[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及具有催化剂活性化功能的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池组是通过电化学工艺使燃料氧化、并将伴随氧化反应而放出的能量直接转换成电能的发电系统。燃料电池组具有膜-电极组件，该膜-电极组件利用由多孔材料构成的一对电极夹持用于选择性地输送氢离子的高分子电解质膜的两侧面而成。一对电极分别具有：催化剂层，以负载铂系金属催化剂的碳粉末为主要成分，并与高分子电解质膜相接；及气体扩散层，形成在催化剂层的表面，且同时具有通气性和电子导电性。

在这种燃料电池系统中，当在单电池电压成为氧化电压(约0.7V～1.0V)的运转区域使电池运转持续时，通过向催化剂层的铂催化剂表面形成氧化皮膜，铂催化剂的有效面积减小，输出特性有时会降低。鉴于这样的情况，在专利文献1中提及了如下的处理：在对燃料电池的要求电力小于规定值时，停止向燃料电池组供给空气(氧化气体)，并通过DC/DC转换器强制性地使燃料电池组的输出电压降低，通过使单电池电压降低至还原电压(例如0.6V以下)，由此从铂催化剂表面将氧化皮膜去除而使催化剂层的性能恢复的处理(以下，称为恢复处理)。

而且，在该文献中也提及了如下情况：对于以燃料电池系统为车载电源的燃料电池车辆，在燃料电池车辆的行驶速度为规定值以上的行驶中时，禁止恢复处理。

专利文献1：日本特开2008-192468号公报

发明内容

恢复处理时，由于单电池电压比通常负载运转时下降，因此对燃料电池的输出增加要求、特别是对高负载要求的响应性可能显著下降。例如，在燃料电池车辆中，当由于恢复处理而使单电池电压下降时，存在无法获得追随于高负载要求时的油门响应的输出的情况，驾驶性能(操纵性能)可能显著降低。

为了抑制这样的响应性降低，考虑了在间歇运转时进行恢复处理。间歇运转是指，在具备燃料电池及蓄电池作为电力供给源的燃料电池系统中，例如在满足来自负载的要求电力为规定值以下那样的规定的间歇运转实施条件的情况下，将燃料电池的发电指令值设定为零，通过来自蓄电池的电力来提供向负载的供给电力。

然而，在形成于催化剂层的氧化皮膜量多且需要充分确保恢复处理的实施时间(恢复时间)的情况下，当蓄电池的剩余容量少时，能够从蓄电池向驱动马达供给的电力量受到限制，其结果是，存在驾驶性能恶化的可能性。而且，当氧化皮膜的量及性质的推定不准确时，有时无法充分获得恢复处理的效果。

例如，认知到在氧化皮膜中混合存在只要将燃料电池组的输出电压降低至专利文献1提及的还原电压(以下，称为第一还原电压)就能够去除的皮膜(以下，称为I型氧化皮膜)、和不降低至比第一还原电压低的第二还原电压则无法去除的皮膜(以下，称为II型氧化皮膜)。

在专利文献1的恢复处理中，将能够去除氧化皮膜的还原电压(第一还原电压)仅假定为一阶段，因此通过使燃料电池组的输出电压下降一定时间而下降至该假定的第一还原电压，能够去除I型氧化皮膜，但无法连II型氧化皮膜也去除。由此，催化剂层的性能恢复有时未必充分。

因此，本发明目的在于提出一种能够抑制燃料电池的催化剂层的性能恢复处理后或处理中的响应性降低的燃料电池系统。

为了实现上述目的，本发明的燃料电池系统具备：

燃料电池，具备将具有催化剂层的电极配置在高分子电解质膜的两面而成的膜-电极组件；

蓄电装置，与所述燃料电池并列地连接于负载；及

控制装置，通过使所述燃料电池的输出电压下降至规定电压而实施所述催化剂层的性能恢复处理，

在满足规定的间歇运转实施条件的情况下，能够实施将向所述燃料电池的发电指令值设定为零并通过来自所述蓄电装置的电力来提供向所述负载的电力供给的间歇运转，在该间歇运转期间实施所述性能恢复处理，

所述燃料电池系统中，

在需要实施所述性能恢复处理的情况下，在所述蓄电装置的剩余容量为规定量以下时，所述控制装置使所述间歇运转的实施时机延迟，且，实施向所述蓄电装置的充电直至所述剩余容量超过所述规定量。

在该结构中，在间歇运转期间实施催化剂层的性能恢复处理的燃料电池系统中，在判断为需要实施性能恢复处理、且在蓄电装置的剩余容量为规定量以下的情况下，使向蓄电装置的充电比性能恢复处理的实施优先。由此，在间歇运转转移后，确保实施了性能恢复处理后或实施期间的蓄电装置的剩余容量，因此能够使对响应性的影响最小化。