燃料电池系统和燃料电池系统的性能改进方法技术方案

公开了燃料电池系统和燃料电池系统的性能改进方法。该燃料电池系统包括：处理单元，被配置成以处理频率将激活处理执行一段持续时间，该激活处理将单个燃料电池的阴极电位临时降低至目标电位；阳离子杂质量估计单元，被配置成估计包括在该单个燃料电池的电解质膜中的阳离子杂质的量；以及处理程度确定单元，被配置成当阳离子杂质的量大时，通过执行改变激活处理的条件的动作中的至少一个动作来确定激活处理的程度，该激活处理的程度比当阳离子杂质的量小时所确定的激活处理的程度高，所述动作包括降低目标电位的动作、增加持续时间的动作以及增加处理频率的动作。处理单元将激活处理执行到所确定的程度。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池系统和燃料电池系统的性能改进方法
本专利技术涉及燃料电池系统和燃料电池系统的性能改进方法。
技术介绍
已知以下燃料电池系统，该燃料电池系统被配置成：将激活处理执行一段持续时间，该激活处理将燃料电池系统中的至少一个单个燃料电池的阴极电位临时降低至目标电位，以改进单个燃料电池中的电极催化剂的性能(例如，参考PCT申请号2003-536232的公开的日文译文(JP-A-2003-536232))。当使用单个燃料电池的阴极的电极催化剂时，在电极催化剂的表面上形成氧化膜，这引起电极催化剂的性能劣化。在上述激活处理中，通过临时降低单个燃料电池中的阴极电位，减少了电极催化剂，移除了覆盖电极催化剂的氧化膜，并且改进了电极催化剂所劣化的性能。因此，可以改进单个燃料电池的性能。
技术实现思路
本专利技术人执行了对激活处理的调查，并且发现甚至在预定阴极电位处对单个燃料电池执行激活处理的情况下，仍然可能没有对单个燃料电池的性能进行充分改进。通过在比预定阴极电位更低的阴极电位处对单个燃料电池执行激活处理，即到激活处理的更高程度，无论单个燃料电池的状态如何，都可以改进电极催化剂的性能。然而，在将激活处理执行到激活处理的更高程度的情况下，过度的激活处理促进电极催化剂中金属的溶解，这可以引起电极催化剂的耐用性劣化。需要一种能够将激活处理执行到适当程度并可靠地改进单个燃料电池的性能的技术。根据本专利技术的第一方面，提供了一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括：处理单元，被配置成：在燃料电池系统的空闲操作期间，以处理频率将激活处理执行一段持续时间，激活处理将燃料电池系统的至少一个单个燃料电池的阴极电位临时降低至目标电位；阳离子杂质量估计单元，被配置成估计包括在单个燃料电池的电解质膜中的阳离子杂质的量；以及处理程度确定单元，被配置成当阳离子杂质的量大时，通过执行改变激活处理的条件的动作中的一个动作或至少两个动作的组合来确定激活处理的程度，该激活处理的程度比当阳离子杂质的量小时所确定的激活处理的程度高，动作包括降低目标电位的动作、增加持续时间的动作以及增加处理频率的动作。处理单元将激活处理执行到由处理程度确定单元所确定的程度。根据本专利技术的第二方面，提供了一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括：处理单元，被配置成在燃料电池系统的空闲操作期间，以处理频率将激活处理执行一段持续时间，激活处理将燃料电池系统的至少一个单个燃料电池的阴极电位临时降低至目标电位；以及处理程度确定单元，被配置成通过执行改变激活处理的条件的动作中的一个动作或至少两个动作的组合来确定激活处理的程度，动作包括降低目标电位的动作、增加持续时间的动作以及增加处理频率的动作，其中，处理程度确定单元通过以下操作获得单个燃料电池的输出电压：当燃料电池系统以基本输出电流和基本输出电压操作时，将单个燃料电池的输出电流从基本输出电流逐步增加至预定增加电流，将输出电流在增加电流处保持一个增加时间段，以及测量增加时间段内的输出电压；当输出电流逐步增加至增加电流并且被保持在增加电流处，输出电压从基本输出电压逐步降低至最小电压并且然后增加至比基本输出电压低的稳定电压时，处理程度确定单元将激活处理的程度确定如下：随着在从输出电流增加至增加电流经过比增加时间段短的预设时间段之后测量的输出电压与最小电压之间的差增加，随着最小电压与基本输出电压之间的差增加，或者随着在输出电流增加至增加电流之后输出电压变为稳定电压所需要的时间段增加，该激活处理的程度变得更高。处理单元将激活处理执行到由处理程度确定单元所确定的程度。