[go: up one dir, main page]

JP2007005000A - Control method for fuel cell system - Google Patents

Control method for fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP2007005000A
JP2007005000A JP2005180351A JP2005180351A JP2007005000A JP 2007005000 A JP2007005000 A JP 2007005000A JP 2005180351 A JP2005180351 A JP 2005180351A JP 2005180351 A JP2005180351 A JP 2005180351A JP 2007005000 A JP2007005000 A JP 2007005000A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
voltage
hydrogen
oxidant
cell system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2005180351A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Oma
敦史 大間
Yoshitaka Ono
義隆 小野
Yoshiki Nagahara
良樹 永原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2005180351A priority Critical patent/JP2007005000A/en
Publication of JP2007005000A publication Critical patent/JP2007005000A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system suppressing deterioration of an electrolyte membrane. <P>SOLUTION: In the fuel cell system having the electrolyte membrane, and a fuel electrode and an oxidant electrode between which the electrolyte membrane is interposed, while the fuel cell system is stopped in such a way as idling stop, cross leak of an electrolyte is detected, supply of hydrogen to the fuel electrode and supply of air to the oxidant electrode are stopped, and when the amount of the cross leak of the electrolyte membrane exceeds the prescribed amount, voltage of fuel cell is decreased once. and then the voltage of the fuel cell 1 is increased again to quickly decompose hydrogen peroxide generated by the cross leak. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は燃料電池システムの制御方法に関するものである。   The present invention relates to a control method for a fuel cell system.

例えば燃料電池を車両に搭載した場合には、燃料電池車両の燃費を向上するために車両のアイドル停止時には、新たな水素または空気などの反応ガスを供給せずに燃料電池の出力をゼロ、つまり燃料電池を開回路電圧(open circuit voltage、以下、OCVとする)として保持する。   For example, when a fuel cell is installed in a vehicle, the output of the fuel cell is reduced to zero without supplying a reaction gas such as new hydrogen or air when the vehicle is idle to improve the fuel consumption of the fuel cell vehicle. The fuel cell is held as an open circuit voltage (hereinafter referred to as OCV).

燃料電池を開回路電圧で保持した場合に、100h程度で燃料電池の単位セルあたりの電圧が0.9Vよりも低くなる。これは燃料電池において電解質膜を水素、または酸素がクロスリークすることにより、燃料極に酸素が、または酸化剤極に水素が混入し、燃料極、または酸化剤極で水素と酸素が反応して過酸化水素(以下、H22とする)が生成され、H22によって電解質を劣化させるためである。 When the fuel cell is held at an open circuit voltage, the voltage per unit cell of the fuel cell becomes lower than 0.9 V in about 100 hours. This is because hydrogen or oxygen cross-leaks through the electrolyte membrane in the fuel cell, so that oxygen is mixed into the fuel electrode or hydrogen is mixed into the oxidant electrode, and hydrogen and oxygen react at the fuel electrode or oxidant electrode. This is because hydrogen peroxide (hereinafter referred to as H 2 O 2 ) is generated and the electrolyte is deteriorated by H 2 O 2 .

そこで燃料電池の電圧を1.4VなどのOCV(0.95V程度)よりも高くすることでH22を効果的に分解する方法が非特許文献1に開示されており、この方法によってH22を分解することが可能である。
稲葉稔「固体高分子形燃料電池の研究開発固体高分子形燃料電池の劣化要因に関する研究」H13年度新エネルギー・産業技術総合開発機構報告書、平成14年3月
Therefore, Non-Patent Document 1 discloses a method for effectively decomposing H 2 O 2 by increasing the voltage of the fuel cell to an OCV such as 1.4 V (approximately 0.95 V). 2 O 2 can be decomposed.
Satoshi Inaba “Research and Development of Polymer Electrolyte Fuel Cell Research on Degradation Factors of Polymer Electrolyte Fuel Cell” FY2013 New Energy and Industrial Technology Development Organization Report, March 2002

しかし、燃料電池の通常のOCVは0.95V程度であり、H22を効果的に分解するには外部より電圧を印加する必要があり、燃料電池システムのエネルギー効率が悪くなる。 However, the normal OCV of the fuel cell is about 0.95 V, and in order to effectively decompose H 2 O 2 , it is necessary to apply a voltage from the outside, which deteriorates the energy efficiency of the fuel cell system.

さらに、OCV程度(0.8〜1.0V)の電圧下においては、酸化剤極中の触媒として例えば白金を用いた場合には、白金の表面に酸化被膜が形成され、また上述のような1.4V程度と比べて電位が低いので、H22の分解速度が遅くなり、H22によって電解質が劣化し、燃料電池を劣化させる、といった問題点がある。 Furthermore, under a voltage of about OCV (0.8 to 1.0 V), for example, when platinum is used as the catalyst in the oxidizer electrode, an oxide film is formed on the surface of the platinum, and the above-mentioned Since the potential is lower than about 1.4 V, there is a problem that the decomposition rate of H 2 O 2 is slowed, the electrolyte is deteriorated by H 2 O 2 , and the fuel cell is deteriorated.

本発明ではこのような問題点を解決するために発明されたもので、外部より電圧を印加せずにエネルギー効率の良い燃料電池システムによってH22を分解し、燃料電池の劣化を抑制することを目的とする。 The present invention has been invented to solve such problems. H 2 O 2 is decomposed by an energy efficient fuel cell system without applying voltage from the outside to suppress deterioration of the fuel cell. For the purpose.

本発明では、電解質膜と、電解質膜を挟持する燃料極と酸化剤極とを有する燃料電池と、燃料極に水素を供給する水素供給手段と、酸化剤極に酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、を備えた燃料電池システムにおいて、例えばアイドル停止状態などの燃料電池システムの停止時に、電解質膜のクロスリークを検出するクロスリーク検出手段と、水素供給手段と酸化剤供給手段とからの水素と酸化剤との供給を停止し、かつ電解質膜のクロスリーク量が所定量を超えた場合に、前記燃料電池の電圧を第1所定電圧まで低下させた後に、燃料電池の電圧を第1所定電圧よりも高くする電圧調整手段を備える。   In the present invention, a fuel cell having an electrolyte membrane, a fuel electrode sandwiching the electrolyte membrane and an oxidant electrode, a hydrogen supply means for supplying hydrogen to the fuel electrode, and an oxidant supply for supplying oxidant to the oxidant electrode A cross-leak detection means for detecting a cross leak of the electrolyte membrane when the fuel cell system is stopped, for example, in an idle stop state, and a hydrogen supplied from the hydrogen supply means and the oxidant supply means. When the supply of oxygen and the oxidizing agent is stopped and the cross leak amount of the electrolyte membrane exceeds a predetermined amount, the voltage of the fuel cell is reduced to the first predetermined voltage, and then the fuel cell voltage is set to the first predetermined voltage. Voltage adjustment means for making the voltage higher than the voltage is provided.

本発明によると、燃料電池システムの燃料電池の出力をゼロとする例えばアイドル運転停止時に、外部より電圧を印加させずにクロスリークによって発生するH22を速やかに分解することができる。 According to the present invention, when the output of the fuel cell of the fuel cell system is set to zero, for example, when idling is stopped, H 2 O 2 generated by cross leak can be quickly decomposed without applying voltage from the outside.

