[go: up one dir, main page]

JP2008282611A - Fuel cell system and fuel cell system operating method - Google Patents

Fuel cell system and fuel cell system operating method Download PDF

Info

Publication number
JP2008282611A
JP2008282611A JP2007124346A JP2007124346A JP2008282611A JP 2008282611 A JP2008282611 A JP 2008282611A JP 2007124346 A JP2007124346 A JP 2007124346A JP 2007124346 A JP2007124346 A JP 2007124346A JP 2008282611 A JP2008282611 A JP 2008282611A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
temperature
potential
cathode
cathode electrode
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.)
Pending
Application number
JP2007124346A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masato Norimoto
理人 則本
Nobuyuki Orihashi
信行 折橋
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.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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 Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2007124346A priority Critical patent/JP2008282611A/en
Publication of JP2008282611A publication Critical patent/JP2008282611A/en
Pending 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

【課題】触媒層の劣化及び燃料電池の燃費の悪化を抑制する燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法を提供する。
【解決手段】アノード極及びカソード極を有する燃料電池と、前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出された前記燃料電池の温度が閾値温度より高い場合に、前記燃料電池のカソード極の電位が開回路電位より低くなるように前記カソード極の電位を制御する制御手段とを含む。
【選択図】図3
The present invention provides a fuel cell system and a fuel cell system operation method that suppress deterioration of a catalyst layer and fuel cell fuel consumption.
A fuel cell having an anode electrode and a cathode electrode, temperature detection means for detecting the temperature of the fuel cell, and when the temperature of the fuel cell detected by the temperature detection means is higher than a threshold temperature, Control means for controlling the potential of the cathode so that the potential of the cathode of the fuel cell is lower than the open circuit potential.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法の技術に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and a technique for operating the fuel cell system.

一般的に燃料電池は、電解質膜の両側を挟持する一対の電極(アノード極、カソード極)を含む膜−電極アッセンブリと、膜−電極アッセンブリの両側を挟持する一対の燃料電池用セパレータとを有する。アノード極は、アノード極触媒層及び拡散層、カソード極は、カソード極触媒層及び拡散層を有する。燃料電池の発電時には、アノード極に供給するアノードガスを水素ガス、カソード極に供給するカソードガスを酸素ガスとした場合、アノード極側では、水素イオン及び電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中を通りカソード極側に、電子は外部回路を通じてカソード極に到達する。一方、カソード極側では、水素イオン、電子及び酸素ガスが反応して水分を生成する反応が行われ、エネルギを放出する。   Generally, a fuel cell has a membrane-electrode assembly including a pair of electrodes (anode electrode and cathode electrode) sandwiching both sides of an electrolyte membrane, and a pair of fuel cell separators sandwiching both sides of the membrane-electrode assembly. . The anode electrode has an anode electrode catalyst layer and a diffusion layer, and the cathode electrode has a cathode electrode catalyst layer and a diffusion layer. At the time of power generation of the fuel cell, when the anode gas supplied to the anode electrode is hydrogen gas and the cathode gas supplied to the cathode electrode is oxygen gas, a reaction is performed on the anode electrode side to make hydrogen ions and electrons. The electrons reach the cathode electrode through an external circuit through the electrolyte membrane to the cathode electrode side. On the other hand, on the cathode side, hydrogen ions, electrons, and oxygen gas react to generate moisture, and energy is released.

燃料電池を自動車用動力源等に使用する場合には、車輌の加速・減速等の負荷変動が頻繁に実行される。これにより、燃料電池のカソード極の電位は、開回路電位(又はそれに近い電位)まで上昇し、カソード極触媒層の劣化が起こる場合がある。また、燃料電池の発電停止時にも、カソード極の電位は、開回路電位又はそれに近い電位まで上昇し、カソード極触媒層の劣化が起こる場合がある。   When a fuel cell is used as a power source for automobiles, load fluctuations such as acceleration and deceleration of the vehicle are frequently executed. Thereby, the potential of the cathode electrode of the fuel cell rises to an open circuit potential (or a potential close thereto), and the cathode electrode catalyst layer may be deteriorated. Further, even when the fuel cell stops generating power, the potential of the cathode electrode rises to an open circuit potential or a potential close thereto, and the cathode electrode catalyst layer may deteriorate.

上記カソード極触媒層の劣化には、触媒層に用いられる触媒金属の溶出、シンタリングによる触媒金属の反応面積の減少等がある。   The deterioration of the cathode electrode catalyst layer includes elution of the catalyst metal used in the catalyst layer, reduction of the reaction area of the catalyst metal due to sintering, and the like.

例えば、車輌の加速・減速等の負荷変動により、カソード極の電位が開回路電位まで上昇することを回避し、カソード極触媒層の劣化を防ぐ燃料電池システムが提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。   For example, a fuel cell system that prevents the cathode electrode potential from rising to an open circuit potential due to load fluctuations such as acceleration / deceleration of a vehicle and prevents deterioration of the cathode electrode catalyst layer has been proposed (for example, Patent Documents). 1 and 2).

また、例えば、燃料電池の発電停止時にカソード極の電位が開回路電位まで上昇することを回避し、カソード極触媒層の劣化を防ぐ燃料電池システムが提案されている(例えば、特許文献3,4参照)。   In addition, for example, a fuel cell system has been proposed in which the cathode electrode potential is prevented from rising to an open circuit potential when power generation of the fuel cell is stopped, and deterioration of the cathode electrode catalyst layer is prevented (for example, Patent Documents 3 and 4). reference).

上記カソード極触媒層の劣化は、温度に影響され易い。すなわち、燃料電池の発電により燃料電池の温度が高くなり、且つカソード極の電位が開回路電位まで上昇すると、カソード極触媒層の劣化が起こる。しかし、燃料電池の温度が低い場合には、カソード極の電位が開回路電位まで上昇したとしてもカソード極触媒層の劣化は起こり難い。また、カソード極の電位が開回路電位まで上昇することを回避するには、燃料電池の発電が必要であるため、カソード極触媒層の劣化が起こり難い低温時に、燃料電池のカソード極電位が開回路電位まで上昇することを回避しようとすると、燃料電池の燃費が悪化する場合がある。   The deterioration of the cathode electrode catalyst layer is easily affected by temperature. That is, when the temperature of the fuel cell increases due to the power generation of the fuel cell and the potential of the cathode electrode rises to the open circuit potential, the cathode electrode catalyst layer deteriorates. However, when the temperature of the fuel cell is low, the cathode catalyst layer is unlikely to deteriorate even if the potential of the cathode electrode rises to the open circuit potential. Further, in order to avoid the cathode electrode potential from rising to the open circuit potential, it is necessary to generate power from the fuel cell. Therefore, the cathode electrode potential of the fuel cell is opened at low temperatures when the cathode catalyst layer is unlikely to deteriorate. If it is attempted to avoid the rise to the circuit potential, the fuel consumption of the fuel cell may deteriorate.

特開2007−18781号公報JP 2007-18781 A 特開2006−179242号公報JP 2006-179242 A 特開2005−302304号公報JP 2005-302304 A 特開2004−172105号公報JP 2004-172105 A

本発明は、触媒層の劣化及び燃料電池の燃費の悪化を抑制する燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法である。   The present invention relates to a fuel cell system and a fuel cell system operation method that suppress deterioration of a catalyst layer and fuel cell fuel consumption.

本発明は、アノード極及びカソード極を有する燃料電池と、前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出された前記燃料電池の温度が閾値温度より高い場合に、前記燃料電池のカソード極の電位が開回路電位より低くなるように前記カソード極の電位を制御する制御手段と、を含む。   The present invention provides a fuel cell having an anode electrode and a cathode electrode, temperature detection means for detecting the temperature of the fuel cell, and when the temperature of the fuel cell detected by the temperature detection means is higher than a threshold temperature, Control means for controlling the cathode electrode potential so that the cathode potential of the fuel cell is lower than the open circuit potential.

また、本発明は、アノード極及びカソード極を有する燃料電池の温度を検出する温度検出ステップと、前記温度検出ステップにより検出された前記燃料電池の温度が閾値温度より高い場合に、前記燃料電池のカソード極の電位が開回路電位より低くなるように前記カソード極の電位を制御する制御ステップとを含む。   The present invention also provides a temperature detection step for detecting the temperature of a fuel cell having an anode electrode and a cathode electrode, and when the temperature of the fuel cell detected by the temperature detection step is higher than a threshold temperature, And a control step of controlling the cathode electrode potential so that the cathode electrode potential is lower than the open circuit potential.

本発明に係る燃料電池システムでは、アノード極及びカソード極を有する燃料電池と、燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段により検出された燃料電池の温度が閾値温度より高い場合に、燃料電池のカソード極の電位が開回路電位より低くなるようにカソード極の電位を制御する制御手段を備えることによって、触媒層の劣化及び燃料電池の燃費の悪化を抑制することができる。   In the fuel cell system according to the present invention, a fuel cell having an anode electrode and a cathode electrode, a temperature detection unit for detecting the temperature of the fuel cell, and a temperature of the fuel cell detected by the temperature detection unit are higher than a threshold temperature. By providing the control means for controlling the cathode electrode potential so that the cathode potential of the fuel cell is lower than the open circuit potential, deterioration of the catalyst layer and fuel cell fuel consumption can be suppressed.

また、本発明に係る燃料電池システムの運転方法では、アノード極及びカソード極を有する燃料電池の温度を検出する温度検出ステップと、温度検出ステップにより検出された燃料電池の温度が閾値温度より高い場合に、燃料電池のカソード極の電位が開回路電位より低くなるようにカソード極の電位を制御する制御ステップを含むことによって、触媒層の劣化及び燃料電池の燃費の悪化を抑制することができる。   In the operating method of the fuel cell system according to the present invention, the temperature detection step for detecting the temperature of the fuel cell having the anode electrode and the cathode electrode, and the temperature of the fuel cell detected by the temperature detection step is higher than the threshold temperature Further, by including a control step of controlling the cathode electrode potential so that the cathode potential of the fuel cell becomes lower than the open circuit potential, it is possible to suppress the deterioration of the catalyst layer and the fuel cell fuel consumption.

本発明の実施の形態について以下説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成の一例を示す模式図である。図1に示すように、燃料電池システム1は、燃料電池10と、温度センサ12と、制御装置14と、負荷装置16、内部負荷18、分配器19、アノードガス供給系、カソードガス供給系とを有するものである。   FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a fuel cell 10, a temperature sensor 12, a control device 14, a load device 16, an internal load 18, a distributor 19, an anode gas supply system, and a cathode gas supply system. It is what has.

図2は、本発明に用いられる燃料電池の構成の一例を示す模式断面図である。図2に示すように、燃料電池10は、電解質膜20の両側をアノード極22、カソード極24により挟持した膜−電極アッセンブリ26と、膜−電極アッセンブリ26の両外側を挟持する燃料電池用セパレータ28とを有する。また、本実施形態の燃料電池は、上記燃料電池10を単位セルとし、複数積層したものであってもよい。アノード極22はアノード極触媒層30a及び拡散層32、カソード極24はカソード極触媒層30b及び拡散層32を有する。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of the fuel cell used in the present invention. As shown in FIG. 2, the fuel cell 10 includes a membrane-electrode assembly 26 in which both sides of an electrolyte membrane 20 are sandwiched between an anode electrode 22 and a cathode electrode 24, and a fuel cell separator that sandwiches both outer sides of the membrane-electrode assembly 26. 28. Further, the fuel cell according to the present embodiment may be formed by stacking a plurality of fuel cells 10 as unit cells. The anode electrode 22 has an anode electrode catalyst layer 30 a and a diffusion layer 32, and the cathode electrode 24 has a cathode electrode catalyst layer 30 b and a diffusion layer 32.

アノード極触媒層30a、カソード極触媒層30bは、例えば、白金、ルテニウム等の金属触媒を担持したカーボンとパーフルオロスルホン酸系の電解質等とを混合して拡散層32又は電解質膜20上に成膜することにより形成される。拡散層32は、カーボンクロス等の多孔質材料等が用いられる。電解質膜20は、プロトン伝導性を有する膜であり、例えば、パーフルオロスルホン酸系の樹脂膜等が用いられる。燃料電池用セパレータ28は、反応ガス流路34を介してアノード極22又はカソード極24に反応ガスを供給するものであり、金属板、カーボン板等が用いられる。   The anode electrode catalyst layer 30a and the cathode electrode catalyst layer 30b are formed on the diffusion layer 32 or the electrolyte membrane 20 by mixing, for example, carbon carrying a metal catalyst such as platinum or ruthenium and a perfluorosulfonic acid electrolyte. It is formed by filming. The diffusion layer 32 is made of a porous material such as carbon cloth. The electrolyte membrane 20 is a membrane having proton conductivity, and for example, a perfluorosulfonic acid resin membrane or the like is used. The fuel cell separator 28 supplies a reaction gas to the anode electrode 22 or the cathode electrode 24 through the reaction gas channel 34, and a metal plate, a carbon plate, or the like is used.

アノードガス供給系は、図1に示すようにアノードガスボンベ36、バルブ38、アノードガス供給管40を有する。アノードガス供給管40は、アノードガスボンベ36と燃料電池10とを接続している。アノードガスは、水素ガス等である。カソードガス供給系は、図1に示すようにコンプレッサ42、バルブ44、カソードガス供給管46を有する。カソードガス供給管46は、コンプレッサ42と燃料電池10とを接続している。カソードガスは、空気等である。   The anode gas supply system includes an anode gas cylinder 36, a valve 38, and an anode gas supply pipe 40 as shown in FIG. The anode gas supply pipe 40 connects the anode gas cylinder 36 and the fuel cell 10. The anode gas is hydrogen gas or the like. The cathode gas supply system includes a compressor 42, a valve 44, and a cathode gas supply pipe 46 as shown in FIG. The cathode gas supply pipe 46 connects the compressor 42 and the fuel cell 10. The cathode gas is air or the like.

負荷装置16は、燃料電池10を電力源とするものであり、分配器19を介して燃料電池10と電気的に接続されている。負荷装置16は、例えば、電動機等が挙げられる。また、内部負荷18は、燃料電池10の余剰分の電力を消費するものであり、分配器19を介して燃料電池10と電気的に接続されている。内部負荷18は、例えば、二次電池等が挙げられる。   The load device 16 uses the fuel cell 10 as a power source, and is electrically connected to the fuel cell 10 via a distributor 19. Examples of the load device 16 include an electric motor. The internal load 18 consumes surplus power of the fuel cell 10 and is electrically connected to the fuel cell 10 via the distributor 19. An example of the internal load 18 is a secondary battery.

温度センサ12は、燃料電池10の温度を検出し制御装置14に温度データを送るものであり、制御装置14と電気的に接続されている。燃料電池10の温度は、燃料電池10自体の温度を用いてもよいし、燃料電池10に供給される冷却水(図2に示す燃料電池用セパレータ28の反応ガス流路34と反対側に形成される冷却水流路(不図示)を流れる)の温度等であってもよい。   The temperature sensor 12 detects the temperature of the fuel cell 10 and sends temperature data to the control device 14, and is electrically connected to the control device 14. The temperature of the fuel cell 10 may be the temperature of the fuel cell 10 itself, or the cooling water supplied to the fuel cell 10 (formed on the side opposite to the reaction gas flow path 34 of the fuel cell separator 28 shown in FIG. 2). Or the temperature of a cooling water flow path (not shown).

制御装置14は、所定の閾値温度をメモリに記憶したマイクロコンピュータ等である。制御装置14の動作の詳細は後述するが、温度センサ12により検出した燃料電池10の温度と予め設定した閾値温度とを比較して、燃料電池10の温度が閾値温度より高い場合には、燃料電池10のカソード極電位が開回路電位より低くなるようにカソード極電位を制御し(高電位回避処理)、閾値温度以下の場合には、カソード極電位の制御を行わないものである。制御装置14に記録される閾値温度以下の場合には、カソード極電位が開回路電位に達してもカソード極触媒層30bの劣化が起こり難い。閾値温度は、電極の大きさ、電極の仕様、電極に使用する材料等により適宜設定されるものである。例えば、閾値温度を80℃に設定することが好ましい。また、制御装置14は、分配器19を制御して、負荷装置16及び内部負荷18への電力の分配(供給)量を決定するものである。   The control device 14 is a microcomputer or the like that stores a predetermined threshold temperature in a memory. Although details of the operation of the control device 14 will be described later, when the temperature of the fuel cell 10 is higher than the threshold temperature by comparing the temperature of the fuel cell 10 detected by the temperature sensor 12 with a preset threshold temperature, the fuel The cathode electrode potential is controlled so that the cathode electrode potential of the battery 10 is lower than the open circuit potential (high potential avoiding process), and when the temperature is equal to or lower than the threshold temperature, the cathode electrode potential is not controlled. When the temperature is equal to or lower than the threshold temperature recorded in the control device 14, even if the cathode electrode potential reaches the open circuit potential, the cathode electrode catalyst layer 30b hardly deteriorates. The threshold temperature is appropriately set depending on the size of the electrode, the specification of the electrode, the material used for the electrode, and the like. For example, the threshold temperature is preferably set to 80 ° C. The control device 14 controls the distributor 19 to determine the amount of power distribution (supply) to the load device 16 and the internal load 18.

カソード極24の開回路電位は、理論上1.23V(vs.SHE)であるが、実発電において、約1.V(vs.SHE)近傍になる。また、燃料電池の発電停止等により、開回路電位は、1.23Vより上昇する場合がある。すなわち、本実施形態における開回路電位とは、上記約1.0V以上の範囲である。燃料電池10の温度が閾値温度より高い場合に、燃料電池10の発電停止、負荷変動等によりカソード極電位が上記開回路電位に達すると、カソード極触媒層30bの劣化は起こり易いが、燃料電池10の温度が閾値温度より低い場合には、上記開回路電位に達しても、カソード極触媒層30bの劣化は起こり難い。そこで、本実施形態では、制御装置14により、燃料電池10の温度が閾値温度より高い場合には、開回路電位より低くなるようにカソード極電位を制御し、燃料電池10の温度が閾値温度以下の場合には、カソード極電位の制御を行わないようにする。   The open circuit potential of the cathode electrode 24 is theoretically 1.23 V (vs. SHE). Near V (vs. SHE). In addition, the open circuit potential may rise from 1.23 V due to the stoppage of power generation of the fuel cell. That is, the open circuit potential in the present embodiment is in the range of about 1.0 V or more. When the temperature of the fuel cell 10 is higher than the threshold temperature, the cathode electrode catalyst layer 30b is likely to deteriorate when the cathode electrode potential reaches the open circuit potential due to power generation stop of the fuel cell 10, load fluctuation, etc. When the temperature of 10 is lower than the threshold temperature, even if the open circuit potential is reached, the cathode catalyst layer 30b is unlikely to deteriorate. Therefore, in this embodiment, when the temperature of the fuel cell 10 is higher than the threshold temperature, the control device 14 controls the cathode electrode potential to be lower than the open circuit potential, and the temperature of the fuel cell 10 is equal to or lower than the threshold temperature. In this case, the cathode potential is not controlled.

燃料電池システムの運転方法について説明する。   A method for operating the fuel cell system will be described.

図1に示す燃料電池10の発電において、アノード極側では、アノードガス供給管40のバルブ38を開き、アノードガスボンベ36からアノードガスが供給される。そして、アノードガスは、アノードガス供給管40を通り、燃料電池10に供給され、発電に利用される。発電に利用されなかったアノードガスはアノードオフガスとして、アノードガス排出管48から燃料電池10外へ排出される。一方カソード極側では、カソードガス供給管46のバルブ44を開き、コンプレッサ42からカソードガスが供給される。そして、カソードガスは、カソードガス供給管46を通り、燃料電池10に供給され、発電に利用される。発電に利用されなかったカソードガスは、カソードオフガスとしてカソードガス排出管50から燃料電池10外へ排出される。燃料電池10の発電により生じた電力は、分配器19を介して、負荷装置16により消費される。   In the power generation of the fuel cell 10 shown in FIG. 1, the anode gas is supplied from the anode gas cylinder 36 by opening the valve 38 of the anode gas supply pipe 40 on the anode electrode side. Then, the anode gas is supplied to the fuel cell 10 through the anode gas supply pipe 40 and used for power generation. The anode gas not used for power generation is discharged out of the fuel cell 10 from the anode gas discharge pipe 48 as an anode off gas. On the other hand, on the cathode electrode side, the valve 44 of the cathode gas supply pipe 46 is opened, and the cathode gas is supplied from the compressor 42. The cathode gas is supplied to the fuel cell 10 through the cathode gas supply pipe 46 and used for power generation. The cathode gas not used for power generation is discharged out of the fuel cell 10 from the cathode gas discharge pipe 50 as a cathode off gas. The electric power generated by the power generation of the fuel cell 10 is consumed by the load device 16 via the distributor 19.

図3は、燃料電池の停止時の燃料電池システムの運転方法の一例を示すフロー図である。燃料電池の発電停止時においては、図3に示すように、まず、ステップS10では、温度センサ12により燃料電池10の温度(T)が検出される。制御装置14により、閾値温度(T)と温度センサ12により検出した燃料電池10の温度(T)とが比較され、温度センサ12により検出した燃料電池10の温度が閾値温度より高い場合には、ステップS12において、カソード極24の高電位回避処理が行なわれ、ステップS14では、燃料電池10の発電が停止される。一方、検出した燃料電池10の温度が閾値温度以下の場合には、カソード極24の高電位回避処理が行われず、燃料電池10の発電が停止される(ステップS14)。 FIG. 3 is a flowchart showing an example of an operation method of the fuel cell system when the fuel cell is stopped. When power generation of the fuel cell is stopped, as shown in FIG. 3, first, in step S10, the temperature (T 1 ) of the fuel cell 10 is detected by the temperature sensor 12. The control device 14 compares the threshold temperature (T 0 ) with the temperature (T 1 ) of the fuel cell 10 detected by the temperature sensor 12, and when the temperature of the fuel cell 10 detected by the temperature sensor 12 is higher than the threshold temperature. In step S12, high potential avoidance processing for the cathode electrode 24 is performed, and in step S14, power generation of the fuel cell 10 is stopped. On the other hand, when the detected temperature of the fuel cell 10 is equal to or lower than the threshold temperature, the high potential avoidance process of the cathode electrode 24 is not performed, and the power generation of the fuel cell 10 is stopped (step S14).

燃料電池の停止時におけるカソード極の高電位回避処理は、上記でも説明したように、カソード極電位が開回路電位より低くなるようにカソード極電位を制御する処理である。具体的には、制御装置14の指示により、カソードガス供給管46のバルブ44を閉じ、燃料電池10へのカソードガスの供給を停止させる。この時、燃料電池10へのアノードガスの供給は停止せず、継続させる。これにより、燃料電池10が発電して燃料電池10内に残存するカソードガスが消費され、燃料電池10の電圧が低下する。そのため、カソード極24が開回路電位まで上昇することを回避することができる。また、残存するカソードガス及びアノードガスそれぞれの反応によって生じる燃料電池10の電力は、分配器19を介して内部負荷18により消費される。   The high potential avoidance process of the cathode electrode when the fuel cell is stopped is a process of controlling the cathode electrode potential so that the cathode electrode potential becomes lower than the open circuit potential as described above. Specifically, according to an instruction from the control device 14, the valve 44 of the cathode gas supply pipe 46 is closed, and the supply of the cathode gas to the fuel cell 10 is stopped. At this time, the supply of the anode gas to the fuel cell 10 is continued without being stopped. As a result, the cathode gas remaining in the fuel cell 10 is generated by the power generation of the fuel cell 10 and the voltage of the fuel cell 10 is lowered. Therefore, it is possible to avoid the cathode electrode 24 from rising to the open circuit potential. Further, the electric power of the fuel cell 10 generated by the reaction of the remaining cathode gas and anode gas is consumed by the internal load 18 via the distributor 19.

その後、制御装置14の指示によりアノードガス供給管40のバルブ38を閉じ、燃料電池10へのアノードガスの供給を停止する。アノードガスの供給時間は、制御装置14のメモリに予めアノードガスの供給時間を設定させてもよいし、制御装置14に電圧センサを設けて、燃料電池10の電圧が所定以下となった段階で、アノードガスの供給を停止させてもよい。   Thereafter, the valve 38 of the anode gas supply pipe 40 is closed by an instruction from the control device 14, and the supply of the anode gas to the fuel cell 10 is stopped. The anode gas supply time may be set in advance in the memory of the control device 14, or a voltage sensor is provided in the control device 14 so that the voltage of the fuel cell 10 becomes a predetermined level or less. The supply of anode gas may be stopped.

このように、本実施形態では、温度センサにより検出される燃料電池の温度が制御部で設定される閾値温度より高い場合には、高電位回避処理を行うため、燃料電池のカソード極触媒層の劣化を抑制することができる。また、温度センサにより検出される燃料電池の温度が制御部で設定される閾値温度より低い場合には、高電位回避処理を行わずに燃料電池を停止させるため、アノードガスの消費を抑え燃料電池の燃費を向上させることができる。閾値温度より低い場合には、高電位回避処理を行わなくても、カソード極触媒層の劣化は起こり難い。   As described above, in the present embodiment, when the temperature of the fuel cell detected by the temperature sensor is higher than the threshold temperature set by the control unit, the high potential avoidance process is performed. Deterioration can be suppressed. In addition, when the temperature of the fuel cell detected by the temperature sensor is lower than the threshold temperature set by the control unit, the fuel cell is stopped without performing the high potential avoidance process, so that the consumption of anode gas is suppressed. Can improve fuel efficiency. When the temperature is lower than the threshold temperature, the cathode electrode catalyst layer is unlikely to deteriorate even if the high potential avoidance process is not performed.

図4は、負荷変動時の燃料電池システムの運転方法の一例を示すフロー図である。負荷変動が起こると燃料電池に余剰な電力が発生するため、燃料電池の電圧は上昇し、カソード極電位は上昇する。このような場合も、図4に示すように、ステップS20において、温度センサ12により燃料電池10の温度が検出される。制御装置14により、閾値温度と温度センサ12により検出した燃料電池10の温度とが比較され、温度センサ12により検出した燃料電池10の温度が閾値温度より高い場合には、ステップS22において、カソード極24の高電位回避処理が行なわれ、ステップS24では、燃料電池10の発電が継続される。一方、検出した温度が閾値温度以下の場合には、カソード極24の高電位回避処理が行われず、燃料電池10の発電が継続される(ステップS24)。   FIG. 4 is a flowchart showing an example of a method of operating the fuel cell system when the load fluctuates. When load fluctuation occurs, surplus power is generated in the fuel cell, so that the voltage of the fuel cell rises and the cathode potential rises. Also in such a case, as shown in FIG. 4, the temperature of the fuel cell 10 is detected by the temperature sensor 12 in step S20. The control device 14 compares the threshold temperature with the temperature of the fuel cell 10 detected by the temperature sensor 12. If the temperature of the fuel cell 10 detected by the temperature sensor 12 is higher than the threshold temperature, in step S22, the cathode electrode In step S24, the power generation of the fuel cell 10 is continued. On the other hand, when the detected temperature is equal to or lower than the threshold temperature, the high potential avoidance process for the cathode electrode 24 is not performed, and the power generation of the fuel cell 10 is continued (step S24).

発電中の電位変動による高電位回避処理は、制御装置14により分配器19を制御し、燃料電池10の通常発電時の電力を内部負荷18に分配し消費(充電)させる。そして、内部負荷18が満充電に達した後、燃料電池10の発電を停止させる。これにより燃料電池10の電圧は低下し、カソード極電位が開回路電位まで上昇することを抑えることができる。   In the high potential avoidance process due to potential fluctuation during power generation, the control device 14 controls the distributor 19 to distribute the electric power during normal power generation of the fuel cell 10 to the internal load 18 to be consumed (charged). Then, after the internal load 18 reaches full charge, power generation of the fuel cell 10 is stopped. As a result, the voltage of the fuel cell 10 decreases, and the cathode potential can be prevented from rising to the open circuit potential.

上記同様に、本実施形態では、温度センサにより検出される燃料電池の温度が制御部で設定される閾値温度より高い場合には、高電位回避処理を行うため、燃料電池のカソード極触媒層の劣化を抑制することができる。また、閾値温度より低い場合には、高電位回避処理を行わずに発電を継続させ、余分なガス消費、余分な補機損失を抑制することができるため燃料電池の燃費を向上させることができる。   Similarly to the above, in this embodiment, when the temperature of the fuel cell detected by the temperature sensor is higher than the threshold temperature set by the control unit, the high potential avoidance process is performed. Deterioration can be suppressed. Further, when the temperature is lower than the threshold temperature, power generation can be continued without performing high potential avoidance processing, and excessive gas consumption and excessive auxiliary machine loss can be suppressed, so that fuel efficiency of the fuel cell can be improved. .

上記本実施形態に係る燃料電池システムは、例えば、自動車用電源、家庭用電源等として用いることができる。   The fuel cell system according to the present embodiment can be used as, for example, an automobile power source, a household power source, or the like.

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a structure of the fuel cell system which concerns on embodiment of this invention. 本発明に用いられる燃料電池の構成の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows an example of a structure of the fuel cell used for this invention. 燃料電池の停止時の燃料電池システムの運転方法の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the operating method of a fuel cell system at the time of a stop of a fuel cell. 負荷変動時の燃料電池システムの運転方法の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the operating method of the fuel cell system at the time of load fluctuation.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池システム、10 燃料電池、12 温度センサ、14 制御装置、16 負荷装置、18 内部負荷、19 分配器、20 電解質膜、22 アノード極、24 カソード極、26 膜−電極アッセンブリ、28 燃料電池用セパレータ、30a アノード極触媒層、30b カソード極触媒層、32 拡散層、34 反応ガス流路、36 アノードガスボンベ、38 バルブ、40 アノードガス供給管、42 コンプレッサ、
44 バルブ、46 カソードガス供給管、48 アノードガス排出管、50 カソードガス排出管。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system, 10 Fuel cell, 12 Temperature sensor, 14 Control apparatus, 16 Load apparatus, 18 Internal load, 19 Distributor, 20 Electrolyte membrane, 22 Anode electrode, 24 Cathode electrode, 26 Membrane-electrode assembly, 28 Fuel cell Separator, 30a anode electrode catalyst layer, 30b cathode electrode catalyst layer, 32 diffusion layer, 34 reaction gas flow path, 36 anode gas cylinder, 38 valve, 40 anode gas supply pipe, 42 compressor,
44 valve, 46 cathode gas supply pipe, 48 anode gas discharge pipe, 50 cathode gas discharge pipe.

