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JP2017157284A - Operation method for fuel battery system - Google Patents

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JP2017157284A
JP2017157284A JP2016036730A JP2016036730A JP2017157284A JP 2017157284 A JP2017157284 A JP 2017157284A JP 2016036730 A JP2016036730 A JP 2016036730A JP 2016036730 A JP2016036730 A JP 2016036730A JP 2017157284 A JP2017157284 A JP 2017157284A
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JP2016036730A
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Japanese (ja)
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佳央 岸山
Yoshio Kishiyama
佳央 岸山
良平 岩崎
Ryohei Iwasaki
良平 岩崎
拓史 菊池
Takushi Kikuchi
拓史 菊池
豪士 加藤
Takeshi Kato
豪士 加藤
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Daihatsu Motor Co Ltd
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Daihatsu Motor Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an operation method for a fuel battery system capable of suppressing reduction in output energy during warm-up operation.SOLUTION: In a warming-up operation of a fuel battery 3 of a fuel battery system 2 that includes a fuel battery 3 capable of outputting electric energy and a battery 40 capable of storing electric energy generated from the fuel battery 3 and outputting electric energy to the outside, when the stored energy amount of the battery 40 is less than a predetermined value, the fuel battery 3 is warmed up without outputting the stored energy of the battery 40 to the outside, and the electric energy generated from the fuel battery 3 is stored in the battery 40, whereas when the stored energy amount of the battery 40 is not less than the predetermined value, the storage energy of the battery 40 is outputted to the outside, the fuel battery 3 is warmed up, and the electric energy generated from the fuel battery 3 is stored in the battery 40.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、車両などに搭載される燃料電池システムの運転方法に関する。   The present invention relates to a method for operating a fuel cell system mounted on a vehicle or the like.

従来、燃料電池およびバッテリーを備える燃料電池システムが知られている（例えば、下記特許文献１参照。）。   Conventionally, a fuel cell system including a fuel cell and a battery is known (for example, see Patent Document 1 below).

特許文献１の燃料電池システムは、液体燃料を貯蔵する燃料タンクと、燃料タンクから供給される液体燃料を燃料電池に供給するとともに、燃料電池から排出される液体燃料を燃料タンクに還流するための還流管と、還流管において、燃料電池の上流側および下流側のそれぞれに設けられるポンプおよび気液分離器とを備えている。   The fuel cell system of Patent Document 1 is a fuel tank that stores liquid fuel, and supplies liquid fuel supplied from the fuel tank to the fuel cell, and returns liquid fuel discharged from the fuel cell to the fuel tank. A reflux pipe and a pump and a gas-liquid separator provided on the upstream side and the downstream side of the fuel cell in the reflux pipe are provided.

この燃料電池システムの定常運転では、液体燃料を、ポンプの駆動力に基づいて、燃料タンクから還流管を介して燃料電池に供給し、そして、燃料電池において電気化学反応を生じ、起電力を発生させる。その後、使用後および未反応の液体燃料を、還流管を介して気液分離器に流入させて、この気液分離器において液体燃料とガスとを分離し、液体燃料を燃料タンクに還流させる。このような運転により出力された電気エネルギーは、適宜の用途に用いられ、また、必要により、バッテリーに蓄電される。   In steady operation of this fuel cell system, liquid fuel is supplied from the fuel tank to the fuel cell via the return pipe based on the driving force of the pump, and then an electrochemical reaction occurs in the fuel cell to generate an electromotive force. Let Thereafter, the used and unreacted liquid fuel is allowed to flow into the gas-liquid separator through the reflux pipe, and the liquid fuel and gas are separated in the gas-liquid separator, and the liquid fuel is refluxed to the fuel tank. The electric energy output by such operation is used for an appropriate application, and is stored in the battery as necessary.

特開２０１０−１２９３０４号公報JP 2010-129304 A

一方、このような燃料電池システムでは、液体燃料の電気化学反応が効率的に生じる温度（例えば、４０〜８０℃）において定常運転することが望まれており、その温度に至るまでは、燃料電池システムを暖機運転（低温運転）させ、電気化学反応の反応熱などにより加熱することが要求される。   On the other hand, in such a fuel cell system, it is desired to perform a steady operation at a temperature (for example, 40 to 80 ° C.) at which an electrochemical reaction of liquid fuel efficiently occurs. It is required that the system is warmed up (low temperature operation) and heated by reaction heat of an electrochemical reaction.

しかし、暖機運転中に燃料電池システムから生じる電気エネルギーは、定常運転中に燃料電池システムから生じる電気エネルギーよりも低いため、燃料電池システムが充分に加熱されるまでの間、要求される電気エネルギーを出力できない場合がある。   However, since the electric energy generated from the fuel cell system during the warm-up operation is lower than the electric energy generated from the fuel cell system during the steady operation, the electric energy required until the fuel cell system is sufficiently heated. May not be output.

また、このような燃料電池システムでは、通常、定常運転において、電気化学反応の反応熱によって燃料電池システムが過熱されることを防止すべく、熱交換器で燃料を冷やすなどの方法で、燃料電池を冷却している。   In such a fuel cell system, the fuel cell is usually cooled by a heat exchanger in order to prevent the fuel cell system from being overheated by the reaction heat of the electrochemical reaction during steady operation. Is cooling.

しかし、このような場合において、燃料電池が急冷されると、電気化学反応の反応効率が低下し、要求される電気エネルギーを出力できない場合がある。   However, in such a case, when the fuel cell is rapidly cooled, the reaction efficiency of the electrochemical reaction is lowered, and the required electrical energy may not be output.

本発明の第１の目的は、暖機運転中における出力エネルギーの低下を抑制できる燃料電池システムの運転方法を提供することにある。   A first object of the present invention is to provide a method of operating a fuel cell system that can suppress a decrease in output energy during warm-up operation.

また、本発明の第２の目的は、冷却中における出力エネルギーの低下を抑制できる燃料電池システムの運転方法を提供することにある。   A second object of the present invention is to provide a method of operating a fuel cell system that can suppress a decrease in output energy during cooling.

本発明［１］は、電気エネルギーを出力可能な燃料電池と、前記燃料電池から生じた電気エネルギーを蓄電可能であり、かつ、電気エネルギーを外部出力可能なバッテリーとを備える燃料電池システムの運転方法であって、前記燃料電池は、前記燃料電池の温度が所定温度未満の場合に暖機運転され、前記燃料電池の温度が所定温度以上の場合に定常運転され、前記燃料電池の暖機運転時において、前記バッテリーの蓄電エネルギー量が所定値未満である場合には、前記バッテリーの蓄電エネルギーを外部出力することなく、前記燃料電池を暖機運転させ、前記燃料電池から生じた電気エネルギーを前記バッテリーに蓄電し、前記バッテリーの蓄電エネルギー量が所定値以上である場合には、前記バッテリーの蓄電エネルギーを外部出力するとともに、前記燃料電池を暖機運転させ、前記燃料電池から生じた電気エネルギーを前記バッテリーに蓄電する、燃料電池システムの運転方法を含んでいる。   The present invention [1] is a method of operating a fuel cell system comprising a fuel cell capable of outputting electrical energy and a battery capable of storing electrical energy generated from the fuel cell and capable of outputting electrical energy externally. The fuel cell is warmed up when the temperature of the fuel cell is lower than a predetermined temperature, is normally operated when the temperature of the fuel cell is equal to or higher than the predetermined temperature, and is warmed up when the fuel cell is warmed up. When the amount of energy stored in the battery is less than a predetermined value, the fuel cell is warmed up without externally outputting the energy stored in the battery, and the electric energy generated from the fuel cell is transferred to the battery. When the stored energy amount of the battery is equal to or greater than a predetermined value, the stored energy of the battery is externally output. Both the fuel cell is warmed up, storing electric electrical energy generated from the fuel cell to the battery include a method of operating a fuel cell system.

本発明［２］は、電気エネルギーを出力可能な燃料電池と、前記燃料電池から生じた電気エネルギーを蓄電可能であり、かつ、電気エネルギーを外部出力可能なバッテリーと、前記燃料電池を冷却するための冷却手段とを備える燃料電池システムの運転方法であって、前記燃料電池は、前記燃料電池の温度が所定温度未満の場合に暖機運転され、前記燃料電池の温度が所定温度以上の場合に定常運転され、前記燃料電池の定常運転時、かつ、前記冷却手段の作動時において、前記バッテリーの蓄電エネルギー量が所定値未満である場合には、前記バッテリーの蓄電エネルギーを外部出力することなく、前記燃料電池を定常運転させ、前記燃料電池から生じた電気エネルギーを外部出力し、前記バッテリーの蓄電エネルギー量が所定値以上である場合には、前記バッテリーの蓄電エネルギーを外部出力するとともに、前記燃料電池を定常運転させ、前記燃料電池から生じた電気エネルギーを外部出力する、燃料電池システムの運転方法を含んでいる。   The present invention [2] is a fuel cell capable of outputting electric energy, a battery capable of storing electric energy generated from the fuel cell and capable of outputting electric energy to the outside, and cooling the fuel cell. The fuel cell is warmed up when the temperature of the fuel cell is lower than a predetermined temperature, and when the temperature of the fuel cell is equal to or higher than the predetermined temperature. When the amount of stored energy of the battery is less than a predetermined value during steady operation of the fuel cell and during operation of the cooling means, without externally outputting the stored energy of the battery, The fuel cell is steadily operated, the electric energy generated from the fuel cell is output to the outside, and the stored energy amount of the battery is a predetermined value or more. In this case, the stored energy as well as external output of the battery, the fuel cell was steady operation, the fuel externally outputs the electrical energy generated from the battery include a method of operating a fuel cell system.

本発明［１］では、燃料電池の暖機運転時において、バッテリーの蓄電エネルギー量が所定値以上である場合には、バッテリーの蓄電エネルギーを外部出力する。   In the present invention [1], during the warm-up operation of the fuel cell, when the amount of stored energy of the battery is greater than or equal to a predetermined value, the stored energy of the battery is output to the outside.

そのため、本発明［１］によれば、燃料電池の暖機運転中において、燃料電池３の出力が低下する場合にも、バッテリーにより充分な電気エネルギーを外部出力でき、暖機運転中における出力エネルギーの低下を抑制できる。   Therefore, according to the present invention [1], even when the output of the fuel cell 3 is reduced during the warm-up operation of the fuel cell, sufficient electric energy can be externally output by the battery, and the output energy during the warm-up operation Can be suppressed.

本発明［２］では、燃料電池の定常運転時、かつ、冷却手段の作動時において、バッテリーの蓄電エネルギー量が所定値以上である場合には、バッテリーの蓄電エネルギーを外部出力する。   In the present invention [2], when the amount of stored energy of the battery is greater than or equal to a predetermined value during steady operation of the fuel cell and operation of the cooling means, the stored energy of the battery is output to the outside.

そのため、本発明［２］によれば、燃料電池の冷却中において、燃料電池の出力が低下する場合にも、バッテリーにより充分な電気エネルギーを外部出力でき、冷却中における出力エネルギーの低下を抑制できる。   Therefore, according to the present invention [2], even when the output of the fuel cell decreases during cooling of the fuel cell, sufficient electric energy can be output to the outside by the battery, and the decrease in output energy during cooling can be suppressed. .

図１は、本発明の燃料電池システムの運転方法の一実施形態により運転される燃料電池システムを搭載する電動車両の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electric vehicle equipped with a fuel cell system operated according to an embodiment of an operation method of a fuel cell system of the present invention. 図２は、図１のコントロールユニットにおいて実行される制御処理を表わすフロー図である。FIG. 2 is a flowchart showing a control process executed in the control unit of FIG.

本発明の燃料電池システムの運転方法の一実施形態により運転される燃料電池システムを搭載する電動車両について、図１を参照して、説明する。
１．電動車両の全体構成
図１に示すように、電動車両１は、燃料電池（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＦＣ）およびバッテリー（ＢＡＴＴＥＲＹ：ＢＡＴ）が搭載されるハイブリッド車両であって、燃料電池システム２を搭載している。 An electric vehicle equipped with a fuel cell system operated according to an embodiment of a fuel cell system operation method of the present invention will be described with reference to FIG.
1. Overall Configuration of Electric Vehicle As shown in FIG. 1, an electric vehicle 1 is a hybrid vehicle on which a fuel cell (Fuel Cell: FC) and a battery (BATTERY: BAT) are mounted, and includes a fuel cell system 2. Yes.

燃料電池システム２は、電気エネルギーを出力可能な燃料電池３と、燃料給排部４と、空気給排部５と、制御部６と、動力部７、冷却部５０とを備えている。
（１）燃料電池
燃料電池３は、液体燃料が直接供給および排出され、アニオン交換型燃料電池またはカチオン交換型燃料電池であって、電動車両１の中央下側に配置されている。 The fuel cell system 2 includes a fuel cell 3 capable of outputting electric energy, a fuel supply / discharge unit 4, an air supply / discharge unit 5, a control unit 6, a power unit 7, and a cooling unit 50.
(1) Fuel Cell The fuel cell 3 is an anion exchange type fuel cell or a cation exchange type fuel cell from which liquid fuel is directly supplied and discharged, and is disposed on the lower center side of the electric vehicle 1.

燃料電池３に供給され、また、燃料電池３から排出される液体燃料としては、例えば、ヒドラジン（例えば、無水ヒドラジンや、ヒドラジン１水和物などの水加ヒドラジンなどを含む）が用いられる。   As the liquid fuel supplied to the fuel cell 3 and discharged from the fuel cell 3, for example, hydrazine (including, for example, anhydrous hydrazine and hydrazine such as hydrazine monohydrate) is used.

なお、以下において、燃料電池３に供給される液体燃料を供給液、一方、燃料電池３から排出される液体燃料を排出液として、それぞれ区別する。   In the following, the liquid fuel supplied to the fuel cell 3 is distinguished as the supply liquid, while the liquid fuel discharged from the fuel cell 3 is distinguished as the discharge liquid.

なお、排出液は、未反応の液体燃料の他、燃料電池３における液体燃料の反応生成物および反応生成水を含んでいる。反応生成物は、用いられる液体燃料の種類により異なる。例えば、液体燃料としてヒドラジンが用いられる場合には、窒素（Ｎ２）やアンモニア（ＮＨ３）などが反応生成物として排出液に含有される。 The discharged liquid contains, in addition to unreacted liquid fuel, liquid fuel reaction products and reaction product water in the fuel cell 3. The reaction product varies depending on the type of liquid fuel used. For example, when hydrazine is used as the liquid fuel, nitrogen (N 2 ), ammonia (NH 3 ), etc. are contained in the effluent as reaction products.

燃料電池３は、電解質層８と、電解質層８の一方側に配置されたアノード９と、電解質層８の他方側に配置されたカソード１０とを有する単位セル２８（燃料電池セル）が、セパレータ（図示せず）を介して複数積層されたスタック構造に形成されている。つまり、電解質層８を介してアノード９およびカソード１０が対向配置されてなる単位セル２８が複数積層されている。なお、図１では、積層される複数の単位セル２８のうち、電動車両１の前後方向途中に配置される単位セル２８だけを拡大して表わし、その他の単位セル２８については簡略化して記載している。   The fuel cell 3 includes a unit cell 28 (fuel cell) having an electrolyte layer 8, an anode 9 disposed on one side of the electrolyte layer 8, and a cathode 10 disposed on the other side of the electrolyte layer 8. It is formed in a stack structure in which a plurality of layers are stacked via (not shown). That is, a plurality of unit cells 28 in which the anode 9 and the cathode 10 are arranged to face each other with the electrolyte layer 8 interposed therebetween are stacked. In FIG. 1, among the plurality of unit cells 28 to be stacked, only the unit cell 28 arranged in the middle of the electric vehicle 1 in the front-rear direction is shown enlarged, and the other unit cells 28 are described in a simplified manner. ing.

電解質層８は、例えば、アニオン成分またはカチオン成分が移動可能な層であり、アニオン交換膜またはカチオン交換膜を用いて形成されている。   The electrolyte layer 8 is, for example, a layer in which an anion component or a cation component can move, and is formed using an anion exchange membrane or a cation exchange membrane.

アノード９は、燃料側電極としてのアノード電極１１と、アノード電極１１に液体燃料（供給液）を供給するための燃料供給部材１２とを有している。   The anode 9 includes an anode electrode 11 as a fuel side electrode, and a fuel supply member 12 for supplying liquid fuel (supply liquid) to the anode electrode 11.

アノード電極１１は、電解質層８の一方面に形成されている。アノード電極１１の電極材料としては、例えば、触媒が担持された多孔質担体（触媒担持多孔質担体）などが挙げられる。   The anode electrode 11 is formed on one surface of the electrolyte layer 8. Examples of the electrode material of the anode electrode 11 include a porous support (catalyst-supported porous support) on which a catalyst is supported.

燃料供給部材１２は、セパレータとしても兼用され、ガス不透過性の導電性部材からなる。燃料供給部材１２には、その表面から凹む葛折状の溝が形成されている。そして、燃料供給部材１２は、溝の形成された表面がアノード電極１１に対向接触されている。これにより、アノード電極１１の一方面と燃料供給部材１２の他方面（溝の形成された表面）との間には、アノード電極１１全体に液体燃料（供給液）を接触させるための燃料供給路１３が形成される。   The fuel supply member 12 is also used as a separator and is made of a gas impermeable conductive member. The fuel supply member 12 is formed with a distorted groove recessed from the surface thereof. The surface of the fuel supply member 12 in which the groove is formed is opposed to the anode electrode 11. As a result, a fuel supply path for bringing liquid fuel (supply liquid) into contact with the entire anode electrode 11 between one surface of the anode electrode 11 and the other surface of the fuel supply member 12 (surface on which a groove is formed). 13 is formed.

燃料供給路１３には、液体燃料（供給液）をアノード９内に流入させるための燃料供給口１５が一端側（下側）に形成され、液体燃料（排出液）をアノード９から排出するための燃料排出口１４が他端側（上側）に形成されている。   In the fuel supply path 13, a fuel supply port 15 for allowing the liquid fuel (supply liquid) to flow into the anode 9 is formed on one end side (lower side), and the liquid fuel (discharge liquid) is discharged from the anode 9. The fuel discharge port 14 is formed on the other end side (upper side).

カソード１０は、酸素側電極としてのカソード電極１６と、カソード電極１６に空気（酸素）を供給するための空気供給部材１７とを有している。   The cathode 10 includes a cathode electrode 16 as an oxygen side electrode and an air supply member 17 for supplying air (oxygen) to the cathode electrode 16.

カソード電極１６は、電解質層８の他方面に形成されている。   The cathode electrode 16 is formed on the other surface of the electrolyte layer 8.

カソード電極１６の電極材料としては、例えば、アノード電極１１の電極材料として例示した、触媒担持多孔質担体などが挙げられる。   Examples of the electrode material of the cathode electrode 16 include a catalyst-supporting porous carrier exemplified as the electrode material of the anode electrode 11.

空気供給部材１７は、セパレータとしても兼用され、ガス不透過性の導電性部材からなる。空気供給部材１７には、その表面から凹む葛折状の溝が形成されている。そして、空気供給部材１７は、溝の形成された表面がカソード電極１６に対向接触されている。これにより、カソード電極１６の他方面と空気供給部材１７の一方面（溝の形成された表面）との間には、カソード電極１６全体に空気を接触させるための空気流路としての空気供給路１８が形成される。   The air supply member 17 is also used as a separator and is made of a gas impermeable conductive member. The air supply member 17 is formed with a twisted groove recessed from the surface thereof. The air supply member 17 has a grooved surface in contact with the cathode electrode 16. Thus, an air supply path as an air flow path for bringing air into contact with the entire cathode electrode 16 between the other surface of the cathode electrode 16 and one surface of the air supply member 17 (a surface on which grooves are formed). 18 is formed.

空気供給路１８には、空気をカソード１０内に流入させるための空気供給口１９が他端側（上側）に形成され、空気をカソード１０から排出するための空気排出口２０が一端側（下側）に形成されている。   In the air supply path 18, an air supply port 19 for allowing air to flow into the cathode 10 is formed on the other end side (upper side), and an air discharge port 20 for discharging air from the cathode 10 is provided on one end side (lower side). Side).

また、このような燃料電池３において、複数の単位セル２８をそれぞれ区分する１つのセパレータは、上記燃料供給部材１２および上記空気供給部材１７を兼ね備える。換言すると、セパレータは、その一方側面において、燃料供給部材１２として作用するとともに、他方側面において、空気供給部材１７として作用する。
（２）燃料給排部
燃料給排部４は、液体燃料を貯蔵するための燃料タンク２２と、燃料タンク２２から燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）へ供給液を供給する燃料供給経路としての燃料供給ライン３０と、燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）から排出液を排出する燃料排出経路としての燃料排出ライン３１と、燃料排出ライン３１から燃料供給ライン３０へ排出液を輸送する還流ライン３２とを備えている。 In such a fuel cell 3, one separator that divides each of the plurality of unit cells 28 has both the fuel supply member 12 and the air supply member 17. In other words, the separator acts as the fuel supply member 12 on one side surface and acts as the air supply member 17 on the other side surface.
(2) Fuel Supply / Discharge Unit The fuel supply / discharge unit 4 includes a fuel tank 22 for storing liquid fuel, and a supply liquid from the fuel tank 22 to the fuel cell 3 (specifically, the fuel supply path 13 of the anode 9). A fuel supply line 30 as a fuel supply path for supplying fuel, a fuel discharge line 31 as a fuel discharge path for discharging the discharged liquid from the fuel cell 3 (specifically, the fuel supply path 13 of the anode 9), and a fuel discharge And a reflux line 32 for transporting the discharged liquid from the line 31 to the fuel supply line 30.

なお、燃料供給ライン３０と燃料排出ライン３１との間には、燃料電池３が介在されており、また、燃料排出ライン３１と還流ライン３２との間には、気液分離器２３（後述）が介在されている。   A fuel cell 3 is interposed between the fuel supply line 30 and the fuel discharge line 31, and a gas-liquid separator 23 (described later) is interposed between the fuel discharge line 31 and the reflux line 32. Is intervened.

燃料タンク２２は、燃料電池３よりも前方、電動車両１の前側に配置されている。燃料タンク２２には、液体燃料として、例えば、上記したヒドラジンが貯蔵されている。   The fuel tank 22 is disposed in front of the fuel cell 3 and on the front side of the electric vehicle 1. In the fuel tank 22, for example, the hydrazine described above is stored as a liquid fuel.

燃料供給ライン３０は、その上流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、燃料タンク２２に接続されるとともに、下流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）に接続されている。   The fuel supply line 30 has an upstream end connected to the fuel tank 22 via a sealing material (such as a gasket), and a downstream end connected to the fuel cell 3 via a sealing material (such as a gasket). (Specifically, it is connected to the fuel supply path 13 of the anode 9).

また、燃料供給ライン３０の流れ方向途中には、燃料供給ポンプ３３および燃料供給弁３４が設けられている。   A fuel supply pump 33 and a fuel supply valve 34 are provided in the middle of the fuel supply line 30 in the flow direction.

燃料供給ポンプ３３としては、例えば、ロータリーポンプ、ギヤポンプなどの回転式ポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復式ポンプなど、公知の送液ポンプが用いられる。燃料供給ポンプ３３は、コントロールユニット２９（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット２９（後述）からの制御信号が、燃料供給ポンプ３３に入力され、コントロールユニット２９（後述）が、燃料供給ポンプ３３の駆動および停止を制御する。   As the fuel supply pump 33, for example, a known liquid feed pump such as a rotary pump such as a rotary pump or a gear pump, or a reciprocating pump such as a piston pump or a diaphragm pump is used. The fuel supply pump 33 is electrically connected to a control unit 29 (described later) (see the broken line in FIG. 1). As a result, a control signal from the control unit 29 (described later) is input to the fuel supply pump 33, and the control unit 29 (described later) controls driving and stopping of the fuel supply pump 33.

また、燃料供給弁３４は、燃料供給ライン３０を開閉するための弁であって、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。また、燃料供給弁３４は、コントロールユニット２９（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット２９（後述）からの制御信号が、燃料供給弁３４に入力され、コントロールユニット２９（後述）が、燃料供給弁３４の開閉を制御する。   The fuel supply valve 34 is a valve for opening and closing the fuel supply line 30, and a known on-off valve such as an electromagnetic valve is used. The fuel supply valve 34 is electrically connected to a control unit 29 (described later) (see the broken line in FIG. 1). Thereby, a control signal from the control unit 29 (described later) is input to the fuel supply valve 34, and the control unit 29 (described later) controls the opening and closing of the fuel supply valve 34.

このような燃料供給ライン３０により、燃料タンク２２から、液体燃料（供給液）が燃料電池３へ供給される。   Through such a fuel supply line 30, liquid fuel (supply liquid) is supplied from the fuel tank 22 to the fuel cell 3.

燃料排出ライン３１は、その上流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）に接続されるとともに、下流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、気液分離器２３に接続されている。燃料排出ライン３１により、排出液が燃料電池３から排出され、気液分離器２３に輸送される。   The upstream end of the fuel discharge line 31 is connected to the fuel cell 3 (specifically, the fuel supply passage 13 of the anode 9) via a sealing material (such as a gasket), and the downstream end However, it is connected to the gas-liquid separator 23 via a sealing material (such as a gasket). The discharged liquid is discharged from the fuel cell 3 by the fuel discharge line 31 and transported to the gas-liquid separator 23.

また、燃料排出ライン３１には、温度センサ７０が設けられている。   The fuel discharge line 31 is provided with a temperature sensor 70.

温度センサ７０は、燃料排出ライン３１に介在されており、燃料電池３の温度、具体的には、燃料電池３内における燃料の温度を測定するために、燃料排出ライン３１における燃料の排出方向上流側端部に配置されている。温度センサ７０は、コントロールユニット２９（後述）と電気的に接続されている。   The temperature sensor 70 is interposed in the fuel discharge line 31, and in order to measure the temperature of the fuel cell 3, specifically, the temperature of the fuel in the fuel cell 3, the fuel discharge line 31 upstream of the fuel discharge direction. It is arranged at the side end. The temperature sensor 70 is electrically connected to a control unit 29 (described later).

気液分離器２３は、例えば、中空の容器からなり、その下部には、気液分離器２３の内外を流通させる底部流通口２４が２つ形成されている。   The gas-liquid separator 23 is composed of, for example, a hollow container, and two bottom flow ports 24 through which the gas-liquid separator 23 flows are formed in the lower part thereof.

また、気液分離器２３の上部には、気液分離器２３の内外を流通させる上部流通口２５が１つ形成されている。   In addition, one upper circulation port 25 through which the inside and outside of the gas-liquid separator 23 circulates is formed at the upper part of the gas-liquid separator 23.

気液分離器２３は、燃料電池３よりも電動車両１の前後方向後方、かつ、電動車両１の上下方向上方において、２つの底部流通口２４が、それぞれ、シール材（ガスケットなど）を介して、燃料排出ライン３１および還流ライン３２（後述）に接続されている。   In the gas-liquid separator 23, the two bottom flow ports 24 are respectively provided via seal materials (such as gaskets) behind the fuel cell 3 in the front-rear direction of the electric vehicle 1 and in the upper direction of the electric vehicle 1. The fuel discharge line 31 and the reflux line 32 (described later) are connected.

上部流通口２５には、気液分離器２３で分離されたガス（気体）を排出するためのガス排出管２６が接続されている。ガス排出管２６は、シール材（ガスケット）を介して上部流通口２５に接続されている。また、ガス排出管２６の途中には、ガス排出弁２７が設けられており、下流側端部が大気中に開放されている。   A gas discharge pipe 26 for discharging the gas (gas) separated by the gas-liquid separator 23 is connected to the upper circulation port 25. The gas discharge pipe 26 is connected to the upper circulation port 25 via a sealing material (gasket). A gas discharge valve 27 is provided in the middle of the gas discharge pipe 26, and the downstream end is open to the atmosphere.

ガス排出弁２７は、ガス排出管２６を開放して気液分離器２３内の圧力を開放するための弁であって、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。ガス排出弁２７は、コントロールユニット２９（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット２９（後述）からの制御信号がガス排出弁２７に入力され、コントロールユニット２９（後述）が、ガス排出弁２７の開閉を制御する。   The gas discharge valve 27 is a valve for opening the gas discharge pipe 26 to release the pressure in the gas-liquid separator 23. For example, a known on-off valve such as an electromagnetic valve is used. The gas discharge valve 27 is electrically connected to a control unit 29 (described later) (see the broken line in FIG. 1). Thereby, a control signal from the control unit 29 (described later) is input to the gas discharge valve 27, and the control unit 29 (described later) controls the opening and closing of the gas discharge valve 27.

還流ライン３２は、その上流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、気液分離器２３に接続されるとともに、下流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、燃料供給ライン３０の流れ方向途中、詳しくは、燃料供給ポンプ３３および燃料供給弁３４よりも下流側に接続されている。   The reflux line 32 has an upstream end connected to the gas-liquid separator 23 via a sealing material (such as a gasket) and a downstream end connected to the fuel via a sealing material (such as a gasket). In the middle of the flow direction of the supply line 30, specifically, it is connected downstream of the fuel supply pump 33 and the fuel supply valve 34.

また、還流ライン３２の流れ方向途中には、燃料還流ポンプ３５が介在されている。   A fuel recirculation pump 35 is interposed in the middle of the recirculation line 32 in the flow direction.

燃料還流ポンプ３５としては、例えば、ロータリーポンプ、ギヤポンプなどの回転式ポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復式ポンプなど、公知の送液ポンプが用いられる。燃料還流ポンプ３５は、コントロールユニット２９（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット２９（後述）からの制御信号が、燃料還流ポンプ３５に入力され、コントロールユニット２９（後述）が、燃料還流ポンプ３５の駆動および停止を制御する。   As the fuel recirculation pump 35, for example, a known liquid feed pump such as a rotary pump, a rotary pump such as a gear pump, a reciprocating pump such as a piston pump, or a diaphragm pump is used. The fuel recirculation pump 35 is electrically connected to a control unit 29 (described later) (see the broken line in FIG. 1). As a result, a control signal from the control unit 29 (described later) is input to the fuel recirculation pump 35, and the control unit 29 (described later) controls driving and stopping of the fuel recirculation pump 35.

これにより、燃料排出ライン３１内を輸送される排出液が、気液分離器２３および還流ライン３２を介して、燃料供給ライン３０に輸送される。そして、燃料タンク２２から輸送された液体燃料（１次供給液）と混合され、濃度調整された後、供給液（２次供給液）として、燃料電池３に戻ることにより、アノード９を循環するクローズドライン（閉流路）が形成される。
（３）空気給排部
空気給排部５は、燃料電池３（カソード１０）に対して空気を供給する空気供給経路としての空気供給ライン４１と、カソード１０から排出される空気を外部に排出するための空気排出ライン４２とを備えている。 As a result, the discharged liquid transported in the fuel discharge line 31 is transported to the fuel supply line 30 via the gas-liquid separator 23 and the reflux line 32. Then, it is mixed with the liquid fuel (primary supply liquid) transported from the fuel tank 22 and the concentration is adjusted, and then returns to the fuel cell 3 as a supply liquid (secondary supply liquid) to circulate through the anode 9. A closed line (closed flow path) is formed.
(3) Air supply / discharge unit The air supply / discharge unit 5 discharges air discharged from the cathode 10 to the outside, and an air supply line 41 as an air supply path for supplying air to the fuel cell 3 (cathode 10). And an air discharge line 42.

空気供給ライン４１は、その一端側（上流側）が大気中に開放され、他端側（下流側）が空気供給口１９に接続されている。空気供給ライン４１の途中には、空気供給ポンプ４３が介在されており、また、その下流側には、空気供給弁４４が設けられている。   One end side (upstream side) of the air supply line 41 is opened to the atmosphere, and the other end side (downstream side) is connected to the air supply port 19. An air supply pump 43 is interposed in the air supply line 41, and an air supply valve 44 is provided downstream thereof.

また、空気供給ポンプ４３は、コントロールユニット２９（後述）に電気的に接続されており、コントロールユニット２９（後述）からの制御信号が、空気供給ポンプ４３に入力され、コントロールユニット２９（後述）が、空気供給ポンプ４３の駆動および停止を制御する。   The air supply pump 43 is electrically connected to a control unit 29 (described later). A control signal from the control unit 29 (described later) is input to the air supply pump 43, and the control unit 29 (described later) The driving and stopping of the air supply pump 43 are controlled.

空気供給弁４４は、空気供給ライン４１を開閉するための弁であって、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。   The air supply valve 44 is a valve for opening and closing the air supply line 41. For example, a known on-off valve such as an electromagnetic valve is used.

また、空気供給弁４４は、それぞれ、コントロールユニット２９（後述）に電気的に接続されており、コントロールユニット２９（後述）からの制御信号が、空気供給弁４４に入力され、コントロールユニット２９（後述）が、空気供給弁４４の開閉を制御する。   Each air supply valve 44 is electrically connected to a control unit 29 (described later), and a control signal from the control unit 29 (described later) is input to the air supply valve 44 and is then supplied to the control unit 29 (described later). ) Controls the opening and closing of the air supply valve 44.

空気排出ライン４２は、その一端側（上流側）が空気排出口２０に接続され、他端側（下流側）がドレンとされる。
（４）制御部
制御部６は、コントロールユニット２９を備えている。 One end side (upstream side) of the air discharge line 42 is connected to the air discharge port 20, and the other end side (downstream side) is a drain.
(4) Control Unit The control unit 6 includes a control unit 29.

コントロールユニット２９は、電動車両１における電気的な制御を実行するユニット（例えば、ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータから構成されている。   The control unit 29 is a unit (for example, ECU: Electronic Control Unit) that executes electrical control in the electric vehicle 1, and is configured by a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like.

コントロールユニット２９は、燃料供給ポンプ３３および燃料還流ポンプ３５に電気的に接続されており、それらの駆動および停止を制御可能としている。また、コントロールユニット２９は、燃料供給弁３４、ガス排出弁２７および空気供給弁４４に電気的に接続されており、それらの開閉および開度を制御可能としている。   The control unit 29 is electrically connected to the fuel supply pump 33 and the fuel recirculation pump 35, and can control driving and stopping thereof. The control unit 29 is electrically connected to the fuel supply valve 34, the gas exhaust valve 27, and the air supply valve 44, and can control the opening / closing and the opening degree thereof.

また、コントロールユニット２９は、温度センサ７０およびＤＣ／ＤＣコンバータ３６に電気的に接続されており、後述するが、温度センサ７０から送信される燃料電池３の温度の信号に基づいて、燃料電池３の運転、および、バッテリー４０（後述）の出力を可能としている。具体的には、コントロールユニット２９のＲＯＭには、後述する運転処理プログラムが格納されている。
（５）動力部
動力部７は、電動車両１の前端部において、いわゆるエンジンルーム内に配置されている。動力部７は、電装機器３７と、電装機器３７に電気的に接続されるインバータ（ＩＮＶ）３８と、燃料電池３で発電された電気エネルギーを蓄電可能であり、かつ、電気エネルギーを外部出力可能なバッテリー（ＢＡＴ）４０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＣＮＶ）３６とを備えている。 The control unit 29 is electrically connected to the temperature sensor 70 and the DC / DC converter 36. As will be described later, the control unit 29 is based on the temperature signal of the fuel cell 3 transmitted from the temperature sensor 70. And output of a battery 40 (described later). Specifically, an operation processing program described later is stored in the ROM of the control unit 29.
(5) Power unit The power unit 7 is disposed in a so-called engine room at the front end of the electric vehicle 1. The power unit 7 can store electrical energy generated by the electrical equipment 37, an inverter (INV) 38 electrically connected to the electrical equipment 37, and the fuel cell 3, and can output electrical energy to the outside. A battery (BAT) 40 and a DC / DC converter (CNV) 36 are provided.

電装機器３７は、電力を使用する装置であって、例えば、三相誘導電動機、三相同期電動機などの電気モータ、例えば、ヘッドライト、カーオーディオ、エアコンディショナーなどのカーアクセサリなど、車両に搭載される各種電装機器が挙げられる。   The electrical equipment 37 is a device that uses electric power, and is mounted on a vehicle such as an electric motor such as a three-phase induction motor or a three-phase synchronous motor, for example, a car accessory such as a headlight, a car audio, or an air conditioner. There are various electrical equipment.

インバータ３８は、電装機器３７と燃料電池３との間に配置されている。インバータ３８は、燃料電池３で発電された直流電力を交流電力に変換する装置であって、例えば、公知のインバータ回路が組み込まれた電力変換装置が挙げられる。また、インバータ３８は、配線により、燃料電池３および電装機器３７にそれぞれ電気的に接続されている。   The inverter 38 is disposed between the electrical equipment 37 and the fuel cell 3. The inverter 38 is a device that converts direct current power generated by the fuel cell 3 into alternating current power, and includes, for example, a power conversion device in which a known inverter circuit is incorporated. Further, the inverter 38 is electrically connected to the fuel cell 3 and the electrical equipment 37 by wiring.

バッテリー４０としては、例えば、ニッケル水素電池や、リチウムイオン電池など、公知の二次電池が挙げられる。また、バッテリー４０は、インバータ３８と燃料電池３との間の配線に接続され、これにより、燃料電池から生じた電気エネルギーを蓄電可能とし、かつ、電装機器３７に電気エネルギーを外部出力可能としている。また、バッテリー４０には、図示しないセンサが接続されており、バッテリー４０の蓄電エネルギー量（電池容量、ＳＯＣ）が確認可能とされている。   Examples of the battery 40 include known secondary batteries such as a nickel metal hydride battery and a lithium ion battery. In addition, the battery 40 is connected to a wiring between the inverter 38 and the fuel cell 3, whereby electric energy generated from the fuel cell can be stored, and electric energy can be output to the electrical equipment 37 externally. . Further, a sensor (not shown) is connected to the battery 40 so that the amount of stored energy (battery capacity, SOC) of the battery 40 can be confirmed.

ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、バッテリー４０と燃料電池３との間に配置されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、燃料電池３の出力電圧を昇降圧する機能を有し、燃料電池３の電力およびバッテリー４０の入出力電力を調整する機能を有している。   The DC / DC converter 36 is disposed between the battery 40 and the fuel cell 3. The DC / DC converter 36 has a function of increasing / decreasing the output voltage of the fuel cell 3 and a function of adjusting the power of the fuel cell 3 and the input / output power of the battery 40.

そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、コントロールユニット２９と電気的に接続されており（図１の破線参照）、これにより、コントロールユニット２９から出力される出力制御信号の入力に応じて、燃料電池３の出力（出力電圧）を制御する。   The DC / DC converter 36 is electrically connected to the control unit 29 (see the broken line in FIG. 1), and accordingly, the fuel cell 3 according to the input of the output control signal output from the control unit 29. Controls the output (output voltage).

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、配線により、燃料電池３およびバッテリー４０にそれぞれ電気的に接続されているとともに、配線の分岐により、インバータ３８に電気的に接続されている。   In addition, the DC / DC converter 36 is electrically connected to the fuel cell 3 and the battery 40 by wiring, and is also electrically connected to the inverter 38 by branching of the wiring.

これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６から電装機器３７への電力は、インバータ３８において直流電力から三相交流電力に変換され、三相交流電力として電装機器３７に供給される。
（６）冷却部
冷却部５０は、冷却供給ライン５２と、燃料電池３を冷却するための冷却手段としての冷却器５１と、冷却還流ライン５３とを備えている。 As a result, power from the DC / DC converter 36 to the electrical equipment 37 is converted from DC power to three-phase AC power in the inverter 38 and supplied to the electrical equipment 37 as three-phase AC power.
(6) Cooling unit The cooling unit 50 includes a cooling supply line 52, a cooler 51 as a cooling means for cooling the fuel cell 3, and a cooling reflux line 53.

冷却供給ライン５２は、燃料タンク２２から冷却器５１へ液体燃料を供給するための配管である。冷却供給ライン５２の供給方向上流端は、燃料タンク２２の下端部に接続されている。冷却供給ライン５２の供給方向下流端は、冷却器５１に接続されている。また、冷却供給ライン５２は、図示しないポンプを備えている。   The cooling supply line 52 is a pipe for supplying liquid fuel from the fuel tank 22 to the cooler 51. The supply direction upstream end of the cooling supply line 52 is connected to the lower end of the fuel tank 22. The supply direction downstream end of the cooling supply line 52 is connected to the cooler 51. The cooling supply line 52 includes a pump (not shown).

冷却器５１は、燃料タンク２２の前側に配置され、冷却供給ライン５２から供給される液体燃料を外気や冷媒で冷却するように構成されている。なお、冷却器５１において液体燃料を外気で冷却する場合には、空気給排部５の後述する空気供給ポンプ４３で導入した外気を、図示しない配管により、冷却器５１に供給することもできる。冷却器５１としては、例えば、ラジエータが挙げられる。   The cooler 51 is disposed on the front side of the fuel tank 22 and is configured to cool the liquid fuel supplied from the cooling supply line 52 with outside air or a refrigerant. When the cooler 51 cools the liquid fuel with outside air, outside air introduced by an air supply pump 43 (to be described later) of the air supply / exhaust unit 5 can be supplied to the cooler 51 through a pipe (not shown). An example of the cooler 51 is a radiator.

冷却還流ライン５３は、冷却器５１から燃料タンク２２へ液体燃料を還流するための配管である。冷却還流ライン５３の還流方向上流端は、冷却器５１に接続されている。冷却還流ライン５３の還流方向下流端は、燃料タンク２２の上端部に接続されている。   The cooling reflux line 53 is a pipe for returning the liquid fuel from the cooler 51 to the fuel tank 22. The upstream end of the cooling reflux line 53 in the reflux direction is connected to the cooler 51. The downstream end of the cooling recirculation line 53 in the recirculation direction is connected to the upper end of the fuel tank 22.

２．燃料電池システムによる発電
上記した燃料電池システム２では、コントロールユニット２９の制御により、燃料供給弁３４が開かれ、燃料供給ポンプ３３および燃料還流ポンプ３５が駆動されることにより、液体燃料が、燃料供給ライン３０を介してアノード９に供給される。一方、空気供給弁４４が開かれ、空気供給ポンプ４３が駆動されることにより、空気が空気供給ライン４１を介してカソード１０に供給される。なお、燃料供給弁３４は、液体燃料が所定量供給された後に閉じられる。 2. Power generation by the fuel cell system In the fuel cell system 2 described above, the fuel supply valve 34 is opened and the fuel supply pump 33 and the fuel recirculation pump 35 are driven by the control of the control unit 29, so that the liquid fuel is supplied to the fuel. It is supplied to the anode 9 via the line 30. On the other hand, when the air supply valve 44 is opened and the air supply pump 43 is driven, air is supplied to the cathode 10 via the air supply line 41. The fuel supply valve 34 is closed after a predetermined amount of liquid fuel is supplied.

アノード９では、液体燃料が、アノード電極１１と接触しながら燃料供給路１３を通過する。一方、カソード１０では、空気が、カソード電極１６と接触しながら空気供給路１８を通過する。   In the anode 9, the liquid fuel passes through the fuel supply path 13 while being in contact with the anode electrode 11. On the other hand, in the cathode 10, air passes through the air supply path 18 while being in contact with the cathode electrode 16.

そして、各電極（アノード電極１１およびカソード電極１６）において電気化学反応が生じ、起電力が発生する。例えば、液体燃料がヒドラジンである場合には、下記式（１）〜（３）の通りとなる。
（１） Ｎ２Ｈ４＋４ＯＨ−→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋４ｅ− （アノード電極１１での反応）
（２） Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ− （カソード電極１６での反応）
（３） Ｎ２Ｈ４＋Ｏ２→Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ （燃料電池３全体での反応）
このようなアノード電極１１およびカソード電極１６での電気化学的反応が連続的に生じることによって、燃料電池３全体として、上記式（３）で表わされる反応が生じて、燃料電池３に起電力が発生する。 Then, an electrochemical reaction occurs in each electrode (the anode electrode 11 and the cathode electrode 16), and an electromotive force is generated. For example, when the liquid fuel is hydrazine, the following formulas (1) to (3) are obtained.
(1) N 2 H 4 + 4OH − → N 2 + 4H 2 O + 4e − (reaction at anode electrode 11)
(2) O 2 + 2H 2 O + 4e − → 4OH − (reaction at cathode electrode 16)
(3) N 2 H 4 + O 2 → N 2 + 2H 2 O (reaction in the entire fuel cell 3)
When the electrochemical reaction at the anode electrode 11 and the cathode electrode 16 is continuously generated, the reaction represented by the above formula (3) occurs in the fuel cell 3 as a whole, and an electromotive force is generated in the fuel cell 3. Occur.

そして、発生した起電力が、配線を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６に送電され、動力部７では、インバータ３８および電装機器３７、および／または、バッテリー４０に送電される。そして、電装機器３７では、電気エネルギーが使用され、バッテリー４０では、その電力が充電される。   The generated electromotive force is transmitted to the DC / DC converter 36 via the wiring, and is transmitted to the inverter 38 and the electrical equipment 37 and / or the battery 40 in the power unit 7. The electrical equipment 37 uses electrical energy, and the battery 40 charges the power.

また、燃料給排部４では、燃料還流ポンプ３５および燃料供給ポンプ３３の駆動力により、アノード９から排出される使用後および未反応の液体燃料（排出液）が、燃料排出ライン３１を通過して上流側の底部流通口２４から気液分離器２３に流入する。気液分離器２３では、水位が上部流通口２５よりも下方位置に保持される液体燃料の液溜まり３９が、気液分離器２３の中空部分に生じるとともに、液溜まり３９に含まれるガス（気体）が液溜まり３９の上方空間へ分離される。その一方で、液溜まり３９の一部が、下流側の底部流通口２４から還流ライン３２に流出する。   In the fuel supply / discharge section 4, the used and unreacted liquid fuel (exhaust liquid) discharged from the anode 9 passes through the fuel discharge line 31 by the driving force of the fuel recirculation pump 35 and the fuel supply pump 33. Then, it flows into the gas-liquid separator 23 from the bottom flow port 24 on the upstream side. In the gas-liquid separator 23, a liquid fuel liquid reservoir 39 whose water level is held at a position lower than the upper flow port 25 is generated in the hollow portion of the gas-liquid separator 23, and a gas (gas) contained in the liquid reservoir 39. ) Is separated into the space above the liquid reservoir 39. On the other hand, a part of the liquid reservoir 39 flows out from the bottom circulation port 24 on the downstream side to the reflux line 32.

還流ライン３２に流出する液体燃料は、燃料供給ライン３０の流れ方向途中部分において、燃料タンク２２から供給される液体燃料と混合された後、再び燃料供給口１５から燃料供給路１３に流入する。   The liquid fuel flowing out to the reflux line 32 is mixed with the liquid fuel supplied from the fuel tank 22 in the middle of the flow direction of the fuel supply line 30 and then flows into the fuel supply path 13 again from the fuel supply port 15.

このようにして、液体燃料が、クローズドライン（還流ライン３２、燃料供給ライン３０、燃料排出ライン３１、気液分離器２３および燃料供給路１３）を循環する。なお、気液分離器２３で分離された気体は、ガス排出弁２７が開かれることにより、ガス排出管２６を介して外部へ排出される。   In this way, the liquid fuel circulates through the closed line (the reflux line 32, the fuel supply line 30, the fuel discharge line 31, the gas-liquid separator 23, and the fuel supply path 13). The gas separated by the gas-liquid separator 23 is discharged to the outside through the gas discharge pipe 26 when the gas discharge valve 27 is opened.

３． 運転処理プログラム
上記の燃料電池システム２による発電では、電気化学反応が効率的に生じる所定温度において定常運転することが望まれており、その温度に至るまでは、燃料電池システム２を暖機運転（低温運転）させ、電気化学反応の反応熱などにより加熱することが要求される。なお、暖機運転は、燃料電池システム２の始動から、定常運転に到達するまでの運転である。すなわち、燃料電池３は、燃料電池３の温度が所定温度未満の場合に暖機運転され、燃料電池３の温度が所定温度以上の場合に定常運転される。 3. Operation processing program In the power generation by the fuel cell system 2 described above, it is desired to perform a steady operation at a predetermined temperature at which an electrochemical reaction efficiently occurs, and until the temperature is reached, the fuel cell system 2 is warmed up ( It is required to be heated by a reaction heat of an electrochemical reaction. The warm-up operation is an operation from the start of the fuel cell system 2 until the steady operation is reached. That is, the fuel cell 3 is warmed up when the temperature of the fuel cell 3 is lower than a predetermined temperature, and is steadily operated when the temperature of the fuel cell 3 is higher than the predetermined temperature.

一方、このような燃料電池システム２では、燃料電池３の暖機運転または定常運転中に、出力エネルギーが低下する場合があり、そのような出力エネルギーの低下を抑制することが要求される。   On the other hand, in such a fuel cell system 2, output energy may decrease during the warm-up operation or steady operation of the fuel cell 3, and it is required to suppress such a decrease in output energy.

以下において、出力エネルギーの低下を抑制できる燃料電池システム２の運転方法について、図２を参照して詳述する。   Hereinafter, an operation method of the fuel cell system 2 capable of suppressing a decrease in output energy will be described in detail with reference to FIG.

この制御処理は、例えば、電装機器３７による電気エネルギーの要求をトリガーとして始動（スタート）される。   This control process is started (started) with, for example, a request for electrical energy from the electrical equipment 37 as a trigger.

処理がスタートされると、まず、燃料電池３から電気エネルギーを生じさせるか否かが判断される。すなわち、燃料電池３の運転または非運転が判断される。   When the process is started, it is first determined whether or not electric energy is generated from the fuel cell 3. That is, the operation or non-operation of the fuel cell 3 is determined.

より具体的には、まず、バッテリー４０に接続されるセンサ（図示せず）によって、バッテリー４０の蓄電エネルギー量（ＳＯＣ）が測定され、そして、その蓄電エネルギー量がコントロールユニット２９に入力される（ステップＳ１）。   More specifically, first, a stored energy amount (SOC) of the battery 40 is measured by a sensor (not shown) connected to the battery 40, and the stored energy amount is input to the control unit 29 ( Step S1).

次いで、コントロールユニット２９において、バッテリー４０の蓄電エネルギー量（バッテリー残量）が所定値（第１蓄電閾値）以上であるか否かが判定される（ステップＳ２）。   Next, in the control unit 29, it is determined whether or not the amount of stored energy (remaining battery amount) of the battery 40 is equal to or greater than a predetermined value (first storage threshold) (step S2).

ステップＳ２における所定値（第１蓄電閾値）とは、燃料電池３の運転または非運転を判定する値であり、特に制限されず、目的および用途に応じて、適宜設定される。以下において、ステップＳ２における所定値として、バッテリー４０の最大容量に対する８０％の値を採用して説明する。   The predetermined value (first power storage threshold value) in step S2 is a value for determining whether the fuel cell 3 is operating or not operating, and is not particularly limited, and is appropriately set according to the purpose and application. In the following, description will be made by adopting a value of 80% with respect to the maximum capacity of the battery 40 as the predetermined value in step S2.

バッテリー４０の蓄電エネルギー量が第１蓄電閾値（例えば、最大容量の８０％）以上である場合（ステップＳ２のＹＥＳ）、燃料電池３が運転されることなく、バッテリー４０に蓄電される電気エネルギーが使用される（以下、ＦＣ非運転モードとする。）。   When the amount of energy stored in the battery 40 is greater than or equal to the first storage threshold (for example, 80% of the maximum capacity) (YES in step S2), the electric energy stored in the battery 40 is not operated without operating the fuel cell 3. Used (hereinafter referred to as FC non-operation mode).

より具体的には、ＦＣ非運転モードでは、燃料電池３の運転が停止され、バッテリー４０からの外部出力が許可され、バッテリー４０に蓄電された電気エネルギーが、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６およびインバータ３８を介して、電装機器３７に供給される（ステップＳ３（ＢＡＴ：ＯＮ、ＦＣ：ＯＦＦ））。   More specifically, in the FC non-operation mode, the operation of the fuel cell 3 is stopped, the external output from the battery 40 is permitted, and the electric energy stored in the battery 40 passes through the DC / DC converter 36 and the inverter 38. To the electrical equipment 37 (step S3 (BAT: ON, FC: OFF)).

一方、バッテリー４０の蓄電エネルギー量が第１蓄電閾値（例えば、最大容量の８０％）未満である場合（ステップＳ２のＮＯ）、燃料電池３が運転される（以下、ＦＣ運転モードとする。）。   On the other hand, when the amount of energy stored in the battery 40 is less than the first storage threshold (for example, 80% of the maximum capacity) (NO in step S2), the fuel cell 3 is operated (hereinafter referred to as FC operation mode). .

ＦＣ運転モードでは、燃料電池３が暖機運転されるか、または、定常運転（非暖機運転）されるかが判定される。   In the FC operation mode, it is determined whether the fuel cell 3 is warmed up or is steadily operated (non-warm up).

より具体的には、ＦＣ運転モードでは、まず、燃料電池３の温度が温度センサ７０によって測定され、そして、その温度がコントロールユニット２９に入力される（ステップＳ４）。   More specifically, in the FC operation mode, first, the temperature of the fuel cell 3 is measured by the temperature sensor 70, and the temperature is input to the control unit 29 (step S4).

次いで、コントロールユニット２９において、燃料電池３の温度が所定値（第１温度閾値）以下であるか否かが判定される（ステップＳ５）。   Next, in the control unit 29, it is determined whether or not the temperature of the fuel cell 3 is equal to or lower than a predetermined value (first temperature threshold) (step S5).

ステップＳ５における第１温度閾値とは、燃料電池３における電気化学反応が効率的に生じる温度に燃料電池３が達したか否かを判定する温度であり、燃料の種類などに応じて、適宜設定される。以下において、ステップＳ５における第１温度閾値として、４０℃を採用して説明する。   The first temperature threshold in step S5 is a temperature for determining whether or not the fuel cell 3 has reached the temperature at which the electrochemical reaction in the fuel cell 3 efficiently occurs, and is set as appropriate according to the type of fuel and the like. Is done. Hereinafter, description will be made by adopting 40 ° C. as the first temperature threshold in step S5.

燃料電池３の温度が第１温度閾値（例えば、４０℃）以下である場合（ステップＳ５のＹＥＳ）、燃料電池３が暖機運転される（以下、ＦＣ暖機運転モードとする。）。   When the temperature of the fuel cell 3 is equal to or lower than a first temperature threshold (for example, 40 ° C.) (YES in step S5), the fuel cell 3 is warmed up (hereinafter referred to as FC warm-up mode).

ＦＣ暖機運転モードでは、バッテリー４０からの外部出力が許可されるか否かが判定される。   In the FC warm-up operation mode, it is determined whether or not external output from the battery 40 is permitted.

より具体的には、ＦＣ暖機運転モードでは、バッテリー４０の蓄電エネルギー量が所定値（第２蓄電閾値）以上であるか否かが判定される（ステップＳ６）。   More specifically, in the FC warm-up operation mode, it is determined whether or not the amount of energy stored in the battery 40 is greater than or equal to a predetermined value (second power storage threshold) (step S6).

ステップＳ６における第２蓄電閾値とは、バッテリー４０からの外部出力の許可または許可を判定する値である。第２蓄電閾値は、ステップＳ２における第１蓄電閾値よりも低い値であれば特に制限されず、目的および用途に応じて、適宜設定される。以下において、ステップＳ６における第２蓄電閾値として、バッテリー４０の最大容量に対する６０％の値を採用して説明する。   The second power storage threshold value in step S <b> 6 is a value for determining permission or permission of external output from the battery 40. The second power storage threshold is not particularly limited as long as it is lower than the first power storage threshold in step S2, and is appropriately set according to the purpose and application. Hereinafter, a description will be given by adopting a value of 60% with respect to the maximum capacity of the battery 40 as the second storage threshold value in step S6.

バッテリー４０の蓄電エネルギー量が第２蓄電閾値（例えば、最大容量の６０％）未満である場合（ステップＳ６のＮＯ）、バッテリー４０の蓄電エネルギーを外部出力することなく、燃料電池３を暖機運転させ、燃料電池３から生じた電気エネルギーを、バッテリー４０に蓄電する（ステップＳ７（ＢＡＴ：ＯＦＦ、ＦＣ：ＯＮ））。   When the stored energy amount of the battery 40 is less than the second storage threshold (for example, 60% of the maximum capacity) (NO in step S6), the fuel cell 3 is warmed up without outputting the stored energy of the battery 40 to the outside. The electric energy generated from the fuel cell 3 is stored in the battery 40 (step S7 (BAT: OFF, FC: ON)).

すなわち、このステップＳ７では、燃料電池３の温度が上記の所定値（第１温度閾値）以下であるため、燃料電池３は暖機運転される。このとき、バッテリー４０の蓄電エネルギー量が上記の所定値（第２蓄電閾値）未満であるため、バッテリー４０の蓄電エネルギーは、外部出力されない。そして、暖機運転により燃料電池３から生じる電気エネルギーは、電装機器３７などに用いられることなく、バッテリー４０に蓄電される。   That is, in this step S7, since the temperature of the fuel cell 3 is not more than the predetermined value (first temperature threshold), the fuel cell 3 is warmed up. At this time, since the amount of stored energy of the battery 40 is less than the predetermined value (second storage threshold), the stored energy of the battery 40 is not output to the outside. The electric energy generated from the fuel cell 3 by the warm-up operation is stored in the battery 40 without being used for the electrical equipment 37 or the like.

一方、バッテリー４０の蓄電エネルギー量が第２蓄電閾値（例えば、最大容量の６０％）以上である場合（ステップＳ６のＹＥＳ）、バッテリー４０の蓄電エネルギー量は、ステップＳ２の上記の所定値（第１蓄電閾値）未満、かつ、ステップＳ６の上記の所定値（第２蓄電閾値）以上である。   On the other hand, when the stored energy amount of the battery 40 is equal to or greater than the second storage threshold value (for example, 60% of the maximum capacity) (YES in step S6), the stored energy amount of the battery 40 is equal to the predetermined value (first value) in step S2. 1 power storage threshold value) and greater than or equal to the predetermined value (second power storage threshold value) in step S6.

このような場合には、バッテリー４０の蓄電エネルギーを外部出力するとともに、燃料電池３を暖機運転させ、燃料電池３から生じた電気エネルギーを、バッテリー４０に蓄電する（ステップＳ８（ＢＡＴ：ＯＮ、ＦＣ：ＯＮ））。   In such a case, the stored energy of the battery 40 is output to the outside, the fuel cell 3 is warmed up, and the electrical energy generated from the fuel cell 3 is stored in the battery 40 (step S8 (BAT: ON, FC: ON)).

すなわち、このステップＳ８では、燃料電池３の温度が上記の所定値（第１温度閾値）以下であるため、燃料電池３は暖機運転される。このとき、バッテリー４０の蓄電エネルギー量が上記の所定値（第２蓄電閾値）以上であるため、バッテリー４０の蓄電エネルギーが、外部出力され、電装機器３７に供給される。そして、暖機運転により燃料電池３から生じる電気エネルギーは、電装機器３７などに用いられることなく、バッテリー４０に蓄電される。   That is, in this step S8, since the temperature of the fuel cell 3 is not more than the predetermined value (first temperature threshold), the fuel cell 3 is warmed up. At this time, since the amount of stored energy of the battery 40 is equal to or greater than the predetermined value (second storage threshold), the stored energy of the battery 40 is output to the outside and supplied to the electrical equipment 37. The electric energy generated from the fuel cell 3 by the warm-up operation is stored in the battery 40 without being used for the electrical equipment 37 or the like.

そして、このような処理（ステップＳ４〜ステップＳ８）を繰り返し、燃料電池３の温度が所定温度（例えば、４０℃）を超過するまで、暖機運転を続行する。   And such a process (step S4-step S8) is repeated, and warm-up operation is continued until the temperature of the fuel cell 3 exceeds predetermined temperature (for example, 40 degreeC).

このような燃料電池システム２の運転方法では、燃料電池３の暖機運転時において、バッテリー４０の蓄電エネルギー量が所定値（第２蓄電閾値）以上である場合には、バッテリー４０の蓄電エネルギーを外部出力する。そのため、燃料電池３の暖機運転中において、燃料電池３の出力が低下する場合にも、バッテリー４０により充分な電気エネルギーを外部出力でき、暖機運転中における出力エネルギーの低下を抑制できる。   In such an operation method of the fuel cell system 2, during the warm-up operation of the fuel cell 3, if the stored energy amount of the battery 40 is greater than or equal to a predetermined value (second storage threshold value), the stored energy of the battery 40 is Outputs externally. Therefore, even when the output of the fuel cell 3 decreases during the warm-up operation of the fuel cell 3, sufficient electric energy can be externally output by the battery 40, and the decrease in output energy during the warm-up operation can be suppressed.

そして、上記の暖機運転により、燃料電池３の温度が第１温度閾値（例えば、４０℃）を超過すると（ステップＳ５のＹＥＳ）、燃料電池３が定常運転される（以下、ＦＣ定常運転モードとする。）。   When the temperature of the fuel cell 3 exceeds the first temperature threshold (for example, 40 ° C.) by the warm-up operation (YES in step S5), the fuel cell 3 is normally operated (hereinafter referred to as FC steady operation mode). And).

ＦＣ定常運転モードでは、電気化学反応の反応熱によって燃料電池３の温度が上昇する。そして、燃料電池３が過熱されると、損傷を生じる場合がある。   In the FC steady operation mode, the temperature of the fuel cell 3 rises due to the reaction heat of the electrochemical reaction. If the fuel cell 3 is overheated, damage may occur.

そのため、ＦＣ定常運転モードでは、燃料電池３の冷却が必要であるか否かが判断され、必要に応じて冷却器５１が作動され、燃料電池３が冷却される。   Therefore, in the FC steady operation mode, it is determined whether or not the fuel cell 3 needs to be cooled, the cooler 51 is operated as necessary, and the fuel cell 3 is cooled.

より具体的には、ＦＣ定常運転モードでは、ステップＳ４において測定された燃料電池３の温度が所定値（第２温度閾値）以上であるか否かが判定される（ステップＳ９）。   More specifically, in the FC steady operation mode, it is determined whether or not the temperature of the fuel cell 3 measured in step S4 is equal to or higher than a predetermined value (second temperature threshold) (step S9).

ステップＳ９における第２温度閾値とは、燃料電池３が過熱状態に達したか否かを判定する温度であり、燃料電池３の材質などに応じて、適宜設定される。以下において、ステップＳ９における第２温度閾値として、６０℃を採用して説明する。   The second temperature threshold in step S9 is a temperature for determining whether or not the fuel cell 3 has reached an overheated state, and is set as appropriate according to the material of the fuel cell 3 and the like. Hereinafter, description will be made by adopting 60 ° C. as the second temperature threshold in step S9.

燃料電池３の温度が第２温度閾値（例えば、６０℃）未満である場合（ステップＳ９のＮＯ）、すなわち、燃料電池３の温度が第１温度閾値（例えば、４０℃）を超過し、第２温度閾値（例えば、６０℃）未満である場合、燃料電池３は冷却されることなく、定常運転される（以下、非冷却・定常運転モードとする。）。   When the temperature of the fuel cell 3 is lower than the second temperature threshold (for example, 60 ° C.) (NO in step S9), that is, the temperature of the fuel cell 3 exceeds the first temperature threshold (for example, 40 ° C.), When the temperature is lower than the two temperature threshold (for example, 60 ° C.), the fuel cell 3 is normally operated without being cooled (hereinafter referred to as an uncooled / steady operation mode).

非冷却・定常運転モードでは、暖機運転モードと同様、バッテリー４０からの外部出力が許可されるか否かが判定される。   In the non-cooling / steady operation mode, it is determined whether or not external output from the battery 40 is permitted, as in the warm-up operation mode.

より具体的には、非冷却・定常運転モードでは、バッテリー４０の蓄電エネルギー量が所定値（第２蓄電閾値）以上であるか否かが判定される（ステップＳ１０）。   More specifically, in the non-cooling / steady operation mode, it is determined whether or not the amount of stored energy of the battery 40 is equal to or greater than a predetermined value (second storage threshold) (step S10).

ステップＳ１０における第２蓄電閾値とは、バッテリー４０からの外部出力の許可または許可を判定する値であり、好ましくは、ステップＳ６における第２蓄電閾値と同じ値である。以下において、ステップＳ１０における第２蓄電閾値として、バッテリー４０の最大容量に対する６０％の値を採用して説明する。   The second power storage threshold value in step S10 is a value for determining permission or permission of external output from the battery 40, and is preferably the same value as the second power storage threshold value in step S6. Hereinafter, a description will be given by adopting a value of 60% with respect to the maximum capacity of the battery 40 as the second storage threshold value in step S10.

バッテリー４０の蓄電エネルギー量が第２蓄電閾値（例えば、最大容量の６０％）未満である場合（ステップＳ１０のＮＯ）、燃料電池３を冷却することなく、また、バッテリー４０の蓄電エネルギーを外部出力することなく、燃料電池３を定常運転させ、燃料電池３から生じた電気エネルギーを、外部出力する（ステップＳ１１（冷却器：ＯＦＦ、ＢＡＴ：ＯＦＦ、ＦＣ：ＯＮ））。   When the amount of stored energy of the battery 40 is less than a second storage threshold value (for example, 60% of the maximum capacity) (NO in step S10), the stored energy of the battery 40 is externally output without cooling the fuel cell 3. Without the operation, the fuel cell 3 is steadily operated, and electric energy generated from the fuel cell 3 is output to the outside (step S11 (cooler: OFF, BAT: OFF, FC: ON)).

すなわち、このステップＳ１１では、燃料電池３の温度が上記の所定値（第１温度閾値）を超過するため、燃料電池３は定常運転され、また、燃料電池３の温度が上記の所定値（第２温度閾値）未満であるため、燃料電池３は冷却されない。また、このとき、バッテリー４０の蓄電エネルギー量が上記の所定値（第２蓄電閾値）未満であるため、バッテリー４０の蓄電エネルギーは、外部出力されない。そして、定常運転により燃料電池３から生じる電気エネルギーは、外部出力され、電装機器３７に供給される。   That is, in this step S11, since the temperature of the fuel cell 3 exceeds the predetermined value (first temperature threshold value), the fuel cell 3 is steadily operated, and the temperature of the fuel cell 3 is the predetermined value (first value). Since the temperature is less than (2 temperature threshold), the fuel cell 3 is not cooled. At this time, since the amount of stored energy of the battery 40 is less than the predetermined value (second storage threshold value), the stored energy of the battery 40 is not output to the outside. The electric energy generated from the fuel cell 3 by steady operation is output to the outside and supplied to the electrical equipment 37.

一方、バッテリー４０の蓄電エネルギー量が第２蓄電閾値（例えば、最大容量の６０％）以上である場合（ステップＳ１０のＹＥＳ）、バッテリー４０の蓄電エネルギー量は、ステップＳ２の上記の所定値（第１蓄電閾値）未満、かつ、ステップＳ１０の上記の所定値（第２蓄電閾値）以上である。   On the other hand, when the stored energy amount of the battery 40 is greater than or equal to the second storage threshold value (for example, 60% of the maximum capacity) (YES in step S10), the stored energy amount of the battery 40 is equal to the predetermined value (the first value in step S2). 1 power storage threshold value) and greater than or equal to the predetermined value (second power storage threshold value) in step S10.

このような場合には、燃料電池３を冷却することなく、バッテリー４０の蓄電エネルギーを外部出力するとともに、燃料電池３を定常運転させ、燃料電池３から生じた電気エネルギーを、外部出力する（ステップＳ１２（冷却器：ＯＦＦ、ＢＡＴ：ＯＮ、ＦＣ：ＯＮ））。   In such a case, the stored energy of the battery 40 is output to the outside without cooling the fuel cell 3, and the fuel cell 3 is steadily operated, and the electric energy generated from the fuel cell 3 is output to the outside (step) S12 (cooler: OFF, BAT: ON, FC: ON)).

すなわち、このステップＳ１２では、燃料電池３の温度が上記の所定値（第１温度閾値）を超過するため、燃料電池３は定常運転され、また、燃料電池３の温度が上記の所定値（第２温度閾値）未満であるため、燃料電池３は冷却されない。また、このとき、バッテリー４０の蓄電エネルギー量が上記の所定値（第２蓄電閾値）以上であるため、バッテリー４０の蓄電エネルギーが、外部出力され、電装機器３７に供給される。そして、定常運転により燃料電池３から生じる電気エネルギーは、外部出力され、電装機器３７に供給される。   That is, in this step S12, since the temperature of the fuel cell 3 exceeds the predetermined value (first temperature threshold value), the fuel cell 3 is steadily operated, and the temperature of the fuel cell 3 is the predetermined value (first value). Since the temperature is less than (2 temperature threshold), the fuel cell 3 is not cooled. At this time, since the amount of stored energy of the battery 40 is equal to or greater than the predetermined value (second storage threshold), the stored energy of the battery 40 is output to the outside and supplied to the electrical equipment 37. The electric energy generated from the fuel cell 3 by steady operation is output to the outside and supplied to the electrical equipment 37.

このような方法では、燃料電池３の定常運転時において、バッテリー４０の蓄電エネルギー量が所定値以上である場合には、バッテリー４０の蓄電エネルギーを外部出力する。そのため、燃料電池３の定常運転中において、例えば、燃料電池３の出力を一定に維持し、要求エネルギーの変動分をバッテリー４０から供給するなど、効率的に運転することができる。   In such a method, when the amount of stored energy of the battery 40 is equal to or greater than a predetermined value during steady operation of the fuel cell 3, the stored energy of the battery 40 is output to the outside. Therefore, during the steady operation of the fuel cell 3, for example, the output of the fuel cell 3 can be kept constant, and the required energy fluctuation can be supplied from the battery 40.

一方、燃料電池３の温度が第２温度閾値（例えば、６０℃）以上である場合（ステップＳ９のＹＥＳ）、燃料電池３は冷却されながら、定常運転される（以下、冷却・定常運転モードとする。）。   On the other hand, when the temperature of the fuel cell 3 is equal to or higher than the second temperature threshold (for example, 60 ° C.) (YES in Step S9), the fuel cell 3 is operated in a steady state while being cooled (hereinafter referred to as a cooling / steady operation mode) To do.)

冷却・定常運転モードでは、非冷却・定常運転モードと同様、バッテリー４０からの外部出力が許可されるか否かが判定される。   In the cooling / steady operation mode, it is determined whether or not external output from the battery 40 is permitted, as in the non-cooling / steady operation mode.

より具体的には、冷却・定常運転モードでは、バッテリー４０の蓄電エネルギー量が所定値（第２蓄電閾値）以上であるか否かが判定される（ステップＳ１３）。   More specifically, in the cooling / steady operation mode, it is determined whether or not the amount of energy stored in the battery 40 is equal to or greater than a predetermined value (second power storage threshold) (step S13).

ステップＳ１３における第２蓄電閾値とは、バッテリー４０からの外部出力の許可または許可を判定する値であり、好ましくは、ステップＳ６およびステップＳ１０における第２蓄電閾値と同じ値である。以下において、ステップＳ１３における第２蓄電閾値として、バッテリー４０の最大容量に対する６０％の値を採用して説明する。   The second power storage threshold value in step S13 is a value for determining permission or permission of external output from the battery 40, and is preferably the same value as the second power storage threshold value in steps S6 and S10. Hereinafter, a description will be given by adopting a value of 60% with respect to the maximum capacity of the battery 40 as the second storage threshold value in step S13.

バッテリー４０の蓄電エネルギー量が第２蓄電閾値（例えば、最大容量の６０％）未満である場合（ステップＳ１３のＮＯ）、バッテリー４０の蓄電エネルギーを外部出力することなく、燃料電池３を定常運転させ、燃料電池３から生じた電気エネルギーを、外部出力する。   When the amount of stored energy of the battery 40 is less than a second storage threshold value (for example, 60% of the maximum capacity) (NO in step S13), the fuel cell 3 is operated in a steady state without externally outputting the stored energy of the battery 40. The electric energy generated from the fuel cell 3 is output to the outside.

また、このとき、コントロールユニット２９の制御により、冷却器５１を外部電力で作動させる。すなわち、燃料タンク２２内の燃料が、冷却供給ライン５２を介して冷却器５１に供給され、冷却された後、冷却還流ライン５３を介して燃料タンク２２に還流される。これにより、燃料タンク２２内の燃料が冷却される。そして、冷却された燃料が、燃料供給ライン３０を介して燃料電池３に供給されることにより、燃料電池３が冷却される（ステップＳ１４（冷却器：ＯＮ、ＢＡＴ：ＯＦＦ、ＦＣ：ＯＮ））。   At this time, the cooler 51 is operated with external power under the control of the control unit 29. That is, the fuel in the fuel tank 22 is supplied to the cooler 51 via the cooling supply line 52 and cooled, and then returned to the fuel tank 22 via the cooling reflux line 53. Thereby, the fuel in the fuel tank 22 is cooled. Then, the cooled fuel is supplied to the fuel cell 3 through the fuel supply line 30 to cool the fuel cell 3 (step S14 (cooler: ON, BAT: OFF, FC: ON)). .

すなわち、このステップＳ１４では、燃料電池３の温度が上記の所定値（第１温度閾値）を超過するため、燃料電池３は定常運転され、かつ、燃料電池３の温度が上記の所定値（第２温度閾値）以上であるため、燃料電池３は冷却される。また、このとき、バッテリー４０の蓄電エネルギー量が上記の所定値（第２蓄電閾値）未満であるため、バッテリー４０の蓄電エネルギーは、外部出力されない。そして、定常運転により燃料電池３から生じる電気エネルギーは、外部出力され、電装機器３７に供給される。   That is, in this step S14, since the temperature of the fuel cell 3 exceeds the predetermined value (first temperature threshold value), the fuel cell 3 is steadily operated, and the temperature of the fuel cell 3 is the predetermined value (first value). (2 temperature threshold) or more, the fuel cell 3 is cooled. At this time, since the amount of stored energy of the battery 40 is less than the predetermined value (second storage threshold value), the stored energy of the battery 40 is not output to the outside. The electric energy generated from the fuel cell 3 by steady operation is output to the outside and supplied to the electrical equipment 37.

一方、バッテリー４０の蓄電エネルギー量が第２蓄電閾値（例えば、最大容量の６０％）以上である場合（ステップＳ１３のＹＥＳ）、バッテリー４０の蓄電エネルギー量は、ステップＳ２の上記の所定値（第１蓄電閾値）未満、かつ、ステップＳ１０の上記の所定値（第２蓄電閾値）以上である。   On the other hand, when the stored energy amount of the battery 40 is equal to or greater than the second storage threshold value (for example, 60% of the maximum capacity) (YES in step S13), the stored energy amount of the battery 40 is equal to the predetermined value (first value) in step S2. 1 power storage threshold value) and greater than or equal to the predetermined value (second power storage threshold value) in step S10.

このような場合には、バッテリー４０の蓄電エネルギーを外部出力するとともに、燃料電池３を定常運転させ、燃料電池３から生じた電気エネルギーを、外部出力する。   In such a case, the stored energy of the battery 40 is output to the outside, the fuel cell 3 is steadily operated, and the electrical energy generated from the fuel cell 3 is output to the outside.

また、このとき、コントロールユニット２９の制御により、外部電力またはバッテリー４０の電力（好ましくは、バッテリー４０の電力）で、冷却器５１を作動させる。すなわち、燃料タンク２２内の燃料が、冷却供給ライン５２を介して冷却器５１に供給され、冷却された後、冷却還流ライン５３を介して燃料タンク２２に還流される。これにより、燃料タンク２２内の燃料が冷却される。そして、冷却された燃料が、燃料供給ライン３０を介して燃料電池３に供給されることにより、燃料電池３が冷却される（ステップＳ１５（冷却器：ＯＮ、ＢＡＴ：ＯＮ、ＦＣ：ＯＮ））。   At this time, the cooler 51 is operated by external power or power of the battery 40 (preferably, power of the battery 40) under the control of the control unit 29. That is, the fuel in the fuel tank 22 is supplied to the cooler 51 via the cooling supply line 52 and cooled, and then returned to the fuel tank 22 via the cooling reflux line 53. Thereby, the fuel in the fuel tank 22 is cooled. Then, the cooled fuel is supplied to the fuel cell 3 through the fuel supply line 30 to cool the fuel cell 3 (step S15 (cooler: ON, BAT: ON, FC: ON)). .

すなわち、このステップＳ１５では、燃料電池３の温度が上記の所定値（第１温度閾値）を超過するため、燃料電池３は定常運転され、かつ、燃料電池３の温度が上記の所定値（第２温度閾値）以上であるため、燃料電池３は冷却される。また、このとき、バッテリー４０の蓄電エネルギー量が上記の所定値（第２蓄電閾値）以上であるため、バッテリー４０の蓄電エネルギーが、外部出力され、電装機器３７に供給される。そして、定常運転により燃料電池３から生じる電気エネルギーは、外部出力され、電装機器３７に供給される。   That is, in this step S15, since the temperature of the fuel cell 3 exceeds the predetermined value (first temperature threshold value), the fuel cell 3 is steadily operated, and the temperature of the fuel cell 3 is the predetermined value (first value). (2 temperature threshold) or more, the fuel cell 3 is cooled. At this time, since the amount of stored energy of the battery 40 is equal to or greater than the predetermined value (second storage threshold), the stored energy of the battery 40 is output to the outside and supplied to the electrical equipment 37. The electric energy generated from the fuel cell 3 by steady operation is output to the outside and supplied to the electrical equipment 37.

そして、電装機器３７による電力の要求が停止されるまで、上記の制御が繰り返される。   And said control is repeated until the request | requirement of the electric power by the electrical equipment 37 is stopped.

このような燃料電池システム２の運転方法では、燃料電池３の定常運転時、かつ、冷却器５１の作動時において、バッテリー４０の蓄電エネルギー量が所定値（第２蓄電閾値）以上である場合には、バッテリー４０の蓄電エネルギーを外部出力する。   In such an operation method of the fuel cell system 2, when the stored energy amount of the battery 40 is greater than or equal to a predetermined value (second storage threshold value) during steady operation of the fuel cell 3 and when the cooler 51 is operating. Outputs the stored energy of the battery 40 to the outside.

そのため、このような燃料電池システム２の運転方法によれば、燃料電池３の冷却中において、燃料電池３の出力が低下する場合にも、バッテリー４０により充分な電気エネルギーを外部出力でき、冷却中における出力エネルギーの低下を抑制できる。   Therefore, according to such an operation method of the fuel cell system 2, even when the output of the fuel cell 3 decreases during the cooling of the fuel cell 3, sufficient electric energy can be output to the outside by the battery 40, and the cooling is in progress. It is possible to suppress a decrease in output energy at.

４． 作用・効果
上記の燃料電池システム２の運転方法では、燃料電池３の暖機運転時において、バッテリー４０の蓄電エネルギー量が所定値（第２蓄電閾値）以上である場合には、バッテリー４０の蓄電エネルギーを外部出力する。そのため、燃料電池３の暖機運転中において、燃料電池３の出力が低下する場合にも、バッテリー４０により充分な電気エネルギーを外部出力でき、暖機運転中における出力エネルギーの低下を抑制できる。 4). Action / Effect In the operation method of the fuel cell system 2 described above, when the amount of stored energy of the battery 40 is equal to or greater than a predetermined value (second storage threshold) during the warm-up operation of the fuel cell 3, the storage of the battery 40 is performed. Output energy externally. Therefore, even when the output of the fuel cell 3 decreases during the warm-up operation of the fuel cell 3, sufficient electric energy can be externally output by the battery 40, and the decrease in output energy during the warm-up operation can be suppressed.

また、上記の燃料電池システム２の運転方法では、燃料電池３の定常運転時、かつ、冷却器５１の作動時において、バッテリー４０の蓄電エネルギー量が所定値（第２蓄電閾値）以上である場合には、バッテリー４０の蓄電エネルギーを外部出力する。   In the operation method of the fuel cell system 2 described above, the amount of energy stored in the battery 40 is greater than or equal to a predetermined value (second storage threshold) during steady operation of the fuel cell 3 and when the cooler 51 is operating. In this case, the stored energy of the battery 40 is output to the outside.

そのため、上記の燃料電池システム２の運転方法によれば、燃料電池３の冷却中において、燃料電池３の出力が低下する場合にも、バッテリー４０により充分な電気エネルギーを外部出力でき、冷却中における出力エネルギーの低下を抑制できる。   Therefore, according to the operation method of the fuel cell system 2 described above, even when the output of the fuel cell 3 decreases during the cooling of the fuel cell 3, sufficient electric energy can be output to the outside by the battery 40, and A decrease in output energy can be suppressed.

また、上記の燃料電池システム２の運転方法において、好ましくは、冷却器５１による冷却速度を適宜設定し、燃料電池３が徐冷されるよう、調製する。これにより、燃料電池３の急冷に由来する出力の低下を抑制することができる。   In the operation method of the fuel cell system 2 described above, preferably, the cooling rate by the cooler 51 is set as appropriate, and the fuel cell 3 is prepared so as to be gradually cooled. Thereby, the fall of the output resulting from the rapid cooling of the fuel cell 3 can be suppressed.

２ 燃料電池システム
３ 燃料電池
４０ バッテリー

2 Fuel cell system 3 Fuel cell 40 Battery

Claims (2)

電気エネルギーを出力可能な燃料電池と、
前記燃料電池から生じた電気エネルギーを蓄電可能であり、かつ、電気エネルギーを外部出力可能なバッテリーと
を備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池は、前記燃料電池の温度が所定温度未満の場合に暖機運転され、前記燃料電池の温度が所定温度以上の場合に定常運転され、
前記燃料電池の暖機運転時において、
前記バッテリーの蓄電エネルギー量が所定値未満である場合には、前記バッテリーの蓄電エネルギーを外部出力することなく、前記燃料電池を暖機運転させ、前記燃料電池から生じた電気エネルギーを前記バッテリーに蓄電し、
前記バッテリーの蓄電エネルギー量が所定値以上である場合には、前記バッテリーの蓄電エネルギーを外部出力するとともに、前記燃料電池を暖機運転させ、前記燃料電池から生じた電気エネルギーを前記バッテリーに蓄電する
ことを特徴とする、燃料電池システムの運転方法。 A fuel cell capable of outputting electrical energy;
A method of operating a fuel cell system comprising: a battery capable of storing electrical energy generated from the fuel cell and capable of outputting electrical energy to the outside,
The fuel cell is warmed up when the temperature of the fuel cell is lower than a predetermined temperature, and is steadily operated when the temperature of the fuel cell is equal to or higher than a predetermined temperature,
During the warm-up operation of the fuel cell,
When the amount of energy stored in the battery is less than a predetermined value, the fuel cell is warmed up without externally outputting the energy stored in the battery, and the electric energy generated from the fuel cell is stored in the battery. And
When the amount of stored energy of the battery is equal to or greater than a predetermined value, the stored energy of the battery is output to the outside, the fuel cell is warmed up, and the electric energy generated from the fuel cell is stored in the battery A method for operating a fuel cell system. 電気エネルギーを出力可能な燃料電池と、
前記燃料電池から生じた電気エネルギーを蓄電可能であり、かつ、電気エネルギーを外部出力可能なバッテリーと、
前記燃料電池を冷却するための冷却手段と
を備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池は、前記燃料電池の温度が所定温度未満の場合に暖機運転され、前記燃料電池の温度が所定温度以上の場合に定常運転され、
前記燃料電池の定常運転時、かつ、前記冷却手段の作動時において、
前記バッテリーの蓄電エネルギー量が所定値未満である場合には、前記バッテリーの蓄電エネルギーを外部出力することなく、前記燃料電池を定常運転させ、前記燃料電池から生じた電気エネルギーを外部出力し、
前記バッテリーの蓄電エネルギー量が所定値以上である場合には、前記バッテリーの蓄電エネルギーを外部出力するとともに、前記燃料電池を定常運転させ、前記燃料電池から生じた電気エネルギーを外部出力する
ことを特徴とする、燃料電池システムの運転方法。
A fuel cell capable of outputting electrical energy;
A battery capable of storing electrical energy generated from the fuel cell and capable of outputting electrical energy externally;
A fuel cell system operating method comprising: cooling means for cooling the fuel cell;
The fuel cell is warmed up when the temperature of the fuel cell is lower than a predetermined temperature, and is steadily operated when the temperature of the fuel cell is equal to or higher than a predetermined temperature,
During steady operation of the fuel cell and during operation of the cooling means,
When the amount of energy stored in the battery is less than a predetermined value, without externally outputting the energy stored in the battery, the fuel cell is operated in a steady manner, and the electric energy generated from the fuel cell is output to the outside.
When the stored energy amount of the battery is equal to or greater than a predetermined value, the stored energy of the battery is output to the outside, the fuel cell is steadily operated, and the electrical energy generated from the fuel cell is output to the outside. And a method of operating the fuel cell system.
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