燃料电池的控制装置及燃料电池系统制造方法及图纸

本发明专利技术减少因氧化剂极的水分浓度较高造成的燃料电池的输出的降低。具备电解质膜（１１）、设于电解质膜（１１）的一侧的氧化剂极、设于电解质膜（１１）的另一侧的燃料极并利用供给到氧化剂极的氧化剂气体和供给到燃料极的燃料气体进行发电的燃料电池（１０）的控制装置（５０），在燃料电池（１０）的电流电压特性比规定的基准降低且电解质膜（１１）没有比规定的基准干燥的情况下，进行使氧化剂极的气体压力上升的控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种燃料电池的控制装置及燃料电池系统。
技术介绍
存在一种燃料电池，其具备电解质膜、设置在该电解质膜的一侧的氧化剂极、和 设置在另一侧的燃料极，通过供给到氧化剂极的包含氧的空气等的氧化剂气体和供给到 燃料极的包含氢的燃料气体进行发电(例如参照日本特开平5-47394号公报、日本特开 2004-127914号公报及日本特开2004-220794号公报)。 在日本特开平5-47394号公报中，公示了将燃料电池的固体高分子电解质的含水 状态维持在最佳状态，并可进行稳定的电池运转的技术。具体而言，公示了在燃料电池的 电流电压特性降低且固体高分子电解质的导电度增大的情况下，使供给用反应气体中的水 分加湿量减少，在燃料电池的电流电压特性降低且固体高分子电解质的导电度较低的情况 下，使水分加湿量增加。 另外，在日本特开2004-127914号公报中公示了根据燃料电池的水分状态的诊断 结果控制氧化剂气体的压力和燃料气体的压力之间的压力差的技术。具体而言，在日本特 开2004-127914号公报中，在诊断为水分过剩的情况下，控制压力差以使燃料气体的压力 相对于氧化剂气体的压力变高，由此，抑制水从空气极侧向燃料极侧的扩散，并防止水滞留 在燃料极的电极部位。另一方面，在判断为水分不足的情况下，控制压力差以使燃料气体的 压力相对于氧化剂气体的压力变低，由此，促进水从空气极侧向燃料极侧的移动，迅速地进 行向电解质膜的含水。 另外，在日本特开2004-220794号公报中，公示了利用由于氢或空气的供给量、压 力过大或不足引起的燃料电池的电流电压特性变化，不使用阳极压力传感器及阴极压力传 感器地使阳极压力和阴极压力的压力差为一定的技术。具体而言，在日本特开2004-220794 号公报中，公示了在实际电压值比预先存储的基于电流电压特性的基准电压值小时，进行 校正以使燃料气体或氧化剂气体的压力增加。在该技术中，利用了能够通过对照实际电压 值和基准电压值来判断氢或空气的供给是否不足这一点。 然而，在燃料电池中，在氧化剂极的水分浓度较高时，产生水吸附在氧化剂极的催 化剂的表面的现象或在氧化剂极的催化剂的表面生成羟基的现象，由此催化剂的活性降 低，燃料电池的输出降低。 对于这样的因氧化剂极的水分浓度较高造成的燃料电池的输出降低的对策，在上 述任意文献中都没有公开。
技术实现思路
因此，本专利技术提供一种燃料电池的控制装置，其可减少因氧化剂极的水分浓度较 高造成的燃料电池的输出的降低。 本专利技术的燃料电池的控制装置，所述燃料电池具有电解质膜、设置在上述电解质膜的一侧的氧化剂极、和设置在上述电解质膜的另一侧的燃料极，利用供给到上述氧化剂 极的氧化剂气体和供给到上述燃料极的燃料气体进行发电，所述燃料电池的控制装置的特 征在于，在上述燃料电池的电流电压特性比规定的基准降低且上述电解质膜没有比规定的 基准干燥的情况下，进行使上述氧化剂极的气体压力上升的控制。在本专利技术的一方式中，作为上述控制进行如下所述的第一控制在从高负荷运转向低负荷运转转移时的高负荷运转结束后使上述氧化剂极的气体压力上升。 另外，在本专利技术的一方式中，在上述第一控制不能使上述电流电压特性的降低充分减少的情况下，作为上述控制进行如下所述的第二控制在从低负荷运转向高负荷运转转移时的高负荷运转开始前使上述氧化剂极的气体压力上升。 本专利技术的燃料电池系统，包括燃料电池，具有电解质膜、设置在上述电解质膜的 一侧的氧化剂极、和设置在上述电解质膜的另一侧的燃料极，利用供给到上述氧化剂极的 氧化剂气体和供给到上述燃料极的燃料气体进行发电；及上述任意一项所述控制装置，对 所述燃料电池进行控制。 根据本专利技术，提供一种燃料电池的控制装置，可减少因在氧化剂极的水分浓度较 高造成的燃料电池的输出的降低。附图说明 图1是表示实施方式的燃料电池系统的构成的概略图。 图2是表示燃料电池的构成的概略剖面图。 图3是表示第一控制的阴极背压及输出电流的一个例子的时间图。 图4是表示第二控制的阴极背压及输出电流的一个例子的时间图。 图5是表示低负荷运转时及高负荷运转时的阴极背压及输出电流的一个例子的时间图。 图6是表示由控制装置执行的处理的流程图。 标号说明 l燃料电池系统 IO燃料电池 11电解质膜 12氧化剂极 13燃料极 14氧化剂气体流路 15燃料气体流路 16、17扩散层 21压縮机 22氧化剂供给流路 23氧化剂排出流路 24压力调整阀 31氢罐 32燃料供给流路4 33循环流路 34压力调整阀 35燃料排出流路 36清洁阀 38氢泵 41外部负载 42电压传感器 43电流传感器 44阻抗测定部 50控制装置具体实施例方式以下，根据附图说明本专利技术的实施方式。 图1是表示本实施方式的燃料电池系统1的构成的概略图。该燃料电池系统1是使用氧化剂气体和燃料气体进行发电的系统，在本实施方式中搭载在燃料电池汽车上。但是，燃料电池系统1也可以适用于燃料电池汽车以外。 在图1中，燃料电池系统1具有燃料电池10。该燃料电池IO接受氧化剂气体和燃料气体的供给而进行发电。具体而言，氧化剂气体是包含氧的空气等的气体，燃料气体是包含氢的气体，燃料电池IO利用氢和氧的电化学反应进行发电。燃料电池IO例如是固体高分子型的燃料电池。 图2是表示燃料电池10的构成的概略剖面图。以下参照图2对燃料电池10的构成进行说明。在本实施方式中，燃料电池10具有层积多个单体电池的堆叠构造，在图2中，为了便于说明表示了单个电池。 在图2中，燃料电池IO包括电解质膜11、设置在电解质膜11的一侧的面上的氧化剂极(称为阴极)12、设置在电解质膜11的另一侧的面上的燃料极(称为阳极)13。具体而言，燃料电池10包括在电解质膜11上接合氧化剂极12及燃料极13而成的膜电极接合体(MEA :Membrane Electrode Assembly)。 在氧化剂极12的外面侧设有沿氧化剂极12的面向氧化剂极12供给氧化剂气体的氧化剂气体流路14，在燃料极13的外面侧设有沿燃料极13的面向燃料极13供给燃料气体的燃料气体流路15。具体而言，在氧化剂极12的外面侧经由扩散层16设置有形成氧化剂气体流路14的隔板，在燃料极13的外面侧经由扩散层17设置有形成燃料气体流路15的隔板。 在此，对燃料电池10的发电作用进行说明。向氧化剂气体流路14经由其入口 14A供给氧化剂气体，由此向氧化剂极12供给氧化剂气体。另一方面，向燃料气体流路15经由其入口 15A供给燃料气体，由此向燃料极13供给燃料气体。燃料电池10使用供给到氧化剂极12的氧化剂气体和供给到燃料极13的燃料气体进行发电。具体而言，通过铂的催化剂作用等，在燃料极13侧发生下述式(1)所示的反应，在氧化剂极12侧发生下述式(2)所示的反应，整体发生下述式(3)所示的起电反应。 H2 — 2H++2e—…(1)5 2H++ (1/2) 02+2e— — H20... (2) H2+ (1/2) 02 — H20... (3) 并且，从氧化剂气体流路14经由其出口 14B排出阴极废气，从燃料气体流路15经由其出口 15B排出阳极废气。 再次参照图1 ，在氧化剂气体流路14的入口连接有将从压縮机21供给的空气向氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池的控制装置，所述燃料电池具有电解质膜、设置在上述电解质膜的一侧的氧化剂极、和设置在上述电解质膜的另一侧的燃料极，利用供给到上述氧化剂极的氧化剂气体和供给到上述燃料极的燃料气体进行发电，所述燃料电池的控制装置的特征在于，在上述燃料电池的电流电压特性比规定的基准降低且上述电解质膜没有比规定的基准干燥的情况下，进行使上述氧化剂极的气体压力上升的控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：桥本卓哉，洼英树，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]