JP2013105654A - Fuel cell system and method for recovering catalyst performance of fuel cell - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently recover catalyst performance of a fuel cell.SOLUTION: When power generation is requested, the voltage of a fuel cell is raised to a value higher than a required voltage (step S350). Thereafter, the voltage of the fuel cell is lowered to a value lower than the required voltage (step S360). Thus, oxide films and anions existing in a catalyst can be reduced.

Description

本発明は、燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell.

固体高分子型燃料電池に用いられるカソード側の白金触媒に生じた酸化皮膜を除去するために、燃料ガスの供給圧力を高くすることで、燃料ガスを還元剤としてアノードからカソードにリークさせる技術が知られている（特許文献１）。   In order to remove the oxide film formed on the platinum catalyst on the cathode side used in the polymer electrolyte fuel cell, a technique for leaking the fuel gas from the anode to the cathode as a reducing agent by increasing the supply pressure of the fuel gas is proposed. Known (Patent Document 1).

特開２００７−１５７６０４号公報JP 2007-157604 A

上記従来技術には、酸化皮膜の除去が不十分であるために、触媒の性能の回復が不十分であるという課題があった。   The prior art has a problem that the performance of the catalyst is not sufficiently recovered because the oxide film is not sufficiently removed.

本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためのものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

適用例１：触媒を用いる燃料電池によって発電を行う燃料電池システムであって、
発電が要求されている時に、前記燃料電池の電圧を、要求電力を発電するための電圧である要求電圧よりも高い値に上昇させる電圧上昇部と、
前記電圧上昇部による電圧上昇後に、前記燃料電池の電圧を前記要求電圧よりも低い値に降下させる電圧降下部とを備えることを要旨とする。 Application Example 1: A fuel cell system that generates power using a fuel cell using a catalyst,
A voltage raising unit that raises the voltage of the fuel cell to a value higher than a required voltage that is a voltage for generating the required power when power generation is required;
A gist is provided with a voltage drop unit that drops the voltage of the fuel cell to a value lower than the required voltage after the voltage rise by the voltage rise unit.

この適用例によれば、触媒の性能を効率的に回復させることができる。燃料電池の電圧が、要求電圧よりも高い値に上昇することによって、カソードの触媒に生じたアニオンが酸化される。続いて、燃料電池の電圧が、要求電圧よりも低い値に降下することによって、酸化したアニオンの吸着力が弱くなると共に、カソードの酸化皮膜が分解される。酸化したアニオンは、負荷運転時に燃料電池のカソードに供給される空気の流れによって、除去される。このように酸化皮膜と酸化したアニオンとが除去されることによって、カソードの触媒の性能が回復する。なお「燃料電池の電圧」とは、カソードとアノードとの電位差のことである。また、「要求電力」とは、供給を要求されている電力のことである。   According to this application example, the performance of the catalyst can be efficiently recovered. As the voltage of the fuel cell rises to a value higher than the required voltage, anions generated in the cathode catalyst are oxidized. Subsequently, when the voltage of the fuel cell drops to a value lower than the required voltage, the adsorptive power of oxidized anions becomes weak and the oxide film on the cathode is decomposed. Oxidized anions are removed by the flow of air supplied to the cathode of the fuel cell during load operation. Thus, the removal of the oxide film and the oxidized anion restores the performance of the cathode catalyst. The “fuel cell voltage” is the potential difference between the cathode and the anode. In addition, “required power” is power that is requested to be supplied.

適用例２：適用例１に記載の燃料電池システムであって、
前記電圧上昇部による電圧上昇時における前記要求電力に対する発電量の不足分と、前記電圧降下部による電圧降下時における前記要求電力に対する発電量の余剰分との差が所定範囲内であることを要旨とする。
この適用例によれば、発電電力の平均を要求電力に近いものにすることができる。 Application Example 2: The fuel cell system according to Application Example 1,
The difference between the shortage of the power generation amount with respect to the required power at the time of voltage increase by the voltage increase unit and the surplus amount of power generation with respect to the required power at the time of voltage drop by the voltage drop unit is within a predetermined range. And
According to this application example, the average of the generated power can be made close to the required power.

適用例３：適用例１又は適用例２に記載の燃料電池システムであって、
前記電圧降下部は、前記燃料電池の温度が所定温度以上の場合、前記電圧上昇部による電圧上昇の前に、前記電圧降下を実行し、
前記電圧上昇部は、前記燃料電池の温度が所定温度以上の場合に実行される電圧降下の後に、前記電圧上昇を実行し、
前記電圧降下部は、前記電圧上昇部による電圧上昇後に、前記電圧降下を実行することを要旨とする。 Application Example 3: The fuel cell system according to Application Example 1 or Application Example 2,
When the temperature of the fuel cell is equal to or higher than a predetermined temperature, the voltage drop unit executes the voltage drop before the voltage increase by the voltage increase unit,
The voltage increase unit performs the voltage increase after a voltage drop that is executed when the temperature of the fuel cell is equal to or higher than a predetermined temperature,
The gist of the voltage drop unit is to execute the voltage drop after the voltage rise by the voltage rise unit.

この適用例によれば、触媒の性能を効率的に回復させつつ、燃料電池の性能劣化を抑制できる。燃料電池の温度が高い時は燃料電池が乾燥している傾向にあるので、水分生成量を増加させることによって、乾燥を抑制することが好ましい。この適用例によれば、燃料電池の温度が所定値以上の場合に、電圧上昇の前に、電圧降下を実行することによって、発電電力を増大させると共に、水分生成量を増加させる。これによって乾燥が抑制され、燃料電池の性能劣化を抑制できる。その後に、電圧上昇と電圧降下とを実行することによって、触媒の性能を回復させることができる。   According to this application example, the performance deterioration of the fuel cell can be suppressed while efficiently recovering the performance of the catalyst. Since the fuel cell tends to be dry when the temperature of the fuel cell is high, it is preferable to suppress drying by increasing the amount of water generation. According to this application example, when the temperature of the fuel cell is equal to or higher than a predetermined value, the generated power is increased and the water generation amount is increased by executing the voltage drop before the voltage rise. As a result, drying is suppressed and the performance deterioration of the fuel cell can be suppressed. Thereafter, the catalyst performance can be restored by performing a voltage rise and a voltage drop.

適用例４：適用例１から適用例３の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池の発電性能が低下したことを推定した場合に、前記電圧上昇部を動作させる性能低下推定部を備えることを要旨とする。
この適用例によれば、発電性能が低下した場合に、触媒の性能、ひいては発電性能を回復させることができる。 Application Example 4: The fuel cell system according to any one of Application Example 1 to Application Example 3,
The gist of the present invention is to include a performance degradation estimation unit that operates the voltage increase unit when it is estimated that the power generation performance of the fuel cell is degraded.
According to this application example, when the power generation performance is reduced, the performance of the catalyst, and thus the power generation performance can be recovered.

適用例５：適用例４に記載の燃料電池システムであって、
前記性能低下推定部は、基準よりも発電性能が低いことを検出した場合に、発電性能が低下したと推定することを要旨とする。
なお、この基準は、理論値や過去の発電電力に基づいて決定しても良いし、その他の方法で決定しても良い。 Application Example 5: The fuel cell system according to Application Example 4,
The gist of the present invention is to estimate that the power generation performance has deteriorated when the performance deterioration estimation unit detects that the power generation performance is lower than the reference.
This reference may be determined based on theoretical values or past generated power, or may be determined by other methods.

適用例６：適用例４又は適用例５に記載の燃料電池システムであって、
前記性能低下推定部は、被毒物質が通常よりも多く大気に含まれることが推定される場合、発電性能が低下したと推定することを要旨とする。 Application Example 6: The fuel cell system according to Application Example 4 or Application Example 5,
The gist of the performance degradation estimation unit is to estimate that the power generation performance is degraded when it is estimated that more poisonous substances are contained in the atmosphere than usual.

「被毒物質が通常よりも多く大気に含まれる」と推定する方法としては、例えば、被毒物質の発生源（例えば、温泉や火山）の付近に燃料電池システムが位置することや、ガスセンサーによる被毒物質の検出結果に基づく方法でも良いし、その他の方法でも良い。   As a method of estimating that “the poisonous substance is contained in the atmosphere more than usual”, for example, the fuel cell system is located near the source of the poisonous substance (for example, a hot spring or a volcano), or a gas sensor. The method based on the detection result of the poisoning substance may be used, or other methods may be used.

適用例７：適用例４から適用例６の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記性能低下推定部は、前記電圧上昇部が前回に動作した時点から所定時間が経過した場合に、発電性能が低下したと推定することを要旨とする。
この適用例によれば、簡単な方法で、電圧上昇部の動作を制御できる。 Application Example 7: The fuel cell system according to any one of Application Example 4 to Application Example 6,
The gist of the performance degradation estimation unit is that the power generation performance is degraded when a predetermined time has elapsed since the time when the voltage raising unit operated last time.
According to this application example, the operation of the voltage raising unit can be controlled by a simple method.

適用例８：適用例４から適用例７の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記性能低下推定部は、発電性能の低下の度合いを推定し、
前記電圧上昇部は、前記推定された発電性能の低下の度合いが大きいほど、電圧を上昇させる時間を長くする
燃料電池システム。 Application Example 8: The fuel cell system according to any one of Application Example 4 to Application Example 7,
The performance degradation estimation unit estimates the degree of power generation performance degradation,
The voltage increase unit increases the time during which the voltage is increased as the degree of decrease in the estimated power generation performance increases.

この適用例によれば、電圧を上昇させる時間を適切化できる。なお「時間を長くする」とは、単調増加であっても良い。つまり、発電性能の低下の度合いが大きくなっても時間を変化させない場合を含んでも良い。   According to this application example, the time for raising the voltage can be optimized. “Increase the time” may be a monotonous increase. That is, it may include a case where the time is not changed even when the power generation performance decreases.

適用例９：二次電池を備える適用例１から適用例８の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記電圧上昇部は、前記二次電池による電力供給を加えることによって前記要求電力を賄うことができる場合に、前記電圧上昇を実行することを要旨とする。 Application Example 9: The fuel cell system according to any one of Application Example 1 to Application Example 8 including a secondary battery,
The gist of the voltage increase unit is to execute the voltage increase when the required power can be covered by adding power supply from the secondary battery.

燃料電池の電圧が負荷運転時よりも上昇すると、一般的には、発電電力が減少する。この適用例によれば、要求電力が賄えないのに、電圧上昇によって発電電力を低下させてしまうことを防止できる。   In general, when the voltage of the fuel cell rises higher than that during load operation, the generated power decreases. According to this application example, it is possible to prevent the generated power from being reduced due to a voltage increase even though the required power cannot be covered.

適用例１０：適用例１から適用例９の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記電圧上昇部は、前記燃料電池の温度が所定温度未満の場合に、前記電圧上昇を実行することを要旨とする。 Application Example 10: The fuel cell system according to any one of Application Example 1 to Application Example 9,
The gist of the voltage increase unit is to execute the voltage increase when the temperature of the fuel cell is lower than a predetermined temperature.

この適用例によれば、燃料電池の性能劣化を抑制できる。燃料電池の電圧が負荷運転時よりも上昇すると発電電力が減少し、ひいては水分の生成量も減少する。燃料電池の温度が高い時は、燃料電池が乾燥する傾向にある。燃料電池が乾燥している時に水分の生成量が減少すると、更に乾燥が進み、燃料電池の性能劣化につながる。この適用例によれば、燃料電池の温度が所定値未満の場合に、電圧上昇を実行することによって、性能劣化につながる乾燥を抑制できる。なお、この適用例の所定温度は、適用例３における所定温度と同じでも異なっていても良い。   According to this application example, the performance deterioration of the fuel cell can be suppressed. When the voltage of the fuel cell rises higher than that during load operation, the generated power decreases, and the amount of moisture generated also decreases. When the temperature of the fuel cell is high, the fuel cell tends to dry. If the amount of water generated decreases when the fuel cell is drying, drying proceeds further, leading to deterioration of the performance of the fuel cell. According to this application example, when the temperature of the fuel cell is lower than the predetermined value, the voltage increase is executed, thereby suppressing drying that leads to performance degradation. The predetermined temperature in this application example may be the same as or different from the predetermined temperature in application example 3.

適用例１１：燃料電池に用いられる触媒の性能を回復させる触媒性能回復方法であって、
発電が要求されている時に、前記燃料電池の電圧を、要求電力を発電するための電圧である要求電圧よりも高い値に上昇させ、
その後、前記燃料電池の電圧を前記要求電圧よりも低い値に降下させることを要旨とする。
この適用例によれば、適用例１と同等の効果が得られる。 Application Example 11: A catalyst performance recovery method for recovering the performance of a catalyst used in a fuel cell,
When power generation is required, the fuel cell voltage is raised to a value higher than the required voltage, which is a voltage for generating the required power,
Then, the gist is to lower the voltage of the fuel cell to a value lower than the required voltage.
According to this application example, the same effect as in Application Example 1 can be obtained.

燃料電池自動車２０の概略図。1 is a schematic diagram of a fuel cell vehicle 20. 負荷運転時電圧制御処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the voltage control process at the time of load operation. 負荷運転時電圧制御処理の実行による各パラメーターの経時変化を示す図。The figure which shows the time-dependent change of each parameter by execution of the voltage control process at the time of load operation.

１．ハードウェア構成：
図１は、燃料電池自動車２０の概略図である。図示するように、この燃料電池自動車２０は、車体２２に燃料電池システム３０及び燃料電池自動車２０の前輪駆動用のモーター１７０を搭載する。この燃料電池システム３０は、前輪駆動用のモーター１７０等に電力を供給するためのものであり、燃料電池１００、水素ガス供給系１２０、空気供給系１４０、冷却系１６０、二次電池１７２及びＤＣ−ＤＣコンバーター１７４を備える。 1. Hardware configuration:
FIG. 1 is a schematic diagram of a fuel cell vehicle 20. As shown in the figure, in the fuel cell vehicle 20, a fuel cell system 30 and a motor 170 for driving the front wheels of the fuel cell vehicle 20 are mounted on a vehicle body 22. The fuel cell system 30 is for supplying electric power to the front-wheel drive motor 170 and the like, and includes a fuel cell 100, a hydrogen gas supply system 120, an air supply system 140, a cooling system 160, a secondary battery 172, and a DC. A DC converter 174 is provided.

燃料電池１００は、電解質膜の両側に白金触媒を用いた両電極（アノード及びカソード）を接合させた膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly／ＭＥＡ）を備えるセルを積層して構成され、前輪ＦＷと後輪ＲＷとの間において車体２２の床下に配置される。この燃料電池１００は、水素ガス供給系１２０から供給される水素と、空気供給系１４０から供給される空気中の酸素との電気化学反応によって発電し、その発電電力によってモーター１７０を駆動する。燃料電池１００の発電による電流は電流センサー１０２によって計測され、その計測結果は電流センサー１０２から後述する制御装置２００へ出力される。   The fuel cell 100 is configured by stacking cells including a membrane electrode assembly (Membrane Electrode Assembly / MEA) in which both electrodes (anode and cathode) using a platinum catalyst are bonded to both sides of an electrolyte membrane. The vehicle body 22 is disposed under the floor between the rear wheel RW. The fuel cell 100 generates power by an electrochemical reaction between hydrogen supplied from the hydrogen gas supply system 120 and oxygen in the air supplied from the air supply system 140, and drives the motor 170 with the generated power. The current generated by the power generation of the fuel cell 100 is measured by the current sensor 102, and the measurement result is output from the current sensor 102 to the control device 200 described later.

水素ガス供給系１２０は、水素ガスタンク１１０、水素供給経路１２１、供給用開閉バルブ１２４、減圧バルブ１２５及び水素供給機器１２６を備える。水素ガスタンク１１０は内部に水素ガスを貯蔵しており、水素供給経路１２１は水素ガスタンク１１０と燃料電池１００とをつなぐガス経路である。一方、水素供給機器１２６は、水素ガスタンク１１０内の水素ガスを水素供給経路１２１経由で燃料電池１００に供給する。また、供給用開閉バルブ１２４は、水素供給経路１２１を開閉する機能を持ち、減圧バルブ１２５は、水素供給経路１２１内を減圧する機能を持つ。   The hydrogen gas supply system 120 includes a hydrogen gas tank 110, a hydrogen supply path 121, a supply opening / closing valve 124, a pressure reducing valve 125, and a hydrogen supply device 126. The hydrogen gas tank 110 stores hydrogen gas therein, and the hydrogen supply path 121 is a gas path that connects the hydrogen gas tank 110 and the fuel cell 100. On the other hand, the hydrogen supply device 126 supplies the hydrogen gas in the hydrogen gas tank 110 to the fuel cell 100 via the hydrogen supply path 121. The supply opening / closing valve 124 has a function of opening / closing the hydrogen supply path 121, and the pressure reducing valve 125 has a function of reducing the pressure in the hydrogen supply path 121.

水素ガス供給系１２０は更に、水素ガス循環経路１２２、放出経路１２３、水素ガス循環ポンプ１２７及び水素ガス流量センサー１２８を備える。放出経路１２３は、燃料電池１００によって消費されなかった水素ガス（アノードオフガス）を、大気放出するための経路である。一方、水素ガス循環経路１２２は、アノードオフガスを水素供給経路１２１に戻して循環させるための経路であり、この循環は、水素ガス循環ポンプ１２７が実行する。水素ガス流量センサー１２８は、循環する水素ガスの流量を測定するセンサーであり、放出用開閉バルブ１２９は、水素ガス循環経路１２２と放出経路１２３との間の経路を開閉するバルブである。なお、放出経路１２３は、後述する空気供給系１４０においても、空気を放出する経路として用いられる。   The hydrogen gas supply system 120 further includes a hydrogen gas circulation path 122, a discharge path 123, a hydrogen gas circulation pump 127, and a hydrogen gas flow rate sensor 128. The discharge path 123 is a path for releasing hydrogen gas (anode off gas) that has not been consumed by the fuel cell 100 to the atmosphere. On the other hand, the hydrogen gas circulation path 122 is a path for circulating the anode off-gas back to the hydrogen supply path 121, and this circulation is performed by the hydrogen gas circulation pump 127. The hydrogen gas flow rate sensor 128 is a sensor that measures the flow rate of the circulating hydrogen gas, and the discharge opening / closing valve 129 is a valve that opens and closes a path between the hydrogen gas circulation path 122 and the discharge path 123. The discharge path 123 is also used as a path for discharging air in the air supply system 140 described later.

水素ガス供給系１２０には更に、上記の水素ガスの経路に圧損センサー１９０が設けられている。圧損センサー１９０は、水素ガスについて、燃料電池１００に供給直前・直後の圧力差を、つまり燃料電池１００を通過することによって生じる圧力損失（アノード圧損）を測定するものである。   The hydrogen gas supply system 120 is further provided with a pressure loss sensor 190 in the hydrogen gas path. The pressure loss sensor 190 measures the pressure difference (anode pressure loss) caused by passing through the fuel cell 100 with respect to the pressure difference immediately before and after the supply to the fuel cell 100 with respect to the hydrogen gas.

一方、空気供給系１４０は、コンプレッサー１３０、空気供給経路１４１、排出流量調整バルブ１４３、加湿装置１４５及び空気流量センサー１４７を備える。空気供給系１４０は、大気と燃料電池１００のカソードとをつなぐ経路であり、この経路は、コンプレッサー１３０が大気から取り込んだ空気を、空気供給経路１４１を通じて燃料電池１００に供給する。加湿装置１４５は、空気供給経路１４１上においてコンプレッサー１３０と燃料電池１００との間に配置されており、燃料電池１００に供給される空気を加湿する。一方、排出流量調整バルブ１４３は、水素ガス供給系１２０と放出経路１２３との間をつなぐ経路上に配置され、燃料電池１００によって消費されなかった空気（カソードオフガス）の排出圧力（カソード背圧）及び排出量を調整するバルブである。   On the other hand, the air supply system 140 includes a compressor 130, an air supply path 141, a discharge flow rate adjustment valve 143, a humidifier 145, and an air flow rate sensor 147. The air supply system 140 is a path connecting the atmosphere and the cathode of the fuel cell 100, and this path supplies the air taken in from the atmosphere by the compressor 130 to the fuel cell 100 through the air supply path 141. The humidifier 145 is disposed between the compressor 130 and the fuel cell 100 on the air supply path 141, and humidifies the air supplied to the fuel cell 100. On the other hand, the discharge flow rate adjusting valve 143 is disposed on a path connecting the hydrogen gas supply system 120 and the discharge path 123, and discharge pressure (cathode back pressure) of air (cathode off-gas) not consumed by the fuel cell 100. And a valve for adjusting the discharge amount.

上記の排出流量調整バルブ１４３から排出された空気は、加湿装置１４５を経て、先述した放出経路１２３に流入する。この加湿装置１４５は、気液分離機器として構成されている。つまり、加湿装置１４５は、カソードオフガスから水分を分離し、その分離した水分を空気供給経路１４１内の空気に混合するように、なおかつ、カソード背圧が高いほど分離・混合する水分量が多くなるように構成されている。よって、燃料電池１００に供給される空気の湿度調整は、排出流量調整バルブ１４３によるカソード背圧調整によって実現できる。   The air discharged from the discharge flow rate adjusting valve 143 flows into the discharge path 123 described above through the humidifier 145. This humidifier 145 is configured as a gas-liquid separator. That is, the humidifier 145 separates the moisture from the cathode off gas, mixes the separated moisture with the air in the air supply path 141, and increases the amount of moisture to be separated and mixed as the cathode back pressure increases. It is configured as follows. Therefore, the humidity of the air supplied to the fuel cell 100 can be adjusted by adjusting the cathode back pressure by the discharge flow rate adjusting valve 143.

一方、冷却系１６０は、ラジエーター１５０、冷却水循環経路１６１、バイパス１６２、三方流量調整弁１６３、冷却水循環ポンプ１６４及び温度センサー１６６を備える。冷却水循環経路１６１は、燃料電池１００とラジエーター１５０との間で冷却水を循環させるための経路であり、この循環は冷却水循環ポンプ１６４が行う。このようにして循環する冷却水は、燃料電池１００内において吸熱し、ラジエーター１５０において放熱することで、燃料電池１００を冷却する（セル温度を低下させる）。また、バイパス１６２は、燃料電池１００から流出した冷却水を、ラジエーター１５０を通過させずに再度、燃料電池１００に流入させるための経路である。一方、三方流量調整弁１６３は、バイパス１６２を通過する冷却水の流量を調整する弁である。   On the other hand, the cooling system 160 includes a radiator 150, a cooling water circulation path 161, a bypass 162, a three-way flow rate adjustment valve 163, a cooling water circulation pump 164, and a temperature sensor 166. The cooling water circulation path 161 is a path for circulating cooling water between the fuel cell 100 and the radiator 150, and this circulation is performed by the cooling water circulation pump 164. The cooling water circulating in this way absorbs heat in the fuel cell 100 and dissipates heat in the radiator 150, thereby cooling the fuel cell 100 (reducing the cell temperature). The bypass 162 is a path for allowing the coolant that has flowed out of the fuel cell 100 to flow into the fuel cell 100 again without passing through the radiator 150. On the other hand, the three-way flow rate adjustment valve 163 is a valve that adjusts the flow rate of the cooling water passing through the bypass 162.

次に、電気系統について説明する。電気系統としては、燃料電池１００の他、先述した二次電池１７２及びＤＣ−ＤＣコンバーター１７４が備えられている。二次電池１７２は、ＤＣ−ＤＣコンバーター１７４を介して燃料電池１００に接続されており、燃料電池１００による発電電力を充電することや、充電電力を他の機器へ供給することができる。二次電池１７２には残容量検出センサー１７６が接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバーター１７４は、燃料電池１００の電圧制御を含む発電制御、二次電池１７２の充放電の制御、モーター１７０への電圧印加を行う。   Next, the electric system will be described. In addition to the fuel cell 100, the electrical system includes the secondary battery 172 and the DC-DC converter 174 described above. The secondary battery 172 is connected to the fuel cell 100 via the DC-DC converter 174, and can charge the power generated by the fuel cell 100 or supply the charged power to other devices. A remaining capacity detection sensor 176 is connected to the secondary battery 172. The DC-DC converter 174 performs power generation control including voltage control of the fuel cell 100, charge / discharge control of the secondary battery 172, and voltage application to the motor 170.

制御装置２００は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたいわゆるマイクロコンピューターで構成される。この制御装置２００は、アクセル１８０や先述した種々のセンサーからの信号入力を取得し、その取得した信号に基づいてＤＣ−ＤＣコンバーター１７４やその他種々のバルブや機器等を先述したように制御することにより、燃料電池システム３０を運転する。   The control device 200 includes a so-called microcomputer provided with a CPU, ROM, RAM, and the like. The control device 200 acquires signal inputs from the accelerator 180 and the various sensors described above, and controls the DC-DC converter 174 and other various valves and devices as described above based on the acquired signals. Thus, the fuel cell system 30 is operated.

２．負荷運転時電圧制御処理：
図２は、負荷運転時電圧制御処理を示すフローチャートである。負荷運転時電圧制御処理は、燃料電池システム３０の負荷運転（発電）が要求されている時（例えば、燃料電池自動車２０の走行中）に、制御装置２００が主体となって実行する処理である。 2. Voltage control processing during load operation:
FIG. 2 is a flowchart showing a voltage control process during load operation. The voltage control process during load operation is a process executed mainly by the control device 200 when load operation (power generation) of the fuel cell system 30 is requested (for example, when the fuel cell vehicle 20 is running). .

一方、図３（Ａ）は燃料電池１００の電圧及び電流について経時変化を示す図、図３（Ｂ）はカソードの白金触媒に付着した硫黄（Pt-S）及び硫酸イオン（Pt-SO4 2-）並びに白金触媒に生成された酸化皮膜（PtO）の量の経時変化を模式的に例示したグラフである。なお、図３（Ａ）は、酸化皮膜としてPtOを代表的に図示したが、酸化皮膜はPtOに限定されず、Pt(OH)2、Pt-OH、PtO2等の白金の酸化状態の少なくとも１つを含んでも良いし、含まなくても良い。図３（Ｂ）の時刻ゼロ〜時刻ｔ１には、燃料電池１００のこれまでの運転によって、硫黄及び酸化皮膜がカソードの触媒に存在していることが示されている。 On the other hand, FIG. 3 (A) is a graph showing changes with time in the voltage and current of the fuel cell 100, and FIG. 3 (B) is sulfur (Pt-S) and sulfate ions (Pt-SO 4 2 ) attached to the platinum catalyst of the cathode. - ) Is a graph schematically illustrating the change over time of the amount of oxide film (PtO) produced on the platinum catalyst. FIG. 3A representatively shows PtO as the oxide film, but the oxide film is not limited to PtO, and at least the oxidation state of platinum such as Pt (OH) 2 , Pt—OH, PtO 2, etc. One may or may not be included. From time zero to time t1 in FIG. 3B, it is shown that sulfur and an oxide film are present in the cathode catalyst by the operation of the fuel cell 100 so far.

まず、要求電力を発電するための負荷運転を実行する（ステップＳ３１０）。続いて、負荷運転を継続しつつ、セル温度がα以上かを判定する（ステップＳ３２０）。このαという温度は、セルの乾燥抑制を実行するのが好ましい温度として、燃料電池１００の発電特性の温度依存性やセルのスペック等を勘案して予め定められた温度である。セル温度は、冷却水温度の値と同じであると見なして、温度センサー１６６によって測定される値を用いる。   First, a load operation for generating required power is executed (step S310). Subsequently, it is determined whether the cell temperature is equal to or higher than α while continuing the load operation (step S320). The temperature α is a temperature that is preferable to suppress the drying of the cell, and is a predetermined temperature in consideration of the temperature dependency of the power generation characteristics of the fuel cell 100, the cell specifications, and the like. The cell temperature is assumed to be the same as the value of the cooling water temperature, and the value measured by the temperature sensor 166 is used.

セル温度がα未満の場合（ステップＳ３２０、ＮＯ）、発電性能が低下したかを判定する（ステップＳ３３０）。具体的には、理論上のＩＶ特性と比べて、発電電力が所定値（例えば９０％）未満であれば、発電性能が低下したと判定する。   If the cell temperature is less than α (step S320, NO), it is determined whether the power generation performance has decreased (step S330). Specifically, compared with the theoretical IV characteristic, if the generated power is less than a predetermined value (for example, 90%), it is determined that the power generation performance has deteriorated.

発電性能が低下していない場合（ステップＳ３３０、ＮＯ）、ステップＳ３１０に戻り、負荷運転を続ける。一方、発電性能が低下した場合（ステップＳ３３０、ＹＥＳ）、二次電池１７２のＳＯＣ（State of Charge：充電の残量を示す値）が所定値以上かを判定する（ステップＳ３４０）。この所定値は、次のステップＳ３５０を実行することによって発電電力が低下しても、二次電池１７２からの供給電力を加えることによって、要求電力を賄えるか否かの判定基準として定められた値である。   If the power generation performance has not deteriorated (step S330, NO), the process returns to step S310 to continue the load operation. On the other hand, when the power generation performance is deteriorated (step S330, YES), it is determined whether the SOC (State of Charge: a value indicating the remaining charge) of the secondary battery 172 is equal to or greater than a predetermined value (step S340). This predetermined value is a value determined as a criterion for determining whether or not the required power can be covered by adding the power supplied from the secondary battery 172 even if the generated power is reduced by executing the next step S350. It is.

ＳＯＣが所定値未満である場合（ステップＳ３４０、ＮＯ）、ステップＳ３１０に戻り、負荷運転を続ける。一方、ＳＯＣが所定値以上である場合（ステップＳ３４０、ＹＥＳ）、燃料電池１００の電圧を、図３（Ａ）に示すように、時間Ｔ１（図３の時刻ｔ１〜時刻ｔ２）に渡り、電圧Ｖ２に設定する（ステップＳ３５０）。電圧Ｖ２によって運転することを本明細書では「高電位運転」と呼ぶ。   When the SOC is less than the predetermined value (step S340, NO), the process returns to step S310 and the load operation is continued. On the other hand, when the SOC is equal to or higher than the predetermined value (step S340, YES), the voltage of the fuel cell 100 is set to the voltage over time T1 (time t1 to time t2 in FIG. 3) as shown in FIG. V2 is set (step S350). The operation by the voltage V2 is referred to as “high potential operation” in the present specification.

電圧Ｖ２の値は、ステップＳ３５０が開始される度に決定する可変値である。電圧Ｖ２の値が満たす条件は、開回路電圧よりは低いこと、及び硫黄を酸化させることができることである。この条件を満たす電圧の範囲は、通常、負荷運転時の電圧よりも高くなる。この範囲において、燃料電池１００の性能低下の度合いを加味して決定する。つまり、性能低下の度合いが大きければ高目の電圧値、性能低下の度合いが小さければ低目の電圧値に決定する。   The value of the voltage V2 is a variable value determined every time step S350 is started. The condition that the value of the voltage V2 satisfies is that it is lower than the open circuit voltage and that sulfur can be oxidized. The voltage range that satisfies this condition is usually higher than the voltage during load operation. In this range, it is determined taking into account the degree of performance degradation of the fuel cell 100. That is, the higher voltage value is determined if the degree of performance deterioration is large, and the lower voltage value is determined if the degree of performance deterioration is small.

一方、時間Ｔ１も、ステップＳ３５０が開始される度に決定する可変値である。時間Ｔ１が満たす条件は、発電電力が低い状態を許容できる時間を超えないことである。高電位運転は、通常、負荷運転よりも発電電力が低下するからである。この時間は、ＳＯＣに基づいて決定する。この時間内において、性能低下の度合いが大きければ長目の時間、性能低下の度合いが小さければ短目の時間に決定する。   On the other hand, the time T1 is also a variable value determined every time step S350 is started. The condition that the time T1 satisfies is that it does not exceed the time that allows the state where the generated power is low. This is because the high-potential operation usually has lower power generation than the load operation. This time is determined based on the SOC. Within this time, the longer time is determined if the degree of performance deterioration is large, and the shorter time is determined if the degree of performance deterioration is small.

図３（Ｂ）の時刻ｔ１〜時刻ｔ２に示すように、高電位運転によって、カソードの白金触媒に存在する硫黄が硫酸イオンへと酸化する。加えて、高電位は酸化作用を持つので、白金触媒上の酸化皮膜の生成が促進される。図３（Ｂ）においては、硫黄の酸化がほぼ完全に行われる場合を図示したが、必ずしも完全に酸化されなくても良い。   As shown from time t1 to time t2 in FIG. 3B, sulfur present in the platinum catalyst of the cathode is oxidized into sulfate ions by the high potential operation. In addition, since the high potential has an oxidizing action, the formation of an oxide film on the platinum catalyst is promoted. Although FIG. 3B illustrates the case where sulfur is oxidized almost completely, it is not necessarily required to be completely oxidized.

次に、燃料電池１００の電圧を、時間Ｔ２（図３の時刻ｔ２〜時刻ｔ３）に渡り、電圧Ｖ１に設定する（ステップＳ３６０）。電圧Ｖ１によって運転することを本明細書では「低電位運転」と呼ぶ。電圧Ｖ１は、固定値であり、燃料電池１００に損傷が生じない範囲において、理論上、発電電力が最高になる電圧値である。電圧Ｖ１は、通常、負荷運転時の電圧値よりも低い値となり、還元作用を持つ。   Next, the voltage of the fuel cell 100 is set to the voltage V1 over time T2 (time t2 to time t3 in FIG. 3) (step S360). The operation by the voltage V1 is referred to as “low potential operation” in the present specification. The voltage V1 is a fixed value, and is a voltage value at which the generated power is theoretically maximum in a range where the fuel cell 100 is not damaged. The voltage V1 is usually lower than the voltage value during load operation and has a reducing action.

一方、時間Ｔ２は、ステップＳ３５０が開始される度に決定する可変値である。時間Ｔ２が満たす条件は、時間Ｔ１における実際の発電量が要求電力に対して不足した分を補うのに足りることである。この「補うのに足りる」とは、ステップＳ３５０における発電量の余剰分と上記不足分との差が所定範囲内、好ましくは、その差がゼロであることを意味する。なお、時間Ｔ２が長すぎると、生成水がアノード及びカソードのガス拡散層の細孔を閉塞してしまう場合があるので、これを防止するために、時間Ｔ２の上限を予め定めても良い。   On the other hand, the time T2 is a variable value determined every time step S350 is started. The condition that the time T2 satisfies is that the actual power generation amount at the time T1 is sufficient to compensate for the shortage of the required power. This “sufficient to compensate” means that the difference between the surplus amount of power generation in step S350 and the shortage is within a predetermined range, and preferably the difference is zero. If the time T2 is too long, the generated water may block the pores of the anode and cathode gas diffusion layers. To prevent this, the upper limit of the time T2 may be determined in advance.

図３（Ｂ）時刻ｔ２〜時刻ｔ３に示すように、低電位運転の還元作用によって酸化皮膜（PtO）が分解され、その量が減少していき、触媒として機能する白金が増えていく（PtO→Pt）。図３（Ｂ）においては、酸化皮膜の還元がほぼ完全に行われる場合を図示したが、必ずしも完全に還元されなくて良い。   As shown at time t2 to time t3 in FIG. 3 (B), the oxide film (PtO) is decomposed by the reducing action of the low potential operation, the amount thereof decreases, and platinum that functions as a catalyst increases (PtO → Pt). Although FIG. 3B illustrates the case where the oxide film is almost completely reduced, it is not necessarily required to be completely reduced.

加えて、低電位運転によって、硫酸イオンの白金触媒に対する吸着が弱められる。図３（Ｂ）時刻ｔ２〜時刻ｔ４に示すように、吸着が弱まった硫酸イオンは、カソードに供給される空気の流れによって、触媒から徐々に除去される。この除去は、生成水によって促進される。つまり、空気の流れが生成水の流れを引き起こし、この生成水の流れが硫酸イオンを洗い流すようにして触媒から除去する。図３（Ｂ）においては、硫酸イオンの除去がほぼ完全に行われる場合を図示したが、必ずしも完全に除去されなくても良い。   In addition, the low potential operation reduces the adsorption of sulfate ions to the platinum catalyst. As shown at time t2 to time t4 in FIG. 3B, the sulfate ions whose adsorption is weakened are gradually removed from the catalyst by the flow of air supplied to the cathode. This removal is facilitated by the product water. That is, the flow of air causes a flow of product water that is removed from the catalyst such that the flow of product water ishes away sulfate ions. Although FIG. 3B illustrates a case where the removal of sulfate ions is performed almost completely, the removal is not necessarily complete.

続いて、時間Ｔ３（図３の時刻ｔ３〜時刻ｔ４）に渡り、負荷運転を実行する（ステップＳ３７０）。時間Ｔ３は、過剰な生成水を除去するのに十分な時間として、予め定められた固定値である。   Subsequently, the load operation is executed over time T3 (time t3 to time t4 in FIG. 3) (step S370). The time T3 is a fixed value determined in advance as a time sufficient to remove excess product water.

次に、セル温度がα以上かを判定する（ステップＳ３８０）。セル温度がα以上の場合（ステップＳ３８０、ＹＥＳ）、ステップＳ３６０に戻る。つまり、低電位運転（図３の時刻ｔ４〜時刻ｔ５）と、負荷運転（ステップＳ３７０、図３の時刻ｔ５〜）とを再実行し、再びステップＳ３８０の判断を実行する。   Next, it is determined whether the cell temperature is equal to or higher than α (step S380). If the cell temperature is α or higher (step S380, YES), the process returns to step S360. That is, the low potential operation (time t4 to time t5 in FIG. 3) and the load operation (step S370, time t5 in FIG. 3) are re-executed, and the determination in step S380 is performed again.

上記のように、低電位運転と負荷運転とを再実行する目的は、低電位運転によって生成水が増加することを利用して、セルの乾燥を抑制することである。加えて、酸化皮膜や硫酸イオンが除去し切れていない場合は、低電位運転の再実行によって、更なる除去が実現される。   As described above, the purpose of re-executing the low potential operation and the load operation is to suppress the drying of the cell by utilizing the increase in generated water by the low potential operation. In addition, when the oxide film and sulfate ions are not completely removed, further removal is realized by re-execution of the low potential operation.

セル温度がα未満の場合（ステップＳ３８０、ＮＯ）、ステップＳ３１０に戻り、負荷運転を実行する。一方、ステップＳ３１０における負荷運転の実行中に、セル温度がα以上に達した場合（ステップＳ３２０、ＹＥＳ）、ステップＳ３６０に進む。ステップＳ３５０における電圧上昇の実行をスキップする理由は、セルの乾燥を進行させないためである。つまり、セル温度がα以上の場合、高電位運転によって生成水の量を減少させ、セルの乾燥を更に進行させるのではなく、低電位運転によって生成水を増やして乾燥を抑制する。   If the cell temperature is less than α (step S380, NO), the process returns to step S310 to execute the load operation. On the other hand, when the cell temperature reaches α or higher during execution of the load operation in step S310 (step S320, YES), the process proceeds to step S360. The reason for skipping the execution of the voltage increase in step S350 is that the drying of the cell does not proceed. That is, when the cell temperature is equal to or higher than α, the amount of generated water is reduced by high-potential operation and the drying of the cell is not further advanced, but the generated water is increased by low-potential operation to suppress drying.

以上に説明した負荷運転時電圧制御処理の実行によって、負荷運転が要求されている時に、燃料電池１００の性能回復およびセルの乾燥抑制ができる。加えて、ＳＯＣやセルの乾燥度合いを監視して、電圧を上昇させても影響が小さいタイミングで、性能回復のための処理が実行する。このため、性能回復のための処理によってＳＯＣの低下やセルの乾燥が一時的に生じることが防止される。   By executing the voltage control process during load operation described above, the performance of the fuel cell 100 can be recovered and the drying of the cell can be suppressed when load operation is required. In addition, the SOC and the degree of dryness of the cell are monitored, and a process for performance recovery is executed at a timing at which the influence is small even if the voltage is increased. For this reason, it is prevented that the fall of SOC and the drying of a cell occur temporarily by the process for performance recovery.

さらに、時間Ｔ１、時間Ｔ２及び電圧Ｖ２に可変値を採用しているので、電圧を上昇させた影響が十分に相殺され、燃料電池システム３０の運転および燃料電池自動車２０の走行への影響が抑制される。   Furthermore, since variable values are employed for time T1, time T2, and voltage V2, the effect of increasing the voltage is sufficiently offset, and the influence on the operation of the fuel cell system 30 and the running of the fuel cell vehicle 20 is suppressed. Is done.

３．実施形態と適用例との対応関係：
ステップＳ３２０が適用例９を、ステップＳ３３０が性能低下推定部を、ステップＳ３４０が適用例８を、ステップＳ３５０が電圧上昇部を、ステップＳ３５０における時間Ｔ１の設定が適用例６を、ステップＳ３６０が電圧降下部を、ステップＳ３６０における時間Ｔ２の設定が適用例２を、ステップＳ３８０が適用例１０を各々実現するためのソフトウェアに対応する。なお、適用例５、７に対応する実施形態は、下記変形例で述べる。 3. Correspondence between embodiment and application example:
Step S320 is application example 9, step S330 is a performance degradation estimation unit, step S340 is application example 8, step S350 is a voltage increase unit, setting of time T1 in step S350 is application example 6, and step S360 is voltage. The setting of the time T2 in step S360 corresponds to the application example 2 and the step S380 corresponds to software for realizing the application example 10, respectively. Note that embodiments corresponding to Application Examples 5 and 7 will be described in the following modifications.

４．他の実施形態：
本発明は、先述した実施形態になんら限定されるものではなく、発明の技術的範囲内における種々の形態によって実施できる。例えば、実施形態の構成要素の中で付加的なものは、実施形態から省略できる。ここで言う付加的な構成要素とは、実質的に独立している適用例においては特定されていない事項に対応する要素のことである。また、例えば、以下のような実施形態が考えられる。 4). Other embodiments:
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various forms within the technical scope of the invention. For example, additional components in the embodiment can be omitted from the embodiment. The additional components referred to here are elements corresponding to matters not specified in the substantially independent application example. Further, for example, the following embodiments can be considered.

・用途は、自動車搭載用の燃料電池でなくとも、二輪車など、他の輸送用機器搭載用や家庭用発電機等どのようなものでも良い。
・除去するアニオンとしては、硫黄の他には、例えば塩素が考えられる。
・実施形態中に記載した電圧値や時間の数値は、一例であり、他の数値でも良い。 -The application is not limited to a fuel cell for use in automobiles, but may be used for installation of other transportation equipment such as two-wheeled vehicles and home generators.
As an anion to be removed, for example, chlorine can be considered in addition to sulfur.
The voltage values and time values described in the embodiments are examples, and other values may be used.

・セル温度を下げるためのステップ（ステップＳ３２０、ステップＳ３４０、ステップＳ３７０及びステップＳ３８０）の一部または全部を省いても良い。つまり、ＳＯＣやセル温度を考慮してなくても良いし、セルの乾燥抑制を目的の一つとしなくても良い。 -Some or all of the steps for lowering the cell temperature (step S320, step S340, step S370, and step S380) may be omitted. That is, it is not necessary to consider the SOC and the cell temperature, and it is not necessary to suppress the drying of the cell.

ステップＳ３３０における触媒の性能低下を推定する方法を変更しても良い。例えば、下記の方法が考えられる。
・硫黄が通常よりも多く大気に存在していることが推定された場合に、触媒の性能が低下したと推定しても良い。この推定の手法としては、例えば、温泉地や火山地帯など、大気中における一定程度の硫黄の存在が推定される地域を一定時間、走行した場合に、硫黄が通常よりも多く大気に存在していると推定しても良いし、別途設けたガスセンサーの測定結果を用いても良い（適用例５の実施形態の一例）。
・前回の高電位運転時と比べて、ＩＶ特性が所定割合（例えば９０％）になった場合に、触媒の性能が低下したと推定しても良い。
・前回の高電位運転時から一定時間が経過した場合に、触媒の性能が低下したと推定しても良い（適用例７の実施形態の一例）。
・実施形態および上記の手法の何れか二つ以上を組み合わせても良い。 You may change the method of estimating the catalyst performance fall in step S330. For example, the following method can be considered.
-If it is estimated that sulfur is present in the atmosphere more than usual, it may be estimated that the performance of the catalyst has deteriorated. As a method of this estimation, for example, when traveling for a certain period of time in an area where a certain amount of sulfur is estimated to exist in the atmosphere, such as a hot spring resort or a volcanic area, there is more sulfur than usual in the atmosphere. It may be presumed that the gas sensor is present, or a measurement result of a separately provided gas sensor may be used (an example of an embodiment of application example 5).
-It may be estimated that the performance of the catalyst has deteriorated when the IV characteristic reaches a predetermined ratio (for example, 90%) as compared to the previous high potential operation.
-It may be estimated that the performance of the catalyst has deteriorated when a certain time has elapsed since the previous high-potential operation (an example of the embodiment of Application Example 7).
-You may combine any two or more of embodiment and said method.

時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、電圧Ｖ１及びＶ２の値の少なくとも一つは、実施形態と異なる方法によって決定しても良い。例えば、下記の方法が考えられる。
・何れについても、固定値でも可変値でも良い。
・要求電力の時間平均に発電電力の時間平均を近づけるために、時間Ｔ２によって調整する手法に代えて、時間Ｔ１、時間Ｔ２、電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２の値の少なくとも一つを調整する手法でも良い。
・低電位運転時に、空気供給量を通常より少なくして、電流量を抑制することによって、燃費の向上を図っても良い。 At least one of the values of the times T1, T2, T3 and the voltages V1 and V2 may be determined by a method different from the embodiment. For example, the following method can be considered.
-Any of them may be a fixed value or a variable value.
In order to bring the time average of the generated power closer to the time average of the required power, a method of adjusting at least one of the values of the time T1, the time T2, the voltage V1, and the voltage V2 may be used instead of the method of adjusting by the time T2. .
-During low potential operation, the fuel consumption may be improved by reducing the amount of air supplied and suppressing the amount of current.

２０…燃料電池自動車
２２…車体
３０…燃料電池システム
１００…燃料電池
１０２…電流センサー
１１０…水素ガスタンク
１２０…水素ガス供給系
１２１…水素供給経路
１２２…水素ガス循環経路
１２３…放出経路
１２４…供給用開閉バルブ
１２５…減圧バルブ
１２６…水素供給機器
１２７…水素ガス循環ポンプ
１２８…水素ガス流量センサー
１２９…放出用開閉バルブ
１３０…コンプレッサー
１４０…空気供給系
１４１…空気供給経路
１４３…排出流量調整バルブ
１４５…加湿装置
１４７…空気流量センサー
１５０…ラジエーター
１６０…冷却系
１６１…冷却水循環経路
１６２…バイパス
１６３…三方流量調整弁
１６４…冷却水循環ポンプ
１６６…温度センサー
１７０…モーター
１７２…二次電池
１７４…ＤＣ−ＤＣコンバーター
１７６…残容量検出センサー
１８０…アクセル
１９０…圧損センサー
２００…制御装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Fuel cell vehicle 22 ... Car body 30 ... Fuel cell system 100 ... Fuel cell 102 ... Current sensor 110 ... Hydrogen gas tank 120 ... Hydrogen gas supply system 121 ... Hydrogen supply path 122 ... Hydrogen gas circulation path 123 ... Release path 124 ... For supply Open / close valve 125 ... Pressure reducing valve 126 ... Hydrogen supply device 127 ... Hydrogen gas circulation pump 128 ... Hydrogen gas flow rate sensor 129 ... Release open / close valve 130 ... Compressor 140 ... Air supply system 141 ... Air supply path 143 ... Discharge flow rate adjustment valve 145 ... Humidifier 147 ... Air flow sensor 150 ... Radiator 160 ... Cooling system 161 ... Cooling water circulation path 162 ... Bypass 163 ... Three-way flow control valve 164 ... Cooling water circulation pump 166 ... Temperature sensor 170 ... Motor 172 ... Secondary battery 174 ... DC-DC Converter 176 ... Remaining capacity detection sensor 180 ... Accelerator 190 ... Pressure loss sensor 200 ... Control device

Claims (11)

触媒を用いる燃料電池によって発電を行う燃料電池システムであって、
発電が要求されている時に、前記燃料電池の電圧を、要求電力を発電するための電圧である要求電圧よりも高い値に上昇させる電圧上昇部と、
前記電圧上昇部による電圧上昇後に、前記燃料電池の電圧を前記要求電圧よりも低い値に降下させる電圧降下部と
を備える燃料電池システム。 A fuel cell system for generating electricity by a fuel cell using a catalyst,
A voltage raising unit that raises the voltage of the fuel cell to a value higher than a required voltage that is a voltage for generating the required power when power generation is required;
A fuel cell system comprising: a voltage drop unit that drops the voltage of the fuel cell to a value lower than the required voltage after the voltage rise by the voltage rise unit. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記電圧上昇部による電圧上昇時における前記要求電力に対する発電量の不足分と、前記電圧降下部による電圧降下時における前記要求電力に対する発電量の余剰分との差が所定範囲内である
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1,
A fuel cell system in which a difference between an insufficient amount of power generation with respect to the required power at the time of voltage increase by the voltage increase unit and a surplus of power generation amount with respect to the required power at the time of voltage drop by the voltage drop unit is within a predetermined range . 請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記電圧降下部は、前記燃料電池の温度が所定温度以上の場合、前記電圧上昇部による電圧上昇の前に、前記電圧降下を実行し、
前記電圧上昇部は、前記燃料電池の温度が所定温度以上の場合に実行される電圧降下の後に、前記電圧上昇を実行し、
前記電圧降下部は、前記電圧上昇部による電圧上昇後に、前記電圧降下を実行する
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein
When the temperature of the fuel cell is equal to or higher than a predetermined temperature, the voltage drop unit executes the voltage drop before the voltage increase by the voltage increase unit,
The voltage increase unit performs the voltage increase after a voltage drop that is executed when the temperature of the fuel cell is equal to or higher than a predetermined temperature,
The said voltage drop part performs the said voltage drop after the voltage rise by the said voltage rise part. Fuel cell system. 請求項１から請求項３の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池の発電性能が低下したことを推定した場合に、前記電圧上昇部を動作させる性能低下推定部
を備える燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein
A fuel cell system comprising: a performance decrease estimation unit that operates the voltage increase unit when it is estimated that the power generation performance of the fuel cell has decreased. 請求項４に記載の燃料電池システムであって、
前記性能低下推定部は、基準よりも発電性能が低いことを検出した場合に、発電性能が低下したと推定する
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 4, wherein
The performance deterioration estimation unit estimates that the power generation performance has deteriorated when detecting that the power generation performance is lower than a reference. 請求項４又は請求項５に記載の燃料電池システムであって、
前記性能低下推定部は、被毒物質が通常よりも多く大気に含まれることが推定される場合、発電性能が低下したと推定する
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 4 or 5, wherein
The performance degradation estimation unit estimates that the power generation performance is degraded when it is estimated that more poisonous substances are contained in the atmosphere than usual. 請求項４から請求項６の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記性能低下推定部は、前記電圧上昇部が前回に動作した時点から所定時間が経過した場合に、発電性能が低下したと推定する
燃料電池システム。 A fuel cell system according to any one of claims 4 to 6,
The performance deterioration estimation unit estimates that the power generation performance has deteriorated when a predetermined time has elapsed since the time when the voltage increase unit operated last time. 請求項４から請求項７の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記性能低下推定部は、発電性能の低下の度合いを推定し、
前記電圧上昇部は、前記推定された発電性能の低下の度合いが大きいほど、電圧を上昇させる時間を長くする
燃料電池システム。 A fuel cell system according to any one of claims 4 to 7,
The performance degradation estimation unit estimates the degree of power generation performance degradation,
The voltage increase unit increases the time during which the voltage is increased as the degree of decrease in the estimated power generation performance increases. 二次電池を備える請求項１から請求項８の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記電圧上昇部は、前記二次電池による電力供給を加えることによって前記要求電力を賄うことができる場合に、前記電圧上昇を実行する
燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 8, comprising a secondary battery,
The said voltage raising part performs the said voltage rise, when the said request | requirement electric power can be covered by adding the electric power supply by the said secondary battery. Fuel cell system. 請求項１から請求項９の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記電圧上昇部は、前記燃料電池の温度が所定温度未満の場合に、前記電圧上昇を実行する
燃料電池システム。 A fuel cell system according to any one of claims 1 to 9, wherein
The voltage increase unit executes the voltage increase when the temperature of the fuel cell is lower than a predetermined temperature. 燃料電池に用いられる触媒の性能を回復させる触媒性能回復方法であって、
発電が要求されている時に、前記燃料電池の電圧を、要求電力を発電するための電圧である要求電圧よりも高い値に上昇させ、
その後、前記燃料電池の電圧を前記要求電圧よりも低い値に降下させる
燃料電池の触媒性能回復方法。 A catalyst performance recovery method for recovering the performance of a catalyst used in a fuel cell,
When power generation is required, the fuel cell voltage is raised to a value higher than the required voltage, which is a voltage for generating the required power,
Thereafter, the catalyst performance recovery method of the fuel cell, wherein the voltage of the fuel cell is lowered to a value lower than the required voltage.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9509004B2 (en) 2013-03-21 2016-11-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and control method of fuel cell system
JP2018067403A (en) * 2016-10-18 2018-04-26 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP2018156789A (en) * 2017-03-16 2018-10-04 三菱自動車工業株式会社 Operation control method and operation control system of fuel cell vehicle
JP2018156747A (en) * 2017-03-15 2018-10-04 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP2018156790A (en) * 2017-03-16 2018-10-04 三菱自動車工業株式会社 Operation control method and operation control system of fuel cell battery vehicle
US10804553B2 (en) 2016-11-21 2020-10-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
CN113130945A (en) * 2021-03-22 2021-07-16 苏州弗尔赛能源科技股份有限公司 Fuel cell stack performance recovery method and system

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004146209A (en) * 2002-10-24 2004-05-20 Aisin Seiki Co Ltd Fuel cell power generation system
JP2007103115A (en) * 2005-10-03 2007-04-19 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2007207669A (en) * 2006-02-03 2007-08-16 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2008112647A (en) * 2006-10-31 2008-05-15 Toyota Motor Corp Vehicular fuel cell system
JP2009277637A (en) * 2008-05-15 2009-11-26 Hyundai Motor Co Ltd Method of activating fuel cell
JP2009301868A (en) * 2008-06-13 2009-12-24 Panasonic Corp Fuel cell electric power generation system and its operation method
WO2010023949A1 (en) * 2008-08-29 2010-03-04 パナソニック株式会社 Fuel battery power generation system

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004146209A (en) * 2002-10-24 2004-05-20 Aisin Seiki Co Ltd Fuel cell power generation system
JP2007103115A (en) * 2005-10-03 2007-04-19 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2007207669A (en) * 2006-02-03 2007-08-16 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2008112647A (en) * 2006-10-31 2008-05-15 Toyota Motor Corp Vehicular fuel cell system
JP2009277637A (en) * 2008-05-15 2009-11-26 Hyundai Motor Co Ltd Method of activating fuel cell
JP2009301868A (en) * 2008-06-13 2009-12-24 Panasonic Corp Fuel cell electric power generation system and its operation method
WO2010023949A1 (en) * 2008-08-29 2010-03-04 パナソニック株式会社 Fuel battery power generation system

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9509004B2 (en) 2013-03-21 2016-11-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and control method of fuel cell system
JP2018067403A (en) * 2016-10-18 2018-04-26 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
US10547072B2 (en) 2016-10-18 2020-01-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
US10804553B2 (en) 2016-11-21 2020-10-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
JP2018156747A (en) * 2017-03-15 2018-10-04 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP2018156789A (en) * 2017-03-16 2018-10-04 三菱自動車工業株式会社 Operation control method and operation control system of fuel cell vehicle
JP2018156790A (en) * 2017-03-16 2018-10-04 三菱自動車工業株式会社 Operation control method and operation control system of fuel cell battery vehicle
CN113130945A (en) * 2021-03-22 2021-07-16 苏州弗尔赛能源科技股份有限公司 Fuel cell stack performance recovery method and system

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