JP2009064681A - Starting method of fuel cell, starting device of fuel cell, and vehicle mounting its starting device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress elution of platinum immediately after starting of a fuel cell. <P>SOLUTION: This is a starting method of the fuel cell using platinum as an electrode catalyst, and comprises a stage (S1) to supply an anode gas to an anode gas passage of the fuel cell and a stage (S4) in which after the anode gas passage is filled with the anode gas (S3), the cathode potential of the fuel cell is maintained at ≤0.6 V for a certain time or more. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池の起動方法、燃料電池の起動装置およびその起動装置を搭載した車両に関し、さらに詳しくは、電極触媒として白金が用いられている燃料電池の起動方法、その燃料電池の起動装置およびその起動装置を搭載した車両に関にする。   The present invention relates to a fuel cell start method, a fuel cell start device, and a vehicle equipped with the start device, and more particularly, a fuel cell start method using platinum as an electrode catalyst, and the fuel cell start device. And a vehicle equipped with the activation device.
近年、環境問題を背景とした社会的要求や動向と呼応して、燃料電池が注目されている。特に、イオン導電性の高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池(以下、「PEFC」と称する)は、100℃以下の低い温度で作動可能なことから、車両用駆動源や定置型電源として期待され、実用化に向けて開発が進められている。PEFCが車両用駆動源や定置型電源として実用化されるためには、長期間に渡る耐久性を備えることが必要である。   In recent years, fuel cells have attracted attention in response to social demands and trends against the background of environmental problems. In particular, a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter referred to as “PEFC”) using an ion conductive polymer electrolyte membrane can be operated at a low temperature of 100 ° C. or lower. It is expected as a power source and is being developed for practical use. In order for the PEFC to be put into practical use as a vehicle drive source or a stationary power source, it is necessary to have durability over a long period of time.
PEFCの構成は、一般的には、膜―電極接合体(以下、「MEA」と称する)をセパレータで狭持した構造となっている。MEAは、一般的には、ガス拡散層、カソード触媒層、固体高分子電解質層、アノード触媒層が順に積層した構造を有する。電池反応は、少なくとも触媒、触媒を担持する担体、およびイオン導電性高分子からなる触媒層において進行する。このため、触媒層の劣化を抑制することは、PEFCの耐久性を高める上で重要な課題となっている。   The PEFC generally has a structure in which a membrane-electrode assembly (hereinafter referred to as “MEA”) is sandwiched between separators. The MEA generally has a structure in which a gas diffusion layer, a cathode catalyst layer, a solid polymer electrolyte layer, and an anode catalyst layer are sequentially laminated. The cell reaction proceeds at least in a catalyst layer comprising a catalyst, a carrier supporting the catalyst, and an ion conductive polymer. For this reason, suppressing deterioration of the catalyst layer is an important issue in enhancing the durability of PEFC.
触媒の劣化を抑制する従来技術は、下記特許文献1に記載されている。特許文献1には、カーボンブラックに担持した白金合金触媒を熱処理した後に、一酸化炭素と接触させ、これを不活性ガス雰囲気下で再度熱処理する触媒の製造方法が記載されている。すなわち、白金−白金原子間距離を小さくかつ安定化させることにより、触媒活性および耐久性に優れた触媒を製造する方法が提案されている。
特開2001−52718号公報
A conventional technique for suppressing the deterioration of the catalyst is described in Patent Document 1 below. Patent Document 1 describes a method for producing a catalyst in which a platinum alloy catalyst supported on carbon black is subjected to a heat treatment, then contacted with carbon monoxide, and again subjected to a heat treatment in an inert gas atmosphere. That is, a method for producing a catalyst having excellent catalytic activity and durability by reducing and stabilizing the distance between platinum and platinum atoms has been proposed.
JP 2001-52718 A
しかし、特許文献1に記載された技術によっても、燃料電池の起動直後における白金の溶出を抑制することはできない。   However, even the technique described in Patent Document 1 cannot suppress the elution of platinum immediately after the start of the fuel cell.
すなわち、MAEを構成するカソード触媒層やアノード触媒層は、電位サイクルの変動にさらされると、触媒の表層が酸化されたり還元されたりする。酸化の過程ではプレースエクスチェンジという現象が発生し、酸素が触媒の表層の最表面を超えて触媒の表層の中まで侵入する。酸素の侵入によって触媒の表層の構造は変化し、触媒の表層の構造が不安定になるので、電位が大きく変動する燃料電池の起動直後に、特にカソード触媒層の白金が溶出してしまう。   That is, when the cathode catalyst layer and anode catalyst layer constituting the MAE are exposed to potential cycle fluctuations, the surface layer of the catalyst is oxidized or reduced. In the oxidation process, a phenomenon called place exchange occurs, and oxygen penetrates into the surface of the catalyst beyond the outermost surface of the catalyst. The structure of the surface layer of the catalyst changes due to the intrusion of oxygen, and the structure of the surface layer of the catalyst becomes unstable, so that platinum in the cathode catalyst layer particularly elutes immediately after the start of the fuel cell whose potential changes greatly.
本発明は、燃料電池の起動直後に溶出した白金を再析出させることによって、結果的に、燃料電池の起動直後における白金の溶出を抑制することができる、燃料電池の起動方法および燃料電池の起動装置を提供し、燃料電池の起動直後における白金の溶出を抑制した耐久性の有る、燃料電池の起動装置を備えた車両の提供を目的とする。   The present invention reprecipitates the platinum eluted immediately after the start of the fuel cell, and consequently can suppress the elution of platinum immediately after the start of the fuel cell, and the start of the fuel cell and the start of the fuel cell An object of the present invention is to provide a vehicle equipped with a fuel cell starting device having durability and suppressing elution of platinum immediately after starting the fuel cell.
本発明に係る燃料電池の起動方法は、電極触媒として白金が用いられている燃料電池の起動方法であって、まず、前記燃料電池のアノードガス流路にアノードガスを供給し、次に、前記アノードガス流路がアノードガスで充満された後前記燃料電池のカソード電位を一定時間以上0.6V以下に維持する。   A fuel cell startup method according to the present invention is a fuel cell startup method in which platinum is used as an electrode catalyst. First, an anode gas is supplied to an anode gas flow path of the fuel cell, After the anode gas flow path is filled with the anode gas, the cathode potential of the fuel cell is maintained at a predetermined time or more and 0.6 V or less.
このように、燃料電池の起動直後に一定時間燃料電池のカソード電位を0.6V以下に維持することによって、燃料電池の起動直後における白金の溶出を抑制することができる。   Thus, by maintaining the cathode potential of the fuel cell at 0.6 V or less for a certain period of time immediately after the start of the fuel cell, platinum elution immediately after the start of the fuel cell can be suppressed.
本発明に係る燃料電池の起動装置は、電極触媒として白金が用いられている燃料電池の起動装置であって、アノードガス供給手段とアノードガス充満検出手段と電位維持手段とを備えている。   A fuel cell starter according to the present invention is a fuel cell starter using platinum as an electrode catalyst, and includes an anode gas supply means, an anode gas full detection means, and a potential maintaining means.
前記アノードガス供給手段は、前記燃料電池のアノードガス流路にアノードガスを供給する。前記アノードガス充満検出手段は、前記アノードガス流路がアノードガスで充満されたことを検出する。前記電位維持手段は、前記アノードガス流路がアノードガスで充満された後に前記燃料電池のカソード電位を一定時間以上0.6V以下に維持する。   The anode gas supply means supplies anode gas to the anode gas flow path of the fuel cell. The anode gas full detection means detects that the anode gas flow path is filled with the anode gas. The potential maintaining means maintains the cathode potential of the fuel cell at a predetermined time or more and 0.6 V or less after the anode gas flow path is filled with the anode gas.
このような構成により燃料電池の起動直後における白金の溶出を抑制することができる。   With such a configuration, elution of platinum immediately after the start of the fuel cell can be suppressed.
本発明に係る燃料電池の起動装置を搭載した車両は、上述した、アノードガス供給手段とアノードガス充満検出手段と電位維持手段とを備えている。   A vehicle equipped with a fuel cell starter according to the present invention includes the above-described anode gas supply means, anode gas full detection means, and potential maintaining means.
このため、燃料電池の起動直後における白金の溶出を抑制できることから、耐久性の有る燃料電池を備えた車両の提供が可能となる。   For this reason, since elution of platinum immediately after the start of the fuel cell can be suppressed, it is possible to provide a vehicle including a durable fuel cell.
本発明に係る燃料電池の起動方法によれば、燃料電池の起動直後における白金の溶出を抑制できるため、燃料電池の耐久性が向上する。   According to the method for starting a fuel cell according to the present invention, the elution of platinum immediately after the start of the fuel cell can be suppressed, so that the durability of the fuel cell is improved.
本発明に係る燃料電池の起動装置によれば、燃料電池の起動直後における白金の溶出を抑制できるため、燃料電池の耐久性が向上する。   According to the fuel cell starter according to the present invention, elution of platinum immediately after the start of the fuel cell can be suppressed, so that the durability of the fuel cell is improved.
本発明に係る燃料電池の起動装置を搭載した車両によれば、耐久性の有る燃料電池を備えていることから、車両の信頼性が向上する。   According to the vehicle equipped with the fuel cell starter according to the present invention, since the durable fuel cell is provided, the reliability of the vehicle is improved.
以下に、本発明に係る燃料電池の起動方法、燃料電池の起動装置およびその起動装置を搭載した車両について図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, a fuel cell starting method, a fuel cell starting device, and a vehicle equipped with the starting device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
これらの発明の説明をする前に、本発明の理解を容易にするために、燃料電池の基本的な原理と燃料電池の起動時に起こる白金溶出現象について説明しておく。
[燃料電池の基本的な原理]
図1は燃料電池スタックの全体構成を示す斜視図である。図2は燃料電池スタックのセル構造を示す要部拡大断面図である。なお、本明細書では、燃料電池スタックについて説明するが、燃料電池スタックは燃料電池と等価である。
Before describing these inventions, in order to facilitate understanding of the present invention, the basic principle of the fuel cell and the platinum elution phenomenon that occurs at the start of the fuel cell will be described.
[Basic principles of fuel cells]
FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of the fuel cell stack. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the cell structure of the fuel cell stack. In addition, although this specification demonstrates a fuel cell stack, a fuel cell stack is equivalent to a fuel cell.
