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JP2009043645A - Degradation judgment system for fuel cells - Google Patents

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JP2009043645A
JP2009043645A JP2007209381A JP2007209381A JP2009043645A JP 2009043645 A JP2009043645 A JP 2009043645A JP 2007209381 A JP2007209381 A JP 2007209381A JP 2007209381 A JP2007209381 A JP 2007209381A JP 2009043645 A JP2009043645 A JP 2009043645A
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fuel cell
voltage
estimated
deterioration
output voltage
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JP2007209381A
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Japanese (ja)
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Fusanori Igarashi
総紀 五十嵐
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract


【課題】製造コストを抑えつつ燃料電池の劣化を精度良く判定することが可能な燃料電池の劣化判断システムを提供する。
【解決手段】制御装置は、燃料電池を構成する各セルの触媒の還元時(例えばリフレッシュ制御時)に、発生した電気量に基づき活性化過電圧を求め(ステップS120→ステップS130)、求めた活性化過電圧からFC電圧を推定する(ステップS140)。そして、推定したFC電圧と電圧センサによって検知される実際のFC電圧とを比較し、比較結果に基づき燃料電池の劣化を判定する(ステップS150)。
【選択図】図5

A fuel cell deterioration determination system capable of accurately determining deterioration of a fuel cell while suppressing manufacturing cost.
A control device obtains an activation overvoltage based on the amount of generated electricity (step S120 → step S130) when reducing the catalyst of each cell constituting the fuel cell (for example, during refresh control), and obtains the obtained activity. The FC voltage is estimated from the conversion overvoltage (step S140). Then, the estimated FC voltage is compared with the actual FC voltage detected by the voltage sensor, and deterioration of the fuel cell is determined based on the comparison result (step S150).
[Selection] Figure 5

Description

本発明は、燃料電池の劣化を判定する技術に関する。   The present invention relates to a technique for determining deterioration of a fuel cell.

燃料電池システムにおいては、燃料電池が劣化すると、要求電力に応じた出力電力が得られないといった問題が生じるため、従来より燃料電池の劣化を判定する方法が種々提案されている。例えば、下記特許文献1には燃料電池の排ガス流量を検出し、当該排ガス流量が基準値に達する時間を推定して残存寿命を計算する技術が開示されている。   In the fuel cell system, when the fuel cell deteriorates, there arises a problem that the output power corresponding to the required power cannot be obtained. Therefore, various methods for determining the deterioration of the fuel cell have been conventionally proposed. For example, Patent Document 1 below discloses a technique for detecting the exhaust gas flow rate of a fuel cell, estimating the time for the exhaust gas flow rate to reach a reference value, and calculating the remaining life.

特開平11−283653号公報JP-A-11-283653

しかしながら、上記の如く、燃料ガスの流量を測定する方法では、流量計が大きいものとなるため、例えば車載用の燃料電池システムには向かず、また、製造コストが嵩むという問題があった。さらに、該ガス流量が基準値に達する時間を推定しただけでは燃料電池の劣化を精度良く判定することができないという問題もあった。   However, as described above, the method of measuring the flow rate of the fuel gas has a problem that the flow meter is large, so that it is not suitable for an in-vehicle fuel cell system and the manufacturing cost increases. Furthermore, there is a problem that it is impossible to accurately determine the deterioration of the fuel cell only by estimating the time for the gas flow rate to reach the reference value.

本発明は以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、製造コストを抑えつつ燃料電池の劣化を精度良く判定することが可能な燃料電池の劣化判定システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a fuel cell deterioration determination system capable of accurately determining deterioration of a fuel cell while suppressing manufacturing cost.

上述した問題を解決するため、本発明に係る燃料電池の劣化判断システムは、電極触媒を備えた燃料電池と、前記電極触媒の還元処理時に燃料電池の活性化過電圧を導出する導出手段と、導出した前記活性化過電圧に基づき前記燃料電池の出力電圧を推定する推定手段と、前記燃料電池の出力電圧を検知する電圧検知手段と、推定される出力電圧と検知される出力電圧との比較結果に基づき、前記燃料電池の劣化を判定する判定手段とを具備することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a fuel cell deterioration determination system according to the present invention includes a fuel cell including an electrode catalyst, a derivation unit that derives an activation overvoltage of the fuel cell during the reduction process of the electrode catalyst, and a derivation The estimation means for estimating the output voltage of the fuel cell based on the activated overvoltage, the voltage detection means for detecting the output voltage of the fuel cell, and the comparison result between the estimated output voltage and the detected output voltage. And determining means for determining deterioration of the fuel cell.

