JP4887732B2

JP4887732B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP4887732B2
Application number: JP2005314159A
Authority: JP
Inventors: 直高青山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2025-10-28
Also published as: JP2007123077A

Description

この発明は、カソード側に金属部材を備える燃料電池の運転制御技術に関する。 The present invention relates to an operation control technique for a fuel cell including a metal member on the cathode side.

燃料電池は、通常、複数の単セルを積層することにより構成される。この単セルを積層する際に、隣接する単セルのアノード側とカソード側との空間を分離するとともに、隣接する単セルを電気的に接続するため、単セルには導電性とガス不透性とを有するセパレータが設けられる。セパレータは、種々の材料で形成することが可能であるが、加工性と耐久性を高めるために金属材料で形成される場合がある。一般に、燃料電池のセパレータは、酸素や高濃度のプロトンに曝されるため、セパレータを形成する金属材料としては耐食性が高い材料が使用される。 A fuel cell is usually configured by stacking a plurality of single cells. When the single cells are stacked, the space between the anode side and the cathode side of the adjacent single cells is separated and the adjacent single cells are electrically connected. Is provided. The separator can be formed of various materials, but may be formed of a metal material in order to improve workability and durability. In general, since a separator of a fuel cell is exposed to oxygen or a high concentration of protons, a material having high corrosion resistance is used as a metal material forming the separator.

特開２０００−３５３５３１号公報JP 2000-353531 A 特開２００４−３５６０３０号公報JP 2004-356030 A 特開平１１−２１９７１５号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-219715

しかしながら、セパレータに耐食性の高い材料を使用しても長時間の通電により酸化が進行し、生成される酸化物の堆積により燃料電池の発電性能が低下するおそれがある。この問題は、金属製のセパレータを使用する燃料電池をはじめ、カソード側に金属部材を有する燃料電池一般に共通する。 However, even if a material with high corrosion resistance is used for the separator, oxidation proceeds by energization for a long time, and the power generation performance of the fuel cell may be reduced due to deposition of the generated oxide. This problem is common to fuel cells that use metal separators and other fuel cells that have a metal member on the cathode side.

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、カソード側に金属部材を有する燃料電池の酸化物の堆積による発電性能の低下を抑制することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to suppress a decrease in power generation performance due to oxide deposition of a fuel cell having a metal member on the cathode side.

上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の燃料電池システムは、電解質膜と前記電解質膜の両面に設けられた触媒層とを有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体の一方の側に接して設けられ金属部材を含むカソード側集電体と、前記膜電極接合体の他方の側に接して設けられたアノード側集電体と、を備える燃料電池と、前記アノード側集電体に対する前記金属部材の電位を設定する電位設定部と、前記金属部材に形成された表面酸化物の膜厚を推定する膜厚推定部と、を備え、前記電位設定部は、前記膜厚推定部が推定した前記表面酸化物の膜厚が所定の上限値を越えるときに、前記燃料電池による発電を行ないつつ、前記アノード側集電体に対する前記金属部材の電位を前記燃料電池の出力電力が最大になる最大出力点電圧よりも低い所定の低電位モード電圧に設定する低電位モードを有していることを特徴とする。 In order to achieve at least a part of the above object, a fuel cell system according to the present invention includes a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane and catalyst layers provided on both surfaces of the electrolyte membrane, and one of the membrane electrode assemblies. A fuel cell comprising: a cathode current collector including a metal member provided in contact with the anode side; and an anode current collector provided in contact with the other side of the membrane electrode assembly; and the anode side current collector. A potential setting unit that sets a potential of the metal member with respect to an electric body; and a film thickness estimation unit that estimates a film thickness of a surface oxide formed on the metal member, the potential setting unit including the film thickness When the film thickness of the surface oxide estimated by the estimation unit exceeds a predetermined upper limit value, the power of the fuel cell is generated, and the potential of the metal member with respect to the anode-side current collector is set to the output power of the fuel cell. Is the maximum output power Characterized in that it has a low potential mode to be set to a low predetermined low potential mode voltage than.

この構成によれば、低電位モードの実行により金属部材の酸化物を還元することができる。そのため、酸化物の堆積が抑制されるので燃料電池の発電性能の低下が抑制される。また、本発明の燃料電池システムにおいて、前記所定の低電位モード電圧は、単セル当たり０．３Ｖ以下であることとしても良い。 According to this configuration, the oxide of the metal member can be reduced by executing the low potential mode. As a result, oxide deposition is suppressed, so that a decrease in power generation performance of the fuel cell is suppressed. In the fuel cell system of the present invention, the predetermined low potential mode voltage may be 0.3 V or less per single cell.

前記所定の低電位モード電圧は、−０．２Ｖ以上であるものとしてもよい。 The predetermined low potential mode voltage may be −0.2 V or more.

この構成によれば、低電位モードの実行による燃料電池の損傷のおそれをより低減することができる。 According to this configuration, the risk of damage to the fuel cell due to the execution of the low potential mode can be further reduced.

前記電位設定部は、前記燃料電池の出力電流を調整することにより前記アノード側集電体に対する前記金属部材の電位を前記低電位モード電圧に設定する出力電流調整部を備えるものとしてもよい。 The potential setting unit may include an output current adjusting unit that sets the potential of the metal member with respect to the anode-side current collector to the low potential mode voltage by adjusting an output current of the fuel cell.

この構成によれば、出力電流の調整により金属部材の電位を設定することができるので、金属部材の電位の設定がより容易となる。 According to this configuration, since the potential of the metal member can be set by adjusting the output current, it becomes easier to set the potential of the metal member.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムおよび燃料電池システム制御方法、その燃料電池システムや制御方法を利用した発電装置およびその燃料電池システムを搭載した電気自動車等の態様で実現することができる。 The present invention can be realized in various modes. For example, the fuel cell system and the fuel cell system control method, the power generation device using the fuel cell system and the control method, and the fuel cell system are mounted. It can be realized in the form of an electric vehicle or the like.

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．実施形態：
Ｂ．実施例：
Ｃ．変形例： Next, the best mode for carrying out the present invention will be described in the following order based on examples.
A. Embodiment:
B. Example:
C. Variations:

Ａ．実施形態：
図１は、本発明の一実施形態としての燃料電池システム１０の構成を示す概略構成図である。燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、燃料電池１００に導線４２２，４２４を介して接続された燃料電池出力制御部４１０と、を備えている。なお、通常、燃料電池は、複数の単セルが積層された燃料電池スタックとして構成されるが、ここでは図示の便宜上、１つの単セルからなる燃料電池１００を示している。 A. Embodiment:
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a fuel cell system 10 as an embodiment of the present invention. The fuel cell system 10 includes a fuel cell 100 and a fuel cell output control unit 410 connected to the fuel cell 100 via conductors 422 and 424. Normally, the fuel cell is configured as a fuel cell stack in which a plurality of single cells are stacked. However, for convenience of illustration, the fuel cell 100 including one single cell is shown here.

