JP4884663B2 - Starting the fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、複数のセルを積層してなる燃料電池スタックを備える燃料電池を氷点下の温度で起動する際における燃料電池の起動方法に関するものである。   The present invention relates to a method for starting a fuel cell when a fuel cell including a fuel cell stack formed by stacking a plurality of cells is started at a temperature below freezing point.

近年、車両の駆動源として燃料電池を備えた燃料電池車両が提案されている。この種の燃料電池としては、アノードとカソードとの間に固体高分子電解質膜を介装したセルを所定数積層された構造をとるものが知られている。そして、アノードに水素(燃料ガス)を、カソードにエア(酸化剤ガス)をそれぞれ導入することで、水素と酸素との電気化学反応によって発電する。   In recent years, a fuel cell vehicle provided with a fuel cell as a vehicle drive source has been proposed. As this type of fuel cell, one having a structure in which a predetermined number of cells having a solid polymer electrolyte membrane interposed between an anode and a cathode is laminated. Then, hydrogen (fuel gas) is introduced into the anode and air (oxidant gas) is introduced into the cathode, thereby generating electric power through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen.

この種の燃料電池は、一般に70〜80゜Cが発電に最適な温度域とされているが、使用環境によっては起動してから前記温度に達するまでに長い時間がかかる場合があり、その対策を講じる必要がある。
特に、移動手段としての燃料電池車両の場合には、低温時にも速やかな始動性が必要とされるので、燃料電池の低温起動性は極めて重要である。
In general, this type of fuel cell has an optimum temperature range of 70 to 80 ° C., but depending on the usage environment, it may take a long time to reach the temperature after startup. It is necessary to take.
In particular, in the case of a fuel cell vehicle as a moving means, quick startability is required even at low temperatures, so the low temperature startability of the fuel cell is extremely important.

例えば、特許文献1には、発電電流を周期的に変化させることにより、発電効率を低下させ発熱量を増やす技術が提案されている。
また、他の方法としては、燃料電池セルの出力電流を増大させて発電に伴う発熱量を増加させる方法も知られている。
特開2002−313388号公報
For example, Patent Document 1 proposes a technique for decreasing the power generation efficiency and increasing the heat generation amount by periodically changing the generated current.
As another method, there is also known a method of increasing the amount of heat generated by power generation by increasing the output current of the fuel cell.
JP 2002-313388 A

しかしながら、従来の技術においては、以下のような問題がある。
すなわち、発電電流を周期的に変化させる技術においては、発熱量を増加させるためとはいえ発電効率が低下してしまい、燃料電池に非効率的な運転を強いることになるため燃料電池の運転上好ましくない。
However, the conventional techniques have the following problems.
In other words, in the technique of periodically changing the generated current, the power generation efficiency is lowered even though the amount of heat generation is increased, and the fuel cell is forced to operate inefficiently. It is not preferable.

また、氷点下で燃料電池を起動する場合には、燃料電池スタック内に残留する残留水が凍結して十分に反応ガスを電極(アノード、カソード)に供給できず、正常に発電が行えない場合がある。そして、従来の技術のいずれにおいても、燃料電池スタックに電流が過剰に流れると、上述のように正常に発電が行えない場合には、電極の触媒成分が電気化学反応を起こして腐食してしまう(以下、電食、と称す)虞があり、性能や寿命を低下させてしまう虞がある。   In addition, when starting a fuel cell below freezing point, residual water remaining in the fuel cell stack may freeze and the reaction gas cannot be sufficiently supplied to the electrodes (anode and cathode), and power generation may not be performed normally. is there. In any of the conventional techniques, if an excessive amount of current flows through the fuel cell stack, if the power generation cannot be performed normally as described above, the catalyst component of the electrode causes an electrochemical reaction and corrodes. (Hereinafter referred to as electric corrosion), and there is a risk that the performance and life may be reduced.

従って、本発明は、氷点下の温度で起動するときに、電極の電食を防止して、性能低下を抑制することによって、燃料電池の寿命を延ばすことができる燃料電池の起動方法を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a fuel cell startup method capable of extending the life of the fuel cell by preventing electrode corrosion and suppressing performance degradation when starting at a temperature below freezing point. With the goal.

請求項1に係る発明は、複数のセル(例えば、実施の形態におけるセル3)を積層してなる燃料電池スタック(例えば、実施の形態における燃料電池スタック4)を備えた燃料電池の起動方法であって、該燃料電池スタックを少なくとも氷点下の温度で起動するときに、前記燃料電池スタックに流す電流値を増加させ、前記電流値に対する電圧の変化率を測定する変化率測定ステップを有し、前記変化率測定ステップにおいて、前記変化率が、前記燃料電池スタックが暖気されているかを判断できる所定値以下である場合には前記燃料電池スタックに流す電流値を減少させ、前記変化率が、前記燃料電池スタックが暖気されているかを判断できる所定値を上回る場合には前記電流値を増加させることを特徴とする。
請求項2に係る発明は、前記変化率測定ステップに先立って、前記燃料電池スタックが自立暖気できる最低電流値以上の値である目標電流値設定する目標電流値設定ステップを有し、前記変化率測定ステップでは、前記燃料電池スタックに流す電流値を前記目標電流値に向けて増加させるように行うことを特徴とする。
請求項3に係る発明は、前記目標電流値設定ステップの後であって、前記変化率測定ステップの前に、前記燃料電池スタックに流している電流値が前記目標電流値以上の場合は、前記燃料電池スタックに流す電流値を減少させることを特徴とする。

The invention according to claim 1 is a method for starting a fuel cell including a fuel cell stack (for example, the fuel cell stack 4 in the embodiment) formed by stacking a plurality of cells (for example, the cell 3 in the embodiment). A rate of change measurement step of measuring a rate of change of voltage with respect to the current value by increasing a value of current flowing through the fuel cell stack when the fuel cell stack is started at a temperature at least below freezing; in change rate measuring step, the rate of change, decreasing the magnitude of the current flowing through said fuel cell stack when the fuel cell stack is below a predetermined value which can determine whether it is warm, the rate of change, the fuel The current value is increased when a predetermined value that can determine whether the battery stack is warmed is exceeded.
The invention according to claim 2, prior to the change rate measuring step, has a target current value setting step of the fuel cell stack sets the target current value is the minimum current value or a value which can be free-standing hot air, said change The rate measuring step is characterized in that the current value passed through the fuel cell stack is increased toward the target current value .
According to a third aspect of the present invention, after the target current value setting step and before the change rate measurement step, if the current value flowing through the fuel cell stack is equal to or greater than the target current value, The present invention is characterized in that the value of current flowing through the fuel cell stack is reduced.

この発明によれば、氷点下環境で燃料電池スタックに流す電流値に対する電圧の変化率が0以下である場合には、燃料電池スタックの電極表面が残留水の凍結によって、電極表面の面積が減少してしまう。このため、電極の電流密度が発電条件に対して、過剰であると推定できるため、前記電流値を減少させることで電極の電流密度を減少させて、燃料電池電極に過剰な電流が流れることを防止し、電極の電食を防止できる。よって、性能低下を抑制し、燃料電池の寿命を延ばすことができる。   According to the present invention, when the rate of change of the voltage with respect to the current value flowing through the fuel cell stack in a sub-freezing environment is 0 or less, the electrode surface area decreases due to freezing of residual water on the electrode surface of the fuel cell stack. End up. For this reason, it can be estimated that the current density of the electrode is excessive with respect to the power generation conditions. Therefore, by reducing the current value, the current density of the electrode is reduced, and an excessive current flows to the fuel cell electrode. Can prevent electrode corrosion. Therefore, performance degradation can be suppressed and the life of the fuel cell can be extended.

発明によれば、氷点下で燃料電池を起動する際に、電極の電食を防止することができるため、性能低下を抑制することにより、燃料電池の寿命を延ばすことができる。 According to the present invention, when the fuel cell is started below freezing point, it is possible to prevent electrode corrosion, so that the life of the fuel cell can be extended by suppressing the performance degradation.

