JP2007179749A - Control method of fuel cell and its control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の制御方法及びその制御装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell control method and a control apparatus therefor.
近年、環境問題を背景とした社会的要求や動向と呼応して、燃料電池が注目されている。特に、イオン導電性の高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池(以下、「PEFC」と称する)は、100℃以下の低い温度で作動可能なことから、車両用駆動源や定置型電源として期待され、実用化に向けて開発が進められている。PEFCが車両用駆動源や定置型電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要である。 In recent years, fuel cells have attracted attention in response to social demands and trends against the background of environmental problems. In particular, a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter referred to as “PEFC”) using an ion conductive polymer electrolyte membrane can be operated at a low temperature of 100 ° C. or lower. It is expected as a power source and is being developed for practical use. In order for the PEFC to be put into practical use as a vehicle drive source or a stationary power source, it is necessary 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」と称する)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、アノード触媒層が順に積層した構造を有する。電池反応は、少なくとも触媒、触媒を担持する担体、およびイオン導電性高分子からなる触媒層において進行する。このため、触媒層の劣化を抑制することは、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 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, and an anode catalyst layer are sequentially laminated. The cell reaction proceeds at least in a catalyst layer comprising a catalyst, a carrier supporting the catalyst, and an ion conductive polymer. For this reason, suppressing deterioration of the catalyst layer is an important issue in enhancing the durability of PEFC.
触媒の劣化を抑制する従来技術としては、下記特許文献1に記載されているように、燃料電池の停止時に、運転電圧が0.9V以上になっている時間を10分以内に制限する燃料電池システムが提案されている。
この技術によれば、PEFCの停止時において触媒の劣化を抑制することはできるが、PEFCの運転中においては触媒の劣化を抑制することができない。 According to this technique, it is possible to suppress the deterioration of the catalyst when the PEFC is stopped, but it is not possible to suppress the deterioration of the catalyst during the operation of the PEFC.
PEFCの運転中は、PFECが負荷に供給する電力の変動に応じ、PEFCの出力電圧も周期的、または、非周期的に変動する現象(以下、「負荷サイクル」と称する)が発生する。負荷サイクルの発生は、カソード極の大きな電位変化を伴うことから、触媒層を構成する触媒の酸化、還元反応を頻繁に反復させる。 During the operation of the PEFC, a phenomenon (hereinafter referred to as “load cycle”) in which the output voltage of the PEFC fluctuates periodically or aperiodically occurs in accordance with fluctuations in the power supplied to the load by the PFEC. Since the generation of the duty cycle is accompanied by a large potential change of the cathode electrode, the oxidation and reduction reactions of the catalyst constituting the catalyst layer are frequently repeated.
触媒(例えば、白金)は、高電位であっても一定の電位に保持されていれば触媒表面は安定しており、触媒の固体高分子電解質膜への溶出はわずかである。ところが、触媒の酸化・還元を伴うような負荷サイクルの発生時となると、触媒の電位が大きく変動することから、触媒の溶出は著しくなり、担体カーボンの腐食や触媒の固体高分子電解質膜への溶出が生じやすく、触媒が劣化し、PEFCの発電性能の低下、PEFCの耐久性低下の原因となる。 If the catalyst (for example, platinum) is kept at a constant potential even at a high potential, the catalyst surface is stable, and the elution of the catalyst to the solid polymer electrolyte membrane is slight. However, when a duty cycle involving oxidation / reduction of the catalyst occurs, the potential of the catalyst fluctuates greatly, so that the elution of the catalyst becomes significant, and the corrosion of the carrier carbon and the solid polymer electrolyte membrane of the catalyst Elution is likely to occur, the catalyst is deteriorated, and the power generation performance of PEFC is lowered and the durability of PEFC is lowered.
本発明は、従来、着目すらされていなかったPEFCの運転中における触媒の劣化を抑制できるようにするために成されたものであり、運転中のセル電圧を検知して、燃料ガスや酸化剤ガスの湿度を調整したり、燃料電池の温度を調整したりすることができるようにした燃料電池の制御方法及びその制御装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in order to be able to suppress deterioration of a catalyst during operation of a PEFC, which has not been paid attention to in the past, and detects a cell voltage during operation to detect a fuel gas or an oxidant. It is an object of the present invention to provide a fuel cell control method and a control device for the fuel cell which can adjust the humidity of gas and the temperature of the fuel cell.
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、前記燃料電池の負荷変動を検知する段階と、負荷変動が検知されたときに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知する段階と、検知されたセル電圧が所定電圧範囲にあるときには前記アノードに供給する燃料ガス又は前記カソードに供給する酸化剤ガスの少なくともいずれか一方のガスの湿度を所定湿度に調整する段階と、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 catalyst metal is used as an electrode catalyst. Detecting a cell voltage between the anode and cathode of the fuel cell when a change is detected, and supplying the fuel gas supplied to the anode or the cathode when the detected cell voltage is within a predetermined voltage range Adjusting the humidity of at least one of the oxidizing gas to a predetermined humidity.
また、上記目的を達成するための本発明に係る他の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、前記燃料電池の負荷変動を検知する段階と、負荷変動が検知されたときに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知する段階と、検知されたセル電圧が所定電圧範囲にあるときには前記燃料電池の温度を所定温度に調整する段階と、を含むことを特徴とする。 Further, another fuel cell control method according to the present invention for achieving the above object is a fuel cell control method using a catalytic metal as an electrode catalyst, and detects a load fluctuation of the fuel cell. Detecting a cell voltage between the anode and cathode of the fuel cell when a load change is detected, and setting the temperature of the fuel cell to a predetermined temperature when the detected cell voltage is in a predetermined voltage range. Adjusting to the above.
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、前記燃料電池の負荷変動を検知する負荷変動検知手段と、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知するセル電圧検知手段と、前記アノードに供給する燃料ガス又は前記カソードに供給する酸化剤ガスの少なくともいずれか一方のガスの湿度を検知する湿度検知手段と、検知されたセル電圧が所定電圧範囲にあるときには、前記湿度検知手段が検知するガスの湿度に基づいて、前記アノードに供給する燃料ガス又は前記カソードに供給する酸化剤ガスの少なくともいずれか一方のガスの湿度を所定湿度に調整する湿度調整手段と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a fuel cell control device according to the present invention is a fuel cell control device in which a catalytic metal is used as an electrode catalyst, and detects a load fluctuation of the fuel cell. Detection means; cell voltage detection means for detecting a cell voltage between the anode and cathode of the fuel cell; and at least one of a fuel gas supplied to the anode and an oxidant gas supplied to the cathode. Humidity detection means for detecting humidity, and when the detected cell voltage is in a predetermined voltage range, based on the humidity of the gas detected by the humidity detection means, the fuel gas supplied to the anode or the oxidation supplied to the cathode And humidity adjusting means for adjusting the humidity of at least one of the agent gases to a predetermined humidity.
また、上記目的を達成するための本発明に係る他の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、前記燃料電池の負荷変動を検知する負荷変動検知手段と、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知するセル電圧検知手段と、前記燃料電池の温度を検知する温度検知手段と、検知されたセル電圧が所定電圧範囲にあるときには、前記温度検知手段が検知する前記燃料電池の温度に基づいて、前記燃料電池の温度を所定温度に調整する温度調整手段と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, another fuel cell control device according to the present invention is a fuel cell control device using a catalytic metal as an electrode catalyst, and detects a load fluctuation of the fuel cell. A load fluctuation detecting means; a cell voltage detecting means for detecting a cell voltage between the anode and cathode of the fuel cell; a temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell; and the detected cell voltage is within a predetermined voltage range. The temperature adjusting means adjusts the temperature of the fuel cell to a predetermined temperature based on the temperature of the fuel cell detected by the temperature detecting means.
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、燃料電池の運転中も負荷サイクルに伴う触媒の劣化を抑制することができるので、燃料電池の初期の発電性能を長期間にわたって維持することができ、燃料電池の耐久性を向上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, it is possible to suppress deterioration of the catalyst accompanying the duty cycle even during operation of the fuel cell, so that the initial power generation performance of the fuel cell is prolonged. It can be maintained over a period of time, and the durability of the fuel cell can be improved.
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、燃料電池の運転中も負荷サイクルに伴う触媒の劣化を抑制することができるので、燃料電池の初期の発電性能を長期間にわたって維持することができ、燃料電池の耐久性を向上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, it is possible to suppress deterioration of the catalyst accompanying the duty cycle even during operation of the fuel cell, so that the initial power generation performance of the fuel cell Can be maintained over a long period of time, and the durability of the fuel cell can be improved.
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について、第1実施形態〜第6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 control method and a control device for a fuel cell according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings, divided into first to sixth embodiments.
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、燃料ガス(本明細書では水素)と酸化剤ガス(本明細書では酸素)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て積層体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
この燃料電池スタック1においては、燃料ガス、酸化剤ガスおよび液状媒体(具体的には冷却水又は温水)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燃料ガス供給口8、燃料ガス排出口9、酸化剤ガス供給口10、酸化剤ガス排出口11、媒体供給口12および媒体排出口13を、一方のエンドプレート6に形成している。
In this
燃料ガスは、燃料ガス供給口8より供給されてセパレータに形成された燃料ガス供給用の流路溝を流れ、燃料ガス排出口9より排出される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給口10より供給されてセパレータに形成された酸化剤ガス供給用の流路溝を流れ、酸化剤ガス排出口11より排出される。液状媒体は、媒体供給口12より供給されてセパレータに形成された媒体供給用の流路溝を流れ、媒体排出口13より排出される。
The fuel gas is supplied from the fuel gas supply port 8, flows through the fuel gas supply channel groove formed in the separator, and is discharged from the fuel
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
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
セパレータ15は、板厚の薄い導電性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
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との間に燃料ガス(水素;H2)を流通させる流路溝となり燃料ガス流路(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との間に酸化剤ガス(酸素;O2)を流通させる流路溝となり酸化剤ガス流路(カソードの流路)19を形成する。 燃料ガス流路18に水素を、酸化剤ガス流路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
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、セル電圧検知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。
In this specification, a voltage appearing between the
また、本明細書では、アノード電極144Aとカソード電極144Bとの間の抵抗をセル抵抗の値と称し、セル抵抗の値はセル抵抗値検知手段によって検知される。セル抵抗値検知手段は、燃料電池の電気化学反応に影響を与えない、交流式の電極間抵抗計であり、測定周波数は最適な周波数、例えば、1[kHz]となっている。
Further, in this specification, the resistance between the
本発明では、燃料電池の負荷変動サイクルに伴う白金溶解を抑制するため、セル電圧が所定の範囲を呈する負荷変動時において、燃料ガスや酸化剤ガスの湿度を調整したり、燃料電池の温度を調整したりすることによって、負荷変動時における電極触媒層(特にカソード電極144Bのカソード触媒層142B)からの白金溶出を抑えることができるようにしている。
In the present invention, in order to suppress the dissolution of platinum associated with the load variation cycle of the fuel cell, the humidity of the fuel gas or the oxidant gas is adjusted or the temperature of the fuel cell is adjusted during the load variation in which the cell voltage exhibits a predetermined range. By adjusting it, it is possible to suppress elution of platinum from the electrode catalyst layer (particularly, the
なお、ガスの湿度を調整することによって電極触媒層からの白金溶出を抑えるようにした下記の実施形態では、酸化剤ガスである酸素の湿度を調整することによって電極触媒層からの白金溶出を抑えるようにした態様を例示して説明しているが、この態様に限らず、燃料ガスである水素の湿度を調整することによって白金溶出を抑えるようにしても良いし、さらには、酸素と水素の両方のガスの湿度を調整することによって白金溶出を抑えるようにしても良い。 In the following embodiment in which platinum elution is suppressed from the electrode catalyst layer by adjusting the humidity of the gas, platinum elution from the electrode catalyst layer is suppressed by adjusting the humidity of oxygen as the oxidant gas. However, the present invention is not limited to this embodiment, and platinum elution may be suppressed by adjusting the humidity of hydrogen, which is a fuel gas. Platinum elution may be suppressed by adjusting the humidity of both gases.
以下に、第1実施形態から第6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。
Hereinafter, the fuel cell control method and the control device according to the present invention will be described in detail by dividing the first embodiment to the sixth 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.
図3は本実施形態に係る燃料電池システム及びその制御系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。 FIG. 3 is a block diagram schematically illustrating the configuration of the fuel cell system and its control system according to the present embodiment. FIG. 4 is a flowchart illustrating the operation of the control unit illustrated in FIG. 3, which is a control method for the fuel cell according to the present embodiment. It is also equivalent to this procedure.
本実施形態に係る燃料電池システムは、図3に示すように、燃料ガス(水素)と酸化剤ガス(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、燃料電池スタック1から駆動モータなどの車両負荷に供給される電流を検知する電流計21、酸化剤ガスである酸素の湿度を調整する湿度調整器22、酸素の相対湿度を検知する湿度センサ23、燃料ガスである水素の流量を調整する流量調整器24、電流計21で検出された電流が増加した場合(負荷変動)にセル電圧計20でセル電圧を検知して、そのセル電圧が所定電圧範囲(たとえば0.6から0.9V)を維持できるように、湿度センサ23で検知される湿度を参照しながら酸素の相対湿度を所定湿度に調整する制御部25を備えている。
As shown in FIG. 3, the fuel cell system according to the present embodiment includes a
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
セル電圧計20は、燃料電池スタック1を構成する全てのセルのアノード電極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知手段として機能する。
The
電流計21は、燃料電池スタック1から駆動モータなど車両に搭載されている機器に供給される電流量を検出するものであって、電流量の増減状態から負荷変動の有無を検知する負荷変動検知手段として機能する。なお、本実施形態での負荷変動には、車両の走行中における燃料電池の負荷変動だけではなく、燃料電池の起動から運転状態に至るまでの負荷変動、燃料電池の運転状態から停止に至るまでの負荷変動も含まれる。
The
湿度調整器22は内部に図示されていない加湿器を備えており酸素の相対湿度を調整する湿度調整手段として機能する。また、湿度調整器22は加湿器をバイパスする通路を有しており、酸素の相対湿度を調整する必要がないときには酸素はこのバイパス通路を介して燃料電池スタック1に供給されるようになっている。
The
湿度センサ23は燃料電池スタック1のカソードに接続されている酸素供給経路内に取り付けられており湿度検知手段を構成する。酸素の湿度はこの湿度センサ23からの検知信号に基づいて調整される。
The
流量調整器24は、燃料電池スタック1のアノードに水素を供給する機能を有し、同時に水素の供給量を計測する機能を有している。
The
制御部25は湿度調整器22とともに湿度調整手段を構成するものであって、セル電圧計20によって検出される電圧が所定電圧範囲(たとえば0.6から0.9V)にあるときに、加湿器による酸素の加湿量を制御したりバイパス通路を介して酸素をバイパスさせたりして燃料電池スタック1に供給する酸素の湿度を所定湿度に調整する機能を有している。
The
図3において、燃料電池スタック1に供給される水素はガスボンベ26に高圧充填されており、その供給量は流量調整器24で調整される。燃料電池スタック1を通過した水素はコンプレッサ27によって強制的に系内に戻される。燃料電池スタック1に供給される酸素はコンプレッサ28で圧送される。燃料電池スタック1を通過した酸素はそのまま大気に排出される。
In FIG. 3, hydrogen supplied to the
なお、本実施形態において、セル電圧が0.6ボルト〜0.9ボルトにある場合にだけ湿度の調整を行うようにしたのは次のような理由からである。 In the present embodiment, the humidity adjustment is performed only when the cell voltage is 0.6 to 0.9 volts for the following reason.
負荷変動サイクルを伴う燃料電池の運転時においては、カソード電極144Bの電位が大きく変化する。発明者らの研究によると、セル電圧が0.6ボルト〜0.9ボルトの範囲では、白金酸化反応、酸化白金還元反応が生じており、これが白金溶解・溶出の駆動力となっていることが判明した。負荷変動時においてセル電圧が0.6ボルト〜0.9ボルトの白金酸化電流、酸化白金還元電流が流れにくくなるように酸素の湿度を調整すれば、白金溶解・溶出が起こり難くなり、これによって、燃料電池の耐久性が向上されるからである。
図4にしたがって、本実施形態の燃料電池の制御方法の手順を詳細に説明する。 まず、制御部25は、電流計21で検知された電流値を入力し、その変化(増減状態)から燃料電池の負荷変動を認識して負荷移行を検知する(S1)。負荷移行が検知されたら、制御部25はセル電圧計20で現在のセル電圧を検知する。セル電圧の検出は、燃料電池スタック1を構成するすべてのセルについて行っても良いし、1つあるいは幾つかの代表セルに対して行っても良い(S2)。制御部25は、検知されたセル電圧が所定電圧範囲内にあるか否か、すなわち、0.6ボルトから0.9ボルトの範囲内にあるか否かを判断する(S3)。セル電圧が所定電圧範囲内になければ(S3:NO)、酸素を低加湿にする必要はないのでそのまま処理を終了する。
During operation of the fuel cell with a load fluctuation cycle, the potential of the
The procedure of the fuel cell control method of this embodiment will be described in detail with reference to FIG. First, the
一方、セル電圧が所定電圧範囲内にあれば(S3:YES)S2のステップに引き続き次の処理を行う。 On the other hand, if the cell voltage is within the predetermined voltage range (S3: YES), the next process is performed following the step of S2.
制御部25は湿度センサ23が出力している検知信号に基づいて現時点における酸素の加湿量を検知、すなわち酸素の相対湿度を検知する(S4)。制御部25は検知された相対湿度をフィードバックしながら加湿装置制御、すなわち加湿器による加湿量の制御を行い、酸素の湿度を所定湿度にする。この場合、湿度を調整する前の酸素の湿度よりも湿度を調整した後の酸素の湿度の方が低くなるように、酸素を低加湿状態にする。さらに具体的には、その湿度の範囲は、湿度を調整する前の酸素の湿度をX%とし、湿度を調整した後の酸素の湿度(第1の湿度)をY%とした場合、前記所定湿度が1<X/Y<20の範囲内になるように制御する。酸素の湿度をこのような範囲に制御するのは、X/Yの値が1よりも小さくなると電極触媒の白金酸化電流、酸化白金還元電流が大きくなるために電極触媒から白金が溶解したり溶出したりしやすくなるためであり、また、X/Yの値が20よりも大きくなると電極触媒層が低含水状態となるために電極触媒層内の固体高分子電解質ポリマー(アイオノマー)又は電解質膜が乾燥状態となって良好な電池性能が得られなくなるからである(S5)。
The
制御部25は酸素の加湿量が所定値、すなわち酸素の相対湿度が所定湿度になったか否かを判断し(S6)、酸素の相対湿度が所定湿度になっていなければ(S6:NO)、S4およびS5のステップを酸素の湿度が所定湿度になるまで繰り返す。一方、酸素の相対湿度が所定湿度になったら(S6:YES)、湿度調整がされた酸素を燃料電池スタック1に供給し(S7)、負荷に必要な電流を供給して負荷移行を継続する(S8)。
The
このように、負荷移行時、セル電圧が0.6ボルト〜0.9ボルトの範囲にあるときに、燃料電池スタック1に供給される酸素の湿度を低下させる処理を行うことによって、白金酸化反応、酸化白金還元反応の程度を抑制することができ、電極触媒から白金が溶解したり溶出したりするのを防止できるようになる。
As described above, when the cell voltage is in the range of 0.6 volts to 0.9 volts at the time of load transition, the platinum oxidation reaction is performed by performing the process of reducing the humidity of oxygen supplied to the
なお、以上の実施形態では、酸化剤ガスである酸素の湿度のみを調整する場合を例示したが、燃料ガスである水素の湿度、又は、酸素及び水素の両方の湿度を調整するようにしても良い。
[第2実施形態]
図5は、本発明の第2実施形態に係る燃料電池の制御方法を示す動作フローチャートである。なお、本実施形態の制御システム及びその制御系の構成は図3に示した構成と同一であるのでその説明は省略する。この動作フローチャートは図3に示した制御部25で処理される手順を示したものである。
In the above embodiment, the case where only the humidity of oxygen that is the oxidant gas is adjusted is illustrated, but the humidity of hydrogen that is the fuel gas or the humidity of both oxygen and hydrogen may be adjusted. good.
[Second Embodiment]
FIG. 5 is an operation flowchart showing a fuel cell control method according to the second embodiment of the present invention. Note that the control system of this embodiment and the configuration of the control system are the same as those shown in FIG. This operation flowchart shows a procedure processed by the
本実施形態では、負荷移行に伴って一旦下げた酸素の湿度を負荷移行後に再び上げる処理を行なうようにしたものである。 In the present embodiment, a process of increasing the humidity of oxygen once lowered along with the load shift is performed again after the load shift.
図5にしたがって、本実施形態の燃料電池の制御方法の手順を詳細に説明する。なお、この動作フローチャートにおいてS11〜S18までのステップの処理は第1実施形態の処理と全く同一であるのでその説明は省略する。ただ、S11〜S18までのステップの処理において、S14〜S16までの処理(第1湿度調整段階)で酸素の湿度をY%(第1の湿度)に調整する点だけが本実施形態と第1実施形態とで異なっている。 The procedure of the fuel cell control method of this embodiment will be described in detail with reference to FIG. In this operation flowchart, the processing of steps S11 to S18 is exactly the same as the processing of the first embodiment, and the description thereof is omitted. However, in the process of steps S11 to S18, only the point in which the humidity of oxygen is adjusted to Y% (first humidity) in the process of S14 to S16 (first humidity adjustment stage) is the same as that of the first embodiment. It differs from the embodiment.
制御部25は、負荷移行(S18)が行われた後に、電流計21で検知された電流値を入力し、検知された電流値に変動がないことを条件として負荷変動の解消を検知する。負荷変動の解消が検知されて負荷移行が終了すると(S19)、制御部25は湿度センサ23が出力している検知信号に基づいて現時点における酸素の加湿量を検知、すなわち酸素の相対湿度を検知する(S20)。
After the load shift (S18) is performed, the
制御部25は検知された相対湿度をフィードバックしながら加湿装置制御、すなわち加湿器による加湿量の制御を行い、酸素の湿度を所定湿度のZ%にする。この場合、湿度を調整する前の酸素の湿度Y%よりも湿度を調整した後の酸素の湿度Z%の方が高くなるように、酸素を加湿状態にする。さらに具体的には、その湿度の範囲は、湿度を調整する前の酸素の湿度(第1の湿度)をY%とし、湿度を調整した後の酸素の湿度(第2の湿度)をZ%とした場合、第1の湿度と前記第2の湿度との関係が、0.1<Y/Z<1の関係を満たすように制御する。
The
このように、一旦下げた酸素の湿度を再び高くするのは、負荷移行が終了した後に電極触媒層が低含水状態となったままでは電極触媒層内の固体高分子電解質ポリマー(アイオノマー)又は電解質膜が乾燥状態を継続することになってしまい、良好な電池性能が得られなくなるからである。また、酸素の湿度をこのような範囲に制御するのは、Y/Zの値が0.1よりも小さくなると電極触媒層の低含水状態は解消されるものの、大型の加湿器が必要となるために搭載スペースの限られた車両には相応しくない燃料電池となってしまう可能性があり、また、Y/Zの値が1よりも大きくなると、電極触媒層が低含水状態となるために電極触媒層内の固体高分子電解質ポリマー(アイオノマー)又は電解質膜が乾燥状態となって良好な電池性能が得られなくなるからである(S21)。 In this way, once the oxygen humidity once lowered is increased again, the solid polymer electrolyte polymer (ionomer) or electrolyte in the electrode catalyst layer remains in a state of low water content after the end of load transfer. This is because the film continues to be in a dry state, and good battery performance cannot be obtained. In addition, controlling the humidity of oxygen in such a range requires a large humidifier, although the low moisture content of the electrode catalyst layer is eliminated when the value of Y / Z is less than 0.1. Therefore, there is a possibility that the fuel cell becomes unsuitable for a vehicle having a limited mounting space, and when the value of Y / Z is larger than 1, the electrode catalyst layer is in a low water content state. This is because the solid polymer electrolyte polymer (ionomer) or the electrolyte membrane in the catalyst layer is in a dry state and good battery performance cannot be obtained (S21).
制御部25は酸素の加湿量が所定値、すなわち酸素の相対湿度が所定湿度のZ%になったか否かを判断し(S22)、酸素の相対湿度が所定湿度になっていなければ(S22:NO)、S20およびS21のステップを酸素の湿度が所定湿度になるまで繰り返す。一方、酸素の相対湿度が所定湿度になったら(S22:YES)、湿度調整がされた酸素を燃料電池スタック1に供給する(S23)。
The
以上のように、本実施形態では、S14からS16の処理である第1湿度調整段階では、湿度を調整する前の酸素の湿度よりも湿度を調整した後の酸素の湿度である第1の湿度(Y%)の方が低くなるように酸素の湿度を調整し、S20からS22の処理である第2湿度調整段階では、前記第1の湿度(Y%)よりも前記第2の湿度(Z%)の方が高くなるように酸素の湿度を調整している。 As described above, in the present embodiment, in the first humidity adjustment stage, which is the process from S14 to S16, the first humidity that is the humidity of oxygen after adjusting the humidity is higher than the humidity of oxygen before adjusting the humidity. The oxygen humidity is adjusted so that (Y%) is lower, and in the second humidity adjustment stage, which is the process from S20 to S22, the second humidity (Z%) is more than the first humidity (Y%). %) Is adjusted so that the humidity of oxygen is higher.
このような処理を行うことによって、白金酸化反応、酸化白金還元反応の程度を抑制することができ、電極触媒から白金が溶解したり溶出したりするのを防止できるようになり、また、電極触媒層内の固体高分子電解質ポリマー(アイオノマー)又は電解質膜が乾燥状態を継続することによる電池性能の低下を回避できるようになる。 By performing such treatment, the degree of platinum oxidation reaction and platinum oxide reduction reaction can be suppressed, and it is possible to prevent platinum from being dissolved or eluted from the electrode catalyst. It becomes possible to avoid a decrease in battery performance due to the solid polymer electrolyte polymer (ionomer) or the electrolyte membrane in the layer being kept dry.
なお、以上の実施形態では、酸化剤ガスである酸素の湿度のみを調整する場合を例示したが、燃料ガスである水素の湿度、又は、酸素及び水素の両方の湿度を調整するようにしても良い。
[第3実施形態]
図6は、本発明の第3実施形態に係る燃料電池の制御システム及びその制御系の概略構成ブロック図である。この図において、図3に示したシステムと異なっているのは、燃料電池スタック1と並列にバッテリ(二次電池)30が接続されている点だけである。
In the above embodiment, the case where only the humidity of oxygen that is the oxidant gas is adjusted is illustrated, but the humidity of hydrogen that is the fuel gas or the humidity of both oxygen and hydrogen may be adjusted. good.
[Third Embodiment]
FIG. 6 is a schematic block diagram of a fuel cell control system and its control system according to the third embodiment of the present invention. In this figure, the only difference from the system shown in FIG. 3 is that a battery (secondary battery) 30 is connected in parallel with the
このバッテリ30は、第1実施形態及び第2実施形態で説明したような、酸素の湿度を所定湿度に調整する処理が行われているときに、燃料電池スタック1の発電不足電力を補うものである。湿度の調整を行っているときに限らず、燃料電池スタック1の発電量はその温度などで大きく変動するが、バッテリ30が燃料電池スタック1と並列に接続されていると、燃料電池スタック1の発電量が要求負荷に対して不足しても、負荷に対しては安定した電力の供給が可能となる。
The
また、バッテリ30があると、燃料電池スタック1が過負荷になるのを防止することができるため、セル2を構成する電極触媒層やセパレータ15の劣化を防止することができるようになる。
[第4実施形態]
図7及び図8は、本発明の第4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。
Further, when the
[Fourth Embodiment]
FIGS. 7 and 8 are diagrams for explaining a control method and a control device for a fuel cell according to a fourth embodiment of the present invention.
図7は本実施形態に係る燃料電池システム及びその制御系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。 FIG. 7 is a schematic block diagram of the fuel cell system and its control system 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.
本実施形態では、第1実施形態で説明した処理に、セル抵抗値の大きさによって負荷移行を継続するか、加湿制御を停止させるかを選択する処理を加えている。 In the present embodiment, a process of selecting whether to continue the load shift or stop the humidification control depending on the cell resistance value is added to the process described in the first embodiment.
図6に示す燃料電池の制御システム及びその制御系の概略構成ブロック図においては、図6に示したシステムに、セル2の抵抗の値を検知するセル抵抗器32を付け加えている。セル抵抗器32はセル抵抗値検知手段として機能する。なお、セル抵抗の値は、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。
In the fuel cell control system shown in FIG. 6 and the schematic configuration block diagram of the control system, a
図8にしたがって、本実施形態の燃料電池の制御方法の手順を詳細に説明する。なお、この動作フローチャートにおいてS31〜S38までのステップの処理は第1実施形態の処理と全く同一であるのでその説明は省略する。 The procedure of the fuel cell control method of this embodiment will be described in detail with reference to FIG. In this operation flowchart, the processing of steps S31 to S38 is exactly the same as the processing of the first embodiment, and the description thereof is omitted.
制御部25は、負荷移行(S38)が行われた後に、セル抵抗器32で検知されたセル抵抗の値を検出し、セル抵抗の値が所定値になっているか否かを判断する(S39)。セル抵抗の値が所定値になっていれば(S39:YES)、そのまま負荷移行の処理を継続し、燃料電池スタック1及びバッテリ30から車両負荷が要求する電力を提供する(S40)。一方、セル抵抗の値が所定値になっていなければ、S34からS36のステップで行われる加湿制御を停止する(S41)。
After the load shift (S38) is performed, the
このような処理を行うことによって、白金酸化反応、酸化白金還元反応の程度を抑制することができ、電極触媒から白金が溶解したり溶出したりするのを防止できるようになり、また、電極触媒層内の固体高分子電解質ポリマー(アイオノマー)又は電解質膜が乾燥状態を継続することによる電池性能の低下を回避できるようになる。
[第5実施形態]
図9及び図10は、本発明の第5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。
By performing such treatment, the degree of platinum oxidation reaction and platinum oxide reduction reaction can be suppressed, and it is possible to prevent platinum from being dissolved or eluted from the electrode catalyst. It becomes possible to avoid a decrease in battery performance due to the solid polymer electrolyte polymer (ionomer) or the electrolyte membrane in the layer being kept dry.
[Fifth Embodiment]
FIGS. 9 and 10 are diagrams for explaining a control method and a control device for a fuel cell according to a fifth embodiment of the present invention.
図9は本実施形態に係る燃料電池システム及びその制御系の概略構成ブロック図を、図10は図9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。 FIG. 9 is a schematic block diagram of the fuel cell system and its control system according to the present embodiment. FIG. 10 is an operation flowchart of the control unit shown in FIG. 9. This flowchart is a control method for the fuel cell of the present embodiment. It is also equivalent to this procedure.
本実施形態は、第1実施形態から第4実施形態で酸素の湿度を調整することによって電極触媒から白金が溶出することを防止したのとは異なり、燃料電池の運転時の温度を調整することによって電極触媒から白金が溶出することを防止しようとするものである。 This embodiment adjusts the temperature at the time of operation of the fuel cell, unlike preventing the platinum from eluting from the electrode catalyst by adjusting the oxygen humidity in the first to fourth embodiments. Thus, platinum is prevented from eluting from the electrode catalyst.
したがって、燃料電池システムの構成としては、図6と図9とを比較すればわかるように、湿度センサ23が設けられていない代わりに燃料電池スタック1の温度を検知する温度センサ34と、燃料電池スタック1の温度を調整する温度調整器36が設けてある。
Accordingly, as shown in FIG. 6 and FIG. 9, the configuration of the fuel cell system includes a
温度センサ34は燃料電池スタック1の平均的な温度を検知することができる場所に取り付けられており、温度検知手段として機能する。なお、温度センサ34を燃料電池スタック1の複数の箇所に取り付け、すべての温度センサ34から検出される温度から平均温度を求めるようにしても良い。
The
温度調整器36は制御部25によってその動作が制御されるものであり、燃料電池スタック1に流通させている冷却水(図1の説明部分を参照)の温度を調整するものである。温度調整器36は内部に冷却水を加熱及び冷却する構成を有していて、冷却水の温度の調整は制御部25の指令に基づいて行われる。
図10にしたがって、本実施形態の燃料電池の制御方法の手順を詳細に説明する。 まず、制御部25は、電流計21で検知された電流値を入力し、その変化(増減状態)から燃料電池の負荷変動を認識して負荷移行を検知する(S51)。負荷移行が検知されたら、制御部25はセル電圧計20で現在のセル電圧を検知する。セル電圧の検出は、燃料電池スタック1を構成するすべてのセルについて行っても良いし、1つあるいは幾つかの代表セルに対して行っても良い(S52)。制御部25は、検知されたセル電圧が所定電圧範囲内にあるか否か、すなわち、0.6ボルトから0.9ボルトの範囲内にあるか否かを判断する。本実施形態においても、セル電圧が0.6ボルト〜0.9ボルトにある場合にだけ温度の調整を行うようにしたのは第1実施形態の場合と同一の理由である(S53)。セル電圧が所定電圧範囲内になければ(S53:NO)、燃料電池スタック1の温度を制御する必要はないのでそのまま処理を終了する。
The operation of the
The procedure of the fuel cell control method of this embodiment will be described in detail with reference to FIG. First, the
一方、セル電圧が所定電圧範囲内にあれば(S53:YES)、S52のステップに引き続き次の処理を行う。 On the other hand, if the cell voltage is within the predetermined voltage range (S53: YES), the next process is performed following the step of S52.
制御部25は温度センサ34が出力している検知信号に基づいて現時点における燃料電池スタック1のセル温度を検知する(S54)。制御部25は検知されたセル温度をフィードバックしながらセル温度制御、すなわち燃料電池スタック1の温度の制御を行い、燃料電池スタック1の温度を所定温度にする。燃料電池スタック1の温度は、制御部25によりその動作が制御される温度調節器36によって調整される。この場合、温度を調整する前の燃料電池スタック1の温度よりも温度を調整した後の燃料電池スタック1の温度の方が高くなるように、燃料電池スタック1の温度を調整する。
The
セル電圧が所定電圧範囲にある場合に燃料電池スタック1の温度を高くするのは次のような理由からである。燃料電池スタック1の温度を上げることによって燃料電池スタック1に供給されている酸素の相対湿度が下がることになるが、これは、第1実施形態で酸素の湿度を下げることに等しい。したがって、燃料電池スタック1の温度を高くすると、白金酸化反応、酸化白金還元反応の程度を抑制することができ、電極触媒から白金が溶解したり溶出したりするのを防止できるようになるからである。また、50℃以下の温度で運転している場合には、負荷移行時に酸素の湿度を調整するよりも燃料電池スタック1の温度を調整することを優先した方がシステムとしての効率が良くなるからである。
The reason why the temperature of the
さらに具体的には、燃料電池スタック1の温度を調整する範囲は、温度を調整する前の燃料電池の温度T1℃と温度を調整した後の燃料電池の温度である第1の温度T2℃との関係が0.03<T1/T2<1の関係を満たすようにする。燃料電池スタック1の温度をこのような範囲に制御するのは、T1/T2の値が1よりも大きくなると電極触媒の白金酸化電流、酸化白金還元電流が大きくなるために電極触媒から白金が溶解したり溶出したりしやすくなるためであり、また、T1/T2の値が0.03よりも小さくなると電極触媒層が低含水状態となるために電極触媒層内の固体高分子電解質ポリマー(アイオノマー)又は電解質膜が乾燥状態となって良好な電池性能が得られなくなるからである(S55)。
More specifically, the range for adjusting the temperature of the
制御部25はセルの温度が所定値、すなわち燃料電池スタック1の温度が所定温度になったか否かを判断し(S56)、燃料電池スタック1の温度が所定温度になっていなければ(S56:NO)、S54およびS55のステップを燃料電池スタック1の温度が所定温度になるまで繰り返す。一方、燃料電池スタック1の温度が所定温度になったら(S56:YES)、負荷に必要な電流を供給して負荷移行を継続する(S57)。
The
このように、負荷移行時、セル電圧が0.6ボルト〜0.9ボルトの範囲にあるときに、燃料電池スタック1の温度を上昇させる処理を行うことによって、白金酸化反応、酸化白金還元反応の程度を抑制することができ、電極触媒から白金が溶解したり溶出したりするのを防止できるようになる。
As described above, when the cell voltage is in the range of 0.6 volts to 0.9 volts at the time of load transition, the platinum oxidation reaction and the platinum oxide reduction reaction are performed by increasing the temperature of the
本実施形態でも、第3実施形態と同様に、燃料電池スタック1と並列にバッテリ(二次電池)30を接続しているので、燃料電池スタック1の発電量が要求負荷に対して不足しても、負荷に対しては安定した電力の供給が可能となり、また、燃料電池スタック1が過負荷になるのを防止することができるため、セル2を構成する電極触媒層やセパレータ15の劣化を防止することができるようになる。
Also in this embodiment, since the battery (secondary battery) 30 is connected in parallel with the
なお、本実施形態でも、第4実施形態のように、セル抵抗計を設け、セル抵抗値の大きさによって負荷移行を継続するか、セルの温度制御を停止させるかを選択する処理を加えてもよい。
[第6実施形態]
図11は、本発明の第6実施形態に係る燃料電池の制御方法を示す動作フローチャートである。なお、本実施形態の制御システム及びその制御系の構成は図9に示した構成と同一であるのでその説明は省略する。この動作フローチャートは図9に示した制御部25で処理される手順を示したものである。
In this embodiment, a cell resistance meter is provided as in the fourth embodiment, and a process for selecting whether to continue the load transition or stop the temperature control of the cell depending on the magnitude of the cell resistance value is added. Also good.
[Sixth Embodiment]
FIG. 11 is an operation flowchart showing a control method of a fuel cell according to the sixth embodiment of the present invention. The control system of this embodiment and the configuration of the control system are the same as those shown in FIG. This operation flowchart shows the procedure processed by the
本実施形態では、負荷移行に伴って一旦上げた燃料電池スタック1の温度を負荷移行後に再び下げる処理を行なうようにしたものである。
In the present embodiment, the process of lowering the temperature of the
図11にしたがって、本実施形態の燃料電池の制御方法の手順を詳細に説明する。なお、この動作フローチャートにおいてS61〜S67までのステップの処理は第5実施形態の処理と全く同一であるのでその説明は省略する。ただ、S61〜S67までのステップの処理において、S64〜S66までの処理(第1温度調整段階)で燃料電池スタック1の温度をT2(第1の温度)に調整する点だけが本実施形態と第5実施形態とで異なっている。
The procedure of the fuel cell control method of this embodiment will be described in detail according to FIG. In this operation flowchart, the processing of steps S61 to S67 is exactly the same as the processing of the fifth embodiment, so that the description thereof is omitted. However, in the process of steps S61 to S67, only the point that the temperature of the
制御部25は、負荷移行(S67)が行われた後に、電流計21で検知された電流値を入力し、検知された電流値に変動がないことを条件として負荷変動の解消を検知する。負荷変動の解消が検知されて負荷移行が終了すると(S68)、制御部25は温度センサ34が出力している検知信号に基づいて現時点における燃料電池スタック1の温度を検知、すなわちセル温度を検知する(S69)。
After the load shift (S67) is performed, the
制御部25は検知されたセル温度をフィードバックしながらセル冷却制御、すなわち温度調整器36を動作させて燃料電池スタック1の温度を低下させる制御を行い、燃料電池スタック1の温度をT3(第2の温度)にする。つまり、第1の温度T2℃よりも第2の温度T3℃の方が低くなるようにセル温度を調整する。
The
このように、一旦上げた燃料電池スタック1の温度を再び低くするのは、負荷移行が終了した後に電極触媒層が低含水状態となったままでは電極触媒層内の固体高分子電解質ポリマー(アイオノマー)又は電解質膜が乾燥状態を継続することになってしまい、良好な電池性能が得られなくなるからである(S70)。
Thus, once the temperature of the
制御部25はセル温度が所定値、すなわちT3になったか否かを判断し(S71)、セル温度が所定値になっていなければ(S71:NO)、S69およびS70のステップをセル温度が所定値になるまで繰り返す。一方、セル温度が所定値になったら(S71:YES)、処理を終了する。
The
このように、第1温度調整段階では、温度を調整する前の燃料電池の温度T1℃よりも温度を調整した後の燃料電池の温度である第1の温度T2℃の方が高くなるようにセル温度を調整し、第2温度調整段階では、第1の温度T2℃よりも第2の温度T3℃の方が低くなるようにせる温度を調整することによって、白金酸化反応、酸化白金還元反応の程度を抑制することができ、電極触媒から白金が溶解したり溶出したりするのを防止できるようになり、また、電極触媒層内の固体高分子電解質ポリマー(アイオノマー)又は電解質膜が乾燥状態を継続することによる電池性能の低下を回避できるようになる。 Thus, in the first temperature adjustment stage, the first temperature T2 ° C., which is the temperature of the fuel cell after adjusting the temperature, is higher than the temperature T1 ° C. of the fuel cell before adjusting the temperature. By adjusting the cell temperature and adjusting the temperature so that the second temperature T3 ° C. is lower than the first temperature T2 ° C. in the second temperature adjustment stage, platinum oxidation reaction, platinum oxide reduction reaction It is possible to prevent the platinum from dissolving or eluting from the electrode catalyst, and the solid polymer electrolyte polymer (ionomer) or the electrolyte membrane in the electrode catalyst layer is in a dry state. It becomes possible to avoid a decrease in battery performance due to continuing.
本発明は、燃料電池の寿命向上に役立つので、燃料電池の制御に関する分野において利用可能である。 Since the present invention is useful for improving the life of a fuel cell, it can be used in the field related to control of a fuel cell.
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 燃料ガス供給口、
9 燃料ガス排出口、
10 酸化剤ガス供給口、
11 酸化剤ガス排出口、
12 冷却水供給口、
13 冷却水排出口、
15A アノードセパレータ、
15B カソードセパレータ、
15 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 燃料ガス流路、
19 酸化剤ガス流路、
20 セル電圧計、
21 電流計、
22 湿度調整器、
23 湿度センサ、
24 流量調整器、
25 制御部、
26 ガスボンベ、
27 コンプレッサ、
28 コンプレッサ、
30 バッテリ、
32 セル抵抗計
34 温度センサ、
36 温度調節器、
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 Fuel gas supply port,
9 Fuel gas outlet,
10 Oxidant gas supply port,
11 Oxidant gas outlet,
12 Cooling water supply port,
13 Cooling water outlet,
15A anode separator,
15B cathode separator,
15 separator,
16 ridges,
16A convex part,
16B convex part,
17 Concave part,
17A recess,
17B recess, 18 fuel gas flow path,
19 Oxidant gas flow path,
20 cell voltmeter,
21 Ammeter,
22 Humidity adjuster,
23 Humidity sensor
24 Flow regulator
25 control unit,
26 Gas cylinder,
27 Compressor,
28 Compressor,
30 battery,
32
36 Temperature controller,
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 (24)
前記燃料電池の負荷変動を検知する段階と、
負荷変動が検知されたときに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知する段階と、
検知されたセル電圧が所定電圧範囲にあるときには前記アノードに供給する燃料ガス又は前記カソードに供給する酸化剤ガスの少なくともいずれか一方のガスの湿度を所定湿度に調整する段階と、
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,
Detecting a load variation of the fuel cell;
Detecting a cell voltage between the anode and cathode of the fuel cell when a load change is detected;
Adjusting the humidity of at least one of the fuel gas supplied to the anode and the oxidant gas supplied to the cathode to a predetermined humidity when the detected cell voltage is in a predetermined voltage range;
A control method for a fuel cell comprising:
前記アノードに供給する燃料ガス又は前記カソードに供給する酸化剤ガスの少なくともいずれか一方のガスの湿度を第1の湿度に調整する第1湿度調整段階と、
前記負荷変動の解消を検知する段階と、
前記負荷変動の解消が検知された後に前記第1湿度調整段階で調整したガスの湿度をさらに第2の湿度に調整する第2湿度調整段階と、
を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。 The step of adjusting the humidity of the gas to a predetermined humidity is as follows:
A first humidity adjustment step of adjusting the humidity of at least one of the fuel gas supplied to the anode and the oxidant gas supplied to the cathode to a first humidity;
Detecting the elimination of the load fluctuation;
A second humidity adjustment step of further adjusting the humidity of the gas adjusted in the first humidity adjustment step to the second humidity after the cancellation of the load fluctuation is detected;
The fuel cell control method according to claim 1, comprising:
前記燃料電池のアノードとカソードとの間のセル抵抗の値を検知する段階と、
検知されたセル抵抗の値が所定の範囲内にあるときには前記ガスの湿度を所定湿度に調整する処理を継続する一方、検知されたセル抵抗の値が所定の範囲内になければ前記ガスの湿度を所定湿度に調整する処理を終了する段階と、
を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。 further,
Detecting a value of cell resistance between the anode and cathode of the fuel cell;
When the detected cell resistance value is within the predetermined range, the process of adjusting the humidity of the gas to the predetermined humidity is continued. On the other hand, when the detected cell resistance value is not within the predetermined range, the humidity of the gas is continued. Ending the process of adjusting to a predetermined humidity;
The fuel cell control method according to claim 1, comprising:
前記燃料電池の負荷変動を検知する段階と、
負荷変動が検知されたときに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知する段階と、
検知されたセル電圧が所定電圧範囲にあるときには前記燃料電池の温度を所定温度に調整する段階と、
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,
Detecting a load variation of the fuel cell;
Detecting a cell voltage between the anode and cathode of the fuel cell when a load change is detected;
Adjusting the temperature of the fuel cell to a predetermined temperature when the detected cell voltage is in a predetermined voltage range;
A control method for a fuel cell comprising:
前記燃料電池の温度を第1の温度に調整する第1温度調整段階と、
前記負荷変動の解消を検知する段階と、
前記負荷変動の解消が検知された後に前記第1温度調整段階で調整した前記燃料電池の温度をさらに第2の温度に調整する第2温度調整段階と、
を含む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。 The step of adjusting the temperature of the fuel cell to a predetermined temperature includes:
A first temperature adjustment step of adjusting the temperature of the fuel cell to a first temperature;
Detecting the elimination of the load fluctuation;
A second temperature adjustment step of further adjusting the temperature of the fuel cell adjusted in the first temperature adjustment step to the second temperature after the cancellation of the load fluctuation is detected;
The fuel cell control method according to claim 4, further comprising:
前記燃料電池のアノードとカソードとの間のセル抵抗の値を検知する段階と、
検知されたセル抵抗の値が所定の範囲内にあるときには前記燃料電池の温度を所定温度に調整する処理を継続する一方、検知されたセル抵抗の値が所定の範囲内になければ前記燃料電池の温度を所定温度に調整する処理を終了する段階と、
を含む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。 further,
Detecting a value of cell resistance between the anode and cathode of the fuel cell;
When the detected cell resistance value is within a predetermined range, the process of adjusting the temperature of the fuel cell to a predetermined temperature is continued. On the other hand, when the detected cell resistance value is not within the predetermined range, the fuel cell is continued. Ending the process of adjusting the temperature to a predetermined temperature;
The fuel cell control method according to claim 4, further comprising:
前記第2湿度調整段階では、前記第1の湿度よりも前記第2の湿度の方が高くなるように前記ガスの湿度を調整することを特徴とする請求項2に記載の燃料電池の制御方法。 In the first humidity adjustment stage, the humidity of the gas is adjusted such that the first humidity which is the humidity of the gas after adjusting the humidity is lower than the humidity of the gas before adjusting the humidity;
3. The fuel cell control method according to claim 2, wherein in the second humidity adjustment step, the humidity of the gas is adjusted so that the second humidity is higher than the first humidity. 4. .
前記第2温度調整段階では、前記第1の温度T2℃よりも前記第2の温度T3℃の方が低くなるように前記燃料電池の温度を調整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。 In the first temperature adjustment step, the first temperature T2 ° C., which is the temperature of the fuel cell after adjusting the temperature, is higher than the temperature T1 ° C. of the fuel cell before adjusting the temperature. Adjust the temperature of
The temperature of the fuel cell is adjusted in the second temperature adjustment step so that the second temperature T3 ° C is lower than the first temperature T2 ° C. Fuel cell control method.
前記燃料電池の負荷変動を検知する負荷変動検知手段と、
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知するセル電圧検知手段と、
前記アノードに供給する燃料ガス又は前記カソードに供給する酸化剤ガスの少なくともいずれか一方のガスの湿度を検知する湿度検知手段と、
検知されたセル電圧が所定電圧範囲にあるときには、前記湿度検知手段が検知するガスの湿度に基づいて、前記アノードに供給する燃料ガス又は前記カソードに供給する酸化剤ガスの少なくともいずれか一方のガスの湿度を所定湿度に調整する湿度調整手段と、
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,
Load fluctuation detecting means for detecting a load fluctuation of the fuel cell;
Cell voltage detecting means for detecting a cell voltage between the anode and cathode of the fuel cell;
Humidity detecting means for detecting the humidity of at least one of the fuel gas supplied to the anode and the oxidant gas supplied to the cathode;
When the detected cell voltage is in a predetermined voltage range, at least one of a fuel gas supplied to the anode and an oxidant gas supplied to the cathode based on the humidity of the gas detected by the humidity detecting means Humidity adjusting means for adjusting the humidity of the liquid to a predetermined humidity;
A fuel cell control device comprising:
前記アノードに供給する燃料ガス又は前記カソードに供給する酸化剤ガスの少なくともいずれか一方のガスの湿度を第1の湿度に調整し、前記負荷変動が解消された後に前記第1の湿度に調整したガスの湿度をさらに第2の湿度に調整する機能を有していることを特徴とする請求項16に記載の燃料電池の制御装置。 The humidity adjusting means is
The humidity of at least one of the fuel gas supplied to the anode and the oxidant gas supplied to the cathode was adjusted to the first humidity, and adjusted to the first humidity after the load fluctuation was eliminated. 17. The fuel cell control device according to claim 16, further comprising a function of adjusting the humidity of the gas to the second humidity.
前記湿度調整手段は、さらに、検知されたセル抵抗の値が所定の範囲内にあるときには前記ガスの湿度を所定湿度に調整する処理を継続する一方、検知されたセル抵抗の値が所定の範囲内になければ前記ガスの湿度を所定湿度に調整する処理を終了する機能を有していることを特徴とする請求項16に記載の燃料電池の制御装置。 Furthermore, it has cell resistance value detection means for detecting the value of cell resistance between the anode and cathode of the fuel cell,
The humidity adjusting unit further continues the process of adjusting the humidity of the gas to a predetermined humidity when the detected cell resistance value is within a predetermined range, while the detected cell resistance value is within the predetermined range. The fuel cell control device according to claim 16, further comprising a function of ending the process of adjusting the humidity of the gas to a predetermined humidity if it is not within the range.
前記燃料電池の負荷変動を検知する負荷変動検知手段と、
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知するセル電圧検知手段と、
前記燃料電池の温度を検知する温度検知手段と、
検知されたセル電圧が所定電圧範囲にあるときには、前記温度検知手段が検知する前記燃料電池の温度に基づいて、前記燃料電池の温度を所定温度に調整する温度調整手段と、
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,
Load fluctuation detecting means for detecting a load fluctuation of the fuel cell;
Cell voltage detecting means for detecting a cell voltage between the anode and cathode of the fuel cell;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell;
A temperature adjusting means for adjusting the temperature of the fuel cell to a predetermined temperature based on the temperature of the fuel cell detected by the temperature detecting means when the detected cell voltage is in a predetermined voltage range;
A fuel cell control device comprising:
前記燃料電池の温度を第1の温度に調整し、前記負荷変動が解消された後に前記第1の温度に調整した燃料電池の温度をさらに第2の温度に調整する機能を有していることを特徴とする請求項20に記載の燃料電池の制御装置。 The temperature adjusting means is
The fuel cell has a function of adjusting the temperature of the fuel cell to the first temperature, and further adjusting the temperature of the fuel cell adjusted to the first temperature after the load fluctuation is eliminated to the second temperature. 21. The fuel cell control device according to claim 20, wherein:
前記温度調整手段は、さらに、検知されたセル抵抗の値が所定の範囲内にあるときには前記燃料電池の温度を所定温度に調整する処理を継続する一方、検知されたセル抵抗の値が所定の範囲内になければ前記燃料電池の温度を所定温度に調整する処理を終了する機能を有していることを特徴とする請求項20に記載の燃料電池の制御装置。 Furthermore, it has cell resistance value detection means for detecting the value of cell resistance between the anode and cathode of the fuel cell,
The temperature adjusting means further continues the process of adjusting the temperature of the fuel cell to a predetermined temperature when the detected cell resistance value is within a predetermined range, while the detected cell resistance value is a predetermined value. 21. The fuel cell control device according to claim 20, further comprising a function of ending the process of adjusting the temperature of the fuel cell to a predetermined temperature if it is not within the range.
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