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JP2009266426A - Fuel cell system - Google Patents

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JP2009266426A
JP2009266426A JP2008111598A JP2008111598A JP2009266426A JP 2009266426 A JP2009266426 A JP 2009266426A JP 2008111598 A JP2008111598 A JP 2008111598A JP 2008111598 A JP2008111598 A JP 2008111598A JP 2009266426 A JP2009266426 A JP 2009266426A
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Japan
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scavenging
fuel cell
time
cell stack
scheduled
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Application number
JP2008111598A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshihito Sugano
善仁 菅野
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】発電停止時の燃料電池内部の水分状態は一定にしつつ、掃気処理に要する時間のばらつきによってユーザに違和感を与えることのないようにする。
【解決手段】燃料電池スタック2の発電停止時、エアコンプレッサ22を運転して燃料電池スタック2に掃気ガスを供給する。掃気を行いながら燃料電池スタック2のインピーダンス値を計測し、インピーダンス値と所定の閾値との比較によって掃気の完了を判定する。掃気の開始から完了までに要した時間が予め設定された掃気予定時間よりも短い場合には、バイパス弁42をバイパス路40側に切り替えて掃気ガスの送風経路から燃料電池スタック2をバイパスさせる。その状態にて掃気予定時間が経過するまでエアコンプレッサ22の運転を継続する。
【選択図】図1
To keep a moisture state in a fuel cell constant when power generation is stopped, and to prevent a user from feeling uncomfortable due to a variation in time required for a scavenging process.
When power generation of a fuel cell stack is stopped, an air compressor is operated to supply scavenging gas to the fuel cell stack. While scavenging, the impedance value of the fuel cell stack 2 is measured, and the completion of scavenging is determined by comparing the impedance value with a predetermined threshold value. If the time required from the start to completion of scavenging is shorter than the preset scheduled scavenging time, the bypass valve 42 is switched to the bypass path 40 side to bypass the fuel cell stack 2 from the scavenging gas blowing path. In this state, the operation of the air compressor 22 is continued until the scheduled scavenging time has elapsed.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、燃料電池を有する燃料電池システムに関し、特に、燃料電池の発電停止時に掃気ガスによって燃料電池内部を掃気する燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system having a fuel cell, and more particularly to a fuel cell system that scavenges the inside of a fuel cell with scavenging gas when power generation of the fuel cell is stopped.

燃料電池の発電時には、酸化剤ガスと燃料ガスとが膜電極接合体を介して反応することによってカソード側に水が生成される。この水が燃料電池の発電停止後も燃料電池の内部に残留していると、外気温が氷点下まで低下したときにはその残留水が凍結して反応ガスの流路を閉塞してしまう。このような状態では、十分な反応ガスを膜電極接合体に供給することができないために燃料電池の始動に長時間を要することになる。   During power generation of the fuel cell, water is generated on the cathode side by the reaction between the oxidant gas and the fuel gas via the membrane electrode assembly. If this water remains inside the fuel cell even after power generation of the fuel cell is stopped, when the outside air temperature drops below freezing point, the remaining water freezes and closes the reaction gas flow path. In such a state, since sufficient reaction gas cannot be supplied to the membrane electrode assembly, it takes a long time to start the fuel cell.

燃料電池の氷点下での始動性を良好に保つためには、発電反応に必要な水分のみを残し、他の不要な水分は発電停止時に予め除去しておけばよい。燃料電池内から水分を除去する方法としては、例えば、以下に列挙している特許文献1乃至3にも記載されているように、燃料電池内に乾燥ガスを流すことによる掃気が効果的である。その手段としては、もともとシステムに搭載されているエアコンプレッサを用いるのがシステムの簡素化という意味でも都合がよい。   In order to keep the startability of the fuel cell below the freezing point, only the moisture necessary for the power generation reaction is left, and other unnecessary moisture may be removed in advance when the power generation is stopped. As a method for removing moisture from the fuel cell, for example, as described in Patent Documents 1 to 3 listed below, scavenging by flowing dry gas into the fuel cell is effective. . As the means, it is convenient to use an air compressor originally mounted on the system in terms of simplification of the system.

ここで、掃気による水分除去が完了したか否かは、燃料電池のインピーダンス値によって判断することができる。特許文献2や特許文献3に記載されている従来技術では、燃料電池のインピーダンス値が所定値になるまでエアコンプレッサによる掃気を継続している。こうすることで、発電停止時の燃料電池の水分状態を一定の状態にすることができ、氷点下でも安定した始動性を確保することが可能になる。   Here, whether or not moisture removal by scavenging is completed can be determined from the impedance value of the fuel cell. In the prior art described in Patent Document 2 and Patent Document 3, scavenging by the air compressor is continued until the impedance value of the fuel cell reaches a predetermined value. By doing so, the moisture state of the fuel cell when power generation is stopped can be made constant, and stable startability can be ensured even below freezing.

しかしながら、発電停止時に燃料電池内に残留している水の量は、発電停止に至るまでの運転条件の履歴によって変化する。掃気開始後、インピーダンス値が所定値になるまでに要する時間は残留水量によって変わるため、掃気処理のためのエアコンプレッサの運転時間も毎回変わることになる。エアコンプレッサの運転時間が毎回異なることは、事情を知らないユーザにとっては不思議な現象であって違和感を覚える可能性がある。特に、運転時間がたまに長くなるような場合には、ユーザにシステムの故障と勘違いされてしまうおそれがある。そうかといって、単にエアコンプレッサの運転時間を固定してしまうと、燃料電池内部の水分状態が毎回ばらついてしまい、今度は始動時間のばらつきや始動不能といった問題につながってしまう。   However, the amount of water remaining in the fuel cell when power generation is stopped varies depending on the history of operating conditions until power generation is stopped. Since the time required for the impedance value to reach a predetermined value after the start of scavenging varies depending on the amount of residual water, the operation time of the air compressor for the scavenging process also varies each time. The fact that the operation time of the air compressor is different every time is a strange phenomenon for a user who does not know the situation, and may feel uncomfortable. In particular, when the operation time becomes long, the user may be mistaken for a system failure. However, if the operating time of the air compressor is simply fixed, the moisture state inside the fuel cell varies every time, which leads to problems such as variations in starting time and inability to start.

上記の問題に関し、特許文献1及び特許文献2にはエアコンプレッサの掃気運転がユーザに与える違和感を軽減させるための技術が記載されている。特許文献1に記載された技術では、まず、大流量で掃気を行った後、暫く掃気を停止し、その後に小流量で掃気を行うようにしている。つまり、この技術では、掃気処理を2段階に分けてその間に待機時間を設けることで、掃気が継続されることによって生じるユーザの違和感の軽減をはかっている。   Regarding the above problems, Patent Documents 1 and 2 describe a technique for reducing the uncomfortable feeling given to the user by the scavenging operation of the air compressor. In the technique described in Patent Document 1, first, scavenging is performed at a large flow rate, then scavenging is stopped for a while, and then scavenging is performed at a small flow rate. That is, in this technique, the scavenging process is divided into two stages, and a waiting time is provided between them, thereby reducing the user's uncomfortable feeling caused by the continued scavenging.

これに対し、特許文献2に記載された技術では、掃気処理中であること、掃気が完了したことを文字メッセージや音声メッセージ等でユーザに伝えるようにしている。つまり、この技術では、掃気に関する情報をユーザに積極的に公開することによってユーザの違和感の軽減をはかっている。
特開2007−73328号公報 特開2007−305346号公報 特開2007−149572号公報
On the other hand, in the technique described in Patent Document 2, a scavenging process is in progress and the scavenging is completed is notified to the user by a text message, a voice message, or the like. In other words, in this technique, information regarding scavenging is actively disclosed to the user, thereby reducing the user's uncomfortable feeling.
JP 2007-73328 A JP 2007-305346 A JP 2007-149572 A

しかしながら、特許文献1,2に記載の各技術で得られる効果は、何れも、ある前提条件が成立した場合にのみ得られる限定的な効果である。特許文献1に記載のものでは、掃気を停止している待機時間中にユーザがシステムから離れることが効果の前提条件になっている。特許文献2に記載のものでは、システムが発するメッセージをユーザが認識することが効果の前提条件になっている。これらの前提条件が成立しない場合には、エアコンプレッサの掃気運転時間のばらつきに対し、ユーザはやはり違和感を覚えてしまうことになる。   However, the effects obtained by the techniques described in Patent Documents 1 and 2 are all limited effects obtained only when certain preconditions are satisfied. In the thing of patent document 1, it is a precondition of an effect that a user leaves | separates from a system during the waiting time which has stopped scavenging. In the thing of patent document 2, it is a prerequisite for an effect that a user recognizes the message which a system emits. If these preconditions are not satisfied, the user still feels uncomfortable with the variation in the scavenging operation time of the air compressor.

