JP5328295B2

JP5328295B2 - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの停止方法

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Publication number: JP5328295B2
Application number: JP2008279726A
Authority: JP
Inventors: 幸一郎宮田; 千大和氣; 純平小河
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-10-30
Filing date: 2008-10-30
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2028-10-30
Also published as: JP2010108757A

Description

本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池システムの停止方法に関するものである。

従来から、例えば車両に搭載される燃料電池には、固体高分子電解質膜をアノード電極およびカソード電極で両側から挟んで膜電極構造体を形成し、この膜電極構造体の両側に一対のセパレータを配置して平板状の単位燃料電池（以下、単位セルという。）を構成し、この単位セルを複数積層して燃料電池スタック（以下、燃料電池という。）とするものが知られている。このような燃料電池では、アノード電極とセパレータとの間にアノードガス（燃料ガス）として水素ガスを供給するとともに、カソード電極とセパレータとの間にカソードガス（酸化剤ガス）として空気を供給する。これにより、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を透過してカソード電極まで移動し、カソード電極で空気中の酸素と電気化学反応を起こし、発電が行われる。なお、この発電に伴って、燃料電池内部で水が生成される。

このような燃料電池を備える燃料電池システムでは、例えば氷点下環境で使用されると、燃料電池システムの停止中に内部に残留している生成水が凍結してしまうため、生成水が凍結した場合に燃料電池システムの起動を禁止する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１の燃料電池システムは、燃料電池システムの起動操作が行われたら、シャットバルブを開くとともに、温度センサにより温度を測定する。測定された温度が所定値以下の場合には、圧力センサにより圧力値が正常であるか否かを判定し、正常である場合は排出バルブを開き、圧力センサにより測定される圧力低下量が正常であるか否かを判定する。次に、排出バルブを閉じ、圧力センサにより測定される圧力上昇量が正常であるか否かを判定する。次に、水素ポンプを起動し、回転数が正常であるかを判定する。次に、コンプレッサを作動し、圧力センサにより測定される圧力値が正常であるか否かを判定する。以上の判定において、一つでも異常があれば、凍結している部品が存在すると判断して、燃料電池システムの起動を禁止するものである。
特開２００８−２０４９５７号公報

ところで、特許文献１の燃料電池システムでは、上述したように凍結している部品がある場合には燃料電池システムの起動を禁止するものであるが、このような氷点下環境下においても燃料電池システムを使用できる技術が望まれている。
また、燃料電池システムには、燃料電池システムの停止中に内部に残留している生成水が凍結してしまうため、生成水が凍結しないように燃料電池システム内に付着した水滴を除去（掃気）する方法が開示されている。しかしながら、従来の燃料電池システムの掃気方法では、燃料電池の温度に応じて掃気を行うか否かを判定しているため、例えば、燃料電池システムを短時間起動して、燃料電池は暖機されたが、バルブ類などは暖機されない場合は掃気が行われないことになる。そのため、生成水がバルブ類などに付着して凍結し、燃料電池システムの次回起動時に正常に起動できなくなる虞がある。

そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、氷点下環境下において燃料電池システムを確実に起動することができる燃料電池システムおよび燃料電池システムの掃気方法を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、アノード電極にアノードガスを、カソード電極にカソードガスを供給し発電を行う燃料電池（例えば、実施形態における燃料電池１１）と、前記燃料電池から排出された前記カソードガスが流通するカソードガス配管（例えば、実施形態におけるカソードオフガス排出配管３８）と、該カソードガス配管に配され、前記カソードガスの流れを調整する背圧弁（例えば、実施形態における背圧弁３４）と、を備えた燃料電池システム（例えば、実施形態における燃料電池システム１０）であって、該背圧弁の温度を検出する温度検出手段（例えば、実施形態における温度センサ５５）と、前記燃料電池の発電停止中に、前記背圧弁に付着した前記燃料電池の生成水の除去を行う掃気手段（例えば、実施形態におけるエアコンプレッサ３３）と、前記温度検出手段の検出値に基づいて、前記背圧弁において前記生成水が凍結するか否かを判定する凍結判定手段（例えば、実施形態における背圧弁凍結判定部４８）と、をさらに有し、該凍結判定手段により前記背圧弁で前記生成水が凍結する虞があると判定された際に、前記掃気手段による掃気を実行可能に構成され、前記燃料電池内部の前記生成水の凍結可否を判定する燃料電池内部凍結判定手段（例えば、実施形態における燃料電池内部凍結判定部５０）を有し、前記背圧弁の掃気後に、前記燃料電池内部が凍結する虞があると判定された場合には、前記掃気手段により前記燃料電池内部の掃気を実行可能に構成され、前記掃気手段は、前記アノード電極および前記カソード電極の一方のみを掃気するか、両方を掃気するかを切替可能な切替手段（例えば、実施形態における電磁弁５４）を備え、前記燃料電池内部が凍結する虞があると判定された場合には、前記切替手段は両方の電極を掃気できるように切り替えられ、前記燃料電池内部の掃気を実行可能に構成されていることを特徴としている。

請求項２に記載した発明は、前記燃料電池の発電中に、該燃料電池で生成される生成水量を検出する生成水量検出手段（例えば、実施形態における生成水量検出部４７）を有し、前記生成水量が所定量以下である場合には、前記反応ガス調整手段の掃気を実行しないことを特徴としている。

請求項３に記載した発明は、前記掃気手段は蓄電装置により駆動され、該蓄電装置の残量が、前記反応ガス調整手段の掃気および前記燃料電池内部の掃気に費やす電力量合計以下となっている場合であって、前記燃料電池内部の掃気によって前記反応ガス調整手段も掃気できる場合には、前記反応ガス調整手段の掃気を取り止めて、前記燃料電池内部の掃気を実行可能に構成されていることを特徴としている。

請求項４に記載した発明は、アノード電極にアノードガスを、カソード電極にカソードガスを供給し発電を行う燃料電池と、前記燃料電池から排出された前記カソードガスが流通するカソードガス配管と、該カソードガス配管に配され、前記カソードガスの流れを調整する背圧弁と、該背圧弁の温度を検出する温度検出手段と、前記燃料電池の発電停止中に、前記背圧弁に付着した前記燃料電池の生成水の除去を行う掃気手段と、前記温度検出手段の検出値に基づいて、前記背圧弁で前記生成水が凍結するか否かを判定する凍結判定手段と、を備え、該凍結判定手段により前記背圧弁で前記生成水が凍結する虞があると判定された際に、前記掃気手段による掃気を実行する燃料電池システムの停止方法であって、前記燃料電池の後流側に位置する前記背圧弁の温度を測定するデバイス温度測定ステップと、前記背圧弁の凍結防止のための掃気が必要か否かを判定するデバイス掃気判定ステップと、前記背圧弁を掃気するデバイス掃気ステップと、前記燃料電池内部の前記生成水の凍結可否を判定する燃料電池内部凍結判定ステップと、前記アノード電極および前記カソード電極の一方のみを掃気するか、両方を掃気するかを切替可能な切替手段を備え、前記燃料電池内部が凍結する虞があると判定された場合には、両方の電極を掃気できるように前記切替手段を切り替えて、前記燃料電池内部の掃気をする燃料電池内部掃気ステップと、有することを特徴としている。

請求項１に記載した発明によれば、背圧弁の温度を検出し、背圧弁が凍結する虞があると判定された場合には、燃料電池停止直後に背圧弁の掃気を行うため、背圧弁に付着した液滴を確実に除去することができる。また、このように背圧弁の温度に基づいて、背圧弁の掃気の有無を判定することにより、例えば、燃料電池の暖機が完了された状態において、背圧弁が凍結する虞があると判定された場合であっても、背圧弁に付着した液滴を確実に除去することができる。したがって、燃料電池システムの次回起動時に、背圧弁が凍結による動作不良になるのを防止できるため、燃料電池システムを確実に起動することができる。
また、燃料電池内部に残留した生成水により燃料電池内部が凍結するのを防止できるため、燃料電池内部で生成水が凍結することにより生じる内部破壊を防止することができる。

請求項２に記載した発明によれば、燃料電池システムが起動してから停止するまでの間に燃料電池で生成された生成水量が所定量以下の場合には、背圧弁に付着する生成水量も少ないため、背圧弁が凍結により動作不良になる可能性が低くなる。したがって、生成水量が少ない場合には背圧弁の掃気を実行しないようにすることで、背圧弁の掃気のためのエネルギを削減することができる。

請求項３に記載した発明によれば、蓄電装置の残量が不足している場合であっても、背圧弁および燃料電池内部の掃気をまとめて行うことができるため、背圧弁および燃料電池内部において生成水が凍結して、燃料電池システムの発電が不可能になるのを防止することができる。

請求項４に記載した発明によれば、背圧弁の温度を検出し、背圧弁が凍結する虞があると判定された場合には、燃料電池停止直後に背圧弁の掃気を行うため、背圧弁に付着した液滴を確実に除去することができる。また、このように背圧弁の温度に基づいて、背圧弁の掃気の有無を判定することにより、例えば、燃料電池の暖機が完了された状態において、背圧弁が凍結する虞があると判定された場合であっても、背圧弁に付着した液滴を確実に除去することができる。したがって、燃料電池システムの次回起動時に、背圧弁が凍結による動作不良になるのを防止できるため、燃料電池システムを確実に起動することができる。
また、燃料電池内部に残留した生成水により燃料電池内部が凍結するのを防止できるため、燃料電池内部で生成水が凍結することにより生じる内部破壊を防止することができる。

（第一実施形態）
次に、本発明に係る燃料電池システムの第一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。なお、本実施形態では燃料電池システムを車両に搭載した場合の説明をする。
（燃料電池システム）
図１は燃料電池システムの概略構成図である。
図１に示すように、燃料電池システム１０の燃料電池１１は、水素ガスなどのアノードガスと空気などのカソードガスとの電気化学反応により発電を行う固体高分子膜型燃料電池である。燃料電池１１に形成されたアノードガス供給用連通孔１３（アノードガス流路２１の入口側）にはアノードガス供給配管２３が連結され、その上流端部には水素タンク３０が接続されている。また、燃料電池１１に形成されたカソードガス供給用連通孔１５（カソードガス流路２２の入口側）にはカソードガス供給配管２４が連結され、その上流端部にはエアコンプレッサ３３が接続されている。なお、燃料電池１１に形成されたアノードオフガス排出用連通孔１４（アノードガス流路２１の出口側）にはアノードオフガス排出配管３５が連結され、カソードオフガス排出用連通孔１６（カソードガス流路２２の出口側）にはカソードオフガス排出配管３８が連結されている。

また、水素タンク３０からアノードガス供給配管２３に供給された水素ガスは、レギュレータ（不図示）により減圧された後、エゼクタ２６を通り、燃料電池１１のアノードガス流路２１に供給される。また、水素タンク３０の下流側近傍には、電磁駆動式の電磁弁２５が設けられており、水素タンク３０からの水素ガスの供給を遮断することができるように構成されている。

また、アノードオフガス排出配管３５は、エゼクタ２６に接続され、燃料電池１１を通過してきたアノードオフガスを再度燃料電池１１のアノードガスとして再利用できるように構成されている。さらに、アノードオフガス排出配管３５は、途中で２本の配管が分岐して設けられており、一方はアノードエア排出配管３６であり、他方はパージガス排出配管３７である。アノードエア排出配管３６およびパージガス排出配管３７は、ともに希釈ボックス３１に接続されている。そして、アノードエア排出配管３６には電磁駆動式のアノードエア排出弁５１が設けられており、パージガス排出配管３７には電磁駆動式のパージ弁５２が設けられている。なお、アノードエア排出配管３６は、パージガス排出配管３７よりも配管径の大きいものが取り付けられている。

次に、空気（カソードガス）はエアコンプレッサ３３によって加圧され、カソードガス供給配管２４を通過した後、燃料電池１１のカソードガス流路２２に供給される。この空気中の酸素が酸化剤として発電に供された後、燃料電池１１からカソードオフガスとしてカソードオフガス排出配管３８に排出される。カソードオフガス排出配管３８は希釈ボックス３１に接続され、その後、車外へと排気される。なお、カソードオフガス排出配管３８には背圧弁３４が設けられている。
ここで、背圧弁３４の上流側（燃料電池１１と背圧弁３４との間）における背圧弁３４の直近には温度センサ５５が設けられている。温度センサ５５により背圧弁３４の温度と略同一の温度を検出することができるようになっている。温度センサ５５からの検出結果（センサ出力）は、制御装置（ＥＣＵ）４５へ伝達され、その検出結果に基づいて、背圧弁３４の掃気（後に詳述する。）を実行するか否かを決定するように構成されている。

また、エアコンプレッサ３３と燃料電池１１との間を繋ぐカソードガス供給配管２４において、配管が分岐され掃気ガス導入配管５３の一端が接続されている。掃気ガス導入配管５３は、アノードガス供給配管２３におけるエゼクタ２６と燃料電池１１との間に他端が接続されている。つまり、エアコンプレッサ３３にて加圧された空気を燃料電池１１のアノードガス流路２１に供給できるようになっている。なお、掃気ガス導入配管５３には電磁駆動式の電磁弁５４が設けられており、エアコンプレッサ３３からの空気の供給を遮断できるように構成されている。

さらに、アノードオフガス排出配管３５におけるアノードオフガス排出用連通孔１４の直後（下流側）に、温度センサ４１が設けられている。温度センサ４１により、燃料電池１１の内部の温度と略同一の温度を検知することができるようになっている。温度センサ４１からの検出結果（センサ出力）は、制御装置（ＥＣＵ）４５へ伝達され、その検出結果に基づいて、燃料電池１１内部の掃気（後に詳述する。）を実行するか否かを決定するように構成されている。

図２は制御装置４５の概略ブロック図である。図２に示すように、制御装置４５は、燃料電池１１で生成された生成水量を検出する生成水量検出部４７と、温度センサ５５の検出結果に基づいて背圧弁３４が凍結する虞があるか否かを判定する背圧弁凍結判定部４８と、燃料電池システム１０が停止状態になってからの時間をカウントする停止時間検出部４９と、停止時間検出部４９でカウントしている時間が所定時間を経過したときに、温度センサ４１の検出結果に基づいて燃料電池１１内部が凍結する虞があるか否かを判定する燃料電池内部凍結判定部５０と、を有している。

さらに、制御装置４５は、燃料電池１１に要求される出力に応じて、電磁弁２５を制御して水素タンク３０から所定量の水素ガスを燃料電池１１に供給することができるようになっている。また、制御装置４５は、燃料電池１１に要求される出力に応じて、エアコンプレッサ３３を駆動して所定量の空気を燃料電池１１に供給するとともに、背圧弁３４を制御してカソードガス流路２２への空気の供給圧力を調整できるように構成されている。

そして、燃料電池内部凍結判定部５０からの指示により燃料電池１１内部などを掃気する際に、掃気ガス導入配管５３の電磁弁５４を制御して所定量の空気をアノード側にも供給することができるように構成されている。

（燃料電池システムの停止方法）
次に、本実施形態における燃料電池システム１０の停止方法について説明する。
図３は燃料電池システム１０の停止方法を示すフローチャートである。
図３に示すように、ステップＳ１１では、燃料電池システム１０の起動信号であるイグニッションスイッチ（不図示）をオフにした後に、生成水量検出部４７において、燃料電池１１でイグニッションスイッチがオフされるまでの間に生成された生成水量を検出し、所定量以上の生成水が生成された場合にはステップＳ１２へ進み、所定量未満の生成水しか生成されていない場合にはステップＳ１５へ進む。例えば、生成水量は燃料電池１１に設けた電流センサ（不図示）から検出される積算電流量に基づいて算出される。

ステップＳ１２では、背圧弁３４の温度を検出する。本実施形態では、背圧弁３４の近傍に設けられた温度センサ５５の検出結果を背圧弁３４の温度と推定している。

ステップＳ１３では、背圧弁凍結判定部４８において、背圧弁３４が凍結する虞があるか否かを温度センサ５５の検出結果に応じて判定する。例えば、温度センサ５５の検出温度が５℃以下である場合には、背圧弁３４が凍結する虞があると判定する。背圧弁３４が凍結する虞があると判定した場合にはステップＳ１４へ進み、凍結する虞がないと判定した場合にはステップＳ１５へ進む。

ステップＳ１４では、背圧弁３４の掃気を実行する。具体的には、掃気ガス導入配管５３の電磁弁５４を閉弁し、カソードオフガス排出配管３８の背圧弁３４を開弁する。そして、エアコンプレッサ３３を駆動させることにより、加圧された空気をカソード側の配管に供給することで、背圧弁３４の掃気を実行する。

ステップＳ１５では、燃料電池内部凍結判定部５０において、燃料電池１１内部が凍結する虞があるか否かを温度センサ４１の検出結果に応じて判定する。例えば、温度センサ４１の検出温度が５℃以下である場合には、燃料電池１１内部が凍結する虞があると判定する。燃料電池１１内部が凍結する虞があると判定した場合にはステップＳ１６へ進み、凍結する虞がないと判定した場合にはステップＳ１７へ進む。

ステップＳ１６では、燃料電池１１内部の掃気を実行する。具体的には、掃気ガス導入配管５３の電磁弁５４、アノードエア排出配管３６のアノードエア排出弁５１、パージガス排出配管３７のパージ弁５２およびカソードオフガス排出配管３８の背圧弁３４を開弁し、エアコンプレッサ３３を駆動させることにより、加圧された空気をアノード側およびカソード側の配管などに供給することで、燃料電池１１内部の掃気を実行する。燃料電池１１内部の掃気が実行されると処理が終了する。

ステップＳ１７では、燃料電池システム１０の起動信号であるイグニッションスイッチがオンされたか否かを判定し、いまだオフの状態であればステップＳ１５へ戻り、イグニッションスイッチがオンされた場合には処理を終了する。なお、ステップＳ１５〜Ｓ１７は、例えば、停止時間検出部４９で検出した停止時間により５分ごとに処理を実行するようにすればよい。

なお、上述した背圧弁３４の掃気および燃料電池１１内部の掃気の際に必要な電力は、例えば燃料電池の電力を蓄電するバッテリ（不図示）から確保する。

本実施形態によれば、背圧弁３４の温度を検出し、背圧弁３４が凍結する虞があると判定された場合には、燃料電池１１の発電停止直後に背圧弁３４の掃気を行うため、背圧弁３４に付着した液滴を確実に除去することができる。また、このように背圧弁３４の温度に基づいて、背圧弁凍結判定部４８で背圧弁３４の掃気の必要有無を判定することにより、燃料電池１１の暖機が完了された状態において、背圧弁３４が凍結する虞があると判定された場合であっても、背圧弁３４に付着した液滴を確実に除去することができる。したがって、燃料電池システム１０の次回起動時に、背圧弁３４が凍結による動作不良になるのを防止できるため、燃料電池システム１０を確実に起動することができる。

また、燃料電池システム１０が起動してから停止するまでの間に燃料電池１１で生成された生成水量が所定量以下の場合には、背圧弁３４に付着する生成水量も少ないため、背圧弁３４が凍結により動作不良になる可能性が低くなる。したがって、生成水量が少ない場合には背圧弁３４の掃気を実行しないようにすることで、背圧弁３４の掃気のためのエネルギを削減することができる。

さらに、燃料電池内部凍結判定部５０を設け、燃料電池１１内部が凍結する虞があると判定した場合には、燃料電池１１内部を掃気できるように構成したため、燃料電池１１内部に残留した生成水により燃料電池１１内部が凍結するのを防止できる。したがって、燃料電池１１内部で生成水が凍結することにより生じる内部破壊を防止することができる。

（第二実施形態）
次に、本発明に係る燃料電池システムの第二実施形態を図４〜図５に基づいて説明する。なお、本実施形態は第一実施形態と掃気の方法が異なるのみであり、燃料電池システムの構成は第一実施形態と略同一であるため、同一箇所には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

（燃料電池システムの停止方法）
本実施形態における燃料電池システム１０の停止方法について説明する。
図４は燃料電池システム１０の停止方法を示すフローチャートである。
図４に示すように、ステップＳ２１では、生成水量検出部４７において、燃料電池１１でイグニッションスイッチがオフされるまでの間に生成された生成水量を検出し、所定量以上の生成水が生成された場合にはステップＳ２２へ進み、所定量未満の生成水しか生成されていない場合にはステップＳ２６へ進む。

ステップＳ２２では、背圧弁３４の温度を検出する。本実施形態では、背圧弁３４の近傍に設けられた温度センサ５５の検出結果を背圧弁３４の温度と推定している。

ステップＳ２３では、背圧弁凍結判定部４８において、背圧弁３４が凍結する虞があるか否かを温度センサ５５の検出結果に応じて判定する。例えば、温度センサ５５の検出温度が５℃以下である場合には、背圧弁３４が凍結する虞があると判定する。背圧弁３４が凍結する虞があると判定した場合にはステップＳ２４へ進み、凍結する虞がないと判定した場合にはステップＳ２６へ進む。

ステップＳ２４では、バッテリに蓄電された電力量が、この後実行が予測される背圧弁３４の掃気および燃料電池１１内部の掃気に必要な電力量の合計よりも残量が多いか否かを判定する。バッテリの残量が両方の掃気に必要な電力量の合計以上の場合には、ステップＳ２５へ進み、合計に満たない場合にはステップＳ２７へ進む。

ステップＳ２５では、背圧弁３４の掃気を実行する。具体的には、掃気ガス導入配管５３の電磁弁５４を閉弁し、カソードオフガス排出配管３８の背圧弁３４を開弁する。そして、エアコンプレッサ３３を駆動させることにより、加圧された空気をカソード側の配管に供給することで、背圧弁３４の掃気を実行する。

ステップＳ２６では、燃料電池内部凍結判定部５０において、燃料電池１１内部が凍結する虞があるか否かを温度センサ４１の検出結果に応じて判定する。例えば、温度センサ４１の検出温度が５℃以下である場合には、燃料電池１１内部が凍結する虞があると判定する。燃料電池１１内部が凍結する虞があると判定した場合にはステップＳ２７へ進み、凍結する虞がないと判定した場合にはステップＳ２８へ進む。

ステップＳ２７では、燃料電池１１内部の掃気を実行する。具体的には、掃気ガス導入配管５３の電磁弁５４、アノードエア排出配管３６のアノードエア排出弁５１、パージガス排出配管３７のパージ弁５２およびカソードオフガス排出配管３８の背圧弁３４を開弁し、エアコンプレッサ３３を駆動させることにより、加圧された空気をアノード側およびカソード側の配管などに供給することで、燃料電池１１内部の掃気を実行する。燃料電池１１内部の掃気が実行されると処理が終了する。
なお、ステップＳ２４においてバッテリの残量が少ないために、背圧弁３４の掃気を行わずに燃料電池１１内部の掃気を実行する場合は、上述のステップＳ２５にあたる背圧弁３４の掃気を実行しないため、ステップＳ２７においては背圧弁３４を必ず開弁して掃気を行うことにより、背圧弁３４に付着した液滴を可能な限り除去することができる。

上述の流れをより詳細に説明する。
図５に示すように、例えば、発電停止時にバッテリに蓄電されている電力量を１００とし、背圧弁３４の掃気に必要な電力量を５０、燃料電池１１内部の掃気に必要な電力量を８０とする。このとき、背圧弁３４の掃気を実行すると、燃料電池１１内部の凍結防止掃気を実行する電力量が不足してしまい、燃料電池１１内部が凍結により破損する虞が生じる。一方、燃料電池１１内部の凍結防止掃気を確実に実行するために、残り２０の電力量で背圧弁３４の掃気を実行しても、対策が不十分なため、背圧弁３４に付着した液滴を確実に除去することができない。したがって、背圧弁３４の掃気を実行せずに、燃料電池１１内部の掃気を実行し、併せて背圧弁３４の掃気も行うように構成することで、燃料電池１１の破損および背圧弁３４の凍結をまとめて防止することができる。

ステップＳ２８では、燃料電池システム１０の起動信号であるイグニッションスイッチがオンされたか否かを判定し、いまだオフの状態であればステップＳ２６へ戻り、イグニッションスイッチがオンされた場合には処理を終了する。なお、ステップＳ２６〜Ｓ２８は、例えば、停止時間検出部４９で検出した停止時間により５分ごとに処理を実行するようにすればよい。

本実施形態によれば、第一実施形態の作用効果に加えて、バッテリの残量が不足している場合であっても、背圧弁３４および燃料電池１１内部の掃気をまとめて行うことができるため、背圧弁３４および燃料電池１１内部において生成水が凍結して、燃料電池システム１０の発電が不可能になるのを防止することができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態において、背圧弁の温度を検出する温度センサをカソードオフガス排出配管に取り付けた構成にしたが、背圧弁の温度を直接検出してもよく、冷媒、ガス、周辺補機の温度を代替温度として採用してもよい。また、温度センサは１箇所だけでなく、複数箇所に取り付けてもよく（例えば、背圧弁の上流側および下流側）、その場合には、いずれかの温度を検出するようにしたり、各温度センサの平均値を求めるようにしてもよい。

本発明の実施形態における燃料電池システムの概略構成図である。本発明の実施形態における制御装置の概略ブロック図である。本発明の第一実施形態における燃料電池システムの停止方法を示すフローチャートである。本発明の第二実施形態における燃料電池システムの停止方法を示すフローチャートである。本発明の第二実施形態における燃料電池システムの停止方法を説明する説明図である。

符号の説明

１０…燃料電池システム１１…燃料電池３３…エアコンプレッサ（掃気手段）３４…背圧弁（反応ガス調整手段）３８…カソードオフガス排出配管（反応ガス配管）４７…生成水量検出部（生成水量検出手段）４８…背圧弁凍結判定部（凍結判定手段）５０…燃料電池内部凍結判定部（燃料電池内部凍結判定手段）５５…温度センサ（温度検出手段）

Claims

アノード電極にアノードガスを、カソード電極にカソードガスを供給し発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池から排出された前記カソードガスが流通するカソードガス配管と、
該カソードガス配管に配され、前記カソードガスの流れを調整する背圧弁と、を備えた燃料電池システムであって、
該背圧弁の温度を検出する温度検出手段と、
前記燃料電池の発電停止中に、前記背圧弁に付着した前記燃料電池の生成水の除去を行う掃気手段と、
前記温度検出手段の検出値に基づいて、前記背圧弁において前記生成水が凍結するか否かを判定する凍結判定手段と、をさらに有し、
該凍結判定手段により前記背圧弁で前記生成水が凍結する虞があると判定された際に、前記掃気手段による掃気を実行可能に構成され、
前記燃料電池内部の前記生成水の凍結可否を判定する燃料電池内部凍結判定手段を有し、前記背圧弁の掃気後に、前記燃料電池内部が凍結する虞があると判定された場合には、前記掃気手段により前記燃料電池内部の掃気を実行可能に構成され、
前記掃気手段は、前記アノード電極および前記カソード電極の一方のみを掃気するか、両方を掃気するかを切替可能な切替手段を備え、前記燃料電池内部が凍結する虞があると判定された場合には、前記切替手段は両方の電極を掃気できるように切り替えられ、前記燃料電池内部の掃気を実行可能に構成されていることを特徴とする燃料電池システム。
前記燃料電池の発電中に、該燃料電池で生成される生成水量を検出する生成水量検出手段を有し、
前記生成水量が所定量以下である場合には、前記背圧弁の掃気を実行しないことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
前記掃気手段は蓄電装置により駆動され、
該蓄電装置の残量が、前記背圧弁の掃気および前記燃料電池内部の掃気に費やす電力量合計以下となっている場合であって、前記燃料電池内部の掃気によって前記背圧弁も掃気できる場合には、前記背圧弁の掃気を取り止めて、前記燃料電池内部の掃気を実行可能に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
アノード電極にアノードガスを、カソード電極にカソードガスを供給し発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池から排出された前記カソードガスが流通するカソードガス配管と、
該カソードガス配管に配され、前記カソードガスの流れを調整する背圧弁と、
該背圧弁の温度を検出する温度検出手段と、
前記燃料電池の発電停止中に、前記背圧弁に付着した前記燃料電池の生成水の除去を行う掃気手段と、
前記温度検出手段の検出値に基づいて、前記背圧弁で前記生成水が凍結するか否かを判定する凍結判定手段と、を備え、
該凍結判定手段により前記背圧弁で前記生成水が凍結する虞があると判定された際に、前記掃気手段による掃気を実行する燃料電池システムの停止方法であって、
前記燃料電池の後流側に位置する前記背圧弁の温度を測定するデバイス温度測定ステップと、
前記背圧弁の凍結防止のための掃気が必要か否かを判定するデバイス掃気判定ステップと、
前記背圧弁を掃気するデバイス掃気ステップと、
前記燃料電池内部の前記生成水の凍結可否を判定する燃料電池内部凍結判定ステップと、
前記アノード電極および前記カソード電極の一方のみを掃気するか、両方を掃気するかを切替可能な切替手段を備え、前記燃料電池内部が凍結する虞があると判定された場合には、両方の電極を掃気できるように前記切替手段を切り替えて、前記燃料電池内部の掃気をする燃料電池内部掃気ステップと、有することを特徴とする燃料電池システムの停止方法。