JP2005209610A - Control method of fuel cell and its device - Google Patents

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Akira Jinba
亮 神馬
Hiromichi Yoshida
弘道 吉田
Nobuyuki Matsumoto
伸之 松本
Shigeru Inai
滋 稲井
Hideo Kato
英男 加藤
Katsumi Hayashi
勝美 林
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control method for improving starting performance at the time of starting of a fuel cell. <P>SOLUTION: At the time of generation stoppage processing, in the drying process S5, dry gas is fed into a reactant gas passage and the electrolyte membrane is dried up to a prescribed dry level and the moisture in the reactant gas passage is removed, and after that, in the humidifying process S6, the electrolyte membrane is humidified by a humidifying gas for a certain time, thus, at the time of stoppage, there is no moisture in the reactant gas passage and the electrolyte membrane is maintained in a desired wet state. At the time of re-starting after soaking, moisture does not remain in the reactant gas passage, the flow of reactant gas is not disturbed and a desired moisture remains uniformly in the electrolyte membrane, therefore cation penetrates easily and starting can be made smoothly. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、電解質膜を挟んで保持するアノード電極とカソード電極の両側に設けた反応ガス流路に反応ガスを供給することで発電運転を継続する燃料電池の発電停止時制御方法に関し、特に、掃気時における水分除去能力を向上させ、また発電停止後の再起動時における始動性を向上させる燃料電池の制御方法及びその装置に関する。   This invention relates to a fuel cell power generation stop control method for continuing a power generation operation by supplying a reaction gas to a reaction gas flow path provided on both sides of an anode electrode and a cathode electrode that are held with an electrolyte membrane sandwiched between them. The present invention relates to a fuel cell control method and apparatus for improving moisture removal capability during scavenging and improving startability during restart after power generation is stopped.

一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜(陽イオン交換膜)からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード電極及びカソード電極を設けた電解質膜・電極構造体(Membrane Electrode Assembly:MEAともいう。)を、反応ガス流路が形成されたセパレータによって挟んで保持したセル(発電セル)構造とされている。   In general, a polymer electrolyte fuel cell is an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode electrode and a cathode electrode are provided on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane (cation exchange membrane). : MEA)) is sandwiched and held by a separator in which a reaction gas flow path is formed (a power generation cell) structure.

この燃料電池において、反応ガス流路を通じてアノード電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス(以下、水素含有ガスともいう。)は、電極触媒上で水素が陽イオン化され、電解質膜を介してカソード電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード電極には、反応ガス流路を通じて、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気(以下、酸素含有ガスともいう。)が供給されているために、このカソード電極において、水素イオン、電子及び酸素が反応して水が生成される。   In this fuel cell, a fuel gas supplied to the anode electrode through the reaction gas flow path, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter also referred to as a hydrogen-containing gas) is hydrogen cationized on the electrode catalyst, It moves to the cathode electrode side through the electrolyte membrane. Electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy. Note that an oxidant gas, for example, a gas containing mainly oxygen or air (hereinafter also referred to as an oxygen-containing gas) is supplied to the cathode electrode through the reaction gas flow path. Hydrogen ions, electrons and oxygen react to produce water.

ところで、この種の燃料電池では、イオン導電性を維持するために、高分子イオン交換膜からなる電解質膜を適度に加湿しておく必要がある。さらに、カソード電極では、上記のように反応による生成水が存在している。このため、燃料電池を氷点下(水の凍結温度以下)で始動させようとすると、前記燃料電池内の水分が凍結し易く、該燃料電池内で電気化学反応が行われ難いという不具合が指摘されている。   By the way, in this type of fuel cell, in order to maintain ionic conductivity, it is necessary to appropriately humidify the electrolyte membrane made of the polymer ion exchange membrane. Furthermore, water produced by the reaction is present at the cathode electrode as described above. For this reason, when starting the fuel cell below freezing point (below the freezing temperature of water), the water in the fuel cell easily freezes, and it is pointed out that the electrochemical reaction is difficult to occur in the fuel cell. Yes.

そこで、例えば、特許文献1には、発電動作を停止したとき、反応ガス流路に乾燥したパージ用流体、例えば窒素ガスを供給して、反応ガス流路内の水を掃気する(パージする)ことが燃料電池の凍結時起動能力を向上させる点で好ましいと記載されている。   Therefore, for example, in Patent Document 1, when the power generation operation is stopped, a dry purge fluid, for example, nitrogen gas, is supplied to the reaction gas channel to scavenge (purge) the water in the reaction gas channel. It is described that this is preferable in terms of improving the starting capability of the fuel cell when frozen.

特表2003−510786号公報([0047]、[0048])Japanese translation of PCT publication No. 2003-510786 ([0047], [0048])

しかしながら、この特許文献1に係る技術では、単に、発電動作の停止時に、反応ガス流路を乾燥した非反応ガスである窒素ガスでパージすることが好ましいと記載されているに過ぎなく、このように制御した場合には、発電セル面内の反応ガスの入口近傍ではMEAが極端に乾燥し、その一方、乾燥ガスがセパレータ内のガス流路を移動している間に加湿されてしまうことから、反応ガスの出口近傍の水分の除去、排出が不十分な状態になるという問題がある。   However, the technique according to Patent Document 1 merely describes that it is preferable to purge the reaction gas channel with nitrogen gas, which is a dry non-reactive gas, when the power generation operation is stopped. In this case, the MEA is extremely dried in the vicinity of the reaction gas inlet in the surface of the power generation cell. On the other hand, the dry gas is humidified while moving in the gas flow path in the separator. There is a problem in that the removal and discharge of moisture near the outlet of the reaction gas is insufficient.

その結果、反応ガス入口部における電解質膜の膜抵抗値が増大し、反応ガス出口近傍のガス拡散性が阻害され、再起動時に、負荷を十分に印加することができず、再起動時の始動性が悪化してしまうという問題がある。   As a result, the membrane resistance value of the electrolyte membrane at the reaction gas inlet is increased, the gas diffusivity near the reaction gas outlet is hindered, and a sufficient load cannot be applied at the time of restart. There is a problem that the sex will deteriorate.

また、長期的に見れば、MEAが極端に乾燥する状態と、MEAが湿潤している状態が繰り返されることを原因として、MEAの耐久性が劣化する可能性もある。   Further, in the long term, the durability of the MEA may be deteriorated due to the repeated state where the MEA is extremely dry and the state where the MEA is wet.

この発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、掃気時における水分の除去能力(排出能力)を向上させることを可能とする燃料電池の制御方法及びその装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and provides a fuel cell control method and apparatus capable of improving the water removal capability (discharge capability) during scavenging. Objective.

また、この発明は、MEAの耐久性の劣化を防止することを可能とする燃料電池の制御方法及びその装置を提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide a fuel cell control method and apparatus capable of preventing deterioration of durability of the MEA.

さらに、この発明は、発電停止後の再起動時の始動性を向上させることを可能とする燃料電池の時制御方法及びその装置を提供することを目的とする。   Furthermore, an object of the present invention is to provide a fuel cell time control method and an apparatus thereof that can improve the startability upon restart after power generation is stopped.

さらにまた、この発明は、水の凍結温度以下の環境下においても迅速な始動が確実に遂行され、通常運転に直ちに移行することが可能な燃料電池の制御方法及びその装置を提供することを目的とする。   Still another object of the present invention is to provide a fuel cell control method and apparatus capable of promptly starting even under an environment below the freezing temperature of water and immediately shifting to normal operation. And

この項では、この発明の理解の容易化のために添付図面中の符号を付けて説明する。したがって、この項に記載した内容がその符号を付けたものに限定して解釈されるものではない。   In this section, in order to facilitate understanding of the present invention, a description will be given with reference numerals in the accompanying drawings. Therefore, the contents described in this section should not be construed as being limited to those having the reference numerals.

この発明の燃料電池の制御方法は、電解質の膜(20b)を挟んで保持するアノード電極(20a)とカソード電極(20c)の両側に反応ガス流路(46、48)を設け、前記反応ガス流路に反応ガスを供給することで発電運転を行う燃料電池の制御方法において、掃気信号の入力を検知する掃気信号検知工程と、前記掃気信号の入力を検知したときに掃気処理を行う掃気処理工程(S5、S6)とを有し、前記掃気処理工程は、前記掃気信号の入力を検知したとき、前記膜を乾燥させる乾燥工程(S5)と、前記膜の乾燥後に、前記膜を加湿する加湿工程(S6)とを備えることを特徴とする(請求項1記載の発明)。   The control method for a fuel cell according to the present invention includes a reaction gas flow path (46, 48) on both sides of an anode electrode (20a) and a cathode electrode (20c) that are held with an electrolyte membrane (20b) interposed therebetween, and the reaction gas In a control method of a fuel cell that performs a power generation operation by supplying a reaction gas to a flow path, a scavenging signal detection step that detects an input of a scavenging signal, and a scavenging process that performs a scavenging process when the input of the scavenging signal is detected Steps (S5, S6), and when the scavenging signal is detected, the scavenging process step dries the membrane (S5) and humidifies the membrane after drying the membrane. A humidifying step (S6). (Invention of Claim 1)

この発明によれば、掃気処理時に、電解質膜を乾燥させることで反応ガス流路から水分を除去し、その後、電解質膜を加湿するようにしているので、掃気処理後には、反応ガス流路には水分がなく、かつ電解質膜が湿潤状態となる。このため、反応ガスの流れが阻害されることがなく、また、電解質膜には水分が残留しているので、陽イオンが透過し易くなり、良好に発電を行うことが可能である。   According to the present invention, the moisture is removed from the reaction gas channel by drying the electrolyte membrane during the scavenging process, and then the electrolyte membrane is humidified. Has no moisture and the electrolyte membrane becomes wet. For this reason, the flow of the reaction gas is not hindered, and moisture remains in the electrolyte membrane, so that cations are easily transmitted and good power generation can be performed.

なお、掃気処理は、後述する発電停止処理時以外に、一時停車中のアイドリング時等に行われる。掃気処理を行うことで、アイドリング時から走行時に円滑に移行することができる。なお、この発明は、車載以外の据え置き型あるいは可搬型の燃料電池にも適用できることは言うまでもない。   The scavenging process is performed during idling while the vehicle is temporarily stopped, in addition to the power generation stop process described later. By performing the scavenging process, it is possible to smoothly shift from idling to traveling. Needless to say, the present invention can also be applied to stationary or portable fuel cells other than those mounted on a vehicle.

この場合、前記乾燥工程中に、前記電解質膜の乾燥程度を検知し(S5b)、所定の乾燥程度に達したときに前記乾燥工程を終了することが好ましい(請求項2記載の発明)。   In this case, it is preferable that the degree of drying of the electrolyte membrane is detected during the drying step (S5b), and the drying step is terminated when a predetermined degree of drying is reached (invention of claim 2).

例えば、前記乾燥工程における前記電解質膜の乾燥程度は、前記電解質膜の膜抵抗値に基づき判定することができる(請求項3記載の発明)。   For example, the degree of drying of the electrolyte membrane in the drying step can be determined based on the membrane resistance value of the electrolyte membrane (the invention according to claim 3).

また、前記乾燥工程における前記電解質膜の乾燥程度は、前記電解質膜の膜抵抗値の微分値に基づき判定することができる(請求項4記載の発明)。   The degree of drying of the electrolyte membrane in the drying step can be determined based on the differential value of the membrane resistance value of the electrolyte membrane (the invention according to claim 4).

さらに、前記乾燥工程における前記電解質膜の乾燥程度は、前記反応ガス流路の供給口と吐出口との間のガス圧力差に基づき判定することができる(請求項5記載の発明)。   Furthermore, the degree of drying of the electrolyte membrane in the drying step can be determined based on a gas pressure difference between the supply port and the discharge port of the reaction gas flow path (the invention according to claim 5).

さらにまた、前記乾燥工程における前記電解質膜の乾燥程度は、前記反応ガス流路の供給口と吐出口との間のガス圧力差の微分値に基づき判定するができる(請求項6記載の発明)。   Furthermore, the degree of drying of the electrolyte membrane in the drying step can be determined based on the differential value of the gas pressure difference between the supply port and the discharge port of the reaction gas channel (the invention according to claim 6). .

この場合、前記乾燥工程における前記電解質膜の乾燥程度は、前記電解質膜の膜抵抗値、前記膜抵抗値の微分値、前記反応ガス流路の供給口と吐出口との間のガス圧力差、及び前記ガス圧力差の微分値のうち、少なくとも1つに基づき判定することでもよい(請求項7記載の発明)。   In this case, the degree of drying of the electrolyte membrane in the drying step is the membrane resistance value of the electrolyte membrane, the differential value of the membrane resistance value, the gas pressure difference between the supply port and the discharge port of the reaction gas channel, And determination based on at least one of the differential values of the gas pressure difference (the invention according to claim 7).