本発明の第1実施形態の燃料電池システムの概略構成について図1を用いて説明する。この実施形態は、燃料電池1と、燃料電池1の後述する燃料極41に水素を供給する水素ボンベ(水素供給手段)2と、燃料電池1の発電反応に使用されなかった排出水素を再び燃料極41に循環させる循環ポンプ3と、燃料電池1の後述する酸化剤極42に空気を供給するコンプレッサ(酸化剤供給手段)4と、燃料電池1によって発電した電力を消費する例えば抵抗などの負荷5と、燃料電池1の電圧を検出する電圧センサ6と、燃料電池1の出力を制御する出力制御手段7と、を備える。   A schematic configuration of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the fuel cell 1, a hydrogen cylinder (hydrogen supply means) 2 that supplies hydrogen to a fuel electrode 41 (to be described later) of the fuel cell 1, and exhaust hydrogen that has not been used for the power generation reaction of the fuel cell 1 are again fueled. A circulation pump 3 that circulates to the electrode 41, a compressor (oxidant supply means) 4 that supplies air to an oxidant electrode 42 (to be described later) of the fuel cell 1, and a load such as a resistor that consumes the power generated by the fuel cell 1 5, a voltage sensor 6 that detects the voltage of the fuel cell 1, and output control means 7 that controls the output of the fuel cell 1.

また、水素ボンベ2から燃料電池1の燃料極41に水素を供給する水素供給路10と、燃料電池1の発電に使用されなかった排出水素を再び燃料極41に環流させる循環流路11と、排出水素中の水素濃度が低くなった場合に排出水素を水素消費手段(図示せず)に送る水素排出路12と、を備える。なお、水素ボンベ2と燃料極41との間にはバルブV1を備え、水素排出路12にはバルブV2を備える。また、コンプレッサ4から酸化剤極42に空気を供給する空気供給路13と、燃料電池1の発電に使用されなかった排出空気を燃料電池システムの外部へ排出する空気排出路14と、を備える。バルブV2を開閉することにより排出水素を環流させるか、または水素消費手段に送るかを選択的に切り替える。   Also, a hydrogen supply path 10 for supplying hydrogen from the hydrogen cylinder 2 to the fuel electrode 41 of the fuel cell 1, a circulation channel 11 for recirculating the exhausted hydrogen that has not been used for power generation of the fuel cell 1 to the fuel electrode 41, And a hydrogen discharge path 12 for sending the discharged hydrogen to a hydrogen consuming means (not shown) when the hydrogen concentration in the discharged hydrogen becomes low. A valve V1 is provided between the hydrogen cylinder 2 and the fuel electrode 41, and a valve V2 is provided in the hydrogen discharge path 12. Further, an air supply path 13 for supplying air from the compressor 4 to the oxidant electrode 42 and an air discharge path 14 for discharging exhaust air that has not been used for power generation of the fuel cell 1 to the outside of the fuel cell system are provided. Open / close valve V2 is selectively switched to recirculate the exhaust hydrogen or send it to the hydrogen consuming means.

また、燃料電池システムに要求される出力に基づいて、循環ポンプ3と、コンプレッサ4と、出力制御手段7と、バルブV1、V2と、を制御するコントローラ20を備える。   Moreover, the controller 20 which controls the circulation pump 3, the compressor 4, the output control means 7, and valve | bulb V1, V2 based on the output requested | required of a fuel cell system is provided.

燃料電池1は単位セル30を複数積層して構成される。単位セル30について図2の概略構成図を用いて説明する。   The fuel cell 1 is configured by stacking a plurality of unit cells 30. The unit cell 30 will be described with reference to the schematic configuration diagram of FIG.

単位セル30は、固体高分子電解質膜(以下、電解質膜とする)31と、電解質膜31を挟持するアノード触媒層32とカソード触媒層33と、アノード触媒層32の外側に設けたアノードガス拡散層34と、カソード触媒層33の外側に設けたカソードガス拡散層35と、を備える。また、アノードガス拡散層34の外側に設けられ、水素流路36を有するアノードセパレータ37と、カソードガス拡散層35の外側に設けられ、空気流路38を有するカソードセパレータ39を備える。さらに水素または空気がリークしないようにエッジシール40を備える。なお、図示しないが、単位セル30を冷却する冷却水が流れる冷却水流路を設けても良い。   The unit cell 30 includes a solid polymer electrolyte membrane (hereinafter referred to as an electrolyte membrane) 31, an anode catalyst layer 32 and a cathode catalyst layer 33 that sandwich the electrolyte membrane 31, and anode gas diffusion provided outside the anode catalyst layer 32. A layer 34 and a cathode gas diffusion layer 35 provided outside the cathode catalyst layer 33. In addition, an anode separator 37 provided outside the anode gas diffusion layer 34 and having a hydrogen flow path 36 and a cathode separator 39 provided outside the cathode gas diffusion layer 35 and having an air flow path 38 are provided. Further, an edge seal 40 is provided so that hydrogen or air does not leak. Although not shown, a cooling water channel through which cooling water for cooling the unit cell 30 may be provided.

この実施形態ではアノード触媒層32とアノードガス拡散層34とを燃料極41とし、カソード触媒層33とカソードガス拡散層35とを酸化剤極42とする。   In this embodiment, the anode catalyst layer 32 and the anode gas diffusion layer 34 are the fuel electrode 41, and the cathode catalyst layer 33 and the cathode gas diffusion layer 35 are the oxidant electrode 42.

電解質膜31は、例えばデュポン社製のNafion(登録商標)などのパーフルオロスルホン酸などの高分子電解質膜である。   The electrolyte membrane 31 is a polymer electrolyte membrane such as perfluorosulfonic acid such as Nafion (registered trademark) manufactured by DuPont.

アノード触媒層32とカソード触媒層33とは、触媒として白金を担持するカーボンブラックである。なお、触媒としては白金に限られることはない。   The anode catalyst layer 32 and the cathode catalyst layer 33 are carbon black carrying platinum as a catalyst. The catalyst is not limited to platinum.

アノードガス拡散層35とカソードガス拡散層35は、例えばカーボンペーパ、カーボンクロスを使用する。   For the anode gas diffusion layer 35 and the cathode gas diffusion layer 35, for example, carbon paper or carbon cloth is used.

出力制御手段7は、燃料電池1の出力を制御する装置であり、燃料電池1の出力をステップ状に切り替え可能な装置である。つまり燃料電池1と負荷5との電気的な接続を選択的に切り替え可能な装置である。なお、出力制御手段7は、例えばモータ(図示せず)と電気的に接続し、モータで消費される電力に応じて、燃料電池1の出力を制御する。   The output control means 7 is a device that controls the output of the fuel cell 1 and is a device that can switch the output of the fuel cell 1 in a stepped manner. That is, it is a device that can selectively switch the electrical connection between the fuel cell 1 and the load 5. The output control means 7 is electrically connected to, for example, a motor (not shown), and controls the output of the fuel cell 1 according to the power consumed by the motor.

コントローラ20は燃料電池システムで消費される電力に基づいて燃料電池1の出力を算出し、出力制御手段7に燃料電池1の出力値を信号として伝達する。また、バルブV1、V2の開度、循環ポンプ3とコンプレッサ4との回転数などを制御し、燃料極41、酸化剤極42に供給される水素量、または空気量を調整する。   The controller 20 calculates the output of the fuel cell 1 based on the power consumed by the fuel cell system, and transmits the output value of the fuel cell 1 to the output control means 7 as a signal. Further, the amount of hydrogen or the amount of air supplied to the fuel electrode 41 and the oxidant electrode 42 is adjusted by controlling the opening degree of the valves V1 and V2, the rotational speed of the circulation pump 3 and the compressor 4, and the like.

燃料電池1の運転中には単位セル30において、電解質膜31を通って燃料極41へ空気が混入し、また酸化剤極42へ水素が混入するクロスリークが生じる。クロスリークが生じると、燃料極41、酸化剤極42の両極において水素と酸素がそれぞれ反応して、H22が生成される。後述するように、カソード触媒層33ではH22が分解されやすいため、H22の濃度はアノード触媒層32の方が高くなる。従って、H22は、電解質膜31の中を、アノード触媒層32からカソード触媒層33の側に濃度拡散により移動する。 During operation of the fuel cell 1, in the unit cell 30, cross leak occurs in which air is mixed into the fuel electrode 41 through the electrolyte membrane 31 and hydrogen is mixed into the oxidizer electrode 42. When a cross leak occurs, hydrogen and oxygen react with each other at both the fuel electrode 41 and the oxidant electrode 42 to generate H 2 O 2 . As described later, since H 2 O 2 is easily decomposed in the cathode catalyst layer 33, the concentration of H 2 O 2 is higher in the anode catalyst layer 32. Therefore, H 2 O 2 moves in the electrolyte membrane 31 from the anode catalyst layer 32 to the cathode catalyst layer 33 side by concentration diffusion.

このとき、燃料極41、酸化剤極42で生成されたH22は、高分子構造の電解質膜31を劣化させるおそれがあるが、生成されたH22は電位の観点から言うと、電位の高いカソード触媒層33の触媒によって分解することができる。従って、電解質膜31を介してカソード触媒層33に移動してきたH22は、基本的にはカソード触媒層33において分解される。アノード触媒層32は、H22が分解される電位(約0.6V)よりも低いため、H22の分解は殆ど生じない。上記のように、電位の高いカソード触媒層33においてH22は分解されやすい。しかしながら、電位が高いと白金の表面に酸化被膜が形成されるためにH22は分解されにくくなる。一方、燃料電池1に要求される出力が比較的高い通常の運転時には、燃料電池1の電圧は低くなる。つまり、カソード触媒層33の電位は低くなる。このとき、カソード触媒層33では、触媒である白金の表面に形成されていた酸化被膜が還元され、酸化被膜の形成量が少なくなる。とりわけ0.7V以上であれば、H22は速やかに分解される。そのため電解質膜31の劣化は抑制される。 At this time, H 2 O 2 generated at the fuel electrode 41 and the oxidant electrode 42 may deteriorate the electrolyte membrane 31 having a polymer structure, but the generated H 2 O 2 is from the viewpoint of potential. It can be decomposed by the catalyst of the cathode catalyst layer 33 having a high potential. Therefore, H 2 O 2 that has moved to the cathode catalyst layer 33 via the electrolyte membrane 31 is basically decomposed in the cathode catalyst layer 33. The anode catalyst layer 32 is lower than the potential (about 0.6V) of H 2 O 2 is decomposed, the decomposition of H 2 O 2 hardly occurs. As described above, H 2 O 2 is easily decomposed in the cathode catalyst layer 33 having a high potential. However, when the electric potential is high, an oxide film is formed on the surface of platinum, so that H 2 O 2 is hardly decomposed. On the other hand, during normal operation where the output required for the fuel cell 1 is relatively high, the voltage of the fuel cell 1 is low. That is, the potential of the cathode catalyst layer 33 is lowered. At this time, in the cathode catalyst layer 33, the oxide film formed on the surface of platinum as a catalyst is reduced, and the amount of oxide film formed is reduced. In particular, if it is 0.7 V or more, H 2 O 2 is rapidly decomposed. Therefore, deterioration of the electrolyte membrane 31 is suppressed.

しかし、燃料電池1から取り出す出力がゼロとなるアイドル停止時には、燃料電池1の電圧が0.95V程度と高くなり、酸化剤極42の電位が高くなる。これによりカソード触媒層33では、白金の表面に酸化被膜が形成される。白金の表面に酸化被膜が形成されると、白金の活性が低下する。そのためクロスリークによってH22が生成された場合に、H22を分解する機能が低下し、H22によって電解質膜31の劣化が生じる。この実施形態では、アイドル停止時に生じる電解質膜31の劣化を抑制する。 However, at the time of idling stop when the output taken out from the fuel cell 1 becomes zero, the voltage of the fuel cell 1 becomes as high as about 0.95 V, and the potential of the oxidizer electrode 42 becomes high. Thereby, in the cathode catalyst layer 33, an oxide film is formed on the surface of platinum. When an oxide film is formed on the surface of platinum, the activity of platinum decreases. Therefore, when H 2 O 2 is generated by cross leak, the function of decomposing H 2 O 2 is lowered, and the electrolyte membrane 31 is deteriorated by H 2 O 2 . In this embodiment, the deterioration of the electrolyte membrane 31 that occurs during idle stop is suppressed.

次にコントローラ20によって行う燃料電池システムの制御について図3のフローチャートを用いて説明する。この実施形態の制御はアイドル停止時に行う制御である。なお、通常の運転時には出力制御手段7によって燃料電池1と負荷5とは電気的に切断されている。   Next, control of the fuel cell system performed by the controller 20 will be described with reference to the flowchart of FIG. The control of this embodiment is control performed when idling is stopped. During normal operation, the fuel cell 1 and the load 5 are electrically disconnected by the output control means 7.

ステップS100では、燃料電池システムにおいてアイドル停止の信号を受けると、バルブV1、V2を閉じて、循環ポンプ3を動作させて排出水素のみを燃料極41に環流させる。直前まで循環ポンプ3が稼働している場合は、継続して稼働させる。また、コンプレッサ4を停止し、酸化剤極42への空気の供給を停止する。このとき電解質膜31においてクロスリークが生じていない場合には、燃料電池1の電圧は比較的高く維持される。しかし、クロスリークが生じると、燃料極41、酸化剤極42においてH22が生成される。そのためクロスリークが生じると、燃料極41では水素が減少して酸素が増し、また、酸化剤極42では空気中の酸素が減少して水素が増すために、燃料電池1の電圧が低下する。 In step S100, when an idle stop signal is received in the fuel cell system, the valves V1 and V2 are closed, and the circulation pump 3 is operated to circulate only the discharged hydrogen to the fuel electrode 41. When the circulation pump 3 is operating until just before, it is continuously operated. Further, the compressor 4 is stopped, and the supply of air to the oxidant electrode 42 is stopped. At this time, when no cross leak occurs in the electrolyte membrane 31, the voltage of the fuel cell 1 is maintained relatively high. However, when a cross leak occurs, H 2 O 2 is generated at the fuel electrode 41 and the oxidant electrode 42. Therefore, when a cross leak occurs, hydrogen decreases in the fuel electrode 41 and oxygen increases, and in the oxidizer electrode 42, oxygen in the air decreases and hydrogen increases, so the voltage of the fuel cell 1 decreases.

ステップS101では、電圧センサ6によって燃料電池1の電圧を検出し、燃料電池1の単位セル30あたりの電圧Vを算出する。そして電圧Vが所定電圧(所定量、第2所定電圧)V1よりも低くなるとステップS102へ進む。   In step S101, the voltage of the fuel cell 1 is detected by the voltage sensor 6, and the voltage V per unit cell 30 of the fuel cell 1 is calculated. When the voltage V becomes lower than the predetermined voltage (predetermined amount, second predetermined voltage) V1, the process proceeds to step S102.

ここで、図4に電解質膜における温度に対するクロスリーク相対量特性を示す。図4において、ガスの相対湿度をα%とした場合の電解質膜Aのクロスリーク相対量を実線で示し、ガスの相対湿度をα%とした場合の電解質膜Bのクロスリーク相対量を一点鎖線で示す。また、電解質膜Aにおいてガスの相対湿度をβ%(α<β)とした場合のクロスリーク相対量を破線で示す。なお、電解質膜Aと電解質膜Bは異なる種類の電解質膜であり、膜の厚さは同じ厚さとする。   Here, FIG. 4 shows the cross leak relative amount characteristic with respect to the temperature in the electrolyte membrane. In FIG. 4, the cross leak relative amount of the electrolyte membrane A when the relative humidity of the gas is α% is indicated by a solid line, and the cross leak relative amount of the electrolyte membrane B when the relative humidity of the gas is α% is indicated by a dashed line. It shows with. In the electrolyte membrane A, the cross leak relative amount when the relative humidity of the gas is β% (α <β) is indicated by a broken line. The electrolyte membrane A and the electrolyte membrane B are different types of electrolyte membranes, and the thicknesses of the membranes are the same.

図4によると、相対湿度をα%とした場合に電解質膜Aと電解質膜Bとはクロスリーク量が異なっており、ともに温度が高くなるとクロスリーク量は増加する。また、同じ電解質膜Aを用いた場合でも相対湿度が高くなるとクロスリーク量も増加する。   According to FIG. 4, when the relative humidity is α%, the electrolyte membrane A and the electrolyte membrane B have different cross leak amounts, and the cross leak amount increases as the temperature increases. Even when the same electrolyte membrane A is used, the cross leak amount increases as the relative humidity increases.

以上のように、電解質膜31の種類、水素または空気の湿度や温度など使用条件によって電解質膜31におけるクロスリーク量は変化する。この実施形態では、図4に示すマップから使用する電解質膜31に応じて所定電圧V1を設定する。所定電圧V1は燃料電池1においてクロスリークが生じているかどうかを判定する電圧であり、この実施形態では所定電圧V1を0.92Vとする(ステップS101がクロスリーク検出手段を構成する)。   As described above, the amount of cross leak in the electrolyte membrane 31 varies depending on the type of the electrolyte membrane 31 and the use conditions such as the humidity and temperature of hydrogen or air. In this embodiment, the predetermined voltage V1 is set according to the electrolyte membrane 31 used from the map shown in FIG. The predetermined voltage V1 is a voltage for determining whether or not a cross leak has occurred in the fuel cell 1. In this embodiment, the predetermined voltage V1 is set to 0.92 V (step S101 constitutes a cross leak detecting means).

ステップS102では、出力制御手段7によって燃料電池1と負荷5とを電気的に接続し、出力制御手段7によって燃料電池1の最大出力の5%に相当する出力を取り出す。なお、燃料電池1の最大出力の5%に相当する出力までの到達時間は1秒とする。取り出した出力は負荷5によって消費される。   In step S102, the output control means 7 electrically connects the fuel cell 1 and the load 5, and the output control means 7 takes out an output corresponding to 5% of the maximum output of the fuel cell 1. The arrival time until the output corresponding to 5% of the maximum output of the fuel cell 1 is 1 second. The extracted output is consumed by the load 5.

ここで燃料電池1の単位セル30あたりの電圧をOCVと所定電圧との間で電圧を繰り返し変化させた場合、つまり燃料電池1の出力をゼロとする状態から、単位セル30あたりの電圧が所定電圧となる出力まで繰り返し変化させた場合の単位セル30あたりの電圧と、カソード触媒層33の電気化学的表面積(以下、ECAとする)の変化量と、の関係を図5に示す。なお、所定電圧は単位セル30の電圧が高い順番にA、B、C、D、Eの5つの種類の電圧とし、各電圧に対応する燃料電池1から取り出す出力の大きさをそれぞれ出力が小さい順番にa、b、c、d、eとする。また、カソード触媒層33のECAの変化量は、サイクリックボルタンメトリーによって得られるカソード触媒層33のECAとOCVのECAとの比率で示す。ECAの変化量は比率が大きくなる程、カソード触媒層33の白金の溶出が多くなることを示す。   Here, when the voltage per unit cell 30 of the fuel cell 1 is repeatedly changed between the OCV and a predetermined voltage, that is, from the state where the output of the fuel cell 1 is zero, the voltage per unit cell 30 is predetermined. FIG. 5 shows the relationship between the voltage per unit cell 30 and the amount of change in the electrochemical surface area (hereinafter referred to as ECA) of the cathode catalyst layer 33 when it is repeatedly changed to the voltage output. The predetermined voltage is set to five types of voltages A, B, C, D, and E in descending order of the voltage of the unit cell 30, and the output output from the fuel cell 1 corresponding to each voltage is small. In order, they are a, b, c, d, and e. The amount of change in the ECA of the cathode catalyst layer 33 is indicated by the ratio of the ECA of the cathode catalyst layer 33 and the ECA of OCV obtained by cyclic voltammetry. The amount of change in ECA indicates that as the ratio increases, the elution of platinum from the cathode catalyst layer 33 increases.

図5によると燃料電池1をOCVに保持するよりも、OCVと所定電圧との間で電圧変化を繰り返した方が、白金の溶出が多くなる。また、所定電圧を低くする程、白金の溶出量が多くなる。OCVから所定電圧まで単位セル30の電圧を低下させることで、カソード触媒層33の電位が低下し、カソード触媒層33の白金の表面に形成された酸化被膜が還元され、乖離する。その後に再び単位セル30の電圧を高くすると、カソード触媒層33が高電位となり、白金に酸化被膜が形成されるまでの間に白金がイオン化し、カソード触媒層33から溶出する。そのためOCVと所定電圧との間で電圧変化を繰り返すと、カソード触媒層33の電位変化と白金の酸化還元の繰り返しにより、カソード触媒層33から白金が溶出する。   According to FIG. 5, platinum is more eluted when the voltage change is repeated between the OCV and the predetermined voltage than when the fuel cell 1 is held at the OCV. Further, the lower the predetermined voltage, the more platinum is eluted. By reducing the voltage of the unit cell 30 from the OCV to a predetermined voltage, the potential of the cathode catalyst layer 33 is reduced, and the oxide film formed on the platinum surface of the cathode catalyst layer 33 is reduced and separated. Thereafter, when the voltage of the unit cell 30 is increased again, the cathode catalyst layer 33 becomes a high potential, and platinum is ionized and eluted from the cathode catalyst layer 33 until an oxide film is formed on platinum. Therefore, when the voltage change is repeated between the OCV and a predetermined voltage, platinum is eluted from the cathode catalyst layer 33 due to the potential change of the cathode catalyst layer 33 and the oxidation / reduction of platinum.

また、所定電圧をBよりも小さく、つまり燃料電池1から取り出す出力をbよりも大きくした場合には、ECAの変化量が大きくなり、白金の溶出量の増加割合が多くなる。さらに所定電圧をDよりも小さくすると、ECAの変化量は小さく、つまり白金の溶出量の増加割合が小さくなる。   Further, when the predetermined voltage is smaller than B, that is, when the output taken out from the fuel cell 1 is larger than b, the amount of change in ECA increases, and the rate of increase in the elution amount of platinum increases. Further, when the predetermined voltage is made smaller than D, the change amount of ECA is small, that is, the increase rate of the elution amount of platinum is small.

以上により、所定電圧(第1所定電圧)をB以上、つまり燃料電池1から取り出す出力をb以下とすることで、白金の溶出を低減でき、さらに白金の表面の酸化被膜の一部を還元することで、クロスリークにより生成されるH22を分解し、電解質膜31の劣化を抑制することができる。 As described above, elution of platinum can be reduced and a part of the oxide film on the surface of platinum is reduced by setting the predetermined voltage (first predetermined voltage) to B or higher, that is, the output taken out from the fuel cell 1 to b or lower. Thus, H 2 O 2 generated by cross leak can be decomposed and deterioration of the electrolyte membrane 31 can be suppressed.

ステップS102において燃料電池1の出力を燃料電池1の最大出力の5%と設定したしたが、これは燃料電池1の出力がb以下となるように設定するものである。燃料電池1の出力はb以下となればよいが、燃料電池1の出力をbと近くすることが望ましい。なお、燃料電池1の出力bは予め実験などによって設定するが、ここでは単位セル30あたりの電圧が0.78V以上となるような出力とする。   In step S102, the output of the fuel cell 1 is set to 5% of the maximum output of the fuel cell 1, and this is set so that the output of the fuel cell 1 is equal to or less than b. The output of the fuel cell 1 may be less than or equal to b, but it is desirable that the output of the fuel cell 1 be close to b. Note that the output b of the fuel cell 1 is set in advance by experiments or the like, but here the output is set so that the voltage per unit cell 30 is 0.78 V or more.

ステップS103では、単位セル30あたりの電圧が所定電圧Bとなると、出力制御手段7によって燃料電池1と負荷5との電気的な接続をステップ状に切断し、燃料電池1から取り出す出力をゼロとする。出力をゼロとした後、循環ポンプ3は継続して稼働させても良いし停止しても良いが、アノード触媒層32において水素欠乏が発生すると、水素欠乏したアノード触媒層32に対向するカソード触媒層33の電位が上昇してカーボン腐食が発生するため、アノード触媒層32で水素欠乏が生じないように、循環ポンプ3を制御することが望ましい。これにより酸化剤極42の電位が高くなり、カソード触媒層33では再び白金の表面に酸化被膜が形成される(ステップS102とステップS103が電圧調整手段を構成する)。   In step S103, when the voltage per unit cell 30 reaches the predetermined voltage B, the output control means 7 disconnects the electrical connection between the fuel cell 1 and the load 5 in a step-like manner, and the output taken out from the fuel cell 1 is set to zero. To do. After the output is set to zero, the circulation pump 3 may be continuously operated or stopped. However, when hydrogen deficiency occurs in the anode catalyst layer 32, the cathode catalyst facing the anode catalyst layer 32 deficient in hydrogen. Since the potential of the layer 33 rises and carbon corrosion occurs, it is desirable to control the circulation pump 3 so that hydrogen deficiency does not occur in the anode catalyst layer 32. As a result, the potential of the oxidant electrode 42 is increased, and an oxide film is formed again on the platinum surface in the cathode catalyst layer 33 (steps S102 and S103 constitute a voltage adjusting means).

なお、この制御中に例えばアクセルの踏み込みなどによる燃料電池1からの出力取り出し信号を受けた場合には、この制御を中止し、信号に基づいて燃料電池1で発電を開始する。   When an output extraction signal is received from the fuel cell 1 due to, for example, depression of an accelerator during this control, this control is stopped and power generation is started in the fuel cell 1 based on the signal.

また、ステップS102において燃料電池1の出力を燃料電池1の最大出力の5%としたが、これに限られることはなく、電解質膜31の劣化を抑制し、白金の溶出を抑制する燃料電池1の出力に設定する。   In step S102, the output of the fuel cell 1 is set to 5% of the maximum output of the fuel cell 1. However, the output is not limited to this. The fuel cell 1 suppresses the deterioration of the electrolyte membrane 31 and suppresses the elution of platinum. Set to output.

以上の制御によって、燃料電池システムのアイドル停止時に、電解質膜31でのクロスリーク量が多くなると、燃料電池1を負荷5と一時的に接続し、燃料電池1の電圧を低下させ、燃料極41、酸化剤極42の電位を下げ、白金の表面の酸化被膜を還元する。これにより触媒である白金の活性を上げ、クロスリークによって生成したH22を分解することができる。 With the above control, when the amount of cross leak in the electrolyte membrane 31 increases when the fuel cell system is idling, the fuel cell 1 is temporarily connected to the load 5, the voltage of the fuel cell 1 is lowered, and the fuel electrode 41 is reduced. Then, the potential of the oxidant electrode 42 is lowered to reduce the oxide film on the surface of platinum. Thereby, the activity of platinum as a catalyst can be increased, and H 2 O 2 generated by cross leak can be decomposed.

本発明の第1実施形態の効果について説明する。   The effect of 1st Embodiment of this invention is demonstrated.

ここで単位セル30をOCVに保持した場合と、OCVから所定電圧Bまでの間で電圧をサイクル変化させた場合と、の燃料極41と酸化剤極42とから排出されるドレイン水中に含まれるフッ素イオン(F-)の排出速度の相対比較結果を図6に示す。なおフッ素イオンの排出速度は単位セル30をOCVに保持した場合を1とする。 Here, when the unit cell 30 is held at the OCV and when the voltage is cycle-changed between the OCV and the predetermined voltage B, the unit cell 30 is included in the drain water discharged from the fuel electrode 41 and the oxidant electrode 42. The relative comparison result of the discharge rate of fluorine ions (F ) is shown in FIG. The fluorine ion discharge rate is 1 when the unit cell 30 is held in the OCV.

図6に示すように、OCVから所定電圧Bまでの間で電圧をサイクル変化させた場合には、フッ素イオンの排出速度が抑制される。つまり、燃料極41と酸化剤極42では共に電解質膜31の劣化が抑制されることがわかる。   As shown in FIG. 6, when the voltage is cycle-changed from the OCV to the predetermined voltage B, the fluorine ion discharge rate is suppressed. That is, it can be seen that both the fuel electrode 41 and the oxidant electrode 42 suppress the deterioration of the electrolyte membrane 31.

この実施形態では、燃料電池システムのアイドル停止時に、単位セル30あたりの電圧が所定電圧V1よりも低くなると、燃料電池1の電圧を一時的に低下させる。これにより、燃料極41と酸化剤極42、特に酸化剤極42の白金の表面に形成される酸化被膜の一部を還元して白金の活性を上げることで、水素、または空気のクロスリークにより生成されたH22を分解し、電解質膜31の劣化を抑制することができる。 In this embodiment, when the voltage per unit cell 30 becomes lower than the predetermined voltage V1 at the time of idling stop of the fuel cell system, the voltage of the fuel cell 1 is temporarily reduced. As a result, by reducing a part of the oxide film formed on the surface of the platinum of the fuel electrode 41 and the oxidant electrode 42, particularly the oxidant electrode 42, the activity of the platinum is increased. The generated H 2 O 2 can be decomposed and deterioration of the electrolyte membrane 31 can be suppressed.

燃料電池1の電圧を低下させる場合に、白金の溶出が少なくなる範囲、例えば単位セル30あたりの電圧が図4に示すB以上となる範囲で電圧を変化させて、白金の表面に酸化被膜を乖離させるので、アノード触媒層32、カソード触媒層33における白金の溶出を少なくし、かつクロスリークによって生成されたH22を分解し、電解質膜31の劣化を抑制することができる。 When the voltage of the fuel cell 1 is lowered, the voltage is changed in a range where the elution of platinum is reduced, for example, the voltage per unit cell 30 is not less than B shown in FIG. Since they are separated from each other, elution of platinum in the anode catalyst layer 32 and the cathode catalyst layer 33 can be reduced, and H 2 O 2 generated by cross leak can be decomposed to suppress deterioration of the electrolyte membrane 31.

また、燃料電池1の電圧を低下させる場合に、短い時間、例えば1秒で燃料電池1の電圧を低下させるので、電圧を低下させる際にアノード触媒層32で消費する水素の量を極力少なくすることができるため、燃料電池システムのエネルギー効率を良くすることができる。   Further, when the voltage of the fuel cell 1 is lowered, the voltage of the fuel cell 1 is lowered in a short time, for example, 1 second, so that the amount of hydrogen consumed in the anode catalyst layer 32 when the voltage is lowered is minimized. Therefore, the energy efficiency of the fuel cell system can be improved.