以下、この発明の実施の形態における燃料電池の起動方法を図面と共に説明する。なお、本実施の形態では、燃料電池を車両に搭載した場合の燃料電池システムについて説明する。
図1は、本発明の実施の形態における燃料電池の起動方法が適用される燃料電池システムの概略構成図である。
A fuel cell activation method according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, a fuel cell system when the fuel cell is mounted on a vehicle will be described.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system to which a fuel cell activation method according to an embodiment of the present invention is applied.

同図に示す燃料電池2は、複数のセル3…3を積層してなるスタック4を、一対のプレート5、5で挟持してなる構成を備えている。各セル3は、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで形成される。各セルのアノードに燃料として水素を供給するとともに、カソードに酸化剤として酸素を含むエアを供給すると、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが、電解質膜を通過してカソードまで移動して、カソードで酸素と電気化学反応を起こして発電する。
なお、発電の際にはカソード側で水が生成されるとともに、カソード側で生じた生成水の一部が電解質膜を介してアノード側に逆拡散するためアノード側にも生成水が存在する。
The fuel cell 2 shown in the figure has a configuration in which a stack 4 formed by stacking a plurality of cells 3... 3 is sandwiched between a pair of plates 5 and 5. Each cell 3 is formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane made of, for example, a solid polymer ion exchange membrane between the anode and the cathode from both sides. When hydrogen as a fuel is supplied to the anode of each cell and air containing oxygen as an oxidant is supplied to the cathode, hydrogen ions generated by a catalytic reaction at the anode move to the cathode through the electrolyte membrane, and the cathode It generates electricity by causing an electrochemical reaction with oxygen.
During power generation, water is generated on the cathode side, and part of the generated water generated on the cathode side is diffused back to the anode side through the electrolyte membrane, so that generated water is also present on the anode side.

水素タンク6から供給される水素は、遮断弁7やレギュレータ(図示せず)を介し、水素供給流路8を通って燃料電池2のアノードに供給される。そして、発電により消費されなかった未反応の水素オフガスは、アノード側の生成水等の残留水と共に、アノードから水素オフガス循環流路9に排出され、エゼクタ10を介して水素供給流路8に合流する。   Hydrogen supplied from the hydrogen tank 6 is supplied to the anode of the fuel cell 2 through the hydrogen supply flow path 8 via the shutoff valve 7 and a regulator (not shown). Then, the unreacted hydrogen off-gas that has not been consumed by the power generation is discharged from the anode to the hydrogen off-gas circulation passage 9 together with residual water such as produced water on the anode side, and joins the hydrogen supply passage 8 via the ejector 10. To do.

つまり、燃料電池2から排出された水素オフガスは、水素タンク6から供給される新鮮な水素と合流して、再び燃料電池2のアノードに供給される。また、水素オフガス循環流路9から分岐した水素オフガス排出流路11は希釈ボックス(図示せず)に接続される。水素オフガス排出流路11には水素パージ弁12が設けられ、水素パージ弁12を開弁することにより利用済の水素オフガスを水素オフガス排出流路11から希釈ボックスに排出する。   That is, the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 2 merges with fresh hydrogen supplied from the hydrogen tank 6 and is supplied again to the anode of the fuel cell 2. Further, the hydrogen off-gas discharge channel 11 branched from the hydrogen off-gas circulation channel 9 is connected to a dilution box (not shown). A hydrogen purge valve 12 is provided in the hydrogen off gas discharge channel 11, and the used hydrogen off gas is discharged from the hydrogen off gas discharge channel 11 to the dilution box by opening the hydrogen purge valve 12.

一方、エアはコンプレッサ13によりエア供給流路14に圧送され、燃料電池2のカソードに供給される。燃料電池2のカソードに供給されたエアは発電に供された後、燃料電池2からカソード側の生成水等の残留水と共にオフガスとしてエアオフガス排出流路15に排出される。   On the other hand, the air is pumped to the air supply channel 14 by the compressor 13 and supplied to the cathode of the fuel cell 2. After the air supplied to the cathode of the fuel cell 2 is used for power generation, it is discharged from the fuel cell 2 to the air off-gas discharge channel 15 as off-gas along with residual water such as generated water on the cathode side.

