JP2008153079A

JP2008153079A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2008153079A
Application number: JP2006340315A
Authority: JP
Inventors: Fusanori Igarashi; 総紀五十嵐; Yoshinobu Hasuka; 芳信蓮香; Makoto Ishibashi; 誠石橋; Hiroyuki Yumiya; 浩之弓矢; Katsuki Ishigaki; 克記石垣
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2008-07-03

Abstract

【課題】燃料電池システム停止時に、エアコンプレッサ等の高電圧補機を運転することなく、酸化剤ガスを燃料電池に供給し、排出するための酸化剤ガス流路に設けられた開閉バルブの異常を判断できる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システムが停止していて、空気入口遮断弁（２１）及び空気出口遮断弁（２２）が共に閉状態のときに、カソード極の劣化を検出したときは、空気入口遮断弁（２１）及び空気出口遮断弁（２２）は異常であると判断することを特徴とする。
【選択図】図２Open / close valve provided in an oxidant gas flow path for supplying and discharging oxidant gas to a fuel cell without operating a high voltage auxiliary machine such as an air compressor when the fuel cell system is stopped A fuel cell system capable of determining
When the deterioration of the cathode electrode is detected when the fuel cell system is stopped and both the air inlet shut-off valve (21) and the air outlet shut-off valve (22) are closed, the air inlet shut-off valve (21) and the air outlet shutoff valve (22) are determined to be abnormal.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.

燃料電池本体への燃料ガス供給ライン及び酸化剤ガス供給ライン、燃料電池本体からの燃料ガス排出ライン及び酸化剤ガス排出ラインに、それぞれ開閉バルブを設けた燃料電池システムが知られている。このような燃料電池システムにおいては、発電運転を停止したとき、上記開閉バルブを閉状態として、燃料電池本体の内部のガス空間を密閉することができる。 2. Description of the Related Art A fuel cell system is known in which an open / close valve is provided in each of a fuel gas supply line and an oxidant gas supply line to a fuel cell body, and a fuel gas discharge line and an oxidant gas discharge line from the fuel cell body. In such a fuel cell system, when the power generation operation is stopped, the gas valve inside the fuel cell main body can be sealed by closing the open / close valve.

燃料電池システム停止時に、酸化剤ガス流路に設けられた開閉バルブが、故障等により正常に閉状態でない場合は、その故障している開閉バルブを通じて、酸化剤ガス流路内に空気が入り込んでくる。そうすると、カソード極中のカーボンが酸化される、いわゆるカーボン酸化が発生する。このカーボン酸化が起きると、カソード極が劣化して発電性能が低下するため、好ましくない。 If the open / close valve provided in the oxidant gas flow path is not normally closed due to a failure or the like when the fuel cell system is stopped, air enters the oxidant gas flow path through the failed open / close valve. come. As a result, carbon in the cathode electrode is oxidized, so-called carbon oxidation occurs. If this carbon oxidation occurs, the cathode electrode deteriorates and the power generation performance decreases, which is not preferable.

そこで、上記開閉バルブの異常の有無を判定する方法が必要とされる。例えば、燃料電池システム運転時に、開閉バルブが設けられているガスラインが加圧されている状態で、開閉バルブを開閉動作させ、その圧力変化を検出して、開閉バルブの異常の有無を判定するという方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。 Therefore, a method for determining the presence / absence of an abnormality in the opening / closing valve is required. For example, during operation of the fuel cell system, when the gas line provided with the opening / closing valve is pressurized, the opening / closing valve is opened and closed, and the pressure change is detected to determine whether the opening / closing valve is abnormal. Is known (see, for example, Patent Document 1).

特開２００５−３１０５５０号公報JP 2005-310550 A

一方、燃料電池システム停止時に、上記の方法で開閉バルブの異常の有無を判定しようとすると、燃料電池システム運転時と同様に開閉バルブが設けられているガスラインを、加圧状態に保つ必要がある。 On the other hand, when the fuel cell system is stopped, it is necessary to keep the gas line provided with the open / close valve in a pressurized state in the same manner as when the fuel cell system is operated, in order to determine whether the open / close valve is abnormal by the above method. is there.

そうすると、燃料電池システム停止時であっても、開閉バルブが設けられているガスラインを加圧状態に保つために、エアコンプレッサ等の高電圧補機を運転する必要があるので、電力消費が大きくなるという課題があった。 Then, even when the fuel cell system is stopped, it is necessary to operate a high-voltage auxiliary machine such as an air compressor in order to keep the gas line provided with the open / close valve in a pressurized state. There was a problem of becoming.

本発明は、アノード極に燃料ガスが供給され、カソード極に酸化剤ガスが供給される燃料電池と、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給し、排出するための酸化剤ガス流路と、前記酸化剤ガス流路の供給側に設けられた第１の開閉バルブと、前記酸化剤ガス流路の排出側に設けられた第２の開閉バルブと、前記第１又は第２の開閉バルブの異常を判断する判断部と、を備え、前記判断部は、前記第１及び第２の開閉バルブが共に閉状態のときに、前記カソード極の劣化を検出したときは、前記第１又は第２の開閉バルブが異常であると判断することを特徴とする。 The present invention provides a fuel cell in which fuel gas is supplied to the anode electrode and oxidant gas is supplied to the cathode electrode, an oxidant gas flow path for supplying and discharging the oxidant gas to the fuel cell, A first open / close valve provided on the supply side of the oxidant gas flow path, a second open / close valve provided on the discharge side of the oxidant gas flow path, and the first or second open / close valve. A determination unit configured to determine abnormality, and when the first and second on-off valves are both closed, the determination unit detects the deterioration of the cathode electrode when the first or second valve is closed. It is determined that the open / close valve is abnormal.

かかる構成によれば、燃料電池システム停止時に、エアコンプレッサ等の高電圧補機を運転することなく、開閉バルブの異常を判断できるので、無駄な電力消費を抑えることができる。 According to such a configuration, when the fuel cell system is stopped, it is possible to determine the abnormality of the on-off valve without operating a high-voltage auxiliary machine such as an air compressor, so that wasteful power consumption can be suppressed.

本発明の燃料電池システムであって、前記判断部は、前記第１及び第２の開閉バルブが共に閉状態のときに、前記カソード極の電位が所定基準値以上のときは、前記カソード極が劣化していることを検出し、前記第１又は第２の開閉バルブが異常であると判断することが好適である。 In the fuel cell system according to the present invention, the determination unit is configured such that when both the first and second on-off valves are in a closed state and the potential of the cathode electrode is equal to or higher than a predetermined reference value, the cathode electrode It is preferable to detect that the first or second on-off valve is abnormal by detecting the deterioration.

かかる構成によれば、カソード極の電位が高くなっていることを検出することによって、カソード極に空気が入り込んでカソード極の劣化を引き起こしていることを検出し、開閉バルブが正常に閉状態になっていないことを判断できる。 According to such a configuration, by detecting that the potential of the cathode electrode is high, it is detected that air has entered the cathode electrode, causing deterioration of the cathode electrode, and the open / close valve is normally closed. It can be determined that it is not.

本発明の燃料電池システムであって、前記判断部は、前記第１及び第２の開閉バルブが共に閉状態のときに、前記第１の開閉バルブと前記第２の開閉バルブとの間の酸化剤ガス流路内における二酸化炭素濃度が、所定濃度値以上のときは、前記カソード極が劣化していることを検出し、前記第１又は第２の開閉バルブが異常であると判断することが好適である。 In the fuel cell system according to the present invention, the determination unit is configured to oxidize the first on-off valve and the second on-off valve when both the first and second on-off valves are closed. When the carbon dioxide concentration in the agent gas flow path is equal to or higher than a predetermined concentration value, it is detected that the cathode electrode is deteriorated and it is determined that the first or second on-off valve is abnormal. Is preferred.

かかる構成によれば、二酸化炭素が発生していることを検知することによって、カソード極に空気が入り込んでカソード極の劣化を引き起こしていることを検出し、開閉バルブが正常に閉状態になっていないことを判断できる。 According to such a configuration, by detecting that carbon dioxide is generated, it is detected that air has entered the cathode electrode, causing deterioration of the cathode electrode, and the open / close valve is normally closed. Judge that there is no.

本発明は、アノード極に燃料ガスが供給され、カソード極に酸化剤ガスが供給される燃料電池と、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給し、排出するための酸化剤ガス流路と、
前記酸化剤ガス流路の供給側に設けられた第１の開閉バルブと、前記酸化剤ガス流路の排出側に設けられた第２の開閉バルブと、前記第１又は第２の開閉バルブの異常を判断する判断部と、を備え、前記判断部は、前記第１又は第２の開閉バルブが共に閉状態のときに、前記第１の開閉バルブと前記第２の開閉バルブとの間の酸化剤ガス流路内の圧力が、所定基準値以上であるときは、前記第１又は第２の開閉バルブが異常であると判断することを特徴とする。 The present invention provides a fuel cell in which fuel gas is supplied to the anode electrode and oxidant gas is supplied to the cathode electrode, an oxidant gas flow path for supplying and discharging the oxidant gas to the fuel cell,
A first open / close valve provided on the supply side of the oxidant gas flow path, a second open / close valve provided on the discharge side of the oxidant gas flow path, and the first or second open / close valve. A determination unit for determining abnormality, wherein the determination unit is provided between the first on-off valve and the second on-off valve when both the first or second on-off valve are closed. When the pressure in the oxidant gas flow path is equal to or higher than a predetermined reference value, it is determined that the first or second on-off valve is abnormal.

かかる構成によれば、第１の開閉バルブと第２の開閉バルブとの間の酸化剤ガス流路内の圧力が上昇していることを検出することによって、酸化剤ガス流路内に外部から気体が入り込んでいることを検出し、開閉バルブの異常を判断できる。 According to such a configuration, by detecting that the pressure in the oxidant gas flow path between the first open / close valve and the second open / close valve has increased, the oxidant gas flow path is externally detected. By detecting that gas has entered, it is possible to determine the abnormality of the open / close valve.

本発明の燃料電池システムであって、前記判断部は、前記第１及び第２の開閉バルブが共に閉状態になると、その時点から第１の所定期間が経過するまでの期間においては、前記第１又は第２の開閉バルブが異常であるか否かの判断を行い、前記第１の所定期間が経過した時点から第２の所定期間が経過するまでの期間においては、前記第１又は第２の開閉バルブが異常であるかどうかの判断を行わず、前記第２の所定期間が経過した時点から前記第１及び第２の開閉バルブが再び開状態になるまでの期間においては、前記第１又は第２の開閉バルブが異常であるか否かの判断を行うことが好適である。 In the fuel cell system according to the present invention, when both the first and second on-off valves are in the closed state, the determination unit determines whether the first predetermined period elapses from that point in time until the first predetermined period elapses. It is determined whether or not the first or second on-off valve is abnormal, and in the period from the time when the first predetermined period elapses until the second predetermined period elapses, the first or second In the period from when the second predetermined period elapses until the first and second on-off valves are opened again, the first on-off valve is not judged whether or not the first on-off valve is abnormal. Alternatively, it is preferable to determine whether or not the second opening / closing valve is abnormal.

かかる構成によれば、燃料電池システム停止時に発生するガスリークによって、第１の開閉バルブと第２の開閉バルブとの間の酸化剤ガス流路内の圧力が変動している時期には、開閉バルブが異常か否かを判断しないので、誤検出を防止することができる。 According to this configuration, when the pressure in the oxidant gas flow path between the first on-off valve and the second on-off valve fluctuates due to a gas leak that occurs when the fuel cell system is stopped, the on-off valve Since it is not determined whether or not is abnormal, it is possible to prevent erroneous detection.

本発明の燃料電池システムであって、前記判断部を含む制御ユニットを備え、前記制御ユニットは、前記第１又は第２の開閉バルブが共に閉状態になると電源がオフ状態になり、電源がオフ状態になってから前記第１又は第２の開閉バルブが再び開状態になるまでの間は、所定期間毎に電源がオン状態になるように設定されており、前記制御ユニットの電源がオン状態になったときに、前記判断部は、前記第１又は第２の開閉バルブの異常を判断し、その判断が終了すると前記制御ユニットの電源は再びオフ状態になるように設定されていることが好適である。 The fuel cell system according to the present invention includes a control unit including the determination unit, and the control unit is turned off when the first or second on-off valve is closed, and the power is turned off. It is set so that the power supply is turned on every predetermined period from the time when the first or second on-off valve is opened again until the control unit is turned on. The determination unit determines that the first or second on-off valve is abnormal, and when the determination ends, the control unit is set to turn off again. Is preferred.

かかる構成によれば、制御ユニットの無駄な電力消費を防止することができる。 According to such a configuration, it is possible to prevent useless power consumption of the control unit.

本発明の燃料電池システムであって、前記所定基準値は、前記第１又は第２の開閉バルブが共に閉状態になってからの期間に応じて変更されることが好適である。 In the fuel cell system according to the present invention, it is preferable that the predetermined reference value is changed according to a period after both the first and second on-off valves are closed.

かかる構成によれば、例えば燃料電池システムの停止時間が長期間に渡ることにより、酸化剤ガス流路内に、開閉バルブを通じて外部から気体が徐々に入り込み、酸化剤ガス流路内の圧力が上昇している場合にも、そのときの状態に応じた圧力基準値を設定することができるので、検出信頼性を確保することができる。 According to such a configuration, for example, when the stop time of the fuel cell system is extended for a long period of time, gas gradually enters the oxidant gas flow channel from the outside through the open / close valve, and the pressure in the oxidant gas flow channel increases. In this case, the pressure reference value corresponding to the state at that time can be set, so that the detection reliability can be ensured.

本発明の燃料電池システムであって、前記第１及び第２の開閉バルブが共に閉状態のときに、前記第１又は第２の開閉バルブが異常であると判断されると、前記第１又は第２の開閉バルブを開状態にして、その後再度前記第１又は第２の開閉バルブを閉状態にすることが好適である。 In the fuel cell system of the present invention, when it is determined that the first or second on-off valve is abnormal when both the first and second on-off valves are closed, the first or second on-off valve It is preferable that the second opening / closing valve is opened and then the first or second opening / closing valve is closed again.

かかる構成によれば、例えば、凍結等によって弁が固着していた場合には、空気遮断弁を開閉動作させることによって弁の動きをスムーズにし、正常な状態に復帰させることができる。 According to such a configuration, for example, when the valve is fixed due to freezing or the like, the movement of the valve can be smoothed and returned to a normal state by opening and closing the air shut-off valve.

本発明の燃料電池システムであって、前記第１及び第２の開閉バルブが共に閉状態のときに、前記第１又は第２の開閉バルブが異常であると判断されると、アノード極に燃料ガスを供給することが好適である。 In the fuel cell system according to the present invention, when it is determined that the first or second on-off valve is abnormal when both the first and second on-off valves are in a closed state, fuel is supplied to the anode electrode. It is preferable to supply gas.

かかる構成によれば、アノード極に燃料ガスを供給することにより、燃料ガスが相対的に不足している状態が解消され、カソード極におけるカーボン酸化を防止することができる According to such a configuration, by supplying the fuel gas to the anode electrode, the state where the fuel gas is relatively insufficient can be eliminated, and carbon oxidation at the cathode electrode can be prevented.

本発明によれば、燃料電池システム停止時に、エアコンプレッサ等の高電圧補機を運転することなく、開閉バルブの異常を判断できる。 According to the present invention, when the fuel cell system is stopped, it is possible to determine an abnormality of the on-off valve without operating a high-voltage auxiliary machine such as an air compressor.

「実施形態１」
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）を図面に従って説明する。 “Embodiment 1”
Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.

図１は、本実施形態に係る燃料電池システムの構成の概略を示す図である。本実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池１０、エアーコンプレッサ（以下、「ＡＣＰ」という）２０、制御部３０を備えている。 FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the configuration of the fuel cell system according to the present embodiment. The fuel cell system according to the present embodiment includes a fuel cell 10, an air compressor (hereinafter referred to as “ACP”) 20, and a control unit 30.

燃料電池１０は、単セルを複数積層して構成されている。個々の単セルは、電解質膜（例えば高分子膜）が、アノード電極とカソード電極で挟持され、さらにその両側をセパレータで挟み込む構造となっている。上記単セルの構造は、従来より広く知られている燃料電池の単セル構造と同様である。 The fuel cell 10 is configured by stacking a plurality of single cells. Each single cell has a structure in which an electrolyte membrane (for example, a polymer membrane) is sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode, and both sides thereof are sandwiched between separators. The structure of the unit cell is the same as the unit cell structure of a fuel cell that has been widely known.

燃料電池１０は、燃料である水素ガス及び酸化剤である空気の供給を受けて発電する。燃料ガスである水素ガスは、図示しない水素タンクから水素ガス流路１１を通って、燃料電池１０を構成する複数の各セルの燃料極（アノード極）に供給される。水素ガス流路１１の、燃料電池１０本体への供給側には、水素ガス入口遮断弁１２が設けられ、水素ガス流路１１の、燃料電池１０本体からの排出側には、水素ガス出口遮断弁１３が設けられている。水素ガス入口遮断弁１２、水素ガス出口遮断弁１３は、制御部３０に接続されている。水素ガス入口遮断弁１２及び水素ガス出口遮断弁１３は、制御部３０からの制御信号によって開状態又は閉状態にされる。燃料電池システム運転時においては、制御部３０からの制御信号によって、水素ガス入口遮断弁１２及び水素ガス出口遮断弁１３は共に開状態にされる。一方、燃料電池システムが停止すると、制御部３０からの制御信号によって、水素ガス入口遮断弁１２及び水素ガス出口遮断弁１３は共に閉状態にされる。 The fuel cell 10 generates power by receiving supply of hydrogen gas as a fuel and air as an oxidant. Hydrogen gas, which is a fuel gas, is supplied to a fuel electrode (anode electrode) of each of a plurality of cells constituting the fuel cell 10 through a hydrogen gas passage 11 from a hydrogen tank (not shown). A hydrogen gas inlet shut-off valve 12 is provided on the supply side of the hydrogen gas passage 11 to the fuel cell 10 body, and a hydrogen gas outlet is shut off on the discharge side of the hydrogen gas passage 11 from the fuel cell 10 body. A valve 13 is provided. The hydrogen gas inlet cutoff valve 12 and the hydrogen gas outlet cutoff valve 13 are connected to the control unit 30. The hydrogen gas inlet cutoff valve 12 and the hydrogen gas outlet cutoff valve 13 are opened or closed by a control signal from the control unit 30. During operation of the fuel cell system, both the hydrogen gas inlet cutoff valve 12 and the hydrogen gas outlet cutoff valve 13 are opened by a control signal from the control unit 30. On the other hand, when the fuel cell system is stopped, both the hydrogen gas inlet cutoff valve 12 and the hydrogen gas outlet cutoff valve 13 are closed by a control signal from the control unit 30.

酸化剤である空気は、空気中の微粒子を除去するためのエアフィルタ１４を通ってＡＣＰ２０に供給される。ＡＣＰ２０に供給された空気は、ＡＣＰ２０によって加圧されて、ＡＣＰ出口流路１５を通って加湿器１６に供給される。そして、加湿器１６で所要の水分を加えられた後に、空気流路１７を通って、燃料電池１０を構成する複数の各セルの空気極（カソード極）に供給される。そして、空気極での反応（Ｈ₂＋１／２Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ）によって生成される水は、空気極からの排気ガスと共に空気流路１７から加湿器１６を通り、排気ガス流路１８を通って、外部に排出される。 Air that is an oxidant is supplied to the ACP 20 through the air filter 14 for removing particulates in the air. The air supplied to the ACP 20 is pressurized by the ACP 20 and supplied to the humidifier 16 through the ACP outlet channel 15. Then, after the required moisture is added by the humidifier 16, the moisture is supplied to the air electrode (cathode electrode) of each of the plurality of cells constituting the fuel cell 10 through the air flow path 17. Then, the water generated by the reaction at the air electrode (H ₂ + 1 / 2O ₂ → H ₂ O) passes through the humidifier 16 from the air channel 17 together with the exhaust gas from the air electrode, and passes through the exhaust gas channel 18. It is discharged to the outside through.

ＡＣＰ２０はＡＣＰ駆動用モータ１９によって駆動される。ＡＣＰ駆動用モータ１９は制御部３０に接続されている。空気流路１７の、燃料電池１０本体への供給側ラインには、空気入口遮断弁２１が設けられている。空気流路１７の、燃料電池１０本体からの排出側ラインには、空気出口遮断弁２２が設けられている。空気入口遮断弁２１及び空気出口遮断弁２２は、制御部３０に接続されている。空気入口遮断弁２１及び空気出口遮断弁２２は、制御部３０からの制御信号によって開状態又は閉状態にされる。燃料電池システム運転時においては、制御部３０からの制御信号によって、空気入口遮断弁２１及び空気出口遮断弁２２は共に開状態にされる。一方、燃料電池システムが停止すると、制御部３０からの制御信号によって、空気入口遮断弁２１及び空気出口遮断弁２２は共に閉状態にされる。 The ACP 20 is driven by an ACP driving motor 19. The ACP driving motor 19 is connected to the control unit 30. An air inlet shut-off valve 21 is provided on the supply side line of the air flow path 17 to the main body of the fuel cell 10. An air outlet shut-off valve 22 is provided on the discharge side line from the fuel cell 10 main body of the air flow path 17. The air inlet cutoff valve 21 and the air outlet cutoff valve 22 are connected to the control unit 30. The air inlet cutoff valve 21 and the air outlet cutoff valve 22 are opened or closed by a control signal from the control unit 30. During operation of the fuel cell system, both the air inlet shut-off valve 21 and the air outlet shut-off valve 22 are opened by a control signal from the control unit 30. On the other hand, when the fuel cell system is stopped, both the air inlet cutoff valve 21 and the air outlet cutoff valve 22 are closed by a control signal from the control unit 30.

燃料電池１０には、セルのカソード極の電位を検出するための電位センサ２３が設けられている。この電位センサ２３は、制御部３０に接続されている。電位センサ２３は、燃料電池１０を構成する複数のセルのうちの、１又は複数の代表セルのカソード極に設けても良いし、全てのセルのカソード極に設けても良いし、種々の変更が可能である。 The fuel cell 10 is provided with a potential sensor 23 for detecting the potential of the cathode electrode of the cell. The potential sensor 23 is connected to the control unit 30. The potential sensor 23 may be provided on the cathode electrode of one or a plurality of representative cells among the plurality of cells constituting the fuel cell 10, or may be provided on the cathode electrode of all the cells, or various modifications. Is possible.

ここで、本実施形態に係る燃料電池システムが停止したときに、空気遮断弁の異常を判断する制御動作について説明する。最初に、故障等により空気遮断弁が正常に閉状態になっていないときに発生する不具合について説明し、その後で、空気遮断弁の異常を判断する制御動作について説明する。 Here, a control operation for determining abnormality of the air shutoff valve when the fuel cell system according to the present embodiment is stopped will be described. First, a problem that occurs when the air shut-off valve is not normally closed due to a failure or the like will be described, and then a control operation for determining an abnormality of the air shut-off valve will be described.

先ず、故障等により空気遮断弁が正常に閉状態になっていないときに発生する不具合について説明する。燃料電池システムが停止すると、上述したように、制御部３０からの制御信号によって、空気入口遮断弁２１及び空気出口遮断弁２２は共に閉状態にされ、空気入口遮断弁２１と空気出口遮断弁２２との間の空気流路１７は、密閉状態になる。 First, a problem that occurs when the air shut-off valve is not normally closed due to a failure or the like will be described. When the fuel cell system is stopped, as described above, the air inlet shut-off valve 21 and the air outlet shut-off valve 22 are both closed by the control signal from the controller 30, and the air inlet shut-off valve 21 and the air outlet shut-off valve 22 are closed. The air flow path 17 between is in a sealed state.

このとき、燃料電池１０の内部では、アノード極に残留している水素ガスは電解質膜を通ってカソード極に移動し、カソード極に残留している空気中の酸素（Ｏ₂）と反応して水が生成される。この電池反応が進行して、カソード極に残留している空気中の酸素が消費されると、空気入口遮断弁２１と空気出口遮断弁２２との間の空気流路１７内の圧力は、大気圧よりも低い負圧状態となる。 At this time, in the fuel cell 10, the hydrogen gas remaining in the anode electrode moves to the cathode electrode through the electrolyte membrane and reacts with oxygen (O ₂ ) in the air remaining in the cathode electrode. Water is produced. When this cell reaction proceeds and oxygen in the air remaining in the cathode electrode is consumed, the pressure in the air flow path 17 between the air inlet shut-off valve 21 and the air outlet shut-off valve 22 becomes large. It becomes a negative pressure state lower than the atmospheric pressure.

空気入口遮断弁２１及び空気出口遮断弁２２が正常に閉状態であれば、空気入口遮断弁２１と空気出口遮断弁２２との間の空気流路１７内は密閉状態であるため、そこに外部から空気が流入してくることはない。しかし、空気入口遮断弁２１又は空気出口遮断弁２２が故障等により正常に閉状態になっていない場合には、空気入口遮断弁２１と空気出口遮断弁２２との間の空気流路１７内に、その故障している空気遮断弁を通じて空気が入り込んでくる。 If the air inlet shut-off valve 21 and the air outlet shut-off valve 22 are normally closed, the inside of the air flow path 17 between the air inlet shut-off valve 21 and the air outlet shut-off valve 22 is in a sealed state. Air will not flow in. However, when the air inlet shut-off valve 21 or the air outlet shut-off valve 22 is not normally closed due to a failure or the like, the air inlet shut-off valve 21 and the air outlet shut-off valve 22 are in the air flow path 17. Air enters through the broken air shut-off valve.

そうすると、燃料電池１０のカソード極に存在する空気中の酸素の量は、アノード極から移動してくる水素ガス量よりも大きくなり、水素ガスは相対的に不足している状態となる。燃料電池１０内において、水素ガスが不足した状態で、上記電池反応による電流が流れると、カソード極中のカーボン（Ｃ）は、次式（１）で示される反応によって酸化され、いわゆるカーボン酸化が起きる。このとき、カソード極の電位は、燃料電池システムの運転時よりも高い値を示す。
Ｃ＋２Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ^- ・・・（１） Then, the amount of oxygen in the air existing at the cathode electrode of the fuel cell 10 becomes larger than the amount of hydrogen gas moving from the anode electrode, and the hydrogen gas is relatively short. In the fuel cell 10, when current due to the cell reaction flows in a state where hydrogen gas is insufficient, the carbon (C) in the cathode electrode is oxidized by the reaction represented by the following formula (1), and so-called carbon oxidation occurs. Get up. At this time, the potential of the cathode electrode shows a higher value than that during operation of the fuel cell system.
C + 2H ₂ O → CO ₂ + 4H ⁺ + 4e ⁻ (1)

上記カーボン酸化が起きると、カソード極が劣化することによって、発電性能が低下するため、好ましくない。 When the carbon oxidation occurs, the cathode electrode is deteriorated, so that the power generation performance is lowered.

次に、燃料電池システム停止時に、空気遮断弁の異常を判断する制御動作について説明する。上述したように、システム停止時に、空気入口遮断弁２１又は空気出口遮断弁２２が、故障等により正常に閉状態でない場合は、その故障している空気遮断弁を通じて外部から空気がカソード極に入り込んでくる。そうすると、カソード極に含まれるカーボン（Ｃ）は酸化され、カソード極の電位は、燃料電池システムの運転時よりも高い値を示す。 Next, a control operation for determining abnormality of the air shutoff valve when the fuel cell system is stopped will be described. As described above, when the air inlet shut-off valve 21 or the air outlet shut-off valve 22 is not normally closed due to a failure or the like when the system is stopped, air enters the cathode electrode from the outside through the failed air shut-off valve. Come on. Then, carbon (C) contained in the cathode electrode is oxidized, and the potential of the cathode electrode shows a higher value than that during operation of the fuel cell system.

本実施形態においては、制御部３０は、電位センサ２３によって検出されたカソード極の電位が、所定基準値以上であるときは、カソード極においてカーボン酸化が発生していることを検出し、空気入口遮断弁２１又は空気出口遮断弁２２が正常に閉状態になっていないと判断することを特徴とする。かかる構成によれば、燃料電池システム停止時に、エアコンプレッサ等の高電圧補機を運転して、空気流路１７内を加圧状態にすることなく、空気遮断弁の異常を判断することができる。また、カソード極の電位が高くなっていることを検出することによって、カソード極への空気流入によるカーボン酸化の発生を検出し、空気遮断弁が正常に閉状態になっていないことを確実に検出することができる。 In the present embodiment, when the potential of the cathode electrode detected by the potential sensor 23 is equal to or higher than a predetermined reference value, the control unit 30 detects that carbon oxidation has occurred at the cathode electrode, and the air inlet It is determined that the shutoff valve 21 or the air outlet shutoff valve 22 is not normally closed. According to such a configuration, when the fuel cell system is stopped, it is possible to determine the abnormality of the air shutoff valve without operating a high voltage auxiliary machine such as an air compressor and bringing the air flow path 17 into a pressurized state. . In addition, by detecting that the potential of the cathode electrode is high, the occurrence of carbon oxidation due to the inflow of air to the cathode electrode is detected, and it is reliably detected that the air shut-off valve is not normally closed. can do.

次に、制御部３０によって実行される空気遮断弁異常判定制御について説明する。図２は、制御部３０により実行される空気遮断弁異常判定制御の一例を示すフローチャートである。 Next, the air cutoff valve abnormality determination control executed by the control unit 30 will be described. FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of air shut-off valve abnormality determination control executed by the control unit 30.

ステップＳ１０１においては、燃料電池システムが停止状態であるか否かが判断され、燃料電池システムが停止状態であると判断されたときは、次のステップＳ１０２に進む。燃料電池システムが停止状態ではないと判断されたときは、空気遮断弁異常判定制御は実行されない。 In step S101, it is determined whether or not the fuel cell system is in a stopped state. If it is determined that the fuel cell system is in a stopped state, the process proceeds to the next step S102. When it is determined that the fuel cell system is not stopped, the air cutoff valve abnormality determination control is not executed.

ステップＳ１０２においては、空気入口遮断弁２１及び空気出口遮断弁２２は、制御部３０からの制御信号によって閉状態にされる。その処理が終了すると、次のステップＳ１０３に進む。 In step S <b> 102, the air inlet cutoff valve 21 and the air outlet cutoff valve 22 are closed by a control signal from the control unit 30. When the process ends, the process proceeds to the next step S103.

ステップＳ１０３においては、燃料電池１０のカソード極の電位が所定基準値以上であるか否かが判断される。カソード極の電位が所定基準値以上であると判断されたときは、次のステップＳ１０４に進み、空気入口遮断弁２１又は空気出口遮断弁２２は正常に閉状態になっていないと判断され、空気遮断弁異常判定制御は終了する。一方、カソード極の電位が所定基準値以上でないと判断されたときは、上記制御が繰り返し実行される。 In step S103, it is determined whether or not the potential of the cathode electrode of the fuel cell 10 is greater than or equal to a predetermined reference value. When it is determined that the potential of the cathode electrode is equal to or higher than the predetermined reference value, the process proceeds to the next step S104, where it is determined that the air inlet cutoff valve 21 or the air outlet cutoff valve 22 is not normally closed, and the air The shut-off valve abnormality determination control ends. On the other hand, when it is determined that the potential of the cathode electrode is not equal to or higher than the predetermined reference value, the above control is repeatedly executed.

「実施形態２」
図３は、本発明の別の実施形態に係る燃料電池システムの構成の概略を示す図である。本実施形態においては、電位センサ２３の代わりに、空気入口遮断弁２１と空気出口遮断弁２２との間の空気流路１７にＣＯ₂濃度センサ２４が設けられている。その他の構成は上述した実施形態１と同一であるため、重複する部分については説明を省略する。 “Embodiment 2”
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to another embodiment of the present invention. In the present embodiment, a CO ₂ concentration sensor 24 is provided in the air flow path 17 between the air inlet cutoff valve 21 and the air outlet cutoff valve 22 instead of the potential sensor 23. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment described above, the description of the overlapping parts is omitted.

燃料電池システム停止時に、空気遮断弁の異常を判断する制御動作について説明する。上述したように、システム停止時において、空気入口遮断弁２１又は空気出口遮断弁２２が、故障等により正常に閉状態になっていない場合は、その故障している空気遮断弁を通じて空気がカソード極に入り込んでくる。そうすると、カソード極中のカーボン（Ｃ）は酸化され、ＣＯ₂が発生する。 A control operation for determining abnormality of the air shut-off valve when the fuel cell system is stopped will be described. As described above, when the air inlet shut-off valve 21 or the air outlet shut-off valve 22 is not normally closed due to a failure or the like when the system is stopped, the air is passed through the faulty air shut-off valve. Come in. Then, carbon (C) in the cathode electrode is oxidized and CO ₂ is generated.

本実施形態においては、制御部３０は、ＣＯ₂濃度センサ２４によって検出された、空気入口遮断弁２１と空気出口遮断弁２２との間の空気流路１７内におけるＣＯ₂濃度が所定濃度値以上であるときは、カソード極においてカーボン酸化が発生していることを検出し、空気入口遮断弁２１又は空気出口遮断弁２２が正常に閉状態になっていないと判断することを特徴とする。かかる構成によれば、空気入口遮断弁２１と空気出口遮断弁２２との間の空気流路１７内におけるＣＯ₂濃度を検出することによって、カソード極への空気流入によるカーボン酸化の発生を検出し、空気遮断弁が正常に閉状態になっていないことを確実に検出することができる。 In the present embodiment, the control unit 30 detects that the CO ₂ concentration in the air flow path 17 between the air inlet cutoff valve 21 and the air outlet cutoff valve 22 detected by the CO ₂ concentration sensor 24 is equal to or higher than a predetermined concentration value. When it is, it is detected that the carbon oxidation has generate | occur | produced in the cathode electrode, and it is judged that the air inlet cutoff valve 21 or the air outlet cutoff valve 22 is not normally closed. According to this configuration, by detecting the CO ₂ concentration in the air flow path 17 between the air inlet shut-off valve 21 and the air outlet shut-off valve 22, the occurrence of carbon oxidation due to air inflow to the cathode electrode is detected. It is possible to reliably detect that the air shut-off valve is not normally closed.

次に、本実施形態において、制御部３０によって実行される空気遮断弁異常判定制御について説明する。図４は、制御部３０により実行される空気遮断弁異常判定制御の一例を示すフローチャートである。 Next, the air shutoff valve abnormality determination control executed by the control unit 30 in the present embodiment will be described. FIG. 4 is a flowchart showing an example of air shut-off valve abnormality determination control executed by the control unit 30.

ステップＳ２０１及びステップＳ２０２は、上述した実施形態１における空気遮断弁異常判定制御のステップＳ１０１及びステップＳ１０２と同一であるため、説明を省略する。ステップＳ２０３においては、空気入口遮断弁２１と空気出口遮断弁２２との間の空気流路１７内におけるＣＯ₂濃度が、所定濃度値以上であるか否かが判断される。空気入口遮断弁２１と空気出口遮断弁２２との間の空気流路１７内におけるＣＯ₂濃度が、所定濃度値以上であると判断されたときは、次のステップＳ２０４に進み、空気入口遮断弁２１又は空気出口遮断弁２２は正常に閉状態になっていないと判断され、空気遮断弁異常判定制御は終了する。一方、空気流路１７内におけるＣＯ₂濃度が、所定濃度値以上ではないと判断されたときは、上記制御が繰り返し実行される。 Since step S201 and step S202 are the same as step S101 and step S102 of the air shutoff valve abnormality determination control in the first embodiment described above, description thereof will be omitted. In step S203, it is determined whether or not the CO ₂ concentration in the air flow path 17 between the air inlet cutoff valve 21 and the air outlet cutoff valve 22 is equal to or higher than a predetermined concentration value. When it is determined that the CO ₂ concentration in the air flow path 17 between the air inlet cutoff valve 21 and the air outlet cutoff valve 22 is equal to or higher than a predetermined concentration value, the process proceeds to the next step S204, where the air inlet cutoff valve 21 or the air outlet shut-off valve 22 is determined not to be normally closed, and the air shut-off valve abnormality determination control ends. On the other hand, when it is determined that the CO ₂ concentration in the air flow path 17 is not equal to or higher than the predetermined concentration value, the above control is repeatedly executed.

「実施形態３」
図５は、本発明の別の実施形態に係る燃料電池システムの構成の概略を示す図である。本実施形態においては、電位センサ２３、ＣＯ₂濃度センサ２４の代わりに、空気入口遮断弁２１と空気出口遮断弁２２との間の空気流路１７に圧力センサ２５が設けられている。その他の構成は上述した実施形態１及び実施形態２と同一であるため、重複する部分については説明を省略する。 “Embodiment 3”
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to another embodiment of the present invention. In the present embodiment, instead of the potential sensor 23 and the CO ₂ concentration sensor 24, a pressure sensor 25 is provided in the air flow path 17 between the air inlet cutoff valve 21 and the air outlet cutoff valve 22. Other configurations are the same as those in the first and second embodiments described above, and thus the description of the overlapping parts is omitted.

燃料電池システム停止時に、空気遮断弁の異常を判断するための制御動作について説明する。上述したように、燃料電池システム停止時においては、カソード極に残留している空気中の酸素は、アノード極からリークしてくる残留水素ガスと反応することによって消費される。そして、空気入口遮断弁２１と空気出口遮断弁２２との間の空気流路１７内の圧力は、大気圧よりも低い負圧状態となる。 A control operation for determining an abnormality of the air shutoff valve when the fuel cell system is stopped will be described. As described above, when the fuel cell system is stopped, oxygen in the air remaining in the cathode electrode is consumed by reacting with residual hydrogen gas leaking from the anode electrode. And the pressure in the air flow path 17 between the air inlet cutoff valve 21 and the air outlet cutoff valve 22 will be in a negative pressure state lower than atmospheric pressure.

このとき、空気入口遮断弁２１及び空気出口遮断弁２２が正常に閉状態であるときは、空気入口遮断弁２１と空気出口遮断弁２２との間の空気流路１７内は密閉状態であり、空気流路１７内の圧力は、大気圧よりも低い負圧状態に保たれる。一方、空気入口遮断弁２１又は空気出口遮断弁２２が、故障等により正常に閉状態になっていない場合は、その故障している空気遮断弁を通じて、空気流路１７内に外部から空気が入り込んでくる。そうすると、空気入口遮断弁２１と空気出口遮断弁２２との間の空気流路１７内の圧力は上昇してくる。 At this time, when the air inlet cutoff valve 21 and the air outlet cutoff valve 22 are normally closed, the inside of the air flow path 17 between the air inlet cutoff valve 21 and the air outlet cutoff valve 22 is sealed, The pressure in the air flow path 17 is maintained in a negative pressure state lower than the atmospheric pressure. On the other hand, when the air inlet shut-off valve 21 or the air outlet shut-off valve 22 is not normally closed due to a failure or the like, air enters the air flow path 17 from the outside through the faulty air shut-off valve. Come on. If it does so, the pressure in the air flow path 17 between the air inlet cutoff valve 21 and the air outlet cutoff valve 22 will rise.

本実施形態においては、制御部３０は、圧力センサ２５によって検出された、空気入口遮断弁２１と空気出口遮断弁２２との間の空気流路１７内の圧力が、基準圧力値以上のときは、空気入口遮断弁２１又は空気出口遮断弁２２が正常に閉状態になっていないと判断することを特徴とする。かかる構成によれば、空気流路１７内の圧力が上昇していることを検出することによって、空気流路１７内に外部から空気が入り込んでいることを検出し、空気遮断弁の異常を確実に判断することができる。 In the present embodiment, when the pressure in the air flow path 17 between the air inlet shut-off valve 21 and the air outlet shut-off valve 22 detected by the pressure sensor 25 is equal to or higher than a reference pressure value, the control unit 30. The air inlet cutoff valve 21 or the air outlet cutoff valve 22 is determined not to be normally closed. According to such a configuration, by detecting that the pressure in the air flow path 17 is rising, it is detected that air has entered the air flow path 17 from the outside, and the abnormality of the air shut-off valve is reliably ensured. Can be judged.

ここで、上記基準圧力値は、大気圧よりも低い負圧の値に設定される。上記基準圧力値は、空気遮断弁の異常を判断するという目的を達成できる範囲内で、種々の変更が可能である。例えば、上記基準圧力値と大気圧との圧力差が圧力センサの誤差以上の圧力差であれば空気遮断弁は正常であると判断するという態様であっても良い。 Here, the reference pressure value is set to a negative pressure value lower than the atmospheric pressure. The reference pressure value can be variously changed within a range in which the object of determining abnormality of the air cutoff valve can be achieved. For example, if the pressure difference between the reference pressure value and the atmospheric pressure is a pressure difference equal to or greater than the error of the pressure sensor, it may be determined that the air shutoff valve is normal.

図６は、燃料電池システムが停止していて、空気入口遮断弁２１及び空気出口遮断弁２２が正常に閉状態であるときの、空気入口遮断弁２１と空気出口遮断弁２２との間の空気流路１７内の圧力の時間変化を示すグラフである。図６におけるグラフの縦軸は、空気入口遮断弁２１と空気出口遮断弁２２との間の空気流路１７内の圧力を示し、横軸は時間を示している。なお、図６のグラフにおいては、燃料電池システムが停止したときの時間を０としている。 FIG. 6 shows the air between the air inlet cutoff valve 21 and the air outlet cutoff valve 22 when the fuel cell system is stopped and the air inlet cutoff valve 21 and the air outlet cutoff valve 22 are normally closed. 3 is a graph showing a change over time in pressure in a flow path 17; The vertical axis of the graph in FIG. 6 indicates the pressure in the air flow path 17 between the air inlet cutoff valve 21 and the air outlet cutoff valve 22, and the horizontal axis indicates time. In the graph of FIG. 6, the time when the fuel cell system is stopped is set to zero.

燃料電池システムが停止し、空気入口遮断弁２１及び空気出口遮断弁２２が閉状態になると、カソード極に残留している空気中の酸素は、アノード極からリークしてくる残留水素ガスと反応することによって消費され、図６に示すように空気流路１７内の圧力は急に減少していく。後述するように、アノード極に残留している水素ガスの量は、カソード極に残留している空気中に含まれる酸素の量よりも大きいので、上記反応が進み、カソード極に残留している空気中の酸素が全て消費された後は、アノード極からリークしてくる水素ガスが未反応のままカソード極に入り込んでくる。そうすると、図６に示すように減少していた空気流路１７内の圧力は、減少傾向から増加傾向に転じて増加してくる。 When the fuel cell system is stopped and the air inlet shut-off valve 21 and the air outlet shut-off valve 22 are closed, oxygen in the air remaining in the cathode electrode reacts with residual hydrogen gas leaking from the anode pole. As shown in FIG. 6, the pressure in the air flow path 17 suddenly decreases. As will be described later, since the amount of hydrogen gas remaining in the anode electrode is larger than the amount of oxygen contained in the air remaining in the cathode electrode, the reaction proceeds and remains in the cathode electrode. After all the oxygen in the air is consumed, hydrogen gas leaking from the anode electrode enters the cathode electrode without being reacted. If it does so, the pressure in the air flow path 17 which has decreased as shown in FIG. 6 will increase from the decreasing tendency to the increasing tendency.

ここで、アノード極に残留している水素ガスの量は、カソード極に残留している空気中に含まれる酸素の量よりも大きい理由について説明する。標準大気中に含まれる酸素ガスの割合は、水蒸気成分を除くと約２割程度である。システム停止直後、空気入口遮断弁２１と空気出口遮断弁２２との間の空気流路１７内に存在する酸素ガス量（ｍｏｌ）は、その空気流路１７内の容積をＡとした場合、以下のようにして求められる。
Ａ×０．２×（停止時の空気流路内の圧力／１０１．３）／２２．４・・・（１）
同様に、システム停止直後、水素ガス入口遮断弁１２と水素ガス出口遮断弁１３との間の水素ガス流路内に存在する水素ガス量（ｍｏｌ）は、その水素ガス流路内の容積をＢとした場合、以下のようにして求められる。
Ｂ×０．５×（停止時の水素ガス流路内の圧力／１０１．３）／２２．４・・（２）
上記式（２）における０．５の値については、水素ガス入口遮断弁１２と水素ガス出口遮断弁１３との間の水素ガス流路内における水素ガスの濃度であり、通常であれば０．５以上は確保されている。上記式（１）（２）において、ＡとＢの値はほぼ同等と考えて良い。また、システムが停止すると、空気流路１７内を加圧していたＡＣＰ２０は停止するので、空気流路１７内の圧力は大気圧近くまで減少する。一方、水素ガスは高圧の水素ガスタンクから供給されているため、システムが停止しても水素ガス流路内の圧力は直ちには減少しない。そのため、停止時の水素ガス流路内の圧力は、停止時の空気流路内の圧力よりも高い。上記式（１）（２）より、アノード極に残留している水素ガスの量は、カソード極に残留している空気中に含まれる酸素の量よりも大きいということが分かる。 Here, the reason why the amount of hydrogen gas remaining in the anode electrode is larger than the amount of oxygen contained in the air remaining in the cathode electrode will be described. The ratio of oxygen gas contained in the standard atmosphere is about 20% excluding the water vapor component. Immediately after the system is stopped, the oxygen gas amount (mol) present in the air flow path 17 between the air inlet shut-off valve 21 and the air outlet shut-off valve 22 is as follows when the volume in the air flow path 17 is A. It is calculated as follows.
A × 0.2 × (pressure in air flow path at stop / 101.3) /22.4 (1)
Similarly, immediately after the system is stopped, the hydrogen gas amount (mol) existing in the hydrogen gas flow path between the hydrogen gas inlet shut-off valve 12 and the hydrogen gas outlet shut-off valve 13 is expressed as follows. In this case, it is obtained as follows.
B × 0.5 × (pressure in hydrogen gas flow path at stop / 101.3) /22.4 (2)
The value of 0.5 in the above formula (2) is the concentration of hydrogen gas in the hydrogen gas flow path between the hydrogen gas inlet shut-off valve 12 and the hydrogen gas outlet shut-off valve 13, and is usually 0. 5 or more are secured. In the above formulas (1) and (2), the values of A and B may be considered to be almost equal. Further, when the system is stopped, the ACP 20 that has been pressurized in the air flow path 17 is stopped, so that the pressure in the air flow path 17 decreases to near atmospheric pressure. On the other hand, since hydrogen gas is supplied from a high-pressure hydrogen gas tank, even if the system is stopped, the pressure in the hydrogen gas passage does not immediately decrease. Therefore, the pressure in the hydrogen gas flow path at the time of stop is higher than the pressure in the air flow path at the time of stop. From the above formulas (1) and (2), it can be seen that the amount of hydrogen gas remaining in the anode electrode is larger than the amount of oxygen contained in the air remaining in the cathode electrode.

一方、カソード極に残留している空気中の窒素は、電解質膜を通過してアノード極へリークしていく。燃料電池システムが停止してから暫くの期間は、アノード極からカソード極へリークする水素ガスの量は、カソード極からアノード極へリークする窒素の量よりも相対的に大きい。窒素の分子量（Ｎ₂＝２８）は、水素の分子量（Ｈ₂＝２）よりも大きいので、電解質膜の通過に要する時間は、窒素の方が水素ガスよりも長く、窒素のリーク速度の方が水素ガスのリーク速度よりも小さいためである。 On the other hand, nitrogen in the air remaining in the cathode electrode passes through the electrolyte membrane and leaks to the anode electrode. For a period of time after the fuel cell system is stopped, the amount of hydrogen gas leaking from the anode electrode to the cathode electrode is relatively larger than the amount of nitrogen leaking from the cathode electrode to the anode electrode. Since the molecular weight of nitrogen (N ₂ = 28) is larger than the molecular weight of hydrogen (H ₂ = 2), the time required for passage through the electrolyte membrane is longer for nitrogen than for hydrogen gas, and the leak rate of nitrogen This is because the hydrogen gas leakage rate is smaller.

上述したように、カソード極に残留している空気中の酸素が、カソード極へリークしてくる水素ガスと反応して消費された後は、空気流路１７内の圧力は、カソード極へリークしてくる水素ガスによって上昇する。水素ガスのリークが落ち着いてくると、その後は窒素のリークによって、空気流路１７内の圧力は徐々に減少していく。そして、リークする水素ガスと窒素とが平衡状態になると、空気流路１７内の圧力は大気圧よりも低い負圧状態で安定する。 As described above, after the oxygen in the air remaining in the cathode electrode is consumed by reacting with the hydrogen gas leaking to the cathode electrode, the pressure in the air flow path 17 leaks to the cathode electrode. It rises by the incoming hydrogen gas. When the leak of hydrogen gas settles, the pressure in the air flow path 17 gradually decreases due to the leak of nitrogen thereafter. When the leaking hydrogen gas and nitrogen are in an equilibrium state, the pressure in the air flow path 17 is stabilized in a negative pressure state lower than the atmospheric pressure.

本実施形態においては、制御部３０は、燃料電池システムが停止してから、空気流路１７内の圧力が、減少傾向から増加傾向に転じて圧力基準値を超えるまでの期間は、空気遮断弁が異常であるか否かの判断を行う。制御部３０は、空気流路１７内の圧力が減少傾向から増加傾向に転じて圧力基準値を超えた時点から、その後徐々に減少して圧力基準値を下回るまでの期間は、空気遮断弁が異常であるか否かを判断しない。図６の斜線部分で示す範囲が、空気遮断弁が異常であるか否かを判断しない、マスク期間に相当する。制御部３０は、空気流路１７内の圧力が徐々に減少して圧力基準値を下回った後は、再び空気遮断弁が異常であるか否かの判断を行う。 In the present embodiment, the control unit 30 determines whether the air shutoff valve is in a period from when the fuel cell system is stopped until the pressure in the air flow path 17 changes from a decreasing tendency to an increasing tendency and exceeds the pressure reference value. It is determined whether or not is abnormal. During the period from when the pressure in the air flow path 17 changes from a decreasing tendency to an increasing tendency and exceeds the pressure reference value until the controller 30 gradually decreases and falls below the pressure reference value, the control unit 30 It is not judged whether it is abnormal. The range indicated by the hatched portion in FIG. 6 corresponds to a mask period during which it is not determined whether or not the air shutoff valve is abnormal. After the pressure in the air flow path 17 gradually decreases and falls below the pressure reference value, the control unit 30 again determines whether or not the air shutoff valve is abnormal.

上記のとおり、本実施形態においては、燃料電池システム停止時に空気遮断弁が異常であるか否かを判断する際に、空気遮断弁が異常であるか否かを判断しない、マスク期間を設けるものとしても良い。かかる構成によれば、アノード極に残留している水素ガス及びカソード極に残留している空気中の窒素のリークによって、空気流路１７内の圧力が不安定な状態である時期には、空気遮断弁が異常か否かを判断しないので、誤検出を防止して検出信頼性の向上を図ることができる。 As described above, in this embodiment, when determining whether or not the air shut-off valve is abnormal when the fuel cell system is stopped, a mask period is provided that does not determine whether or not the air shut-off valve is abnormal. It is also good. According to such a configuration, when the pressure in the air flow path 17 is unstable due to the leakage of hydrogen gas remaining in the anode electrode and nitrogen in the air remaining in the cathode electrode, Since it is not determined whether or not the shut-off valve is abnormal, it is possible to prevent erroneous detection and improve detection reliability.

また、例えば上記マスク期間は、システムが停止してから、空気流路１７内の圧力が、減少傾向から増加傾向に転じて圧力基準値を超えるまでの期間の１〜５倍程度の期間としても良い。 Further, for example, the mask period may be about 1 to 5 times the period from when the system is stopped until the pressure in the air flow path 17 changes from a decreasing tendency to an increasing tendency and exceeds the pressure reference value. good.

また、本実施形態においては、上記圧力基準値は、燃料電池システムが停止し、空気入口遮断弁２１及び空気出口遮断弁２２が共に閉状態になってからの期間に応じて変更されるものとしても良い。例えば、空気入口遮断弁２１及び空気出口遮断弁２２が共に閉状態になってから１週間を経過したときは、上記圧力基準値は大気圧に近い１００ｋＰａに変更されるとしても良い。 In the present embodiment, the pressure reference value is changed according to a period after the fuel cell system is stopped and the air inlet shut-off valve 21 and the air outlet shut-off valve 22 are both closed. Also good. For example, when one week has passed since both the air inlet cutoff valve 21 and the air outlet cutoff valve 22 are closed, the pressure reference value may be changed to 100 kPa close to atmospheric pressure.

燃料電池システム停止時において、空気遮断弁が正常に閉状態であっても、外部から空気流路１７内へ流入してくる空気を完全に遮断することはできず、空気遮断弁を通じて微小量の空気が空気流路１７内に入り込んでくる。システム停止期間が短い場合は、そのようにしてリークしてくる空気は無視することができる程度のレベルであるが、システム停止期間が長期に渡る場合には、リークしてくる空気によって空気入口遮断弁２１と空気出口遮断弁２２との間の空気流路１７内の圧力は上昇してくる。上記圧力基準値を常にある一定の負圧値に設定していると、システム停止期間が長期に渡るときは、リークしてくる空気によって空気流路１７内の圧力が徐々に上昇し、その圧力基準値を超えてしまう場合がある。そうすると、空気遮断弁は正常であるときにも異常と判断されてしまい、検出信頼性を損なう恐れがある。 Even when the air shut-off valve is normally closed when the fuel cell system is stopped, the air flowing into the air flow path 17 from the outside cannot be completely shut off, and a very small amount is passed through the air shut-off valve. Air enters the air flow path 17. If the system shutdown period is short, the air leaking in this way is at a level that can be ignored, but if the system shutdown period is long, the air inlet is blocked by the leaking air. The pressure in the air flow path 17 between the valve 21 and the air outlet shutoff valve 22 increases. When the pressure reference value is always set to a certain negative pressure value, when the system stop period is long, the pressure in the air flow path 17 gradually increases due to leaking air, and the pressure The reference value may be exceeded. If it does so, even if the air shut-off valve is normal, it is determined to be abnormal, and there is a possibility that detection reliability is impaired.

本実施形態によれば、システムの停止時間が長期間に渡ることにより、空気流路１７内に、空気遮断弁を通じて外部から空気が徐々に入り込み、空気流路１７内の圧力が上昇している場合にも、そのときの状態に応じた圧力基準値を設定することができる。そうすると、誤検出を防止して検出信頼性を確保することができる。 According to the present embodiment, when the system is stopped for a long period of time, air gradually enters the air flow path 17 from the outside through the air shutoff valve, and the pressure in the air flow path 17 increases. Even in this case, a pressure reference value can be set according to the state at that time. Then, erroneous detection can be prevented and detection reliability can be ensured.

なお、燃料電池システムが停止し、空気入口遮断弁２１及び空気出口遮断弁２２が共に閉状態になってからの期間に応じて、上記圧力基準値が変更されるという態様については、誤検出を防止して検出信頼性を確保するという目的を達成できる範囲内で種々の変更が可能である。 In addition, about the aspect that the said pressure reference value is changed according to the period after a fuel cell system stops and both the air inlet shut-off valve 21 and the air outlet shut-off valve 22 are closed, misdetection is carried out. Various modifications are possible within a range where the object of preventing detection and ensuring detection reliability can be achieved.

次に、本実施形態において、制御部３０によって実行される空気遮断弁異常判定制御について説明する。図７は、制御部３０により実行される空気遮断弁異常判定制御の一例を示すフローチャートである。 Next, the air shutoff valve abnormality determination control executed by the control unit 30 in the present embodiment will be described. FIG. 7 is a flowchart showing an example of air shut-off valve abnormality determination control executed by the control unit 30.

ステップＳ３０１及びステップＳ３０２は、上述した実施形態１における空気遮断弁異常判定制御のステップＳ１０１及びステップＳ１０２と同一であるため、説明を省略する。ステップＳ３０３においては、現時点がマスク期間中であるか否かが判断され、現時点がマスク期間中ではないと判断されたときは、次のステップＳ３０４に進む。現時点がマスク期間中であると判断されたときは、空気遮断弁が異常であるか否かの判断は行われない。 Steps S301 and S302 are the same as steps S101 and S102 of the air shut-off valve abnormality determination control in the first embodiment described above, and thus description thereof is omitted. In step S303, it is determined whether or not the current time is in the mask period. If it is determined that the current time is not in the mask period, the process proceeds to the next step S304. When it is determined that the current time is in the mask period, it is not determined whether the air shut-off valve is abnormal.

ステップＳ３０４においては、圧力センサ２５によって検出された、空気入口遮断弁２１と空気出口遮断弁２２との間の空気流路１７内の圧力が、基準圧力値以上であるか否かが判断される。空気入口遮断弁２１と空気出口遮断弁２２との間の空気流路１７内の圧力が、基準圧力値以上であると判断されたときは、次のステップＳ３０５に進み、空気入口遮断弁２１又は空気出口遮断弁２２は正常に閉状態になっていないと判断され、空気遮断弁異常判定制御は終了する。空気入口遮断弁２１と空気出口遮断弁２２との間の空気流路１７内の圧力が、基準圧力値以上ではないと判断されたときは、上記制御が繰り返し行われる。本実施形態においては、上述した空気遮断弁異常判定制御は、一例として、数ｍｓｅｃ毎に繰り返し実行されるが、かかる繰り返しの期間は変更しても良い。 In step S304, it is determined whether or not the pressure in the air flow path 17 between the air inlet cutoff valve 21 and the air outlet cutoff valve 22 detected by the pressure sensor 25 is equal to or higher than a reference pressure value. . When it is determined that the pressure in the air flow path 17 between the air inlet cutoff valve 21 and the air outlet cutoff valve 22 is equal to or higher than the reference pressure value, the process proceeds to the next step S305, where the air inlet cutoff valve 21 or It is determined that the air outlet shutoff valve 22 is not normally closed, and the air shutoff valve abnormality determination control ends. When it is determined that the pressure in the air flow path 17 between the air inlet cutoff valve 21 and the air outlet cutoff valve 22 is not equal to or higher than the reference pressure value, the above control is repeatedly performed. In the present embodiment, the air shut-off valve abnormality determination control described above is repeatedly executed every few milliseconds as an example, but the repetition period may be changed.

なお、上述したように、リークする水素ガスと窒素とが平衡状態になると、空気流路１７内の圧力は大気圧よりも低い負圧状態で安定する。そして、その後の空気流路１７内の圧力は殆ど変化しない状態となる。空気遮断弁が正常に閉状態になっていれば、空気遮断弁を通じて外部から入り込んでくる空気の量は殆ど無視できる程の微小な量に過ぎないためである。そうすると、本実施形態においては、空気流路１７内の圧力が安定した状態になった後は、上述した空気遮断弁異常判定制御の繰り返しの期間を変更しても良い。例えば、その繰り返しの期間を２時間などの比較的長い期間に変更しても良い。 As described above, when the leaking hydrogen gas and nitrogen are in an equilibrium state, the pressure in the air flow path 17 is stabilized in a negative pressure state lower than the atmospheric pressure. And the pressure in the subsequent air flow path 17 will be in the state which hardly changes. This is because, if the air shut-off valve is normally closed, the amount of air entering from the outside through the air shut-off valve is only a negligible amount. Then, in this embodiment, after the pressure in the air flow path 17 becomes stable, the repetition period of the air shut-off valve abnormality determination control described above may be changed. For example, the repetition period may be changed to a relatively long period such as 2 hours.

また、本実施形態においては、制御部３０を図示しないコントロールユニットに搭載し、そのコントロールユニットは、システムが停止して空気遮断弁が閉状態になると電源がオフ状態になり、上記空気遮断弁異常判定制御が実行される所定期間毎に電源がオン状態になるように設定されるという態様であっても良い。そして、そのコントロールユニットの電源がオン状態になると、制御部３０は、空気遮断弁が異常であるか否かを判断し、その判断が終了するとコントロールユニットの電源は再びオフ状態になるという態様であっても良い。そのような態様によれば、制御部３０が搭載されたコントロールユニットの無駄な電力消費を防止することができる。また、この態様は、上述した空気遮断弁異常判定制御の繰り返しの期間が、長期間に変更される場合において、特に有効である。 In the present embodiment, the control unit 30 is mounted on a control unit (not shown), and the control unit is turned off when the system stops and the air shut-off valve is closed. A mode in which the power supply is set to be in an on state every predetermined period during which the determination control is executed may be employed. Then, when the power of the control unit is turned on, the control unit 30 determines whether or not the air shut-off valve is abnormal, and when the determination is completed, the control unit is turned off again. There may be. According to such an aspect, useless power consumption of the control unit on which the control unit 30 is mounted can be prevented. Further, this aspect is particularly effective when the above-described period of repetition of the air shut-off valve abnormality determination control is changed to a long period.

実施形態１から実施形態３においては、制御部３０は、空気遮断弁が異常と判断したときは、空気遮断弁異常判定制御は終了することにしているが、例えば、制御部３０は、空気遮断弁が異常と判断したときは、一旦空気遮断弁を開状態にし、その後に再度空気遮断弁を閉状態にするという態様であっても良い。かかる態様によれば、例えば凍結等によって弁が固着していた場合には、空気遮断弁を開閉動作させることによって弁の動きをスムーズにし、正常な状態に復帰させることができる。 In the first to third embodiments, when the control unit 30 determines that the air shut-off valve is abnormal, the air shut-off valve abnormality determination control is terminated. When it is determined that the valve is abnormal, the air shut-off valve may be once opened, and then the air shut-off valve may be closed again. According to this aspect, when the valve is fixed, for example, due to freezing or the like, the air shut-off valve can be opened and closed to make the valve move smoothly and return to a normal state.

また、制御部３０は、空気遮断弁が異常と判断したときは、水素ガス入口遮断弁１２を開状態にしてアノード極に水素ガスを供給するという態様であっても良い。アノード極に水素ガスを供給することにより、水素ガスが相対的に不足している状態が解消され、カソード極におけるカーボン酸化を防止することができるためである。かかる態様によれば、空気遮断弁が異常である場合にも、そのことによって引き起こされる不具合を防止することができる。また、この態様は、空気遮断弁の異常時には、一旦空気遮断弁を開状態にし、その後に再度空気遮断弁を閉状態にするという上記態様と組み合わせることも可能であり、種々の変更が可能である。 Further, the controller 30 may be configured to supply hydrogen gas to the anode electrode by opening the hydrogen gas inlet shut-off valve 12 when it is determined that the air shut-off valve is abnormal. This is because by supplying hydrogen gas to the anode electrode, the relatively shortage of hydrogen gas is eliminated, and carbon oxidation at the cathode electrode can be prevented. According to this aspect, even when the air shut-off valve is abnormal, it is possible to prevent problems caused by that. In addition, this mode can be combined with the above mode in which the air shut-off valve is once opened and then the air shut-off valve is closed again when the air shut-off valve is abnormal, and various modifications are possible. is there.

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。例えば、実施形態１と実施形態２を組み合わせて、制御部３０は、燃料電池システムが停止して空気遮断弁が閉状態のときに、カソード極の電位が所定基準値以上であって、かつ空気流路１７内におけるＣＯ₂濃度が所定濃度値以上であるときに、空気遮断弁が異常であると判断する態様であっても良い。また、実施形態１から実施形態３を全て組み合わせるという態様であっても良い。 As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to such embodiment at all, Of course, in the range which does not change the summary of this invention, it can implement with a various form. It is. For example, combining the first and second embodiments, the control unit 30 determines that when the fuel cell system is stopped and the air shut-off valve is closed, the potential of the cathode electrode is equal to or higher than a predetermined reference value and the air An aspect may be employed in which it is determined that the air shut-off valve is abnormal when the CO ₂ concentration in the flow path 17 is equal to or higher than a predetermined concentration value. Moreover, the aspect of combining all of Embodiment 1 to Embodiment 3 may be used.

本発明の実施形態１に係る燃料電池システムの構成概略図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施形態１に係る制御部より実行される空気遮断弁異常判定制御を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the air cutoff valve abnormality determination control performed by the control part which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態２に係る燃料電池システムの構成概略図である。It is the structure schematic of the fuel cell system which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態２に係る制御部より実行される空気遮断弁異常判定制御を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the air cutoff valve abnormality determination control performed by the control part which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態３に係る燃料電池システムの構成概略図である。It is the structure schematic of the fuel cell system which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施形態３に係る空気流路内の圧力の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the pressure in the air flow path which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施形態３に係る制御部より実行される空気遮断弁異常判定制御を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the air cutoff valve abnormality determination control performed by the control part which concerns on Embodiment 3 of this invention.

Explanation of symbols

１０燃料電池、１１水素ガス流路、１２水素ガス入口遮断弁、１３水素ガス出
口遮断弁、１４エアフィルタ、１５ＡＣＰ出口流路、１６加湿器、１７空気流
路、１８排気ガス流路、１９ＡＣＰ駆動用モータ、２０ＡＣＰ、２１空気入口
遮断弁、２２空気出口遮断弁、２３電位センサ、２４ＣＯ₂濃度センサ、２５
圧力センサ、３０制御部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell, 11 Hydrogen gas flow path, 12 Hydrogen gas inlet cutoff valve, 13 Hydrogen gas outlet cutoff valve, 14 Air filter, 15 ACP outlet flow path, 16 Humidifier, 17 Air flow path, 18 Exhaust gas flow path, 19 ACP driving motor, 20 ACP, 21 Air inlet shut-off valve, 22 Air outlet shut-off valve, 23 Potential sensor, 24 CO ₂ concentration sensor, 25
Pressure sensor, 30 control unit.

Claims

A fuel cell in which fuel gas is supplied to the anode electrode and oxidant gas is supplied to the cathode electrode;
An oxidant gas flow path for supplying and discharging the oxidant gas to the fuel cell;
A first on-off valve provided on the supply side of the oxidant gas flow path;
A second on-off valve provided on the discharge side of the oxidant gas flow path;
A determination unit that determines abnormality of the first or second on-off valve;
The determination unit determines that the first or second on-off valve is abnormal when the deterioration of the cathode electrode is detected when both the first and second on-off valves are closed. A fuel cell system.

The fuel cell system according to claim 1,
The determination unit detects that the cathode electrode is deteriorated when the potential of the cathode electrode is equal to or higher than a predetermined reference value when both the first and second open / close valves are closed, and It is judged that the 1st or 2nd on-off valve is abnormal, The fuel cell system characterized by the above-mentioned.

The fuel cell system according to claim 1 or 2,
When the first and second on-off valves are both in a closed state, the determination unit determines the concentration of carbon dioxide in the oxidant gas flow path between the first on-off valve and the second on-off valve. A fuel cell system, wherein when the concentration is greater than or equal to a predetermined concentration value, it is detected that the cathode electrode is deteriorated and the first or second on-off valve is determined to be abnormal.

A fuel cell in which fuel gas is supplied to the anode electrode and oxidant gas is supplied to the cathode electrode;
An oxidant gas flow path for supplying and discharging the oxidant gas to the fuel cell;
A first on-off valve provided on the supply side of the oxidant gas flow path;
A second on-off valve provided on the discharge side of the oxidant gas flow path;
A determination unit that determines abnormality of the first or second on-off valve;
When the first or second on-off valve is in a closed state, the determination unit is configured such that the pressure in the oxidant gas flow path between the first on-off valve and the second on-off valve is a predetermined value. The fuel cell system according to claim 1, wherein when it is equal to or greater than a reference value, it is determined that the first or second on-off valve is abnormal.

The fuel cell system according to claim 4, wherein
When the first and second open / close valves are both closed, the determination unit determines that the first or second open / close valve is abnormal during a period from the time point until the first predetermined period elapses. Whether or not the first or second on-off valve is abnormal in a period from when the first predetermined period elapses until the second predetermined period elapses. The first or second on-off valve is abnormal during a period from the time when the second predetermined period has elapsed without the determination until the first and second on-off valves are opened again. A fuel cell system characterized by determining whether or not.

The fuel cell system according to claim 4, wherein
A control unit including the determination unit;
In the control unit, when both the first and second open / close valves are closed, the power is turned off, and after the power is turned off, the first or second open / close valve is opened again. Is set so that the power supply is turned on every predetermined period, and when the power supply of the control unit is turned on, the determination unit is configured to use the first or second on-off valve. The fuel cell system is characterized in that it is set so that the power of the control unit is turned off again when the abnormality is determined.

The fuel cell system according to any one of claims 4 to 6,
The predetermined reference value is
The fuel cell system, wherein the fuel cell system is changed according to a period after both the first and second on-off valves are closed.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7,
If it is determined that the first or second on-off valve is abnormal when both the first and second on-off valves are closed, the first or second on-off valve is opened. Then, the fuel cell system is characterized in that the first or second on-off valve is closed again thereafter.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 8,
A fuel that supplies fuel gas to the anode electrode when it is determined that the first or second on-off valve is abnormal when both the first and second on-off valves are closed. Battery system.