate, and the voltage is detected after the setting change to the first oxygen utilization rate. When the voltage of the fuel battery cell detected by the vessel is equal to or higher than a predetermined voltage, it is determined that the supply of gas to the fuel battery cell is hindered by water,
When it is determined that the supply of gas to the fuel cell is inhibited by water, the utilization rate setting unit is configured to increase the utilization rate of the first oxygen utilization rate and change the setting to the second oxygen utilization rate. Further, when the fuel cell voltage detected by the voltage detector becomes less than a predetermined voltage after the setting change to the second oxygen utilization rate, the water in the cathode supply path for supplying oxygen is used. A fuel cell system for determining that the supply of oxygen is inhibited. 前記電圧検出器により電圧が検出される前記所定の燃料電池セルは、前記スタックにおける端部に位置する燃料電池セルである請求項１に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the predetermined fuel cell whose voltage is detected by the voltage detector is a fuel cell located at an end of the stack. 前記電圧検出器により電圧が検出される前記所定の燃料電池セルは、前記スタックを形成する複数の燃料電池セルを複数のブロックに分割し、該複数のブロックのうち、前記スタックにおける端部に位置する燃料電池セルを含むブロックの中に属するいずれか１つの燃料電池セルである請求項１に記載の燃料電池システム。   The predetermined fuel cell whose voltage is detected by the voltage detector divides a plurality of fuel cells forming the stack into a plurality of blocks, and is positioned at an end of the stack among the plurality of blocks. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is any one fuel cell belonging to a block including the fuel cell to be operated. 前記利用率設定部は、前記燃料電池セルにおける前記第１酸素利用率を前記第２酸素利用率に設定変更する場合、第１酸素利用率の値が第２酸素利用率の値となるまで段階的に高くなるように変更しており、
前記制御部は、前記利用率設定部によって段階的に設定変更された酸素利用率それぞれで電圧検出器により検出された前記燃料電池セルの電圧の変化を示す傾きが所定値以上である場合、該電圧が所定の電圧未満であると判断して、前記カソード供給経路内の水によって酸素の供給阻害が起こっていると判定する請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。 The utilization rate setting unit is configured to change the first oxygen utilization rate in the fuel battery cell to the second oxygen utilization rate until the value of the first oxygen utilization rate becomes the value of the second oxygen utilization rate. Has been changed to be higher,
When the slope indicating the change in the voltage of the fuel cell detected by the voltage detector at each of the oxygen utilization rates set and changed stepwise by the utilization rate setting unit is a predetermined value or more, 4. The fuel cell system according to claim 1, wherein it is determined that the supply of oxygen is inhibited by water in the cathode supply path by determining that the voltage is less than a predetermined voltage. 5. 前記制御部が、前記カソード供給経路内の水によって酸素の供給阻害が起こっていると判定した場合、該カソード供給経路内における該水の除去を行う第一水分除去部をさらに備える請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。   2. The apparatus according to claim 1, further comprising: a first moisture removing unit that removes the water in the cathode supply path when the control unit determines that the supply of oxygen is inhibited by the water in the cathode supply path. 5. The fuel cell system according to any one of 4 above. 前記制御部は、前記カソード供給経路内の水によって酸素の供給阻害が起こっているか否かの判定をした後、前記第１燃料利用率の利用率を上げて第２燃料利用率に設定変更するようにさらに前記利用率設定部を制御し、このとき前記電圧検出器により検出された前記燃料電池セルの電圧が所定の電圧未満となるとき、燃料を供給するアノード供給経路内の水によって該燃料の供給阻害が起こっていると判定する請求項３から５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。   The controller determines whether or not oxygen supply is hindered by water in the cathode supply path, and then increases the utilization rate of the first fuel utilization rate and changes the setting to the second fuel utilization rate. The utilization rate setting unit is further controlled, and when the voltage of the fuel cell detected by the voltage detector is lower than a predetermined voltage, the fuel is supplied by water in the anode supply path for supplying the fuel. The fuel cell system according to any one of claims 3 to 5, wherein it is determined that the supply hindrance is occurring. 前記利用率設定部は、前記燃料電池セルにおける前記第１燃料利用率を前記第２燃料利用率に設定変更する場合、第１燃料利用率の値が第２燃料利用率の値となるまで段階的に高くなるように変更しており、
前記制御部は、前記利用率設定部によって段階的に設定変更された燃料利用率それぞれで電圧検出器により検出された前記燃料電池セルの電圧の変化を示す傾きが所定値以上である場合、該電圧が所定の電圧未満であると判断して、前記アノード供給経路内の水によって燃料の供給阻害が起こっていると判定する請求項６に記載の燃料電池システム。 The utilization rate setting unit is configured to change the first fuel utilization rate in the fuel battery cell to the second fuel utilization rate until the value of the first fuel utilization rate becomes the value of the second fuel utilization rate. Has been changed to be higher,
When the slope indicating the change in the voltage of the fuel cell detected by the voltage detector at each of the fuel usage rates set and changed stepwise by the usage rate setting unit is a predetermined value or more, The fuel cell system according to claim 6, wherein it is determined that the supply of fuel is inhibited by water in the anode supply path by determining that the voltage is less than a predetermined voltage. 前記制御部が、前記アノード供給経路内の水によって燃料の供給阻害が起こっていると判定した場合、該アノード供給経路内における該水の除去を行う第二水分除去部をさらに備える請求項６または７に記載の燃料電池システム。   The said control part is further equipped with the 2nd water | moisture-content removal part which removes this water in this anode supply path, when it determines with the fuel supply inhibition having occurred with the water in the said anode supply path | route. 8. The fuel cell system according to 7. 供給された燃料と酸素との電気化学反応により発電する燃料電池セルを複数積層して形成されたスタックを有する燃料電池システムの制御方法であって、
当該燃料電池システムの定格運転時において、前記スタックを形成する複数の燃料電池セルのうち所定の燃料電池セルの電圧を検出し、
検出された該電圧が所定の電圧未満となる場合、該燃料電池セルにおける燃料利用率および酸素利用率を、該定格運転時に設定されている利用率よりも下げた第１燃料利用率および第１酸素利用率へと設定変更し、
この第１酸素利用率への設定変更後に検出された前記燃料電池セルの電圧が所定の電圧以上となったとき、水により燃料電池セルへのガスの供給阻害が発生していると判定し、
水により燃料電池セルへのガスの供給阻害が発生していると判定した場合、さらに前記第１酸素利用率の利用率を上げて第２酸素利用率に設定変更させ、この設定変更後に検出された前記燃料電池セルの電圧が所定の電圧未満となるとき、酸素を供給するカソード供給経路内の水によって該酸素の供給阻害が起こっていると判定する燃料電池システムの制御方法。 A control method of a fuel cell system having a stack formed by stacking a plurality of fuel cells that generate electricity by an electrochemical reaction between supplied fuel and oxygen,
During rated operation of the fuel cell system, a voltage of a predetermined fuel cell among the plurality of fuel cells forming the stack is detected,
When the detected voltage is less than a predetermined voltage, the first fuel utilization rate and the first fuel utilization rate and the oxygen utilization rate in the fuel cell are lower than the utilization rate set during the rated operation. Change the setting to oxygen utilization,
When the voltage of the fuel cell detected after the setting change to the first oxygen utilization rate is equal to or higher than a predetermined voltage, it is determined that the supply of gas to the fuel cell is inhibited by water,
When it is determined that the supply of gas to the fuel cell is hindered by water, the utilization rate of the first oxygen utilization rate is further increased to change the setting to the second oxygen utilization rate. In addition, when the voltage of the fuel cell becomes lower than a predetermined voltage, the control method of the fuel cell system determines that the supply of oxygen is inhibited by the water in the cathode supply path for supplying oxygen.
JP2013085985A 2013-04-16 2013-04-16 Fuel cell system and method for controlling fuel cell system Pending JP2014209416A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013085985A JP2014209416A (en) 2013-04-16 2013-04-16 Fuel cell system and method for controlling fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013085985A JP2014209416A (en) 2013-04-16 2013-04-16 Fuel cell system and method for controlling fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014209416A true JP2014209416A (en) 2014-11-06

Family

ID=51903544

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013085985A Pending JP2014209416A (en) 2013-04-16 2013-04-16 Fuel cell system and method for controlling fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014209416A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017162676A (en) * 2016-03-09 2017-09-14 ブラザー工業株式会社 Fuel cell, stopping method, and computer program
JP2020021533A (en) * 2018-07-30 2020-02-06 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP2021002461A (en) * 2019-06-21 2021-01-07 アイシン精機株式会社 Fuel cell system and control method therefor
CN116505031A (en) * 2023-06-29 2023-07-28 北京新研创能科技有限公司 Fuel cell operation method

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017162676A (en) * 2016-03-09 2017-09-14 ブラザー工業株式会社 Fuel cell, stopping method, and computer program
JP2020021533A (en) * 2018-07-30 2020-02-06 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP7119716B2 (en) 2018-07-30 2022-08-17 トヨタ自動車株式会社 fuel cell system
JP2021002461A (en) * 2019-06-21 2021-01-07 アイシン精機株式会社 Fuel cell system and control method therefor
JP7226129B2 (en) 2019-06-21 2023-02-21 株式会社アイシン Fuel cell system and its control method
CN116505031A (en) * 2023-06-29 2023-07-28 北京新研创能科技有限公司 Fuel cell operation method
CN116505031B (en) * 2023-06-29 2023-08-25 北京新研创能科技有限公司 Fuel cell operation method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7745063B2 (en) Fuel cell stack
JP5343509B2 (en) FUEL CELL SYSTEM AND FUEL CELL STATE DETECTION METHOD
JP2010049894A (en) Fuel cell system and state detecting method of fuel cell
KR101073222B1 (en) Method of operating fuel cell with high power and High power fuel cell system
JP2014209416A (en) Fuel cell system and method for controlling fuel cell system
US9472821B2 (en) Operation method of polymer electrolyte fuel cell system and polymer electrolyte fuel cell system
JP2005251434A (en) Fuel cell system, and control method of fuel cell
JP2007026783A (en) Solid polymer fuel cell
JP2001148253A (en) High polymer electrolyte type fuel cell and its operation method
JP5298412B2 (en) Fuel cell
JP2009064604A (en) Single cell of fuel cell and fuel cell stack
US20130022882A1 (en) Fuel cell system
JP2005235522A (en) Polymer electrolyte fuel cell and operation method of the same
US10707510B2 (en) Membrane electrode assembly
JP2008146859A (en) Membrane-electrode assembly and fuel cell having it
JP2005038845A (en) Polyelectrolyte fuel cell
JP4508543B2 (en) Method for stopping polymer electrolyte fuel cell and polymer electrolyte fuel cell
JP2010135174A (en) Fuel cell system and operation method of fuel cell
JP5339262B2 (en) Fuel cell
JP6127946B2 (en) Inspection method of fuel cell
JP2011181374A (en) Membrane-electrode assembly for solid polymer fuel cell and solid polymer fuel cell
JP2004139835A (en) Fuel cell
JP5176376B2 (en) Electrolyte membrane and fuel cell using the same
JP2010135071A (en) Fuel cell, method for operating same, and fuel cell device
JP3730242B2 (en) Fuel cell and fuel cell manufacturing method

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20150312