なお、前記乾燥工程では、前記反応ガス流路に乾燥ガスを供給して前記電解質膜を乾燥させることができる(請求項8記載の発明)。   In the drying step, the electrolyte membrane can be dried by supplying a dry gas to the reaction gas channel (the invention according to claim 8).

ここで、前記乾燥工程における、前記乾燥ガスの供給時間を所定時間とすると、所望の乾燥程度までの制御が簡単である(請求項9記載の発明)。   Here, if the supply time of the drying gas in the drying step is a predetermined time, the control to a desired degree of drying is simple (the invention according to claim 9).

前記乾燥ガスは、高温化工程(例えば、コンプレッサ102→直接供給流路101→空気供給流路98)を経て高温にされた乾燥ガスであることが好ましい(請求項10記載の発明)。   The dry gas is preferably a dry gas that has been heated to a high temperature through a high temperature process (for example, the compressor 102 → the direct supply channel 101 → the air supply channel 98) (the invention according to claim 10).

また、前記加湿工程では、前記反応ガス流路に加湿ガスを供給して前記電解質膜を加湿させることができる(請求項11記載の発明)。   In the humidification step, the electrolyte membrane can be humidified by supplying a humidified gas to the reaction gas flow path (the invention according to claim 11).

この場合においても、前記加湿工程における、前記反応ガス流路に供給する加湿ガスの供給時間を所定時間とすると所望の乾燥程度までの制御が簡単である(請求項12記載の発明)。   Even in this case, if the humidifying gas is supplied to the reaction gas channel in the humidifying step for a predetermined time, the control to the desired degree of drying is simple (the invention according to claim 12).

また、前記加湿工程における加湿の仕方としては、前記アノード電極と前記カソード電極に接続されている負荷を大きい負荷にして前記電解質膜を加湿することができる(請求項13記載の発明)。   Further, as a way of humidification in the humidification step, the electrolyte membrane can be humidified with a large load connected to the anode electrode and the cathode electrode (the invention according to claim 13).

なお、掃気信号は、燃料電池の停止時に入力されることが好ましい(請求項14記載の発明)。この場合、電解質膜(20b)を挟んで保持するアノード電極(20a)とカソード電極(20c)の両側に反応ガス流路(46、48)を設け、前記反応ガス流路に反応ガスを供給することで発電運転を行い、発電停止信号(Ig=0)の入力に基づき発電停止時処理を行い発電を停止する燃料電池の発電停止時制御方法であって、前記発電停止時処理は、前記発電停止信号の入力を検知する発電停止信号検知工程(S3)と、発電停止信号の入力を検知したとき、前記電解質膜を乾燥させる乾燥工程(S5)と、前記電解質膜の乾燥後に、前記電解質膜を加湿する加湿工程(S6)とを備える。   The scavenging signal is preferably input when the fuel cell is stopped (the invention according to claim 14). In this case, reaction gas channels (46, 48) are provided on both sides of the anode electrode (20a) and the cathode electrode (20c) that are held with the electrolyte membrane (20b) interposed therebetween, and the reaction gas is supplied to the reaction gas channel. A fuel cell power generation stop control method for stopping power generation by performing power generation operation and performing power generation stop processing based on input of a power generation stop signal (Ig = 0). A power generation stop signal detection step (S3) for detecting an input of a stop signal, a drying step (S5) for drying the electrolyte membrane when an input of a power generation stop signal is detected, and after the electrolyte membrane is dried, the electrolyte membrane And a humidifying step (S6) for humidifying.

この発明によれば、発電停止処理時に、電解質膜を乾燥させることで反応ガス流路から水分を除去し、その後、電解質膜を加湿するようにしているので、停止時には、反応ガス流路には水分がなく、かつ電解質膜が湿潤状態となる。したがって、再起動時には、反応ガス流路に水分が残留していないので反応ガスの流れが阻害されることがなく、また、電解質膜には水分が残留しているので、陽イオンが透過し易くなり、良好に発電が行われる。   According to the present invention, when the power generation is stopped, the electrolyte membrane is dried to remove moisture from the reaction gas channel, and then the electrolyte membrane is humidified. There is no moisture and the electrolyte membrane becomes wet. Therefore, at the time of restart, since no moisture remains in the reaction gas flow path, the flow of the reaction gas is not hindered, and since moisture remains in the electrolyte membrane, the cation is easily transmitted. Thus, power generation is performed well.

すなわち、再起動時に十分な負荷を印加することが可能となって始動性が向上する。また、水の凍結温度以下の環境でも反応ガス流路での凍結が発生していることがなく、さらに、電解質膜には水分が残留しているので迅速な始動が確実に遂行され、直ちに通常運転に移行することができる。   That is, a sufficient load can be applied at the time of restarting, and the startability is improved. In addition, there is no freezing in the reaction gas flow path even in an environment below the freezing temperature of water, and further, since moisture remains in the electrolyte membrane, a quick start can be performed reliably and immediately You can move on to driving.

上記した燃料電池は、前記電解質膜(20b)を挟んで保持する前記アノード電極(20a)と前記カソード電極(20c)とを設けた電解質膜・電極構造体(20)を有し、前記電解質膜・電極構造体がセパレータ(22、24)により挟んで保持され、かつ前記セパレータの前記電解質膜・電極構造体に対面する部分に前記反応ガス流路(46、48)が設けられた発電セル(14)を複数積層したスタック構造にされている、いわゆる燃料電池スタック(12)も含む(請求項15記載の発明)。   The fuel cell described above has an electrolyte membrane / electrode structure (20) provided with the anode electrode (20a) and the cathode electrode (20c) which are held with the electrolyte membrane (20b) interposed therebetween, and the electrolyte membrane A power generation cell in which the electrode structure is held between separators (22, 24) and the reaction gas flow path (46, 48) is provided in a portion of the separator facing the electrolyte membrane / electrode structure ( A so-called fuel cell stack (12) having a stack structure in which a plurality of 14) are stacked is also included (the invention according to claim 15).

この発明の燃料電池の制御装置は、電解質の膜(20b)を挟んで保持するアノード電極(20a)とカソード電極(20c)の両側に反応ガス流路(46、48)を設け、前記反応ガス流路に反応ガスを供給することで発電運転を行う燃料電池の制御装置において、掃気信号の入力を検知する掃気信号検知器(60)と、前記掃気信号の入力を検知したとき、前記膜を乾燥させる乾燥器(102)と、前記膜の乾燥後に、前記膜を加湿する加湿器(103)とを備えることを特徴とする(請求項16記載の発明)。   The control device for a fuel cell according to the present invention is provided with reaction gas flow paths (46, 48) on both sides of an anode electrode (20a) and a cathode electrode (20c) that are held with an electrolyte membrane (20b) interposed therebetween, and the reaction gas In a fuel cell control apparatus that performs a power generation operation by supplying a reaction gas to a flow path, a scavenging signal detector (60) that detects the input of a scavenging signal, and when the scavenging signal input is detected, A drying device (102) for drying, and a humidifier (103) for humidifying the membrane after drying the membrane are provided (the invention according to claim 16).

この発明によれば、掃気信号検知器により掃気信号の入力を検知したとき、乾燥器により電解質膜を乾燥させることで反応ガス流路から水分を除去し、その後、加湿器により電解質膜を加湿するようにしている。このため、掃気信号の入力に応じた処理を行った後に燃料電池の反応ガス流路には水分がなく、かつ電解質膜が湿潤状態となる。反応ガス流路に水分が残留していないので反応ガスの流れが阻害されることがなく、また、電解質膜には水分が残留しているので、陽イオンが透過し易くなり、良好に発電を行うことが可能である。   According to the present invention, when the scavenging signal detector detects the input of the scavenging signal, moisture is removed from the reaction gas flow path by drying the electrolyte membrane with the dryer, and then the electrolyte membrane is humidified with the humidifier. I am doing so. For this reason, after processing according to the input of the scavenging signal, there is no moisture in the reaction gas flow path of the fuel cell, and the electrolyte membrane becomes wet. Since no water remains in the reaction gas flow path, the flow of the reaction gas is not hindered. Also, since water remains in the electrolyte membrane, the cation easily permeates and the power generation is good. Is possible.

この発明によれば、掃気時(例えば発電停止処理時)に、電解質膜を乾燥させることで反応ガス流路からも水分を除去し、その後、電解質膜を加湿するようにしているので、掃気終了時(例えば停止時)には、反応ガス流路には水分がなく、かつ電解質膜が湿潤状態となる。   According to this invention, at the time of scavenging (for example, at the time of power generation stop processing), moisture is removed from the reaction gas flow path by drying the electrolyte membrane, and then the electrolyte membrane is humidified. At times (for example, when stopped), there is no moisture in the reaction gas flow path, and the electrolyte membrane becomes wet.

したがって、掃気時における水分の除去能力(排出能力)を向上させることができる。   Therefore, the water removal capability (discharge capability) during scavenging can be improved.

また、電解質膜が極端な乾燥状態と湿潤状態とを繰り返さないようになるので、電解質膜・電極構造体、すなわちMEAの耐久性の劣化を防止することができる。   In addition, since the electrolyte membrane does not repeat between an extremely dry state and a wet state, it is possible to prevent deterioration in durability of the electrolyte membrane / electrode structure, that is, MEA.

さらに、掃気終了後(例えば発電停止後)の再起動時には、反応ガス流路に水分が残留していないので反応ガスの流れが阻害されることがなく、また、電解質膜には水分が残留しているので、陽イオンが透過し易くなり、良好に発電が行われる(開始される)。   Furthermore, when restarting after scavenging is completed (for example, after power generation is stopped), no moisture remains in the reaction gas flow path, so that the flow of the reaction gas is not hindered, and moisture remains in the electrolyte membrane. Therefore, it becomes easy for the cations to permeate, and power generation is performed (started) satisfactorily.

例えば、再起動時に十分な負荷を印加することが可能となって始動性が向上する。   For example, it is possible to apply a sufficient load at the time of restart and the startability is improved.

また、水の凍結温度以下の環境でも反応ガス流路での凍結が発生していることがなく、さらに電解質膜には水分が残留しているので迅速な始動が確実に遂行され、直ちに通常運転に移行することができる。   In addition, there is no freezing in the reaction gas flow path even in an environment below the freezing temperature of water, and since moisture remains in the electrolyte membrane, a quick start is reliably performed and normal operation is immediately performed. Can be migrated to.

図1は、この発明の実施形態に係る燃料電池の制御方法を実施し、かつ燃料電池の制御装置の一実施形態を含む燃料電池システム10の概略構成説明図である。   FIG. 1 is an explanatory diagram of a schematic configuration of a fuel cell system 10 that implements a fuel cell control method according to an embodiment of the present invention and includes an embodiment of a fuel cell control device.

燃料電池システム10は、燃料電池スタック12を有し、この燃料電池スタック12は、複数の発電セル14を矢印A方向に積層した積層体として構成される。燃料電池スタック12の積層方向両端部には、正極側ターミナルプレート16a及び負極側ターミナルプレート16bと、エンドプレート18a、18bとが、順次、設けられる。エンドプレート18a、18bが図示しないタイロッド等によって締め付けられることにより、燃料電池スタック12が形成される。   The fuel cell system 10 includes a fuel cell stack 12, and the fuel cell stack 12 is configured as a stacked body in which a plurality of power generation cells 14 are stacked in the arrow A direction. At both ends in the stacking direction of the fuel cell stack 12, a positive terminal plate 16a and a negative terminal plate 16b, and end plates 18a and 18b are sequentially provided. The fuel cell stack 12 is formed by tightening the end plates 18a, 18b with a tie rod or the like (not shown).

各発電セル14は、電解質膜・電極構造体20と、この電解質膜・電極構造体20を挟持する金属のセパレータ22、24とを備える。セパレータ22、24には、後述する連通孔の周囲及び電極面(発電面)の外周を覆って、シール材が一体成形されている。   Each power generation cell 14 includes an electrolyte membrane / electrode structure 20 and metal separators 22 and 24 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 20. The separators 22 and 24 are integrally formed with a sealing material so as to cover the periphery of a communication hole described later and the outer periphery of the electrode surface (power generation surface).

図2は、図1に示した燃料電池システム10を構成する燃料電池スタック12の構成要素である発電セル14の分解斜視説明図である。   FIG. 2 is an exploded perspective view of the power generation cell 14 which is a constituent element of the fuel cell stack 12 constituting the fuel cell system 10 shown in FIG.

図2に示すように、発電セル14の矢印B方向の一端縁部には、積層方向である矢印A方向に互いに連通して、一方の反応ガスである酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔30a、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔32b、及び他方の反応ガスである燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔34bが、矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。   As shown in FIG. 2, one end edge of the power generation cell 14 in the direction of arrow B communicates with each other in the direction of arrow A, which is the stacking direction, and oxidant gas, for example, oxygen-containing gas, which is one reaction gas, An oxidant gas supply communication hole 30a for supply, a cooling medium discharge communication hole 32b for discharging the cooling medium, and a fuel gas discharge communication for discharging a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, which is the other reaction gas. The holes 34b are arranged in the arrow C direction (vertical direction).

発電セル14の矢印B方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔34a、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔32a、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔30bが、矢印C方向に配列して設けられる。   The other end edge of the power generation cell 14 in the direction of the arrow B communicates with each other in the direction of the arrow A, the fuel gas supply communication hole 34a for supplying the fuel gas, and the cooling medium supply communication hole for supplying the cooling medium. 32a and an oxidant gas discharge communication hole 30b for discharging the oxidant gas are arranged in the direction of arrow C.

電解質膜・電極構造体20は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜20bと、この固体高分子電解質膜20bを挟んで保持するアノード電極20a及びカソード電極20cとを備える(図1及び図2参照)。   The electrolyte membrane / electrode structure 20 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 20b in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and an anode electrode 20a and a cathode electrode 20c that are held between the solid polymer electrolyte membrane 20b. (See FIG. 1 and FIG. 2).

アノード電極20a及びカソード電極20cは、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に支持された多孔質カーボン粒子を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布した電極触媒層とをそれぞれ有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜20bの両面に接合されている。   The anode electrode 20a and the cathode electrode 20c include a gas diffusion layer made of carbon paper or the like, and an electrode catalyst layer in which porous carbon particles having a platinum alloy supported on the surface are uniformly applied to the surface of the gas diffusion layer, respectively. Have. The electrode catalyst layer is bonded to both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 20b.

セパレータ22の電解質膜・電極構造体20に対向する面22aには、酸化剤ガス供給連通孔30aと酸化剤ガス排出連通孔30bとに連通する酸化剤ガス流路(反応ガス流路ともいう。)46が設けられる。酸化剤ガス流路46は、例えば、矢印B方向に延びて存在する複数の溝部とカソード電極20cとの間に形成される。   On the surface 22a of the separator 22 facing the electrolyte membrane / electrode structure 20, an oxidant gas flow path (also called a reaction gas flow path) communicating with the oxidant gas supply communication hole 30a and the oxidant gas discharge communication hole 30b. ) 46 is provided. The oxidant gas channel 46 is formed between, for example, a plurality of grooves extending in the arrow B direction and the cathode electrode 20c.

セパレータ24の電解質膜・電極構造体20に対向する面24aには、燃料ガス供給連通孔34aと燃料ガス排出連通孔34bとに連通する燃料ガス流路(反応ガス流路ともいう。)48が形成される。この燃料ガス流路48は、例えば、矢印B方向に延びて存在する複数の溝部とアノード電極20aとの間に形成される。   A fuel gas flow path (also referred to as a reaction gas flow path) 48 that communicates with the fuel gas supply communication hole 34 a and the fuel gas discharge communication hole 34 b is formed on the surface 24 a of the separator 24 that faces the electrolyte membrane / electrode structure 20. It is formed. The fuel gas channel 48 is formed, for example, between a plurality of grooves that extend in the direction of arrow B and the anode electrode 20a.

セパレータ22の面22bとセパレータ24の面24bとの間には、冷却媒体供給連通孔32aから供給される冷却媒体を冷却媒体排出連通孔32bに導くための冷却媒体流路50が形成される。この冷却媒体流路50は、金属セパレータ22に設けられる複数の溝部と、セパレータ24に設けられる複数の溝部とを重ね合わせることにより、矢印B方向に延びて一体的に構成される。   A cooling medium flow path 50 is formed between the surface 22b of the separator 22 and the surface 24b of the separator 24 to guide the cooling medium supplied from the cooling medium supply communication hole 32a to the cooling medium discharge communication hole 32b. The cooling medium flow path 50 is integrally configured to extend in the direction of arrow B by superimposing a plurality of grooves provided in the metal separator 22 and a plurality of grooves provided in the separator 24.

再び、図1において、燃料電池システム10は、例えば、自動車等の車両に搭載されており、基本的には、燃料電池スタック12と、この燃料電池システム10全体を統括して制御する制御部60と、燃料ガス供給系62と、酸化剤ガス供給系64とを備える。   In FIG. 1 again, the fuel cell system 10 is mounted on a vehicle such as an automobile, for example. Basically, the fuel cell stack 12 and a control unit 60 that controls the entire fuel cell system 10 in an integrated manner. And a fuel gas supply system 62 and an oxidant gas supply system 64.

燃料電池スタック12は、複数の発電セル(燃料電池)14が電気的に直列に接続され、正極側ターミナルプレート16aから発電電流Ifが出力される。   In the fuel cell stack 12, a plurality of power generation cells (fuel cells) 14 are electrically connected in series, and a power generation current If is output from the positive terminal plate 16a.

この場合、各発電セル14で発生した電圧(セパレータ24と22間の電圧)の電圧値Vcは、電圧センサとしても機能する制御部60に図示しない電線を介して取り込まれる。   In this case, the voltage value Vc of the voltage (the voltage between the separators 24 and 22) generated in each power generation cell 14 is taken into the control unit 60 that also functions as a voltage sensor via an electric wire (not shown).

正極側ターミナルプレート16aから出力された発電電流Ifは、電流センサ68を通じ、負荷制御器70を介して走行用モータを含む負荷72、及び補機(コンプレッサ102、切替バルブ118、各種バルブ等)に供給される。   The generated current If output from the positive terminal plate 16a is passed through a current sensor 68 to a load 72 including a traveling motor and an auxiliary machine (compressor 102, switching valve 118, various valves, etc.) via a load controller 70. Supplied.

この発電電流Ifの電流値(符号はIfを使用する。)は、電流センサ68により検出され、制御部60に取り込まれる。制御部60では、各発電セル14の電圧値Vcを加算することで燃料電池スタック12の発電電圧Vs(ターミナルプレート16a、16b間の電圧)を計算し、発電電力をVs×Ifとして管理する。   The current value (the sign uses If) of the generated current If is detected by the current sensor 68 and taken into the control unit 60. The controller 60 calculates the power generation voltage Vs (voltage between the terminal plates 16a and 16b) of the fuel cell stack 12 by adding the voltage value Vc of each power generation cell 14, and manages the power generation as Vs × If.

一方のエンドプレート18aには、各発電セル14の酸化剤ガス流路46に酸化剤ガス供給連通孔30aを通じて空気を供給するための空気供給口78aと、発電セル14から排出される未使用の酸素を含む空気を酸化剤ガス排出連通孔30bを介して排出するための空気排出口78bと、冷却媒体供給口112aが設けられる。   One end plate 18 a has an air supply port 78 a for supplying air to the oxidant gas flow path 46 of each power generation cell 14 through the oxidant gas supply communication hole 30 a and an unused exhaust discharged from the power generation cell 14. An air discharge port 78b for discharging air containing oxygen through the oxidant gas discharge communication hole 30b and a cooling medium supply port 112a are provided.

他方のエンドプレート18bには、各発電セル14の燃料ガス流路48に燃料ガス供給連通孔34aを介して水素ガスを供給するための水素供給口76aと、発電セル14から排出される未使用の水素ガスを含む排ガスを燃料ガス排出連通孔34bを介して排出するための水素排出口76bと、冷却媒体の排出口112bとが設けられる。   The other end plate 18b has a hydrogen supply port 76a for supplying hydrogen gas to the fuel gas flow path 48 of each power generation cell 14 through the fuel gas supply communication hole 34a, and an unused exhaust discharged from the power generation cell 14. A hydrogen discharge port 76b for discharging exhaust gas containing hydrogen gas through the fuel gas discharge communication hole 34b and a cooling medium discharge port 112b are provided.

燃料ガス供給系62は、燃料電池スタック12に燃料ガスを供給する水素供給流路82と、燃料電池スタック12から未使用の燃料ガスを含む排ガスを排出する水素排出流路83と、排出ガス(水素含有ガス)を水素供給流路82の途上に戻して燃料電池スタック12に供給するための水素循環流路84とを備える。   The fuel gas supply system 62 includes a hydrogen supply channel 82 that supplies fuel gas to the fuel cell stack 12, a hydrogen discharge channel 83 that exhausts exhaust gas containing unused fuel gas from the fuel cell stack 12, and an exhaust gas ( A hydrogen circulation channel 84 for returning the hydrogen-containing gas) to the fuel supply stack 12 by returning it to the hydrogen supply channel 82.

水素供給流路82には、高圧水素を貯留する水素タンク86と、水素タンク86から水素供給バルブ(ノーマルクローズのオンオフバルブ)87を通じて供給される燃料ガスの圧力を減圧するレギュレータ88と、減圧された燃料ガスを燃料電池スタック12に供給するとともに、水素循環流路84から排ガスを吸引して燃料電池スタック12に戻すためのエゼクタ90と、燃料電池スタック12に供給される燃料ガスの圧力を検出する圧力センサ92とが設けられる。圧力センサ92により検出された燃料ガスの圧力値Phは、制御部60に取り込まれる。   The hydrogen supply channel 82 is depressurized by a hydrogen tank 86 for storing high-pressure hydrogen, a regulator 88 for reducing the pressure of fuel gas supplied from the hydrogen tank 86 through a hydrogen supply valve (normally closed on / off valve) 87. The fuel gas is supplied to the fuel cell stack 12, the ejector 90 for sucking the exhaust gas from the hydrogen circulation channel 84 and returning it to the fuel cell stack 12, and the pressure of the fuel gas supplied to the fuel cell stack 12 are detected And a pressure sensor 92 is provided. The pressure value Ph of the fuel gas detected by the pressure sensor 92 is taken into the control unit 60.

水素排出流路83には、燃料電池スタック12から排出される排ガスを廃棄するためのパージバルブ94が設けられる。   The hydrogen discharge flow path 83 is provided with a purge valve 94 for discarding the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 12.

酸化剤ガス供給系64は、燃料電池スタック12に酸化剤ガス(空気)を供給する空気供給流路98と、燃料電池スタック12から排出される未使用の空気を含む排ガスを外部に廃棄するための空気排出流路100とを備える。   The oxidant gas supply system 64 disposes an air supply flow path 98 for supplying oxidant gas (air) to the fuel cell stack 12 and exhaust gas containing unused air discharged from the fuel cell stack 12 to the outside. The air discharge channel 100 is provided.

空気供給流路98には、空気を圧縮して出力するためのコンプレッサ102と、コンプレッサ102から出力され高温化された圧縮空気を冷却する冷却装置としてのインタークーラ104と、冷却された圧縮空気に水分を与えて加湿空気として供給する加湿器103と、インタークーラ104及び加湿器103を通じて供給される低温化された加湿空気とコンプレッサ102から直接供給される高温の乾燥空気の混合割合を制御する切替バルブ105と、高温乾燥空気の直接供給流路101と、燃料電池スタック12に供給される酸化剤ガス(空気)の圧力を検出する圧力センサ109とが設けられる。圧力センサ109により検出された酸化剤ガスの供給圧力値Pinは制御部60に取り込まれる。   The air supply flow path 98 includes a compressor 102 for compressing and outputting the air, an intercooler 104 as a cooling device for cooling the compressed air output from the compressor 102 and heated to a high temperature, and the cooled compressed air. Humidifier 103 that supplies moisture as humidified air, and switching that controls the mixing ratio of the low-temperature humidified air supplied through intercooler 104 and humidifier 103 and the high-temperature dry air supplied directly from compressor 102 A valve 105, a high-temperature dry air direct supply passage 101, and a pressure sensor 109 that detects the pressure of an oxidant gas (air) supplied to the fuel cell stack 12 are provided. The supply pressure value Pin of the oxidant gas detected by the pressure sensor 109 is taken into the control unit 60.

空気排出流路100には、燃料電池スタック12の空気出口温度を検出する温度センサ106と、空気出口圧力を検出する圧力センサ107と、燃料電池スタック12に供給される酸化剤ガスの圧力を制御するための圧力調整バルブ108とが設けられる。温度センサ106と圧力センサ107によりそれぞれ検出された空気出口温度値Taと空気出口圧力値Poutは、制御部60に取り込まれる。   In the air discharge channel 100, a temperature sensor 106 that detects the air outlet temperature of the fuel cell stack 12, a pressure sensor 107 that detects the air outlet pressure, and a pressure of the oxidant gas supplied to the fuel cell stack 12 are controlled. A pressure regulating valve 108 is provided. The air outlet temperature value Ta and the air outlet pressure value Pout detected by the temperature sensor 106 and the pressure sensor 107 are taken into the control unit 60.

制御部60はCPU(Central Processing Unit)を有し、演算・制御・記憶・処理手段として機能する他、計時手段としてのタイマとしても機能する。   The control unit 60 has a CPU (Central Processing Unit) and functions as a calculation / control / storage / processing unit, and also functions as a timer as a timing unit.

