JP5755552B2 - FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM - Google Patents
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Description
本発明は、燃料ガスと酸化ガスを燃料電池に供給し、燃料ガスと酸化ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池システム、及び燃料電池システムの制御方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell system that supplies fuel gas and an oxidizing gas to a fuel cell, and generates electricity by causing an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidizing gas, and a control method for the fuel cell system.
例えばいわゆる燃料電池自動車には、燃料電池を有する燃料電池システムが搭載されている。この燃料電池システムは、ガス供給源から燃料ガスと酸化ガスを燃料電池に供給し、燃料電池において燃料ガスと酸化ガスを電気化学反応させて発電し、燃料電池自動車はその電力を動力としている。燃料電池は、セルの積層体を有し、各セルのアノード流路に燃料ガスを供給し、カソード流路に酸化ガスを供給し、それらのガスが電解質を通じて反応することによって発電する。 For example, a so-called fuel cell vehicle is equipped with a fuel cell system having a fuel cell. In this fuel cell system, a fuel gas and an oxidizing gas are supplied from a gas supply source to the fuel cell, and the fuel gas and the oxidizing gas are electrochemically reacted in the fuel cell to generate electric power. The fuel cell vehicle uses the electric power as power. The fuel cell has a stack of cells, and supplies fuel gas to the anode flow channel of each cell, supplies oxidizing gas to the cathode flow channel, and generates electricity by reacting these gases through the electrolyte.
上記燃料電池自動車では、燃費の向上を目的とし、信号待ちなどの停車中に燃料電池へのガスの供給を停止し発電を一時的に停止する運転(間欠運転)が行われている(特許文献1、2参照)。発電を一時的に停止させた場合、燃料電池の各セルのセル電圧が低下する。セル電圧が著しく低下すると、間欠運転から通常運転に迅速に戻すのが困難になるため、各セル電圧が所定の値(待機電圧)以上に維持されるように、間欠運転時においても、燃料電池に燃料ガスと酸化ガスを供給することが行われている。 In the fuel cell vehicle, for the purpose of improving fuel efficiency, an operation (intermittent operation) is performed in which the supply of gas to the fuel cell is stopped and power generation is temporarily stopped while the vehicle is stopped such as waiting for a signal (Patent Literature). 1 and 2). When power generation is temporarily stopped, the cell voltage of each cell of the fuel cell decreases. If the cell voltage drops significantly, it becomes difficult to quickly return from intermittent operation to normal operation. Therefore, even during intermittent operation, the fuel cell is maintained so that each cell voltage is maintained at a predetermined value (standby voltage) or higher. A fuel gas and an oxidizing gas are supplied to the tank.
しかしながら、上述のように発電を一時的に停止させると、アノード流路に沿って燃料ガスの濃度分布ができる。具体的にはアノード流路の入口付近及び出口付近に比べて中央付近の濃度が低くなる。この濃度分布の状態において、上述のようにセル電圧の待機電圧を維持するために燃料電池に燃料ガスと酸化ガスの供給が開始された場合、セル電圧は回復するが、アノード流路の水素濃度が低い位置において、電気化学反応のための白金等の触媒の担持カーボンが、セル電圧の高電位に曝されて、不可逆なカーボン酸化反応が生じることがある。この結果、電気化学反応の触媒が劣化し、燃料電池の性能が低下する。 However, when the power generation is temporarily stopped as described above, the fuel gas concentration distribution is formed along the anode flow path. Specifically, the concentration in the vicinity of the center is lower than that in the vicinity of the inlet and the outlet of the anode channel. In this concentration distribution state, when the supply of the fuel gas and the oxidizing gas to the fuel cell is started to maintain the standby voltage of the cell voltage as described above, the cell voltage recovers, but the hydrogen concentration in the anode flow path In a low position, the catalyst-supported carbon such as platinum for the electrochemical reaction may be exposed to a high cell voltage potential to cause an irreversible carbon oxidation reaction. As a result, the electrochemical reaction catalyst deteriorates, and the performance of the fuel cell decreases.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、燃料電池における発電一時停止時の電気化学反応の触媒の劣化を抑制して、燃料電池の性能の低下を抑制することをその目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to suppress deterioration of the performance of the fuel cell by suppressing deterioration of the catalyst of the electrochemical reaction when the power generation is temporarily stopped in the fuel cell. .
