(57)【要約】【課題】単セル内のガス流路の凍結による閉塞を確実に判断できる技術を提供する。【解決手段】燃料電池システムは、複数の単セルを有する燃料電池スタックと、単セルのセル電圧を検出するセルモニタと、燃料電池スタックのスタック温度を取得する温度計測部と、単セルの積層方向における一端側から他端側へ向けて反応ガスが供給される反応ガス流路と、反応ガス流路の燃料電池スタックの入口側における反応ガス圧力を検出する圧力検出部と、制御部と、を備える。制御部は、スタック温度が氷点下で該燃料電池システムを始動する場合に、反応ガス圧力が予め定めた閾値圧力以上であって、かつ、燃料電池スタックの他端側に配置された単セルのセル電圧が予め定めた閾値電圧よりも低いときに、単セル内の反応ガス流路が凍結により閉塞したと判断する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
複数の単セルを有する燃料電池スタックと、
前記単セルのセル電圧を検出するセルモニタと、
前記燃料電池スタックのスタック温度を取得する温度計測部と、
前記単セルの積層方向における一端側から他端側へ向けて反応ガスが供給される反応ガス流路と、
前記反応ガス流路の前記燃料電池スタックの入口側における反応ガス圧力を検出する圧力検出部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、前記スタック温度が氷点下で該燃料電池システムを始動する場合に、前記反応ガス圧力が予め定めた閾値圧力以上であって、かつ、前記燃料電池スタックの前記他端側に配置された前記単セルのセル電圧が予め定めた閾値電圧よりも低いときに、前記単セル内の前記反応ガス流路が凍結により閉塞したと判断する、燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムにおいて、氷点下に始動する場合に、複数の単セルを有する燃料電池スタックに供給する反応ガスの供給量を少なくして燃料電池スタックを暖める暖機運転を行うものが知られている。特許文献１に記載の燃料電池システムでは、単セルの電圧値が低下すると生成水の凍結による単セル内のガス流路の閉塞と判断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０２１３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
単セルの電圧値が低下する要因として、単セル内のガス流路の凍結による閉塞と補機部品の凍結による閉塞とが挙げられるため、凍結箇所の切り分けが出来ない場合があり、適切な解凍処理が実施できないおそれがある。そのため、単セル内のガス流路の凍結による閉塞を確実に判断できる技術が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、複数の単セルを有する燃料電池スタックと；前記単セルのセル電圧を検出するセルモニタと；前記燃料電池スタックのスタック温度を取得する温度計測部と；前記単セルの積層方向における一端側から他端側へ向けて反応ガスが供給される反応ガス流路と；前記反応ガス流路の前記燃料電池スタックの入口側における反応ガス圧力を検出する圧力検出部と；制御部と、を備える。前記制御部は、前記スタック温度が氷点下で該燃料電池システムを始動する場合に、前記反応ガス圧力が予め定めた閾値圧力以上であって、かつ、前記燃料電池スタックの前記他端側に配置された前記単セルのセル電圧が予め定めた閾値電圧よりも低いときに、前記単セル内の前記反応ガス流路が凍結により閉塞したと判断する。この形態の燃料電池システムによれば、制御部は、入口側の反応ガス圧力と他端側に配置された単セルの電圧を用いて単セル内の反応ガス流路凍結の有無を判断する。生成水の凍結は、他端側の単セルにおいて発生しやすいため、単セル内のガス流路の凍結による閉塞を確実に判断できる。
【０００７】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムを備える発電装置、燃料電池システムを備える車両、燃料電池システムの制御方法等の態様で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】燃料電池システムの概略構成を示す概略図である。
【図２】単セル内が凍結した単セルの平面図である。
【図３】凍結判断処理の手順の一例を表わすフローチャートである。
【図４】単セル内に凍結が無い場合のスタック温度と反応ガス圧力と反応ガス流量との関係の一例を示したタイミングチャートである。
【図５】単セル内に凍結が無い場合のセル番号とセル電圧との関係を示した図である。
【図６】単セル内に凍結がある場合のスタック温度と反応ガス圧力と反応ガス流量との関係の一例を示したタイミングチャートである。
【図７】単セル内に凍結がある場合のセル番号とセル電圧との関係を示した図である。
【図８】凍結時処理の手順の一例を表わすフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の一実施形態における燃料電池システム１００の概略構成を示す概略図である。燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０と、制御部２０と、カソードガス供給部３０と、アノードガス供給部５０と、冷却媒体循環部７０と、を備える。また、燃料電池システム１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８０と、パワーコントロールユニット（以下、「ＰＣＵ」という）８１と、負荷８２と、セルモニタ８３と、を備える。本実施形態の燃料電池システム１００は、例えば、燃料電池車両に搭載される。
【００１０】
燃料電池スタック１０は、反応ガスとしてアノードガス（例えば、水素ガス）とカソードガス（例えば、空気）との供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池スタック１０は、複数の単セル１１が積層されて構成されている。各単セル１１は、電解質膜（図示せず）の両面にアノード（図示せず）とカソード（図示せず）とを配置した膜電極接合体（図示せず）と、膜電極接合体を挟持する１組のセパレータ（図示せず）とを有する。
【００１１】
制御部２０は、ＣＰＵとメモリと、後述する各部品が接続されるインタフェース回路とを備えたコンピュータとして構成されている。制御部２０は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２１の指示に応じて、燃料電池スタック１０内の各機器の起動および停止を制御するための信号を出力する。ＥＣＵ２１は、燃料電池システム１００を含む装置全体（例えば、車両）の制御を行う制御部である。例えば、燃料電池車両では、アクセルペダルの踏込量やブレーキペダルなどの踏込量、車速等の複数の入力値に応じてＥＣＵ２１が車両の制御を実行する。なお、ＥＣＵ２１は、制御部２０の機能の一部に含まれていてもよい。制御部２０は、メモリに記憶された制御プログラムを実行することにより、燃料電池システム１００による発電の制御を行うと共に、暖気運転や後述する凍結判断処理を実現する。
【００１２】
カソードガス供給部３０は、カソードガス配管３１と、エアフローメータ３２と、コンプレッサ３３と、第１開閉弁３４と、圧力検出部３５と、カソードオフガス配管４１と、第１レギュレータ４２と、を備える。カソードガス配管３１は、燃料電池スタック１０に接続され、外部から取り込んだ空気を燃料電池スタック１０に供給する。
【００１３】
エアフローメータ３２は、カソードガス配管３１に設けられており、取り込んだ空気の流量を測定する。コンプレッサ３３は、制御部２０からの制御信号に応じて、外部から取り入れた空気を圧縮し、カソードガスとして燃料電池スタック１０に供給する。第１開閉弁３４は、コンプレッサ３３と燃料電池スタック１０との間に設けられている。圧力検出部３５は、燃料電池スタック１０のカソードガスの入口側の圧力を測定し、制御部２０に送信する。
【００１４】
カソードオフガス配管４１は、燃料電池スタック１０から排出されたカソードオフガスを燃料電池システム１００の外部へと排出する。第１レギュレータ４２は、制御部２０からの制御信号に応じて、燃料電池スタック１０のカソードガス出口の圧力を調整する。
【００１５】
アノードガス供給部５０は、アノードガス配管５１と、アノードガスタンク５２と、第２開閉弁５３と、第２レギュレータ５４と、インジェクタ５５と、圧力検出部５６と、アノードオフガス配管６１と、気液分離器６２と、排気排水弁６３と、循環配管６４と、アノードガスポンプ６５と、を備える。以下では、アノードガス配管５１のインジェクタ５５よりも下流側と、燃料電池スタック１０内のアノードガスの流路と、アノードオフガス配管６１と、気液分離器６２と、循環配管６４と、アノードガスポンプ６５と、で構成される流路のことを、循環流路６６ともいう。循環流路６６は、燃料電池スタック１０のアノードオフガスを燃料電池スタック１０に循環させるための流路である。
【００１６】
アノードガスタンク５２は、アノードガス配管５１を介して燃料電池スタック１０のアノードガス入口と接続されており、アノードガスを燃料電池スタック１０に供給する。第２開閉弁５３、第２レギュレータ５４、インジェクタ５５、および圧力検出部５６は、アノードガス配管５１に、この順序で上流側、つまりアノードガスタンク５２に近い側から設けられている。
【００１７】
第２開閉弁５３は、制御部２０からの制御信号に応じて開閉する。燃料電池システム１００の停止時には第２開閉弁５３は閉じられる。第２レギュレータ５４は、制御部２０からの制御信号に応じて、インジェクタ５５の上流側におけるアノードガスの圧力を調整する。インジェクタ５５は、制御部２０によって設定された駆動周期や開弁時間に応じて、弁体が電磁的に駆動する電磁駆動式の開閉弁である。制御部２０は、インジェクタ５５の駆動周期や開弁時間を制御することによって、燃料電池スタック１０に供給されるアノードガスの流量を制御する。圧力検出部５６は、燃料電池スタック１０のアノードガス入口側の圧力を測定し、制御部２０に送信する。なお、圧力検出部３５で測定される圧力および圧力検出部５６で測定される圧力のいずれも反応ガス圧力という。
【００１８】
アノードオフガス配管６１は、燃料電池スタック１０のアノードガス出口と気液分離器６２とを接続する配管である。アノードオフガス配管６１は、発電反応に用いられることのなかった水素ガスや窒素ガスなどを含むアノードオフガスを気液分離器６２へと誘導する。
【００１９】
気液分離器６２は、循環流路６６のアノードオフガス配管６１と循環配管６４との間に接続されている。気液分離器６２は、循環流路６６内のアノードオフガスから不純物としての水を分離して貯水する。
【００２０】
排気排水弁６３は、気液分離器６２の下部に設けられている。排気排水弁６３は、気液分離器６２に貯水された水の排水と、気液分離器６２内の不要なガス（主に窒素ガス）の排気と、を行う。燃料電池システム１００の運転中は、通常、排気排水弁６３は閉じられており、制御部２０からの制御信号に応じて開閉する。本実施形態では、排気排水弁６３は、カソードオフガス配管４１に接続されており、排気排水弁６３によって排出された水および不要なガスは、カソードオフガス配管４１を通じて外部へ排出される。
【００２１】
循環配管６４は、アノードガス配管５１のうちのインジェクタ５５より下流の部分に接続されている。循環配管６４には、制御部２０からの制御信号に応じて駆動されるアノードガスポンプ６５が設けられている。気液分離器６２によって水が分離されたアノードオフガスが、アノードガスポンプ６５によって、アノードガス配管５１へと送り出される。この燃料電池システム１００では、水素を含むアノードオフガスを循環させて、再び燃料電池スタック１０に供給することにより、アノードガスの利用効率を向上させている。
【００２２】
本実施形態において、上述したカソードガス供給部３０と、燃料電池スタック１０内のカソードガスが流通する流路と、カソードオフガス配管４１と、の全体を「カソードガス流路」と呼ぶ。また、アノードガス供給部５０と、燃料電池スタック１０内のアノードガスが流通する流路と、アノードオフガス配管６１と、循環流路６６と、の全体を「アノードガス流路」と呼ぶ。カソードガス流路とアノードガス流路とを区別する必要が無い場合には、これらを「反応ガス流路」と呼ぶ。
【００２３】
冷却媒体循環部７０は、燃料電池スタック１０を介して冷却媒体を循環させることにより、燃料電池スタック１０の温度を調整する。冷却媒体循環部７０は、冷媒供給管７１と、冷媒排出管７２と、ラジエータ７３と、冷媒ポンプ７４と、三方弁７５と、バイパス管７６と、温度計測部７７と、を備える。冷媒としては、例えば、水、エチレングリコール等の不凍水、空気などが用いられる。
【００２４】
冷媒供給管７１は、燃料電池スタック１０内の冷却媒体入口に接続され、冷媒排出管７２は、燃料電池スタック１０の冷却媒体出口に接続されている。ラジエータ７３は、冷媒排出管７２と冷媒供給管７１とに接続されており、冷媒排出管７２から流入する冷却媒体を、電動ファンの送風等により冷却してから冷媒供給管７１へと排出する。冷媒ポンプ７４は、冷媒供給管７１に設けられており、冷媒を燃料電池スタック１０に圧送する。三方弁７５は、ラジエータ７３とバイパス管７６への冷媒の流量を調節する。温度計測部７７は、冷媒排出管７２に接続されており、燃料電池スタック１０から排出される冷却水の温度を測定する。温度計測部７７で測定される温度は、燃料電池スタック１０のスタック温度とほぼ等しい。従って、温度計測部７７は、燃料電池スタック１０のスタック温度を取得する温度計測部に相当する。
【００２５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ８０は、燃料電池スタック１０の出力電圧を昇圧してＰＣＵ８１に供給する。ＰＣＵ８１は、インバータを内蔵し、制御部２０の制御に応じてインバータを介して負荷８２に電力を供給する。また、ＰＣＵ８１は、制御部２０の制御により燃料電池スタック１０の電流を制限する。
【００２６】
セルモニタ８３は、単セル１１のセル電圧を検出する。本実施形態においてセルモニタ８３は、各単セル１１のセル電圧を検出する。なお、セルモニタ８３は、燃料電池スタック１０の各単セル１１をｎ枚１組（ｎは１以上の整数）としたセルグループと接続して、各セルグループについての単セル１１の電圧の合計値をセルグループを構成する単セルの枚数ｎで除算して計測するようにしてもよい。セルモニタ８３は、制御部２０に検出したセル電圧を送信する。
【００２７】
燃料電池スタック１０の電力は、ＰＣＵ８１を含む電源回路を介して、車輪（図示せず）を駆動するためのトラクションモータ（図示せず）等の負荷８２や、上述したコンプレッサ３３、アノードガスポンプ６５および各種弁に、供給される。
【００２８】
図２は、セル内が凍結した単セル１１の平面図である。単セル１１は、ガス入口マニホールド１２ａと、ガス出口マニホールド１２ｂと、ガス流路１３と、膜電極接合体１４とを備える。本実施形態において、マニホールド１２ａ、１２ｂとガス流路１３とを合わせて「単セル１１内の反応ガス流路」という。マニホールド１２ａ、１２ｂは、単セル１１の周縁に形成されている。ガス出口マニホールド１２ｂ近傍のガス流路１３には、生成水が凍結した凍結部ＦＡが形成されている。
【００２９】
単セル１１は、ガス流路１３を通じて反応ガスをガス入口マニホールド１２ａから膜電極接合体１４に流通させ、ガス出口マニホールド１２ｂから排出させる。スタック温度が氷点下で燃料電池システム１００を始動する場合、暖機運転により反応ガスの供給流量（以下、「反応ガス流量」という）を少なくしているため、ガス入口マニホールド１２ａ側のガス流路１３で主に発電し、ガス出口マニホールド１２ｂ側のガス流路１３では、ガス量が少ないため、発電量が少ない。そのため、ガス出口マニホールド１２ｂ側のガス流路１３では、ガス入口マニホールド１２ａ側のガス流路１３より昇温しづらく、温度が低いため、生成水が凍結しやすい。
【００３０】
図３は、本実施形態における、凍結判断処理の手順の一例を表わすフローチャートである。ここでは反応ガスとしてカソードガスを例にして説明する。この処理はスタック温度が氷点下で燃料電池システム１００を始動する場合に開始され、暖機運転と並行して行われる。制御部２０は、暖機運転を開始すると、図３に示す凍結判断処理を開始する。
【００３１】
制御部２０は、ステップＳ１００で、反応ガス圧力Ｐｇを取得し、反応ガス圧力Ｐｇが予め定めた閾値圧力Ｐｔｈより高いか否か判定する。閾値圧力Ｐｔｈは、単セル１１内や第１レギュレータ４２で生成水が凍結したか否かを判定するための圧力であり、予め実験的に定めることができる。反応ガス圧力Ｐｇが閾値圧力Ｐｔｈ以下の場合、制御部２０は、ステップＳ１００の処理に戻る。つまり、反応ガス圧力Ｐｇが閾値圧力Ｐｔｈを上回るまでステップＳ１００を繰り返す。なお、予め定められた時間が経過した場合や暖機運転が終了した場合は、燃料電池システム１００内は凍結していないと判断して、凍結判断処理を終了してもよい。一方、反応ガス圧力Ｐｇが閾値圧力Ｐｔｈより高い場合、制御部２０は、ステップＳ１１０に進む。
【００３２】
続いて、制御部２０は、ステップＳ１１０で燃料電池スタック１０の反応ガス排出側の端部に配置された単セル１１のセル電圧Ｖｆｃを取得し、セル電圧Ｖｆｃが予め定めた閾値電圧Ｖｍより低いか判定する。本実施形態において「反応ガス排出側の端部」とは、燃料電池スタック１０の単セル１１の積層方向の両端部のうち、反応ガスが排出される側の端部を意味する。「反応ガス排出側の端部に配置された単セル１１のセル電圧」としては、１板の単セル１１のセル電圧を使用可能である。一般には、ｍ枚（ｍは２以上の整数）の単セルを有する燃料電池スタック１０の積層方向において、端部からｍ／２枚目以下の単セル１１のセル電圧を使用することができる。閾値電圧Ｖｍは、単セル１１内の反応ガス流路が凍結したか否かを判定するための圧力であり、予め実験的に定めることができる。セル電圧Ｖｆｃが閾値電圧Ｖｍより低い場合、制御部２０は、ステップＳ１２０に進み、単セル１１内のガス流路が凍結したと判断する。一方、セル電圧Ｖｆｃが閾値電圧Ｖｍ以上の場合、制御部２０は凍結判断処理を終了する。つまり、単セル１１内のガス流路は凍結していないと判断する。単セル１１内のガス流路が凍結していないと判断した場合には、反応ガス流路の他の部分（例えば反応ガス流路中の補機部品のいずれか）において、凍結が発生しているものと判断してもよい。
【００３３】
上述した図３の手順では、燃料電池スタック１０の端部に配置された単セル１１のセル電圧Ｖｆｃを用いてステップＳ１１０の判断を行っているが、この代わりに、平均セル電圧を用いてステップＳ１１０の判断を行ってもよい。平均セル電圧としては、例えば反応ガス排出側の端部からｋ枚（ｋはｍ／２以下の整数）のセル電圧の合計値をｋで除算して計測した値を使用可能である。また、燃料電池スタック１０の端部に配置されたｋ枚の単セル１１のセル電圧のうち、最も低いセル電圧のみを用いてステップＳ１１０の判断を行ってもよい。
【００３４】
図４は、単セル１１内のガス流路が凍結していない場合におけるスタック温度Ｔｓと反応ガス圧力Ｐｇと反応ガス流量Ｑｇとの関係の一例を示したタイミングチャートである。上段のグラフはスタック温度Ｔｓの変化を示しており、中段のグラフは反応ガス圧力Ｐｇの変化を示しており、下段のグラフは反応ガス流量Ｑｇの変化を示している。
【００３５】
図４の上段のグラフに示すように、暖機運転により、スタック温度Ｔｓは徐々に上昇する。また、中段のグラフに示すように、反応ガス圧力Ｐｇは、始動時は大気圧Ｐ０に等しく、始動後に反応ガスが供給されると徐々に上昇する。ただし、反応ガス流路に生成水の凍結が発生していないときには、反応ガス圧力Ｐｇは閾値圧力Ｐｔｈまで増加することはない。
【００３６】
図５は、単セル１１内のガス流路が凍結していない場合における、セル番号とセル電圧Ｖｆｃとの関係を示した図である。上側はセル番号とセル電圧Ｖｆｃとの関係を示したグラフであり、下側は燃料電池スタック１０の断面図である。上側のグラフは、縦軸がセル電圧Ｖｆｃであり、横軸がセル番号である。セル番号は燃料電池スタック１０の反応ガス排出側の端部「他端１０ｂ」と呼ぶ単セル１１から順に１枚ずつ付与されている。
【００３７】
図５の上側のグラフに示すように、反応ガスは単セル１１の積層方向における一端１０ａ側から他端１０ｂ側へ向けて供給されるため、一端１０ａ側の単セル１１は反応ガスが多く発電しやすいが、他端１０ｂ側の単セル１１は反応ガスが少なく発電しづらいため、他端１０ｂ側の単セル１１のセル電圧Ｖｆｃは一端１０ａ側の単セル１１のセル電圧Ｖｆｃよりも低くなる。ただし、他端１０ｂ側の単セル１１のセル電圧Ｖｆｃも、図３のステップＳ１１０における閾値電圧Ｖｍ以上とする。
【００３８】
図６は、単セル１１内のガス流路が凍結した場合におけるスタック温度Ｔｓと反応ガス圧力Ｐｇと反応ガス流量Ｑｇとの関係の一例を示したタイミングチャートである。
【００３９】
図６の上段のグラフに示すように、暖機運転によりスタック温度Ｔｓは徐々に上昇するが、単セル１１内のガス流路が凍結している場合には、一定の温度以上に上昇しなくなる。また、中段のグラフに示すように、セル内のガス流路が凍結している場合には、セル内やカソードガス配管３１内にガスが蓄積し反応ガス圧力Ｐｇがかなり大幅に上昇する。それに伴い、下段のグラフに示すように、反応ガス流量Ｑｇは図４に比べて減少する。
【００４０】
図７は、単セル１１内のガス流路が凍結した場合における、セル番号とセル電圧Ｖｆｃとの関係を示した図である。反応ガスは単セル１１の積層方向における一端１０ａ側から他端１０ｂ側へ向けて供給されるため、一端１０ａ側の単セル１１は反応ガスが多く発電により昇温しやすいが、他端１０ｂ側の単セル１１は反応ガスが少なく発電量が少ないため昇温しづらい。そのため、図７に示すように、燃料電池スタック１０の他端１０ｂ側の単セル１１内のガス流路において生成水が凍結した凍結部ＦＡ（図２）が形成されやすい。
【００４１】
図７の上側のグラフに示すように、単セル１１内のガス流路が凍結している単セル１１のセル電圧Ｖｆｃは、凍結によりガス流路１３が閉塞するためガス欠となり、単セル１１内のガス流路が凍結していない単セル１１のセル電圧Ｖｆｃよりも低くなり、図３のステップＳ１１０における閾値電圧Ｖｍ未満となる。
【００４２】
図８は、本実施形態における、凍結時処理の手順の一例を表わすフローチャートである。この処理は凍結判定処理で単セル１１内の反応ガス流路が凍結していると判断された場合に行われる。制御部２０は、この処理を開始すると、ステップＳ２００で、反応ガス流量を増加する。
【００４３】
次に、制御部２０は、ステップＳ２１０で反応ガス圧力Ｐｇを取得し、反応ガス圧力Ｐｇが予め定められた目標圧力Ｐｍ以下に低下したか否か判定する。目標圧力Ｐｍは、凍結で閉塞している単セル内のガス流路が解凍されたか否かを判定するための圧力であり、予め実験的に定めることができる。反応ガス圧力Ｐｇが目標圧力Ｐｍ以下の場合、制御部２０は、ステップＳ２５０に進み、ステップＳ２００で増加した反応ガス流量を通常の流量に戻す。一方、反応ガス圧力Ｐｇが目標圧力Ｐｍより大きい場合、制御部２０は、ステップＳ２２０に進み、単セル１１の発熱量を増加させる。本実施形態では、例えば、ガス流量を更に増加させる。
【００４４】
続いて、制御部２０は、ステップＳ２３０で反応ガス圧力Ｐｇを取得し、反応ガス圧力Ｐｇが予め定められた目標圧力Ｐｍ以下に低下したか否か判定する。反応ガス圧力Ｐｇが目標圧力Ｐｍより大きい場合、制御部２０は、ステップＳ２３０の処理に戻る。つまり、反応ガス圧力Ｐｇが目標圧力Ｐｍを下回るまでステップＳ２３０を繰り返す。一方、反応ガス圧力Ｐｇが目標圧力Ｐｍ以下の場合、制御部２０は、ステップＳ２４０に進み、ステップＳ２２０で増加させた単セル１１の発熱量を通常の発熱量に戻す。本実施形態では、例えば、ガス流量をステップＳ２００で設定した流量に戻す。最後に、制御部２０は、ステップＳ２５０で反応ガス流量を通常の流量に戻す。
【００４５】
以上で説明した本実施形態の燃料電池システム１００によれば、制御部２０は、入口側の反応ガス圧力Ｐｇと他端１０ｂ側に配置された単セル１１のセル電圧Ｖｆｃを用いて単セル１１内のガス流路の凍結の有無を判断する。生成水の凍結は、他端１０ｂ側の単セル１１において発生しやすいため、単セル１１内の反応ガス流路の凍結による閉塞を確実に判断できる。
【００４６】
Ｂ．他の実施形態：
上記実施形態において、制御部２０は、カソードガスを反応ガスとして凍結判断処理を行っている。この代わりに、制御部２０は、アノードガスを反応ガスとして凍結判断処理を行ってもよい。また、カソードガス流路とアノードガス流路のそれぞれについて、凍結判断処理を行ってもよい。ただし、閾値圧力Ｐｔｈは、カソードガスとアノードガスとで異なる値を用いることが好ましい。
【００４７】
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述した課題を解決するために、あるいは上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することが可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０…燃料電池スタック
１０ａ…一端
１０ｂ…他端
１１…単セル
１２ａ…ガス入口マニホールド
１２ｂ…ガス出口マニホールド
１３…ガス流路
１４…膜電極接合体
２０…制御部
２１…ＥＣＵ
３０…カソードガス供給部
３１…カソードガス配管
３２…エアフローメータ
３３…コンプレッサ
３４…第１開閉弁
３５…圧力検出部
４１…カソードオフガス配管
４２…第１レギュレータ
５０…アノードガス供給部
５１…アノードガス配管
５２…アノードガスタンク
５３…第２開閉弁
５４…第２レギュレータ
５５…インジェクタ
５６…圧力検出部
６１…アノードオフガス配管
６２…気液分離器
６３…排気排水弁
６４…循環配管
６５…アノードガスポンプ
６６…循環流路
７０…冷却媒体循環部
７１…冷媒供給管
７２…冷媒排出管
７３…ラジエータ
７４…冷媒ポンプ
７５…三方弁
７６…バイパス管
７７…温度計測部
８０…ＤＣ／ＤＣコンバータ
８１…ＰＣＵ
８２…負荷
８３…セルモニタ
１００…燃料電池システム
ＦＡ…凍結部
【図１】
2019091594.tif 000003
【図２】
2019091594.tif 000004
【図３】
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【図４】
2019091594.tif 000006
【図５】
2019091594.tif 000007
【図６】
2019091594.tif 000008
【図７】
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【図８】
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