JP5151293B2 - 燃料電池の運転方法 - Google Patents
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Description
[第1実施形態]
図3は、本発明の第1実施形態に係る燃料電池の制御方法を実施するための燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。図4は本発明の第1実施形態に係る燃料電池の運転方法のフローチャートを示す図である。
d:触媒層の厚さ[m]、D:白金イオンのアイオノマー内有効拡散係数[m2/s]
再析出操作により、白金の再析出を促進することができるため、白金溶出の進行が抑えられ、燃料電池スタックの耐久性、信頼性を向上することができる。また、再析出操作を行うことにより白金の有効電気化学表面積の減少を緩和できるため、白金の触媒としての機能の劣化を防止することができ、燃料電池スタックの耐久性、信頼性を向上させることができる。
・燃料電池スタックに対する電力の負荷が高負荷から低負荷に変化することに伴うセル電圧変化速度を所定値以下とする制御を行うため、白金溶出の進行を抑制することができ、燃料電池スタックの耐久性、信頼性を向上することができる。
・あらかじめ燃料電池燃料電池に対する電力の負荷とセル電圧の関係を測定し、マップ化しておくことにより、セル電圧変化速度を燃料電池の出力により制御できるため、現有システムに新たな要素を追加する必要がなく、現有システムを有効利用できる。
・セル電圧変化速度を所定値以下に制御することによって生じる余分電力を活用するため、燃料の無駄を省き、燃費を向上させることができる。
・再析出操作により、白金の再析出を促進することができるため、白金溶出の進行が抑えられ、燃料電池スタックの耐久性、信頼性を向上させることができる。
・再析出操作における白金の再析出に要する時間は秒単位であるので、白金の再析出に伴う消費電力は大きくなく、効率的、経済的に燃料電池スタックの耐久性、信頼性を向上させることができる。
・再析出操作を行うことにより白金の有効電気化学表面積の減少を緩和できるため、白金の触媒としての機能の劣化を防止することができ、燃料電池スタックの耐久性、信頼性を向上させることができる。
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態に係る燃料電池の運転方法は、第1実施形態に係る燃料電池の制御方法に対し、さらにセル電圧を所定の範囲内にするための制御を加えたものである。第2実施形態を実施するための燃料電池システムの構成は、第1実施形態と同様であるので(図3参照)、説明は省略する。図9は第2実施形態に係る燃料電池の運転方法のフローチャートを示す図である。
・第1実施形態に対し、さらにセル電圧の変化範囲を制限することにより、白金の溶出速度をさらに抑え、燃料電池スタックの耐久性、信頼性を向上することができる。
[第3実施形態]
本発明の第3実施形態に係る燃料電池の運転方法は、第1実施形態および第2実施形態に係る燃料電池の制御方法における再析出操作に代え、カソード電極に供給するカソード反応ガス(酸素)のストイキ比(Stoichiometric Ratio、以下、「SR」と称する)を低下させることによって再析出操作を行うものである。SRとは、要求される発電量に基づいて算出された最低限必要な反応ガス量を必要反応ガス量として、この必要反応ガス量に対する燃料電池に供給されている反応ガス量の割合をいう。第3実施形態を実施するための燃料電池システムの構成は、第1実施形態と同様であるので(図3参照)、説明は省略する。また、再析出操作サブルーチン以外の第3実施形態に係る燃料電池の運転方法のフローチャートは、第1実施形態および第2実施形態のいずれかと同様である。したがって、ここでは、第3実施形態に係る燃料電池の運転方法の再析出操作サブルーチンについてのみ説明する。
・再析出操作に新たな部品が必要ないので、第1実施形態、第2実施形態に対し、コスト低減効果を有する。
2 燃料電池セル、
300 燃料電池スタック、
310 流量調整器、
320 水素ボンベ、
330 コンプレッサ、
360 制御部、
370 2次電池、
390 放電回路。
Claims (9)
- 電極触媒として白金を用いた燃料電池の運転方法であって、
前記燃料電池に対する電力の負荷の変化が高い側から低い側への変化であることを検知する段階と、
前記負荷の変化が高い側から低い側への変化であることが検知されたときには、前記燃料電池を構成する各燃料電池セルの電極間の電圧の変化の速度であるセル電圧変化速度を200mV/s以下に制御する段階と、
を含むことを特徴とする燃料電池の運転方法。 - 前記セル電圧変化速度を200mV/s以下に制御する段階は、
前記検知した燃料電池に対する電力の負荷の変化を、あらかじめ求めた前記電力の負荷と前記セル電圧との関係により、前記セル電圧変化速度に変換する段階と、を含み、
前記変換された前記セル電圧変化速度に基づき前記燃料電池から出力される電力を制御することにより前記セル電圧変化速度を200mV/s以下に制御することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の運転方法。 - 前記セル電圧変化速度を200mV/s以下に制御する段階は、
さらに、前記燃料電池を実装した自動車を駆動すること、前記自動車に実装した補機を駆動すること、前記燃料電池の出力を補填するために設けた二次電池を充電すること、のいずれか一つ、もしくは二以上を行うことにより、前記燃料電池から出力される電力を大きくする段階を含むことを特徴とする請求項1もしくは請求項2に記載の燃料電池の運転方法。 - 前記セル電圧変化速度を200mV/s以下に制御する段階は、
さらに、前記セル電圧を0.6V〜0.8Vの間の電圧に制御する段階と、
を含むことを特徴とする請求項1〜請求項3に記載の燃料電池の運転方法。 - 前記セル電圧変化速度を200mV/s以下に制御することができないと判断した場合に、前記電極触媒をなす層における白金イオンの拡散係数と前記電極触媒をなす層の厚さとにより定まる白金イオンの拡散時定数よりも長い時間前記セル電圧を0.7V以下に下げる段階と、
を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池の運転方法。 - 前記セル電圧を0.7V以下に下げる段階は、
前記燃料電池セルの過電圧を大きくする段階を含むことを特徴とする請求項5に記載の燃料電池の運転方法。 - 前記燃料電池セルの過電圧を大きくする段階は、
前記燃料電池に対する負荷を大きくする段階を含むことを特徴とする請求項6に記載の燃料電池の運転方法。 - 前記燃料電池セルの過電圧を大きくする段階は、
前記燃料電池の電極間、もしくは、前記燃料電池セルのアノード電極とカソード電極間を短絡する段階を含むことを特徴とする請求項6に記載の燃料電池の運転方法。 - 前記燃料電池セルの過電圧を大きくする段階は、
カソード反応ガスのストイキ比を1.2以下にする段階を含むことを特徴とする請求項6に記載の燃料電池の運転方法。
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