WO2013132536A1 - 燃料電池システムおよびその制御方法 - Google Patents

燃料電池システムおよびその制御方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2013132536A1
WO2013132536A1 PCT/JP2012/001606 JP2012001606W WO2013132536A1 WO 2013132536 A1 WO2013132536 A1 WO 2013132536A1 JP 2012001606 W JP2012001606 W JP 2012001606W WO 2013132536 A1 WO2013132536 A1 WO 2013132536A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel cell
supply
gas
gas manifold
manifold
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/001606
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
荒木　康
濱田　仁
竹内　弘明
Original Assignee
トヨタ自動車株式会社
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 トヨタ自動車株式会社 filed Critical トヨタ自動車株式会社
Priority to US14/373,831 priority Critical patent/US9570768B2/en
Priority to CN201280071185.4A priority patent/CN104160538B/zh
Priority to EP12870568.8A priority patent/EP2824742B1/en
Priority to PCT/JP2012/001606 priority patent/WO2013132536A1/ja
Priority to JP2014503285A priority patent/JP5817911B2/ja
Publication of WO2013132536A1 publication Critical patent/WO2013132536A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04179—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by purging or increasing flow or pressure of reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04231—Purging of the reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04228—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04253—Means for solving freezing problems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • 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
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • This invention relates to a fuel cell.
  • Solid polymer fuel cells (hereinafter also simply referred to as “fuel cells”) generate electricity by utilizing proton movement in the electrolyte membrane. Since the electrolyte membrane exhibits good proton conductivity in a wet state, it is preferable that the inside of the fuel cell be maintained in a wet state so that the electrolyte membrane is in an appropriate wet state during operation of the fuel cell.
  • the moisture present in the fuel cell and its connecting piping may freeze in a low-temperature environment such as below freezing point and cause the fuel cell startability to deteriorate. There is. Therefore, conventionally, at the end of the operation of the fuel cell, the amount of water remaining in the fuel cell is reduced by scavenging the inside of the fuel cell and its connecting piping (also referred to as “purge”) (Patent Document 1 below). .
  • the present invention provides a technique that can efficiently reduce the amount of moisture remaining in a power generation unit in a fuel cell after operation and a gas flow path disposed in the power generation unit by a method different from the conventional one.
  • the purpose is to do.
  • the present invention has been made to solve at least a part of the problems described above, and can be realized as the following forms or application examples.
  • a fuel cell system comprising: a supply gas manifold; an exhaust gas manifold; a fuel cell having a gas flow passage connected to the supply gas manifold and the exhaust gas manifold; and the supply A gas supply section for allowing gas to flow into the gas manifold, a supply valve capable of sealing the supply gas manifold, a discharge valve capable of sealing the exhaust gas manifold, the supply valve and The exhaust valve is closed, the gas from the gas supply unit is sealed in the fuel cell at a predetermined pressure, and after waiting for a predetermined time, the supply valve or the discharge valve is opened, and the power generation unit Residual water that moves water remaining in the gas flow path to the supply gas manifold or the exhaust gas manifold And a control unit that performs the discharge process, the fuel cell system.
  • the moisture remaining in the gas flow path of the power generation unit can be moved to the outside by utilizing the pressure release from the fuel cell. Therefore, the residual moisture in the gas flow path of the power generation unit of the fuel cell can be efficiently reduced by a simple method, and a decrease in the startability of the fuel cell due to freezing of the residual moisture in a low temperature environment can be suppressed.
  • Application Example 3 The fuel cell system according to Application Example 1 or 2, wherein the control unit performs a scavenging process of scavenging the inside of the fuel cell with the gas from the gas supply unit after the operation of the fuel cell is stopped.
  • a fuel cell system that performs the residual moisture discharge process after performing the scavenging process. With this fuel cell system, the moisture remaining in the gas flow path of the power generation unit that could not be exhausted by the scavenging process can be moved to the outside by the residual moisture discharge process, and the gas path of the power generation unit is Can be prevented from being blocked by freezing.
  • the fuel cell system further includes a moisture amount detection unit that detects a moisture amount remaining in the fuel cell when the operation is stopped, and the control unit, according to the moisture amount, (I) A fuel cell system that determines whether to execute both the scavenging process and the residual moisture discharge process, or (ii) to execute the residual moisture discharge process without executing the scavenging process .
  • a moisture amount detection unit that detects a moisture amount remaining in the fuel cell when the operation is stopped
  • the control unit according to the moisture amount
  • a fuel cell system that determines whether to execute both the scavenging process and the residual moisture discharge process, or (ii) to execute the residual moisture discharge process without executing the scavenging process.
  • a control method for a fuel cell system comprising a fuel cell having a supply gas manifold, an exhaust gas manifold, and a power generation unit in which a gas flow path connected to the supply gas manifold and the exhaust gas manifold is disposed.
  • a control method comprising: With this control method of the fuel cell system, moisture remaining in the gas flow path of the power generation unit of the fuel cell can be reliably reduced by a method with relatively little energy consumption.
  • the present invention can be realized in various forms.
  • a fuel cell system a vehicle equipped with the fuel cell system, a fuel cell scavenging method executed in the system and the vehicle
  • the present invention can be realized in the form of a system or vehicle control method, a control device, a scavenging method thereof, a control method, a computer program for realizing the functions of the control device, a recording medium recording the computer program, or the like.
  • FIG. 3 is a schematic view schematically showing the inside of the fuel cell when purge gas is allowed to flow from a supply manifold.
  • Explanatory drawing which shows the process sequence of the purge process performed after the driving
  • the schematic diagram for demonstrating the residual water discharge process performed in a purge process Explanatory drawing which shows the discharge
  • Explanatory drawing which shows the process sequence of the purge process of 2nd Example. Schematic which shows the structure of the fuel cell system of 3rd Example. Explanatory drawing which shows the process sequence of the purge process of 2nd Example. Explanatory drawing which shows the process sequence of a freezing prevention process.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a fuel cell system as an embodiment of the present invention.
  • This fuel cell system 100 is mounted on a fuel cell vehicle and outputs electric power used as driving force in response to a request from a driver.
  • the fuel cell system 100 includes a fuel cell 10, a control unit 20, a cathode gas supply system 30, a cathode gas discharge system 40, an anode gas supply system 50, an anode gas circulation discharge system 60, and a refrigerant circulation supply system 70.
  • a fuel cell 10 includes a fuel cell 10, a control unit 20, a cathode gas supply system 30, a cathode gas discharge system 40, an anode gas supply system 50, an anode gas circulation discharge system 60, and a refrigerant circulation supply system 70.
  • the fuel cell 10 is a polymer electrolyte fuel cell that generates power by receiving supply of hydrogen (anode gas) and air (cathode gas) as reaction gases.
  • the fuel cell 10 has a stack structure in which a plurality of single cells 11 that are power generators are stacked.
  • the fuel cell 10 has a manifold (not shown) for reaction gas and refrigerant, which is a flow path along the stacking direction of the fuel cells 10 connected to each single cell 11. The configuration of the fuel cell 10 will be described later.
  • the control unit 20 can be configured by a microcomputer including a central processing unit and a main storage device.
  • the control unit 20 has a function as a power generation control unit that controls each component described below to generate power corresponding to the output request in the fuel cell 10. Further, the control unit 20 has a function as the purge process execution unit 21.
  • the purge processing execution unit 21 controls each component of the fuel cell system 100 after the operation of the fuel cell 10 is stopped, and adheres to moisture remaining in the fuel cell 10 and piping / valves of the fuel cell system 100.
  • a scavenging process (purge process) is performed to reduce the water content.
  • the execution procedure of the purge process by the purge process execution unit 21 will be described later.
  • the cathode gas supply system 30 includes a cathode gas pipe 31, an air compressor 32, an air flow meter 33, and a supply valve 34.
  • the cathode gas pipe 31 is a pipe connected to the supply manifold on the cathode side of the fuel cell 10.
  • the air compressor 32 is connected to a supply manifold on the cathode side of the fuel cell 10 via the cathode gas pipe 31, and supplies air compressed by taking in outside air to the fuel cell 10 as cathode gas.
  • the air flow meter 33 measures the amount of outside air taken in by the air compressor 32 on the upstream side of the air compressor 32 and transmits it to the control unit 20.
  • the control unit 20 controls the amount of air supplied to the fuel cell 10 by driving the air compressor 32 based on the measured value.
  • the supply valve 34 is provided between the air compressor 32 and the fuel cell 10.
  • the supply valve 34 opens and closes in response to a command from the control unit 20 and controls the flow of air to the fuel cell 10.
  • the cathode gas supply system 30 may be provided with a humidifying unit for humidifying the air supplied to the fuel cell 10.
  • the cathode gas discharge system 40 includes a cathode exhaust gas pipe 41, a discharge valve 43, and a pressure measurement unit 44.
  • the cathode exhaust gas pipe 41 is a pipe connected to a discharge manifold on the cathode side of the fuel cell 10 and can discharge the cathode exhaust gas to the outside of the fuel cell system 100.
  • the exhaust valve 43 is a pressure regulating valve for adjusting the pressure of the cathode exhaust gas in the cathode exhaust gas pipe 41 (back pressure on the cathode side of the fuel cell 10).
  • the opening degree of the discharge valve 43 is adjusted by the control unit 20.
  • the pressure measurement unit 44 is provided on the upstream side of the discharge valve 43, measures the pressure of the cathode exhaust gas, and transmits the measured value to the control unit 20.
  • the anode gas supply system 50 includes an anode gas pipe 51, a hydrogen tank 52, an on-off valve 53, a regulator 54, a hydrogen supply device 55, and a pressure measuring unit 56.
  • the hydrogen tank 52 is connected to the supply manifold on the anode side of the fuel cell 10 through the anode gas pipe 51. Thereby, the hydrogen filled in the hydrogen tank 52 is supplied to the fuel cell 10 as the anode gas.
  • the on-off valve 53, the regulator 54, the hydrogen supply device 55, and the pressure measuring unit 56 are provided in the anode gas pipe 51 in this order from the upstream side (hydrogen tank 52 side).
  • the on-off valve 53 opens and closes according to a command from the control unit 20 and controls the inflow of hydrogen from the hydrogen tank 52 to the upstream side of the hydrogen supply device 55.
  • the regulator 54 is a pressure reducing valve for adjusting the pressure of hydrogen on the upstream side of the hydrogen supply device 55, and its opening degree is controlled by the control unit 20.
  • the hydrogen supply device 55 can be constituted by, for example, an injector that is an electromagnetically driven on-off valve.
  • the pressure measurement unit 56 measures the pressure of hydrogen on the downstream side of the hydrogen supply device 55 and transmits it to the control unit 20.
  • the control unit 20 controls the amount of hydrogen supplied to the fuel cell 10 by controlling the hydrogen supply device 55 based on the measurement value of the pressure measurement unit 56.
  • the anode gas circulation discharge system 60 includes an anode exhaust gas pipe 61, a gas-liquid separator 62, an anode gas circulation pipe 63, a hydrogen circulation pump 64, an anode drain pipe 65, a drain valve 66, and a pressure measurement section 67. And comprising.
  • the anode exhaust gas pipe 61 is a pipe that connects the discharge manifold on the anode side of the fuel cell 10 and the gas-liquid separation unit 62 and includes unreacted gas (such as hydrogen and nitrogen) that has not been used for the power generation reaction.
  • the anode exhaust gas is guided to the gas-liquid separator 62.
  • the gas-liquid separator 62 is connected to the anode gas circulation pipe 63 and the anode drain pipe 65.
  • the gas-liquid separator 62 separates the gas component and moisture contained in the anode exhaust gas, guides the gas component to the anode gas circulation pipe 63, and guides the moisture to the anode drain pipe 65.
  • the anode gas circulation pipe 63 is connected downstream from the hydrogen supply device 55 of the anode gas pipe 51.
  • the anode gas circulation pipe 63 is provided with a hydrogen circulation pump 64, and hydrogen contained in the gas component separated in the gas-liquid separation unit 62 by the hydrogen circulation pump 64 is supplied to the anode gas pipe 51. Sent out.
  • hydrogen contained in the anode exhaust gas is circulated and supplied to the fuel cell 10 again, thereby improving the utilization efficiency of hydrogen. .
  • the anode drain pipe 65 is a pipe for discharging the water separated in the gas-liquid separator 62 to the outside of the fuel cell system 100.
  • the drain valve 66 is provided in the anode drain pipe 65 and opens and closes according to a command from the control unit 20.
  • the control unit 20 normally closes the drain valve 66 and opens the drain valve 66 at a predetermined drain timing set in advance or at a discharge timing of the inert gas in the anode exhaust gas. open.
  • the pressure measuring unit 67 of the anode gas circulation / discharge system 60 is provided in the anode exhaust gas pipe 61.
  • the pressure measurement unit 67 measures the pressure of the anode exhaust gas (the back pressure on the anode side of the fuel cell 10) in the vicinity of the outlet of the hydrogen manifold of the fuel cell 10 and transmits the control unit 20.
  • the refrigerant circulation supply system 70 includes a refrigerant pipe 71, a radiator 72, a three-way valve 73, a refrigerant circulation pump 75, and first and second refrigerant temperature measuring units 76a and 76b.
  • the refrigerant pipe 71 is a pipe for circulating a refrigerant for cooling the fuel cell 10, and includes an upstream pipe 71a, a downstream pipe 71b, and a bypass pipe 71c.
  • the upstream pipe 71 a connects the refrigerant outlet manifold provided in the fuel cell 10 and the inlet of the radiator 72.
  • the downstream pipe 71 b connects the refrigerant inlet manifold provided in the fuel cell 10 and the outlet of the radiator 72.
  • One end of the bypass pipe 71c is connected to the upstream pipe 71a via the three-way valve 73, and the other end is connected to the downstream pipe 71b.
  • the control unit 20 controls the opening and closing of the three-way valve 73, thereby adjusting the amount of refrigerant flowing into the bypass pipe 71c and controlling the amount of refrigerant flowing into the radiator 72.
  • the radiator 72 is provided in the refrigerant pipe 71, and cools the refrigerant by exchanging heat between the refrigerant flowing through the refrigerant pipe 71 and the outside air.
  • the refrigerant circulation pump 75 is provided on the downstream side pipe 71b on the downstream side (the refrigerant inlet side of the fuel cell 10) from the connection point of the bypass pipe 71c, and is driven based on a command from the control unit 20.
  • coolant temperature measurement part 76a, 76b is provided in the upstream piping 71a and the downstream piping 71b, respectively, and transmits each measured value to the control part 20.
  • the control unit 20 detects the operating temperature of the fuel cell 10 from the difference between the measured values of the refrigerant temperature measuring units 76a and 76b, and controls the rotational speed of the refrigerant circulation pump 75 based on the operating temperature. The operating temperature of the fuel cell 10 is adjusted.
  • the fuel cell system 100 further includes an outside air temperature sensor 80 that can measure the outside air temperature (outside air temperature) of the fuel cell vehicle.
  • the outside air temperature sensor 80 transmits the detection result to the control unit 20.
  • the purge process execution unit 21 uses the temperature detected by the outside air temperature sensor 80 to determine whether or not the purge process can be performed (described later).
  • the fuel cell system 100 includes a secondary battery and a DC / DC converter, although illustration and detailed description are omitted.
  • the secondary battery stores electric power and regenerative power output from the fuel cell 10 and functions as a power source together with the fuel cell 10.
  • the DC / DC converter can control the charge / discharge of the secondary battery and the output voltage of the fuel cell 10. Each component of the fuel cell system 100 described above can be driven even after the fuel cell 10 is stopped by using the power of the secondary battery.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the configuration of the fuel cell 10 provided in the fuel cell system 100.
  • FIG. 2 for convenience, only one arbitrary unit cell 11 of the fuel cell 10 is illustrated, and the other unit cell 11 is not illustrated.
  • FIG. 2 shows the gas pipes 31, 41, 51, 61 connected to the fuel cell 10.
  • FIG. 2 shows an arrow G indicating the direction of gravity when the fuel cell 10 is mounted on a fuel cell vehicle, a broken arrow indicating a gas flow in the single cell 11 during power generation, and a moisture movement path. A solid line arrow is shown.
  • a single cell 11 of the fuel cell 10 includes a membrane electrode assembly 5 in which first and second electrodes 2 and 3 are disposed on both surfaces of an electrolyte membrane 1.
  • the electrolyte membrane 1 can be made of, for example, a fluorine ion exchange resin, and exhibits good proton conductivity in a wet state.
  • the first and second electrodes 2 and 3 are coated with a catalyst ink, which is a solution in which conductive particles carrying a catalyst such as platinum and the same type or similar electrolyte as the electrolyte membrane 1 are mixed and dispersed.
  • a catalyst ink which is a solution in which conductive particles carrying a catalyst such as platinum and the same type or similar electrolyte as the electrolyte membrane 1 are mixed and dispersed.
  • first and second gas flow paths 12 and 13 are flow path grooves formed on the separator surface, and flow path members such as expanded metal disposed between the separator and the electrodes 2 and 3, It is good also as what is comprised by porous members, such as carbon fiber arrange
  • the fuel cell 10 has supply manifolds M1 and M3 for supplying the reaction gas to each power generator 11, and discharge manifolds M2 and M4 for discharging the exhaust gas of each single cell 11. Yes.
  • the supply manifolds M1 and M3 and the discharge manifolds M2 and M4 are arranged so as to face each other across the region where the membrane electrode assembly 5 is arranged in each single cell 11, and each is connected via the communication path 14.
  • the first and second gas passages 12 and 13 are connected to the inlets or outlets. Specifically, it is as follows.
  • the supply manifold M1 is connected to the inlet of the first gas passage 12 and to the cathode gas pipe 31.
  • the discharge manifold M2 is connected to the outlet of the first gas flow path 12 and to the cathode exhaust gas pipe 41.
  • the supply manifold M3 is connected to the inlet of the second gas flow path 13 and to the anode gas pipe 51.
  • the discharge manifold M4 is connected to the outlet of the second gas flow path 13 and is connected to the anode exhaust gas pipe 61.
  • the first electrode 2 is also referred to as “cathode 2”, and the first gas flow path 12 is also referred to as “cathode gas flow path 12”.
  • the second electrode 3 is also referred to as “anode 3”, and the second gas flow path 13 is also referred to as “anode gas flow path 13”.
  • the membrane electrode assembly 5 is disposed, and the first and second gas flow paths 12, 13 sandwiched between the supply manifolds M1, M3 and the discharge manifolds M2, M4 are provided. The area including this is called “power generation part GA”.
  • the fuel cell 10 is configured such that the arrangement of the supply manifold M1 and the discharge manifold M2 for the cathode 2 and the arrangement of the supply manifold M3 and the discharge manifold M4 for the anode 3 are reversed.
  • the fuel cell 10 includes a cathode of the power generation unit GA to which the supply manifold M1 is connected, the cathode 2 side inlet of the power generation unit GA is on the lower side in the gravity direction, and the cathode of the power generation unit GA to which the discharge manifold M2 is connected. It arrange
  • the water generated at the cathode 2 moves to the anode 3 side through the electrolyte membrane 1.
  • the amount of moisture on the downstream side of the cathode gas flow path 12 is large, so that the amount of moisture that moves from the cathode 2 side to the anode 3 side increases toward the upstream side of the anode gas flow path 13.
  • the amount of water tends to decrease on the upstream side of the cathode gas flow channel 12, on the downstream side of the anode gas flow channel 13, on the contrary, the water that moves from the anode 3 side to the cathode 2 side. The amount increases.
  • after the operation of the fuel cell 10 means a state after the driver stops the operation of the vehicle (so-called ignition off state). It means a state where output of electric power according to a request from the driver is stopped.
  • the inventor of the present invention has found that even if the fuel cell 10 is purged for a sufficient time, moisture that cannot be completely discharged remains in the fuel cell 10. And it discovered that the freezing of such a residual water
  • FIG. 3 is a graph obtained by the experiment of the inventors of the present invention, and is a graph showing the time change of the pressure loss in the cathode gas flow path 12 when purging is performed in the fuel cell 10 after the operation is stopped.
  • the inventor of the present invention after generating power in the fuel cell 10, carried out the purge on the cathode side of the fuel cell 10 twice at intervals, and measured the time change of the pressure loss in the cathode gas flow path 12. .
  • the fuel cell 10 was arranged so that the supply manifold M1 on the cathode side was on the lower side in the gravity direction and the discharge manifold M2 was on the upper side in the gravity direction.
  • the moisture change from the fuel cell 10 was confirmed by measuring the change in the weight of the fuel cell 10 before and after the execution of the purge.
  • the solid line graph G 1 shows the time change of the pressure loss when the purge gas is supplied from the supply manifold M1 (that is, when the purge gas flows in the direction opposite to the gravity direction in the power generation unit GA).
  • the broken line graph G 2 shows the change over time in pressure loss when the purge gas is supplied from the discharge manifold M2 (that is, when the purge gas is caused to flow along the direction of gravity in the power generation unit GA).
  • the purge was started at time t 0 , and the purge was temporarily stopped at time t 1 . Then, it resumed purge at time t 2.
  • the pressure loss temporarily increased to the peak value P 1 at the initial stage, and then rapidly decreased and converged to a certain value Pc.
  • the temporary increase in pressure loss at the peak value P 1 in the first purge is caused by the fact that the moisture on the cathode side was pushed out by the purge gas at one time. Further, the subsequent convergence of the pressure loss to the convergence value Pc indicates that most of the water that inhibits the flow of the par ratio gas has been discharged.
  • the pressure loss indicated by the solid line graph G 1 temporarily increases to a peak value P 2 (P 2 ⁇ P 1 ) smaller than the first peak value P 1 at the initial stage. After that, it converged again to the convergence value Pc. However, during the second purge, the discharge of moisture to the outside of the fuel cell 10 as in the first purge was not detected.
  • FIGS. 4A and 4B are schematic views schematically showing the inside of the fuel cell 10 when purge gas is flowed from the supply manifold M1.
  • 4 (A) and 4 (B) respectively show the movement of moisture M in the schematic diagram of the fuel cell 10 similar to FIG.
  • FIG. 4A shows the internal state of the fuel cell 10 immediately after the completion of the first purge
  • FIG. 4B shows the internal state of the fuel cell 10 at the start of the second purge execution. Is shown.
  • the purge process execution unit 21 executes the purge process described below, so that such residual moisture is reduced to a relatively small amount of energy consumption. And surely reduce it.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure of a purge process executed after the operation of the fuel cell 10 is completed.
  • the purge process execution unit 21 performs an outside air temperature determination for determining whether or not there is a need for a purge. Specifically, when the outside air temperature detected by the outside air temperature sensor 80 is equal to or lower than a predetermined temperature (for example, 10 ° C.), the purge processing execution unit 21 reaches the freezing point and the inside of the fuel cell 10 It is determined that purging is necessary because water may freeze.
  • a predetermined temperature for example, 10 ° C.
  • the purge process execution unit 21 ends the purge process without starting the purge when it is determined in step S10 that the outside air temperature is high and the necessity for the purge is low. As a result, when the outside air temperature is high and the possibility of freezing inside the fuel cell 10 is low, it is possible to prevent the purge from being performed unnecessarily.
  • the purge processing execution unit 21 determines in step S10 that the necessity for purging is high, the purge processing execution unit 21 starts purging the flow path on the cathode side of the fuel cell 10 in step S20. Specifically, the purge processing execution unit 21 opens the supply valve 34 and the discharge valve 43 and drives the air compressor 32 to circulate compressed air as purge gas from the cathode gas pipe 31 to the fuel cell 10. .
  • the purge process execution unit 21 continues the purge in step S20 until a predetermined time (for example, about several seconds to several tens of seconds) elapses (step S30).
  • the purge process execution unit 21 may also execute the purge on the anode side of the fuel cell 10 at the same time. More specifically, by driving the hydrogen circulation pump 64 in a state where the supply of hydrogen from the hydrogen tank 52 is stopped, the hydrogen remaining in the system and the inert gas are circulated, and the fuel cell. The 10 anode sides may be purged.
  • the purge process execution unit 21 executes a residual water discharge process for discharging water remaining in the fuel cell 10 without being discharged by the purges in steps S20 and S30. Specifically, it is as follows.
  • FIGS. 6A to 6C are schematic diagrams for explaining the residual water discharge process in steps S60 to S60.
  • 6A to 6C schematically show the internal state of the fuel cell 10 in the order of steps when the residual water discharge process is executed.
  • the fuel cell 10 is shown by a schematic diagram similar to FIG. Further, in FIGS. 6A to 6C, the supply valve 34 and the discharge valve 43 are additionally shown.
  • step S40 the fuel cell 10 is sealed while leaving a predetermined pressure inside the fuel cell 10. Specifically, after closing the discharge valve 43 of the cathode exhaust gas pipe 41, the air compressor 32 that has been driven for purging is stopped, and the supply valve 34 of the cathode gas pipe 31 is closed.
  • step S50 the moisture M that has moved to the downstream side of the cathode gas passage 12 while the internal pressure of the fuel cell 10 remains high for a predetermined time moves to the upstream side (downward in the direction of gravity).
  • the standby time in step S50 is preferably a time sufficient for the moisture M to move upstream of the cathode gas flow path 12, and specifically, for example, about several seconds to several minutes. It is good as a thing.
  • step S60 the supply valve 34 of the cathode gas pipe 31 is opened, and the compressed air in the cathode gas passage 12 of the fuel cell 10 is caused to flow out to the cathode gas pipe 31 (FIG. 6C). Due to the flow of air to the cathode gas pipe 31 due to the release of the pressure, the water M staying on the upstream side of the cathode gas passage 12 is supplied at least through the communication passage 14 outside the power generation unit GA. Move to manifold M1. In order to prevent the supply valve 34 from freezing, it is preferable that the moisture M is limited to movement up to the front of the supply valve 34 at the maximum.
  • step S70 the purge processing execution unit 21 stands by with the supply valve 34 open for a predetermined time (for example, about 1 to several seconds) until the residual moisture is discharged to the outside of the power generation unit GA.
  • step S80 the supply valve 34 is closed and the purge process is terminated.
  • the water discharged from the power generation unit GA by the residual water discharge process remains in the supply manifold M1 and the cathode gas pipe 31.
  • the purge since the purge is executed in steps S20 and S30 before the residual water discharge process, the amount of water discharged by the residual water discharge process is the supply manifold M1 or the cathode gas pipe. Not enough to cause 31 blockages.
  • FIG. 7 is a graph obtained by the experiment of the inventors of the present invention, and is a graph showing the amount of water discharged by the residual water discharging process.
  • the inventor of the present invention executes the above-described residual water discharge process after purging the fuel cell 10 after the operation is stopped, and measures the amount of waste water discharged from the power generation unit GA in the residual water discharge process. (Bar graph A).
  • the purging of the previous stage of the residual water discharge process is performed until the purge gas is supplied from the supply manifold M1 in the power generation unit GA so that the purge gas flows in the direction opposite to the direction of gravity, and the discharge of moisture is not detected. went.
  • the internal pressure of the fuel cell 10 was maintained at 200 kPa (abs) and waited for 60 seconds, and then the pressure was released to reduce the internal pressure of the fuel cell 10 to 100 kPa (abs).
  • the inventor of the present invention measured the amount of drainage when the second purge was performed for 60 seconds with the purge gas flow reversed in the purged fuel cell 10 ( Bar graph B). Furthermore, the inventor of the present invention measured the amount of drainage when the discharge valve 43 of the cathode exhaust pipe 41 was opened and the pressure was released upward in the direction of gravity as the residual water discharge treatment (bar graph C). The residual water discharge process of the bar graph C was performed under the same conditions as the residual water discharge process of the bar graph A, except that the discharge valve 43 was opened.
  • the bar graph A it is possible to discharge the moisture of the power generation unit GA that has not been discharged by the first purge to the outside of the power generation unit GA by executing the residual water discharge process once. Further, the amount of drainage indicated by the bar graph A was about half of the amount of drainage (bar graph B) when the purge gas was allowed to flow along the direction of gravity in the power generation unit GA. Was a sufficient amount. Further, the amount of drainage indicated by the bar graph A was more than double the amount of drainage (bar graph C) when the residual moisture was discharged by releasing the pressure in the opposite direction to the gravity direction.
  • the remaining water discharge process with a small energy consumption is performed once together with the purge, thereby generating the power generation unit GA of the fuel cell 10.
  • Moisture remaining in the water is surely moved to the outside. Therefore, it is efficiently suppressed that the startability of the fuel cell 10 is reduced due to such freezing of residual moisture.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the procedure of the purge process according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is substantially the same as FIG. 5 except that step S60A is provided instead of step S60 and step S85 is added.
  • the configuration of the fuel cell system of the second embodiment is the same as that of the fuel cell system 100 of the first embodiment (FIG. 1).
  • step S60A the discharge valve 43 of the cathode exhaust gas pipe 41 is opened (step S60A), and the pressure in the fuel cell 10 is released to the cathode exhaust gas pipe 41. Execute the process of draining upward in the direction of gravity. Then, after this residual water treatment is repeated a predetermined number of times, the purge processing is terminated (step S85).
  • the residual water discharge process even if the discharge valve 43 is opened and the pressure of the fuel cell 10 is released to the cathode exhaust gas pipe 41 on the upper side in the gravity direction, It is possible to drain moisture (bar graph C). However, the amount of drainage in this case is smaller than the amount of drainage (bar graph A) when the supply valve 34 is opened and the pressure of the fuel cell 10 is released to the cathode gas pipe 31 on the lower side in the gravity direction. Therefore, in the fuel cell system of the second embodiment, the residual water inside the fuel cell 10 is reliably reduced by repeatedly executing the residual water discharge process a plurality of times.
  • the retained water inside the fuel cell 10 can be reliably reduced as in the first embodiment. Further, in the case of the fuel cell system of the second embodiment, moisture is discharged to the outlet side of the power generation unit GA by the residual water discharge process. It is discharged from the pipe 41 and is efficient.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of a fuel cell system 100B as a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 shows that the impedance measuring unit 81 is connected to the fuel cell 10, the function as the remaining water amount detecting unit 22, and the function as the freeze prevention process executing unit 23 are added to the control unit 20. Is substantially the same as FIG.
  • the impedance measuring unit 81 detects the resistance of each single cell 11 in the fuel cell 10 after operation stop by the alternating current impedance method, and outputs it to the control unit 20.
  • the residual water amount detection unit 22 uses the measurement result of the impedance measurement unit 81 using the relationship between the resistance of each single cell 11 prepared in advance and the amount of moisture present inside each single cell 11, and The amount of water present inside each single cell 11 is detected.
  • the freeze prevention process execution unit 23 executes a freeze prevention process (described later) for preventing the fuel cell 10 from freezing.
  • FIG. 10 is a flowchart showing the procedure of the purge process executed at the end of the operation of the fuel cell 10 in the fuel cell system 100B of the third embodiment.
  • FIG. 10 is substantially the same as FIG. 5 except that the determination process in step S15 and the freeze prevention process in step S90 are added.
  • step S10 the purge process execution unit 21 performs an outside air temperature determination as a first determination process for determining whether or not the purge of the fuel cell 10 can be performed. Specifically, as described in the first embodiment, based on the current outside air temperature, it is determined whether or not the outside air temperature may reach a freezing point. If it is determined in step S10 that the outside air temperature is higher than the predetermined temperature and the possibility of reaching the freezing point is low, the purge process execution unit 21 performs the purge process without performing the purge on the fuel cell 10. Exit.
  • step S10 When it is determined in step S10 that the outside air temperature is equal to or lower than the predetermined temperature and the possibility of reaching the freezing point is high, the purge process execution unit 21 determines whether or not purge can be performed in step S15. 2 determination processing is executed.
  • step S15 it is determined whether or not purge can be performed based on the amount of water remaining in the fuel cell 10.
  • the purge processing execution unit 21 uses the water amount inside each single cell 11 detected by the residual water amount detection unit 22 to determine whether or not there is a water amount larger than a predetermined amount in each single cell 11, that is, by purging. It is determined whether there is a water amount that can be discharged. Specifically, the purge processing execution unit 21 may determine that the necessity for purging is high, for example, when a water amount of a predetermined amount or more is detected in at least one single cell 11.
  • the purge process execution unit 21 determines in step S15 that the fuel cell 10 has a water amount that can be discharged by the purge, the purge process execution unit 21 performs the purge of the fuel cell 10 in steps S20 and S30. Then, after the purges in steps S20 and S30, the residual water discharge process similar to that described in the first embodiment is performed, and the purge process is terminated (steps S40 to S80).
  • the purge processing execution unit 21 causes the freezing prevention processing execution unit 23 to perform the freezing in step S90 without performing the purge. Start the prevention process.
  • the anti-freezing process in step S90 suppresses the occurrence of freezing that reduces the startability of the fuel cell 10 inside the fuel cell 10 when the outside air temperature reaches a freezing point while the fuel cell 10 is not operating. Process.
  • FIG. 11 is a flowchart showing the processing procedure of the freeze prevention processing.
  • the gas diffusion path is frozen in the power generation unit GA by freezing.
  • this anti-freezing process by performing a residual water discharge process similar to that performed in the purge process, moisture that may block the gas diffusion path in the power generation unit GA is removed from the power generation unit GA. And the occurrence of freezing in the power generation unit GA is suppressed.
  • the freeze prevention processing execution unit 23 periodically detects the outside air temperature with the outside air temperature sensor 80 until the operation of the fuel cell 10 is resumed (steps S100 and S110). Then, when the outside air temperature reaches below freezing point, or when it falls to a temperature about several degrees Celsius higher than freezing point, the processing after step S120 is executed, and when the start request of the fuel cell 10 is detected, The freeze prevention process is terminated.
  • step S120 the freeze prevention processing execution unit 23 starts sealing compressed air into the fuel cell 10. Specifically, the freeze prevention processing execution unit 23 opens the supply valve 34 of the cathode gas pipe 31 and drives the air compressor 32 while the discharge valve 43 of the cathode exhaust gas pipe 41 is closed. When it is detected in step S130 that the internal pressure of the fuel cell 10 has reached a predetermined pressure, the freeze prevention process execution unit 23 executes the remaining water discharge process in steps S140 to S160.
  • step S140 the freeze prevention processing execution unit 23 stops driving the air compressor 32, closes the supply valve 34, and seals the fuel cell 10. In steps S120 to S140, it is desirable to drive the air compressor 32 with energy smaller than the energy used when purging.
  • step S150 the process waits for a predetermined time while maintaining the internal pressure of the fuel cell 10.
  • step S160 the supply valve 34 is opened, the pressure is released to the cathode gas pipe 31, and the moisture in the power generation unit GA is moved to the supply manifold M1.
  • the freeze prevention process execution unit 23 closes the supply valve 34 (steps S170 and S180) when a predetermined time (for example, about several seconds) has elapsed from the release of the pressure in step S160, and ends the freeze prevention process.
  • the purge and the residual water discharge process are executed, and the amount is less than the predetermined amount. If only moisture is present, only residual water discharge processing is performed. Accordingly, it is possible to reliably reduce the amount of water present in the fuel cell 10 after the operation is stopped while suppressing the system efficiency from being lowered due to the useless purging. Can be efficiently suppressed.
  • the fuel cell 10 is arranged with the supply manifold M1 on the cathode side on the lower side in the gravity direction and the discharge manifold M2 on the upper side in the gravity direction.
  • the fuel cell 10 is not limited to this arrangement direction, and may be arranged in another arrangement direction.
  • Modification 2 In the above embodiment, in the purge before the residual water discharge process, the compressed air that is the purge gas is caused to flow in the direction opposite to the direction of gravity in the power generation unit GA. However, in the purge before the residual water discharge process, the purge gas may flow along the direction of gravity in the power generation unit GA. Even in this case, it is possible to move the moisture not discharged by the purge to the outside of the power generation unit GA by executing the residual water discharge process after the purge is executed.
  • step S10 whether or not purge can be performed is determined based on the outside air temperature. However, whether or not purge can be executed may be executed based on other criteria. For example, the determination may be made based on the amount of water remaining in the fuel cell 10 after the operation is stopped, or based on the history of the operating state of the fuel cell 10 such as the amount of power generated during the operation of the fuel cell 10 It is good to do.
  • the purge process execution unit 21 detects the amount of water remaining in the fuel cell 10 based on the measurement value of the impedance measurement unit 10.
  • the purge processing execution unit 21 may detect the amount of water remaining in the fuel cell 10 by another method.
  • the purge processing execution unit 21 may calculate the amount of water inside the fuel cell 10 based on the amount of generated water based on the amount of power generated by the fuel cell 10 and the amount of liquid water discharged from the fuel cell 10. good.
  • the residual water discharge process is performed to open the supply valve 34 and release the pressure to the supply manifold M1.
  • the discharge valve 43 may be opened to release the pressure to the discharge manifold M2.
  • Discharge valve 44 Pressure measurement Reference numeral 50 ... Anode gas supply system 51 ... Anode gas pipe 52 ... Hydrogen tank 53 ... Open / close valve 54 ... Regulator 55 ... Hydrogen supply device 56 ... Pressure measuring part 60 ... Anode gas circulation discharge system 61 ... Anode exhaust gas pipe 62 ... Gas-liquid separation 63: Anode gas circulation pipe 64: Hydrogen circulation pump 65 ... Anode drain pipe 66 ... Drain valve 67 ... Pressure measurement unit 70 ... Refrigerant circulation supply system 71 ... Refrigerant pipe 71a ... Upstream side pipe 71b ... Downstream side pipe 71c ... Bypass pipe 72 ... Radiator 73 ... Three-way valve 75 ...

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

　燃料電池システム１００は、燃料電池１０と、カソードガス供給系３０と、供給バルブ３４と、排出バルブ４３と、制御部２０とを備える。燃料電池１０は、供給用マニホールドＭ１と、排出用マニホールドＭ２と、それらのマニホールドＭ１，Ｍ２に接続された発電部ＧＡと、を有する。カソードガス供給系３０は、供給用マニホールドＭ１にガスを流入させる。供給バルブ３４は、供給用マニホールドＭ１を封止することができ、排出バルブ４３は、排出用マニホールドＭ２を封止することができる。制御部２０は、燃料電池１０の運転停止後に、供給バルブ３４および排出バルブ４３を閉じて、所定の圧力を有する状態で燃料電池１０を封止し、所定の時間待機する。そして、供給バルブ３４を開き、そのときのガスの流れによって、発電部ＧＡに残留している水分を、発電部ＧＡの外部へと移動させる。

Description

燃料電池システムおよびその制御方法
　この発明は、燃料電池に関する。
　固体高分子形燃料電池（以下、単に「燃料電池」とも呼ぶ）は、電解質膜におけるプロトンの移動を利用して発電を行う。電解質膜は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示すため、燃料電池の運転中には、電解質膜が適切な湿潤状態となるように、燃料電池内部が湿潤状態に保持されることが好ましい。
　これに対し、燃料電池の運転停止後には、燃料電池の内部やその接続配管に存在する水分は、氷点下などの低温環境下において凍結して、燃料電池の起動性を低下させる原因となる可能性がある。そこで、従来では、燃料電池の運転終了時に、燃料電池内部やその接続配管を掃気（「パージ」とも呼ぶ）することにより、それらに残留する水分量を低減させていた（下記特許文献１等）。
　しかし、従来のパージの方法では、燃料電池内部（特に、発電部に配置されたガス流路）における水分を十分に排出することができない場合があった。また、運転停止後のパージはシステム効率の低下の原因となるため、その実行は最小限度に抑制されることが要求されてきた。
特開２００７－０７３３２８号公報 特開２００８－０１０３４８号公報 特開２００８－０７８１１１号公報 特開２００６－１９０６１６号公報
　本発明は、従来とは異なる方法により、運転終了後の燃料電池における発電部や、その発電部に配置されたガス流路に残留する水分量を、効率的に低減させることができる技術を提供することを目的とする。
　本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
　燃料電池システムであって、供給ガスマニホールドと、排出ガスマニホールドと、前記供給ガスマニホールドと前記排出ガスマニホールドとに接続されたガス流路が配置された発電部と、を有する燃料電池と、前記供給ガスマニホールドにガスを流入させるガス供給部と、前記供給ガスマニホールドを封止可能な供給バルブと、前記排出ガスマニホールドを封止可能な排出バルブと、前記燃料電池の運転停止後に、前記供給バルブおよび前記排出バルブを閉じ、前記ガス供給部からのガスを前記燃料電池内に所定の圧力で封止して、所定の時間待機した後に、前記供給バルブまたは前記排出バルブを開き、前記発電部の前記ガス流路に残留している水分を、前記供給ガスマニホールドまたは前記排出ガスマニホールドへと移動させる、残留水分排出処理を実行する制御部と、を備える、燃料電池システム。
　この燃料電池システムによれば、発電部のガス流路に滞留している水分を、燃料電池からの圧力放出を利用して、その外部へと移動させることができる。従って、燃料電池の発電部のガス流路における残留水分を、簡易な方法で、効率的に低減することができ、低温環境下における残留水分の凍結による燃料電池の起動性の低下を抑制できる。
［適用例２］
　適用例１記載の燃料電池システムであって、前記燃料電池は、前記ガス流路の上流側が重力方向下側となり、前記ガス流路の下流側が重力方向上側となるように、前記供給ガスマニホールドを重力方向下側とし、前記排出ガスマニホールドを重力方向上側として配置されており、前記残留水分排出処理は、前記供給バルブを開き、前記発電部の前記ガス流路に残留している水分を、前記供給ガスマニホールドに移動させる処理である、燃料電池システム。
　この燃料電池システムによれば、残留水分排出処理において、水分に対する重力の作用を利用して、水分を、発電部のガス流路から外部へと、より確実に移動させることができる。
［適用例３］
　適用例１または２記載の燃料電池システムであって、前記制御部は、前記燃料電池の運転停止後に、前記ガス供給部からのガスによって、前記燃料電池内部を掃気する掃気処理を実行し、前記掃気処理を実行した後に、前記残留水分排出処理を実行する、燃料電池システム。
　この燃料電池システムであれば、掃気処理によって排出しきれなかった発電部のガス流路に残留する水分を、残留水分排出処理によって、外部へと移動させることができ、発電部のガス経路が水分の凍結により閉塞されてしまうことを抑制できる。
［適用例４］
　適用例３記載の燃料電池システムであって、さらに、運転停止時に前記燃料電池内部に残留している水分量を検出する水分量検出部を備え、前記制御部は、前記水分量に応じて、（ｉ）前記掃気処理と、前記残留水分排出処理の両方を実行するか、または、（ｉｉ）前記掃気処理を実行することなく前記残留水分排出処理を実行するか、を決定する、燃料電池システム。
　この燃料電池システムによれば、燃料電池内部に残留している水分量に応じて、適切な処理が選択されるため、無駄に掃気処理が実行されることが抑制され、システム効率が向上する。
［適用例５］
　適用例１から４のいずれかに記載の燃料電池システムであって、前記制御部は、前記残留水分排出処理を複数回繰り返して実行する、燃料電池システム。
　この燃料電池システムであれば、発電部のガス流路に残留している水分を、残留水分排出処理によって、より確実に低減させることができる。
［適用例６］
　供給ガスマニホールドと、排出ガスマニホールドと、前記供給ガスマニホールドと前記排出ガスマニホールドとに接続されたガス流路が配置された発電部と、を有する燃料電池を備える、燃料電池システムの制御方法であって、
（ａ）前記燃料電池の運転停止後に、前記供給ガスマニホールドと前記排出ガスマニホールドとを封止し、前記燃料電池内を所定の圧力に保持して、所定の時間待機する工程と、
（ｂ）前記供給ガスマニホールドまたは前記排出ガスマニホールドを開放し、前記発電部の前記ガス流路に残留している水分を、前記供給ガスマニホールドまたは前記排出ガスマニホールドへと移動させる工程と、
を備える、制御方法。
　この燃料電池システムの制御方法であれば、エネルギー消費量の比較的少ない方法によって、燃料電池の発電部のガス流路に残留している水分を、確実に低減させることができる。
　なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムおよびその燃料電池システムを搭載した車両、それらのシステムや車両で実行される燃料電池の掃気方法、それらのシステムや車両の制御方法、制御装置、それらの掃気方法や、制御方法、制御装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。
燃料電池システムの構成を示す概略図。 燃料電池における反応ガスの流れと水分の移動とを説明するための概略図。 運転停止後の燃料電池においてパージを実行したときのカソードガス流路における圧力損失の時間変化を示す説明図。 供給用マニホールドからパージガスを流したときの燃料電池の内部の様子を模式的に示した概略図。 燃料電池の運転終了後に実行されるパージ処理の処理手順を示す説明図。 パージ処理において実行される残水排出処理を説明するための模式図。 残水排出処理による水分の排出量を示す説明図。 第２実施例のパージ処理の処理手順を示す説明図。 第３実施例の燃料電池システムの構成を示す概略図。 第２実施例のパージ処理の処理手順を示す説明図。 凍結防止処理の処理手順を示す説明図。
A．第１実施例：
　図１は本発明の一実施例としての燃料電池システムの構成を示す概略図である。この燃料電池システム１００は、燃料電池車両に搭載され、運転者からの要求に応じて、駆動力として用いられる電力を出力する。燃料電池システム１００は、燃料電池１０と、制御部２０と、カソードガス供給系３０と、カソードガス排出系４０と、アノードガス供給系５０と、アノードガス循環排出系６０と、冷媒循環供給系７０とを備える。
　燃料電池１０は、反応ガスとして水素（アノードガス）と空気（カソードガス）の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池１０は、発電体である複数の単セル１１が積層されたスタック構造を有する。燃料電池１０は、各単セル１１に接続された、燃料電池１０の積層方向に沿った流路である、反応ガスや冷媒のためのマニホールド（図示せず）を有する。燃料電池１０の構成については後述する。
　制御部２０は、中央処理装置と主記憶装置とを備えるマイクロコンピュータによって構成することができる。制御部２０は、以下に説明する各構成部を制御して、燃料電池１０に出力要求に応じた電力を発電させる発電制御部としての機能を備える。また、制御部２０は、パージ処理実行部２１としての機能を備える。
　パージ処理実行部２１は、燃料電池１０の運転停止後に、燃料電池システム１００の各構成部を制御して、燃料電池１０に残留する水分や、燃料電池システム１００の配管・バルブ等に付着している水分を低減させるための掃気処理（パージ処理）を実行する。パージ処理実行部２１によるパージ処理の実行手順については後述する。
　カソードガス供給系３０は、カソードガス配管３１と、エアコンプレッサ３２と、エアフロメータ３３と、供給バルブ３４とを備える。カソードガス配管３１は、燃料電池１０のカソード側の供給用マニホールドに接続された配管である。エアコンプレッサ３２は、カソードガス配管３１を介して燃料電池１０のカソード側の供給用マニホールドと接続されており、外気を取り込んで圧縮した空気を、カソードガスとして燃料電池１０に供給する。
　エアフロメータ３３は、エアコンプレッサ３２の上流側において、エアコンプレッサ３２が取り込む外気の量を計測し、制御部２０に送信する。制御部２０は、この計測値に基づいて、エアコンプレッサ３２を駆動することにより、燃料電池１０に対する空気の供給量を制御する。
　供給バルブ３４は、エアコンプレッサ３２と燃料電池１０との間に設けられている。供給バルブ３４は、制御部２０の指令に応じて開閉し、燃料電池１０への空気の流れを制御する。なお、カソードガス供給系３０には、燃料電池１０に供給される空気を加湿するための加湿部が設けられるものとしても良い。
　カソードガス排出系４０は、カソード排ガス配管４１と、排出バルブ４３と、圧力計測部４４とを備える。カソード排ガス配管４１は、燃料電池１０のカソード側の排出用マニホールドに接続された配管であり、カソード排ガスを燃料電池システム１００の外部へと排出することができる。
　排出バルブ４３は、カソード排ガス配管４１におけるカソード排ガスの圧力（燃料電池１０のカソード側の背圧）を調整するための調圧弁である。排出バルブ４３は、制御部２０によって、その開度が調整される。圧力計測部４４は、排出バルブ４３の上流側に設けられており、カソード排ガスの圧力を計測し、その計測値を制御部２０に送信する。
　アノードガス供給系５０は、アノードガス配管５１と、水素タンク５２と、開閉弁５３と、レギュレータ５４と、水素供給装置５５と、圧力計測部５６と、を備える。水素タンク５２は、アノードガス配管５１を介して燃料電池１０のアノード側の供給用マニホールドと接続されている。これにより、水素タンク５２に充填された水素が、アノードガスとして燃料電池１０に供給される。
　開閉弁５３と、レギュレータ５４と、水素供給装置５５と、圧力計測部５６とは、アノードガス配管５１に、この順序で、上流側（水素タンク５２側）から設けられている。開閉弁５３は、制御部２０からの指令により開閉し、水素タンク５２から水素供給装置５５の上流側への水素の流入を制御する。レギュレータ５４は、水素供給装置５５の上流側における水素の圧力を調整するための減圧弁であり、その開度が制御部２０によって制御される。
　水素供給装置５５は、例えば、電磁駆動式の開閉弁であるインジェクタによって構成することができる。圧力計測部５６は、水素供給装置５５の下流側の水素の圧力を計測し、制御部２０に送信する。制御部２０は、圧力計測部５６の計測値に基づき、水素供給装置５５を制御することによって、燃料電池１０に供給される水素量を制御する。
　アノードガス循環排出系６０は、アノード排ガス配管６１と、気液分離部６２と、アノードガス循環配管６３と、水素循環用ポンプ６４と、アノード排水配管６５と、排水弁６６と、圧力計測部６７と、を備える。アノード排ガス配管６１は、燃料電池１０のアノード側の排出用マニホールドと気液分離部６２とを接続する配管であり、発電反応に用いられることのなかった未反応ガス（水素や窒素など）を含むアノード排ガスを気液分離部６２へと誘導する。
　気液分離部６２は、アノードガス循環配管６３と、アノード排水配管６５とに接続されている。気液分離部６２は、アノード排ガスに含まれる気体成分と水分とを分離し、気体成分については、アノードガス循環配管６３へと誘導し、水分についてはアノード排水配管６５へと誘導する。
　アノードガス循環配管６３は、アノードガス配管５１の水素供給装置５５より下流に接続されている。アノードガス循環配管６３には、水素循環用ポンプ６４が設けられており、この水素循環用ポンプ６４によって、気液分離部６２において分離された気体成分に含まれる水素は、アノードガス配管５１へと送り出される。このように、この燃料電池システム１００では、燃料電池１０の運転中には、アノード排ガスに含まれる水素を循環させて、再び燃料電池１０に供給することにより、水素の利用効率を向上させている。
　アノード排水配管６５は、気液分離部６２において分離された水分を燃料電池システム１００の外部へと排出するための配管である。排水弁６６は、アノード排水配管６５に設けられており、制御部２０からの指令に応じて開閉する。制御部２０は、燃料電池システム１００の運転中には、通常、排水弁６６を閉じておき、予め設定された所定の排水タイミングや、アノード排ガス中の不活性ガスの排出タイミングで排水弁６６を開く。
　アノードガス循環排出系６０の圧力計測部６７は、アノード排ガス配管６１に設けられている。圧力計測部６７は、燃料電池１０の水素マニホールドの出口近傍において、アノード排ガスの圧力（燃料電池１０のアノード側の背圧）を計測し、制御部２０の送信する。
　冷媒循環供給系７０は、冷媒用配管７１と、ラジエータ７２と、三方弁７３と、冷媒循環用ポンプ７５と、第１と第２の冷媒温度計測部７６ａ，７６ｂとを備える。冷媒用配管７１は、燃料電池１０を冷却するための冷媒を循環させるための配管であり、上流側配管７１ａと、下流側配管７１ｂと、バイパス配管７１ｃとで構成される。
　上流側配管７１ａは、燃料電池１０に設けられた冷媒用の出口マニホールドとラジエータ７２の入口とを接続する。下流側配管７１ｂは、燃料電池１０に設けられた冷媒用の入口マニホールドとラジエータ７２の出口とを接続する。バイパス配管７１ｃは、一端が、三方弁７３を介して上流側配管７１ａと接続され、他端が、下流側配管７１ｂに接続されている。制御部２０は、三方弁７３の開閉を制御することにより、バイパス配管７１ｃへの冷媒の流入量を調整して、ラジエータ７２への冷媒の流入量を制御する。
　ラジエータ７２は、冷媒用配管７１に設けられており、冷媒用配管７１を流れる冷媒と外気との間で熱交換させることにより、冷媒を冷却する。冷媒循環用ポンプ７５は、下流側配管７１ｂにおいて、バイパス配管７１ｃの接続箇所より下流側（燃料電池１０の冷媒入口側）に設けられており、制御部２０の指令に基づき駆動する。
　第１と第２の冷媒温度計測部７６ａ，７６ｂはそれぞれ、上流側配管７１ａと、下流側配管７１ｂとに設けられており、それぞれの計測値を制御部２０へと送信する。制御部２０は、各冷媒温度計測部７６ａ，７６ｂのそれぞれの計測値の差から燃料電池１０の運転温度を検出し、その運転温度に基づき、冷媒循環用ポンプ７５の回転数を制御して、燃料電池１０の運転温度を調整する。
　燃料電池システム１００は、さらに、燃料電池車両外部の気温（外気温）を計測可能な外気温センサ８０を備える。外気温センサ８０は、検出結果を制御部２０に送信する。なお、パージ処理実行部２１は、外気温センサ８０の検出温度を、パージ処理の実行可否の判定に用いる（後述）。
　また、燃料電池システム１００は、図示や詳細な説明は省略するが、二次電池と、ＤＣ／ＤＣコンバータとを備える。二次電池は、燃料電池１０が出力する電力や回生電力を蓄電し、燃料電池１０とともに電力源として機能する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、二次電池の充放電や燃料電池１０の出力電圧を制御することができる。なお、上述した燃料電池システム１００の各構成部は、二次電池の電力を用いることにより、燃料電池１０の運転停止後においても駆動することが可能である。
　図２は、燃料電池システム１００が備える燃料電池１０の構成を説明するための概略図である。図２では、便宜上、燃料電池１０の任意の一つの単セル１１のみを図示してあり、他の単セル１１の図示は省略してある。また、図２には、燃料電池１０に接続された各ガス配管３１，４１，５１，６１を図示してある。さらに、図２には、燃料電池１０が燃料電池車両に搭載されたときの重力方向を示す矢印Ｇと、発電中の単セル１１におけるガスの流れを示す破線の矢印と、水分の移動経路を示す実線矢印と、を図示してある。
　燃料電池１０の単セル１１は、電解質膜１の両面に第１と第２の電極２，３が配置された膜電極接合体５を備える。電解質膜１は、例えば、フッ素系のイオン交換樹脂によって構成することができ、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す。第１と第２の電極２，３は、白金などの触媒が担持された導電性粒子と、電解質膜１と同種または類似の電解質とを混合して分散させた溶液である触媒インクの塗布膜として形成することができる。
　膜電極接合体５の両側にはそれぞれ、導電性を有する板状基材であるセパレータ（図示せず）が配置される。膜電極接合体５の第１と第２の電極２，３とセパレータとの間には、反応ガスが流通する第１と第２のガス流路１２，１３が形成される。具体的に、第１と第２のガス流路１２，１３は、セパレータ表面に形成された流路溝や、セパレータと電極２，３との間に配置されたエキスパンドメタルなどの流路部材、電極２，３の表面に配置されたカーボン繊維などの多孔質部材によって構成されるものとしても良い。
　ここで、燃料電池１０は、各発電体１１に反応ガスを供給するための供給用マニホールドＭ１，Ｍ３と、各単セル１１の排ガスを排出するための排出用マニホールドＭ２，Ｍ４とを有している。供給用マニホールドＭ１，Ｍ３と、排出用マニホールドＭ２，Ｍ４とは、各単セル１１において、膜電極接合体５が配置された領域を挟んで対向するように配置され、それぞれが連通路１４を介して、第１と第２のガス流路１２，１３の入口または出口に接続されている。具体的には、以下のとおりである。
　供給用マニホールドＭ１は、第１のガス流路１２の入口に接続されるとともに、カソードガス配管３１に接続されている。排出用マニホールドＭ２は、第１のガス流路１２の出口に接続されるとともに、カソード排ガス配管４１に接続されている。供給用マニホールドＭ３は、第２のガス流路１３の入口に接続されるとともに、アノードガス配管５１に接続されている。排出用マニホールドＭ４は、第２のガス流路１３の出口に接続されるとともに、アノード排ガス配管６１に接続されている。
　以後、本明細書では、第１の電極２を「カソード２」とも呼び、第１のガス流路１２を「カソードガス流路１２」とも呼ぶ。また、第２の電極３を「アノード３」とも呼び、第２のガス流路１３を「アノードガス流路１３」とも呼ぶ。さらに、各単セル１１において、膜電極接合体５が配置され、供給用マニホールドＭ１，Ｍ３と、排出用マニホールドＭ２，Ｍ４とに挟まれた、第１と第２のガス流路１２，１３を含む領域を「発電部ＧＡ」と呼ぶ。
　ここで、燃料電池１０では、カソード２用の供給用マニホールドＭ１および排出用マニホールドＭ２の配列と、アノード３用の供給用マニホールドＭ３および排出用マニホールドＭ４の配列とが逆になるように構成されている。そして、燃料電池システム１００では、燃料電池１０は、供給用マニホールドＭ１が接続される発電部ＧＡのカソード２側の入口が重力方向下側となり、排出用マニホールドＭ２が接続される発電部ＧＡのカソード２側の出口が重力方向上側となるように配置される。
　このような構成によって、各単セル１１の発電部ＧＡでは、カソード２側において空気が重力方向とは反対の方向に流れるとともに、アノード３側において、水素が、それに対向するように、重力方向に沿って流れる（破線矢印）。また、カソード２で生じた生成水分は、以下のように移動する。
　カソード２で生じた水分は、カソードガス流路１２における空気の流れによって、供給用マニホールドＭ１側（上流側）から排出用マニホールドＭ２側（下流側）へと移動する。そのため、カソード２側では、カソードガス流路１２の上流側より下流側の方が、水分量が多くなる。ただし、カソードガス流路１２の入口側が重力方向下側に配置されているため、カソードガス流路１２の下流側への水分移動が重力によって抑制される分だけ、カソードガス流路１２の上流側が過度に乾燥しすぎてしまうことが抑制される。
　また、カソード２で生じた水分は、電解質膜１を介してアノード３側へと移動する。特に、カソード２側ではカソードガス流路１２の下流側の水分量が多いため、カソード２側からアノード３側へと移動する水分量は、アノードガス流路１３の上流側ほど多くなる。これに対して、カソードガス流路１２の上流側では、水分量が少なくなる傾向にあるため、アノードガス流路１３の下流側では、逆に、アノード３側からカソード２側へと移動する水分量が多くなる。
　このように、燃料電池１０の運転中には、カソード２側とアノード３側とで、それぞれのガス流路１２，１３の下流側の水分量が多くなる水分量の勾配が形成され、発電領域ＧＡの全体にわたる水分の循環経路が形成される。従って、燃料電池１０の運転中における膜電極接合体５の湿潤状態が良好に保持される。
　ところで、燃料電池１０の運転終了後には、燃料電池１０の内部や、その接続されたガス配管３１，４１，５１，６１の内部に多量の水分が残留してしまう場合がある。氷点下などの低温環境下では、そうした残留水分が凍結し、燃料電池１０の内部やガス配管３１，４１，５１，６１における反応ガスの流路の閉塞を引き起こし、燃料電池１０の起動性を低下させる原因となる。
　そのため、燃料電池１０の運転終了後には、そうした残留水分を除去・低減するための掃気（パージ）が実行されることが望ましい。なお、本明細書において、「燃料電池１０の運転終了後」とは、運転者が、車両の運転を停止させた後の状態（いわゆるイグニションオフの状態）を意味しており、燃料電池１０が運転者からの要求に応じた電力の出力を停止している状態を意味する。
　しかし、本発明の発明者は、燃料電池１０に対して、十分な時間のパージを実行した場合でも、燃料電池１０の内部には排出しきれない水分が残留してしまうことを見出した。そして、そうした残留水分の凍結が、氷点下における燃料電池１０の起動性を低下させる原因になる可能性があることを見出した。
　図３は、本発明の発明者の実験により得られたグラフであり、運転停止後の燃料電池１０において、パージを実行したときのカソードガス流路１２における圧力損失の時間変化を示すグラフである。本発明の発明者は、燃料電池１０に発電させた後、その燃料電池１０のカソード側のパージを、間隔をあけて２回実行し、カソードガス流路１２の圧力損失の時間変化を計測した。
　なお、この実験においても、燃料電池１０は、カソード側の供給用マニホールドＭ１が重力方向下側となり、排出用マニホールドＭ２が重力方向上側となるように配置した。また、この実験では、パージの実行前後における燃料電池１０の重量変化を計測することにより、燃料電池１０からの水分の排出を確認した。