燃料電池１００は、膜電極接合体１１０と、膜電極接合体１１０を両側から挟み込むカソード側集電体２００とアノード側集電体３００と、を備えている。膜電極接合体１１０は、電解質膜１１２と、電解質膜１１２を両側から挟み込む２つの触媒層１２０，１３０と、を備えている。電解質膜１１２は、ナフィオン（デュポン社の商標）などのフッ素系樹脂材料で形成されており、湿潤状態において良好な導電性を有するプロトン伝導性のイオン交換膜である。触媒層１２０，１３０は、白金または白金と他の金属からなる合金を担持したカーボン粉を作成し、このカーボン粉を適当な有機溶剤に分散させ、電解質（例えばナフィオン）を適量添加してペースト化し、電解質膜上にスクリーン印刷することにより形成されている。 The fuel cell 100 includes a membrane electrode assembly 110, and a cathode side current collector 200 and an anode side current collector 300 that sandwich the membrane electrode assembly 110 from both sides. The membrane electrode assembly 110 includes an electrolyte membrane 112 and two catalyst layers 120 and 130 that sandwich the electrolyte membrane 112 from both sides. The electrolyte membrane 112 is a proton conductive ion exchange membrane made of a fluorine resin material such as Nafion (trademark of DuPont) and having good conductivity in a wet state. The catalyst layers 120 and 130 are made of carbon powder carrying platinum or an alloy made of platinum and other metals, dispersed in an appropriate organic solvent, and added with an appropriate amount of electrolyte (for example, Nafion) to form a paste. It is formed by screen printing on the electrolyte membrane.

カソード側集電体２００は、カソード側拡散層２１０と、カソード側セパレータ２２０と、を備えている。アノード側集電体３００は、アノード側拡散層３１０と、アノード側セパレータ３２０と、を備えている。カソード側拡散層２１０とアノード側拡散層３１０（以下、これらを併せて「ガス拡散層」とも呼ぶ）は、触媒層１２０，１３０よりも気孔率が高い導電性の多孔質材料（例えば、カーボンフェルト）で形成されている。 The cathode side current collector 200 includes a cathode side diffusion layer 210 and a cathode side separator 220. The anode side current collector 300 includes an anode side diffusion layer 310 and an anode side separator 320. The cathode side diffusion layer 210 and the anode side diffusion layer 310 (hereinafter also referred to as “gas diffusion layer”) are conductive porous materials (for example, carbon felt) having a higher porosity than the catalyst layers 120 and 130. ).

カソード側セパレータ２２０とアノード側セパレータ３２０（以下、これらを併せて「セパレータ」とも呼ぶ）は、チタンを成形することにより形成されている。セパレータ２２０，３２０には、それぞれガス拡散層２１０，３１０に面した側に凹部が設けられている。カソード側セパレータ２２０に設けられた凹部とカソード側拡散層２１０とで形成される空間（カソード流路２２２）には、酸素を含む酸化ガスが供給される。アノード側セパレータ３２０に設けられた凹部とアノード側拡散層３１０とで形成される空間（アノード流路３２２）には、水素を含む燃料ガスが供給される。なお、これらの酸化ガスと燃料ガスとはいずれも燃料電池反応に用いられるガスであるので、これらのガスは併せて「反応ガス」とも呼ばれる。 The cathode side separator 220 and the anode side separator 320 (hereinafter also referred to as “separator”) are formed by molding titanium. The separators 220 and 320 are provided with recesses on the sides facing the gas diffusion layers 210 and 310, respectively. An oxidizing gas containing oxygen is supplied to a space (cathode flow path 222) formed by the concave portion provided in the cathode side separator 220 and the cathode side diffusion layer 210. A fuel gas containing hydrogen is supplied to a space (anode channel 322) formed by the recess provided in the anode side separator 320 and the anode side diffusion layer 310. Note that these oxidizing gas and fuel gas are both gases used for the fuel cell reaction, so these gases are also called “reactive gas”.

なお、本実施例では、セパレータ２２０，３２０として、ガス拡散層２１０，３１０側に反応ガスの流路を形成するための凹部を有するものを使用しているが、ガス拡散層２１０，３１０側に凹凸のないセパレータを使用することもできる。この場合、ガス拡散層２１０，３１０が反応ガスの流路となる。 In this embodiment, separators 220 and 320 having a recess for forming a reaction gas flow path on the gas diffusion layers 210 and 310 side are used, but on the gas diffusion layers 210 and 310 side. A separator without unevenness can also be used. In this case, the gas diffusion layers 210 and 310 serve as reaction gas flow paths.

アノード流路３２２に供給された水素分子は、アノード側拡散層３１０を透過して触媒層１３０に到達する。触媒層１３０では、水素分子が電子とプロトンとに解離する。解離によって生じたプロトンは、電解質膜１１２を通して触媒層１２０に移動する。また、解離によって生じた電子は、アノード側拡散層３１０とアノード側セパレータ３２０を介して外部の導体に供給される。 The hydrogen molecules supplied to the anode channel 322 pass through the anode side diffusion layer 310 and reach the catalyst layer 130. In the catalyst layer 130, hydrogen molecules are dissociated into electrons and protons. Protons generated by the dissociation move to the catalyst layer 120 through the electrolyte membrane 112. Electrons generated by the dissociation are supplied to an external conductor via the anode side diffusion layer 310 and the anode side separator 320.

なお、このとき、白金等の触媒を含む触媒層１３０には水素が供給されているので、触媒層１３０の電位と、触媒層１３０と電気的に接続されたアノード側拡散層３１０およびアノード側セパレータ３２０のそれぞれの電位とは、ほぼ標準水素電極電位となる。 At this time, since hydrogen is supplied to the catalyst layer 130 containing a catalyst such as platinum, the potential of the catalyst layer 130 and the anode-side diffusion layer 310 and the anode-side separator electrically connected to the catalyst layer 130 Each potential of 320 is almost a standard hydrogen electrode potential.

カソード流路２２２に供給された酸素分子は、カソード側拡散層２１０を透過して触媒層１２０に到達する。触媒層１２０では、カソード側拡散層２１０を通して供給された酸素分子と、電解質膜１１２を通して供給されたプロトンと、外部の導体からカソード側セパレータ２２０とカソード側拡散層２１０とを通して供給された電子との燃料電池反応により水が生成される。 Oxygen molecules supplied to the cathode channel 222 pass through the cathode side diffusion layer 210 and reach the catalyst layer 120. In the catalyst layer 120, oxygen molecules supplied through the cathode side diffusion layer 210, protons supplied through the electrolyte membrane 112, and electrons supplied from an external conductor through the cathode side separator 220 and the cathode side diffusion layer 210. Water is produced by the fuel cell reaction.

燃料電池出力制御部４１０は、通常モードと、低電位モードと、の２つの動作モードを有している。通常モードにおいて、燃料電池システム１０の負荷（図示しない）が要求する電力（要求電力）に基づいて燃料電池１００の出力を制御する。一方、低電位モードにおいて、燃料電池出力制御部４１０は、アノード側セパレータ３２０に対するカソード側セパレータ２２０の電位を通常モードの実行時よりも低く設定する。なお、これらの２つの動作モードにおける燃料電池１００の出力制御については、後述する。 The fuel cell output control unit 410 has two operation modes: a normal mode and a low potential mode. In the normal mode, the output of the fuel cell 100 is controlled based on power (required power) required by a load (not shown) of the fuel cell system 10. On the other hand, in the low potential mode, the fuel cell output control unit 410 sets the potential of the cathode separator 220 with respect to the anode separator 320 to be lower than when the normal mode is executed. The output control of the fuel cell 100 in these two operation modes will be described later.

図２は、燃料電池１００（図１）の発電特性を示す説明図である。図２（ａ）および図２（ｂ）の横軸は、燃料電池１００の出力電流Ｉを表している。図２（ａ）の縦軸は、燃料電池１００のアノード側セパレータ３２０に対するカソード側セパレータ２２０の電位（セル電圧）Ｖを表し、図２（ｂ）の縦軸は、燃料電池１００の出力電力Ｐを表している。なお、本明細書において、アノード側セパレータ３２０に対する電位を単に「電圧」とも呼ぶ。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing the power generation characteristics of the fuel cell 100 (FIG. 1). 2A and 2B represent the output current I of the fuel cell 100. The horizontal axis of FIG. 2A represents the potential (cell voltage) V of the cathode side separator 220 with respect to the anode side separator 320 of the fuel cell 100, and the vertical axis in FIG. 2B represents the output power P of the fuel cell 100. Represents. In the present specification, the potential with respect to the anode-side separator 320 is also simply referred to as “voltage”.

図２（ａ）に示すように、燃料電池１００が電流を出力しない出力電流Ｉ＝０の場合、燃料電池１００のセル電圧Ｖは開回路電圧（ＯＣＶ≒１Ｖ）となる。そして、出力電流Ｉの増加に伴ってセル電圧Ｖは低下し、出力電流Ｉが限界電流Ｉ_limになるとセル電圧Ｖは０になる。 As shown in FIG. 2A, when the output current I = 0 where the fuel cell 100 does not output a current, the cell voltage V of the fuel cell 100 is an open circuit voltage (OCV≈1V). As the output current I increases, the cell voltage V decreases. When the output current I becomes the limit current I _lim , the cell voltage V becomes zero.

燃料電池１００の出力電流Ｉとセル電圧Ｖとの間には図２（ａ）に示す関係（電流−電圧特性）があるため、図２（ｂ）に示すように、燃料電池１００の出力電力Ｐは、出力電流Ｉが０と限界電流Ｉ_limとの２点で０になる。そして、燃料電池１００の出力電力Ｐは、図２（ａ）の電流−電圧特性によって定まる出力電流Ｉ_XPで最大出力電力Ｐ_XPになる。なお、本明細書において、出力電力Ｐが最大出力電力Ｐ_XPとなる出力電流Ｉ（＝Ｉ_XP）を最大出力点電流とも呼ぶ。また、図２（ａ）の電流−電圧特性によって最大出力点電流Ｉ_XPに対応付けられるセル電圧Ｖ（＝Ｖ_XP）を最大出力点電圧とも呼ぶ。 Since there is a relationship (current-voltage characteristic) shown in FIG. 2A between the output current I and the cell voltage V of the fuel cell 100, the output power of the fuel cell 100 is shown in FIG. P becomes 0 at two points of the output current I being 0 and the limit current I _lim . The output power P of the fuel cell 100 becomes the maximum output power P _XP at the output current I _XP determined by the current-voltage characteristics shown in FIG. In this specification, the output current I (= I _XP ) at which the output power P becomes the maximum output power P _XP is also referred to as the maximum output point current. In addition, the cell voltage V (= V _XP ) associated with the maximum output point current I _XP by the current-voltage characteristic of FIG. 2A is also referred to as the maximum output point voltage.

燃料電池出力制御部４１０（図１）が通常モードで動作する場合、燃料電池１００の出力制御は、上述のように、要求電力Ｐ_RQに基づいて行われる。具体的には、負荷の要求電力Ｐ_RQが決定されると、図２（ｂ）に示す関係に基づいて目標電流Ｉ_TGが決定される。なお、図２（ｂ）に示すように、要求電力Ｐ_RQには２点の出力電流Ｉが対応するが、目標電流Ｉ_TGは図２（ｂ）のグラフの実線で示す関係に基づいて決定される。これは、同一の電力を出力する場合において、図２（ｂ）のグラフの点線で示す最大出力点電流Ｉ_XPより大電流の領域では、図２（ｂ）のグラフの実線で示す最大出力点電流Ｉ_XPよりも小電流の領域よりも燃料電池１００の損失が大きくなるためである。 When the fuel cell output control unit 410 (FIG. 1) operates in the normal mode, the output control of the fuel cell 100 is performed based on the required power P _RQ as described above. Specifically, when the required power P _{RQ of the} load is determined, the target current I _TG is determined based on the relationship shown in FIG. As shown in FIG. 2B, two points of output current I correspond to the required power P _RQ , but the target current I _TG is determined based on the relationship indicated by the solid line in the graph of FIG. Is done. This is because when the same power is output, the maximum output point indicated by the solid line in the graph of FIG. 2B in the region where the current is larger than the maximum output point current I _XP indicated by the dotted line in the graph of FIG. This is because the loss of the fuel cell 100 becomes larger than the region where the current is smaller than the current I _XP .