この制御部60には、燃料電池システム10のイグニッションスイッチとして機能する起動スイッチ138や図示していないアクセルの開度を示すアクセル開度センサも接続されている。発電停止信号検知器としても機能する制御部60に対して、起動スイッチ138からオン状態に対応する発電開始信号(Ig=1)が供給されることで発電運転の開始処理がなされ、オフ状態に対応する発電停止信号(Ig=0)が供給されることで発電運転の停止処理がなされる。なお、この実施形態において、発電停止信号(Ig=0)は、この信号の入力を契機として後述する掃気処理が行われるので、広い意味では掃気信号と言える。   The control unit 60 is also connected to an activation switch 138 that functions as an ignition switch of the fuel cell system 10 and an accelerator opening sensor that indicates an accelerator opening (not shown). When the power generation start signal (Ig = 1) corresponding to the on state is supplied from the start switch 138 to the control unit 60 that also functions as a power generation stop signal detector, the power generation operation start processing is performed, and the control unit 60 enters the off state. A power generation operation stop process is performed by supplying a corresponding power generation stop signal (Ig = 0). In this embodiment, the power generation stop signal (Ig = 0) is a scavenging signal in a broad sense because a scavenging process to be described later is performed in response to the input of this signal.

この場合、起動スイッチ138とは別に、掃気信号出力スイッチを設けて制御部60に接続し、その掃気信号出力スイッチがオン状態となったときに掃気信号が入力されたとして、例えば一時停車中のアイドリング時等にも掃気処理ができるように構成を変更してもよい。   In this case, a scavenging signal output switch is provided separately from the start switch 138 and connected to the control unit 60. If the scavenging signal is input when the scavenging signal output switch is turned on, for example, the vehicle is temporarily stopped. The configuration may be changed so that the scavenging process can be performed even during idling.

したがって、制御部60は、発電停止信号検知器の意味を含む広い意味での掃気信号検知器としても機能する。なお、この実施形態では、上記したように、制御部60は、発電停止信号検知器として機能している。   Therefore, the control unit 60 also functions as a scavenging signal detector in a broad sense including the meaning of a power generation stop signal detector. In this embodiment, as described above, the control unit 60 functions as a power generation stop signal detector.

そして、制御部60のCPUは、各種入力(起動スイッチ138からの信号Ig、及び各セル電圧値Vc、発電電流値If、空気供給圧力値Pin、空気出口圧力値Pout、水素入口圧力値Ph、空気出口温度Ta等)に対応して、プログラムを実行することで、コンプレッサ102の回転数、レギュレータ88の開度、切替バルブ105の切替位置、負荷制御器70の制御等を行い、所定の発電電流Ifを発生して負荷制御器70に供給するとともに、燃料電池システム10全体を統括して制御する。   Then, the CPU of the control unit 60 performs various inputs (signal Ig from the start switch 138, each cell voltage value Vc, generated current value If, air supply pressure value Pin, air outlet pressure value Pout, hydrogen inlet pressure value Ph, By executing a program corresponding to the air outlet temperature Ta, etc., the rotation speed of the compressor 102, the opening degree of the regulator 88, the switching position of the switching valve 105, the control of the load controller 70, etc. are performed, and predetermined power generation The current If is generated and supplied to the load controller 70, and the entire fuel cell system 10 is controlled overall.

この実施形態に係る燃料電池システム10は、基本的には、以上のように構成されかつ動作するものであり、次に、この燃料電池システム10のより詳しい動作について、図3に示すフローチャートに基づいて説明する。   The fuel cell system 10 according to this embodiment is basically configured and operates as described above. Next, a more detailed operation of the fuel cell system 10 is based on the flowchart shown in FIG. I will explain.

まず、ステップS1において、ユーザの操作により起動スイッチ138がオフ状態からオン状態にされると(Ig=0→1)、ステップS2において、燃料電池システム10が始動され燃料電池スタック12の通常発電運転が行われる。   First, in step S1, when the start switch 138 is turned from the off state to the on state by the user's operation (Ig = 0 → 1), in step S2, the fuel cell system 10 is started and the normal power generation operation of the fuel cell stack 12 is performed. Is done.

この通常発電運転の継続時には、燃料ガス供給系62において、水素タンク86から供給される燃料ガスが、レギュレータ88を介して所定の圧力に調整され、エゼクタ90を介し水素供給流路82を通じて燃料電池スタック12の水素供給口76aに供給される。   When the normal power generation operation is continued, in the fuel gas supply system 62, the fuel gas supplied from the hydrogen tank 86 is adjusted to a predetermined pressure via the regulator 88, and the fuel cell is supplied via the hydrogen supply channel 82 via the ejector 90. The hydrogen is supplied to the hydrogen supply port 76 a of the stack 12.

水素供給口76aに供給された燃料ガスは、各発電セル14を構成する燃料ガス供給連通孔34aを通じて燃料ガス流路48に沿ってアノード電極20aに供給されアノード電極20aに沿って移動後、水分を含む未使用の水素ガスを含む排ガスは、燃料ガス排出連通孔34bを通じ水素排出口76bから水素排出流路83に排出されて水素循環流路84に送られる。   The fuel gas supplied to the hydrogen supply port 76a is supplied to the anode electrode 20a along the fuel gas flow path 48 through the fuel gas supply communication hole 34a constituting each power generation cell 14, and moves along the anode electrode 20a. Exhaust gas containing unused hydrogen gas containing is discharged from the hydrogen discharge port 76 b to the hydrogen discharge flow path 83 through the fuel gas discharge communication hole 34 b and sent to the hydrogen circulation flow path 84.

水素循環流路84に排出された排ガスは、エゼクタ90の吸引作用下に、水素供給流路82の途上に戻された後、再度、燃料電池スタック12内に燃料ガスとして供給される。この燃料ガスは、水分を含むガス、すなわち加湿ガスになっている。   The exhaust gas discharged to the hydrogen circulation channel 84 is returned to the hydrogen supply channel 82 under the suction action of the ejector 90 and then supplied again as fuel gas into the fuel cell stack 12. This fuel gas is a gas containing moisture, that is, a humidified gas.

一方、空気は、外気が圧縮された圧縮空気としてコンプレッサ102から供給され、通常運転時には、切替バルブ105を介し、インタークーラ104、加湿器103を通じて低温化された加湿空気(加湿ガス)が空気供給流路98に供給される。   On the other hand, air is supplied from the compressor 102 as compressed air in which the outside air is compressed. During normal operation, humidified air (humidified gas) that has been cooled through the intercooler 104 and the humidifier 103 is supplied to the air via the switching valve 105. It is supplied to the flow path 98.

この空気、すなわち酸化剤ガスは、空気供給口78aから各発電セル14を構成する酸化剤ガス供給連通孔30aを通じ酸化剤ガス流路46に沿ってカソード電極20cに供給されカソード電極20cに沿って移動後、未使用の空気を含む排ガスが、酸化剤ガス排出連通孔30bを通じ空気排出口78bから空気排出流路100に排出される。   The air, that is, the oxidant gas, is supplied from the air supply port 78a to the cathode electrode 20c along the oxidant gas flow path 46 through the oxidant gas supply communication hole 30a constituting each power generation cell 14, and along the cathode electrode 20c. After the movement, exhaust gas containing unused air is discharged from the air discharge port 78b to the air discharge channel 100 through the oxidant gas discharge communication hole 30b.

これにより、各発電セル14では、アノード電極20aに供給される燃料ガスである水素と、カソード電極20cに供給される酸化剤ガス中の酸素とが反応して発電が行われる。   As a result, in each power generation cell 14, hydrogen, which is the fuel gas supplied to the anode electrode 20a, reacts with oxygen in the oxidant gas supplied to the cathode electrode 20c to generate power.

この発電の過程について詳しく説明すると、アノード電極20aにおいて水素ガスが水素イオン化され水素イオンと電子が発生する。水素イオンは電解質膜20b内を水分を伴ってカソード電極20c側に到達する。発生した電子は、アノード電極20aから負極側ターミナルプレート16bを通じ外部負荷(負荷制御器70、負荷72及び補機等)を介し、電流センサ68を通じ正極側ターミナルプレート16aを介してカソード電極20cに到達する。そして、電解質膜20bのカソード電極20c側で、酸素が水素イオン及び電子と結合して水になる。   The power generation process will be described in detail. The hydrogen gas is hydrogen ionized at the anode electrode 20a to generate hydrogen ions and electrons. Hydrogen ions reach the cathode electrode 20c side with moisture in the electrolyte membrane 20b. The generated electrons reach the cathode electrode 20c from the anode electrode 20a through the negative terminal plate 16b through the external load (load controller 70, load 72, auxiliary machine, etc.), and through the current sensor 68 through the positive terminal plate 16a. To do. Then, on the cathode electrode 20c side of the electrolyte membrane 20b, oxygen combines with hydrogen ions and electrons to become water.

このように発電セル(燃料電池セルともいう。)14では、アノード電極20aで生成された水素イオンが電解質膜20bの中を通ってカソード電極20cに移動するときには、水の分子を同伴する。したがって、水素イオンの導電性を維持するために、電解質膜20bは、水分を含んだ湿潤の状態であることが必須の要件とされている。   Thus, in the power generation cell (also referred to as a fuel cell) 14, when hydrogen ions generated in the anode electrode 20a move through the electrolyte membrane 20b to the cathode electrode 20c, water molecules are accompanied. Therefore, in order to maintain the conductivity of hydrogen ions, the electrolyte membrane 20b is required to be in a wet state containing moisture.

この場合、酸化剤ガス供給系64では、酸化剤ガスのガス圧力が、目標の発電電流値Ifに基づき圧力調整バルブ108を介して所定の圧力に調整されるとともに、酸化剤ガスのガス流量がコンプレッサ102の回転数制御によって所定の流量に調整される。   In this case, in the oxidant gas supply system 64, the gas pressure of the oxidant gas is adjusted to a predetermined pressure via the pressure adjustment valve 108 based on the target generated current value If, and the gas flow rate of the oxidant gas is changed. The flow rate is adjusted to a predetermined flow rate by controlling the rotation speed of the compressor 102.

一方、燃料ガス供給系62では、水素ガスのガス圧力がレギュレータ88を介して所定の圧力に調整されるとともに、水素ガスのガス流量がエゼクタ90を介して所定の流量に調整されている。   On the other hand, in the fuel gas supply system 62, the gas pressure of hydrogen gas is adjusted to a predetermined pressure via the regulator 88, and the gas flow rate of hydrogen gas is adjusted to a predetermined flow rate via the ejector 90.

以上の通常発電運転が行われているときに、ステップS3に示すように、ユーザが運転を停止するために起動スイッチ138を操作し起動スイッチ138がオン状態からオフ状態に切り替えられたことが制御部60に入力される。すなわちハイレベル1からローレベル0に遷移する発電停止信号(Ig=0)が、制御部60により検知されると、この発電停止信号検知工程を契機として以下に示す掃気処理工程を含む発電停止時処理が行われる。   When the above-described normal power generation operation is performed, as shown in step S3, the user operates the start switch 138 to stop the operation, and the start switch 138 is switched from the on state to the off state. Input to the unit 60. That is, when the power generation stop signal (Ig = 0) that transitions from the high level 1 to the low level 0 is detected by the control unit 60, when the power generation is stopped including the scavenging process step described below triggered by this power generation stop signal detection step Processing is performed.

発電停止信号(Ig=0)の入力を検知したとき、ステップS4において、制御部60は、水素タンク86に取り付けられている水素供給バルブ87を閉じ、水素タンク86からの新たな燃料ガスの供給を停止する燃料ガス供給停止工程を行った後、ステップS5の乾燥工程及びステップS6の加湿工程からなる掃気処理工程である、電解質膜20b及び酸化剤ガス流路46の残留水分状態の最適化処理を行う。   When the input of the power generation stop signal (Ig = 0) is detected, in step S4, the control unit 60 closes the hydrogen supply valve 87 attached to the hydrogen tank 86 and supplies new fuel gas from the hydrogen tank 86. After performing the fuel gas supply stop process for stopping the process, the process of optimizing the residual moisture state of the electrolyte membrane 20b and the oxidant gas flow path 46, which is a scavenging process including the drying process of step S5 and the humidification process of step S6, is performed. I do.

この残留水分状態の最適化処理は、発電を完全に停止させる前に、各発電セル14を構成する空気の流路である酸化剤ガス流路46内の残留水分と電解質膜20bの残留水分を確認し、電解質膜20bに水分が所定量残留していて、かつ酸化剤ガス流路46内に水分が残留していない最適水分残留条件を成立させる処理工程である。   In this residual moisture state optimization process, before the power generation is completely stopped, the residual moisture in the oxidant gas channel 46, which is the air channel constituting each power generation cell 14, and the residual moisture in the electrolyte membrane 20b are determined. This is a processing step of confirming and satisfying the optimum moisture residual condition in which a predetermined amount of moisture remains in the electrolyte membrane 20 b and no moisture remains in the oxidant gas flow path 46.

