燃料电池系统及燃料电池的老化判断方法技术方案

本发明专利技术提供一种燃料电池系统，能够计测鼓风间隔，并且考虑高电位回避运转的情况等例外的情况，能够正确地判断电解质的老化。计测实际的鼓风时间间隔Ｔｄ，并且基于输出电流，使用关系表来对包括与高电位回避运转中的单体电池电压对应的氢消耗量的增加量的情况下的理论上的鼓风时间间隔Ｔｃ进行推测，所述关系表记录了为了维持燃料电池（１００）的功能而消耗的氢消耗量和随着该氢消耗量的增加而变化的空气供给时间间隔之间的关系，基于所述计测到的实际的鼓风时间间隔Ｔｄ是否比与该氢消耗量对应的鼓风理论时间间隔Ｔｃ短来判断燃料电池（１００）的电解质的老化。

【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系统，尤其是涉及基于空气供给量判断燃料电池的电解质的老化的燃料电池系统。
技术介绍
燃料电池系统长时间运转时，燃料电池组的电解质老化，电解质膜破裂或耐差压特性降低，由此导致有时发生交叉泄漏。因此，以往开发了用于检测交叉泄漏的发生的系统。例如，日本特开2006-120375号公报中公示有一种燃料电池系统，在从燃料电池组排放的空气中的氢浓度在规定值以上的情况下，判断为发生了交叉泄漏，紧急停止燃料电池(专利文献1)。另外，在轻负载时及空转时燃料电池的发电电压上升，担心促进燃料电池的老化，因此开发了抑制燃料电池的发电电压的上升，抑制燃料电池的老化的系统(以下，将防止燃料电池上升到一定以上的电压的处理称为“高电位回避处理”)。例如，在日本特开2007-109569号公报中，作为通过高电位回避处理抑制燃料电池的老化的单元，公示有一种燃料电池系统，其以单体电池电压成为预先设定的规定的上限电压以下的方式使空气压缩机工作，以间歇地向燃料电池组供给空气的方式进行控制(专利文献2)。另外，作为系统停止时产生的交叉泄漏防止对策，例如，在日本特开2007-103023号公报中，作为对在系统停止后的放置中从阳极交叉溢出并蓄积于阴极的氢进行处理的技术，公示有一种燃料电池系统，在燃料电池起动时向关闭阀和空气调压阀之间压送封入氧化剂气体直到成为规定压力，对阴极路径内具有的氢在阴极内的催化剂上进行燃烧处理(专利文献3)。另外，在电解质膜由于氧的吸附老化的情况下，存在抑制空气的供给并降低燃料电池的输出电压而使其在还原区域运转，从而将氧化后的催化剂层活化的技术(以下，将该处理称为“催化剂活化处理”)。作为与这种燃料电池的催化剂活化处理有关的技术，例如，在日本特开2003-115318号公报中公示有如下技术：将单体电池电压设定为0.6V以下，使大的电流流过，由此在氧中产生还原反应，使铂催化剂层活化(专利文献4)。另外，燃料电池的单体电池中含有的水分量未能控制在适当的范围内时，单体电池过分干燥或湿润度过高都会使单体电池的老化加快。于是，在日本特开2005-32587号公报中公开如下技术：利用单体电池的水分状态与单体电池的开路电压之间的关系，在单体电池的开路电压比第一阈值电压低时，判断为单体电池为干燥状态，在单体电池的开路电压比第二阈值电压高时，判断为水分过多状态，适当地控制单体电池的水分状态(专利文献5)。在此，尤其是由于在单体电池的电压过低的情况下单体电池的老化较大，因此设定不许低于的单体电池的最低下限电压，理想的是，单体电池电压低于该最低下限电压时，以按规定量供给空气并使电压上升的方式进行处理(以下，将该处理称为“单体电池电压下降防止处理”)。-->专利文献1：日本特开2006-120375号公报(段落0053、0054等)专利文献2：日本特开2007-109569号公报(段落0044～0045等)专利文献3：日本特开2007-103023号公报(段落0037～0044等)专利文献4：日本特开2003-115318号公报(段落0012～0014等)专利文献5：日本特开2005-32587号公报(段落0040～0058等)但是，由于在上述专利文献1记载的交叉泄漏检测方法中使用的氢浓度传感器是高价的传感器，因此优选替代应用氢浓度传感器的直接的交叉泄漏检测，而用其它的要素推测交叉泄漏的发生。
技术实现思路
于是，本专利技术是为了解决所述问题而开发的，其目的在于提供一种燃料电池系统，不用高价的传感器，能够基于空气供给量正确地检测交叉泄漏的发生，能够确切地判断电解质的老化。在此，在所述单体电池电压下降防止处理中，单体电池中的电解质膜老化而产生交叉泄漏时，与单体电池电压下降防止处理所需要的反应气体(例如，氧化气体)的供给量相比，反应气体的消耗量有增大的倾向。因此，为了解决所述课题，认为只要将计测的反应气体的供给量与正常时的氧化气体供给量相比较地进行监视，就能够检测交叉泄漏的发生。反应气体供给量和反应气体供给处理的频度(间隔)有相关关系，因此基于反应气体供给处理的频度能够判断反应气体供给量的大小，能够推测交叉泄漏的发生。但是，反应气体的供给量不是仅与交叉泄漏的发生量对应，也是与系统的运转状况对应变动的要素，因此基于反应气体的供给量及反应气体的供给处理的频度并不能正确地检测出交叉泄漏的发生。于是，本专利技术者想到了如下的即使基于反应气体的供给量也能够正确地检测出交叉泄漏的发生的专利技术。本专利技术提供一种燃料电池系统，基于燃料电池的间歇运转时供给到该燃料电池的反应气体量判断该燃料电池的电解质膜的老化，其特征为，考虑为了进行该间歇运转而供给的反应气体量和为了维持该燃料电池的功能而消耗的反应气体量，来判断该燃料电池的电解质膜的老化。通过这样构成，在考虑为了进行间歇运转而需要的反应气体流量之外为了维持燃料电池的功能而消耗的反应气体量的影响的基础上，判断有无交叉泄漏，因此能够可靠地检测出交叉泄漏的发生，能够可靠地检测得知电解质的老化。在此，所谓“间歇运转”是指在从燃料电池系统的电源开到电源关的期间中，由于各种情况，在规定的期间，间歇地使燃料电池的发电停止的运转或模式。另外，所谓“为了维持功能”，意思是获得与系统要求对应而要求的必要的发电电力之外的目的，具体而言，包括燃料电池的耐久性及安全性、性能维持等目的。在此，“反应气体”是包含氧化气体(空气)和燃料气体(氢气)两者的概念，氧化气体的消耗量和燃料气体的消耗量之间有相关关系，因此可以将任一个或双方作为老化判断的参数使用。例如，为了维持所述燃料电池的功能而消耗的反应气体是为了进行所述燃料电池-->的高电位回避处理而消耗的氧化气体。用于进行燃料电池的老化防止的高电位回避处理中，定期地供给氧化气体，以使燃料电池的输出电压不上升到规定的阈值以上。为了进行该高电位回避处理而供给的氧化气体是用于进行燃料电池的功能维持的气体，不是交叉泄漏的发生而消耗的气体。这一点上，根据该构成，认为在为了进行间歇运转而需要的氧化气体流量之外，为了进行高电位回避处理而增加氧化气体流量，因此能够正确地检测交叉泄漏的发生。另外，例如在所述燃料电池系统中，为了维持所述燃料电池的功能而消耗的反应气体是结束所述电解质膜的催化剂活化处理时所供给的氧化气体。在燃料电池的单体电池中，在使氧化的催化剂还原的催化剂活化处理中，缩减氧化气体供给量而使发电电压下降，在还原区域发生电化学反应，在催化剂活化处理后需要暂时地供给氧化气体而返回通常运转模式。在刚刚进行该催化剂活化处理之后供给的氧化气体也是用于维持燃料电池的功能的反应气体，不会因交叉泄漏的发生而被消耗。这一点上，根据该构成，将在燃料电池的功能维持处理的一形态即催化剂活化处理结束时需要的氧化气体的量排除在外而能够判断氧化气体流量，因此能够可靠地检测出电解质的老化。在此，在所述的燃料电池系统中，也可以具备：在所述燃料电池的单体电池电压达到规定的下限电压时供给规定量的氧化气体的单元；对该氧化气体供给的实际时间间隔进行计测的单元；及老化判断单元，基于计测到的该氧化气体供给的实际时间间隔和该燃料电池的电解质膜为正常的情况下的氧化气体供给的理论时间间隔，来判断所述燃料电池的老化。根据这样的构成，为了进行单体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，基于燃料电池的间歇运转时供给到该燃料电池的反应气体量来判断该燃料电池的电解质膜的老化，其特征在于，考虑为了进行该间歇运转而供给的反应气体量和为了维持该燃料电池的功能而消耗的反应气体量，来判断该燃料电池的电解质膜的老化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2007-12-20 2007-3289811.一种燃料电池系统，基于燃料电池的间歇运转时供给到该燃料电池的反应气体量来判断该燃料电池的电解质膜的老化，其特征在于，考虑为了进行该间歇运转而供给的反应气体量和为了维持该燃料电池的功能而消耗的反应气体量，来判断该燃料电池的电解质膜的老化。2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，为了维持所述燃料电池的功能而消耗的反应气体是为了进行所述燃料电池的高电位回避处理而消耗的氧化气体。3.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，为了维持所述燃料电池的功能而消耗的反应气体是结束所述电解质膜的催化剂活化处理时所供给的氧化气体。4.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，具备：在所述燃料电池的单体电池电压达到规定的下限电压时供给规定量的氧化气体的单元；对该氧化气体供给的实际时间间隔进行计测的单元；及老化判断单元，基于计测到的该氧化气体供给的实际时间间隔和该燃料电池的电解质膜为正常的情况下的氧化气体供给的理论时间间隔，来判断所述燃料电池的老化。5.如权利要求4所述的燃料电池系统，其中，所述计测氧化气体供给的实际时间间隔的单元在计测所述氧化气体供给的实际时间间隔时，将所述催化剂活化处理后即刻进行的氧化气体的供给排除在外而计测所述氧化气体供给的实际时间间隔。6.如权利要求4所述的燃料电池系统，其中，具备关系表，该关系表记录了所述燃料电池的燃料气体消耗量和伴随该燃料气体消耗量的增加而变化的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉田道雄，马屋原健司，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP