JP2007220323A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system suppressing deterioration of a fuel cell. <P>SOLUTION: The fuel cell system has an output control means 8 supplying electric power from a fuel cell 1 and a secondary battery 6 to a motor 5 and limiting the output of the fuel cell 1 based on SOC of the secondary battery 6, and when SOC of the secondary battery 6 is larger than 10%, the output of the fuel cell 1 is limited with the output control means 8 so that the voltage of the fuel cell 1 does not become lower than prescribed voltage B. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system.

従来、燃料電池システムにおいて、燃料電池が発電を行わない場合には、燃料電池の電圧を制御し、酸化剤極を標準水素電極に対して０．６Ｖから０．８Ｖの電位となるように制御し、例えば白金などの触媒が溶出しないようにするものが特許文献１に開示されている。
特開２００４−１７２１０５号公報 Conventionally, in a fuel cell system, when the fuel cell does not generate power, the voltage of the fuel cell is controlled so that the oxidant electrode has a potential of 0.6 V to 0.8 V with respect to the standard hydrogen electrode. For example, Patent Document 1 discloses a technique for preventing a catalyst such as platinum from eluting.
JP 2004-172105 A

上記の発明では、燃料電池システムからの取り出すＮＥＴ出力が低い場合、あるいはゼロの場合、例えば燃料電池自動車ではアイドル状態またはアイドル停止状態には、単位セルあたりの電圧が０．８Ｖ以上であると想定されるため、燃料電池の劣化、特に酸化剤極の劣化を抑制することは可能である。   In the above invention, when the NET output taken out from the fuel cell system is low or zero, for example, in a fuel cell vehicle, the voltage per unit cell is assumed to be 0.8 V or more in an idle state or an idle stop state. Therefore, it is possible to suppress deterioration of the fuel cell, particularly deterioration of the oxidizer electrode.

しかし、燃料電池システムでは燃料電池から取り出す出力は一定では無い場合が多い。燃料電池は、燃料電池から取り出す出力に応じて電圧が変化することが知られており、燃料電池から取り出す出力が大きくなると燃料電池の電圧は低下する。その後燃料電池から取り出す出力が小さくなると燃料電池の電圧は再び高くなるが、このとき燃料電池の電圧の変化に伴って、燃料電池、特に酸化剤極に使用される触媒の金属成分（例えば、カーボンに担持された白金など）が溶出するといった問題点がある。   However, in the fuel cell system, the output extracted from the fuel cell is often not constant. It is known that the voltage of a fuel cell changes according to the output taken out from the fuel cell. When the output taken out from the fuel cell increases, the voltage of the fuel cell decreases. When the output taken out from the fuel cell subsequently decreases, the voltage of the fuel cell increases again. At this time, as the fuel cell voltage changes, the metal component of the catalyst used in the fuel cell, particularly the oxidizer electrode (for example, carbon The platinum and the like supported on the metal elution.

本発明ではこのような問題点を解決するために発明されたもので、燃料電池システムにおいて、燃料電池の出力が変化する場合に生じる例えば白金などの触媒の溶出を抑制することを目的とする。   The present invention was devised to solve such problems, and an object of the present invention is to suppress elution of a catalyst such as platinum which occurs when the output of the fuel cell changes in the fuel cell system.

本発明では、電解質膜を挟持し触媒を有する燃料極と酸化剤極とから構成する燃料電池と、電気エネルギーを充放電するエネルギー充放電手段と、燃料電池とエネルギー充放電手段と電気的に接続する負荷と、負荷で消費する電力とエネルギー充放電手段の蓄電量とに基づいて、燃料電池とエネルギー充放電手段との出力を制御する出力制御手段と、を備える。出力制御手段は、エネルギー充放電手段の蓄電量が所定量よりも大きい場合に、燃料電池の出力を、燃料電池の電圧が第１の所定電圧よりも高い電圧となる出力に制限する。   In the present invention, a fuel cell composed of a fuel electrode having an electrolyte membrane and a catalyst and an oxidant electrode, energy charging / discharging means for charging / discharging electric energy, and fuel cell and energy charging / discharging means are electrically connected. Output control means for controlling the output of the fuel cell and the energy charge / discharge means based on the load to be performed, the power consumed by the load, and the amount of energy stored in the energy charge / discharge means. The output control means limits the output of the fuel cell to an output at which the voltage of the fuel cell is higher than the first predetermined voltage when the amount of energy stored in the energy charging / discharging means is larger than the predetermined amount.

本発明によると、燃料電池の電圧変化による酸化剤極の触媒（例えば白金など）の溶出に伴う劣化を抑制することができる。   According to the present invention, it is possible to suppress deterioration associated with elution of a catalyst (for example, platinum) of an oxidant electrode due to a change in voltage of a fuel cell.

本発明の第１実施形態の燃料電池システムの概略構成について図１を用いて説明する。この実施形態では、燃料電池システムを自動車に搭載した燃料電池自動車について説明するが、これに限られることはない。   A schematic configuration of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a fuel cell vehicle in which the fuel cell system is mounted on a vehicle will be described, but the present invention is not limited to this.

この実施形態は、燃料電池１と、燃料電池１の後述する燃料極４１に水素を供給する水素ボンベ２と、燃料電池１の発電反応に使用されなかった水素を再び燃料極４１に循環させる循環ポンプ３と、燃料電池１の後述する酸化剤極４２に空気を供給するコンプレッサ４と、二次電池（エネルギー充放電手段）６と、燃料電池１と二次電池６と電気的に接続するモータ（負荷）５と、車両の制動時に運動エネルギーの一部を電気エネルギーに変換する回生ブレーキシステム７と、を備える。   In this embodiment, the fuel cell 1, the hydrogen cylinder 2 that supplies hydrogen to a fuel electrode 41 (to be described later) of the fuel cell 1, and the circulation that circulates hydrogen that has not been used for the power generation reaction of the fuel cell 1 to the fuel electrode 41 again. A pump 3, a compressor 4 that supplies air to an oxidant electrode 42 (to be described later) of the fuel cell 1, a secondary battery (energy charge / discharge means) 6, and a motor that is electrically connected to the fuel cell 1 and the secondary battery 6. (Load) 5 and a regenerative braking system 7 that converts a part of kinetic energy into electric energy when braking the vehicle.

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

また、循環ポンプ３と、コンプレッサ４と、モータ５と、回生ブレーキシステム７と、バルブＶ１、Ｖ２とを制御するコントローラ２０を備える。   Moreover, the controller 20 which controls the circulation pump 3, the compressor 4, the motor 5, the regenerative brake system 7, and valve | bulb V1, V2 is provided.

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

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

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

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

アノード触媒層３２とカソード触媒層３３は、例えば白金などの触媒を担持するカーボンブラックなどによって構成する。   The anode catalyst layer 32 and the cathode catalyst layer 33 are made of, for example, carbon black carrying a catalyst such as platinum.

アノードガス拡散層３５とカソードガス拡散層３５は、例えばカーボンペーパ、カーボンクロスなどで構成する。   The anode gas diffusion layer 35 and the cathode gas diffusion layer 35 are made of, for example, carbon paper or carbon cloth.

モータ５は、燃料電池１と二次電池５と電気的に接続し、例えば運転者によるアクセルペダルの踏み込み量などに応じて燃料電池１または二次電池６から取り出された出力（電力）が供給され、その電力によってトルクを発生させる。   The motor 5 is electrically connected to the fuel cell 1 and the secondary battery 5 and supplied with output (electric power) taken from the fuel cell 1 or the secondary battery 6 according to, for example, the amount of depression of the accelerator pedal by the driver. Torque is generated by the electric power.

二次電池６は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池、または電気二重層キャパシタなどであり、燃料電池システムから取り出す出力に応じて充放電を行い、モータ５に電力を供給する。二次電池６は燃料電池１と回生ブレーキシステム７とも電気的に接続し、燃料電池１と回生ブレーキシステム７とにより発電された電力によって充電することができる。   The secondary battery 6 is, for example, a lithium ion battery, a nickel metal hydride battery, or an electric double layer capacitor. The secondary battery 6 charges and discharges according to the output taken out from the fuel cell system and supplies power to the motor 5. The secondary battery 6 is also electrically connected to the fuel cell 1 and the regenerative brake system 7 and can be charged by the electric power generated by the fuel cell 1 and the regenerative brake system 7.

回生ブレーキシステム７は、例えば発電機であり、燃料電池自動車が走行中に減速し、停止しようとする場合に運動エネルギーの一部を電気エネルギーとして回収し、二次電池６を充電するシステムである。   The regenerative braking system 7 is, for example, a generator, and is a system that collects a part of kinetic energy as electric energy and charges the secondary battery 6 when the fuel cell vehicle decelerates and stops while traveling. .

コントローラ２０はモータ５で消費される電力と二次電池６の蓄電量（Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ、以下ＳＯＣとする）に基づいて二次電池６の出力と燃料電池１の出力を制御する。   The controller 20 controls the output of the secondary battery 6 and the output of the fuel cell 1 based on the power consumed by the motor 5 and the amount of charge (State of charge, hereinafter referred to as SOC) of the secondary battery 6.

なお、燃料電池１とモータ５、モータ５と二次電池６などの間には、電気的な接続状態を切り替えるスイッチ（図示せず）などを備える。   Note that a switch (not shown) for switching an electrical connection state is provided between the fuel cell 1 and the motor 5, the motor 5 and the secondary battery 6, and the like.

燃料極４１には水素ボンベ２から水素供給路１０を通って水素流路３６に水素が導入され、また酸化剤極４２にはコンプレッサ４から空気供給路１３を通って空気流路３６に空気が導入される。そして、アノードガス拡散層３４とカソードガス拡散層３５とによってそれぞれ拡散した水素と空気中の酸素との電気化学反応によって発電を行う。   Hydrogen is introduced into the fuel electrode 41 from the hydrogen cylinder 2 through the hydrogen supply path 10 into the hydrogen flow path 36, and air is supplied to the oxidizer electrode 42 from the compressor 4 through the air supply path 13 into the air flow path 36. be introduced. Then, power is generated by an electrochemical reaction between hydrogen diffused by the anode gas diffusion layer 34 and the cathode gas diffusion layer 35 and oxygen in the air.

ここで燃料電池１の単位セル３０あたりの電圧を開路電圧（ＯＣＶ）と所定電圧との間で繰り返し変化させた場合、つまり単位セル３０の出力を無負荷状態から所定電圧となるような所定出力まで繰り返し変化させた場合の所定電圧と、カソード触媒層３３の電気化学的表面積（以下、ＥＣＡとする）の変化量と、の関係を図３に示す。なお、所定電圧は単位セル３０の電圧が高い順番にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの５つの種類の電圧とし、各電圧に対応する燃料電池１から取り出す出力の大きさをそれぞれ出力が小さい順番にａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅとする。また、カソード触媒層３３のＥＣＡの変化量は、上述の通り、ＯＣＶと所定電圧との間で、所定時間繰り返し変化させた後のＥＣＡと、所定時間ＯＣＶで保持しつづけた場合のＥＣＡをそれぞれサイクリックボルタンメトリーで測定し、それらの比率で示す。白金担持カーボンの腐食に伴うＥＣＡの低下については、より高い電位であるＯＣＶに保持している場合の方がＥＣＡの変化量は大きくなるが、本実験結果では、電位を変化させることによるＥＣＡの変化量の方が顕著であるため、このＥＣＡの変化は白金の酸化還元反応に伴う溶出現象が大きく寄与するものと考えられる。尚、ＥＣＡの変化量は比率が大きくなる程、カソード触媒層３３の白金の溶出が多くなる。   Here, when the voltage per unit cell 30 of the fuel cell 1 is repeatedly changed between the open circuit voltage (OCV) and the predetermined voltage, that is, the output of the unit cell 30 is changed from the no-load state to the predetermined voltage. FIG. 3 shows the relationship between the predetermined voltage and the amount of change in the electrochemical surface area (hereinafter referred to as ECA) of the cathode catalyst layer 33 when it is repeatedly changed. The predetermined voltage is set to five types of voltages A, B, C, D, and E in descending order of the voltage of the unit cell 30, and the output output from the fuel cell 1 corresponding to each voltage is small. In order, they are a, b, c, d, and e. Further, as described above, the amount of change in the ECA of the cathode catalyst layer 33 is the ECA after repeatedly changing between the OCV and a predetermined voltage for a predetermined time, and the ECA when kept at the OCV for a predetermined time, respectively. Measured by cyclic voltammetry and indicated by their ratio. Regarding the decrease in ECA due to the corrosion of platinum-supporting carbon, the amount of ECA change is larger when it is held at an OCV that is a higher potential. Since the amount of change is more conspicuous, it is considered that this change in ECA contributes greatly to the elution phenomenon associated with the oxidation-reduction reaction of platinum. Note that as the amount of change in ECA increases, elution of platinum from the cathode catalyst layer 33 increases.

図３によると燃料電池１をＯＣＶに保持するよりも、ＯＣＶと所定電圧との間で電圧変化を繰り返した方が、白金の溶出量が多くなる。また、所定電圧を低くする程、白金の溶出量が多くなる。ＯＣＶから所定電圧まで単位セル３０の電圧を低下させることで、カソード触媒層３３の電位が低下し、カソード触媒層３３の白金の表面に形成される酸化被膜が還元され、減少する。その後に再び単位セル３０の電圧を高くすると、カソード触媒層３３が高電位となり、白金が酸化され、酸化被膜が形成されるまでの間に、白金がイオン化する。その際、イオン化した白金の一部は、白金の周囲に存在する電解質成分（触媒層中のアイオノマーや電解質膜）に拡散し、溶出する。そのためＯＣＶと所定電圧との間で電圧変化を繰り返すと、カソード触媒層３３の電位変化と白金の酸化還元の繰り返しにより、カソード触媒層３３の白金が溶出する。   According to FIG. 3, the amount of platinum eluted increases when the voltage change is repeated between the OCV and the predetermined voltage, rather than holding the fuel cell 1 at the OCV. Further, the lower the predetermined voltage, the more platinum is eluted. By reducing the voltage of the unit cell 30 from the OCV to a predetermined voltage, the potential of the cathode catalyst layer 33 is reduced, and the oxide film formed on the platinum surface of the cathode catalyst layer 33 is reduced and reduced. Thereafter, when the voltage of the unit cell 30 is increased again, the cathode catalyst layer 33 becomes a high potential, platinum is oxidized, and platinum is ionized until an oxide film is formed. At that time, a part of the ionized platinum diffuses and elutes to an electrolyte component (ionomer or electrolyte membrane in the catalyst layer) existing around the platinum. Therefore, when the voltage change is repeated between the OCV and the predetermined voltage, platinum in the cathode catalyst layer 33 is eluted by the potential change of the cathode catalyst layer 33 and the oxidation / reduction of platinum.

また、所定電圧をＢ（第１の所定電圧）よりも小さく、つまり単位セル３０から取り出す出力をｂよりも大きくした場合には、ＥＣＡの変化量が大きくなり、白金の溶出量の増加割合が多くなる。さらに所定電圧をＤ（第２の所定電圧）よりも小さく、つまり単位セル３０から取り出す出力をｄよりも大きくすると、電圧変化量に対するＥＣＡの変化量は小さくなり、白金の溶出量の増加割合が小さくなる。   Further, when the predetermined voltage is smaller than B (first predetermined voltage), that is, when the output taken out from the unit cell 30 is larger than b, the amount of change in ECA becomes large, and the rate of increase in the amount of elution of platinum is Become more. Further, when the predetermined voltage is smaller than D (second predetermined voltage), that is, when the output taken out from the unit cell 30 is larger than d, the ECA change amount with respect to the voltage change amount becomes small, and the increase rate of the platinum elution amount is increased. Get smaller.

以上により、燃料電池１の単位セル３０あたりの電圧変化を小さく、特に所定電圧Ｂ以上、つまり単位セル３０から取り出す出力をｂ以下とすることで、白金の溶出を低減できる。   As described above, the voltage change per unit cell 30 of the fuel cell 1 is small, and in particular, elution of platinum can be reduced by setting the output to be taken out from the unit cell 30 to be not more than the predetermined voltage B.

なお、以下において、燃料電池１の電圧、または燃料電池１の出力は単位セル３０あたりの電圧、または出力として説明する。   In the following description, the voltage of the fuel cell 1 or the output of the fuel cell 1 will be described as the voltage or output per unit cell 30.

次にこの実施形態の制御について図４のフローチャートを用いて説明する。なお、この制御は、燃料電池自動車がアイドル状態（停車状態）から発進する場合のフローチャートである。   Next, the control of this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. This control is a flowchart when the fuel cell vehicle starts from an idle state (stopped state).

ステップＳ１００では、燃料電池自動車がアイドル状態にある場合に、例えば運転者のアクセルペダル踏み込みなどが行われ、燃料電池自動車が発進する。   In step S100, when the fuel cell vehicle is in an idle state, for example, the driver depresses the accelerator pedal, and the fuel cell vehicle starts.

ステップＳ１０１では、二次電池６からモータ５への電力の供給を主体として、燃料電池１からモータ５へ供給する電力を小さくする。この場合には燃料電池１の電圧が図３に示す所定電圧Ｂよりも低くならないように、燃料電池１の出力をｂ以下となるように制御し、燃料電池１の電圧、特に酸化剤極４２の電位を高い状態に維持する。また、モータ５で必要な残りの電力を二次電池６から供給する。燃料電池１の電圧を高く維持することにより、酸化剤極４２の電位を高くし、酸化剤極４２の白金の表面に形成された酸化被膜の還元を抑制し、その後燃料電池１の電圧が高くなった場合でも白金の溶出を抑制することができる。なお、この実施形態では、所定電圧Ｂを０．８Ｖとする。   In step S <b> 101, the power supplied from the fuel cell 1 to the motor 5 is reduced by mainly supplying power from the secondary battery 6 to the motor 5. In this case, the output of the fuel cell 1 is controlled to be equal to or lower than b so that the voltage of the fuel cell 1 does not become lower than the predetermined voltage B shown in FIG. Is maintained at a high potential. Further, the remaining electric power necessary for the motor 5 is supplied from the secondary battery 6. By maintaining the voltage of the fuel cell 1 high, the potential of the oxidant electrode 42 is increased, the reduction of the oxide film formed on the platinum surface of the oxidant electrode 42 is suppressed, and then the voltage of the fuel cell 1 is increased. Even if it becomes, elution of platinum can be suppressed. In this embodiment, the predetermined voltage B is 0.8V.

ステップＳ１０２では、二次電池６のＳＯＣを検出し、検出したＳＯＣが二次電池６を満充電とした状態のＳＯＣに対して１０％以下となっているかどうか判定する。そして、二次電池６のＳＯＣが１０％以下となっている場合には、ステップＳ１０３へ進み、二次電池６のＳＯＣが１０％よりも大きい場合には、二次電池６からモータ５への電力の供給を主体とする電力供給を継続する。なお、二次電池６を満充電にした状態のＳＯＣに対して１０％以下となった場合にステップＳ１０３へ進んだが、１０％という数値に限られることはなく、使用する二次電池６の性能を低下させない範囲で設定する。以下において、二次電池６のＳＯＣを数値（％）と比較する場合は二次電池６を満充電した状態のＳＯＣに対する比率で示す。   In step S102, the SOC of the secondary battery 6 is detected, and it is determined whether or not the detected SOC is 10% or less with respect to the SOC in a state where the secondary battery 6 is fully charged. If the SOC of the secondary battery 6 is 10% or less, the process proceeds to step S103. If the SOC of the secondary battery 6 is greater than 10%, the secondary battery 6 is transferred to the motor 5. Continue to supply power mainly for power supply. When the secondary battery 6 is 10% or less of the fully charged SOC, the process proceeds to step S103. However, the value is not limited to 10%, and the performance of the secondary battery 6 to be used is not limited. Set within the range that does not decrease the. In the following, when the SOC of the secondary battery 6 is compared with a numerical value (%), it is shown as a ratio to the SOC of the fully charged secondary battery 6.

ステップＳ１０３では、二次電池６のＳＯＣが小さくなったので、燃料電池１を主体としてモータ５に電力を供給する。つまり、燃料電池１の出力制限を解除し、モータ５で必要とされる電力に応じて燃料電池１の出力を制御する。これによって燃料電池１の出力が増加し、燃料電池１の電圧が低くなり、酸化剤極４２の電位が低下するために、酸化剤極４２の白金の表面に形成された酸化被膜の還元される量が増加する。なお、二次電池６からモータ５への電力の供給は、ゼロとしても良く、また微量の電力を供給しても良い。   In step S103, since the SOC of the secondary battery 6 is reduced, power is supplied to the motor 5 with the fuel cell 1 as a main component. That is, the output restriction of the fuel cell 1 is released, and the output of the fuel cell 1 is controlled according to the electric power required by the motor 5. As a result, the output of the fuel cell 1 is increased, the voltage of the fuel cell 1 is lowered, and the potential of the oxidant electrode 42 is lowered, so that the oxide film formed on the platinum surface of the oxidant electrode 42 is reduced. The amount increases. Note that the power supply from the secondary battery 6 to the motor 5 may be zero or a small amount of power may be supplied.

ステップＳ１０４では、燃料電池１のＮＥＴ出力がゼロとなったかどうか、例えば運転者によるアクセルペダルの踏み込みが無くなったかどうか判定する。そして、燃料電池１のＮＥＴ出力がゼロとなった場合には、ステップＳ１０５へ進む。燃料電池１のＮＥＴ出力がゼロとなった場合でも、燃料電池自動車の補機類などへ電力を供給するために、燃料電池１からは比較的小さい出力が取り出されている。この実施形態では、このような補機類などへ出力を供給している状態の出力を「ＮＥＴ出力」とし、燃料電池１の総合的な出力を「出力」とする。   In step S104, it is determined whether or not the NET output of the fuel cell 1 has become zero, for example, whether or not the driver has stepped on the accelerator pedal. When the NET output of the fuel cell 1 becomes zero, the process proceeds to step S105. Even when the NET output of the fuel cell 1 becomes zero, a relatively small output is taken out from the fuel cell 1 in order to supply electric power to auxiliary devices of the fuel cell vehicle. In this embodiment, the output in a state where the output is supplied to such auxiliary machines is referred to as “NET output”, and the overall output of the fuel cell 1 is referred to as “output”.

なお、この制御の途中、例えばステップＳ１０４までの間にアクセルペダルの踏み込みが無くなった場合には、ステップＳ１０４以降の制御を行う。   In the middle of this control, for example, when the accelerator pedal is not depressed until step S104, the control after step S104 is performed.

ステップＳ１０５では、ブレーキペダル（図示せず）が踏み込まれたどうか判定する。そして、ブレーキペダルが踏み込まれた場合にはステップＳ１０６へ進む。なお、ブレーキペダルが踏み込まれていない場合は、慣性力によって燃料電池自動車が走行している場合である。   In step S105, it is determined whether or not a brake pedal (not shown) has been depressed. If the brake pedal is depressed, the process proceeds to step S106. It should be noted that the case where the brake pedal is not depressed is the case where the fuel cell vehicle is traveling by inertia force.

ステップＳ１０６では、回生ブレーキシステム７によって制動時に発生する運動エネルギーの一部を電気エネルギーに変換し、発生した電力を二次電池６に充電する。なお、ここではステップＳ１０５によってブレーキペダルが踏み込まれた後に回生ブレーキシステム７によって二次電池６を充電するが、ステップＳ１０４の後に、例えば慣性力によって燃料電池自動車が走行している場合に、回生ブレーキシステム７によって二次電池６を充電しても良い。   In step S106, part of the kinetic energy generated during braking by the regenerative braking system 7 is converted into electric energy, and the generated electric power is charged in the secondary battery 6. Here, the secondary battery 6 is charged by the regenerative braking system 7 after the brake pedal is depressed in step S105. However, after step S104, the regenerative braking is performed when the fuel cell vehicle is running by inertia, for example. The secondary battery 6 may be charged by the system 7.

以上の制御によって、二次電池６のＳＯＣに比較的余裕がある場合には、二次電池６を主体として、モータ５に電力供給を行い、燃料電池１の出力を制限する。これによって、燃料電池１の出力が大きくなる頻度、つまり燃料電池１が低電圧となる頻度を少なくし、カソード触媒層３３の白金の溶出を抑制することができる。   By the above control, when the SOC of the secondary battery 6 has a relatively large margin, the secondary battery 6 is mainly used to supply power to the motor 5 and limit the output of the fuel cell 1. Thereby, the frequency at which the output of the fuel cell 1 is increased, that is, the frequency at which the fuel cell 1 is at a low voltage, can be reduced, and the elution of platinum from the cathode catalyst layer 33 can be suppressed.

次にこの実施形態の燃料電池１の電圧変化を図５のタイムチャートを用いて説明する。なお、燃料電池自動車はアイドル状態から発進するものとする。燃料電池自動車がアイドル状態の場合には、燃料電池１のＮＥＴ出力はゼロであり、燃料電池１の電圧は比較的高い電圧（図５中、Ｐとする）に維持されている。また、時間ｔ１から時間ｔ３にかけて、モータ５に要求される出力が一定の割合で増加するものとする。   Next, the voltage change of the fuel cell 1 of this embodiment will be described with reference to the time chart of FIG. It is assumed that the fuel cell vehicle starts from an idle state. When the fuel cell vehicle is in an idle state, the NET output of the fuel cell 1 is zero, and the voltage of the fuel cell 1 is maintained at a relatively high voltage (P in FIG. 5). Further, it is assumed that the output required for the motor 5 increases at a constant rate from time t1 to time t3.

時間ｔ１において、例えば運転者によるアクセルペダルの踏み込みが行われ、燃料電池自動車が発進する。これによってモータ５への電力供給を開始するが、まず二次電池６からモータ５への電力供給を主体とする。このとき燃料電池１の出力は、図３に示す出力ｂを超えない範囲に制限される。   At time t1, for example, the driver depresses the accelerator pedal, and the fuel cell vehicle starts. Thus, power supply to the motor 5 is started. First, power supply from the secondary battery 6 to the motor 5 is mainly performed. At this time, the output of the fuel cell 1 is limited to a range not exceeding the output b shown in FIG.

時間ｔ２において、二次電池６のＳＯＣが１０％よりも小さくなると、燃料電池１の出力制限を解除し、燃料電池１の出力を大きくし、燃料電池１を主体としてモータ５に電力の供給を行う。これによって燃料電池１の電圧は、図３に示すＢよりも低くなり、酸化剤極４２の電位が低くなる。そのためカソード触媒層３３の白金の酸化被膜の多くが還元され、減少する。   When the SOC of the secondary battery 6 becomes smaller than 10% at time t2, the output restriction of the fuel cell 1 is released, the output of the fuel cell 1 is increased, and the electric power is supplied to the motor 5 mainly using the fuel cell 1. Do. As a result, the voltage of the fuel cell 1 becomes lower than B shown in FIG. 3, and the potential of the oxidant electrode 42 becomes lower. Therefore, most of the platinum oxide film of the cathode catalyst layer 33 is reduced and reduced.

時間ｔ３において、ブレーキペダル（図示せず）が踏み込まれると、燃料電池１からモータ５への電力の供給を終了するので、燃料電池１の出力が小さくなり、電圧が高くなる。この時、カソード触媒層３３では白金の表面に形成されている酸化被膜が少なく、さらに燃料電池１の酸化剤極４２の電位が高くなるので、カソード触媒層３３の白金の溶出が生じる。   When a brake pedal (not shown) is depressed at time t3, the supply of power from the fuel cell 1 to the motor 5 is terminated, so that the output of the fuel cell 1 decreases and the voltage increases. At this time, in the cathode catalyst layer 33, the oxide film formed on the surface of platinum is small, and the potential of the oxidant electrode 42 of the fuel cell 1 is increased, so that platinum of the cathode catalyst layer 33 is eluted.

この実施形態においても、時間ｔ２以降、つまり二次電池６のＳＯＣが１０％よりも小さくなると燃料電池１を主体としてモータ５に電力を供給するために、燃料電池１の電圧が低下し、その後ブレーキペダルが踏み込まれる時に燃料電池１の電圧が高くなるためにカソード触媒層３３において白金の溶出が生じる。   Also in this embodiment, after time t2, that is, when the SOC of the secondary battery 6 becomes smaller than 10%, the fuel cell 1 mainly supplies power to the motor 5, so that the voltage of the fuel cell 1 decreases, and thereafter Since the voltage of the fuel cell 1 becomes high when the brake pedal is depressed, platinum is eluted in the cathode catalyst layer 33.

しかし、二次電池６のＳＯＣが比較的に余裕がある場合には、モータ５に供給する電力をまず二次電池６からの電力供給を主体とするので、例えば二次電池６からの電力供給を主体としている途中にブレーキペダルが踏み込まれた場合など、燃料電池１の出力が大きくなる頻度を少なくすることができ、カソード触媒層３３の白金の溶出を抑制することができる。   However, when the SOC of the secondary battery 6 has a relatively large margin, the power supplied to the motor 5 is mainly supplied from the secondary battery 6 first. When the brake pedal is depressed in the middle of the process, the frequency at which the output of the fuel cell 1 increases can be reduced, and the elution of platinum from the cathode catalyst layer 33 can be suppressed.

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

この実施形態では、二次電池６のＳＯＣに比較的に余裕がある場合、例えば１０％以上のときには、燃料電池１の電圧が所定電圧Ｂよりも高い電圧となるように燃料電池１の出力を制限する。これにより、燃料電池１の電圧を所定電圧Ｂよりも高い電圧で維持し、燃料電池１の酸化剤極４２の電位を高く維持する。酸化剤極４２の電位変化量を小さくすることで、酸化剤極４２のカソード触媒層３３の白金表面に形成された酸化被膜が還元され、乖離する量を抑制し、その後例えばブレーキペダルが踏み込まれ、燃料電池１のＮＥＴ出力がゼロとなった場合など、燃料電池１の電圧、酸化剤極４２の電位が再び高くなった場合に生じ得るカソード触媒層３３の白金の溶出を抑制することができる。   In this embodiment, when the SOC of the secondary battery 6 has a relatively large margin, for example, 10% or more, the output of the fuel cell 1 is set so that the voltage of the fuel cell 1 is higher than the predetermined voltage B. Restrict. Thereby, the voltage of the fuel cell 1 is maintained at a voltage higher than the predetermined voltage B, and the potential of the oxidant electrode 42 of the fuel cell 1 is maintained high. By reducing the potential change amount of the oxidant electrode 42, the oxide film formed on the platinum surface of the cathode catalyst layer 33 of the oxidant electrode 42 is reduced and the amount of separation is suppressed, and then, for example, the brake pedal is depressed. The elution of platinum in the cathode catalyst layer 33 that can occur when the voltage of the fuel cell 1 and the potential of the oxidizer electrode 42 become high again, such as when the NET output of the fuel cell 1 becomes zero, can be suppressed. .

また、二次電池６のＳＯＣに比較的に余裕がある場合には、二次電池６を主体として電力をモータ５に供給するので、燃料電池１の電圧が所定電圧Ｂよりも高くなる頻度を少なくする。そのためカソード触媒層３３における白金の溶出を抑制することができる。   Further, when the SOC of the secondary battery 6 is relatively large, power is supplied to the motor 5 with the secondary battery 6 as a main component, so the frequency at which the voltage of the fuel cell 1 becomes higher than the predetermined voltage B is increased. Reduce. Therefore, elution of platinum in the cathode catalyst layer 33 can be suppressed.

次に本発明の第２実形態について説明する。この実施形態の燃料電池システムは第１実施形態と同じ構成なので、ここでの説明は省略する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. Since the fuel cell system of this embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, description thereof is omitted here.

この実施形態では第１実施形態の図４に示すフローチャートが異なっており、ここでは燃料電池システムの制御について図６に示すフローチャートを用いて説明する。   In this embodiment, the flowchart shown in FIG. 4 of the first embodiment is different. Here, the control of the fuel cell system will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

ステップＳ２００からステップＳ２０２までの制御は第１実施形態のステップＳ１００からステップＳ１０２までの制御と同じ制御なので、ここでの説明は省略する。   Since the control from step S200 to step S202 is the same as the control from step S100 to step S102 of the first embodiment, a description thereof is omitted here.

ステップＳ２０３では、二次電池６のＳＯＣが小さくなったので、燃料電池１を主体としてモータ５に電力を供給する。つまり、燃料電池１の出力制御を解除し、モータ５で必要とされる電力に応じて燃料電池１の出力を制御する。これによって燃料電池１の出力が増加し、燃料電池１の電圧が低くなり、酸化剤極４２の電位が低下するために、酸化剤極４２の白金の表面に形成された酸化被膜が還元される量が増加する。また、燃料電池１から二次電池６に電力を供給し、二次電池６の充電を行う。   In step S203, since the SOC of the secondary battery 6 has decreased, power is supplied to the motor 5 with the fuel cell 1 as a main component. That is, the output control of the fuel cell 1 is canceled and the output of the fuel cell 1 is controlled according to the electric power required by the motor 5. As a result, the output of the fuel cell 1 is increased, the voltage of the fuel cell 1 is lowered, and the potential of the oxidant electrode 42 is lowered, so that the oxide film formed on the platinum surface of the oxidant electrode 42 is reduced. The amount increases. In addition, power is supplied from the fuel cell 1 to the secondary battery 6 to charge the secondary battery 6.

ステップＳ２０４では、二次電池６のＳＯＣを検出し、二次電池６のＳＯＣが７０％以上となったかどうか判定する。そして、二次電池６のＳＯＣが７０％以上となるとステップＳ２０５へ進む。   In step S204, the SOC of the secondary battery 6 is detected, and it is determined whether the SOC of the secondary battery 6 has reached 70% or more. Then, when the SOC of the secondary battery 6 becomes 70% or more, the process proceeds to step S205.

ステップＳ２０３とステップＳ２０４によって、二次電池６のＳＯＣが小さくなった場合には、燃料電池１によって二次電池６を充電するので、二次電池６のＳＯＣを大きくすることができ、次回の制御において二次電池６を主体とし、燃料電池１の出力を小さくする電力供給を長く行うことができる。   When the SOC of the secondary battery 6 is reduced by step S203 and step S204, the secondary battery 6 is charged by the fuel cell 1, so that the SOC of the secondary battery 6 can be increased and the next control is performed. In FIG. 5, the secondary battery 6 is the main component, and the power supply for reducing the output of the fuel cell 1 can be performed for a long time.

ステップＳ２０５では、二次電池６のＳＯＣが７０％以上となったので、燃料電池１から二次電池６への充電を終了し、燃料電池１を主体としてモータ５に電力を供給する。なお、二次電池６からモータ５への電力の供給は、ゼロとしても良く、また微小の電力を供給しても良い。なお、燃料電池１から二次電池６への充電を終了する二次電池６のＳＯＣを７０％としたがこれに限られず、回生ブレーキシステム７によって充電される充電量を考慮して設定する。   In step S205, since the SOC of the secondary battery 6 becomes 70% or more, the charging from the fuel cell 1 to the secondary battery 6 is terminated, and power is supplied to the motor 5 mainly using the fuel cell 1. Note that the power supply from the secondary battery 6 to the motor 5 may be zero, or a minute amount of power may be supplied. In addition, although SOC of the secondary battery 6 which complete | finishes the charge from the fuel cell 1 to the secondary battery 6 was set to 70%, it is not restricted to this, It sets in consideration of the charge amount charged by the regenerative brake system 7. FIG.

ステップＳ２０６からステップＳ２０８の制御は第１実施形態のステップＳ１０４からステップＳ１０６の制御と同じ制御なので、ここでの説明は省略する。   Since the control from step S206 to step S208 is the same as the control from step S104 to step S106 of the first embodiment, the description thereof is omitted here.

以上の制御によって、燃料電池自動車を運転中に、二次電池６のＳＯＣが小さくなると、燃料電池１から二次電池６に充電を行うので、二次電池６のＳＯＣを大きくすることができ、次回の制御時に二次電池６を主体とする電力供給を長く行うことができ、カソード触媒層３３の白金の溶出を抑制することができる。   With the above control, when the SOC of the secondary battery 6 is reduced during operation of the fuel cell vehicle, the secondary battery 6 is charged from the fuel cell 1, so the SOC of the secondary battery 6 can be increased. In the next control, power supply mainly including the secondary battery 6 can be performed for a long time, and platinum elution from the cathode catalyst layer 33 can be suppressed.

次にこの実施形態の燃料電池１の電圧変化を図７のタイムチャートを用いて説明する。なお、燃料電池自動車はアイドル状態から発進するものとする。燃料電池自動車がアイドル状態の場合には、燃料電池１のＮＥＴ出力はゼロであり、燃料電池１の電圧は比較的高い電圧（図７中、Ｐとする）に維持されている。また、時間ｔ１から時間ｔ４にかけて、モータ５に要求される出力が一定の割合で増加するものとする。   Next, the voltage change of the fuel cell 1 of this embodiment will be described with reference to the time chart of FIG. It is assumed that the fuel cell vehicle starts from an idle state. When the fuel cell vehicle is in an idle state, the NET output of the fuel cell 1 is zero, and the voltage of the fuel cell 1 is maintained at a relatively high voltage (P in FIG. 7). Further, it is assumed that the output required for the motor 5 increases at a constant rate from time t1 to time t4.

時間ｔ１において、例えば運転者によるアクセルペダルの踏み込みが行われ、燃料電池自動車が発進する。これによってモータ５への電力供給を開始するが、まず二次電池６からモータ５への電力供給を主体とする。このとき燃料電池１の出力は、図３に示す出力ｂを超えない範囲に制限される。   At time t1, for example, the driver depresses the accelerator pedal, and the fuel cell vehicle starts. Thus, power supply to the motor 5 is started. First, power supply from the secondary battery 6 to the motor 5 is mainly performed. At this time, the output of the fuel cell 1 is limited to a range not exceeding the output b shown in FIG.

時間ｔ２において、二次電池６のＳＯＣが１０％よりも小さくなると、燃料電池１の出力制限を解除し、燃料電池１の出力を大きくし、燃料電池１を主体としてモータ５に電力の供給を行う。これによって燃料電池１の電圧は、図３に示すＢよりも低くなり、酸化剤極４２の電位が低くなる。そのためカソード触媒層３３の白金の酸化被膜の多くが還元される。また、燃料電池１から二次電池６に電力を供給し、二次電池６を充電する。   When the SOC of the secondary battery 6 becomes smaller than 10% at time t2, the output restriction of the fuel cell 1 is released, the output of the fuel cell 1 is increased, and the electric power is supplied to the motor 5 mainly using the fuel cell 1. Do. As a result, the voltage of the fuel cell 1 becomes lower than B shown in FIG. 3, and the potential of the oxidant electrode 42 becomes lower. Therefore, most of the platinum oxide film of the cathode catalyst layer 33 is reduced. Further, power is supplied from the fuel cell 1 to the secondary battery 6 to charge the secondary battery 6.

時間ｔ３において、二次電池６のＳＯＣが７０％以上となると、燃料電池１による二次電池６の充電を終了し、燃料電池１はモータ５にのみ電力を供給する。   When the SOC of the secondary battery 6 becomes 70% or more at time t3, the charging of the secondary battery 6 by the fuel cell 1 is finished, and the fuel cell 1 supplies power only to the motor 5.

時間ｔ４において、ブレーキペダル（図示せず）が踏み込まれると、燃料電池１からのモータ５への電力の供給を終了するので、燃料電池１の出力が小さくなり、電圧が高くなる。この時、カソード触媒層３３では白金の表面に形成される酸化被膜が少なく、さらに燃料電池１の酸化剤極４２の電位が高くなるので、カソード触媒層３３の白金の溶出が生じる。   When a brake pedal (not shown) is depressed at time t4, the supply of electric power from the fuel cell 1 to the motor 5 is terminated, so that the output of the fuel cell 1 decreases and the voltage increases. At this time, in the cathode catalyst layer 33, the oxide film formed on the surface of platinum is small, and the potential of the oxidant electrode 42 of the fuel cell 1 is further increased, so that platinum is eluted from the cathode catalyst layer 33.

以上のように、二次電池６のＳＯＣが小さくなると、燃料電池１によって二次電池６を充電するので、二次電池６のＳＯＣを大きくすることができ、次回の制御時に二次電池６を主体とする電力供給を長く行うことができ、カソード触媒層３３の白金の溶出を抑制することができる。   As described above, when the SOC of the secondary battery 6 decreases, the secondary battery 6 is charged by the fuel cell 1, so that the SOC of the secondary battery 6 can be increased, and the secondary battery 6 is removed during the next control. The main power supply can be performed for a long time, and the elution of platinum from the cathode catalyst layer 33 can be suppressed.

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

この実施形態では、二次電池６のＳＯＣが１０％以下となると、燃料電池１を主体としてモータ５に電力を供給し、さらに燃料電池１によって二次電池６を充電する。これによって二次電池６のＳＯＣを大きくすることができ、次回の制御時に二次電池６を主体とし、燃料電池１の出力を小さくするモータ５への電力供給を長く行うことができる。これにより、カソード触媒層３３の白金の溶出を抑制することができる。   In this embodiment, when the SOC of the secondary battery 6 becomes 10% or less, power is supplied to the motor 5 with the fuel cell 1 as a main component, and the secondary battery 6 is charged by the fuel cell 1. As a result, the SOC of the secondary battery 6 can be increased, and the power supply to the motor 5 that reduces the output of the fuel cell 1 with the secondary battery 6 as a main component during the next control can be performed for a long time. Thereby, elution of platinum of the cathode catalyst layer 33 can be suppressed.

また、二次電池６のＳＯＣが７０％以上となると燃料電池１からの充電を終了することで、燃料電池自動車の制動時に回生ブレーキシステム７によって得られる電力を二次電池６に充電し、燃料電池システムのエネルギー効率を良くすることができる。   Further, when the SOC of the secondary battery 6 becomes 70% or more, the charging from the fuel cell 1 is terminated, so that the electric power obtained by the regenerative braking system 7 at the time of braking of the fuel cell vehicle is charged to the secondary battery 6. The energy efficiency of the battery system can be improved.

次に本発明の第３実形態について説明する。この実施形態の燃料電池システムは第１実施形態と同じ構成なので、ここでの説明は省略する。   Next, a third embodiment of the present invention will be described. Since the fuel cell system of this embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, description thereof is omitted here.

この実施形態では第１実施形態の図４に示すフローチャートが異なっており、ここでは燃料電池システムの制御について図８に示すフローチャートを用いて説明する。   In this embodiment, the flowchart shown in FIG. 4 of the first embodiment is different. Here, the control of the fuel cell system will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

ステップＳ３００からステップＳ３０３までの制御は、第２実施形態のステップＳ２００からステップＳ２０３までの制御と同じ制御なので、ここでの説明は省略する。   Since the control from step S300 to step S303 is the same as the control from step S200 to step S203 of the second embodiment, description thereof is omitted here.

ステップＳ３０４では、燃料電池１のＮＥＴ出力がゼロとなったかどうか、例えば運転者によるアクセルペダルの踏み込みが無くなったかどうか判定する。そして、燃料電池１のＮＥＴ出力がゼロとなった場合には、ステップＳ３１４へ進み、燃料電池１のＮＥＴ出力がゼロではない場合にはステップＳ３０５へ進む。   In step S304, it is determined whether or not the NET output of the fuel cell 1 has become zero, for example, whether or not the driver has stepped on the accelerator pedal. When the NET output of the fuel cell 1 becomes zero, the process proceeds to step S314, and when the NET output of the fuel cell 1 is not zero, the process proceeds to step S305.

ステップＳ３０５では、燃料電池１の単位セル３０あたりの電圧Ｖ、つまり燃料電池１の出力を検出し、単位セル３０あたりの電圧Ｖを図３に示す所定電圧Ｂと比較し、電圧Ｖが所定電圧Ｂよりも高い場合、つまり燃料電池１の出力が所定出力ｂよりも小さい場合には、ステップＳ３０６に進む。また、電圧Ｖが所定電圧Ｂよりも低い場合、つまり燃料電池１の出力が所定出力ｂよりも大きい場合にはステップＳ３０７へ進む。この実施形態では所定電圧Ｂを０．８Ｖとする。   In step S305, the voltage V per unit cell 30 of the fuel cell 1, that is, the output of the fuel cell 1, is detected, and the voltage V per unit cell 30 is compared with the predetermined voltage B shown in FIG. If it is higher than B, that is, if the output of the fuel cell 1 is smaller than the predetermined output b, the process proceeds to step S306. If the voltage V is lower than the predetermined voltage B, that is, if the output of the fuel cell 1 is higher than the predetermined output b, the process proceeds to step S307. In this embodiment, the predetermined voltage B is 0.8V.

ステップＳ３０６では、二次電池６のＳＯＣを検出し、二次電池６のＳＯＣが７０％以上となったかどうか判定する。そして、二次電池６のＳＯＣが７０％以上となるとステップＳ３０７へ進み、二次電池６のＳＯＣが７０％未満の場合にはステップＳ３０４へ戻り上記制御を繰り返す。従って、電圧Ｖが所定電圧Ｂよりも高い間は、燃料電池１の出力の一部を二次電池の充電に利用する。   In step S306, the SOC of the secondary battery 6 is detected, and it is determined whether the SOC of the secondary battery 6 has reached 70% or more. When the SOC of the secondary battery 6 becomes 70% or more, the process proceeds to step S307. When the SOC of the secondary battery 6 is less than 70%, the process returns to step S304 and the above control is repeated. Therefore, while the voltage V is higher than the predetermined voltage B, a part of the output of the fuel cell 1 is used for charging the secondary battery.

ステップＳ３０３からステップＳ３０６の制御によって、二次電池６のＳＯＣが小さくなり、かつ燃料電池１の電圧Ｖが所定電圧Ｂよりも高い場合には、所定電圧Ｂを下回らない範囲で燃料電池１によって二次電池６を充電する。これにより二次電池６のＳＯＣを大きくすることができ、次回の制御において二次電池６を主体とする電力供給を長く行うことができる。そのため、燃料電池１の出力が高くなる頻度を少なくし、酸化剤極４２の白金の溶出を抑制することができる。また、燃料電池１の出力が所定出力ｂよりも低い場合に、燃料電池１によって二次電池６を充電するので、例えばこの後に燃料電池１の出力がゼロまたは小さくなり、燃料電池１の電圧が高くなった場合でも、燃料電池１の出力が所定出力ｂよりも低く電圧が高いため、カソード触媒層の白金に酸化被膜が比較的多く形成された状態での電圧変化であるため、カソード触媒層３３の白金の溶出を抑制することができる。   When the SOC of the secondary battery 6 is reduced by the control from step S303 to step S306 and the voltage V of the fuel cell 1 is higher than the predetermined voltage B, the fuel cell 1 does not fall below the predetermined voltage B. The secondary battery 6 is charged. As a result, the SOC of the secondary battery 6 can be increased, and power supply mainly using the secondary battery 6 can be performed for a long time in the next control. Therefore, the frequency at which the output of the fuel cell 1 increases can be reduced, and the elution of platinum from the oxidizer electrode 42 can be suppressed. Further, since the secondary battery 6 is charged by the fuel cell 1 when the output of the fuel cell 1 is lower than the predetermined output b, for example, the output of the fuel cell 1 subsequently becomes zero or small, and the voltage of the fuel cell 1 is reduced. Even when the voltage becomes high, the output of the fuel cell 1 is lower than the predetermined output b and the voltage is high, so that the voltage changes when a relatively large amount of oxide film is formed on platinum of the cathode catalyst layer. 33 platinum elution can be suppressed.

ステップＳ３０７では、ステップＳ３０５において、燃料電池１の電圧Ｖが所定電圧Ｂよりも低くなる、もしくはステップＳ３０６において二次電池６のＳＯＣが十分に高くなると、燃料電池１による二次電池６への充電を終了し、モータ５にのみ電力を供給する。ステップＳ３０５において燃料電池１の電圧Ｖが所定電圧Ｂよりも低くなると、その後に燃料電池１の電圧Ｖが高くなった場合に図３に示すように白金の溶出量の増加割合が大きくなるので、燃料電池１から二次電池６への充電を停止し、モータ５にのみ電力を供給し、燃料電池１の出力増加を小さくする。   In step S307, when the voltage V of the fuel cell 1 becomes lower than the predetermined voltage B in step S305, or when the SOC of the secondary battery 6 becomes sufficiently high in step S306, the fuel cell 1 charges the secondary battery 6 with it. And power is supplied only to the motor 5. When the voltage V of the fuel cell 1 becomes lower than the predetermined voltage B in step S305, when the voltage V of the fuel cell 1 subsequently increases, the rate of increase in the platinum elution amount increases as shown in FIG. Charging from the fuel cell 1 to the secondary battery 6 is stopped, power is supplied only to the motor 5, and the increase in the output of the fuel cell 1 is reduced.

ステップＳ３０８では、燃料電池１の電圧Ｖと図３に示す所定電圧Ｄとを比較し、電圧Ｖが所定電圧ＤＶよりも高くなると、ステップＳ３０９へ進む。この実施形態では所定電圧Ｄを０．７Ｖとする。   In step S308, the voltage V of the fuel cell 1 is compared with the predetermined voltage D shown in FIG. 3, and when the voltage V becomes higher than the predetermined voltage DV, the process proceeds to step S309. In this embodiment, the predetermined voltage D is 0.7V.

ステップＳ３０９では、二次電池６のＳＯＣを検出し、二次電池６のＳＯＣが７０％未満の場合には、ステップＳ３１０へ進み、二次電池６のＳＯＣが７０％以上の場合には、ステップＳ３１２へ進む。   In step S309, the SOC of the secondary battery 6 is detected. If the SOC of the secondary battery 6 is less than 70%, the process proceeds to step S310. If the SOC of the secondary battery 6 is 70% or more, step S309 is performed. The process proceeds to S312.

ステップＳ３１０では、燃料電池１の出力が所定出力ｄよりも大きくなり、燃料電池１の電圧Ｖが所定電圧Ｄよりも低い場合には、その後燃料電池１の電圧が高くなっても、電圧変化に対する白金の溶出量の増加割合が小さいので、燃料電池１によって二次電池６を充電する。燃料電池１の出力が大きいので、電圧変化に対する白金の溶出量の増加割合を抑制し、さらに二次電池６へ充電する電力が大きくなるので、二次電池６を素早く充電することができる。   In step S310, when the output of the fuel cell 1 is larger than the predetermined output d and the voltage V of the fuel cell 1 is lower than the predetermined voltage D, the voltage change with respect to the voltage change even if the voltage of the fuel cell 1 subsequently increases. Since the increase rate of the platinum elution amount is small, the secondary battery 6 is charged by the fuel cell 1. Since the output of the fuel cell 1 is large, the increase rate of the platinum elution amount with respect to the voltage change is suppressed, and furthermore, the power to be charged to the secondary battery 6 is increased, so that the secondary battery 6 can be charged quickly.

ステップＳ３１１では、燃料電池１のＮＥＴ出力がゼロとなったかどうか、例えば運転者によるアクセルペダルの踏み込みが無くなったかどうか判定する。そして燃料電池１のＮＥＴ出力がゼロの場合には、ステップＳ３１４へ進み、燃料電池１のＮＥＴ出力がゼロではない場合にはステップＳ３０９へ戻り上記制御を繰り返す。   In step S311, it is determined whether or not the NET output of the fuel cell 1 has become zero, for example, whether or not the driver has stepped on the accelerator pedal. If the NET output of the fuel cell 1 is zero, the process proceeds to step S314. If the NET output of the fuel cell 1 is not zero, the process returns to step S309 and the above control is repeated.

一方、ステップＳ３０９において、二次電池６のＳＯＣが７０％以上であると判定された場合にはステップＳ３１２へ進み、燃料電池１による二次電池６への充電を行わず、燃料電池１を主体としてモータ５に電力を供給する。   On the other hand, if it is determined in step S309 that the SOC of the secondary battery 6 is 70% or more, the process proceeds to step S312 and the fuel cell 1 is not charged to the secondary battery 6 and the fuel cell 1 is mainly used. To supply electric power to the motor 5.

ステップＳ３１３では、燃料電池１のＮＥＴ出力がゼロとなったかどうか判定する。そして燃料電池１のＮＥＴ出力がゼロではない場合には、ステップＳ３１４へ進む。   In step S313, it is determined whether the NET output of the fuel cell 1 has become zero. If the NET output of the fuel cell 1 is not zero, the process proceeds to step S314.

ステップＳ３１４では、ブレーキ（図示せず）が踏み込まれたどうか判定する。そして、ブレーキが踏み込まれた場合にはステップＳ３１５へ進む。なお、ブレーキが踏み込まれていない場合は、慣性力によって燃料電池自動車が走行している場合である。   In step S314, it is determined whether a brake (not shown) is depressed. If the brake is depressed, the process proceeds to step S315. It should be noted that the case where the brake is not depressed is the case where the fuel cell vehicle is traveling by inertial force.

ステップＳ３１５では、回生ブレーキシステム７によって運動エネルギーの一部を電気エネルギーに変換し、発生した電力を二次電池６に充電する。   In step S315, a part of kinetic energy is converted into electric energy by the regenerative braking system 7, and the generated electric power is charged in the secondary battery 6.

以上の制御によって、燃料電池１の電圧Ｖが所定電圧Ｂ以上、または所定電圧Ｄ以下となる場合に、二次電池６のＳＯＣが７０％以上とならない範囲で、燃料電池１から二次電池６へ充電を行う。つまり、燃料電池１の電圧変化に対するカソード触媒層３３の白金の溶出量の増加割合が小さい範囲でのみ、燃料電池１によって二次電池６へ充電を行う。これにより、カソード触媒層３３の劣化を抑制し、さらに二次電池６のＳＯＣを大きくすることができる。そのため、次回の制御時に二次電池６を主体としての電力供給を長くすることができ、酸化剤極４２の劣化を抑制することができる。   With the above control, when the voltage V of the fuel cell 1 is equal to or higher than the predetermined voltage B or lower than the predetermined voltage D, the fuel cell 1 to the secondary battery 6 are within a range where the SOC of the secondary battery 6 does not become 70% or higher. Charge the battery. That is, the fuel cell 1 charges the secondary battery 6 only in a range where the increase rate of the platinum elution amount of the cathode catalyst layer 33 with respect to the voltage change of the fuel cell 1 is small. Thereby, deterioration of the cathode catalyst layer 33 can be suppressed and the SOC of the secondary battery 6 can be further increased. Therefore, it is possible to lengthen the power supply mainly of the secondary battery 6 during the next control, and to suppress the deterioration of the oxidizer electrode 42.

次にこの実施形態の燃料電池１の電圧変化を図９のタイムチャートを用いて説明する。なお、燃料電池自動車はアイドル状態から発進するものとする。燃料電池自動車がアイドル状態の場合には、燃料電池１のＮＥＴ出力はゼロであり、燃料電池１の電圧は高い電圧（図９中、Ｐとする）に維持されている。また、時間ｔ１から時間ｔ３にかけて、また時間ｔ４からｔ８にかけてモータ５に要求される出力が一定の割合で増加するものとする。   Next, the voltage change of the fuel cell 1 of this embodiment will be described with reference to the time chart of FIG. It is assumed that the fuel cell vehicle starts from an idle state. When the fuel cell vehicle is idle, the NET output of the fuel cell 1 is zero, and the voltage of the fuel cell 1 is maintained at a high voltage (P in FIG. 9). It is assumed that the output required for the motor 5 increases at a constant rate from time t1 to time t3 and from time t4 to t8.

時間ｔ１において、例えば運転者によるアクセルペダルの踏み込みが行われ、燃料電池自動車が発進する。これによってモータ５への電力供給を開始するが、まず二次電池６からモータ５への電力供給を主体とする。このとき燃料電池１の出力は、図３に示す出力ｂを超えない範囲に制限される。   At time t1, for example, the driver depresses the accelerator pedal, and the fuel cell vehicle starts. Thus, power supply to the motor 5 is started. First, power supply from the secondary battery 6 to the motor 5 is mainly performed. At this time, the output of the fuel cell 1 is limited to a range not exceeding the output b shown in FIG.

時間ｔ２において、二次電池６のＳＯＣが１０％よりも小さくなると、燃料電池１の出力制限を解除する。これによって、燃料電池１の出力を大きくし、燃料電池１を主体としてモータ５に電力の供給を行う。また、燃料電池１によって二次電池６を充電する。ここでは、モータ５に必要な電力が小さく、燃料電池１の出力はｂを超えないものとする。   When the SOC of the secondary battery 6 becomes smaller than 10% at time t2, the output restriction of the fuel cell 1 is released. As a result, the output of the fuel cell 1 is increased, and power is supplied to the motor 5 with the fuel cell 1 as a main component. Further, the secondary battery 6 is charged by the fuel cell 1. Here, it is assumed that the electric power required for the motor 5 is small and the output of the fuel cell 1 does not exceed b.

時間ｔ３において、ブレーキペダル（図示せず）が踏み込まれると、燃料電池１からのモータ５への電力の供給を終了するので、燃料電池１の出力が小さくなり、電圧が高くなる。   When a brake pedal (not shown) is depressed at time t3, the supply of power from the fuel cell 1 to the motor 5 is terminated, so that the output of the fuel cell 1 decreases and the voltage increases.

時間ｔ１から時間ｔ３においては、燃料電池１の電圧Ｖが図３に示す所定電圧Ｂよりも大きいので、時間ｔ３においてブレーキペダルが踏み込まれ、燃料電池１の電圧が高くなっても、カソード触媒層３３の白金の溶出は少ない。   From time t1 to time t3, since the voltage V of the fuel cell 1 is higher than the predetermined voltage B shown in FIG. 3, even if the brake pedal is depressed at time t3 and the voltage of the fuel cell 1 increases, the cathode catalyst layer There is little elution of 33 platinum.

時間ｔ４、時間ｔ５と時間ｔ１、時間ｔ２と同じなので、説明は省略する。   Since it is the same as time t4, time t5, time t1, and time t2, description is omitted.

時間ｔ６において、燃料電池１の出力が大きくなり、燃料電池１の電圧Ｖが図３に示すＢよりも小さくなる。そのため燃料電池１から二次電池６への充電を終了し、燃料電池１はモータ５にのみ電力を供給する。   At time t6, the output of the fuel cell 1 increases and the voltage V of the fuel cell 1 becomes smaller than B shown in FIG. Therefore, charging from the fuel cell 1 to the secondary battery 6 is terminated, and the fuel cell 1 supplies power only to the motor 5.

時間ｔ７において、燃料電池１の出力がさらに大きくなり、燃料電池１の電圧Ｖが図３に示す所定電圧Ｄよりも低くなると、燃料電池１による二次電池６の充電を再開する。燃料電池１の電圧Ｖが、所定電圧Ｄよりも低くなると、燃料電池１の電圧変化に対する白金の溶出量の増加割合が小さくなるので、燃料電池１から二次電池６への充電を再開し、二次電池６を充電する。   At time t7, when the output of the fuel cell 1 further increases and the voltage V of the fuel cell 1 becomes lower than the predetermined voltage D shown in FIG. 3, charging of the secondary battery 6 by the fuel cell 1 is resumed. When the voltage V of the fuel cell 1 becomes lower than the predetermined voltage D, the rate of increase of the platinum elution amount with respect to the voltage change of the fuel cell 1 is reduced, so charging from the fuel cell 1 to the secondary battery 6 is resumed, The secondary battery 6 is charged.

時間ｔ８において、ブレーキペダル（図示せず）が踏み込まれると、燃料電池１からのモータ５への電力の供給を終了するので、燃料電池１の出力が小さくなり、電圧が高くなる。この時、カソード触媒層３３では白金に酸化被膜が形成されておらず、さらに燃料電池１の酸化剤極４２の電位が高くなるので、カソード触媒層３３の白金の溶出が生じる。しかし、時間ｔ８より以前に二次電池６へ充電を行うことで、次回の制御時に二次電池６を主体とした電力供給を長く行うことができる。   When a brake pedal (not shown) is depressed at time t8, the supply of electric power from the fuel cell 1 to the motor 5 is terminated, so the output of the fuel cell 1 decreases and the voltage increases. At this time, an oxide film is not formed on platinum in the cathode catalyst layer 33, and the potential of the oxidant electrode 42 of the fuel cell 1 is further increased, so that platinum is eluted from the cathode catalyst layer 33. However, by charging the secondary battery 6 before time t8, it is possible to supply power mainly using the secondary battery 6 during the next control.

以上のように、燃料電池１の電圧変化に対する白金溶出割合が小さい場合には、燃料電池１から二次電池６へ充電を行うことにより、次回の制御時に二次電池６を主体とするモータ５への電力供給を長く行うことができるので、次回の制御時にカソード触媒層３３に白金の溶出を抑制することができる。   As described above, when the platinum elution ratio with respect to the voltage change of the fuel cell 1 is small, the secondary battery 6 is charged from the fuel cell 1 to charge the motor 5 mainly composed of the secondary battery 6 at the next control. Thus, the elution of platinum in the cathode catalyst layer 33 can be suppressed during the next control.

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

この実施形態では、二次電池６のＳＯＣが小さく、燃料電池１の電圧変化に対するカソード触媒層３３の白金の溶出割合が小さい場合に、燃料電池１から二次電池６へ充電を行う。これにより、次回の制御時に二次電池６を主体とするモータ５への電力供給を長い時間行うことができ、燃料電池１の出力が大きくなる頻度、つまり燃料電池１の電圧が低くなる頻度を少なくすることができ、カソード触媒層３３の白金の溶出を抑制することができる。   In this embodiment, the secondary battery 6 is charged from the fuel cell 1 when the SOC of the secondary battery 6 is small and the platinum elution ratio of the cathode catalyst layer 33 with respect to the voltage change of the fuel cell 1 is small. As a result, power can be supplied to the motor 5 mainly composed of the secondary battery 6 during the next control for a long time, and the frequency at which the output of the fuel cell 1 increases, that is, the frequency at which the voltage of the fuel cell 1 decreases. Thus, the elution of platinum from the cathode catalyst layer 33 can be suppressed.

また、燃料電池１の電圧Ｖが所定電圧Ｄ以下となる出力、つまり燃料電池１の出力がｄよりも大きい場合に燃料電池１によって二次電池６を充電するので、二次電池６を素早く充電することができる。   Moreover, since the secondary battery 6 is charged by the fuel cell 1 when the output V of the fuel cell 1 is equal to or lower than the predetermined voltage D, that is, when the output of the fuel cell 1 is larger than d, the secondary battery 6 is quickly charged. can do.

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

燃料電池を搭載する車両に利用することができる。   It can be used for a vehicle equipped with a fuel cell.

本発明の第１実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１実施形態の単位セルの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the unit cell of 1st Embodiment of this invention. 本発明の単位セルの電圧変化に対するカソード触媒層のＥＣＡの変化量を示すマップである。It is a map which shows the variation | change_quantity of ECA of the cathode catalyst layer with respect to the voltage change of the unit cell of this invention. 本発明の第１実施形態の制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows control of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態の燃料電池の電圧変化を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the voltage change of the fuel cell of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態の制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows control of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態の燃料電池の電圧変化を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the voltage change of the fuel cell of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態の制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control of 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態の燃料電池の電圧変化を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the voltage change of the fuel cell of 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ 燃料電池
５ モータ（負荷）
６ 二次電池（エネルギー充放電手段）
７ 回生ブレーキシステム
２０ コントローラ
３１ 固体高分子電解質膜
３２ アノード触媒層
３３ カソード触媒層
４１ 燃料極
４２ 酸化剤極 1 Fuel cell 5 Motor (load)
6 Secondary battery (energy charge / discharge means)
7 Regenerative braking system 20 Controller 31 Solid polymer electrolyte membrane 32 Anode catalyst layer 33 Cathode catalyst layer 41 Fuel electrode 42 Oxidant electrode

Claims (7)

電解質膜を挟持し触媒を有する燃料極と酸化剤極とから構成する燃料電池と、
電気エネルギーを充放電するエネルギー充放電手段と、
前記燃料電池と前記エネルギー充放電手段と電気的に接続する負荷と、
前記負荷で消費する電力と前記エネルギー充放電手段の蓄電量とに基づいて、前記燃料電池と前記エネルギー充放電手段との出力を制御する出力制御手段と、を備え、
前記出力制御手段は、前記エネルギー充放電手段の蓄電量が所定量よりも大きい場合に、前記燃料電池の出力を、前記燃料電池の電圧が第１の所定電圧よりも高い電圧となる出力に制限することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell comprising an electrolyte electrode and a fuel electrode sandwiching an electrolyte membrane and an oxidant electrode;
Energy charging / discharging means for charging / discharging electrical energy;
A load electrically connected to the fuel cell and the energy charging / discharging means;
Output control means for controlling the output of the fuel cell and the energy charging / discharging means based on the power consumed by the load and the amount of electricity stored in the energy charging / discharging means,
The output control means limits the output of the fuel cell to an output at which the voltage of the fuel cell is higher than a first predetermined voltage when the amount of charge stored in the energy charging / discharging means is larger than a predetermined amount. A fuel cell system. 前記出力制御手段は、前記エネルギー充放電手段の蓄電量が前記所定量よりも小さい場合に、前記燃料電池の出力制限を解除することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the output control unit releases the output limitation of the fuel cell when the amount of electricity stored in the energy charge / discharge unit is smaller than the predetermined amount. 前記エネルギー充放電手段の蓄電量が前記所定量よりも小さい場合に、前記燃料電池によって前記エネルギー充放電手段を充電することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。   3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the energy charging / discharging unit is charged by the fuel cell when an amount of electricity stored in the energy charging / discharging unit is smaller than the predetermined amount. 前記エネルギー充放電手段の蓄電量が前記所定量よりも小さく、かつ前記燃料電池の出力が、前記燃料電池の電圧が前記第１の所定電圧よりも高い電圧となる出力である場合に、前記燃料電池の電圧が前記第１の所定電圧よりも高い電圧となる出力の範囲で、前記燃料電池によって前記エネルギー充放電手段を充電することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。   When the amount of electricity stored in the energy charging / discharging means is smaller than the predetermined amount and the output of the fuel cell is an output at which the voltage of the fuel cell is higher than the first predetermined voltage, the fuel 4. The fuel cell system according to claim 3, wherein the energy charging / discharging unit is charged by the fuel cell in an output range where the voltage of the battery is higher than the first predetermined voltage. 5. 前記エネルギー充放電手段の蓄電量が前記所定量よりも小さく、かつ前記燃料電池の出力が、前記燃料電池の電圧が前記第１の所定電圧よりも低い第２の所定電圧よりも低い電圧となる出力である場合に、前記燃料電池によって前記エネルギー充放電手段を充電することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。   The amount of electricity stored in the energy charging / discharging means is smaller than the predetermined amount, and the output of the fuel cell is lower than a second predetermined voltage at which the voltage of the fuel cell is lower than the first predetermined voltage. 5. The fuel cell system according to claim 4, wherein the energy charging / discharging unit is charged by the fuel cell when the output is output. 6. 前記燃料電池の出力が、前記燃料電池の電圧が前記第１の所定電圧と前記第２の所定電圧との間となる出力である場合に、前記燃料電池から前記エネルギー充放電手段への充電を禁止することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。   When the output of the fuel cell is an output in which the voltage of the fuel cell is between the first predetermined voltage and the second predetermined voltage, charging from the fuel cell to the energy charging / discharging means is performed. 6. The fuel cell system according to claim 5, wherein the fuel cell system is prohibited. 前記エネルギー充放電手段は、二次電池であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the energy charging / discharging unit is a secondary battery.
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