以上のように、特許文献1,2に記載の各技術は、適切な時間での掃気処理によって燃料電池内部の水分状態を一定にできるものの、エアコンプレッサの掃気運転時間のばらつきと、それによってユーザが覚える違和感という問題に対しては十分な解決策であるとは言えなかった。   As described above, each of the techniques described in Patent Documents 1 and 2 can make the moisture state inside the fuel cell constant by scavenging processing at an appropriate time, but the variation in the scavenging operation time of the air compressor and the user It was not a sufficient solution to the problem of uncomfortable feelings.

本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、発電停止時の燃料電池内部の水分状態は一定にしつつ、掃気処理に要する時間のばらつきによってユーザに違和感を与えることのないようにした燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, so that the moisture state inside the fuel cell when power generation is stopped is kept constant, and the user does not feel uncomfortable due to variations in the time required for the scavenging process. An object of the present invention is to provide a fuel cell system.

上記の目的を達成するため、第1の発明の燃料電池システムは、
燃料電池と、
前記燃料電池の発電停止時、前記燃料電池に向けて掃気ガスを送風する掃気ガス送風手段と、
掃気ガスの送風経路から前記燃料電池をバイパスさせるバイパス手段と、
前記燃料電池の水分状態に関連する所定の物理量に基づいて掃気の完了を判定する判定手段と、
掃気の開始から完了までに要した時間が予定掃気時間よりも短い場合には、前記バイパス手段によって前記燃料電池をバイパスさせ、その状態で前記予定掃気時間が経過するまで前記掃気ガス送風手段による送風を継続させる制御手段と、
を備えたことを特徴としている。
In order to achieve the above object, a fuel cell system according to a first invention comprises:
A fuel cell;
Scavenging gas blowing means for blowing scavenging gas toward the fuel cell when power generation of the fuel cell is stopped;
Bypass means for bypassing the fuel cell from the air flow path of the scavenging gas;
Determination means for determining completion of scavenging based on a predetermined physical quantity related to the moisture state of the fuel cell;
When the time required from the start to completion of scavenging is shorter than the scheduled scavenging time, the fuel cell is bypassed by the bypass means, and the air blown by the scavenging gas blowing means until the scheduled scavenging time elapses in that state. Control means for continuing
It is characterized by having.

また、第2の発明の燃料電池システムは、第1の発明において、
掃気の開始から完了までの所要時間を学習する学習手段と、
前記学習手段によって学習された最長所要時間に基づいて前記掃気予定時間を設定する掃気予定時間設定手段と、
を備えたことを特徴としている。
The fuel cell system of the second invention is the first invention,
A learning means for learning the time required from the start to completion of scavenging;
A scheduled scavenging time setting means for setting the scheduled scavenging time based on the longest required time learned by the learning means;
It is characterized by having.

第1の発明によれば、掃気の開始から完了までに要する時間が毎回変化する場合であっても、掃気ガス送風手段による送風時間は一定にすることができる。したがって、適正な時間での掃気処理によって燃料電池内部の水分状態のばらつきを防止しつつ、掃気に要する時間のばらつきによってユーザに違和感を与えてしまうことも防止することができる。   According to 1st invention, even if it is a case where the time required from the start of scavenging to completion changes every time, the ventilation time by the scavenging gas blowing means can be made constant. Therefore, it is possible to prevent the user from feeling uncomfortable due to the variation in time required for scavenging while preventing the variation in the moisture state inside the fuel cell by the scavenging process at an appropriate time.

第2の発明によれば、掃気完了までの所要時間のうち最長所要時間に基づいて掃気予定時間を設定することにより、ユーザに違和感を与えない範囲内で必要最低限の時間まで送風時間を短縮することができる。これによれば、送風にかかるエネルギの無駄を抑えてシステムの燃費を向上させることができる。   According to the second aspect of the present invention, by setting the scheduled scavenging time based on the longest time required for the completion of scavenging, the blowing time is shortened to the minimum necessary time within a range that does not give the user a sense of incongruity. can do. According to this, it is possible to improve the fuel efficiency of the system by suppressing waste of energy for blowing.

以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。まず、図1は、本発明の実施の形態の燃料電池システムの構成を模式的に示す図である。通常、燃料電池は、図1に示すように、複数の単位電池30を積層してなる燃料電池スタック2として使用される。各単位電池30は、図示は省略するが、膜電極接合体の両側をセパレータで挟んで構成されている。各単位電池30は、膜電極接合体のアノード側に燃料ガスの供給を受け、カソード側に酸化剤ガスの供給を受けて発電する。燃料電池スタック2には、燃料電池スタック全体としてのインピーダンス値を計測するためのインピーダンス計測器32が取り付けられている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. Usually, the fuel cell is used as a fuel cell stack 2 formed by stacking a plurality of unit cells 30 as shown in FIG. Although not shown, each unit battery 30 is configured by sandwiching both sides of a membrane electrode assembly with separators. Each unit cell 30 receives fuel gas supplied to the anode side of the membrane electrode assembly and receives oxidant gas supplied to the cathode side to generate power. An impedance measuring device 32 for measuring the impedance value of the entire fuel cell stack is attached to the fuel cell stack 2.

燃料電池スタック2には、燃料ガスとしての水素を供給するための水素供給路6が接続されている。水素供給路6の上流端は高圧水素タンク等の水素供給源4に繋がっている。水素供給路6の途中には、調圧弁8とシャット弁10とが配置されている。水素は調圧弁8で減圧され所望の圧力に調整されてから燃料電池スタック2に供給される。燃料電池スタック2に供給された水素は、燃料電池スタック2内に形成された供給マニホールドによって各単位電池30のアノードに分配される。各単位電池30のアノードの出口側は、燃料電池スタック2内に形成された排出マニホールドに接続されている。この排出マニホールドは、燃料電池スタック2の外部に配置されたパージ弁14に接続されている。パージ弁14は閉状態をその基本状態とし、所定のパージ条件が成立した場合にのみ開くように制御されている。   A hydrogen supply path 6 for supplying hydrogen as a fuel gas is connected to the fuel cell stack 2. The upstream end of the hydrogen supply path 6 is connected to a hydrogen supply source 4 such as a high-pressure hydrogen tank. In the middle of the hydrogen supply path 6, a pressure regulating valve 8 and a shut valve 10 are arranged. Hydrogen is depressurized by the pressure regulating valve 8 and adjusted to a desired pressure before being supplied to the fuel cell stack 2. Hydrogen supplied to the fuel cell stack 2 is distributed to the anode of each unit cell 30 by a supply manifold formed in the fuel cell stack 2. The outlet side of the anode of each unit cell 30 is connected to a discharge manifold formed in the fuel cell stack 2. This discharge manifold is connected to a purge valve 14 disposed outside the fuel cell stack 2. The purge valve 14 is controlled to open only when a predetermined purge condition is satisfied with the closed state as its basic state.

また、燃料電池スタック2には、酸化剤ガスとしての空気を供給するための空気供給路20が接続されている。空気供給路20にはエアコンプレッサ22が配置されている。エアコンプレッサ22の回転によって空気供給路20に空気が取り込まれ燃料電池スタック2に供給される。燃料電池スタック2に供給された空気は、燃料電池スタック2内に形成された供給マニホールドによって各単位電池30のカソードに分配される。各単位電池30のカソードを通過した空気は、燃料電池スタック2内に形成された排出マニホールドに集められて空気排出路24に排出される。空気排出路24には調圧弁26が配置されている。   The fuel cell stack 2 is connected to an air supply path 20 for supplying air as an oxidant gas. An air compressor 22 is disposed in the air supply path 20. Air is taken into the air supply path 20 by the rotation of the air compressor 22 and supplied to the fuel cell stack 2. Air supplied to the fuel cell stack 2 is distributed to the cathode of each unit cell 30 by a supply manifold formed in the fuel cell stack 2. The air that has passed through the cathode of each unit cell 30 is collected in a discharge manifold formed in the fuel cell stack 2 and discharged to the air discharge path 24. A pressure regulating valve 26 is disposed in the air discharge path 24.

さらに、本実施の形態の燃料電池システムは、燃料電池スタック2をバイパスして空気供給路20を空気排出路24に接続するバイパス路40と、空気の供給先を燃料電池スタック2からバイパス路40に切り替えるバイパス弁42とを備えている。   Furthermore, the fuel cell system of the present embodiment includes a bypass path 40 that bypasses the fuel cell stack 2 and connects the air supply path 20 to the air discharge path 24, and an air supply destination from the fuel cell stack 2 to the bypass path 40. And a bypass valve 42 for switching to.

