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JP2007115441A - FUEL CELL DIAGNOSIS METHOD AND FUEL CELL SYSTEM USING THE DIAGNOSIS METHOD - Google Patents

FUEL CELL DIAGNOSIS METHOD AND FUEL CELL SYSTEM USING THE DIAGNOSIS METHOD Download PDF

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JP2007115441A
JP2007115441A JP2005303513A JP2005303513A JP2007115441A JP 2007115441 A JP2007115441 A JP 2007115441A JP 2005303513 A JP2005303513 A JP 2005303513A JP 2005303513 A JP2005303513 A JP 2005303513A JP 2007115441 A JP2007115441 A JP 2007115441A
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JP2005303513A
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Tomoaki Nakajima
知明 中島
Shigetaka Hamada
成孝 濱田
Tetsuo Izumi
哲男 泉
Toshito Hiramatsu
俊人 平松
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To lengthen a service life of a fuel cell by obtaining the advancing degree of carbon corrosion or the like after stop of power generation of a fuel cell. <P>SOLUTION: The diagnosis of the advancing degree of the deterioration of the fuel cell after the stop of power generation is conducted on the basis of a parameter relating to the advancing degree of deterioration of the fuel cell. As the parameter, the concentration of CO<SB>2</SB>in the outlet of a cathode can be used. Based on the diagnostic result, anode pressure is set higher than that during stop, or the temperature of cooling water of the fuel cell is set lower than that during stop. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池の診断方法および当該診断方法を利用した燃料電池システムに関する。さらに詳述すると、本発明は、燃料電池の電極等の劣化を抑制するための技術の改良に関する。   The present invention relates to a fuel cell diagnosis method and a fuel cell system using the diagnosis method. More specifically, the present invention relates to an improvement in technology for suppressing deterioration of electrodes and the like of fuel cells.

燃料電池の発電停止後においては、当該燃料電池の内部に残留している反応ガス(例えば水素ガス)の影響によってカソード電極あるいは当該電極上に設けられている触媒などが劣化するおそれがある。このように電極等が劣化するとひいては発電効率の低下にもつながるため好ましくない。   After the power generation of the fuel cell is stopped, the cathode electrode or the catalyst provided on the electrode may be deteriorated by the influence of the reaction gas (for example, hydrogen gas) remaining inside the fuel cell. Such deterioration of the electrodes and the like is undesirable because it leads to a decrease in power generation efficiency.

そこで、従来、電極劣化や発電効率の低下が生じるのを抑制すべく、発電停止後においても燃料電池の内部にて水素消費を続け、残留ガス量を減少させるという発電停止後の処理(停止処理)が実行されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−85477号公報
Therefore, conventionally, in order to prevent electrode degradation and power generation efficiency from being reduced, hydrogen consumption is continued inside the fuel cell even after power generation is stopped, and the process after power generation stop (stop processing) is performed to reduce the amount of residual gas. ) Is executed (see, for example, Patent Document 1).
JP 2005-85477 A

しかしながら、従来における停止処理は以下の観点で十分だとはいえなかった。   However, the conventional stop processing is not sufficient from the following viewpoints.

すなわち、停止後のカーボンの腐食についての進行度合を把握したい要望があるにもかかわらず従来はそのための手立てがなかったというものである。つまり、発電停止後(一例としてアノードガスの供給停止後)、水素消費させることによってカソード電極が劣化するのを抑制してはいるものの、カーボン腐食等の進行度合を十分に把握するには至っていない。   That is, although there is a desire to grasp the degree of progress of carbon corrosion after stopping, there has been no means for that purpose in the past. In other words, after power generation is stopped (for example, after the anode gas supply is stopped), the cathode electrode is prevented from deteriorating by consuming hydrogen, but the degree of progress of carbon corrosion or the like has not been fully understood. .

そこで、本発明は、燃料電池の発電停止後におけるカーボン腐食等の進行度合を把握し、もって燃料電池の寿命を向上させることを可能とした燃料電池の診断方法および当該診断方法を利用した燃料電池システムを提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a method for diagnosing a fuel cell that makes it possible to grasp the degree of progress of carbon corrosion after the power generation of the fuel cell is stopped, thereby improving the life of the fuel cell, and a fuel cell using the diagnostic method. The purpose is to provide a system.

かかる課題を解決するため、本発明者は種々の検討を行った。まず、発電停止後の腐食等の進行度合を直接あるいは間接的に診断して把握することができればその結果を発電停止後の処理(停止処理)に活かし、これによって電極の寿命長期化(延命)を図ることが可能になる。加えて、実際に使用される燃料電池について検討すると、仕様や製造状況別の固体差が存在するのみならず、製造後の使用状況等にも当然に個体差が存在するのであるから、画一的な停止処理を実行するのではなく、個々の燃料電池の現状や個体差を考慮した個別具体的な停止処理を実行することが寿命向上という観点からも望ましいとの知見を得るに至った。   In order to solve this problem, the present inventor has made various studies. First, if the degree of progress of corrosion after power generation stoppage can be diagnosed and understood directly, the results can be used for processing after power generation stoppage (stopping processing), thereby extending the life of the electrode (prolonging life). Can be achieved. In addition, when examining the fuel cells that are actually used, not only there are individual differences by specification and manufacturing status, but naturally there are also individual differences in the usage status after manufacturing. It has been found that it is desirable to execute individual specific stop processing in consideration of the current state of individual fuel cells and individual differences, from the viewpoint of improving the service life, instead of executing specific stop processing.

また、例えば燃料電池の排ガスをパラメータとして(具体的には例えばCO2濃度をパラメータとして)劣化状況を診断し、診断結果に基づき必要に応じて劣化抑制のための処理を実行することとすれば、燃料電池の寿命長期化(延命)を図ることが可能になるとの知見を得るに至った。これによれば、従来のように単に停止処理するばかりでなく、その時々の劣化状況を個別具体的に反映させつつ寿命の向上を図ることが可能になる。 Further, for example, if the exhaust state of the fuel cell is used as a parameter (specifically, for example, CO 2 concentration is used as a parameter), the deterioration state is diagnosed, and processing for suppressing deterioration is executed as necessary based on the diagnosis result. As a result, the inventors have come to know that it is possible to extend the life of the fuel cell. According to this, it is possible not only to stop processing as in the prior art, but also to improve the life while reflecting the state of deterioration at that time individually and specifically.

本発明はかかる知見に基づくもので、請求項1に記載の発明は、発電停止後に進行する燃料電池の劣化の進行度合を診断する燃料電池の診断方法であって、当該燃料電池の劣化進行度合と関係するパラメータに基づいて診断することを特徴とするものである。この場合のパラメータは、例えばカソード電極の出口におけるCO2の濃度とすることができる。 The present invention is based on such knowledge, and the invention according to claim 1 is a fuel cell diagnosis method for diagnosing the degree of progress of deterioration of a fuel cell that proceeds after power generation is stopped, and the degree of progress of deterioration of the fuel cell. It is characterized by making a diagnosis based on parameters related to. The parameter in this case can be, for example, the concentration of CO 2 at the outlet of the cathode electrode.

上述の知見に基づき、本発明者は、当該燃料電池の状況を例えば排ガス中におけるCO2の量をパラメータとして知得するという着想に至った。すなわち、燃料電池の発電停止(運転停止)の後、一例としてCO2濃度が高くなることを知得したことにより、このCO2をパラメータとして劣化進行度合を診断するという着想を得るに至った。こうした場合、発電停止処理の度に燃料電池の劣化状況を診断して把握すること、換言すれば個々の燃料電池における劣化状況を学習しての最適制御を実施することが可能となるから、個々の燃料電池における個体差を吸収したうえで劣化の進行抑制を図ることが可能となる。しかも、劣化状況を検出し把握してから当該検出結果に応じて基準値を設定し、寿命長期化(なしいは延命)のための処理を実行しうることとなるため、寿命向上の観点から極めて好適である。なお、本明細書でいう「発電停止」は発電が停止した状態(あるいはその後)を意味するものであり、例えば、発電のためのガス供給の停止を含む概念である。 Based on the above knowledge, the present inventor has come up with the idea of knowing the state of the fuel cell as a parameter, for example, the amount of CO 2 in the exhaust gas. That is, after knowing that the CO 2 concentration becomes high as an example after the power generation stop (operation stop) of the fuel cell, the idea of diagnosing the degree of progress of deterioration using this CO 2 as a parameter has been obtained. In such a case, it is possible to diagnose and grasp the deterioration state of the fuel cell every time the power generation stop process, in other words, to learn the deterioration state of each fuel cell and to carry out optimal control. It is possible to suppress the progress of deterioration after absorbing individual differences in the fuel cell. Moreover, since the deterioration value can be detected and grasped, a reference value can be set according to the detection result, and processing for extending the life (or extending the life) can be performed. Very suitable. Note that “power generation stop” in this specification means a state where power generation is stopped (or after that), and is a concept including, for example, stop of gas supply for power generation.

この診断方法においては、請求項3に記載のように、前記CO2の累積値に基づいて診断することが好ましい。累積値に基づけば、当該燃料電池の瞬時的な状況ではなく累積的な状況を考慮して発電停止後の処理を実行することが可能となる。 In this diagnosis method, as described in claim 3, it is preferable to make a diagnosis based on the cumulative value of CO 2 . Based on the accumulated value, it becomes possible to execute the processing after the power generation is stopped in consideration of the accumulated situation, not the instantaneous situation of the fuel cell.

さらに、請求項4に記載の発明である燃料電池システムは、請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池の診断方法による診断結果に基づいて当該燃料電池の劣化を抑制するための処理を実行するというものである。   Furthermore, the fuel cell system according to the invention described in claim 4 performs processing for suppressing deterioration of the fuel cell based on a diagnosis result by the fuel cell diagnosis method according to any one of claims 1 to 3. It is to execute.

この場合、請求項5に記載のように、次回以降の発電停止後における背圧を再設定することができる。例えば、水素消費時のカソード圧力低下原因となる水素消費圧力を制御することで更なる劣化抑制の実現が可能となる。さらに、この場合においては、請求項6に記載のように、燃料電池におけるアノード圧力をそれまでの停止処理時よりも高い値に再設定することが好ましい。燃料電池における個別具体的な状況に応じてアノード圧力を高い値に再設定することにより、燃料電池内におけるアノード側へのエアの逆流を防いで酸化を抑制し、電極の劣化と発電効率の低下を抑えることが可能となる。   In this case, as described in claim 5, the back pressure after the next power generation stop can be reset. For example, it is possible to further suppress deterioration by controlling the hydrogen consumption pressure that causes the cathode pressure to decrease during hydrogen consumption. Furthermore, in this case, as described in claim 6, it is preferable to reset the anode pressure in the fuel cell to a value higher than that in the previous stop process. By resetting the anode pressure to a higher value according to the specific situation in the fuel cell, the backflow of air to the anode side in the fuel cell is prevented to suppress oxidation, and the electrode deteriorates and the power generation efficiency decreases. Can be suppressed.

また、燃料電池の劣化抑制のための処理を実行するにあたっては、請求項7に記載のように、次回以降の発電停止後における燃料電池の冷却水の温度を再設定することもできる。この場合、請求項8のように、燃料電池の冷却水の水温をそれまでの停止処理時よりも低い値に再設定することが好ましい。例えば冷却水温度を下げた場合、CO2の発生量を抑えることが可能となる結果、燃料電池の寿命長期化を実現することが可能となる。 Further, when executing the process for suppressing deterioration of the fuel cell, as described in claim 7, the temperature of the cooling water for the fuel cell after the next power generation stop can be reset. In this case, it is preferable to reset the coolant temperature of the fuel cell to a value lower than that in the previous stop process. For example, when the cooling water temperature is lowered, the amount of CO 2 generated can be suppressed, and as a result, the life of the fuel cell can be extended.

請求項9に記載の発明は、請求項4から8のいずれかに記載の燃料電池システムにおける前記処理を、当該燃料電池の発電停止後に掃気処理が行われた後に実行するというものである。   According to a ninth aspect of the present invention, the processing in the fuel cell system according to any one of the fourth to eighth aspects is performed after the scavenging process is performed after the power generation of the fuel cell is stopped.

上述のごとき燃料電池の診断方法、および当該診断方法を利用した燃料電池システムによれば、燃料電池の発電停止後におけるカーボン腐食等の進行度合を把握し、もって燃料電池の寿命を向上させることが可能となる。   According to the fuel cell diagnosis method and the fuel cell system using the diagnosis method as described above, it is possible to grasp the degree of progress of carbon corrosion and the like after the fuel cell power generation is stopped, thereby improving the life of the fuel cell. It becomes possible.

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on an example of an embodiment shown in the drawings.

図1〜図5に本発明にかかる燃料電池システムの一実施形態を示す。本実施形態における燃料電池システムは、当該燃料電池の劣化進行度合と関係するパラメータに基づいて診断を行い、当該診断の結果に基づいて劣化抑制のための処理を実行するというものである。以下においては、本実施形態における燃料電池システム10の概要からまず説明する。なお、以下においては燃料電池を「FC」と表現する場合もある。   1 to 5 show an embodiment of a fuel cell system according to the present invention. The fuel cell system according to the present embodiment performs diagnosis based on parameters related to the degree of progress of deterioration of the fuel cell, and executes processing for suppressing deterioration based on the result of the diagnosis. In the following, the outline of the fuel cell system 10 in the present embodiment will be described first. In the following, the fuel cell may be expressed as “FC”.

図1に本実施形態にかかる燃料電池システム10の概略構成を示す。本実施形態に示す燃料電池システム10は、例えば燃料電池車両(FCHV;Fuel Cell Hybrid Vehicle)の車載発電システムとして利用可能なものであるが、これに限られることはなく、各種移動体(例えば船舶や飛行機など)やロボットなどといった自走可能なものに搭載される発電システム等としても用いることができるのは当然である。燃料電池セルスタック(以下、「燃料電池スタック」あるいは単に「燃料電池」ともいう)20は、複数の単セルを直列に積層して成るスタック構造を有するものであり、例えば、固体高分子電解質型燃料電池等から構成されている。   FIG. 1 shows a schematic configuration of a fuel cell system 10 according to the present embodiment. The fuel cell system 10 shown in the present embodiment can be used as, for example, an on-vehicle power generation system of a fuel cell vehicle (FCHV; Fuel Cell Hybrid Vehicle), but is not limited to this, and various mobile objects (for example, ships) Naturally, it can also be used as a power generation system mounted on a self-propelled device such as a robot or a robot. A fuel cell stack (hereinafter also referred to as “fuel cell stack” or simply “fuel cell”) 20 has a stack structure in which a plurality of single cells are stacked in series. For example, a solid polymer electrolyte type It consists of a fuel cell and the like.

また、本実施形態における燃料電池システム10は、燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池(以下、燃料電池スタックといい図中では符号20で表す)と、該燃料電池スタック20に燃料ガスを給排する燃料ガス系3と、該燃料ガス系3に設けられている調圧弁と、燃料ガス系3に形成される閉空間における圧力を検出する圧力センサと、燃料ガス系3に形成される閉空間でのガス漏れを判定するガス漏れ判定部とを備えたシステムとして構成されている(図1参照)。   In addition, the fuel cell system 10 according to the present embodiment includes a fuel cell (hereinafter referred to as a fuel cell stack, which is indicated by reference numeral 20 in the drawing) that generates power upon receiving the supply of fuel gas, and fuel gas is supplied to the fuel cell stack 20. A fuel gas system 3 to be supplied and discharged, a pressure regulating valve provided in the fuel gas system 3, a pressure sensor for detecting pressure in a closed space formed in the fuel gas system 3, and a fuel gas system 3 are formed. The system includes a gas leakage determination unit that determines gas leakage in a closed space (see FIG. 1).

さらに、燃料電池システム10は、燃料電池スタック20に接続された燃料ガス循環供給系(本明細書ではこれを「燃料ガス系」という)3と酸化ガス供給系4とを備えている。これらのうち、燃料ガス系3は燃料電池スタック20に対して燃料ガスを給排するものであり、例えば本実施形態の場合には、燃料ガス供給源30、燃料ガス供給路31、燃料ガス循環路32、及びアノードオフガス流路33を含んだ構成となっている(図1参照)。   Further, the fuel cell system 10 includes a fuel gas circulation supply system (this is referred to as “fuel gas system” in this specification) 3 and an oxidizing gas supply system 4 connected to the fuel cell stack 20. Among these, the fuel gas system 3 supplies and discharges fuel gas to and from the fuel cell stack 20. For example, in this embodiment, the fuel gas supply source 30, the fuel gas supply path 31, and the fuel gas circulation The structure includes the passage 32 and the anode off-gas passage 33 (see FIG. 1).

燃料ガス供給源30は、例えば、高圧水素タンクまたは水素貯蔵タンク等の水素貯蔵源によって構成されている。燃料ガス供給路31は燃料ガス供給源30から放出される燃料ガスを燃料電池スタック20のアノード(燃料極)に導くためのガス流路であり、そのガス流路には上流から下流にかけてタンクバルブH201、高圧レギュレータH9、低圧レギュレータH10、水素供給バルブH200、およびFC入口バルブH21が各々配設されている。高圧に圧縮された燃料ガスは高圧レギュレータH9にて中圧に減圧され、さらに低圧レギュレータH10にて低圧(通常運転圧力)に減圧されるようになっている。   The fuel gas supply source 30 is configured by a hydrogen storage source such as a high-pressure hydrogen tank or a hydrogen storage tank, for example. The fuel gas supply path 31 is a gas flow path for guiding the fuel gas discharged from the fuel gas supply source 30 to the anode (fuel electrode) of the fuel cell stack 20, and the tank valve extends from upstream to downstream in the gas flow path. H201, high pressure regulator H9, low pressure regulator H10, hydrogen supply valve H200, and FC inlet valve H21 are provided. The fuel gas compressed to a high pressure is reduced to a medium pressure by a high pressure regulator H9 and further reduced to a low pressure (normal operating pressure) by a low pressure regulator H10.

燃料ガス循環路32は未反応燃料ガスを燃料電池スタック20に還流させるための帰還ガス流路であり、そのガス流路には上流から下流にかけてFC出口バルブH22、水素ポンプ63、および逆止弁H52が各々配設されている。燃料電池スタック20から排出された低圧の未反応燃料ガスは水素ポンプ63によって適度に加圧され、燃料ガス供給路31に導かれる。逆止弁H52は燃料ガス供給路31から燃料ガス循環路32への燃料ガスの逆流を抑制する。また、この燃料ガス循環路32の途中で分岐するアノードオフガス流路33は燃料電池スタック20から排出された水素オフガスをシステム外に排気するためのガス流路であり、そのガス流路にはパージバルブH51が配設されている。   The fuel gas circulation path 32 is a return gas flow path for returning unreacted fuel gas to the fuel cell stack 20, and the gas flow path includes an FC outlet valve H22, a hydrogen pump 63, and a check valve from upstream to downstream. Each H52 is disposed. The low-pressure unreacted fuel gas discharged from the fuel cell stack 20 is appropriately pressurized by the hydrogen pump 63 and guided to the fuel gas supply path 31. The check valve H52 suppresses the backflow of the fuel gas from the fuel gas supply path 31 to the fuel gas circulation path 32. The anode off-gas flow path 33 branched in the middle of the fuel gas circulation path 32 is a gas flow path for exhausting the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell stack 20 to the outside of the system, and the gas flow path includes a purge valve. H51 is provided.

なお、上述したタンクバルブH201、水素供給バルブH200、FC入口バルブH21、FC出口バルブH22、およびパージバルブH51は各ガス流路31〜33または燃料電池スタック20へ燃料ガスを供給し、あるいは遮断するためのシャットバルブであり、例えば電磁弁によって構成されている。このような電磁弁としては、例えばオンオフ弁、あるいはPWM制御で弁開度をリニアに調整できるリニア弁等が好適である。   The tank valve H201, the hydrogen supply valve H200, the FC inlet valve H21, the FC outlet valve H22, and the purge valve H51 described above are used to supply or shut off the fuel gas to the gas flow paths 31 to 33 or the fuel cell stack 20. For example, an electromagnetic valve is used. As such an electromagnetic valve, for example, an on / off valve or a linear valve capable of linearly adjusting the valve opening degree by PWM control is suitable.

燃料電池スタック20の酸化ガス供給系4は、エアコンプレッサ(酸化ガス供給源)40、酸化ガス供給路41、およびカソードオフガス流路42を含んだ構成となっている(図1参照)。なお、エアコンプレッサ40はエアフィルタ61を介して外気から取り込んだ空気を圧縮し、その圧縮エアを酸化ガスとして燃料電池スタック20のカソード(酸素極)に供給する。燃料電池スタック20の電池反応に供された後の酸素オフガスはカソードオフガス流路42を流れてシステム外に排気される。この酸素オフガスは燃料電池スタック20での電池反応により生成された水分を含むため高湿潤状態になっている。加湿モジュール62は酸化ガス供給路41を流れる低湿潤状態の酸化ガスと、カソードオフガス流路42を流れる高湿潤状態の酸素オフガスとの間で水分交換を行い、燃料電池スタック20に供給される酸化ガスを適度に加湿する。燃料電池スタック20に供給される酸化ガスの背圧は、カソードオフガス流路42のカソード出口付近に配設された圧力調整弁A4によって調圧される。また、カソードオフガス流路42はその下流において希釈器64に連通している。さらにこの希釈器64にはアノードオフガス流路33がその下流において連通しており、水素オフガスを酸素オフガスによって混合希釈した後にシステム外に排気するように構成されている。   The oxidizing gas supply system 4 of the fuel cell stack 20 includes an air compressor (oxidizing gas supply source) 40, an oxidizing gas supply channel 41, and a cathode off-gas channel 42 (see FIG. 1). The air compressor 40 compresses air taken from outside air through the air filter 61 and supplies the compressed air as an oxidizing gas to the cathode (oxygen electrode) of the fuel cell stack 20. The oxygen off-gas after being subjected to the cell reaction of the fuel cell stack 20 flows through the cathode off-gas flow path 42 and is exhausted outside the system. Since this oxygen off gas contains moisture generated by the cell reaction in the fuel cell stack 20, it is in a highly moist state. The humidification module 62 exchanges moisture between the low wet state oxidizing gas flowing through the oxidizing gas supply path 41 and the high wet state oxygen off gas flowing through the cathode off gas flow path 42, and is supplied to the fuel cell stack 20. Humidify the gas moderately. The back pressure of the oxidizing gas supplied to the fuel cell stack 20 is regulated by a pressure regulating valve A4 disposed near the cathode outlet of the cathode offgas passage 42. Further, the cathode offgas passage 42 communicates with the diluter 64 downstream thereof. Further, the anode off-gas passage 33 communicates with the diluter 64 downstream thereof, and is configured to exhaust the hydrogen off-gas outside the system after being mixed and diluted with the oxygen off-gas.

燃料電池スタック20で発電された直流電力の一部はDC/DCコンバータ53によって降圧され、バッテリー(二次電池)54に充電される。トラクションインバータ51および補機インバータ52は燃料電池スタック20とバッテリー54の双方または何れか一方から供給される直流電力を交流電力に変換してトラクションモータM3と補機モータM4のそれぞれに交流電力を供給する。ちなみに、補機モータM4は後述の水素循環ポンプ63を駆動するモータM2やエアコンプレッサ40を駆動するモータM1等を総称して表現しているものであり、したがってモータM1として機能する場合もあればモータM2として機能する場合もあるということになる。   A part of the DC power generated by the fuel cell stack 20 is stepped down by the DC / DC converter 53 and charged to the battery (secondary battery) 54. The traction inverter 51 and the auxiliary inverter 52 convert the DC power supplied from the fuel cell stack 20 and / or the battery 54 into AC power and supply the AC power to the traction motor M3 and the auxiliary motor M4, respectively. To do. Incidentally, the auxiliary motor M4 is a generic expression of a motor M2 for driving a hydrogen circulation pump 63, which will be described later, a motor M1 for driving the air compressor 40, and the like, and therefore may function as the motor M1. This means that it may function as the motor M2.

制御部50はアクセルセンサ55が検出したアクセル開度、車速センサ56が検出した車速等に基づいてシステム要求電力(車両走行電力と補機電力との総和)を求め、燃料電池スタック20が目標電力に一致するようにシステムを制御する。具体的には、制御部50はエアコンプレッサ40を駆動するモータM1の回転数を調整して酸化ガス供給量を調整するとともに、水素ポンプ63を駆動するモータM2の回転数を調整して燃料ガス供給量を調整する。また、制御部50はDC/DCコンバータ53を制御して燃料電池スタック20の運転ポイント(出力電圧、出力電流)を調整し、燃料電池スタック20の出力電力が目標電力に一致するように調整する。   The control unit 50 obtains the system required power (the sum of the vehicle travel power and the auxiliary power) based on the accelerator opening detected by the accelerator sensor 55, the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 56, etc., and the fuel cell stack 20 Control the system to match Specifically, the control unit 50 adjusts the rotation speed of the motor M1 that drives the air compressor 40 to adjust the supply amount of the oxidizing gas, and adjusts the rotation speed of the motor M2 that drives the hydrogen pump 63 to adjust the fuel gas. Adjust the supply amount. Further, the control unit 50 controls the DC / DC converter 53 to adjust the operation point (output voltage, output current) of the fuel cell stack 20 and adjust the output power of the fuel cell stack 20 to match the target power. .

高圧部(タンクバルブH201〜水素供給バルブH200の区間)、低圧部(水素供給バルブH200〜FC入口バルブH21)、FC部(スタック入り口バルブH21〜FC出口バルブH22)、循環部(FC出口バルブH22〜逆止弁H52)の各部には、燃料ガスの圧力を検出する圧力センサP6,P7,P9,P61,P5,P10,P11と燃料ガスの温度を検出する温度センサT6,T7,T9,T61,T5,T10が配設されている。各圧力センサの役割について説明を加えると以下のとおりである。すなわち、圧力センサP6は燃料ガス供給源30の燃料ガス供給圧を検出する。圧力センサP7は高圧レギュレータH9の二次圧を検出する。圧力センサP9は低圧レギュレータH10の二次圧を検出する。圧力センサP61は燃料ガス供給路31の低圧部の圧力を検出する。圧力センサP10は水素循環ポンプ63の入力ポート側(上流側)の圧力を検出する。圧力センサP11は水素循環ポンプ63の出力ポート側(下流側)の圧力を検出する。   High pressure section (tank valve H201 to hydrogen supply valve H200), low pressure section (hydrogen supply valve H200 to FC inlet valve H21), FC section (stack inlet valve H21 to FC outlet valve H22), circulation section (FC outlet valve H22) To each of the check valves H52) are pressure sensors P6, P7, P9, P61, P5, P10, P11 for detecting the pressure of the fuel gas and temperature sensors T6, T7, T9, T61 for detecting the temperature of the fuel gas. , T5, T10 are arranged. The description of the role of each pressure sensor is as follows. That is, the pressure sensor P6 detects the fuel gas supply pressure of the fuel gas supply source 30. The pressure sensor P7 detects the secondary pressure of the high pressure regulator H9. The pressure sensor P9 detects the secondary pressure of the low pressure regulator H10. The pressure sensor P61 detects the pressure in the low pressure portion of the fuel gas supply path 31. The pressure sensor P10 detects the pressure on the input port side (upstream side) of the hydrogen circulation pump 63. The pressure sensor P11 detects the pressure on the output port side (downstream side) of the hydrogen circulation pump 63.

さらに、この燃料電池システム10にはアノード(燃料極)における圧力を検出するための燃料極圧力検出手段が設けられている。例えば本実施形態の場合には、燃料ガス系3に形成される閉空間における圧力を検出するためのセンサとして設けられている圧力計(以下「圧力センサ」という)P5がこの燃料極圧力検出手段として機能している。本実施形態のこの圧力センサP5は、上述したFC部(スタック入り口バルブH21〜FC出口バルブH22)における圧力を検出するため、例えばスタック入口、より具体的には燃料電池スタック20とFC入口バルブH21との間に配設されている(図1参照)。この圧力センサP5によれば、当該閉空間(本実施形態の場合、上述したFC部)における圧力の変化を検知して捕捉することができる。   Further, the fuel cell system 10 is provided with a fuel electrode pressure detecting means for detecting the pressure at the anode (fuel electrode). For example, in the case of the present embodiment, a pressure gauge (hereinafter referred to as “pressure sensor”) P5 provided as a sensor for detecting the pressure in the closed space formed in the fuel gas system 3 is the fuel electrode pressure detection means. Is functioning as The pressure sensor P5 of the present embodiment detects the pressure in the above-described FC section (stack inlet valve H21 to FC outlet valve H22), and thus, for example, the stack inlet, more specifically, the fuel cell stack 20 and the FC inlet valve H21. (See FIG. 1). According to the pressure sensor P5, it is possible to detect and capture a change in pressure in the closed space (in the case of the present embodiment, the above-described FC unit).

また、燃料電池スタック20にはECU(Electric Computer Unit)13が接続されている(図1参照)。本実施形態のECU13は、CO2センサ(図示省略)による測定結果に基づき、燃料電池スタック20のカソード(酸素極)出口におけるCO2濃度を検出することが可能となっている。 Further, an ECU (Electric Computer Unit) 13 is connected to the fuel cell stack 20 (see FIG. 1). The ECU 13 of the present embodiment can detect the CO 2 concentration at the cathode (oxygen electrode) outlet of the fuel cell stack 20 based on the measurement result by the CO 2 sensor (not shown).

さらに、燃料電池スタック20の冷却水(LLC)の出入口には、冷却水を循環させる冷却路73が設けられている。冷却路73には、燃料電池スタック20から排水される冷却水の温度を検出する温度センサT1、冷却水の熱を外部に放熱するラジエータ(熱交換器)C2、冷却水を加圧して循環させるポンプC1、および燃料電池スタック20に供給される冷却水の温度を検出する温度センサT2が設けられている。ラジエータC2には、モータによって回転駆動される冷却ファンC13が設けられている。   Further, a cooling path 73 for circulating the cooling water is provided at the inlet / outlet of the cooling water (LLC) of the fuel cell stack 20. In the cooling path 73, a temperature sensor T1 that detects the temperature of the cooling water drained from the fuel cell stack 20, a radiator (heat exchanger) C2 that radiates the heat of the cooling water to the outside, and the cooling water is pressurized and circulated. A temperature sensor T2 that detects the temperature of the cooling water supplied to the pump C1 and the fuel cell stack 20 is provided. The radiator C2 is provided with a cooling fan C13 that is rotationally driven by a motor.

続いて、本実施形態の燃料電池システム10における発電停止時の停止処理システムについて説明する(図2等参照)。   Next, a stop processing system when power generation is stopped in the fuel cell system 10 of the present embodiment will be described (see FIG. 2 and the like).

本実施形態においては、例えばガス供給停止による運転停止(以下、これらを含む表現として発電停止という)後に進行する燃料電池20の劣化の進行度合を診断するにあたり、当該燃料電池の劣化進行度合と関係するパラメータに基づいて診断することとしている。以下では、カソード電極(酸素極)の出口におけるCO2の濃度をパラメータとして劣化の進行度合を診断するようにした実施形態について説明する。この場合のCO2濃度は累積値であってもよい。また、以下に示す劣化抑制のための処理は、燃料電池20の発電停止後、掃気処理が行われた後に実行することも好ましい。 In the present embodiment, for example, in diagnosing the progress degree of deterioration of the fuel cell 20 that proceeds after the operation stop due to gas supply stop (hereinafter referred to as power generation stop as an expression including these), it is related to the deterioration progress degree of the fuel cell. Diagnosis based on the parameters to be performed. In the following, an embodiment in which the progress of deterioration is diagnosed using the CO 2 concentration at the outlet of the cathode electrode (oxygen electrode) as a parameter will be described. In this case, the CO 2 concentration may be a cumulative value. Moreover, it is also preferable to perform the process for suppressing deterioration shown below after the scavenging process is performed after the power generation of the fuel cell 20 is stopped.

本実施形態における処理手順を示すと以下のとおりである(図2参照)。まず、燃料電池20を停止させるとともに停止処理を開始する(ステップ1)。燃料電池20が例えば燃料電池車両(FCHV)の車載発電システムとして利用されている場合であれば、車両のイグニッションキーをオフにする動作がここでいう燃料電池20の停止に該当する。   The processing procedure in this embodiment is as follows (see FIG. 2). First, the fuel cell 20 is stopped and a stop process is started (step 1). For example, when the fuel cell 20 is used as an on-vehicle power generation system of a fuel cell vehicle (FCHV), the operation of turning off the ignition key of the vehicle corresponds to the stop of the fuel cell 20 here.

停止処理の開始後(ステップ1)、前回の停止処理時におけるアノード圧力の記憶値(本実施形態ではこのアノード圧力に関する記憶値をPAと表示する)を保つようにする(ステップ2)。この記憶値PAはECU13にて記憶されている圧力値のことで、現在進行中である今回の停止処理においてはこの記憶値PAを基準値として停止処理を行うことになる(図2参照)。例えば、前回の停止処理時に用いられた圧力値が更新されることなくそのまま記憶されていれば当該圧力値が今回も用いられることになる。 After the start of the stop process (step 1), (in the present embodiment the storage value for this anode pressure P A and display) the stored value of the anode pressure at the previous stop process to keep the (Step 2). The stored value P A is that the pressure values stored in ECU 13, in this stopping process is currently in progress will perform stop processing the stored value P A as a reference value (see FIG. 2 ). For example, if the pressure value used in the previous stop process is stored as it is without being updated, the pressure value is also used this time.

その後、所定時間が経過するまで待機する(ステップ3)。ここでの所定時間とは、カソード出口付近におけるCO2濃度がある程度または十分に安定した状態となるまでの時間のことである。すなわち、燃料電池20の運転を停止してから所定の時間を経過するまではCO2濃度が不安定であり値が変動しやすいことから、安定した状態となってから濃度測定を実施するのが好適である。例えば本実施形態においては、ひとつの目安として2時間経過してからCO2濃度の測定を実施することとしている(図2参照)。 Then, it waits until predetermined time passes (step 3). Here, the predetermined time is a time until the CO 2 concentration in the vicinity of the cathode outlet becomes stable to some extent or sufficiently. That is, since the CO 2 concentration is unstable and the value is likely to fluctuate until a predetermined time elapses after the operation of the fuel cell 20 is stopped, the concentration measurement is performed after a stable state is reached. Is preferred. For example, in this embodiment, the CO 2 concentration is measured after 2 hours have passed as one guide (see FIG. 2).

発電停止から所定時間(本実施形態では2時間)が経過した後(ステップ3)、カソード出口におけるCO2濃度を測定する(ステップ4)。本実施形態では、この結果得られた測定値をCBとする(図2参照)。 After a predetermined time (2 hours in the present embodiment) has elapsed since the stop of power generation (step 3), the CO 2 concentration at the cathode outlet is measured (step 4). In the present embodiment, the measured value obtained as a result is set as C B (see FIG. 2).

続いて、マップ(図3参照)を用い、測定して得られた濃度値CBからこの値に対応するアノード圧力PBを求める(ステップ5)。一般に、カソード出口でのCO2濃度とアノード圧力との間には相関関係があり、CO2濃度が増加するとアノード圧力も増加するという関係がある(なお、図3において両者の関係を直線によって一次的なものとして表しているが、これは概ね比例するという概略的な関係を示しているに過ぎず、現実の関係と一致しているとは限らない)。そこで、本実施形態においてはこの関係を利用し、当該関係を表すマップからアノード圧力PBを求めることとしている(図3参照)。 Subsequently, using a map (see FIG. 3), an anode pressure P B corresponding to this value is obtained from the concentration value C B obtained by measurement (step 5). In general, there is a correlation between the CO 2 concentration at the cathode outlet and the anode pressure, and there is a relationship that the anode pressure increases as the CO 2 concentration increases (in FIG. This is just a rough relationship that is roughly proportional, and does not necessarily match the actual relationship). Therefore, in this embodiment, this relationship is used, and the anode pressure P B is obtained from a map representing the relationship (see FIG. 3).

その後、上述の基準値である記憶された圧力値PAと、マップから求められた圧力値PBとの比較を行う(ステップ6)。この結果、圧力値PAの方が大きければ(ステップ6のNo)、今回の基準値である当該記憶されている圧力値PAを次回もそのまま利用することとする(ステップ7)。すなわち、今回の停止処理にて基準とした圧力値PAを更新することなくそのまま持ち越し、次回の停止処理の際にも基準圧力値として用いることとし、停止処理を終了する(ステップ9)。 Thereafter, the pressure value P A of the stored the reference value described above, the comparison between the pressure value P B determined from the map (step 6). As a result, if is larger pressure value P A (No in step 6), the pressure value P A, which is the storage is the current reference value and to utilize it the next time (step 7). In other words, carry-over it without updating the pressure values P A on the basis at this stop process, and be used as a reference pressure value even when the next stop process, and ends the stop processing (step 9).

一方で、比較の結果、圧力値PAよりも圧力値PBの方が大きければ(ステップ6のYes)、今回の停止処理の基準値であった圧力値PAを書き換え、圧力値PBを次回からの基準圧力値とする(ステップ8)。つまり、記憶値の更新(上書き)、換言すれば背圧の再設定を行い、燃料電池システム1の現状を反映したデータであるPBを次回の停止処理時の際に用いる基準値とする。記憶値を更新したら停止処理を終了する(ステップ9)。 On the other hand, as a result of the comparison, if the pressure value P B is larger than the pressure value P A (Yes in step 6), the pressure value P A that is the reference value for the current stop process is rewritten, and the pressure value P B Is the reference pressure value from the next time (step 8). In other words, the stored value is updated (overwritten), in other words, the back pressure is reset, and P B that is data reflecting the current state of the fuel cell system 1 is used as a reference value for the next stop process. When the stored value is updated, the stop process is terminated (step 9).

ステップ8にて基準値をPA→PBと書き換えることについて説明を加えると以下のとおりである。すなわち、カソード出口でのCO2濃度とアノード圧力との間に相関関係があるのは上述したとおりであり、本実施形態では、CO2濃度測定時(ステップ4)、前回時よりもCO2濃度が例えばCAからCBまで増加しているのであれば、この増加に従い、基準となる圧力値(停止処理時に基準となる値)を、CAに対応するPAから、CBに対応するPBまで増加させるために書き換える(ステップ8)。つまりは、CO2濃度をパラメータ(場合によってはトリガ)としてアノード圧力の基準値を所定量だけ増加させる。この一連の処理を経ることにより、燃料電池システム1は圧力基準値についていわば学習を行った状態となり、次回の発電停止処理時には当該学習後の圧力値を基準とした処理を実施することができる。別の表現をすれば、CO2濃度の増加分に対応した分だけ圧力基準値も増加させることにより、CO2濃度増加という状況を踏まえ、現状に最も即した基準値を設定することが可能となっている。しかも、本実施形態においては燃料電池システム1の停止処理の度に上述のような一連の処理を経ることから、燃料電池システム1における最新の状況を常に反映させることが可能である。 The rewriting of the reference value from P A → P B in step 8 will be described as follows. That is, there is a correlation between the CO 2 concentration and the anode pressure at the cathode outlet is as described above, in this embodiment, the CO 2 concentration at the measurement (step 4), the CO 2 concentration than the previous Is increased from C A to C B, for example, according to this increase, the reference pressure value (the reference value at the time of stop processing) corresponds to C B from P A corresponding to C A. Rewrite to increase to P B (step 8). That is, the reference value of the anode pressure is increased by a predetermined amount using the CO 2 concentration as a parameter (in some cases, a trigger). By going through this series of processing, the fuel cell system 1 is in a state of learning about the pressure reference value, and can perform processing based on the pressure value after learning in the next power generation stop processing. Expressed another way, by the CO 2 concentration amount corresponding pressure reference value corresponding to the increase of also increasing, Based on the situation that the CO 2 concentration increases, it is possible to set the reference value most conformity with the current situation It has become. Moreover, in the present embodiment, since the series of processes as described above are performed every time the fuel cell system 1 is stopped, the latest situation in the fuel cell system 1 can always be reflected.

上述のようないわば学習機能を備えた燃料電池システム1によれば、以下の効果を奏することが可能である。つまり、一般的に、同じ仕様の燃料電池システム1であっても製造時期や運転環境などに応じて個体差が生じることは避けえないため、アノード圧力の基準値を画一的に決めてしまうことは実情に沿わない場合が考えられるが、この点、本実施形態の燃料電池システム1においては個別の燃料電池システムごとに学習を行うことから、燃料電池20ごと、あるいは燃料電池システム1ごとの固体差を吸収し、個々に適したアノード圧力基準値を設定することが可能である。しかも、CO2濃度が増えなければ圧力基準値を増やす必要はないと判断し、当該圧力基準値を更新せずその後も使い続けることとができる。以上により、燃料電池20内におけるエアの逆流を防いで酸化を抑制し、電極の劣化と発電効率の低下を抑えることが可能となる。 According to the fuel cell system 1 having the so-called learning function as described above, the following effects can be obtained. That is, in general, even if the fuel cell system 1 has the same specifications, it is inevitable that individual differences will occur depending on the production time, operating environment, etc., and therefore the anode pressure reference value is determined uniformly. However, in this respect, in the fuel cell system 1 of the present embodiment, since learning is performed for each individual fuel cell system, each fuel cell 20 or each fuel cell system 1 It is possible to absorb the solid difference and set an appropriate anode pressure reference value. Moreover, if the CO 2 concentration does not increase, it is determined that there is no need to increase the pressure reference value, and the pressure reference value is not updated and can continue to be used thereafter. As described above, it is possible to prevent backflow of air in the fuel cell 20 to suppress oxidation, and to suppress deterioration of the electrode and reduction in power generation efficiency.

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述した実施形態ではカソード出口におけるCO2濃度とアノード圧力との関連性を利用した例を説明したが、これは好適な一例に過ぎず、他の関係ないしは関連性を利用して記憶圧力値を学習することも可能である。一例を示せば、CO2濃度の代わりに、燃料電池20の発電停止後におけるセル電圧をパラメータ(場合によってはトリガ)としてアノード圧力値を設定することも可能である。すなわち、燃料電池20におけるセル電圧は、発電停止後にいったん下がり、その後上昇に転じ、およそCO2濃度が安定化する時間帯に極大となる傾向を示すところ(図4参照)、この場合におけるセル電圧とアノード圧力値との間には、図3において示したマップに近似した関連性が認められる(図5参照)。そこで、ここでは特にチャートを示すことはしないが、このようなマップに基づき、発電停止後のセル電圧の値をパラメータ(場合によってはトリガ)としてアノード圧力の値を求め、必要に応じて更新するという処理を実施することが可能である。また、このような処理を採用した場合、少なくともCO2センサが不要となる分のコストダウンが図れるという利点もある。なお、ここでいうセル電圧にはセル全体としての電圧であるセル総電圧が含まれる。 The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the example using the relationship between the CO 2 concentration at the cathode outlet and the anode pressure has been described. However, this is only a preferable example, and other relationships or relationships are used to store the memory pressure. It is also possible to learn the value. For example, instead of the CO 2 concentration, the anode pressure value can be set by using the cell voltage after stopping the power generation of the fuel cell 20 as a parameter (in some cases, a trigger). That is, the cell voltage in the fuel cell 20 once decreases after power generation is stopped, then starts to increase, and shows a tendency to become maximum in a time zone where the CO 2 concentration is stabilized (see FIG. 4). A relationship close to the map shown in FIG. 3 is recognized between the anode pressure value and the anode pressure value (see FIG. 5). Therefore, a chart is not particularly shown here, but based on such a map, the value of the anode pressure is obtained by using the value of the cell voltage after power generation is stopped as a parameter (or a trigger in some cases), and updated as necessary. It is possible to implement the process. In addition, when such a process is adopted, there is an advantage that the cost can be reduced because at least the CO 2 sensor is unnecessary. The cell voltage referred to here includes a total cell voltage that is a voltage of the entire cell.

また、ここまでは、燃料電池システムごとに学習を行い、必要に応じてアノード圧力の基準値を再設定するという実子形態を説明したが、電極の劣化と発電効率の低下を抑えるという観点からすれば、他の要素をパラメータ(場合によってはトリガ)にすることも可能である。以下、本発明のさらに別の実施形態を説明する。   Up to this point, the actual form of learning for each fuel cell system and resetting the reference value of the anode pressure as necessary has been described, but this is from the viewpoint of suppressing electrode deterioration and power generation efficiency reduction. For example, other elements can be used as parameters (in some cases, triggers). Hereinafter, still another embodiment of the present invention will be described.

図6〜図7に本発明にかかる燃料電池システムの別の実施形態を示す。本実施形態における燃料電池システムは、排ガス中の成分やガス濃度を計測して燃料電池の劣化を検知し、必要に応じて冷却水温度を制御するというものである。すなわち、これまで、カソード側における燃料ガス(水素ガス)の濃度変化を検出する技術が存在していたのに対し、本実施形態ではカソード側のCO2濃度を検出することとし、尚かつ、当該CO2濃度との間における関連性に基づき冷却水温度を制御することによって電極劣化と発電効率低下の抑制を図る。 6 to 7 show another embodiment of the fuel cell system according to the present invention. The fuel cell system in the present embodiment measures components and gas concentrations in exhaust gas, detects deterioration of the fuel cell, and controls the cooling water temperature as necessary. That is, until now there has been a technique for detecting a change in the concentration of the fuel gas (hydrogen gas) on the cathode side, whereas in this embodiment, the CO 2 concentration on the cathode side is detected, By controlling the cooling water temperature based on the relationship with the CO 2 concentration, electrode deterioration and power generation efficiency reduction are suppressed.

以下、本実施形態の燃料電池システム10における発電停止時の停止処理システムについて説明する(図6等参照)。まず、燃料電池20の停止後、残留ガス量を減少させるための発電停止後の処理(停止処理)を開始する(ステップ11)。燃料電池20が例えば燃料電池車両(FCHV)の車載発電システムとして利用されている場合であれば、車両のイグニッションキーをオフにする動作がここでいう燃料電池20の停止処理の開始に該当する。   Hereinafter, a stop processing system at the time of power generation stop in the fuel cell system 10 of the present embodiment will be described (see FIG. 6 and the like). First, after the fuel cell 20 is stopped, processing after power generation stop (stop processing) for reducing the residual gas amount is started (step 11). For example, when the fuel cell 20 is used as an in-vehicle power generation system of a fuel cell vehicle (FCHV), the operation of turning off the ignition key of the vehicle corresponds to the start of the stop process of the fuel cell 20 here.

停止処理の開始後(ステップ11)、前回の停止処理時における冷却水温度の記憶値(本実施形態ではこの冷却水温度に関する記憶値をTAと表示する)を保ちながら燃料電池20を冷却する(ステップ12)。この記憶値TAはECU13にて記憶されている値で、現在の停止処理においてはこの記憶値TAを基準値として冷却を実施する。例えば、前回の停止処理時に用いられた冷却水温度TAが更新されることなくそのまま記憶されていれば当該温度値が今回も用いられることになる。 After starting the stop processing (step 11), cooling the fuel cell 20 while maintaining the stored value of the coolant temperature at the previous stop process (in the present embodiment to display the stored values for the cooling water temperature and T A) (Step 12). This stored value T A with the values stored in ECU 13, in the current stop processing is carried out cooling the stored value T A as a reference value. For example, the temperature value is the current is also used if it is stored without cooling water temperature T A used in the previous stop processing is updated.

その後、所定時間が経過するまで(ステップ14)、CO2濃度の測定を実施する(ステップ13)。なお、ここでの所定時間とは、例えばカソード出口付近におけるCO2濃度がある程度または十分に安定した状態となるまでの時間のことであり、具体例を挙げれば上述の実施形態と同じ2時間程度とすることが好ましい。 Thereafter, the CO 2 concentration is measured until a predetermined time has elapsed (step 14) (step 13). Here, the predetermined time is, for example, the time until the CO 2 concentration in the vicinity of the cathode outlet becomes to a certain level or sufficiently stable, and for example, about 2 hours as in the above-described embodiment. It is preferable that

発電停止から所定時間(一例として本実施形態では2時間)が経過した後、測定したCO2濃度の最高値に対応する冷却水温度をマップ(図7参照)から求める(ステップ15)。例えば、CO2濃度の最高値がCBであったならば、この濃度値CBに対応する冷却水温度としてTBが求められる(図7参照)。なお、ここでは、カソード出口でのCO2濃度と燃料電池20の冷却水温度との間に相関関係があることを利用している。すなわち、CO2濃度と燃料電池寿命についていえば、燃料電池が劣化してくると発電停止後におけるCO2濃度の上昇のピークが高くなっていくという関係が認められ、また、冷却水温度とCO2濃度についていえば、冷却水温度を下げて運転すると、セル全体の活性を低下させることで触媒劣化反応を抑制し、CO2の発生量を抑えることができる(ただし、燃料電池はある温度以下になると発電性能が落ちるため冷却水温度は無限に下げられるわけではない)という関係が認められる。そこで、本実施形態においては、これらの関係からCO2濃度と冷却水温度との関係を表すマップを作成し、当該マップを利用することによってCO2濃度から冷却水温度を求めることとしている(図7参照)。なお、図7においては両者の関係を直線によって一次的なものとして表しているが、これは概ね一次的だという形で概略的な関係を示しているに過ぎず、現実の関係と一致しているとは限らない。 After a predetermined time (2 hours in the present embodiment as an example) has elapsed since the stop of power generation, the coolant temperature corresponding to the measured maximum value of CO 2 concentration is obtained from the map (see FIG. 7) (step 15). For example, if the maximum value of the CO 2 concentration was C B, it is T B is determined as the cooling water temperature corresponding to the density value C B (see FIG. 7). Here, the fact that there is a correlation between the CO 2 concentration at the cathode outlet and the coolant temperature of the fuel cell 20 is used. That is, regarding the CO 2 concentration and the fuel cell life, there is a relationship in which the peak of the increase in CO 2 concentration after power generation is stopped increases as the fuel cell deteriorates. 2 Concerning the concentration, when the cooling water temperature is lowered, the catalyst degradation reaction is suppressed by reducing the activity of the entire cell, and the amount of CO 2 generated can be suppressed (however, the fuel cell is below a certain temperature). Then, since the power generation performance is reduced, the cooling water temperature is not infinitely lowered). Therefore, in this embodiment, to create a map of these relationships representing the relationships CO 2 concentration and the cooling water temperature, is set to ask the cooling water temperature from the CO 2 concentration by utilizing the map (Fig. 7). In FIG. 7, the relationship between the two is represented by a straight line as a primary one, but this is merely an approximate relationship in the form of a first order and is consistent with the actual relationship. Not necessarily.

続いて、マップから求められた冷却水温度TBと、あらかじめ記憶されている冷却水温度基準値TAとの比較を行う(ステップ16)。この結果、温度TAの方が小さければ(ステップ16のYes)、今回の基準値である当該記憶されている温度TAを次回もそのまま利用することとする(ステップ17)。すなわち、今回の停止処理にて基準とした冷却水温度TAを更新することなくそのまま持ち越し、次回の停止処理の際にも基準温度値として用いることとして停止処理を終了する(ステップ19)。 Subsequently, the cooling water temperature T B determined from the map, the comparison between the cooling water temperature reference value T A stored in advance (step 16). As a result, the smaller the better the temperature T A (Yes in step 16), the temperature T A that is the storage is the current reference value and to utilize it the next time (step 17). That is, the cooling water temperature T A used as a reference in the current stop process is carried over without being updated, and the stop process is terminated by using it as a reference temperature value in the next stop process (step 19).

一方で、比較の結果、温度TAよりも温度TBの方が小さければ(ステップ16のNo)、今回の停止処理の基準値であった温度TAを書き換え、温度TBを次回からの基準温度値とする(ステップ18)。つまり、記憶値の更新(上書き)を行い、燃料電池システム1の現状を反映したデータであるTBを次回の停止処理時の際に用いる基準値とする。記憶値を更新したら停止処理を終了する(ステップ19)。 On the other hand, the result of the comparison, the smaller the better the temperature T B than the temperature T A (No in step 16), rewrites the temperature T A was the reference value of the current stop process, the temperature T B for Future A reference temperature value is set (step 18). In other words, it performs updating of the stored value (overwriting), the T B which is a data that reflects the current state of the fuel cell system 1 as the reference value to be used in the next time stop process. When the stored value is updated, the stop process is terminated (step 19).

ステップ18にて基準値をTA→TBと書き換えることについて説明を加えると以下のとおりである。すなわち、カソード出口でのCO2濃度と冷却水温度との間に相関関係があるのは上述したとおりであり、本実施形態では、CO2濃度測定の結果(ステップ14)、前回時よりもCO2濃度が例えばCAからCBまで増加しているのであれば、これとは逆に、基準となる冷却水温度値(停止処理時に基準となる値)を、CAに対応するTAから、CBに対応するTBまで低くするために書き換える(ステップ8)。つまりは、CO2濃度をパラメータ(場合によってはトリガ)として冷却水温度を所定量だけ低温のものとする。この一連の処理を経ることにより、燃料電池システム1は冷却水温度についていわば学習を行った状態となり、次回の発電停止処理時には当該学習後の温度を基準とした処理を実施することができる。別の表現をすれば、CO2濃度の増加分に対応した分だけ冷却水温度の基準値を反対に低くすることにより、CO2濃度増加という状況を踏まえ、現状に最も即した基準値を設定することが可能となっている。従来、燃料電池20の排ガスの濃度を計測して当該燃料電池20の劣化を検知するというような停止処理技術があったとしても、劣化を検知してから燃料電池の寿命を向上させるための対策を採るには至っていないのに対し、上述のように冷却水温度を下げた場合には、CO2の発生量を抑えることが可能となる結果、燃料電池の寿命長期化を実現することが可能となる。しかも、本実施形態においては燃料電池システム1の停止処理の度に上述のような一連の処理を経ることから、燃料電池システム1における最新の状況を常に反映させることが可能である。 The rewriting of the reference value T A → T B in step 18 will be described as follows. That is, as described above, there is a correlation between the CO 2 concentration at the cathode outlet and the cooling water temperature. In the present embodiment, the result of the CO 2 concentration measurement (step 14) indicates that the CO 2 concentration is higher than the previous time. 2 If, for example, the concentration increases from C A to C B , on the contrary, the reference cooling water temperature value (the reference value at the time of stop processing) is determined from T A corresponding to C A. rewrites in order to lower to T B corresponding to C B (step 8). That is, the cooling water temperature is set to a low temperature by a predetermined amount using the CO 2 concentration as a parameter (trigger in some cases). By going through this series of processing, the fuel cell system 1 is in a state of learning about the cooling water temperature, and can perform processing based on the temperature after the learning at the next power generation stop processing. In other words, by setting the reference value of the cooling water temperature to the opposite level by the amount corresponding to the increase in the CO 2 concentration, the reference value that best suits the current situation is set based on the situation of increasing CO 2 concentration. It is possible to do. Conventionally, even if there is a stop processing technique for detecting the deterioration of the fuel cell 20 by measuring the concentration of the exhaust gas of the fuel cell 20, a measure for improving the life of the fuel cell after detecting the deterioration However, if the cooling water temperature is lowered as described above, it is possible to suppress the amount of CO 2 generated, and as a result, the life of the fuel cell can be extended. It becomes. Moreover, in the present embodiment, since the series of processes as described above are performed every time the fuel cell system 1 is stopped, the latest situation in the fuel cell system 1 can always be reflected.

なお、冷却水温度を下げるという制御を実際に行うにあたっては、例えば、冷却ファンC13の回転数を制御したり、冷却水を加圧して循環させるポンプC1の圧力制御を行ったりすることによって数℃程度(例えば5℃〜10℃程度)温度を下げるという動作が行われる。   In actual control for lowering the cooling water temperature, for example, by controlling the number of rotations of the cooling fan C13 or by controlling the pressure of the pump C1 that pressurizes and circulates the cooling water. The operation of lowering the temperature (for example, about 5 ° C. to 10 ° C.) is performed.

また、ここでは温度TAとTBとの大小について比較検討したが、この代わりとして、CO2濃度測定の結果得られたCAとCBとの大小について比較検討することによっても判定を行うことができる。また、上述した実施形態ではカソード側におけるCO2濃度を測定することとしたが、これとは逆にアノード側におけるCO2濃度を測定して当該測定結果を用いることも可能である。 Further, here, the magnitudes of the temperatures T A and T B have been compared, but instead, the determination is also made by comparing the magnitudes of C A and C B obtained as a result of the CO 2 concentration measurement. be able to. In the above-described embodiment, the CO 2 concentration on the cathode side is measured. On the contrary, it is also possible to measure the CO 2 concentration on the anode side and use the measurement result.

本実施形態にかかる燃料電池システムの構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the fuel cell system concerning this embodiment. 燃料電池の発電停止後における劣化進行度合の診断方法およびこれに基づく劣化抑制のための処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the diagnostic method of the deterioration progress after a power generation stop of a fuel cell, and the process for the deterioration suppression based on this. カソード出口におけるCO2濃度とアノード圧力との概略的な関係を示すマップである。Is a map showing a schematic relationship between the CO 2 concentration and the anode pressure at the cathode outlet. 燃料電池の発電停止後におけるセル電圧の発電停止後の変化例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of a change after the power generation stop of the cell voltage after the power generation stop of a fuel cell. 燃料電池の発電停止後におけるセル電圧とアノード圧力との概略的な関係を示すマップである。It is a map which shows the rough relationship between the cell voltage and anode pressure after the power generation stop of a fuel cell. 燃料電池の発電停止後における劣化進行度合の診断方法およびこれに基づく劣化抑制のための処理の別例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the other example of the diagnostic method of the deterioration progress degree after the power generation stop of a fuel cell, and the process for deterioration suppression based on this. カソード出口におけるCO2濃度と燃料電池の冷却水の温度との概略的な関係を示すマップである。Is a map showing a schematic relationship between the temperature of the cooling water of the CO 2 concentration and the fuel cell at the cathode outlet.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料電池システム、20…燃料電池スタック(燃料電池) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 20 ... Fuel cell stack (fuel cell)

Claims (9)

発電停止後に進行する燃料電池の劣化の進行度合を診断する燃料電池の診断方法であって、
当該燃料電池の劣化進行度合と関係するパラメータに基づいて診断することを特徴とする燃料電池の診断方法。
A fuel cell diagnosis method for diagnosing the degree of progress of deterioration of a fuel cell that proceeds after power generation is stopped,
A diagnosis method for a fuel cell, characterized in that a diagnosis is made based on a parameter related to the degree of deterioration of the fuel cell.
前記パラメータはカソード電極の出口におけるCO2の濃度であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の診断方法。 2. The fuel cell diagnostic method according to claim 1, wherein the parameter is a concentration of CO2 at the outlet of the cathode electrode. 前記CO2の累積値に基づいて診断することを特徴とする請求項2に記載の燃料電池の診断方法。 The fuel cell diagnosis method according to claim 2, wherein diagnosis is performed based on the cumulative value of CO 2 . 請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池の診断方法による診断結果に基づいて当該燃料電池の劣化を抑制するための処理を実行することを特徴とする燃料電池システム。   4. A fuel cell system, wherein a process for suppressing deterioration of the fuel cell is executed based on a diagnosis result obtained by the method for diagnosing a fuel cell according to claim 1. 次回以降の発電停止後における背圧を再設定することを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。   5. The fuel cell system according to claim 4, wherein the back pressure after power generation is stopped after the next time is reset. 燃料電池におけるアノード圧力をそれまでの停止処理時よりも高い値に再設定することを特徴とする請求項5に記載の燃料電池システム。   6. The fuel cell system according to claim 5, wherein the anode pressure in the fuel cell is reset to a value higher than that in the previous stop process. 次回以降の発電停止後における燃料電池の冷却水の温度を再設定することを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。   5. The fuel cell system according to claim 4, wherein the temperature of the cooling water for the fuel cell is reset after the next power generation stop. 燃料電池の冷却水の水温をそれまでの停止処理時よりも低い値に再設定することを特徴とする請求項7に記載の燃料電池システム。   8. The fuel cell system according to claim 7, wherein the coolant temperature of the fuel cell is reset to a value lower than that during the previous stop process. 前記処理は、当該燃料電池の発電停止後に掃気処理が行われた後に実行されることを特徴とする請求項4から8のいずれかに記載の燃料電池システム。




The fuel cell system according to any one of claims 4 to 8, wherein the processing is executed after scavenging processing is performed after power generation of the fuel cell is stopped.




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