JP7658306B2

JP7658306B2 - Fuel Cell Systems

Info

Publication number: JP7658306B2
Application number: JP2022039006A
Authority: JP
Inventors: 力竹井; 佳紀水下; 潔山浦
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2022-03-14
Filing date: 2022-03-14
Publication date: 2025-04-08
Anticipated expiration: 2042-03-14
Also published as: JP2023133805A

Description

本発明は、燃料電池車両等に用いて好適の燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system suitable for use in fuel cell vehicles, etc.

燃料電池は、アノード電極（水素極）と、カソード電極（酸素極）と、これらの電極間に配置された電解質膜とを有し、アノード電極に燃料ガスが供給されカソード電極に酸化ガスが供給されて発電する。このような燃料電池において、性能劣化を抑制することが課題になっており、種々の技術が提案されている。 A fuel cell has an anode electrode (hydrogen electrode), a cathode electrode (oxygen electrode), and an electrolyte membrane disposed between these electrodes. Fuel gas is supplied to the anode electrode and oxidizing gas is supplied to the cathode electrode to generate electricity. In such fuel cells, suppressing performance degradation has become an issue, and various technologies have been proposed.

例えば特許文献１では、燃料電池自動車が一時停止によるアイドリング運転時に、燃料電池の負荷が小さく高いセル電圧で燃料電池が運転を継続することから、カソード電極に装備された触媒が酸化し、触媒性能が劣化する虞がある点に着目している。特許文献１には、アイドリング運転時に、カソード背圧弁の開度をアイドリング運転以前の状態に比べて小さくして、触媒性能の劣化を抑制することで、燃料電池性能の劣化を抑制する技術が開示されている。 For example, Patent Document 1 focuses on the fact that when a fuel cell vehicle is temporarily stopped and idling, the load on the fuel cell is small and the fuel cell continues to operate at a high cell voltage, which can cause the catalyst installed in the cathode electrode to oxidize and deteriorate the catalyst performance. Patent Document 1 discloses a technology for suppressing deterioration of fuel cell performance by reducing the opening of the cathode back pressure valve during idling compared to the state before idling, thereby suppressing deterioration of catalyst performance.

また、特許文献２及び特許文献３には、燃料電池の運転停止時に、圧縮機で生成した圧縮空気等をアノード電極に供給することでアノード電極を掃気して、アノード電極の触媒層内に含有する水分量を減らせることで、停止時や保管時における、水による触媒劣化を抑制する技術が開示されている。 Patent Documents 2 and 3 disclose a technology that, when the fuel cell is stopped, supplies compressed air generated by a compressor to the anode electrode to scavenge the anode electrode and reduce the amount of moisture contained in the catalyst layer of the anode electrode, thereby suppressing catalyst deterioration due to water during stoppage or storage.

特開２０２０－２４８８９号公報JP 2020-24889 A 特開２００９－１０４９８６号公報JP 2009-104986 A 特開２００７－７３３２８号公報JP 2007-73328 A

ところで、特許文献１～３の技術により触媒性能の劣化を抑制することが可能になるが、触媒性能の劣化をより一層抑制できるようにすることや、この触媒性能の劣化抑制に係るコストを低減できるようにすることが要望されている。 However, while the techniques disclosed in Patent Documents 1 to 3 make it possible to suppress the deterioration of catalyst performance, there is a demand for further suppression of the deterioration of catalyst performance and for reducing the costs associated with suppressing the deterioration of catalyst performance.

本件の燃料電池システムは、このような課題に鑑み案出されたもので、燃料電池の触媒性能の劣化を低コストでより一層抑制できるようにすることを目的の一つとする。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的である。 The fuel cell system of the present invention was devised in consideration of these problems, and one of its objectives is to further suppress the deterioration of the catalyst performance of the fuel cell at low cost. However, this objective is not the only objective. Another objective of the present invention is to achieve the effects that are derived from the configurations shown in the embodiments of the invention described below, which cannot be obtained by conventional techniques.

ここで開示する燃料電池システムは、アノード電極、カソード電極、及び前記アノード電極と前記カソード電極との間に配置された電解質膜を有し、前記アノード電極に燃料ガスが供給されると共に前記カソード電極に酸化ガスが供給されて発電する燃料電池と、前記アノード電極に装備される触媒と、前記アノード電極から排出される燃料ガスの出口に連通した燃料ガス排出部と、前記燃料ガス排出部に設けられた第一排出部開閉弁と、前記アノード電極を加圧する加圧装置と、前記第一排出部開閉弁の開閉及び前記加圧装置の作動を制御する制御部と、前記アノード電極の入り口に連通した燃料ガス導入路と、を備える。前記制御部は、前記燃料電池の停止後に、前記第一排出部開閉弁を閉鎖した状態で、前記加圧装置を作動させて前記アノード電極を加圧する。前記加圧装置は、前記アノード電極に供給される燃料ガスを貯留する高圧燃料タンク内の圧力を用いたピストン圧縮により前記アノード電極を加圧するものであって、シリンダと、前記シリンダ内を往復動するピストンと、前記シリンダ内の一側に前記ピストンで区画形成された第一室と、前記シリンダ内の他側に前記ピストンで区画形成され前記燃料ガス導入路と連通する第二室と、を有するピストン機構と、前記第一室と前記高圧燃料タンクとを連通する第一連通路と、前記第二室と前記高圧燃料タンクとを連通する第二連通路と、前記第一連通路に介装された第一開閉弁と、前記第二連通路に介装された第二開閉弁と、を備える。さらに、前記制御部は、前記燃料電池の停止後に、前記第一開閉弁を開放し、前記第二開閉弁を閉鎖した状態で、前記加圧装置を加圧作動させる。 The fuel cell system disclosed herein includes a fuel cell having an anode electrode, a cathode electrode, and an electrolyte membrane disposed between the anode electrode and the cathode electrode, and generating power by supplying a fuel gas to the anode electrode and an oxidizing gas to the cathode electrode, a catalyst provided in the anode electrode, a fuel gas discharge section communicating with an outlet for the fuel gas discharged from the anode electrode, a first discharge section on-off valve provided in the fuel gas discharge section, a pressurizing device for pressurizing the anode electrode, a control section for controlling the opening and closing of the first discharge section on-off valve and the operation of the pressurizing device, and a fuel gas introduction path communicating with an inlet of the anode electrode . After the fuel cell is stopped, the control section operates the pressurizing device with the first discharge section on-off valve closed to pressurize the anode electrode. The pressurizing device pressurizes the anode electrode by piston compression using pressure in a high-pressure fuel tank that stores fuel gas to be supplied to the anode electrode, and includes a piston mechanism having a cylinder, a piston that reciprocates in the cylinder, a first chamber defined by the piston on one side of the cylinder, and a second chamber defined by the piston on the other side of the cylinder and communicating with the fuel gas introduction passage, a first communication passage that communicates the first chamber with the high-pressure fuel tank, a second communication passage that communicates the second chamber with the high-pressure fuel tank, a first on-off valve interposed in the first communication passage, and a second on-off valve interposed in the second communication passage. Furthermore, the control unit causes the pressurizing device to operate to pressurize the anode electrode with the first on-off valve opened and the second on-off valve closed after the fuel cell is stopped .

開示の燃料電池システムによれば、燃料電池の停止後に、第一排出部開閉弁を閉鎖した状態で、加圧装置を作動させてアノード電極を加圧するので、当該電極が効率よく加圧される。これにより、高圧になった当該電極内では、飽和水蒸気量の増大によって湿度低下が促進され、水による触媒の劣化を抑制できる。特に、高圧燃料タンク内の圧力を用いたピストン圧縮によりアノード電極を加圧するので、加圧に係る設備コストや稼働コストを抑制できる。したがって、燃料電池の触媒性能の劣化を低コストでより一層抑制することができる。 According to the disclosed fuel cell system, after the fuel cell is stopped, the pressurizing device is operated to pressurize the anode electrode with the first exhaust opening/closing valve closed, so that the electrode is efficiently pressurized. As a result, in the electrode that has become highly pressurized, the increase in the amount of saturated water vapor promotes a decrease in humidity, and deterioration of the catalyst due to water can be suppressed. In particular, since the anode electrode is pressurized by piston compression using the pressure in the high-pressure fuel tank, equipment costs and operating costs related to pressurization can be suppressed. Therefore, deterioration of the catalyst performance of the fuel cell can be further suppressed at low cost.

一実施形態に係る燃料電池システムを備えた電動車両の要部構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a main part of an electric vehicle equipped with a fuel cell system according to an embodiment; 図１の燃料電池システムの要部構成をＥＣＵと共に示すブロック図である。2 is a block diagram showing the configuration of a main part of the fuel cell system of FIG. 1 together with an ECU. 図１の燃料電池システムの制御を説明するフローチャートである。2 is a flowchart illustrating the control of the fuel cell system of FIG. 1 . 図３の制御における減圧弁の開度制御を説明するフローチャートである。4 is a flowchart illustrating the control of the opening degree of the pressure reducing valve in the control of FIG. 3 .

図面を参照して、実施形態としての燃料電池システムの構造について説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。 The structure of a fuel cell system according to an embodiment will be described with reference to the drawings. The embodiments shown below are merely examples, and are not intended to exclude the application of various modifications or techniques not explicitly stated in the following embodiments. Each configuration of the embodiments can be modified in various ways without departing from the spirit of the embodiment. In addition, the configurations can be selected or combined as necessary.

［１．構成］
本実施形態の燃料電池システムは、電動車両に装備されており、燃料電池システムの制御、特に燃料電池の停止後の制御に特徴がある。以下では、まず、電動車両と燃料電池システムの全体構成を説明し、次に、燃料電池システムに設けられた加圧装置を用いた燃料電池システムにおける制御について説明する。 [1. Configuration]
The fuel cell system of this embodiment is equipped in an electric vehicle, and is characterized by its control of the fuel cell system, particularly the control after the fuel cell is stopped. Below, we will first explain the overall configuration of the electric vehicle and the fuel cell system, and then explain the control of the fuel cell system using a pressurizing device provided in the fuel cell system.

［１－１．電動車両及び燃料電池システム］
図１に示すように、本実施形態に係る電動車両１は、燃料電池システム２に装備された燃料電池２０で発電された電力を二次電池１１に充電し、二次電池１１の電力で駆動モータ１２を駆動する、いわゆるレンジエクステンダー電動車両である。電動車両１は、外部充電又は外部給電が可能なプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）を含む。二次電池１１は、充放電可能な電池であり、特に限定はないが、例えばリチウムイオン電池を用いることができる。 [1-1. Electric vehicle and fuel cell system]
As shown in Fig. 1, an electric vehicle 1 according to this embodiment is a so-called range extender electric vehicle in which power generated by a fuel cell 20 provided in a fuel cell system 2 is charged into a secondary battery 11, and a drive motor 12 is driven by the power of the secondary battery 11. The electric vehicle 1 includes a plug-in hybrid vehicle (PHEV) that can be externally charged or externally powered. The secondary battery 11 is a rechargeable battery, and is not particularly limited, but for example, a lithium ion battery can be used.

燃料電池２０は、燃料ガスとして水素が供給され、酸化ガスとして空気が供給され、酸素と水素の電気化学反応によって発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池２０の具体的な構成は特に限定はないが、ここでは、複数のセルがセパレータを介して複数積層されたスタック構造を有する。 The fuel cell 20 is a polymer electrolyte fuel cell that is supplied with hydrogen as a fuel gas and air as an oxidizing gas, and generates electricity through an electrochemical reaction between oxygen and hydrogen. There are no particular limitations on the specific configuration of the fuel cell 20, but here it has a stack structure in which multiple cells are stacked with separators between them.

各セルは、アノード電極２Ａ（水素極）、カソード電極２Ｂ（酸素極）、及び、これらの間に配置された電解質膜（本実施形態では、一例として固体高分子電解質膜）を備えている。アノード電極２Ａは、電解質膜に接触する電極触媒層と、電極触媒層の電解質膜とは反対側に設けられるガス拡散層とからなる。同様に、カソード電極２Ｂも、電極触媒層とガス拡散層とからなる。図１及び図２では，アノード電極２Ａ及びカソード電極２Ｂを模式的に示している。 Each cell includes an anode electrode 2A (hydrogen electrode), a cathode electrode 2B (oxygen electrode), and an electrolyte membrane (in this embodiment, a solid polymer electrolyte membrane is used as an example) disposed between them. The anode electrode 2A is composed of an electrode catalyst layer that contacts the electrolyte membrane, and a gas diffusion layer that is provided on the opposite side of the electrode catalyst layer from the electrolyte membrane. Similarly, the cathode electrode 2B is also composed of an electrode catalyst layer and a gas diffusion layer. Figures 1 and 2 show the anode electrode 2A and cathode electrode 2B in a schematic manner.

電極触媒層は、通常、アノード電極２Ａ及びカソード電極２Ｂにおける電極反応に対して触媒活性を有する。具体的には、電極触媒層は、担体に担持された触媒を備えている。触媒としては、アノード電極２Ａの燃料の酸化反応又はカソード電極２Ｂの酸化剤の還元反応に対して触媒活性を有しているものであれば、特に限定されず、高分子形燃料電池に一般的に用いられているものを使用することができる。例えば、白金、又は、金属（例えばルテニウム,鉄，ニッケル，マンガン，コバルト，銅等）との合金等が挙げられる。 The electrode catalyst layer usually has catalytic activity for the electrode reactions at the anode electrode 2A and the cathode electrode 2B. Specifically, the electrode catalyst layer has a catalyst supported on a carrier. There are no particular limitations on the catalyst, so long as it has catalytic activity for the oxidation reaction of the fuel at the anode electrode 2A or the reduction reaction of the oxidant at the cathode electrode 2B, and any catalyst commonly used in polymer fuel cells can be used. For example, platinum or alloys with metals (e.g., ruthenium, iron, nickel, manganese, cobalt, copper, etc.) can be used.

カソード電極２Ｂの電極触媒層の担体には、セラミックスを用いることができ、特に、酸化スズを用いることが好ましい。その他のセラミックスとしては、酸化チタン，酸化ニオブ，酸化タンタル，酸化モリブデン，酸化タングステン等を用いることができる。アノード電極２Ａの電極触媒層の担体にも、カソード電極２Ｂの担体と同様にセラミックスを用いることができる。本実施形態では、アノード電極２Ａ及びカソード電極２Ｂの各電極触媒層の担体に、上記の何れかのセラミックスが用いられる。ただし、各電極触媒層の担体は、これに限定されず、例えば、カーボンブラック等の炭素粒子や炭素繊維のような導電性炭素材料、金属粒子や金属繊維等の金属材料も当該担体として用いることができる。 Ceramics can be used as the carrier of the electrode catalyst layer of the cathode electrode 2B, and tin oxide is particularly preferred. Other ceramics that can be used include titanium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, molybdenum oxide, and tungsten oxide. Ceramics can also be used as the carrier of the electrode catalyst layer of the anode electrode 2A, as with the carrier of the cathode electrode 2B. In this embodiment, any of the above ceramics is used as the carrier of each electrode catalyst layer of the anode electrode 2A and the cathode electrode 2B. However, the carrier of each electrode catalyst layer is not limited to this, and for example, conductive carbon materials such as carbon particles such as carbon black and carbon fibers, and metal materials such as metal particles and metal fibers can also be used as the carrier.

このようなセルを有する燃料電池２０には、詳細は図示しないが、アノード電極２Ａのガス拡散層やこれに連通する流路からなるアノード流路（燃料ガス流路）、及び、カソード電極２Ｂのガス拡散層やこれに連通する流路からなるカソード流路（酸化ガス流路）が設けられる。 Although not shown in detail, a fuel cell 20 having such a cell is provided with an anode flow path (fuel gas flow path) consisting of a gas diffusion layer of the anode electrode 2A and a flow path communicating therewith, and a cathode flow path (oxidizing gas flow path) consisting of a gas diffusion layer of the cathode electrode 2B and a flow path communicating therewith.

本燃料電池システム２は、このような燃料電池２０に加えて、燃料電池２０のアノード電極２Ａ側のアノード流路の上下流に連通接続された燃料ガス流通系統３と、燃料電池２０のカソード電極２Ｂ側のカソード流路の上下流に連通接続された酸化ガス流通系統４とを備えている。 In addition to the fuel cell 20, the fuel cell system 2 includes a fuel gas flow system 3 connected upstream and downstream of the anode flow path on the anode electrode 2A side of the fuel cell 20, and an oxidizing gas flow system 4 connected upstream and downstream of the cathode flow path on the cathode electrode 2B side of the fuel cell 20.

燃料ガス流通系統３は、上流から順に、燃料ガス（水素ガス）が貯留された高圧燃料タンク３０（以下「燃料タンク３０」という）と、燃料ガス供給管３１と、アノード電極２Ａ側のアノード流路（図示略）と、燃料ガス排出管３５（燃料ガス排出部）とが連通接続される。 The fuel gas flow system 3 is connected in sequence from the upstream to the downstream to a high-pressure fuel tank 30 (hereinafter referred to as the "fuel tank 30") that stores fuel gas (hydrogen gas), a fuel gas supply pipe 31, an anode flow path (not shown) on the anode electrode 2A side, and a fuel gas exhaust pipe 35 (fuel gas exhaust section).

燃料ガス供給管３１は、燃料タンク３０とアノード流路とを繋ぐ流路である。燃料タンク３０内の燃料ガスは、燃料ガス供給管３１を通じてアノード流路に供給される。燃料ガス供給管３１には、上流側から順に、元弁３２及び減圧弁３３が介装される。元弁３２は、燃料タンク３０の開口部を開閉する弁であり、減圧弁３３は、燃料タンク３０から供給された燃料ガスを所定圧力まで減圧させ、一定圧力にするための弁である。減圧弁３３の下流には、加圧装置５０が介装され、加圧装置５０とアノード流路の入り口との間には、燃料再循環流路３７の下流端３７ｂが連通接続される。 The fuel gas supply pipe 31 is a flow path that connects the fuel tank 30 and the anode flow path. The fuel gas in the fuel tank 30 is supplied to the anode flow path through the fuel gas supply pipe 31. In the fuel gas supply pipe 31, a main valve 32 and a pressure reducing valve 33 are interposed, in order from the upstream side. The main valve 32 is a valve that opens and closes the opening of the fuel tank 30, and the pressure reducing valve 33 is a valve that reduces the pressure of the fuel gas supplied from the fuel tank 30 to a predetermined pressure and maintains a constant pressure. A pressure reducing device 50 is interposed downstream of the pressure reducing valve 33, and the downstream end 37b of the fuel recirculation flow path 37 is connected in communication between the pressure reducing device 50 and the inlet of the anode flow path.

加圧装置５０は、所定条件下で、燃料タンク３０内の圧力を用いて、燃料ガス供給管３１のアノード流路の入口側部分である燃料ガス導入路３１ａ内を加圧し、アノード流路内及びカソード流路内を加圧するものである。加圧装置５０によりカソード流路内を加圧するために、燃料ガス供給管３１と後述の酸化ガス供給管４１との間には、連通路３９（以下「第三連通路３９」ともいう）が連通接続されており、第三連通路３９には、開閉弁３９ａ（以下「第三開閉弁３９ａ」ともいう）が介装される。第三連通路３９は、後述する加圧制御に使用される構成要素である。加圧装置５０の詳細及び第三連通路３９については後述する。 The pressurizing device 50 uses the pressure in the fuel tank 30 under predetermined conditions to pressurize the fuel gas introduction passage 31a, which is the inlet side of the anode flow passage of the fuel gas supply pipe 31, and pressurizes the anode flow passage and the cathode flow passage. In order to pressurize the cathode flow passage with the pressurizing device 50, a communication passage 39 (hereinafter also referred to as the "third communication passage 39") is connected between the fuel gas supply pipe 31 and the oxidizing gas supply pipe 41 described below, and an opening/closing valve 39a (hereinafter also referred to as the "third opening/closing valve 39a") is interposed in the third communication passage 39. The third communication passage 39 is a component used for pressurization control, which will be described later. Details of the pressurizing device 50 and the third communication passage 39 will be described later.

燃料ガス排出管３５は、アノード流路内から排出される燃料ガスが流通する流路である。燃料ガス排出管３５には、アノード背圧弁３６（第一排出部開閉弁としてのアノード側デッドエンド開閉弁）が介装される。アノード流路の出口とアノード背圧弁３６との間には、燃料再循環流路３７の上流端３７ａが連通接続される。 The fuel gas exhaust pipe 35 is a flow path through which the fuel gas discharged from the anode flow path flows. An anode back pressure valve 36 (anode side dead end opening and closing valve as a first exhaust part opening and closing valve) is interposed in the fuel gas exhaust pipe 35. The upstream end 37a of the fuel recirculation flow path 37 is connected between the outlet of the anode flow path and the anode back pressure valve 36.

アノード背圧弁３６は、その開度を任意に調節可能な調節弁であり、燃料ガス排出管３５の開度（流路面積）を任意に調節可能なものである。アノード背圧弁３６の開度を調整することで、燃料電池２０のアノード電極２Ａに供給される燃料ガスの圧力を調節することが可能となっている。アノード背圧弁３６は当然ながら開閉可能であり、開閉弁としても機能する。 The anode back pressure valve 36 is a control valve whose opening can be adjusted as desired, and can adjust the opening (flow path area) of the fuel gas exhaust pipe 35 as desired. By adjusting the opening of the anode back pressure valve 36, it is possible to adjust the pressure of the fuel gas supplied to the anode electrode 2A of the fuel cell 20. The anode back pressure valve 36 can, of course, be opened and closed, and also functions as an opening and closing valve.

燃料再循環流路３７は、燃料ガス排出管３５のアノード流路出口側部分と、燃料ガス供給管３１のアノード流路入口側部分とを連通可能に接続される。燃料再循環流路３７には、上流端３７ａから下流端３７ｂに向かって順に、気液分離装置（図示略），再循環デッドエンド開閉弁３７ｃ，再循環ポンプ３８，及び再循環ポンプ下流弁３７ｄが介装されている。 The fuel recirculation flow path 37 is connected so as to be able to communicate between the anode flow path outlet side portion of the fuel gas discharge pipe 35 and the anode flow path inlet side portion of the fuel gas supply pipe 31. In the fuel recirculation flow path 37, in order from the upstream end 37a to the downstream end 37b, a gas-liquid separator (not shown), a recirculation dead-end opening/closing valve 37c, a recirculation pump 38, and a recirculation pump downstream valve 37d are interposed.