上記目的を達成するための本発明は、
複数のセルを備えてなる燃料電池に燃料ガスと酸化ガスを供給し、燃料ガスと酸化ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池システムであって、
前記燃料電池の発電を一時的に停止させているときに、前記燃料電池への燃料ガスと酸化ガスの供給を行う場合に、前記セルのセル電圧が予め設定された閾値V1よりも低くなると、前記燃料電池への燃料ガスの供給を酸化ガスの供給よりも先に開始し、燃料ガスの供給を開始した後、セル電圧が予め設定された閾値V2(V2<V1)よりも低くなると、前記燃料電池への酸化ガスの供給を開始するガス供給制御装置を有する、燃料電池システムである。
To achieve the above object, the present invention provides:
A fuel cell system for generating power by supplying a fuel gas and an oxidizing gas to a fuel cell comprising a plurality of cells and causing an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidizing gas,
When you are temporarily stopped power generation of the fuel cell, when to supply the fuel gas and the oxidizing gas to the fuel cell, the cell voltage of the cell is lower than the threshold V1, which is set in advance, When the supply of the fuel gas to the fuel cell is started before the supply of the oxidizing gas and the supply of the fuel gas is started, when the cell voltage becomes lower than a preset threshold value V2 (V2 <V1), A fuel cell system having a gas supply control device for starting supply of oxidizing gas to a fuel cell
本発明によれば、燃料電池の発電を一時的に停止させているときに、燃料ガスの供給を酸化ガスの供給よりも先に開始するので、当該燃料ガスの供給により、先にアノード流路内のガスが攪拌され、当該アノード流路内の燃料ガスの濃度を均一化できる。これにより、セル電圧の回復のために後で酸化ガスを供給しても、触媒担持カーボンの酸化反応が生じなくなり、この結果、電気化学反応の触媒の劣化が抑制され、燃料電池の性能の低下が抑制される。 According to the present invention, when the power generation of the fuel cell is temporarily stopped, the supply of the fuel gas is started before the supply of the oxidizing gas. The gas inside is agitated, and the concentration of the fuel gas in the anode channel can be made uniform. As a result, even if an oxidizing gas is supplied later to recover the cell voltage, the oxidation reaction of the catalyst-supported carbon does not occur. As a result, the deterioration of the electrochemical reaction catalyst is suppressed, and the performance of the fuel cell is reduced. Is suppressed.
前記ガス供給制御装置による前記燃料ガスの供給は断続的に行われるようにしてもよい。 The fuel gas supply by the gas supply control device may be performed intermittently.
別の観点による本発明は、
複数のセルを備えてなる燃料電池に燃料ガスと酸化ガスを供給し、燃料ガスと酸化ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池システムであって、
前記燃料電池の発電を一時的に停止させているときに、前記燃料電池のアノード流路の入口圧力とカソード流路の入口圧力を上昇させる場合に、前記セルのセル電圧が予め設定された閾値V1よりも低くなると、前記アノード流路の入口圧力の上昇を前記カソード流路の入口圧力の上昇よりも先に開始し、前記アノード流路の入口圧力の上昇を開始した後、セル電圧が予め設定された閾値V2(V2<V1)よりも低くなると、前記カソード流路の入口圧力の上昇を開始する入口圧力制御装置を有する、燃料電池システム。
According to another aspect, the present invention provides:
A fuel cell system for generating power by supplying a fuel gas and an oxidizing gas to a fuel cell comprising a plurality of cells and causing an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidizing gas,
When you are temporarily stopped power generation of the fuel cell, when raising the inlet pressure of the inlet pressure and cathode channel of the anode flow channel of the fuel cell, the cell voltage of the cell is set in advance a threshold value When it becomes lower than V1, the increase of the inlet pressure of the anode flow path is started before the increase of the inlet pressure of the cathode flow path, and after the increase of the inlet pressure of the anode flow path is started, the cell voltage is increased in advance. A fuel cell system comprising an inlet pressure control device that starts increasing the inlet pressure of the cathode flow path when the threshold voltage V2 (V2 <V1) becomes lower .
複数のセルを備えてなる燃料電池に燃料ガスと酸化ガスを供給し、燃料ガスと酸化ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池の発電を一時的に停止させているときに、前記燃料電池への燃料ガスと酸化ガスの供給を行う場合に、前記セルのセル電圧が予め設定された閾値V1よりも低くなると、前記燃料電池への燃料ガスの供給を酸化ガスの供給よりも先に開始し、燃料ガスの供給を開始した後、セル電圧が予め設定された閾値V2(V2<V1)よりも低くなると、前記燃料電池への酸化ガスの供給を開始する、燃料電池システムの制御方法。
A control method for a fuel cell system for generating power by supplying a fuel gas and an oxidizing gas to a fuel cell comprising a plurality of cells and causing an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidizing gas,
When you are temporarily stopped power generation of the fuel cell, when to supply the fuel gas and the oxidizing gas to the fuel cell, the cell voltage of the cell is lower than the threshold V1, which is set in advance, When the supply of the fuel gas to the fuel cell is started before the supply of the oxidizing gas and the supply of the fuel gas is started, when the cell voltage becomes lower than a preset threshold value V2 (V2 <V1), A control method for a fuel cell system, which starts supplying an oxidizing gas to a fuel cell.
複数のセルを備えてなる燃料電池に燃料ガスと酸化ガスを供給し、燃料ガスと酸化ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池の発電を一時的に停止させているときに、前記燃料電池のアノード流路の入口圧力とカソード流路の入口圧力を上昇させる場合に、前記セルのセル電圧が予め設定された閾値V1よりも低くなると、前記アノード流路の入口圧力の上昇を前記カソード流路の入口圧力の上昇よりも先に開始し、前記アノード流路の入口圧力の上昇を開始した後、セル電圧が予め設定された閾値V2(V2<V1)よりも低くなると、前記カソード流路の入口圧力の上昇を開始する、燃料電池システムの制御方法。
A control method for a fuel cell system for generating power by supplying a fuel gas and an oxidizing gas to a fuel cell comprising a plurality of cells and causing an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidizing gas,
When you are temporarily stopped power generation of the fuel cell, when raising the inlet pressure of the inlet pressure and cathode channel of the anode flow channel of the fuel cell, the cell voltage of the cell is set in advance a threshold value When it becomes lower than V1, the increase of the inlet pressure of the anode flow path is started before the increase of the inlet pressure of the cathode flow path, and after the increase of the inlet pressure of the anode flow path is started, the cell voltage is increased in advance. A control method for a fuel cell system , wherein when the pressure becomes lower than a set threshold value V2 (V2 <V1), an increase in the inlet pressure of the cathode channel is started .
