JP2004134199A - Starting method of fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体高分子電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体を有し、前記電解質膜・電極構造体が一対のセパレータにより挟持された単位セルを複数積層するとともに、反応ガスを積層方向の一端側から供給する燃料電池の始動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜(陽イオン交換膜)からなる固体高分子電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより単位セルとして構成されている。この種の燃料電池は、通常、複数の単位セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【0003】
この燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス(以下、水素含有ガスともいう)は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気(以下、酸素含有ガスともいう)が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【0004】
ところで、この種の燃料電池は、始動直後に外部負荷に電力を供給すると、積されている単位セルの中には、燃料ガスの供給が不十分となったり、水が滞留して燃料ガスの流れが妨げられたりし、発電電圧が低下し易い単位セルが存在する場合が多い。この種の不具合を解消するため、例えば、特許文献1に開示された固体高分子型燃料電池の起動方法が知られている。
【0005】
上記の起動方法は、固体高分子型燃料電池の発電電圧を測定する電圧測定ステップと、前記電圧測定ステップで測定した電圧値が、前記固体高分子型燃料電池の正常な運転状態のときに示す発電電圧に基づいて設定された設定電圧以上であるか否かを判断する電圧比較ステップと、前記電圧比較ステップで設定電圧以上でないと判断された場合には、複数のチャネルへの水の供給を停止し、設定電圧以上であると判断された場合には、前記複数のチャネルへ燃料ガスとともに水の供給を開始する供給燃料制御ステップとを備えている。
【0006】
その際、設定電圧は、固体高分子型燃料電池の正常な運転状態のときに示す開回路電圧に基づいて設定されるとともに、供給燃料制御ステップでは、電圧比較ステップで設定電圧以上でないと判断された場合に、外部への電力供給を停止する一方、設定電圧以上であると判断された場合には、外部への電力供給を開始する。
【0007】
【特許文献1】
特許第3213509号公報(図5)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、セルの積層数が多くなるのに伴って、各セルの電圧変化が電池本体の電圧変化に及ぼす影響が小さくなり、検出感度が低下してしまう。このため、上記の特許文献1では、例えば、セルの積層数が100の場合、各積層ブロックに5つのセルが含まれるように、20個の積層ブロックに分割して、各積層ブロック毎に発電電圧を測定している。
【0009】
従って、特に、車載用として多数のセルを積層する場合には、分割される積層ブロック数が多数となり、各積層ブロック毎に電圧測定ステップ、電圧比較ステップおよび供給燃料制御ステップを行わなければならない。これにより、燃料電池全体の構成および制御が相当に複雑化するという問題が指摘されている。
【0010】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成および制御で、単位セルの電圧低下を有効に抑制して発電性能の向上を図ることが可能な燃料電池の始動方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係る燃料電池の始動方法では、反応ガスが単位セルの積層方向の一端側から供給される燃料電池において、前記積層方向の他端側に配設される少なくとも1つの単位セルの開回路電圧(open circuit voltage)が測定される。開回路電圧とは、負荷電流が取り出されない状態で発電された際に出力される電圧をいう。
【0012】
次いで、測定された開回路電圧が、予め設定された設定電圧以上であるか否かが判断される。そして、測定された開回路電圧が設定電圧以上であると判断された際には、燃料電池から外部負荷への電流の取り出し、すなわち、前記燃料電池の始動が開始される。
【0013】
ここで、積層方向の他端側に配設される単位セル(以下、端部セルともいう)は、燃料ガスが不足し易く、しかも前記端部セル側に燃料ガスが流動し難い。このため、端部セルに燃料ガスが十分に供給される前に燃料電池の発電が開始されると、前記端部セルは、燃料ガスが欠乏した状態であるために、電圧が低下してしまう。すなわち、積層された単位セルの中、端部セルの電圧低下が最も著しくなり、この端部セルで測定された開回路電圧が設定電圧以上であれば、他の全ての単位セルの開回路電圧が設定電圧以上となっている。
【0014】
従って、多数の単位セルが積層されていても、端部セルの開回路電圧を測定するだけで、全ての単位セルが始動可能な状態であるか否かを確実に検出することができる。これにより、簡単な構成および制御で、単位セルの電圧低下を有効に抑制して発電性能の向上を図ることが可能になる。
【0015】
また、本発明の請求項2に係る燃料電池の始動方法では、設定電圧は、少なくとも運転を停止してから再始動するまでの時間、すなわち、待機時間に基づいて変更される。
【0016】
待機時間が短いと、燃料ガスの消費量が減少して端部セルの燃料ガス不足が解消される傾向にある。従って、設定電圧が低くても、端部セルの電圧低下が有効に抑制される。一方、待機時間が長いと、燃料ガスの消費量が増加し、端部セルの燃料ガス不足が発生し易い。このため、設定電圧を高く設定することにより、端部セルに燃料ガスが十分に供給された後、始動を開始して前記端部セルの電圧低下を抑制することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池の始動方法を実施するための燃料電池システム10の概略構成説明図である。
【0018】
燃料電池システム10は、例えば、車載用として使用されており、燃料電池12を備えている。この燃料電池12は、複数の単位セル14を矢印A方向に積層してスタックを構成するとともに、積層方向両端には、エンドプレート16a、16bが配設されており、前記エンドプレート16a、16b間に所定の締め付け荷重が付与されている。
【0019】
図2に示すように、単位セル14は、電解質膜・電極構造体22と、前記電解質膜・電極構造体22を挟持する第1および第2セパレータ24、26とを備える。電解質膜・電極構造体22と第1および第2セパレータ24、26との間には、後述する連通孔の周囲および電極面(発電面)の外周を覆って、ガスケット等のシール部材28が介装されている。
【0020】
単位セル14の矢印B方向の一端縁部には、積層方向である矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔30a、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔32b、および燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔34bが、矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。
【0021】
単位セル14の矢印B方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔34a、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔32a、および酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔30bが、矢印C方向に配列して設けられる。
【0022】
電解質膜・電極構造体22は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜36と、該固体高分子電解質膜36を挟持するアノード側電極38およびカソード側電極40とを備える。
【0023】
アノード側電極38およびカソード側電極40は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布した電極触媒層とをそれぞれ有する。電極触媒層は、互いに固体高分子電解質膜36を介装して対向するように、前記固体高分子電解質膜36の両面に接合されている。シール部材28の中央部には、アノード側電極38およびカソード側電極40に対応して開口部44が形成されている。
【0024】
第1セパレータ24の電解質膜・電極構造体22側の面24aには、酸化剤ガス供給連通孔30aと酸化剤ガス排出連通孔30bとに連通する酸化剤ガス流路46が設けられる。酸化剤ガス流路46は、例えば、矢印B方向に蛇行しながら矢印C方向に延在する複数本の溝部(サーペンタイン溝部)を備える。
【0025】
第2セパレータ26の電解質膜・電極構造体22側の面26aには、燃料ガス供給連通孔34aと燃料ガス排出連通孔34bとに連通する燃料ガス流路48が形成される。この燃料ガス流路48は、例えば、矢印B方向に蛇行しながら矢印C方向に延在する複数本の溝部(サーペンタイン溝部)を備える。第2セパレータ26の面26aとは反対の面26bには、冷却媒体供給連通孔32aと冷却媒体排出連通孔32bとに連通する冷却媒体流路50が形成される。この冷却媒体流路50は、例えば、矢印B方向に延在する複数本の直線流路溝により構成される。
【0026】
図1に示すように、燃料電池システム10は、燃料電池12に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部52と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部(図示せず)と、冷却媒体を供給する冷却媒体供給部(図示せず)とを備える。
【0027】
燃料ガス供給部52は、燃料ガス、例えば、水素ガスを高圧状態で充填する高圧タンク54を備える。この高圧タンク54は、燃料ガス供給管56を介して燃料電池12の燃料ガス供給連通孔34aに連通するとともに、この燃料ガス供給管56の途上には、イジェクタ58が接続される。燃料電池12には、燃料ガス排出連通孔34bに連通して燃料ガス排出管60が接続される。この燃料ガス排出管60には、パージバルブ62が設けられるとともに、イジェクタ58が接続される。
【0028】
このように構成される燃料電池システム10の動作について、以下に説明する。
【0029】
図1に示すように、燃料電池12内には、燃料ガス供給部52、酸化剤ガス供給部(図示せず)および冷却媒体供給部(図示せず)を介して水素含有ガス等の燃料ガス、空気等の酸素含有ガスである酸化剤ガス、および純水やエチレングリコールやオイル等の冷却媒体が供給される。
【0030】
このため、図2に示すように、酸化剤ガス供給連通孔30aから第1セパレータ24の酸化剤ガス流路46に酸化剤ガスが導入され、この酸化剤ガスが電解質膜・電極構造体22を構成するカソード側電極40に沿って移動する。また、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔34aから第2セパレータ26の燃料ガス流路48に導入され、電解質膜・電極構造体22を構成するアノード側電極38に沿って移動する。
【0031】
従って、電解質膜・電極構造体22では、カソード側電極40に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極38に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
【0032】
アノード側電極38に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔34bに沿って矢印A方向に排出される。同様に、カソード側電極40に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔30bに沿って矢印A方向に排出される。
【0033】
さらに、冷却媒体供給連通孔32aに供給された冷却媒体は、第2セパレータ26の冷却媒体流路50に導入された後、矢印B方向に沿って流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体22を冷却した後、冷却媒体排出連通孔32bから排出される。
【0034】
次いで、本実施形態に係る燃料電池の始動方法について、図3に示すフローチャートを参照しながら以下に説明する。
【0035】
まず、燃料電池12の運転が停止してから再起動するまでの時間、すなわち待機時間が検出され(ステップS1)、この待機時間に基づいて、設定電圧(閾値)が設定される(ステップS2)。例えば、再起動までに12時間以上の時間が経過している際には、設定電圧が1Vに設定される。
【0036】
そこで、パージバルブ62が閉じられて、燃料ガス出口である燃料ガス排出管60が閉塞される(ステップS3)。このため、燃料電池12内では、燃料ガスの流れが阻止されて、開回路電圧(OCV)の検出が可能な状態となっている。その際、燃料電池12において、燃料ガスが供給される積層方向一端側(エンドプレート16a側)とは反対の他端側(エンドプレート16b側)に配置される少なくとも1つの単位セル(以下、端部セル14aという)の開回路電圧が測定される(ステップS4)。
【0037】
端部セル14aの開回路電圧は、燃料電池12の発電時から上昇し、この開回路電圧が設定電圧(例えば、1V)以上となった際に(ステップS5中、YES)、ステップS6に進んで、パージバルブ62が開放される。このため、燃料電池12内には、燃料ガスが導入されてこの燃料電池12の始動が開始され、図示しない外部負荷に電流を取り出すことができる(ステップS7)。
【0038】
この場合、本実施形態では、燃料電池12において、燃料ガスの供給側から最も離間した他端部側であるエンドプレート16bに隣接して配置される端部セル14aの開回路電圧を測定し、測定された開回路電圧が設定電圧以上となった際に、前記燃料電池12からの負荷電流の取り出し、すなわち、始動が開始される。
【0039】
ここで、端部セル14aは、燃料ガス供給側から最も離間しているために、燃料ガスが不足し易く、しかも前記端部セル14a側に燃料ガスが流動し難い。従って、積層された単位セル14の中、端部セル14aの電圧低下が最も著しくなり、この端部セル14aで測定された開回路電圧が設定電圧以上であれば、他の全ての単位セル14の開回路電圧も設定電圧以上となる。
【0040】
これにより、多数の単位セル14が積層されていても、端部セル14aの開回路電圧を測定するだけで、全ての単位セル14が始動可能な状態であるか否かを確実に検出することができる。このため、簡単な構成および制御で、単位セル14および端部セル14aの電圧低下を確実に抑制して、燃料電池12全体の発電性能を有効に向上させることが可能になるという効果が得られる。
【0041】
具体的には、燃料電池12を2日間運転停止(待機)させて、負荷電流の取り出し用閾値として設定電圧を、例えば、0.8Vに設定した。その結果、図4に示すように、端部セル14bの出力電圧(セル電圧)は、電流取り出しから15秒経過後に著しく低下した。すなわち、端部セル14bでは、燃料ガスの供給遅れによる燃料ガスの欠乏、長期間の停止による燃料ガスの消費、燃料ガスの流動性の低下および低温始動時における電極活性の低下等の要因によって、出力電圧が低下した。
【0042】
また、図5には、12時間の運転停止後に、燃料電池12を常温で始動させるとともに、電流取り出しの閾値である設定電圧を、例えば、0.9Vに設定した場合の実験結果が示されている。これにより、端部セル14aでは、電流取り出し後12秒間、燃料ガスが欠乏した状態であるために、出力電圧が低下してしまった。
【0043】
これに対して、図6には、12時間の運転停止後に再起動するととともに、電流取り出しの閾値である設定電圧を、例えば、1.0Vに設定した際の端部セル14aにおける出力電圧が示されている。この結果、設定電圧が1.0Vに設定されることにより、燃料電池12では、端部セル14aにも燃料ガスが十分に供給された後に始動、すなわち、負荷電流の取り出しが行われる。
【0044】
これによって、特に、端部セル14aでの出力電圧が低下することを確実に阻止することができる。このため、簡単な構成および制御で確実な始動状態を得ることが可能になり、燃料電池12の発電性能を有効に向上させることができる。
【0045】
また、本実施形態では、再起動までの時間が変更されると、設定電圧である閾値が変更される。例えば、図4に示す実験の後、13分間だけ運転を停止して再起動を行う際には、閾値である設定電圧が0.8Vに設定された。その結果、図7に示すように、端部セル14aでは、負荷電流の取り出し後に電圧低下があるものの、電圧が復帰して出力電圧の著しい低下を回避することができた。
【0046】
これは、単位セル14の発電によって端部セル14aの触媒近傍に燃料ガスが供給され、燃料ガスの欠乏状態が若干解消されたからである。従って、待機時間が短い際には、設定電圧を低く設定することが可能になり、短時間で良好な始動を開始することができるという利点がある。
【0047】
さらにまた、燃料電池12に供給される燃料ガスのストイキ比(供給燃料ガス量と実際に消費される燃料ガス量との比)が0.8になると、図8に示すように、負荷電流の取り出し後に6分間が経過した際に、全ての単位セル14で電圧低下が惹起した。これにより、燃料ガスのストイキ比を0.8以上に設定しなければ、設定電圧が1.0Vであっても、燃料ガスが欠乏状態となってセル電圧の低下が発生してしまう。このため、供給される燃料ガスのストイキ比によって、設定電圧を変更してもよい。
【0048】
なお、本実施形態では、図1および図2に示すように、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却媒体は、エンドプレート16a側から供給されてエンドプレート16b側で折り返し、さらに前記エンドプレート16a側から排出されるUターン流路を構成しているが、これに限定されるものではない。例えば、エンドプレート16a側から供給された後、エンドプレート16b側から燃料電池12の外部に排出される直流型であっても、同様の効果が得られる。
【0049】
また、本実施形態では、酸化剤ガス流路46および燃料ガス流路48が複数本のサーペンタイン溝部を備えているが、これに限定されるものではなく、例えば、複数本の直線状溝部であってもよい。
【0050】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池の始動方法では、多数の単位セルが積層されていても、反応ガスの供給側とは反対の端部に配置されている単位セルの開回路電圧を測定するだけで、全ての単位セルが始動可能な状態であるか否かを確実に検出することができる。これにより、簡単な構成および制御で、単位セルの電圧低下を有効に抑制して発電性能の向上を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る燃料電池の始動方法を実施するための燃料電池システムの概略構成説明図である。
【図2】前記燃料電池システムを構成する単位セルの分解斜視説明図である。
【図3】前記始動方法を説明するフローチャートである。
【図4】2日間運転停止した後、閾値電圧が0.8Vの場合の端部セルのセル電圧説明図である。
【図5】12時間運転停止した後、閾値電圧が0.9Vの場合の前記端部セルのセル電圧説明図である。
【図6】12時間運転停止した後、閾値電圧が1.0Vの場合の前記端部セルのセル電圧説明図である。
【図7】13分後に再起動するとともに、閾値電圧が0.8Vの場合の前記端部セルのセル電圧説明図である。
【図8】燃料ガスのストイキ比が0.8に設定された際の前記端部セルのセル電圧説明図である。
【符号の説明】
10…燃料電池システム 12…燃料電池
14…単位セル 16a、16b…エンドプレート
22…電解質膜・電極構造体 24、26…セパレータ
34a…燃料ガス供給連通孔 34b…燃料ガス排出連通孔
36…固体高分子電解質膜 38…アノード側電極
40…カソード側電極 46…酸化剤ガス流路
48…燃料ガス流路 50…冷却媒体流路
52…燃料ガス供給部 54…高圧タンク
56…燃料ガス供給管 58…イジェクタ
60…燃料ガス排出管 62…パージバルブ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention has an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, and stacks a plurality of unit cells in which the electrolyte membrane / electrode structure is sandwiched by a pair of separators. And a method of starting a fuel cell that supplies a reaction gas from one end in the stacking direction.
[0002]
[Prior art]
In general, a polymer electrolyte fuel cell has an electrolyte membrane / electrode in which an anode electrode and a cathode electrode are provided on both sides of a solid polymer electrolyte membrane composed of a polymer ion exchange membrane (cation exchange membrane). The structure is configured as a unit cell by being sandwiched between separators. This type of fuel cell is usually used as a fuel cell stack by stacking a plurality of unit cells.
[0003]
In this fuel cell, a fuel gas supplied to the anode side electrode, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter, also referred to as a hydrogen-containing gas) is ionized with hydrogen on the electrode catalyst, and is supplied to the cathode via the electrolyte membrane. Move to the side electrode side. The electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as DC electric energy. Since an oxidant gas, for example, a gas mainly containing oxygen or air (hereinafter also referred to as an oxygen-containing gas) is supplied to the cathode side electrode, hydrogen ions, electrons, And oxygen react to produce water.
[0004]
By the way, in this type of fuel cell, when power is supplied to an external load immediately after start-up, the supply of fuel gas becomes insufficient in the stacked unit cells, In many cases, there is a unit cell in which the flow is hindered or the generated voltage is apt to decrease. In order to solve this kind of problem, for example, a method for starting a polymer electrolyte fuel cell disclosed in
[0005]
The startup method described above includes a voltage measuring step of measuring a power generation voltage of the polymer electrolyte fuel cell, and a voltage value measured in the voltage measuring step is indicated when the polymer electrolyte fuel cell is in a normal operation state. A voltage comparing step of determining whether or not the voltage is equal to or higher than a set voltage set based on the generated voltage; and if it is determined that the voltage is not equal to or higher than the set voltage in the voltage comparing step, supply of water to a plurality of channels is performed. Stopping, and when it is determined that the voltage is equal to or higher than the set voltage, a supply fuel control step of starting supply of water together with fuel gas to the plurality of channels.
[0006]
At this time, the set voltage is set based on the open circuit voltage shown when the polymer electrolyte fuel cell is in a normal operation state, and in the supply fuel control step, it is determined in the voltage comparison step that the voltage is not higher than the set voltage. In this case, the power supply to the outside is stopped, and if it is determined that the voltage is equal to or higher than the set voltage, the power supply to the outside is started.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3213509 (FIG. 5)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as the number of stacked cells increases, the influence of the voltage change of each cell on the voltage change of the battery main body decreases, and the detection sensitivity decreases. For this reason, in
[0009]
Therefore, especially when a large number of cells are stacked for use in a vehicle, the number of divided stacked blocks becomes large, and a voltage measurement step, a voltage comparison step, and a supplied fuel control step must be performed for each stacked block. As a result, it has been pointed out that the configuration and control of the entire fuel cell become considerably complicated.
[0010]
The present invention solves this kind of problem and provides a fuel cell starting method capable of effectively suppressing a voltage drop of a unit cell and improving power generation performance with a simple configuration and control. The purpose is to.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In the fuel cell starting method according to
[0012]
Next, it is determined whether the measured open circuit voltage is equal to or higher than a preset voltage. Then, when it is determined that the measured open circuit voltage is equal to or higher than the set voltage, the extraction of the current from the fuel cell to the external load, that is, the start of the fuel cell is started.
[0013]
Here, a unit cell (hereinafter, also referred to as an end cell) disposed on the other end side in the stacking direction is liable to be short of fuel gas, and the fuel gas hardly flows to the end cell side. For this reason, if power generation of the fuel cell is started before the fuel gas is sufficiently supplied to the end cells, the voltage of the end cells is reduced due to the lack of fuel gas. . That is, among the stacked unit cells, the voltage drop of the end cell becomes the most remarkable, and if the open circuit voltage measured at this end cell is equal to or higher than the set voltage, the open circuit voltage of all other unit cells Is higher than the set voltage.
[0014]
Therefore, even if a large number of unit cells are stacked, it is possible to reliably detect whether or not all the unit cells are in a startable state only by measuring the open circuit voltage of the end cells. This makes it possible to effectively suppress the voltage drop of the unit cell and improve the power generation performance with a simple configuration and control.
[0015]
In the method for starting a fuel cell according to the second aspect of the present invention, the set voltage is changed based on at least a time from when the operation is stopped to when the operation is restarted, that is, a standby time.
[0016]
If the standby time is short, the fuel gas consumption is reduced, and the shortage of fuel gas in the end cells tends to be resolved. Therefore, even if the set voltage is low, the voltage drop of the end cell is effectively suppressed. On the other hand, if the standby time is long, the consumption of the fuel gas increases, and the shortage of the fuel gas in the end cells tends to occur. For this reason, by setting the set voltage high, after the fuel gas is sufficiently supplied to the end cells, starting can be started to suppress the voltage drop of the end cells.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic configuration explanatory view of a
[0018]
The
[0019]
As shown in FIG. 2, the
[0020]
An oxidizing
[0021]
The other end edges of the
[0022]
The electrolyte membrane /
[0023]
The
[0024]
An oxidizing
[0025]
A
[0026]
As shown in FIG. 1, the
[0027]
The fuel
[0028]
The operation of the
[0029]
As shown in FIG. 1, a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied into the
[0030]
Therefore, as shown in FIG. 2, the oxidizing gas is introduced from the oxidizing
[0031]
Therefore, in the electrolyte membrane /
[0032]
The fuel gas supplied to the
[0033]
Further, the cooling medium supplied to the cooling medium
[0034]
Next, a method of starting the fuel cell according to the present embodiment will be described below with reference to a flowchart shown in FIG.
[0035]
First, a time from when the operation of the
[0036]
Then, the
[0037]
The open circuit voltage of the end cell 14a increases from the time of power generation of the
[0038]
In this case, in the present embodiment, in the
[0039]
Here, since the end cell 14a is farthest from the fuel gas supply side, the fuel gas tends to run short, and the fuel gas hardly flows to the end cell 14a side. Therefore, among the
[0040]
Thus, even if a large number of
[0041]
Specifically, the operation of the
[0042]
FIG. 5 shows an experimental result when the
[0043]
On the other hand, FIG. 6 shows the output voltage at the end cell 14a when the operation is restarted after the operation has been stopped for 12 hours and the set voltage which is the current extraction threshold is set to 1.0 V, for example. Have been. As a result, by setting the set voltage to 1.0 V, the
[0044]
Thereby, in particular, it is possible to reliably prevent the output voltage at the end cell 14a from decreasing. For this reason, a reliable starting state can be obtained with a simple configuration and control, and the power generation performance of the
[0045]
In the present embodiment, when the time until the restart is changed, the threshold value that is the set voltage is changed. For example, after the experiment shown in FIG. 4, when the operation was stopped for 13 minutes and restarted, the threshold voltage was set to 0.8V. As a result, as shown in FIG. 7, in the end cell 14a, although there was a voltage drop after the load current was taken out, the voltage was restored and a significant drop in the output voltage could be avoided.
[0046]
This is because the fuel gas is supplied to the vicinity of the catalyst of the end cell 14a by the power generation of the
[0047]
Furthermore, when the stoichiometric ratio of the fuel gas supplied to the fuel cell 12 (the ratio between the supplied fuel gas amount and the actually consumed fuel gas amount) becomes 0.8, as shown in FIG. When 6 minutes had elapsed after the removal, a voltage drop occurred in all the
[0048]
In this embodiment, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, the fuel gas, the oxidizing gas and the cooling medium are supplied from the
[0049]
In the present embodiment, the oxidizing
[0050]
【The invention's effect】
In the method for starting a fuel cell according to the present invention, even when a large number of unit cells are stacked, only by measuring the open circuit voltage of the unit cell arranged at the end opposite to the supply side of the reaction gas, It is possible to reliably detect whether or not all the unit cells can be started. This makes it possible to effectively suppress the voltage drop of the unit cell and improve the power generation performance with a simple configuration and control.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic structural explanatory view of a fuel cell system for carrying out a fuel cell starting method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of a unit cell constituting the fuel cell system.
FIG. 3 is a flowchart illustrating the starting method.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a cell voltage of an end cell when a threshold voltage is 0.8 V after operation is stopped for two days.
FIG. 5 is an explanatory diagram of the cell voltage of the end cell when the threshold voltage is 0.9 V after the operation is stopped for 12 hours.
FIG. 6 is an explanatory diagram of the cell voltage of the end cell when the threshold voltage is 1.0 V after the operation is stopped for 12 hours.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a cell voltage of the end cell in a case where a restart is performed after 13 minutes and a threshold voltage is 0.8V.
FIG. 8 is a diagram illustrating the cell voltage of the end cell when the stoichiometric ratio of the fuel gas is set to 0.8.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記積層方向の他端側に配設される少なくとも1つの単位セルの開回路電圧を測定する工程と、
前記測定された開回路電圧が、予め設定された設定電圧以上であるか否かを判断する工程と、
前記測定された開回路電圧が前記設定電圧以上であると判断された際、前記燃料電池から負荷電流を取り出す工程と、
を有することを特徴とする燃料電池の始動方法。A solid polymer electrolyte membrane has an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides, and the electrolyte membrane / electrode structure is stacked with a plurality of unit cells sandwiched by a pair of separators, and a reaction gas is formed. A method for starting a fuel cell supplied from one end side in a stacking direction,
Measuring an open circuit voltage of at least one unit cell disposed on the other end side in the stacking direction;
A step of determining whether the measured open circuit voltage is equal to or higher than a preset voltage,
Extracting the load current from the fuel cell when the measured open circuit voltage is determined to be equal to or higher than the set voltage,
A method for starting a fuel cell, comprising:
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