燃料電池スタック1は図1に示すように構成されている。アノードガス(本明細書では水素)とカソードガス(本明細書では酸素)の反応により起電力を生じる単位電池セル(以下、単に「セル」と称する)2を所定数積層して積層体3を形成する。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を配置する。その積層体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を挿入し、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。   The fuel cell stack 1 is configured as shown in FIG. A predetermined number of unit battery cells (hereinafter simply referred to as “cells”) 2 that generate an electromotive force by the reaction of an anode gas (hydrogen in this specification) and a cathode gas (oxygen in this specification) are stacked to form a laminate 3. Form. A current collecting plate 4, an insulating plate 5, and an end plate 6 are disposed at both ends of the laminate 3. A tie rod 7 is inserted into a through hole (not shown) penetrating into the laminated body 3, and a nut (not shown) is screwed into an end portion of the tie rod 7.
この燃料電池スタック1においては、一方のエンドプレート6に、アノードガス供給口8、アノードガス排出口9、カソードガス供給口10、カソードガス排出口11、媒体供給口12および媒体排出口13を形成している。アノードガス、カソードガスおよび液状媒体(具体的には冷却水又は温水)はそれぞれ各セル2のセパレータ(図示は省略する)に形成された流路溝を流通する。   In this fuel cell stack 1, an anode gas supply port 8, an anode gas discharge port 9, a cathode gas supply port 10, a cathode gas discharge port 11, a medium supply port 12 and a medium discharge port 13 are formed on one end plate 6. is doing. The anode gas, the cathode gas, and the liquid medium (specifically, cooling water or hot water) each flow through a flow channel formed in a separator (not shown) of each cell 2.
アノードガスは、アノードガス供給口8より供給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、カソードガス供給口10より供給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。液状媒体は、媒体供給口12より供給されてセパレータに形成された媒体供給用の流路溝を流れ、媒体排出口13より排出される。   The anode gas is supplied from the anode gas supply 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 supplied from the cathode gas supply 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 liquid medium is supplied from the medium supply port 12, flows through a medium supply channel groove formed in the separator, and is discharged from the medium discharge port 13.
セル2は、図2に示すように、膜電極接合体(以下、MEA(membrane electrode assembly)とも称する。)14と、このMEA14の両面にそれぞれ配置されるセパレータ15とから構成される。以下、MEA14のアノード側に配置されるセパレータ15を、アノードセパレータ15Aと称し、カソード側に配置されるセパレータ15をカソードセパレータ15Bと称する。   As shown in FIG. 2, the cell 2 is composed of a membrane electrode assembly (hereinafter also referred to as MEA (membrane electrode assembly)) 14 and separators 15 disposed on both surfaces of the MEA 14. Hereinafter, the separator 15 disposed on the anode side of the MEA 14 is referred to as an anode separator 15A, and the separator 15 disposed on the cathode side is referred to as a cathode separator 15B.
MEA14は、アノードガス、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からなるアノード電極144Aと、電極触媒として白金が用いられるカソード触媒層142Bとガス拡散層143Bからなるカソード電極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 an anode gas, 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 includes an anode catalyst layer 142A and a gas diffusion layer 143A, and a cathode catalyst that uses platinum as an electrode catalyst. It consists of a cathode electrode 144B composed of a 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、板厚の薄い導電性金属板を金型で所定形状に成形することにより形成される。セパレータ15は、図に示すように、発電に寄与するアクティブ領域(MEA14と接する中央部分の領域)に、凸条部16と凹条部17を交互に形成した凹凸形状(いわゆるコルゲート形状)を有している。   The separator 15 is formed by forming a thin conductive 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;H2)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;O2)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。   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; H2) between the MEA 14 and form an anode gas channel 18. To do. 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. Form.
アノードガス流路18に水素を、カソードガス流路19に酸素を、それぞれ流通させると、水素はアノード触媒層142Aの触媒作用で水素イオンに変わり電子を放出する。電子を放出した水素イオンは固体高分子電解質膜141を通過する。カソード触媒層142Bでは固体高分子電解質膜141を通過してきた水素と外部回路(図示せず)を経由してきた電子が酸素と反応して水を生成する。この作用によってアノード電極144Aがマイナスに、カソード電極144Bがプラスになり、図2に示すように、アノード電極144Aとカソード電極144Bとの間で直流電圧が発生する。   When hydrogen is passed through the anode gas flow path 18 and oxygen is passed through the cathode gas flow path 19, the hydrogen is turned into hydrogen ions by the catalytic action of the anode catalyst layer 142A and discharges electrons. The hydrogen ions that have released the electrons pass through the solid polymer electrolyte membrane 141. In the cathode catalyst layer 142B, hydrogen passing through the solid polymer electrolyte membrane 141 and electrons passing through an external circuit (not shown) react 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.
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(すなわちアノード電極の電位に対するカソード電極の電位)をセル電圧と称する。セル電圧はセル電圧検知手段として機能するセル電圧計20によって検出できる。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。
[燃料電池の起動時に起こる白金溶出現象]
図3は起動前における燃料電池スタックのアノードガス流路とカソードガス流路のガスの充満状態を示した図である。図4は起動時における燃料電池スタックのアノードガス流路とカソードガス流路のガスの充満状態を示した図である。図5は起動前後の燃料電池スタックのセル電圧の変動状態を示すグラフである。
In this specification, a voltage appearing between the anode electrode 144A and the cathode electrode 144B (that is, the potential of the cathode electrode with respect to the potential of the anode electrode) is referred to as a cell voltage. The cell voltage can be detected by a cell voltmeter 20 functioning as a cell voltage detection means. The cell voltage may be detected from all the 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. .
[Platinum elution phenomenon that occurs when the fuel cell starts]
FIG. 3 is a diagram showing a state of gas filling of the anode gas passage and the cathode gas passage of the fuel cell stack before start-up. FIG. 4 is a diagram showing a state of gas filling of the anode gas channel and the cathode gas channel of the fuel cell stack at the time of startup. FIG. 5 is a graph showing the fluctuation state of the cell voltage of the fuel cell stack before and after startup.
図2では、アノードガス流路とカソードガス流路とが交差しているタイプの燃料電池スタックについて説明したが、燃料電池スタックの起動前後のガスの充満状態の説明を容易にするために、図3および図4ではアノードガス流路とカソードガス流路とが平行して設けられているタイプの燃料電池スタックを例示して燃料電池の起動時に起こる白金溶出現象を説明する。   In FIG. 2, the fuel cell stack of the type in which the anode gas channel and the cathode gas channel cross each other has been described. However, in order to facilitate the explanation of the gas filling state before and after the start of the fuel cell stack, FIG. 3 and FIG. 4 exemplify a platinum elution phenomenon that occurs at the start of the fuel cell by exemplifying a fuel cell stack of a type in which an anode gas channel and a cathode gas channel are provided in parallel.
燃料電池スタック1(図1参照)を起動する前は、MEA14とカソードセパレータ15Bとで形成されるカソードガス流路19と、MEA14とアノードセパレータ15Aとで形成されるアノードガス流路18とは、図3に示すように空気で満たされている。カソードガス流路19とアノードガス流路18との両方の流路が空気(空気/空気)で充満されているときには、図5に示したように、セル電圧は0.1Vにも満たない電圧である。MEA14に存在しているカソード触媒層142B内の触媒(白金)は、セル電圧が0.7V以上になると溶出が著しくなるといわれている。したがって、カソードガス流路19とアノードガス流路18との両方の流路が空気/空気で充満されているときには、白金の溶出は生じない。   Before starting the fuel cell stack 1 (see FIG. 1), the cathode gas channel 19 formed by the MEA 14 and the cathode separator 15B and the anode gas channel 18 formed by the MEA 14 and the anode separator 15A are: As shown in FIG. 3, it is filled with air. When both of the cathode gas channel 19 and the anode gas channel 18 are filled with air (air / air), the cell voltage is less than 0.1 V as shown in FIG. It is. It is said that the elution of the catalyst (platinum) in the cathode catalyst layer 142B existing in the MEA 14 becomes significant when the cell voltage becomes 0.7V or higher. Therefore, platinum elution does not occur when both the cathode gas channel 19 and the anode gas channel 18 are filled with air / air.
次に、燃料電池スタック1を起動した直後から、カソードガス流路19にはカソードガス(空気)が供給され、アノードガス流路18にはアノードガス(水素)が供給される。アノードガス流路18内では、水素の供給に伴って、図4に示したように、アノードガス流路18内に充満していた空気が徐々に水素に置き換わる過程が生じる。つまり、水素と空気の界面(水素/空気フロント)が、アノードガス流路18内に充満していた空気が完全に水素に置き換えられるまで、アノードガス流路18の上流側から下流側まで移動するという過程が生じる。   Next, immediately after starting the fuel cell stack 1, cathode gas (air) is supplied to the cathode gas passage 19, and anode gas (hydrogen) is supplied to the anode gas passage 18. In the anode gas flow path 18, as the hydrogen is supplied, a process in which the air filled in the anode gas flow path 18 is gradually replaced with hydrogen as shown in FIG. That is, the interface between hydrogen and air (hydrogen / air front) moves from the upstream side to the downstream side of the anode gas channel 18 until the air filled in the anode gas channel 18 is completely replaced with hydrogen. This process occurs.
燃料電池スタック1を起動した直後、MEA14は、カソードガス流路19とアノードガス流路18の両方の流路のガスの分布によって二つの領域に分かれる。すなわち、カソードガス流路19には空気が存在しアノードガス流路18には水素が存在する領域Aと、カソードガス流路19とアノードガス流路18の両方の流路に空気が存在する領域Bの二つの領域である。   Immediately after starting the fuel cell stack 1, the MEA 14 is divided into two regions depending on the gas distribution in both the cathode gas channel 19 and the anode gas channel 18. That is, a region A in which air is present in the cathode gas channel 19 and hydrogen is present in the anode gas channel 18, and a region in which air is present in both the cathode gas channel 19 and the anode gas channel 18. B are two areas.
領域Aは、カソードガス流路19に空気がアノードガス流路18には水素が存在しているので、両方の流路は水素と空気(水素/空気)が充満されている状態である。領域Aでは、図4に示したような反応が行なわれ、図5に示したように、領域Aでは約1Vの起電力が発生する。一方、領域Bは、カソードガス流路19とアノードガス流路18との両方の流路には空気が存在しているので、両方の流路は空気(空気/空気)で充満されている状態である。領域Bでは、図4に示したような反応が行なわれ、上記のように、0.1Vにも満たない起電力が発生する。   In the region A, air exists in the cathode gas channel 19 and hydrogen exists in the anode gas channel 18, so that both channels are filled with hydrogen and air (hydrogen / air). In the region A, the reaction shown in FIG. 4 is performed, and in the region A, an electromotive force of about 1 V is generated in the region A, as shown in FIG. On the other hand, in the region B, since air exists in both the cathode gas channel 19 and the anode gas channel 18, both the channels are filled with air (air / air). It is. In region B, the reaction shown in FIG. 4 is performed, and an electromotive force less than 0.1 V is generated as described above.
領域Aの起電力(約1V)と領域Bの起電力(0.1V未満)との電位差によって、図4に示すように、領域Aと領域Bとの間でMEA14内に内部循環電流が発生する。   Due to the potential difference between the electromotive force in region A (about 1 V) and the electromotive force in region B (less than 0.1 V), an internal circulating current is generated in MEA 14 between region A and region B as shown in FIG. To do.
領域Aでは、図5に示したように、カソード側で酸素が還元され、アノード側で水素が酸化される。領域Bでは、アノード側で酸素の還元が行なわれる一方、カソード側で水の分解が行なわれ(水電解)、炭素が酸化され(カーボン腐食)、白金が酸化され(白金酸化)、白金の溶出が行なわれる(溶出反応)。領域Bのカソード側の白金酸化はすばやく進行するため、固体高分子電解質膜141とカソード触媒層142Bとの界面の電位は必然的に高くなる。また、燃料電池スタック1を起動した直後は、数秒程度で水素/空気フロントがアノードガス流路18を通過するので、白金の表面がまだ酸化に対して十分に防備されていない状態である。   In region A, as shown in FIG. 5, oxygen is reduced on the cathode side and hydrogen is oxidized on the anode side. In region B, oxygen is reduced on the anode side, while water is decomposed on the cathode side (water electrolysis), carbon is oxidized (carbon corrosion), platinum is oxidized (platinum oxidation), and platinum is eluted. (Elution reaction). Since the platinum oxidation on the cathode side in the region B proceeds quickly, the potential at the interface between the solid polymer electrolyte membrane 141 and the cathode catalyst layer 142B inevitably increases. Further, immediately after the fuel cell stack 1 is started, the hydrogen / air front passes through the anode gas flow path 18 in about several seconds, so that the surface of platinum is not yet sufficiently protected against oxidation.
以上のような理由から、燃料電池の起動時には、カソードガス流路19の水素/空気フロントの下流側に位置するカソード触媒層142Bの白金が瞬間的に1V以上の電位にさらされ、カソード触媒層142B近傍の白金イオン濃度が非常に高くなり、白金の溶出が助長される。
[燃料電池の起動時に起こる白金溶出現象の解消]
上記のような理由で燃料電池の起動時に白金溶出現象が生じる。本発明では、燃料電池の起動時に起こる白金溶出現象を解消するために、再析出操作をしている。再析出操作は、カソードから溶出した白金を、セルの過電圧を大きくすることによって再析出させ、白金溶出の進行を防止するために行う。過電圧とは電極の電位と白金溶出/析出の平衡電位の差をいい、電圧を下げる要因となる抵抗の総称を言う。過電圧は分極を大きくすることにより大きくすることができる。再析出操作は、具体的には、アノードガス流路がアノードガスで充満された後燃料電池のカソード電位を一定時間以上0.6V以下に維持することによって行っている。図5に示すように、燃料電池の起動前後のセル電圧は、短時間の間に0.1V以下の電圧から1V程度の電圧まで不規則かつ曲線的に変化する。本発明では、アノードガス流路がアノードガスで充満されたことを、セル電圧が0.9Vを超えたか否かによって判断している。下記に記述する本発明の実施形態を実施することによって、起動直後に溶出した白金を再析出させ、燃料電池の起動時における白金溶出耐性を向上させている。
For the above reasons, when the fuel cell is started, platinum in the cathode catalyst layer 142B located downstream of the hydrogen / air front of the cathode gas passage 19 is momentarily exposed to a potential of 1 V or more, and the cathode catalyst layer. The platinum ion concentration in the vicinity of 142B becomes very high, and the elution of platinum is promoted.
[Resolution of the platinum elution phenomenon that occurs when the fuel cell starts]
For the reasons described above, the platinum elution phenomenon occurs when the fuel cell is started. In the present invention, the reprecipitation operation is performed in order to eliminate the platinum elution phenomenon that occurs when the fuel cell is started. The reprecipitation operation is performed to reprecipitate platinum eluted from the cathode by increasing the overvoltage of the cell and to prevent progression of platinum elution. Overvoltage refers to the difference between the electrode potential and the equilibrium potential of platinum elution / deposition, and is a generic term for resistances that cause the voltage to drop. The overvoltage can be increased by increasing the polarization. Specifically, the reprecipitation operation is performed by maintaining the cathode potential of the fuel cell at a predetermined time or more and 0.6 V or less after the anode gas channel is filled with the anode gas. As shown in FIG. 5, the cell voltage before and after the start-up of the fuel cell changes irregularly and curvedly from a voltage of 0.1 V or less to a voltage of about 1 V in a short time. In the present invention, whether the anode gas flow path is filled with the anode gas is determined based on whether or not the cell voltage exceeds 0.9V. By implementing the embodiment of the present invention described below, platinum eluted immediately after startup is reprecipitated, and platinum elution resistance at startup of the fuel cell is improved.
なお、セル電圧とカソード電位は次のような関係にある。   The cell voltage and the cathode potential have the following relationship.
セル電圧Vcell=カソード電位Ec−アノード電位Ea−(電流抵抗i×オーム抵抗R)
カソード電位Ec=カソード自然電位Ec(i=0)−カソード側の反応過電圧ηF−カソード側の拡散過電圧ηm
ここで、カソード自然電圧とは電流が流れていないときの電位である。カソード側の反応過電圧は空気供給量SR(stoichiometric ratio)が小さいほど、電流密度が大きいほど大きくなる。カソード側の拡散過電圧はSRが小さいほど、電流密度が大きいほど大きくなる。
Cell voltage Vcell = Cathode potential Ec−Anode potential Ea− (Current resistance i × Ohm resistance R)
Cathode potential Ec = cathode natural potential Ec (i = 0) −reaction overvoltage ηF on the cathode side−diffusion overvoltage ηm on the cathode side
Here, the cathode natural voltage is a potential when no current flows. The reaction overvoltage on the cathode side increases as the air supply amount SR (stoichiometric ratio) decreases and the current density increases. The diffusion overvoltage on the cathode side increases with decreasing SR and increasing current density.
一般的に、アノード側の過電圧は無視できるほど小さいので、セル電圧をオーム損失i×Rで補正すると、カソード電位を知ることができる。燃料電池スタック1のオーム抵抗はわかっているので、燃料電池スタック1から流れる電流を知ることによって、セル電圧から正確なカソード電位を知ることができる。   In general, the overvoltage on the anode side is negligibly small, so that the cathode potential can be obtained by correcting the cell voltage with the ohmic loss i × R. Since the ohmic resistance of the fuel cell stack 1 is known, knowing the current flowing from the fuel cell stack 1 makes it possible to know the exact cathode potential from the cell voltage.
以下に、第1実施形態から第4実施形態に分けて、本発明に係る燃料電池の起動方法、燃料電池の起動装置およびその起動装置を搭載した車両について具体的に説明する。
[第1実施形態]
図6は本発明の第1実施形態に係る燃料電池の起動装置の概略構成図である。また、図7は図6に示した燃料電池の起動装置の動作フローチャートである。なお、この動作フローチャートは、本発明に係る燃料電池の起動方法の手順に相当するものである。
Hereinafter, the fuel cell starting method, the fuel cell starting device, and the vehicle equipped with the starting device according to the present invention will be described in detail according to the first to fourth embodiments.
[First Embodiment]
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of the fuel cell starting device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 7 is an operation flowchart of the starting device for the fuel cell shown in FIG. This operation flowchart corresponds to the procedure of the fuel cell starting method according to the present invention.
本実施形態に係る燃料電池の起動装置は、電極触媒として白金が用いられている燃料電池に好適な起動装置であって、図6に示すように、燃料電池スタック1、セル電圧計20、水素流量調整器22、酸素流量調整器24、アノードガス充満検出部26、電位維持部28、スイッチ30及び二次電池又はキャパシター32を備えている。   The fuel cell starter according to the present embodiment is a starter suitable for a fuel cell in which platinum is used as an electrode catalyst. As shown in FIG. 6, the fuel cell stack 1, the cell voltmeter 20, the hydrogen A flow rate regulator 22, an oxygen flow rate regulator 24, an anode gas full detection unit 26, a potential maintenance unit 28, a switch 30, and a secondary battery or capacitor 32 are provided.
燃料電池スタック1は、アノードガス(水素)とカソードガス(酸素)との供給によって直流電力を発生し、発生した直流電力を車両負荷に供給するものである。   The fuel cell stack 1 generates DC power by supplying anode gas (hydrogen) and cathode gas (oxygen), and supplies the generated DC power to a vehicle load.
セル電圧計20は、セル電圧検出手段として機能するものであって、燃料電池スタック1を構成するセルのアノード電極とカソード電極との間の電圧であるセル電圧を検出するものである。   The cell voltmeter 20 functions as cell voltage detection means, and detects a cell voltage that is a voltage between the anode electrode and the cathode electrode of the cells constituting the fuel cell stack 1.
水素流量調整器22は、水素タンク34から燃料電池スタック1に供給される水素の流量を調整するものであり、その流量は、燃料電池スタック1の負荷に応じ図示されていない制御装置によって制御される。なお、燃料電池スタック1から出力される未使用の水素はコンプレッサ35によって圧縮されて水素タンク34に戻される。   The hydrogen flow rate regulator 22 adjusts the flow rate of hydrogen supplied from the hydrogen tank 34 to the fuel cell stack 1, and the flow rate is controlled by a control device (not shown) according to the load of the fuel cell stack 1. The Note that unused hydrogen output from the fuel cell stack 1 is compressed by the compressor 35 and returned to the hydrogen tank 34.
酸素流量調整器24は、コンプレッサ36から燃料電池スタック1に供給される酸素の流量を調整するものであり、その流量は、図示されていない制御装置によって制御される。なお、燃料電池スタック1から出力される酸素は大気中に排出される。   The oxygen flow rate regulator 24 adjusts the flow rate of oxygen supplied from the compressor 36 to the fuel cell stack 1, and the flow rate is controlled by a control device (not shown). Note that oxygen output from the fuel cell stack 1 is discharged into the atmosphere.
水素タンク34と水素流量調整器22は、燃料電池スタック1のアノードガス流路に水素を供給するアノードガス供給手段として機能する。   The hydrogen tank 34 and the hydrogen flow rate regulator 22 function as anode gas supply means for supplying hydrogen to the anode gas flow path of the fuel cell stack 1.
アノードガス充満検出部26は、燃料電池スタック1のアノードガス流路が水素で充満されたか否かを検出する。燃料電池スタック1のアノードガス流路が水素で充満されたか否かは、アノードガス充満検出部26に入力されるセル電圧が0.9V以上になっているか否かによって検出する。0.9Vの電圧をアノードガス流路が水素で充満されたか否かを判断する電圧としたのは次のような理由による。図5に示したように、0.9Vに満たない電圧では、アノードガス流路に水素と酸素が混在している場合が考えられる。水素と酸素が混在している状態で燃料電池スタック1から大電流を取り出すと、アノードカーボンが酸化される恐れがあるからである。   The anode gas full detection unit 26 detects whether or not the anode gas flow path of the fuel cell stack 1 is filled with hydrogen. Whether or not the anode gas flow path of the fuel cell stack 1 is filled with hydrogen is detected based on whether or not the cell voltage input to the anode gas filling detection unit 26 is 0.9 V or higher. The reason why the voltage of 0.9 V is used to determine whether or not the anode gas flow path is filled with hydrogen is as follows. As shown in FIG. 5, when the voltage is less than 0.9 V, it can be considered that hydrogen and oxygen are mixed in the anode gas flow path. This is because if a large current is taken out from the fuel cell stack 1 in a state where hydrogen and oxygen are mixed, the anode carbon may be oxidized.
したがって、アノードガス充満検出部26に入力されるセル電圧が0.9V以上になっていれば、アノードガス流路が水素で充満されたと判断し、セル電圧が0.9Vに達していなければ、アノードガス流路はまだ水素で充満されていないと判断する。   Therefore, if the cell voltage input to the anode gas full detection unit 26 is 0.9 V or more, it is determined that the anode gas flow path is filled with hydrogen, and if the cell voltage does not reach 0.9 V, It is determined that the anode gas flow path is not yet filled with hydrogen.
アノードガス充満検出部26とセル電圧計20は、アノードガス充満検出手段として機能する。   The anode gas full detection part 26 and the cell voltmeter 20 function as an anode gas full detection means.
電位維持部28は、アノードガス充満検出部26によってアノードガス流路がアノードガスで充満されたことが検出された後に、燃料電池スタック1のカソード電位を数秒間にわたって0.6V以下に維持するための制御を行なうものである。   The potential maintaining unit 28 is configured to maintain the cathode potential of the fuel cell stack 1 at 0.6 V or less for several seconds after the anode gas full detection unit 26 detects that the anode gas flow path is filled with the anode gas. The control is performed.
スイッチ30は、電位維持部28によってその開閉が制御され、燃料電池スタック1を二次電池又はキャパシター32に接続し、燃料電池スタック1に負荷を与え、燃料電池スタック1のカソード側に過電圧を生じさせるものである。ここで、過電圧とは、燃料電池スタック1に負荷をかけたときに電圧を下げる要因となる抵抗の総称を言う。   The switch 30 is controlled to open and close by the potential maintaining unit 28, connects the fuel cell stack 1 to the secondary battery or capacitor 32, applies a load to the fuel cell stack 1, and generates an overvoltage on the cathode side of the fuel cell stack 1. It is something to be made. Here, the overvoltage is a general term for resistances that cause the voltage to decrease when a load is applied to the fuel cell stack 1.
電位維持部28、スイッチ30、二次電池又はキャパシター32は、電位維持手段として機能し、二次電池又はキャパシター32は、燃料電池スタック1のカソード側の過電圧を数秒以上にわたって増加させる過電圧増加手段として機能する。   The potential maintaining unit 28, the switch 30, the secondary battery or the capacitor 32 function as potential maintaining means, and the secondary battery or the capacitor 32 serves as overvoltage increasing means for increasing the overvoltage on the cathode side of the fuel cell stack 1 over several seconds. Function.
次に、図7の動作フローチャートに基づいて、図6に示した燃料電池の起動装置の動作を説明する。この動作フローチャートの処理は、燃料電池の起動指令を図示しない制御装置が入力したときから開始される。   Next, the operation of the fuel cell starter shown in FIG. 6 will be described based on the operation flowchart of FIG. The process of this operation flowchart is started when a control device (not shown) inputs a start command for the fuel cell.
まず、燃料電池の起動指令が出されると、燃料電池スタック1にアノードガス(水素)とカソードガス(酸素)を供給する。具体的には、水素タンク34から燃料電池スタック1のアノードガス流路に水素流量調整器22を介して水素が供給される。同時に、コンプレッサ36から燃料電池スタック1のカソード流路に酸素流量調整器24を介して酸素が供給される(S1)。   First, when a fuel cell start command is issued, anode gas (hydrogen) and cathode gas (oxygen) are supplied to the fuel cell stack 1. Specifically, hydrogen is supplied from the hydrogen tank 34 to the anode gas flow path of the fuel cell stack 1 through the hydrogen flow rate regulator 22. At the same time, oxygen is supplied from the compressor 36 to the cathode flow path of the fuel cell stack 1 via the oxygen flow rate regulator 24 (S1).
次に、アノードガス充満検出部26は、燃料電池スタック1のアノードとカソードとの間の電圧であるセル電圧を検出する(S2)。   Next, the anode gas full detection unit 26 detects a cell voltage that is a voltage between the anode and the cathode of the fuel cell stack 1 (S2).
アノードガス充満検出部26は、アノードガス流路がアノードガスで充満されたか否かを判断するために、アノードガス充満検出部26に入力されるセル電圧が0.9V以上であるか否かを判断する(S3)。セル電圧が0.9Vに達していなければ(S3:NO)、そのままセル電圧を入力し続け、セル電圧が0.9V以上になったら(S3:YES)、電位維持部28に、アノードガス流路がアノードガスで充満された旨を知らせる信号を出力する。   The anode gas full detection unit 26 determines whether or not the cell voltage input to the anode gas full detection unit 26 is 0.9 V or more in order to determine whether or not the anode gas flow path is filled with the anode gas. Judgment is made (S3). If the cell voltage does not reach 0.9V (S3: NO), the cell voltage is continuously input as it is, and if the cell voltage becomes 0.9V or more (S3: YES), the anode gas flow is supplied to the potential maintaining unit 28. A signal is output to indicate that the path is filled with anode gas.
電位維持部28は、アノードガス充満検出部26からの信号を受けて、アノードガス流路がアノードガスで充満されたことを認識する。電位維持部28は、燃料電池スタック1に負荷を与え燃料電池スタック1のカソード電圧を0.6V以下に維持するために、スイッチ30を閉じて、燃料電池スタック1で発生する直流電力を二次電池又はキャパシター32に供給する。スイッチ30が閉じられている間、燃料電池スタック1のカソード側の過電圧が増加し、カソード電位が0.6V以下に保たれる(S4)。   The potential maintaining unit 28 receives a signal from the anode gas full detection unit 26 and recognizes that the anode gas flow path is filled with the anode gas. The potential maintaining unit 28 closes the switch 30 in order to apply a load to the fuel cell stack 1 and maintain the cathode voltage of the fuel cell stack 1 at 0.6 V or less, and the DC power generated in the fuel cell stack 1 is secondary. Supply to battery or capacitor 32. While the switch 30 is closed, the overvoltage on the cathode side of the fuel cell stack 1 increases and the cathode potential is kept at 0.6 V or less (S4).
電位維持部28は、スイッチ30の閉じられている時間が一定時間(数秒)を経過したか否かを判断する(S5)。スイッチ30の閉じられている時間が一定時間(数秒)を経過していなければ、そのままスイッチ30を閉じ続け(S5:NO)、スイッチ30の閉じられている時間が一定時間(数秒)を経過したら、スイッチ30を開放する(S5:YES)。スイッチ30の開放が終了したら、燃料電池の起動処理を終了する(S6)。   The potential maintaining unit 28 determines whether or not the time during which the switch 30 is closed has passed a certain time (several seconds) (S5). If the switch 30 is closed for a certain time (several seconds), the switch 30 is kept closed (S5: NO), and if the switch 30 is closed for a certain time (several seconds). The switch 30 is opened (S5: YES). When the opening of the switch 30 is finished, the fuel cell activation process is finished (S6).
なお、以上の実施形態では、燃料電池の起動時に溶出した白金イオンが触媒の表面付近から拡散によって遠く離れていく前に、白金イオンを再析出させることによって、白金溶出による触媒としての能力の劣化を抑えている。触媒の能力の指標として白金の表面積を表す有効電気化学表面積(ECA)があるが、以上の実施形態では、燃料電池の起動時に、一旦小さくなったECAの値を再び元に戻している。   In the above embodiment, before the platinum ions eluted at the time of starting the fuel cell are separated from the surface of the catalyst by diffusion, the platinum ions are reprecipitated, thereby degrading the ability as a catalyst due to platinum elution. Is suppressed. An effective electrochemical surface area (ECA) that represents the surface area of platinum is used as an indicator of the ability of the catalyst. In the above embodiment, the ECA value once reduced is restored to the original value when the fuel cell is started.
また、以上の実施形態では、カソード電位を0.6V以下にすることを目標としたが、白金イオンの再析出速度は、過電圧に指数関数的に依存するので、カソード電位は低ければ低いほど再析出の進行速度は速くなる。したがって、目標とするカソード電位は0.5V程度が最も好ましい。また、カソード電位を0.6V以下にすることを数秒としたのは、カソード触媒層の厚さと白金イオンのアイオノマー内の有効拡散係数を勘案し、カソード触媒層において、イオン化した白金がアイオノマー内を拡散していくのに要する時間よりも大きい時間としたためである。なお、触媒層の厚さ[m]をδとし、白金イオンのアイオノマー内有効拡散係数[m2/s]をDとすると、カソード触媒層において、イオン化した白金がアイオノマー内を拡散していくのに要する時間Tは、T=δ/Dで求めることができる。 In the above embodiment, the target is to reduce the cathode potential to 0.6 V or less. However, since the reprecipitation rate of platinum ions exponentially depends on the overvoltage, the lower the cathode potential, the more The rate of progress of precipitation increases. Therefore, the target cathode potential is most preferably about 0.5V. The reason why the cathode potential was set to 0.6 V or less was set to several seconds in consideration of the thickness of the cathode catalyst layer and the effective diffusion coefficient in the ionomer of platinum ions. This is because the time is longer than the time required for diffusion. In addition, if the thickness [m] of the catalyst layer is δ and the effective diffusion coefficient in platinum ionomer [m 2 / s] is D, the ionized platinum diffuses in the ionomer in the cathode catalyst layer. The time T required for can be obtained by T = δ / D.
第1実施形態によれば、カソード電位を0.6V以下に抑えているので、低電位で溶出した白金の再析出を促進し、結果的に、燃料電池の起動直後における白金の溶出を抑制できるため、燃料電池の耐久性が向上する。また、水素がアノード流路に行き渡った後に、再析出操作に入るようになっているので、再析出操作に入るタイミングを取るために、専用の部品を設けることなく、再析出操作に入ることができる。水素の欠乏状態のまま燃料電池スタック1から大電流が取り出されることがなく、アノード側のカーボンが酸化される恐れがなくなる。さらに、白金を再析出させるための時間は数秒程度と短い時間で良いので、燃料の損失が少なくて済む。白金イオンの再析出は電極の電位と白金溶出/析出平衡電位との差(過電圧)に自然対数的に依存するので、カソード電極の電位が低いほど再析出進行速度が速くなる。また、カソード側の過電圧を数秒以上にわたって増加させているので、大きな電流を流すことなく、低電位で溶出した白金の再析出を促進させることができ、燃料電池の起動直後における白金の溶出を抑制できるため、燃料電池の耐久性が向上する。
[第2実施形態]
図8は本発明の第2実施形態に係る燃料電池の起動装置の概略構成図である。また、図8に示した燃料電池の起動装置の動作は、基本的に図7の動作フローチャートと同一であるので、その動作は図7のフローチャートを用いて説明する。
According to the first embodiment, since the cathode potential is suppressed to 0.6 V or less, the reprecipitation of platinum eluted at a low potential is promoted, and as a result, the elution of platinum immediately after the start of the fuel cell can be suppressed. Therefore, the durability of the fuel cell is improved. In addition, since the hydrogen re-deposition operation is started after the hydrogen reaches the anode channel, it is possible to enter the re-deposition operation without providing a dedicated part in order to take the timing of re-deposition operation. it can. A large current is not taken out from the fuel cell stack 1 in a hydrogen deficient state, and there is no possibility that the carbon on the anode side is oxidized. Furthermore, since the time for reprecipitation of platinum may be as short as several seconds, the fuel loss can be reduced. Since the reprecipitation of platinum ions naturally depends on the difference between the electrode potential and the platinum elution / precipitation equilibrium potential (overvoltage), the lower the cathode electrode potential, the faster the reprecipitation progress rate. In addition, the overvoltage on the cathode side is increased over several seconds, so that the reprecipitation of platinum eluted at a low potential can be promoted without flowing a large current, and the elution of platinum immediately after the start of the fuel cell is suppressed. Therefore, the durability of the fuel cell is improved.
[Second Embodiment]
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a fuel cell starter according to a second embodiment of the present invention. Further, the operation of the fuel cell starter shown in FIG. 8 is basically the same as the operation flowchart of FIG. 7, and the operation will be described with reference to the flowchart of FIG.
図8に示す燃料電池の起動装置の概略構成図が図6に示した燃料電池の起動装置と異なるのは、スイッチ30と二次電池又はキャパシター32が存在しないことであり、燃料電池スタック1の負荷を電位維持部28によって車両負荷に振り向けるようにした点である。   The schematic configuration of the fuel cell starter shown in FIG. 8 is different from the fuel cell starter shown in FIG. 6 in that the switch 30 and the secondary battery or capacitor 32 are not present. The point is that the load is directed to the vehicle load by the potential maintaining unit 28.
図8において、燃料電池スタック1、セル電圧計20、水素流量調整器22、酸素流量調整器24、アノードガス充満検出部26、水素タンク34、コンプレッサ35、コンプレッサ36の作用は、図6に示した燃料電池の起動装置と全く同じであるので、これらの構成要素の説明は省略する。   In FIG. 8, the operations of the fuel cell stack 1, the cell voltmeter 20, the hydrogen flow rate regulator 22, the oxygen flow rate regulator 24, the anode gas full detection unit 26, the hydrogen tank 34, the compressor 35, and the compressor 36 are shown in FIG. Since this is exactly the same as the fuel cell starting device, description of these components is omitted.
図8に示してある電位維持部28は、アノードガス充満検出部26によってアノードガス流路がアノードガスで充満されたことが検出された後に、燃料電池スタック1のカソード電位を数秒間にわたって0.6V以下に維持するための制御を行なうものである。具体的には、車両負荷を制御する制御装置に、車両の負荷をピークパワーまで上昇させるべき旨の信号を出力し、カソード電位を0.6V以下にする。   The potential maintaining unit 28 shown in FIG. 8 sets the cathode potential of the fuel cell stack 1 to 0. 0 for several seconds after the anode gas full detection unit 26 detects that the anode gas flow path is filled with the anode gas. Control for maintaining the voltage below 6 V is performed. Specifically, a signal indicating that the vehicle load should be increased to the peak power is output to the control device that controls the vehicle load, and the cathode potential is set to 0.6 V or less.
燃料電池の普通の運転条件で、ピークパワー時の電流を供給するようにすれば、カソード電位を0.6Vまで下げることができる。なお、ピークパワー時の電流よりも大きな電流を供給するようにすれば、カソード電位は0.5Vというさらに低い電位まで下げることができる。   If the current at peak power is supplied under the normal operating conditions of the fuel cell, the cathode potential can be lowered to 0.6V. If a current larger than the current at the peak power is supplied, the cathode potential can be lowered to a lower potential of 0.5V.
本実施形態では、電位維持部28は過電圧増加手段として機能する。   In the present embodiment, the potential maintaining unit 28 functions as overvoltage increasing means.
次に、図7の動作フローチャートに基づいて、図8に示した燃料電池の起動装置の動作を説明する。この動作フローチャートの処理は、燃料電池の起動指令を図示しない制御装置が入力したときから開始される。   Next, the operation of the fuel cell starter shown in FIG. 8 will be described based on the operation flowchart of FIG. The process of this operation flowchart is started when a control device (not shown) inputs a start command for the fuel cell.
まず、燃料電池の起動指令が出されると、燃料電池スタック1にアノードガス(水素)とカソードガス(酸素)を供給する。具体的には、水素タンク34から燃料電池スタック1のアノードガス流路に水素流量調整器22を介して水素が供給される。同時に、コンプレッサ36から燃料電池スタック1のカソード流路に酸素流量調整器24を介して酸素が供給される(S1)。   First, when a fuel cell start command is issued, anode gas (hydrogen) and cathode gas (oxygen) are supplied to the fuel cell stack 1. Specifically, hydrogen is supplied from the hydrogen tank 34 to the anode gas flow path of the fuel cell stack 1 through the hydrogen flow rate regulator 22. At the same time, oxygen is supplied from the compressor 36 to the cathode flow path of the fuel cell stack 1 via the oxygen flow rate regulator 24 (S1).
次に、アノードガス充満検出部26は、燃料電池スタック1のアノードとカソードとの間の電圧であるセル電圧を検出する(S2)。   Next, the anode gas full detection unit 26 detects a cell voltage that is a voltage between the anode and the cathode of the fuel cell stack 1 (S2).
アノードガス充満検出部26は、アノードガス流路がアノードガスで充満されたか否かを判断するために、アノードガス充満検出部26に入力されるセル電圧が0.9V以上であるか否かを判断する(S3)。セル電圧が0.9Vに達していなければ(S3:NO)、そのままセル電圧を入力し続け、セル電圧が0.9V以上になったら(S3:YES)、電位維持部28に、アノードガス流路がアノードガスで充満された旨を知らせる信号を出力する。   The anode gas full detection unit 26 determines whether or not the cell voltage input to the anode gas full detection unit 26 is 0.9 V or more in order to determine whether or not the anode gas flow path is filled with the anode gas. Judgment is made (S3). If the cell voltage does not reach 0.9V (S3: NO), the cell voltage is continuously input as it is, and if the cell voltage becomes 0.9V or more (S3: YES), the anode gas flow is supplied to the potential maintaining unit 28. A signal is output to indicate that the path is filled with anode gas.
電位維持部28は、アノードガス充満検出部26からの信号を受けて、アノードガス流路がアノードガスで充満されたことを認識する。電位維持部28は、燃料電池スタック1に負荷を与え燃料電池スタック1のカソード電圧を0.6V以下に維持するために、車両負荷を制御する図示されていない制御装置に、車両の負荷をピークパワーまで上昇させるべき旨の信号を出力し、燃料電池スタック1からはピークパワーで運転するときの電流が取り出される。燃料電池スタック1の電流−電位特性は、燃料電池スタック1から大電流を取り出すと、カソード電圧が低下するという特性を持っている。ピークパワーで運転するときの電流は車両の補器類を作動させることによって吸収したり、車両の加速度を大きくすることによって吸収したりする(S4)。   The potential maintaining unit 28 receives a signal from the anode gas full detection unit 26 and recognizes that the anode gas flow path is filled with the anode gas. The potential maintaining unit 28 peaks the vehicle load to a control device (not shown) that controls the vehicle load in order to apply a load to the fuel cell stack 1 and maintain the cathode voltage of the fuel cell stack 1 at 0.6 V or less. A signal indicating that the power should be increased is output, and the current when operating at peak power is taken out from the fuel cell stack 1. The current-potential characteristic of the fuel cell stack 1 has a characteristic that when a large current is taken out from the fuel cell stack 1, the cathode voltage decreases. The current at the time of driving at the peak power is absorbed by operating the auxiliary devices of the vehicle, or absorbed by increasing the acceleration of the vehicle (S4).
電位維持部28は、スイッチ30の閉じられている時間が一定時間(数秒)を経過したか否かを判断する(S5)。スイッチ30の閉じられている時間が一定時間(数秒)を経過していなければ、そのままスイッチ30を閉じ続け(S5:NO)、スイッチ30の閉じられている時間が一定時間(数秒)を経過したら、スイッチ30を開放する(S5:YES)。スイッチ30の開放が終了したら、燃料電池の起動処理を終了する(S6)。   The potential maintaining unit 28 determines whether or not the time during which the switch 30 is closed has passed a certain time (several seconds) (S5). If the switch 30 is closed for a certain time (several seconds), the switch 30 is kept closed (S5: NO), and if the switch 30 is closed for a certain time (several seconds). The switch 30 is opened (S5: YES). When the opening of the switch 30 is finished, the fuel cell activation process is finished (S6).
以上の実施形態では、実施形態1と同様に、燃料電池の起動時に溶出した白金イオンが触媒の表面付近から拡散によって遠く離れていく前に、白金イオンを再析出させることによって、白金溶出による触媒としての能力の劣化を抑えている。   In the above embodiment, as in the first embodiment, the platinum ion eluted at the start of the fuel cell is re-deposited before diffusion away from the vicinity of the surface of the catalyst by diffusion. As a result, the deterioration of ability is suppressed.
第2実施形態によれば、燃料電池スタック1にピークパワーを超える大電流を流すことができるので、カソード電位を下げることができ、低い電位で溶出した白金の再析出が促進され、燃料電池の白金溶出耐性が向上して、燃料電池の耐久性が向上する。
[第3実施形態]
図9は本発明の第3実施形態に係る燃料電池の起動装置の概略構成図である。また、図9に示した燃料電池の起動装置の動作は、基本的に図7の動作フローチャートと同一であるので、その動作は図7のフローチャートを用いて説明する。
According to the second embodiment, since a large current exceeding the peak power can flow through the fuel cell stack 1, the cathode potential can be lowered, the reprecipitation of platinum eluted at a low potential is promoted, and the fuel cell The platinum elution resistance is improved, and the durability of the fuel cell is improved.
[Third Embodiment]
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a fuel cell starter according to a third embodiment of the present invention. 9 is basically the same as the operation flowchart of FIG. 7, and the operation will be described with reference to the flowchart of FIG.
図9に示す燃料電池の起動装置の概略構成図が図6に示した燃料電池の起動装置と異なるのは、スイッチ30に二次電池又はキャパシター32を接続したことに替えて、スイッチ40に抵抗器42を接続した点にあり、燃料電池スタック1の負荷を抵抗器42で消費させるようにした点である。   The schematic configuration diagram of the fuel cell starter shown in FIG. 9 is different from the fuel cell starter shown in FIG. 6 in that, instead of connecting a secondary battery or a capacitor 32 to the switch 30, a resistor is connected to the switch 40. It is that the load of the fuel cell stack 1 is consumed by the resistor 42.
図9において、燃料電池スタック1、セル電圧計20、水素流量調整器22、酸素流量調整器24、アノードガス充満検出部26、水素タンク34、コンプレッサ35、コンプレッサ36の作用は、図6に示した燃料電池の起動装置と全く同じであるので、これらの構成要素の説明は省略する。   9, the operation of the fuel cell stack 1, the cell voltmeter 20, the hydrogen flow rate regulator 22, the oxygen flow rate regulator 24, the anode gas full detection unit 26, the hydrogen tank 34, the compressor 35, and the compressor 36 is shown in FIG. Since this is exactly the same as the fuel cell starting device, description of these components is omitted.
図9に示してある燃料電池の起動装置は、スイッチ40と抵抗器42を設けてある。   The fuel cell starter shown in FIG. 9 is provided with a switch 40 and a resistor 42.
スイッチ40は、電位維持部28によってその開閉が制御され、燃料電池スタック1を短絡電流制限用の抵抗器42に接続し、燃料電池スタック1に負荷を与え、燃料電池スタック1のカソード側に過電圧を生じさせるものである。   The switch 40 is controlled to be opened and closed by the potential maintaining unit 28, connects the fuel cell stack 1 to the resistor 42 for limiting the short-circuit current, applies a load to the fuel cell stack 1, and overvoltages the cathode side of the fuel cell stack 1. It will cause.
抵抗器42は、燃料電池スタック1の+側と−側とを短絡させたときに、過大な電流が流れて燃料電池スタック1が破壊されるのを防止するための、抵抗値の低い抵抗器である。抵抗器の値をどの程度にするかは、燃料電池スタック1に流す短絡電流の大きさによって決めておく。なお、本実施形態では、抵抗器として固定抵抗器を例示したが、可変抵抗器にしてその抵抗値をカソード電圧を検出しながら変えるようにしても良い。   The resistor 42 is a resistor having a low resistance value for preventing an excessive current from flowing and destroying the fuel cell stack 1 when the positive side and the negative side of the fuel cell stack 1 are short-circuited. It is. The level of the resistor is determined by the magnitude of the short-circuit current that flows through the fuel cell stack 1. In the present embodiment, a fixed resistor is exemplified as the resistor, but a variable resistor may be used to change the resistance value while detecting the cathode voltage.
本実施形態では、電位維持部28、スイッチ40、抵抗器42は、電位維持手段として機能し、抵抗器42は、燃料電池スタック1のカソード側の過電圧を数秒以上にわたって増加させる過電圧増加手段及び短絡手段として機能する。   In this embodiment, the potential maintaining unit 28, the switch 40, and the resistor 42 function as a potential maintaining unit, and the resistor 42 is an overvoltage increasing unit and a short circuit that increase the overvoltage on the cathode side of the fuel cell stack 1 over several seconds. Functions as a means.
次に、図7の動作フローチャートに基づいて、図9に示した燃料電池の起動装置の動作を説明する。この動作フローチャートの処理は、燃料電池の起動指令を図示しない制御装置が入力したときから開始される。   Next, the operation of the fuel cell starter shown in FIG. 9 will be described based on the operation flowchart of FIG. The process of this operation flowchart is started when a control device (not shown) inputs a start command for the fuel cell.
まず、燃料電池の起動指令が出されると、燃料電池スタック1にアノードガス(水素)とカソードガス(酸素)を供給する。具体的には、水素タンク34から燃料電池スタック1のアノードガス流路に水素流量調整器22を介して水素が供給される。同時に、コンプレッサ36から燃料電池スタック1のカソード流路に酸素流量調整器24を介して酸素が供給される(S1)。   First, when a fuel cell start command is issued, anode gas (hydrogen) and cathode gas (oxygen) are supplied to the fuel cell stack 1. Specifically, hydrogen is supplied from the hydrogen tank 34 to the anode gas flow path of the fuel cell stack 1 through the hydrogen flow rate regulator 22. At the same time, oxygen is supplied from the compressor 36 to the cathode flow path of the fuel cell stack 1 via the oxygen flow rate regulator 24 (S1).
次に、アノードガス充満検出部26は、燃料電池スタック1のアノードとカソードとの間の電圧であるセル電圧を検出する(S2)。   Next, the anode gas full detection unit 26 detects a cell voltage that is a voltage between the anode and the cathode of the fuel cell stack 1 (S2).
アノードガス充満検出部26は、アノードガス流路がアノードガスで充満されたか否かを判断するために、アノードガス充満検出部26に入力されるセル電圧が0.9V以上であるか否かを判断する(S3)。セル電圧が0.9Vに達していなければ(S3:NO)、そのままセル電圧を入力し続け、セル電圧が0.9V以上になったら(S3:YES)、電位維持部28に、アノードガス流路がアノードガスで充満された旨を知らせる信号を出力する。   The anode gas full detection unit 26 determines whether or not the cell voltage input to the anode gas full detection unit 26 is 0.9 V or more in order to determine whether or not the anode gas flow path is filled with the anode gas. Judgment is made (S3). If the cell voltage does not reach 0.9V (S3: NO), the cell voltage is continuously input as it is, and if the cell voltage becomes 0.9V or more (S3: YES), the anode gas flow is supplied to the potential maintaining unit 28. A signal is output to indicate that the path is filled with anode gas.
電位維持部28は、アノードガス充満検出部26からの信号を受けて、アノードガス流路がアノードガスで充満されたことを認識する。電位維持部28は、燃料電池スタック1に負荷を与え燃料電池スタック1のカソード電圧を0.6V以下に維持するために、スイッチ40を閉じて、燃料電池スタック1で発生する直流電力を抵抗器42に供給する。すなわち、燃料電池スタック1の+極と−極とを短絡電流を制限する抵抗器42を介して短絡させる。スイッチ40が閉じられている間、燃料電池スタック1のカソード側の過電圧が増加し、カソード電位が0.6V以下に保たれる(S4)。   The potential maintaining unit 28 receives a signal from the anode gas full detection unit 26 and recognizes that the anode gas flow path is filled with the anode gas. The potential maintaining unit 28 closes the switch 40 to apply a load to the fuel cell stack 1 and maintain the cathode voltage of the fuel cell stack 1 at 0.6 V or less, and the DC power generated in the fuel cell stack 1 is a resistor. 42. That is, the positive electrode and the negative electrode of the fuel cell stack 1 are short-circuited via the resistor 42 that limits the short-circuit current. While the switch 40 is closed, the overvoltage on the cathode side of the fuel cell stack 1 increases, and the cathode potential is maintained at 0.6 V or less (S4).
電位維持部28は、スイッチ40の閉じられている時間が一定時間(数秒)を経過したか否かを判断する(S5)。スイッチ40の閉じられている時間が一定時間(数秒)を経過していなければ、そのままスイッチ40を閉じ続け(S5:NO)、スイッチ40の閉じられている時間が一定時間(数秒)を経過したら、スイッチ40を開放する(S5:YES)。スイッチ40の開放が終了したら、燃料電池の起動処理を終了する(S6)。   The potential maintaining unit 28 determines whether or not the time during which the switch 40 is closed has passed a certain time (several seconds) (S5). If the switch 40 is closed for a certain time (several seconds), the switch 40 is kept closed (S5: NO), and if the switch 40 is closed for a certain time (several seconds). The switch 40 is opened (S5: YES). When the opening of the switch 40 is finished, the start-up process of the fuel cell is finished (S6).
以上の実施形態では、実施形態1と同様に、燃料電池の起動時に溶出した白金イオンが触媒の表面付近から拡散によって遠く離れていく前に、白金イオンを再析出させることによって、白金溶出による触媒としての能力の劣化を抑えている。   In the above embodiment, as in the first embodiment, the platinum ion eluted at the start of the fuel cell is re-deposited before diffusion away from the vicinity of the surface of the catalyst by diffusion. As a result, the deterioration of ability is suppressed.
第3実施形態によれば、低い抵抗値の抵抗を介して燃料電池スタック1の+側と−側を短絡するので、より大きな電流が燃料電池スタック1を流れることになり、溶出した白金の再析出が促進され、燃料電池の白金溶出耐性が向上して、燃料電池の耐久性が向上する。また、短絡している時間は数秒程度と短いので、燃料の損失が少なくて済む。
[第4実施形態]
図10は本発明の第4実施形態に係る燃料電池の起動装置の概略構成図である。また、図10に示した燃料電池の起動装置の動作は、基本的に図7の動作フローチャートと同一であるので、その動作は図7のフローチャートを用いて説明する。
According to the third embodiment, since the + side and the − side of the fuel cell stack 1 are short-circuited via a resistor having a low resistance value, a larger current flows through the fuel cell stack 1, and the eluted platinum is recycled. Precipitation is promoted, the platinum elution resistance of the fuel cell is improved, and the durability of the fuel cell is improved. In addition, since the short-circuiting time is as short as several seconds, fuel loss can be reduced.
[Fourth Embodiment]
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a fuel cell starter according to a fourth embodiment of the present invention. The operation of the fuel cell starter shown in FIG. 10 is basically the same as the operation flowchart of FIG. 7, and therefore the operation will be described with reference to the flowchart of FIG.
図10に示す燃料電池の起動装置の概略構成図が図8(実施形態2)に示した燃料電池の起動装置と異なるのは、電位維持部28によって酸素流量調整器24の開度を調整している点であり、酸素流量調整器24の開度を絞り、燃料電池スタック1に大きな電流を発生させることなく、低いカソード電位が得られるようにしている点である。   The schematic configuration diagram of the fuel cell starter shown in FIG. 10 is different from the fuel cell starter shown in FIG. 8 (Embodiment 2) in that the opening degree of the oxygen flow rate regulator 24 is adjusted by the potential maintaining unit 28. In other words, the opening degree of the oxygen flow rate regulator 24 is narrowed so that a low cathode potential can be obtained without generating a large current in the fuel cell stack 1.
図10において、燃料電池スタック1、セル電圧計20、水素流量調整器22、酸素流量調整器24、アノードガス充満検出部26、水素タンク34、コンプレッサ35、コンプレッサ36の作用は、図6に示した燃料電池の起動装置と全く同じであるので、これらの構成要素の説明は省略する。   10, the operation of the fuel cell stack 1, the cell voltmeter 20, the hydrogen flow rate regulator 22, the oxygen flow rate regulator 24, the anode gas full detection unit 26, the hydrogen tank 34, the compressor 35, and the compressor 36 is shown in FIG. Since this is exactly the same as the fuel cell starting device, description of these components is omitted.
本実施形態では、電位維持部28は、過電圧増加手段及びカソードガス供給量調整手段として機能する。   In the present embodiment, the potential maintaining unit 28 functions as an overvoltage increasing unit and a cathode gas supply amount adjusting unit.
まず、燃料電池の起動指令が出されると、燃料電池スタック1にアノードガス(水素)とカソードガス(酸素)を供給する。具体的には、水素タンク34から燃料電池スタック1のアノードガス流路に水素流量調整器22を介して水素が供給される。同時に、コンプレッサ36から燃料電池スタック1のカソード流路に酸素流量調整器24を介して酸素が供給される(S1)。   First, when a fuel cell start command is issued, anode gas (hydrogen) and cathode gas (oxygen) are supplied to the fuel cell stack 1. Specifically, hydrogen is supplied from the hydrogen tank 34 to the anode gas flow path of the fuel cell stack 1 through the hydrogen flow rate regulator 22. At the same time, oxygen is supplied from the compressor 36 to the cathode flow path of the fuel cell stack 1 via the oxygen flow rate regulator 24 (S1).
次に、アノードガス充満検出部26は、燃料電池スタック1のアノードとカソードとの間の電圧であるセル電圧を検出する(S2)。   Next, the anode gas full detection unit 26 detects a cell voltage that is a voltage between the anode and the cathode of the fuel cell stack 1 (S2).
アノードガス充満検出部26は、アノードガス流路がアノードガスで充満されたか否かを判断するために、アノードガス充満検出部26に入力されるセル電圧が0.9V以上であるか否かを判断する(S3)。セル電圧が0.9Vに達していなければ(S3:NO)、そのままセル電圧を入力し続け、セル電圧が0.9V以上になったら(S3:YES)、電位維持部28に、アノードガス流路がアノードガスで充満された旨を知らせる信号を出力する。   The anode gas full detection unit 26 determines whether or not the cell voltage input to the anode gas full detection unit 26 is 0.9 V or more in order to determine whether or not the anode gas flow path is filled with the anode gas. Judgment is made (S3). If the cell voltage does not reach 0.9V (S3: NO), the cell voltage is continuously input as it is, and if the cell voltage becomes 0.9V or more (S3: YES), the anode gas flow is supplied to the potential maintaining unit 28. A signal is output to indicate that the path is filled with anode gas.
電位維持部28は、アノードガス充満検出部26からの信号を受けて、アノードガス流路がアノードガスで充満されたことを認識する。電位維持部28は、燃料電池スタック1に負荷を与え燃料電池スタック1のカソード電圧を0.6V以下に維持するために、酸素流量調整器24の開度を絞って、燃料電池スタック1に供給される酸素の量を、カソードガス流路に供給するカソードガスの量を通常運転時に供給する量よりも少なくする。具体的には、カソード側に供給される空気供給量SR(stoichiometric ratio)を1.2程度にし、カソード電極に流れる電流密度を1A/cmとすることによって、カソード側の拡散過電圧を大きくし、結果的にカソード電圧を低くする(S4)。 The potential maintaining unit 28 receives a signal from the anode gas full detection unit 26 and recognizes that the anode gas flow path is filled with the anode gas. The potential maintaining unit 28 applies a load to the fuel cell stack 1 and supplies the fuel cell stack 1 by reducing the opening of the oxygen flow rate regulator 24 in order to maintain the cathode voltage of the fuel cell stack 1 at 0.6 V or less. The amount of oxygen to be produced is made smaller than the amount of cathode gas supplied to the cathode gas flow path during normal operation. Specifically, the diffusion overvoltage on the cathode side is increased by setting the air supply amount SR (stoichiometric ratio) supplied to the cathode side to about 1.2 and the current density flowing through the cathode electrode to 1 A / cm 2. As a result, the cathode voltage is lowered (S4).
電位維持部28は、酸素流量調整器24の開度を絞っている時間が一定時間(数秒)を経過したか否かを判断する(S5)。酸素流量調整器24の開度を絞っている時間が一定時間(数秒)を経過していなければ、そのまま酸素の量を少なく保ち、(S5:NO)、酸素流量調整器24の開度を絞っている時間が一定時間(数秒)を経過したら、酸素流量調整器24の開度を通常の開度に戻し、通常運転時の空気供給量SRにする(S5:YES)。酸素流量調整器24の開度を通常の開度に戻したら、燃料電池の起動処理を終了する(S6)。   The potential maintaining unit 28 determines whether or not the time during which the opening degree of the oxygen flow rate regulator 24 is reduced has passed a certain time (several seconds) (S5). If the time for which the opening degree of the oxygen flow rate regulator 24 is reduced does not elapse for a certain time (several seconds), the oxygen amount is kept small (S5: NO), and the opening degree of the oxygen flow rate regulator 24 is reduced. When a certain time (several seconds) has elapsed, the opening of the oxygen flow rate regulator 24 is returned to the normal opening, and the air supply amount SR during normal operation is set (S5: YES). When the opening degree of the oxygen flow rate regulator 24 is returned to the normal opening degree, the starting process of the fuel cell is finished (S6).
第4実施形態によれば、燃料電池スタック1に供給される酸素の量を、カソードガス流路に供給するカソードガスの量を通常運転時に供給する量よりも少なくしたので、低いカソード電位を得ることができ、溶出した白金の再析出が促進され、燃料電池の白金溶出耐性が向上して、燃料電池の耐久性が向上する。また、短絡している時間は数秒程度と短いので、燃料の損失が少なくて済む。   According to the fourth embodiment, the amount of oxygen supplied to the fuel cell stack 1 is made smaller than the amount of cathode gas supplied to the cathode gas flow path during normal operation, so a low cathode potential is obtained. Thus, the reprecipitation of the eluted platinum is promoted, the platinum elution resistance of the fuel cell is improved, and the durability of the fuel cell is improved. In addition, since the short-circuiting time is as short as several seconds, fuel loss can be reduced.
図11は、実施形態1〜4のいずれかの燃料電池の起動装置を搭載した車両である。   FIG. 11 shows a vehicle equipped with the fuel cell activation device according to any one of the first to fourth embodiments.
通常、燃料電池は車両100の床下に装着される。したがって、燃料電池の起動装置50も燃料電池と同じ床下に取り付けられる。   Usually, the fuel cell is mounted under the floor of the vehicle 100. Therefore, the starter 50 for the fuel cell is also attached under the same floor as the fuel cell.
このように、実施形態1〜4のいずれかの燃料電池の起動装置を搭載した車両によれば、耐久性の有る燃料電池を備えていることから、車両の信頼性を向上させることができる。   Thus, according to the vehicle equipped with the fuel cell starter according to any one of the first to fourth embodiments, since the durable fuel cell is provided, the reliability of the vehicle can be improved.
本発明は、電極触媒として白金が用いられている燃料電池に応用することができる。   The present invention can be applied to a fuel cell in which platinum is used as an electrode catalyst.
燃料電池スタックの全体構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the whole structure of a fuel cell stack. 燃料電池スタックのセル構造を示す要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view which shows the cell structure of a fuel cell stack. 起動前における燃料電池スタックのアノードガス流路とカソードガス流路のガスの充満状態を示した図である。It is the figure which showed the filling state of the gas of the anode gas flow path and cathode gas flow path of a fuel cell stack before starting. 起動時における燃料電池スタックのアノードガス流路とカソードガス流路のガスの充満状態を示した図である。It is the figure which showed the filling state of the gas of the anode gas flow path and cathode gas flow path of a fuel cell stack at the time of starting. 起動前後の燃料電池スタックのセル電圧の変動状態を示すグラフである。It is a graph which shows the fluctuation state of the cell voltage of the fuel cell stack before and behind starting. 本発明の第1実施形態に係る燃料電池の起動装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the starting device of the fuel cell which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図6に示した燃料電池の起動装置の動作フローチャートである。FIG. 7 is an operation flowchart of the fuel cell starter shown in FIG. 6. FIG. 本発明の第2実施形態に係る燃料電池の起動装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the starting apparatus of the fuel cell which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る燃料電池の起動装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the starting apparatus of the fuel cell which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係る燃料電池の起動装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the starting device of the fuel cell which concerns on 4th Embodiment of this invention. 実施形態1〜4のいずれかの燃料電池の起動装置を搭載した車両である。It is the vehicle carrying the starting device of the fuel cell in any one of Embodiments 1-4.
符号の説明Explanation of symbols
1 燃料電池スタック、
2 セル、
3 積層体、
4 集電板、
5 絶縁板、
6 エンドプレート、
7 タイロッド、
8 アノードガス供給口、
9 アノードガス排出口、
10 カソードガス供給口、
11 カソードガス排出口、
12 媒体供給口、
13 媒体排出口、
15A アノードセパレータ、
15B カソードセパレータ、
15 セパレータ、
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 水素流量調整器、
24 酸素流量調整器、
26 アノードガス充満検出部、
28 電位維持部、
30 スイッチ、
32 キャパシター、
34 水素タンク、
35 コンプレッサ、
36 コンプレッサ、
40 スイッチ、
42 抵抗器、
50 起動装置、
100 車両、
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 supply port,
9 Anode gas outlet,
10 Cathode gas supply port,
11 Cathode gas outlet,
12 Medium supply port,
13 Medium outlet,
15A anode separator,
15B cathode separator,
15 separator,
18 anode gas flow path,
19 Cathode gas flow path,
20 cell voltmeter,
22 Hydrogen flow regulator,
24 oxygen flow regulator,
26 Anode gas full detection part,
28 potential maintaining unit,
30 switches,
32 capacitors,
34 Hydrogen tank,
35 compressor,
36 Compressor,
40 switches,
42 resistors,
50 activation devices,
100 vehicles,
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 (11)

  1. 電極触媒として白金が用いられている燃料電池の起動方法であって、
    前記燃料電池のアノードガス流路にアノードガスを供給する段階と、
    前記アノードガス流路がアノードガスで充満された後前記燃料電池のカソード電位を一定時間以上0.6V以下に維持する段階と、
    を含むことを特徴とする燃料電池の起動方法。
    A method for starting a fuel cell in which platinum is used as an electrode catalyst,
    Supplying an anode gas to the anode gas flow path of the fuel cell;
    Maintaining the cathode potential of the fuel cell at a predetermined time or more and 0.6 V or less after the anode gas flow path is filled with the anode gas;
    A method for starting a fuel cell, comprising:
  2. 前記アノードガス流路がアノードガスで充満されたか否かの判断は、前記燃料電池のアノードとカソードとの間のセル電圧が0.9V以上になっているか否かによって行なうことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の起動方法。   The determination as to whether or not the anode gas flow path is filled with anode gas is made based on whether or not a cell voltage between an anode and a cathode of the fuel cell is 0.9 V or higher. Item 2. A fuel cell startup method according to Item 1.
  3. 前記カソード電位を一定時間以上0.6V以下に維持する段階は、
    前記燃料電池のカソード側の過電圧を数秒以上にわたって増加させる段階を含むことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の起動方法。
    Maintaining the cathode potential at a predetermined time or more and 0.6 V or less,
    2. The method of starting a fuel cell according to claim 1, further comprising a step of increasing an overvoltage on the cathode side of the fuel cell over several seconds.
  4. 前記燃料電池のカソード側の過電圧を増加させる段階は、
    前記燃料電池から供給する電流をピークパワー供給時の電流よりも数秒以上にわたって増加させる段階を含むことを特徴とする請求項3に記載の燃料電池の起動方法。
    Increasing the overvoltage on the cathode side of the fuel cell,
    4. The method for starting a fuel cell according to claim 3, further comprising a step of increasing a current supplied from the fuel cell over a few seconds or more than a current at the time of peak power supply.
  5. 前記燃料電池から供給する電流を増加させる段階は、
    前記燃料電池の+極と−極とを短絡電流を制限する抵抗器を介して数秒以上にわたって短絡させる段階を含むことを特徴とする請求項3に記載の燃料電池の起動方法。
    Increasing the current supplied from the fuel cell comprises:
    The method of starting a fuel cell according to claim 3, further comprising a step of short-circuiting the positive electrode and the negative electrode of the fuel cell through a resistor for limiting a short-circuit current for several seconds or more.
  6. 前記燃料電池から供給する電流を増加させる段階は、
    前記燃料電池のカソードガス流路に供給するカソードガスの量を通常運転時に供給する量よりも数秒以上にわたって少なくする段階を含むことを特徴とする請求項3に記載の燃料電池の起動方法。
    Increasing the current supplied from the fuel cell comprises:
    4. The method for starting a fuel cell according to claim 3, further comprising the step of reducing the amount of cathode gas supplied to the cathode gas flow path of the fuel cell over a few seconds from the amount supplied during normal operation.
  7. 電極触媒として白金が用いられている燃料電池の起動装置であって、
    前記燃料電池のアノードガス流路にアノードガスを供給するアノードガス供給手段と、
    前記アノードガス流路がアノードガスで充満されたことを検出するアノードガス充満検出手段と、
    前記アノードガス流路がアノードガスで充満された後に前記燃料電池のカソード電位を一定時間以上0.6V以下に維持する電位維持手段と、
    を有することを特徴とする燃料電池の起動装置。
    A starter for a fuel cell in which platinum is used as an electrode catalyst,
    Anode gas supply means for supplying anode gas to the anode gas flow path of the fuel cell;
    Anode gas filling detection means for detecting that the anode gas flow path is filled with anode gas;
    A potential maintaining means for maintaining the cathode potential of the fuel cell at a predetermined time or more and 0.6 V or less after the anode gas flow path is filled with the anode gas;
    A starter for a fuel cell, comprising:
  8. 前記アノードガス充満検出手段は、
    前記燃料電池のアノードとカソードとの間のセル電圧を検出するセル電圧検出手段によって前記セル電圧が0.9V以上になっているか否かによって前記アノードガス流路がアノードガスで充満されたことを検出することを特徴とする請求項7に記載の燃料電池の起動装置
    The anode gas full detection means
    The anode gas flow path is filled with the anode gas depending on whether or not the cell voltage is 0.9 V or higher by the cell voltage detecting means for detecting the cell voltage between the anode and the cathode of the fuel cell. 8. The fuel cell starting device according to claim 7, wherein the starting device is detected.
  9. 前記電位維持手段は、
    前記燃料電池のカソード側の過電圧を数秒以上にわたって増加させる過電圧増加手段を有することを特徴とする請求項7に記載の燃料電池の起動装置。
    The potential maintaining means includes
    8. The fuel cell starting device according to claim 7, further comprising overvoltage increasing means for increasing the overvoltage on the cathode side of the fuel cell over several seconds or more.
  10. 前記過電圧増加手段は、
    前記燃料電池から供給する電流をピークパワー供給時の電流よりも数秒以上にわたって増加させるための二次電池またはキャパシター、前記燃料電池の+極と−極とを短絡電流を制限する抵抗器を介して数秒以上にわたって短絡させるための短絡手段、または、前記燃料電池のカソードガス流路に供給するカソードガスの量を通常運転時に供給する量よりも数秒以上にわたって少なくするカソードガス供給量調整手段の少なくともいずれか1つであることを特徴とする請求項9に記載の燃料電池の起動装置。
    The overvoltage increasing means is
    A secondary battery or capacitor for increasing the current supplied from the fuel cell over several seconds more than the current at the time of peak power supply, via a resistor that limits the short-circuit current between the + and-poles of the fuel cell At least either a short-circuit means for short-circuiting for several seconds or more, or a cathode gas supply amount adjusting means for reducing the amount of cathode gas supplied to the cathode gas flow path of the fuel cell for several seconds or more than the amount supplied during normal operation The starter for a fuel cell according to claim 9, wherein the number is one.
  11. 請求項7〜請求項10のいずれかに記載の燃料電池の起動装置を搭載した車両。   A vehicle equipped with the fuel cell starting device according to any one of claims 7 to 10.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2357700A1 (en) 2010-01-14 2011-08-17 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell device
JP2012004101A (en) * 2010-05-18 2012-01-05 Honda Motor Co Ltd Method of starting polymer electrolyte fuel cell
JP2012089307A (en) * 2010-10-18 2012-05-10 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system and starting method thereof
WO2012101853A1 (en) * 2011-01-27 2012-08-02 ヤマハ発動機株式会社 Fuel cell system and transport apparatus comprising same
JP2013243009A (en) * 2012-05-18 2013-12-05 Toyota Motor Corp Fuel battery system
JP2014032947A (en) * 2012-08-01 2014-02-20 Hyundai Motor Company Co Ltd Method for recovering performance of fuel cell
JP2015057774A (en) * 2013-09-16 2015-03-26 ハミルトン・サンドストランド・コーポレイションHamilton Sundstrand Corporation System, method of actuating fuel cell in enclosed vehicle, and method of operating fuel cell
US9509004B2 (en) 2013-03-21 2016-11-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and control method of fuel cell system
US9825318B2 (en) 2011-01-26 2017-11-21 Honda Motor Co., Ltd. Method for operating fuel cell system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003536232A (en) * 2000-06-22 2003-12-02 ユーティーシー フューエル セルズ,エルエルシー Method and apparatus for regenerating PEM fuel cell performance
JP2005085662A (en) * 2003-09-10 2005-03-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell system and its operation method
JP2005196984A (en) * 2003-12-26 2005-07-21 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2006128016A (en) * 2004-10-29 2006-05-18 Aisin Seiki Co Ltd Fuel cell system
JP2006156040A (en) * 2004-11-26 2006-06-15 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
WO2007010834A1 (en) * 2005-07-21 2007-01-25 Nec Corporation Fuel cell and method for operating fuel cell

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003536232A (en) * 2000-06-22 2003-12-02 ユーティーシー フューエル セルズ,エルエルシー Method and apparatus for regenerating PEM fuel cell performance
JP2005085662A (en) * 2003-09-10 2005-03-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell system and its operation method
JP2005196984A (en) * 2003-12-26 2005-07-21 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2006128016A (en) * 2004-10-29 2006-05-18 Aisin Seiki Co Ltd Fuel cell system
JP2006156040A (en) * 2004-11-26 2006-06-15 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
WO2007010834A1 (en) * 2005-07-21 2007-01-25 Nec Corporation Fuel cell and method for operating fuel cell

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2357700A1 (en) 2010-01-14 2011-08-17 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell device
US9166239B2 (en) 2010-01-14 2015-10-20 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell device
JP2012004101A (en) * 2010-05-18 2012-01-05 Honda Motor Co Ltd Method of starting polymer electrolyte fuel cell
JP2012089307A (en) * 2010-10-18 2012-05-10 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system and starting method thereof
US9825318B2 (en) 2011-01-26 2017-11-21 Honda Motor Co., Ltd. Method for operating fuel cell system
WO2012101853A1 (en) * 2011-01-27 2012-08-02 ヤマハ発動機株式会社 Fuel cell system and transport apparatus comprising same
JP5852589B2 (en) * 2011-01-27 2016-02-03 ヤマハ発動機株式会社 Fuel cell system and transportation equipment including the same
JP2013243009A (en) * 2012-05-18 2013-12-05 Toyota Motor Corp Fuel battery system
JP2014032947A (en) * 2012-08-01 2014-02-20 Hyundai Motor Company Co Ltd Method for recovering performance of fuel cell
US9509004B2 (en) 2013-03-21 2016-11-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and control method of fuel cell system
JP2015057774A (en) * 2013-09-16 2015-03-26 ハミルトン・サンドストランド・コーポレイションHamilton Sundstrand Corporation System, method of actuating fuel cell in enclosed vehicle, and method of operating fuel cell

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