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JP5280417B2 - Method for stopping operation of fuel cell system - Google Patents

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JP5280417B2
JP5280417B2 JP2010214501A JP2010214501A JP5280417B2 JP 5280417 B2 JP5280417 B2 JP 5280417B2 JP 2010214501 A JP2010214501 A JP 2010214501A JP 2010214501 A JP2010214501 A JP 2010214501A JP 5280417 B2 JP5280417 B2 JP 5280417B2
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an operation stop method of a full cell system capable of suppressing fuel cell deterioration as much as possible with a simple and compact configuration. <P>SOLUTION: An operation stop method of a fuel cell system 10 comprises: a first step of making a fuel cell stack 12 generate power while supplying a hydrogen gas and air to the fuel cell stack 12; a second step of stopping the supply of the hydrogen gas when detecting a stop command of the fuel cell stack 12, and making the fuel cell stack 12 generate power while supplying the air to the fuel cell stack 12 with an oxygen stoichiometric ratio lower than an oxygen stoichiometric ratio for normal power generation; and a third step of making the fuel cell stack 12 generate power only with a residual gas in the fuel cell stack 12 after stopping supply of an oxidant gas to the fuel cell stack 12, and supplying generated power obtained from the fuel cell stack 12 to a cooling medium supply device 15. <P>COPYRIGHT: (C)2012,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、酸化剤ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池を備える燃料電池システムの運転停止方法に関する。   The present invention relates to a method for shutting down a fuel cell system including a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas.

燃料電池は、燃料ガス(主に水素を含有するガス、例えば、水素ガス)及び酸化剤ガス(主に酸素を含有するガス、例えば、空気)をアノード電極及びカソード電極に供給して電気化学的に反応させることにより、直流の電気エネルギを得るシステムである。このシステムは、定置用の他、車載用として燃料電池車両に組み込まれている。   In a fuel cell, a fuel gas (a gas mainly containing hydrogen, for example, hydrogen gas) and an oxidant gas (a gas mainly containing oxygen, for example, air) are supplied to an anode electrode and a cathode electrode to be electrochemical. It is a system that obtains direct-current electric energy by reacting with. This system is incorporated in a fuel cell vehicle for in-vehicle use as well as stationary use.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード電極及びカソード電極を設けた電解質膜・電極構造体(MEA)を、一対のセパレータによって挟持している。一方のセパレータと電解質膜・電極構造体との間には、アノード電極に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路が形成されるとともに、他方のセパレータと前記電解質膜・電極構造体との間には、カソード電極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路が形成されている。   For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) provided with an anode electrode and a cathode electrode on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is sandwiched between a pair of separators. Yes. A fuel gas passage for supplying fuel gas to the anode electrode is formed between one separator and the electrolyte membrane / electrode structure, and between the other separator and the electrolyte membrane / electrode structure. Is formed with an oxidant gas flow path for supplying an oxidant gas to the cathode electrode.

ところで、燃料電池の停止時には、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給が停止されるものの、燃料ガス流路内に前記燃料ガスが残留する一方、酸化剤ガス流路内に前記酸化剤ガスが残留している。従って、特に燃料電池の停止期間が長くなると、燃料ガスや酸化剤ガスが電解質膜を透過し、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとが混在するおそれがある。   By the way, when the fuel cell is stopped, the supply of the fuel gas and the oxidant gas is stopped, but the fuel gas remains in the fuel gas flow channel, while the oxidant gas remains in the oxidant gas flow channel. ing. Therefore, especially when the stop period of the fuel cell becomes long, the fuel gas and the oxidant gas may permeate the electrolyte membrane, and the fuel gas and the oxidant gas may be mixed.

そこで、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムは、図9に示すように、燃料電池1と、前記燃料電池1に水素ガス及び空気を供給するアノードガス供給ライン2及びカソードガス供給ライン3と、前記燃料電池1のアノード出口ガス及びカソード出口ガスを、それぞれ上流側に循環させるアノード循環ライン2a及びカソード循環ライン3aと、前記燃料電池1及び各ライン2、2a、3及び3aを不活性ガスによりパージするパージライン4と、前記燃料電池1の出力電路を運転停止時に遮断する遮断手段5と、を備えている。   Thus, for example, a fuel cell system disclosed in Patent Document 1 is known. As shown in FIG. 9, the fuel cell system includes a fuel cell 1, an anode gas supply line 2 and a cathode gas supply line 3 for supplying hydrogen gas and air to the fuel cell 1, and an anode outlet of the fuel cell 1. An anode circulation line 2a and a cathode circulation line 3a for circulating the gas and the cathode outlet gas respectively upstream; a purge line 4 for purging the fuel cell 1 and each of the lines 2, 2a, 3 and 3a with an inert gas; And a shut-off means 5 for shutting off the output electric circuit of the fuel cell 1 when the operation is stopped.

アノードガス供給ライン2は、水素貯蔵装置である図示しない水素タンクから燃料電池1のアノード側入口に接続される入口管路A1中に、入口遮断弁6a、ブロア7aを、この順に配置して備えている。また、燃料電池1のアノード側出口から図示しない燃料再生装置に接続される出口管路A2中に、パージ弁6b及び出口遮断弁6cを、この順に直列に配置して備えている。   The anode gas supply line 2 includes an inlet shutoff valve 6a and a blower 7a arranged in this order in an inlet pipe A1 connected to an anode side inlet of the fuel cell 1 from a hydrogen tank (not shown) which is a hydrogen storage device. ing. Further, a purge valve 6b and an outlet shut-off valve 6c are arranged in series in this order in an outlet line A2 connected to a fuel regeneration device (not shown) from the anode side outlet of the fuel cell 1.

アノードガス供給ライン2は、燃料電池1の運転中、入口遮断弁6a、出口遮断弁6c及びパージ弁6bを開放させており、水素タンクから送られる水素ガスをブロア7aを介して前記燃料電池1のアノード極1Aに供給している。   The anode gas supply line 2 opens the inlet shut-off valve 6a, the outlet shut-off valve 6c, and the purge valve 6b during the operation of the fuel cell 1, and the hydrogen gas sent from the hydrogen tank is sent to the fuel cell 1 through the blower 7a. To the anode electrode 1A.

カソードガス供給ライン3は、圧縮空気を充填した図示しない空気タンクから燃料電池1のカソード側入口に接続される入口管路C1中に、入口遮断弁6d、ブロア7bを、この順に配置して備えている。また、燃料電池1のカソード側出口から図示しない生成水分離装置に接続される出口管路C2中に、出口遮断弁6eを配置して備えている。   The cathode gas supply line 3 includes an inlet shutoff valve 6d and a blower 7b arranged in this order in an inlet pipe C1 connected to a cathode side inlet of the fuel cell 1 from an air tank (not shown) filled with compressed air. ing. In addition, an outlet shutoff valve 6e is provided in the outlet pipe C2 connected from the cathode side outlet of the fuel cell 1 to a generated water separator (not shown).