かかる構成によれば、燃料電池の電極触媒の還元時に、発生した電気量から燃料電池の活性化過電圧を導出し、導出した活性化過電圧から燃料電池の出力電圧を推定する。そして、推定した出力電圧と、電圧センサなどによって検知される実際の燃料電池の出力電圧とを比較し、比較結果に基づいて燃料電池の劣化を判定する。このため、流量計を利用して燃料電池の劣化を判定していた従来に比べて、製造コストを抑えることが可能となる。さらに、推定した出力電圧と、電圧センサなどによって検知される実際の出力電圧とを比較して燃料電池の劣化を判定するため、従来に比して燃料電池の劣化判定の精度を高めることが可能となる。   According to such a configuration, when the electrode catalyst of the fuel cell is reduced, the activation overvoltage of the fuel cell is derived from the generated amount of electricity, and the output voltage of the fuel cell is estimated from the derived activation overvoltage. Then, the estimated output voltage is compared with the actual output voltage of the fuel cell detected by a voltage sensor or the like, and the deterioration of the fuel cell is determined based on the comparison result. For this reason, it becomes possible to hold down manufacturing cost compared with the past which judged the deterioration of a fuel cell using a flow meter. Furthermore, since the estimated output voltage and the actual output voltage detected by a voltage sensor or the like are compared to determine the deterioration of the fuel cell, it is possible to improve the accuracy of the determination of the deterioration of the fuel cell compared to the conventional case. It becomes.

ここで、上記構成にあっては、前記燃料電池の出力電流を検知する電流検知手段をさらに備え、前記推定手段は、導出した前記活性化過電圧と検知される前記出力電流から前記燃料電池の出力電圧を推定する態様が好ましい。   Here, in the above configuration, the apparatus further includes current detection means for detecting the output current of the fuel cell, and the estimation means outputs the output of the fuel cell from the derived activation current and the detected output current. A mode in which the voltage is estimated is preferable.

また、上記構成にあっては、前記判定手段は、検知される出力電圧が推定される出力電圧を下回った場合に前記燃料電池が劣化していると判定する態様がさらに好ましい。   In the above configuration, it is more preferable that the determination unit determines that the fuel cell has deteriorated when the detected output voltage falls below the estimated output voltage.

さらにまた、上記構成にあっては、前記燃料電池が劣化していると判定された場合に劣化している旨を報知する報知手段をさらに具備する態様が好ましい。   Furthermore, in the above configuration, it is preferable that the information processing apparatus further includes a notification unit that notifies that the fuel cell has deteriorated when it is determined that the fuel cell has deteriorated.

以上説明したように、本発明によれば、製造コストを抑えつつ燃料電池の劣化を精度良く検知することが可能となる。   As described above, according to the present invention, it is possible to accurately detect the deterioration of the fuel cell while suppressing the manufacturing cost.

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

A.本実施形態
図1は本実施形態に係る燃料電池システム100の要部構成を示す図である。本実施形態では、燃料電池自動車(FCHV;Fuel Cell Hybrid Vehicle)、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両に搭載される燃料電池システムを想定するが、車両のみならず各種移動体(例えば、二輪車や船舶、飛行機、ロボットなど)にも適用可能である。さらに、移動体に搭載された燃料電池システムに限らず、定置型の燃料電池システムや携帯型の燃料電池システムにも適用可能である。
A. 1. Embodiment FIG. 1 is a diagram showing a main configuration of a fuel cell system 100 according to this embodiment. In the present embodiment, a fuel cell system mounted on a vehicle such as a fuel cell vehicle (FCHV), an electric vehicle, or a hybrid vehicle is assumed, but not only the vehicle but also various moving bodies (for example, two-wheeled vehicles and ships). , Airplanes, robots, etc.). Furthermore, the present invention is not limited to a fuel cell system mounted on a moving body, but can be applied to a stationary fuel cell system and a portable fuel cell system.

