JP2007053020A - Method of controlling fuel cell, its control device, and vehicle loaded with its control device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To recover activity of catalyst metal by conducting reduction treatment. <P>SOLUTION: A method of controlling a fuel cell using the catalyst metal as an electrode catalyst contains a stage S1 starting the starting treatment of the fuel cell, stages S2, S3 supplying anode gas to an anode of the fuel cell, stages S4, S5 passing reduction current of the catalyst metal between the anode and a cathode of the fuel cell, and a stage S6 finishing the starting treatment of the fuel cell when voltage across the anode and the cathode reaches reference voltage or less. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池の制御方法およびその制御装置並びにその制御装置を搭載した車両に関する。   The present invention relates to a control method for a fuel cell, a control device therefor, and a vehicle equipped with the control device.


近年、エネルギー・環境問題を背景とした社会的要求や動向と呼応して、燃料電池が車両用駆動源および定置型電源として注目されている。燃料電池は、電解質の種類や電極の種類等により種々のタイプに分類され、代表的なものとしてはアルカリ型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、固体高分子型がある。この中でも自動車用低公害動力源としては、あまり温度を上げずに(通常100℃以下)作動可能な固体高分子型燃料電池(PEFC)が注目を集めており、実用化に向けて開発が進められている。PEFCが自動車用低公害動力源として実用化されるためには、長期間に渡る耐久性を備えることが必須の条件となっている。

In recent years, fuel cells have attracted attention as vehicle drive sources and stationary power sources in response to social demands and trends against the background of energy and environmental problems. Fuel cells are classified into various types depending on the type of electrolyte, the type of electrode, and the like, and representative types include alkaline type, phosphoric acid type, molten carbonate type, solid electrolyte type, and solid polymer type. Among them, as a low-pollution power source for automobiles, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) that can operate without raising the temperature (usually below 100 ° C) is attracting attention, and development is proceeding toward practical application. It has been. In order for PEFC to be put into practical use as a low-pollution power source for automobiles, it is an essential condition to have durability over a long period of time.

PEFCの構成は、一般的には、膜−電極接合体(以下、「MEA」とも記載する)をセパレータで挟持した構造となっている。MEAは、一般的には、ガス拡散層、カソード触媒層、固体高分子電解質膜、アノード触媒層、およびガス拡散層が積層した構造を有する。電池反応は、触媒、触媒を担持する担体、およびアイオノマー(イオン伝導性高分子)からなる触媒層において進行する。このため、触媒層の劣化を防止することは、PEFCの耐久性を高める上で重要な課題となっている。   The PEFC generally has a structure in which a membrane-electrode assembly (hereinafter also referred to as “MEA”) is sandwiched between separators. The MEA generally has a structure in which a gas diffusion layer, a cathode catalyst layer, a solid polymer electrolyte membrane, an anode catalyst layer, and a gas diffusion layer are laminated. The cell reaction proceeds in a catalyst layer comprising a catalyst, a carrier supporting the catalyst, and an ionomer (ion conductive polymer). For this reason, preventing deterioration of the catalyst layer is an important issue in enhancing the durability of PEFC.

しかしながら、PEFCを長期間にわたって連続運転したり、起動、停止を頻繁に繰り返したりすると、触媒、担体、およびアイオノマーからなる三相構造は、カーボン腐食やアイオノマー分解劣化を起こし電極構造が変化する。電極構造が変化すると、ガスの拡散性及び生成水の排出性が低下して、発電性能が低下してしまう。また、電極構造が変化すると、電池の耐久性低下の原因ともなる。特に、固体高分子電解質膜とカソード触媒層との界面付近では、酸化還元反応が生ずることから、カーボンの腐食や触媒金属(たとえば白金)の固体高分子電解質膜への溶出が生じやすく、PEFCの発電特性の低下、PEFCの耐久性低下の原因となる。そこで、触媒層の劣化を防止する技術の開発が切望されている。   However, when the PEFC is continuously operated for a long period of time or is frequently started and stopped, the three-phase structure composed of the catalyst, the support, and the ionomer causes carbon corrosion and ionomer decomposition degradation, and the electrode structure changes. When the electrode structure is changed, gas diffusibility and generated water discharge properties are lowered, and power generation performance is lowered. In addition, changes in the electrode structure may cause a decrease in battery durability. In particular, since an oxidation-reduction reaction occurs near the interface between the solid polymer electrolyte membrane and the cathode catalyst layer, carbon corrosion and elution of catalyst metal (for example, platinum) to the solid polymer electrolyte membrane are likely to occur. It causes a decrease in power generation characteristics and a decrease in PEFC durability. Therefore, development of a technique for preventing the deterioration of the catalyst layer is eagerly desired.

触媒金属は、高電位であっても一定電位で保持されていれば触媒金属の固体高分子電解質膜への溶出はわずかであるが、触媒金属の酸化・還元を伴うような激しい電位の変化時には、触媒金属の溶出は著しくなる。触媒金属の溶出、特に白金の溶出は、金属白金と酸化白金との酸化・還元の繰り返しによって促進されることがわかっている。実際のPEFCの運転時においては、停止時やOCV(開回路電圧)保持時にカソードの電位が上がるために白金が酸化され、発電中は白金が還元状態にあることから、これらの環境の繰り返しが白金の溶出を助長していると考えられている。   Even if the catalytic metal is maintained at a constant potential even at a high potential, the elution of the catalytic metal to the solid polymer electrolyte membrane is slight, but during a violent potential change that involves oxidation and reduction of the catalytic metal. The elution of the catalytic metal becomes significant. It has been found that elution of catalytic metals, particularly platinum, is promoted by repeated oxidation and reduction of platinum metal and platinum oxide. During actual PEFC operation, platinum is oxidized because the cathode potential rises when it is stopped or when OCV (open circuit voltage) is maintained, and platinum is in a reduced state during power generation. It is thought to promote the elution of platinum.

このため、触媒層の耐久性を高める技術として、例えば、下記特許文献1に記載されているように、燃料電池の起動時に、セル当りの出力電圧を強制的に0ボルト以上0.3ボルト以下に1〜10秒間低下させることによって触媒金属の活性を回復させようとするものが提案されている。
特許第3460793号明細書
For this reason, as a technique for improving the durability of the catalyst layer, for example, as described in Patent Document 1 below, when the fuel cell is started, the output voltage per cell is forcibly set to 0 V or more and 0.3 V or less. In order to recover the activity of the catalytic metal by lowering it for 1 to 10 seconds, it has been proposed.
Japanese Patent No. 3460793 Specification

ところが、このような従来の技術では、PEFCが発電を行ってない状態(停止状態)から必要以上に低電圧(高電流密度)で起動させることになるため、触媒金属に局所的な電流の集中が生じ、局所的な触媒劣化が生じる可能性がある。   However, in such a conventional technology, since the PEFC is started at a lower voltage (high current density) than necessary from the state where the PEFC is not generating power (stopped state), local current concentration on the catalyst metal And local catalyst deterioration may occur.

また、PEFCの使用履歴や保管環境の相違によって触媒金属の回復条件(温度、電圧、時間)が異なるにもかかわらず、一律の条件で活性を回復させようとするため、均一な回復を望むことができず、回復度合いにむらが生じてしまう。   In addition, even though the recovery conditions (temperature, voltage, time) of the catalyst metal are different due to differences in PEFC usage history and storage environment, the activity is to be recovered under uniform conditions, so a uniform recovery is desired. Cannot be achieved, resulting in uneven recovery.

本発明は、このような従来の技術の問題点に鑑みて成されたものであり、PEFCの発電を開始する前に触媒金属を還元させ、触媒金属の活性を回復させることができる、燃料電池の制御方法およびその制御装置並びにその制御装置を搭載した車両の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and can reduce the catalytic metal before starting the power generation of the PEFC, and can recover the activity of the catalytic metal. It is an object of the present invention to provide a control method, a control device thereof, and a vehicle equipped with the control device.

上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池の制御方法は、電極触媒として触媒金属が用いられている燃料電池の制御方法であって、前記燃料電池の起動処理を開始する段階と、前記燃料電池のアノードにアノードガスを供給する段階と、前記燃料電池のアノードとカソードとの間で前記触媒金属の還元電流を流す段階と、前記アノードと前記カソードとの間の電圧が基準電圧以下になったときに前記燃料電池の起動処理を終了する段階と、を含むことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a control method for a fuel cell according to the present invention is a control method for a fuel cell in which a catalytic metal is used as an electrode catalyst, the step of starting the fuel cell startup process, Supplying anode gas to the anode of the fuel cell; passing a reduction current of the catalytic metal between the anode and cathode of the fuel cell; and a voltage between the anode and the cathode is equal to or lower than a reference voltage. And a step of ending the fuel cell start-up process.

また、上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池の制御装置は、電極触媒として触媒金属が用いられている燃料電池の制御装置であって、前記燃料電池のアノードにアノードガスを供給するアノードガス供給手段と、前記燃料電池のアノードとカソードとの間のセル電圧を検出するセル電圧検出手段と、前記アノードとカソードとの間で前記触媒金属の還元電流を流す負荷手段と、前記燃料電池の起動信号が入力されたときに、前記アノードガス供給手段を作動させてアノードガスを供給し、前記セル電圧検出手段で検出されるセル電圧が基準電圧以下になるまで前記負荷手段により前記還元電流を流す制御手段と、を有することを特徴とする。   A fuel cell control device according to the present invention for achieving the above object is a fuel cell control device using a catalytic metal as an electrode catalyst, and supplies an anode gas to the anode of the fuel cell. An anode gas supply means, a cell voltage detection means for detecting a cell voltage between the anode and cathode of the fuel cell, a load means for flowing a reduction current of the catalytic metal between the anode and cathode, and the fuel When the battery activation signal is input, the anode gas supply means is operated to supply anode gas, and the load means reduces the cell voltage detected by the cell voltage detection means until the cell voltage is lower than a reference voltage. And a control means for flowing current.

さらに、上記目的を達成するための本発明に係る車両は、請求項11〜15のいずれかの燃料電池の制御装置を搭載したことを特徴とする。   Furthermore, a vehicle according to the present invention for achieving the above object is characterized in that the fuel cell control device according to any one of claims 11 to 15 is mounted.