目標電流Ｉ_TGが決定されると、燃料電池出力制御部４１０は、図２（ａ）の電流−電圧特性に従って燃料電池１００のセル電圧Ｖを目標電圧Ｖ_TGに設定する。燃料電池１００のセル電圧Ｖが目標電圧Ｖ_TGになると、燃料電池１００の出力電流Ｉは目標電流Ｉ_TGとなり、燃料電池１００からは要求電力Ｐ_RQに相当する電力が出力される。燃料電池１００が出力する電力は、燃料電池出力制御部４１０を介して燃料電池システム１０の負荷に供給される。なお、本実施形態においては、要求電力Ｐ_RQに基づいて目標電流Ｉ_TGが決定され、決定された目標電流Ｉ_TGに基づいて目標電圧Ｖ_TGにセル電圧Ｖを設定しているが、要求電力Ｐ_RQから直接目標電圧Ｖ_TGを決定し、決定された目標電圧Ｖ_TGにセル電圧を設定するものとしても良い。 When the target current I _TG is determined, the fuel cell output control unit 410 sets the cell voltage V of the fuel cell 100 to the target voltage V _TG according to the current-voltage characteristics of FIG. When the cell voltage V of the fuel cell 100 becomes the target voltage V _TG , the output current I of the fuel cell 100 becomes the target current I _TG , and power corresponding to the required power P _RQ is output from the fuel cell 100. The electric power output from the fuel cell 100 is supplied to the load of the fuel cell system 10 via the fuel cell output control unit 410. In this embodiment, the target current I _TG is determined based on the required power P _RQ , and the cell voltage V is set to the target voltage V _TG based on the determined target current I _TG , but the required power The target voltage V _TG may be determined directly from P _RQ, and the cell voltage may be set to the determined target voltage V _TG .

このように、燃料電池出力制御部４１０が通常モードの出力制御を実行している場合、セル電圧Ｖは、図２（ａ）のグラフの実線で示すように、最大出力点電圧Ｖ_XPよりも高い状態に維持される。セル電圧Ｖが高い状態では、カソード側セパレータ２２０の表面酸化反応が進行する。このカソード側セパレータ２２０の表面酸化反応により、カソード側セパレータ２２０の表面には電気伝導度の低い酸化チタン（ＴｉＯ₂）膜が形成され、時間の経過とともに酸化チタン膜の厚さが増大する。 As described above, when the fuel cell output control unit 410 is performing the output control in the normal mode, the cell voltage V is higher than the maximum output point voltage V _{XP as} shown by the solid line in the graph of FIG. Maintained high. In a state where the cell voltage V is high, the surface oxidation reaction of the cathode separator 220 proceeds. Due to the surface oxidation reaction of the cathode separator 220, a titanium oxide (TiO ₂ ) film having low electrical conductivity is formed on the surface of the cathode separator 220, and the thickness of the titanium oxide film increases with time.

カソード側セパレータ２２０の表面に酸化チタン膜が形成されると、カソード側セパレータ２２０とカソード側拡散層２１０との間の抵抗が増大する。カソード側セパレータ２２０とカソード側拡散層２１０との間の抵抗が増大すると、燃料電池１００の損失が増大し、燃料電池１００の発電効率が低下するおそれがある。 When the titanium oxide film is formed on the surface of the cathode side separator 220, the resistance between the cathode side separator 220 and the cathode side diffusion layer 210 increases. When the resistance between the cathode side separator 220 and the cathode side diffusion layer 210 increases, the loss of the fuel cell 100 increases, and the power generation efficiency of the fuel cell 100 may decrease.

燃料電池出力制御部４１０が低電位モードで動作する場合、燃料電池１００は、セル電圧Ｖを最大出力点電圧Ｖ_XPよりも低い所定の低電位モード電圧Ｖ_LVに設定する。具体的には、燃料電池出力制御部４１０は、図２（ａ）の電流−電圧特性によって低電位モード電圧Ｖ_LVに対応づけられる低電位モード電流Ｉ_LVを燃料電池１００から取り出すことにより、セル電圧Ｖを低電位モード電圧Ｖ_LVに設定する。なお、燃料電池出力制御部４１０は、燃料電池の出力電流Ｉを調整することによりセル電圧Ｖを低電位モード電圧Ｖ_LVに設定するので、出力電流調整部とも呼ぶことができる。 When the fuel cell output control unit 410 operates in the low potential mode, the fuel cell 100 sets the cell voltage V to a predetermined low potential mode voltage V _LV that is lower than the maximum output point voltage V _XP . Specifically, the fuel cell output control unit 410 takes out the low potential mode current I _LV that is associated with the low potential mode voltage V _LV from the fuel cell 100 according to the current-voltage characteristics of FIG. The voltage V is set to the low potential mode voltage _VLV . The fuel cell output control unit 410 sets the cell voltage V to the low potential mode voltage V _LV by adjusting the output current I of the fuel cell, and can also be called an output current adjustment unit.

このように、燃料電池出力制御部４１０が低電位モードの出力制御を実行している場合、セル電圧Ｖが低くなる。そのため、カソード側セパレータ２２０の表面還元反応が進行する。この表面還元反応により、カソード側セパレータ２２０の表面に形成された酸化チタン膜がチタンに還元され、酸化チタン膜の厚さが減少する。 Thus, when the fuel cell output control unit 410 is executing the output control in the low potential mode, the cell voltage V becomes low. Therefore, the surface reduction reaction of the cathode side separator 220 proceeds. By this surface reduction reaction, the titanium oxide film formed on the surface of the cathode-side separator 220 is reduced to titanium, and the thickness of the titanium oxide film is reduced.

なお、所定の低電位モード電圧Ｖ_LVは、カソード側セパレータ２２０の表面に形成された酸化チタン膜の還元反応が進行する電圧であればよい。具体的には、低電位モード電圧Ｖ_LVは最大出力点電圧Ｖ_XPよりも低電圧であれば良い。なお、低電位モード電圧Ｖ_LVは、酸化チタン膜の還元反応がより確実に進行するように、０．３Ｖ以下とするのが好ましい。低電位モード電圧Ｖ_LVとしては、酸化チタン膜の還元反応がより速く進行するように、０．２Ｖ以下とするのがより好ましく、０．１Ｖ以下とするのがさらに好ましい。 The predetermined low potential mode voltage V _LV may be a voltage at which the reduction reaction of the titanium oxide film formed on the surface of the cathode separator 220 proceeds. Specifically, the low potential mode voltage V _LV may be a voltage lower than the maximum output point voltage V _XP . Note that the low potential mode voltage V _LV is preferably set to 0.3 V or less so that the reduction reaction of the titanium oxide film proceeds more reliably. The low potential mode voltage V _LV is more preferably 0.2 V or less, and even more preferably 0.1 V or less so that the reduction reaction of the titanium oxide film proceeds faster.

また、所定の低電位モード電圧Ｖ_LVは、燃料電池出力制御部４１０として両極性の電流シンクを用いることにより、負の値とすることも可能である。この場合、燃料電池１００からは、限界電流Ｉ_limより大きい電流が取り出される。そのため、燃料電池１００での発熱量が増大し、燃料電池１００が損傷するおそれがある。所定の低電位モード電圧Ｖ_LVは、このような特性を考慮して、所定の下限電圧以上に設定されるのが好ましい。なお、所定の下限電圧は、実験等によって求めることが可能であるが、燃料電池１００の損傷をより確実に抑制するため、−０．２Ｖ以上に設定するのが好ましく、−０．１Ｖ以上に設定するのがより好ましい。 Further, the predetermined low potential mode voltage V _LV can be set to a negative value by using a bipolar current sink as the fuel cell output control unit 410. In this case, a current larger than the limit current I _lim is taken out from the fuel cell 100. Therefore, the amount of heat generated in the fuel cell 100 increases, and the fuel cell 100 may be damaged. The predetermined low potential mode voltage V _LV is preferably set to be equal to or higher than a predetermined lower limit voltage in consideration of such characteristics. The predetermined lower limit voltage can be obtained by experiments or the like, but is preferably set to −0.2 V or more and more preferably −0.1 V or more in order to more reliably suppress damage to the fuel cell 100. It is more preferable to set.

図３は、燃料電池１００（図１）の出力制御を行う出力制御ルーチンを示すフローチャートである。この出力制御ルーチンは、一定時間毎に、繰り返し実行される。なお本実施形態では、出力制御ルーチンは一定時間毎に開始されるが、このルーチンは所定の運転時間内に少なくとも１回実行されていればよく、例えば発電量毎に１回実行するものとしても良い。 FIG. 3 is a flowchart showing an output control routine for performing output control of the fuel cell 100 (FIG. 1). This output control routine is repeatedly executed at regular intervals. In the present embodiment, the output control routine is started at regular time intervals. However, this routine only needs to be executed at least once within a predetermined operation time. For example, the output control routine may be executed once every power generation amount. good.

図４は、燃料電池出力制御部４１０が図３に示す出力制御ルーチンを実行する際の、燃料電池１００の状態の一例を示す説明図である。図４の各グラフの横軸は時間を表している。図４（ａ）の縦軸は、要求電力Ｐ_RQを表し、図４（ｂ）の縦軸は、燃料電池出力制御部４１０の動作モードを表している。図４（ｃ）と図４（ｄ）との縦軸は、それぞれ、燃料電池１００の出力電流Ｉとセル電圧Ｖとを表している。また、図４（ｅ）の縦軸は、カソード側セパレータ２２０の表面に形成される酸化チタン膜厚を示している。 4 is an explanatory diagram showing an example of the state of the fuel cell 100 when the fuel cell output control unit 410 executes the output control routine shown in FIG. The horizontal axis of each graph in FIG. 4 represents time. The vertical axis in FIG. 4A represents the required power P _RQ, and the vertical axis in FIG. 4B represents the operation mode of the fuel cell output control unit 410. The vertical axes of FIG. 4C and FIG. 4D represent the output current I and the cell voltage V of the fuel cell 100, respectively. The vertical axis in FIG. 4E indicates the thickness of the titanium oxide film formed on the surface of the cathode separator 220.

図３のステップＳ１００において、燃料電池出力制御部４１０は、低電位モードの実行の要否を判断する。低電位モードの実行が不要であると判断された場合には、制御はステップＳ２００に移される。一方、低電位モードの実行が必要であると判断された場合には、制御はステップＳ３００に移される。 In step S100 of FIG. 3, the fuel cell output control unit 410 determines whether or not it is necessary to execute the low potential mode. If it is determined that execution of the low potential mode is not necessary, control is transferred to step S200. On the other hand, if it is determined that the low potential mode needs to be executed, the control is moved to step S300.

低電位モードの実行の要否は、例えば、カソード側セパレータ２２０（図１）の表面に形成される酸化チタン膜厚を推定し、膜厚推定値が所定の膜厚上限値（例えば、３０ｎｍ）を超えた場合に低電位モードの実行が必要であると判断することができる。この場合、膜厚推定値は、燃料電池１００の通電時間や発電量と、酸化チタン膜厚との関係を実験的に求め、求められた関係と通電時間や発電量に基づいて算出することが可能である。 The necessity of executing the low potential mode is, for example, estimating the titanium oxide film thickness formed on the surface of the cathode separator 220 (FIG. 1), and the estimated film thickness value is a predetermined film thickness upper limit (for example, 30 nm). It can be determined that the execution of the low potential mode is necessary when the value exceeds. In this case, the estimated value of the film thickness can be calculated based on the relationship between the energization time and power generation amount of the fuel cell 100 and the titanium oxide film thickness experimentally and based on the obtained relationship and the energization time and power generation amount. Is possible.

また、低電位モードの実行の要否は、燃料電池システム１０（図１）に設けられた直列抵抗測定部（図示しない）が燃料電池１００の直列抵抗を測定し、直列抵抗測定値が所定の直列抵抗上限値を超えた場合に低電位モードの実行が必要であると判断することもできる。なお、燃料電池１００の直列抵抗は、例えば、燃料電池システム１０の運転中に、燃料電池１００の出力電流を所定の直列抵抗測定電流に設定した際の燃料電池１００の出力電圧を測定することによって測定することができる。燃料電池１００の直列抵抗は、また、燃料電池システム１０の起動や停止等の際に、燃料電池１００の出力電流と出力電圧との関係を測定し、その関係を表すグラフの傾きによって求めることもできる。この場合、燃料電池１００の直列抵抗を求める際に設定される出力電流は、図２（ａ）に示す電流−電圧特性のグラフがほぼ直線となっている領域の値に設定されるのが好ましい。 Further, whether or not the low potential mode needs to be executed is determined by a series resistance measurement unit (not shown) provided in the fuel cell system 10 (FIG. 1) measuring the series resistance of the fuel cell 100, and the series resistance measurement value is a predetermined value. It can also be determined that execution of the low potential mode is necessary when the upper limit value of the series resistance is exceeded. The series resistance of the fuel cell 100 is determined by measuring the output voltage of the fuel cell 100 when the output current of the fuel cell 100 is set to a predetermined series resistance measurement current during the operation of the fuel cell system 10, for example. Can be measured. The series resistance of the fuel cell 100 can also be obtained by measuring the relationship between the output current and the output voltage of the fuel cell 100 when starting or stopping the fuel cell system 10, and by determining the slope of the graph representing the relationship. it can. In this case, the output current set when determining the series resistance of the fuel cell 100 is preferably set to a value in a region where the current-voltage characteristic graph shown in FIG. .

なお、燃料電池システム１０の起動と停止の間の運転継続時間に対して、低電位モードの実行が必要と判断される周期が十分長い場合、直列抵抗が所定の直列抵抗上限値を超えた後、燃料電池システム１０を起動もしくは停止する際に低電位モードの実行をするものとしても良い。 In addition, after the series resistance exceeds a predetermined series resistance upper limit value when the cycle in which it is determined that the execution of the low potential mode is necessary is sufficiently long with respect to the operation continuation time between the start and stop of the fuel cell system 10 The low potential mode may be executed when the fuel cell system 10 is started or stopped.

図３のステップＳ２００において、燃料電池出力制御部４１０は、通常モードの出力制御を行ない、その後、出力制御ルーチンは終了する。図４の例では、図４（ｂ）に示すように、時刻ｔ₀から時刻ｔ₁の期間と、時刻ｔ₂から時刻ｔ₃の期間と、時刻ｔ₄以降の期間とにおいて通常モードの出力制御が行われる。通常モードの出力制御では、図４（ｃ）に示すように、要求出力Ｐ_RQに基づいて目標電流Ｉ_TGが決定される。そして、図４（ｄ）に示すように、決定された目標電流Ｉ_TGと図２（ａ）の電流−電圧特性とに基づいてセル電圧Ｖが目標電圧Ｖ_TGに設定される。 In step S200 of FIG. 3, the fuel cell output control unit 410 performs output control in the normal mode, and then the output control routine ends. In the example of FIG. 4, as shown in FIG. 4B, the normal mode output is performed in the period from time t ₀ to time t ₁ , in the period from time t ₂ to time t ₃ , and in the period after time t _4. Control is performed. In the output control in the normal mode, as shown in FIG. 4C, the target current I _TG is determined based on the requested output P _RQ . Then, as shown in FIG. 4D, the cell voltage V is set to the target voltage V _TG based on the determined target current I _TG and the current-voltage characteristics shown in FIG.

上述のように、通常モードの出力制御の実行によりセル電圧Ｖが高くなっている状態では、カソード側セパレータ２２０の表面酸化反応が進行する。そのため、図４（ｄ）に示すように、時刻ｔ₀から時刻ｔ₁の期間と、時刻ｔ₂から時刻ｔ₃の期間と、時刻ｔ₄以降の期間とにおいて、酸化チタン膜厚は時間とともに増加する。 As described above, the surface oxidation reaction of the cathode separator 220 proceeds in a state where the cell voltage V is high due to the execution of the output control in the normal mode. Therefore, as shown in FIG. 4D, the titanium oxide film thickness increases with time in the period from time t ₀ to time t ₁ , in the period from time t ₂ to time t ₃ , and in the period after time t _4. To increase.

図３のステップＳ３００において、燃料電池出力制御部４１０は、低電位モードの出力制御を行ない、その後、制御はステップＳ３１０に移される。ステップＳ３１０では、所定の待機時間が経過するまで、低電位モードの出力制御状態が維持される。なお、所定の待機時間は、カソード側セパレータ２２０に形成された酸化チタン膜の還元に十分な時間が設定される。所定の待機時間は、例えば、推定された酸化チタン膜厚と、実験的に求められた酸化チタンの還元速度とに基づいて決定することができる。なお、ステップＳ３１０は、図３に示す燃料電池出力制御ルーチンの実行周期や、酸化チタンの還元速度等に応じて省略することも可能である。 In step S300 of FIG. 3, the fuel cell output control unit 410 performs output control in the low potential mode, and then the control is moved to step S310. In step S310, the output control state in the low potential mode is maintained until a predetermined standby time elapses. The predetermined waiting time is set to a time sufficient for the reduction of the titanium oxide film formed on the cathode separator 220. The predetermined standby time can be determined based on, for example, the estimated titanium oxide film thickness and the titanium oxide reduction rate obtained experimentally. Note that step S310 may be omitted depending on the execution cycle of the fuel cell output control routine shown in FIG. 3, the reduction rate of titanium oxide, and the like.

図４の例では、図４（ｂ）に示すように、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂の期間と、時刻ｔ₃から時刻ｔ₄の期間とにおいて低電位モードの出力制御が維持されている。低電位モードの出力制御では、図４（ｃ）に示すように、要求出力Ｐ_RQの値にかかわらず燃料電池１００の出力電流Ｉを低電位モード電流Ｉ_LVにする。そして、燃料電池１００から低電位モード電流Ｉ_LVを取り出すことにより、図４（ｄ）に示すように、セル電圧Ｖを低電位モード電圧Ｖ_LVに設定する。 In the example of FIG. 4, as shown in FIG. 4B, output control in the low potential mode is maintained in the period from time t ₁ to time t _{2 and in} the period from time t ₃ to time t ₄ . In the output control in the low potential mode, as shown in FIG. 4C, the output current I of the fuel cell 100 is set to the low potential mode current _ILV regardless of the value of the required output _PRQ . Then, by extracting the low potential mode current I _LV from the fuel cell 100, the cell voltage V is set to the low potential mode voltage V _{LV as shown} in FIG.

上述のように、低電位モードの出力制御の実行によりセル電圧Ｖが低くなっている状態では、カソード側セパレータ２２０の表面に形成された酸化チタンの還元反応が進行する。そのため、図４（ｄ）に示すように、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂の期間と、時刻ｔ₃から時刻ｔ₄の期間とにおいて、酸化チタン膜厚は時間とともに減少する。 As described above, in the state where the cell voltage V is low due to the execution of output control in the low potential mode, the reduction reaction of titanium oxide formed on the surface of the cathode separator 220 proceeds. Therefore, as shown in FIG. 4D, the titanium oxide film thickness decreases with time in the period from time t ₁ to time t _{2 and in} the period from time t ₃ to time t ₄ .

このように、本実施形態においては、低電位モードの出力制御を実行することにより、カソード側セパレータ２２０の表面に形成された酸化チタンが還元され、酸化チタンの膜厚は時間とともに減少する。そのため、酸化チタンの膜の形成による燃料電池１００の抵抗の増大が抑制され、燃料電池１００の発電効率の低下が抑制される。 Thus, in this embodiment, by performing output control in the low potential mode, titanium oxide formed on the surface of the cathode-side separator 220 is reduced, and the thickness of the titanium oxide decreases with time. Therefore, an increase in resistance of the fuel cell 100 due to the formation of the titanium oxide film is suppressed, and a decrease in power generation efficiency of the fuel cell 100 is suppressed.

Ｂ．実施例：
［チタン板のアノード分極処理］
図５は、標準水素電極に対するチタン板の電位と、チタン板の表面に形成される酸化チタン膜の厚さとの関係の評価の様子を示す説明図である。この評価では、チタン板のアノード分極処理を行いチタン板表面に酸化チタン膜を形成した。なお、評価に使用したチタン板はカソード側セパレータ２２０（図１）に相当し、標準水素電極はアノード側セパレータ３２０（図１）に相当する。 B. Example:
[Anode polarization treatment of titanium plate]
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the evaluation of the relationship between the potential of the titanium plate relative to the standard hydrogen electrode and the thickness of the titanium oxide film formed on the surface of the titanium plate. In this evaluation, the titanium plate was subjected to an anodic polarization treatment to form a titanium oxide film on the surface of the titanium plate. The titanium plate used for the evaluation corresponds to the cathode side separator 220 (FIG. 1), and the standard hydrogen electrode corresponds to the anode side separator 320 (FIG. 1).