本発明によれば、燃料電池における発電一時停止時の電気化学反応の触媒の劣化を抑制して、燃料電池の性能の低下を抑制できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, degradation of the catalyst of the electrochemical reaction at the time of the electric power generation temporary stop in a fuel cell can be suppressed, and the fall of the performance of a fuel cell can be suppressed.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。本実施の形態における燃料電池システム1は、例えば自動車に搭載されるものである。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The
燃料電池システム1は、例えば図1に示すように反応ガス(酸化ガス及び燃料ガス)の供給を受けて発電する燃料電池10と、燃料電池10に対し酸化ガスとしてのエアを給排気するエア配管系11と、燃料電池10に対し燃料ガスとしての水素ガスを給排気する水素ガス配管系12と、制御装置13等を有している。
For example, as shown in FIG. 1, the
エア配管系11は、エアを燃料電池10に供給するエア供給流路30と、燃料電池10を通過したエアを排出するエア排出流路31を有している。エア供給流路30には、大気中のエアを取り込んで圧送するエアコンプレッサ40と、加湿器41等が設けられている。また、エア排出流路31には、加湿器41と、水素希釈器42等が設けられている。このエア配管系11により、コンプレッサ40により加圧されたエアが加湿器41に送られ、加湿器41で加湿されたエアが燃料電池10に供給される。また、燃料電池10を通過したエアは、加湿器41に送られ、その後水素希釈器42に送られ、その後システム外に排出される。
The
水素ガス配管系12は、高圧(例えば70MPa)の水素ガスを貯留した燃料供給源としての水素タンク50と、水素タンク50の水素ガスを燃料電池10に供給するための水素ガス供給流路51と、燃料電池10から排出された水素オフガスを水素ガス供給流路51に戻すための循環流路52等を有している。
The hydrogen gas piping system 12 includes a
水素ガス供給流路51には、水素タンク50の水素ガスの圧力を予め設定した二次圧に減圧するレギュレータ60と、燃料電池10側に供給する水素ガスの流量やガス圧を高精度に調整するインジェクタ61等が設けられている。
The hydrogen
循環流路52には、例えば水素オフガスから水や不純物を除去する気液分離器70と、循環流路52内の水素オフガスを加圧して水素ガス供給流路51側へ圧送する水素ガスポンプ71等が設けられている。例えば気液分離器70には、分離された水や一部の水素オフガスを水素希釈器42に送る排出流路72が接続されている。排出流路72には、気液分離器70からの水や一部の水素オフガスの排出を制御する排出制御弁73が設けられている。
The
次に、燃料電池10について説明する。燃料電池10は、図2及び図3に示すように固体高分子電解質型の単セル80を複数積層してなるセル積層体81を有している。セル積層体81の両端には、それぞれ集電板82a、82bと、絶縁板83a、83bと、エンドプレート84a、84bが配置されている。上下のテンションプレート85は、エンドプレート84a、84bの間に架け渡されてボルト86で固定されている。エンドプレート84bと絶縁板83bとの間には、弾性モジュール87が設けられる。
Next, the
セル積層体81内には、各単セル80を積層方向に貫通する複数のマニホールド90が形成されている。エア用のマニホールド90は、エンドプレート84aの供給口91a、排気口91bを通じて、エア供給流路30及びエア排出流路31に接続されている。また、水素ガス用のマニホールド90は、エンドプレート84aの供給口92a、排気口92bを通じて、水素ガス供給流路51及び循環流路52に接続されている。さらに冷媒用のマニホールド90は、エンドプレート84aの供給口93a、排気口93bを通じて図示しない冷媒供給流路及び冷媒排出流路に接続されている。
In the
図4に示すように、単セル80は、MEA100及び一対のセパレータ101A、101Bを備えている。MEA100(膜―電極アッセンブリ)は、イオン交換膜からなる電解質膜102と、電解質膜102を挟んだアノード電極103及びカソード電極104とで構成されている。アノード電極103には、セパレータ101Aの水素ガスが流れるアノード流路105が面し、カソード電極104には、セパレータ101Bのエアが流れるカソード流路106が面している。また、隣り合う単セル80のセパレータ101A、101Bの間には、冷媒流路107が形成されている。また、例えば単セル80には、セル80の発電電圧を検出する電圧計108が設けられている。
As shown in FIG. 4, the
図5は、セパレータ101Aの平面図である。セパレータ101Aは、方形の板状に形成され、その対角には、マニホールド90の一部を構成する水素ガスの入口110と、出口111が形成されている。セパレータ101Aには、入口110から出口111に通じる溝状のカソード流路105がジグザグ状に形成されている。なお、セパレータ101Bもセパレータ101Aと同様に、マニホールド90の一部を構成するエアの入口と出口を有し、当該入口から出口に通じるカソード流路106がジグザグ状に形成されている。
FIG. 5 is a plan view of the
以上の構成から、水素ガス供給流路51を通じて燃料電池10に供給された水素ガスは、マニホールド90を流れ、マニホールド90の各セル80のセパレータ101Aの入口110からアノード流路105に流入しアノード電極103に供給される。アノード流路105を通過した水素オフガスは、出口111からマニホールド90を通じて循環流路52に排出される。一方、エア供給流路30を通じて燃料電池10に供給されたエアは、マニホールド90を流れ、マニホールド90の各セル80のセパレータ101Bの入口からカソード流路106に流入し、カソード電極104に供給される。カソード流路106を通過したエアは、カソード流路106の出口からマニホールド90を通じてエア排出流路31に排出される。アノード電極103に供給された水素ガスとカソード電極104に供給されたエアが電気化学的に反応して発電する。
From the above configuration, the hydrogen gas supplied to the
制御装置13は、CPU、ROM、RAM等により構成され、入力される各センサ信号に基づき、当該システムの各部を統合的に制御する。具体的には、制御装置13は、自動車の回転数検知センサやアクセルペダル開度を検出するアクセルペダルセンサ等から送出される各センサ信号に基づいて、燃料電池10の出力要求電力を算出する。そして、制御装置13は、この出力要求電力に対応する出力電力を発生させるように、エア配管系11及び水素ガス配管系12のエアコンプレッサ40や水素ガスポンプ71などを制御し、燃料電池10の出力電圧及び出力電流を制御する。
The
制御装置13は、通常運転モードと間欠運転モードとの切り換えを行う。通常運転モードとは、自動車のトラクションモータ等の負荷装置への電力供給のために燃料電池10が発電を継続的に行う運転モードを意味する。間欠運転モードとは、例えば自動車のアイドリング時、低速走行時、回生制動時等のような低負荷運転時に燃料電池10の発電を一時的に休止し、バッテリから負荷装置への電力供給を行い、燃料電池10には開放端電圧を維持し得る程度の水素ガス及び空気の供給を間欠的に行う運転モードを意味する。間欠運転モードは、本発明における「燃料電池の発電を一時的に停止させているとき」に相当する。
The
また、制御装置13は、間欠運転モードにおいて、電圧計108によりセル80の電圧を測定し、当該測定電圧に基づいて、燃料電池10への水素ガスとエアの供給を行うことができる。制御装置13は、本発明におけるガス供給制御装置として機能する。
Further, in the intermittent operation mode, the
次に、以上のように構成された燃料電池システム1の制御方法について説明する。本実施の形態では、間欠運転モードにおいて、燃料電池10への水素ガスとエアの供給を行う場合に、水素ガスの供給をエアの供給よりも先に開始する。図6は、かかる燃料電池システム1の制御方法の一例を示すフローチャートである。
Next, a control method of the
先ず自動車のアクセルがOFF状態であるなどの所定の条件を満たした場合に通常運転モードから間欠運転モードに移行し、間欠運転が開始される。このとき、燃料電池10に水素ガスを供給するための水素ガスポンプ71と、エアを供給するためのエアコンプレッサ40が停止される。その後、逐次間欠運転が継続されるか否かが確認され、例えばアクセルがON状態になった場合には、間欠運転を停止し、アクセルがOFF状態のままの場合には、間欠運転が継続する。間欠運転を継続すると、例えば図7に示すように燃料電池10のセル80のセル電圧Vcが低下していく。間欠運転時においても、通常運転に迅速に戻せるように、セル電圧Vcを待機電圧V0以上に維持する必要がある。また、間欠運転で発電の停止状態が続くと、図8に示すようにアノード電極103のアノード流路105の中央部分の水素濃度が低下していき、アノード流路105における水素濃度がばらつく。
First, when a predetermined condition such as the vehicle accelerator is in an OFF state is satisfied, the normal operation mode is shifted to the intermittent operation mode, and the intermittent operation is started. At this time, the
間欠運転が継続し、図7に示すセル電圧Vcが、予め設定された閾値V1(V1<待機電圧V0)よりも低くなると、水素ガスポンプ71が稼働し、燃料電池10への水素ガスの供給が開始される。これにより、図9に示すようにアノード電極103のアノード流路105における水素濃度のばらつきがなくなる。具体的には、アノード流路105の中央付近で低下していた水素ガスの濃度が回復する。一方、セル電圧Vcが閾値V1を上回っている間は、水素ガスの供給が開始されず、図6に示したように間欠運転が継続されるか否かの判断に戻される。なお、セル電圧Vcは、電圧計108により計測されたものが用いられる。
When the intermittent operation continues and the cell voltage Vc shown in FIG. 7 becomes lower than a preset threshold value V1 (V1 <standby voltage V0), the
水素ガスの供給が開始され、図7に示すようにセル電圧Vcが、予め設定された閾値V2(V2<V1)よりも低くなると、エアコンプレッサ40が稼働し、燃料電池10へのエアの供給が開始される。これにより、セル電圧Vcが回復する。一方、セル電圧Vcが閾値V2を上回っている間は、エアの供給が開始されず、間欠運転が継続されるか否かの判断に戻される。
When the supply of hydrogen gas is started and the cell voltage Vc becomes lower than a preset threshold value V2 (V2 <V1) as shown in FIG. 7, the
セル電圧Vcが回復し待機電圧V0よりも高くなると、水素ガスポンプ71とエアコンプレッサ40が停止され、水素ガスとエアの供給が停止される。水素ガスとエアの供給が停止されると、間欠運転が継続されるか否かの判断に戻される。また、セル電圧Vcが待機電圧V0よりも高くなっていない場合にも、間欠運転が継続されるか否かの判断に戻される。
When the cell voltage Vc recovers and becomes higher than the standby voltage V0, the
本実施の形態によれば、間欠運転において、セル電圧Vcを待機電圧V0以上に維持するため燃料電池10に水素ガスとエアを供給する場合において、水素ガスの供給をエアの供給よりも先に開始している。これにより、初めにアノード電極103のアノード流路105内のガスが攪拌され、当該アノード流路105内の水素ガスの濃度を均一化できる。これにより、セル電圧Vcの回復のために後からエアを供給しても、触媒担持カーボンの酸化反応が生じなくなり、この結果、電気化学反応の触媒の劣化が抑制され、燃料電池10の性能低下が抑制される。
According to the present embodiment, in the intermittent operation, when supplying hydrogen gas and air to the
本実施の形態では、間欠運転時の水素ガスとエアの供給が、燃料電池10のセル電圧Vcを待機電圧V0以上に維持する場合に行われるので、間欠運転から通常運転への切り替えを迅速かつ適切に行うことができる。
In the present embodiment, the supply of hydrogen gas and air during the intermittent operation is performed when the cell voltage Vc of the
上記実施の形態において、図10に示すように間欠運転時の水素ガスの供給を断続的に行うようにしてもよい。かかる場合、水素ガスポンプ71のON、OFFを所定のデューティー比で行う。これにより、水素ガスポンプ71の動力損を抑制できる。
In the above-described embodiment, as shown in FIG. 10, the supply of hydrogen gas during intermittent operation may be intermittently performed. In such a case, the
また、上記実施の形態において、水素ガスの供給を、セル電圧Vcが所定の閾値V1より低下してから開始していたが、間欠運転開始時から行うようにしてもよい。かかる場合、例えば図11に示すように水素ガスポンプ71を所定のデューティー比でON、OFFして水素ガスの供給を行ってもよいし、継続的に水素ガスの供給を行ってもよい。
Further, in the above embodiment, the supply of hydrogen gas is started after the cell voltage Vc is lowered from the predetermined threshold value V1, but it may be performed from the start of the intermittent operation. In this case, for example, as shown in FIG. 11, the
以上の実施の形態では、セル電圧Vcを待機電圧V0以上に維持するため、水素ガスとエアの供給を行っていたが、それに代えて、燃料電池10のアノード電極103側のアノード流路105の入口圧力と、カソード電極104側のカソード流路106の入口圧力を上昇させてもよく、この場合、制御装置13により、アノード流路105の入口圧力の上昇をカソード流路106の入口圧力の上昇より先に開始するようにしてもよい。なお、このとき制御装置13は、本発明における入口圧力制御装置として機能する。
In the above embodiment, hydrogen gas and air are supplied in order to maintain the cell voltage Vc at the standby voltage V0 or higher, but instead, the
例えば、間欠運転時に図12に示すセル電圧Vcが、予め設定された閾値V1’よりも低くなった場合には、アノード電極103側のアノード流路105の入口圧力が上げられる。これにより、図13に示すようにアノード流路105における水素濃度のばらつきが小さくなる。さらにセル電圧Vcが、予め設定された閾値V2’よりも低くなった場合には、カソード電極104のカソード流路106の入口圧力が上げられる。これにより、セル電圧Vcが回復する。セル電圧Vcが待機電圧V0より高くなると、アノード流路105の入口圧力とカソード流路106の入口圧力の上昇が止められる。
For example, when the cell voltage Vc shown in FIG. 12 becomes lower than a preset threshold value V1 'during intermittent operation, the inlet pressure of the
かかる例においても、間欠運転において、セル電圧Vcを待機電圧V0以上に維持するため燃料電池10のアノード電極103側のアノード流路105の入口圧力と、カソード電極104側のカソード流路106の入口圧力を上昇させる場合において、アノード流路105の入口圧力の上昇をカソード流路106の入口圧力の上昇より先に開始している。これにより、初めにアノード電極103のアノード流路105内の水素ガスの濃度を均一化できる。よって、セル電圧Vcの回復のために後からカソード流路106の入口圧力を上昇させても、触媒担持カーボンの酸化反応が生じなくなり、この結果、電気化学反応の触媒の劣化が抑制され、燃料電池10の性能低下が抑制される。
Also in this example, in the intermittent operation, the inlet pressure of the
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious for those skilled in the art that various modifications or modifications can be conceived within the scope of the idea described in the claims, and these naturally belong to the technical scope of the present invention. It is understood.
例えば、本発明にかかる燃料電池システムは、車両、船舶、飛行機、ロボットなどの各種移動体に搭載できるほか、定置型電源にも適用できる。また、燃料電池で用いられる燃料ガス及び酸化ガスは、水素ガスやエアに限られず他のガスであってもよい。また、以上の実施の形態では、間欠運転時の水素ガスとエアの供給は、燃料電池10のセル電圧Vcを待機電圧V0以上に維持する場合に行われているが、それ以外で水素ガスとエアの供給を行う場合にも本発明は適用できる。
For example, the fuel cell system according to the present invention can be mounted on various moving bodies such as vehicles, ships, airplanes, and robots, and can also be applied to stationary power sources. Further, the fuel gas and the oxidizing gas used in the fuel cell are not limited to hydrogen gas and air, and may be other gases. In the above embodiment, the supply of hydrogen gas and air during the intermittent operation is performed when the cell voltage Vc of the
本発明は、燃料電池における発電一時停止時の電気化学反応の触媒の劣化を抑制して、燃料電池の性能の低下を抑制する際に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful in suppressing deterioration of the performance of a fuel cell by suppressing deterioration of a catalyst for an electrochemical reaction when power generation is temporarily stopped in the fuel cell.
1 燃料電池システム
10 燃料電池
13 制御装置
40 エアコンプレッサ
71 水素ガスポンプ
80 セル
103 アノード電極
104 カソード電極
105 アノード流路
106 カソード流路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記燃料電池の発電を一時的に停止させているときに、前記燃料電池への燃料ガスと酸化ガスの供給を行う場合に、前記セルのセル電圧が予め設定された閾値V1よりも低くなると、前記燃料電池への燃料ガスの供給を酸化ガスの供給よりも先に開始し、燃料ガスの供給を開始した後、セル電圧が予め設定された閾値V2(V2<V1)よりも低くなると、前記燃料電池への酸化ガスの供給を開始するガス供給制御装置を有する、燃料電池システム。 A fuel cell system for generating power by supplying a fuel gas and an oxidizing gas to a fuel cell comprising a plurality of cells and causing an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidizing gas,
When you are temporarily stopped power generation of the fuel cell, when to supply the fuel gas and the oxidizing gas to the fuel cell, the cell voltage of the cell is lower than the threshold V1, which is set in advance, When the supply of the fuel gas to the fuel cell is started before the supply of the oxidizing gas and the supply of the fuel gas is started, when the cell voltage becomes lower than a preset threshold value V2 (V2 <V1), A fuel cell system having a gas supply control device for starting supply of oxidizing gas to a fuel cell.
前記燃料電池の発電を一時的に停止させているときに、前記燃料電池のアノード流路の入口圧力とカソード流路の入口圧力を上昇させる場合に、前記セルのセル電圧が予め設定された閾値V1よりも低くなると、前記アノード流路の入口圧力の上昇を前記カソード流路の入口圧力の上昇よりも先に開始し、前記アノード流路の入口圧力の上昇を開始した後、セル電圧が予め設定された閾値V2(V2<V1)よりも低くなると、前記カソード流路の入口圧力の上昇を開始する入口圧力制御装置を有する、燃料電池システム。 A fuel cell system for generating power by supplying a fuel gas and an oxidizing gas to a fuel cell comprising a plurality of cells and causing an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidizing gas,
When you are temporarily stopped power generation of the fuel cell, when raising the inlet pressure of the inlet pressure and cathode channel of the anode flow channel of the fuel cell, the cell voltage of the cell is set in advance a threshold value When it becomes lower than V1, the increase of the inlet pressure of the anode flow path is started before the increase of the inlet pressure of the cathode flow path, and after the increase of the inlet pressure of the anode flow path is started, the cell voltage is increased in advance. A fuel cell system comprising an inlet pressure control device that starts increasing the inlet pressure of the cathode flow path when the threshold voltage V2 (V2 <V1) becomes lower .
前記燃料電池の発電を一時的に停止させているときに、前記燃料電池への燃料ガスと酸化ガスの供給を行う場合に、前記セルのセル電圧が予め設定された閾値V1よりも低くなると、前記燃料電池への燃料ガスの供給を酸化ガスの供給よりも先に開始し、燃料ガスの供給を開始した後、セル電圧が予め設定された閾値V2(V2<V1)よりも低くなると、前記燃料電池への酸化ガスの供給を開始する、燃料電池システムの制御方法。 A control method for a fuel cell system for generating power by supplying a fuel gas and an oxidizing gas to a fuel cell comprising a plurality of cells and causing an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidizing gas,
When you are temporarily stopped power generation of the fuel cell, when to supply the fuel gas and the oxidizing gas to the fuel cell, the cell voltage of the cell is lower than the threshold V1, which is set in advance, When the supply of the fuel gas to the fuel cell is started before the supply of the oxidizing gas and the supply of the fuel gas is started, when the cell voltage becomes lower than a preset threshold value V2 (V2 <V1), A control method for a fuel cell system, which starts supplying an oxidizing gas to a fuel cell.
前記燃料電池の発電を一時的に停止させているときに、前記燃料電池のアノード流路の入口圧力とカソード流路の入口圧力を上昇させる場合に、前記セルのセル電圧が予め設定された閾値V1よりも低くなると、前記アノード流路の入口圧力の上昇を前記カソード流路の入口圧力の上昇よりも先に開始し、前記アノード流路の入口圧力の上昇を開始した後、セル電圧が予め設定された閾値V2(V2<V1)よりも低くなると、前記カソード流路の入口圧力の上昇を開始する、燃料電池システムの制御方法。 A control method for a fuel cell system for generating power by supplying a fuel gas and an oxidizing gas to a fuel cell comprising a plurality of cells and causing an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidizing gas,
When you are temporarily stopped power generation of the fuel cell, when raising the inlet pressure of the inlet pressure and cathode channel of the anode flow channel of the fuel cell, the cell voltage of the cell is set in advance a threshold value When it becomes lower than V1, the increase of the inlet pressure of the anode flow path is started before the increase of the inlet pressure of the cathode flow path, and after the increase of the inlet pressure of the anode flow path is started, the cell voltage is increased in advance. A control method for a fuel cell system , wherein when the pressure becomes lower than a set threshold value V2 (V2 <V1), an increase in the inlet pressure of the cathode channel is started .
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