そして、最適水分残留条件が成立しているときに、次のステップS7に示す発電停止処理を行うことで、その発電停止処理がなされた時点の以降の時点で起動スイッチ138がオフ状態からオン状態に切り替えられた再起動時に、酸化剤ガス流路46内に水分が残留していないことから反応ガスの流れが阻害されないことを確実化し、また電解質膜20bに水分が残留しているので水素イオン(陽イオン)が透過し易いことを確実化し、結果として確実に正常な発電を開始することができるようにするためである。すなわち、これらステップS5以降の発電停止時処理を行うことで、水の凍結温度以下の環境でも迅速な起動が確実に遂行され、通常発電運転に直ちに移行させることができる。   Then, when the optimum moisture residual condition is satisfied, the power generation stop process shown in the next step S7 is performed, so that the start switch 138 is switched from the off state to the on state at a time after the time when the power generation stop process is performed. At the time of restarting, it is ensured that the flow of the reaction gas is not hindered because no moisture remains in the oxidant gas flow path 46, and the water ions remain in the electrolyte membrane 20b, so that hydrogen ions remain. This is to ensure that (positive ions) are easily transmitted, and as a result, normal power generation can be reliably started. That is, by performing the power generation stop processing after step S5, quick start-up is reliably performed even in an environment below the freezing temperature of water, and it is possible to immediately shift to normal power generation operation.

実際上、発電運転状況により、電解質膜20b及び酸化剤ガス流路46の残留水分状態が以下の3態様を有する可能性がある。   Actually, depending on the power generation operation status, the residual moisture state of the electrolyte membrane 20b and the oxidant gas flow path 46 may have the following three modes.

(i)酸化剤ガス流路46内に液滴の水が残留している状態(電解質膜20bと酸化剤ガス流路46がともに湿潤状態)。(ii)電解質膜20b内に水分が残留している状態(電解質膜20bのみが湿潤状態)。(iii)電解質膜20bが乾燥している状態(電解質膜20bと酸化剤ガス流路46がともに乾燥状態)。そして、発電停止時には、(ii)の状態(最適水分残留条件・最適停止条件)で停止されていることが好ましい。   (I) A state in which droplet water remains in the oxidant gas flow path 46 (both the electrolyte membrane 20b and the oxidant gas flow path 46 are wet). (Ii) A state in which moisture remains in the electrolyte membrane 20b (only the electrolyte membrane 20b is wet). (Iii) The electrolyte membrane 20b is in a dry state (both the electrolyte membrane 20b and the oxidant gas channel 46 are in a dry state). And at the time of a power generation stop, it is preferable to be stopped in the state (ii) (optimum moisture residual condition / optimum stop condition).

この実施形態において、上記(ii)の最適水分残留条件は、第1に、酸化剤ガス流路46内に水分が残留しているかどうかを判定するために、空気の供給圧力値Pinと排出圧力値Poutとの圧力差(圧力損失)α(α=Pin−Pout)が所定圧力値(閾値)ΔP以下の値になっているかどうかで判定している(α≦ΔP)。第2に、電解質膜20bの湿潤状態を判定するために、電解質膜20bの膜抵抗値Rmが、閾値である所定膜抵抗値(閾値)Rt以下の値であるかどうかで判定している(Rm≦Rt)。   In this embodiment, the optimum moisture remaining condition (ii) is, first, to determine whether moisture remains in the oxidant gas flow path 46, in order to determine whether the supply pressure value Pin and the discharge pressure of air. It is determined whether or not the pressure difference (pressure loss) α (α = Pin−Pout) from the value Pout is equal to or less than a predetermined pressure value (threshold value) ΔP (α ≦ ΔP). Second, in order to determine the wet state of the electrolyte membrane 20b, it is determined whether or not the membrane resistance value Rm of the electrolyte membrane 20b is equal to or less than a predetermined membrane resistance value (threshold value) Rt that is a threshold value ( Rm ≦ Rt).

図4は、発電セル14の内部残留水分が少ない状態(乾燥状態)から多い状態(加湿状態)に変化した場合の圧力差αと膜抵抗値Rmの変化特性を示している。圧力差αは、発電セル14を構成する酸化剤ガス流路46内の残留水分が多い場合に大きな値となり、少なくなるにしたがい小さな値になる。その一方、膜抵抗値Rmは、電解質膜20b内の残留水分が少ない場合に大きな値となり、多くなるにしたがい小さな値となる。   FIG. 4 shows change characteristics of the pressure difference α and the membrane resistance value Rm when the internal residual moisture of the power generation cell 14 is changed from a low state (dry state) to a high state (humidified state). The pressure difference α becomes a large value when the residual moisture in the oxidant gas flow path 46 constituting the power generation cell 14 is large, and becomes a small value as it decreases. On the other hand, the membrane resistance value Rm becomes a large value when the residual moisture in the electrolyte membrane 20b is small, and becomes a small value as it increases.

図4中に、上述した判定基準である所定圧力値ΔPと所定膜抵抗値Rtを記載している。したがって、この実施形態において、発電停止時における最適水分残留条件範囲は、所定膜抵抗値Rtと膜抵抗値Rmとの交点から所定圧力値ΔPと圧力差αとの交点までの範囲になる。   In FIG. 4, a predetermined pressure value ΔP and a predetermined film resistance value Rt, which are the above-described determination criteria, are described. Therefore, in this embodiment, the optimum moisture residual condition range when power generation is stopped is a range from the intersection of the predetermined membrane resistance value Rt and the membrane resistance value Rm to the intersection of the predetermined pressure value ΔP and the pressure difference α.

次に、上記のステップS3以降〜ステップS7までの処理例について、図5の波形図をも参照して説明する。   Next, processing examples from step S3 to step S7 will be described with reference to the waveform diagram of FIG.

図5の(a)に示すように、時点t0において、ハイレベル1からローレベル0に遷移する発電停止信号(Ig=0)が、制御部60により検知されると(ステップS3)、発電停止時処理が実行開始され、制御部60は、図5の(b)に示すように、直ちに、水素タンク36に取り付けられている水素供給バルブ87を閉じ、水素タンク36から燃料ガスである水素ガスの新たな供給を停止する(ステップS4)。   As shown in FIG. 5A, when a power generation stop signal (Ig = 0) that transitions from high level 1 to low level 0 is detected by the control unit 60 at time t0 (step S3), power generation is stopped. As shown in FIG. 5B, the control unit 60 immediately closes the hydrogen supply valve 87 attached to the hydrogen tank 36, and the hydrogen gas that is the fuel gas from the hydrogen tank 36 is started. The new supply is stopped (step S4).

ステップS2の通常発電運転中において、各電解質膜20b(電解質膜・電極構造体20)の水分含有量は、図6に示すように、ガス入口(酸化剤ガス供給連通孔30a、燃料ガス供給連通孔34a)からガスの下流に向かってガス出口(酸化剤ガス排出連通孔30b、燃料ガス排出連通孔34b)まで、水分含有量がW2からW5に増加する湿潤分布状態となっており、しかも全体としてかなりの水分含有量になっている。したがって、ガス流路、特に酸化剤ガス流路46にも水分が残留した状態となっている。   During the normal power generation operation in step S2, the water content of each electrolyte membrane 20b (electrolyte membrane / electrode structure 20) is as shown in FIG. 6 with respect to the gas inlet (oxidant gas supply communication hole 30a, fuel gas supply communication). The moisture content increases from W2 to W5 from the hole 34a) to the gas outlet (oxidant gas discharge communication hole 30b, fuel gas discharge communication hole 34b) toward the downstream of the gas. As a result, it has a considerable water content. Therefore, moisture remains in the gas flow channel, particularly the oxidant gas flow channel 46.

そこで、停止時処理として、まず、ステップS5において、余剰水分を除去するために、乾燥工程が実行され、ステップS5中、ステップS5aにおいて、乾燥ガスによる乾燥処理が行われる。   Therefore, as a process at the time of stopping, first, in step S5, a drying process is executed in order to remove excess moisture, and in step S5, a drying process using a drying gas is performed in step S5a.

このため、時点t0において、空気の切替バルブ105により空気の流路を加湿器103側流路から直接供給流路101側に切り替えるとともに、圧力調整バルブ108を開放し、コンプレッサ102の回転数を最大にする。これにより、図5の(d)に示すように、酸化剤ガスは、加湿ガスから高温の乾燥ガスとされる。すなわち、乾燥器として機能するコンプレッサ102から、インタークーラ104と加湿器103を迂回して、直接供給流路(迂回路)101を通じて直接的に供給される高温の乾燥された最大ガス流量の空気(高温乾燥ガス)が、空気供給流路98を通じて空気供給口78aに供給される。   Therefore, at time t0, the air switching valve 105 switches the air flow path from the humidifier 103 side flow path directly to the supply flow path 101 side, and the pressure adjustment valve 108 is opened to maximize the rotation speed of the compressor 102. To. As a result, as shown in FIG. 5D, the oxidant gas is changed from the humidified gas to a high-temperature dry gas. That is, high-temperature dried air with a maximum gas flow rate that is directly supplied from the compressor 102 functioning as a dryer, bypassing the intercooler 104 and the humidifier 103, and directly supplied through the direct supply passage (bypass) 101 ( High-temperature dry gas) is supplied to the air supply port 78 a through the air supply flow path 98.

この高温の乾燥空気は、空気供給口78aから酸化剤ガス供給連通孔30aを通じ、各発電セル14の酸化剤ガス流路46に沿って移動し酸化剤ガス排出連通孔30bを介して空気排出口78bから排出され、さらに空気排出流路100を通じ圧力調整バルブ108を通じて車外の外気に排出される。このとき、酸化剤ガス流路46の残留水分が乾燥ガスにより空気排出口78bから空気排出流路100に排出される(パージされる)とともに、酸化剤ガス流路46が乾燥される、すなわち乾燥掃気(乾燥パージ)が行われる。   This high-temperature dry air moves from the air supply port 78a through the oxidant gas supply communication hole 30a, along the oxidant gas flow path 46 of each power generation cell 14, and passes through the oxidant gas discharge communication hole 30b. The air is discharged from 78b and is further discharged to the outside air outside the vehicle through the pressure adjusting valve 108 through the air discharge passage 100. At this time, residual moisture in the oxidant gas flow path 46 is discharged (purged) from the air discharge port 78b to the air discharge flow path 100 by the dry gas, and the oxidant gas flow path 46 is dried, that is, dried. Scavenging (dry purging) is performed.

なお、酸化剤ガス流路46に乾燥ガスが供給されているとき、燃料ガス流路48には、図5の(c)に示すように、時点t1までの間、エゼクタ90により水素ガスが循環されているので、各発電セル14では、所定の発電が継続されている。すなわち、時点t0において、水素排出口76b、水素排出流路83を通じてエゼクタ90に供給された循環水素は、このエゼクタ90から、時点t1まで燃料電池スタック12に供給される。   When dry gas is supplied to the oxidant gas channel 46, hydrogen gas is circulated in the fuel gas channel 48 by the ejector 90 until time t1, as shown in FIG. 5C. Therefore, predetermined power generation is continued in each power generation cell 14. That is, the circulating hydrogen supplied to the ejector 90 through the hydrogen discharge port 76b and the hydrogen discharge flow path 83 at time t0 is supplied from the ejector 90 to the fuel cell stack 12 until time t1.

図5の(c)に示す、水素ガスの圧力は、水素供給口76aで圧力センサ92により検出した圧力であり、時点t0で水素タンク86からの水素ガスの供給が停止されているので、水素ガスの圧力は、その時点t0から徐々に低下し、時点t1における所定圧力値で安定するように設計されている。なお、この所定圧力値は大気圧より高い圧力に設計されている。時点t0以降、パージバルブ94が開かれることはないので、燃料ガス流路48内のガス圧力値が大気圧より高い圧力となった状態が保持される。このようにして、ステップS5の乾燥工程が遂行される。   The hydrogen gas pressure shown in FIG. 5C is the pressure detected by the pressure sensor 92 at the hydrogen supply port 76a, and the supply of hydrogen gas from the hydrogen tank 86 is stopped at time t0. The gas pressure is designed to gradually decrease from time t0 and stabilize at a predetermined pressure value at time t1. The predetermined pressure value is designed to be higher than atmospheric pressure. Since the purge valve 94 is not opened after the time point t0, the state where the gas pressure value in the fuel gas passage 48 is higher than the atmospheric pressure is maintained. In this way, the drying process of step S5 is performed.

すなわち、図5の(d)に示すように、時点t0までは、燃料ガスと加湿された酸化剤ガスが反応ガス流路46、48に供給され、時点t0以降時点t4まで、燃料ガスと高温で乾燥した酸化剤ガスが反応ガス流路46、48に供給される。この時点t0〜t4までの時間は掃気期間あるいはパージ期間と呼ばれる。   That is, as shown in FIG. 5D, until the time t0, the fuel gas and the humidified oxidant gas are supplied to the reaction gas flow paths 46 and 48, and after the time t0 until the time t4, the fuel gas and the high temperature gas are heated. The dried oxidant gas is supplied to the reaction gas channels 46 and 48. The time from time t0 to time t4 is called a scavenging period or a purge period.

時点t0において、さらに、ステップS5bの乾燥程度判定処理が行われる。この乾燥程度判定処理では、乾燥工程中に、電解質膜20bの乾燥程度を検知し、所定の乾燥程度に達したかどうかが判定される。   At time t0, the drying degree determination process in step S5b is further performed. In this drying degree determination process, the degree of drying of the electrolyte membrane 20b is detected during the drying step, and it is determined whether or not a predetermined degree of drying has been reached.

この電解質膜20bの乾燥程度は、この実施形態では、電解質膜20bの膜抵抗値Rmに基づき判定している。   In this embodiment, the degree of drying of the electrolyte membrane 20b is determined based on the membrane resistance value Rm of the electrolyte membrane 20b.

この膜抵抗値Rmは、負荷制御器70内部で負荷の値、たとえば抵抗値を間欠的(パルス的)に小さくすることで(負荷を大きくすることで)、図5の(e)に示すように、発電電流値Ifをパルス的に増減させる。   This film resistance value Rm is obtained by decreasing the load value, for example, the resistance value intermittently (in the form of a pulse) within the load controller 70 (by increasing the load), as shown in FIG. The generated current value If is increased or decreased in a pulse manner.

このとき、発電電流値Ifの変動電流値ΔIfを計算し、さらに、図5の(f)に示すように、セル電圧Vcの対応する変動電圧値ΔVcを計算して、膜抵抗値RmをRm=ΔVc/ΔIf(図5の(g)参照)として求める。   At this time, the fluctuation current value ΔIf of the generated current value If is calculated. Further, as shown in FIG. 5F, the fluctuation voltage value ΔVc corresponding to the cell voltage Vc is calculated, and the membrane resistance value Rm is calculated as Rm. = ΔVc / ΔIf (see (g) of FIG. 5).

そして、求めた膜抵抗値Rmが、閾値である所定膜抵抗値(閾値)Rtを超える値であるかどうかを判定する(Rm>Rt)。なお、膜抵抗値Rmは、負荷を正弦的に変化させることで交流インピーダンスとしても求めることができる。   Then, it is determined whether or not the obtained film resistance value Rm exceeds a predetermined film resistance value (threshold value) Rt that is a threshold value (Rm> Rt). The membrane resistance value Rm can also be obtained as an AC impedance by changing the load sinusoidally.

この時点t0近傍では、電解質膜20bが十分な湿潤状態にあるので、膜抵抗値Rmの値は、所定抵抗値Rt以下の値となっている。   In the vicinity of the time point t0, the electrolyte membrane 20b is in a sufficiently wet state, so that the membrane resistance value Rm is equal to or less than the predetermined resistance value Rt.

この時点t0近傍では、ステップS5bの判定が成立しないので、以降、ステップS5bの判定が成立するまで、ステップS5aの乾燥ガス処理及びステップS5bの乾燥程度判定処理、すなわちステップS5の乾燥工程が継続される。   In the vicinity of time t0, the determination in step S5b is not satisfied, and hence the drying gas processing in step S5a and the drying degree determination processing in step S5b, that is, the drying process in step S5 are continued until the determination in step S5b is satisfied. The

この実施例では、乾燥ガスの投入の継続により、時点t3以降において膜抵抗値Rmが上昇し、時点t4において、膜抵抗値Rmが所定膜抵抗値Rtになり、ステップS5bの乾燥程度判定処理が成立する。   In this embodiment, as the drying gas is continuously supplied, the film resistance value Rm increases after time t3, and at time t4, the film resistance value Rm becomes the predetermined film resistance value Rt, and the drying degree determination process in step S5b is performed. To establish.

なお、乾燥程度判定処理は、図5の(h)に模式的に示すように、電解質膜20bの膜抵抗値Rmの時間微分値Rm´に基づき判定することもできる。この場合には、膜抵抗値Rmの時間微分値Rm´が所定微分値Rt´を超えたかどうかで判定する(Rm´>Rt´)。   The drying degree determination process can also be determined based on the time differential value Rm ′ of the membrane resistance value Rm of the electrolyte membrane 20b, as schematically shown in FIG. In this case, it is determined whether or not the time differential value Rm ′ of the membrane resistance value Rm exceeds a predetermined differential value Rt ′ (Rm ′> Rt ′).

なお、ステップS5bの電解質膜20bの乾燥程度は、反応ガス流路の供給口と吐出口との間のガス圧力差に基づき判定することもできる。例えば、酸化剤ガス流路46内に水分が残留しているかどうかを判定するために、空気供給口78aの供給圧力値Pinと、空気排出口78bの排出圧力値Poutを、圧力センサ109、107を通じてそれぞれ測定し、ガス圧力差(圧力損失)α(α=Pin−Pout)を計算し、計算したガス圧力差αが所定圧力値(閾値)ΔP以下の値になっているかどうかを判定する(α≦ΔP)。   The degree of drying of the electrolyte membrane 20b in step S5b can also be determined based on the gas pressure difference between the supply port and the discharge port of the reaction gas channel. For example, in order to determine whether or not moisture remains in the oxidant gas flow path 46, the supply pressure value Pin of the air supply port 78a and the discharge pressure value Pout of the air discharge port 78b are used as pressure sensors 109 and 107, respectively. The gas pressure difference (pressure loss) α (α = Pin−Pout) is calculated, and it is determined whether or not the calculated gas pressure difference α is equal to or less than a predetermined pressure value (threshold value) ΔP ( α ≦ ΔP).

図5の(i)に示すように、時点t0では、酸化剤ガス流路46内に余剰水分が残留してるので、ガス圧力差αは、所定圧力値ΔPより大きい値になっている。酸化剤ガス流路46に乾燥ガスを投入することで、酸化剤ガス流路46の残留水分のパージ処理が行われる。   As shown in (i) of FIG. 5, at time t0, excess moisture remains in the oxidant gas flow path 46, so the gas pressure difference α is larger than the predetermined pressure value ΔP. By supplying a dry gas to the oxidant gas flow path 46, the residual moisture in the oxidant gas flow path 46 is purged.

時点t2において、ガス圧力差αが所定圧力差ΔP以下の値となることが判定されるので、予め定めた時間T24経過後の時点t4に乾燥ガスの供給を停止することで、その時点t4で電解質膜20bの膜抵抗値Rmが所定膜抵抗値Rtになっていると推定される。   At time t2, since it is determined that the gas pressure difference α is equal to or less than the predetermined pressure difference ΔP, the supply of the dry gas is stopped at time t4 after the elapse of a predetermined time T24. It is estimated that the membrane resistance value Rm of the electrolyte membrane 20b is the predetermined membrane resistance value Rt.

なお、電解質膜20bの乾燥程度は、図5の(j)に示すように、ガス圧力差αの時間微分値α´に基づき判定することもできる。時点t3において、時間微分値α´が所定微分値ΔP´となるので、予め定めた時間T34の経過後の時点t4に乾燥ガスの供給を停止することで、その時点t4で電解質膜20bの膜抵抗値Rmが所定膜抵抗値Rtになっていると推定される。   The degree of drying of the electrolyte membrane 20b can also be determined based on the time differential value α ′ of the gas pressure difference α, as shown in FIG. Since the time differential value α ′ becomes the predetermined differential value ΔP ′ at the time point t3, the supply of the dry gas is stopped at the time point t4 after the elapse of the predetermined time T34, so that the membrane of the electrolyte membrane 20b at the time point t4. It is estimated that the resistance value Rm is the predetermined film resistance value Rt.

ステップS5の乾燥工程が終了した時点t4において、各電解質膜20b(電解質膜・電極構造体20)は、図7の水分含有量を模式的に示すように、ガス入口(酸化剤ガス供給連通孔30a、燃料ガス供給連通孔34a)からガスの下流に向かってガス出口(酸化剤ガス排出連通孔30b、燃料ガス排出連通孔34b)まで、水分含有量がW1からW3に増加する分布状態となっているが、全体として乾燥した少ない水分含有量になっている(W1<W2<W3<W5)。   At the time t4 when the drying process of step S5 is completed, each electrolyte membrane 20b (electrolyte membrane / electrode structure 20) has a gas inlet (oxidant gas supply communication hole) as schematically shown in FIG. 30a, from the fuel gas supply communication hole 34a) to the gas outlet (oxidant gas discharge communication hole 30b, fuel gas discharge communication hole 34b) downstream of the gas, the moisture content increases from W1 to W3. However, as a whole, the moisture content is small and dry (W1 <W2 <W3 <W5).

そこで、ステップS5の乾燥工程が終了した時点t4、すなわちステップS5bの乾燥程度判定処理が成立したとき、次に電解質膜20bを一定程度(均一)に加湿する加湿工程S6を構成するステップS6aの加湿ガス処理が実施される。   Therefore, when the drying process of step S5 is completed, that is, when the drying degree determination process of step S5b is established, the humidification process of step S6a constituting the humidification process S6 that humidifies the electrolyte membrane 20b to a certain degree (uniform) next. Gas treatment is performed.

加湿ガス処理を行うため、図5の(d)等に示すように、時点t4において、空気の切替バルブ105により空気の流路を直接供給流路側から加湿器103側流路に切り替えて、時点t5までの所定時間T45の間、加湿された酸化剤ガスと加湿された水素ガスをそれぞれ、反応ガス流路46、48に供給する、加湿掃気(加湿パージ)を行う。   In order to perform the humidified gas treatment, as shown in FIG. 5D and the like, at time t4, the air switching valve 105 switches the air flow path directly from the supply flow path side to the humidifier 103 side flow path. During a predetermined time T45 until t5, humidified scavenging (humidity purge) is performed in which the humidified oxidant gas and the humidified hydrogen gas are supplied to the reaction gas flow paths 46 and 48, respectively.

乾燥ガスを膜抵抗値Rmが一定値Rtとなるまで供給し、その後に一定時間T45だけ加湿ガスを供給しているので、ステップS6bの加湿程度判定処理は、時点t4以降の加湿時間が所定時間T45経過した時点で加湿程度が適正と判定される。   Since the dry gas is supplied until the membrane resistance value Rm reaches the constant value Rt, and then the humidified gas is supplied for a predetermined time T45, the humidification degree determination process in step S6b is performed for a predetermined time after the time t4. When T45 has elapsed, the degree of humidification is determined to be appropriate.

なお、加湿工程では、加湿ガス処理S6aに代替して、図5の(e)の時点t4〜t5での点線に示すように、負荷制御器70に接続される負荷を大きくした一定負荷(発電電流値pIf)とすることで、例えば乾燥ガス供給のままでも、発電セル14が発電することにより電解質膜20bを加湿し所定の湿潤状態にすることができる。   In the humidification process, instead of the humidified gas treatment S6a, a constant load (power generation) in which the load connected to the load controller 70 is increased as shown by the dotted line at time t4 to t5 in FIG. By setting the current value pIf), for example, even when the dry gas is supplied, the power generation cell 14 generates power, so that the electrolyte membrane 20b can be humidified to a predetermined wet state.

ステップS6の乾燥工程が終了した時点t5において、各電解質膜20b(電解質膜・電極構造体20)は、図8に水分含有量を模式的に示すように、ガス入口(酸化剤ガス供給連通孔30a、燃料ガス供給連通孔34a)からガスの下流に向かってガス出口(酸化剤ガス排出連通孔30b、燃料ガス排出連通孔34b)まで、水分含有量が所望の量W4でかつ均一な分布状態となっている(W1<W2<W3<W4<W5)。   At the time point t5 when the drying process in step S6 is completed, each electrolyte membrane 20b (electrolyte membrane / electrode structure 20) has a gas inlet (oxidant gas supply communication hole) as schematically shown in FIG. 30a, from the fuel gas supply communication hole 34a) to the gas outlet (oxidant gas discharge communication hole 30b, fuel gas discharge communication hole 34b) from the gas downstream toward the gas outlet, with a desired water content W4 and a uniform distribution state (W1 <W2 <W3 <W4 <W5).

次に、ステップS7の発電停止処理では、時点t5に、コンプレッサ102の停止等、全ての補機の動作を停止させる。したがって、時点t5以降において、圧力差αはゼロ値となる。なお、時点t5以降、制御部60は、いわゆるスリープ状態になる。なお、時点t0で、図5の(a)に示すハイレベルからローレベルに遷移する発電停止信号(Ig=0)の入力を、制御部60が検知したとき、その時点t0で、制御部60は、図5の(b)に示したように水素供給バルブ87を閉じることなく、水素タンク86から水素ガスの供給を継続するようにし、図5の(d)に示す酸化剤ガスの供給を停止する時点t5あるいは時点t4で、制御部60は、水素供給バルブ87を閉じて水素ガスの供給を停止するようにしてもよい。   Next, in the power generation stop process in step S7, the operation of all the auxiliary machines such as the stop of the compressor 102 is stopped at time t5. Therefore, after time t5, the pressure difference α becomes zero. In addition, after time t5, the control unit 60 enters a so-called sleep state. When the control unit 60 detects the input of the power generation stop signal (Ig = 0) that transitions from the high level to the low level shown in FIG. 5A at time t0, the control unit 60 at that time t0. As shown in FIG. 5B, the supply of hydrogen gas from the hydrogen tank 86 is continued without closing the hydrogen supply valve 87, and the supply of the oxidant gas shown in FIG. At the time point t5 or the time point t4 when the operation is stopped, the control unit 60 may close the hydrogen supply valve 87 and stop the supply of hydrogen gas.

ただし、上記したように、時点t0で水素タンク86からの水素ガスの供給を停止する(図5の(b)参照)あるいは少なくすることで、この時点t0以降で、発電セル14における化学反応が不活性化する方向に向かい、水分の生成が少なくなり、その分、起動スイッチ138をオフ状態にした時点t0からの乾燥ガスの掃気期間T02、すなわち乾燥時間を短くすることができる。   However, as described above, the supply of hydrogen gas from the hydrogen tank 86 is stopped at the time t0 (see FIG. 5B) or reduced, so that the chemical reaction in the power generation cell 14 occurs after this time t0. In the direction of inactivation, the generation of moisture is reduced, and accordingly, the scavenging period T02 of the drying gas from the time t0 when the start switch 138 is turned off, that is, the drying time can be shortened.

図9は、この発明の他の実施形態の燃料電池システム10Aの構成を示している。この燃料電池システム10Aでは、図1例の燃料電池システム10に対して、燃料ガス供給系62側のレギュレータ88とエゼクタ90との間に加湿器150とヒータ152とこれらを切り替える切替バルブ154を設けている。   FIG. 9 shows the configuration of a fuel cell system 10A according to another embodiment of the present invention. In the fuel cell system 10A, a humidifier 150, a heater 152, and a switching valve 154 for switching between these are provided between the regulator 88 on the fuel gas supply system 62 side and the ejector 90, as compared with the fuel cell system 10 in FIG. ing.

この他の実施形態に係る燃料電池システム10Aでは、時点t0までの通常発電時には、酸化剤ガス供給系64では、コンプレッサ102からの高温の圧縮空気がインタークーラ104、加湿器103、及び空気供給流路98を通じて低温化され加湿された酸化剤ガスとして反応ガス流路46に供給されるとともに、燃料ガス供給系62では、水素タンク86から供給される燃料ガスが加湿器150を通じて加湿され、この加湿された燃料ガスがエゼクタ90、水素供給流路82を通じて反応ガス流路48に供給される。   In the fuel cell system 10A according to the other embodiment, during normal power generation up to the time point t0, in the oxidant gas supply system 64, the high-temperature compressed air from the compressor 102 is converted into the intercooler 104, the humidifier 103, and the air supply flow. The fuel gas supplied from the hydrogen tank 86 is humidified through the humidifier 150 in the fuel gas supply system 62 and supplied to the reaction gas flow path 46 as the oxidant gas that has been cooled and humidified through the path 98. The fuel gas thus supplied is supplied to the reaction gas channel 48 through the ejector 90 and the hydrogen supply channel 82.

次に、時点t0からt4の間では、酸化剤ガス供給系64では、コンプレッサ102から供給される高温の乾燥した酸化剤ガス(高温乾燥ガス)が、直接供給流路101及び空気供給流路98を通じて反応ガス流路46に供給される一方、燃料ガス供給系62では、水素タンク86から供給される燃料ガスが、ヒータ152を通じ、高温かつ乾燥したガスとされ、エゼクタ90及び水素供給流路82を介して反応ガス流路48に供給される。   Next, between time t0 and t4, in the oxidant gas supply system 64, the high-temperature dry oxidant gas (high-temperature dry gas) supplied from the compressor 102 is directly supplied to the supply channel 101 and the air supply channel 98. In the fuel gas supply system 62, the fuel gas supplied from the hydrogen tank 86 is converted into a high-temperature and dry gas through the heater 152, and the ejector 90 and the hydrogen supply channel 82 are supplied. Is supplied to the reaction gas channel 48.

次いで、時点t4からt5の間では、酸化剤ガス供給系64では、コンプレッサ102からの高温の圧縮空気が、インタークーラ104、加湿器103及び空気供給流路98を通じて低温化され加湿された酸化剤ガスとして反応ガス流路46に供給されるとともに、水素タンク86から供給される燃料ガスが加湿器150を通じて加湿され、この加湿された燃料ガスがエゼクタ90、水素供給流路82を通じて反応ガス流路48に供給される。これにより、電解質膜20bが所望の均一な湿潤状態に保持される。   Next, between time t4 and time t5, in the oxidant gas supply system 64, the high-temperature compressed air from the compressor 102 is cooled and humidified through the intercooler 104, the humidifier 103, and the air supply flow path 98. While being supplied to the reaction gas channel 46 as a gas, the fuel gas supplied from the hydrogen tank 86 is humidified through the humidifier 150, and this humidified fuel gas is passed through the ejector 90 and the hydrogen supply channel 82. 48. Thereby, the electrolyte membrane 20b is maintained in a desired uniform wet state.

図10は、この発明のさらに他の実施形態の燃料電池システム10Bの構成を示している。この燃料電池システム10Bでは、掃気ガスとして、化学的に安定なガス、ここでは、窒素ガスを用いる。そして、オンオフバルブ172、174、176、178、180が設けられ、さらに窒素タンク160の排出口に加湿器162とヒータ164が並列に設けられる。   FIG. 10 shows a configuration of a fuel cell system 10B according to still another embodiment of the present invention. In the fuel cell system 10B, a chemically stable gas, here, nitrogen gas is used as the scavenging gas. On / off valves 172, 174, 176, 178 and 180 are provided, and a humidifier 162 and a heater 164 are provided in parallel at the discharge port of the nitrogen tank 160.

このさらに他の燃料電池システム10Bでは、時点t0までの通常発電時には、バルブ174、176、178、180は閉じられて遮断状態とされ、バルブ172は開かれて連通状態とされる。また、ヒータ164及び加湿器162は、ともに非作動状態とされる。   In this still another fuel cell system 10B, during normal power generation up to time t0, the valves 174, 176, 178, 180 are closed and shut off, and the valve 172 is opened and communicated. Further, both the heater 164 and the humidifier 162 are inactivated.

そして、非作動状態において、低温の加湿された酸化剤ガスが、インタークーラ104、加湿器103、及び空気供給流路98を通じて反応ガス流路46に供給されるとともに、水素タンク86から供給される燃料ガスが加湿器150を通じて加湿され、この加湿された燃料ガスがエゼクタ90、水素供給流路82を通じて反応ガス流路48に供給されることが発電が行われる。   In a non-operating state, a low-temperature humidified oxidant gas is supplied to the reaction gas flow path 46 through the intercooler 104, the humidifier 103, and the air supply flow path 98 and is also supplied from the hydrogen tank 86. The fuel gas is humidified through the humidifier 150, and the humidified fuel gas is supplied to the reaction gas channel 48 through the ejector 90 and the hydrogen supply channel 82, thereby generating power.

次に、発電停止信号(Ig=0)が入力された時点t0からt4の間では、コンプレッサ102が非作動状態とされ、さらに、バルブ172とバルブ87が閉じられて、酸化剤ガスと燃料ガスの供給が遮断される。   Next, during the period from time t0 to time t4 when the power generation stop signal (Ig = 0) is input, the compressor 102 is inactivated, and the valve 172 and the valve 87 are closed, and the oxidant gas and the fuel gas. Is interrupted.

このときバルブ178が閉じられる一方、バルブ174、176、180が開かれ、かつヒータ164が作動状態とされる。これにより、窒素タンク160から供給される窒素ガスが、高温乾燥ガスとして、空気供給流路98及び水素供給流路82を通じてそれぞれ反応ガス流路46及び反応ガス流路48に供給される。この場合、発電セル14において発電が行われないので、水分が発生せず、乾燥掃気を短時間で行うことができる。   At this time, the valve 178 is closed, while the valves 174, 176, 180 are opened, and the heater 164 is activated. Thereby, the nitrogen gas supplied from the nitrogen tank 160 is supplied as the high-temperature dry gas to the reaction gas channel 46 and the reaction gas channel 48 through the air supply channel 98 and the hydrogen supply channel 82, respectively. In this case, since power generation is not performed in the power generation cell 14, moisture is not generated, and dry scavenging can be performed in a short time.

次いで、時点t4からt5の間では、ヒータ164が非作動状態にされるとともにバルブ180が閉じられる一方、加湿器162が作動状態にされるとともにバルブ178が開かれる。これにより、窒素タンク160から供給される窒素ガスが、加湿ガスとして、空気供給流路98及び水素供給流路82を通じて、それぞれ反応ガス流路46及び反応ガス流路48に供給される。これにより、電解質膜20bが所望の均一な湿潤状態に保持される。   Next, between time points t4 and t5, the heater 164 is deactivated and the valve 180 is closed, while the humidifier 162 is activated and the valve 178 is opened. Thereby, the nitrogen gas supplied from the nitrogen tank 160 is supplied as the humidified gas to the reaction gas channel 46 and the reaction gas channel 48 through the air supply channel 98 and the hydrogen supply channel 82, respectively. Thereby, the electrolyte membrane 20b is maintained in a desired uniform wet state.

このように上述した実施形態によれば、発電停止処理時に、乾燥ガスを反応ガス流路46、48に通じて電解質膜20bを所定の乾燥程度まで乾燥させるとともに、反応ガス流路46、48からも水分を除去し、その後、電解質膜20bを一定時間加湿するようにしているので、停止時には、反応ガス流路46、48には水分がなく、かつ電解質膜20bが所望の均一な湿潤状態に保持された最適水分残留条件が成立している。   As described above, according to the above-described embodiment, during the power generation stop process, the dry gas is passed through the reaction gas channels 46 and 48 to dry the electrolyte membrane 20b to a predetermined degree of drying, and from the reaction gas channels 46 and 48, Since the water is removed and the electrolyte membrane 20b is then humidified for a certain period of time, when the operation is stopped, the reaction gas channels 46 and 48 have no water and the electrolyte membrane 20b is in a desired uniform wet state. The retained optimum moisture residual condition is established.

したがって、任意の時間放置された後、いわゆるソーク後の再起動時には、反応ガス流路46、48に水分が残留していないので反応ガスの流れが阻害されることがなく、また、電解質膜20bには適量の水分が均一に残留しているので、陽イオンが透過し易くなり、良好に発電が開始される。すなわち、再起動時に十分な負荷を印加することが可能となって始動性が向上する。また、水の凍結温度以下の環境でも迅速な始動が確実に遂行され、直ちに通常運転に移行することができる。   Therefore, after being left for an arbitrary period of time and at the time of restarting after so-called soaking, since no moisture remains in the reaction gas flow paths 46 and 48, the flow of the reaction gas is not hindered, and the electrolyte membrane 20b Since an appropriate amount of water remains uniformly in the, it becomes easier for cations to permeate and power generation is started well. That is, a sufficient load can be applied at the time of restarting, and the startability is improved. In addition, a quick start can be reliably performed even in an environment below the freezing temperature of water, and a normal operation can be immediately started.

実際に、再起動時の始動性に関し、最適水分残留条件が成立した場合、最適水分残留条件が非成立で酸化剤ガス流路46の残留水分が多い場合、及び最適水分残留条件が非成立で電解質膜20bが乾燥状態にある場合のそれぞれの場合についての実験例を図11及び図12に示す。   Actually, regarding the startability at the time of restart, when the optimal moisture residual condition is satisfied, when the optimal moisture residual condition is not satisfied and there is a large amount of residual moisture in the oxidant gas flow path 46, and when the optimal moisture residual condition is not satisfied. Examples of experiments in each case where the electrolyte membrane 20b is in a dry state are shown in FIGS.

図11の特性201から分かるように、停止時に最適水分残留条件が成立していて再起動した場合には、各発電セル14の電圧が安定し発電電流値Ifは、直ちに所望の電流値に達するが、停止時に残留水分が多い場合には、特性202に示すように、再起動した場合、各発電セル14の電圧が安定せず発電電流Ifの上昇が緩やかで、時点taで発電が停止してしまっていることが分かる。発電が停止してしまった状態において、酸化剤ガス流路46内は、ほどんど水で満たされた状態になっている。また、特性203に示すように、停止時に乾燥状態であった場合には、再起動時には、発電電流Ifがなかなか上昇せず、所望の電流値に達するまでの時間がきわめて長い時間となってしまう。   As can be seen from the characteristic 201 in FIG. 11, when the optimum moisture residual condition is established at the time of stop and the system is restarted, the voltage of each power generation cell 14 is stabilized and the generated current value If immediately reaches the desired current value. However, when there is a large amount of residual moisture at the time of stopping, as shown in the characteristic 202, when restarting, the voltage of each power generation cell 14 is not stable, and the power generation current If rises slowly, and power generation stops at time ta. You can see that In the state where the power generation has stopped, the inside of the oxidant gas flow path 46 is almost filled with water. In addition, as shown in the characteristic 203, when the engine is in a dry state at the time of stoppage, the power generation current If does not increase easily at the time of restart, and it takes a very long time to reach a desired current value. .

また、図12から分かるように、氷点下以下の温度で再起動した場合において、冷却媒体流路50に冷却媒体を流し、エンドプレート18b側の冷却媒体排出口において温度センサにより検出した冷却媒体の出口温度Twは、特性211から分かるように、最適水分残留条件が成立していて再起動した場合には、比較的に短い時間で所定温度に到達する、すなわち低温起動時間が短縮されるが、停止時に残留水分が多い場合及び停止時に乾燥状態の場合、及び再起動時には、それぞれ特性212、213に示すように、冷却媒体の温度がなかなか上昇しないということが分かる。   Further, as can be seen from FIG. 12, when restarting at a temperature below the freezing point, the cooling medium flows through the cooling medium flow path 50, and the outlet of the cooling medium detected by the temperature sensor at the cooling medium discharge port on the end plate 18b side. As can be seen from the characteristic 211, the temperature Tw reaches a predetermined temperature in a relatively short time when the optimum moisture residual condition is established and restarted, that is, the low temperature start time is shortened but stopped. It can be seen that sometimes the temperature of the cooling medium does not easily increase as shown by the characteristics 212 and 213 when there is a lot of residual moisture, when it is dry when it is stopped, and when it is restarted.

この発明の実施形態が適用された燃料電池システムのブロック図である。1 is a block diagram of a fuel cell system to which an embodiment of the present invention is applied. 発電セル内の酸化ガス、冷却媒体及び燃料ガスの流れ方の説明図である。It is explanatory drawing of how to flow the oxidizing gas in a power generation cell, a cooling medium, and fuel gas. 図1例の燃料電池システムの動作説明に供されるフローチャートである。It is a flowchart with which operation | movement description of the fuel cell system of the example of FIG. 1 is provided. 最適水分残留条件成立範囲の説明図である。It is explanatory drawing of the optimal moisture residual condition establishment range. 停止時処理の説明用波形図である。It is a wave form chart for explanation of processing at the time of stop. 発電中における電解質膜の水分含有量の面内分布を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the in-plane distribution of the water content of the electrolyte membrane during electric power generation. 乾燥ガスを用いた掃気後の電解質膜の水分含有量の面内分布を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows in-plane distribution of the water content of the electrolyte membrane after scavenging using dry gas. 加湿ガスを用いた掃気後の電解質膜の水分含有量の面内分布を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows in-plane distribution of the water content of the electrolyte membrane after scavenging using humidification gas. この発明の他の実施形態が適用された燃料電池システムのブロック図である。It is a block diagram of the fuel cell system to which other embodiment of this invention was applied. この発明のさらに他の実施形態が適用された燃料電池システムのブロック図である。It is a block diagram of the fuel cell system to which further another embodiment of this invention was applied. 停止後、再起動時における残留水分の違いに基づく発電電流特性の違いの実験例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the experimental example of the difference in the electric power generation current characteristic based on the difference in the residual moisture at the time of restart after a stop. 停止後、再起動時における残留水分の違いに基づく冷却媒体の温度上昇特性の違いの実験例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the experimental example of the difference in the temperature rise characteristic of a cooling medium based on the difference in the residual water | moisture content at the time of restart after a stop.

符号の説明Explanation of symbols

10、10A、10B…燃料電池システム
12…燃料電池スタック 14…発電セル
20…電解質膜・電極構造体 20a…アノード電極
20b…固体高分子電解質膜(電解質膜)
20c…カソード電極 22、24…セパレータ
46…酸化剤ガス流路 48…燃料ガス流路
60…制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 10A, 10B ... Fuel cell system 12 ... Fuel cell stack 14 ... Power generation cell 20 ... Electrolyte membrane and electrode structure 20a ... Anode electrode 20b ... Solid polymer electrolyte membrane (electrolyte membrane)
20c ... Cathode electrode 22, 24 ... Separator 46 ... Oxidant gas channel 48 ... Fuel gas channel 60 ... Control unit

Claims (16)

電解質の膜を挟んで保持するアノード電極とカソード電極の両側に反応ガス流路を設け、前記反応ガス流路に反応ガスを供給することで発電運転を行う燃料電池の制御方法において、
掃気信号の入力を検知する掃気信号検知工程と、
前記掃気信号の入力を検知したときに掃気処理を行う掃気処理工程とを有し、
前記掃気処理工程は、
前記掃気信号の入力を検知したとき、前記膜を乾燥させる乾燥工程と、
前記膜の乾燥後に、前記膜を加湿する加湿工程と
を備えることを特徴とする燃料電池の制御方法。
In a control method of a fuel cell in which a reaction gas channel is provided on both sides of an anode electrode and a cathode electrode that are held with an electrolyte membrane interposed therebetween, and a power generation operation is performed by supplying a reaction gas to the reaction gas channel,
A scavenging signal detection process for detecting the input of the scavenging signal;
A scavenging process step of performing a scavenging process when detecting the input of the scavenging signal,
The scavenging process step includes
A drying step of drying the membrane when detecting the input of the scavenging signal;
A fuel cell control method comprising: a humidifying step of humidifying the membrane after the membrane is dried.
請求項1記載の燃料電池の制御方法において、
前記乾燥工程中に、前記膜の乾燥程度を検知し、所定の乾燥程度に達したときに前記乾燥工程を終了する
ことを特徴とする燃料電池の制御方法。
The fuel cell control method according to claim 1,
A method of controlling a fuel cell, wherein the degree of drying of the membrane is detected during the drying step, and the drying step is terminated when a predetermined degree of drying is reached.
請求項2記載の燃料電池の制御方法において、
前記乾燥工程における前記膜の乾燥程度は、前記膜の膜抵抗値に基づき判定する
ことを特徴とする燃料電池の制御方法。
The fuel cell control method according to claim 2, wherein:
The degree of drying of the membrane in the drying step is determined based on the membrane resistance value of the membrane.
請求項2記載の燃料電池の発電制御方法において、
前記乾燥工程における前記膜の乾燥程度は、前記膜の膜抵抗値の微分値に基づき判定する
ことを特徴とする燃料電池の制御方法。
In the fuel cell power generation control method according to claim 2,
The degree of drying of the membrane in the drying step is determined based on a differential value of the membrane resistance value of the membrane.
請求項2記載の燃料電池の制御方法において、
前記乾燥工程における前記膜の乾燥程度は、前記反応ガス流路の供給口と吐出口との間のガス圧力差に基づき判定する
ことを特徴とする燃料電池の制御方法。
The fuel cell control method according to claim 2, wherein:
The degree of drying of the membrane in the drying step is determined based on a gas pressure difference between a supply port and a discharge port of the reaction gas channel.
請求項2記載の燃料電池の制御方法において、
前記乾燥工程における前記膜の乾燥程度は、前記反応ガス流路の供給口と吐出口との間のガス圧力差の微分値に基づき判定する
ことを特徴とする燃料電池の制御方法。
The fuel cell control method according to claim 2, wherein:
The degree of drying of the membrane in the drying step is determined based on a differential value of a gas pressure difference between a supply port and a discharge port of the reaction gas channel.
請求項2記載の燃料電池の制御方法において、
前記乾燥工程における前記膜の乾燥程度は、前記膜の膜抵抗値、前記膜抵抗値の微分値、前記反応ガス流路の供給口と吐出口との間のガス圧力差、及び前記ガス圧力差の微分値のうち、少なくとも1つに基づき判定する
ことを特徴とする燃料電池の制御方法。
The fuel cell control method according to claim 2, wherein:
The degree of drying of the film in the drying step is the film resistance value of the film, the differential value of the film resistance value, the gas pressure difference between the supply port and the discharge port of the reaction gas channel, and the gas pressure difference. A determination method based on at least one of the differential values of the fuel cell.
請求項1記載の燃料電池の制御方法において、
前記乾燥工程では、前記反応ガス流路に乾燥ガスを供給して前記電解質膜を乾燥させる
ことを特徴とする燃料電池の制御方法。
The fuel cell control method according to claim 1,
In the drying step, a dry gas is supplied to the reaction gas channel to dry the electrolyte membrane.
請求項8記載の燃料電池の制御方法において、
前記乾燥工程における、前記乾燥ガスの供給時間を所定時間とする
ことを特徴とする燃料電池の制御方法。
The fuel cell control method according to claim 8, wherein
The method for controlling a fuel cell, wherein the drying gas supply time in the drying step is a predetermined time.
請求項8記載の燃料電池の制御方法において、
前記乾燥ガスは、高温化工程を経て高温にされた乾燥ガスである
ことを特徴とする燃料電池の制御方法。
The fuel cell control method according to claim 8, wherein
The method for controlling a fuel cell, wherein the dry gas is a dry gas that has been heated to a high temperature through a temperature increasing step.
請求項1記載の燃料電池の制御方法において、
前記加湿工程では、前記反応ガス流路に加湿ガスを供給して前記電解質膜を加湿する
ことを特徴とする燃料電池の制御方法。
The fuel cell control method according to claim 1,
In the humidification step, a humidification gas is supplied to the reaction gas flow path to humidify the electrolyte membrane.
請求項11記載の燃料電池の制御方法において、
前記加湿工程における、前記反応ガス流路に供給する加湿ガスの供給時間を所定時間とする
ことを特徴とする燃料電池の制御方法。
The fuel cell control method according to claim 11,
In the humidification step, a supply time of the humidified gas supplied to the reaction gas flow path is set to a predetermined time.
請求項1記載の燃料電池の制御方法において、
前記加湿工程では、前記アノード電極と前記カソード電極に接続されている負荷を大きい負荷にして前記膜を加湿する
ことを特徴とする燃料電池の制御方法。
The fuel cell control method according to claim 1,
In the humidification step, the membrane is humidified with a large load connected to the anode electrode and the cathode electrode.
請求項1〜13のいずれか1項に記載の燃料電池の制御方法において、
前記掃気信号は、前記燃料電池の停止時に入力される
ことを特徴とする燃料電池の制御方法。
In the fuel cell control method according to any one of claims 1 to 13,
The method of controlling a fuel cell, wherein the scavenging signal is input when the fuel cell is stopped.
請求項1〜14のいずれか1項に記載の燃料電池の制御方法において、
前記燃料電池は、前記電解質膜を挟んで保持する前記アノード電極と前記カソード電極とを設けた電解質膜・電極構造体を有し、前記電解質膜・電極構造体がセパレータにより挟んで保持され、かつ前記セパレータの前記電解質膜・電極構造体に対面する部分に前記反応ガス流路が設けられた発電セルを複数積層したスタック構造にされている
ことを特徴とする燃料電池の制御方法。
In the fuel cell control method according to any one of claims 1 to 14,
The fuel cell has an electrolyte membrane / electrode structure provided with the anode electrode and the cathode electrode that are held with the electrolyte membrane sandwiched therebetween, the electrolyte membrane / electrode structure is held with a separator interposed therebetween, and A fuel cell control method comprising a stack structure in which a plurality of power generation cells each provided with the reaction gas flow path are provided in a portion of the separator facing the electrolyte membrane / electrode structure.
電解質の膜を挟んで保持するアノード電極とカソード電極の両側に反応ガス流路を設け、前記反応ガス流路に反応ガスを供給することで発電運転を行う燃料電池の制御装置において、
掃気信号の入力を検知する掃気信号検知器と、
前記掃気信号の入力を検知したとき、前記膜を乾燥させる乾燥器と、
前記膜の乾燥後に、前記膜を加湿する加湿器と
を備えることを特徴とする燃料電池の制御装置。
In a control device for a fuel cell that performs a power generation operation by providing a reaction gas channel on both sides of an anode electrode and a cathode electrode that are held with an electrolyte membrane interposed therebetween, and supplying a reaction gas to the reaction gas channel,
A scavenging signal detector for detecting the input of the scavenging signal;
A dryer for drying the membrane when detecting the input of the scavenging signal;
A fuel cell control device comprising: a humidifier for humidifying the membrane after the membrane is dried.
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