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JP2005317224A - Fuel cell system and scavenging method thereof - Google Patents

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JP2005317224A
JP2005317224A JP2004130697A JP2004130697A JP2005317224A JP 2005317224 A JP2005317224 A JP 2005317224A JP 2004130697 A JP2004130697 A JP 2004130697A JP 2004130697 A JP2004130697 A JP 2004130697A JP 2005317224 A JP2005317224 A JP 2005317224A
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Japan
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fuel cell
temperature
scavenging
refrigerant
load
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Application number
JP2004130697A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsumi Hayashi
勝美 林
Shigeru Inai
滋 稲井
Hiromichi Yoshida
弘道 吉田
Akira Jinba
亮 神馬
Nobuyuki Matsumoto
伸之 松本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
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Abstract

【課題】 燃料電池を掃気する際のエネルギー消費を抑えることのできる燃料電池システムを提供する
【解決手段】 動力電源として自動車に搭載された燃料電池1が発電するとき、コントロールユニット40は自動車の運転状態をチェックしアイドリング運転状態の場合、冷媒温度調整バルブ19の動作温度を制御し、燃料電池1の負荷が小さいほど燃料電池1に供給される冷媒の入口温度を高く昇温させる。これによって、燃料電池1の発電が停止した際には、燃料電池1の温度を高めておくことができる。掃気ガスが燃料電池1の内部で温められることにより、残留水を効果的に除去することができる。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of suppressing energy consumption when scavenging a fuel cell. When a fuel cell 1 mounted on an automobile as a power source generates electric power, a control unit 40 operates the automobile. In the idling operation state by checking the state, the operation temperature of the refrigerant temperature adjusting valve 19 is controlled, and the inlet temperature of the refrigerant supplied to the fuel cell 1 is raised higher as the load of the fuel cell 1 is smaller. Thereby, when the power generation of the fuel cell 1 is stopped, the temperature of the fuel cell 1 can be increased. Residual water can be effectively removed by warming the scavenging gas inside the fuel cell 1.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は燃料電池システムおよびその掃気方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and a scavenging method thereof.

燃料電池システムにおいては、特に低温(氷点)下で始動する際の発電性能を向上させるため、発電が停止する際に燃料電池に掃気ガスを供給して燃料電池内の残留水を排出するいわゆる掃気が行われている。
その方法としては、例えば特許文献1では燃料電池のアノードに燃料ガスを供給する燃料通路に切換弁を設け、カソードに対して酸化剤ガスとして酸素を含んだ空気を供給するコンプレッサが切換弁を介してアノードに非加湿空気を供給できるようにしている。燃料ガスの供給を停止して発電を停止させる際には切換弁を切り換えて、アノードとカソードの双方にコンプレッサからの空気を供給して、燃料電池を掃気する技術が開示されている。これによれば、掃気ガスとして外気を利用することができ、また短時間で燃料電池内部の残留水量を適切な量にすることができるため低温下で燃料電池を安定して始動させることができる。
特開2003−331893号公報(段落番号0015、0016、0018、図1)
In the fuel cell system, in order to improve the power generation performance particularly when starting at a low temperature (freezing point), so-called scavenging that supplies scavenging gas to the fuel cell and discharges residual water in the fuel cell when power generation stops. Has been done.
As a method for this, for example, in Patent Document 1, a switching valve is provided in a fuel passage for supplying fuel gas to the anode of a fuel cell, and a compressor for supplying air containing oxygen as an oxidant gas to the cathode is provided via the switching valve. Thus, non-humidified air can be supplied to the anode. A technique for scavenging a fuel cell by switching a switching valve when supplying fuel gas to stop power generation and supplying air from a compressor to both an anode and a cathode is disclosed. According to this, outside air can be used as the scavenging gas, and the amount of residual water inside the fuel cell can be set to an appropriate amount in a short time, so that the fuel cell can be stably started at a low temperature. .
JP 2003-331893 A (paragraph numbers 0015, 0016, 0018, FIG. 1)

しかしながら、前記従来の技術において燃料電池を掃気するには、多大なエネルギーを必要とし、エネルギー消費が大きいという問題があった。燃料電池システムにおいては、始動時に例えば弁の開閉制御や酸化剤ガスとしての空気供給のため、バッテリなどのエネルギーストレージに一定量のエネルギーを蓄える必要があるが、前記のように掃気に多大なエネルギーが消費されてしまうと、燃料電池を始動できなくなる恐れがある。その対策として例えばバッテリなどの容量を大きくし、始動用のエネルギーを確保することが考えられるが、燃料電池システム全体の重量・容積が増大してしまう問題が生じ適切な方法ではない。
本発明は、前記従来の問題点に鑑み、掃気時のエネルギー消費を抑制できる燃料電池システムを提供することを目的としている。
However, in order to scavenge the fuel cell in the prior art, there is a problem that a great deal of energy is required and energy consumption is large. In a fuel cell system, it is necessary to store a certain amount of energy in an energy storage such as a battery in order to control opening / closing of a valve or supply air as an oxidant gas at the time of startup. If is consumed, the fuel cell may not be started. As a countermeasure, for example, it is conceivable to increase the capacity of a battery or the like and secure energy for starting, but this causes a problem of increasing the weight and volume of the entire fuel cell system and is not an appropriate method.
An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of suppressing energy consumption during scavenging in view of the conventional problems.

請求項1に記載の発明は、アノードに供給される燃料ガスとカソードに供給される酸化剤ガスとの化学反応により発電を行う燃料電池と、前記燃料電池の負荷が低負荷であることを検知する低負荷検知手段と、前記低負荷検知手段により前記燃料電池の負荷が低負荷であると検知された場合、前記燃料電池を昇温させる昇温手段と、前記燃料電池の発電が停止した際に前記燃料電池に掃気ガスを供給して掃気を行う掃気手段とを有するものとした。   The invention according to claim 1 detects a fuel cell that generates power by a chemical reaction between a fuel gas supplied to the anode and an oxidant gas supplied to the cathode, and detects that the load of the fuel cell is low. A low-load detection means that detects when the load of the fuel cell is low by the low-load detection means, and when the power generation of the fuel cell is stopped And scavenging means for scavenging by supplying a scavenging gas to the fuel cell.

請求項2に記載の発明は、前記昇温手段が、前記燃料電池を冷却する冷却手段を含み、前記冷却手段から前記燃料電池に供給される冷媒の温度を上げることによって前記燃料電池を昇温させるものとした。   According to a second aspect of the present invention, the temperature raising means includes a cooling means for cooling the fuel cell, and the temperature of the fuel cell is raised by raising the temperature of the refrigerant supplied from the cooling means to the fuel cell. It was supposed to be

請求項3に記載の発明は、動力電源として自動車に搭載され、前記低負荷検知手段は、前記自動車がアイドリング運転状態のとき、前記燃料電池の負荷が低負荷であると検知するものとした。   The invention according to claim 3 is mounted on a vehicle as a power source, and the low load detection means detects that the load of the fuel cell is low when the vehicle is in an idling operation state.

請求項4に記載の発明は、アノードに供給される燃料ガスとカソードに供給される酸化剤ガスとの化学反応により発電を行う燃料電池を有する燃料電池システムの掃気方法であって、前記燃料電池の負荷が低負荷であることを検知するとともに、前記燃料電池の負荷が低負荷である場合に前記燃料電池を昇温させ、前記燃料電池の発電が停止した際に前記燃料電池に掃気ガスを供給して掃気を行うものとした。   The invention described in claim 4 is a scavenging method of a fuel cell system having a fuel cell that generates electric power by a chemical reaction between a fuel gas supplied to an anode and an oxidant gas supplied to a cathode. When the load of the fuel cell is low, the temperature of the fuel cell is raised, and when the power generation of the fuel cell is stopped, scavenging gas is supplied to the fuel cell. Supplying and scavenging was performed.

請求項1に記載の燃料電池システムでは、燃料電池の負荷が低負荷であるとき、燃料電池を昇温させるようにしたため、燃料電池の発電が停止したときには、燃料電池の温度を高めておくことができる。したがって、掃気を行う際に、燃料電池1に供給された掃気ガスが燃料電池内部で温められ、掃気ガスの体積流量と飽和水蒸気量の増大により、掃気に必要なガス量が減少し、掃気に費やされるエネルギーを抑えることが可能になる。   In the fuel cell system according to claim 1, since the temperature of the fuel cell is increased when the load of the fuel cell is low, the temperature of the fuel cell is increased when the power generation of the fuel cell is stopped. Can do. Therefore, when scavenging is performed, the scavenging gas supplied to the fuel cell 1 is warmed inside the fuel cell, and the amount of gas necessary for scavenging is reduced due to the increase in the volume flow rate of the scavenging gas and the saturated water vapor amount. It is possible to reduce the energy consumed.

請求項2に記載の燃料電池システムでは、燃料電池を冷却するための冷媒温度を上げることにより、燃料電池を昇温させるようにしたため、例えば冷却手段で行われる冷媒の放熱に関してその能力を制限することによって燃料電池を昇温させることができる。したがって、ヒータといった温度を上げるための手段が必要なくなり、請求項1の効果に加えて、燃料電池システムを小型に構成することができる。   In the fuel cell system according to claim 2, since the temperature of the fuel cell is raised by raising the temperature of the refrigerant for cooling the fuel cell, for example, the capability is limited with respect to the heat radiation of the refrigerant performed by the cooling means. As a result, the temperature of the fuel cell can be raised. Therefore, a means for raising the temperature such as a heater is not necessary, and in addition to the effect of the first aspect, the fuel cell system can be made compact.

請求項3に記載の燃料電池システムでは、燃料電池システムが動力電源として自動車に搭載された場合、自動車がアイドリング運転中に、燃料電池を昇温させるようにしたため、単純に燃料電池の負荷を検知して燃料電池を昇温させるより、特に掃気を必要とする燃料電池を昇温させることができ、発電停止時に掃気を行う確実性が高くなり、請求項1および請求項2の効果に加えて、必要のない昇温を防ぎ、燃料電池の劣化防止にも役立つ。   In the fuel cell system according to claim 3, when the fuel cell system is mounted on a vehicle as a power source, the temperature of the fuel cell is raised during the idling operation, so the load of the fuel cell is simply detected. In addition to raising the temperature of the fuel cell, in particular, the temperature of the fuel cell that requires scavenging can be raised, and the certainty of performing scavenging when power generation is stopped increases, and in addition to the effects of claims 1 and 2 , Which prevents unnecessary temperature rise and helps prevent deterioration of the fuel cell.

請求項4に記載の燃料電池システムの掃気方法では、請求項1の発明と同様に燃料電池の負荷が所定値より小さいとき、燃料電池を昇温させるようにしたため、燃料電池の発電が停止したときには、燃料電池の温度を高めておくことができる。したがって、請求項1の発明と同様に掃気に必要なガス量を減らすことができ、掃気に費やされるエネルギーを抑えることが可能になる。燃料電池システムによっては十分な掃気を行っても、始動用のエネルギーが不足になることはないといった効果が得られる。   In the scavenging method of the fuel cell system according to claim 4, the power generation of the fuel cell is stopped because the temperature of the fuel cell is increased when the load of the fuel cell is smaller than a predetermined value, as in the invention of claim 1. Sometimes the temperature of the fuel cell can be raised. Therefore, similarly to the first aspect of the invention, the amount of gas required for scavenging can be reduced, and the energy consumed for scavenging can be suppressed. Depending on the fuel cell system, even if sufficient scavenging is performed, there is an effect that the starting energy does not become insufficient.

以下、本発明に係る燃料電池システムの実施形態について説明する。なお、ここでは動力電源として自動車に搭載される燃料電池システムについて説明を行う。
図1は燃料電池システムの構成を示す図である。
燃料電池1は高分子電解質膜をカソードとアノードで挟んでなる膜電極構造体をさらにセパレータで挟んだ単セルを積層して構成されるもので、そのアノード側入口a1にアノードガス流入路2が接続され、アノード側出口a2にはアノードオフガス流出路8が接続されている。
アノードガス流入路2にはその端部に接続された水素ボンベ7側から遮断弁6、レギュレータ5、イジェクタ3が順次に設けられ、また、アノードオフガス流出路8にはパージバルブ9が設けられている。
Embodiments of a fuel cell system according to the present invention will be described below. Here, a fuel cell system mounted on a vehicle as a power source will be described.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system.
The fuel cell 1 is formed by laminating a single cell in which a membrane electrode structure in which a polymer electrolyte membrane is sandwiched between a cathode and an anode is further sandwiched between separators, and an anode gas inflow passage 2 is connected to the anode side inlet a 1. Are connected, and an anode off gas outflow passage 8 is connected to the anode side outlet a 2 .
The anode gas inflow passage 2 is provided with a shut-off valve 6, a regulator 5 and an ejector 3 in this order from the hydrogen cylinder 7 connected to the end thereof, and the anode off gas outflow passage 8 is provided with a purge valve 9. .

遮断弁6は水素ボンベ7から燃料電池1に供給される水素ガスに対して制御を行うもので、開弁時に燃料電池1に水素ガスが供給され、閉弁時には水素ガスの供給が遮断される。
レギュレータ5は燃料電池1に供給される水素ガスの圧力を調整するものである。
イジェクタ3はアノードオフガス流出路8におけるパージバルブ9の上流側から分岐された循環路10と接続され、アノードオフガス流出路8に排出されたアノードオフガスを燃料電池1に循環させるものである。このイジェクタ3によって、アノードオフガスとして排出された未反応の水素ガスを再利用可能で、水素ガスの利用率が向上する。
パージバルブ9はアノードオフガスの流れを制御するもので、閉弁時にアノードオフガス流出路8が封止され、アノードオフガスが循環路10から燃料電池1に循環され、開弁時にはアノードオフガスが外部へ排出される。
遮断弁6、レギュレータ5、イジェクタ3およびパージバルブ9はそれぞれコントロールユニット40に制御される。
The shutoff valve 6 controls the hydrogen gas supplied from the hydrogen cylinder 7 to the fuel cell 1. When the valve is opened, the hydrogen gas is supplied to the fuel cell 1. When the valve is closed, the supply of the hydrogen gas is shut off. .
The regulator 5 adjusts the pressure of hydrogen gas supplied to the fuel cell 1.
The ejector 3 is connected to a circulation path 10 branched from the upstream side of the purge valve 9 in the anode off-gas outflow path 8 and circulates the anode off-gas discharged to the anode off-gas outflow path 8 to the fuel cell 1. By this ejector 3, unreacted hydrogen gas discharged as anode off gas can be reused, and the utilization rate of hydrogen gas is improved.
The purge valve 9 controls the flow of anode off gas. When the valve is closed, the anode off gas outflow path 8 is sealed, the anode off gas is circulated from the circulation path 10 to the fuel cell 1, and when the valve is opened, the anode off gas is discharged to the outside. The
The shut-off valve 6, the regulator 5, the ejector 3 and the purge valve 9 are controlled by the control unit 40, respectively.

燃料電池1のカソード側入口c1にカソードガス流入路12が接続され、カソード側出口c2にはカソードオフガス流出路14が接続される。
カソードガス流入路12の端部に酸化剤ガスとしてまたは掃気ガスとしての空気を供給するコンプレッサ13が接続され、コンプレッサ13によって燃料電池1に供給された空気のカソードオフガスがカソードオフガス流出路14から外部へ排出される。
アノードガス流入路2におけるレギュレータ5の下流側とカソードガス流入路12とは連通路26によって連通され、連通路26には遮断弁27が設けられている。
この連通路26によって、遮断弁27が開弁するときコンプレッサ13からの空気を燃料電池1のアノードに供給してアノードを掃気することができる。
遮断弁27およびコンプレッサ13はコントロールユニット40に制御される。
A cathode gas inlet passage 12 is connected to the cathode side inlet c 1 of the fuel cell 1, the cathode-side outlet c 2 cathode off-gas outflow passage 14 is connected.
A compressor 13 for supplying air as an oxidant gas or a scavenging gas is connected to the end of the cathode gas inflow passage 12, and the cathode offgas of the air supplied to the fuel cell 1 by the compressor 13 is externally connected from the cathode offgas outflow passage 14. Is discharged.
A downstream side of the regulator 5 in the anode gas inflow passage 2 and the cathode gas inflow passage 12 are communicated with each other by a communication passage 26, and a shutoff valve 27 is provided in the communication passage 26.
By this communication path 26, when the shut-off valve 27 is opened, air from the compressor 13 can be supplied to the anode of the fuel cell 1 to scavenge the anode.
The shut-off valve 27 and the compressor 13 are controlled by the control unit 40.

燃料電池1の冷媒入口L1に冷媒流入路16、冷媒出口L2には冷媒流出路17がそれぞれ接続されている。冷媒流出路17には燃料電池1からの順で冷媒温度調整バルブ19とラジエータ22が設けられ、冷媒温度調整バルブ19はラジエータ22の下流側から分岐された連通路20と接続されている。冷媒流入路16と冷媒流出路17の間に冷媒ポンプ15が接続され、この冷媒ポンプ15によって燃料電池1に冷媒を循環可能になっている。冷媒温度調整バルブ19は燃料電池1を循環する冷媒の温度に応じて動作し冷媒温度を制御する。 A refrigerant inflow path 16 is connected to the refrigerant inlet L 1 of the fuel cell 1, and a refrigerant outflow path 17 is connected to the refrigerant outlet L 2 . A refrigerant temperature adjustment valve 19 and a radiator 22 are provided in the refrigerant outflow path 17 in order from the fuel cell 1, and the refrigerant temperature adjustment valve 19 is connected to a communication path 20 branched from the downstream side of the radiator 22. A refrigerant pump 15 is connected between the refrigerant inflow path 16 and the refrigerant outflow path 17, and the refrigerant pump 15 can circulate the refrigerant to the fuel cell 1. The refrigerant temperature adjustment valve 19 operates according to the temperature of the refrigerant circulating in the fuel cell 1 and controls the refrigerant temperature.

すなわち、燃料電池1から排出される冷媒の温度(出口温度)が冷媒温度調整バルブ19の動作温度以上の場合、冷媒温度調整バルブ19はラジエータ22側に切り換えるように動作し、このとき冷媒はラジエータ22を経由し外部へ熱を放出して燃料電池1に循環される。
排出される冷媒の温度が冷媒温度調整バルブ19の動作温度未満の場合には、冷媒温度調整バルブ19は連通路20側に切り換えるように動作し、このとき冷媒は連通路20を経由し熱をもったまま燃料電池1に循環される。このように冷媒温度調整バルブ19の動作で冷媒の温度が制御され、燃料電池1に供給される冷媒の温度(入口温度)が一定になるとともに、冷媒温度調整バルブ19の動作温度を制御することで、入口温度を変化させることができる。
冷媒ポンプ15および冷媒温度調整バルブ19はコントロールユニット40に制御されている。
燃料電池1は自動車の駆動モータを含め補機や燃料電池1が発電しないときに電力供給を行うバッテリなどからなる電気機器4と接続されている。
That is, when the temperature (outlet temperature) of the refrigerant discharged from the fuel cell 1 is equal to or higher than the operating temperature of the refrigerant temperature adjustment valve 19, the refrigerant temperature adjustment valve 19 operates to switch to the radiator 22 side. Heat is discharged to the outside via the line 22 and circulated to the fuel cell 1.
When the temperature of the discharged refrigerant is lower than the operating temperature of the refrigerant temperature adjustment valve 19, the refrigerant temperature adjustment valve 19 operates so as to switch to the communication path 20 side. The fuel cell 1 is circulated as it is. In this way, the temperature of the refrigerant is controlled by the operation of the refrigerant temperature adjustment valve 19, the temperature of the refrigerant (inlet temperature) supplied to the fuel cell 1 becomes constant, and the operation temperature of the refrigerant temperature adjustment valve 19 is controlled. Thus, the inlet temperature can be changed.
The refrigerant pump 15 and the refrigerant temperature adjustment valve 19 are controlled by the control unit 40.
The fuel cell 1 is connected to an electric device 4 including an auxiliary machine including an automobile drive motor and a battery that supplies power when the fuel cell 1 does not generate power.

本実施形態では、自動車が停車し燃料電池1の発電が停止した際に、再始動に備えて掃気を行うようになっている。その際、掃気効率を上げるように燃料電池1を昇温させるようにしている。すなわち、燃料電池1を昇温させることによって、掃気に際して、掃気ガスが燃料電池1の内部で温められ、体積流量の増大により残留水の除去能力を向上させることができる。また、掃気ガスが温められることによって飽和水蒸気量が増大する、換言すると掃気ガスの相対湿度が低下するため、同じ体積流量でも残留水を持ち去る量が多くなる。この結果、掃気に必要なガス量が減少し、掃気に費やされるエネルギーを抑えることが可能になる。燃料電池システムによってはバッテリを変えずに、掃気と始動用のエネルギーを同時に確保することができる。   In the present embodiment, when the automobile stops and the power generation of the fuel cell 1 stops, scavenging is performed in preparation for restart. At this time, the temperature of the fuel cell 1 is raised so as to increase the scavenging efficiency. That is, by scavenging the fuel cell 1, the scavenging gas is warmed inside the fuel cell 1 during scavenging, and the residual water removal capability can be improved by increasing the volume flow rate. Moreover, since the amount of saturated water vapor increases as the scavenging gas is warmed, in other words, the relative humidity of the scavenging gas decreases, the amount of residual water that is taken away increases even at the same volume flow rate. As a result, the amount of gas necessary for scavenging is reduced, and the energy consumed for scavenging can be suppressed. Depending on the fuel cell system, scavenging and starting energy can be secured simultaneously without changing the battery.

次に、燃料電池1の制御についてフローチャートに基づいて説明する。図2は燃料電池制御の流れを示すフローチャートである。
コントロールユニット40は自動車側からイグニッションスイッチのオン信号(IGN ON)を入力すると(S1)、遮断弁6を開弁させるとともに、コンプレッサ13を起動させる。これによって燃料電池1に水素ガスと空気がそれぞれ供給され、燃料電池1の発電が開始される。なお、このとき、アノードとカソードを連通する連通路26内の遮断弁27が閉弁状態にあり、水素ガスと酸化剤ガスとしての空気が相手側に流れることはない。燃料電池1が発電している間に、コントロールユニット40は燃料電池1の負荷すなわち電気機器4に供給する電力に応じてレギュレータ5、パージバルブ9などの制御を通じて燃料電池1の発電制御を行う。燃料電池1の発電によって自動車が動力を得て走行可能になる。
発電に伴って燃料電池1の温度が上昇し、コントロールユニット40はカソードオフガス流出路14に設けられている温度センサTの検出値を入力して燃料電池1の温度を確認する。燃料電池1の温度が所定温度に達したとき、暖機が終了したとしてコントロールユニット40は冷媒ポンプ15を起動する(S2)。これによって燃料電池1に冷媒が供給され、燃料電池1に対する冷却が開始される。
Next, control of the fuel cell 1 will be described based on a flowchart. FIG. 2 is a flowchart showing the flow of fuel cell control.
When the control unit 40 receives an ignition switch ON signal (IGN ON) from the vehicle side (S1), the control unit 40 opens the shut-off valve 6 and activates the compressor 13. As a result, hydrogen gas and air are respectively supplied to the fuel cell 1, and the power generation of the fuel cell 1 is started. At this time, the shutoff valve 27 in the communication passage 26 that communicates the anode and the cathode is in a closed state, and hydrogen gas and air as an oxidant gas do not flow to the other side. While the fuel cell 1 is generating power, the control unit 40 performs power generation control of the fuel cell 1 through control of the regulator 5, the purge valve 9, and the like according to the load of the fuel cell 1, that is, the electric power supplied to the electric device 4. The power generation of the fuel cell 1 enables the automobile to travel with power.
As the power is generated, the temperature of the fuel cell 1 rises, and the control unit 40 inputs the detection value of the temperature sensor T provided in the cathode offgas outflow passage 14 to confirm the temperature of the fuel cell 1. When the temperature of the fuel cell 1 reaches a predetermined temperature, the control unit 40 activates the refrigerant pump 15 assuming that the warm-up is completed (S2). As a result, the refrigerant is supplied to the fuel cell 1 and cooling of the fuel cell 1 is started.

コントロールユニット40は燃料電池1への冷媒流量を制御するように燃料電池1の負荷を検出(S3)し、負荷に基づいて冷媒ポンプ15を制御する(S4)。
すなわち、燃料電池1に負荷に応じた流量の冷媒が供給されるように、コントロールユニット40は図3のライン3で示す負荷と対応させた冷媒流量をマップとして備え、検出された負荷に応じてマップから読み出した冷媒流量を目標値として、冷媒ポンプ15を制御することによって燃料電池1に供給される冷媒の流量を制御する。図3のライン3では負荷が大きいほど冷媒流量が大きくなっている。このため、発熱の大きい高負荷領域cでは冷却能力が増し、また発熱の比較的に低い中負荷領域b、低負荷領域aでは冷媒ポンプ15を駆動するための電力消費を抑えることができる。
The control unit 40 detects the load of the fuel cell 1 so as to control the refrigerant flow rate to the fuel cell 1 (S3), and controls the refrigerant pump 15 based on the load (S4).
That is, the control unit 40 is provided with a refrigerant flow rate corresponding to the load indicated by the line 3 in FIG. 3 as a map so that the fuel cell 1 is supplied with a flow rate according to the load, and according to the detected load. Using the refrigerant flow rate read from the map as a target value, the flow rate of the refrigerant supplied to the fuel cell 1 is controlled by controlling the refrigerant pump 15. In line 3 of FIG. 3, the larger the load, the larger the refrigerant flow rate. For this reason, the cooling capacity increases in the high load region c where heat generation is large, and the power consumption for driving the refrigerant pump 15 can be suppressed in the medium load region b and low load region a where heat generation is relatively low.

コントロールユニット40は自動車がアイドリング運転状態であるか否かをチェックする(S5)。これは例えばシフトポジションがパーキングまたはニュートラルにあるか否かをチェックすることによって行うことができる。あるいはアクセル開度がゼロのとき、車速がゼロであるか否かをチェックすることによって行うこともできる。
アイドリング運転状態でない場合(S5、NO)、自動車が走行中であるとして、コントロールユニット40は燃料電池1に供給される冷媒の温度すなわち冷媒の入口温度を制御する。
すなわち、コントロールユニット40は、図3のライン1で示す負荷と対応させた入口温度をマップとして備え、前記検出された負荷に応じてマップから読み出した入口温度を、燃料電池1に供給される冷媒の入口温度の目標値として冷媒温度調整バルブ19の動作温度を制御する。
燃料電池では、冷媒の出口温度を燃料電池の耐久要件に準じた耐熱温度以下に抑える必要がある。このため、入口温度の設定に当たり、図3のライン4で示すように発熱量の大きい高負荷領域cで燃料電池1の耐熱温度以下に抑えた出口温度を想定し、この出口温度が得られるようにライン1で示す入口温度を設定する。
したがって、走行時の冷媒の入口温度を制御することによって燃料電池1が高負荷領域cに入っても燃料電池1の出口温度を耐熱温度以下に抑えることができ、過度な温度上昇によって燃料電池1が劣化することはない。
The control unit 40 checks whether or not the vehicle is idling (S5). This can be done, for example, by checking whether the shift position is parked or neutral. Alternatively, it can be performed by checking whether or not the vehicle speed is zero when the accelerator opening is zero.
When not in the idling operation state (S5, NO), the control unit 40 controls the temperature of the refrigerant supplied to the fuel cell 1, that is, the refrigerant inlet temperature, assuming that the automobile is running.
That is, the control unit 40 includes an inlet temperature corresponding to the load indicated by the line 1 in FIG. 3 as a map, and the inlet temperature read from the map according to the detected load is supplied to the fuel cell 1 as a refrigerant. The operating temperature of the refrigerant temperature adjustment valve 19 is controlled as a target value for the inlet temperature of the refrigerant.
In a fuel cell, it is necessary to keep the outlet temperature of the refrigerant below a heat-resistant temperature in accordance with the durability requirement of the fuel cell. For this reason, when setting the inlet temperature, it is assumed that the outlet temperature is kept below the heat-resistant temperature of the fuel cell 1 in the high load region c where the calorific value is large as shown by the line 4 in FIG. Is set to the inlet temperature indicated by line 1.
Therefore, even if the fuel cell 1 enters the high load region c by controlling the inlet temperature of the refrigerant during traveling, the outlet temperature of the fuel cell 1 can be suppressed to a heat resistant temperature or less, and the fuel cell 1 is caused by excessive temperature rise. Will not deteriorate.

コントロールユニット40は自動車側からのイグニッションスイッチ信号がオフ信号になったか否かをチェックし(S8)、オフ信号でない場合(S8、NO)、走行中であるため、ステップS3へ戻り、新たに燃料電池1の負荷を検出し、前記のように冷媒流量と入口温度の制御が繰り返される。
そして、自動車がアイドリング運転状態であるとチェックされると(S5、YES)、コントロールユニット40は燃料電池の入口温度を上げる制御を行う。
すなわち、コントロールユニット40は図3のライン2で示す負荷と対応させた入口温度をマップとして備え、前記検出された負荷に応じてマップから読み出した入口温度を、燃料電池1に供給される冷媒の入口温度の目標値として、冷媒温度調整バルブ19の動作温度を制御する。
自動車がアイドリング運転状態では、走行時に比べて燃料電池1を昇温させるため、図3のライン2で示す入口温度は負荷に応じて負荷が低いほど高くなるように設定されている。
入口温度の設定に当たり、図3のライン5で示すようにアイドリング運転時(低負荷領域a)の出口温度が走行時の中負荷領域bの出口温度と同一であることを想定し、この出口温度が得られるようにライン2で示す入口温度を設定する。したがって、自動車がアイドリング運転状態に入ると、コントロールユニット40は負荷に応じて負荷が小さいほど冷媒の入口温度が高くなるように冷媒温度調整バルブ19の動作温度を制御し、その結果、走行時に比べて冷媒の出口温度が上げられ、燃料電池1が昇温されることになる。
The control unit 40 checks whether or not the ignition switch signal from the vehicle side has become an off signal (S8), and if it is not an off signal (S8, NO), it returns to step S3 because it is running, and a new fuel is generated. The load of the battery 1 is detected, and the control of the refrigerant flow rate and the inlet temperature is repeated as described above.
When it is checked that the vehicle is in an idling operation state (S5, YES), the control unit 40 performs control to increase the inlet temperature of the fuel cell.
That is, the control unit 40 is provided with an inlet temperature corresponding to the load indicated by the line 2 in FIG. 3 as a map, and the inlet temperature read from the map according to the detected load is the refrigerant temperature supplied to the fuel cell 1. As the target value of the inlet temperature, the operating temperature of the refrigerant temperature adjustment valve 19 is controlled.
In order to raise the temperature of the fuel cell 1 when the automobile is in idling operation, the inlet temperature indicated by the line 2 in FIG. 3 is set to be higher as the load is lower according to the load.
In setting the inlet temperature, it is assumed that the outlet temperature during idling (low load region a) is the same as the outlet temperature in the middle load region b during traveling, as indicated by line 5 in FIG. Is set to the inlet temperature indicated by line 2. Therefore, when the vehicle enters the idling operation state, the control unit 40 controls the operating temperature of the refrigerant temperature adjustment valve 19 so that the refrigerant inlet temperature increases as the load decreases according to the load. Thus, the outlet temperature of the refrigerant is raised, and the temperature of the fuel cell 1 is raised.

コントロールユニット40は、イグニッションスイッチ信号がオフ信号になったか否かをチェックし(S8)、なっていない場合(S8、NO)、ステップS3に戻り、前記制御が繰り返される。そしてイグニッションスイッチ信号がオフ信号になったとチェックされると(S8、YES)、コントロールユニット40は遮断弁6を閉弁させて燃料電池1への水素ガスの供給を遮断して発電を停止させるとともに、冷媒ポンプ15を停止される。これによって発電停止とともに燃料電池1への冷媒供給が停止される(S9)。
その後、コントロールユニット40は、パージバルブ9を全開させるとともに、遮断弁27を開弁させて掃気を実施する(S10)。
The control unit 40 checks whether or not the ignition switch signal is turned off (S8). If not (S8, NO), the control unit 40 returns to step S3 and repeats the control. When it is checked that the ignition switch signal is turned off (S8, YES), the control unit 40 closes the shutoff valve 6 to shut off the supply of hydrogen gas to the fuel cell 1 and stop power generation. Then, the refrigerant pump 15 is stopped. As a result, the supply of refrigerant to the fuel cell 1 is stopped when power generation is stopped (S9).
Thereafter, the control unit 40 fully opens the purge valve 9 and opens the shut-off valve 27 to perform scavenging (S10).

なお、掃気に関しては、再始動時に燃料電池が凍結することを予想する自動凍結予想モードを設け、凍結と予想されたときのみ、掃気を行うことが可能である。
コントロールユニット40は、掃気によって燃料電池1内の残留水が排出された結果、掃気時に圧力損失が低下することを利用して、アノードガス流入路2の燃料電池1側に設けられた圧力センサPaの検出値を入力して掃気が完了したか否かを判断して、掃気が完了した場合にはコンプレッサ13を停止させ、遮断弁27を閉弁させ、パージバルブ9を閉弁させる。これによって燃料電池システムの運転が停止される(S11)。
As for scavenging, an automatic freezing prediction mode for predicting that the fuel cell is frozen at the time of restarting is provided, and scavenging can be performed only when freezing is predicted.
The control unit 40 utilizes the fact that the pressure loss is reduced during scavenging as a result of the residual water in the fuel cell 1 being discharged by scavenging, so that the pressure sensor Pa provided on the fuel cell 1 side of the anode gas inflow path 2. It is determined whether or not scavenging is completed by inputting the detected value. When scavenging is completed, the compressor 13 is stopped, the shutoff valve 27 is closed, and the purge valve 9 is closed. As a result, the operation of the fuel cell system is stopped (S11).

燃料電池システムは以上のように構成され、自動車がアイドリング運転状態になると、燃料電池1の負荷に応じて負荷が小さいほど燃料電池1に供給される冷媒の入口温度を上げ、燃料電池1を昇温させるため、自動車が停車し燃料電池1の発電が停止したときには燃料電池1の温度を高めておくことができる。したがって、掃気する際に、掃気ガスが燃料電池1の内部で温められ、体積流量と飽和水蒸気量の増大により残留水を効果的に除去することができる。この結果、掃気に必要なガス量を減少することができ、掃気に費やされるエネルギーを抑えることが可能になる。
燃料電池1の昇温については、冷媒の入口温度を上げる以外に、例えばヒータを設けて燃料電池1を外部から加熱して昇温させることもできる。
The fuel cell system is configured as described above. When the automobile is in an idling operation state, the inlet temperature of the refrigerant supplied to the fuel cell 1 is increased and the fuel cell 1 is raised as the load is reduced according to the load of the fuel cell 1. Therefore, when the vehicle stops and the power generation of the fuel cell 1 stops, the temperature of the fuel cell 1 can be raised. Therefore, when scavenging, the scavenging gas is warmed inside the fuel cell 1, and residual water can be effectively removed by increasing the volume flow rate and the saturated water vapor amount. As a result, the amount of gas required for scavenging can be reduced, and the energy consumed for scavenging can be suppressed.
Regarding the temperature rise of the fuel cell 1, in addition to raising the refrigerant inlet temperature, for example, a heater may be provided to heat the fuel cell 1 from the outside to raise the temperature.

なお、本実施形態では、自動車がアイドリング運転状態時に、燃料電池1を昇温させるようにしたが、例えば、直接に燃料電池1の負荷を検知し、負荷が所定値以下(例えば図3の低負荷領域a)になった場合に、燃料電池1を昇温させることもできる。しかしこの場合、例えば下り路を走行中に、負荷が所定値以下になったことによって、必要がないのに燃料電池を昇温させることがある。これに対して本実施形態は、アイドリング運転状態時に燃料電池1を昇温させるため、昇温後に掃気の確実性が高い。   In the present embodiment, the temperature of the fuel cell 1 is raised when the vehicle is in the idling operation state. However, for example, the load of the fuel cell 1 is directly detected, and the load is equal to or lower than a predetermined value (for example, the low value in FIG. 3). When the load region a) is reached, the temperature of the fuel cell 1 can be raised. However, in this case, for example, when traveling on a down road, the load may become lower than a predetermined value, so that the temperature of the fuel cell may be increased although it is not necessary. On the other hand, in this embodiment, since the temperature of the fuel cell 1 is raised during the idling operation state, the certainty of scavenging is high after the temperature rise.

燃料電池システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a fuel cell system. 燃料電池制御の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of fuel cell control. 冷媒温度、冷媒流量と負荷の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a refrigerant | coolant temperature, a refrigerant | coolant flow volume, and load.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池
2 アノードガス流入路
3 イジェクタ
4 電気機器
5 レギュレータ
6 遮断弁
7 水素ボンベ
8 アノードオフガス流出路
9 パージバルブ
10 循環路
12 カソードガス流入路
13 コンプレッサ
14 カソードオフガス流出路
15 冷媒ポンプ
16 冷媒流入路
17 冷媒流出路
19 冷媒温度調整バルブ
20 連通路
22 ラジエータ
26 連通路
27 遮断弁
40 コントロールユニット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Anode gas inflow path 3 Ejector 4 Electric equipment 5 Regulator 6 Shut off valve 7 Hydrogen cylinder 8 Anode off-gas outflow path 9 Purge valve 10 Circulation path 12 Cathode gas inflow path 13 Compressor 14 Cathode off-gas outflow path 15 Refrigerant pump 16 Refrigerant inflow path 17 Refrigerant outflow path 19 Refrigerant temperature adjustment valve 20 Communication path 22 Radiator 26 Communication path 27 Shut-off valve 40 Control unit

Claims (4)

アノードに供給される燃料ガスとカソードに供給される酸化剤ガスとの化学反応により発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の負荷が低負荷であることを検知する低負荷検知手段と、
前記低負荷検知手段により前記燃料電池の負荷が低負荷であると検知された場合、前記燃料電池を昇温させる昇温手段と、
前記燃料電池の発電が停止した際に前記燃料電池に掃気ガスを供給して掃気を行う掃気手段とを有することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that generates electricity by a chemical reaction between a fuel gas supplied to the anode and an oxidant gas supplied to the cathode;
Low load detection means for detecting that the load of the fuel cell is low; and
When the load of the fuel cell is detected by the low load detection means as a low load, a temperature raising means for raising the temperature of the fuel cell;
A fuel cell system, comprising: scavenging means for supplying scavenging gas to the fuel cell and scavenging when power generation of the fuel cell is stopped.
前記昇温手段は、前記燃料電池を冷却する冷却手段を含み、前記冷却手段から前記燃料電池に供給される冷媒の温度を上げることによって前記燃料電池を昇温させることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。   2. The temperature raising means includes a cooling means for cooling the fuel cell, and raises the temperature of the fuel cell by raising a temperature of a refrigerant supplied from the cooling means to the fuel cell. The fuel cell system described in 1. 動力電源として自動車に搭載され、
前記低負荷検知手段は、前記自動車がアイドリング運転状態のとき、前記燃料電池の負荷が低負荷であると検知することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料電池システム。
Installed in automobiles as a power source,
3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the low load detection unit detects that the load of the fuel cell is a low load when the automobile is in an idling operation state. 4.
アノードに供給される燃料ガスとカソードに供給される酸化剤ガスとの化学反応により発電を行う燃料電池を有する燃料電池システムの掃気方法であって、
前記燃料電池の負荷が低負荷であることを検知するとともに、前記燃料電池の負荷が低負荷である場合に前記燃料電池を昇温させ、
前記燃料電池の発電が停止した際に前記燃料電池に掃気ガスを供給して掃気を行うことを特徴とする燃料電池システムの掃気方法。
A scavenging method of a fuel cell system having a fuel cell that generates power by a chemical reaction between a fuel gas supplied to an anode and an oxidant gas supplied to a cathode,
Detecting that the load of the fuel cell is a low load, and heating the fuel cell when the load of the fuel cell is a low load,
A scavenging method for a fuel cell system, wherein scavenging is performed by supplying scavenging gas to the fuel cell when power generation of the fuel cell is stopped.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007273234A (en) * 2006-03-31 2007-10-18 Honda Motor Co Ltd Fuel cell vehicle
JP2008146938A (en) * 2006-12-07 2008-06-26 Toyota Motor Corp Fuel cell system
WO2008081979A1 (en) * 2006-12-28 2008-07-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
JP2009212045A (en) * 2008-03-06 2009-09-17 Ebara Ballard Corp Fuel cell system and drainage method of fuel cell
JP2010021024A (en) * 2008-07-10 2010-01-28 Aisin Seiki Co Ltd Operation control method of fuel cell system
CN103386882A (en) * 2012-05-07 2013-11-13 周登荣 Air powered vehicle
DE102015005978A1 (en) 2015-05-08 2015-12-03 Daimler Ag Method for operating a fuel cell system

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007273234A (en) * 2006-03-31 2007-10-18 Honda Motor Co Ltd Fuel cell vehicle
US9242574B2 (en) 2006-03-31 2016-01-26 Honda Motor Co., Ltd. Fuel-cell electric vehicle
JP2008146938A (en) * 2006-12-07 2008-06-26 Toyota Motor Corp Fuel cell system
WO2008081979A1 (en) * 2006-12-28 2008-07-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
JP2008166126A (en) * 2006-12-28 2008-07-17 Toyota Motor Corp Fuel cell system
US8206856B2 (en) 2006-12-28 2012-06-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
JP2009212045A (en) * 2008-03-06 2009-09-17 Ebara Ballard Corp Fuel cell system and drainage method of fuel cell
JP2010021024A (en) * 2008-07-10 2010-01-28 Aisin Seiki Co Ltd Operation control method of fuel cell system
CN103386882A (en) * 2012-05-07 2013-11-13 周登荣 Air powered vehicle
DE102015005978A1 (en) 2015-05-08 2015-12-03 Daimler Ag Method for operating a fuel cell system

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