燃料ガス排出管３５には、アノード流路内で電気化学反応によって生成された水と電気化学反応しなかった燃料ガス（水素ガス）とが排出される。この水を含んだ燃料ガスは、気液分離装置において水と分離されて、燃料再循環流路３７を経由して、再循環ポンプ３８により所定圧力に昇圧されて燃料ガス供給管３１に送られる。このとき、再循環デッドエンド開閉弁３７ｃは開放され、再循環ポンプ下流弁３７ｄは、燃料再循環流路３７から燃料ガス供給管３１に再流入する燃料ガスの量を調節するために用いられる。 Water generated by the electrochemical reaction in the anode flow path and fuel gas (hydrogen gas) that did not undergo electrochemical reaction are discharged to the fuel gas discharge pipe 35. This water-containing fuel gas is separated from the water in a gas-liquid separator, and is sent to the fuel gas supply pipe 31 after being pressurized to a predetermined pressure by the recirculation pump 38 via the fuel recirculation flow path 37. At this time, the recirculation dead-end opening/closing valve 37c is opened, and the recirculation pump downstream valve 37d is used to adjust the amount of fuel gas that re-flows from the fuel recirculation flow path 37 into the fuel gas supply pipe 31.

酸化ガス流通系統４は、上流から順に、空気圧縮機４０と、酸化ガス供給管４１と、カソード電極２Ｂ側のカソード流路（図示略）と、酸化ガス排出管４５（酸化ガス排出部）とが連通接続される。空気圧縮機４０は、外気を取り込み所定圧力に昇圧する装置であり、圧力調整機能を備えている。 The oxidizing gas flow system 4 is connected in sequence from the upstream to the downstream: an air compressor 40, an oxidizing gas supply pipe 41, a cathode flow path (not shown) on the cathode electrode 2B side, and an oxidizing gas exhaust pipe 45 (oxidizing gas exhaust section). The air compressor 40 is a device that takes in outside air and boosts it to a predetermined pressure, and has a pressure adjustment function.

酸化ガス供給管４１は、空気圧縮機４０とカソード流路とを繋ぐ流路である。酸化ガス供給管４１には、上流から順に、加湿ガス導入弁４２と、加湿器４３と、流量調整弁４４とが設けられる。加湿ガス導入弁４２は三方切換弁であり、空気圧縮機４０で所定圧力に昇圧された外気（空気）を、加湿器４３に通過させるルートと、加湿器４３に通過させずに（加湿器４２を迂回して）バイパス路４３ａに通過させるルートとに切り替えることができる。導入された外気を加湿器４３によって加湿するのは、空気に湿気を持たせることで電解質膜（固体高分子電解質膜）におけるプロトンの伝導性を高め電気化学反応を促進するためである。 The oxidizing gas supply pipe 41 is a flow path that connects the air compressor 40 and the cathode flow path. In the oxidizing gas supply pipe 41, a humidified gas introduction valve 42, a humidifier 43, and a flow rate adjustment valve 44 are provided in this order from the upstream side. The humidified gas introduction valve 42 is a three-way switching valve that can switch between a route in which the outside air (air) pressurized to a predetermined pressure by the air compressor 40 passes through the humidifier 43 and a route in which the air passes through the bypass path 43a without passing through the humidifier 43 (bypassing the humidifier 42). The reason why the introduced outside air is humidified by the humidifier 43 is to increase the conductivity of protons in the electrolyte membrane (solid polymer electrolyte membrane) by adding moisture to the air, thereby promoting the electrochemical reaction.

流量調整弁４４は、燃料電池２０のカソード側へ供給される酸化ガスの流量を調整するための弁である。この弁の開度を調節することにより、空気圧縮機４０から取り込まれた酸化ガスとしての外気が、燃料電池２０のカソード電極２Ｂに一定圧力で供給される。 The flow rate control valve 44 is a valve for adjusting the flow rate of the oxidizing gas supplied to the cathode side of the fuel cell 20. By adjusting the opening of this valve, outside air taken in from the air compressor 40 as the oxidizing gas is supplied to the cathode electrode 2B of the fuel cell 20 at a constant pressure.

酸化ガス排出管４５は、燃料電池２０のカソード側から排出された排ガスの流路である。当該排ガスは、電動車両１の外部へ放出される。酸化ガス排出管４５には、カソード背圧弁４６（第二排出部開閉弁としてのカソード側デッドエンド開閉弁）が設けられている。カソード背圧弁４６は、その開度を任意に調節可能な調節弁である。カソード背圧弁４６の開度を調整することで、燃料電池２０のカソード電極２Ｂに供給される酸化ガスの圧力を調節することが可能となっている。カソード背圧弁４６は当然ながら開閉可能であり、開閉弁としても機能する。 The oxidizing gas exhaust pipe 45 is a flow path for exhaust gas exhausted from the cathode side of the fuel cell 20. The exhaust gas is discharged to the outside of the electric vehicle 1. The oxidizing gas exhaust pipe 45 is provided with a cathode back pressure valve 46 (a cathode side dead end opening and closing valve as a second exhaust section opening and closing valve). The cathode back pressure valve 46 is a control valve whose opening degree can be adjusted as desired. By adjusting the opening degree of the cathode back pressure valve 46, it is possible to adjust the pressure of the oxidizing gas supplied to the cathode electrode 2B of the fuel cell 20. The cathode back pressure valve 46 can naturally be opened and closed, and also functions as an opening and closing valve.

なお、本実施形態では、空気圧縮機４０で所定圧力に昇圧された外気を導入して燃料電池２０に酸化ガスとして供給しているが、外気を直接導入するルートと、空気圧縮機４０を経て外気を導入するルートとを設け、これらを切り替えて燃料電池２０に酸化ガスを供給する構成としてもよい。 In this embodiment, outside air that has been pressurized to a predetermined pressure by the air compressor 40 is introduced and supplied to the fuel cell 20 as oxidizing gas. However, a route for directly introducing outside air and a route for introducing outside air via the air compressor 40 may be provided, and the oxidizing gas may be supplied to the fuel cell 20 by switching between these routes.

このような燃料電池２０は、発電専用の燃料電池であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を介して二次電池１１に接続される。燃料電池２０で発電された直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４により所定電圧にされて二次電池１１に充電される。また、二次電池１１は、インバータ１３及びＤＣ／ＤＣコンバータ１４を介して駆動モータ１２に接続されている。二次電池１１に充電された直流電力は、インバータ１３により交流電力に変換されて駆動モータ１２に供給される。駆動モータ１２は、二次電池１１からの電力によって、駆動輪（図示略）を駆動するためのプラス側の駆動力（トルク）を発生する。また、駆動モータ１２は、電動車両１の回生制動時等の減速時には発電機として作動し、マイナス側の回生力（トルク）を発生する。この回生電力は、インバータ１３により直流電力に変換され、二次電池１１に充電される。 Such a fuel cell 20 is a fuel cell dedicated to power generation, and is connected to the secondary battery 11 via the DC/DC converter 14. The DC power generated by the fuel cell 20 is converted to a predetermined voltage by the DC/DC converter 14 and charged to the secondary battery 11. The secondary battery 11 is also connected to the drive motor 12 via the inverter 13 and the DC/DC converter 14. The DC power charged to the secondary battery 11 is converted to AC power by the inverter 13 and supplied to the drive motor 12. The drive motor 12 generates a positive driving force (torque) for driving the drive wheels (not shown) using the power from the secondary battery 11. The drive motor 12 also operates as a generator when the electric vehicle 1 is decelerating, such as during regenerative braking, and generates a negative regenerative force (torque). This regenerative power is converted to DC power by the inverter 13 and charged to the secondary battery 11.

これらの燃料電池２０、二次電池１１及び駆動モータ１２の充放電や駆動についての制御は、ＥＣＵ６０（Electronic Control Unit，電子制御ユニット）により行われているが、公知の技術であるので詳細な説明は省略する。ＥＣＵ６０は、図示しないプロセッサ（中央処理装置），主記憶装置（メインメモリやストレージ等），インタフェース装置などを備えるマイクロコンピュータによって構成される。ＥＣＵ６０は、各種センサから検知信号を得ることが可能となっている。 The charge/discharge and drive control of the fuel cell 20, secondary battery 11 and drive motor 12 is performed by an ECU 60 (Electronic Control Unit), but as this is a well-known technology, a detailed description will be omitted. The ECU 60 is composed of a microcomputer equipped with a processor (central processing unit), main memory device (main memory, storage, etc.), interface device, etc. (not shown). The ECU 60 is capable of obtaining detection signals from various sensors.

本燃料電池システム２は、上記の燃料電池２０，燃料ガス流通系統３，及び酸化ガス流通系統４に加えて、所定の加圧制御を実施する制御部６１を備える。制御部６１は、所定条件下で、加圧装置５０を用いて、アノード電極２Ａ側のアノード流路内及びカソード電極２Ｂ側のカソード流路内を加圧する加圧制御を実施する。 In addition to the fuel cell 20, fuel gas flow system 3, and oxidizing gas flow system 4, the fuel cell system 2 includes a control unit 61 that performs a predetermined pressurization control. The control unit 61 performs pressurization control to pressurize the anode flow path on the anode electrode 2A side and the cathode flow path on the cathode electrode 2B side using the pressurizing device 50 under predetermined conditions.

本実施形態の制御部６１は、ＥＣＵ６０で実行されるプログラムの一部の機能（ＥＣＵ６０内の機能要素）として設けられ、例えばソフトウェアで実現されるものとする。ただし、制御部６１をＥＣＵ６０とは別のハードウェア（電子回路）で実現してもよく、あるいはソフトウェアとハードウェアとを併用して実現してもよい。
以下、本実施形態の加圧装置５０の構成、及び、制御部６１によるアノード流路内及びカソード流路内の加圧制御を説明する。 The control unit 61 of this embodiment is provided as a part of the function of the program executed by the ECU 60 (a functional element within the ECU 60) and is realized, for example, by software. However, the control unit 61 may be realized by hardware (electronic circuitry) separate from the ECU 60, or may be realized by a combination of software and hardware.
The configuration of the pressurizing device 50 of this embodiment and the control of the pressurization in the anode flow channel and the cathode flow channel by the control unit 61 will be described below.

［１－２．加圧装置］
図１及び図２に示すように、本実施形態の加圧装置５０は、減圧弁３３の直下流に設けられたピストン機構５１と、連通路５２（以下「第一連通路５２」という）と、連通路５３（以下「第二連通路５３」という）と、を備える。すなわち、本実施形態の加圧装置５０は、ピストン圧縮により少なくともアノード電極２Ａを加圧する装置であり、カソード電極２Ｂの加圧も可能に構成される。 [1-2. Pressurizing device]
1 and 2, the pressurizing device 50 of the present embodiment includes a piston mechanism 51 provided immediately downstream of the pressure reducing valve 33, a communication passage 52 (hereinafter referred to as the "first communication passage 52"), and a communication passage 53 (hereinafter referred to as the "second communication passage 53"). In other words, the pressurizing device 50 of the present embodiment is a device that pressurizes at least the anode electrode 2A by piston compression, and is also configured to be able to pressurize the cathode electrode 2B.

ピストン機構５１は、シリンダ５４と、シリンダ５４内を往復動するピストン５５と、シリンダ５４内の一側（燃料タンク３０側）にピストン５５で区画され形成された第一室５６と、シリンダ５４内の他側（アノード電極２Ａ側）にピストン５５で区画され形成された第二室５７と、を備える。第二室５７は燃料ガス導入路３１ａと連通する。 The piston mechanism 51 includes a cylinder 54, a piston 55 that reciprocates within the cylinder 54, a first chamber 56 defined by the piston 55 on one side of the cylinder 54 (the fuel tank 30 side), and a second chamber 57 defined by the piston 55 on the other side of the cylinder 54 (the anode electrode 2A side). The second chamber 57 communicates with the fuel gas introduction passage 31a.

一連通路５２は、第一室５６と減圧弁３３とを接続し、元弁３２及び減圧弁３３を介して、第一室５６と燃料タンク３０との間を連通する。第二連通路５３は、第二室５７と第一連通路５２の上流部とを接続し、第一連通路５２の上流部，元弁３２及び減圧弁３３を介して、第二室５７と燃料タンク３０との間を連通する。なお、これらの連通路５２，５３は燃料ガス供給管３１の一部を構成する。 The first communication passage 52 connects the first chamber 56 to the pressure reducing valve 33, and communicates between the first chamber 56 and the fuel tank 30 via the main valve 32 and the pressure reducing valve 33. The second communication passage 53 connects the second chamber 57 to the upstream portion of the first communication passage 52, and communicates between the second chamber 57 and the fuel tank 30 via the upstream portion of the first communication passage 52, the main valve 32, and the pressure reducing valve 33. These communication passages 52 and 53 constitute a part of the fuel gas supply pipe 31.

第一連通路５２には開閉弁５８（以下「第一開閉弁５８」ともいう）が介装され、第二連通路５３には開閉弁５９ａ，５９ｂ（以下「第二開閉弁５９ａ，５９ｂ」ともいう）が介装される。なお、二つの第二開閉弁５９ａ，５９ｂを特に区別しない場合は、「第二開閉弁５９」という。
本実施形態では、第二連通路５３の両端部に、それぞれ第二開閉弁５９ａ，５９ｂが介装されているが、第二連通路５３には、何れかの箇所に、少なくとも一つの第二開閉弁５９が介装されていればよい。後述の加圧制御時等には、各開閉弁５８，５９ａ，５９ｂが適宜切り替えられる。 An on-off valve 58 (hereinafter also referred to as "first on-off valve 58") is provided in the first communication passage 52, and on-off valves 59a, 59b (hereinafter also referred to as "second on-off valves 59a, 59b") are provided in the second communication passage 53. When there is no need to distinguish between the two second on-off valves 59a, 59b, they will be referred to as "second on-off valves 59."
In this embodiment, the second on-off valves 59a, 59b are provided at both ends of the second communication passage 53, but it is sufficient that at least one second on-off valve 59 is provided at any location in the second communication passage 53. During pressurization control, which will be described later, the on-off valves 58, 59a, 59b are appropriately switched.

［１－３．燃料電池システムにおける制御］
燃料電池２０のアノード電極２Ａ側のアノード流路には、内部の圧力Ｐａを検知する圧力センサ７１と内部の湿度Ｈａを検知する湿度センサ７３とが設けられる。燃料電池２０のカソード電極２Ｂ側のカソード流路には、内部の圧力Ｐｃを検知する圧力センサ７２と内部の湿度Ｈｃを検知する湿度センサ７４とが設けられる。 [1-3. Control in fuel cell system]
A pressure sensor 71 for detecting the internal pressure Pa and a humidity sensor 73 for detecting the internal humidity Ha are provided in the anode flow path on the anode electrode 2A side of the fuel cell 20. A pressure sensor 72 for detecting the internal pressure Pc and a humidity sensor 74 for detecting the internal humidity Hc are provided in the cathode flow path on the cathode electrode 2B side of the fuel cell 20.

制御部６１は、燃料電池２０の停止後に、加圧装置５０を用いてアノード流路内及びカソード流路内を加圧する加圧制御を実施する。また、加圧制御中に、燃料電池２０が始動した場合は、この始動時に復帰制御を実施する。復帰制御は、ピストン圧縮で使用した燃料ガス（水素）を再利用することで、水素燃費悪化を防止するための制御である。 After the fuel cell 20 is stopped, the control unit 61 performs pressurization control to pressurize the anode flow path and the cathode flow path using the pressurizing device 50. In addition, if the fuel cell 20 is started during pressurization control, the control unit 61 performs return control at the time of start-up. The return control is a control to prevent deterioration of hydrogen fuel efficiency by reusing the fuel gas (hydrogen) used in piston compression.

制御部６１は、上記の各センサ７１～７４からの検出信号を取得して、アノード流路内の圧力Ｐａ及び湿度Ｈａ、並びに、カソード流路内の圧力Ｐｃ及び湿度Ｈｃに基づいて加圧制御を実施する。このとき、制御部６１は、アノード流路内の圧力Ｐａ及びカソード流路内の圧力Ｐｃがそれぞれの目標圧力範囲に高まり、且つ、湿度Ｈｃが一定の湿度以下を維持するように加圧制御を実施する。なお、目標圧力範囲は、各電極２Ａ，２Ｂ内の湿度低下を促進可能な、目標とする（理想的な）圧力の範囲である。 The control unit 61 acquires detection signals from the above-mentioned sensors 71-74 and performs pressurization control based on the pressure Pa and humidity Ha in the anode flow path, and the pressure Pc and humidity Hc in the cathode flow path. At this time, the control unit 61 performs pressurization control so that the pressure Pa in the anode flow path and the pressure Pc in the cathode flow path increase to their respective target pressure ranges, and the humidity Hc is maintained at or below a certain humidity. The target pressure range is a target (ideal) pressure range that can promote a decrease in humidity in each electrode 2A, 2B.

ここでは、圧力Ｐａ及びＰｃの目標圧力範囲に応じて、加圧制御の達成目標値として第一目標圧力Ｐａ１，Ｐｃ１が設定されると共に、加圧制御の開始判定値として第二目標圧力Ｐａ２，Ｐｃ２が設定される。第一目標圧力Ｐａ１，Ｐｃ１は、加圧制御中に行う減圧弁３３の開度増大制御の終了条件として予め設定されるものであり、減圧弁３３の開度をそれ以上増大させなくても、ある程度の時間は圧力Ｐａ，Ｐｃを目標圧力範囲に保持できるように、目標圧力範囲の上限値或いは上限値に応じた値に設定される。第二目標圧力Ｐａ２，Ｐｃ２は、加圧制御の開始条件として予め設定されるものであり、目標圧力範囲の下限値或いは下限値に応じた値に設定される。 Here, the first target pressures Pa1 and Pc1 are set as the target values to be achieved for the pressurization control according to the target pressure ranges of the pressures Pa and Pc, and the second target pressures Pa2 and Pc2 are set as the start judgment values for the pressurization control. The first target pressures Pa1 and Pc1 are set in advance as the end conditions for the control to increase the opening of the pressure reducing valve 33 performed during the pressurization control, and are set to the upper limit of the target pressure range or a value corresponding to the upper limit so that the pressures Pa and Pc can be maintained within the target pressure range for a certain period of time without further increasing the opening of the pressure reducing valve 33. The second target pressures Pa2 and Pc2 are set in advance as the start conditions for the pressurization control, and are set to the lower limit of the target pressure range or a value corresponding to the lower limit.

また、制御部６１は、この加圧制御に際し、元弁３２を開放状態とし、減圧弁３３と、減圧弁３３の直下流側の開閉弁５８，５９ａ，５９ｂと、加湿ガス導入弁４２と、流量調整弁４４と、連通路３９を開閉する開閉弁３９ａと、再循環デッドエンド開閉弁３７ｃと、再循環ポンプ下流弁３７ｄと、アノード背圧弁３６と、カソード背圧弁４６（図１及び図２ではこれらの少なくとも二つ以上を総称して「弁類」と表現している）とを、それぞれ開閉操作する。 During this pressurization control, the control unit 61 opens the main valve 32 and opens and closes the pressure reducing valve 33, the on-off valves 58, 59a, and 59b immediately downstream of the pressure reducing valve 33, the humidified gas introduction valve 42, the flow rate adjustment valve 44, the on-off valve 39a that opens and closes the communication passage 39, the recirculation dead-end on-off valve 37c, the recirculation pump downstream valve 37d, the anode back pressure valve 36, and the cathode back pressure valve 46 (at least two of these are collectively referred to as "valves" in Figures 1 and 2).

以下、制御部６１により実施される加圧制御及び復帰制御の一例を、図３のフローチャートを用いて説明する。図３に示すフローチャートは、例えば電動車両１の主電源がオンの状態のときに所定の制御周期で実施される。なお、以下のフローチャートでは、フラグＦを用いる。フラグＦは、加圧装置５０を用いた加圧制御を実施する場合に１となり、加圧制御を実施しない場合（制御開始前も含む）に０となる。制御部６１は、フローチャートの実施中、各センサ７１～７４からの検出信号を取得し続ける。 An example of the pressurization control and return control performed by the control unit 61 will be described below with reference to the flowchart in FIG. 3. The flowchart shown in FIG. 3 is performed at a predetermined control period, for example, when the main power supply of the electric vehicle 1 is on. Note that flag F is used in the flowchart below. Flag F is set to 1 when pressurization control using the pressurization device 50 is performed, and is set to 0 when pressurization control is not performed (including before control starts). The control unit 61 continues to acquire detection signals from the sensors 71 to 74 while the flowchart is being performed.

図３に示すように、まず、制御部６１は、燃料電池２０が停止状態か否かを判定する（ステップＳ１）。燃料電池２０が停止状態ならば、フラグＦが０であるか否かを判定する（ステップＳ２）。フラグＦが１であれば、加圧制御は既に開始され実施中であるため、このフローをリターンしてその制御を続行する。 As shown in FIG. 3, first, the control unit 61 determines whether the fuel cell 20 is in a stopped state (step S1). If the fuel cell 20 is in a stopped state, it determines whether the flag F is 0 (step S2). If the flag F is 1, the pressurization control has already been started and is being performed, so this flow is returned and the control is continued.

フラグＦが０であれば、アノード流路内の圧力Ｐａが第二目標圧力Ｐａ２（第二圧力値）よりも低い（Ｐａ＜Ｐａ２）か否かを判定する（ステップＳ３）。第二目標圧力Ｐａ２は、上記の通り、加圧制御の開始条件の一つとして予め設定される判定値である。アノード流路内の圧力Ｐａが第二目標圧力Ｐａ２よりも低いと判定したら、フラグＦを１にセットし（ステップＳ７）、加圧制御を開始する（ステップＳ８）。 If flag F is 0, it is determined whether the pressure Pa in the anode flow path is lower than the second target pressure Pa2 (second pressure value) (Pa<Pa2) (step S3). As described above, the second target pressure Pa2 is a determination value that is set in advance as one of the conditions for starting the pressurization control. If it is determined that the pressure Pa in the anode flow path is lower than the second target pressure Pa2, flag F is set to 1 (step S7), and pressurization control is started (step S8).