以上のように構成された本発明に係る燃料電池の制御方法によれば、発電開始前の停止中にカソード側の酸化された触媒金属を完全に還元することができ、運転中の負荷変動による触媒金属の溶出を著しく減少させることができる。   According to the control method of the fuel cell according to the present invention configured as described above, the oxidized catalytic metal on the cathode side can be completely reduced during the stop before the start of power generation, and due to load fluctuation during operation. The elution of the catalytic metal can be significantly reduced.

また、以上のように構成された本発明に係る燃料電池の制御装置によれば、発電開始前の停止中にカソード側の酸化された触媒金属を完全に還元することができ、運転中の負荷変動による触媒金属の溶出を著しく減少させることができる。   Further, according to the fuel cell control device according to the present invention configured as described above, the oxidized catalytic metal on the cathode side during the stop before the start of power generation can be completely reduced, and the load during operation can be reduced. The elution of catalyst metal due to fluctuations can be significantly reduced.

さらに、本発明に係る燃料電池の制御装置を搭載した車両によれば、長期に渡り安定した性能を発揮する車両を得ることができる。   Furthermore, according to the vehicle equipped with the fuel cell control device according to the present invention, a vehicle that exhibits stable performance over a long period of time can be obtained.

以下に、本発明に係る燃料電池の制御方法およびその制御装置並びにその制御装置を搭載した車両について、第1実施形態〜第3実施形態に分けて、図面を参照しながら詳細に説明する。

これらの実施形態の説明をする前に、本発明の理解を容易なものとするために、燃料電池スタックの全体構成について簡単に説明しておく。図1は燃料電池スタックの全体構成を示す斜視図であり、図2は、燃料電池スタックのセル構造を示す要部拡大断面図である。
Hereinafter, a fuel cell control method, a control device thereof, and a vehicle equipped with the control device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings, divided into a first embodiment to a third embodiment.

Before describing these embodiments, the overall configuration of the fuel cell stack will be briefly described in order to facilitate understanding of the present invention. FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of the fuel cell stack, and FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the main part showing the cell structure of the fuel cell stack.

図1に示すように、燃料電池スタック1は、アノードガスとカソードガスの反応により起電力を生じる単位電池としてのセル2を所定数だけ積層した積層体3とされ、その積層体3の両端に集電板4、絶縁板5およびエンドプレート6を配置し、該積層体3の内部に貫通した貫通孔(図示は省略する)にタイロッド7を貫通させ、そのタイロッド7の端部にナット(図示は省略する)を螺合させることで構成されている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell stack 1 is a laminated body 3 in which a predetermined number of cells 2 as unit cells that generate electromotive force by the reaction of anode gas and cathode gas are laminated. The current collecting plate 4, the insulating plate 5 and the end plate 6 are arranged, and a tie rod 7 is passed through a through hole (not shown) penetrating the laminated body 3, and a nut (illustrated) is connected to the end of the tie rod 7. Are omitted).

この燃料電池スタック1においては、アノードガス、カソードガスおよび冷却水をそれぞれ各セル2のセパレータ(図示は省略する)に形成された流路溝に流通させるためのアノードガス導入口8、アノードガス排出口9、カソードガス導入口10、カソードガス排出口11、冷却水導入口12および冷却水排出口13を、一方のエンドプレート6に形成している。   In this fuel cell stack 1, an anode gas inlet 8 for allowing anode gas, cathode gas and cooling water to flow through flow channel grooves formed in separators (not shown) of each cell 2, anode gas exhaust, respectively. An outlet 9, a cathode gas inlet 10, a cathode gas outlet 11, a cooling water inlet 12 and a cooling water outlet 13 are formed in one end plate 6.

アノードガスは、アノードガス導入口8より導入されてセパレータに形成されたアノードガス供給用の流路溝を流れ、アノードガス排出口9より排出される。カソードガスは、カソードガス導入口10より導入されてセパレータに形成されたカソードガス供給用の流路溝を流れ、カソードガス排出口11より排出される。冷却水は、冷却水導入口12より導入されてセパレータに形成された冷却水供給用の流路溝を流れ、冷却水排出口13より排出される。   The anode gas is introduced from the anode gas introduction port 8, flows through the anode gas supply channel groove formed in the separator, and is discharged from the anode gas discharge port 9. The cathode gas is introduced from the cathode gas introduction port 10, flows through the cathode gas supply channel groove formed in the separator, and is discharged from the cathode gas discharge port 11. The cooling water is introduced from the cooling water introduction port 12, flows through the cooling water supply channel groove formed in the separator, and is discharged from the cooling water discharge port 13.

セル2は、図2に示すように、膜電極接合体(以下、MEA(membrane electrode assembly)とも称する。)14と、このMEA14の両面にそれぞれ配置されるセパレータ15とから構成される。以下、MEA14のアノード側に配置されるセパレータ15を、アノードセパレータ15Aと称し、カソード側に配置されるセパレータ15をカソードセパレータ15Bと称する。   As shown in FIG. 2, the cell 2 is composed of a membrane electrode assembly (hereinafter also referred to as MEA (membrane electrode assembly)) 14 and separators 15 disposed on both surfaces of the MEA 14. Hereinafter, the separator 15 disposed on the anode side of the MEA 14 is referred to as an anode separator 15A, and the separator 15 disposed on the cathode side is referred to as a cathode separator 15B.

MEA14は、例えば水素イオンを通す高分子電解質膜である固体高分子電解質膜141と、アノード触媒層142Aとガス拡散層143Aからなるアノードとしてのアノード電極144Aと、電極触媒である触媒金属としてのカソード触媒層142Bとガス拡散層143Bからなるカソードとしてのカソード電極144Bとからなる。MEA14は、アノード電極144Aとカソード電極144Bによって、固体高分子電解質膜141をその両側から挟み込んだ積層構造とされている。   The MEA 14 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 141 that is a polymer electrolyte membrane that allows hydrogen ions to pass through, an anode electrode 144A that is an anode composed of an anode catalyst layer 142A and a gas diffusion layer 143A, and a cathode that is a catalyst metal that is an electrode catalyst. It consists of a cathode electrode 144B as a cathode comprising a catalyst layer 142B and a gas diffusion layer 143B. The MEA 14 has a laminated structure in which a solid polymer electrolyte membrane 141 is sandwiched from both sides by an anode electrode 144A and a cathode electrode 144B.

セパレータ15は、板厚の薄い金属板を金型で所定形状に成形することにより形成される。セパレータ15は、図に示すように、発電に寄与するアクティブ領域(MEA14と接する中央部分の領域)に、凸条部16と凹条部17を交互に形成した凹凸形状(いわゆるコルゲート形状)を有している。   The separator 15 is formed by forming a thin metal plate into a predetermined shape using a mold. As shown in the figure, the separator 15 has an uneven shape (so-called corrugated shape) in which convex portions 16 and concave portions 17 are alternately formed in an active region that contributes to power generation (region of the central portion in contact with the MEA 14). is doing.

MEA14のアノード電極144A側に接して配置されるアノードセパレータ15Aの凸部16Aと凹部17Aは、MEA14との間にアノードガス(水素;H)を流通させる流路溝となりアノードガス流路(アノードの流路)18を形成する。一方、MEA14のカソード電極144B側に接して配置されるカソードセパレータ15Bの凸部16Bと凹部17Bは、MEA14との間にカソードガス(酸素;O)を流通させる流路溝となりカソードガス流路(カソードの流路)19を形成する。 アノードガス流路18に水素を、カソードガス流路19に酸素を、それぞれ流通させると、水素はアノード触媒層142Aの触媒作用で水素イオンに変わり電子を放出する。電子を放出した水素イオンは固体高分子電解質膜141を通過する。カソード触媒層142Bでは固体高分子電解質膜141を通過してきた水素と外部回路(図示せず)を経由してきた電子が酸素と反応して水を生成する。この作用によってアノード電極144Aがマイナスに、カソード電極144Bがプラスになり、図2に示すように、アノード電極144Aとカソード電極144Bとの間で直流電圧が発生する。 The convex portion 16A and the concave portion 17A of the anode separator 15A arranged in contact with the anode electrode 144A side of the MEA 14 serve as a channel groove for flowing an anode gas (hydrogen; H 2 ) between the MEA 14 and an anode gas channel (anode ) 18) is formed. On the other hand, the convex portion 16B and the concave portion 17B of the cathode separator 15B disposed in contact with the cathode electrode 144B side of the MEA 14 serve as a channel groove for flowing a cathode gas (oxygen; O 2 ) between the MEA 14 and the cathode gas channel. (Cathode channel) 19 is formed. When hydrogen is passed through the anode gas flow path 18 and oxygen is passed through the cathode gas flow path 19, the hydrogen is turned into hydrogen ions by the catalytic action of the anode catalyst layer 142A and discharges electrons. The hydrogen ions that have released the electrons pass through the solid polymer electrolyte membrane 141. In the cathode catalyst layer 142B, hydrogen that has passed through the solid polymer electrolyte membrane 141 and electrons that have passed through an external circuit (not shown) react with oxygen to generate water. By this action, the anode electrode 144A becomes negative and the cathode electrode 144B becomes positive, and a DC voltage is generated between the anode electrode 144A and the cathode electrode 144B as shown in FIG.

本明細書では、アノード電極144Aとカソード電極144Bとの間に現れる電圧をセル電圧と称し、セル電圧は、セル電圧検出手段として機能するセル電圧計20によって検出される。なお、セル電圧は、燃料電池スタック1を構成する全てのセルから検出するようにしても良いし、燃料電池スタック1を構成するセルの内の複数の代表的なセルのみから検出するようにしても良い
本発明においては、燃料電池の運転を開始する前に、アノード電極144Aとカソード電極144Bとの間で触媒金属である白金を還元させるための還元電流を流すが、電子はアノード電極144Aからカソード電極144Bに向かって流れる。適切な大きさの還元電流を流すと白金の活性が回復されることから、適切な大きさの還元電流を流して燃料電池の起動時にセル電圧を調整している。
In this specification, a voltage appearing between the anode electrode 144A and the cathode electrode 144B is referred to as a cell voltage, and the cell voltage is detected by the cell voltmeter 20 functioning as a cell voltage detection means. The cell voltage may be detected from all cells constituting the fuel cell stack 1 or may be detected only from a plurality of representative cells among the cells constituting the fuel cell stack 1. In the present invention, before starting the operation of the fuel cell, a reduction current for reducing platinum, which is a catalytic metal, flows between the anode electrode 144A and the cathode electrode 144B, but electrons are supplied from the anode electrode 144A. It flows toward the cathode electrode 144B. Since the activity of platinum is restored when an appropriate amount of reducing current is applied, the cell voltage is adjusted when the fuel cell is started by supplying an appropriate amount of reducing current.

本発明に係る燃料電池の制御方法およびその制御装置では、起動時のセル電圧の調整によって、カソード触媒層142Bに担持されている触媒金属、具体的には白金を、燃料電池の運転前に還元し、カソード触媒層142Bに生成された酸化白金(PtOまたはPtO)を完全に取り除いてから、発電が行えるようにしている。また、発電中においても、カソード触媒層142Bに酸化白金ができるだけ生成されないように燃料電池を運転するようにしている。 In the fuel cell control method and control apparatus according to the present invention, the catalyst metal, specifically platinum, carried on the cathode catalyst layer 142B is reduced before the fuel cell is operated by adjusting the cell voltage at the time of startup. The platinum oxide (PtO or PtO 2 ) generated on the cathode catalyst layer 142B is completely removed before power generation can be performed. Further, even during power generation, the fuel cell is operated so that platinum oxide is not generated as much as possible in the cathode catalyst layer 142B.

以下に、第1実施形態から第3実施形態に分けて本発明に係る燃料電池の制御方法およびその制御装置を具体的に説明する。
[第1実施形態]
図3及び図4は、本発明の第1実施形態に係る燃料電池の制御方法およびその制御装置の説明に供する図である。図3は本実施の形態に係る燃料電池の制御装置の概略構成ブロック図を、図4は図3に示した制御部の動作フローチャートを示し、このフローチャートは本実施の形態の燃料電池の制御方法の手順に相当するものでもある。
Hereinafter, the fuel cell control method and the control device according to the present invention will be described in detail from the first embodiment to the third embodiment.
[First Embodiment]
FIGS. 3 and 4 are diagrams for explaining the control method and the control device of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic block diagram of the control apparatus for the fuel cell according to the present embodiment, and FIG. 4 is an operation flowchart of the control unit shown in FIG. 3, which is a control method for the fuel cell according to the present embodiment. It is also equivalent to this procedure.

本実施の形態に係る燃料電池の制御装置は、図3に示すように、アノードガス(水素)とカソードガス(酸素)との供給によって発電する燃料電池スタック1、燃料電池スタック1を構成する全セルのセル電圧を検出するセル電圧計20、燃料電池の起動処理が開始してから終了するまでの間、各セルへの還元電流の大きさを調整する負荷器21、カソードガスの流量を調整する流量調整器22、アノードガスの流量を調整する流量調整器23、セル電圧計20の検出電圧に基づいて、負荷器21の断続動作と流量調整器22、23の動作を制御する制御部24を備えている。   As shown in FIG. 3, the fuel cell control device according to the present embodiment includes a fuel cell stack 1 that generates power by supplying anode gas (hydrogen) and cathode gas (oxygen), and all the fuel cell stacks 1 that constitute the fuel cell stack 1. A cell voltmeter 20 that detects the cell voltage of the cell, a loader 21 that adjusts the magnitude of the reduction current to each cell from the start to the end of the fuel cell startup process, and the cathode gas flow rate adjustment The flow rate regulator 22 for controlling the flow rate of the anode gas, the flow rate regulator 23 for adjusting the flow rate of the anode gas, and the control unit 24 for controlling the intermittent operation of the loader 21 and the operation of the flow rate regulators 22 and 23 based on the detection voltage of the cell voltmeter 20 It has.

燃料電池スタック1には電極触媒として触媒金属が用いられている。具体的にはカソード電極144Bのカソード触媒層142B(図2参照)に白金が用いられている。   The fuel cell stack 1 uses a catalytic metal as an electrode catalyst. Specifically, platinum is used for the cathode catalyst layer 142B (see FIG. 2) of the cathode electrode 144B.

セル電圧計20は、燃料電池スタック1を構成する全てのアノード電極144Aとカソード電極144Bとの間のセル電圧を検出するセル電圧検出手段として機能する。   The cell voltmeter 20 functions as cell voltage detection means for detecting cell voltages between all the anode electrodes 144A and the cathode electrodes 144B constituting the fuel cell stack 1.

負荷器21は、アノード電極144Aとカソード電極144Bとの間で触媒金属である白金の還元電流を流す負荷手段として機能する。   The loader 21 functions as a load means for flowing a reduction current of platinum as a catalyst metal between the anode electrode 144A and the cathode electrode 144B.

流量調整器23は、燃料電池スタック1のアノードにアノードガスを供給するアノードガス供給手段として機能する。流量調整器23は、アノードガスの供給量を計測する機能を有している。   The flow rate regulator 23 functions as anode gas supply means for supplying anode gas to the anode of the fuel cell stack 1. The flow regulator 23 has a function of measuring the supply amount of the anode gas.

制御部24は、燃料電池の起動信号が入力されたときに、流量調整器23を開いて燃料電池スタック1にアノードガスを供給し、セル電圧計20で検出されるセル電圧が基準電圧以下になるまで負荷器21によりアノード電極144Aとカソード電極144Bとの間に還元電流を流す制御手段として機能する。   When the start signal of the fuel cell is input, the control unit 24 opens the flow rate regulator 23 to supply the anode gas to the fuel cell stack 1, and the cell voltage detected by the cell voltmeter 20 is equal to or lower than the reference voltage. Until this time, the loader 21 functions as a control means for causing a reduction current to flow between the anode electrode 144A and the cathode electrode 144B.

本実施の形態では、以上のように構成された燃料電池の制御装置を用いて、次のような理由からカソード電極144Bの白金の還元処理を行っている。

燃料電池の停止時には、燃料電池スタック1のカソードガス流路19内に酸素が残留した状態であり、高電位になっているためカソード電極144Bの白金の一部が酸化され、酸化白金(PtOまたはPtO)が生成される。酸化白金は、その後の燃料電池の運転時の電位変化を受けて溶出が促進される。白金の溶出は燃料電池の発電性能を低下させるばかりでなく、燃料電池の寿命にも大きな影響を与える。
In the present embodiment, using the fuel cell control apparatus configured as described above, the reduction treatment of platinum of the cathode electrode 144B is performed for the following reason.

When the fuel cell is stopped, oxygen remains in the cathode gas flow path 19 of the fuel cell stack 1, and since it is at a high potential, a part of platinum of the cathode electrode 144B is oxidized, and platinum oxide (PtO or PtO) PtO 2 ) is generated. The elution of platinum oxide is promoted in response to potential changes during the subsequent operation of the fuel cell. The elution of platinum not only lowers the power generation performance of the fuel cell, but also has a significant effect on the life of the fuel cell.

このため、本実施の形態では、燃料電池の運転停止時にカソード電極144Bに生成された酸化白金を運転開始までに還元して完全に取り除き、その後の運転中においても酸化白金が生成されない条件で運転を継続する(白金−酸化白金の酸化還元サイクルの発生を防ぐ)ようにして、白金の溶出を極力防止し、燃料電池の発電性能の維持、寿命の向上を目指す、起動時の還元処理を行っている。   For this reason, in the present embodiment, the platinum oxide generated at the cathode electrode 144B when the fuel cell is stopped is reduced and completely removed before the start of operation, and the operation is performed under the condition that platinum oxide is not generated even during the subsequent operation. Is continued (to prevent the occurrence of platinum-platinum oxide oxidation-reduction cycle) to prevent the elution of platinum as much as possible, to maintain the power generation performance of the fuel cell, and to improve the life, perform the reduction process at the start-up ing.

図4にしたがって、本実施の形態の還元処理の手順を詳細に説明する。 まず、制御部24が外部装置(図示せず)から燃料電池の運転を開始させるための燃料電池起動信号を入力すると、制御部24は燃料電池の起動処理を開始する(S1)。制御部24は流量調整器23を開き燃料電池スタック1にアノードガス(水素)の供給を開始する。このときにはアノードガスの消費を抑えるために流量調整器22は閉じてカソードガス(酸素)は供給しない(S2)。   With reference to FIG. 4, the procedure of the reduction process of the present embodiment will be described in detail. First, when the control unit 24 inputs a fuel cell activation signal for starting the operation of the fuel cell from an external device (not shown), the control unit 24 starts the activation process of the fuel cell (S1). The control unit 24 opens the flow rate regulator 23 and starts supplying anode gas (hydrogen) to the fuel cell stack 1. At this time, in order to suppress consumption of the anode gas, the flow rate regulator 22 is closed and the cathode gas (oxygen) is not supplied (S2).

制御部24はアノードガス流路18(図2参照)がアノードガスで満たされたか否か、すなわちアノードガスパージが完了したか否かを判断する。アノードガスパージが完了したか否かは、流量調整器23を通過したアノードガスの量によって判断する。つまり、流量調整器23を通過したアノードガスの量が燃料電池スタック1のアノードガス流路18の総体積を上回ったか否かによって判断する。または、アノードガス流路18の内部または出口側に水素センサを、さらにカソードガス流路19の内部または出口側に酸素センサを設けておき、検出された水素濃度が99%を超え、酸素濃度が0.2%以下であるときにアノードガスパージが完了したと判断するようにしても良い(S3)。   The control unit 24 determines whether or not the anode gas flow path 18 (see FIG. 2) is filled with the anode gas, that is, whether or not the anode gas purge is completed. Whether or not the anode gas purge is completed is determined by the amount of the anode gas that has passed through the flow rate regulator 23. That is, the determination is made based on whether or not the amount of the anode gas that has passed through the flow rate regulator 23 exceeds the total volume of the anode gas flow path 18 of the fuel cell stack 1. Alternatively, a hydrogen sensor is provided in the anode gas passage 18 or at the outlet side, and an oxygen sensor is provided in the cathode gas passage 19 or at the outlet side, so that the detected hydrogen concentration exceeds 99% and the oxygen concentration is When it is 0.2% or less, it may be determined that the anode gas purge is completed (S3).

アノードガスパージが完了していなければ(S3:NO)、アノードガスの供給を継続する。一方、アノードガスパージが完了していれば(S3:YES)、制御部24は、流量調整器23を閉じてアノードガスの供給を遮断し、全てのセル2(図1参照)に負荷器21、一例としては抵抗器を個別に接続して、カソード電極144Bからアノード電極144Aに向けて、酸化された白金を還元するための還元電流を流す。すなわち還元電流印加処理を開始する(S4)。   If the anode gas purge is not completed (S3: NO), the supply of the anode gas is continued. On the other hand, if the anode gas purge is completed (S3: YES), the control unit 24 closes the flow rate regulator 23 to shut off the supply of the anode gas, and loads all the cells 2 (see FIG. 1) to the loaders 21, As an example, resistors are individually connected, and a reduction current for reducing oxidized platinum flows from the cathode electrode 144B to the anode electrode 144A. That is, the reduction current application process is started (S4).

制御部24は、各セル2の電圧をセル電圧計20で個別に検出し、セル電圧が基準電圧である、0.5ボルト以下になったか否かを判断する。セル電圧は、アノード電極144Aを基準とするカソード電極144Bの電位である。還元電流印加処理が開始されると、セル電圧は、図9に示すように、開回路電圧(OCV)から時間と共に低下する。制御部24は、この電圧を監視して、基準電圧である、0.5ボルトを下回ったか否かを判断するのである。   The control unit 24 individually detects the voltage of each cell 2 with the cell voltmeter 20 and determines whether or not the cell voltage has become 0.5 V or less, which is the reference voltage. The cell voltage is the potential of the cathode electrode 144B with respect to the anode electrode 144A. When the reduction current application process is started, the cell voltage decreases from the open circuit voltage (OCV) with time as shown in FIG. The control unit 24 monitors this voltage and determines whether or not it is lower than the reference voltage, 0.5 volts.

基準電圧を0.5ボルト以下としているのは、白金が酸化して酸化白金(PtO)となっているときには、0.76ボルト程度でも十分に還元することができる(2価のPtOは0.76ボルト以下で還元されるから)が、酸化白金(PtO)となってしまっているときには、0.76ボルト程度では還元することができず、0.5ボルト程度まで電圧を落とす必要がある(4価のPtOは0.5ボルト以下で還元されるから)からである。 The reason why the reference voltage is 0.5 volts or less is that when platinum is oxidized to platinum oxide (PtO), it can be sufficiently reduced even at about 0.76 volts (the divalent PtO is 0. 0). If it is reduced to 76 volts or less), but it has become platinum oxide (PtO 2 ), it cannot be reduced at about 0.76 volts, and the voltage must be reduced to about 0.5 volts. (Because tetravalent PtO 2 is reduced at 0.5 volts or less).

このため、本実施の形態では基準電圧を0.5ボルトとしているが、基準電圧を0.76ボルト以下とすることも可能である。また、酸化白金を完全に取り除くには基準電圧を0.5ボルト以下(たとえば0.35ボルト)にすることも考えられるが、基準電圧を低く設定しすぎると、良好な還元作用は得られるものの、急激な還元作用によって金属触媒を傷めてしまうことが懸念される。設定電圧が低すぎると還元電流の値が大きくなりすぎて、金属触媒の特定の部位にだけ電流が集中して流れるようになり、ホットスポットができ、それが金属触媒を傷める原因となるからである(S5)。   For this reason, although the reference voltage is set to 0.5 volts in the present embodiment, the reference voltage can be set to 0.76 volts or less. In order to completely remove platinum oxide, it is conceivable to set the reference voltage to 0.5 volts or less (for example, 0.35 volts). However, if the reference voltage is set too low, a good reduction action can be obtained. There is a concern that the metal catalyst may be damaged by the rapid reduction action. If the set voltage is too low, the value of the reduction current becomes too large and the current concentrates and flows only in specific parts of the metal catalyst, creating hot spots, which can damage the metal catalyst. Yes (S5).

制御部24は、各セル2の電圧が0.5ボルト以下になっていなければ(S5:NO)、まだ還元されていない酸化白金が存在するのであるから、負荷器21を介して還元電流を流し続ける。一方、制御部24は、各セル2の電圧が0.5ボルト以下になっていれば(S5:YES)、酸化白金が存在しなくなったのであるから、全てのセル2から負荷器21を取り外して還元電流を遮断する。すなわち還元電流印加処理を終了する。還元電流印加処理の終了によって燃料電池の起動処理が終了する(S6)。   If the voltage of each cell 2 is not lower than 0.5 volts (S5: NO), the control unit 24 has platinum oxide that has not been reduced yet. Keep flowing. On the other hand, if the voltage of each cell 2 is 0.5 volts or less (S5: YES), the control unit 24 removes the loaders 21 from all the cells 2 because platinum oxide is no longer present. To cut off the reduction current. That is, the reduction current application process is terminated. Upon completion of the reduction current application process, the fuel cell activation process is completed (S6).

なお以上の例では、全てのセルのセル電圧が基準電圧以下になったときに還元電流を遮断するようにしたが、全てのセル電圧ではなく、達成割合を設けておき、任意の数のセル電圧が基準電圧以下になったときに、セル電圧が基準電圧以下になったと判断して還元電流を遮断するようにしてもよい。また、セル電圧も全てのセルについて検出するのではなく、任意のセルについてのみ検出するようにしても良い。   In the above example, the reduction current is cut off when the cell voltage of all cells becomes lower than the reference voltage. However, instead of all the cell voltages, an achievement ratio is provided, and an arbitrary number of cells can be set. When the voltage becomes lower than the reference voltage, it may be determined that the cell voltage has become lower than the reference voltage, and the reduction current may be cut off. Further, the cell voltage may not be detected for all cells, but only for an arbitrary cell.

制御部24は、燃料電池の起動処理が完了したら、流量調整器22、23を開き燃料電池スタック1にアノードガス(水素)の供給を開始すると共にカソードガス(酸素含有ガス)の供給も開始して、燃料電池を運転し、発電を開始する。燃料電池を運転している間は、負荷変動に応じて車両に搭載されている補器を接続するなどし、アノード電極144Aとカソード電極144Bとの間の電圧を0.8ボルト以下に制御する。   When the starting process of the fuel cell is completed, the control unit 24 opens the flow rate regulators 22 and 23 and starts supplying the anode gas (hydrogen) to the fuel cell stack 1 and also starts supplying the cathode gas (oxygen-containing gas). Then, the fuel cell is operated and power generation is started. While the fuel cell is in operation, the voltage between the anode electrode 144A and the cathode electrode 144B is controlled to 0.8 volts or less by connecting an auxiliary device mounted on the vehicle according to the load fluctuation. .

このように、セル電圧を0.8ボルト以下に制御するのは、発電中に触媒金属に酸化白金が生成されないようにするためである。酸化白金は0.8ボルト以上で生成される。通常の固体高分子型燃料電池の開回路電圧は0.9から1.0ボルトである。このため、カソード電極144Bではこの電圧によって白金の酸化が起こっていると考えられる。白金の酸化と還元が白金の溶出を促進することから、発電中も白金の酸化を生じさせることは好ましくない。   The reason why the cell voltage is controlled to 0.8 volts or less is to prevent platinum oxide from being generated on the catalyst metal during power generation. Platinum oxide is produced at 0.8 volts and above. A typical polymer electrolyte fuel cell has an open circuit voltage of 0.9 to 1.0 volts. For this reason, it is considered that platinum is oxidized by this voltage at the cathode electrode 144B. Since oxidation and reduction of platinum promotes elution of platinum, it is not preferable to cause oxidation of platinum during power generation.

そのため、アイドル時(負荷に大きな電力を供給していないとき)であっても、電圧を0.8ボルト以下にするために発電状態とさせることが望ましい。したがって、余剰の電力が生じる場合には、この余剰電力で補器を動かすようにしたり、車両に搭載されている二次電池の充電に使用したりする。このようにすれば、発電中に生成される酸化白金の量が抑制されることから、起動開始時に行われる還元電流印加処理時間をかなり減少させることができる(S7)。   Therefore, it is desirable that the power generation state be established in order to reduce the voltage to 0.8 volts or less even when idling (when large power is not supplied to the load). Therefore, when surplus power is generated, the auxiliary device is moved by this surplus power, or used for charging a secondary battery mounted on the vehicle. In this way, since the amount of platinum oxide generated during power generation is suppressed, it is possible to considerably reduce the reduction current application processing time performed at the start of startup (S7).

以上のように、本実施の形態では、燃料電池の運転を行う前に、金属触媒を完全に還元させている。金属触媒が酸化された状態のまま大きな負荷変動を伴う発電を行うと、金属触媒が溶出し易くなる。このため、燃料電池の起動時に還元電流印加処理を行い、セル電圧を基準電圧以下に下げることによって、燃料電池の運転前に酸化された金属触媒を完全に取り除き、運転後は、発電中に金属触媒が酸化されないように、目標となる電圧を定めて発電を継続するようにして燃料電池の発電性能の劣化防止と耐久性の向上を図っている。
[第2実施形態]
図5及び図6は、本発明の第2実施形態に係る燃料電池の制御方法およびその制御装置の説明に供する図である。図5は本実施の形態に係る燃料電池の制御装置の概略構成ブロック図を、図6は図5に示した制御部の動作フローチャートを示し、このフローチャートは本実施の形態の燃料電池の制御方法の手順に相当するものでもある。
As described above, in the present embodiment, the metal catalyst is completely reduced before the fuel cell is operated. When power generation with a large load change is performed in a state where the metal catalyst is oxidized, the metal catalyst is easily eluted. For this reason, a reduction current application process is performed at the start of the fuel cell, and the cell voltage is lowered below the reference voltage to completely remove the metal catalyst that has been oxidized before the operation of the fuel cell. In order to prevent the catalyst from being oxidized, the power generation performance of the fuel cell is prevented from being deteriorated and the durability is improved by setting a target voltage and continuing the power generation.
[Second Embodiment]
FIGS. 5 and 6 are diagrams for explaining a control method and a control apparatus for a fuel cell according to the second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic block diagram of the fuel cell control device according to the present embodiment, and FIG. 6 is an operation flowchart of the control unit shown in FIG. 5. This flowchart is a control method for the fuel cell of the present embodiment. It is also equivalent to this procedure.

第1実施形態と第2実施形態とでは、図5において、カソードガスの排気経路にカソードガスの供給を遮断する遮断手段としての遮断弁25を設けている点だけが異なっている。その外の構成要素は図3と全く同一であるのでそれらの構成要素の説明は省略する。   The first embodiment is different from the second embodiment only in that a shutoff valve 25 as a shutoff means for shutting off the supply of the cathode gas is provided in the cathode gas exhaust path in FIG. The other constituent elements are exactly the same as those in FIG. 3, so that the description of those constituent elements is omitted.

遮断弁25はカソードガスの排気経路の出口側から拡散流入してくるカソードガスを完全に遮断するために設けている。上記のような還元電流印加処理を行う場合、カソードガス流路19内に酸素が残留していると、その酸素の還元反応も起こるため、酸素が多量に存在している場合には、残留酸素が還元されるまでセル電圧が低下しなくなる。カソードガス流路19の体積が小さければ還元電流を流すと同時に残留酸素分は還元されてすぐに水になるため還元電流印加処理時間に大きな影響は与えないと考えられる。本実施の形態のように、遮断弁25でカソードガス流路19を強制的に遮断してしまえば、還元電流印加処理中でもカソードガスの排気経路の出口側から酸素が流入してくることを防止できるので、還元電流印加処理に要する時間の短縮化を図ることができる。

図6にしたがって、本実施の形態の還元処理の手順を詳細に説明する。なお、図6のフローチャートは、図4のフローチャートと比較して、S14の処理が異なるだけであるので、図4のフローチャートと同一のステップの説明は簡略化して説明する。 まず、制御部24が燃料電池起動信号を入力すると、制御部24は燃料電池の起動処理を開始する(S11)。制御部24は流量調整器23を開き燃料電池スタック1にアノードガス(水素)の供給を開始する。このときにはアノードガスの消費を抑えるためにカソードガス(酸素)は供給しない(S12)。制御部24はアノードガス流路18(図2参照)がアノードガスで満たされたか否か、すなわちアノードガスパージが完了したか否かを判断する(S13)。アノードガスパージが完了していなければ(S13:NO)、アノードガスの供給を継続する。
The shut-off valve 25 is provided to completely shut off the cathode gas that diffuses and flows in from the outlet side of the cathode gas exhaust path. When performing the reduction current application process as described above, if oxygen remains in the cathode gas flow path 19, a reduction reaction of the oxygen also occurs. Therefore, when a large amount of oxygen is present, residual oxygen The cell voltage does not decrease until is reduced. If the volume of the cathode gas channel 19 is small, it is considered that the reduction current is applied and at the same time the residual oxygen is reduced and immediately becomes water, so that the reduction current application processing time is not greatly affected. If the cathode gas passage 19 is forcibly shut off by the shut-off valve 25 as in the present embodiment, oxygen is prevented from flowing in from the outlet side of the cathode gas exhaust path even during the reduction current application process. Therefore, the time required for the reduction current application process can be shortened.

The procedure of the reduction process of the present embodiment will be described in detail according to FIG. Note that the flowchart of FIG. 6 differs from the flowchart of FIG. 4 only in the process of S14, and therefore, the description of the same steps as the flowchart of FIG. 4 will be simplified. First, when the control unit 24 inputs a fuel cell activation signal, the control unit 24 starts a fuel cell activation process (S11). The control unit 24 opens the flow rate regulator 23 and starts supplying anode gas (hydrogen) to the fuel cell stack 1. At this time, no cathode gas (oxygen) is supplied to suppress consumption of the anode gas (S12). The control unit 24 determines whether or not the anode gas flow path 18 (see FIG. 2) is filled with the anode gas, that is, whether or not the anode gas purge is completed (S13). If the anode gas purge is not completed (S13: NO), the supply of the anode gas is continued.

一方、アノードガスパージが完了していれば(S13:YES)、制御部24は、流量調整器23を閉じてアノードガスの供給を遮断し、同時に遮断弁25を閉じてカソードガスの排気経路の出口側から酸素が流入してこないようにし(S14)、全てのセル2(図1参照)に負荷器21を個別に接続して、カソード電極144Bからアノード電極144Aに向けて、酸化された白金を還元するための還元電流を流す。すなわち還元電流印加処理を開始する(S15)。制御部24は、各セル2の電圧をセル電圧計20で個別に検出し、セル電圧が基準電圧である0.5ボルト以下になったか否かを判断する(S16)。   On the other hand, if the anode gas purge is completed (S13: YES), the control unit 24 closes the flow rate regulator 23 to shut off the supply of the anode gas, and simultaneously closes the shutoff valve 25 to exit the cathode gas exhaust path. Oxygen does not flow in from the side (S14), loaders 21 are individually connected to all the cells 2 (see FIG. 1), and the oxidized platinum is directed from the cathode electrode 144B toward the anode electrode 144A. A reduction current for reduction is applied. That is, the reduction current application process is started (S15). The control unit 24 individually detects the voltage of each cell 2 with the cell voltmeter 20 and determines whether or not the cell voltage is equal to or lower than the reference voltage of 0.5 volts (S16).

制御部24は、各セル2の電圧が0.5ボルト以下になっていなければ(S16:NO)、まだ還元されていない酸化白金が存在するのであるから、負荷器21を介して還元電流を流し続ける。一方、制御部24は、各セル2の電圧が0.5ボルト以下になっていれば(S16:YES)、酸化白金が存在しなくなったのであるから、全てのセル2から負荷器21を取り外して還元電流を遮断する。すなわち還元電流印加処理を終了する。還元電流印加処理の終了によって燃料電池の起動処理が終了する(S17)。   If the voltage of each cell 2 is not less than or equal to 0.5 volts (S16: NO), the control unit 24 has platinum oxide that has not yet been reduced. Keep flowing. On the other hand, if the voltage of each cell 2 is 0.5 volts or less (S16: YES), the control unit 24 removes the loaders 21 from all the cells 2 because platinum oxide no longer exists. To cut off the reduction current. That is, the reduction current application process is terminated. When the reduction current application process ends, the fuel cell startup process ends (S17).

制御部24は、燃料電池の起動処理が完了したら、流量調整器22、23を開き燃料電池スタック1にアノードガス(水素)の供給を開始すると共にカソードガス(酸素)の供給も開始して、燃料電池を運転し、発電を開始する。燃料電池を運転している間は、負荷変動に応じて車両に搭載されている補器を接続するなどし、アノード電極144Aとカソード電極144Bとの間の電圧を0.8ボルト以下に制御する(S18)。   When the starting process of the fuel cell is completed, the control unit 24 opens the flow rate regulators 22 and 23 and starts supplying the anode gas (hydrogen) to the fuel cell stack 1 and also starts supplying the cathode gas (oxygen). Operate the fuel cell and start power generation. While the fuel cell is in operation, the voltage between the anode electrode 144A and the cathode electrode 144B is controlled to 0.8 volts or less by connecting an auxiliary device mounted on the vehicle according to the load fluctuation. (S18).

以上のように、本実施の形態では、カソードにカソードガスが流れ込まないようにカソードガスの供給を遮断し、カソードガスの供給を遮断した状態で、セル電圧が基準電圧以下になるまで負荷器により還元電流を流し、燃料電池の運転を行う前に、金属触媒を完全に還元させている。
[第3実施形態]
図7及び図8は、本発明の第3実施形態に係る燃料電池の制御方法およびその制御装置の説明に供する図である。図7は本実施の形態に係る燃料電池の制御装置の概略構成ブロック図を、図8は図7に示した制御部の動作フローチャートを示し、このフローチャートは本実施の形態の燃料電池の制御方法の手順に相当するものでもある。
As described above, in this embodiment, the cathode gas supply is shut off so that the cathode gas does not flow into the cathode, and the cathode gas supply is shut off until the cell voltage becomes equal to or lower than the reference voltage. Before the fuel cell is operated by supplying a reduction current, the metal catalyst is completely reduced.
[Third Embodiment]
7 and 8 are diagrams for explaining a control method and a control device for a fuel cell according to a third embodiment of the present invention. FIG. 7 is a schematic block diagram of the fuel cell control device according to the present embodiment, and FIG. 8 is an operation flowchart of the control unit shown in FIG. 7. This flowchart is a control method for the fuel cell of the present embodiment. It is also equivalent to this procedure.

第2実施形態と第3実施形態とでは、図7において、カソードガスの流入経路に不活性ガスを積極的に注入する不活性ガス供給手段としての不活性ガス供給部26を設けている点だけが異なっている。その他の構成要素は図5と全く同一であるのでそれらの構成要素の説明は省略する。   In the second embodiment and the third embodiment, in FIG. 7, only an inert gas supply unit 26 as an inert gas supply means for positively injecting an inert gas into the cathode gas inflow path is provided. Is different. The other components are exactly the same as those in FIG. 5, and thus description of those components is omitted.

不活性ガス供給部26は、燃料電池スタック1のカソードガス流路19に一般的に用いられている不活性ガスを供給し、カソードガス流路19に残存している酸素を完全にカソードガス流路19外に追い出すために設けている。不活性ガス供給部26は、カソードガス流路19内に不活性ガスを所定量所定流量で供給することができるように、カソードガスの供給経路の入り口側(上流側)に接続されている。不活性ガス供給部26は、制御部24によってその作動が制御されている。不活性ガスは、たとえば高圧ガスボンベなどの貯蔵手段に公知の方法で貯蔵される。不活性ガスは、大気より酸素の含有量が低い、窒素または希ガス主成分のガスであれば良く、純窒素ガス、純希ガスの他に、発電中にカソードガス流路19から排出されたガスを貯蔵して利用することもできる。   The inert gas supply unit 26 supplies an inert gas generally used for the cathode gas flow path 19 of the fuel cell stack 1 and completely removes oxygen remaining in the cathode gas flow path 19 from the cathode gas flow path. It is provided to drive out of the road 19. The inert gas supply unit 26 is connected to the inlet side (upstream side) of the cathode gas supply path so that a predetermined amount of inert gas can be supplied into the cathode gas channel 19 at a predetermined flow rate. The operation of the inert gas supply unit 26 is controlled by the control unit 24. The inert gas is stored in a known manner in a storage means such as a high-pressure gas cylinder. The inert gas may be nitrogen or a rare gas main component gas having a lower oxygen content than the atmosphere. In addition to pure nitrogen gas and pure rare gas, the inert gas was discharged from the cathode gas passage 19 during power generation. Gas can be stored and used.

還元電流印加処理を行う場合、カソードガス流路19内に酸素が残留していると、残留酸素が還元されるまでセル電圧が低下しなくなるのは上述の通りであるが、還元電流を印加する前にカソードガス流路19を不活性ガスでパージ、あるいは不活性ガスを供給しながら行えば、残留酸素の影響は完全に取り除かれるために、還元電流印加処理に要する時間の短縮化をより図ることができる。   When performing the reduction current application process, if oxygen remains in the cathode gas flow path 19, the cell voltage does not decrease until the residual oxygen is reduced as described above. However, the reduction current is applied. If the cathode gas channel 19 is previously purged with an inert gas or supplied while supplying an inert gas, the influence of residual oxygen is completely removed, so that the time required for the reduction current application process is further shortened. be able to.

不活性ガスパージ後に遮断弁25でカソードガス流路19を強制的に遮断してしまえば、還元電流印加処理中でもカソードガスの排気経路の出口側から酸素が流入してくることを防止できるので、還元電流印加処理に要する時間の短縮化を図ることができる。

図8にしたがって、本実施の形態の還元処理の手順を詳細に説明する。なお、図8のフローチャートは、図6のフローチャートと比較して、S22とS23の処理が異なるだけであるので、図6のフローチャートと同一のステップの説明は簡略化して説明する。 まず、制御部24が燃料電池起動信号を入力すると、制御部24は燃料電池の起動処理を開始する(S21)。制御部24は流量調整器23を開き燃料電池スタック1にアノードガス(水素)の供給を開始する。同時に、制御部24は流量調整機22を閉じ、カソードガスの供給を完全に絶って、不活性ガス供給部26からカソードガス流路19内に不活性ガスの供給を開始する。これにより、カソードガス流路19に残存している酸素が不活性ガスと置き換えられる(S22)。
If the cathode gas passage 19 is forcibly shut off by the shut-off valve 25 after the inert gas purge, oxygen can be prevented from flowing in from the outlet side of the cathode gas exhaust path even during the reduction current application process. The time required for the current application process can be shortened.

The procedure of the reduction process of the present embodiment will be described in detail according to FIG. Note that the flowchart of FIG. 8 differs from the flowchart of FIG. 6 only in the processing of S22 and S23, and therefore, the description of the same steps as the flowchart of FIG. 6 will be simplified. First, when the control unit 24 inputs a fuel cell activation signal, the control unit 24 starts a fuel cell activation process (S21). The control unit 24 opens the flow rate regulator 23 and starts supplying anode gas (hydrogen) to the fuel cell stack 1. At the same time, the control unit 24 closes the flow rate regulator 22, completely stops the supply of the cathode gas, and starts supplying the inert gas from the inert gas supply unit 26 into the cathode gas flow path 19. As a result, the oxygen remaining in the cathode gas channel 19 is replaced with the inert gas (S22).

制御部24はアノードガス流路18(図2参照)がアノードガスで満たされたか否か、すなわちアノードガスパージが完了したか否か、および、カソードガス流路19が不活性ガスで満たされたか否か、すなわちカソードガスパージが完了したか否かを判断する(S23)。アノードガスパージおよびカソードガスパージが完了していなければ(S23:NO)、アノードガスおよび不活性ガスの供給を継続する。カソードガス流路19の全体が不活性ガスで満たされ不活性ガスに置き換わったか否かは、カソードに供給された不活性ガスの流量、または、カソードの流路に存在する不活性ガスの濃度で判断する。   The control unit 24 determines whether the anode gas flow path 18 (see FIG. 2) is filled with the anode gas, that is, whether the anode gas purge is completed, and whether the cathode gas flow path 19 is filled with the inert gas. That is, it is determined whether or not the cathode gas purge is completed (S23). If the anode gas purge and the cathode gas purge are not completed (S23: NO), the supply of the anode gas and the inert gas is continued. Whether the entire cathode gas channel 19 is filled with the inert gas and replaced with the inert gas depends on the flow rate of the inert gas supplied to the cathode or the concentration of the inert gas present in the cathode channel. to decide.

一方、アノードガスパージおよびカソードガスパージが完了していれば(S23:YES)、制御部24は、流量調整器23を閉じてアノードガスの供給を遮断し、同時に遮断弁25を閉じて不活性ガスの排気経路の出口側から酸素が流入して来ないようにし(S24)、全てのセル2(図1参照)に負荷器21を個別に接続して、カソード電極144Bからアノード電極144Aに向けて、酸化された白金を還元するための還元電流を流す。すなわち還元電流印加処理を開始する(S25)。制御部24は、各セル2の電圧をセル電圧計20で個別に検出し、セル電圧が基準電圧である0.5ボルト以下になったか否かを判断する(S26)。   On the other hand, if the anode gas purge and the cathode gas purge are completed (S23: YES), the control unit 24 closes the flow rate regulator 23 to shut off the supply of the anode gas, and simultaneously closes the shut-off valve 25 to remove the inert gas. Oxygen does not flow in from the outlet side of the exhaust path (S24), and loaders 21 are individually connected to all the cells 2 (see FIG. 1), from the cathode electrode 144B toward the anode electrode 144A, A reduction current for reducing oxidized platinum is passed. That is, the reduction current application process is started (S25). The control unit 24 individually detects the voltage of each cell 2 with the cell voltmeter 20 and determines whether or not the cell voltage is equal to or lower than the reference voltage of 0.5 volts (S26).

制御部24は、各セル2の電圧が0.5ボルト以下になっていなければ(S26:NO)、まだ還元されていない酸化白金が存在するのであるから、負荷器21を介して還元電流を流し続ける。一方、制御部24は、各セル2の電圧が0.5ボルト以下になっていれば(S26:YES)、酸化白金が存在しなくなったのであるから、全てのセル2から負荷器21を取り外して還元電流を遮断する。すなわち還元電流印加処理を終了する。還元電流印加処理の終了によって燃料電池の起動処理が終了する(S27)。   If the voltage of each cell 2 is not less than 0.5 volts (S26: NO), the control unit 24 has platinum oxide that has not yet been reduced. Keep flowing. On the other hand, if the voltage of each cell 2 is 0.5 volts or less (S26: YES), the control unit 24 removes the loaders 21 from all the cells 2 because platinum oxide no longer exists. To cut off the reduction current. That is, the reduction current application process is terminated. When the reduction current application process ends, the fuel cell startup process ends (S27).

制御部24は、燃料電池の起動処理が完了したら、不活性ガス供給部26を閉じる一方、流量調整器22、23を開き燃料電池スタック1にアノードガス(水素)の供給を開始すると共にカソードガス(酸素)の供給も開始して、燃料電池を運転し、発電を開始する。燃料電池を運転している間は、負荷変動に応じて車両に搭載されている補器を接続するなどし、アノード電極144Aとカソード電極144Bとの間の電圧を0.8ボルト以下に制御する(S28)。   When the starting process of the fuel cell is completed, the control unit 24 closes the inert gas supply unit 26, opens the flow rate regulators 22 and 23, and starts supplying anode gas (hydrogen) to the fuel cell stack 1 and cathode gas. (Oxygen) supply is also started, the fuel cell is operated, and power generation is started. While the fuel cell is in operation, the voltage between the anode electrode 144A and the cathode electrode 144B is controlled to 0.8 volts or less by connecting an auxiliary device mounted on the vehicle according to the load fluctuation. (S28).

以上のように、本実施の形態では、還元電流を流す前に、カソードの流路の全体が不活性ガスに置き換わるまでカソードに不活性ガスを供給し、カソードにカソードガスが流れ込まないようにカソードガスの供給を遮断し、カソードガスの供給を遮断した状態で、アノードガスを流し、セル電圧が基準電圧以下になるまで負荷器により還元電流を流し、燃料電池の運転を行う前に、金属触媒を完全に還元させている。このため、還元電流印加処理に要する時間の短縮化を図ることができる。   As described above, in this embodiment, before flowing the reduction current, the inert gas is supplied to the cathode until the entire cathode flow path is replaced with the inert gas, and the cathode gas is prevented from flowing into the cathode. With the gas supply shut off and the cathode gas supply shut off, the anode gas is allowed to flow, and a reduction current is allowed to flow through the load until the cell voltage falls below the reference voltage. Is completely reduced. For this reason, the time required for the reduction current application process can be shortened.

以上の第1実施形態から第3実施形態として示した燃料電池の制御装置は車両に搭載することができる。本発明の燃料電池の制御装置を車両に搭載すれば、長期に渡り安定した性能を発揮する車両を得ることができる。   The fuel cell control device shown as the first to third embodiments can be mounted on a vehicle. If the fuel cell control device of the present invention is mounted on a vehicle, a vehicle that exhibits stable performance over a long period of time can be obtained.

なお、上述の実施形態では、還元電流の大きさをセル電圧に応じて変えているが、還元電流の大きさをセル電圧に応じて時間的に変動させる(波状、パルス状)ようにすることも可能である。   In the above-described embodiment, the magnitude of the reduction current is changed according to the cell voltage, but the magnitude of the reduction current is changed with time (wave shape, pulse shape) according to the cell voltage. Is also possible.

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例にのみに限定されることはない。また、本実施例において、%の表示は、特記しない限り質量百分率を表すものとする。
(電極触媒層の作成)
電極触媒層は次のようにして作成した。Pt担持カーボン粉末(Pt担持量:48.1%、Pt平均粒子径:3.2nm、カーボン担体:VulcanXC−72)の重量に対して5倍量の精製水を加えた後、0.5倍量のイソプロピルアルコールを加え、さらにはNafionの重量が0.8倍になるようにNafion溶液(Aldrich社製5wt.%Nafion含有)を加えた。混合スラリーを超音波ホモジナイザでよく分散させ、それに続いて減圧脱泡操作を加えることによって触媒インクを作成した。これをガス拡散層(GDL)であるカーボンペーパー(東レ製TGP−H−060)の片面にスクリーン印刷法によって所定量の触媒インクを印刷し、60℃で24時間乾燥させることによって電極層を作成した。
(MEAの製作)
MEA(膜−電極接合体)の作成については触媒を塗布した面を電解質膜に合わせて120℃、1.2MPaで10分間ホットプレスを行うことによりMEAを作成した。参考例のMEAはカソード(空気極)として参考例電極層を用い、実施例MEAは実施例電極層をカソードとして用いた。参考例、実施例共に、使用したMEAはPt使用量を見かけの電極面積1cm当たりアノードでは0.3mg、カソードでは0.5mgとし、電極面積は25cmとした。また、電解質膜としてNafion112(厚さ:約50μm)を用いた。
(実施例セル評価)
作成したMEAを用いて燃料電池セルを構成し、起動方法の異なる起動停止回数に対するセル電圧とカソードPt有効電極面積変化の評価を以下のような方法で行った。
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples. In addition, this invention is not limited only to these Examples. Further, in this example, the display of% represents a mass percentage unless otherwise specified.
(Creation of electrode catalyst layer)
The electrode catalyst layer was prepared as follows. After adding 5 times the amount of purified water to the weight of Pt-supported carbon powder (Pt-supported amount: 48.1%, Pt average particle size: 3.2 nm, carbon support: Vulcan XC-72), 0.5 times An amount of isopropyl alcohol was added, and a Nafion solution (containing 5 wt.% Nafion manufactured by Aldrich) was added so that the weight of Nafion was 0.8 times. A catalyst ink was prepared by dispersing the mixed slurry well with an ultrasonic homogenizer followed by a vacuum degassing operation. A predetermined amount of catalyst ink is printed on one side of carbon paper (Toray TGP-H-060 manufactured by Toray Industries, Inc.), which is a gas diffusion layer (GDL), and dried at 60 ° C. for 24 hours to create an electrode layer. did.
(Production of MEA)
Regarding the preparation of MEA (membrane-electrode assembly), MEA was prepared by hot pressing at 120 ° C. and 1.2 MPa for 10 minutes with the surface on which the catalyst was applied aligned with the electrolyte membrane. The MEA of the reference example used the reference example electrode layer as the cathode (air electrode), and the example MEA used the example electrode layer as the cathode. In both Reference Examples and Examples, the MEA used was 0.3 mg for the anode and 0.5 mg for the cathode per 1 cm 2 of the apparent electrode area, and the electrode area was 25 cm 2 . Further, Nafion 112 (thickness: about 50 μm) was used as the electrolyte membrane.
(Example cell evaluation)
A fuel cell was constructed using the prepared MEA, and the cell voltage and the cathode Pt effective electrode area change with respect to the number of start / stop operations with different start methods were evaluated by the following method.

燃料電池のアノード側には燃料として水素を供給し、カソード側には空気を供給した。両ガスとも供給圧力は大気圧とし、燃料電池本体の温度は70℃に設定し、水素利用率は67%、空気利用率は40%として電流密度を0.2A/cm一定で運転したときのセル電圧の変化を調べた。停止時はカソードに空気を供給せず、出口側を大気開放とした。 Hydrogen was supplied as fuel to the anode side of the fuel cell, and air was supplied to the cathode side. When operating at a constant current density of 0.2 A / cm 2 with both gas supply pressures set to atmospheric pressure, fuel cell body temperature set to 70 ° C., hydrogen utilization rate of 67%, air utilization rate of 40% Changes in cell voltage were examined. When stopping, no air was supplied to the cathode, and the outlet side was opened to the atmosphere.

10分間停止した後に起動する場合には、まず、アノードに水素を供給し、燃料ガスのパージが終了した後、カソードガスを供給せず、カソードガスの遮断弁を閉じた状態で還元電流0.1A/cmを流し、セル電圧が0.5ボルト以下になったところで、還元電流印加処理を終了し、カソードガス出口の遮断弁を開放してカソードガスの供給を開始して発電運転を開始する。電流密度を0.2A/cm一定で運転したときのセル電圧の変化から、金属触媒性能の変化を調べた。さらに、サイクリックボルタンメトリによりカソードのPt有効電極面積の比較も行った。
(参考例セル評価)
停止後の起動動作は通常の起動動作と同様に行うこと以外は、同様に、電流密度を0.2A/cm一定で運転したときのセル電圧の変化から、金属触媒性能の変化を調べた。さらに、サイクリックボルタンメトリによりカソードのPt有効電極面積の変化も調べた。
When starting after stopping for 10 minutes, hydrogen is first supplied to the anode, and after the purge of the fuel gas is completed, the cathode gas is not supplied, and the cathode gas shut-off valve is closed and the reduction current is reduced to 0. When 1 A / cm 2 was passed and the cell voltage became 0.5 volts or less, the reduction current application process was terminated, the cathode gas outlet shut-off valve was opened, the cathode gas supply was started, and the power generation operation was started. To do. The change in the metal catalyst performance was examined from the change in the cell voltage when the current density was operated at a constant 0.2 A / cm 2 . Furthermore, the Pt effective electrode area of the cathode was also compared by cyclic voltammetry.
(Reference example cell evaluation)
Similarly, the change in the performance of the metal catalyst was examined from the change in the cell voltage when the current density was operated at a constant 0.2 A / cm 2 except that the start-up operation after the stop was performed in the same manner as the normal start-up operation. . Furthermore, the change in the Pt effective electrode area of the cathode was also examined by cyclic voltammetry.

図10は、還元電流印加処理を行った場合(実施例)と行わなかった場合(参考例)との起動停止回数に対するセル電圧の変化状態を示す図である。   FIG. 10 is a diagram illustrating a change state of the cell voltage with respect to the number of times of starting and stopping when the reduction current application process is performed (Example) and when the reduction current application process is not performed (Reference Example).

この図を見れば明らかなように、参考例に比べ、実施例の方が起動停止回数に対するセル電圧の低下度合いが少ないことがわかる。つまり、実施例では還元電流印加処理を行っているので、白金の酸化が見られず、燃料電池としての発電性能に低下があまり見られない。ところが、参考例の場合には、起動停止回数の増加と共に酸化白金の量が増え、白金の溶出が生じているので、セル電圧が低下して行き、燃料電池としての発電性能に著しい低下が見られる。   As is apparent from this figure, it can be seen that the degree of decrease in the cell voltage with respect to the number of start / stops is smaller in the example than in the reference example. That is, since the reduction current application process is performed in the embodiment, the oxidation of platinum is not observed, and the power generation performance as a fuel cell is not significantly reduced. However, in the case of the reference example, the amount of platinum oxide increases and the elution of platinum occurs as the number of start / stop operations increases, so that the cell voltage decreases, and the power generation performance as a fuel cell is significantly reduced. It is done.

さらに、表1に上記起動停止試験を行う前と、2000サイクル試験を行った後のサイクリックボルタンメトリにより求めたカソードのPt有効電極面積の比較を示したが、実施例の方が試験後のPt有効電極面積の低下量がかなり小さいことがわかる。この結果は、図10の結果と整合するものである。なお、表1中のECAとは、使用したPtの単位重量あたりのPt有効電極面積を示し、Ptの溶出度合いを判定するための指標である。   Table 1 shows a comparison of the cathode Pt effective electrode area determined by cyclic voltammetry before the start / stop test and after the 2000 cycle test. It can be seen that the amount of decrease in the Pt effective electrode area is considerably small. This result is consistent with the result of FIG. The ECA in Table 1 indicates the Pt effective electrode area per unit weight of Pt used, and is an index for determining the degree of elution of Pt.

Figure 2007053020
Figure 2007053020

以上のことから、起動時にカソードのPtを完全に還元することにより、運転時のPtの溶出を抑制することができ、有効触媒表面積の低下も抑制できるものと考えることができる。   From the above, it can be considered that the Pt elution during operation can be suppressed and the decrease in the effective catalyst surface area can be suppressed by completely reducing Pt of the cathode at the time of startup.

本発明は、触媒金属の溶出を著しく減少させることができるため、将来的に燃料電池の寿命向上に役立てることができる。   The present invention can remarkably reduce the elution of the catalyst metal, and can be useful for improving the life of the fuel cell in the future.

燃料電池スタックの全体構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the whole structure of a fuel cell stack. 燃料電池スタックのセル構造を示す要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view which shows the cell structure of a fuel cell stack. 第1実施形態に係る燃料電池の制御装置の概略構成ブロック図である。It is a schematic block diagram of a fuel cell control device according to the first embodiment. 図3に示した制御部の動作フローチャートである。It is an operation | movement flowchart of the control part shown in FIG. 第2実施形態に係る燃料電池の制御装置の概略構成ブロック図である。It is a schematic block diagram of a fuel cell control device according to a second embodiment. 図5に示した制御部の動作フローチャートである。6 is an operation flowchart of the control unit shown in FIG. 5. 第3実施形態に係る燃料電池の制御装置の概略構成ブロック図である。It is a schematic block diagram of the control apparatus of the fuel cell which concerns on 3rd Embodiment. 図7に示した制御部の動作フローチャートである。It is an operation | movement flowchart of the control part shown in FIG. 還元電流印加処理中のセル電圧の低下状況を示す図である。It is a figure which shows the fall condition of the cell voltage during a reduction current application process. 還元電流印加処理を行った場合(実施例)と行わなかった場合(参考例)との起動停止回数に対するセル電圧の変化状態を示す図である。It is a figure which shows the change state of the cell voltage with respect to the frequency | count of a start / stop with the case where a reduction current application process is performed (Example) and when it is not performed (reference example).

符号の説明Explanation of symbols


1 燃料電池スタック、
2 セル、
3 積層体、
4 集電板、
5 絶縁板、
6 エンドプレート、
7 タイロッド、
8 アノードガス導入口、
9 アノードガス排出口、
10 カソードガス導入口、
11 カソードガス排出口、
12 冷却水導入口、
13 冷却水排出口、
15 セパレータ、
15A アノードセパレータ、
15B カソードセパレータ、
16 凸条部、
16A 凸部、
16B 凸部、
17 凹条部、
17A 凹部、
17B 凹部、 18 アノードガス流路、
19 カソードガス流路、
20 セル電圧計、
21 負荷器、
22 流量調整器、
23 流量調整器、
24 制御部、
25 遮断弁、
26 不活性ガス供給部、
141 固体高分子電解質膜、
142A アノード触媒層、
142B カソード触媒層、

143A ガス拡散層、
143B ガス拡散層、 144A アノード電極、
144B カソード電極。

1 Fuel cell stack,
2 cells,
3 laminates,
4 current collector,
5 Insulating plate,
6 End plate,
7 Tie rods
8 Anode gas inlet,
9 Anode gas outlet,
10 Cathode gas inlet,
11 Cathode gas outlet,
12 Cooling water inlet,
13 Cooling water outlet,
15 separator,
15A anode separator,
15B cathode separator,
16 ridges,
16A convex part,
16B convex part,
17 Concave part,
17A recess,
17B recess, 18 anode gas flow path,
19 Cathode gas flow path,
20 cell voltmeter,
21 loader,
22 Flow regulator,
23 Flow regulator
24 control unit,
25 shutoff valve,
26 inert gas supply section,
141 solid polymer electrolyte membrane,
142A anode catalyst layer,
142B cathode catalyst layer,

143A gas diffusion layer,
143B gas diffusion layer, 144A anode electrode,
144B Cathode electrode.

Claims (16)

電極触媒として触媒金属が用いられている燃料電池の制御方法であって、
前記燃料電池の起動処理を開始する段階と、
前記燃料電池のアノードにアノードガスを供給する段階と、
前記燃料電池のアノードとカソードとの間で前記触媒金属の還元電流を流す段階と、
前記アノードと前記カソードとの間の電圧が基準電圧以下になったときに前記燃料電池の起動処理を終了する段階と、
を含むことを特徴とする燃料電池の制御方法。
A method for controlling a fuel cell in which a catalytic metal is used as an electrode catalyst,
Starting the fuel cell startup process;
Supplying an anode gas to the anode of the fuel cell;
Passing a reduction current of the catalytic metal between an anode and a cathode of the fuel cell;
Ending the fuel cell start-up process when the voltage between the anode and the cathode falls below a reference voltage;
A control method for a fuel cell comprising:
前記還元電流を流す段階の前に、
前記カソードにカソードガスが流れ込まないように前記カソードガスの供給を遮断する段階をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の制御方法。
Before passing the reduction current,
The method of claim 1, further comprising shutting off the supply of the cathode gas so that the cathode gas does not flow into the cathode.
前記還元電流を流す段階の前に、
前記カソードに不活性ガスを供給する段階をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の制御方法。
Before passing the reduction current,
The method of claim 1, further comprising supplying an inert gas to the cathode.
前記アノードガスを供給する段階は、
前記アノードの流路の全体がアノードガスで満たされるまで継続されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の燃料電池の制御方法。
Supplying the anode gas comprises:
The fuel cell control method according to any one of claims 1 to 3, wherein the entire anode flow path is continued until the anode gas is filled with the anode gas.
前記不活性ガスを供給する段階は、
前記カソードの流路の全体が不活性ガスに置き換わるまで継続されることを特徴とする請求項1または3に記載の燃料電池の制御方法。
Supplying the inert gas comprises:
4. The method for controlling a fuel cell according to claim 1, wherein the entire flow path of the cathode is continued until it is replaced with an inert gas.
前記アノードの流路の全体がアノードガスで満たされか否かは、前記アノードに供給されたアノードガスの流量、または、前記アノードの流路に存在するアノードガスの濃度で判断することを特徴とする請求項4に記載の燃料電池の制御方法。   Whether or not the entire anode flow path is filled with the anode gas is determined by a flow rate of the anode gas supplied to the anode or a concentration of the anode gas existing in the anode flow path. The method for controlling a fuel cell according to claim 4. 前記カソードの流路の全体が不活性ガスに置き換わったか否かは、前記カソードに供給された不活性ガスの流量、または、前記カソードの流路に存在する不活性ガスの濃度で判断することを特徴とする請求項5に記載の燃料電池の制御方法。   Whether or not the entire cathode flow path has been replaced with an inert gas is determined by the flow rate of the inert gas supplied to the cathode or the concentration of the inert gas present in the cathode flow path. The fuel cell control method according to claim 5, wherein: 起動処理を終了する段階の後に、
前記アノードにアノードガスを供給すると共に前記カソードにカソードガスを供給して燃料電池を運転する段階をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の制御方法。
After the stage of completing the startup process,
The method of claim 1, further comprising operating a fuel cell by supplying an anode gas to the anode and supplying a cathode gas to the cathode.
前記基準電圧は、好ましくは0.76ボルト、最も好ましくは0.5ボルトであることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の制御方法。   2. The fuel cell control method according to claim 1, wherein the reference voltage is preferably 0.76 volts, and most preferably 0.5 volts. 前記燃料電池を運転している間は、前記アノードと前記カソードとの間の電圧を0.8ボルト以下に制御することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の制御方法。   2. The fuel cell control method according to claim 1, wherein the voltage between the anode and the cathode is controlled to 0.8 volts or less while the fuel cell is operated. 電極触媒として触媒金属が用いられている燃料電池の制御装置であって、
前記燃料電池のアノードにアノードガスを供給するアノードガス供給手段と、
前記燃料電池のアノードとカソードとの間のセル電圧を検出するセル電圧検出手段と、
前記アノードとカソードとの間で前記触媒金属の還元電流を流す負荷手段と、
前記燃料電池の起動信号が入力されたときに、前記アノードガス供給手段を作動させてアノードガスを供給し、前記セル電圧検出手段で検出されるセル電圧が基準電圧以下になるまで前記負荷手段により前記還元電流を流す制御手段と、
を有することを特徴とする燃料電池の制御装置。
A fuel cell control device in which a catalytic metal is used as an electrode catalyst,
An anode gas supply means for supplying an anode gas to the anode of the fuel cell;
Cell voltage detecting means for detecting a cell voltage between an anode and a cathode of the fuel cell;
Load means for flowing a reduction current of the catalytic metal between the anode and the cathode;
When the start signal of the fuel cell is input, the anode gas supply means is operated to supply anode gas, and the load means causes the cell voltage detected by the cell voltage detection means to become a reference voltage or less. Control means for flowing the reduction current;
A fuel cell control device comprising:
前記カソードにカソードガスが流れ込まないように前記カソードガスの供給を遮断する遮断手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記燃料電池の起動信号が入力されたときに、前記アノードガス供給手段を作動させてアノードガスを供給し、さらに前記遮断手段で前記カソードガスの供給を遮断した状態で、前記セル電圧検出手段で検出されるセル電圧が基準電圧以下になるまで前記負荷手段により前記還元電流を流すことを特徴とする請求項11に記載の燃料電池の制御装置。
And further has a blocking means for blocking the supply of the cathode gas so that the cathode gas does not flow into the cathode,
When the fuel cell activation signal is input, the control means operates the anode gas supply means to supply the anode gas, and further shuts off the supply of the cathode gas by the shut-off means. 12. The fuel cell control device according to claim 11, wherein the reduction current is caused to flow by the load means until a cell voltage detected by the cell voltage detection means becomes equal to or lower than a reference voltage.
前記カソードに不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記燃料電池の起動信号が入力されたときに、前記アノードガス供給手段を作動させてアノードガスを供給し、さらに不活性ガス供給手段を作動させ、前記カソードのカソードガスを不活性ガスに置き換えた状態で、前記セル電圧検出手段で検出されるセル電圧が基準電圧以下になるまで前記負荷手段により前記還元電流を流すことを特徴とする請求項11に記載の燃料電池の制御装置。
An inert gas supply means for supplying an inert gas to the cathode;
When the start signal of the fuel cell is input, the control means operates the anode gas supply means to supply anode gas, further activates the inert gas supply means, and deactivates the cathode gas of the cathode. 12. The control of a fuel cell according to claim 11, wherein the reducing current is caused to flow by the load means until the cell voltage detected by the cell voltage detecting means becomes equal to or lower than a reference voltage in a state where the active gas is replaced. apparatus.
前記基準電圧は、好ましくは0.76ボルト、最も好ましくは0.5ボルトであることを特徴とする請求項11〜13のいずれかに記載の燃料電池の制御装置。   14. The fuel cell control device according to claim 11, wherein the reference voltage is preferably 0.76 volts, and most preferably 0.5 volts. 前記セル電圧は、前記アノードと前記カソードとから構成されるすべてのセルのセル電圧を検出するか、または、任意の数のセルのセル電圧を検出するかのいずれかであり、
前記制御手段は、すべてセルの電圧が基準電圧以下になったとき、または任意の数のセル電圧が基準電圧以下になったときに、セル電圧が基準電圧以下になったと判断することを特徴とする請求項11〜13のいずれかに記載の燃料電池の制御装置。
The cell voltage is either to detect the cell voltage of all cells composed of the anode and the cathode, or to detect the cell voltage of an arbitrary number of cells,
The control means determines that the cell voltage has become equal to or less than the reference voltage when all the cell voltages have become equal to or less than the reference voltage, or when any number of cell voltages have become equal to or less than the reference voltage. The fuel cell control device according to any one of claims 11 to 13.
請求項11〜15のいずれかの燃料電池の制御装置を搭載したことを特徴とする車両。   A vehicle comprising the fuel cell control device according to claim 11.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011171119A (en) * 2010-02-18 2011-09-01 Toyota Motor Corp Measuring method of catalyst utilization ratio
JP2013054942A (en) * 2011-09-05 2013-03-21 Honda Motor Co Ltd Method of activating solid polymer fuel cell
US10056633B2 (en) 2013-10-14 2018-08-21 Hyundai Motor Company Performance recovery method for fuel cell stack

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