JP2008258120A

JP2008258120A - Device and method of aging fuel cell

Info

Publication number: JP2008258120A
Application number: JP2007102127A
Authority: JP
Inventors: Manabu Kaseda; 学加世田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2007-04-09
Filing date: 2007-04-09
Publication date: 2008-10-23

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aging device and method of a fuel cell in which aging of the fule cell can be done in a shorter time and moreover without causing a platinum dissolution. <P>SOLUTION: The aging device for making a preparatory driving of a fuel cell stack 1 is provided a load unit 22 for consuming a load current from the fuel cell stack 1 at the preliminary driving, a controlling part 35 which is connected between the fuel cell stack 1 and the load unit 22 during an aging operation and increases gradually an amount of the load current as time lapses and then decreases gradually. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池のエージング装置およびその方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell aging apparatus and method.

近年、エネルギー・環境問題を背景とした社会的要求や動向と呼応して、燃料電池が車両用駆動源および定置型電源として注目されている。燃料電池は、電極反応による生成物が原理的に水であり、地球環境への悪影響がほとんど無いクリーンな発電システムである。燃料電池は、その燃料となる水素または水素リッチな改質ガス、および空気を供給することによって電気化学反応を引き起こし、化学エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。
In recent years, fuel cells have attracted attention as vehicle drive sources and stationary power sources in response to social demands and trends against the background of energy and environmental problems. A fuel cell is a clean power generation system in which the product of an electrode reaction is water in principle and has almost no adverse effect on the global environment. A fuel cell causes an electrochemical reaction by supplying hydrogen or a hydrogen-rich reformed gas serving as fuel and air, and converts chemical energy into electrical energy.

燃料電池は、電解質の種類や電極の種類等により種々のタイプに分類され、代表的なものとしてはアルカリ型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、固体高分子型がある。この中でも自動車用低公害動力源としては、あまり温度を上げずに（通常１００℃以下）作動させることができるばかりでなく、他のタイプの燃料電池に比較して特に高い出力密度を有する固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）が注目を集めており、実用化に向けて開発が進められている。 Fuel cells are classified into various types depending on the type of electrolyte, the type of electrode, and the like, and representative types include alkaline type, phosphoric acid type, molten carbonate type, solid electrolyte type, and solid polymer type. Among these, as a low-pollution power source for automobiles, not only can it be operated without raising the temperature too much (usually 100 ° C. or lower), but also a solid high power density having a particularly high power density compared to other types of fuel cells. Molecular fuel cells (PEFC) are attracting attention and are being developed for practical use.

固体高分子型燃料電池は、セルの組み立て後において、電池電圧が設計された所定の出力電圧（セル電圧）を示すまで、工場内でエージング運転と称される予備運転（慣らし運転）を行うのが通例である。エージング運転を行なうのは、製造直後の固体高分子型燃料電池の性能は設計性能よりも低い場合が多く、製造後に固体高分子型燃料電池の初期性能を確保する必要があるからである。 The polymer electrolyte fuel cell performs a preliminary operation (break-in operation) called aging operation in the factory until the battery voltage shows a predetermined designed output voltage (cell voltage) after the cell is assembled. Is customary. The aging operation is performed because the performance of the polymer electrolyte fuel cell immediately after production is often lower than the design performance, and it is necessary to ensure the initial performance of the polymer electrolyte fuel cell after production.

通常、エージング運転には、数時間から、場合によっては１０数時間といった時間が必要になる。このため、セルの品質評価を迅速に行うことが難しく、また、エージング運転用の発電ガスのコストが嵩むなどの問題がある。従って、固体高分子型燃料電池の場合、エージング運転の時間をいかに短縮するかが課題となる。 Usually, the aging operation requires a time from several hours to 10 several hours in some cases. For this reason, it is difficult to quickly evaluate the quality of the cell, and there is a problem that the cost of the power generation gas for aging operation increases. Therefore, in the case of a polymer electrolyte fuel cell, how to shorten the aging operation time is a problem.

この課題を解決するために、下記特許文献１から３に示すようなエージング運転の手法が開示されている。下記特許文献１には、燃料電池の出力電流をセル電圧が所定のエージング終了レベルになるまで増減させ、エージング時間を短縮させる技術が開示されている。また、下記特許文献２には、意図的なフラッディングを起こさせることによって高分子電解質膜を早期に高含水にしてエージング時間を短縮させる技術が開示されている。下記引用文献３には、０．７５〜０．９０Ｖの範囲で周期的に変動する負荷を与えることによってエージング時間を短縮させる技術が開示されている。
特開２００５−２５１３９６号公報特開２００３−２１７６２２号公報特開２００５−３４００２２号公報 In order to solve this problem, methods of aging operation as disclosed in Patent Documents 1 to 3 below are disclosed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 discloses a technique for reducing the aging time by increasing / decreasing the output current of the fuel cell until the cell voltage reaches a predetermined aging end level. Patent Document 2 listed below discloses a technique for shortening the aging time by causing the polymer electrolyte membrane to have a high water content at an early stage by causing intentional flooding. The following cited document 3 discloses a technique for shortening the aging time by applying a load that periodically varies in the range of 0.75 to 0.90V.
JP 2005-251396 A JP 2003-217622 A JP 2005-340022 A

ところが、従来のエージング運転では、エージング運転時に、出力電流を０にするためにセル電圧が高電位（０．９Ｖを超過する）になるという問題がある。また、セル電圧が高電位を繰り返すサイクルであるため、セルが備える電極触媒層の白金溶出が起こりやすく、繰り返しのエージング運転によって、電極触媒層の劣化の進行が懸念される。さらに、エージング初期における出力電流が小さいため、生成水量が少なく、高分子電解質が低含水状態となり、エージング時間の短縮が難しい。そして、高分子電解質が低含水状態となることによって、新たな劣化が生じる可能性もある。 However, the conventional aging operation has a problem that the cell voltage becomes a high potential (exceeds 0.9 V) in order to make the output current zero during the aging operation. In addition, since the cell voltage is a cycle in which the cell voltage repeats a high potential, platinum elution of the electrode catalyst layer included in the cell is likely to occur, and the deterioration of the electrode catalyst layer is a concern due to repeated aging operation. Furthermore, since the output current is small in the early stage of aging, the amount of generated water is small, the polymer electrolyte is in a low water content state, and it is difficult to shorten the aging time. Further, when the polymer electrolyte is in a low water content state, new deterioration may occur.

本発明は、このような従来のエージング運転の問題を解消するためになされたものであり、より短時間でしかも白金溶出を起こすことなく燃料電池のエージングを行うことができる、燃料電池のエージング装置及びその方法の提供を目的とする。 The present invention has been made in order to solve such a problem of the conventional aging operation, and is capable of aging the fuel cell in a shorter time and without causing platinum elution. And the provision of the method.

上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池のエージング装置は、燃料電池を予備運転させるためのエージング装置であって、前記予備運転時に前記燃料電池からの負荷電流を消費させる負荷器と、エージング運転中は、前記燃料電池と前記負荷器との間に接続されて前記負荷電流の大きさを時間の経過と共に段階的に増加させた後に段階的に減少させる制御手段とを有する。 An aging device for a fuel cell according to the present invention for achieving the above object is an aging device for preliminarily operating a fuel cell, and a loader for consuming load current from the fuel cell during the preliminary operation; During the aging operation, the control unit is connected between the fuel cell and the loader and increases the load current stepwise over time and then stepwise decreases.

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エージング方法は、燃料電池を予備運転させるためのエージング方法であって、エージング運転中は、前記予備運転時に前記燃料電池から出力される負荷電流の大きさを時間の経過と共に段階的に増加させた後に段階的に減少させるものである。 A fuel cell aging method according to the present invention for achieving the above object is an aging method for preliminarily operating a fuel cell, and is output from the fuel cell during the preliminary operation during the aging operation. The magnitude of the load current is increased stepwise with time and then decreased stepwise.

本発明によれば、燃料電池が有している電極触媒層の白金溶出を抑えつつ、燃料電池のエージング運転の時間を短縮することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the time of the aging operation | movement of a fuel cell can be shortened, suppressing the platinum elution of the electrode catalyst layer which the fuel cell has.

以下に、本発明に係る燃料電池のエージング装置およびその方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。

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、燃料電池の一例である固体高分子型燃料電池スタックの全体構成と固体高分子型燃料電池の発電原理を簡単に説明しておく。図１は固体高分子型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、固体高分子型燃料電池スタックのセル構造を示す要部拡大斜視図である。 Hereinafter, an aging device and method for a fuel cell according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

Before describing the embodiments, in order to facilitate understanding of the present invention, the overall configuration of a polymer electrolyte fuel cell stack as an example of a fuel cell and the power generation principle of the polymer electrolyte fuel cell are simplified. I will explain in detail. FIG. 1 is a perspective view showing an entire configuration of a solid polymer fuel cell stack, and FIG. 2 is an enlarged perspective view of a main part showing a cell structure of the solid polymer fuel cell stack.

本発明に係る固体高分子型燃料電池は、電解質膜と前記電解質膜の両面にアドード極及びカソード極の電極触媒層とガス拡散電極をそれぞれ配置してなる膜電極接合体（以下、ＭＥＡ（ｍｅｍｂｒａｎｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅａｓｓｅｍｂｌｙ）とも称する。）と、前記アノード及び前記カソード極にそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスをそれぞれ供給するためのガス流路が形成されたセパレータによって前記ＭＥＡを狭持してなるセルを少なくとも一つ有しており、その詳細な構成は図１及び図２に示すようになっている。 The polymer electrolyte fuel cell according to the present invention comprises a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as MEA (membrane)) comprising an electrolyte membrane, an electrode catalyst layer of an anode electrode and a cathode electrode, and a gas diffusion electrode on both surfaces of the electrolyte membrane. at least one cell formed by sandwiching the MEA by a separator having gas flow paths for supplying fuel gas and oxidant gas to the anode and the cathode, respectively. The detailed configuration is as shown in FIGS.

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

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

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

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

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

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

ＭＥＡ１４のアノード電極１４４Ａ側に接して配置されるアノードセパレータ１５Ａの凸部１６Ａと凹部１７Ａは、ＭＥＡ１４との間にアノードガス（水素；Ｈ_２）を流通させる流路溝となりアノードガス流路１８を形成する。一方、ＭＥＡ１４のカソード電極１４４Ｂ側に接して配置されるカソードセパレータ１５Ｂの凸部１６Ｂと凹部１７Ｂは、ＭＥＡ１４との間にカソードガス（酸素；Ｏ_２）を流通させる流路溝となりカソードガス流路１９を形成する。アノードガス流路１８に水素を、カソードガス流路１９に酸素を、それぞれ流通させると、水素はアノード触媒層１４２Ａが備える白金などの金属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を通過してカソード側に移動する。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電気化学反応を起こして水を生成する。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。以上の固体高分子型燃料電池の動作は、エージングが完了し、通常の発電動作が可能になった場合の動作である。 The convex portion 16A and the concave portion 17A of the anode separator 15A arranged in contact with the anode electrode 144A side of the MEA 14 serve as a channel groove for flowing an anode gas (hydrogen; H ₂ ) between the MEA 14 and the anode gas channel 18. Form. On the other hand, the convex portion 16B and the concave portion 17B of the cathode separator 15B arranged in contact with the cathode electrode 144B side of the MEA 14 serve as a channel groove for flowing a cathode gas (oxygen; O ₂ ) between the MEA 14 and the cathode gas channel. 19 is formed. When hydrogen is passed through the anode gas flow path 18 and oxygen is passed through the cathode gas flow path 19, the hydrogen is turned into hydrogen ions by the catalytic action of a metal such as platinum provided in the anode catalyst layer 142A and discharges electrons. The hydrogen ions that have released the electrons pass through the solid polymer electrolyte membrane 141 and move to the cathode side. In the cathode catalyst layer 142B, hydrogen passing through the solid polymer electrolyte membrane 141 and electrons passing through an external circuit (not shown) cause an electrochemical reaction with oxygen to generate water. As a result, the anode electrode 144A becomes negative and the cathode electrode 144B becomes positive, and a DC voltage is generated between the anode electrode 144A and the cathode electrode 144B as shown in FIG. The above-described operation of the polymer electrolyte fuel cell is an operation when aging is completed and normal power generation operation becomes possible.

本明細書では、アノード電極１４４Ａとカソード電極１４４Ｂとの間に現れる電圧をセル電圧と称し、セル電圧は、セル電圧検出手段として機能するセル電圧計２０によって検出される。なお、セル電圧は、燃料電池スタック１を構成する全てのセルから検出するようにしても良いし、燃料電池スタック１を構成するセルの内の複数の代表的なセルのみから検出するようにしても良い。

工場では、図２に示したようなＭＥＡ１４、アノードセパレータ１５Ａ、カソードセパレータ１５Ｂを積層してセル２を形成し、図１に示したようにセル２を複数積層して燃料電池スタック１を形成する。この状態でアノードガス流路１８に水素を、そしてカソードガス流路１９に酸素を供給しても、固体高分子型燃料電池の発電は正常には行われない。それは、ＭＥＡ１４を構成する固体高分子電解質膜１４１が発電に適した湿潤状態となっていないからである。発電が正常に行われるようにするためにはいわゆるエージング運転を行う必要がある。 In this specification, a voltage appearing between the anode electrode 144A and the cathode electrode 144B is referred to as a cell voltage, and the cell voltage is detected by the cell voltmeter 20 functioning as a cell voltage detection means. The cell voltage may be detected from all cells constituting the fuel cell stack 1 or may be detected only from a plurality of representative cells among the cells constituting the fuel cell stack 1. Also good.

In the factory, the MEA 14, the anode separator 15A, and the cathode separator 15B as shown in FIG. 2 are stacked to form the cell 2, and as shown in FIG. 1, a plurality of cells 2 are stacked to form the fuel cell stack 1. . Even if hydrogen is supplied to the anode gas flow path 18 and oxygen is supplied to the cathode gas flow path 19 in this state, power generation of the polymer electrolyte fuel cell is not normally performed. This is because the solid polymer electrolyte membrane 141 constituting the MEA 14 is not in a wet state suitable for power generation. In order to generate power normally, it is necessary to perform a so-called aging operation.

固体高分子電解質膜１４１を発電に適した湿潤状態とするために、本発明では、燃料電池スタック１に流れる負荷電流を増減させている。負荷電流を増減させると、セル内で部分的な非平衡状態が形成され、この非平衡状態の形成によって固体高分子電解質膜１４１、アノード触媒層１４２Ａ、カソード触媒層１４２Ｂの内部で水素や酸素、水、プロトンイオンなど電気化学反応に関わる反応種のミクロな脈動、拡散効果を得ることができる。この拡散効果によって、固体高分子電解質膜１４１の含水率の上昇や高分子電解質と触媒とのプロトンイオン伝導パスの形成が促進され、結果的にエージング運転の時間を短縮することができる。図３は本実施形態に係る燃料電池のエージング装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態に係る燃料電池のエージング装置は、燃料電池を予備運転させるため、図に示すように、アノードガス（水素）とカソードガス（酸素）との供給によって発電する燃料電池スタック１、燃料電池スタック１を構成する全セルのセル電圧を検出するセル電圧計２０、エージング運転するときに燃料電池スタック１からの負荷電流を消費させる負荷器２２、カソードガスの流量を調整するカソードガス流量調整バルブ２４、アノードガスの流量を調整するアノードガス流量調整バルブ２６、カソードガスの湿度を調整するカソードガス湿度調整器２８、アノードガスの湿度を調整するアノードガス湿度調整器３０、燃料電池スタック１と負荷器２２との間に接続されて、セル電圧計２０の検出電圧を参照しながら、負荷電流の大きさを時間の経過と共に段階的に増加させた後に段階的に減少させる制御手段としての制御部３５を備えている。 In the present invention, the load current flowing through the fuel cell stack 1 is increased or decreased in order to make the solid polymer electrolyte membrane 141 in a wet state suitable for power generation. When the load current is increased / decreased, a partial non-equilibrium state is formed in the cell, and the formation of this non-equilibrium state causes hydrogen, oxygen, and the like inside the solid polymer electrolyte membrane 141, the anode catalyst layer 142A, and the cathode catalyst layer 142B. Micropulsation and diffusion effects of reactive species related to electrochemical reactions such as water and proton ions can be obtained. This diffusion effect promotes an increase in the moisture content of the solid polymer electrolyte membrane 141 and formation of a proton ion conduction path between the polymer electrolyte and the catalyst, and as a result, the time for aging operation can be shortened. FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of an aging device for a fuel cell according to the present embodiment. The fuel cell aging device according to the present embodiment, as shown in the figure, generates power by supplying an anode gas (hydrogen) and a cathode gas (oxygen) in order to pre-operate the fuel cell. A cell voltmeter 20 for detecting cell voltages of all cells constituting the stack 1, a loader 22 for consuming load current from the fuel cell stack 1 during an aging operation, and a cathode gas flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the cathode gas 24, an anode gas flow rate adjusting valve 26 for adjusting the flow rate of the anode gas, a cathode gas humidity adjuster 28 for adjusting the humidity of the cathode gas, an anode gas humidity adjuster 30 for adjusting the humidity of the anode gas, the fuel cell stack 1 and the load Referring to the detection voltage of the cell voltmeter 20, the magnitude of the load current is connected. And a controller 35 as control means for reducing stepwise after stepwise increase over between.

セル電圧計２０は、燃料電池スタック１を構成する全てのアノード電極１４４Ａとカソード電極１４４Ｂとの間のセル電圧を検出するものであって、セル電圧検出手段として機能する。

負荷器２２は、エージング運転中、制御部３５によって調整された燃料電池スタック１からの電流を熱として消費するものであり、具体的には大型の抵抗器である。 The cell voltmeter 20 detects cell voltages between all the anode electrodes 144A and cathode electrodes 144B constituting the fuel cell stack 1, and functions as cell voltage detection means.

The loader 22 consumes the current from the fuel cell stack 1 adjusted by the control unit 35 as heat during the aging operation, and is specifically a large resistor.

カソードガス流量調整バルブ２４は、制御部３５の指示に従って、燃料電池スタック１のカソードにカソードガスを供給するものであり、カソードガスの供給量を調節する機能を有している。 The cathode gas flow rate adjusting valve 24 supplies the cathode gas to the cathode of the fuel cell stack 1 in accordance with an instruction from the control unit 35, and has a function of adjusting the supply amount of the cathode gas.

アノードガス流量調整バルブ２６は、制御部３５の指示に従って、燃料電池スタック１のアノードにアノードガスを供給するものであり、アノードガスの供給量を調節する機能を有している。 The anode gas flow rate adjustment valve 26 supplies anode gas to the anode of the fuel cell stack 1 in accordance with instructions from the control unit 35, and has a function of adjusting the supply amount of anode gas.

カソードガス湿度調整器２８は、制御部３５の指示に従って、燃料電池スタック１のカソードにカソードガスの湿度を調整する機能を有している。 The cathode gas humidity adjuster 28 has a function of adjusting the humidity of the cathode gas at the cathode of the fuel cell stack 1 in accordance with instructions from the control unit 35.

アノードガス湿度調整器３０は、制御部３５の指示に従って、燃料電池スタック１のアノードにアノードガスの湿度を調整する機能を有している。 The anode gas humidity adjuster 30 has a function of adjusting the humidity of the anode gas to the anode of the fuel cell stack 1 in accordance with an instruction from the control unit 35.

制御部３５は、カソードガス流量調整バルブ２４、アノードガス流量調整バルブ２６の開度の調整を行なって供給量制御をしたり、カソードガス湿度調整器２８、アノードガス湿度調整器３０の制御を行なって湿度制御をしたり、燃料電池スタック１から負荷器２２に流す負荷電流の大きさを時間の経過と共に段階的に増加させた後に段階的に減少させたり、さらには、段階的に増加減少させる負荷電流の大きさに応じてセル電圧があらかじめ定められた電圧以下になるようにセル電圧の調整をする機能を有している。 The controller 35 adjusts the opening of the cathode gas flow rate adjustment valve 24 and the anode gas flow rate adjustment valve 26 to control the supply amount, and controls the cathode gas humidity adjuster 28 and the anode gas humidity adjuster 30. The humidity control is performed, the load current flowing from the fuel cell stack 1 to the loader 22 is increased stepwise over time, and then decreased stepwise, or further increased or decreased stepwise. It has a function of adjusting the cell voltage so that the cell voltage becomes a predetermined voltage or less according to the magnitude of the load current.

なお、制御部３５は、セル電圧の値を、エージング運転を行なっている最中は０．８５Ｖを越えることがないように制御する。セル電圧が０．８５Ｖ以上になると、カソード触媒層１４２Ｂが備えている白金の溶出が進行しやすくなる。特にセル電圧が０．８５Ｖを跨ぐエージング運転においては、酸化白金から白金への酸化還元過程を経験することになるため、カソード触媒層１４２Ｂの白金溶解・溶出を進行しやすくなり、エージング運転においてこれらの触媒層が劣化する可能性がある。したがって、本発明のように０．８５Ｖ以下のセル電圧となるように電圧を制御することで、エージング運転中の電極触媒層の白金溶解・溶出を抑えることができる。 The control unit 35 controls the cell voltage so that it does not exceed 0.85 V during the aging operation. When the cell voltage is 0.85 V or more, the elution of platinum included in the cathode catalyst layer 142B easily proceeds. In particular, in an aging operation in which the cell voltage exceeds 0.85 V, the oxidation / reduction process from platinum oxide to platinum is experienced. Therefore, the dissolution and elution of platinum in the cathode catalyst layer 142B is likely to proceed. The catalyst layer may be deteriorated. Therefore, platinum dissolution / elution of the electrode catalyst layer during the aging operation can be suppressed by controlling the voltage so that the cell voltage is 0.85 V or less as in the present invention.

図４に示すように、制御部３５は、負荷電流値調整部３６と、セル抵抗値検出部３７と、ガス流量調整部３８とを有している。 As shown in FIG. 4, the control unit 35 includes a load current value adjustment unit 36, a cell resistance value detection unit 37, and a gas flow rate adjustment unit 38.

負荷電流値調整部３６は、燃料電池スタック１から負荷器２２に供給する負荷電流の大きさを、セル電圧計２０の検出値を参酌しながら、あらかじめ定めたパターンで、時間の経過と共に段階的に増加させた後に段階的に減少させる制御を行なう機能を有しているものである。また、後述するセル抵抗値検出部３７からの負荷電流値調整制御中断信号を受けて負荷電流の調整制御を中断する機能も有している。 The load current value adjustment unit 36 determines the magnitude of the load current supplied from the fuel cell stack 1 to the loader 22 in a predetermined pattern in consideration of the detection value of the cell voltmeter 20 and gradually. It has a function of performing control to decrease stepwise after being increased. Further, it also has a function of interrupting load current adjustment control in response to a load current value adjustment control interruption signal from a cell resistance value detector 37 described later.

セル抵抗値検出部３７は、セル抵抗値を検出する機能を有するものである。検出されたセル抵抗値が異常であるとき、具体的には、定められた一定の値を超えているときには、負荷電流値調整部３６に負荷電流値調整制御中断信号を出力するとともに、ガス流量調整部３８にガス流量調整信号を出力する機能をも有している。 The cell resistance value detection unit 37 has a function of detecting a cell resistance value. When the detected cell resistance value is abnormal, specifically, when it exceeds a fixed value, a load current value adjustment control interruption signal is output to the load current value adjustment unit 36, and the gas flow rate is determined. The adjustment unit 38 also has a function of outputting a gas flow rate adjustment signal.

ガス流量調整部３８は、セル抵抗値検出部３７によって検出されたセル抵抗値が定められた一定の値を超えているとき（セル抵抗値異常）には、カソードガス流量調整バルブ２４またはアノードガス流量調整バルブ２６のいずれかまたは双方の開度を調整してカソードガスの供給量またはアノードガスの供給量を調整する機能を有するものである。 When the cell resistance value detected by the cell resistance value detection unit 37 exceeds a predetermined value (abnormal cell resistance value), the gas flow rate adjustment unit 38 detects the cathode gas flow rate adjustment valve 24 or the anode gas. A function of adjusting the supply amount of the cathode gas or the supply amount of the anode gas by adjusting the opening degree of one or both of the flow rate adjusting valves 26 is provided.

以上のように構成された本発明に係る燃料電池のエージング装置は、図５から図７の動作フローチャートにしたがってエージング運転を行なう。図５から図７の動作フローチャートは制御部３５によって実行されるものであるが、同時に、本発明に係る燃料電池のエージング方法を示すものでもある。エージング運転がどのように行なわれるかを、図８および図９のグラフを参照しながら説明する。 The fuel cell aging device according to the present invention configured as described above performs an aging operation according to the operation flowcharts of FIGS. The operation flowcharts of FIGS. 5 to 7 are executed by the control unit 35, and at the same time, show the fuel cell aging method according to the present invention. How the aging operation is performed will be described with reference to the graphs of FIGS.

エージング運転の開始指令が制御部３５に入力されると、制御部３５は図８に示すようなＡ１からＡ９までの段階的な電流値制御（エージングサイクル）を繰り返し行うためのサイクル数を設定する。本実施形態の場合、エージングサイクルの設定は、制御部３５の記憶装置（図示せず）にあらかじめ設定してあるエージングサイクル数によって行っている。本実施形態ではエージングサイクルを６に設定している（Ｓ１０）。エージングサイクルの設定が終了すると、制御部３５は、エージング運転中セル電圧が０．８５Ｖを越えない範囲で、燃料電池スタック１に図８に示すようなＡ１からＡ９までの電流値を段階的に供給する負荷電流値調整制御（Ｓ２０）と、セル抵抗値異常が生じている場合に負荷電流値調整制御を中断し、セル抵抗値が所定値になるまで、カソードガスの供給量またはアノードガスの供給量を調整するセル抵抗値調整制御（Ｓ３０）とを並列的に行なう。次に、制御部３５は、負荷電流値調整制御とセル抵抗値調整制御とが設定されたエージングサイクル数だけ繰り返されたか否かを判断し（Ｓ４０）、エージングサイクルが設定値まで達していなければ負荷電流値調整制御とセル抵抗値調整制御とを繰り返し（Ｓ４０：ＮＯ）、エージングサイクルが設定値まで達したら（Ｓ４０：ＹＥＳ）、エージング運転を終了する。 When the start command of the aging operation is input to the control unit 35, the control unit 35 sets the number of cycles for repeatedly performing stepwise current value control (aging cycle) from A1 to A9 as shown in FIG. . In the present embodiment, the aging cycle is set according to the number of aging cycles set in advance in a storage device (not shown) of the control unit 35. In this embodiment, the aging cycle is set to 6 (S10). When the setting of the aging cycle is completed, the control unit 35 gradually sets the current values from A1 to A9 as shown in FIG. 8 to the fuel cell stack 1 within a range where the cell voltage does not exceed 0.85V during the aging operation. The supplied load current value adjustment control (S20) and the load current value adjustment control are interrupted when a cell resistance value abnormality occurs, and the supply amount of the cathode gas or the anode gas is changed until the cell resistance value reaches a predetermined value. The cell resistance adjustment control (S30) for adjusting the supply amount is performed in parallel. Next, the control unit 35 determines whether or not the load current value adjustment control and the cell resistance value adjustment control are repeated for the set number of aging cycles (S40), and if the aging cycle has not reached the set value. The load current value adjustment control and the cell resistance value adjustment control are repeated (S40: NO). When the aging cycle reaches the set value (S40: YES), the aging operation is terminated.

図５の動作フローチャートに示した負荷電流値調整制御は次のような手順で行なわれる。図６は、負荷電流値調整制御の手順を示す動作フローチャートである。 The load current value adjustment control shown in the operation flowchart of FIG. 5 is performed in the following procedure. FIG. 6 is an operation flowchart showing a procedure of load current value adjustment control.

まず、負荷電流値調整部３６は、内部に備えるカウンタＮの値を０にする（Ｓ２１）。次にカウンタＮの値を１だけインクリメントする（Ｓ２２）。負荷電流調整部３６は、現時点でのカウンタＮの値が１なので、あらかじめ設定されているＡ１からＡ９までの負荷電流の内、Ａ１の電流値を負荷電流Ａ１として負荷器２２に通電する（Ｓ２３）。このとき、負荷電流値調整部３６は、セル電圧計２０によって検出されたセル電圧を入力し、そのセル電圧が、あらかじめ負荷電流Ａ１からＡ９に対して設定されているセル電圧Ｖ１からＶ９までの電圧（０．８５Ｖ＞Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３＞Ｖ４＞Ｖ５＜Ｖ６＜７＜８＜Ｖ９＜０．８５Ｖ）の内、負荷電流Ａ１に対して設定されているセル電圧Ｖ１になっているか否かを判断する（Ｓ２４）。検出されたセル電圧がＶ１になっていなければ（Ｓ２４：ＮＯ）、負荷電流Ａ１を所定時間負荷器２２に通電する（Ｓ２５）。一方、検出されたセル電圧が設定されているセル電圧Ｖ１になっていれば（Ｓ２４：ＹＥＳ）、負荷電流値調整部３６は、カウンタＮの値が１０になったか否かを判断する（Ｓ２６）。カウンタＮの値が１０になっていれば（Ｓ２６：ＹＥＳ）、１サイクル分の負荷電流値調整制御は終了したので、図５に示したＳ４０のステップに進む。一方、カウンタＮの値が１０になっていなければ（Ｓ２６：ＮＯ）、１サイクル分の負荷電流値調整制御が終了していないので、Ｓ２２のステップに戻って、Ｓ２２からＳ２６のステップの処理を繰り返す。 First, the load current value adjustment unit 36 sets the value of the counter N provided therein to 0 (S21). Next, the value of the counter N is incremented by 1 (S22). Since the current value of the counter N is 1, the load current adjusting unit 36 energizes the loader 22 with the current value of A1 as the load current A1 among the preset load currents from A1 to A9 (S23). ). At this time, the load current value adjustment unit 36 inputs the cell voltage detected by the cell voltmeter 20, and the cell voltage ranges from the cell voltages V1 to V9 set in advance for the load currents A1 to A9. Whether the cell voltage V1 is set to the load current A1 among the voltages (0.85V> V1> V2> V3> V4> V5 <V6 <7 <8 <V9 <0.85V) Is determined (S24). If the detected cell voltage is not V1 (S24: NO), the load current A1 is supplied to the loader 22 for a predetermined time (S25). On the other hand, if the detected cell voltage is the set cell voltage V1 (S24: YES), the load current value adjustment unit 36 determines whether or not the value of the counter N has become 10 (S26). ). If the value of the counter N is 10 (S26: YES), since the load current value adjustment control for one cycle is completed, the process proceeds to step S40 shown in FIG. On the other hand, if the value of the counter N is not 10 (S26: NO), since the load current value adjustment control for one cycle has not been completed, the process returns to the step of S22 and the processes of the steps from S22 to S26 are performed. repeat.

負荷電流値調整制御は、カウンタＮの値が１から９になるまでを１サイクルとして行なわれるが、具体的には、図８に示すように、負荷電流Ａ１から負荷電流Ａ５まではそれぞれの大きさの負荷電流について１分ずつ段階的に大きくしていき、負荷電流Ａ５からＡ９まではそれぞれの大きさの負荷電流について１分ずつ段階的に小さくしていく。したがって、負荷電流値調整制御は１サイクルを１０分間で行なう。 The load current value adjustment control is performed as one cycle from when the value of the counter N becomes 1 to 9, but specifically, as shown in FIG. 8, the load current A1 to the load current A5 have their respective magnitudes. The load current is increased stepwise by 1 minute, and the load currents A5 to A9 are decreased stepwise by 1 minute for each load current. Therefore, the load current value adjustment control is performed for one cycle in 10 minutes.

エージング運転に要する時間を決定する因子としては、高分子電解質膜１４１やアノード触媒層１４２Ａ、カソード触媒層１４２Ｂを構成する高分子電解質の含水率や高分子電解質中の水素イオン移動速度、あるいはガス拡散層におけるガス拡散速度、触媒表面における電気化学反応速度の大小が考えられる。これらの値は製造直後には低く、エージング処理によって初めて発電に適した値になると考えられている。 Factors that determine the time required for the aging operation include the water content of the polymer electrolyte constituting the polymer electrolyte membrane 141, the anode catalyst layer 142A, and the cathode catalyst layer 142B, the hydrogen ion migration rate in the polymer electrolyte, or the gas diffusion. The magnitude of the gas diffusion rate in the layer and the electrochemical reaction rate on the catalyst surface can be considered. These values are low immediately after production and are considered to be suitable for power generation only by aging treatment.

したがって、本発明のように段階的に負荷電流の増減を行なうことによって、燃料電池スタック１の内部で部分的な非平衡状態が形成され、この非平衡状態の形成によって高分子電解質膜１４１、アノード触媒層１４２Ａ、カソード触媒層１４２Ｂの内部で水素や酸素、水、プロトンイオンなど電気化学反応に関わる反応種のミクロな脈動、拡散効果を得ることができる。これにより、高分子電解質膜１４１の含水率の上昇や高分子電解質膜１４１とアノード触媒層１４２Ａ、カソード触媒層１４２Ｂとのプロトンイオン伝導パスの形成などが促進でき、エージング時間の短縮が実現できる。なお、以上で説明した動作フローチャートにおいては、それぞれの大きさの負荷電流を１分間継続して流すようにしたが、これに限らず、セル電圧ＶＮが所定の値になったときには、１分以内であっても次の段階の負荷電流を流すようにしても良い。逆にそれぞれの大きさの負荷電流を１分間継続して流しても、セル電圧ＶＮが所定の値にならなかったときであっても、次の段階の負荷電流を流すようにしても良い。 Therefore, a partial non-equilibrium state is formed inside the fuel cell stack 1 by increasing or decreasing the load current stepwise as in the present invention, and the formation of this non-equilibrium state results in the polymer electrolyte membrane 141 and the anode. Micro pulsations and diffusion effects of reactive species related to electrochemical reactions such as hydrogen, oxygen, water, and proton ions can be obtained inside the catalyst layer 142A and the cathode catalyst layer 142B. Thereby, an increase in the moisture content of the polymer electrolyte membrane 141 and formation of proton ion conduction paths between the polymer electrolyte membrane 141, the anode catalyst layer 142A, and the cathode catalyst layer 142B can be promoted, and the aging time can be shortened. In the operation flowchart described above, each magnitude of load current is continuously supplied for 1 minute. However, the present invention is not limited to this, and when the cell voltage VN becomes a predetermined value, it is within 1 minute. However, the load current of the next stage may be passed. Conversely, the load current of the next stage may be allowed to flow even if the load currents of the respective magnitudes continue to flow for 1 minute or even when the cell voltage VN does not reach a predetermined value.

また、一定の負荷電流を維持する時間として１分間を例示したが、これに限らず、１分間から３分間の時間を選定するようにしても良い。ただ、一定の負荷電流を維持する時間を長くすると、その分エージング運転に要する時間が長くなるので、あまり長くすることは好ましくない。 Moreover, although 1 minute was illustrated as time to maintain a fixed load current, it is not restricted to this, You may make it select time from 1 minute to 3 minutes. However, if the time for maintaining a constant load current is lengthened, the time required for the aging operation is lengthened accordingly.

また、図５の動作フローチャートに示したセル抵抗値調整制御は次のような手順で行なわれる。図７は、セル抵抗値調整制御の手順を示す動作フローチャートである。 Further, the cell resistance value adjustment control shown in the operation flowchart of FIG. 5 is performed in the following procedure. FIG. 7 is an operation flowchart showing a procedure of cell resistance value adjustment control.

セル抵抗値検出部３７は、算出されたセル抵抗値が異常であるか否かを判断する（Ｓ３１）。セル抵抗値が異常でなければ（Ｓ３１：ＮＯ）、図５に示したＳ４０のステップに進む。一方、セル抵抗値が異常であれば、具体的には、セル抵抗値が定められた一定の値以下の値であるときには（Ｓ３１：ＹＥＳ）、セル抵抗値検出部３７は、負荷電流値調整部３６に負荷電流値調整制御中断信号を出力するとともにガス流量調整部３８にガス流量調整信号を出力する。負荷電流値調整部３６は、この負荷電流値調整制御中断信号を受けて、図５のＳ２０に示されている負荷電流値調整制御を中断する（Ｓ３２）。一方、ガス流量調整部３８は、ガス流量調整信号を受けて、カソードガス流量調整バルブ２４またはアノードガス流量調整バルブ２６のいずれかのバルブの開度の調整を行ない、いずれかのガスの流量を増加させるガス流量調整を行なう（Ｓ３３）。セル抵抗値検出部３７は、検出されているセル抵抗値が所定値になったか否かを判断する（Ｓ３４）。セル抵抗値が所定値になっていなければ（Ｓ３４：ＮＯ）、ガス流量の調整を継続して行い、セル抵抗値が所定の抵抗値になっていれば（Ｓ３４：ＹＥＳ）セル抵抗値検出部３７は、負荷電流値調整部３６に負荷電流値調整再開信号を出力する。負荷電流値調整部３６は、この負荷電流値調整再開信号を受けて図５のＳ２０に示されている負荷電流値調整制御を再開する（Ｓ３５）。 The cell resistance value detection unit 37 determines whether or not the calculated cell resistance value is abnormal (S31). If the cell resistance value is not abnormal (S31: NO), the process proceeds to step S40 shown in FIG. On the other hand, if the cell resistance value is abnormal, specifically, when the cell resistance value is equal to or less than a predetermined value (S31: YES), the cell resistance value detection unit 37 adjusts the load current value. A load current value adjustment control interruption signal is output to the unit 36 and a gas flow rate adjustment signal is output to the gas flow rate adjustment unit 38. In response to the load current value adjustment control interruption signal, the load current value adjustment unit 36 interrupts the load current value adjustment control shown in S20 of FIG. 5 (S32). On the other hand, the gas flow rate adjustment unit 38 receives the gas flow rate adjustment signal, adjusts the opening degree of either the cathode gas flow rate adjustment valve 24 or the anode gas flow rate adjustment valve 26, and adjusts the flow rate of any gas. The gas flow rate to be increased is adjusted (S33). The cell resistance value detection unit 37 determines whether or not the detected cell resistance value has reached a predetermined value (S34). If the cell resistance value is not the predetermined value (S34: NO), the gas flow rate is continuously adjusted, and if the cell resistance value is the predetermined resistance value (S34: YES), the cell resistance value detection unit 37 outputs a load current value adjustment restart signal to the load current value adjustment unit 36. In response to the load current value adjustment restart signal, the load current value adjustment unit 36 resumes the load current value adjustment control shown in S20 of FIG. 5 (S35).

なお、本実施形態では、カソードガス流量調整バルブ２４またはアノードガス流量調整バルブ２６のいずれかのバルブの開度の調整を行なっていずれかのガスの流量を増加させるとの説明をしたが、カソードガス流量調整バルブ２４とアノードガス流量調整バルブ２６の両方のバルブの開度の制御を行なって、カソードガス及びアノードガスの両方のガスの流量を増加させても良い。それぞれのガスの流量をどの程度増加させるかは、セル抵抗値とガス流量との関係が記述されているテーブルに基づいて決定される。このテーブルはガス流量調整部３８が記憶している。 In the present embodiment, the cathode gas flow rate adjustment valve 24 or the anode gas flow rate adjustment valve 26 has been described as adjusting the opening degree of any one of the cathode gas flow rate adjustment valve 26, but the flow rate of any gas is increased. The flow rates of both the cathode gas and the anode gas may be increased by controlling the opening degree of both the gas flow rate adjusting valve 24 and the anode gas flow rate adjusting valve 26. The extent to which the flow rate of each gas is increased is determined based on a table describing the relationship between the cell resistance value and the gas flow rate. This table is stored in the gas flow rate adjustment unit 38.

セル抵抗値が所定値以下の場合に、ガス流量を増加させるのは、フラッディング（フラッディングとは燃料電池スタック１の発電条件によって燃料電池スタック１の内部に液体の水が滞留する現象を指す）の発生による燃料電池スタック１の出力低下を抑制することができるからである。 When the cell resistance value is less than or equal to a predetermined value, the gas flow rate is increased by flooding (flooding is a phenomenon in which liquid water stays in the fuel cell stack 1 depending on the power generation conditions of the fuel cell stack 1). This is because a decrease in the output of the fuel cell stack 1 due to the occurrence can be suppressed.

セル抵抗値が所定値を超えた場合に負荷電流値調整制御を中断するのは、アノード触媒層１４２Ａ、カソード触媒層１４２Ｂが低含水状態になることによって回復不可能なほどの触媒層内の高分子電解質の劣化が生じたり、膜の劣化が生じたりすることを、事前に回避することができるからである。 When the cell resistance value exceeds a predetermined value, the load current value adjustment control is interrupted because the anode catalyst layer 142A and the cathode catalyst layer 142B have a high water content in the catalyst layer that cannot be recovered due to the low water content. This is because deterioration of the molecular electrolyte or deterioration of the membrane can be avoided in advance.

燃料電池スタック１のエージング運転中にフラッディングが発生した場合、フラッディングの程度にもよるが、エージング後の燃料電池スタック１の出力電圧が低下する可能性がある。したがって、セル抵抗値検出部３７を持つシステムとし、フラッディングが発生した場合、少なくともカソードガス、アノードガスのどちらか一方のガス流量を増加させる制御を行うことで、エージング運転中のフラッディングの発生を防止することができ、燃料電池スタック１の出力低下を抑制することができる。 If flooding occurs during the aging operation of the fuel cell stack 1, the output voltage of the fuel cell stack 1 after aging may be lowered, depending on the degree of flooding. Therefore, a system having a cell resistance value detection unit 37 is used, and when flooding occurs, at least one of the cathode gas and anode gas is controlled to increase the flow rate to prevent flooding during aging operation. It is possible to suppress a decrease in the output of the fuel cell stack 1.

以上のように、負荷電流値調整制御とセル抵抗値調整制御とを設定されたエージングサイクル数だけ繰り返すと、燃料電池スタック１から正常な発電量が得られるようになる。 As described above, when the load current value adjustment control and the cell resistance value adjustment control are repeated for the set number of aging cycles, a normal power generation amount can be obtained from the fuel cell stack 1.

図９は、本実施形態に係る燃料電池のエージング装置でエージング運転の繰り返しサイクル数によって出力電圧がどのように変化するかを示した図である。 FIG. 9 is a diagram showing how the output voltage changes depending on the number of repeated cycles of aging operation in the fuel cell aging device according to the present embodiment.

この図を見れば分かるように、負荷電流値調整制御とセル抵抗値調整制御とを２サイクル行った場合よりも、４サイクル行なった場合の方が、また、４サイクル行った場合よりも、６サイクル行なった場合の方が、同じ電流密度に対するセルの出力電圧が大きくなっていることがわかる。つまり、エージングのサイクル数の多い方が燃料電池スタック１から取り出せる出力が増加していることがわかる。 As can be seen from this figure, when the load current value adjustment control and the cell resistance value adjustment control are performed for two cycles, the case where the four cycles are performed is more than the case where the four cycles are performed. It can be seen that the output voltage of the cell is larger for the same current density when cycling. That is, it can be seen that the output that can be taken out from the fuel cell stack 1 increases as the number of aging cycles increases.

次に、セル抵抗値調整制御を行なう場合の他の実施形態を２例説明する。第１例目はカソードガス又はアノードガスのいずれか一方の湿度を調整することによってセル抵抗値調整制御を行なうものであり、第２例目は燃料電池スタック１の温度を調整することによってセル抵抗値調整制御を行なうものである。 Next, two examples of other embodiments in the case of performing cell resistance value adjustment control will be described. In the first example, the cell resistance adjustment control is performed by adjusting the humidity of either the cathode gas or the anode gas, and in the second example, the cell resistance is adjusted by adjusting the temperature of the fuel cell stack 1. Value adjustment control is performed.

図１０は、第１例目の実施形態を示したものであって、カソードガス又はアノードガスのいずれか一方の湿度を調整することによってセル抵抗値調整制御を行なうようにした制御部３５の具体的な構成を示すブロック図である。

図１０に示すように、制御部３５は、負荷電流値調整部３６と、セル抵抗値検出部３７と、ガス湿度調整部３９とを有している。負荷電流値調整部３６、セル抵抗値検出部３７は、図５に示したものと全く同一の機能を有しているのでそれらのここでの説明は省略する。ただ、ここでのセル抵抗値検出部３７は、検出されたセル抵抗値が異常であるとき、具体的には、定められた一定の値を超えているときにガス湿度調整部３９にガス湿度調整信号を出力する点が異なっている。 FIG. 10 shows an embodiment of the first example, and is a specific example of the control unit 35 that performs cell resistance value adjustment control by adjusting the humidity of either the cathode gas or the anode gas. It is a block diagram which shows a typical structure.

As shown in FIG. 10, the control unit 35 includes a load current value adjustment unit 36, a cell resistance value detection unit 37, and a gas humidity adjustment unit 39. Since the load current value adjustment unit 36 and the cell resistance value detection unit 37 have the same functions as those shown in FIG. 5, their description is omitted here. However, when the detected cell resistance value is abnormal, specifically, when the detected cell resistance value exceeds a predetermined value, the cell humidity value detecting unit 37 supplies the gas humidity adjusting unit 39 with the gas humidity. The difference is that the adjustment signal is output.

ガス加湿量調整部３９は、セル抵抗値検出部３７から出力されたガス湿度調整信号を受けて、カソードガス又はアノードガスのいずれか一方の湿度を低湿度に調整する。 The gas humidification amount adjustment unit 39 receives the gas humidity adjustment signal output from the cell resistance value detection unit 37, and adjusts the humidity of either the cathode gas or the anode gas to low humidity.

図５の動作フローチャートに示したセル抵抗値調整制御は次のような手順で行なわれる。図１１は、第１例目におけるセル抵抗値調整制御の手順を示す動作フローチャートである。 The cell resistance value adjustment control shown in the operation flowchart of FIG. 5 is performed in the following procedure. FIG. 11 is an operation flowchart showing a procedure of cell resistance value adjustment control in the first example.

セル抵抗値検出部３７は、算出されたセル抵抗値が異常であるか否かを判断する（Ｓ３１）。セル抵抗値が異常でなければ（Ｓ３１：ＮＯ）、図５に示したＳ４０のステップに進む。一方、セル抵抗値が異常であれば、具体的には、セル抵抗値が定められた一定の値以下の値であるときには（Ｓ３１：ＹＥＳ）、セル抵抗値検出部３７は、負荷電流値調整部３６に負荷電流値調整制御中断信号を出力するとともにガス湿度調整部３９にガス湿度調整信号を出力する。負荷電流値調整部３６は、この負荷電流値調整制御中断信号を受けて、図５のＳ２０に示されている負荷電流値調整制御を中断する（Ｓ３２）。一方、ガス湿度調整部３９は、ガス湿度調整信号を受けて、カソードガスまたはアノードガスのいずれかのガスの湿度を低湿度にするガス湿度調整を行なう（Ｓ３３Ａ）。セル抵抗値検出部３７は、検出されているセル抵抗値が所定値になったか否かを判断する（Ｓ３４）。セル抵抗値が所定値になっていなければ（Ｓ３４：ＮＯ）、ガス湿度の調整を継続して行い、セル抵抗値が所定の抵抗値になっていれば（Ｓ３４：ＹＥＳ）セル抵抗値検出部３７は、負荷電流値調整部３６に負荷電流値調整再開信号を出力する。負荷電流値調整部３６は、この負荷電流値調整再開信号を受けて図５のＳ２０に示されている負荷電流値調整制御を再開する（Ｓ３５）。 The cell resistance value detection unit 37 determines whether or not the calculated cell resistance value is abnormal (S31). If the cell resistance value is not abnormal (S31: NO), the process proceeds to step S40 shown in FIG. On the other hand, if the cell resistance value is abnormal, specifically, when the cell resistance value is equal to or less than a predetermined value (S31: YES), the cell resistance value detection unit 37 adjusts the load current value. A load current value adjustment control interruption signal is output to the unit 36 and a gas humidity adjustment signal is output to the gas humidity adjustment unit 39. In response to the load current value adjustment control interruption signal, the load current value adjustment unit 36 interrupts the load current value adjustment control shown in S20 of FIG. 5 (S32). On the other hand, the gas humidity adjustment unit 39 receives the gas humidity adjustment signal and performs gas humidity adjustment to lower the humidity of either the cathode gas or the anode gas (S33A). The cell resistance value detection unit 37 determines whether or not the detected cell resistance value has reached a predetermined value (S34). If the cell resistance value is not the predetermined value (S34: NO), the gas humidity is continuously adjusted, and if the cell resistance value is the predetermined resistance value (S34: YES), the cell resistance value detection unit 37 outputs a load current value adjustment restart signal to the load current value adjustment unit 36. In response to the load current value adjustment restart signal, the load current value adjustment unit 36 resumes the load current value adjustment control shown in S20 of FIG. 5 (S35).

なお、本実施形態では、カソードガスまたはアノードガスのいずれかのガスの湿度を低下させるとの説明をしたが、カソードガスとアノードガスの両方のガスの湿度を減少させても良い。それぞれのガスの湿度をどの程度低下させるかは、セル抵抗値とガス湿度との関係が記述されているテーブルに基づいて決定される。このテーブルはガス湿度調整部３９が記憶している。 In the present embodiment, it has been described that the humidity of either the cathode gas or the anode gas is lowered. However, the humidity of both the cathode gas and the anode gas may be reduced. The degree to which the humidity of each gas is reduced is determined based on a table describing the relationship between the cell resistance value and the gas humidity. This table is stored in the gas humidity adjusting unit 39.

セル抵抗値が所定値以下の場合に、ガス湿度を低下させるのは、フラッディングの発生による燃料電池スタック１の出力低下を抑制することができるからである。 The reason why the gas humidity is reduced when the cell resistance value is equal to or less than the predetermined value is that it is possible to suppress a decrease in the output of the fuel cell stack 1 due to the occurrence of flooding.

図１２は、２例目の実施形態を示したものであって、燃料電池スタック１の温度を調整することによってセル抵抗値調整制御を行なうようにした制御部３５の具体的な構成を示すブロック図である。

図１０に示すように、制御部３５は、負荷電流値調整部３６と、セル抵抗値検出部３７と、セル運転温度調整部４０と、セル温度検出部４２を有している。負荷電流値調整部３６、セル抵抗値検出部３７は、図５に示したものと全く同一の機能を有しているのでそれらのここでの説明は省略する。ただ、ここでのセル抵抗値検出部３７は、検出されたセル抵抗値が異常であるとき、具体的には、定められた一定の値を超えているときにセル運転温度調整部４０にセル運転温度調整信号を出力する点が異なっている。 FIG. 12 shows the second embodiment, and is a block diagram showing a specific configuration of the control unit 35 that performs cell resistance value adjustment control by adjusting the temperature of the fuel cell stack 1. FIG.

As shown in FIG. 10, the control unit 35 includes a load current value adjustment unit 36, a cell resistance value detection unit 37, a cell operation temperature adjustment unit 40, and a cell temperature detection unit 42. Since the load current value adjustment unit 36 and the cell resistance value detection unit 37 have the same functions as those shown in FIG. 5, their description is omitted here. However, when the detected cell resistance value is abnormal, specifically, when the detected cell resistance value exceeds a predetermined value, the cell resistance value detecting unit 37 supplies the cell operating temperature adjustment unit 40 with the cell resistance value. The difference is that the operating temperature adjustment signal is output.

セル運転温度調整部４０は、セル抵抗値検出部３７から出力されたセル運転温度調整信号を受けて、燃料電池スタック１の温度を上げるように調整する。 The cell operation temperature adjustment unit 40 receives the cell operation temperature adjustment signal output from the cell resistance value detection unit 37 and adjusts the temperature of the fuel cell stack 1 to increase.

セル温度検出部４２は、燃料電池スタック１の温度を検出するセンサである。 The cell temperature detection unit 42 is a sensor that detects the temperature of the fuel cell stack 1.

図５の動作フローチャートに示したセル抵抗値調整制御は次のような手順で行なわれる。図１３は、第２例目におけるセル抵抗値調整制御の手順を示す動作フローチャートである。 The cell resistance value adjustment control shown in the operation flowchart of FIG. 5 is performed in the following procedure. FIG. 13 is an operation flowchart showing a procedure of cell resistance value adjustment control in the second example.

セル抵抗値検出部３７は、その算出されたセル抵抗値が異常であるか否かを判断する（Ｓ３１）。セル抵抗値が異常でなければ（Ｓ３１：ＮＯ）、図５に示したＳ４０のステップに進む。一方、セル抵抗値が異常であれば、具体的には、セル抵抗値が定められた一定の値以下の値であるときには（Ｓ３１：ＹＥＳ）、セル抵抗値検出部３７は、負荷電流値調整部３６に負荷電流値調整制御中断信号を出力するとともにセル運転温度調整部４０にセル運転温度調整信号を出力する。負荷電流値調整部３６は、この負荷電流値調整制御中断信号を受けて、図５のＳ２０に示されている負荷電流値調整制御を中断する（Ｓ３２）。一方、セル運転温度調整部４０はセル運転温度調整信号を受けて、セル温度検出部４２によって検出される燃料電池スタック１の温度をフィードバックしながら燃料電池スタック１の温度を調整する。燃料電池スタック１の温度は、燃料電池スタック１に取り付けられているヒーターに通電させることによって行なう（Ｓ３３Ｂ）。セル抵抗値検出部３７は、検出されているセル抵抗値が所定値になったか否かを判断する（Ｓ３４）。セル抵抗値が所定値になっていなければ（Ｓ３４：ＮＯ）、燃料電池スタック１の温度の調整を継続して行い、セル抵抗値が所定の抵抗値になっていれば（Ｓ３４：ＹＥＳ）セル抵抗値検出部３７は、負荷電流値調整部３６に負荷電流値調整再開信号を出力する。負荷電流値調整部３６は、この負荷電流値調整再開信号を受けて図５のＳ２０に示されている負荷電流値調整制御を再開する（Ｓ３５）。 The cell resistance value detection unit 37 determines whether or not the calculated cell resistance value is abnormal (S31). If the cell resistance value is not abnormal (S31: NO), the process proceeds to step S40 shown in FIG. On the other hand, if the cell resistance value is abnormal, specifically, when the cell resistance value is equal to or less than a predetermined value (S31: YES), the cell resistance value detection unit 37 adjusts the load current value. A load current value adjustment control interruption signal is output to the unit 36 and a cell operation temperature adjustment signal is output to the cell operation temperature adjustment unit 40. In response to the load current value adjustment control interruption signal, the load current value adjustment unit 36 interrupts the load current value adjustment control shown in S20 of FIG. 5 (S32). On the other hand, the cell operation temperature adjustment unit 40 receives the cell operation temperature adjustment signal and adjusts the temperature of the fuel cell stack 1 while feeding back the temperature of the fuel cell stack 1 detected by the cell temperature detection unit 42. The temperature of the fuel cell stack 1 is set by energizing the heater attached to the fuel cell stack 1 (S33B). The cell resistance value detection unit 37 determines whether or not the detected cell resistance value has reached a predetermined value (S34). If the cell resistance value is not the predetermined value (S34: NO), the temperature of the fuel cell stack 1 is continuously adjusted, and if the cell resistance value is the predetermined resistance value (S34: YES), the cell The resistance value detection unit 37 outputs a load current value adjustment restart signal to the load current value adjustment unit 36. In response to the load current value adjustment restart signal, the load current value adjustment unit 36 resumes the load current value adjustment control shown in S20 of FIG. 5 (S35).

なお、燃料電池スタック１の温度をどの程度上昇させるかは、セル抵抗値と燃料電池スタック１の温度との関係が記述されているテーブルに基づいて決定される。このテーブルはセル運転温度調整部４０が記憶している。 Note that how much the temperature of the fuel cell stack 1 is increased is determined based on a table in which the relationship between the cell resistance value and the temperature of the fuel cell stack 1 is described. This table is stored in the cell operating temperature adjustment unit 40.

セル抵抗値が所定値以下の場合に、燃料電池スタック１の温度を上昇させるのは、フラッディングの発生による燃料電池スタック１の出力低下を抑制することができるからである。 The reason why the temperature of the fuel cell stack 1 is raised when the cell resistance value is equal to or less than a predetermined value is that a decrease in the output of the fuel cell stack 1 due to the occurrence of flooding can be suppressed.

図１４〜図１６は、本実施形態に係る燃料電池のエージング装置と従来の燃料電池のエージング装置との比較に供する図であり、燃料電池スタック１のセルに流す電流波形を示す。
［比較例１］
図１４に示した電流波形は、Ｉ_１がセル電圧が０．７５Ｖを示すような電流密度を、Ｉ_２がセル電圧が０．９Ｖを示すような電流密度を、それぞれ示している。電流はＩ_１とＩ_２との間で周期的に繰り返される。１サイクルの繰り返し周期は１分であり、この電流波形をセルに１５サイクル繰り返し供給してエージングを行った。この結果、エージング後の１Ａ／ｃｍ^２の電流密度をセルに供給したときのセル電圧は０．６７Ｖまでにしか達せず、エージングは不十分であった。また、サイクリックボルタンメトリーで測定した電気化学的有効表面積（ＥＣＡ）は、エージング前が７３．８であったのに対してエージング後は６８．２であった。
［比較例２］
図１５に示した電流波形は、電流密度を０Ａ／ｃｍ^２からＩ_１＝０．１Ａ／ｃｍ^２、Ｉ_２＝０．２Ａ／ｃｍ^２、Ｉ_３＝０．３Ａ／ｃｍ^２…Ｉ_１０＝１Ａ／ｃｍ^２までを３サイクルずつ０．１Ａ／ｃｍ^２刻みで増加させる。このとき１サイクルは１分とし、この電流波形をセルに各電流密度で１０サイクル繰り返し供給してエージングを行った。この結果、エージング後の１Ａ／ｃｍ^２の電流密度をセルに供給したときのセル電圧は設定の０．７１−０．７２Ｖを示した。また、サイクリックボルタンメトリーで測定したＥＣＡは、エージング前が７４．８であったのに対してエージング後は５３．１まで低下していた。
［比較例３］
図１６に示した電流波形は、一定の電流密度１Ａ／ｃｍ^２で８時間のエージングを行なった。この結果、エージング後の１Ａ／ｃｍ^２の電流密度をセルに供給したときのセル電圧は設定の０．７１−０．７２Ｖを示した。また、サイクリックボルタンメトリーで測定したＥＣＡは、エージング前が７５．２であったのに対してエージング後は７４．８であった。
［本発明］
本発明は、図８に示したような電流の段階的な増減を格段１分間保持０．２Ａ／ｃｍ^２刻みで６サイクル行なってエージング運転を行なった。具体的には、Ａ１＝Ａ９＝０．２Ａ／ｃｍ^２、Ａ２＝Ａ８＝０．４Ａ／ｃｍ^２、Ａ３＝Ａ７＝０．６Ａ／ｃｍ^２、Ａ４＝Ａ６＝０．８Ａ／ｃｍ^２、Ａ５＝１．０Ａ／ｃｍ^２として、エージング運転を行なった。この結果、エージング後の１Ａ／ｃｍ^２の電流密度をセルに供給したときのセル電圧は設定の０．７１−０．７２Ｖを示した。また、サイクリックボルタンメトリーで測定したＥＣＡは、エージング前が７３．３であったのに対してエージング後は７２．６であった。 FIGS. 14 to 16 are diagrams for comparison between the fuel cell aging device according to the present embodiment and a conventional fuel cell aging device, and show current waveforms that flow through the cells of the fuel cell stack 1.
[Comparative Example 1]
Current waveform shown in FIG. 14, the current density shown a 0.75V is I ₁ is the cell voltage, I ₂ is the current density shown a cell voltage 0.9V, respectively show. The current is periodically repeated between I ₁ and I ₂ . The repetition period of one cycle was 1 minute, and this current waveform was supplied to the cell repeatedly for 15 cycles for aging. As a result, the cell voltage reached only 0.67 V when the current density of 1 A / cm ² after aging was supplied to the cell, and aging was insufficient. The electrochemical effective surface area (ECA) measured by cyclic voltammetry was 73.8 before aging and 68.2 after aging.
[Comparative Example 2]
In the current waveform shown in FIG. 15, the current density ranges from 0 A / cm ² to I ₁ = 0.1 A / cm ² , I ₂ = 0.2 A / cm ² , I ₃ = 0.3 A / cm ² ... I ₁₀ = 1A / cm up one by 3 cycles ² increases with 0.1 a / cm ² increments. At this time, one cycle was one minute, and this current waveform was repeatedly supplied to the cell at each current density for 10 cycles for aging. As a result, when a current density of 1 A / cm ² after aging was supplied to the cell, the cell voltage showed a setting of 0.71 to 0.72 V. The ECA measured by cyclic voltammetry was 74.8 before aging, but decreased to 53.1 after aging.
[Comparative Example 3]
The current waveform shown in FIG. 16 was aged for 8 hours at a constant current density of 1 A / cm ² . As a result, when a current density of 1 A / cm ² after aging was supplied to the cell, the cell voltage showed a setting of 0.71 to 0.72 V. The ECA measured by cyclic voltammetry was 75.2 after aging compared to 75.2 before aging.
[Invention]
The present invention was subjected to aging operation is performed 6 cycles of stepwise increased or decreased remarkably 1 minute hold 0.2 A / cm ² increments the current as shown in FIG. Specifically, A1 = A9 = 0.2 A / cm ² , A2 = A8 = 0.4 A / cm ² , A3 = A7 = 0.6 A / cm ² , A4 = A6 = 0.8 A / cm ² , A5 Aging operation was carried out with = 1.0 A / cm ² . As a result, when a current density of 1 A / cm ² after aging was supplied to the cell, the cell voltage showed a setting of 0.71 to 0.72 V. The ECA measured by cyclic voltammetry was 73.3 before aging and 72.6 after aging.

比較例１の場合、エージング運転には１５分しかかけていないが、不十分なエージングしか行なわれず、かつ白金溶出の指標となるＥＣＡが大きく低下しているため、電極触媒層からの白金の溶出が起こっている。一方、比較例２の場合、エージング運転に５時間かかり、かつ白金溶出の指標となるＥＣＡが大きく低下しているため、電極触媒層からの白金の溶出が起こっている。比較例３の場合、エージング運転には８時間かかっているが十分なエージングが行なわれている。本発明の場合、エージング運転には１時間しかかけていないが十分なエージングが行なわれ、かつ電極触媒層からの白金の溶出が抑えられている。 In the case of Comparative Example 1, the aging operation took only 15 minutes, but only insufficient aging was performed, and the ECA as an indicator of platinum elution was greatly reduced, so that platinum was eluted from the electrode catalyst layer. Is happening. On the other hand, in the case of Comparative Example 2, the aging operation takes 5 hours and the ECA that is an indicator of platinum elution is greatly reduced, so that elution of platinum from the electrode catalyst layer occurs. In Comparative Example 3, the aging operation takes 8 hours, but sufficient aging is performed. In the case of the present invention, the aging operation takes only one hour, but sufficient aging is performed, and elution of platinum from the electrode catalyst layer is suppressed.

このように、本発明によれば、従来に比較してかなり短い時間で十分なエージングができることがわかる。 Thus, according to the present invention, it can be seen that sufficient aging can be achieved in a considerably shorter time than in the prior art.

以上のように、本発明によれば、セル電圧が０．８５Ｖ以上にならないようにして、負荷電流を一定の時間保持しながら段階的に増加させその後段階的に減少させることを何サイクルか繰り返すという簡単な制御を行なうだけで、燃料電池スタックのエージング運転中に起こる電極触媒層の白金溶出を抑えつつ、エージング運転の時間を短縮化することができる。 As described above, according to the present invention, the cell voltage is not increased to 0.85 V or more, and the load current is increased stepwise while being held for a certain time, and then gradually decreased. By simply performing such control, it is possible to reduce the time of the aging operation while suppressing platinum elution of the electrode catalyst layer that occurs during the aging operation of the fuel cell stack.

なお、以上の実施形態では、エージングサイクルをあらかじめ設定した場合を例示したが、エージング運転を行なっている最中に、設定した負荷電流値において設定したセル電圧が得られるようになるまで、エージングサイクルを繰り返すようにしても良い。 In the above embodiment, the case where the aging cycle is set in advance is illustrated, but the aging cycle is performed until the set cell voltage is obtained at the set load current value during the aging operation. May be repeated.

以上の実施形態においては、燃料電池スタックが製造された後のエージング運転についてのみ述べたが、本発明は製造後だけではなく、燃料電池スタックを長期間放置後に再起動した場合や長期間発電を続けることによって出力電圧が低下した場合などの回復操作にも適用することができる。 In the above embodiment, only the aging operation after the fuel cell stack has been manufactured has been described. However, the present invention is not limited to after the manufacture, but also when the fuel cell stack is restarted after being left for a long time, It can also be applied to a recovery operation such as when the output voltage drops by continuing.

燃料電池のエージングに利用可能である。 It can be used for aging of fuel cells.

固体高分子型燃料電池スタックの全体構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the whole structure of a polymer electrolyte fuel cell stack. 固体高分子型燃料電池スタックのセル構造を示す要部拡大斜視図である。It is a principal part expansion perspective view which shows the cell structure of a polymer electrolyte fuel cell stack. 本実施形態に係る燃料電池のエージング装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the aging apparatus of the fuel cell which concerns on this embodiment. 図３に示した制御部の具体的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the specific structure of the control part shown in FIG. 本実施形態に係る燃料電池のエージング装置の動作フローチャートである。It is an operation | movement flowchart of the aging apparatus of the fuel cell which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る燃料電池のエージング装置の動作フローチャートである。It is an operation | movement flowchart of the aging apparatus of the fuel cell which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る燃料電池のエージング装置の動作フローチャートである。It is an operation | movement flowchart of the aging apparatus of the fuel cell which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る燃料電池のエージング装置によって負荷器に供給される電流パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the electric current pattern supplied to a loader by the aging apparatus of the fuel cell which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る燃料電池のエージング装置でエージング運転の繰り返しサイクル数によって出力電圧がどのように変化するかを示した図である。It is the figure which showed how an output voltage changes with the repetition cycle number of an aging driving | operation with the aging apparatus of the fuel cell which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る燃料電池のエージング装置の他の実施形態における制御部の具体的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the specific structure of the control part in other embodiment of the aging apparatus of the fuel cell which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る燃料電池のエージング装置の他の実施形態における動作フローチャートである。It is an operation | movement flowchart in other embodiment of the aging apparatus of the fuel cell which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る燃料電池のエージング装置の他の実施形態における制御部の具体的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the specific structure of the control part in other embodiment of the aging apparatus of the fuel cell which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る燃料電池のエージング装置の他の実施形態における動作フローチャートである。It is an operation | movement flowchart in other embodiment of the aging apparatus of the fuel cell which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る燃料電池のエージング装置と従来の燃料電池のエージング装置との比較に供する図である。It is a figure which uses for the comparison with the aging apparatus of the fuel cell which concerns on this embodiment, and the conventional aging apparatus of a fuel cell. 本実施形態に係る燃料電池のエージング装置と従来の燃料電池のエージング装置との比較に供する図である。It is a figure which uses for the comparison with the aging apparatus of the fuel cell which concerns on this embodiment, and the conventional aging apparatus of a fuel cell. 本実施形態に係る燃料電池のエージング装置と従来の燃料電池のエージング装置との比較に供する図である。It is a figure which uses for the comparison with the aging apparatus of the fuel cell which concerns on this embodiment, and the conventional aging apparatus of a fuel cell.

Explanation of symbols

１燃料電池スタック、
２セル、
３積層体、
４集電板、
５絶縁板、
６エンドプレート、
７タイロッド、
８アノードガス導入口、
９アノードガス排出口、
１０カソードガス導入口、
１１カソードガス排出口、
１２冷却水導入口、
１３冷却水排出口、
１４膜電極接合体、
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アノードガス流路、
１９カソードガス流路、
２０セル電圧計、
２２負荷器、
２４カソードガス流量調整バルブ、
２６アノードガス流量調整バルブ、
２８カソードガス湿度調整器、
３０アノードガス湿度調整器、
３５制御部、
３６負荷電流値調整部、
３７セル抵抗値検出部、
３８ガス流量調整部、
３９ガス加湿量調整部、
４０セル運転温度調整部、
４２セル温度検出部、
１４１固体高分子電解質膜、
１４２Ａアノード触媒層、
１４２Ｂカソード触媒層、
１４３Ａガス拡散層、
１４３Ｂガス拡散層、
１４４Ａアノード電極、
１４４Ｂカソード電極。 1 Fuel cell stack,
2 cells,
3 laminates,
4 current collector,
5 Insulating plate,
6 End plate,
7 Tie rods
8 Anode gas inlet,
9 Anode gas outlet,
10 Cathode gas inlet,
11 Cathode gas outlet,
12 Cooling water inlet,
13 Cooling water outlet,
14 membrane electrode assembly,
15A anode separator,
15B cathode separator,
15 separator,
16 ridges,
16A convex part,
16B convex part,
17 Concave part,
17A recess,
17B recess,
18 anode gas flow path,
19 Cathode gas flow path,
20 cell voltmeter,
22 loader,
24 cathode gas flow rate adjustment valve,
26 Anode gas flow adjustment valve,
28 Cathode gas humidity controller,
30 Anode gas humidity regulator,
35 control unit,
36 Load current value adjustment unit,
37 Cell resistance value detection unit,
38 Gas flow rate adjuster,
39 Gas humidification adjustment section,
40 cell operating temperature adjustment unit,
42 cell temperature detector,
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

An aging device for preparatory operation of a fuel cell,
A loader for consuming load current from the fuel cell during the preliminary operation;
During the aging operation, a control means connected between the fuel cell and the loader and gradually increasing the load current with the passage of time and then gradually decreasing the load current;
An aging device for a fuel cell, comprising:

The control means includes
Cell voltage detecting means for detecting the cell voltage of the stack constituting the fuel cell;
2. The aging device for a fuel cell according to claim 1, wherein during the aging operation, the load current is controlled stepwise within a range where the cell voltage does not exceed 0.85 V. 3.

The control means includes
During aging operation, when a load current having a predetermined current value is output from the fuel cell, if the cell voltage exceeds a voltage value determined for the current value, the determined current value The load current is output from the fuel cell for a certain period of time, and if the cell voltage does not exceed a voltage value determined for the current value, the load current magnitude is changed by one step. The aging device for a fuel cell according to claim 2.

The control means includes
When the load current having a predetermined current value is output from the fuel cell in a cycle in which the magnitude of the load current is increased stepwise after time and then decreased stepwise, the cell voltage becomes the current. The aging device for a fuel cell according to claim 2, wherein the aging operation is repeated until the voltage value determined for the value is reached.

The control means includes
Cell resistance value detecting means for detecting a cell resistance value of a stack constituting the fuel cell;
And at least one of an anode gas flow rate adjustment valve for adjusting the flow rate of the anode gas supplied to the fuel cell and a cathode gas flow rate adjustment valve for adjusting the flow rate of the cathode gas,
During the aging operation, when the cell resistance value is lower than the determined resistance value, the opening degree of at least one of the anode gas flow rate adjustment valve and the cathode gas flow rate adjustment valve is set to the cell resistance value. 5. The fuel cell aging device according to claim 2, wherein the aging device is controlled so as to have a resistance value.

The control means includes
Cell resistance value detecting means for detecting a cell resistance value of a stack constituting the fuel cell;
And at least one of an anode gas humidity controller for adjusting the humidity of the anode gas supplied to the fuel cell and a cathode gas humidity controller for adjusting the humidity of the cathode gas,
During the aging operation, when the cell resistance value is lower than the determined resistance value, the humidity of at least one of the anode gas humidity controller and the cathode gas humidity controller is set to the resistance with the determined cell resistance value. The aging device for a fuel cell according to any one of claims 2 to 4, wherein the aging device is controlled so as to be a value.

The control means includes
Cell resistance value detecting means for detecting a cell resistance value of a stack constituting the fuel cell;
Cell temperature detection means for detecting the cell temperature of the stack of fuel cells,
During the aging operation, when the cell resistance value is lower than the determined resistance value, the cell temperature of the stack currently detected by the cell temperature detecting means is controlled so that the cell resistance value becomes the determined resistance value. The aging device for a fuel cell according to any one of claims 2 to 4, wherein:

The control means includes
Cell resistance value detecting means for detecting a cell resistance value of a stack constituting the fuel cell;
8. The supply of load current from the fuel cell is interrupted when the cell resistance value becomes higher than a predetermined resistance value during aging operation. Fuel cell aging device.

An aging method for preparatory operation of a fuel cell,
During the aging operation, the magnitude of the load current output from the fuel cell during the preliminary operation is increased stepwise with time and then decreased stepwise.

10. The fuel cell according to claim 9, wherein during the aging operation, the magnitude of the load current is controlled stepwise within a range in which a cell voltage of the stack constituting the fuel cell does not exceed 0.85V. Aging device.

During the aging operation, when a load current having a predetermined current value is output from the fuel cell, if the cell voltage exceeds a voltage value determined for the current value, the current value is While the load current having a predetermined current value is output from the fuel cell for a certain period of time, if the cell voltage does not exceed the voltage value determined for the current value, the stage of the magnitude of the load current is one step. 11. The fuel cell aging method according to claim 10, wherein the aging method is changed.

When the load current having a predetermined current value is output from the fuel cell in a cycle in which the magnitude of the load current is increased stepwise after time and then decreased stepwise, the cell voltage becomes the current. 11. The fuel cell aging method according to claim 10, wherein the aging operation is repeated until a voltage value determined with respect to the value is reached.

During the aging operation, when the cell resistance value of the stack constituting the fuel cell is lower than the determined resistance value, the cell resistance value is determined based on the flow rate of the anode gas or the cathode gas supplied to the fuel cell. The fuel cell aging method according to any one of claims 10 to 12, wherein the aging method is controlled so as to have a resistance value.

During the aging operation, when the cell resistance value of the stack constituting the fuel cell is lower than the determined resistance value, the cell resistance value is determined based on the humidity of the anode gas or the cathode gas supplied to the fuel cell. The fuel cell aging method according to any one of claims 10 to 12, wherein the aging method is controlled so as to have a resistance value.

The aging operation is performed such that when the cell resistance value is lower than a predetermined resistance value, the cell temperature of the stack is controlled so that the cell resistance value becomes a predetermined resistance value. A fuel cell aging method according to any one of -12.

16. During aging operation, when the cell resistance value becomes higher than a predetermined resistance value, supply of load current from the fuel cell is interrupted. A fuel cell aging method.