JP2008130402A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system carrying out a control method of a fuel cell capable of surely activating a catalyst layer of the fuel cell. <P>SOLUTION: At a catalyst activation treatment, supply of oxidizing gas is stopped, and power generation voltage of the fuel cell is made to be linearly lowered toward a reduction target voltage. When the power generation voltage of the fuel cell 100 reaches the reduction target voltage, that state is kept for some time, until it comes down by itself. When the generation voltage of the fuel cell 100 reaches a command transition voltage Vc, a voltage command value of a converter 41 is returned to a standby voltage. Further, after the generation voltage of the fuel cell 100 reaches an air supply voltage Va, a compressor 20 is made to work and supply of the oxidizing gas is started to complete the catalyst activation treatment. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムに係り、特に燃料電池の触媒層の活性化を確実に行うことができる燃料電池の制御方法を実行する燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system that executes a fuel cell control method capable of reliably activating a catalyst layer of a fuel cell.

従来、燃料電池システムは、運転中、燃料電池の触媒層に酸素が吸着されると燃料電池の出力電圧が低下するので、このような場合は、燃料電池への酸素供給を一旦停止し、かつ燃料電池の発電電圧を触媒層の還元領域にまで下げることにより、燃料電池スタックの触媒層を活性化する処理（すなわち還元処理）が行われていた。このとき、燃料電池の発電電圧が目標還元電圧値にまで下がったならば、その後は、直ぐに運転目標電圧にまで上げるように制御していた。   Conventionally, in a fuel cell system, when oxygen is adsorbed to the catalyst layer of the fuel cell during operation, the output voltage of the fuel cell decreases. In such a case, the oxygen supply to the fuel cell is temporarily stopped, and A process of activating the catalyst layer of the fuel cell stack (that is, a reduction process) has been performed by lowering the power generation voltage of the fuel cell to the reduction region of the catalyst layer. At this time, if the power generation voltage of the fuel cell has decreased to the target reduction voltage value, then control is performed to immediately increase to the operation target voltage.

このような燃料電池の触媒活性化処理に関連する技術として、特開２００５−３４６９７９号公報には、ハイブリッド型の燃料電池を構成する補機用のバッテリとして低電圧のものを使用し、燃料電池の触媒活性化処理時に電圧低下に伴って増大する余剰電力をバッテリに充電できるようにすることで、余剰電力の無駄を無くす技術が開示されている（特許文献１）。   As a technique related to the catalyst activation treatment of such a fuel cell, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-3461979 uses a low-voltage battery as a battery for an auxiliary machine constituting a hybrid fuel cell. A technology is disclosed that eliminates the waste of surplus power by allowing the battery to be charged with surplus power that increases as the voltage decreases during the catalyst activation process (Patent Document 1).

また、同様の触媒活性化処理に関する技術として、特開２００３−１１５３１８号公報には、セル電圧を０．６Ｖ以下にして大きな電流を流すことによって酸素に還元反応を生じさせて、白金触媒層を活性化する技術が開示されている（特許文献２）。
特開２００５−３４６９７９号公報（段落０００９等） 特開２００３−１１５３１８号公報（段落００１２〜００１４等） Further, as a technique related to the same catalyst activation treatment, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-115318 discloses that a platinum catalyst layer is formed by causing a reduction reaction in oxygen by flowing a large current with a cell voltage of 0.6 V or less. A technique for activation is disclosed (Patent Document 2).
JP-A-2005-346979 (paragraph 0009, etc.) JP 2003-115318 A (paragraphs 0012 to 0014, etc.)

しかしながら、上記従来の技術にあっては、燃料電池の出力電圧を目標還元電圧にまで下げても、実際には燃料電池に空気（酸素）が残留しているため、燃料電池の出力電圧を定めるコンバータの電圧指令値を上昇させると、酸素供給を停止しているにも拘わらず、残留空気により燃料電池の出力電圧が一時的に上昇する。このため、燃料電池の触媒は酸化領域に遷移してしまい、還元処理が十分行われない可能性があった。   However, in the above prior art, even if the output voltage of the fuel cell is lowered to the target reduction voltage, air (oxygen) actually remains in the fuel cell, so the output voltage of the fuel cell is determined. When the voltage command value of the converter is raised, the output voltage of the fuel cell temporarily rises due to the residual air even though the oxygen supply is stopped. For this reason, there is a possibility that the catalyst of the fuel cell is shifted to the oxidation region, and the reduction treatment is not sufficiently performed.

また残留している空気量次第では、安全のために設定した燃料電池の出力電圧の上限値である待機電圧（高電位回避電圧）よりも高くなってしまう可能性もあった。   Further, depending on the amount of remaining air, there is a possibility that it becomes higher than the standby voltage (high potential avoidance voltage) that is the upper limit value of the output voltage of the fuel cell set for safety.

そこで本発明は、上記課題を解決するために、燃料電池の触媒層の活性化を確実に行うことができる燃料電池の制御方法を実行する燃料電池システムを提供することを目的としている。   SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a fuel cell system that executes a fuel cell control method that can reliably activate a catalyst layer of a fuel cell.

上記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃料電池の出力電圧を下げて触媒活性化処理を実施する燃料電池システムであって、電圧指令値に対応させて前記燃料電池の出力電圧を変化させる電圧変換手段と、前記燃料電池の出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧変換手段に前記電圧指令値を指令する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記触媒活性化処理を実施するに際して、前記電圧変換手段への電圧指令値を前記燃料電池の触媒還元領域にある所定の還元目標電圧に維持すると共に、前記電圧検出手段によって検出される前記燃料電池の出力電圧が前記還元目標電圧からさらに降下して所定の条件が満たされるまで待機することを特徴とする。   In order to solve the above problems, a fuel cell system according to the present invention is a fuel cell system that performs catalyst activation processing by lowering an output voltage of a fuel cell, and outputs the fuel cell in accordance with a voltage command value. Voltage conversion means for changing the voltage; voltage detection means for detecting the output voltage of the fuel cell; and control means for commanding the voltage command value to the voltage conversion means, wherein the control means is configured to activate the catalyst. In carrying out the processing, the voltage command value to the voltage conversion means is maintained at a predetermined reduction target voltage in the catalyst reduction region of the fuel cell, and the output voltage of the fuel cell detected by the voltage detection means is It further falls from the reduction target voltage and waits until a predetermined condition is satisfied.

電圧変換手段は、電圧指令値に対応して燃料電池の出力電圧を変更するが、燃料電池はその酸素量等が変化するにより、必ずしも電圧指令値どおりの出力電圧とはならない。燃料電池は燃料ガス（酸化ガスを含む）が存在しなければ発電機能を発揮し得ないので、酸化ガスを供給しない状態で還元目標電圧にまで下げた状態で電圧変換手段への電圧指令値を元に戻しても、実際の燃料電池の出力電圧は上昇しないはずである。しかしながら、現実には、燃料電池内には酸素ガス（残留エア）が残留しているので、電圧変換手段への電圧指令値を上げると、残留エアにより燃料電池の出力電圧が上昇し触媒の還元領域に戻ってしまい、触媒活性化処理が進まない。この点、本発明によれば、触媒層の活性化処理に際しては、触媒層の還元領域に達しても、電圧変換手段の電圧指令値を即座に引き上げることなく、残留エアを十分に消費し終える所定条件が満たされるのを待つので、残留エアによって燃料電池の発電電圧が還元領域以上に吹き上がることを防止することが可能となり、これにより、触媒層の活性化処理を十分に行うことができる効果がある。   The voltage conversion unit changes the output voltage of the fuel cell in response to the voltage command value. However, the fuel cell does not necessarily have the output voltage as the voltage command value because the oxygen amount or the like changes. Since the fuel cell cannot perform its power generation function unless fuel gas (including oxidizing gas) is present, the voltage command value to the voltage conversion means is reduced to the reduction target voltage without supplying oxidizing gas. Even if it returns, the actual output voltage of the fuel cell should not increase. However, in reality, oxygen gas (residual air) remains in the fuel cell. Therefore, if the voltage command value to the voltage conversion means is increased, the output voltage of the fuel cell increases due to the residual air and the catalyst is reduced. Returning to the region, the catalyst activation process does not proceed. In this regard, according to the present invention, in the activation process of the catalyst layer, even when the reduction region of the catalyst layer is reached, the residual air is sufficiently consumed without immediately raising the voltage command value of the voltage conversion means. Since waiting for a predetermined condition to be satisfied, it becomes possible to prevent the generated voltage of the fuel cell from blowing up beyond the reduction region due to the residual air, and thus the activation process of the catalyst layer can be sufficiently performed. effective.

すなわち、本燃料電池システムにおいては、前記所定の条件が満たされた時に前記電圧変換手段への指示電圧を所定の待機電圧にまで上げるように処理される。
このように残留エアが実質的に存在しなくなる所定の条件が成立した後、電圧変換手段の指示電圧を待機電圧にまで上げるのであれば、残留エアが無いがために燃料電池の出力電圧はエア供給されない限り上昇することは無くなり、残留エアによる電圧の吹き上がり現象を抑制することが可能である。
また、本燃料電池システムにおいて、例えば、「所定の条件」は、前記燃料電池の出力電圧が前記所定の還元目標電圧からの降下を開始してから所定の一定時間が経過することであることを特徴とする。 That is, in the present fuel cell system, when the predetermined condition is satisfied, processing is performed so that the instruction voltage to the voltage conversion means is increased to a predetermined standby voltage.
After the predetermined condition in which there is substantially no residual air is established, if the command voltage of the voltage conversion means is increased to the standby voltage, the output voltage of the fuel cell will be As long as it is not supplied, it will not rise, and it is possible to suppress the phenomenon of voltage rise due to residual air.
Further, in the present fuel cell system, for example, the “predetermined condition” is that a predetermined constant time has elapsed after the output voltage of the fuel cell starts to drop from the predetermined reduction target voltage. Features.

このように構成することにより、前記燃料電池の出力電圧が降下を開始してから残留エアが消費され尽くされるまでの所要時間を予め把握して設定しておけば、残留エアの存在を確実に抑制した状態で燃料電池の発電電圧を所定の運転目標電圧に引き上げることが可能となる効果がある。ここで、この一定時間は、酸素ガス不足となって燃料電池の出力電圧の低下が始まってからほぼ総ての残留エアが消費され尽くされるまでの所要時間であり、実験的・経験的に導き出される。   With this configuration, if the time required from when the output voltage of the fuel cell starts to drop until the residual air is consumed is determined and set in advance, the presence of the residual air can be ensured. There is an effect that it is possible to raise the power generation voltage of the fuel cell to a predetermined operation target voltage in a suppressed state. Here, this fixed time is the time required from when the output voltage of the fuel cell starts to decrease due to oxygen gas shortage until almost all the residual air is consumed, and is experimentally and empirically derived. It is.

また、本燃料電池システムにおいて、例えば、「所定の条件」は、前記燃料電池の出力電圧が前記所定の還元目標電圧からの降下を開始してから所定の指令遷移電圧に至ることであることを特徴とする。   In the fuel cell system, for example, the “predetermined condition” means that the output voltage of the fuel cell reaches a predetermined command transition voltage after starting to drop from the predetermined reduction target voltage. Features.

このように構成することにより、燃料電池の出力電圧が降下を開始してから残留エアが消費され尽くされる時までの燃料電池の出力電圧の推移を予め把握し、残留エアが消費され尽くされた時の燃料電池の出力電圧を指令遷移電圧として設定しておけば、残留エアの存在を確実に抑制した状態で燃料電池の発電電圧を所定の運転目標電圧に引き上げることが可能となる。ここで、この指令遷移電圧は、酸素ガス不足となって燃料電池の出力電圧の低下が始まってからほぼ総ての残留エアが消費され尽くされた場合の燃料電池の出力電圧であり、実験的・経験的に導き出される。   With this configuration, the transition of the output voltage of the fuel cell from when the output voltage of the fuel cell starts to drop until the time when the residual air is exhausted is grasped in advance, and the residual air is exhausted. If the output voltage of the fuel cell at that time is set as the command transition voltage, the power generation voltage of the fuel cell can be raised to a predetermined operation target voltage in a state where the presence of residual air is reliably suppressed. Here, this command transition voltage is an output voltage of the fuel cell when almost all residual air is consumed after the decrease in the output voltage of the fuel cell due to oxygen gas shortage.・ Derived from experience.

また、前記燃料電池システムにおいて、前記所定の条件が満たされた場合であって所定の第２条件が満たされている間の一定期間、前記電圧変換手段の出力電圧制御動作を停止させることを特徴とする。   Further, in the fuel cell system, the output voltage control operation of the voltage conversion unit is stopped for a certain period while the predetermined condition is satisfied and the predetermined second condition is satisfied. And

このように構成することにより、残留エアがほぼ消費され、燃料電池の出力電圧を拘束する必要が無くなった場合であって、電圧変換手段の動作が不要な若干の期間、電圧変換手段の動作を休止させ、電力消費を些少に抑えることが可能となる。   With this configuration, when the residual air is almost consumed and the output voltage of the fuel cell does not need to be constrained, the operation of the voltage conversion unit can be performed for a short period when the operation of the voltage conversion unit is unnecessary. It is possible to stop and reduce power consumption slightly.

例えば、この所定の第２条件は、前記電圧変換手段に蓄電装置が接続されており、前記電圧変換手段と前記燃料電池との間に接続される負荷装置に動作要求が無いことである。すなわち、電圧変換手段と燃料電池との間に接続される負荷装置（例えば、モータ、補機類）の動作が要求されていないような場合には、電圧変換手段の動作を停止しても支障が生じないからである。   For example, the predetermined second condition is that a power storage device is connected to the voltage conversion means, and there is no operation request for the load device connected between the voltage conversion means and the fuel cell. That is, when the operation of a load device (for example, a motor, auxiliary equipment) connected between the voltage conversion means and the fuel cell is not required, it is possible to stop the operation of the voltage conversion means. This is because no occurs.

また、前記燃料電池システムは、前記燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段をさらに備え、前記制御手段は、前記触媒活性化処理の開始時に、前記酸化ガス供給手段による酸化ガスの供給を停止させることを特徴とする。   The fuel cell system further includes an oxidizing gas supply means for supplying an oxidizing gas to the fuel cell, and the control means supplies the oxidizing gas by the oxidizing gas supply means at the start of the catalyst activation process. It is characterized by being stopped.

このように構成することにより、触媒層の活性化処理の最初で新たな酸化ガスの供給を絶つことができるので、残留エアを確実に消費させ、触媒を還元領域に遷移させ、触媒層の再生を図ることができる。   With this configuration, the supply of new oxidizing gas can be cut off at the beginning of the activation process of the catalyst layer, so that residual air is consumed reliably, the catalyst is transitioned to the reduction region, and the catalyst layer is regenerated. Can be achieved.

また、前記燃料電池システムにおいて、前記制御手段は、前記所定の条件が満たされてからさらに所定の一定時間経過してから前記酸化ガス供給手段による酸化ガスの供給を開始させることを特徴とする。   Further, in the fuel cell system, the control means starts the supply of the oxidizing gas by the oxidizing gas supply means after a predetermined fixed time has passed after the predetermined condition is satisfied.

このように構成することにより、残留エアがほぼ無くなりつつあることを示す燃料電池の出力電圧の低下が観測されてから一定時間経過後に残留エアが確実に消費され尽くされるタイミングを待って酸化ガスが供給されるので、電圧変換手段による燃料電池の出力電圧の抑制を解いた後でも燃料電池の出力電圧が還元領域以上に吹き上がる現象が防止され、触媒層の活性化処理を十分確実に行うことができる効果がある。   By configuring in this way, the oxidizing gas is awaited at the timing at which the residual air is surely consumed after a lapse of a certain time since the decrease in the output voltage of the fuel cell indicating that the residual air is almost disappearing is observed. Therefore, even after the suppression of the output voltage of the fuel cell by the voltage conversion means is released, the phenomenon that the output voltage of the fuel cell blows up beyond the reduction region is prevented, and the activation process of the catalyst layer is performed sufficiently reliably. There is an effect that can.

また、前記燃料電池システムにおいて、前記制御手段は、前記所定の条件が満たされてからさらに前記燃料電池の出力電圧が所定の酸化ガス供給電圧まで降下した時に、前記酸化ガス供給手段による酸化ガスの供給を開始させることを特徴とする。   Further, in the fuel cell system, the control means may further reduce the amount of oxidizing gas supplied by the oxidizing gas supply means when the output voltage of the fuel cell further drops to a predetermined oxidizing gas supply voltage after the predetermined condition is satisfied. The supply is started.

このように構成することにより残留エアがほぼ無くなりつつあることを示す燃料電池の出力電圧の低下が観測されてから残留エアが確実に消費され尽くされたことを示す酸化ガス供給電圧に達するのを待って酸化ガスが供給されるので、電圧変換手段による燃料電池の出力電圧の抑制を解いた後でも、燃料電池の出力電圧が還元領域以上に吹き上がる現象が防止され、触媒層の活性化処理を十分確実に行うことができる効果がある。   With this configuration, after the decrease in the output voltage of the fuel cell indicating that the residual air is almost disappearing is observed, the oxidation gas supply voltage indicating that the residual air has been consumed completely is reached. Since the oxidizing gas is supplied after waiting, the activation of the catalyst layer is prevented even after the suppression of the output voltage of the fuel cell by the voltage conversion means is released. There is an effect that can be performed sufficiently reliably.

さらに、前記燃料電池システムにおいて、前記還元目標電圧、前記指令遷移電圧、又は前記酸化ガス供給電圧の少なくとも一つは、触媒カーボン酸化の程度と触媒活性化の程度とに基づいて設定されたものであることを特徴とする。   Further, in the fuel cell system, at least one of the reduction target voltage, the command transition voltage, or the oxidizing gas supply voltage is set based on a degree of catalytic carbon oxidation and a degree of catalyst activation. It is characterized by being.

このように構成することにより、燃料電池の出力電圧が低すぎて触媒担持カーボンの酸化が発生する等の弊害が防止できる。   With such a configuration, it is possible to prevent problems such as oxidation of the catalyst-carrying carbon due to the output voltage of the fuel cell being too low.

本発明によれば、触媒層の活性化処理に際しては、触媒層の還元領域に達しても、燃料電池の発電電圧を即座に引き上げることなく、残留エアを十分に消費し終えてから燃料電池への電圧指令値を所定の待機電圧に引き上げるので、残留エアが存在する状態で燃料電池の発電電圧を所定の待機電圧に引き上げることにより燃料電池の発電電圧が還元領域に戻ることを防止することが可能となり、これにより、触媒層の活性化処理を迅速に、かつ、十分に行うことができる。   According to the present invention, in the activation treatment of the catalyst layer, even if the reduction region of the catalyst layer is reached, the fuel cell is not consumed immediately and the residual air is sufficiently consumed, and then the fuel cell is exhausted. Therefore, it is possible to prevent the power generation voltage of the fuel cell from returning to the reduction region by raising the power generation voltage of the fuel cell to the predetermined standby voltage in the presence of residual air. Thus, the activation treatment of the catalyst layer can be performed quickly and sufficiently.

次に本発明を実施するための好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
本発明の実施形態は、電気自動車に搭載するハイブリッド燃料電池システムに本発明を適用したものである。以下の実施形態は本発明の適用形態の単なる例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。 Next, preferred embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
In the embodiment of the present invention, the present invention is applied to a hybrid fuel cell system mounted on an electric vehicle. The following embodiments are merely examples of the application form of the present invention, and do not limit the present invention.

（実施形態１）
本実施形態１は、触媒層の再活性化を確実に行うことができる燃料電池の制御方法を実行する燃料電池システムを構成した一例に関する。
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を示す構成図である。
図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池システムは、後述する燃料電池１００にアノードガスである水素ガスを供給するアノードガス供給系１と、燃料電池１００にカソードガスである空気を供給するカソードガス供給系２と、電力系４と、本発明に係る触媒層の活性化に必要な制御を行う制御部５（制御手段）と、から構成されている。 (Embodiment 1)
The first embodiment relates to an example in which a fuel cell system that executes a fuel cell control method capable of reliably reactivating a catalyst layer is configured.
FIG. 1 is a configuration diagram showing the overall configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the fuel cell system according to the present embodiment supplies an anode gas supply system 1 that supplies hydrogen gas that is an anode gas to a fuel cell 100, which will be described later, and air that is a cathode gas to the fuel cell 100. The cathode gas supply system 2, the power system 4, and a control unit 5 (control means) that performs control necessary for activation of the catalyst layer according to the present invention.

燃料電池１００は、セル（単セル）を複数積層したスタック構造を備えている。各セルは、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）と呼ばれる発電体を、水素ガス、空気、冷却水の流路を有するセパレータ一対で挟み込んだ構造をしている。ＭＥＡは高分子電解質膜をアノード極及びカソード極の二つの電極で挟み込んだ構造をしている。アノード極は燃料極用触媒層を多孔質支持層上に設けて構成され、カソード極は空気極用触媒層を多孔質支持層上に設けて構成される。その他、燃料電池の形態として、リン酸型、溶融炭酸塩型等を用いることが可能である。これら電極の触媒層は、例えば白金粒子を付着させて構成されており、燃料電池の発電動作によってこの白金粒子に付着した酸化物を除去するための触媒活性化処理が本発明に関係する。   The fuel cell 100 has a stack structure in which a plurality of cells (single cells) are stacked. Each cell has a structure in which a power generation body called MEA (Membrane Electrode Assembly) is sandwiched between a pair of separators having flow paths of hydrogen gas, air, and cooling water. The MEA has a structure in which a polymer electrolyte membrane is sandwiched between two electrodes, an anode electrode and a cathode electrode. The anode electrode is configured by providing a fuel electrode catalyst layer on a porous support layer, and the cathode electrode is configured by providing an air electrode catalyst layer on a porous support layer. In addition, as the form of the fuel cell, a phosphoric acid type, a molten carbonate type, or the like can be used. The catalyst layers of these electrodes are constituted by adhering platinum particles, for example, and the present invention relates to a catalyst activation process for removing oxides adhering to the platinum particles by the power generation operation of the fuel cell.

燃料電池１００は水の電気分解の逆反応を起こすものであり、アノード（陰極）極側には燃料ガス供給系統１からアノードガスである水素ガスが供給される。カソード（陽極）極側にはカソードガス供給系統２から酸素を含んだカソードガスである空気が供給される。アノード極側では式（１）のような反応を、カソード極側では式（２）のような反応を生じさせて電子を循環させ電流を流すものである。   The fuel cell 100 causes a reverse reaction of water electrolysis, and hydrogen gas as anode gas is supplied from the fuel gas supply system 1 to the anode (cathode) electrode side. Air, which is a cathode gas containing oxygen, is supplied from the cathode gas supply system 2 to the cathode (anode) electrode side. A reaction such as the formula (1) is caused on the anode electrode side, and a reaction such as the formula (2) is caused on the cathode electrode side to circulate electrons and to pass a current.

Ｈ2 → ２Ｈ+＋２ｅ- …（１）
２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（２） H 2 → 2H + + 2e − (1)
2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O (2)

アノードガス供給系１は、水素ガス供給源としての水素タンク１０、アノードガス供給路１１、アノードオフガス排出路１２を備える。その他、図示しないが、水素ガスを流通させるための水素ポンプ、水素ガスの管理制御のために必要な元弁や調整弁、遮断弁、逆止弁、気液分離器等を備えていてもよい。   The anode gas supply system 1 includes a hydrogen tank 10 as a hydrogen gas supply source, an anode gas supply path 11, and an anode off gas discharge path 12. In addition, although not shown, a hydrogen pump for circulating hydrogen gas, a main valve and a regulating valve, a shut-off valve, a check valve, a gas-liquid separator, etc. necessary for hydrogen gas management control may be provided. .

水素タンク１０には高圧の水素ガスが充填されている。水素供給源としては高圧水素タンクの他に、水素吸蔵合金を用いた水素タンク、改質ガスによる水素供給機構、液体水素タンク、液化燃料タンク等種々のものを適用可能である。アノードガス供給路１１は、高圧の水素ガスを供給する配管であり、途中に図示しない調圧弁（レギュレータ）等を備えていてもよい。アノードガス供給路１１から供給された水素ガスは、燃料電池１００内において、マニホールド経由で各単セルのアノード極側に供給され、ＭＥＡのアノードにおいて電気化学反応を生じてからアノードオフガス（水素オフガス）として排出される。アノードオフガス排出路１２は、燃料電池１００から排出されたアノードオフガスを排出する経路であり、循環経路を形成していてもよい。循環経路を形成させるには、図示しない逆止弁やエジェクタを介して、再びアノードガス供給路１１にアノードオフガスを戻すように構成される。   The hydrogen tank 10 is filled with high-pressure hydrogen gas. As a hydrogen supply source, various types such as a hydrogen tank using a hydrogen storage alloy, a hydrogen supply mechanism using a reformed gas, a liquid hydrogen tank, and a liquefied fuel tank can be applied in addition to a high-pressure hydrogen tank. The anode gas supply path 11 is a pipe for supplying high-pressure hydrogen gas, and may be provided with a pressure regulating valve (regulator) or the like not shown. The hydrogen gas supplied from the anode gas supply path 11 is supplied to the anode electrode side of each single cell via the manifold in the fuel cell 100, and after an electrochemical reaction occurs at the anode of the MEA, the anode offgas (hydrogen offgas). As discharged. The anode off-gas discharge path 12 is a path for discharging the anode off-gas discharged from the fuel cell 100, and may form a circulation path. In order to form the circulation path, the anode off-gas is again returned to the anode gas supply path 11 via a check valve and an ejector (not shown).

カソードガス供給系２は、コンプレッサ２０、カソードガス供給路２１、カソードオフガス排出路２２を備える。その他、図１では図示しないが、カソードガスである空気の湿度を制御するための加湿器、カソードオフガス（空気オフガス）を除去する気液分離器、アノードオフガスをカソードオフガスと混合するための希釈器、消音器等を備えていてもよい。   The cathode gas supply system 2 includes a compressor 20, a cathode gas supply path 21, and a cathode offgas discharge path 22. In addition, although not shown in FIG. 1, a humidifier for controlling the humidity of the air that is the cathode gas, a gas-liquid separator that removes the cathode offgas (air offgas), and a diluter for mixing the anode offgas with the cathode offgas. A silencer or the like may be provided.

コンプレッサ２０は、エアクリーナ等から取り入れられた空気を圧縮し、空気量や空気圧を変更し、燃料電池１００のカソード極側に供給するものである。カソードガス供給路２１から供給された空気は、燃料電池１００内において、水素ガスと同じくマニホールド経由で各単セルのカソード極側に供給され、ＭＥＡのカソードにおいて電気化学反応を生じてからカソードオフガスとして排出される。燃料電池１００から排出されたカソードオフガスは、アノードオフガスと希釈されてから排出される。   The compressor 20 compresses air taken in from an air cleaner or the like, changes the air amount or air pressure, and supplies the air to the cathode electrode side of the fuel cell 100. In the fuel cell 100, the air supplied from the cathode gas supply path 21 is supplied to the cathode electrode side of each single cell via the manifold in the same manner as the hydrogen gas, and causes an electrochemical reaction at the cathode of the MEA as a cathode off gas. Discharged. The cathode offgas discharged from the fuel cell 100 is discharged after being diluted with the anode offgas.

電力系４は、バッテリ４０、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１、トラクションインバータ４２、トラクションモータ４３、補機インバータ４４、高圧補機４５、電流センサ４７、燃料電池の出力電圧を計測する電圧センサ４８、逆流防止ダイオード４９等を備えている。   The power system 4 includes a battery 40, a DC-DC converter 41, a traction inverter 42, a traction motor 43, an auxiliary machine inverter 44, a high voltage auxiliary machine 45, a current sensor 47, a voltage sensor 48 that measures the output voltage of the fuel cell, and a backflow prevention. A diode 49 and the like are provided.

バッテリ４０は、充放電可能な二次電池である。バッテリとしては、ニッケルー水素電池等、様々な種類の二次電池を用いることができる。二次電池の代わりに、充放電が可能な蓄電装置、例えばキャパシタを用いることが可能である。バッテリ４０は、一定電圧で発電するバッテリーユニットを複数積層し直列接続することによって高電圧を出力可能とすることができる。   The battery 40 is a chargeable / dischargeable secondary battery. As the battery, various types of secondary batteries such as a nickel-hydrogen battery can be used. Instead of the secondary battery, a chargeable / dischargeable power storage device such as a capacitor can be used. The battery 40 can output a high voltage by stacking a plurality of battery units that generate power at a constant voltage and connecting them in series.

ＤＣ−ＤＣコンバータ４１は、一次側と二次側との間で電圧の昇圧／降圧をして電力を流通させる本発明の電力変換手段に相当する構成である。例えば、一次側のバッテリ４０の出力電圧を、二次側の燃料電池１００の出力電圧にまで昇圧して、トラクションモータ４３や高圧補機４５等の負荷装置に電力を供給する。逆に、二次側において燃料電池１００の余剰電力や前記負荷装置からの回生電力を、降圧して一次側のバッテリ４０に充電するために通過させる。   The DC-DC converter 41 has a configuration corresponding to the power conversion means of the present invention in which power is circulated by increasing / decreasing the voltage between the primary side and the secondary side. For example, the output voltage of the primary side battery 40 is boosted to the output voltage of the secondary side fuel cell 100, and power is supplied to load devices such as the traction motor 43 and the high voltage auxiliary machine 45. On the other hand, surplus power of the fuel cell 100 and regenerative power from the load device are reduced on the secondary side and allowed to pass through in order to charge the battery 40 on the primary side.

トラクションインバータ４２は直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ４３に供給するものである。トラクションモータ４３は例えば三相モータであり、当該燃料電池システムが搭載される自動車の主動力源である。   The traction inverter 42 converts direct current into three-phase alternating current and supplies it to the traction motor 43. The traction motor 43 is, for example, a three-phase motor and is a main power source of an automobile on which the fuel cell system is mounted.

補機インバータ４４は、高圧補機４５を駆動するための直流−交流変換手段である。高圧補機４５は、コンプレッサ２０、水素ポンプ、冷却系のモータ類等の燃料電池システムの運転に必要な各種モータ類である。   The auxiliary machine inverter 44 is a DC-AC converting means for driving the high-voltage auxiliary machine 45. The high-pressure auxiliary machine 45 is various motors necessary for the operation of the fuel cell system, such as the compressor 20, a hydrogen pump, and a cooling system motor.

制御部５は、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インターフェース回路等を汎用コンピュータとしての構成を備えている。制御部５は、内蔵ＲＯＭ等に格納されているソフトウェアプログラムを順次実行することにより、主としてアノードガス供給系１、カソードガス供給系２、電力系４を含む燃料電池システム全体を制御する他、当該燃料電池システムにおいて本発明の触媒層の活性化方法を実行させることが可能になっている。   The control unit 5 includes a CPU (central processing unit), a RAM, a ROM, an interface circuit, and the like as a general-purpose computer. The control unit 5 executes the software program stored in the built-in ROM or the like in order to control the entire fuel cell system including the anode gas supply system 1, the cathode gas supply system 2, and the power system 4, and It is possible to execute the catalyst layer activation method of the present invention in a fuel cell system.

（動作説明）
次に本発明に係る触媒活性化処理の動作を説明する。
通常運転によって燃料電池のＭＥＡでは、上記式（１）に従ってアノード極側で生じた水素イオンが電解質膜を透過してカソード極側に移動し，カソード極側に供給されている酸化ガス（例えば空気）中の酸素とともに式（２）の電気化学反応によって酸素の還元反応を生じる。この結果、触媒層の組成成分（例えば白金）を酸素が覆って反応抵抗が増加し、発電効率が悪化する。触媒活性化（再生）処理は、還元反応によって触媒中の酸素を取り除くものである。具体的には、各単セルの端子電圧、すなわち燃料電池の出力電圧を下げて電流量を増加させ、触媒層の電気化学反応を通常運転時の酸化反応領域から還元反応領域に遷移させて触媒を活性化する。 (Description of operation)
Next, the operation of the catalyst activation process according to the present invention will be described.
In the MEA of a fuel cell by normal operation, hydrogen ions generated on the anode electrode side permeate the electrolyte membrane according to the above formula (1) and move to the cathode electrode side, and an oxidizing gas (for example, air) supplied to the cathode electrode side. The oxygen reduction reaction is caused by the electrochemical reaction of the formula (2) together with the oxygen in). As a result, the composition component (for example, platinum) of the catalyst layer is covered with oxygen, the reaction resistance is increased, and the power generation efficiency is deteriorated. The catalyst activation (regeneration) treatment is to remove oxygen in the catalyst by a reduction reaction. Specifically, the terminal voltage of each single cell, that is, the output voltage of the fuel cell is decreased to increase the amount of current, and the catalytic reaction of the catalyst layer is shifted from the oxidation reaction region to the reduction reaction region during normal operation. Activate.

コンバータの二次側電圧はコンバータへの電圧指令値に応じて変更可能になっているが、燃料電池の出力端子と並列接続されているため、コンバータに設定した目標二次側電圧に燃料電池の発電電圧が達しない場合には、コンバータの二次側電圧は目標二次側電圧に達しない。一方、燃料電池の発電電圧がコンバータの目標二次側電圧より高い場合には、強制的に燃料電池の発電電圧は目標二次側電圧に規制され、燃料電池のＩ−Ｖ特性に従って電流値が上昇する。すなわち、コンバータの二次側電圧は燃料電池の発電電圧の上限値を規定するものである。   The secondary voltage of the converter can be changed according to the voltage command value to the converter, but since it is connected in parallel with the output terminal of the fuel cell, the target secondary voltage set in the converter is set to the target secondary voltage. When the generated voltage does not reach, the secondary voltage of the converter does not reach the target secondary voltage. On the other hand, when the power generation voltage of the fuel cell is higher than the target secondary voltage of the converter, the power generation voltage of the fuel cell is forcibly regulated to the target secondary voltage, and the current value is in accordance with the IV characteristics of the fuel cell. To rise. That is, the secondary voltage of the converter defines the upper limit value of the power generation voltage of the fuel cell.

従来の触媒活性化処理では、触媒層が還元反応領域に入ったら、直ぐにコンバータの目標とする二次側電圧を規定する電圧指令値を上昇させていた。コンバータに対する電圧指令値を通常運転時の待機電圧にまで上昇させも、燃料電池に酸化ガスが残留していなければ燃料電池の出力電圧は上昇しない。しかしながら、実際には燃料電池スタック中にはセパレータの流路や配管に酸化ガス（空気：残留エア）が残留しているため、コンバータの電圧指令値を上昇させ、燃料電池に高電圧発電を許可してしまうと、その電圧指令値で規制される二次側電圧までは燃料電池の発電電圧上昇が可能な状態となっているので、燃料電池の出力電圧が一時的に上昇し、触媒層が酸化反応領域に遷移してしまう。   In the conventional catalyst activation process, as soon as the catalyst layer enters the reduction reaction region, the voltage command value that defines the target secondary voltage of the converter is increased. Even if the voltage command value for the converter is increased to the standby voltage during normal operation, the output voltage of the fuel cell will not increase unless oxidizing gas remains in the fuel cell. However, in actuality, oxidizing gas (air: residual air) remains in the separator channel and piping in the fuel cell stack, so the voltage command value of the converter is raised and the fuel cell is allowed to generate high voltage power. As a result, the power generation voltage of the fuel cell can be increased up to the secondary voltage regulated by the voltage command value, so the output voltage of the fuel cell temporarily rises and the catalyst layer Transition to the oxidation reaction region.

そこで本発明では、触媒活性化処理において、酸化ガスをほぼ完全に消費させるように制御して、触媒活性化処理を促進させるものである。以下、本実施形態の触媒活性化処理を説明する。   Therefore, in the present invention, in the catalyst activation process, the catalyst activation process is promoted by controlling so that the oxidizing gas is almost completely consumed. Hereinafter, the catalyst activation process of this embodiment will be described.

図２は、本発明の実施形態１に係る触媒燃料電池システムにおける燃料電池の発電電圧と触媒層再生処理の制御動作との関係を経時的に示すチャートである。図３は、本発明の実施形態１に係る燃料電池システムにおける制御部５の触媒層再生処理を中心とする動作を示すフローチャートである。   FIG. 2 is a chart showing the relationship between the power generation voltage of the fuel cell and the control operation of the catalyst layer regeneration process over time in the catalytic fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 3 is a flowchart showing an operation centering on the catalyst layer regeneration process of the control unit 5 in the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.

触媒活性化処理は、定期的に行うものとし、本実施形態１では、制御部５の内部タイマによって触媒活性化処理の開始タイミングが規定される。以下、例えば、時刻ｔ０に作動開始され、期間Ｔ０を計測するタイマを「タイマＴ０」と称する。触媒活性化処理のインターバル期間Ｔ４を計測するタイマは、タイマＴ４である。   The catalyst activation process is performed periodically. In the first embodiment, the start timing of the catalyst activation process is defined by the internal timer of the control unit 5. Hereinafter, for example, a timer that starts operating at time t0 and measures the period T0 is referred to as “timer T0”. A timer that measures the interval period T4 of the catalyst activation process is the timer T4.

図３に示すように、タイマＴ４の示す期間Ｔ４が経過するまでは（ステップＳ２／ＮＯ）触媒活性化処理が行われず、制御部５は、通常運転のために、コンバータ４１への電圧指令値を指示する指令信号ＣCONVを通常運転モードの目標電圧である待機電圧Ｖｈに維持し続ける（ステップＳ１）。これにより、燃料電池１００の出力電圧は待機電圧Ｖｈに維持され、適切なシステムへの電力供給がされる。ここで、待機電圧Ｖｈは、耐久性向上等の観点から燃料電池の出力電圧がこれ以上上昇して欲しくない上限値という意味で、高電圧回避電圧とも言う。 As shown in FIG. 3, until the time period T4 indicated by the timer T4 elapses (step S2 / NO), the catalyst activation process is not performed, and the control unit 5 determines the voltage command value to the converter 41 for normal operation. Is continuously maintained at the standby voltage Vh which is the target voltage in the normal operation mode (step S1). As a result, the output voltage of the fuel cell 100 is maintained at the standby voltage Vh, and power is supplied to an appropriate system. Here, the standby voltage Vh is also referred to as a high voltage avoidance voltage in the sense of an upper limit value in which the output voltage of the fuel cell is not desired to increase any more from the viewpoint of improving durability.

次いで、ステップＳ２において、タイマＴ４が計測していた期間Ｔ４が時刻ｔ０に到来すると（ＹＥＳ）、ステップＳ３において、制御部５はタイマＴ４を停止させ、代わりに電圧低下期間を計測するタイマＴ０を始動させる。同時に、ステップＳ４において、制御部５は、コンプレッサ２０に出力していた酸化ガス（例えば空気）を供給するコンプレッサ２０の駆動を停止させる指令信号ＣCOMPをコンプレッサ２０に送出する。これにより、コンプレッサ２０の駆動が停止し、酸化ガス供給系２を介する積極的な酸化ガスの供給が停止される。そしてステップＳ５において、制御部５は、コンバータ４１への電圧指令値である指令信号ＣCONVを、所定の応答特性に適合するように線形的に漸減させていく。上記処理により、燃料電池１００の出力電圧は、コンバータ４１の二次側電圧の漸減と酸化ガスの消費とが相俟って、図２に示すように直線的に降下していく。 Next, in step S2, when the period T4 measured by the timer T4 arrives at time t0 (YES), in step S3, the control unit 5 stops the timer T4, and instead sets the timer T0 for measuring the voltage drop period. Start. At the same time, in step S <b> 4, the control unit 5 sends to the compressor 20 a command signal C COMP that stops driving the compressor 20 that supplies the oxidizing gas (for example, air) that has been output to the compressor 20. As a result, the driving of the compressor 20 is stopped, and the active supply of the oxidizing gas via the oxidizing gas supply system 2 is stopped. In step S5, the control unit 5 gradually decreases the command signal C CONV that is a voltage command value to the converter 41 so as to conform to a predetermined response characteristic. By the above processing, the output voltage of the fuel cell 100 decreases linearly as shown in FIG. 2 due to the gradual decrease of the secondary voltage of the converter 41 and the consumption of the oxidizing gas.

ここで、電圧降下開始点の電圧は待機電圧Ｖｈであり漸減に係る電圧低下速度は予め定めたものであるから、還元目標電圧Ｖｒに至るまでに経過する時間（期間Ｔ０）も当然把握できる。制御部５は、この期間Ｔ０をタイマＴ０に設定する。   Here, the voltage at the voltage drop start point is the standby voltage Vh, and the voltage decrease speed for the gradual decrease is determined in advance. Therefore, the time (period T0) that elapses until the reduction target voltage Vr can be naturally understood. The control unit 5 sets this period T0 to the timer T0.

触媒層活性化処理の実行中は、発電電流量が上昇し発電電力量も上昇するので、燃料電池１００の発電により生ずる余剰電力は、ハイブリッド動作により、コンバータ４１経由でコンバータ４１の一次側に出力され、バッテリ４０に充電される。   During the execution of the catalyst layer activation process, the amount of generated current increases and the amount of generated power also increases, so surplus power generated by the power generation of the fuel cell 100 is output to the primary side of the converter 41 via the converter 41 by hybrid operation. The battery 40 is charged.

図２に示すように、燃料電池１００の出力電圧（コンバータ４１の二次側電圧）は漸減していき、時刻ｔ０から期間Ｔ０が経過した時刻ｔ１において還元目標電圧Ｖｒに到達する。この電圧は、触媒層が酸化反応領域から完全に還元反応領域に入る電圧として実験的に把握されているものである。   As shown in FIG. 2, the output voltage of the fuel cell 100 (secondary voltage of the converter 41) gradually decreases and reaches the reduction target voltage Vr at time t1 when the period T0 has elapsed from time t0. This voltage is experimentally grasped as a voltage at which the catalyst layer completely enters the reduction reaction region from the oxidation reaction region.

ステップＳ６において、期間Ｔ０が経過したことを検出すると（ＹＥＳ）、制御部５はステップＳ７に移行し、タイマＴ０を停止させる。次いで、ステップＳ８に移行し、制御部５はコンバータ４１への指令信号ＣCONVによる電圧指令値を還元目標電圧Ｖｒに維持する。これにより、燃料電池１００の出力電圧が還元目標電圧Ｖｒに固定され、触媒層における還元反応が促進され、触媒層の活性化が進む。 In step S6, when it is detected that the period T0 has elapsed (YES), the control unit 5 proceeds to step S7 and stops the timer T0. Subsequently, the process proceeds to step S8, and the control unit 5 maintains the voltage command value by the command signal C CONV to the converter 41 at the reduction target voltage Vr. As a result, the output voltage of the fuel cell 100 is fixed at the reduction target voltage Vr, the reduction reaction in the catalyst layer is promoted, and the activation of the catalyst layer proceeds.

還元目標電圧Ｖｒにおいて発電を継続すると、酸化ガス供給系２からの酸化ガスの供給が絶たれているため、燃料電池１００はセパレータの流路や配管に残留している酸化ガス（残留エア）のみで発電することとなり、ある時点（図２の時刻ｔ２）残留エアが欠乏し始める。残留エアが欠乏してくると、燃料電池１００は出力電圧を還元目標電圧Ｖｒに維持し続けることができなくなる。コンバータ４１の電圧指令値は、二次側電圧の上限を規制するだけなので、燃料電池１００の出力電圧は維持されることなく低下を始める。   If the power generation is continued at the reduction target voltage Vr, the supply of the oxidizing gas from the oxidizing gas supply system 2 is cut off, so that the fuel cell 100 uses only the oxidizing gas (residual air) remaining in the separator channel and piping. At this point (time t2 in FIG. 2), residual air begins to be deficient. When the residual air becomes insufficient, the fuel cell 100 cannot keep the output voltage at the reduction target voltage Vr. Since the voltage command value of the converter 41 only regulates the upper limit of the secondary side voltage, the output voltage of the fuel cell 100 starts to decrease without being maintained.

ここで、燃料電池の出力電圧を還元目標電圧Ｖｒに維持し出してから（時刻ｔ１）電圧低下が始まるまで（時刻ｔ２）の時間長は、残留エアの量に応じて変動するので、タイマ設定により計測することは余り好適ではない。よって、時間計測に代えて直接出力電圧を検出して残留エア量の変動を把握している。   Here, since the time length from when the output voltage of the fuel cell is maintained at the reduction target voltage Vr (time t1) until the voltage reduction starts (time t2) varies depending on the amount of residual air, the timer setting is performed. It is not very suitable to measure by this. Therefore, instead of measuring the time, the output voltage is directly detected to grasp the fluctuation of the residual air amount.

ステップＳ９において、燃料電池１００の出力電圧が低下始めることが検出されると（ＹＥＳ）、ステップＳ１０において、制御部５は内部タイマＴ２を作動させる。タイマＴ２が計測する期間Ｔ２は、酸化ガスの欠乏が開始してからさらに還元反応が進むことによりほぼ確実に残留エアが消費されたと思われる期間長である。   If it is detected in step S9 that the output voltage of the fuel cell 100 starts to decrease (YES), the controller 5 activates the internal timer T2 in step S10. The period T2 measured by the timer T2 is a period length in which it is considered that the remaining air is almost certainly consumed by the further progress of the reduction reaction after the deficiency of the oxidizing gas starts.

期間Ｔ２が経過し時刻ｔ３に近づくと、燃料電池１００の内部には残留エアがほぼ皆無となり、その出力電圧は指令遷移電圧Ｖｃに達する。ステップＳ１１において期間Ｔ２が経過したことを検出すると（ＹＥＳ）、制御部５はステップＳ１２において、電圧指令値を再び待機電圧Ｖｒにする指令信号ＣCONVをコンバータ４１へ出力する。この時分には酸化ガスが残留していないので、コンバータ４１の二次側電圧上限値がいきなり高電圧に変更されても燃料電池１００の出力電圧がそれに対応して急激に上昇する（吹き上がる）ことが無いのである。 When the period T2 elapses and approaches time t3, there is almost no residual air in the fuel cell 100, and the output voltage reaches the command transition voltage Vc. If it is detected in step S11 that the period T2 has elapsed (YES), the control unit 5 outputs to the converter 41 a command signal C CONV that sets the voltage command value to the standby voltage Vr again in step S12. Since no oxidizing gas remains at this time, even if the secondary side voltage upper limit value of the converter 41 is suddenly changed to a high voltage, the output voltage of the fuel cell 100 rises correspondingly (blows up). There is nothing.

ここでコンバータ４１への待機電圧Ｖｈの指示と同時に酸素ガスの供給を開始してもよいが、本実施形態では、より完全に還元反応を全うするため、コンバータへの高電圧許可よりも遅いタイミングで酸化ガスを供給する。そこで、ステップＳ１３において、制御部５はタイマＴ２を停止させ、代わりに期間Ｔ３を計測するタイマＴ３を作動させる。この期間Ｔ３は、燃料電池の出力電圧が指令遷移電圧Ｖｃからさらに低下しエア供給電圧Ｖａに達する時間を計測するものである。この指令遷移電圧Ｖｃからエア供給電圧Ｖａの電圧範囲は、燃料電池の触媒層にとって高い効率で還元反応が進むと同時に、電圧低下に応じて増加する触媒カーボンの酸化反応が進みすぎない電圧に選択されている。期間Ｔ３が経過し時刻ｔ４に近づくに連れ、燃料電池の出力電圧もエア供給電圧Ｖａに接近する。   Here, the supply of the oxygen gas may be started simultaneously with the instruction of the standby voltage Vh to the converter 41. However, in this embodiment, in order to complete the reduction reaction more completely, the timing is later than the high voltage permission to the converter. Supply oxidant gas. Therefore, in step S13, the control unit 5 stops the timer T2, and operates the timer T3 that measures the period T3 instead. This period T3 measures the time when the output voltage of the fuel cell further decreases from the command transition voltage Vc and reaches the air supply voltage Va. The voltage range from the command transition voltage Vc to the air supply voltage Va is selected so that the reduction reaction proceeds with high efficiency for the catalyst layer of the fuel cell and at the same time the oxidation reaction of the catalytic carbon that increases as the voltage decreases does not proceed too much. Has been. As the period T3 elapses and the time t4 approaches, the output voltage of the fuel cell also approaches the air supply voltage Va.

ステップＳ１４において、期間Ｔ３が経過したことを検出すると（ＹＥＳ）、制御部５はステップＳ１５に移行し、エアブローを許可する。すなわち、制御部５は、コンプレッサ２０の動作を再開させる指令信号ＣCOMPをコンプレッサ２０に送出する。これにより、酸化ガス系２から空気が多量に燃料電池１００のカソード極に供給され、燃料電池１００の出力電圧が急激に増加し、待機電圧Ｖｈに漸近する。ステップＳ１６において、制御部５は、タイマＴ３を停止させ、次の触媒活性化処理までのインターバル期間Ｔ４を計測するタイマＴ４を始動させる。 If it is detected in step S14 that the period T3 has elapsed (YES), the control unit 5 proceeds to step S15 and permits air blow. That is, the control unit 5 sends a command signal C COMP for resuming the operation of the compressor 20 to the compressor 20. As a result, a large amount of air is supplied from the oxidizing gas system 2 to the cathode electrode of the fuel cell 100, the output voltage of the fuel cell 100 increases rapidly, and gradually approaches the standby voltage Vh. In step S16, the control unit 5 stops the timer T3 and starts a timer T4 that measures an interval period T4 until the next catalyst activation process.

（実施形態１の利点）
本実施形態１によれば、以下の利点がある。
１）上記実施形態１によれば、燃料電池１００の出力電圧が還元目標電圧に達しても（時刻ｔ１）直ぐにはコンバータ４１へ運転目標電圧を指令せず、出力電圧が低下を始めるまで待ち（期間Ｔ１）、さらに若干の期間（期間Ｔ２）経過してから、燃料電池１００に対する上限電圧を定めるコンバータ４１に対する電圧指令値を元に戻す。このため、残留エアにより出力電圧が一時的に上昇して触媒層を酸化反応領域に遷移させてしまうことがない。よって、触媒層の還元反応時間を長期間確保でき、触媒の酸素をほぼ完全に除去して触媒層を十分に再活性化させることが可能となる。 (Advantages of Embodiment 1)
The first embodiment has the following advantages.
1) According to the first embodiment, even if the output voltage of the fuel cell 100 reaches the reduction target voltage (time t1), the operation target voltage is not instructed immediately to the converter 41 and waits until the output voltage starts to decrease ( After a lapse of a further period (period T2), the voltage command value for the converter 41 that determines the upper limit voltage for the fuel cell 100 is restored. For this reason, the output voltage is not temporarily increased by the residual air, and the catalyst layer is not shifted to the oxidation reaction region. Therefore, the reduction reaction time of the catalyst layer can be ensured for a long time, and the catalyst layer can be sufficiently reactivated by removing the oxygen of the catalyst almost completely.

２）上記実施形態１によれば、酸化ガスの供給を開始するタイミングを、コンバータ４１への電圧指令値を元に戻してからさらに若干の期間（期間Ｔ３）経過するまで待つので、触媒層の活性化を限界にまで促進しることができる。   2) According to the first embodiment, the timing of starting the supply of the oxidizing gas is waited until a further period (period T3) elapses after the voltage command value to the converter 41 is returned to the original value. Activation can be promoted to the limit.

３）上記実施形態１によれば、残留エアの欠乏を実際の燃料電池の出力電圧が低下し出したことで検知するので、その時々の残留エアの残量によって触媒活性化の度合いが変動するということを防止し、毎回完全な触媒活性化が行える。   3) According to the first embodiment, since the lack of residual air is detected by the actual output voltage of the fuel cell decreasing, the degree of catalyst activation varies depending on the remaining amount of residual air at that time. In this way, complete catalyst activation can be performed every time.

４）上記実施形態１によれば、還元目標電圧Ｖｒ、指令遷移電圧Ｖｃ、及びエア供給電圧Ｖａは、触媒カーボン酸化の程度と、触媒活性化の程度とに基づいて設定されるので、触媒活性化のための出力電圧を過剰に触媒カーボンが酸化される手前のレベルに抑えることができる。   4) According to the first embodiment, the reduction target voltage Vr, the command transition voltage Vc, and the air supply voltage Va are set based on the degree of catalytic carbon oxidation and the degree of catalyst activation. The output voltage for the conversion can be suppressed to a level just before the catalytic carbon is oxidized excessively.

（実施形態２）
上記実施形態１では制御部５がタイマを動作させて処理タイミングを検出していたが、本実施形態２では、実際の燃料電池の出力電圧を検出して処理タイミングを検出するものである。
本実施形態２におけるシステム構成は、図１に示すような上記実施形態１と同様のものとする。
図４は、本発明の実施形態２に係る燃料電池システムにおける制御部５の触媒層再生処理を中心とする動作を示すフローチャートを示す。本実施形態２の動作の前提として、制御部５は、電圧センサ４８で検出される燃料電池１００の出力電圧（コンバータ４１の二次側電圧）を定期的に監視しているものとする。以下、前記実施形態１と同様の処理は、同じステップ番号を付す。 (Embodiment 2)
In the first embodiment, the control unit 5 operates the timer to detect the processing timing. However, in the second embodiment, the actual fuel cell output voltage is detected to detect the processing timing.
The system configuration in the second embodiment is the same as that in the first embodiment as shown in FIG.
FIG. 4 is a flowchart showing an operation centering on the catalyst layer regeneration processing of the control unit 5 in the fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention. As a premise of the operation of the second embodiment, it is assumed that the control unit 5 periodically monitors the output voltage of the fuel cell 100 (secondary voltage of the converter 41) detected by the voltage sensor 48. Hereinafter, the same steps as those in the first embodiment are denoted by the same step numbers.

図４に示すように、ステップＳ１において、制御部５は、通常運転のために、コンバータ４１への電圧指令値を指示する指令信号ＣCONVを通常運転モードの目標電圧である待機電圧Ｖｈに維持し続ける。 As shown in FIG. 4, in step S1, the control unit 5 maintains the command signal C CONV instructing the voltage command value to the converter 41 at the standby voltage Vh, which is the target voltage in the normal operation mode, for normal operation. Keep doing.

ステップＳ２０において、制御部５は、触媒活性化処理を行う状態となったか否かを判定する。この触媒活性化処理を行うべきか否かの判定については、幾つかの考え方を適用可能である。例えば、前記実施形態１では、触媒活性化処理を所定のインターバル期間Ｔ４毎に定期的に行うものとしていたため、内部タイマＴ４の時間経過を触媒活性化処理の契機としていた。   In step S <b> 20, the control unit 5 determines whether or not the catalyst activation process has been started. Several ideas can be applied to determine whether or not to perform this catalyst activation treatment. For example, in the first embodiment, since the catalyst activation process is periodically performed every predetermined interval period T4, the passage of time of the internal timer T4 is used as an opportunity for the catalyst activation process.

しかしながら、触媒活性化処理は必ずしも定期的に行えばよいものではない。触媒の酸化物形成量は使用状態によって変動するからである。例えば、触媒に酸化物が多量に形成されるようになるとセルの出力が低下してくる。すなわち、本来燃料電池が有していたＩ−Ｖ特性どおりに出力が取り出せなくなる。よって、燃料電池の出力電圧を所定の電圧に設定したとしても、実際に取り出せる電流量が、Ｉ−Ｖ特性より推測していた電流量に達しなくなってきたら、触媒活性化が必要だと判定できる。   However, the catalyst activation process is not necessarily performed periodically. This is because the oxide formation amount of the catalyst varies depending on the state of use. For example, when a large amount of oxide is formed on the catalyst, the output of the cell decreases. That is, the output cannot be taken out according to the IV characteristic originally possessed by the fuel cell. Therefore, even if the output voltage of the fuel cell is set to a predetermined voltage, it can be determined that catalyst activation is necessary if the amount of current that can be actually extracted does not reach the amount of current estimated from the IV characteristics. .

以上より、制御部５は、何からの条件により燃料電池１００の動作状態や燃料電池の発電状況を監視し、所定の条件に達した場合に、触媒活性化が必要なものと判断することが可能である。   From the above, the control unit 5 can monitor the operating state of the fuel cell 100 and the power generation status of the fuel cell under any condition, and determine that the catalyst activation is necessary when the predetermined condition is reached. Is possible.

ステップＳ２０において、触媒活性化処理が必要と判定された場合（ＹＥＳ）、制御部５はステップＳ４に移行し、コンプレッサ２０に出力していた酸化ガス（例えば空気）を供給するコンプレッサ２０の駆動を停止させる指令信号ＣCOMPをコンプレッサ２０に送出する。これにより、コンプレッサ２０の駆動が停止し、酸化ガス供給系２を介する積極的な酸化ガスの供給が停止される。次いでステップＳ５に移行し、制御部５はコンバータ４１への電圧指令値である指令信号ＣCONVを、所定の応答特性により線形的に漸減させていく。上記処理により、燃料電池１００の出力電圧は、コンバータ４１の二次側電圧の漸減と酸化ガスの消費とが相俟って、図２に示すように直線的に降下していく。 In step S20, when it is determined that the catalyst activation process is necessary (YES), the control unit 5 proceeds to step S4 and drives the compressor 20 that supplies the oxidizing gas (for example, air) output to the compressor 20. A command signal C COMP to be stopped is sent to the compressor 20. As a result, the driving of the compressor 20 is stopped, and the active supply of the oxidizing gas via the oxidizing gas supply system 2 is stopped. Next, the process proceeds to step S5, where the control unit 5 gradually decreases the command signal C CONV that is a voltage command value to the converter 41 linearly according to a predetermined response characteristic. By the above processing, the output voltage of the fuel cell 100 decreases linearly as shown in FIG. 2 due to the gradual decrease of the secondary voltage of the converter 41 and the consumption of the oxidizing gas.

ここで、上記実施形態１ではタイマＴ０により電圧降下の開始から終了までの期待時間を測定していたが、本実施形態２では、ステップＳ２１において直接燃料電池１００の出力電圧を計測することとする。システムの動作状態が期待されたものである場合、図２の時刻ｔ１に達する頃には、燃料電池１００の出力電圧が還元目標電圧Ｖｒに到達するはずである。   Here, in the first embodiment, the expected time from the start to the end of the voltage drop is measured by the timer T0. However, in the second embodiment, the output voltage of the fuel cell 100 is directly measured in step S21. . When the operating state of the system is as expected, the output voltage of the fuel cell 100 should reach the reduction target voltage Vr around the time t1 in FIG.

ステップＳ２１において燃料電池１００の出力電圧が還元目標電圧Ｖｒに到達したことを検出すると（ＹＥＳ）、ステップＳ８に移行し、制御部５はコンバータ４１への指令信号ＣCONVによる電圧指令値を還元目標電圧Ｖｒに維持する。これにより、燃料電池１００の出力電圧が還元目標電圧Ｖｒに固定され、触媒層における還元反応が促進され、触媒層の活性化が進む。 When it is detected in step S21 that the output voltage of the fuel cell 100 has reached the reduction target voltage Vr (YES), the process proceeds to step S8, and the control unit 5 determines the voltage command value by the command signal C CONV to the converter 41 as the reduction target. The voltage Vr is maintained. As a result, the output voltage of the fuel cell 100 is fixed at the reduction target voltage Vr, the reduction reaction in the catalyst layer is promoted, and the activation of the catalyst layer proceeds.

還元目標電圧Ｖｒにおいて発電を継続すると、上記実施形態１で説明したように、燃料電池１００の出力電圧は維持されることなく低下を始める。ステップＳ９において、燃料電池１００の出力電圧が低下始めることが検出されると（ＹＥＳ）、ステップＳ２２に移行し、制御部５はさらに燃料電池１００の出力電圧の検出を短いインターバルで継続する。そして、その出力電圧の監視は、燃料電池の出力電圧が指令遷移電圧Ｖｃに達するまでの期間（ステップＳ２３／ＮＯ）継続する。ステップＳ２３において、燃料電池の出力電圧が指令遷移電圧Ｖｃに到達したら（ＹＥＳ）、制御部５はステップＳ１２において、電圧指令値を再び待機電圧Ｖｒにする指令信号ＣCONVをコンバータ４１へ出力する。この時分には酸化ガスが残留していないので、コンバータ４１の二次側電圧上限値がいきなり高電圧に変更されても燃料電池１００の出力電圧がそれに対応して急激に上昇する（吹き上がる）ことが無い。 When power generation is continued at the reduction target voltage Vr, as described in the first embodiment, the output voltage of the fuel cell 100 starts to decrease without being maintained. In step S9, when it is detected that the output voltage of the fuel cell 100 starts to decrease (YES), the process proceeds to step S22, and the control unit 5 further continues to detect the output voltage of the fuel cell 100 at a short interval. The monitoring of the output voltage continues for a period until the output voltage of the fuel cell reaches the command transition voltage Vc (step S23 / NO). If the output voltage of the fuel cell reaches the command transition voltage Vc in step S23 (YES), the control unit 5 outputs to the converter 41 a command signal C CONV that sets the voltage command value to the standby voltage Vr again in step S12. Since no oxidizing gas remains at this time, even if the secondary side voltage upper limit value of the converter 41 is suddenly changed to a high voltage, the output voltage of the fuel cell 100 rises correspondingly (blows up). There is nothing.

ここでコンバータ４１への待機電圧Ｖｈの指示と同時に酸素ガスの供給を開始してもよいが、本実施形態では、より完全に還元反応を全うするため、コンバータへの高電圧許可よりも遅いタイミングで酸化ガスを供給する。この指令遷移電圧Ｖｃからエア供給電圧Ｖａの電圧範囲は、燃料電池の触媒層にとって高い効率で還元反応が進むと同時に、電圧低下に応じて増加する触媒カーボンの酸化反応が進みすぎない電圧に選択されている。期間Ｔ３が経過し時刻ｔ４に近づくに連れ、燃料電池の出力電圧もエア供給電圧Ｖａに接近する。ステップＳ２４において、制御部５はさらに燃料電池１００の出力電圧の検出を短いインターバルで継続する。そして、燃料電池の出力電圧がエア供給電圧Ｖａに達するまで（ステップＳ２５／ＮＯ）、制御部５は電圧監視を継続する。ステップＳ２５において、燃料電池の出力電圧がエア供給電圧Ｖａに到達したら（ＹＥＳ）、制御部５はステップＳ１５に移行し、エアブローを許可する。すなわち、制御部５は、コンプレッサ２０の動作を再開させる指令信号ＣCOMPをコンプレッサ２０に送出する。これにより、酸化ガス系２から空気が多量に燃料電池１００のカソード極に供給され、燃料電池１００の出力電圧が急激に増加し、待機電圧Ｖｈに漸近する。 Here, the supply of the oxygen gas may be started simultaneously with the instruction of the standby voltage Vh to the converter 41. However, in this embodiment, in order to complete the reduction reaction more completely, the timing is later than the high voltage permission to the converter. Supply oxidant gas. The voltage range from the command transition voltage Vc to the air supply voltage Va is selected so that the reduction reaction proceeds with high efficiency for the catalyst layer of the fuel cell and at the same time the oxidation reaction of the catalytic carbon that increases as the voltage decreases does not proceed too much. Has been. As the period T3 elapses and the time t4 approaches, the output voltage of the fuel cell also approaches the air supply voltage Va. In step S24, the control unit 5 further continues the detection of the output voltage of the fuel cell 100 at short intervals. Then, the control unit 5 continues voltage monitoring until the output voltage of the fuel cell reaches the air supply voltage Va (step S25 / NO). In step S25, if the output voltage of the fuel cell reaches the air supply voltage Va (YES), the control unit 5 proceeds to step S15 and permits air blow. That is, the control unit 5 sends a command signal C COMP for resuming the operation of the compressor 20 to the compressor 20. As a result, a large amount of air is supplied from the oxidizing gas system 2 to the cathode electrode of the fuel cell 100, the output voltage of the fuel cell 100 increases rapidly, and gradually approaches the standby voltage Vh.

以上、本実施形態２によれば、触媒活性化処理において、制御部５はタイマを動作させる代わりに、実際の燃料電池１００の出力電圧を検出して次の処理に移るタイミングを把握していた。燃料電池の出力電圧の変化は実際の燃料電池１００の内部に残留している酸化ガスの量に影響を受ける。燃料電池の出力電圧に基づいて処理するということは、実際の燃料電池内部の酸化ガス残留量に応じて処理タイミングを決定していることになる。つまり、本実施形態２によれば、残留エアの量に応じた適切なタイミングで触媒活性化処理を進めることができるのである。   As described above, according to the second embodiment, in the catalyst activation process, instead of operating the timer, the control unit 5 detects the actual output voltage of the fuel cell 100 and grasps the timing for proceeding to the next process. . The change in the output voltage of the fuel cell is affected by the amount of oxidizing gas remaining inside the actual fuel cell 100. The processing based on the output voltage of the fuel cell means that the processing timing is determined according to the actual residual amount of oxidizing gas inside the fuel cell. That is, according to the second embodiment, the catalyst activation process can be performed at an appropriate timing according to the amount of residual air.

なお本実施形態２のように燃料電池１００の出力電圧を検出する場合と前記実施形態１のようにタイマにより処理タイミングを検出する場合とを併用してもよい。つまり、燃料電池１００の出力電圧検出に代えて、タイマＴ０〜Ｔ４のいずれか１以上を利用してもよい。   The case where the output voltage of the fuel cell 100 is detected as in the second embodiment and the case where the processing timing is detected by a timer as in the first embodiment may be used in combination. That is, instead of detecting the output voltage of the fuel cell 100, any one or more of the timers T0 to T4 may be used.

（実施形態３）
上記各実施形態では燃料電池の出力電圧の自然低下が観測された後若干期間後、コンバータの電圧指令値を元に戻していたが、本実施形態３では、コンバータの動作が不要な期間、一時的にコンバータの動作を停止させる。 (Embodiment 3)
In each of the above embodiments, the voltage command value of the converter is returned to its original value after a period of time after a natural drop in the output voltage of the fuel cell is observed. The operation of the converter is stopped.

本実施形態２におけるシステム構成は、図１に示すような上記実施形態１と同様のものとする。但し、制御部５は、トラクションモータ４３および／または高圧補機４５に対する動作要求の有無を検出可能になっているものとする。   The system configuration in the second embodiment is the same as that in the first embodiment as shown in FIG. However, the control part 5 shall be able to detect the presence or absence of the operation request | requirement with respect to the traction motor 43 and / or the high voltage | pressure auxiliary machine 45. FIG.

図５は、本発明の実施形態３に係る触媒燃料電池システムにおける燃料電池の発電電圧と触媒層再生処理の制御動作との関係を経時的に示すチャートである。図６は、本発明の実施形態３に係る燃料電池システムにおける制御部５の触媒層再生処理を中心とする動作を示すフローチャートである。図６において、前記実施形態１と同じ処理に係る部分には、同じステップ番号を付してある。   FIG. 5 is a chart showing the relationship between the power generation voltage of the fuel cell and the control operation of the catalyst layer regeneration process over time in the catalytic fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 6 is a flowchart showing an operation centering on the catalyst layer regeneration process of the control unit 5 in the fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 6, the same step numbers are assigned to the parts related to the same processing as in the first embodiment.

図５に示すように、触媒活性化処理において、燃料電池１００の出力電圧が還元目標電圧Ｖｒに到達後、暫くとすると（時刻ｔ０から期間Ｔ０＋Ｔ１経過後）、前記実施形態１で説明したように、残留エアが欠乏し始める。残留エアが欠乏してくると、燃料電池１００は出力電圧を還元目標電圧Ｖｒに維持し続けることができなくなる。   As shown in FIG. 5, in the catalyst activation process, if the output voltage of the fuel cell 100 reaches the reduction target voltage Vr for a while (after the time T0 + T1 has elapsed from the time t0), as described in the first embodiment. Residual air begins to run out. When the residual air becomes insufficient, the fuel cell 100 cannot keep the output voltage at the reduction target voltage Vr.

さらに触媒活性化処理を継続すると、酸化ガスの欠乏がさらに進むことにより、ほぼ確実に残留エアが消費されたと思われる状態（時刻ｔ２から期間Ｔ２経過後）となる。この時の燃料電池１００の出力電圧は指令遷移電圧Ｖｃに達しているはずである。ここまでの動作は前記実施形態１の図３、Ｓ１〜Ｓ１１までと同様である。   If the catalyst activation process is further continued, the deficiency of the oxidizing gas further proceeds, so that the state where the remaining air is considered to have been consumed almost certainly (after the period T2 has elapsed from the time t2). The output voltage of the fuel cell 100 at this time should have reached the command transition voltage Vc. The operations up to here are the same as those in FIG. 3 and S1 to S11 of the first embodiment.

ここで、残留エアが消費されたと推測されるこの状態（第１の条件）は燃料電池１００の内部にほぼ酸化ガスが残っていない燃料が枯渇した状態であるため、コンバータ４１の電圧指令値がどのように指示されていようと、燃料電池１００は出力電圧を上げることができない。つまり、酸化ガスを含むエアが新たに供給されるまでは、コンバータ４１が動作する必要は無いといえる。   Here, this state (first condition) in which the residual air is estimated to be consumed is a state in which fuel in which almost no oxidizing gas remains in the fuel cell 100 is depleted, so that the voltage command value of the converter 41 is Regardless of how it is instructed, the fuel cell 100 cannot increase the output voltage. That is, it can be said that the converter 41 does not need to operate until air containing oxidizing gas is newly supplied.

しかしながら、第１の条件が成立したからといって、コンバータ４１の動作が必要な場合にはコンバータを停止することはできない。例えば、コンバータ４１を介してバッテリ４０から上記トラクションモータ４３や高圧補機４５に電力を供給すべき場合にはコンバータを停止できない。このため、制御部５は、第１の条件成立に加え、上記トラクションモータ４３や高圧補機４５に動作要求が無いという条件（第２の条件）が成立していることを確認して、コンバータ４１の動作を停止するのである。   However, even if the first condition is satisfied, the converter cannot be stopped when the operation of the converter 41 is necessary. For example, when power should be supplied from the battery 40 to the traction motor 43 and the high voltage auxiliary machine 45 via the converter 41, the converter cannot be stopped. Therefore, in addition to the first condition being satisfied, the control unit 5 confirms that the condition that the traction motor 43 and the high-voltage auxiliary machine 45 have no operation request (second condition) is satisfied, and the converter 5 The operation of 41 is stopped.

本実施形態３では、上記第１の条件と第２の条件とがともに成立する場合に、エアブロー、すなわち燃料電池１００に酸化ガスを供給する時までコンバータを休止させる。   In the third embodiment, when both the first condition and the second condition are satisfied, the converter is suspended until air blow, that is, when the oxidizing gas is supplied to the fuel cell 100.

ステップＳ１１において、燃料電池１００の出力電圧の自然低下が開始してから期間Ｔ２が経過したことを検出し（第１の条件成立）、さらにトラクションモータ４３や高圧補機４５に動作要求が無いことを確認（第２の条件成立）すると（ＹＥＳ）、制御部５はステップＳ３０において、コンバータ４１の動作を停止（ＯＦＦ）させる。この処理により、図５に示すように時刻ｔ３から、コンバータ４１の二次側端子はハイインピーダンス状態になる。また、ステップＳ１３において、制御部５は、タイマＴ２を停止させ、代わりに期間Ｔ３を計測するタイマＴ３を作動させる。   In step S11, it is detected that the period T2 has elapsed since the natural decrease in the output voltage of the fuel cell 100 has started (the first condition is satisfied), and there is no operation request for the traction motor 43 or the high-voltage auxiliary machine 45. Is confirmed (the second condition is satisfied) (YES), the control unit 5 stops (OFF) the operation of the converter 41 in step S30. By this processing, as shown in FIG. 5, the secondary side terminal of the converter 41 enters the high impedance state from time t3. In step S13, the control unit 5 stops the timer T2, and operates the timer T3 that measures the period T3 instead.

時刻ｔ３以降、燃料電池１００は、コンバータ４１の動作状態とは無関係に、酸化ガス欠乏により出力電圧が低下し続ける。期間Ｔ３が経過し時刻ｔ４に近づくに連れ、燃料電池の出力電圧もエア供給電圧Ｖａに接近する。   After the time t3, the output voltage of the fuel cell 100 continues to decrease due to the lack of oxidizing gas regardless of the operating state of the converter 41. As the period T3 elapses and the time t4 approaches, the output voltage of the fuel cell also approaches the air supply voltage Va.

ステップＳ１４において、期間Ｔ３が経過したことを検出すると（ＹＥＳ）、制御部５はステップＳ３１に移行し、エアブローを許可すると同時に、コンバータ４１の動作を再開（ＯＮ）させる。コンバータ４１への電圧指令値は待機電圧Ｖｈである。すなわち、制御部５は、コンプレッサ２０の動作を再開（ＯＮ）させる指令信号ＣCOMPをコンプレッサ２０に送出し、燃料電池１００の出力電圧上限値を待機電圧Ｖｒに規制する指令信号ＣCONVをコンバータ４１へ出力する。酸化ガスが供給されるので、燃料電池１００の出力電圧は、コンバータ４１の二次側電圧の上昇と同時に急激に増加し、待機電圧Ｖｈに漸近する。ステップＳ１６において、制御部５は、タイマＴ３を停止させ、次の触媒活性化処理までのインターバル期間Ｔ４を計測するタイマＴ４を始動させる。 In step S14, when it is detected that the period T3 has elapsed (YES), the control unit 5 proceeds to step S31 and permits air blow and simultaneously restarts (ON) the operation of the converter 41. The voltage command value to the converter 41 is the standby voltage Vh. That is, the control unit 5 sends a command signal C COMP for restarting (ON) the operation of the compressor 20 to the compressor 20, and converts the command signal C CONV for regulating the output voltage upper limit value of the fuel cell 100 to the standby voltage Vr. Output to. Since the oxidizing gas is supplied, the output voltage of the fuel cell 100 rapidly increases simultaneously with the increase of the secondary side voltage of the converter 41 and gradually approaches the standby voltage Vh. In step S16, the control unit 5 stops the timer T3 and starts a timer T4 that measures an interval period T4 until the next catalyst activation process.

以上、本実施形態３によれば、燃料電池１００の出力電圧の上限値を規制するという役割が不要になるエアブロー前の若干の期間、コンバータ４１の動作を停止させるので、システムに影響の無い範囲で電力消費量を低減させることが可能である。   As described above, according to the third embodiment, the operation of the converter 41 is stopped for a certain period before the air blow, in which the role of regulating the upper limit value of the output voltage of the fuel cell 100 is not required. It is possible to reduce power consumption.

（その他の実施形態）
本発明は上記実施形態以外にも種々に変更して適用することが可能である。
例えば、上記実施形態では、触媒層再生処理においてコンプレッサ２０の駆動を制御したが、この制御と連動させて水素タンク１０からの水素供給を制御する構成としてもよい。 (Other embodiments)
The present invention can be applied with various modifications other than the above embodiment.
For example, in the above embodiment, the drive of the compressor 20 is controlled in the catalyst layer regeneration process. However, the hydrogen supply from the hydrogen tank 10 may be controlled in conjunction with this control.

また、上記各実施形態における処理ステップの順序を適宜入れ替えることは可能である。   In addition, it is possible to appropriately change the order of the processing steps in the above embodiments.

また、上記各実施形態における燃料電池システムは、電気自動車の他の移動体（陸上、水上、水中、空中）に適用することもできるし、定置形システムに適用してもよい。   Further, the fuel cell system in each of the above embodiments can be applied to other moving bodies (land, water, water, air) of an electric vehicle, or may be applied to a stationary system.

本発明の実施形態１に係る燃料電池システムの全体構成を示すシステム図1 is a system diagram showing the overall configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施形態１に係る燃料電池システムにおける燃料電池の発電電圧と触媒層再生処理の制御動作との関係を示すチャートThe chart which shows the relationship between the electric power generation voltage of the fuel cell in the fuel cell system which concerns on Embodiment 1 of this invention, and control operation of a catalyst layer reproduction | regeneration process. 本発明の実施形態１に係る燃料電池システムにおける触媒層再生処理を説明するフローチャートFlowchart for explaining catalyst layer regeneration processing in the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施形態２に係る燃料電池システムにおける触媒層再生処理を説明するフローチャートFlowchart for explaining a catalyst layer regeneration process in the fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施形態３に係る燃料電池システムの全体構成を示すシステム図System diagram showing the overall configuration of a fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention. 本発明の実施形態３に係る燃料電池システムにおける燃料電池の発電電圧と触媒層再生処理の制御動作との関係を示すチャートThe chart which shows the relationship between the electric power generation voltage of the fuel cell in the fuel cell system which concerns on Embodiment 3 of this invention, and control operation of a catalyst layer reproduction | regeneration process.

符号の説明Explanation of symbols

１…アノードガス供給系、２…カソードガス供給系、４…電力系、５…制御部、１０…水素タンク、１１…アノードガス供給路、１２…アノードオフガス排出路、２０…コンプレッサ、２１…カソードガス供給路、２２…カソードオフガス排出路、４０…バッテリ、４１…コンバータ、４２…トラクションインバータ、４３…トラクションモータ、４４…補機インバータ、４５…高圧補機、４８…電圧センサ、４９…逆流防止ダイオード、１００…燃料電池、ＣCONV，ＣCOMP…指令信号 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Anode gas supply system, 2 ... Cathode gas supply system, 4 ... Electric power system, 5 ... Control part, 10 ... Hydrogen tank, 11 ... Anode gas supply path, 12 ... Anode off-gas discharge path, 20 ... Compressor, 21 ... Cathode Gas supply path, 22 ... Cathode off-gas discharge path, 40 ... Battery, 41 ... Converter, 42 ... Traction inverter, 43 ... Traction motor, 44 ... Auxiliary machine inverter, 45 ... High voltage auxiliary machine, 48 ... Voltage sensor, 49 ... Backflow prevention Diode, 100 ... Fuel cell, C CONV , C COMP ... Command signal

Claims (10)

燃料電池の出力電圧を下げて触媒活性化処理を実施する燃料電池システムであって、
電圧指令値に対応させて前記燃料電池の出力電圧を変化させる電圧変換手段と、
前記燃料電池の出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧変換手段に前記電圧指令値を指令する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記触媒活性化処理を実施するに際して、前記電圧変換手段への電圧指令値を前記燃料電池の触媒還元領域にある所定の還元目標電圧に維持すると共に、前記電圧検出手段によって検出される前記燃料電池の出力電圧が前記還元目標電圧からさらに降下して所定の条件が満たされるまで待機することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system for performing catalyst activation processing by lowering the output voltage of a fuel cell,
Voltage conversion means for changing the output voltage of the fuel cell in response to a voltage command value;
Voltage detection means for detecting the output voltage of the fuel cell;
Control means for commanding the voltage command value to the voltage conversion means,
The control means includes
When performing the catalyst activation process, the voltage command value to the voltage conversion means is maintained at a predetermined reduction target voltage in the catalyst reduction region of the fuel cell, and the fuel cell detected by the voltage detection means The fuel cell system is in a standby state until the output voltage further drops from the reduction target voltage and a predetermined condition is satisfied. 前記制御手段は、前記所定の条件が満たされた時に前記電圧変換手段への指示電圧を所定の待機電圧にまで上げることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control means raises an instruction voltage to the voltage conversion means to a predetermined standby voltage when the predetermined condition is satisfied. 前記所定の条件は、前記燃料電池の出力電圧が前記所定の還元目標電圧からの降下を開始してから所定の一定時間が経過することであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the predetermined condition is that a predetermined time elapses after the output voltage of the fuel cell starts dropping from the predetermined reduction target voltage. . 前記所定の条件は、前記燃料電池の出力電圧が前記所定の還元目標電圧からの降下を開始してから所定の指令遷移電圧に至ることであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the predetermined condition is that the output voltage of the fuel cell reaches a predetermined command transition voltage after starting to drop from the predetermined reduction target voltage. . 前記所定の条件が満たされた場合であって所定の第２条件が満たされている間の一定期間、前記電圧変換手段の出力電圧制御動作を停止させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。   5. The output voltage control operation of the voltage conversion means is stopped for a certain period of time when the predetermined condition is satisfied and the predetermined second condition is satisfied. The fuel cell system according to any one of the above. 前記所定の第２条件は、前記電圧変換手段に蓄電装置が接続されており、前記電圧変換手段と前記燃料電池との間に接続される負荷装置に動作要求が無いことである、請求項５記載の燃料電池システム。   The predetermined second condition is that a power storage device is connected to the voltage conversion means, and that there is no operation request for a load device connected between the voltage conversion means and the fuel cell. The fuel cell system described. 前記燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段をさらに備え、前記制御手段は、前記触媒活性化処理の開始時に、前記酸化ガス供給手段による酸化ガスの供給を停止させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。   An oxidizing gas supply means for supplying an oxidizing gas to the fuel cell is further provided, and the control means stops the supply of the oxidizing gas by the oxidizing gas supply means at the start of the catalyst activation process. Item 7. The fuel cell system according to any one of Items 1 to 6. 前記制御手段は、前記所定の条件が満たされてからさらに所定の一定時間経過してから前記酸化ガス供給手段による酸化ガスの供給を開始させることを特徴とする請求項７記載の燃料電池システム。   8. The fuel cell system according to claim 7, wherein the control means starts the supply of the oxidizing gas by the oxidizing gas supply means after a predetermined fixed time has elapsed after the predetermined condition is satisfied. 前記制御手段は、前記所定の条件が満たされてからさらに前記燃料電池の出力電圧が所定の酸化ガス供給電圧まで降下した時に、前記酸化ガス供給手段による酸化ガスの供給を開始させることを特徴とする請求項７記載の燃料電池システム。   The control means starts supplying the oxidizing gas by the oxidizing gas supply means when the output voltage of the fuel cell further drops to a predetermined oxidizing gas supply voltage after the predetermined condition is satisfied. The fuel cell system according to claim 7. 前記還元目標電圧、前記指令遷移電圧、又は前記酸化ガス供給電圧の少なくとも一つは、前記燃料電池の触媒カーボン酸化の程度と触媒活性化の程度とに基づいて設定されたものであることを特徴とする請求項１、４、または９のいずれか一項に記載の燃料電池システム。   At least one of the reduction target voltage, the command transition voltage, or the oxidizing gas supply voltage is set based on the degree of catalytic carbon oxidation and the degree of catalyst activation of the fuel cell. The fuel cell system according to any one of claims 1, 4, and 9.
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