バイパス弁42の切替動作は制御装置16によって制御されている。制御装置16はシステム全体の運転を制御する装置であって、エアコンプレッサ22の運転も制御している。また、制御装置16には前述のインピーダンス計測器32からの信号の他、種々のセンサや計測器から信号が入力されている。制御装置16がバイパス弁42の切り替えを行うのは燃料電池スタック2の発電停止時であり、制御装置16は、切り替えのタイミングを計るための指標として、インピーダンス計測器32により計測されるインピーダンス値を参照している。   The switching operation of the bypass valve 42 is controlled by the control device 16. The control device 16 is a device that controls the operation of the entire system, and also controls the operation of the air compressor 22. In addition to the signal from the impedance measuring instrument 32 described above, signals from various sensors and measuring instruments are input to the control device 16. The control device 16 switches the bypass valve 42 when power generation of the fuel cell stack 2 is stopped, and the control device 16 uses the impedance value measured by the impedance measuring instrument 32 as an index for measuring the switching timing. Refers.

図2のフローチャートは、燃料電池スタック2の発電停止時に制御装置16によって実行されるルーチンを示している。このルーチンの最初のステップS2では、システムの運転スイッチがオフ(或いはシステムの停止スイッチがオン)にされたか否か判定される。ステップS2の判定処理はシステムの運転スイッチがオフにされるまで繰り返し実行される。   The flowchart of FIG. 2 shows a routine executed by the control device 16 when the fuel cell stack 2 stops generating power. In the first step S2 of this routine, it is determined whether or not the system operation switch is turned off (or the system stop switch is turned on). The determination process in step S2 is repeatedly executed until the system operation switch is turned off.

システムの運転スイッチがオフにされたら、ステップS4以降の処理が実施される。まず、ステップS4では、エアコンプレッサ22の回転数が所定の掃気用回転数に設定される。この回転数でエアコンプレッサ22の運転が継続されることで、燃料電池スタック2の内部は空気によって掃気される。   When the operation switch of the system is turned off, the processes after step S4 are performed. First, in step S4, the rotational speed of the air compressor 22 is set to a predetermined scavenging rotational speed. By continuing the operation of the air compressor 22 at this rotational speed, the inside of the fuel cell stack 2 is scavenged with air.

次のステップS6では、インピーダンス計測器32によって計測された燃料電池スタック2のインピーダンス値が取り込まれる。そして、ステップS8では、ステップS6で取り込まれたインピーダンス値が所定の閾値以上か否か判定される。この閾値は燃料電池スタック2の掃気が完了したときに現れるインピーダンス値であって、予め実験によって求めた値が使用される。インピーダンス値は燃料電池スタック2の水分状態に関連する物理量の一つである。ステップS6及びS8の処理はインピーダンス値が閾値以上の値になるまで繰り返し実行される。   In the next step S6, the impedance value of the fuel cell stack 2 measured by the impedance measuring device 32 is taken. In step S8, it is determined whether or not the impedance value acquired in step S6 is greater than or equal to a predetermined threshold value. This threshold value is an impedance value that appears when scavenging of the fuel cell stack 2 is completed, and a value obtained in advance by experiment is used. The impedance value is one of physical quantities related to the moisture state of the fuel cell stack 2. The processes in steps S6 and S8 are repeatedly executed until the impedance value becomes equal to or greater than the threshold value.

インピーダンス値が閾値以上になったことは掃気の完了を意味する。その場合、次のステップS10では、掃気開始からの経過時間が所定の掃気予定時間以上になっているか否か判定される。掃気予定時間は固定値であって、例えば、実験で求めた必要掃気時間にある程度の余裕時間を加えた時間に設定されている。   When the impedance value is equal to or higher than the threshold value, scavenging is completed. In that case, in the next step S10, it is determined whether or not the elapsed time from the start of scavenging is equal to or longer than a predetermined scheduled scavenging time. The scheduled scavenging time is a fixed value, and is set to, for example, a time obtained by adding a certain margin time to the required scavenging time obtained in an experiment.

掃気開始からの経過時間が掃気予定時間に達していない場合には、ステップS12の処理が実行される。ステップS12では、バイパス弁42が操作されて空気の供給先が燃料電池スタック2からバイパス路40に切り替えられる。これにより、燃料電池スタック2の内部への掃気ガスの供給は停止される。しかし、エアコンプレッサ22は前述の掃気用回転数を維持したまま運転が継続される。ステップS10の判定処理は掃気予定時間が経過するまで繰り返し実行される。   When the elapsed time from the start of scavenging has not reached the scheduled scavenging time, the process of step S12 is executed. In step S12, the bypass valve 42 is operated to switch the air supply destination from the fuel cell stack 2 to the bypass path 40. Thereby, the supply of the scavenging gas into the fuel cell stack 2 is stopped. However, the operation of the air compressor 22 is continued while maintaining the above-described scavenging speed. The determination process in step S10 is repeatedly executed until the scheduled scavenging time has elapsed.

そして、掃気開始からの経過時間が掃気予定時間以上になったら、ステップS14の処理が実行される。ステップS14では、エアコンプレッサ22の運転が停止される。また、バイパス弁42が操作されて空気の供給先がバイパス路40から燃料電池スタック2に再び切り替えられる。これにより、次回のシステムの始動時には燃料電池スタック2の内部に空気を供給できるようになる。   Then, when the elapsed time from the start of scavenging is equal to or longer than the scheduled scavenging time, the process of step S14 is executed. In step S14, the operation of the air compressor 22 is stopped. Further, the bypass valve 42 is operated to switch the air supply destination from the bypass path 40 to the fuel cell stack 2 again. As a result, air can be supplied to the inside of the fuel cell stack 2 at the next startup of the system.

以上説明したルーチンを燃料電池スタック2の発電停止時に実行することで、掃気の開始から完了までに要する時間が毎回変化したとしても、エアコンプレッサ22の運転時間は一定にすることができる。したがって、本実施の形態の燃料電池システムによれば、適正な時間での掃気処理によって燃料電池スタック2の内部の水分状態のばらつきを防止しつつ、掃気に要する時間のばらつきによってユーザに違和感を与えてしまうことも防止することができる。   By executing the routine described above when the power generation of the fuel cell stack 2 is stopped, the operating time of the air compressor 22 can be made constant even if the time required from the start to completion of scavenging changes each time. Therefore, according to the fuel cell system of the present embodiment, the variation in the time required for scavenging gives a sense of incongruity to the user while preventing the variation in the moisture state in the fuel cell stack 2 by the scavenging process at an appropriate time. Can also be prevented.

なお、本実施の形態では、上述の通りエアコンプレッサ22が本発明にかかる「掃気ガス送風手段」として機能し、空気が掃気ガスとして使用されている。また、バイパス路40及びバイパス弁42によって本発明にかかる「バイパス手段」が構成されている。また、制御装置16は本発明の「判定手段」及び「制御手段」として機能している。詳しくは、図2に示すルーチンのステップS6及びS8の処理が「判定手段」としての機能に相当し、ステップS10,S12及びS14の処理が「制御手段」としての機能に相当している。   In the present embodiment, as described above, the air compressor 22 functions as the “scavenging gas blowing means” according to the present invention, and air is used as the scavenging gas. Further, the bypass path 40 and the bypass valve 42 constitute a “bypass means” according to the present invention. The control device 16 functions as “determination means” and “control means” of the present invention. Specifically, the processing of steps S6 and S8 of the routine shown in FIG. 2 corresponds to the function as “determination means”, and the processing of steps S10, S12, and S14 corresponds to the function as “control means”.

ところで、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、掃気ガス送風手段はエアコンプレッサと別に専用のものを設けてもよい。また、掃気ガスとして使用するガスは、乾燥したガスであるならば必ずしも空気でなくてもよい。   By the way, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, a dedicated scavenging gas blowing means may be provided separately from the air compressor. The gas used as the scavenging gas is not necessarily air as long as it is a dry gas.

上述の実施の形態ではインピーダンス計測器を備えているが、代わりに電流計と電圧計とを備えてもよい。インピーダンス値は電流計からの信号と電圧計からの信号とから計算することができる。また、掃気の完了判定のために取得する燃料電池の水分状態に関連する物理量としては、燃料電池スタックから空気排出路に排出されるガスの湿度を用いることもできる。   Although the impedance measuring instrument is provided in the above-described embodiment, an ammeter and a voltmeter may be provided instead. The impedance value can be calculated from the signal from the ammeter and the signal from the voltmeter. Further, the humidity of the gas discharged from the fuel cell stack to the air discharge path can also be used as the physical quantity related to the moisture state of the fuel cell acquired for determining the completion of scavenging.

また、上述の実施の形態では掃気予定時間を固定値としているが、掃気の完了に要する時間を毎回学習し、その最長時間或いは最長時間よりも少し長い時間を掃気予定時間として設定するようにしてもよい。これによれば、ユーザに違和感を与えない範囲内で必要最低限の時間までコンプレッサの運転時間を短縮することができる。つまり、コンプレッサの無駄な運転を抑えてシステムの燃費を向上させることができる。   Further, in the above-described embodiment, the scavenging scheduled time is a fixed value, but the time required to complete scavenging is learned every time, and the longest time or a little longer than the longest time is set as the scheduled scavenging time. Also good. According to this, the operation time of the compressor can be shortened to the minimum necessary time within a range in which the user does not feel uncomfortable. That is, it is possible to improve the fuel efficiency of the system by suppressing unnecessary operation of the compressor.

最後に、本発明の創案過程において案出された、上記実施の形態のものとは技術的特徴の異なる燃料電池システム(本発明とは別発明の燃料電池システム)についても述べておく。   Finally, a fuel cell system (a fuel cell system of a different invention from the present invention) that has been devised in the inventive process and that has technical characteristics different from those of the above-described embodiments will be described.

まず、第1の別発明は、
燃料電池と、
前記燃料電池の発電停止時、前記燃料電池に向けて掃気ガスを送風する掃気ガス送風手段と、
前記掃気ガス送風手段による送風流量を調整する流量調整手段と、
前記燃料電池の水分状態に関連する所定の物理量に基づいて掃気の完了を判定する判定手段と、
掃気の開始から完了までに要した時間が予め設定された掃気予定時間よりも短い場合には、前記流量調整手段によって掃気ガスの流量を減少させ、その状態で前記掃気予定時間が経過するまで前記掃気ガス送風手段による送風を継続させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システムである。
First, the first invention is
A fuel cell;
Scavenging gas blowing means for blowing scavenging gas toward the fuel cell when power generation of the fuel cell is stopped;
A flow rate adjusting means for adjusting a flow rate of air blown by the scavenging gas blowing means;
Determination means for determining completion of scavenging based on a predetermined physical quantity related to the moisture state of the fuel cell;
When the time required from the start to completion of scavenging is shorter than the preset scheduled scavenging time, the flow rate of the scavenging gas is reduced by the flow rate adjusting means, and the scavenging scheduled time elapses in that state. Control means for continuing blowing by the scavenging gas blowing means;
A fuel cell system comprising:

このような燃料電池システムは図1に示す構成を用いて実現することができる。その場合、エアコンプレッサ22が「掃気ガス送風手段」となり、エアコンプレッサ22の回転数を制御する制御装置16が「流量調整手段」として機能する。また、制御装置16は「判定手段」及び「制御手段」としても機能させることができる。なお、第1の別発明の燃料電池システムでは、バイパス弁42とバイパス路40は設けなくてよい。   Such a fuel cell system can be realized by using the configuration shown in FIG. In this case, the air compressor 22 serves as “scavenging gas blowing means”, and the control device 16 that controls the rotation speed of the air compressor 22 functions as “flow rate adjusting means”. The control device 16 can also function as “determination means” and “control means”. In the fuel cell system of the first different invention, the bypass valve 42 and the bypass passage 40 need not be provided.

第1の別発明によれば、掃気の開始から完了までに要する時間が毎回変化する場合であっても、掃気ガス送風手段による送風時間は一定にすることができる。また、掃気ガスの流量を減少させることで燃料電池内部のそれ以上の乾燥は抑えることができる。したがって、燃料電池内部の水分状態のばらつきを防止しつつ、掃気に要する時間のばらつきによってユーザに違和感を与えてしまうことも防止することができる。   According to the first alternative invention, even when the time required from the start to completion of scavenging changes every time, the blowing time by the scavenging gas blowing means can be made constant. Further, by reducing the flow rate of the scavenging gas, further drying inside the fuel cell can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent the user from feeling uncomfortable due to the variation in time required for scavenging while preventing the variation in the moisture state inside the fuel cell.

また、第2の別発明は、
燃料電池と、
前記燃料電池の発電停止時、前記燃料電池に向けて掃気ガスを送風する掃気ガス送風手段と、
前記燃料電池から排出される掃気ガスの背圧を調整する背圧調整手段と、
前記燃料電池の水分状態に関連する所定の物理量に基づいて掃気の完了を判定する判定手段と、
掃気の開始から完了までに要した時間が予め設定された掃気予定時間よりも短い場合には、前記背圧調整手段によって掃気ガスの背圧を上昇させ、その状態で前記掃気予定時間が経過するまで前記掃気ガス送風手段による送風を継続させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システムである。
In addition, the second separate invention is
A fuel cell;
Scavenging gas blowing means for blowing scavenging gas toward the fuel cell when power generation of the fuel cell is stopped;
Back pressure adjusting means for adjusting the back pressure of the scavenging gas discharged from the fuel cell;
Determination means for determining completion of scavenging based on a predetermined physical quantity related to the moisture state of the fuel cell;
When the time required from the start to completion of scavenging is shorter than the preset scheduled scavenging time, the back pressure adjusting means increases the back pressure of the scavenging gas, and the scheduled scavenging time elapses in that state. Control means for continuing blowing by the scavenging gas blowing means,
A fuel cell system comprising:

このような燃料電池システムも図1に示す構成を用いて実現することができる。その場合、エアコンプレッサ22が「掃気ガス送風手段」となり、調圧弁26が「背圧調整手段」となる。また、制御装置16は「判定手段」及び「制御手段」として機能させることができる。なお、第2の別発明の燃料電池システムでは、バイパス弁42とバイパス路40は設けなくてよい。   Such a fuel cell system can also be realized using the configuration shown in FIG. In that case, the air compressor 22 becomes “scavenging gas blowing means”, and the pressure regulating valve 26 becomes “back pressure adjusting means”. Further, the control device 16 can function as “determination means” and “control means”. In the fuel cell system of the second different invention, the bypass valve 42 and the bypass passage 40 do not have to be provided.

第2の別発明によれば、掃気の開始から完了までに要する時間が毎回変化する場合であっても、掃気ガス送風手段による送風時間は一定にすることができる。また、掃気ガスの背圧を上昇させることで燃料電池内部のそれ以上の乾燥は抑えることができる。したがって、燃料電池内部の水分状態のばらつきを防止しつつ、掃気に要する時間のばらつきによってユーザに違和感を与えてしまうことも防止することができる。   According to the second invention, even when the time required from the start to the completion of scavenging changes every time, the blowing time by the scavenging gas blowing means can be made constant. Further, by further increasing the back pressure of the scavenging gas, further drying inside the fuel cell can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent the user from feeling uncomfortable due to the variation in time required for scavenging while preventing the variation in the moisture state inside the fuel cell.

本発明の実施の形態としての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 the fuel cell system as embodiment of this invention. 燃料電池スタックの発電停止時に制御装置によって実行されるルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the routine performed by a control apparatus at the time of the electric power generation stop of a fuel cell stack.

符号の説明Explanation of symbols

2 燃料電池スタック
4 水素供給源
6 水素供給路
8 調圧弁
10 シャット弁
14 パージ弁
16 制御装置
20 空気供給路
22 エアコンプレッサ
24 空気排出路
26 調圧弁
30 単位電池
32 インピーダンス計測器
40 バイパス路
42 バイパス弁
2 Fuel cell stack 4 Hydrogen supply source 6 Hydrogen supply path 8 Pressure regulating valve 10 Shut valve 14 Purge valve 16 Controller 20 Air supply path 22 Air compressor 24 Air discharge path 26 Pressure regulating valve 30 Unit battery 32 Impedance measuring instrument 40 Bypass path 42 Bypass valve

Claims (2)

燃料電池と、
前記燃料電池の発電停止時、前記燃料電池に向けて掃気ガスを送風する掃気ガス送風手段と、
掃気ガスの送風経路から前記燃料電池をバイパスさせるバイパス手段と、
前記燃料電池の水分状態に関連する所定の物理量に基づいて掃気の完了を判定する判定手段と、
掃気の開始から完了までに要した時間が予め設定された掃気予定時間よりも短い場合には、前記バイパス手段によって前記燃料電池をバイパスさせ、その状態で前記掃気予定時間が経過するまで前記掃気ガス送風手段による送風を継続させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell;
Scavenging gas blowing means for blowing scavenging gas toward the fuel cell when power generation of the fuel cell is stopped;
Bypass means for bypassing the fuel cell from the air flow path of the scavenging gas;
Determination means for determining completion of scavenging based on a predetermined physical quantity related to the moisture state of the fuel cell;
When the time required from the start to completion of scavenging is shorter than a preset scheduled scavenging time, the fuel cell is bypassed by the bypass means, and the scavenging gas is used until the scheduled scavenging time elapses in that state. Control means for continuing blowing by the blowing means;
A fuel cell system comprising:
掃気の開始から完了までの所要時間を学習する学習手段と、
前記学習手段によって学習された最長所要時間に基づいて前記掃気予定時間を設定する掃気予定時間設定手段と、
を備えたことを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。
A learning means for learning the time required from the start to completion of scavenging;
A scheduled scavenging time setting means for setting the scheduled scavenging time based on the longest required time learned by the learning means;
The fuel cell system according to claim 1, further comprising:
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