Claims (2)

アノード極及びカソード極を有する燃料電池と、
前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により検出された前記燃料電池の温度が閾値温度より高い場合に、前記燃料電池のカソード極の電位が開回路電位より低くなるように前記カソード極の電位を制御する制御装置と、
を含むことを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell having an anode and a cathode;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell;
A control device for controlling the potential of the cathode electrode so that the potential of the cathode electrode of the fuel cell is lower than an open circuit potential when the temperature of the fuel cell detected by the temperature detection means is higher than a threshold temperature;
A fuel cell system comprising:
アノード極及びカソード極を有する燃料電池の温度を検出する温度検出ステップと、
前記温度検出ステップにより検出された前記燃料電池の温度が閾値温度より高い場合に、前記燃料電池のカソード極の電位が開回路電位より低くなるように前記カソード極の電位を制御する制御ステップと、
を含むことを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
A temperature detecting step for detecting the temperature of a fuel cell having an anode and a cathode; and
A control step of controlling the cathode electrode potential so that the cathode potential of the fuel cell is lower than an open circuit potential when the temperature of the fuel cell detected by the temperature detection step is higher than a threshold temperature;
A method for operating a fuel cell system, comprising:
JP2007124346A 2007-05-09 2007-05-09 Fuel cell system and fuel cell system operating method Pending JP2008282611A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007124346A JP2008282611A (en) 2007-05-09 2007-05-09 Fuel cell system and fuel cell system operating method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007124346A JP2008282611A (en) 2007-05-09 2007-05-09 Fuel cell system and fuel cell system operating method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008282611A true JP2008282611A (en) 2008-11-20

Family

ID=40143260

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007124346A Pending JP2008282611A (en) 2007-05-09 2007-05-09 Fuel cell system and fuel cell system operating method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008282611A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013503438A (en) * 2009-08-28 2013-01-31 ユーティーシー パワー コーポレイション Reduction of electrode erosion in high temperature PEM fuel cells

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013503438A (en) * 2009-08-28 2013-01-31 ユーティーシー パワー コーポレイション Reduction of electrode erosion in high temperature PEM fuel cells
US9917314B2 (en) 2009-08-28 2018-03-13 Audi Ag Mitigating electrode erosion in high temperature PEM fuel cell

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9118049B2 (en) Fuel cell system
US8956775B2 (en) Fuel cell system and method of detecting abnormality of fuel cell system
US8546033B2 (en) Fuel cell apparatus comprising a high potential avoidance voltage setting device
KR101724846B1 (en) Operation control method of fuel cell system
US9225028B2 (en) Fuel cell system
KR101719674B1 (en) Fuel cell system
JP4492824B2 (en) Fuel cell system
US8420268B2 (en) Fuel cell system
CN106067557B (en) For controlling the method and fuel cell system of the work point transformation of fuel cell pack
US10249892B2 (en) Power distribution method and system for fuel cell vehicle
WO2013128609A1 (en) Fuel cell system
JP5321230B2 (en) Fuel cell system
CN102664278A (en) Fuel cell system
US8053123B2 (en) Fuel cell system with a scavenging device and AC impedance measuring unit
WO2012017474A1 (en) Fuel cell system
CN107452972A (en) Fuel cell system and its control method
KR101673754B1 (en) Operation control method of fuel cell
CA2911568C (en) Fuel cell system and scavenging treatment control method
JP2012129069A (en) Fuel cell system and control method thereof
JP5061453B2 (en) Fuel cell system
JP2007323993A (en) Fuel cell system
JP2007250216A (en) Fuel cell system and operation method thereof
JP2008282611A (en) Fuel cell system and fuel cell system operating method
JP2007005000A (en) Control method for fuel cell system
JP2011014339A (en) Fuel cell system, and method of controlling fuel cell system