　実線グラフＧ1は、供給用マニホールドＭ１からパージガスを供給したとき（即ち、発電部ＧＡにおいて、パージガスを重力方向とは逆の方向に流したとき）の圧力損失の時間変化を示している。また、破線グラフＧ2は、排出用マニホールドＭ２からパージガスを供給したとき（即ち、発電部ＧＡにおいて、パージガスを重力方向に沿って流したとき）の圧力損失の時間変化を示している。実験では、時刻ｔ0において、パージを開始し、時刻ｔ1において、一旦、パージを停止した。そして、時刻ｔ2においてパージを再開した。
　１回目のパージを開始したときには、いずれのグラフにおいても、圧力損失は、初期の段階で一時的にピーク値Ｐ1まで増大し、その後、急激に低下して、ある値Ｐｃに収束した。この１回目のパージにおける、ピーク値Ｐ1の一時的な圧力損失の増大は、カソード側の水分がパージガスによって一時に押し出されたことにより生じたものである。また、その後の圧力損失の収束値Ｐｃへの収束は、パー比ガスの流れを阻害するような水分がほとんど排出されたことを示している。
　実線グラフＧ1の示す圧力損失は、２回目のパージを開始したときには、初期の段階で、１回目のピーク値Ｐ1よりも小さいピーク値Ｐ2（Ｐ2＜Ｐ1）まで一時的に増大した後に、再び収束値Ｐｃに収束した。ただし、２回目のパージのときには、１回目のパージのときのような、燃料電池１０の外部への水分の排出は検出されることはなかった。
　なお、２回目のパージの実行後にも、複数回のパージを繰り返したところ、燃料電池１０からの水分の排出は確認されず、２回目のパージと同様なピーク値Ｐ2を示す圧力損失の一時的増大が観測された。一方、破線グラフＧ2の示す圧力損失は、２回目のパージを実行した場合でも、一時的な増大を示すことなく、再び収束値Ｐｃに収束した。
　以上のように、燃料電池１０の発電部ＧＡにおいて、パージガスを重力方向と反対の方向に流したときには、重力方向に沿って流したときとは異なり、２回目のパージにおいて圧力損失の一時的な増大が生じた。この２回目のパージにおける圧力損失の一時的な増大は、燃料電池１０の内部における、以下のような水分移動が原因となって生じたものである。
　図４（Ａ），（Ｂ）は、供給用マニホールドＭ１からパージガスを流したときの燃料電池１０の内部の様子を模式的に示した概略図である。図４（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、図２と同様な燃料電池１０の模式図に、水分Ｍの移動の様子を追加して示してある。図４（Ａ）は、１回目のパージを完了した直後の燃料電池１０の内部状態を示しており、図４（Ｂ）は、２回目のパージ実行を開始時の燃料電池１０の内部の状態を示している。
　運転停止後の燃料電池１０に、供給用マニホールドＭ１からパージガスを流した場合には、燃料電池１０の外部にある程度の量の水分が排出された後、発電部ＧＡの下流側（重力方向上側）には排出されないまま滞留してしまう水分Ｍが生じる（図４（Ａ））。その後、２回目のパージを開始するときには、発電部ＧＡの下流側に滞留していた水分Ｍは、重力によって上流側へと移動してきており、カソードガス流路１２の入口側の圧力損失が高い状態となる（図４（Ｂ））。
　そのため、２回目のパージ実行時には、図３の実線グラフＧ1が示すような、圧力損失の一時的な増大が発生する。そして、この２回目のパージでは、その上流側に滞留していた水分Ｍは、再び下流側へと押し戻され、図４（Ａ）の状態に戻る。このように、重力方向とは逆のパージを繰り返した場合には、重力の作用により、水分Ｍを発電部ＧＡの内部で移動させることはできても、外部へと移動させることは困難である。
　なお、パージガスを、排出用マニホールドＭ２から流入させ、発電部ＧＡにおいて、重力方向に沿ってパージガスを流した場合には、図４（Ａ）のような重力の作用による水分Ｍの滞留が生じない。そのため、図３の破線グラフＧ2が示すように、２回目のパージにおける一時的な圧力損失は生じない。
　本実施例の燃料電池システム１００において、カソードガスをパージガスとして、運転停止後の燃料電池１０の掃気を実行した場合には、図４（Ｂ）のように、発電部ＧＡの上流側に水分が滞留してしまう可能性がある。この水分が凍結すると、空気の流れが阻害されるため、燃料電池１０の起動が困難となる可能性がある。そこで、本実施例の燃料電池システム１００では、燃料電池１０の運転終了後に、パージ処理実行部２１が、以下に説明するパージ処理を実行することにより、そうした残留水分を、比較的少ないエネルギー消費量で、確実に低減する。
　図５は、燃料電池１０の運転終了後に実行されるパージ処理の処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ１０では、パージ処理実行部２１は、パージの必要性があるか否かを判定するための外気温判定を実行する。具体的には、パージ処理実行部２１は、外気温センサ８０によって検出された外気温が、所定の温度（例えば１０℃）以下のときに、外気温が氷点下に到達し、燃料電池１０内の水分が凍結する可能性があるものとして、パージが必要であると判定する。
　パージ処理実行部２１は、ステップＳ１０において、外気温が高く、パージの必要性が低いと判定した場合には、パージを開始することなく、このパージ処理を終了する。これによって、外気温が高く、燃料電池１０の内部における凍結の可能性が低いときに、無駄にパージが実行されることが抑制されるため、システム効率の低下が抑制される。
　パージ処理実行部２１は、ステップＳ１０において、パージの必要性が高いと判定した場合には、ステップＳ２０において、燃料電池１０のカソード側の流路のパージを開始する。具体的には、パージ処理実行部２１は、供給バルブ３４と排出バルブ４３とを開くとともに、エアコンプレッサ３２を駆動させて、パージガスとしての圧縮空気を、カソードガス配管３１から燃料電池１０に流通させる。
　パージ処理実行部２１は、所定の時間（例えば、数秒～数十秒程度）が経過するまで、ステップＳ２０のパージを継続する（ステップＳ３０）。なお、ステップＳ２０，Ｓ３０では、パージ処理実行部２１は、燃料電池１０のアノード側のパージも同時に実行するものとしても良い。具体的には、水素タンク５２からの水素の供給を停止した状態で、水素循環用ポンプ６４を駆動することにより、システム内に残留している水素と不活性ガスとを循環させて、燃料電池１０のアノード側をパージするものとしても良い。
　ステップＳ４０～Ｓ６０では、パージ処理実行部２１は、ステップＳ２０，Ｓ３０のパージによっても排出されずに、燃料電池１０内部に残留している水分を排出するための残水排出処理を実行する。具体的には、以下の通りである。
　図６（Ａ）～（Ｃ）は、ステップＳ６０～Ｓ６０の残水排出処理を説明するための模式図である。図６（Ａ）～（Ｃ）には、残水排出処理の実行時における燃料電池１０の内部状態を模式図を工程順に図示してある。なお、図６（Ａ）～（Ｃ）にはそれぞれ、燃料電池１０を、図２と同様な模式図により示してある。また、図６（Ａ）～（Ｃ）では、供給バルブ３４および排出バルブ４３の図示を追加してある。
　ステップＳ２０，３０の直後の燃料電池１０では、図４（Ａ）で説明したように、燃料電池１０の内部では、カソードガス流路１２の下流側（重力方向上側）に、水分Ｍが滞留している状態である（図６（Ａ））。ステップＳ４０では、燃料電池１０の内部に所定の圧力を残しつつ、燃料電池１０を封止する。具体的には、カソード排ガス配管４１の排出バルブ４３を閉じた後に、パージのために駆動していたエアコンプレッサ３２を停止させ、カソードガス配管３１の供給バルブ３４を閉じる。
　ステップＳ５０では、所定の時間だけ、燃料電池１０の内圧が高い状態のまま、カソードガス流路１２の下流側に移動していた水分Ｍが、上流側（重力方向下側）に移動してくるのを待機する（図６（Ｂ））。なお、このステップＳ５０における待機時間としては、水分Ｍがカソードガス流路１２の上流側に移動するのに十分な時間であることが好ましく、具体的には、例えば、数秒～数分程度であるものとしても良い。
　ステップＳ６０では、カソードガス配管３１の供給バルブ３４を開き、燃料電池１０のカソードガス流路１２内の圧縮空気をカソードガス配管３１へと流出させる（図６（Ｃ））。この圧力の開放に伴うカソードガス配管３１への空気の流れによって、カソードガス流路１２の上流側に滞留していた水分Ｍを、発電部ＧＡの外部の連通路１４を通過させて、少なくとも供給用マニホールドＭ１まで移動させる。なお、供給バルブ３４の凍結を防止するため、水分Ｍは、最大でも供給バルブ３４の手前までの移動に制限することが好ましい。
　パージ処理実行部２１は、ステップＳ７０において、残留水分が発電部ＧＡの外部に排出されるまで、所定の時間（例えば、１～数秒程度）だけ、供給バルブ３４を開いたまま待機する。そして、ステップＳ８０において、供給バルブ３４を閉じて、パージ処理を終了する。
　なお、このパージ処理の実行後においては、残水排出処理によって発電部ＧＡから排出された水分が、供給用マニホールドＭ１やカソードガス配管３１に残留したままである。しかし、本実施例では、残水排出処理の前には、ステップＳ２０，Ｓ３０において、パージが実行されているため、残水排出処理によって排出される水分量は、供給用マニホールドＭ１やカソードガス配管３１の閉塞を引き起こすほどの量ではない。
　図７は、本発明の発明者の実験により得られたグラフであり、残水排出処理による水分の排出量を示すグラフである。本発明の発明者は、運転停止後の燃料電池１０に対してパージを実行した後に、上述した残水排出処理を実行し、その残水排出処理において、発電部ＧＡから排出された排水量を計測した（棒グラフＡ）。
　なお、残水排出処理の前段のパージは、発電部ＧＡにおいてパージガスが重力方向とは逆の方向へと流れるように、供給用マニホールドＭ１からパージガスを供給し、水分の排出が検出されなくなる程度まで行った。そして、残水排出処理では、燃料電池１０の内圧を２００ｋＰａ（ａｂｓ）に保持して６０秒待機した後、圧力を開放して、燃料電池１０の内圧を１００ｋＰａ（ａｂｓ）まで低下とした。
　また、本発明の発明者は、比較例として、上記のパージ後の燃料電池１０に対して、パージガスの流れを逆にして、二度目のパージを、６０秒実行したときの排水量を計測した（棒グラフＢ）。さらに、本発明の発明者は、残水排出処理として、カソード排ガス配管４１の排出バルブ４３を開き、重力方向上側へと圧力を開放したときの排水量を計測した（棒グラフＣ）。なお、この棒グラフＣの残水排出処理は、排出バルブ４３を開いた点以外は、棒グラフＡの残水排出処理と同様な条件で行った。
　棒グラフＡが示すように、１回目のパージで排出されなかった発電部ＧＡの水分を、残水排出処理を１回実行することにより、発電部ＧＡの外部へと排出させることが可能である。また、その棒グラフＡが示す排水量は、発電部ＧＡにおいて重力方向に沿ってパージガスを流したときの排水量（棒グラフＢ）の半分程度ではあったが、カソードガス流路１２の閉塞を抑制するのには十分な量であった。さらに、棒グラフＡが示す排水量は、重力方向とは逆に圧力を開放して残留水分を排出させたときの排水量（棒グラフＣ）の倍以上の量が排出された。
　以上のように、本実施例の燃料電池システム１００では、燃料電池１０の運転終了後に、パージとともに、エネルギー消費量の小さい残水排出処理を１回実行することにより、燃料電池１０の発電部ＧＡに残留していた水分を、外部へと確実に移動させる。従って、そうした残留水分の凍結により燃料電池１０の起動性が低下してしまうことが、効率的に抑制される。
B．第２実施例：
　図８は本発明の第２実施例としてのパージ処理の処理手順を示すフローチャートである。図８はステップＳ６０に換えて、ステップＳ６０Ａが設けられている点と、ステップＳ８５が追加されている点以外は、図５とほぼ同じである。なお、第２実施例の燃料電池システムの構成は、第１実施例の燃料電池システム１００と同様である（図１）。
　第２実施例の燃料電池システムでは、パージ後の残水排出処理として、カソード排ガス配管４１の排出バルブ４３を開き（ステップＳ６０Ａ）、カソード排ガス配管４１へと燃料電池１０内の圧力を開放して、重力方向上側へと排水する処理を実行する。そして、この残水処理を所定の回数だけ繰り返した後に、パージ処理を終了する（ステップＳ８５）。
　図７で説明したように、残水排出処理として、排出バルブ４３を開いて、重力方向上側のカソード排ガス配管４１へと燃料電池１０の圧力を開放した場合であっても、発電部ＧＡから残留水分を排出することが可能である（棒グラフＣ）。ただし、この場合の排水量は、供給バルブ３４を開いて、重力方向下側のカソードガス配管３１へと燃料電池１０の圧力を開放した場合の排水量（棒グラフＡ）よりも少ない。そこで、第２実施例の燃料電池システムでは、残水排出処理を複数回繰り返して実行することにより、燃料電池１０の内部の滞留水分を確実に低減する。
　以上のように、第２実施例の燃料電池システムであれば、第１実施例と同様に、燃料電池１０の内部の滞留水分を確実に低減させることができる。また、第２実施例の燃料電池システムの場合には、残水排出処理によって、発電部ＧＡの出口側へと水分が排出されるため、燃料電池１０の再起同時に、その水分が、そのままカソード排ガス配管４１から排出され、効率的である。
C．第３実施例：
　図９は、本発明の第３実施例としての燃料電池システム１００Ｂの構成を示す概略図である。図９は、燃料電池１０にインピーダンス計測部８１が接続されている点と、制御部２０に残水量検出部２２としての機能と、凍結防止処理実行部２３としての機能が追加されている点以外は、図１とほぼ同じである。
　インピーダンス計測部８１は、交流インピーダンス法によって、運転停止後の燃料電池１０における各単セル１１の抵抗を検出し、制御部２０に出力する。残水量検出部２２は、予め準備された各単セル１１の抵抗と各単セル１１内部に存在する水分量との関係と、を用いて、インピーダンス計測部８１の計測結果と、を用いて、各単セル１１の内部に存在する水分量を検出する。凍結防止処理実行部２３は、燃料電池１０の凍結を防止するための凍結防止処理（後述）を実行する。
　図１０は、第３実施例の燃料電池システム１００Ｂにおいて、燃料電池１０の運転終了時に実行されるパージ処理の処理手順を示すフローチャートである。図１０は、ステップＳ１５の判定処理と、ステップＳ９０の凍結防止処理とが追加されている点以外は、図５とほぼ同じである。
　ステップＳ１０では、パージ処理実行部２１は、燃料電池１０に対するパージの実行の可否を判定する第１の判定処理としての外気温判定を実行する。具体的には、第１実施例で説明したように、現在の外気温に基づいて、外気温が氷点に到達する可能性があるか否かを判定する。パージ処理実行部２１は、ステップＳ１０において、外気温が所定の温度よりも高く、氷点に到達する可能性が低いと判定した場合には、燃料電池１０に対するパージを実行することなく、このパージ処理を終了する。
　ステップＳ１０において、外気温が所定の温度以下であり、氷点に到達する可能性が高いと判定された場合には、パージ処理実行部２１は、ステップＳ１５において、パージの実行の可否を判定する第２の判定処理を実行する。ここで、燃料電池１０の内部の水分量が少ない場合には、燃料電池１０のパージを実行しても、排出される水分がほとんどなく、パージの実行が非効率的となる。そこで、第３実施例の燃料電池システム１００では、ステップＳ１５において、燃料電池１０の内部に残留している水分量に基づいてパージの実行の可否を判定する。
　パージ処理実行部２１は、残水量検出部２２が検出した各単セル１１の内部の水分量を用いて、各単セル１１に所定量より多い水分量が存在するか否か、即ち、パージにより排出可能な水分量が存在するか否かを判定する。具体的には、パージ処理実行部２１は、例えば、少なくとも１つの単セル１１において、所定量以上の水分量が検出された場合には、パージの必要性が高いと判定するものとしても良い。
　パージ処理実行部２１は、ステップＳ１５において、燃料電池１０に、パージにより排出可能な水分量が存在すると判定した場合には、ステップＳ２０，Ｓ３０において、燃料電池１０のパージを実行する。そして、ステップＳ２０，Ｓ３０のパージの実行後に、第１実施例で説明したのと同様な残水排出処理を実行して、パージ処理の実行を終了する（ステップＳ４０～Ｓ８０）。
　一方、パージ処理実行部２１は、ステップＳ１５において、パージにより排出可能な水分量の存在が検出されなかった場合には、パージを実行することなく、凍結防止処理実行部２３に、ステップＳ９０の凍結防止処理の実行を開始させる。ステップＳ９０の凍結防止処理は、燃料電池１０の運転停止中に外気温が氷点に到達して、燃料電池１０の内部において、燃料電池１０の起動性を低下させる凍結が生じてしまうことを抑制するための処理である。
　図１１は、凍結防止処理の処理手順を示すフローチャートである。パージ処理（図１０）のステップＳ１５において、パージにより排出されるような水分量が燃料電池１０の内部に存在しない判定された場合であっても、発電部ＧＡには、凍結によりガスの拡散経路を閉塞できる程度の水分が存在する可能性がある。この凍結防止処理では、パージ処理のにおいて実行されていたのと同様な残水排出処理を実行することにより、そうした発電部ＧＡにおけるガスの拡散経路を閉塞する可能性のある水分を、発電部ＧＡの外部へと移動させ、発電部ＧＡにおける凍結の発生を抑制する。
　凍結防止処理実行部２３は、燃料電池１０の運転が再開されるまでの間、外気温センサ８０によって、外気温を定期的に検出する（ステップＳ１００，Ｓ１１０）。そして、外気温が氷点下に到達した場合、あるいは、氷点より数℃程度高い温度まで低下した場合には、ステップＳ１２０以降の処理を実行し、燃料電池１０の起動要求が検出された場合には、凍結防止処理を終了する。
　ステップＳ１２０では、凍結防止処理実行部２３は、燃料電池１０への圧縮空気の封入を開始する。具体的には、凍結防止処理実行部２３は、カソード排ガス配管４１の排出バルブ４３を閉じたまま、カソードガス配管３１の供給バルブ３４を開き、エアコンプレッサ３２を駆動させる。ステップＳ１３０において、燃料電池１０の内部の圧力が所定の圧力まで到達したことが検出されたときには、凍結防止処理実行部２３は、ステップＳ１４０～Ｓ１６０の残水排出処理を実行する。
　ステップＳ１４０では、凍結防止処理実行部２３は、エアコンプレッサ３２の駆動を停止するとともに、供給バルブ３４を閉じて、燃料電池１０を封止する。なお、ステップＳ１２０～Ｓ１４０では、パージを実行するときのエネルギーよりも小さいエネルギーでエアコンプレッサ３２を駆動することが望ましい。
　ステップＳ１５０では、燃料電池１０の内圧を保持したまま所定の時間だけ待機する。ステップＳ１６０では、供給バルブ３４を開き、カソードガス配管３１へと圧力を開放し、発電部ＧＡの水分を、供給用マニホールドＭ１へと移動させる。凍結防止処理実行部２３は、ステップＳ１６０の圧力の開放から所定の時間（例えば数秒程度）経過したときに、供給バルブ３４を閉じ（ステップＳ１７０，Ｓ１８０）、凍結防止処理を終了する。
　以上のように、第３実施例の燃料電池システムであれば、燃料電池１０の内部に所定量以上の水分が存在する場合には、パージと残水排出処理とを実行し、所定量より少ない水分しか存在しない場合には、残水排出処理のみが実行される。従って、無駄なパージの実行によってシステム効率が低下してしまうことを抑制しつつ、運転停止後の燃料電池１０の内部に存在する水分量を確実に低減させることができ、燃料電池１０の起動性が低下することを、効率的に抑制することができる。
D．変形例：
　なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
D1．変形例１：
　上記実施例では、燃料電池１０は、カソード側の供給用マニホールドＭ１を重力方向下側とし、排出用マニホールドＭ２を重力方向上側として配置されていた。しかし、燃料電池１０は、この配置方向に限定されることなく、他の配置方向で配置されるものとしても良い。
D2．変形例２：
　上記実施例では、残水排出処理の前のパージでは、パージガスである圧縮空気を、発電部ＧＡにおいて重力方向とは逆の方向に流してしていた。しかし、残水排出処理の前のパージでは、パージガスを、発電部ＧＡにおいて重力方向に沿って流すものとしても良い。この場合でも、パージの実行後に、残水排出処理を実行することにより、パージにより排出されなかった水分を、発電部ＧＡの外部へと移動させることが可能である。
D3．変形例３：
　上記実施例では、燃料電池１０のカソード側に対して残水排出処理を実行していた。しかし、残水排出処理は、燃料電池１０のアノード側に対して実行されるものとしても良い。
D4．変形例４：
　上記第１実施例では、ステップＳ１０において、パージの実行可否を外気温に基づいて判定していた。しかし、パージの実行可否は、他の判定基準によって実行されるものとしても良い。例えば、運転停止後の燃料電池１０の内部に残留している水分量を基準として判定するものとしても良いし、燃料電池１０の運転中における発電量など、燃料電池１０の運転状態の履歴によって判定するものとしても良い。
D5．変形例５：
　上記第２実施例では、排出バルブ４３を開いてカソード排ガス配管４１へと燃料電池１０の圧力を開放する残水排出処理を複数回繰り返して実行していた。しかし、上記第２実施例では、供給バルブ３４を開いてカソードガス配管３１へと燃料電池１０の圧力を開放する、第１実施例と同様な残水排出処理を複数回繰り返して実行するものとしても良い。
D6．変形例６：
　上記第３実施例では、パージ処理実行部２１は、インピーダンス計測部１０の計測値に基づいて、燃料電池１０の内部に残留している水分量を検出していた。しかし、パージ処理実行部２１は、他の方法によって燃料電池１０の内部に残留している水分量を検出するものとしても良い。例えば、パージ処理実行部２１は、燃料電池１０の発電量に基づく生成水量と、燃料電池１０からの液水の排出量とに基づいて、燃料電池１０の内部の水分量を算出するものとしても良い。
D7．変形例７：
　上記第３実施例では、供給バルブ３４を開き、供給用マニホールドＭ１へと圧力を開放する残水排出処理を実行していた。しかし、第３実施例の残水排出処理では、第２実施例のように、排出バルブ４３を開き、排出用マニホールドＭ２へと圧力を開放するものとしても良い。また、上記第３実施例では、第２実施例のように、残水排出処理を複数回繰り返して実行するものとしても良い。
　　　１…電解質膜
　　　２…カソード（第１の電極）
　　　３…アノード（第２の電極）
　　　５…膜電極接合体
　　１０…インピーダンス計測部
　　１０…燃料電池
　　１１…単セル
　　１２…カソードガス流路
　　１３…アノードガス流路
　　１４…連通路
　　２０…制御部
　　２１…パージ処理実行部
　　２２…残水量検出部
　　２３…凍結防止処理実行部
　　３０…カソードガス供給系
　　３１…カソードガス配管
　　３２…エアコンプレッサ
　　３３…エアフロメータ
　　３４…供給バルブ
　　４０…カソードガス排出系
　　４１…カソード排ガス配管
　　４３…排出バルブ
　　４４…圧力計測部
　　５０…アノードガス供給系
　　５１…アノードガス配管
　　５２…水素タンク
　　５３…開閉弁
　　５４…レギュレータ
　　５５…水素供給装置
　　５６…圧力計測部
　　６０…アノードガス循環排出系
　　６１…アノード排ガス配管
　　６２…気液分離部
　　６３…アノードガス循環配管
　　６４…水素循環用ポンプ
　　６５…アノード排水配管
　　６６…排水弁
　　６７…圧力計測部
　　７０…冷媒循環供給系
　　７１…冷媒用配管
　　７１ａ…上流側配管
　　７１ｂ…下流側配管
　　７１ｃ…バイパス配管
　　７２…ラジエータ
　　７３…三方弁
　　７５…冷媒循環用ポンプ
　　７６ａ，７６ｂ…冷媒温度計測部
　　８０…外気温センサ
　　８１…インピーダンス計測部
　１００，１００Ｂ…燃料電池システム
　ＧＡ…発電部
　Ｍ…水分
　Ｍ１…供給用マニホールド
　Ｍ２…排出用マニホールド
　Ｍ３…供給用マニホールド
　Ｍ４…排出用マニホールド

Claims (6)

  1. 　燃料電池システムであって、
    　供給ガスマニホールドと、排出ガスマニホールドと、前記供給ガスマニホールドと前記排出ガスマニホールドとに接続されたガス流路が配置された発電部と、を有する燃料電池と、
    　前記供給ガスマニホールドにガスを流入させるガス供給部と、
    　前記供給ガスマニホールドを封止可能な供給バルブと、
    　前記排出ガスマニホールドを封止可能な排出バルブと、
    　前記燃料電池の運転停止後に、前記供給バルブおよび前記排出バルブを閉じ、前記ガス供給部からのガスを前記燃料電池内に所定の圧力で封止して、所定の時間待機した後に、前記供給バルブまたは前記排出バルブを開き、前記発電部の前記ガス流路に残留している水分を、前記供給ガスマニホールドまたは前記排出ガスマニホールドへと移動させる、残留水分排出処理を実行する制御部と、
    　を備える、燃料電池システム。
  2. 　請求項１記載の燃料電池システムであって、
    　前記燃料電池は、前記ガス流路の上流側が重力方向下側となり、前記ガス流路の下流側が重力方向上側となるように、前記供給ガスマニホールドを重力方向下側とし、前記排出ガスマニホールドを重力方向上側として配置されており、
    　前記残留水分排出処理は、前記供給バルブを開き、前記発電部の前記ガス流路に残留している水分を、前記供給ガスマニホールドに移動させる処理である、燃料電池システム。
  3. 　請求項１または２記載の燃料電池システムであって、
    　前記制御部は、前記燃料電池の運転停止後に、前記ガス供給部からのガスによって、前記燃料電池内部を掃気する掃気処理を実行し、
    　前記掃気処理を実行した後に、前記残留水分排出処理を実行する、燃料電池システム。
  4. 　請求項３記載の燃料電池システムであって、さらに、
    　運転停止時に前記燃料電池内部に残留している水分量を検出する水分量検出部を備え、
    　前記制御部は、前記水分量に応じて、（ｉ）前記掃気処理と、前記残留水分排出処理の両方を実行するか、または、（ｉｉ）前記掃気処理を実行することなく前記残留水分排出処理を実行するか、を決定する、燃料電池システム。
  5. 　請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
    　前記制御部は、前記残留水分排出処理を複数回繰り返して実行する、燃料電池システム。
  6. 　供給ガスマニホールドと、排出ガスマニホールドと、前記供給ガスマニホールドと前記排出ガスマニホールドとに接続されたガス流路が配置された発電部と、を有する燃料電池を備える、燃料電池システムの制御方法であって、
    （ａ）前記燃料電池の運転停止後に、前記供給ガスマニホールドと前記排出ガスマニホールドとを封止し、前記燃料電池内を所定の圧力に保持して、所定の時間待機する工程と、
    （ｂ）前記供給ガスマニホールドまたは前記排出ガスマニホールドを開放し、前記発電部の前記ガス流路に残留している水分を、前記供給ガスマニホールドまたは前記排出ガスマニホールドへと移動させる工程と、
    を備える、制御方法。
PCT/JP2012/001606 2012-03-08 2012-03-08 燃料電池システムおよびその制御方法 WO2013132536A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/373,831 US9570768B2 (en) 2012-03-08 2012-03-08 Fuel cell system and control method thereof
CN201280071185.4A CN104160538B (zh) 2012-03-08 2012-03-08 燃料电池***及其控制方法
EP12870568.8A EP2824742B1 (en) 2012-03-08 2012-03-08 Fuel cell system and control method thereof
PCT/JP2012/001606 WO2013132536A1 (ja) 2012-03-08 2012-03-08 燃料電池システムおよびその制御方法
JP2014503285A JP5817911B2 (ja) 2012-03-08 2012-03-08 燃料電池システムおよびその制御方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2012/001606 WO2013132536A1 (ja) 2012-03-08 2012-03-08 燃料電池システムおよびその制御方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013132536A1 true WO2013132536A1 (ja) 2013-09-12

Family

ID=49116052

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2012/001606 WO2013132536A1 (ja) 2012-03-08 2012-03-08 燃料電池システムおよびその制御方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9570768B2 (ja)
EP (1) EP2824742B1 (ja)
JP (1) JP5817911B2 (ja)
CN (1) CN104160538B (ja)
WO (1) WO2013132536A1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013211163A (ja) * 2012-03-30 2013-10-10 Toyota Motor Corp 燃料電池システムおよびその制御方法
CN111498802A (zh) * 2020-05-18 2020-08-07 王凯 一种制氢装置、自循环氢气发生***及其工作方法
US10777827B2 (en) 2014-11-14 2020-09-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Water drainage device for fuel cell, fuel cell system, moving body and control method of fuel cell system
CN113748548A (zh) * 2019-05-09 2021-12-03 Avl李斯特有限公司 燃料电池***和燃料电池***脱水方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6450263B2 (ja) * 2014-08-25 2019-01-09 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
KR101765584B1 (ko) * 2015-05-04 2017-08-07 현대자동차 주식회사 연료전지 시스템
JP7016025B2 (ja) * 2016-11-28 2022-02-04 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 燃料電池システムおよびその運転方法
JP7115229B2 (ja) * 2018-11-07 2022-08-09 トヨタ自動車株式会社 燃料電池、燃料電池搭載装置、および燃料電池の製造方法
DE102018133203A1 (de) * 2018-12-20 2020-06-25 Hps Home Power Solutions Gmbh Spülsystem und Verfahren zu dessen Überwachung
DE102018133201A1 (de) * 2018-12-20 2020-06-25 Hps Home Power Solutions Gmbh Spülsystem und dessen Verwendung in einem Energiesystem
DE102019201065A1 (de) 2019-01-29 2020-07-30 Audi Ag Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung und Brennstoffzellenvorrichtung
CN114388850B (zh) * 2022-01-19 2023-12-15 北京氢马力新能源科技有限公司 一种燃料电池高效吹扫***及其控制方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002305017A (ja) * 2001-04-03 2002-10-18 Honda Motor Co Ltd 燃料電池の残留水排出装置および残留水排出方法
JP2006190616A (ja) 2005-01-07 2006-07-20 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システムの掃気処理装置及び掃気処理方法
JP2007073328A (ja) 2005-09-07 2007-03-22 Honda Motor Co Ltd 燃料電池自動車及び燃料電池の制御方法
JP2008010348A (ja) 2006-06-30 2008-01-17 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システムおよび燃料電池の掃気方法
JP2008078111A (ja) 2006-08-23 2008-04-03 Equos Research Co Ltd 燃料電池装置
JP2008257947A (ja) * 2007-04-03 2008-10-23 Honda Motor Co Ltd 移動装置
JP2009087568A (ja) * 2007-09-27 2009-04-23 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池システム
JP2009187794A (ja) * 2008-02-06 2009-08-20 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム及びその制御方法
JP2011044351A (ja) * 2009-08-21 2011-03-03 Toyota Motor Corp 燃料電池スタック

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4856398B2 (ja) * 2005-06-28 2012-01-18 本田技研工業株式会社 燃料電池の掃気方法および燃料電池システム
US20090011302A1 (en) * 2006-07-14 2009-01-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel Cell System
JP4753164B2 (ja) 2006-10-23 2011-08-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US7678477B2 (en) * 2006-12-18 2010-03-16 Gm Global Technology Operations, Inc. Method of operating a fuel cell stack
JP5286780B2 (ja) * 2007-12-27 2013-09-11 トヨタ自動車株式会社 燃料電池スタック
JP5237778B2 (ja) * 2008-12-16 2013-07-17 本田技研工業株式会社 燃料電池システム

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002305017A (ja) * 2001-04-03 2002-10-18 Honda Motor Co Ltd 燃料電池の残留水排出装置および残留水排出方法
JP2006190616A (ja) 2005-01-07 2006-07-20 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システムの掃気処理装置及び掃気処理方法
JP2007073328A (ja) 2005-09-07 2007-03-22 Honda Motor Co Ltd 燃料電池自動車及び燃料電池の制御方法
JP2008010348A (ja) 2006-06-30 2008-01-17 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システムおよび燃料電池の掃気方法
JP2008078111A (ja) 2006-08-23 2008-04-03 Equos Research Co Ltd 燃料電池装置
JP2008257947A (ja) * 2007-04-03 2008-10-23 Honda Motor Co Ltd 移動装置
JP2009087568A (ja) * 2007-09-27 2009-04-23 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池システム
JP2009187794A (ja) * 2008-02-06 2009-08-20 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム及びその制御方法
JP2011044351A (ja) * 2009-08-21 2011-03-03 Toyota Motor Corp 燃料電池スタック

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2824742A4 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013211163A (ja) * 2012-03-30 2013-10-10 Toyota Motor Corp 燃料電池システムおよびその制御方法
US10777827B2 (en) 2014-11-14 2020-09-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Water drainage device for fuel cell, fuel cell system, moving body and control method of fuel cell system
CN113748548A (zh) * 2019-05-09 2021-12-03 Avl李斯特有限公司 燃料电池***和燃料电池***脱水方法
CN113748548B (zh) * 2019-05-09 2024-04-16 Avl李斯特有限公司 燃料电池***和燃料电池***脱水方法
CN111498802A (zh) * 2020-05-18 2020-08-07 王凯 一种制氢装置、自循环氢气发生***及其工作方法
CN111498802B (zh) * 2020-05-18 2023-07-18 王凯 一种自循环氢气发生***及其工作方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2013132536A1 (ja) 2015-07-30
EP2824742A1 (en) 2015-01-14
EP2824742A4 (en) 2015-04-29
EP2824742B1 (en) 2017-04-19
US9570768B2 (en) 2017-02-14
US20150214561A1 (en) 2015-07-30
CN104160538B (zh) 2016-10-12
JP5817911B2 (ja) 2015-11-18
CN104160538A (zh) 2014-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5817911B2 (ja) 燃料電池システムおよびその制御方法
KR100811806B1 (ko) 연료전지 시스템의 제어장치, 연료전지 시스템, 연료전지 하이브리드 차량
JP4644064B2 (ja) 燃料電池システム
US8349509B2 (en) Fuel cell system and fuel cell system failure judgment method
CN103597642B (zh) 燃料电池***及燃料电池***的控制方法
JP6325013B2 (ja) 燃料電池システムの低温起動方法
JP5636905B2 (ja) 燃料電池システム
JP5195867B2 (ja) 燃料電池システムおよびその制御方法
JP5772682B2 (ja) 燃料電池システムおよびその制御方法
JP2009176493A (ja) 燃料電池システム
JP2007305334A (ja) 燃料電池システム
JP2017157273A (ja) 燃料電池システムの発電停止方法
JP2009199751A (ja) 燃料電池システム、および、燃料電池システムの制御方法
JP6307536B2 (ja) 燃料電池システムの低温起動方法
JP5757230B2 (ja) 燃料電池システムおよびその制御方法
JP6200009B2 (ja) 燃料電池システムの運転方法
JP2007280925A (ja) 燃料電池システムおよびその起動方法
JP2012003889A (ja) 燃料電池システム
JP5721451B2 (ja) 燃料電池システム及びその制御方法
JP2010153067A (ja) 燃料電池システム
JP2017152174A (ja) 燃料電池システムの停止制御方法
JP2009140860A (ja) 燃料電池システム
CN115360384B (zh) 一种延长车用氢燃料电池***使用寿命的方法
JP2012182096A (ja) 燃料電池システムおよびその制御方法
WO2022160112A1 (zh) 燃料电池的冷却液循环***及其操作方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12870568

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2014503285

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2012870568

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012870568

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14373831

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE