[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

燃料电池堆是通过电化学工艺使燃料氧化，由此将伴随于氧化反应而放出的能量直接变换成电能的发电系统。燃料电池堆具有膜电极组件，该膜电极组件是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的。一对电极分别具有：以吸附保持铂系的金属催化剂的碳粉末为主成分并与高分子电解质膜接触的催化剂层；以及形成在催化剂层的表面并同时具有透气性和电子导电性的气体扩散层。

在这种燃料电池系统中，当在单体电池电压成为氧化电压(约0.7V～1.0V)的运转区域继续电池运转时，通过向催化剂层的铂催化剂表面的氧化皮膜形成，铂催化剂的有效面积减少，输出特性会降低。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，停止向燃料电池堆的空气(氧化气体)供给，并且通过DC/DC转换器强制性地使燃料电池堆的输出电压降低，使单体电池电压下降至还原电压(例如0.6V以下)，由此从铂催化剂表面除去氧化皮膜而使催化剂层的性能恢复(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。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-192468号公报

发明内容

发明要解决的课题

与催化剂层中的氧化皮膜的形成及除去相关的近年的研究的结果是，认知到了能够除去氧化皮膜的还原电压并不仅有一阶段，还存在二阶段或其以上。例如，存在二阶段的还原电压的情况下，在氧化皮膜中混杂有只要使燃料电池堆的输出电压下降至专利文献1提及的还原电压(以下，称为第一还原电压)就能够除去的皮膜(以下，称为I型氧化皮膜)、和不下降至比第一还原电压低的第二还原电压则无法除去的皮膜(以下，称为II型氧化皮膜)。

在专利文献1的恢复处理中，将能够除去氧化皮膜的还原电压(第一还原电压)假定为仅一阶段，因此通过使燃料电池堆的输出电压下降一定时间至该假定的第一还原电压，虽然能够除去I型氧化皮膜，但无法连II型氧化皮膜也除去。由此，催化剂层的性能恢复有时未必充分。

假设在恢复处理中，以连该II型氧化皮膜也除去为目的，而使燃料电池堆的输出电压下降至第二还原电压时，虽然能估计到催化剂层的充分的性能恢复，但是与下降至第一还原电压的情况相比，单体电池电压进一步降低，因此存在对高负荷要求(输出增加要求)的响应性明显降低的可能。例如，在燃料电池车辆中，若单体电池电压极端下降，则有时无法得到追随于高负荷要求时的油门响应的输出，存在驾驶性能(操纵性能)显著降低的可能。

因此，本发明的课题在于提出一种能够将对输出增加要求的响应性的影响抑制到最小限度，并实现催化剂层的性能恢复的最大化的燃料电池系统。

用于解决课题的手段

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于高分子电解质膜的两面而成的膜电极组件；以及

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

所述控制装置预测对所述燃料电池的输出增加要求的定时，并基于该预测结果来决定所述性能恢复处理的需要与否及内容。

在该结构中，能够根据预测的输出增加要求的定时来决定性能恢复处理的需要与否及应实施的性能恢复处理的内容(程度)，因此能够兼顾实现对输出增加要求的响应性的影响的最小化和催化剂层的性能恢复的最大化。

在上述结构中，在所述燃料电池的发电中形成于所述催化剂层的氧化皮膜是混杂有第一氧化皮膜和第二氧化皮膜的氧化皮膜，该第一氧化皮膜是能够通过使所述燃料电池的输出电压降低至第一皮膜除去电压而除去的氧化皮膜，该第二氧化皮膜是不使所述燃料电池的输出电压降低至比所述第一皮膜除去电压低的第二皮膜除去电压则无法除去的氧化皮膜的情况下，

所述控制装置可以在判断为需要所述性能恢复处理的情况下，根据所述预测结果来变更所述降低的规定电压。

根据该结构，在需要性能恢复处理时，不是实施一律的处理，而能够根据预测的输出增加要求的定时，选择仅将第一氧化皮膜除去，或不仅将第一氧化皮膜除去而且连第二氧化皮膜也除去。因此，能够高维地兼顾实现对响应性的影响的最小化和催化剂层的性能恢复的最大化。