また、アノード流路内の圧力Ｐａが第二目標圧力Ｐａ２よりも低くない場合は、カソード流路内の圧力Ｐｃが第二目標圧力Ｐｃ２よりも低い（Ｐｃ＜Ｐｃ２）か否かを判定する（ステップＳ４）。第二目標圧力Ｐｃ２も、上記の通り、加圧制御の開始条件の一つとして予め設定される判定値である。なお、アノード側及びカソード側の第二目標圧力Ｐａ２，Ｐｃ２は各電極２Ａ，２Ｂの特性や性質によって設定されてよく、異なる値でも同一の値でもよい。カソード流路内の圧力Ｐｃが第二目標圧力Ｐｃ２よりも低いと判定したら、フラグＦを１にセットし（ステップＳ７）、加圧制御を開始する（ステップＳ８）。 If the pressure Pa in the anode flow path is not lower than the second target pressure Pa2, it is determined whether the pressure Pc in the cathode flow path is lower than the second target pressure Pc2 (Pc<Pc2) (step S4). As described above, the second target pressure Pc2 is also a determination value that is set in advance as one of the conditions for starting the pressurization control. The second target pressures Pa2 and Pc2 on the anode and cathode sides may be set according to the characteristics and properties of each electrode 2A and 2B, and may be different values or the same value. If it is determined that the pressure Pc in the cathode flow path is lower than the second target pressure Pc2, the flag F is set to 1 (step S7), and the pressurization control is started (step S8).

アノード流路内の圧力Ｐａとカソード流路内の圧力Ｐｃとが共に第二目標圧力Ｐａ２，Ｐｃ２よりも低くない場合には、アノード流路内の湿度Ｈａが上限湿度Ｈａ１よりも高い（Ｈａ＞Ｈａ１）か否かを判定する（ステップＳ５）。アノード流路内の湿度Ｈａが上限湿度Ｈａ１よりも高いと判定したら、フラグＦを１にセットし（ステップＳ７）、加圧制御を開始する（ステップＳ８）。 If the pressure Pa in the anode flow path and the pressure Pc in the cathode flow path are not both lower than the second target pressures Pa2 and Pc2, it is determined whether the humidity Ha in the anode flow path is higher than the upper humidity limit Ha1 (Ha>Ha1) (step S5). If it is determined that the humidity Ha in the anode flow path is higher than the upper humidity limit Ha1, the flag F is set to 1 (step S7), and pressure control is started (step S8).

アノード流路内の圧力Ｐａとカソード流路内の圧力Ｐｃとが共に第二目標圧力Ｐａ２，Ｐｃ２よりも低くなく、且つ、アノード流路内の湿度Ｈａが上限湿度Ｈａ１よりも高くない場合には、カソード流路内の湿度Ｈｃが上限湿度Ｈｃ１よりも高い（Ｈｃ＞Ｈｃ１）か否かを判定する（ステップＳ６）。なお、アノード側及びカソード側の上限湿度Ｈａ１，Ｈｃ１は、例えば各電極２Ａ，２Ｂの特性や性質によって設定されてよく、異なる値でも同一の値でもよい。カソード流路内の湿度Ｈｃが上限湿度Ｈｃ１よりも高いと判定したら、フラグＦを１にセットし（ステップＳ７）、加圧制御を開始する（ステップＳ８）。なお、ステップＳ３～Ｓ６で何れも「Ｎｏ」と判定した場合は、このフローをリターンして、加圧制御は開始しない。 If the pressure Pa in the anode flow path and the pressure Pc in the cathode flow path are not lower than the second target pressures Pa2 and Pc2, and the humidity Ha in the anode flow path is not higher than the upper humidity limit Ha1, it is determined whether the humidity Hc in the cathode flow path is higher than the upper humidity limit Hc1 (Hc>Hc1) (step S6). The upper humidity limits Ha1 and Hc1 on the anode and cathode sides may be set, for example, according to the characteristics or properties of each electrode 2A and 2B, and may be different values or the same value. If it is determined that the humidity Hc in the cathode flow path is higher than the upper humidity limit Hc1, the flag F is set to 1 (step S7), and pressure control is started (step S8). If all of steps S3 to S6 are judged to be "No," this flow is returned and pressure control is not started.

したがって、アノード流路内の圧力Ｐａとカソード流路内の圧力Ｐｃとの何れか一方が第二目標圧力Ｐａ２，Ｐｃ２よりも低いと判定された場合には、第一加圧制御が開始される。加えて、アノード流路内の圧力Ｐａとカソード流路内の圧力Ｐｃとが共に第二目標圧力Ｐａ２，Ｐｃ２よりも低くない場合でも、アノード流路内の湿度Ｈａとカソード流路内の湿度Ｈｃとの何れか一方が上限湿度Ｈａ１，Ｈｃ１よりも高いと判定された場合には、加圧制御が開始される。 Therefore, if it is determined that either the pressure Pa in the anode flow path or the pressure Pc in the cathode flow path is lower than the second target pressure Pa2, Pc2, the first pressurization control is started. In addition, even if neither the pressure Pa in the anode flow path nor the pressure Pc in the cathode flow path is lower than the second target pressure Pa2, Pc2, if it is determined that either the humidity Ha in the anode flow path or the humidity Hc in the cathode flow path is higher than the upper limit humidity Ha1, Hc1, the pressurization control is started.

加圧制御では、減圧弁３３を基準開度の開放状態として、第二開閉弁５９ａ，５９ｂと、加湿ガス導入弁４２と、再循環デッドエンド開閉弁３７ｃと、再循環ポンプ下流弁３７ｄと、アノード背圧弁３６と、カソード背圧弁４６とを、何れも閉鎖し、第一開閉弁５８を開放し、図２に示す燃料ガスのルートＲ２を確保する。ルートＲ２は、加圧制御時に高圧の燃料ガスを第一室５６に導入するピストン圧縮ラインである。また、第三連通路３９を開閉する第三開閉弁３９ａについては開放する。減圧弁３３の基準開度には、燃料電池２０の運転時におけるデフォルト開度を用いることができる。流量調整弁４４については、閉鎖することが好ましい。 In the pressurization control, the pressure reducing valve 33 is opened to the reference opening degree, the second opening/closing valves 59a and 59b, the humidified gas introduction valve 42, the recirculation dead-end opening/closing valve 37c, the recirculation pump downstream valve 37d, the anode back pressure valve 36, and the cathode back pressure valve 46 are all closed, and the first opening/closing valve 58 is opened to ensure the fuel gas route R2 shown in FIG. 2. The route R2 is a piston compression line that introduces high-pressure fuel gas into the first chamber 56 during the pressurization control. In addition, the third opening/closing valve 39a that opens and closes the third communication passage 39 is opened. The reference opening degree of the pressure reducing valve 33 can be the default opening degree during the operation of the fuel cell 20. It is preferable to close the flow rate adjustment valve 44.

第一開閉弁５８を開放することにより、シリンダ５４の第一室５６に高圧の燃料ガスが流れ込み、ピストン５５を押圧することにより、シリンダ５４の第二室５７が燃料ガスと同圧に加圧される。そして、第二室５７と連通する燃料ガス導入路３１ａの内部も加圧されると共に、第三連通路３９を通じて、酸化ガス供給管４１の酸化ガス導入路４１ａの内部も加圧される。 By opening the first on-off valve 58, high-pressure fuel gas flows into the first chamber 56 of the cylinder 54, and by pressing the piston 55, the second chamber 57 of the cylinder 54 is pressurized to the same pressure as the fuel gas. The inside of the fuel gas introduction passage 31a, which communicates with the second chamber 57, is also pressurized, and through the third communication passage 39, the inside of the oxidizing gas introduction passage 41a of the oxidizing gas supply pipe 41 is also pressurized.

この結果、アノード電極２Ａ側のアノード流路の内部及びカソード電極２Ｂ側のカソード流路の内部が加圧される。アノード流路の上流側の第二開閉弁５９ａ，５９ｂは閉鎖され、アノード流路の下流側のアノード背圧弁３６も閉鎖（デッドエンド）されているので、アノード流路の内部に送られる圧縮外気は漏れることがなくアノード流路の内部を高圧状態にしていく。また、第二連通路５３の両端の第二開閉弁５９ａ，５９ｂが共に閉鎖されるので、第二連通路５３の内部を不要に加圧することがなく、燃料ガスの圧力を効率よく利用できる。 As a result, the inside of the anode flow passage on the anode electrode 2A side and the inside of the cathode flow passage on the cathode electrode 2B side are pressurized. The second on-off valves 59a, 59b on the upstream side of the anode flow passage are closed, and the anode back pressure valve 36 on the downstream side of the anode flow passage is also closed (dead end), so the compressed outside air sent to the inside of the anode flow passage does not leak, and the inside of the anode flow passage is put into a high pressure state. In addition, since the second on-off valves 59a, 59b on both ends of the second communication passage 53 are both closed, the inside of the second communication passage 53 is not unnecessarily pressurized, and the pressure of the fuel gas can be used efficiently.

一方、カソード流路の上流側の流量調整弁４４は閉鎖され、カソード流路の下流側のカソード背圧弁４６及び再循環デッドエンド開閉弁３７ｃも閉鎖されているので、カソード流路の内部に送られる燃料ガスは漏れることがなくカソード流路の内部を高圧状態にしていく。こうして加圧されたカソード流路及びアノード流路の内部では、加圧状態に応じて飽和水蒸気量が増大する。カソード流路及びアノード流路の内部の水分量が減らなくても、飽和水蒸気量が増大することで湿度低下が促進される。このステップＳ８の加圧制御は、フラグＦが１である限りは続けられる。 Meanwhile, the flow rate control valve 44 on the upstream side of the cathode flow path is closed, and the cathode back pressure valve 46 and the recirculation dead end opening/closing valve 37c on the downstream side of the cathode flow path are also closed, so that the fuel gas sent to the inside of the cathode flow path does not leak, and the inside of the cathode flow path is kept in a high-pressure state. Inside the cathode flow path and anode flow path pressurized in this way, the amount of saturated water vapor increases according to the pressurized state. Even if the amount of moisture inside the cathode flow path and anode flow path does not decrease, the increase in the amount of saturated water vapor promotes a decrease in humidity. This pressurization control in step S8 continues as long as flag F is 1.

本実施形態の制御部６１は、この加圧制御時に、加圧制御を開始してから所定時間内に、圧力センサ７１，７２で検出された圧力Ｐａ，Ｐｃの何れか一方が第一目標圧力Ｐａ１，Ｐｃ１に達していなければ、減圧弁３３の開度を所定開度だけ増大させる開度制御を行うようになっている。 In this embodiment, during this pressurization control, if either one of the pressures Pa, Pc detected by the pressure sensors 71, 72 does not reach the first target pressures Pa1, Pc1 within a predetermined time after the start of the pressurization control, the control unit 61 performs opening control to increase the opening of the pressure reducing valve 33 by a predetermined opening.

図４は、本実施形態に係る減圧弁３３の開度制御を説明するフローチャート例である。図４に示すように、まずステップＳ８１では、カウンタ値Ｃをインクリメントし、次いで、カウンタ値Ｃが目標カウンタ値Ｃ１に達したか否かを判定する（ステップＳ８２）。カウンタ値Ｃは、１制御周期ごとに１だけインクリメントされるものであり、目標カウンタ値Ｃ１は、減圧弁３３の開度を増大させるべきか否かを判定する判定タイミングを決めるための判定値である。 Figure 4 is an example of a flowchart explaining the opening control of the pressure reducing valve 33 according to this embodiment. As shown in Figure 4, first, in step S81, the counter value C is incremented, and then it is determined whether the counter value C has reached a target counter value C1 (step S82). The counter value C is incremented by 1 every control cycle, and the target counter value C1 is a judgment value for determining the judgment timing for judging whether the opening of the pressure reducing valve 33 should be increased.

つまり、カウンタ値Ｃが目標カウンタ値Ｃ１に達すると、カウント開始から所定時間（制御周期×Ｃ１）が経過したことになる。通常は、加圧制御を開始したら、アノード流路内の圧力Ｐａ及びカソード流路内の圧力Ｐｃは何れも上昇し、所定時間内に第一目標圧力Ｐａ１，Ｐｃ１に達するものと想定される。しかし、アノード流路内の圧力Ｐａ及びカソード流路内の圧力Ｐｃの何れかが、外気温が低い環境や走行風による温度低下等の原因で所定時間が経過しても第一目標圧力Ｐａ１，Ｐｃ１に達しない場合がありうる。この場合には、減圧弁３３の開度を所定開度だけ増大させて、加圧を促進する必要がある。 In other words, when the counter value C reaches the target counter value C1, a predetermined time (control period x C1) has elapsed since the start of counting. Normally, when pressurization control is started, it is assumed that the pressure Pa in the anode flow path and the pressure Pc in the cathode flow path both rise and reach the first target pressures Pa1, Pc1 within the predetermined time. However, there may be cases where either the pressure Pa in the anode flow path or the pressure Pc in the cathode flow path does not reach the first target pressures Pa1, Pc1 even after the predetermined time has elapsed due to factors such as a low outside air temperature or a drop in temperature due to the wind while driving. In this case, it is necessary to increase the opening of the pressure reducing valve 33 by a predetermined opening to promote pressurization.

ステップＳ８２でカウンタ値Ｃが目標カウンタ値Ｃ１以上である（ＣがＣ１に達した）と判定されると、ステップＳ８３に進み、アノード流路内の圧力Ｐａが第一目標圧力Ｐａ１以上であるか否かを判定する。アノード流路内の圧力Ｐａが第一目標圧力Ｐａ１以上であれば、ステップＳ８４に進み、カソード流路内の圧力Ｐｃが第一目標圧力Ｐｃ１以上であるか否かを判定する。 If it is determined in step S82 that the counter value C is equal to or greater than the target counter value C1 (C has reached C1), the process proceeds to step S83, where it is determined whether the pressure Pa in the anode flow path is equal to or greater than the first target pressure Pa1. If the pressure Pa in the anode flow path is equal to or greater than the first target pressure Pa1, the process proceeds to step S84, where it is determined whether the pressure Pc in the cathode flow path is equal to or greater than the first target pressure Pc1.

アノード流路内の圧力Ｐａが第一目標圧力Ｐａ１以上であり、且つ、カソード流路内の圧力Ｐｃも第一目標圧力Ｐｃ１以上である場合には、通常通りであるため、減圧弁３３の開度を増大させることなく保持し、このフローをリターンする。一方、アノード流路内の圧力Ｐａ及びカソード流路内の圧力Ｐｃの何れか一方が第一目標圧力Ｐａ１，Ｐｃ１に達していなければ、ステップＳ８５に進み、減圧弁３３の開度ＡＰを所定開度（微小開度）ΔＡＰ分だけ増大させる。その後、カウンタ値Ｃを０にリセットし（ステップＳ８６）、このフローをリターンする。 If the pressure Pa in the anode flow path is equal to or greater than the first target pressure Pa1 and the pressure Pc in the cathode flow path is equal to or greater than the first target pressure Pc1, the flow is normal, so the opening of the pressure reducing valve 33 is not increased and is maintained, and this flow returns. On the other hand, if either the pressure Pa in the anode flow path or the pressure Pc in the cathode flow path has not reached the first target pressures Pa1, Pc1, the flow proceeds to step S85, where the opening AP of the pressure reducing valve 33 is increased by a predetermined opening (small opening) ΔAP. Thereafter, the counter value C is reset to 0 (step S86), and this flow returns.

減圧弁３３の開度ＡＰを増大させたら、再び所定時間後に、アノード流路内の圧力Ｐａ及びカソード流路内の圧力Ｐｃが何れも第一目標圧力Ｐａ１，Ｐｃ１に達したか否かを判定し、上記と同酔いに、アノード流路内の圧力Ｐａ及びカソード流路内の圧力Ｐｃの何れかが第一目標圧力Ｐａ１，Ｐｃ１に達しなければ、減圧弁３３の開度ＡＰをさらに所定開度（微小開度）ΔＡＰ分だけ増大させる。 After the opening degree AP of the pressure reducing valve 33 is increased, it is again determined after a predetermined time whether the pressure Pa in the anode flow path and the pressure Pc in the cathode flow path have both reached the first target pressures Pa1, Pc1. If, in the same manner as above, either the pressure Pa in the anode flow path or the pressure Pc in the cathode flow path has not reached the first target pressures Pa1, Pc1, the opening degree AP of the pressure reducing valve 33 is further increased by a predetermined opening degree (small opening degree) ΔAP.

このように、減圧弁３３の開度制御では、アノード流路内の圧力Ｐａ及びカソード流路内の圧力Ｐｃが共に第一目標圧力Ｐａ１，Ｐｃ１に達しない限り、減圧弁３３の開度ＡＰを少しずつ増大させ、アノード流路内の圧力Ｐａ及びカソード流路内の圧力Ｐｃの双方を第一目標圧力Ｐａ１，Ｐｃ１に上昇させうる下限開度まで調整される。 In this way, in controlling the opening degree of the pressure reducing valve 33, unless both the pressure Pa in the anode flow path and the pressure Pc in the cathode flow path reach the first target pressures Pa1 and Pc1, the opening degree AP of the pressure reducing valve 33 is gradually increased and adjusted to the lower limit opening degree that can raise both the pressure Pa in the anode flow path and the pressure Pc in the cathode flow path to the first target pressures Pa1 and Pc1.

図３に戻り、燃料電池２０が停止状態から始動されると、ステップＳ１の判定によりステップＳ９に進み、フラグＦが１であるか否かを判定する。フラグＦが１であると判定した場合には、フラグＦを０にリセットし（ステップＳ１０）、加圧制御を終了する（ステップＳ１１）。そして、加圧制御の終了と連動するように、復帰制御を実施し（ステップＳ１２）、このフローをリターンする。 Returning to FIG. 3, when the fuel cell 20 is started from a stopped state, the process proceeds to step S9 based on the judgment in step S1, and it is judged whether or not flag F is 1. If it is judged that flag F is 1, flag F is reset to 0 (step S10), and pressurization control is terminated (step S11). Then, in conjunction with the end of pressurization control, recovery control is implemented (step S12), and this flow is returned.

燃料電池２０の始動に伴って加圧制御を終了するには、減圧弁３３を基準開度の開放状態（例えば、デフォルト開度）とし、第二開閉弁５９ａ，５９ｂを開放して、図２に示す燃料ガスの供給ルートＲ１を確保する。このとき、アノード背圧弁３６と、カソード背圧弁４６とを共に基準開度等に開放し、第三連通路３９を開閉する第三開閉弁３９ａについては閉鎖する。ルートＲ１は、復帰制御時に、加圧制御で使用した燃料ガスを回収して通常の発電に再利用する再利用ラインである。ルートＲ１では、燃料ガスが第一連通路５２の一部を逆流して第二連通路５３に流入する。 To end the pressurization control with the start of the fuel cell 20, the pressure reducing valve 33 is opened to a reference opening (for example, a default opening), and the second opening/closing valves 59a and 59b are opened to ensure the fuel gas supply route R1 shown in FIG. 2. At this time, the anode back pressure valve 36 and the cathode back pressure valve 46 are both opened to the reference opening or the like, and the third opening/closing valve 39a that opens and closes the third communication passage 39 is closed. The route R1 is a reuse line that recovers the fuel gas used in the pressurization control during the return control and reuses it for normal power generation. In the route R1, the fuel gas flows back through a part of the first communication passage 52 and into the second communication passage 53.

復帰制御では、図２に示す通常ルートＲ３を確保して、ピストン圧縮で使用した燃料ガスを通常ルートＲ３に循環させることで、燃費悪化を防止する。通常ルートＲ３は、燃料電池２０が作動する場合に燃料ガスが通過するラインである。燃料電池２０の作動中には、第一開閉弁５８は閉鎖するが、復帰制御では、燃料電池２０の始動直後の所定時間（所定の微少時間）だけ第一開閉弁５８を開放状態に保持し、その後、第一開閉弁５８を閉鎖する。
なお、加湿ガス導入弁４２は、その後の加湿要求等に基づいて適宜開放する。再循環デッドエンド開閉弁３７ｃ及び再循環ポンプ下流弁３７ｄについても、その後の燃料ガスの再循環要求等に基づいて適宜開放する。 In the return control, the normal route R3 shown in Fig. 2 is secured, and the fuel gas used in the piston compression is circulated through the normal route R3 to prevent deterioration of fuel efficiency. The normal route R3 is a line through which the fuel gas passes when the fuel cell 20 is in operation. While the fuel cell 20 is in operation, the first opening/closing valve 58 is closed, but in the return control, the first opening/closing valve 58 is held open for a predetermined time (a predetermined minute time) immediately after the start-up of the fuel cell 20, and then the first opening/closing valve 58 is closed.
The humidified gas introduction valve 42 is opened appropriately based on a subsequent request for humidification, etc. The recirculation dead-end opening/closing valve 37c and the recirculation pump downstream valve 37d are also opened appropriately based on a subsequent request for fuel gas recirculation, etc.

つまり、加圧制御中は、第二連通路５３の両端の第二開閉弁５９ａ，５９ｂが共に閉鎖され、第二連通路５３の内部は加圧されていない。したがって、第二連通路５３の内部は、燃料ガス供給管３１の減圧弁３３と第一開閉弁５８との間の部分やシリンダ５４の第一室５６の内部等に比べて低圧である。このため、第二開閉弁５９ａ，５９ｂを開放すると、燃料ガス供給管３１の減圧弁３３と第一開閉弁５８との間の部分から燃料ガスが第二連通路５３内に流れ込む。この時、第一開閉弁５８が開いていれば、第一室５６内の燃料ガスも第二連通路５３内に流れ込む。 In other words, during pressurization control, the second on-off valves 59a, 59b at both ends of the second communication passage 53 are both closed, and the inside of the second communication passage 53 is not pressurized. Therefore, the inside of the second communication passage 53 is at a lower pressure than the part between the pressure reducing valve 33 and the first on-off valve 58 of the fuel gas supply pipe 31 and the inside of the first chamber 56 of the cylinder 54. Therefore, when the second on-off valves 59a, 59b are opened, fuel gas flows into the second communication passage 53 from the part between the pressure reducing valve 33 and the first on-off valve 58 of the fuel gas supply pipe 31. At this time, if the first on-off valve 58 is open, the fuel gas in the first chamber 56 also flows into the second communication passage 53.

なお、第一室５６内の燃料ガスが第二連通路５３内に流れ込むのは、第二開閉弁５９ａ，５９ｂの開放直後の僅かな時間と考えられ、第二開閉弁５９ａ，５９ｂの開放直後の所定の微少時間だけ第一開閉弁５８を開放状態に保持するだけで、ピストン圧縮で使用した燃料ガスを、ルートＲ１を通じて循環させることができる。この所定の微少時間経過後に、第一開閉弁５８を閉鎖すればルートＲ１が閉じられ、通常ルートＲ３のみを使用すればよい。 The fuel gas in the first chamber 56 flows into the second communication passage 53 for a short time immediately after the second valves 59a and 59b are opened, and the fuel gas used in piston compression can be circulated through route R1 simply by keeping the first valve 58 open for a specific short time immediately after the second valves 59a and 59b are opened. After this specific short time has elapsed, closing the first valve 58 closes route R1, and only the normal route R3 needs to be used.

［２．作用，効果］
（１）実施形態に係る燃料電池システム２によれば、燃料電池２０の停止後に、アノード側デッドエンド開閉弁（第一排出部開閉弁）としてのアノード背圧弁３６を閉鎖した状態で、加圧装置５０を作動させてアノード電極２Ａのアノード流路内を加圧する。このため、燃料ガス排出管３５から圧力が逃げることがなく、アノード電極２Ａ内を効率よく加圧できる。これにより、高圧になったアノード電極２Ａ内では、飽和水蒸気量の増大によって湿度低下が促進され、水による触媒の劣化を抑制できる。 [2. Actions and Effects]
(1) In the fuel cell system 2 according to the embodiment, after the fuel cell 20 is stopped, the pressurizing device 50 is operated to pressurize the inside of the anode flow path of the anode electrode 2A with the anode back pressure valve 36 serving as the anode side dead end on-off valve (first exhaust part on-off valve) closed. This prevents pressure from escaping from the fuel gas exhaust pipe 35, and allows the inside of the anode electrode 2A to be efficiently pressurized. As a result, in the anode electrode 2A which has become highly pressurized, a decrease in humidity is promoted due to an increase in the amount of saturated water vapor, and deterioration of the catalyst due to water can be suppressed.

このように、効率よく低湿度化を促進できるためコスト低減を図ることができ、燃料電池２０の触媒劣化をより一層抑制できる。したがって、燃料電池２０の性能劣化や耐久性低下を抑制できる。特に、高圧燃料タンク内の圧力を用いたピストン圧縮によりアノード電極を加圧するので、加圧に係る設備コストや稼働コスト（圧縮機を用いると稼働させるためのエネルギコストがかかる）を抑制できる。 In this way, low humidity can be efficiently promoted, which reduces costs and further suppresses catalyst deterioration in the fuel cell 20. This suppresses performance deterioration and durability degradation of the fuel cell 20. In particular, since the anode electrode is pressurized by piston compression using the pressure inside the high-pressure fuel tank, equipment costs and operating costs related to pressurization (the use of a compressor requires energy costs to operate) can be suppressed.

触媒の劣化抑制についてさらに説明する。燃料電池２０が停止すると、その後の電極２Ａ，２Ｂ内の温度低下に伴い、内部の水蒸気の一部が凝縮して水となる。触媒金属（例えば、プラチナＰｔやプラチナＰｔと異種金属の合金）に水と酸素が吸着すると表面の酸化が進み、触媒の溶解や粗大化を招き、燃料電池の発電性能の劣化低下や、燃料電池の耐久性の低下を招く。このため、燃料電池２０の停止中に、燃料電池の発電性能の劣化低下や、燃料電池の耐久性の低下を招きやすい。 The prevention of catalyst degradation will be further explained. When the fuel cell 20 is stopped, the temperature inside the electrodes 2A, 2B drops, causing some of the water vapor inside to condense and become water. When water and oxygen are adsorbed onto the catalyst metal (e.g., platinum Pt or an alloy of platinum Pt and a different metal), oxidation of the surface progresses, causing the catalyst to dissolve and coarsen, resulting in a deterioration in the power generation performance of the fuel cell and a decrease in the durability of the fuel cell. For this reason, when the fuel cell 20 is stopped, the power generation performance of the fuel cell and the durability of the fuel cell are likely to deteriorate.

これに対し、本燃料電池システム２では、少なくともアノード電極２Ａ内が効率よく加圧されるので、高圧となったアノード電極２Ａ内の飽和水蒸気量が増大し、湿度低下が促進される。アノード電極２Ａ内の湿度が低下すると、アノード電極２Ａ内での水蒸気の凝縮が抑制され、アノード電極２Ａ内で水分増加が抑制される。このため、触媒金属の表面の酸化が抑えられ、燃料電池２０の性能劣化や耐久性低下をより一層抑制できる。なお、カソード電極２Ｂ内も加圧する上記構成によれば、アノード電極２Ａと同様の作用効果をカソード電極２Ｂ側でも得ることができる。 In contrast, in the present fuel cell system 2, at least the anode electrode 2A is efficiently pressurized, so the amount of saturated water vapor in the high-pressure anode electrode 2A increases, promoting a decrease in humidity. When the humidity in the anode electrode 2A decreases, condensation of water vapor in the anode electrode 2A is suppressed, and an increase in moisture in the anode electrode 2A is suppressed. This suppresses oxidation of the surface of the catalytic metal, further suppressing deterioration in performance and durability of the fuel cell 20. Note that, according to the above configuration in which the cathode electrode 2B is also pressurized, the same effect as that of the anode electrode 2A can be obtained on the cathode electrode 2B side.

（２）加圧装置５０は、ピストン機構５１と、第一連通路５２と、第二連通路５３と、第一開閉弁５８と、第二開閉弁５９とを備えて構成されており、制御部６１は、第一開閉弁５８を開放し、第二開閉弁５９を閉鎖することで、加圧装置５０を加圧作動させることができる。これにより、燃料タンク３０内の燃料ガスの圧力を低コストで利用することができる。 (2) The pressurizing device 50 is configured with a piston mechanism 51, a first communication passage 52, a second communication passage 53, a first on-off valve 58, and a second on-off valve 59. The control unit 61 can pressurize the pressurizing device 50 by opening the first on-off valve 58 and closing the second on-off valve 59. This makes it possible to utilize the pressure of the fuel gas in the fuel tank 30 at low cost.

（３）制御部６１は、燃料電池２０の始動時に、第二開閉弁５９を開放し、所定時間後に第一開閉弁５８を閉鎖することで、第一室５６内の燃料ガスを、第二室５７及び燃料ガス導入路３１ａを介してアノード電極２Ａに導入する。このように、加圧に利用した第一室５６内の燃料ガスを発電に再利用できるため、燃料ガスを無駄なく使用できる。 (3) When the fuel cell 20 is started, the control unit 61 opens the second on-off valve 59 and closes the first on-off valve 58 after a predetermined time, thereby introducing the fuel gas in the first chamber 56 into the anode electrode 2A via the second chamber 57 and the fuel gas introduction passage 31a. In this way, the fuel gas in the first chamber 56 used for pressurization can be reused for power generation, so the fuel gas can be used without waste.

（４）制御部６１は、アノード電極２Ａの加圧制御時に、圧力センサ７１，７２で検知されたアノード電極２Ａの圧力Ｐａが目標圧力Ｐａ１に達していない場合には、減圧弁３３の開度を増大させるので、燃料タンク３０内の圧力を必要に応じた程度だけ利用して、アノード電極２Ａを適正に加圧できる。特に、本実施形態では、減圧弁３３の開度を微少開度ずつ増大させるので、燃料タンク３０内の圧力利用を必要最小限に抑えやすい。なお、カソード電極２Ｂ内も加圧する上記構成によれば、カソード電極２Ｂ側でも同様の作用効果を得ることができる。 (4) When controlling the pressurization of the anode electrode 2A, if the pressure Pa of the anode electrode 2A detected by the pressure sensors 71, 72 does not reach the target pressure Pa1, the control unit 61 increases the opening of the pressure reducing valve 33, so that the pressure in the fuel tank 30 can be used to the extent necessary to appropriately pressurize the anode electrode 2A. In particular, in this embodiment, the opening of the pressure reducing valve 33 is increased in small increments, making it easy to minimize the use of pressure in the fuel tank 30. Note that, according to the above configuration in which the cathode electrode 2B is also pressurized, the same effect can be obtained on the cathode electrode 2B side.

（５）また、燃料ガス導入路３１ａと酸化ガス導入路４１ａとを連通する第三連通路３９と、第三連通路３９に設けられた第三開閉弁３９ａとを備えた上記の燃料電池システム２では、カソード電極２Ｂも加圧する。すなわち、上記の制御部６１は、アノード背圧弁３６及びカソード背圧弁４６を閉鎖（デッドエンド）した状態で、加圧装置５０を作動させてアノード電極２Ａ及びカソード電極２Ｂを共に加圧するため、アノード電極２Ａだけでなくカソード電極２Ｂも効率よく加圧できる。これにより、アノード電極２Ａ及びカソード電極２Ｂ内で、飽和水蒸気量の増大によって湿度低下を促進でき、水による触媒の劣化を抑制できる。したがって、燃料電池２０の性能劣化をより一層抑制できる。 (5) In addition, in the above fuel cell system 2, which includes the third communication passage 39 that connects the fuel gas introduction passage 31a and the oxidizing gas introduction passage 41a, and the third opening/closing valve 39a provided in the third communication passage 39, the cathode electrode 2B is also pressurized. That is, the above control unit 61 operates the pressurizing device 50 to pressurize both the anode electrode 2A and the cathode electrode 2B while the anode back pressure valve 36 and the cathode back pressure valve 46 are closed (dead end), so that not only the anode electrode 2A but also the cathode electrode 2B can be efficiently pressurized. As a result, the humidity can be reduced by increasing the amount of saturated water vapor in the anode electrode 2A and the cathode electrode 2B, and deterioration of the catalyst due to water can be suppressed. Therefore, deterioration of the performance of the fuel cell 20 can be further suppressed.

（６）燃料電池２０は、電動車両１に装備された発電用燃料電池である。発電用燃料電池の場合、停止時間が比較的長いため、停止時において電極２Ａ，２Ｂに残留或いは凝集した水による触媒の劣化がその分促進されやすい。これに対し、本燃料電池システム２によれば、このような触媒の劣化を低コストで抑制できる。 (6) The fuel cell 20 is a power generating fuel cell installed in the electric vehicle 1. In the case of a power generating fuel cell, the stop time is relatively long, and therefore the deterioration of the catalyst due to water remaining or condensing on the electrodes 2A, 2B during the stop time is easily accelerated. In contrast, the fuel cell system 2 can suppress such catalyst deterioration at low cost.

（７）燃料電池２０のアノード電極２Ａ及びカソード電極２Ｂに装備される各触媒は、電極触媒層の担体にセラミックスが用いられたセラミックス触媒である。セラミックス触媒の場合、電極２Ａ，２Ｂを加圧すると燃料電池抵抗が増大し、電流は流れにくくなることから、両電極２Ａ，２Ｂの残留ガスの反応が抑制され、この面からも、触媒の劣化を抑制できる。 (7) The catalysts installed on the anode electrode 2A and cathode electrode 2B of the fuel cell 20 are ceramic catalysts in which ceramics are used as the carrier for the electrode catalyst layer. In the case of ceramic catalysts, when the electrodes 2A, 2B are pressurized, the fuel cell resistance increases and current becomes less likely to flow, suppressing the reaction of the residual gases at both electrodes 2A, 2B, which also helps to suppress catalyst deterioration.

（その他の効果）
本実施形態では、減圧弁３３の開度制御において、アノード流路内の圧力Ｐａとカソード流路内の圧力Ｐｃとが共に各第一目標圧力Ｐａ１，Ｐｃ１に達するまで減圧弁３３の開度を増大するので、減圧弁３３の開度制御によってアノード流路内及びカソード流路内をいずれも目標圧力範囲の上限付近まで高めることができる。 (Other Effects)
In this embodiment, in controlling the opening degree of the pressure reducing valve 33, the opening degree of the pressure reducing valve 33 is increased until the pressure Pa in the anode flow path and the pressure Pc in the cathode flow path both reach the first target pressures Pa1, Pc1, respectively. Therefore, by controlling the opening degree of the pressure reducing valve 33, the pressures in both the anode flow path and the cathode flow path can be increased to near the upper limit of the target pressure range.

また、本実施形態では、アノード流路内の圧力Ｐａ及びカソード流路内の圧力Ｐｃの何れか一方が第二目標圧力Ｐａ２，Ｐｃ２まで低下したら、加圧制御を開始するので、アノード流路内の圧力Ｐａ及びカソード流路内の圧力Ｐｃを共に第二目標圧力Ｐａ２，Ｐｃ２以上に保持できる。 In addition, in this embodiment, when either the pressure Pa in the anode flow path or the pressure Pc in the cathode flow path drops to the second target pressure Pa2, Pc2, pressurization control is started, so that both the pressure Pa in the anode flow path and the pressure Pc in the cathode flow path can be maintained at or above the second target pressure Pa2, Pc2.

さらに、本実施形態では、加圧制御の開始条件として、アノード流路内の圧力Ｐａ及びカソード流路内の圧力Ｐｃだけでなく、アノード流路内の湿度Ｈａ及びカソード流路内の湿度Ｈｃにも着目している。すなわち、アノード流路内の圧力Ｐａ及びカソード流路内の圧力Ｐｃの何れもが第二目標圧力Ｐａ２，Ｐｃ２まで低下していなくても、アノード流路内の湿度Ｈａ及びカソード流路内の湿度Ｈｃの何れか一方が上限湿度Ｈａ１，Ｈｃ１まで上昇したら、加圧制御を開始する。したがって、例えば残留水が多く、圧力Ｐａ，Ｐｃが低下していなくても湿度が高い状況では、触媒の性能劣化や耐久性低下を招きやすいが、このような不具合を回避することができる。 Furthermore, in this embodiment, the conditions for starting the pressurization control are not only the pressure Pa in the anode flow path and the pressure Pc in the cathode flow path, but also the humidity Ha in the anode flow path and the humidity Hc in the cathode flow path. That is, even if neither the pressure Pa in the anode flow path nor the pressure Pc in the cathode flow path has dropped to the second target pressures Pa2 and Pc2, the pressurization control is started when either the humidity Ha in the anode flow path or the humidity Hc in the cathode flow path has risen to the upper limit humidity Ha1 and Hc1. Therefore, for example, in a situation where there is a lot of residual water and the humidity is high even if the pressures Pa and Pc have not dropped, the catalyst performance deterioration and durability reduction are likely to occur, but such a problem can be avoided.

［３．その他］
上述した燃料電池システム２の構成は一例であって、上述したものに限られない。
例えば、上記実施形態では、アノード電極２Ａとカソード電極２Ｂとを共に加圧しているが、アノード電極２Ａのみを加圧するようにしてもよい。この場合、第三連通路３９及び第三開閉弁３９ａは省略できる。 [3. Other]
The above-described configuration of the fuel cell system 2 is merely an example, and the present invention is not limited to the above.
For example, in the above embodiment, both the anode electrode 2A and the cathode electrode 2B are pressurized, but it is also possible to pressurize only the anode electrode 2A. In this case, the third communication passage 39 and the third on-off valve 39a can be omitted.

また、加圧制御の開始条件や終了条件や、減圧弁３３の開度制御の具体的な手法についても、上記の実施形態のものに限定されるものではなく、適宜設定しうる。例えば、湿度Ｈａ，Ｈｃの条件を省略してもよい。この場合は湿度センサ７３，７４も省略可能である。
上記実施形態では、触媒としてセラミックス触媒を用いているが、セラミックス触媒に限定されるものではなく、例えば担体にカーボンを用いたカーボン触媒であっても本燃料電池システムを適用しうる。 In addition, the start and end conditions of the pressurization control and the specific method of controlling the opening degree of the pressure reducing valve 33 are not limited to those in the above embodiment, and may be set as appropriate. For example, the conditions of the humidity Ha and Hc may be omitted. In this case, the humidity sensors 73 and 74 may also be omitted.
In the above embodiment, a ceramic catalyst is used as the catalyst, but the catalyst is not limited to a ceramic catalyst. For example, a carbon catalyst using carbon as a carrier may also be used in this fuel cell system.

さらに、燃料電池２０は、電動車両１に装備された発電用燃料電池に限定されるものではなく、走行用燃料電池であってもよいし、発電用及び走行用の双方に用いられる燃料電池であってもよい。さらには、本燃料電池システムは、車両に搭載されるものに限定されない。
また、例えば特許文献１～３に記載のような従来技術に、本燃料電池システムの技術を併用することで、燃料電池の触媒性能の劣化や耐久性の低下を低コストでより一層抑制することができる。 Furthermore, the fuel cell 20 is not limited to a fuel cell for generating electricity that is equipped on the electric vehicle 1, but may be a fuel cell for driving the vehicle, or may be a fuel cell used for both generating electricity and driving the vehicle. Furthermore, the fuel cell system is not limited to being mounted on a vehicle.
Furthermore, by combining the technology of the present fuel cell system with conventional technologies such as those described in Patent Documents 1 to 3, it is possible to further suppress deterioration of the catalyst performance and decrease in durability of the fuel cell at low cost.

１電動車両
２燃料電池システム
２Ａアノード電極
２Ｂカソード電極
２０燃料電池
３０高圧燃料タンク
３１ａ燃料ガス導入路
３５燃料ガス排出管（燃料ガス排出部）
３６アノード背圧弁（第一排出部開閉弁）
３９第三連通路
３９ａ第三開閉弁
４１ａ酸化ガス導入路
４５酸化ガス排出管（酸化ガス排出部）
４６カソード背圧弁（第二排出部開閉弁）
５０加圧装置
５１ピストン機構
５２第一連通路
５３第二連通路
５４シリンダ
５５ピストン
５６第一室
５７第二室
５８第一開閉弁
５９，５９ａ，５９ｂ第二開閉弁
６１制御部
７１，７２圧力センサ
Ｐａアノード流路内の圧力（アノード電極の圧力）
Ｐａ１第一目標圧力（第一圧力値）
Ｐａ２第二目標圧力（第二圧力値）
Ｐｃカソード流路内の圧力（カソード電極の圧力）
Ｐｃ１第一目標圧力（第一圧力値）
Ｐｃ２第二目標圧力（第二圧力値） REFERENCE SIGNS LIST 1 Electric vehicle 2 Fuel cell system 2A Anode electrode 2B Cathode electrode 20 Fuel cell 30 High-pressure fuel tank 31a Fuel gas introduction passage 35 Fuel gas exhaust pipe (fuel gas exhaust section)
36 Anode back pressure valve (first discharge part opening/closing valve)
39 Third communication passage 39a Third opening/closing valve 41a Oxidizing gas introduction passage 45 Oxidizing gas exhaust pipe (Oxidizing gas exhaust section)
46 Cathode back pressure valve (second discharge part opening/closing valve)
50 Pressurizing device 51 Piston mechanism 52 First communication passage 53 Second communication passage 54 Cylinder 55 Piston 56 First chamber 57 Second chamber 58 First on-off valve 59, 59a, 59b Second on-off valve 61 Control unit 71, 72 Pressure sensor Pa Pressure in anode flow passage (pressure of anode electrode)
Pa1 First target pressure (first pressure value)
Pa2 Second target pressure (second pressure value)
Pc Pressure in the cathode flow channel (cathode electrode pressure)
Pc1 First target pressure (first pressure value)
Pc2 Second target pressure (second pressure value)

Claims

a fuel cell having an anode electrode, a cathode electrode, and an electrolyte membrane disposed between the anode electrode and the cathode electrode, the fuel cell generating power by supplying a fuel gas to the anode electrode and an oxidizing gas to the cathode electrode;
A catalyst provided on the anode electrode;
a fuel gas discharge portion communicating with an outlet of the fuel gas discharged from the anode electrode;
a first discharge part opening/closing valve provided in the fuel gas discharge part;
a pressure device for applying pressure to the anode electrode;
A control unit that controls opening and closing of the first discharge unit opening/closing valve and operation of the pressurizing device;
a fuel gas introduction passage communicating with the inlet of the anode electrode ;
the control unit operates the pressurizing device to pressurize the anode electrode while closing the first exhaust unit opening/closing valve after the fuel cell is stopped;
The pressurizing device is
The anode electrode is pressurized by piston compression using a pressure in a high-pressure fuel tank that stores a fuel gas to be supplied to the anode electrode,
a piston mechanism including a cylinder, a piston reciprocating within the cylinder, a first chamber defined by the piston on one side within the cylinder, and a second chamber defined by the piston on the other side within the cylinder and communicating with the fuel gas introduction passage;
a first communication passage communicating the first chamber with the high-pressure fuel tank;
a second communication passage communicating the second chamber with the high-pressure fuel tank;
a first on-off valve disposed in the first communication passage;
a second on-off valve disposed in the second communication passage,
The control unit causes the pressurizing device to perform a pressurizing operation after the fuel cell is stopped, with the first on-off valve being opened and the second on-off valve being closed.
A fuel cell system comprising :

2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit opens the second on-off valve when the fuel cell is started, and closes the first on-off valve after a predetermined time, thereby introducing the fuel gas in the first chamber into the anode electrode via the second chamber and the fuel gas inlet path.

a pressure reducing valve interposed between the high-pressure fuel tank and the pressurizing device;
a pressure sensor that detects a pressure inside the anode electrode;
3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit increases an opening degree of the pressure reducing valve when the pressure detected by the pressure sensor does not reach a target pressure during control of pressurizing the anode electrode.

A catalyst provided on the cathode electrode;
an oxidizing gas exhaust portion communicating with an outlet for the oxidizing gas exhausted from the cathode electrode;
A second exhaust opening/closing valve provided in the oxidizing gas exhaust section;
an oxidizing gas introduction passage communicating with an inlet of the cathode electrode;
a third communication passage that communicates the fuel gas introduction passage and the oxidizing gas introduction passage;
a third on-off valve provided in the third communication passage,
4. The fuel cell system according to claim 1, wherein, after the fuel cell is stopped, the control unit closes the first exhaust unit on-off valve and the second exhaust unit on-off valve, and opens the third on-off valve, and operates the pressurizing device to pressurize the anode electrode and the cathode electrode.

5. The fuel cell system according to claim 1 , wherein the fuel cell is a fuel cell for generating electricity that is installed in a vehicle.

6. The fuel cell system according to claim 1 , wherein the catalyst is a ceramic catalyst.