根据本专利技术的第三方面，提供了一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括：处理单元，被配置成在燃料电池系统的空闲操作期间，以处理频率将激活处理执行一段持续时间，激活处理将燃料电池系统的至少一个单个燃料电池的阴极电位临时降低至目标电位；以及处理程度确定单元，被配置成通过执行改变激活处理的条件的动作中的一个动作或至少两个动作的组合来确定激活处理的程度，动作包括降低目标电位的动作、增加持续时间的动作以及增加处理频率的动作，其中，在单个燃料电池的输出电压在预定电压值处被保持一段预定时间之后，处理程度确定单元获得预定输出电压处的输出电流和预定输出电流处的输出电压中的至少之一，当预定输出电压处的输出电流的值和预定输出电流处的输出电压的值中的至少之一相对低时，处理程度确定单元将激活处理的程度确定如下：该激活处理的程度比当预定输出电压处的输出电流的值和预定输出电流处的输出电压的值中的至少之一相对高时所确定的激活处理的程度高。处理单元将激活处理执行到由处理程度确定单元所确定的程度。在根据上述方面的燃料电池系统中，可以将激活处理执行到适当的程度，并且可以可靠地改进单个燃料电池的性能。根据本专利技术的第四方面，提供了一种燃料电池系统的性能改进方法，该燃料电池系统的性能改进方法包括：以处理频率将激活处理执行一段持续时间，激活处理将至少一个单个燃料电池的阴极电位临时降低至目标电位；估计包括在单个燃料电池的电解质膜中的阳离子杂质的量；当阳离子杂质的量大时，通过执行改变激活处理的条件的动作中的一个动作或至少两个动作的组合来确定激活处理的程度，该激活处理的程度比当阳离子杂质的量小时所确定的激活处理的程度高，动作包括降低目标电位的动作、增加持续时间的动作以及增加处理频率的动作；以及当执行燃料电池系统的空闲操作时，将激活处理执行到所确定的程度。根据本专利技术的第五方面，提供了一种燃料电池系统的性能改进方法，该燃料电池系统的性能改进方法包括：在燃料电池系统的空闲操作期间，以处理频率将激活处理执行一段持续时间，激活处理将燃料电池系统的至少一个单个燃料电池的阴极电位临时降低至目标电位；通过执行改变激活处理的条件的动作中的一个动作或至少两个动作的组合来确定激活处理的程度，动作包括降低目标电位的动作、增加持续时间的动作以及增加处理频率的动作；通过以下操作来获得单个燃料电池的输出电压：当燃料电池系统以基本输出电流和基本输出电压操作时，将单个燃料电池的输出电流从基本输出电流逐步增加至预定增加电流，将输出电流在增加电流处保持一个增加时间段，以及测量增加时间段内的输出电压；当输出电流逐步增加至增加电流并且被保持在增加电流处、输出电压从基本输出电压逐步降低至最小电压并且然后增加至比基本输出电压低的稳定电压时，将激活处理的程度确定如下：随着在从输出电流增加至增加电流经过比增加时间段短的预设时间段之后测量的输出电压与最小电压之间的差增加，随着最小电压与基本输出电压之间的差增加，或者随着在输出电流增加至增加电流之后输出电压变为稳定电压所需要的时间段增加，该激活处理的程度变得更高；以及将激活处理执行到所确定的程度。根据本专利技术的第六方面，提供了一种燃料电池系统的性能改进方法，该燃料电池系统的性能改进方法包括：在燃料电池系统的空闲操作期间，以处理频率将激活处理执行一段持续时间，激活处理将燃料电池系统的至少一个单个燃料电池的阴极电位临时降低至目标电位；通过执行改变激活处理的条件的动作中的一个动作或至少两个动作的组合来确定激活处理的程度，动作包括降低目标电位的动作、增加持续时间的动作以及增加处理频率的动作；在单个燃料电池的输出电压在预定电压值处被保持一段预定时间之后，获得预定输出电压处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，包括：处理单元，被配置成：在所述燃料电池系统的空闲操作期间，以处理频率将激活处理执行一段持续时间，所述激活处理将所述燃料电池系统的至少一个单个燃料电池的阴极电位临时降低至目标电位；阳离子杂质量估计单元，被配置成估计包括在所述单个燃料电池的电解质膜中的阳离子杂质的量；以及处理程度确定单元，被配置成：当所述阳离子杂质的量大时，通过执行改变所述激活处理的条件的动作中的一个动作或至少两个动作的组合来确定激活处理的程度，该激活处理的程度比当所述阳离子杂质的量小时所确定的激活处理的程度高，所述动作包括降低所述目标电位的动作、增加所述持续时间的动作以及增加所述处理频率的动作，其中，所述处理单元将所述激活处理执行到由所述处理程度确定单元所确定的程度。

【技术特征摘要】