エアオフガス排出流路15は上述の希釈ボックス(図示せず)に接続され、エアオフガス排出流路15から排出されるエアオフガスは希釈ボックス内で水素オフガスと混合される。これにより、水素オフガス排出流路11から排出された水素オフガスは、希釈ボックスにより所定濃度以下に希釈される。   The air off gas discharge channel 15 is connected to the above-described dilution box (not shown), and the air off gas discharged from the air off gas discharge channel 15 is mixed with the hydrogen off gas in the dilution box. Thereby, the hydrogen off gas discharged from the hydrogen off gas discharge channel 11 is diluted to a predetermined concentration or less by the dilution box.

さらに、燃料電池2は、冷却水を循環させる循環ポンプを備えた冷却水流路(図示せず)などを備えている。燃料電池2の作動時に冷却水を循環させることにより、燃料電池2は電気化学反応に適した温度(例えば80°C)に制御される。
また、燃料電池2は車両駆動用モータなどの負荷16に電線17を介して接続され、燃料電池2の発電で得られた電力を電線17を介して負荷16に供給する。
Further, the fuel cell 2 includes a cooling water flow path (not shown) provided with a circulation pump for circulating the cooling water. By circulating the cooling water when the fuel cell 2 is operated, the fuel cell 2 is controlled to a temperature suitable for an electrochemical reaction (for example, 80 ° C.).
The fuel cell 2 is connected to a load 16 such as a vehicle driving motor via an electric wire 17, and supplies the electric power obtained by the power generation of the fuel cell 2 to the load 16 via the electric wire 17.

また、本実施の形態においては、燃料電池2の内部温度を把握するために、複数箇所に温度センサ19〜21を設けている。すなわち、エアオフガス排出流路15におけるスタック4の出口付近に温度センサ19を、水素オフガス排出流路11におけるスタック4の出口付近に温度センサ20を、燃料電池2のプレート5に温度センサ21を、それぞれ設けている。さらに、燃料電池2を循環する図示しない冷媒通路にも、温度センサを設けている。なお、上述の全ての温度センサを備える構成に限られず、少なくとも1つの温度センサを備える構成であっても良い。
また、燃料電池2の電流Iを測定するために、負荷16に接続された電線17に電流センサ22を設けている。さらに、燃料電池2の電圧を測定する電圧センサ23や、各セル3の電圧を検出するための電圧センサ(図示せず)も設けられている。
Moreover, in this Embodiment, in order to grasp | ascertain the internal temperature of the fuel cell 2, the temperature sensors 19-21 are provided in several places. That is, the temperature sensor 19 near the outlet of the stack 4 in the air off gas discharge passage 15, the temperature sensor 20 near the outlet of the stack 4 in the hydrogen off gas discharge passage 11, and the temperature sensor 21 on the plate 5 of the fuel cell 2, respectively. Provided. Furthermore, a temperature sensor is also provided in a refrigerant passage (not shown) that circulates through the fuel cell 2. In addition, the structure provided with not only the above-mentioned temperature sensor but at least 1 temperature sensor may be sufficient.
In order to measure the current I of the fuel cell 2, a current sensor 22 is provided on the electric wire 17 connected to the load 16. Furthermore, a voltage sensor 23 for measuring the voltage of the fuel cell 2 and a voltage sensor (not shown) for detecting the voltage of each cell 3 are also provided.

燃料電池システム1には、該システム1の制御を行うためのコントロールユニット(制御部)24が設けられている。この制御部24には、イグニッションスイッチ(IG SW)が接続されている。制御部24には、イグニッションスイッチからのイグニッションON、OFF(IG−ON、IG−OFF)の信号や、温度センサ19〜21や電流センサ22、電圧センサ23からの検出値が入力される。そして、制御部24は、これらの入力された検出値や信号に基づいて、遮断弁7、コンプレッサ13、水素パージ弁12を駆動させる信号を出力するようになっている。   The fuel cell system 1 is provided with a control unit (control unit) 24 for controlling the system 1. An ignition switch (IG SW) is connected to the control unit 24. The controller 24 receives ignition ON / OFF (IG-ON, IG-OFF) signals from the ignition switch and detection values from the temperature sensors 19 to 21, the current sensor 22, and the voltage sensor 23. And the control part 24 outputs the signal which drives the cutoff valve 7, the compressor 13, and the hydrogen purge valve 12 based on these input detection values and signals.

図2は燃料電池システムの起動方法の処理内容を示すフローチャートである。
まず、ステップS10で、イグニッションスイッチがONになり(IG−ON)、車両が始動されたことを検出すると、遮断弁7を開弁するとともにコンプレッサ13を駆動して、燃料電池2のアノードやカソードにそれぞれ反応ガス(水素、エア)を供給する制御を行い、始動運転を開始する。
FIG. 2 is a flowchart showing the processing contents of the starting method of the fuel cell system.
First, in step S10, when the ignition switch is turned on (IG-ON) and it is detected that the vehicle has been started, the shutoff valve 7 is opened and the compressor 13 is driven, so that the anode and cathode of the fuel cell 2 are opened. The control for supplying the reaction gas (hydrogen, air) to each is performed, and the starting operation is started.

次に、ステップS12では、上述した温度センサ19〜21や冷媒通路に設けた温度センサで検出した温度に基づいて、燃料電池2の内部温度を把握する。ステップS14では、燃料電池2の内部温度が0度より大きいか否かを判定する。この判定結果がYESの場合には十分暖機がされていると判定できるので、ステップS32に進み、通常発電の制御に移行して本フローチャートの処理を終了する。この場合には燃料電池2内の残留水は凍結していないと判断できるためである。   Next, in step S12, the internal temperature of the fuel cell 2 is grasped based on the temperature detected by the temperature sensors 19 to 21 and the temperature sensor provided in the refrigerant passage. In step S14, it is determined whether or not the internal temperature of the fuel cell 2 is greater than 0 degrees. If the determination result is YES, it can be determined that the engine has been sufficiently warmed up, and thus the process proceeds to step S32, shifts to normal power generation control, and the process of this flowchart ends. This is because it can be determined that the residual water in the fuel cell 2 is not frozen in this case.

一方、ステップS14の判定結果がNOの場合(低温起動時と判断される場合)にはステップS16に進む。ステップS16では、電流センサ22で検出した電流値から現状の電流値Iを把握する。そして、ステップS18で、目標電流を設定する(図5参照)。ここで、目標電流は、スタック4の電極表面で残留水の凍結が起こっていない場合に、燃料電池2の電極(アノード、カソード)での電食を防止し得る適正な電流値であって、発電により燃料電池2が自立暖機できる最低電流値以上の値に設定される。さらに詳細に述べると、最低電流値は前記燃料電池スタック4の外周からの放熱量と、冷媒流路中を循環する冷媒の吸熱量との合計よりも、前記燃料電池スタック4の発電による発熱量が上回るように最小電流値を算出され、残留水が凍結したものを溶かしつつ、発電時に生成した生成水を凍結させない電流値のうち最低のものをいう。   On the other hand, when the determination result of step S14 is NO (when it is determined that the low temperature is started), the process proceeds to step S16. In step S16, the current value I is grasped from the current value detected by the current sensor 22. In step S18, a target current is set (see FIG. 5). Here, the target current is an appropriate current value that can prevent electrolytic corrosion at the electrodes (anode, cathode) of the fuel cell 2 when the residual water is not frozen on the electrode surface of the stack 4, The value is set to a value equal to or higher than the minimum current value at which the fuel cell 2 can be warmed up independently by power generation. More specifically, the minimum current value is the amount of heat generated by power generation of the fuel cell stack 4 rather than the sum of the amount of heat released from the outer periphery of the fuel cell stack 4 and the amount of heat absorbed by the refrigerant circulating in the refrigerant flow path. The minimum current value is calculated so as to exceed, and the lowest current value among the current values that does not freeze the generated water generated during power generation while melting the frozen residual water.

ついで、ステップS20では、現状の電流値よりも目標値が大きいか否かを判定する。この判定結果がYESであればステップS22に進み、判定結果がNOであればステップS28に進む。ステップS28では、燃料電池2の電流を削減する制御を行う。その後、ステップS12に戻り、上述の処理を再度行う。   In step S20, it is determined whether the target value is larger than the current value. If the determination result is YES, the process proceeds to step S22, and if the determination result is NO, the process proceeds to step S28. In step S28, control for reducing the current of the fuel cell 2 is performed. Then, it returns to step S12 and performs the above-mentioned process again.

ステップS22では、所定勾配で電流を増加させる処理を行う。図5は本実施の形態における時間に対する電流の増加処理を示すグラフ図である。同図に示すように、時間に比例させて電流値を増加させる制御を行うことで、簡易かつ確実に電流値の増加量に対する電圧値の変化量を把握することができる。なお、電流の増加処理については、上述の正比例に限られるものではなく、例えば2次曲線的に増加してもよく、一部区間においては電流値を一定に維持してもよい。   In step S22, a process of increasing the current with a predetermined gradient is performed. FIG. 5 is a graph showing current increase processing with respect to time in the present embodiment. As shown in the figure, by performing control to increase the current value in proportion to time, it is possible to easily and reliably grasp the amount of change in voltage value with respect to the amount of increase in current value. Note that the current increasing process is not limited to the above-described direct proportion, but may be increased in a quadratic curve, for example, and the current value may be kept constant in a partial section.

そして、ステップS24で、燃料電池スタック4に流す電流値に対する電圧の変化率が0より大きい(dV/dI>0)か否かを判定する。この判定結果がYESであればステップS26に進み、判定結果がNOであればステップS28に進む。
ステップS26では、燃料電池2の内部温度が0度より大きいか否かを判定する。この判定結果がYESの場合には十分暖機がされていると判定できるので、ステップS32に進み、通常発電の制御に移行して本フローチャートの処理を終了する。
ステップS26の判定結果がNOの場合にはステップS30に進む。ステップS30では、現状の電流値が目標値と等しいか否かを判定する。この判定結果がYESであればステップS12に戻り、上述の処理を行う。また、ステップS30の判定結果がNOであればステップS22に戻り、上述の処理を再度行う。
In step S24, it is determined whether or not the rate of change of the voltage with respect to the current value flowing through the fuel cell stack 4 is greater than 0 (dV / dI> 0). If the determination result is YES, the process proceeds to step S26, and if the determination result is NO, the process proceeds to step S28.
In step S26, it is determined whether or not the internal temperature of the fuel cell 2 is greater than 0 degrees. If the determination result is YES, it can be determined that the engine has been sufficiently warmed up, and thus the process proceeds to step S32, shifts to normal power generation control, and the process of this flowchart ends.
If the determination result of step S26 is NO, the process proceeds to step S30. In step S30, it is determined whether or not the current current value is equal to the target value. If this determination result is YES, it returns to step S12 and performs the above-mentioned processing. Moreover, if the determination result of step S30 is NO, it will return to step S22 and will perform the above-mentioned process again.

一方、ステップS24の判定結果がNOの場合、すなわち、電流値に対する電圧の変化率が0以下の場合には、ステップS28に進んで電流を削減する制御を行う。このように制御を行うのは、燃料電池スタック4に流す電流値に対する電圧の変化率が0以下であれば、燃料電池スタック4の発電が正常ではなく凍結している箇所があると推定できるためである。これについて図3、図4を用いて説明する。   On the other hand, when the determination result of step S24 is NO, that is, when the rate of change of the voltage with respect to the current value is 0 or less, the process proceeds to step S28 to perform control to reduce the current. The reason why the control is performed in this way is that if the rate of change of the voltage with respect to the current value flowing through the fuel cell stack 4 is 0 or less, it can be estimated that there is a portion where the power generation of the fuel cell stack 4 is not normal but is frozen. It is. This will be described with reference to FIGS.

図3は氷点下起動時の発電が正常な場合における燃料電池スタックの電流と電圧の関係を示すグラフ図である。同図に示すように、氷点下起動時において、発電が正常な場合には、燃料電池スタック4の電流が増加すると、それに伴い電圧も増加する。すなわち、燃料電池スタック4に流す電流値に対する電圧の変化率dV/dIは0より大きくなる。これは、温度上昇による電圧の増加分が、電流の増加による電圧の減少分よりも大きくなるためである。より具体的に説明すると、温度一定の場合に、電流が増加すると電圧は減少するが、氷点下起動時において、発電が正常に行われると、発電により発熱するため温度が上昇し、この温度上昇に伴って電圧が上述の減少分以上に増加する。その結果、氷点下起動時において、発電が正常な場合には、燃料電池スタック4に流す電流値に対する電圧の変化率は図3のような特性を示す。   FIG. 3 is a graph showing the relationship between the current and voltage of the fuel cell stack when power generation at the time of starting below freezing is normal. As shown in the figure, when the power generation is normal at the time of starting below freezing, when the current of the fuel cell stack 4 increases, the voltage increases accordingly. That is, the voltage change rate dV / dI with respect to the current value flowing through the fuel cell stack 4 is greater than zero. This is because the increase in voltage due to the temperature rise is larger than the decrease in voltage due to the increase in current. More specifically, when the temperature is constant, the voltage decreases as the current increases.However, when power generation is normally performed at the time of starting below freezing, the temperature rises because heat is generated by power generation. Along with this, the voltage increases more than the above decrease. As a result, when power generation is normal at the time of starting below freezing point, the rate of change of the voltage with respect to the current value flowing through the fuel cell stack 4 exhibits the characteristics as shown in FIG.

図4は氷点下起動時の発電が不正常な場合における燃料電池スタックの電流と電圧の関係を示すグラフ図である。同図に示すように、発電が不正常な場合には、燃料電池スタック4の電流が増加すると、それに伴い電圧は減少する。すなわち、燃料電池スタック4に流す電流値に対する電圧の変化率dV/dIは0以下になる。これは、温度上昇による電圧の増加分が、電流の増加による電圧の減少分よりも小さくなるためである。より具体的に説明すると、発電が不正常の場合には、発電による発熱が十分でないため温度が殆ど上昇せず、電圧も殆ど増加しない。上述のように、温度一定の場合には電流が増加すると電圧は減少するため、発電が不正常な場合には、発電による温度上昇がもたらす電圧の上昇に対して、発電部の電流密度上昇により、反応物の供給不足が発生する。これがもたらす電圧減少による影響の方が大きいため、電流値に対する電圧の変化率は図4のような特性を示す。   FIG. 4 is a graph showing the relationship between the current and voltage of the fuel cell stack when the power generation at the time of starting below freezing is abnormal. As shown in the figure, when power generation is abnormal, when the current of the fuel cell stack 4 increases, the voltage decreases accordingly. That is, the voltage change rate dV / dI with respect to the current value flowing through the fuel cell stack 4 is 0 or less. This is because the increase in voltage due to temperature rise is smaller than the decrease in voltage due to increase in current. More specifically, when power generation is abnormal, the temperature hardly increases and the voltage hardly increases because heat generation by power generation is not sufficient. As described above, the voltage decreases as the current increases when the temperature is constant. Insufficient supply of reactants occurs. Since the influence of the voltage reduction caused by this is larger, the rate of change of the voltage with respect to the current value exhibits characteristics as shown in FIG.

本実施の形態では、ステップS24の判定で発電が不正常と推定できる場合にはステップS28に進み、前記電流値を減少させる処理を行っている。これにより電流値を減少させることで発電部の電流密度を低下させることができるため、燃料電池スタック4に過剰な電流が流れることを防止することができる。   In the present embodiment, when it can be estimated that power generation is not normal in the determination in step S24, the process proceeds to step S28, and a process of decreasing the current value is performed. Thereby, since the current density of the power generation unit can be reduced by reducing the current value, it is possible to prevent an excessive current from flowing through the fuel cell stack 4.

以上説明したように、本実施の形態における燃料電池の起動方法によれば、氷点下で燃料電池2を起動する際に、電極の電食を防止することができるため、燃料電池2の性能低下を抑制することにより、寿命を延ばすことができる。
なお、本発明の内容は上述の実施の形態のみに限られるものでないことはもちろんである。例えば、実施の形態では、燃料電池を車両に搭載した場合について説明したが、車両以外の燃料電池システムにも適用してもよい。また、ステップS14の閾値については、0℃でなくてもよく、燃料電池2のセル3が暖機されているかを判断するための所定値であればよい。
As described above, according to the method for starting the fuel cell in the present embodiment, when the fuel cell 2 is started below freezing point, it is possible to prevent electrode corrosion, so that the performance of the fuel cell 2 is reduced. By suppressing it, the life can be extended.
Of course, the contents of the present invention are not limited to the above-described embodiments. For example, in the embodiment, the case where the fuel cell is mounted on the vehicle has been described, but the present invention may be applied to a fuel cell system other than the vehicle. Further, the threshold value of step S14 may not be 0 ° C., and may be a predetermined value for determining whether the cell 3 of the fuel cell 2 is warmed up.

本発明の実施の形態における燃料電池システムの全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a fuel cell system in an embodiment of the present invention. 燃料電池システムの起動方法の処理内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing content of the starting method of a fuel cell system. 発電が正常な場合における燃料電池スタックの電流と電圧の関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the electric current and voltage of a fuel cell stack in case electric power generation is normal. 発電が不正常な場合における燃料電池スタックの電流と電圧の関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the electric current and voltage of a fuel cell stack in case power generation is abnormal. 本実施の形態における時間に対する電流の増加処理を示すグラフ図である。It is a graph which shows the increase process of the electric current with respect to time in this Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料電池システム
2…燃料電池
3…セル
4…スタック
19〜21…温度センサ
22…電流センサ
23…電圧センサ
24…コントロールユニット

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system 2 ... Fuel cell 3 ... Cell 4 ... Stack 19-21 ... Temperature sensor 22 ... Current sensor 23 ... Voltage sensor 24 ... Control unit

Claims (3)

複数のセルを積層してなる燃料電池スタックを備えた燃料電池の起動方法であって、
該燃料電池スタックを少なくとも氷点下の温度で起動するときに、
前記燃料電池スタックに流す電流値を増加させ、前記電流値に対する電圧の変化率を測定する変化率測定ステップを有し、
前記変化率測定ステップにおいて、前記変化率が、前記燃料電池スタックが暖気されているかを判断できる所定値以下である場合には前記燃料電池スタックに流す電流値を減少させ、前記変化率が、前記燃料電池スタックが暖気されているかを判断できる所定値を上回る場合には前記電流値を増加させることを特徴とする燃料電池の起動方法。
A method for starting a fuel cell including a fuel cell stack formed by stacking a plurality of cells,
When starting the fuel cell stack at a temperature of at least below freezing,
A rate of change measurement step of increasing a current value flowing through the fuel cell stack and measuring a rate of change of voltage with respect to the current value;
In the differential rate measuring step, the rate of change, decreasing the magnitude of the current flowing through said fuel cell stack when the fuel cell stack is below a predetermined value which can determine whether it is warm, the rate of change, the A method for starting a fuel cell, comprising: increasing the current value when a predetermined value that can determine whether the fuel cell stack is warmed is exceeded.
前記変化率測定ステップに先立って、前記燃料電池スタックが自立暖気できる最低電流値以上の値である目標電流値設定する目標電流値設定ステップを有し
前記変化率測定ステップでは、前記燃料電池スタックに流す電流値を前記目標電流値に向けて増加させるように行うことを特徴とする請求項1記載の燃料電池の起動方法。
Prior to the change rate measuring step, has a target current value setting step of the fuel cell stack sets the target current value is the minimum current value or a value that can be self warming,
2. The method of starting a fuel cell according to claim 1, wherein in the change rate measuring step, a current value flowing through the fuel cell stack is increased toward the target current value .
前記目標電流値設定ステップの後であって、前記変化率測定ステップの前に、前記燃料電池スタックに流している電流値が前記目標電流値以上の場合は、前記燃料電池スタックに流す電流値を減少させることを特徴とする請求項2記載の燃料電池の起動方法。 Even after the target current value setting step, prior to said change rate measuring step, when the current value is flowing to the fuel cell stack is equal to or greater than the target current value, the current value flowing to the fuel cell stack 3. The method for starting a fuel cell according to claim 2, wherein the starting method is decreased.
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