燃料電池1の電圧を一旦低下させた後に、再び高くする場合にモータ5と燃料電池1との電気的な接続をステップ状に切断することで、白金の表面に酸化被膜を瞬間的に形成することができ、白金の溶出を抑制することができる。   When the voltage of the fuel cell 1 is once lowered and then increased again, the electrical connection between the motor 5 and the fuel cell 1 is cut stepwise to form an oxide film instantaneously on the platinum surface. And elution of platinum can be suppressed.

次に本発明の第2実施形態について図7の概略構成図を用いて説明する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the schematic configuration diagram of FIG.

この実施形態は、第1実施形態の燃料電池システムにおいて、負荷5に代えて燃料電池1と出力制御手段7により電気的に接続する二次電池(電力充放電手段)8を備える。その他の構成は第1実施形態と同じ構成なので、ここでの説明は省略する。   This embodiment includes a secondary battery (power charging / discharging means) 8 electrically connected to the fuel cell 1 by the output control means 7 in place of the load 5 in the fuel cell system of the first embodiment. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted here.

二次電池8は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池、または電気二重層キャパシタなどであり、燃料電池システムから取り出す出力に応じて充放電を行う。   The secondary battery 8 is, for example, a lithium ion battery, a nickel metal hydride battery, an electric double layer capacitor, or the like, and performs charge / discharge according to the output taken out from the fuel cell system.

次にコントローラ20によって行う燃料電池システムの制御について図8のフローチャートを用いて説明する。   Next, control of the fuel cell system performed by the controller 20 will be described with reference to the flowchart of FIG.

ステップS200とステップS201は第1実施形態のステップS100とステップS101と同じ制御なので、ここでの説明は省略する。   Since step S200 and step S201 are the same control as step S100 and step S101 of the first embodiment, description thereof is omitted here.

ステップS202では、出力制御手段7によって燃料電池1と二次電池8とを電気的に接続し、燃料電池1の最大出力の5%に相当する出力を取り出す。なお、燃料電池1の最大出力の5%に相当する出力までの到達時間は1秒とする。これにより燃料電池1の電圧を低下させ、カソード触媒層33の白金の表面に形成された酸化被膜の一部を還元して白金の活性を上げることで、クロスリークにより生成されたH22を分解することができる。さらに燃料電池1から二次電池8に充電を行い燃料電池システムのエネルギー効率を良くすることができる。なお、出力制御手段7によって、二次電池8における充電効率が良くなるように、燃料電池1の出力と、到達時間を制御して充電することが望ましい。 In step S 202, the fuel cell 1 and the secondary battery 8 are electrically connected by the output control means 7, and an output corresponding to 5% of the maximum output of the fuel cell 1 is taken out. The arrival time until the output corresponding to 5% of the maximum output of the fuel cell 1 is 1 second. As a result, the voltage of the fuel cell 1 is lowered, and a part of the oxide film formed on the platinum surface of the cathode catalyst layer 33 is reduced to increase the activity of platinum, thereby generating H 2 O 2 generated by cross leak. Can be disassembled. Furthermore, the energy efficiency of the fuel cell system can be improved by charging the secondary battery 8 from the fuel cell 1. In addition, it is desirable that the output of the fuel cell 1 and the arrival time are controlled by the output control means 7 so that the charging efficiency of the secondary battery 8 is improved.

ステップS203では、単位セル30あたりの電圧が所定電圧Bとなると、出力制御手段7によって燃料電池1と二次電池8との電気的な接続を切断し、燃料電池1の出力をゼロとする。これにより、燃料電池1の電圧を高くし、カソード触媒層33の白金の表面に酸化被膜を形成する。   In step S203, when the voltage per unit cell 30 reaches the predetermined voltage B, the output control means 7 disconnects the electrical connection between the fuel cell 1 and the secondary battery 8 and sets the output of the fuel cell 1 to zero. As a result, the voltage of the fuel cell 1 is increased, and an oxide film is formed on the platinum surface of the cathode catalyst layer 33.

ステップS204では、電圧センサ6によって燃料電池1の電圧を検出し、単位セル30あたりの電圧Vと所定電圧V2とを比較する。そして電圧Vが所定電圧V2よりも高い場合には、ステップS201へ戻り、上記制御を繰り返す。一方、電圧Vが所定電圧V2よりも低い場合には本制御を終了する。電圧Vが所定電圧V2よりも低くなると、燃料極41の水素または酸化剤極42の空気中の酸素が少なくなり、クロスリークが抑制されることで、電解質膜31の劣化が生じないと判断する。好ましくは、第1の実施形態に記載した通り、酸化剤極におけるカーボン腐食の観点から、酸化剤極42の空気中の酸素が少なくなる状態が良い。なお、所定電圧V2は電解質膜31の劣化と、白金の溶出、または次回の運転開始時のカソード触媒層33におけるカーボン腐食などを考慮して設定され、ここでは0.6Vとする。   In step S204, the voltage of the fuel cell 1 is detected by the voltage sensor 6, and the voltage V per unit cell 30 is compared with the predetermined voltage V2. If the voltage V is higher than the predetermined voltage V2, the process returns to step S201 and the above control is repeated. On the other hand, when the voltage V is lower than the predetermined voltage V2, this control is terminated. When the voltage V is lower than the predetermined voltage V2, it is determined that hydrogen in the fuel electrode 41 or oxygen in the air in the oxidant electrode 42 is reduced, and cross leak is suppressed, so that the electrolyte membrane 31 does not deteriorate. . Preferably, as described in the first embodiment, from the viewpoint of carbon corrosion at the oxidant electrode, a state where oxygen in the air of the oxidant electrode 42 is reduced is good. The predetermined voltage V2 is set in consideration of deterioration of the electrolyte membrane 31, elution of platinum, or carbon corrosion in the cathode catalyst layer 33 at the start of the next operation, and is set to 0.6 V here.

以上の制御により、アイドル停止時に燃料電池1の電圧を低下させる場合に、燃料電池1と二次電池8とを電気的に接続することで、燃料電池1によって発電された電力を二次電池8へ充電する。   By the above control, when the voltage of the fuel cell 1 is lowered at the time of idling stop, the fuel cell 1 and the secondary battery 8 are electrically connected so that the electric power generated by the fuel cell 1 is converted into the secondary battery 8. To charge.

本発明の第2実施形態の効果について説明する。   The effect of 2nd Embodiment of this invention is demonstrated.

この実施形態では、アイドル停止時に燃料電池1の電圧を低下させてクロスリークにより生成されたH22を分解する場合に、燃料電池1と二次電池8とを電気的に接続し、燃料電池1の電圧を低下させ、燃料電池1によって生じる電力を二次電池8に充電することで、燃料電池システムのエネルギー効率を良くすることができる。 In this embodiment, when the H 2 O 2 generated by the cross leak is decomposed by lowering the voltage of the fuel cell 1 at the time of idling stop, the fuel cell 1 and the secondary battery 8 are electrically connected, and the fuel The energy efficiency of the fuel cell system can be improved by reducing the voltage of the battery 1 and charging the secondary battery 8 with the electric power generated by the fuel cell 1.

次に本発明の第3実施形態の燃料電池システムについて図9を用いて説明する。   Next, a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

この実施形態の燃料電池システムは第2実施形態に加えてタイマ(時間計測手段)9を備える。そのたの構成については第2実施形態と同じ構成なので、ここでの説明は省略する。   The fuel cell system of this embodiment includes a timer (time measuring means) 9 in addition to the second embodiment. Since the configuration is the same as that of the second embodiment, a description thereof is omitted here.

次にコントローラ20によって行う燃料電池システムの制御について図10のフローチャートを用いて説明する。   Next, control of the fuel cell system performed by the controller 20 will be described with reference to the flowchart of FIG.

ステップS300では、燃料電池システムにおいてアイドル停止の信号を受けると、バルブV1、V2を閉じて、循環ポンプ3を所定の回転数で間欠的に動作させて排出水素のみを燃料極41に環流させる。また、コンプレッサ4を停止し、酸化剤極42への空気の供給を停止する。このとき電解質膜31においてクロスリークが生じていない場合には、燃料電池1の電圧は比較的高く維持される。しかし、クロスリークが生じると、燃料極41、酸化剤極42においてH22が生成される。そのため燃料極41では水素が減少して酸素が増し、酸化剤極42では空気中の酸素が減少して水素が増すために、燃料電池1の電圧が低下する。循環ポンプ3を所定の回転数で間欠的に動作させることで、循環ポンプ3を動作させるために必要なエネルギーを低減することができる。 In step S300, when an idle stop signal is received in the fuel cell system, the valves V1 and V2 are closed, and the circulation pump 3 is intermittently operated at a predetermined rotational speed to circulate only the discharged hydrogen to the fuel electrode 41. Further, the compressor 4 is stopped, and the supply of air to the oxidant electrode 42 is stopped. At this time, when no cross leak occurs in the electrolyte membrane 31, the voltage of the fuel cell 1 is maintained relatively high. However, when a cross leak occurs, H 2 O 2 is generated at the fuel electrode 41 and the oxidant electrode 42. Therefore, hydrogen decreases and oxygen increases in the fuel electrode 41, and oxygen in the air decreases and hydrogen increases in the oxidizer electrode 42, so the voltage of the fuel cell 1 decreases. By operating the circulation pump 3 intermittently at a predetermined rotational speed, the energy required to operate the circulation pump 3 can be reduced.

ステップS301では、燃料電池システムにおいてアイドル停止を行ってからの時間tをタイマ9によって測定し、時間tが所定時間t1を経過したかどうか判定する。そして時間tが所定時間t1を経過すると、ステップS302へ進む。所定時間t1は、図4に示すマップなどに基づいて設定される時間であり、アイドル停止を行ってから電解質膜31におけるクロスリークの量が所定量を超える時間である。   In step S301, a time t after the idling stop in the fuel cell system is measured by the timer 9, and it is determined whether or not the time t has passed the predetermined time t1. Then, when the time t has passed the predetermined time t1, the process proceeds to step S302. The predetermined time t1 is a time set based on the map shown in FIG. 4 and the like, and is a time when the amount of cross leak in the electrolyte membrane 31 exceeds a predetermined amount after the idling stop.

ステップS302ではからステップS304までの制御は第2実施形態のステップS202からステップS204までの制御と同じなので、ここでの説明は省略する。   Since the control from step S302 to step S304 is the same as the control from step S202 to step S204 of the second embodiment, description thereof is omitted here.

以上の制御によって、アイドル停止時に燃料電池1の電圧を低下させる場合に、燃料電池1と二次電池8とを電気的に接続することで、燃料電池1によって発電された電力を二次電池8へ充電する。   With the above control, when the voltage of the fuel cell 1 is lowered at the time of idling stop, the fuel cell 1 and the secondary battery 8 are electrically connected, so that the electric power generated by the fuel cell 1 is converted into the secondary battery 8. To charge.

本発明の第3実施形態の効果について説明する。   The effect of the third embodiment of the present invention will be described.

この実施形態では、第2実施形態の効果に加えて、循環ポンプ3を間欠的に運転することで、循環ポンプ3で消費される電力を少なくすることができ、燃料電池システムのエネルギー効率を良くすることができる。   In this embodiment, in addition to the effects of the second embodiment, by intermittently operating the circulation pump 3, the power consumed by the circulation pump 3 can be reduced, and the energy efficiency of the fuel cell system is improved. can do.

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。   It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications and improvements that can be made within the scope of the technical idea.

燃料電池自動車に搭載する燃料電池システムに利用することができる。   It can be used for a fuel cell system mounted on a fuel cell vehicle.

本発明の第1実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態の単位セルの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the unit cell of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態のアイドルストップ状態における制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control in the idle stop state of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の電解質膜における温度に対するクロスリーク相対量を示すマップである。It is a map which shows the cross leak relative quantity with respect to the temperature in the electrolyte membrane of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の単位セルの電圧変化に対するカソード触媒層の電気化学的表面積の変化量を示すマップである。It is a map which shows the variation | change_quantity of the electrochemical surface area of a cathode catalyst layer with respect to the voltage change of the unit cell of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の単位セルをOCVに保持した場合と、OCVから所定電圧Bまで間で電圧をサイクル変化させた場合と、のフッ素イオンの排出速度を示すマップである。It is a map which shows the discharge | emission speed | rate of the fluorine ion of the case where the unit cell of 1st Embodiment of this invention is hold | maintained at OCV, and the case where a voltage is cycle-changed from OCV to the predetermined voltage B. 本発明の第2実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態のアイドルストップ状態における制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control in the idle stop state of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system of 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態のアイドルストップ状態における制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control in the idle stop state of 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池
2 水素ボンベ(水素供給手段)
3 循環ポンプ
4 コンプレッサ(酸化剤供給手段)
5 負荷
6 電圧センサ
7 出力制御手段
8 二次電池(電力充放電手段)
20 コントローラ
30 単位セル
31 固体高分子電解質膜(電解質膜)
32 アノード触媒層
33 カソード触媒層
41 燃料極
42 酸化剤極
1 Fuel cell 2 Hydrogen cylinder (hydrogen supply means)
3 Circulating pump 4 Compressor (oxidant supply means)
5 Load 6 Voltage sensor 7 Output control means 8 Secondary battery (power charge / discharge means)
20 controller 30 unit cell 31 polymer electrolyte membrane (electrolyte membrane)
32 Anode catalyst layer 33 Cathode catalyst layer 41 Fuel electrode 42 Oxidant electrode

Claims (8)

電解質膜と、前記電解質膜を挟持する燃料極と酸化剤極とを有する燃料電池と、
前記燃料極に水素を供給する水素供給手段と、
前記酸化剤極に酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記電解質膜のクロスリークを検出するクロスリーク検出手段と、
前記燃料電池システムの停止時に、前記水素供給手段と前記酸化剤供給手段とからの前記水素と前記酸化剤との供給を停止し、かつ前記電解質膜のクロスリーク量が所定量を超えた場合に、前記燃料電池の電圧を第1所定電圧まで低下させた後に、前記燃料電池の電圧を前記第1所定電圧よりも高くする電圧調整手段を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell having an electrolyte membrane, and a fuel electrode and an oxidizer electrode sandwiching the electrolyte membrane;
Hydrogen supply means for supplying hydrogen to the fuel electrode;
An oxidant supply means for supplying an oxidant to the oxidant electrode, and a fuel cell system comprising:
Cross leak detection means for detecting cross leak of the electrolyte membrane;
When the supply of the hydrogen and the oxidant from the hydrogen supply means and the oxidant supply means is stopped and the cross leak amount of the electrolyte membrane exceeds a predetermined amount when the fuel cell system is stopped A fuel cell system comprising voltage adjusting means for making the voltage of the fuel cell higher than the first predetermined voltage after reducing the voltage of the fuel cell to the first predetermined voltage.
前記クロスリーク検出手段は、前記燃料電池の電圧を検出する電圧センサを備え、
前記電圧調整手段は、前記燃料電池システムの停止時に、前記水素供給手段と前記酸化剤供給手段とからの前記水素と前記酸化剤の供給を停止し、かつ前記燃料電池の電圧が前記第1所定電圧よりも高い第2所定電圧よりも低くなった場合に、前記燃料電池の電圧を前記第1所定電圧まで低下させることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
The cross leak detection means includes a voltage sensor for detecting the voltage of the fuel cell,
The voltage adjusting means stops the supply of the hydrogen and the oxidant from the hydrogen supply means and the oxidant supply means when the fuel cell system is stopped, and the voltage of the fuel cell is the first predetermined voltage. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the voltage of the fuel cell is lowered to the first predetermined voltage when the voltage is lower than a second predetermined voltage higher than the voltage.
前記クロスリーク検出手段は、前記水素供給手段と前記酸化剤供給手段とからの前記水素と前記酸化剤の供給を停止してからの時間を計測する時間計測手段を備え、
前記電圧調整手段は、前記燃料電池システムの停止時に、前記水素供給手段と前記酸化剤供給手段とからの前記水素と前記酸化剤の供給を停止し、かつ前記水素供給手段と前記酸化剤供給手段とからの前記水素と前記酸化剤との供給を停止してからの時間が所定時間よりも長くなると前記燃料電池の電圧を前記第1所定電圧まで低下させることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
The cross leak detecting means includes a time measuring means for measuring a time after stopping the supply of the hydrogen and the oxidant from the hydrogen supply means and the oxidant supply means,
The voltage adjusting means stops the supply of the hydrogen and the oxidant from the hydrogen supply means and the oxidant supply means when the fuel cell system is stopped, and the hydrogen supply means and the oxidant supply means 2. The voltage of the fuel cell is reduced to the first predetermined voltage when a time after the supply of the hydrogen and the oxidant from the fuel is stopped is longer than a predetermined time. Fuel cell system.
前記電圧調整手段は、前記燃料電池から出力を取り出して前記燃料電池の電圧を前記第1所定電圧まで低下させた後に、前記燃料電池からの出力の取り出しを停止して前記燃料電池の電圧を前記第1所定電圧よりも高くすることを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載の燃料電池システム。   The voltage adjusting means takes out the output from the fuel cell and lowers the voltage of the fuel cell to the first predetermined voltage, then stops taking out the output from the fuel cell, and sets the voltage of the fuel cell to The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the fuel cell system is higher than the first predetermined voltage. 前記電圧調整手段は、前記燃料電池からの出力の取り出しをステップ状に停止することを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。   5. The fuel cell system according to claim 4, wherein the voltage adjusting means stops taking out the output from the fuel cell in a stepwise manner. 前記燃料電池と電気的に接続する電力充放電手段を備え、
前記燃料電池から前記電力充放電手段へ充電を行うことで、前記燃料電池の電圧を前記第1所定電圧まで低下させることを特徴とする請求項1から5のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
Power charging / discharging means electrically connected to the fuel cell;
6. The fuel cell according to claim 1, wherein charging of the power charging / discharging unit from the fuel cell reduces the voltage of the fuel cell to the first predetermined voltage. 6. system.
前記燃料極から排出された排出水素を前記燃料極に環流させる循環ポンプを備え、
前記水素供給手段と前記酸化剤供給手段とからの前記水素と前記酸化剤との供給を停止した場合に、前記循環ポンプを連続的ないしは間欠的に動作させることを特徴とする請求項1から6のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
A circulation pump for circulating hydrogen discharged from the fuel electrode to the fuel electrode;
7. The circulating pump is operated continuously or intermittently when supply of the hydrogen and the oxidant from the hydrogen supply means and the oxidant supply means is stopped. The fuel cell system according to any one of the above.
前記第1所定電圧は、0.78V以上であることを特徴とする請求項1から7のいずれか一つに記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7, wherein the first predetermined voltage is 0.78V or more.
JP2005180351A 2005-06-21 2005-06-21 Control method for fuel cell system Withdrawn JP2007005000A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005180351A JP2007005000A (en) 2005-06-21 2005-06-21 Control method for fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005180351A JP2007005000A (en) 2005-06-21 2005-06-21 Control method for fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007005000A true JP2007005000A (en) 2007-01-11

Family

ID=37690428

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005180351A Withdrawn JP2007005000A (en) 2005-06-21 2005-06-21 Control method for fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007005000A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008210662A (en) * 2007-02-27 2008-09-11 Gs Yuasa Corporation:Kk Direct type fuel cell system and its control method
JP2009026736A (en) * 2007-06-20 2009-02-05 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2009032418A (en) * 2007-07-24 2009-02-12 Nissan Motor Co Ltd Operating method for fuel battery
JP2013527569A (en) * 2010-04-30 2013-06-27 ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト Energy management control method for fuel cell system
JP2014232702A (en) * 2013-05-30 2014-12-11 株式会社豊田自動織機 Fuel cell system
US9640818B2 (en) 2011-10-12 2017-05-02 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell and method of operating the fuel cell
JP2017208350A (en) * 2012-11-01 2017-11-24 本田技研工業株式会社 Fuel cell output inspection method

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008210662A (en) * 2007-02-27 2008-09-11 Gs Yuasa Corporation:Kk Direct type fuel cell system and its control method
JP2009026736A (en) * 2007-06-20 2009-02-05 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2009032418A (en) * 2007-07-24 2009-02-12 Nissan Motor Co Ltd Operating method for fuel battery
JP2013527569A (en) * 2010-04-30 2013-06-27 ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト Energy management control method for fuel cell system
US9640818B2 (en) 2011-10-12 2017-05-02 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell and method of operating the fuel cell
JP2017208350A (en) * 2012-11-01 2017-11-24 本田技研工業株式会社 Fuel cell output inspection method
JP2014232702A (en) * 2013-05-30 2014-12-11 株式会社豊田自動織機 Fuel cell system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8415065B2 (en) Fuel cell system and method of controlling fuel cell system
US7862942B2 (en) Strategies for mitigating cell degradation during start-up and shutdown with H2/N2 storage
KR101719674B1 (en) Fuel cell system
US9299998B2 (en) Fuel cell management method
CN102664278A (en) Fuel cell system
KR101148402B1 (en) Fuel cell system and activation method for fuel cell
US20100035098A1 (en) Using chemical shorting to control electrode corrosion during the startup or shutdown of a fuel cell
EP2375484B1 (en) Operating method of fuel cell system
WO2020138338A1 (en) Fuel cell activation method and apparatus
JP5125135B2 (en) Fuel cell system
US20160036076A1 (en) Method of operating fuel cell system
US8349507B2 (en) Implementation of an engine controller unit&#39;s non-volatile memory for measuring the time of a fuel cell system in a shut-off or standby state
JP2007220323A (en) Fuel cell system
JPWO2013136494A1 (en) Fuel cell system
JP2008198406A (en) Fuel cell system
KR101782353B1 (en) Freeze startup method for a fuel cell system
JP4649308B2 (en) Fuel cell system
JP2007005000A (en) Control method for fuel cell system
KR20160057319A (en) Fuel cell system and control method of the same
US8828616B2 (en) Life extension of PEM fuel cell using startup method
JP2006202621A (en) Operation method of fuel cell
JP2008077884A (en) Fuel cell system and its operation control method
JP7035982B2 (en) Fuel cell system
JP5601178B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
JP2011014339A (en) Fuel cell system, and method of controlling fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080422

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20100902