2015.10.08 JP 2015-200147;2016.04.19 JP 2016-083801.一种燃料电池系统，包括：处理单元，被配置成：在所述燃料电池系统的空闲操作期间，以处理频率将激活处理执行一段持续时间，所述激活处理将所述燃料电池系统的至少一个单个燃料电池的阴极电位临时降低至目标电位；阳离子杂质量估计单元，被配置成估计包括在所述单个燃料电池的电解质膜中的阳离子杂质的量；以及处理程度确定单元，被配置成：当所述阳离子杂质的量大时，通过执行改变所述激活处理的条件的动作中的一个动作或至少两个动作的组合来确定激活处理的程度，该激活处理的程度比当所述阳离子杂质的量小时所确定的激活处理的程度高，所述动作包括降低所述目标电位的动作、增加所述持续时间的动作以及增加所述处理频率的动作，其中，所述处理单元将所述激活处理执行到由所述处理程度确定单元所确定的程度。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，当所述燃料电池系统以基本输出电流和基本输出电压操作时，所述阳离子杂质量估计单元被配置成基于通过以下操作获得的所述单个燃料电池的输出电压来估计阳离子杂质的量：将所述单个燃料电池的输出电流从所述基本输出电流逐步增加至预定增加电流，将所述输出电流在所述增加电流处保持一个增加时间段，以及测量所述增加时间段内的输出电压。3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，当所述输出电流逐步增加至所述增加电流并且被保持在所述增加电流处时，所述输出电压从所述基本输出电压逐步降低至最小电压并且然后增加至稳定电压，所述稳定电压比所述基本输出电压低，以及所述阳离子杂质量估计单元被配置成随着在从所述输出电流增加至所述增加电流经过比所述增加时间段短的预设时间段之后测量的所述输出电压与所述最小电压之间的差增加，将所述阳离子杂质的量估计得更大；随着所述最小电压与所述基本输出电压之间的差增加，将所述阳离子杂质的量估计得更大；或者随着在所述输出电流增加至所述增加电流之后所述输出电压变为所述稳定电压所需要的时间段增加，将所述阳离子杂质的量估计得更大。4.根据权利要求2或3所述的燃料电池系统，其中，所述增加电流是使用所述燃料电池系统的全负荷测量的输出电流。5.根据权利要求2至4中任一项所述的燃料电池系统，其中，所述阳离子杂质量估计单元被配置成：当所述单个燃料电池的所述基本输出电流低于阈值电流时，基于在将所述单个燃料电池的所述输出电流逐步增加至所述增加电流之后测量的所述输出电压来估计所述阳离子杂质的量。6.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述阳离子杂质量估计单元被配置成：基于在所述单个燃料电池的所述输出电压在预定电压值处被保持一段预定时间之后测量的预定输出电压处的输出电流以及预定输出电流处的输出电压中的至少之一来估计所述阳离子杂质的量。7.根据权利要求1所述的燃料电池系统，还包括：操作记录存储单元，被配置成存储燃料电池堆的操作记录，其中，所述阳离子杂质量估计单元通过参考所述操作记录存储单元，基于所述燃料电池堆的所述操作记录来估计所述阳离子杂质的量。8.根据权利要求1至7中任一项所述的燃料电池系统，还包括：相关参数测量单元，被配置成测量与燃料电池堆中的所述电解质膜的相对湿度相关的参数的值，其中，当所述相对湿度低时，所述处理程度确定单元基于所测量的所述参数的值来确定激活处理的程度，该激活处理的程度比当所述相对湿度高时所确定的激活处理的程度高。9.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其中，所述参数是所述燃料电池堆中或所述燃料电池堆附近的冷却水的温度、阻抗或所述电解质膜附近的气体的湿度。10.根据权利要求1至9中任一项所述的燃料电池系统，还包括：最近历史存储单元，被配置成存储最近预定时间段内燃料电池堆的输出的历史，其中，当所述最近预定时间段内的所述输出高时，所述处理程度确定单元被配置成确定激活处理的程度，该激活处理的程度比当所述最近预定时间段内的所述输出低时所确定的激活处理的程度高。11.一种燃料电池系统，包括：处理单元，被配置成：在所述燃料电池系统的空闲操作期间，以处理频率将激活处理执行一段持续时间，所述激活处理将所述燃料电池系统的至少一个单个燃料电池的阴极电位临时降低至目标电位；以及处理程度确定单元，被配置成通过执行改变所述激活处理的条件的动作中的一个动作或至少两个动作的组合来确定所述激活处理的程度，所述动作包括降低所述目标电位的动作、增加所述持续时间的动作以及增加所述处理频率的动作；其中，所述处理程度确定单元通过以下操作获得所述单个燃料电池的输出电压：当所述燃料电池系统以基本输出电流和基本输出电压操作时，将所述单个燃料电池的输出电流从所述基本输出电流逐步增加至预定增加电流，将所述输出电流在所述增加电流处保持一个增加时间段...

【专利技术属性】
技术研发人员：城森慎司，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP