JP6363935B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、車両などに搭載される燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system mounted on a vehicle or the like.

従来、車両などに搭載される燃料電池システムとして、アニオン交換膜からなる電解質層、電解質層の一方面に形成されるアノード電極、および、電解質層の他方面に形成されるカソード電極を有する膜電極接合体と、アノード電極に液体燃料を供給するための燃料供給路と、カソード電極に空気を供給するための空気供給路とを備える燃料電池を備える燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。   Conventionally, as a fuel cell system mounted on a vehicle or the like, a membrane electrode having an electrolyte layer made of an anion exchange membrane, an anode electrode formed on one surface of the electrolyte layer, and a cathode electrode formed on the other surface of the electrolyte layer There is known a fuel cell system including a fuel cell including a joined body, a fuel supply path for supplying liquid fuel to the anode electrode, and an air supply path for supplying air to the cathode electrode (for example, a patent). Reference 1).

このような燃料電池システムでは、カソード電極において、アノード電極からの電子と、水と、酸素とが反応することにより、水酸化物イオンが生成する。生成した水酸化物イオンは、電解質膜を通過してアノード電極に供給され、液体燃料と反応して、電子を発生させる。すなわち、このような燃料電池システムでは、カソード電極に水を供給する必要がある。   In such a fuel cell system, hydroxide ions are generated by the reaction of electrons from the anode electrode, water, and oxygen in the cathode electrode. The produced hydroxide ions pass through the electrolyte membrane and are supplied to the anode electrode, and react with the liquid fuel to generate electrons. That is, in such a fuel cell system, it is necessary to supply water to the cathode electrode.

特開２０１０−１２９３０５号公報JP 2010-129305 A

上記の特許文献１に記載されるような燃料電池システムでは、アノード電極に供給された液体燃料が電解質膜を透過してカソード電極側に漏れる、いわゆるクロスリークが発生する場合がある。   In the fuel cell system described in Patent Document 1 described above, a so-called cross leak may occur in which the liquid fuel supplied to the anode electrode passes through the electrolyte membrane and leaks to the cathode electrode side.

ここで、このような燃料電池システムにおいて、液体燃料を燃料成分と水とから調製し、液体燃料のクロスリークを利用して、カソード電極に水を供給する場合がある。   Here, in such a fuel cell system, there is a case where liquid fuel is prepared from a fuel component and water, and water is supplied to the cathode electrode using a cross leak of the liquid fuel.

しかし、この場合、水とともに燃料成分もカソード電極に供給される。燃料成分がカソード電極で分解されると、酸素と反応してラジカルが発生し、発生したラジカルにより、膜電極接合体の劣化が促進されるおそれがある。   However, in this case, the fuel component is also supplied to the cathode electrode together with water. When the fuel component is decomposed at the cathode electrode, it reacts with oxygen to generate radicals, and the generated radicals may promote deterioration of the membrane electrode assembly.

そこで、本発明の目的は、カソードへの水の供給量を確保して、必要な電圧を確保しながら、膜電極接合体の劣化を抑制できる燃料電池システムを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of suppressing the deterioration of the membrane electrode assembly while ensuring the necessary voltage by securing the amount of water supplied to the cathode.

本発明の燃料電池システムは、電解質膜とアノードとカソードとを有する膜電極接合体、および、前記アノードに供給される液体燃料が流れる燃料流路を備える燃料電池と、前記燃料流路内の圧力を調整する圧力調整手段と、前記圧力調整手段の動作を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記アノードと前記カソードとの間を流れる電流が、所定の電流値未満であるか否かを判断する電流確認ステップと、前記アノードと前記カソードとの間の電圧が、所定のＩ−Ｖ曲線に前記電流を代入することにより算出される電圧値未満であるか否かを判断する電圧確認ステップと、前記電流が前記電流値未満であり、かつ、前記電圧が前記電圧値未満である場合に、前記燃料流路内の圧力を低下させるように前記圧力調整手段を制御し、前記電流が前記電流値以上であり、かつ、前記電圧が前記電圧値未満である場合に、前記燃料流路内の圧力を上昇させるように前記圧力調整手段を制御する圧力調整ステップとを実行することを特徴としている。   A fuel cell system according to the present invention includes a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane, an anode, and a cathode, a fuel cell including a fuel channel through which liquid fuel supplied to the anode flows, and a pressure in the fuel channel. And a control unit that controls the operation of the pressure adjusting unit, and the control unit determines whether or not a current flowing between the anode and the cathode is less than a predetermined current value. A current check step for determining whether or not a voltage between the anode and the cathode is less than a voltage value calculated by substituting the current into a predetermined IV curve. A confirmation step; when the current is less than the current value and the voltage is less than the voltage value, the pressure adjusting means is controlled to reduce the pressure in the fuel flow path, and the power A pressure adjusting step for controlling the pressure adjusting means to increase the pressure in the fuel flow path when the voltage is less than or equal to the current value and the voltage is less than the voltage value. It is a feature.

このような構成によれば、アノードには、必要とされる電力に応じて、液体燃料が供給される。   According to such a configuration, the liquid fuel is supplied to the anode according to the required electric power.

まず、必要とされる電力が小さく、電流が所定の電流値未満である場合、アノードに対する液体燃料の供給量が少ないため、クロスリーク量が相対的に多くなる。そうすると、アノードでの反応に寄与する液体燃料が不足することにより、電圧が、所定のＩ−Ｖ曲線に基づいて予測される電圧値よりも低くなる場合がある。   First, when the required power is small and the current is less than a predetermined current value, the amount of liquid fuel supplied to the anode is small, so that the amount of cross leak is relatively large. If so, the voltage may be lower than the voltage value predicted based on the predetermined IV curve due to the lack of liquid fuel contributing to the reaction at the anode.

そこで、電流が電流値未満であり、かつ、電圧が電圧値未満である場合に、圧力調整手段を制御して、燃料流路内の圧力を低下させる。   Therefore, when the current is less than the current value and the voltage is less than the voltage value, the pressure adjusting means is controlled to reduce the pressure in the fuel flow path.

これにより、クロスリーク量を減少させて、電圧を上昇させることができる。   Thereby, the amount of cross leak can be reduced and the voltage can be raised.

また、必要とされる電力が大きく、電流が所定の電流値以上である場合、アノードに対する液体燃料の供給量が多いため、クロスリーク量が相対的に少なくなる。そうすると、カソードに対する水の供給量が不足することにより、電圧が、所定のＩ−Ｖ曲線に基づいて予測される電圧値よりも低くなる場合がある。   Further, when the required power is large and the current is equal to or greater than a predetermined current value, the amount of liquid fuel supplied to the anode is large, so that the cross leak amount is relatively small. In this case, the voltage may be lower than a voltage value predicted based on a predetermined IV curve due to an insufficient amount of water supplied to the cathode.

そこで、電流が電流値以上であり、かつ、電圧が電圧値未満である場合に、圧力調整手段を制御して、燃料流路内の圧力を上昇させる。   Therefore, when the current is greater than or equal to the current value and the voltage is less than the voltage value, the pressure adjusting means is controlled to increase the pressure in the fuel flow path.

これにより、クロスリーク量を増加させて、電圧を上昇させることができる。   Thereby, the amount of cross leak can be increased and the voltage can be raised.

このように、電流が所定の電流値未満である場合には、クロスリークを抑制して、クロスリークに起因する膜電極接合体の劣化を抑制できながら、電圧を確保することができる。   Thus, when the current is less than a predetermined current value, the voltage can be secured while suppressing the cross leak and suppressing the deterioration of the membrane electrode assembly due to the cross leak.

また、電流が所定の電流値以上である場合には、クロスリークを増加させて、カソードへの水の供給量を確保することにより、電圧を確保することができる。   When the current is greater than or equal to a predetermined current value, the voltage can be secured by increasing the cross leak and securing the amount of water supplied to the cathode.

その結果、必要な電圧を確保しながら、膜電極接合体の劣化を抑制できる。   As a result, deterioration of the membrane electrode assembly can be suppressed while securing a necessary voltage.

本発明の燃料電池システムによれば、必要な電圧を確保しながら、膜電極接合体の劣化を抑制できる。   According to the fuel cell system of the present invention, it is possible to suppress deterioration of the membrane electrode assembly while securing a necessary voltage.

図１は、本発明の燃料電池システムの一実施形態を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a fuel cell system of the present invention. 図２は、図１に示す燃料電池の燃料電池セルを説明する説明図である。FIG. 2 is an explanatory view illustrating the fuel cell of the fuel cell shown in FIG. 図３は、図１に示す燃料電池の基準Ｉ−Ｖ曲線を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a reference IV curve of the fuel cell shown in FIG. 図４は、図１に示す燃料電池システムの燃料流路内の圧力制御を説明するフロー図である。FIG. 4 is a flowchart illustrating pressure control in the fuel flow path of the fuel cell system shown in FIG.

１．電動車両の全体構成
図１に示すように、電動車両１は、燃料電池３（後述）およびバッテリ３４（後述）を電源として、動力源であるモータ３２（後述）を駆動させる電動車両である。電動車両１は、燃料電池システム２を搭載している。 1. Overall Configuration of Electric Vehicle As shown in FIG. 1, the electric vehicle 1 is an electric vehicle that uses a fuel cell 3 (described later) and a battery 34 (described later) as power sources to drive a motor 32 (described later) as a power source. The electric vehicle 1 is equipped with a fuel cell system 2.

燃料電池システム２は、燃料電池３と、燃料給排部４と、空気給排部５と、制御部６と、動力部７とを備えている。
（１）燃料電池
燃料電池３は、燃料成分と水とを含む液体燃料が直接供給される直接液体燃料形燃料電池であり、アニオン交換型燃料電池として構成されている。 The fuel cell system 2 includes a fuel cell 3, a fuel supply / exhaust unit 4, an air supply / exhaust unit 5, a control unit 6, and a power unit 7.
(1) Fuel cell The fuel cell 3 is a direct liquid fuel type fuel cell to which a liquid fuel containing a fuel component and water is directly supplied, and is configured as an anion exchange type fuel cell.

燃料成分としては、例えば、分子中に水素原子を含有する含水素液体燃料が挙げられ、具体的には、メタノールなどのアルコール類、ジメチルエーテルなどのアルキル基を有するエーテル類、ヒドラジン類などが挙げられ、好ましくは、アルコール類およびヒドラジン類が挙げられ、さらに好ましくは、ヒドラジン類が挙げられる。
（２）燃料給排部
燃料給排部４は、燃料タンク１１と、燃料供給ライン１２と、燃料還流ライン１３と、排気ライン１４とを備えている。 Examples of the fuel component include hydrogen-containing liquid fuels containing hydrogen atoms in the molecule, and specific examples include alcohols such as methanol, ethers having an alkyl group such as dimethyl ether, and hydrazines. Preferably, alcohols and hydrazines are used, and more preferably, hydrazines are used.
(2) Fuel Supply / Discharge Unit The fuel supply / discharge unit 4 includes a fuel tank 11, a fuel supply line 12, a fuel return line 13, and an exhaust line 14.

燃料タンク１１は、略ボックス形状を有し、液体燃料を貯蔵するように構成されている。   The fuel tank 11 has a substantially box shape and is configured to store liquid fuel.

燃料タンク１１内の液体燃料の燃料成分濃度は、例えば、燃料成分の種類によっても異なるが、燃料成分がヒドラジンである場合には、例えば、１質量％以上、好ましくは、５質量％以上であり、例えば、６０質量％以下、好ましくは、４０質量％以下である。   The fuel component concentration of the liquid fuel in the fuel tank 11 varies depending on, for example, the type of fuel component, but when the fuel component is hydrazine, for example, it is 1% by mass or more, preferably 5% by mass or more. For example, it is 60 mass% or less, Preferably, it is 40 mass% or less.

燃料供給ライン１２は、燃料タンク１１内の液体燃料を燃料電池３の燃料流路５２（後述、図２参照）に供給するための配管である。燃料供給ライン１２の供給方向上流端は、燃料タンク１１の下端部に接続されている。燃料供給ライン１２の供給方向下流端は、燃料流路５２の下端部に連通するように、燃料電池３の下端部に接続されている。燃料供給ライン１２は、第１ポンプ１５を備えている。   The fuel supply line 12 is a pipe for supplying the liquid fuel in the fuel tank 11 to a fuel flow path 52 (see FIG. 2 described later) of the fuel cell 3. The upstream end of the fuel supply line 12 in the supply direction is connected to the lower end of the fuel tank 11. The downstream end of the fuel supply line 12 in the supply direction is connected to the lower end of the fuel cell 3 so as to communicate with the lower end of the fuel flow path 52. The fuel supply line 12 includes a first pump 15.

第１ポンプ１５は、燃料供給ライン１２の途中に介在されている。第１ポンプ１５としては、例えば、ロータリーポンプ、ギヤポンプなどの回転式ポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復式ポンプなど、公知の送液ポンプが挙げられる。   The first pump 15 is interposed in the middle of the fuel supply line 12. Examples of the first pump 15 include known liquid feed pumps such as rotary pumps such as rotary pumps and gear pumps, and reciprocating pumps such as piston pumps and diaphragm pumps.

燃料還流ライン１３は、燃料流路５２から排出された液体燃料を燃料タンク１１に還流するための配管である。燃料還流ライン１３の還流方向上流端は、燃料流路５２の上端部に連通するように、燃料供給部材４７の上端部に接続されている。燃料還流ライン１３の還流方向下流端は、燃料タンク１１に接続されている。これにより、燃料タンク１１から、燃料供給ライン１２、燃料流路５２および燃料還流ライン１３を順次介して燃料タンク１１に戻る循環ラインが形成される。燃料還流ライン１３は、気液分離器１６と、圧力調整手段の一例としての背圧弁１７とを備えている。   The fuel return line 13 is a pipe for returning the liquid fuel discharged from the fuel flow path 52 to the fuel tank 11. The upstream end of the fuel return line 13 in the return direction is connected to the upper end of the fuel supply member 47 so as to communicate with the upper end of the fuel flow path 52. The downstream end of the fuel return line 13 in the return direction is connected to the fuel tank 11. As a result, a circulation line is formed from the fuel tank 11 to the fuel tank 11 via the fuel supply line 12, the fuel flow path 52, and the fuel recirculation line 13 in this order. The fuel recirculation line 13 includes a gas-liquid separator 16 and a back pressure valve 17 as an example of pressure adjusting means.

気液分離器１６は、燃料還流ライン１３の途中に介在されている。気液分離器１６は、燃料電池３の燃料流路５２から排出された液体燃料と、ガス（気体）とを分離する。   The gas-liquid separator 16 is interposed in the middle of the fuel reflux line 13. The gas-liquid separator 16 separates liquid fuel discharged from the fuel flow path 52 of the fuel cell 3 and gas (gas).

背圧弁１７は、燃料還流ライン１３の還流方向上流端において、燃料電池３と気液分離器１６との間に介在されている。背圧弁１７は、第１ポンプ１５よりも供給方向下流側の燃料供給ライン１２、燃料流路５２、および、背圧弁１７よりも還流方向上流側の燃料還流ライン１３内の圧力を所定の圧力に調整する。   The back pressure valve 17 is interposed between the fuel cell 3 and the gas-liquid separator 16 at the upstream end in the return direction of the fuel return line 13. The back pressure valve 17 sets the pressure in the fuel supply line 12, the fuel flow path 52, and the fuel return line 13 on the upstream side in the return direction from the back pressure valve 17 to a predetermined pressure. adjust.

排気ライン１４は、気液分離器１６で分離されたガスを排気するための配管である。排気ライン１４の排気方向上流端は、気液分離器１６に接続されている。排気ライン１４の排気方向下流端は、大気開放されている。なお、排気ライン１４の途中には、ガスを無害化および無臭化するための図示しない浄化装置が介在されている。
（３）空気給排部
空気給排部５は、空気供給ライン２１と、空気排出ライン２２とを備えている。 The exhaust line 14 is a pipe for exhausting the gas separated by the gas-liquid separator 16. The upstream end of the exhaust line 14 in the exhaust direction is connected to the gas-liquid separator 16. The downstream end of the exhaust line 14 in the exhaust direction is open to the atmosphere. In the middle of the exhaust line 14, a purification device (not shown) is disposed for detoxifying and debromating the gas.
(3) Air Supply / Discharge Unit The air supply / discharge unit 5 includes an air supply line 21 and an air discharge line 22.

空気供給ライン２１は、電動車両１の外から燃料電池３の空気流路５３（後述、図２参照）へ空気を供給するための配管である。空気供給ライン２１の供給方向上流端は、大気開放されている。空気供給ライン２１の供給方向下流端は、空気流路５３の上端部に連通されるように、燃料電池３の上端部に接続されている。空気供給ライン２１は、第２ポンプ２３を備えている。   The air supply line 21 is a pipe for supplying air from the outside of the electric vehicle 1 to the air flow path 53 (see FIG. 2 described later) of the fuel cell 3. The upstream end of the air supply line 21 in the supply direction is open to the atmosphere. The downstream end of the air supply line 21 in the supply direction is connected to the upper end of the fuel cell 3 so as to communicate with the upper end of the air flow path 53. The air supply line 21 includes a second pump 23.

第２ポンプ２３は、空気供給ライン２１の途中に介在されている。第２ポンプ２３としては、例えば、エアコンプレッサなどの公知の送気ポンプが挙げられる。第２ポンプ２３は、駆動することにより、電動車両１外からの空気を燃料電池３に供給する。   The second pump 23 is interposed in the middle of the air supply line 21. Examples of the second pump 23 include a known air supply pump such as an air compressor. The second pump 23 supplies air from outside the electric vehicle 1 to the fuel cell 3 by driving.

空気排出ライン２２は、燃料電池３から電動車両１の外へ空気を排出するための配管である。空気排出ライン２２の排出方向上流端は、空気流路５３の下端部に連通されるように、燃料電池３の下端部に接続されている。空気排出ライン２２の排出方向下流端は、大気開放されている。
（４）制御部
制御部６は、ＥＣＵ３１を備えている。 The air discharge line 22 is a pipe for discharging air from the fuel cell 3 to the outside of the electric vehicle 1. The upstream end in the discharge direction of the air discharge line 22 is connected to the lower end of the fuel cell 3 so as to communicate with the lower end of the air flow path 53. The downstream end of the air discharge line 22 in the discharge direction is open to the atmosphere.
(4) Control unit The control unit 6 includes an ECU 31.

ＥＣＵ３１は、電動車両１における電気的な制御を実行するコントロールユニット（すなわち、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータから構成されている。   The ECU 31 is a control unit (i.e., Electronic Control Unit) that executes electrical control in the electric vehicle 1, and includes a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like.

ＥＣＵ３１は、第１ポンプ１５、背圧弁１７および第２ポンプ２３のそれぞれと電気的に接続されている。
（５）動力部
動力部７は、電動車両１の前端部において、いわゆるエンジンルーム内に配置されている。動力部７は、モータ３２と、インバータ３３と、バッテリ３４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３５とを備えている。 The ECU 31 is electrically connected to each of the first pump 15, the back pressure valve 17, and the second pump 23.
(5) Power unit The power unit 7 is disposed in a so-called engine room at the front end of the electric vehicle 1. The power unit 7 includes a motor 32, an inverter 33, a battery 34, and a DC / DC converter 35.

モータ３２は、燃料電池３に電気的に接続されている。モータ３２は、燃料電池３またはバッテリ３４から出力される電気エネルギーを電動車両１の駆動力として機械エネルギーに変換する。モータ３２としては、例えば、三相誘導電動機、三相同期電動機などの公知の三相電動機などが挙げられる。   The motor 32 is electrically connected to the fuel cell 3. The motor 32 converts electrical energy output from the fuel cell 3 or the battery 34 into mechanical energy as the driving force of the electric vehicle 1. Examples of the motor 32 include known three-phase motors such as a three-phase induction motor and a three-phase synchronous motor.

インバータ３３は、配線により、燃料電池３とモータ３２との間に電気的に接続されている。インバータ３３は、燃料電池３で発電された直流電力を交流電力に変換する。インバータ３３としては、例えば、公知のインバータ回路が組み込まれた電力変換装置などが挙げられる。   The inverter 33 is electrically connected between the fuel cell 3 and the motor 32 by wiring. The inverter 33 converts the DC power generated by the fuel cell 3 into AC power. Examples of the inverter 33 include a power conversion device in which a known inverter circuit is incorporated.

バッテリ３４は、燃料電池３とモータ３２との間の配線に電気的に接続されている。バッテリ３４としては、例えば、ニッケル水素電池や、リチウムイオン電池などの公知の二次電池などが挙げられる。バッテリ３４は、燃料電池３からの電力を蓄電可能、かつ、モータ３２に電力を供給可能である。   The battery 34 is electrically connected to the wiring between the fuel cell 3 and the motor 32. Examples of the battery 34 include known secondary batteries such as nickel metal hydride batteries and lithium ion batteries. The battery 34 can store power from the fuel cell 3 and can supply power to the motor 32.

ＤＣ／ＤＣコンバータ３５は、配線により、燃料電池３とインバータ３３との間に電気的に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３５は、ＥＣＵ３１にも電気的に接続されており、ＥＣＵ４１の制御により、燃料電池３の出力電圧を昇圧または降圧し、燃料電池３の電力およびバッテリ３４の入出力電力を調整する。
２．燃料電池
燃料電池３は、図１および図２に示すように、燃料電池セル４１と、電流計４２と、電圧計４３とを備えている。なお、図１において、燃料電池３は、複数の燃料電池セル４１が積層されたスタック構造として構成されているが、図２においては、図解しやすいように１つの燃料電池セル４１のみを示している。 The DC / DC converter 35 is electrically connected between the fuel cell 3 and the inverter 33 by wiring. The DC / DC converter 35 is also electrically connected to the ECU 31. Under the control of the ECU 41, the output voltage of the fuel cell 3 is increased or decreased to adjust the power of the fuel cell 3 and the input / output power of the battery 34. .
2. Fuel Cell As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell 3 includes a fuel cell 41, an ammeter 42, and a voltmeter 43. In FIG. 1, the fuel cell 3 is configured as a stack structure in which a plurality of fuel cells 41 are stacked. However, in FIG. 2, only one fuel cell 41 is shown for easy illustration. Yes.

燃料電池セル４１は、膜電極接合体４４、拡散層の一例としての燃料拡散シート４５、空気拡散シート４６、燃料供給部材４７、および、空気供給部材４８を有している。   The fuel battery cell 41 includes a membrane electrode assembly 44, a fuel diffusion sheet 45 as an example of a diffusion layer, an air diffusion sheet 46, a fuel supply member 47, and an air supply member 48.

膜電極接合体４４は、電解質膜４９、アノードの一例としてのアノード電極５０、および、カソードの一例としてのカソード電極５１を備えている。   The membrane electrode assembly 44 includes an electrolyte membrane 49, an anode electrode 50 as an example of an anode, and a cathode electrode 51 as an example of a cathode.

電解質膜４９は、アニオン交換型の固体高分子電解質膜から形成されている。   The electrolyte membrane 49 is formed of an anion exchange type solid polymer electrolyte membrane.

アノード電極５０は、電解質膜４９の厚み方向一方側の表面に、薄層として積層されている。アノード電極５０は、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成されている。なお、アノード電極５０は、触媒担体を用いずに、触媒から、直接形成することもできる。   The anode electrode 50 is laminated as a thin layer on the surface of the electrolyte membrane 49 on one side in the thickness direction. The anode electrode 50 is formed of, for example, a catalyst carrier that supports a catalyst. The anode electrode 50 can also be formed directly from a catalyst without using a catalyst carrier.

カソード電極５１は、電解質膜４９に対してアノード電極５０の反対側、すなわち、電解質膜４９の厚み方向他方側の表面に、薄層として積層されている。カソード電極５１は、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成されている。なお、カソード電極５１は、触媒担体を用いずに、触媒から、直接形成することもできる。   The cathode electrode 51 is laminated as a thin layer on the opposite side of the anode electrode 50 with respect to the electrolyte membrane 49, that is, on the other surface in the thickness direction of the electrolyte membrane 49. The cathode electrode 51 is formed of, for example, a catalyst carrier that supports a catalyst. The cathode electrode 51 can also be formed directly from a catalyst without using a catalyst carrier.

燃料拡散シート４５は、アノード電極５０の厚み方向一方面に接触するように、膜電極接合体４４の厚み方向一方側に積層されている。燃料拡散シート４５は、液体燃料を通過させるための細孔を有している。   The fuel diffusion sheet 45 is laminated on one side in the thickness direction of the membrane electrode assembly 44 so as to contact one side in the thickness direction of the anode electrode 50. The fuel diffusion sheet 45 has pores for allowing liquid fuel to pass therethrough.

燃料拡散シート４５の材料としては、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス、炭素繊維不織布などのが挙げられ、好ましくは、カーボンクロスが挙げられる。また、燃料拡散シート４５は、必要によりフッ素処理されていてもよい。   Examples of the material of the fuel diffusion sheet 45 include carbon paper, carbon cloth, carbon fiber nonwoven fabric, and preferably carbon cloth. Further, the fuel diffusion sheet 45 may be subjected to fluorine treatment as necessary.

燃料拡散シート４５の厚みは、例えば、５０μｍ以上、好ましくは、１００μｍ以上であり、例えば、６００μｍ以下、好ましくは、５００μｍ以下である。   The thickness of the fuel diffusion sheet 45 is, for example, 50 μm or more, preferably 100 μm or more, for example, 600 μm or less, preferably 500 μm or less.

燃料拡散シート４５の細孔の最小孔径は、例えば、１μｍ以上、好ましくは、５μｍ以上であり、例えば、５０μｍ以下、好ましくは、３０μｍ以下である。   The minimum pore diameter of the pores of the fuel diffusion sheet 45 is, for example, 1 μm or more, preferably 5 μm or more, for example, 50 μm or less, preferably 30 μm or less.

また、燃料拡散シート４５の細孔の最大孔径は、例えば、５０μｍ以上、好ましくは、７５μｍ以上であり、例えば、５００μｍ以下、好ましくは、２００μｍ以下である。   Further, the maximum pore diameter of the pores of the fuel diffusion sheet 45 is, for example, 50 μm or more, preferably 75 μm or more, for example, 500 μm or less, preferably 200 μm or less.

燃料拡散シート４５の厚み、および、細孔の孔径が上記範囲内であれば、燃料流路５２内の圧力を安定させることができる。   As long as the thickness of the fuel diffusion sheet 45 and the pore diameter are within the above ranges, the pressure in the fuel flow path 52 can be stabilized.

空気拡散シート４６は、カソード電極５１の厚み方向他方面に接触するように、膜電極接合体４４の厚み方向他方側に積層されている。空気拡散シート４６は、空気を通過させるための細孔を有している。   The air diffusion sheet 46 is laminated on the other side in the thickness direction of the membrane electrode assembly 44 so as to contact the other side in the thickness direction of the cathode electrode 51. The air diffusion sheet 46 has pores for allowing air to pass therethrough.

空気拡散シート４６の材料としては、上記した燃料拡散シート４５と同様の材料が挙げられ、好ましくは、カーボンクロスが挙げられる。   Examples of the material of the air diffusion sheet 46 include the same material as that of the fuel diffusion sheet 45 described above, and preferably a carbon cloth.

燃料供給部材４７は、燃料拡散シート４５の厚み方向一方面に接触するように、膜電極接合体４４の厚み方向一方側に積層されている。燃料供給部材４７は、ガス不透過性の導電性材料から形成されている。燃料供給部材４７は、燃料流路５２を有している。   The fuel supply member 47 is laminated on one side in the thickness direction of the membrane electrode assembly 44 so as to contact one side in the thickness direction of the fuel diffusion sheet 45. The fuel supply member 47 is made of a gas impermeable conductive material. The fuel supply member 47 has a fuel flow path 52.

燃料流路５２は、燃料供給部材４７の厚み方向他方面に形成されている。燃料流路５２は、燃料供給部材４７の厚み方向他方面から厚み方向一方へ凹む凹溝であり、幅方向に折り返されながら、上下方向に延びる葛折り形状に形成されている。燃料流路５２は、燃料拡散シート４５に向かい合っている。すなわち、燃料流路５２とアノード電極５０との間には、燃料拡散シート４５が介在されている。   The fuel flow path 52 is formed on the other surface in the thickness direction of the fuel supply member 47. The fuel channel 52 is a concave groove that is recessed from the other surface in the thickness direction of the fuel supply member 47 to one side in the thickness direction, and is formed in a folded shape extending in the vertical direction while being folded back in the width direction. The fuel flow path 52 faces the fuel diffusion sheet 45. That is, the fuel diffusion sheet 45 is interposed between the fuel flow path 52 and the anode electrode 50.

空気供給部材４８は、空気拡散シート４６の厚み方向他方面に接触するように、膜電極接合体４４の厚み方向他方側に配置されている。空気供給部材４８は、ガス不透過性の導電性材料から形成されている。空気供給部材４８は、空気流路５３を有している。   The air supply member 48 is disposed on the other side in the thickness direction of the membrane electrode assembly 44 so as to contact the other side in the thickness direction of the air diffusion sheet 46. The air supply member 48 is made of a gas impermeable conductive material. The air supply member 48 has an air flow path 53.

空気流路５３は、空気供給部材４８の厚み方向一方面に形成されている。空気流路５３は、空気供給部材４８の厚み方向一方面から厚み方向他方へ凹む凹溝であり、幅方向に折り返されながら、上下方向に延びる葛折り形状に形成されている。空気流路５３は、空気拡散シート４６に向かい合っている。   The air flow channel 53 is formed on one surface in the thickness direction of the air supply member 48. The air flow channel 53 is a concave groove that is recessed from one surface in the thickness direction of the air supply member 48 to the other in the thickness direction, and is formed in a folded shape extending in the vertical direction while being folded back in the width direction. The air flow path 53 faces the air diffusion sheet 46.

電流計４２は、配線により、ＤＣ／ＤＣコンバータ３５と燃料電池セル４１との間に介在されている。電流計４２は、燃料電池セル４１のアノード電極５０とＤＣ／ＤＣコンバータ３５との間を流れる電流を測定する。電流計４２は、測定した電流の値をＥＣＵ４１に送信するように、ＥＣＵ４１に電気的に接続されている。   The ammeter 42 is interposed between the DC / DC converter 35 and the fuel cell 41 by wiring. The ammeter 42 measures the current flowing between the anode electrode 50 of the fuel battery cell 41 and the DC / DC converter 35. The ammeter 42 is electrically connected to the ECU 41 so as to transmit the measured current value to the ECU 41.

電圧計４３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３５と燃料電池セル４１との間の配線に対して並列に接続されている。電圧計４３は、燃料電池セル４１のアノード電極５０とＤＣ／ＤＣコンバータ３５との間の電圧を測定する。電圧計４３は、測定した電圧の値をＥＣＵ４１に送信するように、ＥＣＵ４１に電気的に接続されている。
３．発電動作
次いで、燃料電池システム２における発電動作について説明する。 The voltmeter 43 is connected in parallel to the wiring between the DC / DC converter 35 and the fuel cell 41. The voltmeter 43 measures the voltage between the anode electrode 50 of the fuel battery cell 41 and the DC / DC converter 35. The voltmeter 43 is electrically connected to the ECU 41 so as to transmit the measured voltage value to the ECU 41.
3. Power Generation Operation Next, the power generation operation in the fuel cell system 2 will be described.

燃料電池システム２が作動されると、ＥＣＵ３１の制御により、燃料供給ライン１２の第１ポンプ１５、および、空気供給ライン２１の第２ポンプ２３が駆動される。   When the fuel cell system 2 is operated, the first pump 15 of the fuel supply line 12 and the second pump 23 of the air supply line 21 are driven under the control of the ECU 31.

すると、燃料タンク１１内の液体燃料は、燃料供給ライン１２を介して燃料電池３の燃料流路５２に供給される。   Then, the liquid fuel in the fuel tank 11 is supplied to the fuel flow path 52 of the fuel cell 3 through the fuel supply line 12.

燃料流路５２に供給された液体燃料は、燃料拡散シート４５と接触しながら燃料流路５２内を下側から上側へ流れて、燃料還流ライン１３へ排出される。このとき、燃料流路５２内を流れる液体燃料は、燃料拡散シート４５の細孔を通過して、アノード電極５０に供給される。   The liquid fuel supplied to the fuel flow path 52 flows from the lower side to the upper side in the fuel flow path 52 while being in contact with the fuel diffusion sheet 45, and is discharged to the fuel recirculation line 13. At this time, the liquid fuel flowing in the fuel flow path 52 passes through the pores of the fuel diffusion sheet 45 and is supplied to the anode electrode 50.

なお、アノード電極５０に供給された液体燃料の一部は、電解質膜４９を透過し、カソード電極５１に漏出する（クロスリーク）。これにより、液体燃料に含まれる水がカソード電極５１に供給される。   A part of the liquid fuel supplied to the anode electrode 50 passes through the electrolyte membrane 49 and leaks to the cathode electrode 51 (cross leak). As a result, water contained in the liquid fuel is supplied to the cathode electrode 51.

また、電動車両１の外部からの空気が、空気供給ライン２１を介して燃料電池３の空気流路５３に供給される。   Air from the outside of the electric vehicle 1 is supplied to the air flow path 53 of the fuel cell 3 through the air supply line 21.

空気流路５３に供給された空気は、空気拡散シート４６の厚み方向他方面と接触しながら空気流路５３内を上側から下側へ流れて空気排出ライン２２へ排出される。このとき、空気流路５３内を流れる液体燃料は、空気拡散シート４６の細孔を通過して、カソード電極５１に供給される。   The air supplied to the air flow path 53 flows through the air flow path 53 from the upper side to the lower side while being in contact with the other surface in the thickness direction of the air diffusion sheet 46 and is discharged to the air discharge line 22. At this time, the liquid fuel flowing in the air flow path 53 passes through the pores of the air diffusion sheet 46 and is supplied to the cathode electrode 51.

これにより、燃料電池３では、燃料成分がヒドラジンである場合には、下記反応式（１）〜（３）で表される電気化学反応が生じ、発電が行なわれる。
（１）Ｎ２Ｈ４＋４ＯＨ−→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋４ｅ− （アノード電極５０での反応）
（２）Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ− （カソード電極５１での反応）
（３）Ｎ２Ｈ４＋Ｏ２→Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ （燃料電池３全体での反応）
なお、燃料成分がメタノールである場合には、下記反応式（４）〜（６）で表される電気化学反応が生じ、発電が行なわれる。
（４）ＣＨ３ＯＨ＋６ＯＨ−→ＣＯ２＋５Ｈ２Ｏ＋６ｅ− （アノード電極５０での反応）
（５）Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ− （カソード電極５１での反応）
（６）ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ （燃料電池３全体での反応）
これらの反応により、燃料成分（Ｎ２Ｈ４またはＣＨ３ＯＨ）が消費されるとともに、水（Ｈ２Ｏ）およびガス（Ｎ２またはＣＯ２）が生成され、起電力（ｅ−）が発生される。発生した起電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３５によって変圧され、インバータ３３により三相交流電力に変換された後、モータ３２に供給されて、電動車両１の車輪を駆動させる機械エネルギーに変換される。なお、機械エネルギーに変換されなかった余剰の電力は、バッテリ３４に蓄電される。 Thereby, in the fuel cell 3, when the fuel component is hydrazine, an electrochemical reaction represented by the following reaction formulas (1) to (3) occurs, and power generation is performed.
(1) N 2 H 4 + 4OH − → N 2 + 4H 2 O + 4e − (reaction at anode electrode 50)
(2) O 2 + 2H 2 O + 4e − → 4OH − (reaction at the cathode electrode 51)
(3) N 2 H 4 + O 2 → N 2 + 2H 2 O (reaction in the entire fuel cell 3)
When the fuel component is methanol, an electrochemical reaction represented by the following reaction formulas (4) to (6) occurs, and power generation is performed.
(4) CH 3 OH + 6OH − → CO 2 + 5H 2 O + 6e − (reaction at anode electrode 50)
(5) O 2 + 2H 2 O + 4e − → 4OH − (reaction at the cathode electrode 51)
(6) CH 3 OH + 3 / 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O (reaction in the entire fuel cell 3)
By these reactions, fuel components (N 2 H 4 or CH 3 OH) are consumed, and water (H 2 O) and gas (N 2 or CO 2 ) are generated, and electromotive force (e − ) is generated. Is done. The generated electromotive force is transformed by the DC / DC converter 35, converted into three-phase AC power by the inverter 33, supplied to the motor 32, and converted into mechanical energy for driving the wheels of the electric vehicle 1. The surplus power that has not been converted into mechanical energy is stored in the battery 34.

そして、燃料電池３から燃料還流ライン１３に排出された液体燃料は、上記の電気化学反応において残存した燃料成分と、上記の電気化学反応により生成する水とが含まれており、気液分離器１６において、ガス成分（上記電気化学反応により生じるガス（Ｎ２またはＣＯ２）など）と分離されて、燃料供給ライン１２に供給される。
４．クロスリークの制御
上記した発電では、必要とされる電力に応じて、第１ポンプ１５および第２ポンプ２３の動作が制御される。すなわち、必要とされる電力の増加に応じて、第１ポンプ１５および第２ポンプ２３の動作が増大され、燃料流路５２への燃料供給量、および、空気流路５３への空気供給量が増加する。また、必要とされる電力の減少に応じて、第１ポンプ１５および第２ポンプ２３の動作が低減され、燃料流路５２への燃料供給量、および、空気流路５３への空気供給量が減少する。 The liquid fuel discharged from the fuel cell 3 to the fuel recirculation line 13 contains the fuel component remaining in the electrochemical reaction and the water generated by the electrochemical reaction. 16, it is separated from a gas component (such as gas (N 2 or CO 2 ) generated by the electrochemical reaction) and supplied to the fuel supply line 12.
4). Cross Leakage Control In the power generation described above, the operations of the first pump 15 and the second pump 23 are controlled according to the required power. That is, as the required power increases, the operations of the first pump 15 and the second pump 23 are increased, and the amount of fuel supplied to the fuel passage 52 and the amount of air supplied to the air passage 53 are reduced. To increase. Further, the operation of the first pump 15 and the second pump 23 is reduced in accordance with the reduction in required power, and the amount of fuel supplied to the fuel flow path 52 and the amount of air supplied to the air flow path 53 are reduced. Decrease.

ここで、図３に示すように、燃料電池３は、必要とされる電力の増加にともなって、電流が増加するにつれて、電圧が低下する傾向にある。なお、以下の説明において、燃料流路５２に供給される液体燃料の燃料成分濃度が一定（例えば、１０重量％）であり、空気流路５３に供給される空気の酸素濃度が一定（例えば、２０重量％）である場合の電流と電圧との関数（Ｖ＝ｆ（Ｉ）、所定のＩ−Ｖ曲線の一例）を、基準Ｉ−Ｖ曲線と記載する。   Here, as shown in FIG. 3, the voltage of the fuel cell 3 tends to decrease as the current increases as the required power increases. In the following description, the fuel component concentration of the liquid fuel supplied to the fuel channel 52 is constant (for example, 10% by weight), and the oxygen concentration of the air supplied to the air channel 53 is constant (for example, A function of current and voltage (V = f (I), an example of a predetermined IV curve) in the case of 20 wt%) is referred to as a reference IV curve.

そして、上記した発電において、図４に示すように、電圧Ｖが基準Ｉ−Ｖ曲線を下回る場合（Ｓ２：ＹＥＳ、Ｓ６：ＹＥＳ）、背圧弁１７を制御することにより（Ｓ３、Ｓ７）、燃料流路５２内の圧力を調整し、クロスリーク量を調整して、電圧Ｖを基準Ｉ−Ｖ曲線以上にする。   In the power generation described above, as shown in FIG. 4, when the voltage V falls below the reference IV curve (S2: YES, S6: YES), the fuel is controlled by controlling the back pressure valve 17 (S3, S7). The pressure in the flow path 52 is adjusted, the amount of cross leak is adjusted, and the voltage V is set to be equal to or higher than the reference IV curve.

詳しくは、まず、ＥＣＵ３１において、電流確認ステップ（Ｓ１）が実行され、電流Ｉが所定の電流値Ｉ０（２００ｍＡ／ｃｍ２）未満であるか否か、判断される。次いで、電圧確認ステップ（Ｓ２、Ｓ６）が実行され、電圧Ｖが、電流Ｉを基準Ｉ−Ｖ曲線に代入することにより算出される電圧値（ｆ（Ｉ））よりも低いか否か、判断される。 Specifically, first, in the ECU 31, a current confirmation step (S1) is executed, and it is determined whether or not the current I is less than a predetermined current value I 0 (200 mA / cm 2 ). Next, a voltage confirmation step (S2, S6) is executed to determine whether or not the voltage V is lower than a voltage value (f (I)) calculated by substituting the current I into the reference IV curve. Is done.

必要とされる電力が小さく、電流Ｉが所定の電流値Ｉ０未満である場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、すなわち低電流域（図３参照）では、燃料流路５２への燃料供給量が少ないため、燃料供給量に対するクロスリーク量の割合が相対的に多くなり、アノード電極５０での反応（上記反応式（１））に寄与する燃料成分が不足して、電圧Ｖが電圧値（ｆ（Ｉ））よりも低くなる場合がある。 Less power is needed, if the current I is less than the predetermined current value I 0 (S1: YES), i.e. in the low current region (see FIG. 3), since a small amount of fuel supplied to the fuel flow path 52 The ratio of the cross leak amount to the fuel supply amount becomes relatively large, the fuel component contributing to the reaction at the anode electrode 50 (the above reaction formula (1)) is insufficient, and the voltage V becomes the voltage value (f (I )) May be lower.

そこで、電流Ｉが電流値Ｉ０未満であり（Ｓ１：ＹＥＳ）、かつ、電圧Ｖが電圧値（ｆ（Ｉ））未満である場合（Ｓ２：ＹＥＳ）には、圧力調整ステップ（Ｓ３）が実行され、ＥＣＵ３１の制御により、背圧弁１７がゆるめられる。すると、燃料流路５２内の圧力が低下する。 Therefore, current I is less than the current value I 0 (S1: YES), and if the voltage V is less than the voltage value (f (I)): The (S2 YES), the pressure adjustment step (S3) is The back pressure valve 17 is loosened under the control of the ECU 31. Then, the pressure in the fuel flow path 52 decreases.

これにより、クロスリーク量が減少し、電圧Ｖが上昇する。   Thereby, the amount of cross leak decreases and the voltage V rises.

なお、燃料流路５２内の圧力を低下させても電圧Ｖが電圧値（ｆ（Ｉ））以上にならない場合（Ｓ４：ＹＥＳ）には、ＥＣＵ３１の制御により、第１ポンプ１５の動作が低減されて、燃料流路５２への燃料供給量が減少する（Ｓ５）。   If the voltage V does not exceed the voltage value (f (I)) even when the pressure in the fuel flow path 52 is reduced (S4: YES), the operation of the first pump 15 is reduced under the control of the ECU 31. Thus, the amount of fuel supplied to the fuel flow path 52 decreases (S5).

これにより、さらにクロスリーク量が減少し、電圧Ｖがより上昇する。   As a result, the cross leak amount further decreases and the voltage V further increases.

また、必要とされる電力が大きく、電流Ｉが所定の電流値Ｉ０以上である場合（Ｓ１：ＮＯ）、すなわち、高電流域（図３参照）では、燃料流路５２への燃料供給量が多いため、燃料供給量に対するクロスリーク量の割合が相対的に少なくなり、カソード電極５１に対する水の供給量が不足して、電圧Ｖが電圧値（ｆ（Ｉ））よりも低くなる場合がある。 Further, when the required power is large and the current I is equal to or greater than the predetermined current value I 0 (S1: NO), that is, in a high current region (see FIG. 3), the amount of fuel supplied to the fuel flow path 52 Therefore, the ratio of the cross leak amount to the fuel supply amount is relatively small, the water supply amount to the cathode electrode 51 is insufficient, and the voltage V may be lower than the voltage value (f (I)). is there.

そこで、電流Ｉが電流値Ｉ０以上であり（Ｓ１：ＮＯ）、かつ、電圧Ｖが電圧値（ｆ（Ｉ））未満である場合（Ｓ６：ＹＥＳ）には、圧力調整ステップ（Ｓ７）が実行され、ＥＣＵ３１の制御により、背圧弁１７がしぼられる。すると、燃料流路５２内の圧力を上昇する。 Therefore, it is the current I is the current value I 0 or more (S1: NO), and when the voltage V is less than the voltage value (f (I)): The (S6 YES), the pressure adjustment step (S7) is The back pressure valve 17 is squeezed under the control of the ECU 31. Then, the pressure in the fuel flow path 52 is increased.

これにより、クロスリーク量が増加し、電圧Ｖが上昇する。   Thereby, the amount of cross leak increases and the voltage V rises.

なお、燃料流路５２内の圧力を上昇させても電圧Ｖが電圧値（ｆ（Ｉ））以上にならない場合（Ｓ８：ＹＥＳ）には、ＥＣＵ３１の制御により、第１ポンプ１５の動作が増大される（Ｓ９）。すると、燃料流路５２への燃料供給量が増加する。   If the voltage V does not exceed the voltage value (f (I)) even when the pressure in the fuel flow path 52 is increased (S8: YES), the operation of the first pump 15 increases under the control of the ECU 31. (S9). Then, the fuel supply amount to the fuel flow path 52 increases.

これにより、さらにクロスリーク量が増加し、電圧Ｖがより上昇する。   As a result, the cross leak amount further increases and the voltage V further increases.

このようにして、低電流域においては、クロスリークを抑制して、クロスリークに起因する膜電極接合体４４の劣化を抑制できながら、電圧Ｖを確保することができる。   Thus, in the low current region, the voltage V can be secured while suppressing the cross leak and suppressing the deterioration of the membrane electrode assembly 44 due to the cross leak.

また、高電流域においては、クロスリークを増加させて、カソード電極５１への水の供給量を確保することにより、電圧Ｖを確保することができる。
５．作用効果
この燃料電池システム２によれば、図４に示すように、必要とされる電力が小さく、電流Ｉが所定の電流値Ｉ０未満である場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、すなわち低電流域において、燃料流路５２への燃料供給量に対するクロスリーク量の割合が相対的に多くなり、アノード電極５０での反応（上記反応式（１））に寄与する燃料成分が不足して、電圧Ｖが電圧値（ｆ（Ｉ））未満となった場合（Ｓ２：ＹＥＳ）に、背圧弁１７をゆるめて、燃料流路５２内の圧力を低下させる（Ｓ３）。 In the high current region, the voltage V can be secured by increasing the cross leak and securing the amount of water supplied to the cathode electrode 51.
5. According operational effect to the fuel cell system 2, as shown in FIG. 4, less power is needed, if the current I is less than the predetermined current value I 0 (S1: YES), i.e. in the low current region The ratio of the cross leak amount to the fuel supply amount to the fuel flow path 52 is relatively increased, the fuel component contributing to the reaction at the anode electrode 50 (the above reaction formula (1)) is insufficient, and the voltage V is When it becomes less than the voltage value (f (I)) (S2: YES), the back pressure valve 17 is loosened to reduce the pressure in the fuel flow path 52 (S3).

これにより、クロスリーク量を減少させて、電圧Ｖを上昇させることができる。   Thereby, the amount of cross leak can be reduced and the voltage V can be raised.

また、必要とされる電力が大きく、電流Ｉが所定の電流値Ｉ０以上である場合（Ｓ１：ＮＯ）、すなわち、高電流域において、燃料流路５２への燃料供給量に対するクロスリーク量の割合が相対的に少なくなり、カソード電極５１に対する水の供給量が不足して、電圧Ｖが電圧値（ｆ（Ｉ））未満となった場合（Ｓ６：ＹＥＳ）に、背圧弁１７をしぼって、燃料流路５２内の圧力を上昇させる（Ｓ７）。 Further, when the required power is large and the current I is equal to or greater than the predetermined current value I 0 (S1: NO), that is, in the high current region, the amount of cross leak with respect to the amount of fuel supplied to the fuel flow path 52 When the ratio is relatively small, the amount of water supplied to the cathode electrode 51 is insufficient, and the voltage V becomes less than the voltage value (f (I)) (S6: YES), the back pressure valve 17 is squeezed. Then, the pressure in the fuel flow path 52 is increased (S7).

これにより、クロスリーク量を増加させて、電圧Ｖを上昇させることができる。   Thereby, the amount of cross leak can be increased and the voltage V can be raised.

このように、低電流域においては、クロスリークを抑制して、クロスリークに起因する膜電極接合体４４の劣化を抑制できながら、電圧Ｖを確保することができる。   Thus, in the low current region, the voltage V can be secured while suppressing the cross leak and suppressing the deterioration of the membrane electrode assembly 44 due to the cross leak.

また、高電流域においては、クロスリークを増加させて、カソード電極５１への水の供給量を確保することにより、電圧Ｖを確保することができる。   In the high current region, the voltage V can be secured by increasing the cross leak and securing the amount of water supplied to the cathode electrode 51.

その結果、必要な電圧Ｖを確保しながら、膜電極接合体４４の劣化を抑制できる。   As a result, the deterioration of the membrane electrode assembly 44 can be suppressed while ensuring the necessary voltage V.

２ 燃料電池システム
３ 燃料電池
６ 制御部
１７ 背圧弁
４４ 膜電極接合体
４５ 燃料拡散シート
４９ 電解質膜
５０ アノード電極
５１ カソード電極
５２ 燃料流路
Ｓ１ 電流確認ステップ
Ｓ２ 電圧確認ステップ
Ｓ３ 圧力調整ステップ
Ｓ６ 電圧確認ステップ
Ｓ７ 圧力調整ステップ DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Fuel cell system 3 Fuel cell 6 Control part 17 Back pressure valve 44 Membrane electrode assembly 45 Fuel diffusion sheet 49 Electrolyte membrane 50 Anode electrode 51 Cathode electrode 52 Fuel flow path S1 Current confirmation step S2 Voltage confirmation step S3 Pressure adjustment step S6 Voltage confirmation Step S7 Pressure adjustment step

Claims (1)

電解質膜とアノードとカソードとを有する膜電極接合体、および、前記アノードに供給される燃料が流れる燃料流路を備える燃料電池と、
前記燃料流路内の圧力を調整する圧力調整手段と、
前記圧力調整手段の動作を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記アノードと前記カソードとの間を流れる電流が、所定の電流値未満であるか否かを判断する電流確認ステップと、
前記アノードと前記カソードとの間の電圧が、所定のＩ−Ｖ曲線に前記電流を代入することにより算出される電圧値未満であるか否かを判断する電圧確認ステップと、
前記電流が前記電流値未満であり、かつ、前記電圧が前記電圧値未満である場合に、前記燃料流路内の圧力を低下させるように前記圧力調整手段を制御し、前記電流が前記電流値以上であり、かつ、前記電圧が前記電圧値未満である場合に、前記燃料流路内の圧力を上昇させるように前記圧力調整手段を制御する圧力調整ステップと
を実行する
ことを特徴とする、燃料電池システム。 A membrane electrode assembly having an electrolyte membrane, an anode, and a cathode, and a fuel cell including a fuel flow path through which fuel supplied to the anode flows;
Pressure adjusting means for adjusting the pressure in the fuel flow path;
A control unit for controlling the operation of the pressure adjusting means,
The controller is
A current check step for determining whether or not a current flowing between the anode and the cathode is less than a predetermined current value;
A voltage checking step for determining whether or not a voltage between the anode and the cathode is less than a voltage value calculated by substituting the current into a predetermined IV curve;
When the current is less than the current value and the voltage is less than the voltage value, the pressure adjusting means is controlled to reduce the pressure in the fuel flow path, and the current is the current value. A pressure adjusting step of controlling the pressure adjusting means to increase the pressure in the fuel flow path when the voltage is less than the voltage value. Fuel cell system.
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