カソードガス供給ライン3は、燃料電池1の運転中、入口遮断弁6d及び出口遮断弁6eを開放させており、空気タンクから送られる空気をブロア7bを介して前記燃料電池1のカソード極1Cに供給している。   The cathode gas supply line 3 opens the inlet shut-off valve 6d and the outlet shut-off valve 6e during the operation of the fuel cell 1, and the air sent from the air tank is supplied to the cathode 1C of the fuel cell 1 through the blower 7b. Supply.

そして、アノード循環ライン2aは、アノードガス供給ライン2の入口遮断弁6a及び出口遮断弁6cが、燃料電池1の運転停止により閉じられた時、循環遮断弁6fを開放して、前記燃料電池1のアノード出口ガスをブロア7aにより吸引して前記燃料電池1の上流側に循環させるように機能している。   The anode circulation line 2a opens the circulation cutoff valve 6f when the inlet cutoff valve 6a and the outlet cutoff valve 6c of the anode gas supply line 2 are closed due to the shutdown of the fuel cell 1, and the fuel cell 1 The anode outlet gas is sucked by the blower 7 a and functions to circulate upstream of the fuel cell 1.

一方、カソード循環ライン3aは、カソード供給ライン3の入口遮断弁6d及び出口遮断弁6eが、燃料電池1の運転停止により閉じられた時、循環遮断弁6gを開放して、前記燃料電池1のカソード出口ガスをブロア7bにより吸引して前記燃料電池1の上流側に循環させるように機能している。   On the other hand, the cathode circulation line 3 a opens the circulation cutoff valve 6 g when the inlet cutoff valve 6 d and the outlet cutoff valve 6 e of the cathode supply line 3 are closed due to the stop of the operation of the fuel cell 1. The cathode outlet gas functions to be sucked by the blower 7b and circulated upstream of the fuel cell 1.

この特許文献1では、運転停止時に、カソード側への反応ガスの供給を入口遮断弁で遮断し、カソード側排ガスを循環ラインを介して上流側に循環させ、燃料電池内の電池反応を継続させてカソード側排ガス中の酸素を消費することで、窒素ガスの不活性ガスを燃料電池内のカソード側及びアノード側のパージに利用する、としている。   In this Patent Document 1, when the operation is stopped, the supply of the reaction gas to the cathode side is shut off by the inlet shut-off valve, the cathode side exhaust gas is circulated upstream via the circulation line, and the cell reaction in the fuel cell is continued. By consuming oxygen in the cathode side exhaust gas, an inert gas of nitrogen gas is used for purging the cathode side and the anode side in the fuel cell.

特開2004−22487号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-22487

上記の特許文献1では、アノードガス供給ライン2及びカソードガス供給ライン3に、燃料電池1のアノード出口ガスとカソード出口ガスを、それぞれ上流側に循環させるアノード循環ライン2a及びカソード循環ライン3aが設けられている。さらに、カソード循環ライン3aには、不活性ガスである窒素ガスを蓄積するために、ガス容積部であるタンク8が配設されている。   In the above-mentioned Patent Document 1, the anode gas supply line 2 and the cathode gas supply line 3 are provided with an anode circulation line 2a and a cathode circulation line 3a for circulating the anode outlet gas and the cathode outlet gas of the fuel cell 1 respectively upstream. It has been. Furthermore, in the cathode circulation line 3a, a tank 8 which is a gas volume part is disposed in order to accumulate nitrogen gas which is an inert gas.

そして、燃料電池1内の電池反応を継続させてカソード側排ガス中の酸素を消費することで、窒素ガス等の不活性ガスを前記燃料電池1内のカソード側及びアノード側のパージに利用している。このため、燃料電池システム全体の構成が複雑化且つ大型化するとともに、コストが高騰するという問題がある。   Then, by continuing the cell reaction in the fuel cell 1 and consuming oxygen in the cathode side exhaust gas, an inert gas such as nitrogen gas is used for the cathode side and anode side purge in the fuel cell 1. Yes. For this reason, there exists a problem that the structure of the whole fuel cell system becomes complicated and enlarged, and cost increases.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、燃料電池の劣化を可及的に抑制することが可能な燃料電池システムの運転停止方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve this type of problem, and to provide a method for stopping the operation of a fuel cell system that can suppress deterioration of the fuel cell as much as possible with a simple and compact configuration. To do.

本発明は、カソード側に供給される酸化剤ガス及びアノード側に供給される燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、前記燃料電池に冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置と、前記燃料電池に接続自在な蓄電装置とを備える燃料電池システムの運転停止方法に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between an oxidant gas supplied to the cathode side and a fuel gas supplied to the anode side, and an oxidant gas supply device that supplies the oxidant gas to the fuel cell. A fuel cell system comprising: a fuel gas supply device that supplies the fuel gas to the fuel cell; a cooling medium supply device that supplies a cooling medium to the fuel cell; and a power storage device that is connectable to the fuel cell. It is about the method.

この運転停止方法は、燃料電池に酸化剤ガス及び燃料ガスを供給しながら、前記燃料電池を発電させる第1の工程と、前記燃料電池の停止指令を検出した際、前記燃料ガスの供給を停止する一方、前記酸化剤ガスを、通常発電時の酸素ストイキよりも低い低酸素ストイキで前記燃料電池に供給しながら、前記低酸素ストイキの前記酸化剤ガスと前記燃料電池内に残存する前記燃料ガスとにより該燃料電池を発電させるとともに、該燃料電池から得られる発電電力を蓄電装置に供給する第2の工程と、前記燃料電池に対し前記低酸素ストイキの前記酸化剤ガスの供給を停止した後、前記燃料電池内の残留ガスのみで該燃料電池を発電させるとともに、前記燃料電池から得られる発電電力を前記冷却媒体供給装置に供給する第3の工程とを有している。 In this operation stop method, the supply of the fuel gas is stopped when the first step of generating the fuel cell while supplying the oxidant gas and the fuel gas to the fuel cell and the stop command of the fuel cell is detected. On the other hand, while supplying the oxidant gas to the fuel cell with a low oxygen stoichiometry lower than that during normal power generation, the low-oxygen stoichiometric oxidant gas and the fuel gas remaining in the fuel cell And a second step of supplying the power generated by the fuel cell to the power storage device and stopping the supply of the oxidant gas of the low oxygen stoichiometry to the fuel cell. And a third step of generating the fuel cell with only the residual gas in the fuel cell and supplying the generated electric power obtained from the fuel cell to the cooling medium supply device. That.

また、この運転停止方法では、燃料電池から得られる発電電力を、ダウンバータを介して降圧した後、冷却媒体供給装置に供給することが好ましい。   In this operation stop method, it is preferable that the generated power obtained from the fuel cell is stepped down via a downverter and then supplied to the cooling medium supply device.

さらに、この運転停止方法では、冷却媒体供給装置は、冷却媒体を冷却させるラジエータに配置されるラジエータファン及び前記冷却媒体を燃料電池に循環させるポンプを備え、第3の工程では、前記ラジエータファン及び前記ポンプに発電電力を供給することが好ましい。   Furthermore, in this operation stop method, the cooling medium supply device includes a radiator fan disposed in a radiator that cools the cooling medium and a pump that circulates the cooling medium to the fuel cell. In the third step, the radiator fan and It is preferable to supply generated power to the pump.

さらにまた、この運転停止方法では、低酸素ストイキの酸化剤ガスは、前記低酸素ストイキが1前後に設定されることが好ましい。   Furthermore, in this operation stop method, it is preferable that the low oxygen stoichiometric oxidant gas is set to about 1.

本発明では、燃料電池内に残存する燃料ガスと低酸素ストイキの酸化剤ガスとにより発電されるため、排ガスとして窒素濃度の高い不活性ガスが発生する一方、前記燃料電池内の前記燃料ガスの水素濃度が低下する。しかも、発電電力が蓄電装置に供給された後、残留ガスのみで燃料電池を発電させて得られた発電電力が、冷却媒体供給装置に供給されている。   In the present invention, since power is generated by the fuel gas remaining in the fuel cell and the low-oxygen stoichiometric oxidant gas, an inert gas having a high nitrogen concentration is generated as exhaust gas, while the fuel gas in the fuel cell Hydrogen concentration decreases. Moreover, after the generated power is supplied to the power storage device, the generated power obtained by generating the fuel cell with only the residual gas is supplied to the cooling medium supply device.

このため、燃料電池の残存電圧をより低電圧まで低下させることができ、前記燃料電池内の酸素濃度が一層低減される。従って、カソード側には、窒素ガスが充満して酸素濃度が低下し、燃料電池及びガス配管内を前記窒素ガスにより満たすことができる。   For this reason, the residual voltage of the fuel cell can be lowered to a lower voltage, and the oxygen concentration in the fuel cell is further reduced. Therefore, the cathode side is filled with nitrogen gas to reduce the oxygen concentration, and the fuel cell and the gas pipe can be filled with the nitrogen gas.

一方、燃料電池は、冷却媒体供給装置の駆動作用下に冷却されている。これにより、温度が高い程、劣化し易い燃料電池は、高温に曝されることがなく、前記燃料電池の停止中の劣化や起動時の劣化が良好に抑制される。このため、簡単且つコンパクトな構成で、燃料電池の劣化を可及的に抑制することが可能になる。   On the other hand, the fuel cell is cooled under the driving action of the cooling medium supply device. Thereby, the higher the temperature, the more easily the fuel cell that is deteriorated is not exposed to a high temperature, and the deterioration during the stop and the start-up deterioration of the fuel cell are favorably suppressed. For this reason, it becomes possible to suppress deterioration of the fuel cell as much as possible with a simple and compact configuration.

本発明の実施形態に係る運転停止方法が実施される燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system in which an operation stop method according to an embodiment of the present invention is implemented. 前記燃料電池システムを構成する回路説明図である。It is circuit explanatory drawing which comprises the said fuel cell system. 前記運転停止方法を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the said operation stop method. 前記燃料電池システムの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the said fuel cell system. 前記燃料電池システムの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the said fuel cell system. 前記燃料電池システム内の窒素置換状態の説明図である。It is explanatory drawing of the nitrogen substitution state in the said fuel cell system. スタック電圧と酸素濃度との関係説明図である。It is a relationship explanatory drawing of a stack voltage and oxygen concentration. セル温度と膜劣化との関係説明図である。It is a relationship explanatory drawing of cell temperature and film degradation. 特許文献1に開示されている燃料電池システムの説明図である。2 is an explanatory diagram of a fuel cell system disclosed in Patent Document 1. FIG.

図1に示すように、本発明の実施形態に係る運転停止方法が実施される燃料電池システム10は、燃料電池スタック12と、前記燃料電池スタック12に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置14と、前記燃料電池スタック12に冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置15と、前記燃料電池スタック12に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置16と、前記燃料電池スタック12に接続自在なバッテリ(蓄電装置)17と、前記燃料電池システム10全体の制御を行うコントローラ18とを備える。燃料電池システム10は、燃料電池自動車等の燃料電池車両に搭載される。バッテリ17は、燃料電池車両を通常走行可能であり、例えば、20A、〜500V程度であるとともに、後述する12V電源98よりも高電圧且つ高電力容量である。   As shown in FIG. 1, a fuel cell system 10 in which an operation stop method according to an embodiment of the present invention is implemented includes a fuel cell stack 12 and an oxidant gas supply device that supplies an oxidant gas to the fuel cell stack 12. 14, a cooling medium supply device 15 that supplies a cooling medium to the fuel cell stack 12, a fuel gas supply device 16 that supplies a fuel gas to the fuel cell stack 12, and a battery that can be connected to the fuel cell stack 12 ( Power storage device) 17 and a controller 18 for controlling the fuel cell system 10 as a whole. The fuel cell system 10 is mounted on a fuel cell vehicle such as a fuel cell vehicle. The battery 17 can normally travel in a fuel cell vehicle, and has a voltage of about 20 A to about 500 V, for example, and a higher voltage and a higher power capacity than a 12 V power source 98 described later.

燃料電池スタック12は、複数の燃料電池20を積層して構成される。各燃料電池20は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜22をカソード電極24とアノード電極26とで挟持した電解質膜・電極構造体(MEA)28を備える。   The fuel cell stack 12 is configured by stacking a plurality of fuel cells 20. Each fuel cell 20 includes, for example, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) 28 in which a solid polymer electrolyte membrane 22 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water is sandwiched between a cathode electrode 24 and an anode electrode 26. .

カソード電極24及びアノード電極26は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金(又はRu等)が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成された電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜22の両面に形成される。   The cathode electrode 24 and the anode electrode 26 have a gas diffusion layer made of carbon paper or the like, and porous carbon particles carrying platinum alloy (or Ru or the like) on the surface are uniformly applied to the surface of the gas diffusion layer. And an electrode catalyst layer formed. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 22.

電解質膜・電極構造体28をカソード側セパレータ30及びアノード側セパレータ32で挟持する。カソード側セパレータ30及びアノード側セパレータ32は、例えば、カーボンセパレータ又は金属セパレータで構成される。   The electrolyte membrane / electrode structure 28 is sandwiched between the cathode side separator 30 and the anode side separator 32. The cathode side separator 30 and the anode side separator 32 are comprised by a carbon separator or a metal separator, for example.

カソード側セパレータ30と電解質膜・電極構造体28との間には、酸化剤ガス流路34が設けられるとともに、アノード側セパレータ32と前記電解質膜・電極構造体28との間には、燃料ガス流路36が設けられる。燃料電池20間には、冷却媒体流路37が形成される。   An oxidant gas flow path 34 is provided between the cathode side separator 30 and the electrolyte membrane / electrode structure 28, and a fuel gas is provided between the anode side separator 32 and the electrolyte membrane / electrode structure 28. A flow path 36 is provided. A coolant flow path 37 is formed between the fuel cells 20.

燃料電池スタック12には、各燃料電池20の積層方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガス(以下、空気ともいう)を供給する酸化剤ガス入口連通孔38a、燃料ガス、例えば、水素含有ガス(以下、水素ガスともいう)を供給する燃料ガス入口連通孔40a、冷却媒体(例えば、純水やエチレングリコール、オイル等)を供給する冷却媒体入口連通孔41a、前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔38b、前記燃料ガスを排出する燃料ガス出口連通孔40b、及び前記冷却媒体を排出する冷却媒体出口連通孔41bが設けられる。   The fuel cell stack 12 communicates with each other in the stacking direction of the fuel cells 20 to supply an oxidant gas, for example, an oxidant gas inlet communication hole 38a for supplying an oxygen-containing gas (hereinafter also referred to as air), a fuel gas, For example, a fuel gas inlet communication hole 40a for supplying a hydrogen-containing gas (hereinafter also referred to as hydrogen gas), a cooling medium inlet communication hole 41a for supplying a cooling medium (for example, pure water, ethylene glycol, oil, etc.), and the oxidizing agent An oxidant gas outlet communication hole 38b for discharging gas, a fuel gas outlet communication hole 40b for discharging the fuel gas, and a cooling medium outlet communication hole 41b for discharging the cooling medium are provided.

酸化剤ガス供給装置14は、大気からの空気を圧縮して供給するエアポンプ50を備え、前記エアポンプ50が空気供給流路52に配設される。空気供給流路52には、供給ガスと排出ガスとの間で水分と熱を交換する加湿器54が配設されるとともに、前記空気供給流路52は、燃料電池スタック12の酸化剤ガス入口連通孔38aに連通する。   The oxidant gas supply device 14 includes an air pump 50 that compresses and supplies air from the atmosphere, and the air pump 50 is disposed in the air supply flow path 52. The air supply channel 52 is provided with a humidifier 54 that exchanges moisture and heat between the supply gas and the exhaust gas, and the air supply channel 52 is connected to the oxidant gas inlet of the fuel cell stack 12. It communicates with the communication hole 38a.

酸化剤ガス供給装置14は、酸化剤ガス出口連通孔38bに連通する空気排出流路56を備える。空気排出流路56は、加湿器54の加湿媒体通路(図示せず)に連通するとともに、この空気排出流路56には、エアポンプ50から空気供給流路52を通って燃料電池スタック12に供給される空気の圧力を調整するための開度調整可能な背圧制御弁58が設けられる。背圧制御弁58は、ノーマルクローズ型(通電されない時に閉塞される)背圧弁により構成されることが好ましい。   The oxidant gas supply device 14 includes an air discharge channel 56 that communicates with the oxidant gas outlet communication hole 38b. The air discharge channel 56 communicates with a humidifying medium passage (not shown) of the humidifier 54, and is supplied to the fuel cell stack 12 from the air pump 50 through the air supply channel 52. A back pressure control valve 58 with an adjustable opening is provided for adjusting the pressure of the air. The back pressure control valve 58 is preferably a normally closed type (closed when not energized) back pressure valve.

空気排出流路56は、希釈ボックス60に連通する。空気供給流路52及び空気排出流路56には、酸化剤ガス入口連通孔38a及び酸化剤ガス出口連通孔38bに近接して開閉弁61a、61bが配設される。   The air discharge channel 56 communicates with the dilution box 60. In the air supply flow path 52 and the air discharge flow path 56, on-off valves 61a and 61b are disposed in the vicinity of the oxidant gas inlet communication hole 38a and the oxidant gas outlet communication hole 38b.

燃料ガス供給装置16は、高圧水素を貯留する水素タンク62を備え、この水素タンク62は、水素供給流路64を介して燃料電池スタック12の燃料ガス入口連通孔40aに連通する。この水素供給流路64には、遮断弁65及びエゼクタ66が設けられる。エゼクタ66は、水素タンク62から供給される水素ガスを、水素供給流路64を通って燃料電池スタック12に供給するとともに、燃料電池スタック12で使用されなかった未使用の水素ガスを含む排ガスを、水素循環路68から吸引して、再度、前記燃料電池スタック12に燃料ガスとして供給する。   The fuel gas supply device 16 includes a hydrogen tank 62 that stores high-pressure hydrogen. The hydrogen tank 62 communicates with the fuel gas inlet communication hole 40 a of the fuel cell stack 12 via a hydrogen supply flow path 64. The hydrogen supply flow path 64 is provided with a shutoff valve 65 and an ejector 66. The ejector 66 supplies the hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 62 to the fuel cell stack 12 through the hydrogen supply flow path 64 and exhaust gas containing unused hydrogen gas that has not been used in the fuel cell stack 12. Then, the gas is sucked from the hydrogen circulation path 68 and supplied again as fuel gas to the fuel cell stack 12.

燃料ガス出口連通孔40bには、オフガス流路70が連通する。オフガス流路70の途上には、水素循環路68が連通するとともに、前記オフガス流路70には、パージ弁72を介して希釈ボックス60が接続される。希釈ボックス60の排出口側には、排出流路74が接続され、前記排出流路74に貯蔵バッファ76が配設される。貯蔵バッファ76には、排気流路78が接続される。   The off gas passage 70 communicates with the fuel gas outlet communication hole 40b. A hydrogen circulation path 68 communicates with the off gas flow path 70, and a dilution box 60 is connected to the off gas flow path 70 via a purge valve 72. A discharge flow path 74 is connected to the discharge port side of the dilution box 60, and a storage buffer 76 is disposed in the discharge flow path 74. An exhaust passage 78 is connected to the storage buffer 76.

冷却媒体供給装置15は、燃料電池スタック12に設けられる冷却媒体入口連通孔41a及び冷却媒体出口連通孔41bに連通し、冷却媒体を前記燃料電池スタック12に循環させる冷却媒体循環路80を備える。冷却媒体循環路80には、ラジエータ82、サーモスタッド84及び冷却媒体循環用のポンプ86が配設されるとともに、前記ラジエータ82には、ラジエータファン88が配設される。   The cooling medium supply device 15 includes a cooling medium circulation path 80 that communicates with a cooling medium inlet communication hole 41 a and a cooling medium outlet communication hole 41 b provided in the fuel cell stack 12 and circulates the cooling medium to the fuel cell stack 12. A radiator 82, a thermo stud 84, and a cooling medium circulation pump 86 are disposed in the cooling medium circulation path 80, and a radiator fan 88 is disposed in the radiator 82.

サーモスタッド84には、ラジエータ82をバイパスするバイパス路80aが接続される。このサーモスタッド84は、冷却媒体の温度に基づいて、冷却媒体循環路80にラジエータ82とバイパス路80aとを選択的に連通させる。   A bypass path 80 a that bypasses the radiator 82 is connected to the thermo stud 84. The thermostud 84 selectively connects the radiator 82 and the bypass path 80a to the cooling medium circulation path 80 based on the temperature of the cooling medium.

図2に示すように、燃料電池スタック12には、バスライン90の一端が接続されるとともに、前記バスライン90の他端がインバータ92に接続される。インバータ92には、三相の車両走行用の駆動モータ94が接続される。なお、バスライン90は、実質的には、2本用いられているが、説明の簡素化を図るために、1本の前記バスライン90で記載する。以下に説明する他のラインにおいても、同様である。   As shown in FIG. 2, one end of a bus line 90 is connected to the fuel cell stack 12, and the other end of the bus line 90 is connected to an inverter 92. A drive motor 94 for three-phase vehicle travel is connected to the inverter 92. Note that two bus lines 90 are substantially used. However, in order to simplify the description, only one bus line 90 is used. The same applies to the other lines described below.

バスライン90には、FCコンタクタ96が配設されるとともに、エアポンプ50が接続される。バスライン90には、電力線98の一端が接続され、前記電力線98には、DC/DCコンバータ100及びバッテリコンタクタ102を介装してバッテリ17が接続される。電力線98には、分岐電力線104が設けられ、前記分岐電力線104には、ダウンバータ(DC/DCコンバータ)106を介装して12V電源108が接続される。12V電源108は、燃料電池補機類、例えば、ラジエータファン88及びポンプ86に接続される。なお、12V電源108は、バッテリ17よりも低い電圧であればよく、12Vに限定されるものではない。   An FC contactor 96 is disposed on the bus line 90 and an air pump 50 is connected to the bus line 90. One end of a power line 98 is connected to the bus line 90, and the battery 17 is connected to the power line 98 via a DC / DC converter 100 and a battery contactor 102. The power line 98 is provided with a branch power line 104, and a 12 V power source 108 is connected to the branch power line 104 via a downverter (DC / DC converter) 106. The 12V power source 108 is connected to fuel cell auxiliaries such as a radiator fan 88 and a pump 86. Note that the 12V power supply 108 may be a voltage lower than that of the battery 17 and is not limited to 12V.

このように構成される燃料電池システム10の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell system 10 configured as described above will be described below.

先ず、燃料電池システム10の運転時には、酸化剤ガス供給装置14を構成するエアポンプ50を介して、空気供給流路52に空気が送られる。この空気は、加湿器54を通って加湿された後、燃料電池スタック12の酸化剤ガス入口連通孔38aに供給される。空気は、燃料電池スタック12内の各燃料電池20に設けられている酸化剤ガス流路34に沿って移動することにより、カソード電極24に供給される。   First, during operation of the fuel cell system 10, air is sent to the air supply passage 52 via the air pump 50 that constitutes the oxidant gas supply device 14. The air is humidified through the humidifier 54 and then supplied to the oxidant gas inlet communication hole 38 a of the fuel cell stack 12. Air is supplied to the cathode electrode 24 by moving along the oxidant gas flow path 34 provided in each fuel cell 20 in the fuel cell stack 12.

使用済みの空気は、酸化剤ガス出口連通孔38bから空気排出流路56に排出され、加湿器54に送られることによって新たに供給される空気を加湿した後、背圧制御弁58を介して希釈ボックス60に導入される。この水素ガスは、空気オフガスと混合されることにより水素濃度が低下された後、貯蔵バッファ76に排出される。   The used air is exhausted from the oxidant gas outlet communication hole 38 b to the air exhaust flow path 56 and is sent to the humidifier 54 to humidify the newly supplied air, and then through the back pressure control valve 58. Introduced into the dilution box 60. This hydrogen gas is discharged to the storage buffer 76 after the hydrogen concentration is lowered by being mixed with the air off-gas.

一方、燃料ガス供給装置16では、遮断弁65が開放されることにより、水素タンク62から減圧弁(図示せず)により減圧された後、水素供給流路64に水素ガスが供給される。この水素ガスは、水素供給流路64を通って燃料電池スタック12の燃料ガス入口連通孔40aに供給される。燃料電池スタック12内に供給された水素ガスは、各燃料電池20の燃料ガス流路36に沿って移動することにより、アノード電極26に供給される。   On the other hand, in the fuel gas supply device 16, the shutoff valve 65 is opened so that the pressure is reduced from the hydrogen tank 62 by a pressure reducing valve (not shown), and then the hydrogen gas is supplied to the hydrogen supply flow path 64. This hydrogen gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 40 a of the fuel cell stack 12 through the hydrogen supply channel 64. The hydrogen gas supplied into the fuel cell stack 12 is supplied to the anode electrode 26 by moving along the fuel gas flow path 36 of each fuel cell 20.

使用済みの水素ガスは、燃料ガス出口連通孔40bから水素循環路68を介してエゼクタ66に吸引され、燃料ガスとして、再度、燃料電池スタック12に供給される。従って、カソード電極24に供給される空気とアノード電極26に供給される水素ガスとが電気化学的に反応して発電が行われる。   The used hydrogen gas is sucked into the ejector 66 from the fuel gas outlet communication hole 40b through the hydrogen circulation path 68, and is supplied again to the fuel cell stack 12 as fuel gas. Accordingly, the air supplied to the cathode electrode 24 and the hydrogen gas supplied to the anode electrode 26 react electrochemically to generate power.

なお、水素循環路68を循環する水素ガスには、不純物が混在し易い。このため、不純物を混在する水素ガスは、パージ弁72が開放されることによって希釈ボックス60に導入される。   The hydrogen gas circulating through the hydrogen circulation path 68 is likely to contain impurities. For this reason, the hydrogen gas mixed with impurities is introduced into the dilution box 60 when the purge valve 72 is opened.

さらに、冷却媒体供給装置15では、ポンプ86の作用下に、冷却媒体が冷却媒体循環路80から燃料電池スタック12の冷却媒体入口連通孔41aに導入される。冷却媒体は、燃料電池スタック12内の冷却媒体流路37に供給され、各燃料電池20を冷却した後、冷却媒体出口連通孔41bから冷却媒体循環路80に排出される。   Further, in the cooling medium supply device 15, the cooling medium is introduced from the cooling medium circulation path 80 into the cooling medium inlet communication hole 41 a of the fuel cell stack 12 under the action of the pump 86. The cooling medium is supplied to the cooling medium flow path 37 in the fuel cell stack 12, cools each fuel cell 20, and then is discharged from the cooling medium outlet communication hole 41 b to the cooling medium circulation path 80.

次いで、燃料電池システム10の運転停止方法について、図3に示すタイミングチャートに沿って、以下に説明する。   Next, a method for stopping operation of the fuel cell system 10 will be described below along the timing chart shown in FIG.

図示しない燃料電池自動車に搭載された燃料電池システム10は、上記のように、通常運転を行うことにより、所望の走行が行われている。そして、図示しないイグニッションスイッチがオフされると、燃料電池システム10の運転停止処理が開始される。   As described above, the fuel cell system 10 mounted on a fuel cell vehicle (not shown) performs a desired travel by performing a normal operation. Then, when an ignition switch (not shown) is turned off, the operation stop process of the fuel cell system 10 is started.

イグニッションスイッチがオフされてから、例えば、故障検知時間を含む所定の時間が経過した後、遮断弁65が閉塞される一方、背圧制御弁58は、開度制御が停止されて閉塞される(図4参照)。さらに、酸化剤ガス供給装置14を構成するエアポンプ50は、通常運転時に比べて相当に回転数が減速され、酸化剤ガス中の酸素ストイキを通常発電時の酸素ストイキよりも低い低酸素ストイキで供給する。具体的には、低酸素ストイキは、1前後に設定される。   For example, after a predetermined time including a failure detection time has elapsed after the ignition switch is turned off, the shutoff valve 65 is closed, while the back pressure control valve 58 is closed when the opening degree control is stopped ( (See FIG. 4). Further, the air pump 50 constituting the oxidant gas supply device 14 is considerably decelerated compared with that during normal operation, and supplies the oxygen stoichiometric gas in the oxidant gas at a low oxygen stoichiometry lower than that during normal power generation. To do. Specifically, the low oxygen stoichiometry is set to around 1.

一方、燃料電池スタック12は、発電が継続されており、発電電圧(FC電圧)は、通常発電時よりも高圧に設定されるとともに、前記燃料電池スタック12から取り出される電流(FC電流)は、固体高分子電解質膜22を透過してアノード側からカソード側に燃料ガスである水素ガスが移動することを阻止する値に設定される。その際、図2において、FCコンタクタ96及びバッテリコンタクタ102がオンされており、燃料電池スタック12の発電時に得られる電力は、DC/DCコンバータ100により電圧を降圧させた後、バッテリ17に充電される。   On the other hand, the fuel cell stack 12 continues to generate power, and the generated voltage (FC voltage) is set to a higher voltage than during normal power generation, and the current (FC current) extracted from the fuel cell stack 12 is: The value is set to prevent hydrogen gas, which is a fuel gas, from passing through the solid polymer electrolyte membrane 22 and moving from the anode side to the cathode side. At that time, in FIG. 2, the FC contactor 96 and the battery contactor 102 are turned on, and the electric power obtained at the time of power generation by the fuel cell stack 12 is charged to the battery 17 after the voltage is lowered by the DC / DC converter 100. The

上記のように、燃料電池スタック12では、低酸素ストイキの空気が要求される一方、遮断弁65の閉塞により水素ガスの供給が停止した状態で、発電が行われている。そして、燃料電池スタック12による発電電力は、バッテリ17に供給されることにより、ディスチャージ(図3中、バッテリ DCHG)されている。従って、燃料電池スタック12の発電電圧が所定の電圧、すなわち、バッテリ17に供給不能な電圧N1(V)(バッテリ17の電圧とほぼ同じ電圧)まで低下すると、エアポンプ50にのみ発電電力が供給される。   As described above, in the fuel cell stack 12, low oxygen stoichiometric air is required, while power generation is performed in a state where the supply of hydrogen gas is stopped due to the shutoff of the shutoff valve 65. The power generated by the fuel cell stack 12 is discharged to the battery 17 (battery DCHG in FIG. 3). Accordingly, when the power generation voltage of the fuel cell stack 12 drops to a predetermined voltage, that is, the voltage N1 (V) that cannot be supplied to the battery 17 (substantially the same voltage as the voltage of the battery 17), the power generation is supplied only to the air pump 50. The

これにより、燃料電池スタック12内では、アノード側の水素濃度が低下する一方、カソード側の酸素濃度が低下していく。そこで、例えば、アノード側の水素圧力が所定の圧力以下となった際に、エアポンプ50がオフされるとともに、バッテリコンタクタ102がオフされる。所定の圧力とは、エアポンプ50が駆動できない程度まで電圧が低下する圧力をいう。   Thereby, in the fuel cell stack 12, the hydrogen concentration on the anode side decreases, while the oxygen concentration on the cathode side decreases. Therefore, for example, when the hydrogen pressure on the anode side becomes a predetermined pressure or less, the air pump 50 is turned off and the battery contactor 102 is turned off. The predetermined pressure is a pressure at which the voltage is reduced to such an extent that the air pump 50 cannot be driven.

このため、図5に示すように、燃料電池スタック12は、内部に残存する水素ガスと空気とにより発電される。この燃料電池スタック12の発電により発生する電力は、ダウンバータ106を介して降圧された後、12V電源108に充電(D/V DCHG)されるとともに、前記12V電源108から冷却媒体供給装置15に、具体的には、ラジエータファン88及びポンプ86に、電力が供給される。   Therefore, as shown in FIG. 5, the fuel cell stack 12 is generated by the hydrogen gas and air remaining inside. The electric power generated by the power generation of the fuel cell stack 12 is stepped down via the downverter 106 and then charged to the 12V power source 108 (D / V DCHG), and from the 12V power source 108 to the cooling medium supply device 15. Specifically, electric power is supplied to the radiator fan 88 and the pump 86.

冷却媒体供給装置15では、ポンプ86が駆動されるため、冷却媒体循環路80及び燃料電池スタック12を冷却媒体が循環するとともに、前記冷却媒体は、ラジエータ82に送られる。冷却媒体は、ラジエータ82を通過する際に、ラジエータファン88の送風作用下に冷却され、燃料電池スタック12を外気温度近傍まで冷却することができる。   In the cooling medium supply device 15, since the pump 86 is driven, the cooling medium circulates through the cooling medium circulation path 80 and the fuel cell stack 12, and the cooling medium is sent to the radiator 82. When the cooling medium passes through the radiator 82, the cooling medium is cooled under the blowing action of the radiator fan 88, and the fuel cell stack 12 can be cooled to near the outside air temperature.

さらに、燃料電池スタック12の発電電圧が、ダウンバータ106の作動限界電圧の近傍まで低下すると、背圧制御弁58が一旦開放(大気圧)されるとともに、FCコンタクタ96がオフされる。   Further, when the power generation voltage of the fuel cell stack 12 decreases to the vicinity of the operation limit voltage of the downverter 106, the back pressure control valve 58 is once opened (atmospheric pressure) and the FC contactor 96 is turned off.

この場合、本実施形態では、イグニッションスイッチがオフされると、背圧制御弁58、エアポンプ50及び遮断弁65が操作されている。従って、燃料電池スタック12では、この燃料電池スタック12内に残存する水素ガスと低酸素ストイキの空気とにより発電が行われ、発電電力がバッテリ17に供給されてディスチャージされている。   In this case, in this embodiment, when the ignition switch is turned off, the back pressure control valve 58, the air pump 50, and the shutoff valve 65 are operated. Accordingly, in the fuel cell stack 12, power is generated by the hydrogen gas remaining in the fuel cell stack 12 and the low-oxygen stoichiometric air, and the generated power is supplied to the battery 17 and discharged.

これにより、燃料電池スタック12内のアノード側では、水素濃度が減少するとともに、カソード側では、酸素濃度が減少して窒素濃度が上昇している。このため、カソード側には、排ガスとして高濃度の窒素ガスが発生し、前記窒素ガスが希釈ボックス60及び貯蔵バッファ76に供給される。一方、アノード側では、水素濃度の低下により負圧状態となり、カソード側からアノード側に窒素ガスの透過が行われる。従って、燃料電池スタック12及びこの燃料電池スタック12に接続されるガス配管内には、不活性ガスである窒素ガスを満たすことができる。   As a result, the hydrogen concentration decreases on the anode side in the fuel cell stack 12, and the oxygen concentration decreases and the nitrogen concentration increases on the cathode side. Therefore, high concentration nitrogen gas is generated on the cathode side as exhaust gas, and the nitrogen gas is supplied to the dilution box 60 and the storage buffer 76. On the other hand, on the anode side, a negative pressure state occurs due to a decrease in hydrogen concentration, and nitrogen gas permeates from the cathode side to the anode side. Accordingly, the fuel cell stack 12 and the gas piping connected to the fuel cell stack 12 can be filled with nitrogen gas which is an inert gas.

しかも、燃料電池スタック12の発電時の発電電圧が、設定電圧値N1(V)以下に低下した際、バッテリ17への前記発電電力の供給を停止する一方、エアポンプ50にのみ前記発電電力が供給されている。このため、バッテリ17への電力の供給ができなくなった後にも、エアポンプ50に電力の供給が行われ、発電を継続することが可能になる。   Moreover, when the power generation voltage at the time of power generation of the fuel cell stack 12 drops below the set voltage value N1 (V), the supply of the generated power to the battery 17 is stopped, while the generated power is supplied only to the air pump 50. Has been. For this reason, even after the supply of power to the battery 17 becomes impossible, the supply of power to the air pump 50 is performed, and power generation can be continued.

さらに、本実施形態では、エアポンプ50をオフすることにより、空気の供給を停止した状態で、すなわち、燃料電池スタック12内に残存する水素及び酸素のみで、前記燃料電池スタック12が発電されている(図3中、D/V DCHG)。   Further, in the present embodiment, the fuel cell stack 12 is generated with hydrogen and oxygen remaining in the fuel cell stack 12 in a state in which the supply of air is stopped by turning off the air pump 50. (D / V DCHG in FIG. 3).

このため、図6に示すように、エアポンプ50を介して空気の供給を行いながら、燃料電池スタック12の発電を行った場合、システム内の窒素置換範囲が、範囲B及び範囲Cまでであるのに対し、前記エアポンプ50を停止した後、前記燃料電池スタック12の発電を行うと、該燃料電池スタック12の入口側である範囲Aまで窒素ガスによる置換範囲が拡大している。これにより、燃料電池システム10は、比較的長期間にわたって停止されても、燃料電池20の劣化を可及的に阻止することができるという利点がある。   Therefore, as shown in FIG. 6, when the fuel cell stack 12 is generated while supplying air through the air pump 50, the nitrogen replacement range in the system is up to the range B and the range C. On the other hand, when the power generation of the fuel cell stack 12 is performed after the air pump 50 is stopped, the replacement range by the nitrogen gas is expanded to the range A on the inlet side of the fuel cell stack 12. Thereby, even if the fuel cell system 10 is stopped for a relatively long period of time, there is an advantage that deterioration of the fuel cell 20 can be prevented as much as possible.

さらにまた、燃料電池スタック12では、空気の供給を停止した後、発電が行われる際に、前記燃料電池スタック12から12V電源108に電力が供給されている。従って、12V電源108から燃料電池用補機、例えば、ラジエータファン88及びポンプ86に電圧供給が行われ、発電電力の消費(ディスチャージ)が確実に遂行される。   Furthermore, in the fuel cell stack 12, power is supplied from the fuel cell stack 12 to the 12V power source 108 when power generation is performed after the supply of air is stopped. Therefore, the voltage is supplied from the 12V power source 108 to the fuel cell auxiliary machines, for example, the radiator fan 88 and the pump 86, and the consumption (discharge) of the generated power is reliably performed.

このため、図7に示すように、燃料電池スタック12の電圧(スタック電圧)をより低電圧まで低下させることができ、前記燃料電池スタック12内の酸素濃度が一層低減される。これにより、燃料電池スタック12の停止中に、水素と酸素とが混在することによる固体高分子電解質膜22の劣化を抑制する一方、起動時に酸素不足により腐食電流を阻止して起動劣化を抑制することが可能になる。   For this reason, as shown in FIG. 7, the voltage (stack voltage) of the fuel cell stack 12 can be lowered to a lower voltage, and the oxygen concentration in the fuel cell stack 12 is further reduced. Thereby, while the fuel cell stack 12 is stopped, the deterioration of the solid polymer electrolyte membrane 22 due to the mixture of hydrogen and oxygen is suppressed, while the corrosion current is blocked due to the lack of oxygen at the time of start-up, thereby suppressing the start-up deterioration. It becomes possible.

また、燃料電池スタック12は、ディスチャージ処理時に、冷却媒体供給装置15の駆動作用下に冷却されている。従って、図8に示すように、一般的に温度が高い程、劣化し易い燃料電池20は、高温に曝されることがなく、前記燃料電池の停止中の劣化や起動時の劣化が良好に抑制される。   Further, the fuel cell stack 12 is cooled under the driving action of the cooling medium supply device 15 during the discharge process. Therefore, as shown in FIG. 8, generally, the higher the temperature, the more easily deteriorated fuel cell 20 is not exposed to a high temperature, and the deterioration during stoppage or start-up of the fuel cell is better. It is suppressed.

燃料電池スタック12の停止中に温度低下が惹起すると、系外から空気を吸い込んで前記燃料電池スタック12内の酸化剤ガスの濃度が上昇する。このため、燃料電池スタック12を冷却しながら、停止処理を行うことにより、前記燃料電池スタック12の停止中の温度低下が殆どなく、空気の吸い込み量が削減されて酸素濃度の上昇速度が減少する。これにより、簡単且つコンパクトな構成で、燃料電池スタック12の劣化を可及的に抑制することが可能になるという効果が得られる。   If a temperature drop occurs while the fuel cell stack 12 is stopped, air is sucked from outside the system, and the concentration of the oxidant gas in the fuel cell stack 12 increases. For this reason, by performing the stop process while cooling the fuel cell stack 12, there is almost no temperature decrease while the fuel cell stack 12 is stopped, the amount of air sucked is reduced, and the rate of increase in oxygen concentration is reduced. . Thereby, it is possible to obtain an effect that it is possible to suppress deterioration of the fuel cell stack 12 as much as possible with a simple and compact configuration.

さらにまた、酸素ガスは、低酸素ストイキが1前後に設定されている。従って、発電時に、酸素を略完全に消費して窒素ガス濃度を有効に高めることができるとともに、酸素供給不足によるアノード側からカソード側への水素の透過を抑制することが可能になる。   Furthermore, the oxygen gas has a low oxygen stoichiometric value of around 1. Accordingly, during power generation, oxygen can be consumed almost completely to effectively increase the nitrogen gas concentration, and hydrogen permeation from the anode side to the cathode side due to insufficient oxygen supply can be suppressed.

10…燃料電池システム 12…燃料電池スタック
14…酸化剤ガス供給装置 16…燃料ガス供給装置
17…バッテリ 18…コントローラ
20…燃料電池 22…固体高分子電解質膜
24…カソード電極 26…アノード電極
28…電解質膜・電極構造体 30、32…セパレータ
34…酸化剤ガス流路 36…燃料ガス流路
37…冷却媒体流路 38a…酸化剤ガス入口連通孔
38b…酸化剤ガス出口連通孔 40a…燃料ガス入口連通孔
40b…燃料ガス出口連通孔 41a…冷却媒体入口連通孔
41b…冷却媒体出口連通孔 50…エアポンプ
52…空気供給流路 54…加湿器
56…空気排出流路 58…背圧制御弁
60…希釈ボックス 61a、61b…開閉弁
62…水素タンク 64…水素供給流路
65…遮断弁 66…エゼクタ
68…水素循環路 70…オフガス流路
72…パージ弁 74…排出流路
76…貯蔵バッファ 78…排気流路
80…冷却媒体循環路 80a…バイパス路
82…ラジエータ 84…サーモスタッド
86…ポンプ 88…ラジエータファン
96…FCコンタクタ 100…DC/DCコンバータ
102…バッテリコンタクタ 106…ダウンバータ
108…12V電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system 12 ... Fuel cell stack 14 ... Oxidant gas supply device 16 ... Fuel gas supply device 17 ... Battery 18 ... Controller 20 ... Fuel cell 22 ... Solid polymer electrolyte membrane 24 ... Cathode electrode 26 ... Anode electrode 28 ... Electrolyte membrane / electrode structure 30, 32 ... Separator 34 ... Oxidant gas flow path 36 ... Fuel gas flow path 37 ... Cooling medium flow path 38a ... Oxidant gas inlet communication hole 38b ... Oxidant gas outlet communication hole 40a ... Fuel gas Inlet communication hole 40b ... Fuel gas outlet communication hole 41a ... Cooling medium inlet communication hole 41b ... Cooling medium outlet communication hole 50 ... Air pump 52 ... Air supply flow channel 54 ... Humidifier 56 ... Air discharge flow channel 58 ... Back pressure control valve 60 Dilution boxes 61a and 61b Open / close valve 62 Hydrogen tank 64 Hydrogen supply flow path 65 Shut-off valve 66 Ejector 68 Hydrogen circulation path DESCRIPTION OF SYMBOLS 70 ... Off gas flow path 72 ... Purge valve 74 ... Discharge flow path 76 ... Storage buffer 78 ... Exhaust flow path 80 ... Cooling medium circulation path 80a ... Bypass path 82 ... Radiator 84 ... Thermo stud 86 ... Pump 88 ... Radiator fan 96 ... FC contactor DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... DC / DC converter 102 ... Battery contactor 106 ... Downverter 108 ... 12V power supply

Claims (4)

カソード側に供給される酸化剤ガス及びアノード側に供給される燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池に冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置と、
前記燃料電池に接続自在な蓄電装置と、
を備える燃料電池システムの運転停止方法であって、
前記燃料電池に前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスを供給しながら、前記燃料電池を発電させる第1の工程と、
前記燃料電池の停止指令を検出した際、前記燃料ガスの供給を停止する一方、前記酸化剤ガスを、通常発電時の酸素ストイキよりも低い低酸素ストイキで前記燃料電池に供給しながら、前記低酸素ストイキの前記酸化剤ガスと前記燃料電池内に残存する前記燃料ガスとにより該燃料電池を発電させるとともに、該燃料電池から得られる発電電力を前記蓄電装置に供給する第2の工程と、
前記燃料電池に対し前記低酸素ストイキの前記酸化剤ガスの供給を停止した後、前記燃料電池内の残留ガスのみで該燃料電池を発電させるとともに、前記燃料電池から得られる発電電力を前記冷却媒体供給装置に供給する第3の工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの運転停止方法。
A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction of an oxidant gas supplied to the cathode side and a fuel gas supplied to the anode side;
An oxidant gas supply device for supplying the oxidant gas to the fuel cell;
A fuel gas supply device for supplying the fuel gas to the fuel cell;
A cooling medium supply device for supplying a cooling medium to the fuel cell;
A power storage device connectable to the fuel cell;
A method for stopping operation of a fuel cell system comprising:
A first step of generating electricity in the fuel cell while supplying the oxidant gas and the fuel gas to the fuel cell;
Upon detecting a stop command of the fuel cell, while stopping supply of the fuel gas, the oxidant gas, while supplying to the fuel cell at a low hypoxic stoichiometric than the oxygen stoichiometry of the normal power generation, the low A second step of generating the fuel cell with the oxidant gas of oxygen stoichiometry and the fuel gas remaining in the fuel cell , and supplying generated electric power obtained from the fuel cell to the power storage device;
After the supply of the oxidant gas of the low oxygen stoichiometry to the fuel cell is stopped, the fuel cell is caused to generate power only with the residual gas in the fuel cell, and the generated power obtained from the fuel cell is supplied to the cooling medium. A third step of supplying to the supply device;
A method for stopping the operation of the fuel cell system.
請求項1記載の運転停止方法において、前記燃料電池から得られる発電電力を、ダウンバータを介して降圧した後、前記冷却媒体供給装置に供給することを特徴とする燃料電池システムの運転停止方法。   2. The operation stopping method according to claim 1, wherein generated power obtained from the fuel cell is stepped down through a downverter and then supplied to the cooling medium supply device. 請求項1又は2記載の運転停止方法において、前記冷却媒体供給装置は、前記冷却媒体を冷却させるラジエータに配置されるラジエータファン及び前記冷却媒体を前記燃料電池に循環させるポンプを備え、
前記第3の工程では、前記ラジエータファン及び前記ポンプに前記発電電力を供給することを特徴とする燃料電池システムの運転停止方法。
3. The operation stop method according to claim 1, wherein the cooling medium supply device includes a radiator fan disposed in a radiator that cools the cooling medium, and a pump that circulates the cooling medium to the fuel cell,
In the third step, the generated electric power is supplied to the radiator fan and the pump.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の運転停止方法において、前記低酸素ストイキの前記酸化剤ガスは、前記低酸素ストイキが1前後に設定されることを特徴とする燃料電池システムの運転停止方法。   4. The operation of a fuel cell system according to claim 1, wherein the oxidant gas of the low oxygen stoichiometry is set to about 1 in the low oxygen stoichiometry. 5. How to stop.
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