JP4627145B2 - Operation method of fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、エージングを行う際の燃料電池の運転方法に関する。   The present invention relates to a method of operating a fuel cell when performing aging.

図７に示したように、固体高分子型の燃料電池１００は、高分子電解質膜１０１と、その両側に設けられた触媒作用をもった水素極１０２及び酸素極１０３と、反応ガスである水素と酸素（空気中に含まれる）の供給路を形成するセパレータ１０４及び１０５とを備えている。   As shown in FIG. 7, a polymer electrolyte fuel cell 100 includes a polymer electrolyte membrane 101, a hydrogen electrode 102 and an oxygen electrode 103 having catalytic action provided on both sides thereof, and hydrogen as a reaction gas. And separators 104 and 105 that form a supply path for oxygen (included in the air).

そして、セパレータ１０５の供給路に供給された水素ガスＨ2は、水素電極１０２で電子ｅ-を放出して水素イオンＨ+となり、該水素イオンＨ+が高分子電解質膜１０１中を伝導する。一方、酸素電極１０３においては、酸素ガスＯ2と酸素電極１０３から供給される電子ｅ-と水素イオンＨ+とにより、以下の反応によって水Ｈ2Ｏが生成される。 The hydrogen gas H 2 supplied to the supply path of the separator 105 emits electrons e − at the hydrogen electrode 102 to become hydrogen ions H + , and the hydrogen ions H + are conducted through the polymer electrolyte membrane 101. On the other hand, in the oxygen electrode 103, water H 2 O is generated by the following reaction by the oxygen gas O 2 , the electron e − supplied from the oxygen electrode 103, and the hydrogen ion H + .

１／２Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ ・・・・・（１）
ここで、高分子電解質膜１０１における水素イオンＨ+の伝導率は、高分子電解質膜１０１の含水率によって変化し、乾燥状態では水素イオンＨ+の伝導率が低く、含水率が高くなるに従って水素イオンＨ+の伝導率が高くなる。そして、燃料電池１００を組み立てたときには、高分子電解質膜１０１は乾燥状態にあるので、高分子電解質膜１０１に含水させて所望の出力能力を発揮し得る状態にする、いわゆるエージングを行う必要がある。 1 / 2O 2 + 2H + + 2e − → H 2 O (1)
Here, the conductivity of the hydrogen ion H + in the polymer electrolyte membrane 101 varies depending on the water content of the polymer electrolyte membrane 101, and the hydrogen ion H + conductivity is low in the dry state, and the hydrogen content increases as the water content increases. The conductivity of ion H + is increased. When the fuel cell 100 is assembled, since the polymer electrolyte membrane 101 is in a dry state, it is necessary to perform so-called aging in which the polymer electrolyte membrane 101 is hydrated so that a desired output capability can be exhibited. .

そこで、従来は、燃料電池１００に供給される反応ガスを加湿し、水蒸気により高分子電解質膜１０１に含水させる処理に加えて、燃料電池１００に電気負荷１１０を接続して一定電流を出力させることにより、上記式（１）の化学反応によって酸素電極１０３に水を生じさせて高分子電解質膜１０１に含水させるようにしていた。   Therefore, conventionally, in addition to the process of humidifying the reaction gas supplied to the fuel cell 100 and hydrating the polymer electrolyte membrane 101 with water vapor, the electric load 110 is connected to the fuel cell 100 to output a constant current. Thus, water is generated in the oxygen electrode 103 by the chemical reaction of the above formula (1) and the polymer electrolyte membrane 101 is hydrated.

さらに、エージングを行う際に、発電により消費される反応ガスの利用率を向上させて燃料電池１００内で生じる水を増加させ、これにより高分子電解質膜１０１の含水を促進させてエージングに要する時間を短縮させる方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。   Furthermore, when performing aging, the utilization rate of the reaction gas consumed by power generation is increased to increase the amount of water generated in the fuel cell 100, thereby promoting the water content of the polymer electrolyte membrane 101 and the time required for aging. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

しかし、この場合には、フラッディング（高分子電解質膜付近の水分の過多）により反応ガスの供給が妨げられて燃料電池の性能が低下するおそれがあり、フラッディングに対処するために制御手法が複雑になるという不都合がある。
特開２００３−２１７６２２号公報 However, in this case, flooding (excessive water in the vicinity of the polymer electrolyte membrane) may hinder the supply of the reaction gas and reduce the performance of the fuel cell, and the control method is complicated to deal with flooding. There is an inconvenience of becoming.
JP 2003-217622 A

本発明は上記不都合を解消し、簡易な制御手法により燃料電池のエージング時間を短縮することができる運転方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an operation method that can eliminate the above-mentioned disadvantages and can shorten the aging time of a fuel cell by a simple control method.

本願発明者らは、上記目的を達成するために各種検討を重ねた結果、燃料電池のエージングを行う際に、燃料電池の出力電流を増減させることにより、エージングに要する時間が短縮されることを知見した。   As a result of various studies to achieve the above object, the inventors of the present application have found that the time required for aging can be shortened by increasing or decreasing the output current of the fuel cell when aging the fuel cell. I found out.

そこで、本発明は、保水により反応ガスイオンの伝導率が向上する高分子電解質膜を有する燃料電池のエージングを行う際の運転方法であって、
燃料電池に接続された可変抵抗の抵抗値を設定することにより、燃料電池の出力電流を、第１の電流値から該第１の電流値よりも大きい第２の電流値まで漸増させた後、該第１の電流値まで漸減させる工程を、所定のエージング終了条件が成立するまで繰り返し実行することを特徴とする。 Therefore, the present invention is an operation method when aging a fuel cell having a polymer electrolyte membrane in which the conductivity of reactive gas ions is improved by water retention,
After gradually increasing the output current of the fuel cell from the first current value to a second current value larger than the first current value by setting a resistance value of a variable resistor connected to the fuel cell , The step of gradually decreasing to the first current value is repeatedly performed until a predetermined aging end condition is satisfied.

かかる本発明によれば、燃料電池の出力電流を増減するという簡易な制御により、燃料電池のエージング時間を短縮することができる。なお、このようにエージング時間が短縮される理由としては、燃料電池の出力電流を一定としてエージングを行った場合と比較して、出力電流を増減させた場合には、燃料電池の高分子電解質膜と電極間の界面における電流の挿印が変化して電荷の移動量が変動し、これにより、高分子電解質膜における反応ガスイオンの伝導経路の形成が促進されるためではないかと考えられる。   According to the present invention, the aging time of the fuel cell can be shortened by simple control of increasing or decreasing the output current of the fuel cell. The reason why the aging time is shortened in this way is that when the output current is increased or decreased as compared with the case where the aging is performed with the output current of the fuel cell being constant, the polymer electrolyte membrane of the fuel cell is It is considered that the current imprinting at the interface between the electrode and the electrode changes to change the amount of charge movement, which promotes the formation of the reaction path of the reactive gas ions in the polymer electrolyte membrane.

さらに、本発明によれば、燃料電池の出力電流を漸増、漸減させることにより、高分子電解室膜に与えるストレスを軽減させて、エージング時間の短縮を図ることができる。   Furthermore, according to the present invention, by gradually increasing or decreasing the output current of the fuel cell, the stress applied to the polymer electrolysis chamber membrane can be reduced, and the aging time can be shortened.

また、前記第２の電流値を、前記第２の電流値を出力したときに燃料電池の出力電圧が所定の下限電圧を超える範囲内で設定したことを特徴とする。   The second current value is set within a range in which the output voltage of the fuel cell exceeds a predetermined lower limit voltage when the second current value is output.

かかる本発明において、エージングが終了するまでは燃料電池の性能が低く、燃料電池が許容し得る出力電圧の下限は高くなる。そのため、エージング実行時における燃料電池の出力電流が大き過ぎると、燃料電池の出力電圧が許容し得る電圧の下限よりも低下して、燃料電池が劣化するおそれがある。   In the present invention, until the aging is completed, the performance of the fuel cell is low, and the lower limit of the output voltage allowable by the fuel cell is high. For this reason, if the output current of the fuel cell at the time of aging is too large, the output voltage of the fuel cell falls below the lower limit of the allowable voltage, and the fuel cell may be deteriorated.

そこで、前記第２の電流値を、前記第２の電流値を出力したときに燃料電池の出力電圧が所定の下限電圧を超える範囲内で設定することにより、燃料電池の出力電圧が燃料電池の劣化が生じるレベルまで低下することを防止することができる。   Therefore, by setting the second current value within a range in which the output voltage of the fuel cell exceeds the predetermined lower limit voltage when the second current value is output, the output voltage of the fuel cell is It can prevent falling to the level which causes degradation.

また、前記第２の電流値を出力したときの燃料電池の出力電圧が、エージング途中での燃料電池の出力特性の変化に応じて設定された切替電圧を超えたときに、前記第２の電流値を増大させることを特徴とする。   Further, when the output voltage of the fuel cell when the second current value is output exceeds a switching voltage set in accordance with a change in the output characteristics of the fuel cell during aging, the second current is output. It is characterized by increasing the value.

かかる本発明において、エージングが進んで燃料電池の出力特性が変化し、燃料電池の性能が向上するに従って、前記第２の電流値を出力したときの燃料電池の出力電圧が次第に上昇し、前記下限電圧に対するマージンが大きくなる。そこで、前記第２の電流値を出力したときの燃料電池の出力電圧が前記切替電圧を超えたときには、前記燃料電池の出力電圧の低下を伴って前記第２の電流値を増加させることが可能となる。そして、これにより、前記高分子電解質膜を伝導する反応ガスイオンを増加させると共に、生成される水を増加させて、エージングに要する時間を更に短縮することができる。   In the present invention, as the aging progresses and the output characteristics of the fuel cell change and the performance of the fuel cell improves, the output voltage of the fuel cell when the second current value is output gradually increases, and the lower limit The margin for voltage increases. Therefore, when the output voltage of the fuel cell when the second current value is output exceeds the switching voltage, the second current value can be increased with a decrease in the output voltage of the fuel cell. It becomes. And thereby, while increasing the reactive gas ion which conducts the said polymer electrolyte membrane, the water produced | generated can be increased and the time required for aging can further be shortened.

本発明の実施の形態について、図１〜図６を参照して説明する。図１は燃料電池のシステム構成図、図２はエージング実行時の燃料電池の制御フローチャート、図３はエージング実行時の燃料電池の出力電流の推移を示した時系列グラフ、図４はエージング実行時の燃料電池の制御フローチャートの他の例、図５は図４に示した制御フローチャートによりエージングを行った場合の燃料電池の出力電圧と出力電流の変化を示したグラフ、図６はエージングに要する時間の比較グラフである。   Embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a system configuration diagram of a fuel cell, FIG. 2 is a control flowchart of the fuel cell at the time of aging execution, FIG. 3 is a time series graph showing the transition of the output current of the fuel cell at the time of aging execution, FIG. 5 is a graph showing changes in the output voltage and output current of the fuel cell when aging is performed according to the control flowchart shown in FIG. 4, and FIG. 6 is the time required for aging. It is a comparison graph.

図１に示したように、燃料電池１には、水素タンク２から水素供給管３を介して水素が供給されると共に、エアコンプレッサ４から空気供給管５を介して空気が供給される。また、水素供給管３には、水素の供給量を調節する可変バルブ６と水素に加湿する加湿器８が設けられ、空気供給管５には、空気の供給量を調節する可変バルブ７と空気に加湿する加湿器９が設けられている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell 1 is supplied with hydrogen from the hydrogen tank 2 through the hydrogen supply pipe 3 and with air from the air compressor 4 through the air supply pipe 5. The hydrogen supply pipe 3 is provided with a variable valve 6 for adjusting the supply amount of hydrogen and a humidifier 8 for humidifying the hydrogen, and the air supply pipe 5 is provided with a variable valve 7 for adjusting the supply amount of air and the air. A humidifier 9 is provided for humidifying.

さらに、燃料電池１の出力電圧Ｖfcを検出する電圧検出器１０、燃料電池１の出力電流Ｉfcを検出する電流検出器１１、燃料電池１と接続された冷媒循環路１２内に冷媒を循環させて燃料電池１を冷却する温度調節器１５、及び燃料電池１の作動を制御するコントローラ２０が備えられている。   Furthermore, the refrigerant is circulated in the voltage detector 10 that detects the output voltage Vfc of the fuel cell 1, the current detector 11 that detects the output current Ifc of the fuel cell 1, and the refrigerant circuit 12 connected to the fuel cell 1. A temperature regulator 15 for cooling the fuel cell 1 and a controller 20 for controlling the operation of the fuel cell 1 are provided.

そして、電圧検出器１０の電圧検出信号と電流検出器１１の電流検出信号がコントローラ２０に入力され、コントローラ２０から出力される制御信号によって、可変バルブ６，７、加湿器８，９、及び温度調節器１５の設定、作動が制御される。   The voltage detection signal of the voltage detector 10 and the current detection signal of the current detector 11 are input to the controller 20, and the variable valves 6 and 7, the humidifiers 8 and 9, and the temperature are controlled by the control signal output from the controller 20. Setting and operation of the regulator 15 are controlled.

また、燃料電池１の組み立て時には、燃料電池１の各セルの高分子電解質膜は乾燥状態であり、水素イオンＨ+の伝導率が低い。そのため、高分子電解質膜の含水を促進させて水素イオンＨ+の伝導率を向上させ、燃料電池１に所望の性能を発揮させるためにエージングが実行される。エージングを実行する際には、可変抵抗２１が接続され、可変抵抗２１の抵抗値がコントローラ２０から出力される制御信号によって設定される。 Further, when the fuel cell 1 is assembled, the polymer electrolyte membrane of each cell of the fuel cell 1 is in a dry state, and the conductivity of hydrogen ions H + is low. Therefore, aging is performed in order to promote the water content of the polymer electrolyte membrane to improve the conductivity of hydrogen ions H + and to make the fuel cell 1 exhibit desired performance. When executing aging, the variable resistor 21 is connected, and the resistance value of the variable resistor 21 is set by a control signal output from the controller 20.

以下、図２に示したフローチャートに従って、コントローラ２０によるエージング実行時の燃料電池１の運転方法について説明する。コントローラ２０は、先ず、ＳＴＥＰ１で燃料電池１の出力電流が０となるように（Ｉfc＝０）、可変抵抗２１の抵抗値を設定する。   Hereinafter, the operation method of the fuel cell 1 when the controller 20 performs the aging will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, the controller 20 sets the resistance value of the variable resistor 21 so that the output current of the fuel cell 1 becomes 0 (Ifc = 0) in STEP1.

そして、次のＳＴＥＰ２で、コントローラ２０は、燃料電池１の出力電流がΔＩfc1だけ増加するように可変抵抗２１を設定し、続くＳＴＥＰ３で燃料電池１の出力電流が予め設定されたＩh11（例えば０．８A/cm2，本発明の第２の電流値に相当する）以上となったときはＳＴＥＰ４に進み、ＩfcがＩh11よりも小さいときにはＳＴＥＰ２に戻る。このＳＴＥＰ２とＳＴＥＰ３のループによって、ＳＴＥＰ３で燃料電池１の出力電流ＩfcがＩh11以上となるまで、ＩfcがΔＩfc1ずつ漸増する。 In the next STEP 2, the controller 20 sets the variable resistor 21 so that the output current of the fuel cell 1 increases by ΔIfc 1 , and in the subsequent STEP 3, the output current of the fuel cell 1 is set in advance to Ih 11 (for example, If it is equal to or greater than 0.8 A / cm 2 (corresponding to the second current value of the present invention), the process proceeds to STEP 4, and if Ifc is smaller than Ih 11 , the process returns to STEP 2. This STEP2 and STEP3 loop until the output current Ifc of the fuel cell 1 becomes Ih 11 or more STEP3, Ifc increases gradually by DerutaIfc 1.

ＳＴＥＰ４で、コントローラ２０は、燃料電池１の出力電流ＩfcがΔＩfc1だけ減少するように可変抵抗２１を設定し、続くＳＴＥＰ５でＩfcがＩl（例えば０A/cm2，本発明の第１の電流値に相当する）以下となったときはＳＴＥＰ６に進み、Ｉfcが第１の電流値Ｉlを超えているときにはＳＴＥＰ４に戻る。このＳＴＥＰ４とＳＴＥＰ５のループによって、ＳＴＥＰ５で燃料電池１の出力電流ＩfcがＩl以下となるまで、ＩfcがΔＩfc1ずつ漸減する。 In STEP 4, the controller 20 sets the variable resistor 21 so that the output current Ifc of the fuel cell 1 is decreased by ΔIfc 1. In subsequent STEP 5, Ifc is Il (for example, 0 A / cm 2 , the first current value of the present invention). If it is equal to or less), the process proceeds to STEP6, and if Ifc exceeds the first current value Il, the process returns to STEP4. This STEP4 and STEP5 loop, the output current Ifc of the fuel cell 1 until the following Il in STEP5, Ifc is gradually reduced by DerutaIfc 1.

このように、ＳＴＥＰ２からＳＴＥＰ５の処理によって、燃料電池１の出力電流Ｉfcは、Ｉh11まで漸増した後にＩlまで漸減する。そして、次のＳＴＥＰ６で、コントローラ２０は、燃料電池１の出力電圧Ｖfcが予め設定されたＶfc_lmt（本発明の切替電圧に相当する）以下であるときは、ＳＴＥＰ２に戻る。これにより、ＳＴＥＰ６で燃料電池１の出力電圧ＶfcがＶfc_lmtを超えるまで、ＳＴＥＰ２からＳＴＥＰ５の処理が繰り返し実行される。 Thus, by the processing in STEP5 from STEP2, the output current Ifc of the fuel cell 1 gradually decreases until Il after titrated to Ih 11. In the next STEP 6, the controller 20 returns to STEP 2 when the output voltage Vfc of the fuel cell 1 is equal to or lower than a preset Vfc_lmt (corresponding to the switching voltage of the present invention). Thus, the output voltage Vfc of the fuel cell 1 in STEP6 is until exceed Vfc_lmt, processing from STEP2 STEP5 is repeatedly executed.

なお、Ｉh11は、Ｉh11を出力したときの燃料電池１の出力電圧Ｖfcが、燃料電池１の許容電圧（例えば０．６Ｖ，本発明の下限電圧に相当する）を超える範囲内で設定される。 Ih 11 is set within a range in which the output voltage Vfc of the fuel cell 1 when Ih 11 is output exceeds the allowable voltage of the fuel cell 1 (for example, 0.6 V, which corresponds to the lower limit voltage of the present invention). The

図３（ａ）はエージングを実行したときの燃料電池１の出力電流Ｉfcの推移を示した時系列グラフであり、縦軸が出力電流Ｉfcに設定され、横軸が時間ｔに設定されている。そして、処理が開始されたｔ10からｔ15まで、ＳＴＥＰ２からＳＴＥＰ６の処理により、Ｉfcが０からＩh11まで漸増した後に０まで漸減する変化が繰り返されている（ｔ10〜ｔ11，ｔ11〜ｔ12，…，ｔ14〜ｔ15）。 FIG. 3A is a time series graph showing the transition of the output current Ifc of the fuel cell 1 when aging is executed, the vertical axis is set to the output current Ifc, and the horizontal axis is set to time t. . Then, from t 10 the process was initiated to t 15, the processing of STEP6 from STEP2, Ifc changes that gradually decreases to 0 after gradually increasing from 0 to Ih 11 is repeated (t 10 ~t 11, t 11 ~t 12, ..., t 14 ~t 15).

このように、燃料電池１の出力電流Ｉfcを変化させてエージングを行うことにより、エージングに要する時間の短縮を図ることができる。そして、図２のＳＴＥＰ６で、燃料電池１の出力電圧ＶfcがＶfc_lmtを超えたときにＳＴＥＰ７に進む。   Thus, by performing the aging by changing the output current Ifc of the fuel cell 1, it is possible to reduce the time required for the aging. Then, in STEP6 of FIG. 2, when the output voltage Vfc of the fuel cell 1 exceeds Vfc_lmt, the process proceeds to STEP7.

コントローラ２０は、ＳＴＥＰ７で燃料電池１の出力電流ＩfcがΔＩfc2だけ増加するように可変抵抗２１を設定し、続くＳＴＥＰ８でＩfcが予め設定されたＩh12（例えば１．０A/cm2，本発明の第２の電流値に相当する）以上となったときはＳＴＥＰ９に進み、ＩfcがＩh12よりも小さいときにはＳＴＥＰ７に戻る。このＳＴＥＰ７とＳＴＥＰ８のループによって、ＳＴＥＰ８で燃料電池１の出力電流ＩfcがＩh12以上となるまで、ＩfcがΔＩfc2ずつ漸増する。 The controller 20 sets the variable resistor 21 so that the output current Ifc of the fuel cell 1 is in STEP7 increased by DerutaIfc 2, followed by Ih 12 which Ifc is preset in STEP 8 (e.g. 1.0A / cm 2, the present invention If the current value is equal to or greater than the second current value, the process proceeds to STEP 9. If Ifc is smaller than Ih 12 , the process returns to STEP 7. This STEP7 and STEP8 loop until the output current Ifc of the fuel cell 1 becomes Ih 12 or more STEP8, Ifc increases gradually by ΔIfc 2.

ＳＴＥＰ９で、コントローラ２０は、燃料電池１の出力電流ＩfcがΔＩfc2だけ減少するように可変抵抗２１を設定し、続くＳＴＥＰ１０でＩfcがＩl（例えば０A/cm2，本発明の第１の電流値に相当する）以下となったときはＳＴＥＰ１１に進み、ＩfcがＩlを超えているときにはＳＴＥＰ９に戻る。このＳＴＥＰ９とＳＴＥＰ１０のループによって、ＳＴＥＰ１０で燃料電池１の出力電流ＩfcがＩl以下となるまで、ＩfcがΔＩfc2ずつ漸減する。 In STEP 9, the controller 20, the output current Ifc of the fuel cell 1 is set to the variable resistor 21 so as to reduce by DerutaIfc 2, Ifc in the subsequent STEP10 is Il (e.g. 0A / cm 2, a first current value of the present invention If it is equal to or less), the process proceeds to STEP11. If Ifc exceeds Il, the process returns to STEP9. This STEP9 and STEP10 loop, the output current Ifc of the fuel cell 1 until the following Il in STEP10, Ifc is gradually reduced by ΔIfc 2.

このように、ＳＴＥＰ７からＳＴＥＰ１０の処理によって、燃料電池１の出力電流Ｉfcは、Ｉh12まで漸増した後にＩlまで漸減する。そして、次のＳＴＥＰ１１で、コントローラ２０は、燃料電池１の出力電圧Ｖfcの上昇が止まって横ばいとなったとき（ΔＶfc≒０，本発明のエージング終了条件に相当する）に、コントローラ２０はエージングの運転を終了する。 Thus, by the processing in STEP10 from STEP7, the output current Ifc of the fuel cell 1 gradually decreases until Il after titrated to Ih 12. In the next STEP 11, when the increase in the output voltage Vfc of the fuel cell 1 has stopped and leveled off (ΔVfc≈0, corresponding to the aging end condition of the present invention), the controller 20 End driving.

図３（ａ）のｔ15からｔ18において、ＳＴＥＰ７からＳＴＥＰ１１の処理により、燃料電池１の出力電流Ｉfcが０からＩh12まで漸増した後に０まで漸減する変化が繰り返されている（ｔ15〜ｔ16，ｔ16〜ｔ17，ｔ17〜ｔ18）。このように、ＳＴＥＰ６で燃料電池１の出力電圧ＶfcがＶfc_lmtを超え、燃料電池１の性能がある程度向上したと判断できるときに、出力電流Ｉfcを漸増させるときのピーク値を増加（Ｉh11→Ｉh12）させることにより、エージングに要する時間の一層の短縮を図ることができる。 In t 18 from t 15 in FIG. 3 (a), by treatment STEP11 from STEP7, changes gradually decreases from output current Ifc is 0 of the fuel cell 1 to 0 after gradually increased until Ih 12 is repeated (t 15 ~ t 16, t 16 ~t 17, t 17 ~t 18). Thus, when the output voltage Vfc of the fuel cell 1 exceeds Vfc_lmt in STEP 6 and it can be determined that the performance of the fuel cell 1 has improved to some extent, the peak value when gradually increasing the output current Ifc is increased (Ih 11 → Ih 12 ), the time required for aging can be further shortened.

なお、本実施の形態では、図２のＳＴＥＰ２で燃料電池１の出力電流Ｉfcを増加させる量とＳＴＥＰ４でＩfcを減少させる量をともにΔＩfc1としたが、増加させる量と減少させる量を異なる値に設定してもよい。同様に、図２のＳＴＥＰ７で燃料電池１の出力電流Ｉfcを増加させる量とＳＴＥＰ９でＩfcを減少させる量をともにΔＩfc2としたが、増加させる量と減少させる量を異なる値に設定してもよい。 In this embodiment, the amount and has been both a DerutaIfc 1 the amount of reducing Ifc in STEP4, different values the amount of reducing an amount that increases to increase the output current Ifc of the fuel cell 1 in STEP2 in FIG. 2 May be set. Similarly, the amount of increase in the output current Ifc of the fuel cell 1 in STEP7 in FIG. 2 and the amount of decrease in Ifc in STEP9 are both ΔIfc2, but the amount to be increased and the amount to be decreased may be set to different values. Good.

また、本実施の形態では、図３（ａ）に示したように、燃料電池１の出力電流Ｉfcを三角波形状に漸増／漸減させたが、本発明に関連する実施形態として、図３（ｂ）に示したようにステップ状にＩfcを増加／減少させてもよい。図３（ｂ）は、図３（ａ）のグラフと同様に、縦軸が燃料電池１の出力電流に設定され、横軸が時間に設定されている。 Further, in this embodiment, as shown in FIG. 3A, the output current Ifc of the fuel cell 1 is gradually increased / decreased in a triangular wave shape, but as an embodiment related to the present invention, FIG. As shown in (1), Ifc may be increased / decreased stepwise. In FIG. 3B, as in the graph of FIG. 3A, the vertical axis is set to the output current of the fuel cell 1, and the horizontal axis is set to time.

図３（ｂ）に示した例では、燃料電池１の出力電流ＩfcをＴa（本発明の第１の所定時間に相当する）の間Ｉl2（例えば０A/cm2，本発明の第１の電流値に相当する）とした後、Ｔb（本発明の第２の所定時間に相当する）の間Ｉh21（例えば０．８A/cm2，本発明の第２の電流値に相当する）とする工程を繰り返し（ｔ20〜ｔ21，ｔ21〜ｔ22，…，ｔ24〜ｔ25）ている。 In the example shown in FIG. 3B, the output current Ifc of the fuel cell 1 is set to Il 2 (for example, 0 A / cm 2 , for example, 0 A / cm 2 for the first predetermined time of the present invention). Ih 21 (for example, 0.8 A / cm 2 , corresponding to the second current value of the present invention) during Tb (corresponding to the second predetermined time of the present invention) a step of repeatedly (t 20 ~t 21, t 21 ~t 22, ..., t 24 ~t 25) to have.

そして、燃料電池１の出力電圧Ｖfcが切替電圧Ｖfc_lmtを超えたｔ25からＶfcがエージング終了条件（ΔＶfc≒０）を満たすｔ28までは、燃料電池１の出力電流ＩfcをＴaの間Ｉl2とした後、Ｔbの間Ｉh22（例えば１．０A/cm2，本発明の第２の電流値に相当する）とする工程を繰り返して、エージングに要する時間の一層の短縮を図っている。 From t 25 when the output voltage Vfc of the fuel cell 1 exceeds the switching voltage Vfc_lmt to t 28 when Vfc satisfies the aging termination condition (ΔVfc≈0), the output current Ifc of the fuel cell 1 is set to Il 2 during Ta. After that, the process of setting Ih 22 (for example, 1.0 A / cm 2 , corresponding to the second current value of the present invention) during Tb is repeated to further reduce the time required for aging.

なお、本実施の形態では、Ｉh11，Ｉh12を、Ｉh11，Ｉh12を出力したときの燃料電池１の出力電圧Ｖfcが下限電圧（０．６Ｖ）を超える範囲内で設定したが、かかる範囲以下に設定して場合であっても、本発明の効果を得ることができる。 In the present embodiment, Ih 11 and Ih 12 are set within a range where the output voltage Vfc of the fuel cell 1 when Ih 11 and Ih 12 are output exceeds the lower limit voltage (0.6 V). The effect of the present invention can be obtained even when set to a range or less.

また、本実施の形態では、図２のＳＴＥＰ６で燃料電池１の出力電圧Ｖfcが切替電圧Ｖfc_lmtを超えたときに、燃料電池１の出力電流Ｉfcを増加させるときのピーク値を増加させる（Ｉh11→Ｉh12）処理を行ったが、かかる処理を行わない場合であっても、本発明の効果を得ることができる。 Further, in the present embodiment, when the output voltage Vfc of the fuel cell 1 exceeds the switching voltage Vfc_lmt in STEP 6 of FIG. 2, the peak value when increasing the output current Ifc of the fuel cell 1 is increased (Ih 11 → Ih 12 ) The processing of the present invention can be achieved even when the processing is not performed.

また、本実施の形態では、図２に示したように、燃焼電池１の出力電流Ｉfcを、予め設定したＩh11，Ｉh12まで漸増させたが、燃料電池１の出力電流Ｉfcの上限値Ｉfc_lmtと出力電圧Ｖfcの下限値Ｖfc_lmtを予め設定し、燃料電池１の出力電流ＩfcをＩfc_lmtを超えず且つ出力電圧ＶfcがＶfc_lmtよりも低くならない範囲で、漸増させるようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the output current Ifc of the combustion cell 1 is gradually increased to preset Ih 11 and Ih 12 , but the upper limit value Ifc_lmt of the output current Ifc of the fuel cell 1. And a lower limit value Vfc_lmt of the output voltage Vfc may be set in advance, and the output current Ifc of the fuel cell 1 may be gradually increased within a range that does not exceed Ifc_lmt and the output voltage Vfc does not become lower than Vfc_lmt.

具体的には、図４に示したフローチャートに従って燃料電池１の出力電流Ｉfcを増減させる。ＳＴＥＰ５１〜ＳＴＥＰ５３のループがＩfcを漸増させる処理であり、ＳＴＥＰ５２でＩfcが上限値Ｉfc_lmtを超えていないことを確認し、また、ＳＴＥＰ５３でＶfcがＶfc_lmtよりも低くなっていないことを確認しながら、ＳＴＥＰ５１でＩfcをΔＩfcずつ漸増させる。   Specifically, the output current Ifc of the fuel cell 1 is increased or decreased according to the flowchart shown in FIG. The loop of STEP51 to STEP53 is a process of gradually increasing Ifc. In STEP52, it is confirmed that Ifc does not exceed the upper limit value Ifc_lmt, and in STEP53, it is confirmed that Vfc is not lower than Vfc_lmt. To gradually increase Ifc by ΔIfc.

そして、ＳＴＥＰ５２でＩfcがＩfc_lmt以上となったとき、及びＳＴＥＰ５３でＶfcがＶfc_lmt以下となったときに、ＳＴＥＰ５４に進み、ＳＴＥＰ５４〜ＳＴＥＰ５５のループにより、ＩfcをΔＩfcずつＩlまで漸減させる。続くＳＴＥＰ５６で燃料電池１の出力電圧の増加率ΔＶfcがほぼ０となったときはＳＴＥＰ５７に進んでエージングを終了し、増加率ΔＶが０となっていなかったときには、ＳＴＥＰ５１に戻って再びＩfcを漸増させる。   When Ifc becomes equal to or greater than Ifc_lmt in STEP52 and when Vfc becomes equal to or less than Vfc_lmt in STEP53, the process proceeds to STEP54, and Ifc is gradually reduced to Il by ΔIfc by a loop of STEP54 to STEP55. When the increase rate ΔVfc of the output voltage of the fuel cell 1 becomes almost 0 in STEP56, the process proceeds to STEP57 and the aging is finished. When the increase rate ΔV is not 0, the process returns to STEP51 and gradually increases Ifc again. Let

図５は、以上説明した図４のフローチャートによりエージングを行った場合の燃料電池の出力電流Ｉfcと出力電圧Ｖfcの変化を示したグラフであり、上段のグラフの縦軸がＩfcに設定され、下段のグラフの縦軸がＶfcに設定されている。また、横軸は共通の時間軸ｔに設定されている。図５のグラフにおいては、エージングが開始されたｔ30からｔ32までは、Ｖfc_lmtの制限によりｔ31，ｔ32におけるＩfcのピーク値がＩfc_lmtよりも低く抑えられるが、ｔ33以降は、ｔ33，ｔ34，ｔ35，ｔ36におけるＩfcのピーク値がＩfc_lmtまで増加している。 FIG. 5 is a graph showing changes in the output current Ifc and output voltage Vfc of the fuel cell when aging is performed according to the flowchart of FIG. 4 described above. The vertical axis of the upper graph is set to Ifc, The vertical axis of the graph is set to Vfc. The horizontal axis is set to a common time axis t. In the graph of FIG. 5, from t 30 aging was started until t 32, the peak value of Ifc at t 31, t 32 due to limitations of Vfc_lmt is kept below Ifc_lmt, t 33 and subsequent, t 33 , T 34 , t 35 , t 36 , the peak value of Ifc increases to Ifc_lmt.

ここで、Ｉfc_lmtとＶfc_lmtは、燃料電池１の性能劣化等を生じ得る限界値付近に設定される。そのため、ＳＴＥＰ５１〜ＳＴＥＰ５３の処理により、燃料電池１の性能劣化を抑制しつつＩfcを極力増加させることで、エージングに要する時間の更なる短縮が期待できる。   Here, Ifc_lmt and Vfc_lmt are set in the vicinity of a limit value that may cause performance degradation of the fuel cell 1. Therefore, by shortening the time required for aging by increasing Ifc as much as possible while suppressing the performance deterioration of the fuel cell 1 by the processing of STEP51 to STEP53, it can be expected.

また、図６は、縦軸がＶfcの増加率ΔＶfcに設定され、横軸が時間ｔに設定されたグラフである。そして、図中αは本発明により燃料電池の出力電流Ｉfcを１A/cm2と０A/cm2間で漸増／漸減させてエージングを行った場合のグラフであり、図中βは燃料電池の出力電流を段階的に１A/cm2まで増加させてエージングを行った場合における出力電流が１A/cm2に達した後のグラフである。 FIG. 6 is a graph in which the vertical axis is set to the increase rate ΔVfc of Vfc and the horizontal axis is set to time t. In the figure, α is a graph when aging is performed by gradually increasing / decreasing the output current Ifc of the fuel cell between 1 A / cm 2 and 0 A / cm 2 according to the present invention, and β in the figure is the output of the fuel cell. It is a graph after the output current reaches 1 A / cm 2 when aging is performed by increasing the current stepwise to 1 A / cm 2 .

図６から明らかなように、燃料電池の電圧変化率ΔＶfcがエージング終了の判定値の設定例であるｌm1，ｌm2，ｌm3にそれぞれ達するまでに要する時間は、αにおける時間ｔ0〜ｔ1（ｌm1），ｔ0〜ｔ2（lm2），ｔ0〜ｔ5（lm3）の方が、βにおける時間ｔ0〜ｔ3（ｌm1），ｔ0〜ｔ4（ｌm2），ｔ0〜ｔ6（ｌm3）よりも短くなっており、本発明の適用により燃料電池のエージング時間を短縮する効果が大きいことがわかる。 As is clear from FIG. 6, the time required for the voltage change rate ΔVfc of the fuel cell to reach lm1, lm2, and lm3, which are setting examples of the aging end determination values, is the time t 0 to t 1 (lm1). ), T 0 to t 2 (lm2), and t 0 to t 5 (lm3) are times t 0 to t 3 (lm1), t 0 to t 4 (lm2), t 0 to t 6 ( It can be seen that the effect of shortening the aging time of the fuel cell is great by applying the present invention.

燃料電池のシステム構成図。The system block diagram of a fuel cell. エージング実行時の燃料電池の制御フローチャート。The fuel cell control flowchart at the time of aging execution. エージング実行時の燃料電池の出力電流の推移を示した時系列グラフ。The time series graph which showed transition of the output current of the fuel cell at the time of aging execution. エージング実行時の燃料電池の制御フローチャート。The fuel cell control flowchart at the time of aging execution. 図４に示した制御フローチャートによりエージングを行った場合の燃料電池の出力電圧と出力電流の変化を示したグラフ。The graph which showed the change of the output voltage and output current of a fuel cell at the time of performing aging by the control flowchart shown in FIG. エージングに要する時間の比較グラフ。Comparison graph of time required for aging. 燃料電池の構造図。FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１…燃料電池（スタック）、２…水素タンク、３…水素供給管、４…エアコンプレッサ、５…空気供給管、６，７…可変バルブ、８，９…加湿器、１０…電圧検出器、１１…電流検出器、１２…冷媒循環路、１５…温度調節器、２０…コントローラ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell (stack), 2 ... Hydrogen tank, 3 ... Hydrogen supply pipe, 4 ... Air compressor, 5 ... Air supply pipe, 6, 7 ... Variable valve, 8, 9 ... Humidifier, 10 ... Voltage detector, DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Current detector, 12 ... Refrigerant circuit, 15 ... Temperature controller, 20 ... Controller

Claims (3)

保水により反応ガスイオンの伝導率が向上する高分子電解質膜を有する燃料電池のエージングを行う際の運転方法であって、
燃料電池に接続された可変抵抗の抵抗値を設定することにより、燃料電池の出力電流を、第１の電流値から該第１の電流値よりも大きい第２の電流値まで漸増させた後、該第１の電流値まで漸減させる工程を、所定のエージング終了条件が成立するまで繰り返し実行することを特徴とする燃料電池の運転方法。 An operation method for aging a fuel cell having a polymer electrolyte membrane in which the conductivity of reactive gas ions is improved by water retention,
After gradually increasing the output current of the fuel cell from the first current value to a second current value larger than the first current value by setting a resistance value of a variable resistor connected to the fuel cell , A method of operating a fuel cell, characterized in that the step of gradually decreasing to the first current value is repeatedly executed until a predetermined aging end condition is satisfied. 前記第２の電流値を、前記第２の電流値を出力したときの燃料電池の出力電圧が所定の下限電圧を超える範囲内で設定したことを特徴とする請求項１記載の燃料電池の運転方法。 Wherein the second current value, the operation of the fuel cell according to claim 1, wherein the output voltage of the fuel cell when outputting the second current value is characterized in that it is set in a range exceeding a predetermined lower limit voltage Method. 前記第２の電流値を出力したときの燃料電池の出力電圧が、エージング途中での燃料電池の出力特性の変化に応じて設定された切替電圧を超えたときに、前記第２の電流値を増大させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料電池の運転方法。 When the output voltage of the fuel cell when the second current value is output exceeds a switching voltage set according to the change in the output characteristics of the fuel cell during aging, the second current value is The method of operating a fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the method is increased.
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