図５（ａ）は、チタン板のアノード分極処理のためのアノード分極処理装置５００の構成を示している。アノード分極処理装置５００は、ポテンショスタット５１０と、電解液槽５２０と、銀・塩化銀電極５３０とを備えている。 FIG. 5A shows a configuration of an anodic polarization processing apparatus 500 for anodic polarization processing of a titanium plate. The anodic polarization processing apparatus 500 includes a potentiostat 510, an electrolyte bath 520, and a silver / silver chloride electrode 530.

ポテンショスタット５１０の作用極（Ｗ極）にはチタン板５４０を接続し、対極（Ｃ極）には白金電極５５０を接続した。また、参照極（Ｒ極）には銀・塩化銀電極５３０を接続した。そして、ポテンショスタット５１０の各極に接続されたチタン板５４０と、白金電極５５０と、銀・塩化銀電極５３０と、を電解液槽５２０に投入した電解液５６０に浸漬した。なお、電解液槽５２０に投入した電解液５６０は、ｐＨが５となるように調製した。 A titanium plate 540 was connected to the working electrode (W electrode) of the potentiostat 510, and a platinum electrode 550 was connected to the counter electrode (C electrode). A silver / silver chloride electrode 530 was connected to the reference electrode (R electrode). Then, a titanium plate 540 connected to each electrode of the potentiostat 510, a platinum electrode 550, and a silver / silver chloride electrode 530 were immersed in an electrolytic solution 560 charged into the electrolytic solution tank 520. In addition, the electrolyte solution 560 thrown into the electrolyte solution tank 520 was prepared so that pH might be set to 5.

［実施例］
実施例では、ポテンショスタット５１０を制御して、図５（ｂ）に示すように、１時間の周期のうち、前半０．５時間は標準水素電極に対するチタン板５４０の電位（以下、「チタン板電位」ともよぶ）を１．２Ｖとし、後半０．５時間はチタン板電位を０．１Ｖとした。そして、この１時間周期のチタン板電位の設定を１００回繰り返すことにより、１００時間の通電を行った。この説明から分かるように、チタン板のアノード分極処理の１００時間のうち、チタン板電位が１．２Ｖとなっていた時間は、５０時間である。 [Example]
In the embodiment, the potentiostat 510 is controlled, and as shown in FIG. 5B, the potential of the titanium plate 540 with respect to the standard hydrogen electrode (hereinafter referred to as “titanium plate” in the first half of the 1 hour period). The potential of the titanium plate was set to 1.2 V, and the potential of the titanium plate was set to 0.1 V for the latter half of 0.5 hour. And the energization for 100 hours was performed by repeating the setting of the titanium plate potential of this 1 hour period 100 times. As can be seen from this description, the time during which the titanium plate potential was 1.2 V out of 100 hours of the anodic polarization treatment of the titanium plate was 50 hours.

［比較例］
比較例では、図５（ｃ）に示すように、５０時間連続してチタン板電位を１．２Ｖとした。 [Comparative example]
In the comparative example, as shown in FIG. 5C, the titanium plate potential was set to 1.2 V for 50 hours continuously.

［接触抵抗の評価］
チタン板の表面に形成される酸化チタン膜の厚さを評価するため、アノード分極処理を行ったチタン板と、拡散層に使用されるカーボンフェルトと、の間の接触抵抗（以下、単に［接触抵抗］とも呼ぶ）を測定した。 [Evaluation of contact resistance]
In order to evaluate the thickness of the titanium oxide film formed on the surface of the titanium plate, the contact resistance between the titanium plate subjected to the anodic polarization treatment and the carbon felt used for the diffusion layer (hereinafter simply referred to as “contact”). Also called resistance]).

図６（ａ）は、接触抵抗の測定の様子を示す説明図である。接触抵抗の測定では、アノード分極処理を行ったチタン板５４０と、カーボンフェルト５７０と、を重ね合わせ、チタン板５４０とカーボンフェルト５７０との接触面に垂直に応力を加えた。そして、応力を加えた状態でのチタン板５４０とカーボンフェルト５７０との間の抵抗を抵抗測定装置５８０によって測定した。 Fig.6 (a) is explanatory drawing which shows the mode of a measurement of contact resistance. In the measurement of the contact resistance, the titanium plate 540 subjected to the anodic polarization treatment and the carbon felt 570 were overlapped, and stress was applied perpendicularly to the contact surface between the titanium plate 540 and the carbon felt 570. Then, the resistance between the titanium plate 540 and the carbon felt 570 in a state where stress was applied was measured by a resistance measuring device 580.

図６（ｂ）は、実施例と比較例とにおける接触抵抗の測定結果を示している。図６（ｂ）に示すように、比較例の接触抵抗は実施例の接触抵抗の約３倍となった。このことから、比較例においてアノード分極処理を行ったチタン板表面の酸化チタン膜の厚さは、実施例においてアノード分極処理を行ったチタン板表面の酸化チタン膜の厚さよりも厚いことが分かった。 FIG. 6B shows the measurement results of the contact resistance in the example and the comparative example. As shown in FIG. 6B, the contact resistance of the comparative example was about three times the contact resistance of the example. From this, it was found that the thickness of the titanium oxide film on the surface of the titanium plate subjected to the anodic polarization treatment in the comparative example was thicker than the thickness of the titanium oxide film on the surface of the titanium plate subjected to the anodic polarization treatment in the example. .

上述のように、実施例と比較例とのアノード分極処理では、チタン板電位が１．２Ｖに設定された時間はともに５０時間である。そのため、チタン板電位が１．２Ｖの状態でチタン板表面に形成される酸化チタン膜の厚さは、ほぼ同じと考えられる。一方、実施例においてアノード分極処理を行ったチタン板表面の酸化チタン膜の厚さは、比較例においてアノード分極処理を行ったチタン板表面の酸化チタン膜の厚さよりも薄くなった。このことから、チタン板電位を０．１Ｖに設定することにより、チタン板表面に形成された酸化チタン膜が還元され、酸化チタン膜の厚さが減少することが分かった。 As described above, in the anodic polarization treatment of the example and the comparative example, the time when the titanium plate potential is set to 1.2 V is 50 hours. Therefore, the thickness of the titanium oxide film formed on the surface of the titanium plate with the titanium plate potential being 1.2 V is considered to be substantially the same. On the other hand, the thickness of the titanium oxide film on the surface of the titanium plate subjected to the anodic polarization treatment in the example was thinner than the thickness of the titanium oxide film on the surface of the titanium plate subjected to the anodic polarization treatment in the comparative example. From this, it was found that by setting the titanium plate potential to 0.1 V, the titanium oxide film formed on the surface of the titanium plate was reduced, and the thickness of the titanium oxide film was reduced.

Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。 C. Variations:
In addition, this invention is not restricted to the said Example and embodiment, It can implement in a various aspect in the range which does not deviate from the summary, For example, the following deformation | transformation is also possible.

Ｃ１．変形例１：
上記実施形態では、燃料電池１００（図１）から低電位モード電流Ｉ_LVを取り出すことによりセル電圧Ｖを低電位モード電圧Ｖ_LVに設定しているが、他の方法によりアノード側セパレータ３２０（図１）に対するカソード側セパレータ２２０（図１）の電位を設定することも可能である。例えば、電位設定用電極を膜電極接合体１１０（図１）に設け、電位設定用電極とカソード側セパレータ２２０との間に適宜電流を流すことによりアノード側セパレータ３２０に対するカソード側セパレータ２２０の電位を設定するものとしても良い。 C1. Modification 1:
In the above embodiment, the cell voltage V is set to the low potential mode voltage V _LV by taking out the low potential mode current I _LV from the fuel cell 100 (FIG. 1), but the anode side separator 320 (see FIG. It is also possible to set the potential of the cathode separator 220 (FIG. 1) with respect to 1). For example, the potential setting electrode is provided in the membrane electrode assembly 110 (FIG. 1), and the potential of the cathode separator 220 with respect to the anode separator 320 is set by flowing an appropriate current between the potential setting electrode and the cathode separator 220. It may be set.

Ｃ２．変形例２：
上記実施形態では、本発明をカソード側セパレータ２２０をチタンで形成した燃料電池１００に適用しているが、本発明は、一般に、カソード側集電体２００が金属部材を含む燃料電池に適用することができる。金属部材としては、チタン等の単体金属と、チタン合金やステンレス鋼等の合金と、のいずれで形成されたものとしても良い。また、カソード側セパレータ２２０とカソード側拡散層２１０との少なくとも一方が金属部材であるものとしても本発明を適用することが可能である。この場合、アノード側集電体３００に対する金属部材の電位が低電位モード電圧Ｖ_LVに設定できればよい。 C2. Modification 2:
In the above embodiment, the present invention is applied to the fuel cell 100 in which the cathode side separator 220 is formed of titanium. However, the present invention is generally applied to a fuel cell in which the cathode side current collector 200 includes a metal member. Can do. The metal member may be formed of any one of a single metal such as titanium and an alloy such as titanium alloy and stainless steel. In addition, the present invention can be applied even when at least one of the cathode side separator 220 and the cathode side diffusion layer 210 is a metal member. In this case, it is only necessary that the potential of the metal member with respect to the anode side current collector 300 can be set to the low potential mode voltage _VLV .

本発明の一実施形態としての燃料電池システム１０の構成を示す概略構成図。1 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a fuel cell system 10 as one embodiment of the present invention. 燃料電池１００の発電特性を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing power generation characteristics of the fuel cell. 燃料電池１００の出力制御を行う出力制御ルーチンを示すフローチャートである。4 is a flowchart showing an output control routine for performing output control of the fuel cell 100. 燃料電池出力制御部４１０が出力制御ルーチンを実行する際の、燃料電池１００の状態の一例を示す説明図である。4 is an explanatory diagram showing an example of a state of the fuel cell 100 when the fuel cell output control unit 410 executes an output control routine. FIG. 標準水素電極に対するチタン板の電位と、チタン板の表面に形成される酸化チタン膜の厚さとの関係の評価の様子を示す説明図。Explanatory drawing which shows the mode of evaluation of the relationship between the electric potential of the titanium plate with respect to a standard hydrogen electrode, and the thickness of the titanium oxide film formed on the surface of a titanium plate. 標準水素電極に対するチタン板の電位と、チタン板の表面に形成される酸化チタン膜の厚さとの関係の評価結果を示す説明図。Explanatory drawing which shows the evaluation result of the relationship between the electric potential of the titanium plate with respect to a standard hydrogen electrode, and the thickness of the titanium oxide film formed on the surface of a titanium plate.

Explanation of symbols

１０…燃料電池システム
１００…燃料電池
１１０…膜電極接合体
１１２…電解質膜
１２０，１３０…触媒層
２００…カソード側集電体
２１０…カソード側拡散層
２２０…カソード側セパレータ
２２２…カソード流路
３００…アノード側集電体
３１０…アノード側拡散層
３２０…アノード側セパレータ
３２２…アノード流路
４１０…燃料電池出力制御部
４２２，４２４…導線
５００…アノード分極処理装置
５１０…ポテンショスタット
５２０…電解液槽
５３０…塩化銀電極
５４０…チタン板
５５０…白金電極
５６０…電解液
５７０…カーボンフェルト
５８０…抵抗測定装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system 100 ... Fuel cell 110 ... Membrane electrode assembly 112 ... Electrolyte membrane 120, 130 ... Catalyst layer 200 ... Cathode side collector 210 ... Cathode side diffusion layer 220 ... Cathode side separator 222 ... Cathode channel 300 ... Anode-side current collector 310... Anode-side diffusion layer 320... Anode-side separator 322... Anode flow path 410. Silver chloride electrode 540 ... Titanium plate 550 ... Platinum electrode 560 ... Electrolytic solution 570 ... Carbon felt 580 ... Resistance measuring device

Claims

A fuel cell system,
A membrane electrode assembly having an electrolyte membrane and a catalyst layer provided on both surfaces of the electrolyte membrane; a cathode side current collector including a metal member provided in contact with one side of the membrane electrode assembly; and the membrane An anode current collector provided in contact with the other side of the electrode assembly; and a fuel cell comprising:
A potential setting unit for setting a potential of the metal member with respect to the anode-side current collector;
A film thickness estimation unit that estimates the film thickness of the surface oxide formed on the metal member;
With
The potential setting unit performs power generation by the fuel cell when the film thickness of the surface oxide estimated by the film thickness estimation unit exceeds a predetermined upper limit value, and the metal member for the anode-side current collector. The fuel cell system has a low potential mode in which the potential is set to a predetermined low potential mode voltage lower than a maximum output point voltage at which the output power of the fuel cell is maximized.

The fuel cell system according to claim 1, wherein
The fuel cell system, wherein the predetermined low potential mode voltage is 0.3 V or less per single cell .

The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein
The fuel cell system, wherein the predetermined low potential mode voltage is −0.2 V or more per single cell .

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
The potential setting unit includes an output current adjusting unit that sets the potential of the metal member with respect to the anode-side current collector to the low potential mode voltage by adjusting an output current of the fuel cell.