JP2007329028A

JP2007329028A - Fuel cell system and fuel cell control method

Info

Publication number: JP2007329028A
Application number: JP2006159605A
Authority: JP
Inventors: Junpei Ogawa; 純平小河; Kazuhiro Wake; 千大和氣; Koichiro Miyata; 幸一郎宮田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-06-08
Filing date: 2006-06-08
Publication date: 2007-12-20

Abstract

【課題】固体高分子膜の含水量が低下した場合に、この固体高分子膜の劣化を抑制しつつ発電できる燃料電池ステムを提供すること。
【解決手段】燃料電池システムは、固体高分子膜と、この固体高分子膜を挟んで設けられたアノード電極およびカソード電極と、を備え、アノード電極およびカソード電極にそれぞれ反応ガスが供給されると、これらの反応ガスが固体高分子膜を介して反応して発電する燃料電池と、固体高分子膜の含水率を算出する含水率算出手段４３と、含水率算出手段４３で算出した固体高分子膜の含水率に基づいて、燃料電池の発電量を制限する上限発電電流算出手段４４および電流コントローラ３３と、を備える。
【選択図】図３To provide a fuel cell stem capable of generating power while suppressing deterioration of the solid polymer membrane when the water content of the solid polymer membrane is lowered.
A fuel cell system includes a solid polymer membrane, and an anode electrode and a cathode electrode provided with the solid polymer membrane sandwiched therebetween, and when a reaction gas is supplied to the anode electrode and the cathode electrode, respectively. A fuel cell in which these reaction gases react through the solid polymer membrane to generate electricity, a moisture content calculating means 43 for calculating the moisture content of the solid polymer membrane, and a solid polymer calculated by the moisture content calculating means 43 An upper limit generated current calculation means 44 and a current controller 33 for limiting the power generation amount of the fuel cell based on the moisture content of the membrane are provided.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池の制御方法に関する。詳しくは、自動車に搭載される燃料電池システムおよび燃料電池の制御方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell system and a fuel cell control method. Specifically, the present invention relates to a fuel cell system mounted on an automobile and a method for controlling the fuel cell.

近年、自動車の新たな動力源として燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムは、例えば、反応ガスを化学反応させて発電する燃料電池と、反応ガス流路を介して燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、この反応ガス供給装置を制御する制御装置と、を備える。 In recent years, fuel cell systems have attracted attention as a new power source for automobiles. The fuel cell system includes, for example, a fuel cell that generates power by chemically reacting a reaction gas, a reaction gas supply device that supplies the reaction gas to the fuel cell via a reaction gas flow path, and a control that controls the reaction gas supply device. An apparatus.

燃料電池は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。ここで、各セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成され、膜電極構造体は、アノード電極（陽極）およびカソード電極（陰極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜と、で構成される。 The fuel cell has, for example, a stack structure in which several tens to several hundreds of cells are stacked. Here, each cell is configured by sandwiching a membrane electrode structure (MEA) between a pair of separators. The membrane electrode structure includes two electrodes, an anode electrode (anode) and a cathode electrode (cathode), and these electrodes. And a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between the two.

この燃料電池のアノード電極に反応ガスとしての水素ガスを供給し、カソード電極に反応ガスとしての酸素を含む空気を供給すると、電気化学反応により発電する。この発電時に生成されるのは、基本的に無害な水だけであるため、環境への影響や利用効率の観点から、燃料電池が注目されている。 When hydrogen gas as a reaction gas is supplied to the anode electrode of the fuel cell and air containing oxygen as a reaction gas is supplied to the cathode electrode, power is generated by an electrochemical reaction. Since only harmless water is generated at the time of power generation, fuel cells are attracting attention from the viewpoint of environmental impact and utilization efficiency.

ところで、このような燃料電池では、固体高分子電解質膜の含水量が不足すると、イオン抵抗が高くなり、燃料電池として発電ができなくなる。そこで、燃料電池システムに純粋タンク装置を設け、この純粋タンク装置内に純粋を貯留しておき、この純水を利用して固体高分子膜を速やかに加湿することが行われている（特許文献１参照）。 By the way, in such a fuel cell, if the water content of the solid polymer electrolyte membrane is insufficient, the ionic resistance becomes high and power generation as a fuel cell becomes impossible. Therefore, a pure tank device is provided in the fuel cell system, pure is stored in the pure tank device, and the solid polymer membrane is rapidly humidified using this pure water (Patent Literature). 1).

ここで、燃料電池システムを小型化するため、燃料電池システム内に純粋タンク装置を設けず、加湿器を設ける場合がある。この加湿器は、具体的には、例えば、燃料電池から排出される反応ガスに含まれる水分を、燃料電池に供給される反応ガスに移動することで、固体高分子膜に水分を供給するものである。 Here, in order to reduce the size of the fuel cell system, a humidifier may be provided without providing a pure tank device in the fuel cell system. Specifically, this humidifier, for example, supplies moisture to the solid polymer membrane by moving moisture contained in the reaction gas discharged from the fuel cell to the reaction gas supplied to the fuel cell. It is.

特開２００４−２１４０７８号公報JP 2004-214078 A

しかしながら、このような加湿器では、固体高分子膜の含水量が低下しても、オフガスに含まれる水分を回収するのに時間がかかるため、純粋タンク装置のように急速に加湿を行うことは困難である。
このように固体高分子膜の含水量が低下した場合に、発電ができないと、運転者に違和感を与えてしまい、商品性が低下するおそれがある。一方、運転者の操作に従って発電を行うと、固体高分子膜に負担がかかって、膜の劣化が促進されるおそれがあった。 However, in such a humidifier, even if the water content of the solid polymer membrane is reduced, it takes time to recover the moisture contained in the offgas, so it is not possible to rapidly humidify like a pure tank device. Have difficulty.
When the water content of the solid polymer membrane is thus reduced, if power generation cannot be performed, the driver may feel uncomfortable, and the merchantability may be reduced. On the other hand, when power generation is performed according to the driver's operation, there is a possibility that the solid polymer membrane is burdened and the deterioration of the membrane is promoted.

本発明は、固体高分子膜の含水量が低下した場合に、この固体高分子膜の劣化を抑制しつつ発電できる燃料電池ステムおよび燃料電池の制御方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a fuel cell stem and a fuel cell control method capable of generating power while suppressing deterioration of the solid polymer membrane when the water content of the solid polymer membrane is reduced.

（１）膜（例えば、実施の形態における固体高分子膜１２３）と、この膜を挟んで設けられたアノード電極（例えば、実施の形態におけるアノード電極１２１）およびカソード電極（例えば、実施の形態におけるカソード電極１２２）と、を備え、前記アノード電極およびカソード電極にそれぞれ反応ガスが供給されると、これらの反応ガスが前記膜を介して反応して発電する燃料電池（例えば、実施の形態における燃料電池１０）と、前記膜の含水率を算出する含水率算出手段（例えば、実施の形態における含水率算出手段４３）と、前記含水率算出手段で算出した前記膜の含水率に基づいて、前記燃料電池の発電量を制限する発電量制限手段（例えば、実施の形態における上限発電電流算出手段４４および電流コントローラ３３）と、を備えることを特徴とする燃料電池システム（例えば、実施の形態における燃料電池システム１）。 (1) A membrane (for example, the solid polymer membrane 123 in the embodiment), an anode electrode (for example, the anode electrode 121 in the embodiment) and a cathode electrode (for example, in the embodiment) provided with the membrane interposed therebetween A cathode electrode 122), and when a reaction gas is supplied to each of the anode electrode and the cathode electrode, the reaction gas reacts through the membrane to generate electric power (for example, the fuel in the embodiment). Battery 10), moisture content calculating means for calculating the moisture content of the membrane (for example, moisture content calculating means 43 in the embodiment), based on the moisture content of the membrane calculated by the moisture content calculating means, A power generation amount limiting means for limiting the power generation amount of the fuel cell (for example, the upper limit power generation current calculating means 44 and the current controller 33 in the embodiment); The fuel cell system characterized by comprising (e.g., fuel in the embodiment cell system 1).

ここで、反応ガスとしては、例えば、水素ガスや、酸素を含む空気が挙げられる。 Here, examples of the reactive gas include hydrogen gas and air containing oxygen.

（１）の発明によれば、燃料電池システムに含水率算出手段および発電量制限手段を設けた。これにより、燃料電池を構成する膜の含水率を算出し、この算出した含水率に基づいて、燃料電池の発電量を制限する。よって、膜の含水率が低下した場合に、膜が劣化しない程度にまで燃料電池の発電量を制限できるから、膜の劣化を抑制しつつ発電できる。 According to the invention of (1), the moisture content calculating means and the power generation amount limiting means are provided in the fuel cell system. Thus, the moisture content of the membrane constituting the fuel cell is calculated, and the power generation amount of the fuel cell is limited based on the calculated moisture content. Therefore, when the moisture content of the membrane decreases, the power generation amount of the fuel cell can be limited to such an extent that the membrane does not deteriorate, so that it is possible to generate power while suppressing deterioration of the membrane.

（２）前記燃料電池の停止時間を測定する停止時間測定手段（例えば、実施の形態におけるタイマ４０）と、前記燃料電池の発電量を算出する発電量算出手段（例えば、実施の形態における電流センサ３２および電流積算手段４１）と、をさらに備え、前記含水率算出手段は、少なくとも前記燃料電池の停止時間および発電量に基づいて、含水率を算出することを特徴とする（１）に記載の燃料電池システム。 (2) Stop time measuring means for measuring the stop time of the fuel cell (for example, the timer 40 in the embodiment) and power generation amount calculating means for calculating the power generation amount of the fuel cell (for example, the current sensor in the embodiment) 32 and a current integrating means 41), wherein the moisture content calculating means calculates the moisture content based on at least the stop time and the power generation amount of the fuel cell. Fuel cell system.

（２）の発明によれば、燃料電池システムに停止時間測定手段および発電量算出手段をさらに設け、含水率算出手段では、少なくとも停止時間測定手段で測定した燃料電池の停止時間と、発電量算出手段で算出した発電量とに基づいて、含水率を算出した。
燃料電池システムを停止すると、停止時間および発電量に比例して含水率が低下することから、特に、燃料電池システムの起動時において、含水率を精度良く算出できる。 According to the invention of (2), the fuel cell system is further provided with a stop time measuring means and a power generation amount calculating means, and the moisture content calculating means calculates at least the fuel cell stop time measured by the stop time measuring means and the power generation amount calculation. The moisture content was calculated based on the power generation amount calculated by the means.
When the fuel cell system is stopped, the water content decreases in proportion to the stop time and the amount of power generation. Therefore, the water content can be calculated with high accuracy, particularly when the fuel cell system is started.

（３）前記燃料電池から排出される反応ガスの湿度を測定する湿度測定手段（例えば、実施の形態におけるガス湿度センサ３８、３９）をさらに備え、前記含水率算出手段は、前記湿度測定手段で測定した反応ガスの湿度に基づいて、含水率を算出することを特徴とする（１）または（２）に記載の燃料電池システム。 (3) It further includes humidity measuring means (for example, gas humidity sensors 38 and 39 in the embodiment) for measuring the humidity of the reaction gas discharged from the fuel cell, and the moisture content calculating means is the humidity measuring means. The fuel cell system according to (1) or (2), wherein the moisture content is calculated based on the measured humidity of the reaction gas.

（３）の発明によれば、燃料電池システムに湿度測定手段をさらに設け、含水率算出手段では、湿度測定手段で検出した反応ガスの湿度に基づいて、含水率を算出した。
よって、湿度測定手段で反応ガスの湿度を監視することで、膜の含水率の低下を迅速に把握でき、膜の劣化をより確実に抑制できる。 According to the invention of (3), the fuel cell system is further provided with a humidity measuring means, and the moisture content calculating means calculates the moisture content based on the humidity of the reaction gas detected by the humidity measuring means.
Therefore, by monitoring the humidity of the reaction gas with the humidity measuring means, it is possible to quickly grasp the decrease in the moisture content of the film, and to more reliably suppress the deterioration of the film.

（４）前記燃料電池から排出される反応ガスと前記燃料電池に供給される反応ガスとの間で水分を移動する加湿手段（例えば、実施の形態における加湿器２９）をさらに備え、前記発電量制限手段は、前記膜の含水率が所定値以下である場合に、前記燃料電池の発電量を制限することを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載の燃料電池システム。 (4) The apparatus further includes humidification means (for example, a humidifier 29 in the embodiment) that moves moisture between the reaction gas discharged from the fuel cell and the reaction gas supplied to the fuel cell, and the power generation amount The fuel cell system according to any one of (1) to (3), wherein the restricting means restricts a power generation amount of the fuel cell when a moisture content of the membrane is equal to or less than a predetermined value.

上述のように、燃料電池から排出される反応ガスと燃料電池に供給される反応ガスとの間で水分を移動する加湿手段は、膜を速やかに加湿することは困難であり、運転者に違和感を与えたり、膜の劣化が促進されるおそれがある。
しかしながら、（４）の発明によれば、燃料電池システムに加湿手段を設け、発電量制限手段により、膜の含水率が所定値以下である場合に、燃料電池の発電量を制限した。
よって、膜の加湿に時間がかかる加湿手段を設けても、膜の含水率が低下した場合には、燃料電池の発電量を制限することで、運転者に違和感を与えたり膜の劣化を促進させたりすることなく、発電できる。 As described above, it is difficult for the humidifying means that moves moisture between the reaction gas discharged from the fuel cell and the reaction gas supplied to the fuel cell to quickly humidify the membrane, and the driver feels uncomfortable. Or deterioration of the film may be promoted.
However, according to the invention of (4), the humidifying means is provided in the fuel cell system, and the power generation amount of the fuel cell is limited by the power generation amount limiting means when the moisture content of the membrane is not more than a predetermined value.
Therefore, even if a humidifying means that takes time to humidify the membrane is provided, if the moisture content of the membrane is reduced, the amount of power generated by the fuel cell is limited to give the driver a sense of incongruity or promote deterioration of the membrane It can generate electricity without letting it go.

（５）膜と、この膜を挟んで設けられたアノード電極およびカソード電極と、を備え、前記アノード電極およびカソード電極にそれぞれ反応ガスが供給されると、これらの反応ガスが前記膜を介して反応して発電する燃料電池の制御方法であって、前記膜の含水率を算出し、この算出した前記膜の含水率に基づいて、前記燃料電池の発電量を制限することを特徴とする燃料電池の制御方法。 (5) A membrane, and an anode electrode and a cathode electrode provided with the membrane interposed therebetween, and when reaction gases are respectively supplied to the anode electrode and the cathode electrode, these reaction gases are passed through the membrane. A method for controlling a fuel cell that generates electricity by reacting, wherein the moisture content of the membrane is calculated, and the power generation amount of the fuel cell is limited based on the calculated moisture content of the membrane. Battery control method.

（５）の発明によれば、上述の（１）と同様の効果がある。 According to the invention of (5), there is an effect similar to the above (1).

本発明によれば、燃料電池システムに含水率算出手段および発電量制限手段を設けた。これにより、燃料電池を構成する膜の含水率を算出し、この算出した含水率に基づいて、燃料電池の発電量を制限する。よって、膜の含水率が低下した場合に、膜が劣化しない程度にまで燃料電池の発電量を制限できるから、膜の劣化を抑制しつつ発電できる。 According to the present invention, the fuel cell system is provided with the moisture content calculating means and the power generation amount limiting means. Thus, the moisture content of the membrane constituting the fuel cell is calculated, and the power generation amount of the fuel cell is limited based on the calculated moisture content. Therefore, when the moisture content of the membrane decreases, the power generation amount of the fuel cell can be limited to such an extent that the membrane does not deteriorate, so that it is possible to generate power while suppressing deterioration of the membrane.

以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システム１のブロック図である。
燃料電池システム１は、燃料電池１０と、この燃料電池１０に反応ガスとしての水素ガスや空気を供給する反応ガス供給手段としての供給装置２０と、この供給装置２０を制御する制御手段としての制御装置３０とを有する。 Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram of a fuel cell system 1 according to the first embodiment of the present invention.
The fuel cell system 1 includes a fuel cell 10, a supply device 20 as a reaction gas supply unit that supplies hydrogen gas or air as a reaction gas to the fuel cell 10, and a control as a control unit that controls the supply device 20. Device 30.

図２は、燃料電池１０を構成するセル１１の断面図である。
すなわち、燃料電池１０は、例えば、数十個から数百個のセル１１が積層されたスタック構造である。各セル１１は、膜電極構造体（ＭＥＡ）１２を一対のセパレータ１３Ａ、１３Ｂで挟持して構成される。ＭＥＡ１２は、固体高分子膜１２３と、この固体高分子膜１２３を挟持するアノード電極（陽極）１２１およびカソード電極（陰極）１２２と、で構成される。
両電極１２１、１２２は、固体高分子膜１２３に接して酸化・還元反応を行う触媒層１２１Ａ、１２２Ａと、この触媒層１２１Ａ、１２２Ａに接するガス拡散層１２１Ｂ、１２２Ｂとから形成される。
ガス拡散層１２１Ｂに接合されたセパレータ１３Ａには、水素流通溝１３１が形成され、また、ガス拡散層１２２Ｂとセパレータ１３Ｂとの間には、空気流通溝１３２が形成されている。
また、この燃料電池１０の内部には、ＭＥＡ温度センサ３１が設けられている（図１参照）。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the cell 11 constituting the fuel cell 10.
That is, the fuel cell 10 has a stack structure in which, for example, several tens to several hundreds of cells 11 are stacked. Each cell 11 is configured by sandwiching a membrane electrode structure (MEA) 12 between a pair of separators 13A and 13B. The MEA 12 includes a solid polymer film 123, and an anode electrode (anode) 121 and a cathode electrode (cathode) 122 that sandwich the solid polymer film 123.
Both electrodes 121 and 122 are formed of catalyst layers 121A and 122A that perform an oxidation / reduction reaction in contact with the solid polymer film 123, and gas diffusion layers 121B and 122B that are in contact with the catalyst layers 121A and 122A.
A hydrogen circulation groove 131 is formed in the separator 13A joined to the gas diffusion layer 121B, and an air circulation groove 132 is formed between the gas diffusion layer 122B and the separator 13B.
Further, an MEA temperature sensor 31 is provided inside the fuel cell 10 (see FIG. 1).

図１に戻って、このような燃料電池１０は、アノード電極（陽極）側に反応ガスとしての水素ガスが供給され、カソード電極（陰極）側に反応ガスとしての酸素を含む空気が供給されると、電気化学反応により発電する。
また、燃料電池１０には、負荷１４が接続され、負荷１４と燃料電池１０との間には、発電量算出手段としての電流センサ３２および電流コントローラ３３が設けられている。 Referring back to FIG. 1, in such a fuel cell 10, hydrogen gas as a reaction gas is supplied to the anode electrode (anode) side, and air containing oxygen as a reaction gas is supplied to the cathode electrode (cathode) side. And generate electricity by electrochemical reaction.
In addition, a load 14 is connected to the fuel cell 10, and a current sensor 32 and a current controller 33 are provided between the load 14 and the fuel cell 10 as power generation amount calculation means.

供給装置２０は、燃料電池１０のカソード電極側に空気を供給するコンプレッサ２１と、アノード電極側に水素ガスを供給する水素タンク２２およびエゼクタ２８と、を含んで構成される。 The supply device 20 includes a compressor 21 that supplies air to the cathode electrode side of the fuel cell 10, a hydrogen tank 22 that supplies hydrogen gas to the anode electrode side, and an ejector 28.

コンプレッサ２１は、エア供給路２３を介して、燃料電池１０のカソード電極側に接続されている。
また、燃料電池１０のカソード電極側には、エア排出路２４が接続され、このエア排出路２４の先端側には、背圧弁２４１が設けられる。 The compressor 21 is connected to the cathode electrode side of the fuel cell 10 via the air supply path 23.
An air discharge path 24 is connected to the cathode electrode side of the fuel cell 10, and a back pressure valve 241 is provided at the front end side of the air discharge path 24.

また、エア供給路２３およびエア排出路２４には、加湿手段としての加湿器２９が設けられている。この加湿器２９は、燃料電池１０から排出される反応ガスと燃料電池１０に供給される反応ガスとの間で水分を移動することで、固体高分子膜を加湿するものである。
具体的には、加湿器２９は、エア排出路２４内の反応ガスから水分を回収して、この回収した水分を、エア供給路２３内の反応ガスに供給する。水分が供給された反応ガスは、燃料電池１０内の固体高分子膜１２３に到達し、この固体高分子膜１２３に水分を供給する。これにより、固体高分子膜１２３が加湿される。
このエア排出路２４のうち燃料電池１０の近傍には、ガス温度センサ３４およびガス圧力センサ３５が設けられている。 The air supply path 23 and the air discharge path 24 are provided with a humidifier 29 as a humidifying means. The humidifier 29 humidifies the solid polymer film by moving moisture between the reaction gas discharged from the fuel cell 10 and the reaction gas supplied to the fuel cell 10.
Specifically, the humidifier 29 recovers moisture from the reaction gas in the air discharge path 24 and supplies the recovered moisture to the reaction gas in the air supply path 23. The reaction gas supplied with moisture reaches the solid polymer membrane 123 in the fuel cell 10 and supplies moisture to the solid polymer membrane 123. Thereby, the solid polymer film 123 is humidified.
A gas temperature sensor 34 and a gas pressure sensor 35 are provided in the vicinity of the fuel cell 10 in the air discharge path 24.

水素タンク２２は、水素供給路２５を介して、燃料電池１０のアノード電極側に接続されている。この水素供給路２５には、上述のエゼクタ２８が設けられている。 The hydrogen tank 22 is connected to the anode electrode side of the fuel cell 10 through a hydrogen supply path 25. The hydrogen supply path 25 is provided with the above-described ejector 28.

また、燃料電池１０のアノード電極側には、水素排出路２６が接続され、この水素排出路２６の先端側には、パージ弁２６１が設けられている。この水素排出路２６のうち燃料電池１０の近傍には、ガス温度センサ３６およびガス圧力センサ３７が設けられている。また、水素排出路２６のうちパージ弁２６１よりもアノード電極側では、水素排出路２６が分岐されて、上述のエゼクタ２８に接続されている。 Further, a hydrogen discharge path 26 is connected to the anode electrode side of the fuel cell 10, and a purge valve 261 is provided on the front end side of the hydrogen discharge path 26. A gas temperature sensor 36 and a gas pressure sensor 37 are provided in the vicinity of the fuel cell 10 in the hydrogen discharge path 26. In addition, the hydrogen discharge path 26 is branched on the anode electrode side of the purge valve 261 in the hydrogen discharge path 26 and connected to the ejector 28 described above.

エゼクタ２８は、水素排出路２６の分岐路を通して、水素排出路２６に流れた水素ガスを回収し、水素供給路２５に還流する。
エア供給路２３と水素供給路２５とは、バイパス２７で接続され、このバイパス２７には、エア導入弁２７１が設けられている。 The ejector 28 collects the hydrogen gas that has flowed into the hydrogen discharge path 26 through the branch path of the hydrogen discharge path 26 and returns it to the hydrogen supply path 25.
The air supply path 23 and the hydrogen supply path 25 are connected by a bypass 27, and an air introduction valve 271 is provided in the bypass 27.

また、上述のコンプレッサ２１、背圧弁２４１、パージ弁２６１、エア導入弁２７１、加湿器２９、および電流コントローラ３３は、後述の制御装置３０により制御される。また、この制御装置３０には、上述のＭＥＡ温度センサ３１、電流センサ３２、ガス温度センサ３４、３６、およびガス圧力センサ３５、３７のほか、停止時間測定手段としてのタイマ４０が接続されている。 The compressor 21, the back pressure valve 241, the purge valve 261, the air introduction valve 271, the humidifier 29, and the current controller 33 are controlled by a control device 30 described later. In addition to the MEA temperature sensor 31, current sensor 32, gas temperature sensors 34 and 36, and gas pressure sensors 35 and 37, the control device 30 is connected to a timer 40 as stop time measuring means. .

燃料電池１０で発電する手順は、以下のようになる。
すなわち、パージ弁２６１を閉じておき、水素タンク２２から、水素供給路２５を介して、燃料電池１０のアノード側に水素ガスを供給する。また、コンプレッサ２１を駆動させることにより、エア供給路２３を介して、燃料電池１０のカソード側に空気を供給する。
燃料電池１０に供給された水素ガスおよび空気は、発電に供された後、燃料電池１０からアノード側の生成水などの残留水と共に、水素排出路２６およびエア排出路２４に流入する。このとき、パージ弁２６１は閉じているので、水素排出路２６に流れた水素ガスは、エゼクタ２８に還流されて再利用される。また、加湿器２９により、エア排出路２４内の反応ガスから水分を回収して、この回収した水分を、エア供給路２３内の反応ガスに供給することで、燃料電池１０内の固体高分子膜１２３の含水率を調整する。
その後、パージ弁２６１および背圧弁２４１を適当な開度で開くことにより、水素ガス、空気、および残留水が、水素排出路２６およびエア排出路２４から排出される。 The procedure for generating power with the fuel cell 10 is as follows.
That is, the purge valve 261 is closed and hydrogen gas is supplied from the hydrogen tank 22 to the anode side of the fuel cell 10 through the hydrogen supply path 25. Further, by driving the compressor 21, air is supplied to the cathode side of the fuel cell 10 through the air supply path 23.
The hydrogen gas and air supplied to the fuel cell 10 are supplied to the power generation system, and then flow into the hydrogen discharge path 26 and the air discharge path 24 together with residual water such as produced water on the anode side from the fuel cell 10. At this time, since the purge valve 261 is closed, the hydrogen gas flowing into the hydrogen discharge path 26 is returned to the ejector 28 and reused. In addition, the humidifier 29 collects moisture from the reaction gas in the air discharge path 24 and supplies the collected moisture to the reaction gas in the air supply path 23, so that the solid polymer in the fuel cell 10 is supplied. The moisture content of the membrane 123 is adjusted.
Thereafter, by opening the purge valve 261 and the back pressure valve 241 at an appropriate opening degree, hydrogen gas, air, and residual water are discharged from the hydrogen discharge path 26 and the air discharge path 24.

図３は、制御装置３０のブロック図である。
制御装置３０は、発電量算出手段としての電流積算手段４１、掃気手段４２、含水率算出手段４３、および上限発電電流算出手段４４を備える。 FIG. 3 is a block diagram of the control device 30.
The control device 30 includes a current integrating means 41, a scavenging means 42, a moisture content calculating means 43, and an upper limit generated current calculating means 44 as power generation amount calculating means.

ＭＥＡ温度センサ３１は、膜電極構造体（ＭＥＡ）１２の温度を測定して、制御装置３０に送信する。
ガス温度センサ３４、３６は、それぞれ、エア排出路２４および水素排出路２６内の水素ガスの温度を測定して、制御装置３０に送信する。
ガス圧力センサ３５、３７は、それぞれ、エア排出路２４および水素排出路２６内の水素ガスの圧力を測定して、制御装置３０に送信する。
電流センサ３２は、燃料電池１０で発電した電流値を計測して、制御装置３０に送信する。
タイマ４０は、制御装置３０で設定された時刻からの経過時間を測定するものである。具体的には、タイマ４０は、燃料電池１０の駆動が停止すると、制御装置３０によりセットされ、このセットされた時刻からの経過時間を制御装置３０に送信する。したがって、タイマ４０は、燃料電池１０の停止時間を測定する。
電流コントローラ３３は、上限発電電流算出手段４４から出力される発電電流の上限値に従って、燃料電池１０で発電する電流値を制限する。 The MEA temperature sensor 31 measures the temperature of the membrane electrode structure (MEA) 12 and transmits it to the control device 30.
The gas temperature sensors 34 and 36 measure the temperature of the hydrogen gas in the air discharge path 24 and the hydrogen discharge path 26, respectively, and transmit them to the control device 30.
The gas pressure sensors 35 and 37 measure the pressure of the hydrogen gas in the air discharge path 24 and the hydrogen discharge path 26, respectively, and transmit them to the control device 30.
The current sensor 32 measures the current value generated by the fuel cell 10 and transmits it to the control device 30.
The timer 40 measures the elapsed time from the time set by the control device 30. Specifically, when the driving of the fuel cell 10 is stopped, the timer 40 is set by the control device 30 and transmits the elapsed time from the set time to the control device 30. Therefore, the timer 40 measures the stop time of the fuel cell 10.
The current controller 33 limits the current value generated by the fuel cell 10 in accordance with the upper limit value of the generated current output from the upper limit generated current calculating means 44.

また、制御装置３０には、図示しないイグニッションスイッチが接続される。このイグニッションスイッチは、燃料電池車の運転席に設けられており、運転者の操作に従ってオン／オフ信号を制御装置３０に送信する。制御装置３０は、イグニッションスイッチのオン／オフに従って、燃料電池１０の発電を行う。 Further, an ignition switch (not shown) is connected to the control device 30. This ignition switch is provided in the driver's seat of the fuel cell vehicle, and transmits an on / off signal to the control device 30 in accordance with the operation of the driver. The control device 30 performs power generation of the fuel cell 10 in accordance with ON / OFF of the ignition switch.

電流積算手段４１は、電流センサ３２で計測された電流値を積算して、燃料電池の発電量を算出し、この発電量を出力する。 The current integration means 41 integrates the current values measured by the current sensor 32, calculates the amount of power generated by the fuel cell, and outputs this amount of power generation.

掃気手段４２は、燃料電池１０の掃気処理を行う。すなわち、パージ弁２６１、背圧弁２４１、およびエア導入弁２７１を制御して掃気処理を行い、掃気が完了すると、掃気フラグを“０”から“１”にする。 The scavenging means 42 performs a scavenging process for the fuel cell 10. That is, the scavenging process is performed by controlling the purge valve 261, the back pressure valve 241, and the air introduction valve 271, and when the scavenging is completed, the scavenging flag is changed from “0” to “1”.

具体的には、エア導入弁２７１、パージ弁２６１、および背圧弁２４１を開いて、コンプレッサ２１を駆動する。すると、コンプレッサ２１から送られた空気は、エア供給路２３、燃料電池１０のカソード側、およびエア排出路２４を介して、外部に排出される。また、同時に、エア供給路２３、バイパス２７、水素供給路２５、燃料電池１０のアノード側、および水素排出路２６を介して、外部に排出される。これにより、上述したエア供給路２３、エア排出路２４、水素供給路２５、および水素排出路２６が掃気される。 Specifically, the air introduction valve 271, the purge valve 261, and the back pressure valve 241 are opened to drive the compressor 21. Then, the air sent from the compressor 21 is discharged to the outside through the air supply path 23, the cathode side of the fuel cell 10, and the air discharge path 24. At the same time, the air is discharged to the outside through the air supply path 23, the bypass 27, the hydrogen supply path 25, the anode side of the fuel cell 10, and the hydrogen discharge path 26. Thereby, the air supply path 23, the air discharge path 24, the hydrogen supply path 25, and the hydrogen discharge path 26 described above are scavenged.

含水率算出手段４３は、膜電極構造体（ＭＥＡ）１２の含水率を算出する。
具体的には、前回発電を停止した際のＭＥＡ含水率をメモリに記憶しておき、この前回のＭＥＡ含水率のほか、電流積算手段４１で算出した燃料電池１０の発電量、掃気手段４２から出力された掃気フラグの履歴、タイマ４０で測定した燃料電池１０の停止時間、ＭＥＡ温度センサ３１で測定した膜電極構造体（ＭＥＡ）１２の温度、ガス温度センサ３４、３６で測定した反応ガスの温度、および、ガス圧力センサ３５、３７で測定した反応ガスの圧力に基づいて、膜電極構造体（ＭＥＡ）１２の含水率を推定し、算出する。 The moisture content calculating means 43 calculates the moisture content of the membrane electrode structure (MEA) 12.
Specifically, the MEA moisture content when the previous power generation was stopped is stored in the memory, and in addition to the previous MEA moisture content, the power generation amount of the fuel cell 10 calculated by the current integrating means 41, the scavenging means 42 The history of the output scavenging flag, the stop time of the fuel cell 10 measured by the timer 40, the temperature of the membrane electrode structure (MEA) 12 measured by the MEA temperature sensor 31, and the reaction gas measured by the gas temperature sensors 34 and 36 Based on the temperature and the pressure of the reaction gas measured by the gas pressure sensors 35 and 37, the moisture content of the membrane electrode structure (MEA) 12 is estimated and calculated.

図４は、燃料電池の停止時間とＭＥＡ含水率との関係を示す図である。図４中、二点鎖線は、掃気していない場合のＭＥＡ含水率の変化であり、実線は、掃気した場合のＭＥＡ含水率の変化である。
掃気をしていない場合、燃料電池の停止中では、カソード系が大気に開放されており、このカソード系の水分が放出されるため、ＭＥＡの含水率は徐々に低下する。
一方、掃気手段４２を作動させて掃気した場合には、掃気処理によりＭＥＡが一気に乾燥するため、ＭＥＡの含水率は急激に低下する。その後、掃気をしていない場合と同様に、時間の経過に従って、ＭＥＡの含水率は徐々に低下する。
図５は、電流値および反応ガスの圧力・温度とＭＥＡ含水率との関係を示す図である。
反応ガスの圧力・温度が一定の状態では、電流値すなわち発電量が増加するに従って、ＭＥＡ含水率が低下する。また、電流値が一定の状態では、反応ガスの圧力または温度が上昇するに従って、ＭＥＡ含水率が低下する。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the fuel cell stop time and the MEA moisture content. In FIG. 4, the two-dot chain line is a change in the MEA moisture content when scavenging is not performed, and the solid line is a change in the MEA moisture content when scavenging is performed.
When scavenging is not performed, the cathode system is open to the atmosphere while the fuel cell is stopped, and moisture in the cathode system is released, so that the moisture content of the MEA gradually decreases.
On the other hand, when scavenging is performed by operating the scavenging means 42, the MEA is dried at a stretch by the scavenging process, so that the moisture content of the MEA is rapidly reduced. Thereafter, as in the case where scavenging is not performed, the moisture content of the MEA gradually decreases with the passage of time.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the current value, the pressure / temperature of the reaction gas, and the MEA moisture content.
When the pressure and temperature of the reaction gas are constant, the MEA moisture content decreases as the current value, that is, the power generation amount increases. In a state where the current value is constant, the MEA moisture content decreases as the reaction gas pressure or temperature increases.

上限発電電流算出手段４４は、含水率算出手段４３で算出した膜電極構造体（ＭＥＡ）１２の含水率の推定値に基づいて、発電電流の上限値を算出し、この発電電流の上限値を電流コントローラ３３に出力する。
図６は、ＭＥＡ含水率の推定値と発電電流の上限値との関係を示す図である。
ＭＥＡ含水率の推定値がほぼ０％では、燃料電池の発電電流の上限値はほぼ０であり、発電を停止する。この状態から、ＭＥＡ含水率の推定値が上昇するに従って、発電電流の上限値を上昇させて、発電電流の制限を緩和する。そして、ＭＥＡ含水率の推定値が所定値Ａ以上になると、発電電流を制限せず、発電電流の上限値は最大（燃料電池１０のフルスペック値）となる。
なお、この所定値Ａは、カソード電極（陰極）で生成された水素イオンを水和して、固体高分子膜中を移動させるのに十分な水分が確保される値として、設定される。 The upper limit generated current calculation means 44 calculates the upper limit value of the generated current based on the estimated value of the moisture content of the membrane electrode structure (MEA) 12 calculated by the moisture content calculation means 43, and calculates the upper limit value of the generated current. Output to the current controller 33.
FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between the estimated value of the MEA moisture content and the upper limit value of the generated current.
When the estimated value of the MEA moisture content is approximately 0%, the upper limit value of the generated current of the fuel cell is approximately 0, and the power generation is stopped. From this state, as the estimated value of the MEA moisture content increases, the upper limit value of the generated current is increased to relax the limit of the generated current. When the estimated value of the MEA moisture content is equal to or greater than the predetermined value A, the generated current is not limited, and the upper limit value of the generated current is the maximum (the full specification value of the fuel cell 10).
The predetermined value A is set as a value that secures sufficient moisture to hydrate the hydrogen ions generated at the cathode electrode (cathode) and move them through the solid polymer membrane.

以上の燃料電池システム１の動作について、図７のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、燃料電池システム１が停止した状態から、イグニッションスイッチ（ＩＧ＿ＳＷ）をオンする（ＳＴ１）。
すると、含水率算出手段４３により、前回の発電停止時のＭＥＡ含水率がメモリから読み出され（ＳＴ２）、掃気を実施したか否かを判別する（ＳＴ３）。具体的には、掃気フラグが“０”であるか“１”であるかを判別することで、掃気を実施したか否かを判別する。この判別が“ＹＥＳ”のときは、ＳＴ４に移り、“ＮＯ”のときは、ＳＴ５に移る。 The operation of the fuel cell system 1 will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, the ignition switch (IG_SW) is turned on when the fuel cell system 1 is stopped (ST1).
Then, the moisture content calculating means 43 reads the MEA moisture content at the time of the previous power generation stop from the memory (ST2), and determines whether or not scavenging has been performed (ST3). Specifically, it is determined whether or not scavenging is performed by determining whether the scavenging flag is “0” or “1”. When this determination is “YES”, the process proceeds to ST4, and when “NO”, the process proceeds to ST5.

ＳＴ４では、含水率算出手段４３により、掃気した場合におけるＭＥＡ含水率の変化に従い、停止時間に基づいてＭＥＡの含水率の推定値を算出する（図４参照）。一方、ＳＴ５では、含水率算出手段４３により、掃気していない場合におけるＭＥＡ含水率の変化に従い、停止時間に基づいてＭＥＡの含水率の推定値を算出する（図４参照）。 In ST4, the moisture content calculation means 43 calculates an estimated value of the moisture content of the MEA based on the stop time according to the change in the MEA moisture content when scavenging (see FIG. 4). On the other hand, in ST5, the moisture content calculating means 43 calculates the estimated value of the moisture content of the MEA based on the stop time according to the change in the MEA moisture content when scavenging is not performed (see FIG. 4).

次に、含水率算出手段４３により、燃料電池１０の発電量、反応ガスの圧力および温度、ＭＥＡの温度に基づいて、ＭＥＡ含水率の推定値を算出する（ＳＴ６）。
続いて、上限発電電流算出手段４４により、このＭＥＡ含水率の推定値に基づいて、発電電流の上限値を算出する（ＳＴ７）。そして、この発電電流上限値に従って、電流コントローラ３３により発電電流を制限する（ＳＴ８）。
その後、制御装置３０により、イグニッションスイッチ（ＩＧ）がオフされたか否かを判別する（ＳＴ９）。この判別が“ＮＯ”のときは、ＳＴ６に戻って発電を継続し、“ＹＥＳ”のときは、燃料電池システム１を停止する（ＳＴ１０）。 Next, an estimated value of the MEA moisture content is calculated by the moisture content calculating means 43 based on the power generation amount of the fuel cell 10, the pressure and temperature of the reaction gas, and the temperature of the MEA (ST6).
Subsequently, the upper limit generation current calculation means 44 calculates the upper limit value of the generation current based on the estimated value of the MEA moisture content (ST7). Then, according to the generated current upper limit value, the generated current is limited by the current controller 33 (ST8).
Thereafter, the control device 30 determines whether or not the ignition switch (IG) is turned off (ST9). When this determination is “NO”, the process returns to ST6 to continue power generation, and when “YES”, the fuel cell system 1 is stopped (ST10).

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）燃料電池システム１に、含水率算出手段４３、上限発電電流算出手段４４、および電流コントローラ３３を設けた。これにより、燃料電池を構成する固体高分子膜１２３の含水率を算出し、この算出した含水率に基づいて、燃料電池１０の発電量を制限する。よって、固体高分子膜１２３の含水率が低下した場合に、固体高分子膜１２３が劣化しない程度にまで燃料電池１０の発電量を制限できるから、固体高分子膜１２３の劣化を抑制しつつ発電できる。 According to this embodiment, there are the following effects.
(1) The fuel cell system 1 is provided with a moisture content calculating means 43, an upper limit generated current calculating means 44, and a current controller 33. Thereby, the water content of the solid polymer membrane 123 constituting the fuel cell is calculated, and the power generation amount of the fuel cell 10 is limited based on the calculated water content. Therefore, when the water content of the solid polymer membrane 123 is reduced, the power generation amount of the fuel cell 10 can be limited to such an extent that the solid polymer membrane 123 does not deteriorate. it can.

（２）燃料電池システム１に、タイマ４０、電流センサ３２および電流積算手段４１をさらに設け、含水率算出手段４３では、少なくともタイマ４０で測定した燃料電池１０の停止時間と、電流積算手段４１で算出した発電量とに基づいて、含水率を算出した。
燃料電池システム１を停止すると、停止時間および発電量に比例して含水率が低下することから、特に、燃料電池システム１の起動時において、含水率を精度良く算出できる。 (2) The fuel cell system 1 is further provided with a timer 40, a current sensor 32, and a current integration means 41. The moisture content calculation means 43 includes at least the stop time of the fuel cell 10 measured by the timer 40 and the current integration means 41. The moisture content was calculated based on the calculated power generation amount.
When the fuel cell system 1 is stopped, the water content decreases in proportion to the stop time and the amount of power generation. Therefore, particularly when the fuel cell system 1 is started, the water content can be accurately calculated.

（３）燃料電池システム１に加湿器２９を設け、上限発電電流算出手段４４および電流コントローラ３３で、固体高分子膜１２３の含水率が所定値Ａ以下である場合に、燃料電池１０の発電量を制限した。
よって、固体高分子膜１２３の加湿に時間がかかる加湿器２９を設けても、固体高分子膜１２３の含水率が低下した場合には、燃料電池１０の発電量を制限することで、固体高分子膜１２３の劣化を抑制できる。 (3) When the humidifier 29 is provided in the fuel cell system 1 and the water content of the solid polymer membrane 123 is not more than the predetermined value A by the upper limit generated current calculation means 44 and the current controller 33, the power generation amount of the fuel cell 10 Restricted.
Therefore, even if the humidifier 29 that takes time to humidify the solid polymer membrane 123 is provided, if the moisture content of the solid polymer membrane 123 is reduced, the amount of power generated by the fuel cell 10 is limited, so that Degradation of the molecular film 123 can be suppressed.

［第２実施形態］
図８は、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システム１Ａのブロック図である。
本実施形態では、ＭＥＡ温度センサ３１、ガス温度センサ３４、３６、ガス圧力センサ３５、３７、およびタイマ４０が設けられておらず、代わりに、ガス湿度センサ３８、３９が設けられている点、および、制御装置３０Ａの構成が、第１実施形態と異なり、他の構成は、第１実施形態と同様である。 [Second Embodiment]
FIG. 8 is a block diagram of a fuel cell system 1A according to the second embodiment of the present invention.
In the present embodiment, the MEA temperature sensor 31, the gas temperature sensors 34 and 36, the gas pressure sensors 35 and 37, and the timer 40 are not provided, but gas humidity sensors 38 and 39 are provided instead. And the structure of 30 A of control apparatuses differs from 1st Embodiment, and another structure is the same as that of 1st Embodiment.

すなわち、エア排出路２４のうち燃料電池１０の近傍には、ガス温度センサ３４およびガス圧力センサ３５が設けられておらず、湿度測定手段としてのガス湿度センサ３８が設けられている。
また、水素排出路２６のうち燃料電池１０の近傍には、ガス温度センサ３６およびガス圧力センサ３７が設けられておらず、湿度測定手段としてのガス湿度センサ３９が設けられている。 That is, the gas temperature sensor 34 and the gas pressure sensor 35 are not provided in the vicinity of the fuel cell 10 in the air discharge path 24, and a gas humidity sensor 38 as a humidity measuring unit is provided.
Further, in the vicinity of the fuel cell 10 in the hydrogen discharge path 26, the gas temperature sensor 36 and the gas pressure sensor 37 are not provided, but a gas humidity sensor 39 as a humidity measuring means is provided.

図９は、制御装置３０Ａのブロック図である。
ガス湿度センサ３８、３９は、制御装置３０Ａに接続されており、それぞれ、エア排出路２４および水素排出路２６内の水素ガスの湿度を測定して、燃料電池１０のカソード側およびアノード側の出口部の湿度として、制御装置３０に送信する。
含水率算出手段４３Ａは、ガス湿度センサ３８、３９で測定した反応ガスの湿度に基づいて、膜電極構造体（ＭＥＡ）１２の含水率を推定し、算出する。 FIG. 9 is a block diagram of the control device 30A.
The gas humidity sensors 38 and 39 are connected to the control device 30A, and measure the humidity of the hydrogen gas in the air discharge path 24 and the hydrogen discharge path 26, respectively, so that the outlets on the cathode side and anode side of the fuel cell 10 are measured. This is transmitted to the control device 30 as the humidity of the unit.
The moisture content calculating means 43A estimates and calculates the moisture content of the membrane electrode structure (MEA) 12 based on the humidity of the reaction gas measured by the gas humidity sensors 38 and 39.

図１０は、燃料電池のカソード側（あるいはアノード側）の出口部の湿度とＭＥＡ含水率との関係を示す図である。
燃料電池の出口部の湿度がほぼ０％では、ＭＥＡ含水率もほぼ０％である。この状態から、燃料電池の出口部の湿度が上昇するに従って、ＭＥＡ含水率も上昇するが、燃料電池の出口部の湿度が所定値Ｂを超えると、ＭＥＡに含まれる水分は飽和状態となり、ＭＥＡ含水率は一定値となる。 FIG. 10 is a graph showing the relationship between the humidity at the outlet of the cathode (or the anode) of the fuel cell and the MEA moisture content.
When the humidity at the outlet of the fuel cell is approximately 0%, the MEA moisture content is also approximately 0%. From this state, as the humidity at the outlet of the fuel cell increases, the MEA moisture content also increases. However, when the humidity at the outlet of the fuel cell exceeds a predetermined value B, the water contained in the MEA becomes saturated, and the MEA The moisture content is a constant value.

以上の燃料電池システム１の動作について、図１１のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、燃料電池システム１が停止した状態から、イグニッションスイッチ（ＩＧ＿ＳＷ）をオンする（ＳＴ２１）。
すると、含水率算出手段４３により、燃料電池１０の出口部の湿度に基づいて、ＭＥＡの含水率の推定値を算出する（ＳＴ２２）。
続いて、上限発電電流算出手段４４により、発電電流の上限値を算出する（ＳＴ２３）。そして、この発電電流上限値に従って、電流コントローラ３３により発電電流を制限する（ＳＴ２４）。
その後、制御装置３０により、イグニッションスイッチ（ＩＧ）がオフされたか否かを判別する（ＳＴ２５）。この判別が“ＮＯ”のときは、ＳＴ２２に戻って発電を継続し、“ＹＥＳ”のときは、燃料電池システム１を停止する（ＳＴ２６）。 The operation of the fuel cell system 1 will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, the ignition switch (IG_SW) is turned on after the fuel cell system 1 is stopped (ST21).
Then, the moisture content calculating means 43 calculates an estimated value of the moisture content of the MEA based on the humidity at the outlet of the fuel cell 10 (ST22).
Subsequently, the upper limit value of the generated current is calculated by the upper limit generated current calculation means 44 (ST23). Then, the generated current is limited by the current controller 33 in accordance with the generated current upper limit value (ST24).
Thereafter, the control device 30 determines whether or not the ignition switch (IG) is turned off (ST25). When this determination is “NO”, the process returns to ST22 to continue power generation, and when “YES”, the fuel cell system 1 is stopped (ST26).

本実施形態によれば、上述の（１）、（３）の効果に加え、以下のような効果がある。
（４）燃料電池システム１にガス湿度センサ３８、３９をさらに設け、含水率算出手段４３Ａでは、ガス湿度センサ３８、３９で検出した反応ガスの湿度に基づいて、含水率を算出した。
よって、ガス湿度センサ３８、３９で反応ガスの湿度を監視することで、固体高分子膜１２３の含水率の低下を迅速に把握でき、固体高分子膜１２３の劣化をより確実に抑制できる。 According to this embodiment, in addition to the effects (1) and (3) described above, the following effects can be obtained.
(4) The fuel cell system 1 is further provided with gas humidity sensors 38 and 39, and the moisture content calculation means 43A calculates the moisture content based on the humidity of the reaction gas detected by the gas humidity sensors 38 and 39.
Therefore, by monitoring the humidity of the reaction gas with the gas humidity sensors 38 and 39, a decrease in the moisture content of the solid polymer film 123 can be quickly grasped, and the deterioration of the solid polymer film 123 can be more reliably suppressed.

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上述の各実施形態では、カソード系に加湿器２９を設けたが、これに限らず、アノード系に設けてもよい。すなわち、水素供給路２５および水素排出路２６に加湿器を設け、この加湿器で、水素供給路２５内の反応ガスから水分を回収して、この回収した水分を、水素供給路２５内の反応ガスに供給することで、固体高分子膜１２３に水分を供給してもよい。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, etc. within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in each of the above-described embodiments, the humidifier 29 is provided in the cathode system, but the present invention is not limited thereto, and the humidifier 29 may be provided in the anode system. That is, a humidifier is provided in the hydrogen supply path 25 and the hydrogen discharge path 26, and moisture is collected from the reaction gas in the hydrogen supply path 25 by this humidifier, and the collected moisture is used as a reaction in the hydrogen supply path 25. Water may be supplied to the solid polymer film 123 by supplying the gas.

また、第１実施形態では、前回のＭＥＡ含水率のほか、燃料電池１０の発電量、掃気フラグの履歴、燃料電池１０の停止時間、膜電極構造体（ＭＥＡ）１２の温度、反応ガスの温度、および反応ガスの圧力に基づいて、膜電極構造体（ＭＥＡ）１２の含水率を推定し、第２実施形態では、反応ガスの湿度に基づいて、膜電極構造体（ＭＥＡ）１２の含水率を推定したが、これに限らない。例えば、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせて、前回のＭＥＡ含水率、燃料電池１０の発電量、掃気フラグの履歴、燃料電池１０の停止時間、膜電極構造体（ＭＥＡ）１２の温度、反応ガスの温度、反応ガスの圧力、および反応ガスの湿度に基づいて、膜電極構造体（ＭＥＡ）１２の含水率を推定してもよい。 In the first embodiment, in addition to the previous MEA moisture content, the power generation amount of the fuel cell 10, the history of the scavenging flag, the stop time of the fuel cell 10, the temperature of the membrane electrode structure (MEA) 12, the temperature of the reaction gas And the moisture content of the membrane electrode structure (MEA) 12 is estimated based on the pressure of the reaction gas. In the second embodiment, the moisture content of the membrane electrode structure (MEA) 12 is estimated based on the humidity of the reaction gas. However, the present invention is not limited to this. For example, by combining the first embodiment and the second embodiment, the previous MEA moisture content, the power generation amount of the fuel cell 10, the history of the scavenging flag, the stop time of the fuel cell 10, the membrane electrode structure (MEA) 12 The moisture content of the membrane electrode structure (MEA) 12 may be estimated based on the temperature, the temperature of the reaction gas, the pressure of the reaction gas, and the humidity of the reaction gas.

本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムのブロック図である。1 is a block diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 前記実施形態に係る燃料電池を構成するセルの断面図である。It is sectional drawing of the cell which comprises the fuel battery | cell which concerns on the said embodiment. 前記実施形態に係る燃料電池システムを構成する制御装置のブロック図である。It is a block diagram of a control device constituting the fuel cell system according to the embodiment. 前記実施形態に係る燃料電池の停止時間とＭＥＡ含水率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the stop time of the fuel cell which concerns on the said embodiment, and MEA moisture content. 前記実施形態に係る燃料電池の電流値および反応ガスの圧力・温度とＭＥＡ含水率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the electric current value of the fuel cell which concerns on the said embodiment, the pressure and temperature of a reactive gas, and MEA moisture content. 前記実施形態に係る燃料電池のＭＥＡ含水率の推定値と発電電流の上限値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the estimated value of the MEA moisture content of the fuel cell which concerns on the said embodiment, and the upper limit of generated current. 前記実施形態に係る燃料電池システムのフローチャートである。4 is a flowchart of the fuel cell system according to the embodiment. 本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムのブロック図である。It is a block diagram of the fuel cell system concerning a 2nd embodiment of the present invention. 前記実施形態に係る燃料電池システムを構成する制御装置のブロック図である。It is a block diagram of a control device constituting the fuel cell system according to the embodiment. 前記実施形態に係る燃料電池のカソード側（あるいはアノード側）の出口部の湿度とＭＥＡ含水率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the humidity of the exit part of the cathode side (or anode side) of a fuel cell which concerns on the said embodiment, and MEA moisture content. 前記実施形態に係る燃料電池システムのフローチャートである。4 is a flowchart of the fuel cell system according to the embodiment.

Explanation of symbols

１、１Ａ…燃料電池システム
１０…燃料電池
２９…加湿器（加湿手段）
３１…温度センサ（温度検出手段）
３２…電流センサ（発電量算出手段）
３３…電流コントローラ（発電量制限手段）
３８、３９…ガス湿度センサ（湿度測定手段）
４０…タイマ（停止時間測定手段）
４１…電流積算手段（発電量算出手段）
４３、４３Ａ…含水率算出手段
４４…上限発電電流算出手段（発電量制限手段）
１２１…アノード電極
１２２…カソード電極
１２３…固体高分子膜（膜）
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1A ... Fuel cell system 10 ... Fuel cell 29 ... Humidifier (humidification means)
31 ... Temperature sensor (temperature detection means)
32 ... Current sensor (power generation amount calculation means)
33 ... Current controller (power generation amount limiting means)
38, 39 ... Gas humidity sensor (humidity measuring means)
40 ... Timer (stop time measuring means)
41 ... Current integration means (power generation amount calculation means)
43, 43A ... moisture content calculating means 44 ... upper limit generated current calculating means (power generation limiting means)
121 ... Anode electrode 122 ... Cathode electrode 123 ... Solid polymer membrane (membrane)

Claims

A membrane, and an anode electrode and a cathode electrode provided across the membrane, and when a reaction gas is supplied to each of the anode electrode and the cathode electrode, the reaction gas reacts through the membrane. A fuel cell for generating electricity,
A moisture content calculating means for calculating the moisture content of the membrane;
A fuel cell system comprising: a power generation amount limiting unit that limits a power generation amount of the fuel cell based on the water content of the membrane calculated by the water content calculation unit.

A stop time measuring means for measuring the stop time of the fuel cell;
A power generation amount calculating means for calculating the power generation amount of the fuel cell;
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the moisture content calculating means calculates the moisture content based on at least a stop time of the fuel cell and a power generation amount.

Further comprising humidity measuring means for measuring the humidity of the reaction gas discharged from the fuel cell;
The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the moisture content calculating means calculates the moisture content based on the humidity of the reaction gas measured by the humidity measuring means.

Humidifying means for moving moisture between the reaction gas discharged from the fuel cell and the reaction gas supplied to the fuel cell;
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the power generation amount limiting means limits the power generation amount of the fuel cell when the moisture content of the membrane is equal to or less than a predetermined value.

A membrane, and an anode electrode and a cathode electrode provided across the membrane, and when a reaction gas is supplied to each of the anode electrode and the cathode electrode, the reaction gas reacts through the membrane. A method of controlling a fuel cell that generates electricity,
Calculate the moisture content of the membrane,
A fuel cell control method, wherein the power generation amount of the fuel cell is limited based on the calculated moisture content of the membrane.