JP4882247B2

JP4882247B2 - FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING FUEL CELL SYSTEM

Info

Publication number: JP4882247B2
Application number: JP2005066712A
Authority: JP
Inventors: 健司松永
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2025-03-10
Also published as: JP2006252903A

Description

この発明は、燃料電池を備える燃料電池システムおよびその運転方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell and an operation method thereof.

燃料電池を備えるシステムにおいては、燃料電池のアノード側に水素を含有する燃料ガスが供給されるため、何らかの経路で水素がシステム外に放出される場合がある。そのため、可燃性の水素ガスが高い濃度で排出されることのないように充分な対策が施されることが望まれる。 In a system including a fuel cell, fuel gas containing hydrogen is supplied to the anode side of the fuel cell, so that hydrogen may be released outside the system through some route. Therefore, it is desirable that sufficient measures be taken so that the combustible hydrogen gas is not discharged at a high concentration.

燃料電池システムの外に水素が放出される場合の一つとして、水素循環方式の燃料電池システムにおける水素循環路からパージガスが排出される場合が挙げられる。水素循環方式の燃料電池システムとは、燃料ガスとして水素ガスを用い、燃料電池から排出されるアノード排ガスを再びアノードに供給することによって、アノードを経由して水素を循環させるシステムである。このようなシステムでは、燃料電池のカソードに供給される酸化ガス（空気）中の窒素や、発電時にカソードで生じる生成水が、電解質層を介してアノード側に透過するため、アノードを経由して水素を循環させる循環流路内の水素ガスでは、窒素や水蒸気などの不純物濃度が次第に高まる。そのため、上記システムでは、所定のタイミングで循環流路から不純物濃度が上昇した水素ガスを排出させ、循環流路内における不純物濃度の上昇を抑えている。このように、不純物濃度を低減するために循環流路から排出される不純物含有水素ガスがパージガスである。パージガスを最終的に外部に放出する際に、外部に放出されるガス中の水素濃度を低減する方法の一つとして、パージガスとカソード排ガスとを希釈器に導き、パージガスをカソード排ガスによって希釈した後に外部に放出する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような燃料電池システムでは、システム停止時にパージガスの排出を停止した後にもカソードへの空気供給を続行し、カソード排ガスを用いて希釈器内の水素を充分に排出させている。これにより、希釈器内に水素が滞留することがなく、次回、燃料電池システムを起動してカソードへの空気供給を開始する際に、希釈器を経由する流路から水素濃度が比較的高いガスが排出されることがない。 As one of cases where hydrogen is released outside the fuel cell system, there is a case where purge gas is discharged from a hydrogen circulation path in a hydrogen circulation type fuel cell system. A hydrogen circulation type fuel cell system is a system that circulates hydrogen through an anode by using hydrogen gas as a fuel gas and supplying anode exhaust gas discharged from the fuel cell to the anode again. In such a system, nitrogen in the oxidizing gas (air) supplied to the cathode of the fuel cell and generated water generated at the cathode during power generation permeate to the anode side through the electrolyte layer. In the hydrogen gas in the circulation passage for circulating hydrogen, the concentration of impurities such as nitrogen and water vapor gradually increases. For this reason, in the above system, hydrogen gas having an increased impurity concentration is discharged from the circulation channel at a predetermined timing to suppress an increase in impurity concentration in the circulation channel. Thus, the impurity-containing hydrogen gas discharged from the circulation flow path to reduce the impurity concentration is the purge gas. As one method of reducing the hydrogen concentration in the gas released to the outside when the purge gas is finally released to the outside, the purge gas and the cathode exhaust gas are guided to a diluter, and after the purge gas is diluted with the cathode exhaust gas, A method of releasing to the outside is known (for example, see Patent Document 1). In such a fuel cell system, air supply to the cathode is continued even after the purge gas discharge is stopped when the system is stopped, and the hydrogen in the diluter is sufficiently discharged using the cathode exhaust gas. As a result, hydrogen does not stay in the diluter, and the next time the fuel cell system is started and the air supply to the cathode is started, a gas with a relatively high hydrogen concentration from the flow path through the diluter. Will not be discharged.

特開２００４−１２７７４９号公報JP 2004-127749 A

しかしながら、上記のように燃料電池の停止時にカソードへの酸化ガス供給を行なっても、燃料電池内部の燃料ガス流路内には、水素含有ガスが滞留したままになっている。このような燃料ガス流路内に滞留する水素は、燃料電池システムを停止させた後に、燃料電池の電解質層を介して酸化ガス流路側へと次第に透過する。そのため、次回、燃料電池システムの起動時に、燃料電池に対して酸化ガスの供給を開始すると、アノード側から透過した水素を含有する、比較的水素濃度の高いガスが、カソード排ガスとして燃料電池から排出される可能性がある。 However, even if the oxidizing gas is supplied to the cathode when the fuel cell is stopped as described above, the hydrogen-containing gas remains in the fuel gas flow path inside the fuel cell. The hydrogen staying in the fuel gas flow channel gradually permeates to the oxidizing gas flow channel side through the electrolyte layer of the fuel cell after the fuel cell system is stopped. Therefore, when the supply of oxidizing gas to the fuel cell is started next time when the fuel cell system is started up, a relatively high hydrogen concentration gas containing hydrogen permeated from the anode side is discharged from the fuel cell as cathode exhaust gas. There is a possibility that.

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池を停止して次回起動するときに酸化ガス流路から排出されるガス中の水素濃度を低減することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to reduce the hydrogen concentration in the gas discharged from the oxidizing gas passage when the fuel cell is stopped and started next time. And

上記目的を達成するために、本発明は、燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池のアノードに対して水素を含有する燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記燃料電池のカソードに対して酸素を含有する酸化ガスを供給する酸化ガス供給部と、
前記燃料電池システムがシステム停止状態であるときに、前記燃料電池内部における電解質層を介したアノード側からカソード側への水素透過量を示す水素透過量情報として、前記燃料電池のカソード側流路における水素濃度、あるいは、システム停止後の経過時間を取得する水素透過量情報取得部と、
前記水素透過量情報取得部が取得した前記水素透過量情報に基づいて、所定量の水素が透過したか否かを判定する水素透過量判定部と、
前記水素透過量判定部によって、前記所定量の水素が透過したと判定されたときに、前記酸化ガス供給部を駆動する酸化ガス制御部と
を備えることを要旨とする。 To achieve the above object, the present invention provides a fuel cell system including a fuel cell,
A fuel gas supply section for supplying a fuel gas containing hydrogen to the anode of the fuel cell;
An oxidizing gas supply unit for supplying an oxidizing gas containing oxygen to the cathode of the fuel cell;
When the fuel cell system is in a system stop state, hydrogen permeation amount information indicating the hydrogen permeation amount from the anode side to the cathode side through the electrolyte layer in the fuel cell is obtained in the cathode side channel of the fuel cell. A hydrogen permeation amount information acquisition unit for acquiring a hydrogen concentration or an elapsed time after the system is stopped;
A hydrogen permeation amount determination unit that determines whether or not a predetermined amount of hydrogen has permeated based on the hydrogen permeation amount information acquired by the hydrogen permeation amount information acquisition unit ;
A gist of the invention is that the hydrogen permeation amount determination unit includes an oxidizing gas control unit that drives the oxidizing gas supply unit when it is determined that the predetermined amount of hydrogen has permeated.

以上のように構成された本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池システムがシステム停止状態であるときに、電解質層を介して所定量の水素が透過したと判断されると、酸化ガス供給部が駆動されるため、燃料電池内部においてカソード側の流路における水素濃度の上昇を抑えることができる。したがって、次回システム起動時に酸化ガス供給部を駆動する際の、カソード排ガス中の水素濃度を低減することができる。 According to the fuel cell system of the present invention configured as described above, when it is determined that a predetermined amount of hydrogen has permeated through the electrolyte layer when the fuel cell system is in a system stop state, the oxidizing gas supply Since the part is driven, an increase in the hydrogen concentration in the cathode-side flow path inside the fuel cell can be suppressed. Therefore, it is possible to reduce the hydrogen concentration in the cathode exhaust gas when the oxidizing gas supply unit is driven at the next system startup.

本発明の燃料電池システムにおいて、さらに、
前記燃料電池の他に、電力を出力可能な電力出力部を備え、
前記酸化ガス供給部は、前記所定量の水素が透過したと判定されたときには、前記電力出力部から電力供給を受けて前記酸化ガスの供給を行なうこととしても良い。 In the fuel cell system of the present invention,
In addition to the fuel cell, comprising a power output unit capable of outputting power,
When it is determined that the predetermined amount of hydrogen has permeated, the oxidizing gas supply unit may receive power supply from the power output unit and supply the oxidizing gas.

このような構成とすれば、燃料電池システムの停止中に電解質層を介してカソード側へと透過した水素を排出するために燃料電池による発電を行なう必要がない。従って、酸化ガス供給部を駆動するために燃料電池を用いることに起因して燃料電池システムのエネルギ効率が低下することがない。 With such a configuration, it is not necessary to generate power by the fuel cell in order to discharge the hydrogen that has permeated to the cathode side through the electrolyte layer while the fuel cell system is stopped. Therefore, the energy efficiency of the fuel cell system does not decrease due to the use of the fuel cell to drive the oxidizing gas supply unit.

これらの本発明の燃料電池システムにおいて、さらに、前記燃料電池システムが前記所定のシステム停止状態であるときに、前記水素透過量の増加速度が所定のレベルを超えているか否かを判定する水素透過速度判定部を備えることとしても良い。 In these fuel cell systems of the present invention, when the fuel cell system is in the predetermined system stop state, it is determined whether or not the increase rate of the hydrogen permeation amount exceeds a predetermined level. It is good also as providing a speed judgment part.

このような構成とすることで、電解質層を介した水素透過量を増大させる不具合が生じたときには、これを検出可能となる。 By adopting such a configuration, it becomes possible to detect a problem that increases the amount of hydrogen permeation through the electrolyte layer.

このような本発明の燃料電池システムにおいて、さらに、前記水素透過速度判定部が、前記水素透過量の増加速度が前記所定のレベルを超えていると判定したときに、該判定が行なわれたことを報知する報知部を備えることとしても良い。 In such a fuel cell system of the present invention, the determination is further performed when the hydrogen permeation rate determination unit determines that the increase rate of the hydrogen permeation amount exceeds the predetermined level. It is good also as providing the alerting | reporting part which alert | reports.

これにより、使用者は、電解質層を介した水素透過量を増大させる不具合が生じたことを知ることができ、適切に対処することが可能となる。 As a result, the user can know that a problem has occurred that increases the amount of hydrogen permeated through the electrolyte layer, and can take appropriate measures.

また、本発明の燃料電池システムにおいて、さらに、
大気圧を反映する情報を取得する大気圧情報取得部を備え、
前記酸化ガス制御部は、前記大気圧情報取得部が取得した情報に基づいて、大気圧がより低いときには、前記酸化ガス供給部の駆動量をより増加させることとしても良い。 In the fuel cell system of the present invention,
It has an atmospheric pressure information acquisition unit that acquires information that reflects atmospheric pressure,
The oxidizing gas control unit may further increase the driving amount of the oxidizing gas supply unit when the atmospheric pressure is lower based on the information acquired by the atmospheric pressure information acquisition unit.

このような構成とすれば、大気圧が異なる環境で燃料電池システムを使用する場合であっても、酸化ガス制御部によって酸化ガス供給部を駆動する際の供給酸化ガス量を確保することができる。したがって、水素濃度を低減させて外部に排出する動作の信頼性を高めることができる。 With such a configuration, even when the fuel cell system is used in an environment with different atmospheric pressures, it is possible to ensure the amount of oxidizing gas supplied when the oxidizing gas control unit drives the oxidizing gas supply unit. . Therefore, the reliability of the operation of reducing the hydrogen concentration and discharging to the outside can be improved.

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、燃料電池システムの運転方法、あるいは、本発明の燃料電池システムを駆動用電源として搭載する移動体などの形態で実現することが可能である。 The present invention can be realized in various forms other than those described above. For example, the present invention can be realized in the form of an operation method of a fuel cell system or a moving body in which the fuel cell system of the present invention is mounted as a driving power source. Is possible.

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．システムの全体構成：
Ｂ．システム停止中における水素排出処理：
Ｃ．第２実施例：
Ｄ．第３実施例：
Ｅ．変形例： Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. Overall system configuration:
B. Hydrogen discharge treatment during system shutdown:
C. Second embodiment:
D. Third embodiment:
E. Variations:

Ａ．システムの全体構成：
図１は、本発明の第１実施例である燃料電池システム１０における燃料電池の発電に関わる部分の構成の概略を表わすブロック図である。本実施例の燃料電池システム１０は、車両に搭載され、車両の駆動用電源として用いられる。燃料電池システム１０は、発電の本体である燃料電池２２と、燃料電池２２に供給する水素を貯蔵する水素タンク２３と、燃料電池２２に圧縮空気を供給するためのエアコンプレッサ２４と、を備えている。燃料電池２２としては種々の種類の燃料電池を用いることが可能であるが、本実施例では、燃料電池２２として固体高分子型燃料電池を用いている。この燃料電池２２は、複数の単セルを積層したスタック構造を有している。 A. Overall system configuration:
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a configuration of a portion related to power generation of a fuel cell in a fuel cell system 10 according to a first embodiment of the present invention. The fuel cell system 10 of the present embodiment is mounted on a vehicle and used as a power source for driving the vehicle. The fuel cell system 10 includes a fuel cell 22 that is a main body of power generation, a hydrogen tank 23 that stores hydrogen to be supplied to the fuel cell 22, and an air compressor 24 for supplying compressed air to the fuel cell 22. Yes. Although various types of fuel cells can be used as the fuel cell 22, in this embodiment, a polymer electrolyte fuel cell is used as the fuel cell 22. The fuel cell 22 has a stack structure in which a plurality of single cells are stacked.

水素タンク２３は、例えば、高圧水素を貯蔵する水素ボンベである。あるいは、水素吸蔵合金を内部に備え、水素吸蔵合金に吸蔵させることによって水素を貯蔵するタンクとしても良い。水素タンク２３に貯蔵される水素ガスは、水素タンク２３に接続する水素供給路６０に放出された後、圧力調整弁６２によって所定の圧力に調整（減圧）されて、燃料ガスとして燃料電池２２を構成する各単セルのアノードに供給される。燃料電池２２のアノードから排出されるアノード排ガスは、アノード排ガス路６３に導かれて再び水素供給路６０に流入する。このように、アノード排ガス中の残余の水素は、水素供給路６０の一部とアノード排ガス路６３と燃料電池２２内の流路とから成る流路（以下、循環流路と呼ぶ）内を循環して再度電気化学反応に供される。電気化学反応による消費量に相当する水素は、圧力調整弁６２を介して水素タンク２３から循環流路へと補充される。循環流路内でアノード排ガスを循環させるために、アノード排ガス路６３には水素ポンプ６５が設けられている。また、水素供給路６０には、圧力調整弁６２の上流側に、シャットバルブ６１が設けられている。このシャットバルブ６１は、燃料電池の発電を停止する際には閉状態へと駆動され、水素タンク２３から燃料電池２２への水素ガス供給を遮断する。 The hydrogen tank 23 is, for example, a hydrogen cylinder that stores high-pressure hydrogen. Or it is good also as a tank which stores hydrogen by providing a hydrogen storage alloy inside and making it store in a hydrogen storage alloy. The hydrogen gas stored in the hydrogen tank 23 is discharged to the hydrogen supply path 60 connected to the hydrogen tank 23, and then adjusted (depressurized) to a predetermined pressure by the pressure adjustment valve 62, so that the fuel cell 22 can be used as fuel gas. It is supplied to the anode of each unit cell that constitutes. The anode exhaust gas discharged from the anode of the fuel cell 22 is guided to the anode exhaust gas path 63 and flows into the hydrogen supply path 60 again. Thus, the remaining hydrogen in the anode exhaust gas circulates in a flow path (hereinafter referred to as a circulation flow path) composed of a part of the hydrogen supply path 60, the anode exhaust gas path 63, and the flow path in the fuel cell 22. Then, it is again subjected to an electrochemical reaction. Hydrogen corresponding to the amount consumed by the electrochemical reaction is replenished from the hydrogen tank 23 to the circulation channel via the pressure regulating valve 62. In order to circulate the anode exhaust gas in the circulation channel, a hydrogen pump 65 is provided in the anode exhaust gas channel 63. The hydrogen supply path 60 is provided with a shut valve 61 on the upstream side of the pressure adjustment valve 62. The shut valve 61 is driven to a closed state when power generation of the fuel cell is stopped, and shuts off the supply of hydrogen gas from the hydrogen tank 23 to the fuel cell 22.

さらに、アノード排ガス路６３には、気液分離器２７が設けられている。電気化学反応の進行に伴ってカソードでは水が生じるが、生じた水は、燃料電池２２の電解質膜を介して、アノード側に供給される燃料ガス内にも導入される。気液分離器２７は、このようなアノード排ガス中に含まれる水蒸気を凝縮させて、アノード排ガスから除去する。 Further, a gas-liquid separator 27 is provided in the anode exhaust gas path 63. As the electrochemical reaction proceeds, water is generated at the cathode, and the generated water is also introduced into the fuel gas supplied to the anode side through the electrolyte membrane of the fuel cell 22. The gas-liquid separator 27 condenses the water vapor contained in the anode exhaust gas and removes it from the anode exhaust gas.

気液分離器２７には、バルブ２７ａが設けられている。このバルブ２７ａを開状態とすることで、気液分離器２７内で凝縮された水が、バルブ２７ａに接続する排ガス排出路６４を介して外部に排出される。なお、バルブ２７ａが開状態になると、上記凝縮水と共に、アノード排ガス路６３内を流れるアノード排ガスの一部も外部に排出される。燃料電池２２の運転時には、アノード側を流れるガスにおいては、既述したように電解質膜を介して、カソード側から水が導入されると共に、カソードに供給される空気中の窒素なども導入される。従って、燃料電池による発電を継続していると、循環流路内を循環する水素含有ガスにおいては、窒素などの不純物濃度が上昇する。本実施例の燃料電池システム１０では、所定のタイミングでバルブ２７ａを開状態にすることによって、上記循環する水素含有ガスの一部を外部に排出して、水素含有ガス中の不純物濃度の上昇を抑えている。 The gas-liquid separator 27 is provided with a valve 27a. By opening the valve 27a, the water condensed in the gas-liquid separator 27 is discharged to the outside through the exhaust gas discharge path 64 connected to the valve 27a. When the valve 27a is opened, a part of the anode exhaust gas flowing in the anode exhaust gas path 63 is also discharged to the outside together with the condensed water. During the operation of the fuel cell 22, in the gas flowing on the anode side, water is introduced from the cathode side through the electrolyte membrane as described above, and nitrogen in the air supplied to the cathode is also introduced. . Therefore, if the power generation by the fuel cell is continued, the concentration of impurities such as nitrogen increases in the hydrogen-containing gas circulating in the circulation channel. In the fuel cell system 10 of the present embodiment, by opening the valve 27a at a predetermined timing, a part of the circulating hydrogen-containing gas is discharged to the outside, and the impurity concentration in the hydrogen-containing gas is increased. It is suppressed.

ここで、排ガス排出路６４は、排ガス排出路６４よりも断面積が大きい容器である希釈器２６に接続されている。この希釈器２６は、アノード排ガスを外部に排出する際に、排出に先立って、アノード排ガス中の水素を後述するカソード排ガスによって希釈するために設けられている。 Here, the exhaust gas discharge path 64 is connected to the diluter 26 which is a container having a larger cross-sectional area than the exhaust gas discharge path 64. The diluter 26 is provided to dilute the hydrogen in the anode exhaust gas with a cathode exhaust gas to be described later before discharging the anode exhaust gas to the outside.

エアコンプレッサ２４は、加圧した空気を、酸素を含有する酸化ガスとして酸化ガス供給路６７を介して燃料電池２２のカソードに供給する。エアコンプレッサ２４が空気を圧縮する際には、エアクリーナ２８を介して外部から空気を取り込む。カソードから排出されるカソード排ガスは、カソード排ガス路６８に導かれて外部に排出される。ここで、酸化ガス供給路６７およびカソード排ガス路６８は、加湿モジュール２５を経由している。加湿モジュール２５では、水蒸気透過性を有する膜によって酸化ガス供給路６７とカソード排ガス路６８とが隔てられており、水蒸気を含有するカソード排ガスを用いて、カソードに供給する加圧空気の加湿を行なっている。また、カソード排ガス路６８は、カソード排ガスを外部に導くのに先立って、既述した希釈器２６を経由している。そのため、カソード排ガスは、希釈器２６において、排ガス排出路６４を介して流入するアノード排ガスと混合されてこれを希釈し、その後、外部に排出される。なお、酸化ガス供給路６７には、エアクリーナ２８の上流側に大気圧センサ５０が設けられており、カソード排ガス路６８には、カソード排ガス路６８を流れるガス中の水素濃度を検出する水素濃度センサ５２が設けられている。水素濃度センサ５２の詳しい構成については後述する。 The air compressor 24 supplies pressurized air to the cathode of the fuel cell 22 through the oxidizing gas supply path 67 as an oxidizing gas containing oxygen. When the air compressor 24 compresses air, the air is taken in from the outside via the air cleaner 28. The cathode exhaust gas discharged from the cathode is guided to the cathode exhaust gas path 68 and discharged to the outside. Here, the oxidizing gas supply path 67 and the cathode exhaust gas path 68 pass through the humidification module 25. In the humidification module 25, the oxidizing gas supply path 67 and the cathode exhaust gas path 68 are separated from each other by a water vapor permeable film, and the pressurized air supplied to the cathode is humidified using the cathode exhaust gas containing water vapor. ing. Further, the cathode exhaust gas passage 68 passes through the diluter 26 described above prior to introducing the cathode exhaust gas to the outside. Therefore, the cathode exhaust gas is mixed with the anode exhaust gas flowing in through the exhaust gas discharge path 64 in the diluter 26 to dilute it, and then discharged to the outside. The oxidizing gas supply path 67 is provided with an atmospheric pressure sensor 50 on the upstream side of the air cleaner 28, and the cathode exhaust gas path 68 has a hydrogen concentration sensor that detects the hydrogen concentration in the gas flowing through the cathode exhaust gas path 68. 52 is provided. The detailed configuration of the hydrogen concentration sensor 52 will be described later.

さらに、燃料電池システム１０は、燃料電池システム１０の各部の動きを制御する制御部７０を備えている。制御部７０は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵ７４と、ＣＰＵ７４で各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭ７５と、同じくＣＰＵ７４で各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ７６と、各種の信号を入出力する入出力ポート７８等を備える。この制御部７０は、各種センサ、例えば既述した大気圧センサ５０や水素濃度センサ５２の検出信号や、燃料電池２２に対する負荷要求に関する情報などを取得する。また、燃料電池システム１０が備える圧力調整弁６２、エアコンプレッサ２４、水素ポンプ６５、あるいはバルブ６１，２７ａなど、燃料電池２２の発電に関わる各部に駆動信号を出力する。 Furthermore, the fuel cell system 10 includes a control unit 70 that controls the movement of each unit of the fuel cell system 10. The control unit 70 is configured as a logic circuit centered on a microcomputer. Specifically, the CPU 74 executes predetermined calculations according to a preset control program, and controls necessary for executing various arithmetic processes by the CPU 74. A ROM 75 in which programs, control data, and the like are stored in advance, a RAM 76 in which various data necessary for performing various arithmetic processes in the CPU 74 are temporarily read and written, an input / output port 78 that inputs and outputs various signals, and the like Prepare. The control unit 70 acquires detection signals from various sensors, for example, the atmospheric pressure sensor 50 and the hydrogen concentration sensor 52 described above, information on a load request for the fuel cell 22, and the like. In addition, a drive signal is output to each part related to power generation of the fuel cell 22 such as the pressure regulating valve 62, the air compressor 24, the hydrogen pump 65, or the valves 61 and 27a provided in the fuel cell system 10.

図２は、本実施例の燃料電池システム１０を搭載する電気自動車１５の構成の概略を表わすブロック図である。図２に示すように、車両の駆動用電源である燃料電池システム１０は、発電の本体である燃料電池２２に加えて、さらに、２次電池４０を備えている。なお、図２では、燃料電池２２に係る電気的な接続状態を中心に表わしており、燃料電池２２におけるガスの給排に関わる流路等の記載は省略している。 FIG. 2 is a block diagram showing an outline of the configuration of the electric vehicle 15 on which the fuel cell system 10 of this embodiment is mounted. As shown in FIG. 2, the fuel cell system 10 that is a power source for driving a vehicle further includes a secondary battery 40 in addition to the fuel cell 22 that is a main body of power generation. In FIG. 2, the electrical connection state of the fuel cell 22 is mainly shown, and the description of the flow path and the like related to gas supply and discharge in the fuel cell 22 is omitted.

電気自動車１５は、燃料電池システム１０から電力を供給される負荷として、駆動インバータ３０を介して燃料電池システム１０に接続される駆動モータ３２と、補機類４４とを備えている。これらの負荷と燃料電池システム１０との間には、配線４８が設けられており、この配線４８を介して、燃料電池システム１０と負荷との間で電力がやり取りされる。ここで、２次電池４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２を介して上記配線４８に接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２と燃料電池２２とは、上記配線４８に対して並列に接続されている。 The electric vehicle 15 includes a drive motor 32 connected to the fuel cell system 10 via a drive inverter 30 and auxiliary devices 44 as loads to which power is supplied from the fuel cell system 10. Wiring 48 is provided between these loads and the fuel cell system 10, and power is exchanged between the fuel cell system 10 and the load via the wiring 48. Here, the secondary battery 40 is connected to the wiring 48 via a DC / DC converter 42, and the DC / DC converter 42 and the fuel cell 22 are connected in parallel to the wiring 48. .

２次電池４０は、燃料電池システム１０の始動時に、燃料電池システム１０の各部を駆動するための電力を供給したり、燃料電池システム１０の暖機運転が完了するまでの間、各負荷に対して電力を供給する。また、燃料電池２２が定常状態で発電を行なうときにも、負荷が所定の値よりも大きくなる場合には、２次電池４０によって電力を補うこととしても良い。さらに、本実施例では、２次電池４０は、燃料電池システム１０の停止中に、燃料電池２２から水素を排出する動作を行なうために要する電力を供給する。この水素排出の動作については後に詳しく説明する。なお、２次電池４０は、燃料電池２２によって適宜充電される。 The secondary battery 40 supplies power for driving each part of the fuel cell system 10 at the time of starting the fuel cell system 10 or until each warm-up operation of the fuel cell system 10 is completed. Supply power. Also, when the fuel cell 22 generates power in a steady state, the power may be supplemented by the secondary battery 40 if the load becomes larger than a predetermined value. Further, in the present embodiment, the secondary battery 40 supplies electric power required for performing an operation of discharging hydrogen from the fuel cell 22 while the fuel cell system 10 is stopped. This hydrogen discharge operation will be described in detail later. Note that the secondary battery 40 is appropriately charged by the fuel cell 22.

ＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、出力側の目標電圧値を設定することによって、配線４８を介して並列に接続される燃料電池２２からの出力電圧を調節して燃料電池２２の発電量を制御すると共に、２次電池４０の充放電状態を制御する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、２次電池４０と配線４８との接続状態を制御するスイッチとしての役割も果たしており、２次電池４０において充放電を行なう必要のないときには、２次電池４０と配線４８との接続を切断する。 The DC / DC converter 42 controls the power generation amount of the fuel cell 22 by adjusting the output voltage from the fuel cell 22 connected in parallel via the wiring 48 by setting the target voltage value on the output side. The charge / discharge state of the secondary battery 40 is controlled. The DC / DC converter 42 also serves as a switch for controlling the connection state between the secondary battery 40 and the wiring 48, and when the secondary battery 40 does not need to be charged / discharged, The connection with the wiring 48 is disconnected.

また、配線４８には、配線４８と燃料電池２２との接続を入り切りするスイッチ４７が設けられている。２次電池４０のみから負荷に対して電力を供給するとき、あるいは、燃料電池システム１０を停止する際には、このスイッチ４７によって、燃料電池２２と配線４８との接続が切断される。 Further, the wiring 48 is provided with a switch 47 for turning on and off the connection between the wiring 48 and the fuel cell 22. When power is supplied from only the secondary battery 40 to the load, or when the fuel cell system 10 is stopped, the switch 47 disconnects the connection between the fuel cell 22 and the wiring 48.

負荷の一つである駆動モータ３２は、同期モータであって、回転磁界を形成するための三相コイルを備えており、駆動インバータ３０を介して燃料電池システム１０から電力の供給を受ける。駆動インバータ３０は、上記駆動モータ３２の各相に対応してスイッチング素子としてのトランジスタを備えるトランジスタインバータである。駆動モータ３２の出力軸３６は、減速ギヤ３４を介して車両駆動軸３８に接続している。 The drive motor 32, which is one of the loads, is a synchronous motor and includes a three-phase coil for forming a rotating magnetic field, and is supplied with electric power from the fuel cell system 10 via the drive inverter 30. The drive inverter 30 is a transistor inverter provided with a transistor as a switching element corresponding to each phase of the drive motor 32. An output shaft 36 of the drive motor 32 is connected to a vehicle drive shaft 38 via a reduction gear 34.

他の負荷である補機類４４には、既述したエアコンプレッサ２４や水素ポンプ６５など、燃料電池２２が発電する際に駆動する必要のある燃料電池補機が含まれている。なお、補機類４４のうち、駆動電圧がより低いバルブ類は、図示しない降圧ＤＣ／ＤＣコンバータによって降圧された電力が供給される。さらに、補機類４４としては、燃料電池補機に含まれるものの他に、例えば電気自動車１５が備える空調装置（エアコン）といった車両補機が含まれる。 The auxiliary equipment 44 that is another load includes fuel cell auxiliary equipment that needs to be driven when the fuel cell 22 generates power, such as the air compressor 24 and the hydrogen pump 65 described above. Of the auxiliary machinery 44, valves having a lower drive voltage are supplied with power that is stepped down by a step-down DC / DC converter (not shown). Further, the auxiliary equipment 44 includes, for example, a vehicle auxiliary machine such as an air conditioner (air conditioner) included in the electric vehicle 15 in addition to those included in the fuel cell auxiliary machine.

なお、制御部７０は、燃料電池システム１０が備えるものとして説明したが、本実施例の電気自動車１５では、制御部７０によって車両全体の制御が行なわれている。したがって、制御部７０は、補機類４４やＤＣ／ＤＣコンバータ４２の他、駆動インバータ３０に対しても駆動信号を出力する。この制御部７０もまた、駆動モータ３２や補機類４４と同様に、燃料電池２２および２次電池４０から電力の供給を受けて動作する。 Although the control unit 70 has been described as included in the fuel cell system 10, in the electric vehicle 15 of the present embodiment, the control unit 70 controls the entire vehicle. Therefore, the control unit 70 outputs a drive signal to the drive inverter 30 in addition to the auxiliary machinery 44 and the DC / DC converter 42. Similarly to the drive motor 32 and the auxiliary machinery 44, the control unit 70 also receives power supplied from the fuel cell 22 and the secondary battery 40 and operates.

Ｂ．システム停止中における水素排出処理：
燃料電池システム１０を停止すると（例えば、電気自動車１５に設けられた図１に示す駆動スイッチ８０が使用者によってオフにされると）、燃料電池システム１０を構成する各部の運転が停止される。例えば、燃料電池２２における発電の停止に伴って、エアコンプレッサ２４が停止されて燃料電池２２への酸化ガスの供給が停止される。さらに、シャットバルブ６１が閉じられて、循環流路への水素ガスの供給が停止されると共に、水素ポンプ６５が停止されて循環流路内に水素ガスが滞留する状態となる。このとき、燃料電池システム１０の各部を制御する制御部７０に対する電力の供給も遮断される。 B. Hydrogen discharge treatment during system shutdown:
When the fuel cell system 10 is stopped (for example, when the drive switch 80 shown in FIG. 1 provided in the electric vehicle 15 is turned off by the user), the operation of each part constituting the fuel cell system 10 is stopped. For example, when the power generation in the fuel cell 22 is stopped, the air compressor 24 is stopped and the supply of the oxidizing gas to the fuel cell 22 is stopped. Further, the shut valve 61 is closed, the supply of hydrogen gas to the circulation channel is stopped, and the hydrogen pump 65 is stopped so that the hydrogen gas stays in the circulation channel. At this time, the supply of power to the control unit 70 that controls each unit of the fuel cell system 10 is also cut off.

燃料電池システム１０が停止された後は、燃料電池２２内部では、燃料電池２２が備える電解質膜を介して、アノード側の流路内に滞留する水素ガスがカソード側の流路へと次第に透過する。本実施例では、燃料電池システム１０の停止中に燃料電池２２内部で電解質層を介してアノード側からカソード側へと水素が透過することによるカソード側流路における水素濃度の上昇を、カソード排ガス路６８に設けられた水素濃度センサ５２によって検出している。なお、本実施例では、水素濃度センサ５２は、カソード排ガス路６８における燃料電池２２との接続部近傍に設けられているが、その他の位置、例えば、酸化ガス供給路６７における燃料電池２２との接続部近傍に設けることも可能である。カソード側の流路へと透過した水素を検出可能な位置であればよい。 After the fuel cell system 10 is stopped, the hydrogen gas staying in the anode-side flow passage gradually permeates into the cathode-side flow passage through the electrolyte membrane provided in the fuel cell 22 inside the fuel cell 22. . In this embodiment, when the fuel cell system 10 is stopped, an increase in the hydrogen concentration in the cathode-side channel caused by hydrogen permeating from the anode side to the cathode side through the electrolyte layer inside the fuel cell 22 is represented by the cathode exhaust gas channel. This is detected by a hydrogen concentration sensor 52 provided at 68. In the present embodiment, the hydrogen concentration sensor 52 is provided in the vicinity of the connection portion with the fuel cell 22 in the cathode exhaust gas path 68, but for example, with the fuel cell 22 in the oxidizing gas supply path 67. It is also possible to provide in the vicinity of the connecting portion. Any position where hydrogen that has permeated into the channel on the cathode side can be detected may be used.

図３は、燃料電池システム１０の停止時に実行される処理であって、カソード側流路における水素濃度に基づいてカソード側流路から水素を排出する処理に関わる各部を表わすブロック図である。また、図４は、燃料電池システム１０の停止時に、カソード側流路における水素濃度の上昇に対応するために燃料電池システム１０で繰り返し実行される水素排出処理の工程を表わすフローチャートである。図３に示すように、水素濃度センサ５２は、カソード排ガス路６８内の水素濃度を感知して、感知した水素濃度に応じた電気信号Ａを発生するセンシング部５３と、センシング部５３からの電気信号Ａを取得して所定の処理を実行する水素透過量判定回路５４と、を備えている。この水素濃度センサ５２は、燃料電池システム１０が停止された後も、２次電池４０から電力の供給を受けることによって動作する。従って、燃料電池システム１０が停止された後は、まず、センシング部５３が、カソード側流路における水素濃度を検出する（ステップＳ１００）。 FIG. 3 is a block diagram showing each part related to a process executed when the fuel cell system 10 is stopped and which discharges hydrogen from the cathode-side channel based on the hydrogen concentration in the cathode-side channel. FIG. 4 is a flowchart showing the steps of the hydrogen discharge process that is repeatedly executed in the fuel cell system 10 in order to cope with the increase in the hydrogen concentration in the cathode side channel when the fuel cell system 10 is stopped. As shown in FIG. 3, the hydrogen concentration sensor 52 senses the hydrogen concentration in the cathode exhaust gas channel 68 and generates an electric signal A corresponding to the sensed hydrogen concentration, and the electricity from the sensing unit 53. A hydrogen permeation amount determination circuit 54 that acquires the signal A and executes a predetermined process. The hydrogen concentration sensor 52 operates by receiving power from the secondary battery 40 even after the fuel cell system 10 is stopped. Therefore, after the fuel cell system 10 is stopped, first, the sensing unit 53 detects the hydrogen concentration in the cathode side flow path (step S100).

センシング部５３が水素濃度に応じた電気信号Ａを出力すると、水素透過量判定回路５４は、この電気信号Ａを取得して、カソード側流路（カソード排ガス路６８）内の水素濃度が基準値を超えているか否かを判定する（ステップＳ１１０）。このステップＳ１１０で用いる基準値とは、後述する水素排出処理のためにエアコンプレッサ２４を駆動する必要があるか否かの判断基準となる値であり、予め設定された値である。なお、センシング部５３から電気信号Ａを取得して上記判定を行なう動作は、常に実行され続けることとしても良いが、水素透過量判定回路５４が備えるクロックを参照して所定の時間間隔で行なわれることとしても良い。これにより、燃料電池システム１０の停止後に水素濃度検出のために消費される電力量を抑えることができる。水素透過量判定回路５４は、カソード側流路内の水素濃度が所定の基準値を超えると判断されるまで、電気信号Ａを取得して基準値と比較する動作を繰り返す。 When the sensing unit 53 outputs an electric signal A corresponding to the hydrogen concentration, the hydrogen permeation amount determination circuit 54 acquires the electric signal A, and the hydrogen concentration in the cathode side flow path (cathode exhaust gas path 68) is the reference value. It is determined whether or not (step S110). The reference value used in step S110 is a value that serves as a criterion for determining whether or not the air compressor 24 needs to be driven for the hydrogen discharge process described later, and is a preset value. The operation of acquiring the electric signal A from the sensing unit 53 and performing the above determination may be continuously performed, but is performed at predetermined time intervals with reference to the clock provided in the hydrogen permeation amount determination circuit 54. It's also good. Thereby, the amount of electric power consumed for detecting the hydrogen concentration after the fuel cell system 10 is stopped can be suppressed. The hydrogen permeation amount determination circuit 54 repeats the operation of acquiring the electric signal A and comparing it with the reference value until it is determined that the hydrogen concentration in the cathode-side flow path exceeds a predetermined reference value.

水素透過量判定回路５４は、水素濃度が所定の基準値を超えたと判断すると、スイッチ回路８２に対して接続信号を出力すると共に、制御部７０に対して水素濃度超過信号を出力する（ステップＳ１２０）。 When determining that the hydrogen concentration exceeds a predetermined reference value, the hydrogen permeation amount determination circuit 54 outputs a connection signal to the switch circuit 82 and also outputs a hydrogen concentration excess signal to the control unit 70 (step S120). ).

スイッチ回路８２は、２次電池４０と制御部７０とを接続する配線に設けられており、２次電池４０から制御部７０への電力供給を入り切りする回路である。このスイッチ回路８２には、常に２次電池４０から電力が供給されており、水素透過量判定回路５４からの接続信号の入力があると接続状態になる。これによって、２次電池４０から制御部７０に対して電力供給が開始される。このように電力供給が開始されると、水素濃度超過信号が入力されている制御部７０のＣＰＵ７４では、酸化ガス制御部７１が起動される（ステップＳ１３０）。 The switch circuit 82 is a circuit that is provided in a wiring connecting the secondary battery 40 and the control unit 70, and turns on and off the power supply from the secondary battery 40 to the control unit 70. The switch circuit 82 is always supplied with power from the secondary battery 40, and is connected when a connection signal is input from the hydrogen permeation amount determination circuit 54. Accordingly, power supply from the secondary battery 40 to the control unit 70 is started. When power supply is started in this way, the oxidizing gas control unit 71 is activated in the CPU 74 of the control unit 70 to which the hydrogen concentration excess signal has been input (step S130).

起動された酸化ガス制御部７１は、システム停止中に水素濃度が超過したものと判断して、水素排出処理のための水素排出プログラムを実行する。すなわち、エアコンプレッサ２４を駆動して、燃料電池２２のカソード側流路に空気を供給する（ステップＳ１４０）。これによって、燃料電池２２内で電解質層を介してアノード側からカソード側へと透過した水素が、希釈器２６を介して外部に排出される。このときのエアコンプレッサ２４の駆動量（回転数）および駆動時間は、ステップＳ１１０において判断基準として用いる基準値となる水素濃度や、カソード側流路全体の容積などを考慮して、外部に排出されるガス中の水素濃度が充分に低くなる空気量を供給可能となるように設定しておけばよい。なお、ステップＳ１４０においては、エアコンプレッサ２４は、２次電池４０から電力供給を受ける。 The activated oxidizing gas control unit 71 determines that the hydrogen concentration has been exceeded while the system is stopped, and executes a hydrogen discharge program for hydrogen discharge processing. That is, the air compressor 24 is driven to supply air to the cathode side flow path of the fuel cell 22 (step S140). As a result, the hydrogen permeated from the anode side to the cathode side through the electrolyte layer in the fuel cell 22 is discharged to the outside through the diluter 26. The driving amount (rotation speed) and driving time of the air compressor 24 at this time are discharged to the outside in consideration of the hydrogen concentration serving as a reference value used as a determination reference in step S110, the volume of the entire cathode side flow path, and the like. What is necessary is just to set it so that supply of the air quantity in which the hydrogen concentration in the gas to be sufficiently low is possible. In step S140, the air compressor 24 receives power supply from the secondary battery 40.

酸化ガス制御部７１は、上記所定の駆動量で所定の駆動時間だけエアコンプレッサ２４を駆動すると、水素排出プログラムを終了してエアコンプレッサ２４の駆動を停止する。酸化ガス制御部７１が水素排出プログラムを終了すると、制御部７０は、スイッチ回路８２に対して図示しない切断信号を出力する。これにより、スイッチ回路８２は切断状態となって、制御部７０への電力供給が遮断され（ステップＳ１５０）、水素排出処理が終了する。 When the oxidant gas control unit 71 drives the air compressor 24 for the predetermined drive time with the predetermined drive amount, the oxidant gas control unit 71 ends the hydrogen discharge program and stops driving the air compressor 24. When the oxidizing gas control unit 71 ends the hydrogen discharge program, the control unit 70 outputs a disconnection signal (not shown) to the switch circuit 82. As a result, the switch circuit 82 is disconnected, the power supply to the control unit 70 is interrupted (step S150), and the hydrogen discharge process ends.

なお、燃料電池システム１０の停止中に、電気自動車１５に設けられた駆動スイッチ８０が使用者によってオンにされた場合には、駆動スイッチ８０から、スイッチ回路８２に対して接続信号が出力されると共に、制御部７０に対して駆動信号が出力される（図３参照）。これにより、スイッチ回路８２は、水素透過量判定回路５４から接続信号を入力された場合と同様に接続状態となり、２次電池４０から制御部７０に対して電力供給が開始されて制御部７０が起動される。 When the drive switch 80 provided in the electric vehicle 15 is turned on by the user while the fuel cell system 10 is stopped, a connection signal is output from the drive switch 80 to the switch circuit 82. At the same time, a drive signal is output to the controller 70 (see FIG. 3). As a result, the switch circuit 82 is in a connected state in the same manner as when a connection signal is input from the hydrogen permeation amount determination circuit 54, and power supply from the secondary battery 40 to the control unit 70 is started. It is activated.

このように電力供給が開始されると、駆動信号が入力されている制御部７０は、通常のシステム起動を行なうべきと判断して、システム起動プログラムを実行する。すなわち、エアコンプレッサ２４の他、シャットバルブ６１、圧力調整弁６２、水素ポンプ６５等にも駆動信号を出力して、燃料電池２２による発電を開始するための処理を実行する。燃料電池２２からの発電が開始されると共に既述したスイッチ４７（図２参照）が接続されることにより、燃料電池２２から各部（駆動モータ３２、補機類４４あるいは制御部７０）に対する電力供給が可能となる。 When power supply is started in this way, the control unit 70 to which the drive signal is input determines that normal system startup should be performed, and executes the system startup program. That is, in addition to the air compressor 24, a drive signal is output to the shut valve 61, the pressure adjustment valve 62, the hydrogen pump 65, and the like, and processing for starting power generation by the fuel cell 22 is executed. When power generation from the fuel cell 22 is started and the above-described switch 47 (see FIG. 2) is connected, power is supplied from the fuel cell 22 to each unit (the drive motor 32, the auxiliary machinery 44, or the control unit 70). Is possible.

燃料電池システム１０の稼働中に駆動スイッチ８０が使用者によってオフにされると、駆動スイッチ８０は、制御部７０に対して図示しない切断信号を出力する。これにより、スイッチ回路８２は切断状態となって、２次電池４０から制御部７０への電力供給が遮断されると共に、制御部７０では所定のシステム停止処理が実行される。これにより、燃料電池２２による発電が停止し、制御部７０が停止する。 When the drive switch 80 is turned off by the user during operation of the fuel cell system 10, the drive switch 80 outputs a disconnection signal (not shown) to the control unit 70. As a result, the switch circuit 82 is disconnected and the power supply from the secondary battery 40 to the control unit 70 is interrupted, and the control unit 70 executes a predetermined system stop process. Thereby, the power generation by the fuel cell 22 is stopped, and the control unit 70 is stopped.

なお、ステップＳ１２０で水素濃度超過信号が制御部７０に出力された後に、駆動スイッチ８０がオンにされる場合が考えられる。このような場合には、制御部７０においては、水素排出プログラムを終了してから通常のシステム起動プログラムを実行してもよいし、実行途中の水素排出プログラムをキャンセルして、通常のシステム起動プログラムを実行することとしても良い。 Note that it may be considered that the drive switch 80 is turned on after the hydrogen concentration excess signal is output to the control unit 70 in step S120. In such a case, the control unit 70 may execute the normal system startup program after ending the hydrogen discharge program, or cancel the hydrogen discharge program being executed and execute the normal system startup program. It is also possible to execute.

以上のように構成された構成された本実施例の燃料電池システム１０によれば、燃料電池システム１０の停止中にカソード側の流路における水素濃度が所定値を超えるとエアコンプレッサ２４を駆動するため、カソード側の流路における水素濃度の上昇を抑えることができる。したがって、次回システム起動時にエアコンプレッサ２４を駆動したときに、カソード排ガスとして、望ましくない程度に水素濃度が高いガスが排出されることがない。 According to the fuel cell system 10 of the present embodiment configured as described above, the air compressor 24 is driven when the hydrogen concentration in the flow path on the cathode side exceeds a predetermined value while the fuel cell system 10 is stopped. Therefore, an increase in hydrogen concentration in the cathode-side flow path can be suppressed. Therefore, when the air compressor 24 is driven at the next system start-up, a gas having an undesirably high hydrogen concentration is not discharged as cathode exhaust gas.

また、本実施例の燃料電池システム１０によれば、システム停止中には制御部７０も停止し、水素濃度を判定するためには水素濃度センサ５２のみを用いるため、システム停止中の消費電力を抑えることができる。 Further, according to the fuel cell system 10 of the present embodiment, the control unit 70 is also stopped while the system is stopped, and only the hydrogen concentration sensor 52 is used to determine the hydrogen concentration. Can be suppressed.

さらに、水素排出処理のために燃料電池２２は起動せず、燃料電池以外の電力出力部である２次電池４０を電源としてエアコンプレッサ２４だけを駆動するため、システム効率の低下を抑制することができる。燃料電池２２による発電を行なうためには、水素ポンプ６５を始めとする各種燃料電池補機を駆動する必要があるが、２次電池４０のみを電源とすることで、燃料電池補機の駆動に起因するシステム効率の低下を防止できる。さらに、燃料電池による発電のために水素供給を行なうと、燃料電池内部の燃料ガス流路では再び水素濃度が高まるが、水素排出処理のために２次電池４０を用いることにより、水素排出処理に起因して燃料電池内部において水素濃度が再び上昇することもない。ただし、燃料電池２２による発電を行なわせて水素排出を行なうこととしても可能である。例えば、２次電池４０の残存容量が低い場合には、燃料電池２２による発電を行なわせて水素排出を行なうことで、次回システム起動時における２次電池４０の残存容量を確保することが可能となる。 Furthermore, since the fuel cell 22 is not started for the hydrogen discharge process and only the air compressor 24 is driven by using the secondary battery 40 which is a power output unit other than the fuel cell as a power source, it is possible to suppress a decrease in system efficiency. it can. In order to perform power generation by the fuel cell 22, it is necessary to drive various fuel cell auxiliary machines such as the hydrogen pump 65. However, by using only the secondary battery 40 as a power source, the fuel cell auxiliary machine can be driven. This can prevent the system efficiency from being lowered. Further, when hydrogen is supplied for power generation by the fuel cell, the hydrogen concentration increases again in the fuel gas flow path inside the fuel cell. However, by using the secondary battery 40 for the hydrogen discharge processing, the hydrogen discharge processing is performed. As a result, the hydrogen concentration does not rise again in the fuel cell. However, it is also possible to perform power generation by the fuel cell 22 to discharge hydrogen. For example, when the remaining capacity of the secondary battery 40 is low, it is possible to secure the remaining capacity of the secondary battery 40 at the next system startup by causing the fuel cell 22 to generate power and discharging hydrogen. Become.

Ｃ．第２実施例：
第１実施例では、燃料電池システム１０の停止中（駆動スイッチ８０がオフのとき）には制御部７０を停止しているが、システム停止中であっても制御部７０への電力供給を継続することとしても良い。このような構成を第２実施例として以下に説明する。 C. Second embodiment:
In the first embodiment, the control unit 70 is stopped while the fuel cell system 10 is stopped (when the drive switch 80 is off), but power supply to the control unit 70 is continued even when the system is stopped. It is also good to do. Such a configuration will be described below as a second embodiment.

図５は、第２実施例の燃料電池システムの停止時に、カソード側流路における水素濃度を検出してカソード側流路から水素を排出する動作に関わる各部を表わすブロック図である。第２実施例の燃料電池システムは、第１実施例の燃料電池システム１０と類似する構成を有するため、共通する部分については同じ参照番号を付して詳しい説明を省略する。また、図６は、第２実施例の燃料電池システムの停止時に、カソード側流路における水素濃度の上昇に対応するために燃料電池システムで繰り返し実行される水素排出処理の工程を表わすフローチャートである。 FIG. 5 is a block diagram showing each part related to the operation of detecting the hydrogen concentration in the cathode side channel and discharging the hydrogen from the cathode side channel when the fuel cell system of the second embodiment is stopped. Since the fuel cell system of the second embodiment has a configuration similar to that of the fuel cell system 10 of the first embodiment, common portions are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted. FIG. 6 is a flowchart showing the steps of the hydrogen discharge process that is repeatedly executed in the fuel cell system in order to cope with the increase in the hydrogen concentration in the cathode side channel when the fuel cell system of the second embodiment is stopped. .

ここで、第２実施例の燃料電池システムでは、水素濃度センサ５２と共に制御部７０も、燃料電池システムの停止中に２次電池４０から電力供給を受ける。ただし、制御部７０は、駆動スイッチ８０がオフにされてシステムが停止する際にはスリープモードとなる。すなわち、水素濃度センサ５２からの信号を取得した場合には直ちに動作可能であるが、電気自動車１５の制御に関わる機能は休止しており、システム稼働時に比べて消費電力が少ない運転状態となる。 Here, in the fuel cell system of the second embodiment, the control unit 70 as well as the hydrogen concentration sensor 52 receives power supply from the secondary battery 40 while the fuel cell system is stopped. However, the control unit 70 enters a sleep mode when the drive switch 80 is turned off and the system stops. In other words, when a signal from the hydrogen concentration sensor 52 is acquired, the operation is immediately possible, but the functions related to the control of the electric vehicle 15 are suspended, and the operation state is less in power consumption than when the system is operating.

第２実施例の燃料電池システムにおいても、第１実施例と同様に、駆動スイッチ８０がオフにされた後には、水素濃度センサ５２のセンシング部５３が、カソード排ガス路における水素濃度を検出する（ステップＳ２００）。そして、センシング部５３が水素濃度を検出して水素濃度に応じた電気信号Ａを出力すると、水素透過量判定回路５４は、この電気信号Ａに基づいて、カソード側流路内の水素濃度が所定の基準値を超えているか否かを判定する（ステップＳ２１０）。水素透過量判定回路５４において、水素濃度が所定の基準値を超えると判断されると、水素透過量判定回路５４から制御部７０に対して水素濃度超過信号が出力される（ステップＳ２２０）。 Also in the fuel cell system of the second embodiment, as in the first embodiment, after the drive switch 80 is turned off, the sensing unit 53 of the hydrogen concentration sensor 52 detects the hydrogen concentration in the cathode exhaust gas passage ( Step S200). Then, when the sensing unit 53 detects the hydrogen concentration and outputs an electric signal A corresponding to the hydrogen concentration, the hydrogen permeation amount determination circuit 54 determines that the hydrogen concentration in the cathode side channel is a predetermined value based on the electric signal A. It is determined whether or not the reference value is exceeded (step S210). If the hydrogen permeation determination circuit 54 determines that the hydrogen concentration exceeds a predetermined reference value, the hydrogen permeation determination circuit 54 outputs a hydrogen concentration excess signal to the control unit 70 (step S220).

制御部７０は、水素濃度超過信号を取得すると、酸化ガス制御部７１においてスリープモードを解除する（ステップＳ２３０）。これにより、酸化ガス制御部７１は、第１実施例と同様にエアコンプレッサ２４のみを駆動して燃料電池２２のカソード側流路に空気を供給する動作を実行する（ステップＳ２４０）。なお、ステップＳ２４０においては、エアコンプレッサ２４は、２次電池４０から電力供給を受ける。所定の駆動条件（駆動量および駆動時間）でエアコンプレッサ２４を駆動すると、酸化ガス制御部７１は、エアコンプレッサ２４の駆動制御を停止して、再びスリープモードとなる（ステップＳ２５０）。これにより、水素排出処理が終了する。 When acquiring the hydrogen concentration excess signal, the controller 70 releases the sleep mode in the oxidizing gas controller 71 (step S230). Thereby, the oxidizing gas control unit 71 performs the operation of driving only the air compressor 24 and supplying air to the cathode side flow path of the fuel cell 22 as in the first embodiment (step S240). In step S240, the air compressor 24 receives power supply from the secondary battery 40. When the air compressor 24 is driven under predetermined drive conditions (drive amount and drive time), the oxidizing gas control unit 71 stops the drive control of the air compressor 24 and enters the sleep mode again (step S250). Thereby, the hydrogen discharge process is completed.

なお、第２実施例では、燃料電池システムの停止中に電気自動車１５に設けられた駆動スイッチ８０が使用者によってオンにされた場合には、駆動スイッチ８０から制御部７０に対して第１実施例と同様の駆動信号が出力される（図５参照）。このような場合には、制御部７０は、スリープモードを解除して、燃料電池２２による発電を行なうための制御を直ちに開始する。燃料電池システムの稼働中に駆動スイッチ８０が使用者によってオフにされると、駆動スイッチ８０から制御部７０に対して図示しない切断信号が出力される。これにより、制御部７０では、所定のシステム停止処理が実行されると共に、制御部７０自身はスリープモードとなる。また、ステップＳ２２０で水素濃度超過信号が制御部７０に出力された後に、駆動スイッチ８０がオンにされた場合には、制御部７０においては、水素排出の動作を終了してから発電開始のための処理を実行してもよいし、実行途中の水素排出処理をキャンセルして、発電開始のための処理を実行しても良い。 In the second embodiment, when the drive switch 80 provided in the electric vehicle 15 is turned on by the user while the fuel cell system is stopped, the first operation is performed from the drive switch 80 to the control unit 70. A drive signal similar to the example is output (see FIG. 5). In such a case, the control unit 70 cancels the sleep mode and immediately starts control for generating power by the fuel cell 22. When the drive switch 80 is turned off by the user during the operation of the fuel cell system, a disconnection signal (not shown) is output from the drive switch 80 to the control unit 70. Thereby, in the control unit 70, a predetermined system stop process is executed, and the control unit 70 itself enters a sleep mode. In addition, when the drive switch 80 is turned on after the hydrogen concentration excess signal is output to the control unit 70 in step S220, the control unit 70 starts the power generation after completing the hydrogen discharge operation. This process may be executed, or the process for starting power generation may be executed by canceling the hydrogen discharge process in the middle of execution.

以上のように構成された構成された第２実施例の燃料電池システムによれば、第１実施例と同様の効果を得ることができる。すなわち、燃料電池システムを停止させた後のカソード側流路における水素濃度の上昇を抑え、次回システム起動時にエアコンプレッサを駆動したときに、カソード排ガスとして望ましくない程度に水素濃度が高いガスが排出されることを防止できる。また、システムを停止させた後は制御部７０がスリープモードとなるため、制御部７０における電力消費を抑制することができる。さらに、第２実施例の燃料電池システムによれば、システムを停止させた後も制御部７０を停止することなくスリープモードにするため、制御部７０が水素濃度超過信号や駆動信号を取得したときには、制御部７０自身を起動するための処理を行なう必要がなく、より短い時間で所望の処理を開始することができる。 According to the fuel cell system of the second embodiment configured as described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. In other words, when the fuel cell system is stopped, the increase in the hydrogen concentration in the cathode-side flow path is suppressed, and when the air compressor is driven at the next system startup, a gas with an undesirably high hydrogen concentration is discharged as cathode exhaust gas. Can be prevented. In addition, since the control unit 70 enters the sleep mode after the system is stopped, power consumption in the control unit 70 can be suppressed. Furthermore, according to the fuel cell system of the second embodiment, when the control unit 70 acquires the hydrogen concentration excess signal or the drive signal, the control unit 70 is set to the sleep mode without stopping after the system is stopped. Therefore, it is not necessary to perform a process for starting the control unit 70 itself, and a desired process can be started in a shorter time.

なお、第２実施例では、駆動スイッチ８０がオフにされた後には制御部７０全体がスリープモードになることとしたが、少なくとも酸化ガス制御部７１がスリープモードになれば、酸化ガス制御部７１における消費電力を削減する効果が得られる。例えば、駆動スイッチ８０がオフにされた後にも、制御部７０において水素排出処理以外の何らかの処理を行なうこととしても良い。この場合には、スリープモードとなっている酸化ガス制御部７１は、水素濃度超過信号および駆動信号以外の信号は無視して待機する状態とすればよい。 In the second embodiment, the entire control unit 70 is set to the sleep mode after the drive switch 80 is turned off. However, at least when the oxidizing gas control unit 71 enters the sleep mode, the oxidizing gas control unit 71 is set. The effect of reducing the power consumption in can be obtained. For example, after the drive switch 80 is turned off, the control unit 70 may perform some process other than the hydrogen discharge process. In this case, the oxidant gas control unit 71 in the sleep mode may be in a state of waiting while ignoring signals other than the hydrogen concentration excess signal and the drive signal.

また、第２実施例の燃料電池システムにおいて、システム停止中に制御部７０をスリープモードに保ち続けるのではなく、システム停止期間が長いときには、第１実施例と同様に制御部７０への電力供給を遮断して制御部７０を停止させることとしても良い。電解質層を介したアノード側流路からカソード側流路への水素の透過は、燃料電池による発電停止後直ちに進行するが、やがて平衡状態に達する。また、２次電池４０を電源としてエアコンプレッサ２４を駆動して水素を排出することにより、カソード側流路内の水素濃度は次第に低減される。そのため、例えばシステム停止中のエアコンプレッサ２４の駆動回数が所定回数を超えたとき、あるいは、水素濃度センサによる水素濃度超過の検出が所定時間行なわれなかったときなど、燃料電池内の水素量が充分に低減されたと判断されるときには、制御部７０を停止させることとしても良い。これにより、システム停止が長期にわたるときに、消費電力を抑えることができる。 Further, in the fuel cell system of the second embodiment, when the system stop period is long rather than keeping the control unit 70 in the sleep mode during the system stop, the power supply to the control unit 70 is performed as in the first embodiment. It is good also as stopping control part 70 by interrupting. The permeation of hydrogen from the anode-side channel to the cathode-side channel through the electrolyte layer proceeds immediately after power generation is stopped by the fuel cell, but eventually reaches an equilibrium state. Further, by driving the air compressor 24 using the secondary battery 40 as a power source to discharge hydrogen, the hydrogen concentration in the cathode-side flow path is gradually reduced. For this reason, the amount of hydrogen in the fuel cell is sufficient, for example, when the number of times the air compressor 24 has been driven exceeds a predetermined number of times while the system is stopped, or when no excess hydrogen concentration has been detected by the hydrogen concentration sensor for a predetermined time. When it is determined that the amount has been reduced, the control unit 70 may be stopped. Thereby, power consumption can be suppressed when the system is stopped for a long time.

Ｄ．第３実施例：
燃料電池においては、電解質層の劣化が進行することによって、電解質層を介した水素の透過量が増大する場合がある。例えば固体高分子型燃料電池においては、電解質膜の経時的な劣化によって電解質膜にピンホールが次第に発生し、水素の透過量が増大する場合がある。第３実施例の燃料電池システムでは、システム停止中にカソード側流路内の水素濃度を水素濃度センサによって検出する際に、水素濃度の上昇率に基づいて、このような水素透過量を増大させる不具合が発生しているか否かを判定している。 D. Third embodiment:
In a fuel cell, the amount of hydrogen permeating through the electrolyte layer may increase as the degradation of the electrolyte layer proceeds. For example, in a polymer electrolyte fuel cell, pinholes are gradually generated in the electrolyte membrane due to deterioration of the electrolyte membrane over time, and the hydrogen permeation amount may increase. In the fuel cell system of the third embodiment, when the hydrogen concentration in the cathode side flow path is detected by the hydrogen concentration sensor while the system is stopped, the hydrogen permeation amount is increased based on the increase rate of the hydrogen concentration. It is determined whether or not a failure has occurred.

図７は、第３実施例の燃料電池システムの停止時において、水素濃度の上昇率に基づいて実行される水素濃度上昇率判定処理の工程を表わすフローチャートである。なお、第３実施例の燃料電池システムは、図３に示した第１実施例の燃料電池システム１０と同様の構成を有しており、燃料電池システムの停止時には、図４と同様の水素排出処理が繰り返し実行される。図７に示す水素濃度上昇率判定処理は、第３実施例の燃料電池システムにおいて、図４の水素排出処理と並行して実行される処理である。 FIG. 7 is a flowchart showing a hydrogen concentration increase rate determination process executed based on the hydrogen concentration increase rate when the fuel cell system of the third embodiment is stopped. The fuel cell system of the third embodiment has the same configuration as the fuel cell system 10 of the first embodiment shown in FIG. 3, and when the fuel cell system is stopped, the same hydrogen discharge as in FIG. The process is executed repeatedly. The hydrogen concentration increase rate determination process shown in FIG. 7 is a process executed in parallel with the hydrogen discharge process of FIG. 4 in the fuel cell system of the third embodiment.

第３実施例の燃料電池システムの停止時において、水素濃度センサ５２では、既述した水素濃度の検出と共に、システム停止時からの経過時間が測定される（ステップＳ３００）。ここで、第３実施例の燃料電池システムでは、駆動スイッチ８０がオフにされて燃料電池による発電が停止されると共に制御部７０が停止するときに、制御部７０から水素透過量判定回路５４に対して、図示しないクロックリセット信号が出力される。このクロックリセット信号により、水素透過量判定回路５４が備えるクロックがリセットされて、水素透過量判定回路５４において、前回に燃料電池システムを停止してからの経過時間が測定される。 When the fuel cell system of the third embodiment is stopped, the hydrogen concentration sensor 52 measures the elapsed time since the system stop as well as the detection of the hydrogen concentration described above (step S300). Here, in the fuel cell system of the third embodiment, when the drive switch 80 is turned off to stop the power generation by the fuel cell and the control unit 70 stops, the control unit 70 supplies the hydrogen permeation amount determination circuit 54 to the fuel cell system. On the other hand, a clock reset signal (not shown) is output. The clock provided in the hydrogen permeation amount determination circuit 54 is reset by this clock reset signal, and the hydrogen permeation amount determination circuit 54 measures the elapsed time since the fuel cell system was stopped last time.

ここで、図４のステップＳ１１０において水素濃度が超過であると判定されると、既述した水素濃度超過信号が出力されると共に、水素透過量判定回路５４から制御部７０に対して、クロックを用いて測定された経過時間を示す経過時間信号が出力される（ステップＳ３１０）。水素濃度超過信号によって起動された制御部７０は、上記経過時間信号を取得して、前回駆動スイッチ８０がオフにされて燃料電池による発電を停止してから水素濃度超過であると判定されるまでの経過時間と、基準値とを比較する（ステップＳ３２０）。ここで、ステップＳ３２０で用いる基準値とは、発電を停止してから水素濃度センサ５２で水素濃度超過であると判定されるまでに要する時間の予測値として、予め設定され記憶されている値である。燃料電池システムにおける燃料ガスの配管容量は一定であり、また、システム停止時における配管内の水素圧や、劣化が生じていない電解質膜における水素透過率を予め知ることが可能であるため、このような予測値を設定することが可能となるのである。 Here, if it is determined in step S110 of FIG. 4 that the hydrogen concentration is excessive, the above-described hydrogen concentration excess signal is output, and a clock is sent from the hydrogen permeation amount determination circuit 54 to the control unit 70. An elapsed time signal indicating the elapsed time measured by using is output (step S310). The control unit 70 activated by the hydrogen concentration excess signal acquires the elapsed time signal until it is determined that the hydrogen concentration is exceeded after the previous drive switch 80 was turned off and power generation by the fuel cell was stopped. Is compared with the reference value (step S320). Here, the reference value used in step S320 is a value that is set and stored in advance as a predicted value of the time required from when power generation is stopped until the hydrogen concentration sensor 52 determines that the hydrogen concentration is excessive. is there. Since the fuel gas piping capacity in the fuel cell system is constant, and it is possible to know in advance the hydrogen pressure in the piping when the system is stopped and the hydrogen permeability in the electrolyte membrane that has not deteriorated. Therefore, it is possible to set a correct predicted value.

このような基準値に比べて上記経過時間が短すぎる場合には、電解質膜の劣化などの、水素透過量を増大させる不具合が発生していると考えられる。従って、ステップＳ３２０で経過時間が基準値に比べて短すぎると判断されると、制御部７０は、報知部７２（図１参照）を駆動して（ステップＳ３３０）、水素濃度上昇率判定処理を終了する。ここで、報知部７２とは、水素濃度上昇率が高すぎる（水素透過速度が速すぎる）ことを使用者に知らせるために電気自動車１５に設けられるものである。報知部７２としては、例えば、電気自動車１５の運転席近傍（例えばインストルメントパネル）に設けた表示部とすることができる。ステップＳ３３０では、この表示部において所定の形状の表示を点灯させればよい。あるいは、報知部７２によって、水素透過率の上昇を告げる音声や、所定の警報音を発する構成としても良い。 If the elapsed time is too short compared to such a reference value, it is considered that there is a problem that the hydrogen permeation amount is increased, such as deterioration of the electrolyte membrane. Therefore, if it is determined in step S320 that the elapsed time is too short compared to the reference value, the control unit 70 drives the notification unit 72 (see FIG. 1) (step S330) to perform the hydrogen concentration increase rate determination process. finish. Here, the notification unit 72 is provided in the electric vehicle 15 in order to notify the user that the rate of increase in hydrogen concentration is too high (the hydrogen permeation rate is too high). As the alerting | reporting part 72, it can be set as the display part provided in the driver's seat vicinity (for example, instrument panel) of the electric vehicle 15, for example. In step S330, a display having a predetermined shape may be lit on the display unit. Or it is good also as a structure which emits the audio | voice which announces the raise of hydrogen permeability, and a predetermined alarm sound by the alerting | reporting part 72.

なお、ステップＳ３２０において、経過時間が短すぎると判断されない場合には、燃料電池において水素透過量を増大させる不具合は生じていない、すなわち、電解質膜において問題とすべき劣化は進行していないと判断されて、燃料電池システムにおいて水素濃度上昇率判定処理は終了される。 In step S320, if it is not determined that the elapsed time is too short, it is determined that there is no problem of increasing the hydrogen permeation amount in the fuel cell, that is, deterioration that should be a problem in the electrolyte membrane has not progressed. Thus, the hydrogen concentration increase rate determination process is completed in the fuel cell system.

以上のように構成された第３実施例の燃料電池システムによれば、第１実施例と同様の効果に加えて、さらに、燃料電池が備える電解質膜の劣化などの水素透過量を増大させる不具合を検出できるという効果を奏する。このような不具合が生じたときには、報知部７２による報知が行なわれるため、電解質膜の劣化がより進行するなど、水素透過量を増大させる不具合がより大きくなる前に、適切な対処が可能となる。 According to the fuel cell system of the third embodiment configured as described above, in addition to the same effects as those of the first embodiment, there is a further problem of increasing the hydrogen permeation amount such as deterioration of the electrolyte membrane provided in the fuel cell. The effect that can be detected. When such a problem occurs, a notification is made by the notification unit 72, so that appropriate measures can be taken before the problem of increasing the hydrogen permeation amount becomes larger, for example, the deterioration of the electrolyte membrane further progresses. .

なお、第３実施例では、前回に駆動スイッチ８０がオフとなってからの経過時間に基づく判定を行なっているが、電解質膜を介した水素透過の程度、すなわち、透過する水素量の増加速度や、カソード側流路における水素濃度の上昇率を反映する情報に基づく判定であればよい。 In the third embodiment, the determination is made based on the elapsed time since the drive switch 80 was turned off last time. However, the degree of hydrogen permeation through the electrolyte membrane, that is, the rate of increase in the amount of permeated hydrogen. Alternatively, the determination may be based on information that reflects the rate of increase in the hydrogen concentration in the cathode-side channel.

また、上記実施例では、前回に駆動スイッチ８０がオフとなってからの水素透過量を問題としているが、システム停止中に水素排出処理を繰り返す場合に、前回に水素排出処理を行なってからの水素透過量に基づいて同様の判断を行なうことも可能である。この場合には、水素排出処理を終了する際に、制御部７０から水素透過量判定回路５４に対して、クロックリセット信号を出力すればよい。 In the above embodiment, the hydrogen permeation amount since the last time the drive switch 80 was turned off is a problem. However, when the hydrogen discharge process is repeated while the system is stopped, It is also possible to make a similar determination based on the hydrogen permeation amount. In this case, a clock reset signal may be output from the control unit 70 to the hydrogen permeation amount determination circuit 54 when the hydrogen discharge process is terminated.

また、水素透過の程度を判定する動作を、第１実施例と同様の燃料電池システムに代えて、第２実施例と同様の燃料電池システムに適用することとしても良い。この場合には、前回に燃料電池の発電を停止してからの経過時間は、スリープモードとなる制御部７０において計測することとしても良い。 Further, the operation for determining the degree of hydrogen permeation may be applied to the same fuel cell system as in the second embodiment, instead of the same fuel cell system as in the first embodiment. In this case, the elapsed time since the power generation of the fuel cell was stopped last time may be measured by the control unit 70 in the sleep mode.

Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。 E. Variations:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

Ｅ１．変形例１：
第１および第２実施例では、水素濃度センサ５２を設けて、カソード側流路における水素濃度として、電解質層を介した水素透過の程度を実測しているが、水素透過の程度を推定することとしても良い。例えば、電解質層における水素透過率やアノード側ガス流路の容積などのシステム構成に基づいて、カソード側流路における水素濃度が所定値となるのに要する時間を予め推定することができるため、推定された所要時間を経過したときに、水素排出処理を実行することとしても良い。 E1. Modification 1:
In the first and second embodiments, the hydrogen concentration sensor 52 is provided to measure the degree of hydrogen permeation through the electrolyte layer as the hydrogen concentration in the cathode side flow path, but the degree of hydrogen permeation is estimated. It is also good. For example, it is possible to estimate in advance the time required for the hydrogen concentration in the cathode channel to reach a predetermined value based on the system configuration such as the hydrogen permeability in the electrolyte layer and the volume of the anode gas channel. The hydrogen discharge process may be executed when the required time has elapsed.

なお、システム停止中の水素排出処理は、検出した水素濃度に応じて、あるいは経過時間に応じて、複数回行なうこととしても良いし、１度行なうこととしても良い。燃料ガス及び酸化ガスの配管容量と、測定されたあるいは推定された透過水素量と、を考慮して、エアコンプレッサにおいて充分な駆動量（カソード側に供給する空気流量）を設定することで、外部に排出する水素濃度を充分に低減できればよい。 It should be noted that the hydrogen discharge process while the system is stopped may be performed a plurality of times according to the detected hydrogen concentration or according to the elapsed time, or may be performed once. Considering the piping capacity of fuel gas and oxidant gas and the measured or estimated amount of permeated hydrogen, setting a sufficient driving amount (air flow rate supplied to the cathode side) in the air compressor allows external It is sufficient if the hydrogen concentration discharged into the tank can be sufficiently reduced.

Ｅ２．変形例２：
水素排出のために酸化ガス流路に供給する空気の流量は、エアコンプレッサなどの酸化ガス供給部の駆動量（回転数）によって調節することができるが、実際に供給される空気量は、燃料電池システムの配設場所における大気圧の影響を受ける。すなわち、大気圧がより低い環境では、酸化ガス供給部における駆動量を同じにしても、実際に供給される空気流量はより少なくなる。ここで、外部に排出する水素濃度を充分に低減するためには、カソード側流路に対して所望の流量で空気を流す必要があるため、水素排出の動作を行なうときには、酸化ガス供給部の駆動量を、使用環境の大気圧に応じて補正することが望ましい。第１実施例の燃料電池システム１０は、酸化ガス供給路６７に大気圧センサ５０を備えているため、この大気圧センサ５０の検出値に基づいて、大気圧がより低いときには、酸化ガス供給部の駆動量をより増加させるように補正を行なえばよい。あるいは、酸化ガス供給部の駆動量として、大気圧に応じた望ましい駆動量をマップとして予め用意しておき、検出した大気圧に基づいて上記マップを参照して、酸化ガス供給部の駆動量制御をしても良い。 E2. Modification 2:
The flow rate of the air supplied to the oxidizing gas flow path for hydrogen discharge can be adjusted by the driving amount (rotation speed) of the oxidizing gas supply unit such as an air compressor. It is affected by atmospheric pressure at the location where the battery system is installed. That is, in an environment where the atmospheric pressure is lower, even if the driving amount in the oxidizing gas supply unit is the same, the actually supplied air flow rate becomes smaller. Here, in order to sufficiently reduce the concentration of hydrogen discharged to the outside, it is necessary to flow air at a desired flow rate to the cathode-side flow path. Therefore, when performing the hydrogen discharge operation, the oxidizing gas supply unit It is desirable to correct the driving amount according to the atmospheric pressure of the usage environment. Since the fuel cell system 10 of the first embodiment includes the atmospheric pressure sensor 50 in the oxidizing gas supply path 67, when the atmospheric pressure is lower based on the detected value of the atmospheric pressure sensor 50, the oxidizing gas supply unit Correction may be performed so as to further increase the driving amount. Alternatively, as a driving amount of the oxidizing gas supply unit, a desired driving amount corresponding to the atmospheric pressure is prepared in advance as a map, and the driving amount control of the oxidizing gas supply unit is performed by referring to the map based on the detected atmospheric pressure. You may do it.

なお、このような大気圧に基づいて酸化ガス供給部の駆動量の補正を行なう際には、大気圧を直接には検出しないこととしても良い。大気圧を反映する情報を取得可能であれば、同様の制御が可能である。例えば、燃料電池システムを搭載する電気自動車が、カーナビゲーションシステムを搭載し、ＧＰＳ信号を受信可能であれば、ＧＰＳ信号から、大気圧と相関のある高度情報を得て、この高度情報に基づいて酸化ガス供給部の駆動量制御を行なうこととしても良い。 Note that when the driving amount of the oxidizing gas supply unit is corrected based on such atmospheric pressure, the atmospheric pressure may not be directly detected. If information that reflects the atmospheric pressure can be acquired, similar control is possible. For example, if an electric vehicle equipped with a fuel cell system is equipped with a car navigation system and can receive a GPS signal, the altitude information correlated with the atmospheric pressure is obtained from the GPS signal, and based on this altitude information. The driving amount of the oxidizing gas supply unit may be controlled.

Ｅ３．変形例３：
実施例とは異なる構成の燃料電池システムにおいて本発明を適用することとしても良い。例えば、実施例の燃料電池システムでは、燃料電池に供給される水素ガスは循環流路内を循環するが、アノード排ガス路を設けず、燃料電池からアノード排ガスを排出させない構成（いわゆるデッドエンド型）としても良い。上記構成では、水素の循環は行なわれないが、発電で消費された水素量に対応する量の水素が新たに燃料電池内に供給される。このような燃料電池システムであっても、システム停止中には電解質層を介した水素の透過が進行するため、本発明を適用することで同様の効果が得られる。 E3. Modification 3:
The present invention may be applied to a fuel cell system having a configuration different from that of the embodiment. For example, in the fuel cell system of the embodiment, the hydrogen gas supplied to the fuel cell circulates in the circulation channel, but the anode exhaust gas passage is not provided and the anode exhaust gas is not discharged from the fuel cell (so-called dead end type). It is also good. In the above configuration, hydrogen is not circulated, but an amount of hydrogen corresponding to the amount of hydrogen consumed by power generation is newly supplied into the fuel cell. Even in such a fuel cell system, hydrogen permeation through the electrolyte layer proceeds while the system is stopped. Therefore, the same effect can be obtained by applying the present invention.

あるいは、純度の高い水素を貯蔵する水素タンクを備える構成に代えて、改質器を設け、炭化水素系燃料を改質して得られる改質ガスを、燃料ガスとして燃料電池に供給することとしても良い。この場合にも、燃料電池システムの停止時にアノード側流路に水素濃度が高いガスが残留すると、電解質層を介した水素透過が進行するため、本発明を適用することで同様の効果が得られる。 Alternatively, instead of a configuration including a hydrogen tank for storing high-purity hydrogen, a reformer is provided, and a reformed gas obtained by reforming a hydrocarbon-based fuel is supplied to the fuel cell as a fuel gas. Also good. In this case as well, if a gas with a high hydrogen concentration remains in the anode-side flow path when the fuel cell system is stopped, hydrogen permeation through the electrolyte layer proceeds, and the same effect can be obtained by applying the present invention. .

また、燃料電池システムを、実施例のように移動体の駆動用電源とする他、定置型の発電装置として用いる場合であっても、本発明を適用可能である。 Further, the present invention can be applied even when the fuel cell system is used as a stationary power generation apparatus in addition to the power source for driving the moving body as in the embodiment.

燃料電池の発電に関わる部分の構成の概略を表わすブロック図である。It is a block diagram showing the outline of a structure of the part in connection with the electric power generation of a fuel cell. 実施例の電気自動車の概略構成を表わすブロック図である。It is a block diagram showing schematic structure of the electric vehicle of an Example. システム停止時の水素排出処理に関わる各部を表わすブロック図である。It is a block diagram showing each part in connection with the hydrogen discharge process at the time of a system stop. 水素排出処理の工程を表わすフローチャートである。It is a flowchart showing the process of a hydrogen discharge process. システム停止時の水素排出動作に関わる各部を表わすブロック図である。It is a block diagram showing each part in connection with hydrogen discharge operation at the time of a system stop. 水素排出処理の工程を表わすフローチャートである。It is a flowchart showing the process of a hydrogen discharge process. 水素濃度上昇率判定処理の工程を表わすフローチャートである。It is a flowchart showing the process of a hydrogen concentration increase rate determination process.

Explanation of symbols

１０…燃料電池システム
１５…電気自動車
２２…燃料電池
２３…水素タンク
２４…エアコンプレッサ
２５…加湿モジュール
２６…希釈器
２７…気液分離器
２７ａ…バルブ
２８…エアクリーナ
３０…駆動インバータ
３２…駆動モータ
３４…減速ギヤ
３６…出力軸
３８…車両駆動軸
４２…ＤＣ／ＤＣコンバータ
４４…補機類
４７…スイッチ
４８…配線
５０…大気圧センサ
５２…水素濃度センサ
５３…センシング部
５４…水素透過量判定回路
６０…水素供給路
６１…シャットバルブ
６２…圧力調整弁
６３…アノード排ガス路
６４…排ガス排出路
６５…水素ポンプ
６７…酸化ガス供給路
６８…カソード排ガス路
７０…制御部
７１…酸化ガス制御部
７２…報知部
７４…ＣＰＵ
７５…ＲＯＭ
７６…ＲＡＭ
７８…入出力ポート
８０…駆動スイッチ
８２…スイッチ回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system 15 ... Electric vehicle 22 ... Fuel cell 23 ... Hydrogen tank 24 ... Air compressor 25 ... Humidification module 26 ... Diluter 27 ... Gas-liquid separator 27a ... Valve 28 ... Air cleaner 30 ... Drive inverter 32 ... Drive motor 34 ... Reduction gear 36 ... Output shaft 38 ... Vehicle drive shaft 42 ... DC / DC converter 44 ... Auxiliary machinery 47 ... Switch 48 ... Wiring 50 ... Atmospheric pressure sensor 52 ... Hydrogen concentration sensor 53 ... Sensing unit 54 ... Hydrogen permeation determination circuit DESCRIPTION OF SYMBOLS 60 ... Hydrogen supply path 61 ... Shut valve 62 ... Pressure control valve 63 ... Anode exhaust gas path 64 ... Exhaust gas discharge path 65 ... Hydrogen pump 67 ... Oxidation gas supply path 68 ... Cathode exhaust gas path 70 ... Control part 71 ... Oxidation gas control part 72 ... notification part 74 ... CPU
75 ... ROM
76 ... RAM
78 ... Input / output port 80 ... Drive switch 82 ... Switch circuit

Claims

A fuel cell system comprising a fuel cell,
A fuel gas supply section for supplying a fuel gas containing hydrogen to the anode of the fuel cell;
An oxidizing gas supply unit for supplying an oxidizing gas containing oxygen to the cathode of the fuel cell;
When the fuel cell system is in a system stop state, hydrogen permeation amount information indicating the hydrogen permeation amount from the anode side to the cathode side through the electrolyte layer in the fuel cell is obtained in the cathode side channel of the fuel cell. A hydrogen permeation amount information acquisition unit for acquiring a hydrogen concentration or an elapsed time after the system is stopped;
A hydrogen permeation amount determination unit that determines whether or not a predetermined amount of hydrogen has permeated based on the hydrogen permeation amount information acquired by the hydrogen permeation amount information acquisition unit ;
A fuel cell system comprising: an oxidizing gas control unit that drives the oxidizing gas supply unit when the hydrogen permeation determining unit determines that the predetermined amount of hydrogen has permeated.

The fuel cell system according to claim 1, further comprising:
In addition to the fuel cell, comprising a power output unit capable of outputting power,
When it is determined that the predetermined amount of hydrogen has permeated, the oxidizing gas supply unit receives power supply from the power output unit and supplies the oxidizing gas.

The fuel cell system according to claim 1 or 2, further comprising:
A fuel cell system, comprising: a hydrogen permeation rate determination unit that determines whether or not an increase rate of the hydrogen permeation amount exceeds a predetermined level when the fuel cell system is in the predetermined system stop state.

The fuel cell system according to claim 3, further comprising:
A fuel cell system comprising: a notifying unit for notifying that the determination has been made when the hydrogen permeation rate determining unit determines that the increase rate of the hydrogen permeation amount exceeds the predetermined level.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
It has an atmospheric pressure information acquisition unit that acquires information that reflects atmospheric pressure,
The oxidant gas control unit further increases the drive amount of the oxidant gas supply unit when the atmospheric pressure is lower, based on the information acquired by the atmospheric pressure information acquisition unit.

An operation method of a fuel cell system including a fuel cell,
(A) When the fuel cell system is in a system stop state, as the hydrogen permeation amount information indicating the hydrogen permeation amount from the anode side to the cathode side through the electrolyte layer in the fuel cell, the cathode side of the fuel cell Acquiring the hydrogen concentration in the flow path, or the elapsed time after system shutdown ;
(B) determining whether a predetermined amount of hydrogen has permeated based on the hydrogen permeation amount information acquired in the step (a) ;
And ( c ) supplying an oxidizing gas containing oxygen to the cathode of the fuel cell when it is determined in the step ( b ) that the predetermined amount of hydrogen has permeated. Method.