この車両は、減速ギア12を介して車輪63L、63Rに連結された同期モータ61を駆動力源として走行する。同期モータ61の電源は、電源システム1である。電源システム1から出力される直流は、インバータ60で三相交流に変換され、同期モータ61に供給される。同期モータ61は制動時に発電機としても機能することができる。電源システム1は、燃料電池40、バッテリ20、DC/DCコンバータ30などから構成される。   This vehicle travels using the synchronous motor 61 connected to the wheels 63L and 63R via the reduction gear 12 as a driving force source. The power source of the synchronous motor 61 is the power supply system 1. The direct current output from the power supply system 1 is converted into a three-phase alternating current by the inverter 60 and supplied to the synchronous motor 61. The synchronous motor 61 can also function as a generator during braking. The power supply system 1 includes a fuel cell 40, a battery 20, a DC / DC converter 30, and the like.

燃料電池40は、供給される反応ガス(燃料ガス及び酸化ガス)から電力を発生する手段であり、固体高分子型、燐酸型、溶融炭酸塩型など種々のタイプの燃料電池を利用することができる。燃料電池40は、フッ素系樹脂などで形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜などから成る高分子電解質膜41を備え、高分子電解質膜の表面にはPt触媒(電極触媒)が塗布されている。なお、高分子電解質膜41に塗布する触媒は白金触媒に限らず、白金コバルト触媒(以下、単に触媒という)などにも適用可能である。燃料電池40を構成する各セルは、高分子電解質膜41の両面にアノード極42とカソード極43とをスクリーン印刷などで形成した膜・電極接合体44を備えている。燃料電池40は、複数の単セルを直列に積層したスタック構造を有している。   The fuel cell 40 is means for generating electric power from supplied reaction gas (fuel gas and oxidizing gas), and various types of fuel cells such as a solid polymer type, a phosphoric acid type, and a molten carbonate type can be used. it can. The fuel cell 40 includes a polymer electrolyte membrane 41 made of a proton conductive ion exchange membrane formed of a fluorine-based resin or the like, and a Pt catalyst (electrode catalyst) is applied to the surface of the polymer electrolyte membrane. . The catalyst applied to the polymer electrolyte membrane 41 is not limited to a platinum catalyst, but can be applied to a platinum cobalt catalyst (hereinafter simply referred to as a catalyst). Each cell constituting the fuel cell 40 includes a membrane / electrode assembly 44 in which an anode electrode 42 and a cathode electrode 43 are formed on both surfaces of a polymer electrolyte membrane 41 by screen printing or the like. The fuel cell 40 has a stack structure in which a plurality of single cells are stacked in series.

この燃料電池40の出力電圧(以下、FC電圧)及び出力電流(以下、FC電流)は、それぞれ電圧センサ140及び電流センサ150によって検出される。燃料電池40の燃料極(アノード)には、燃料ガス供給源10から水素ガスなどの燃料ガスが供給される一方、酸素極(カソード)には、酸化ガス供給源70から空気などの酸化ガスが供給される。   The output voltage (hereinafter referred to as FC voltage) and output current (hereinafter referred to as FC current) of the fuel cell 40 are detected by a voltage sensor 140 and a current sensor 150, respectively. A fuel gas such as hydrogen gas is supplied from the fuel gas supply source 10 to the fuel electrode (anode) of the fuel cell 40, while an oxidizing gas such as air is supplied from the oxidizing gas supply source 70 to the oxygen electrode (cathode). Supplied.

燃料ガス供給源10は、例えば水素タンクや様々な弁などから構成され、弁開度やON/OFF時間などを調整することにより、燃料電池40に供給する燃料ガス量を制御する。
酸化ガス供給源70は、例えばエアコンプレッサやエアコンプレッサを駆動するモータ、インバータなどから構成され、該モータの回転数などを調整することにより、燃料電池40に供給する酸化ガス量を調整する。
The fuel gas supply source 10 includes, for example, a hydrogen tank, various valves, and the like, and controls the amount of fuel gas supplied to the fuel cell 40 by adjusting the valve opening, the ON / OFF time, and the like.
The oxidizing gas supply source 70 includes, for example, an air compressor, a motor that drives the air compressor, an inverter, and the like, and adjusts the amount of oxidizing gas supplied to the fuel cell 40 by adjusting the rotational speed of the motor.

バッテリ20は、充放電可能な二次電池であり、例えばニッケル水素バッテリなどにより構成されている。もちろん、バッテリ20の代わりに二次電池以外の充放電可能な蓄電器(例えばキャパシタ)を設けても良い。このバッテリ20と燃料電池40とはトラクションモータ用のインバータ60に並列接続されており、バッテリ20とインバータ6の間にはDC/DCコンバータ30が設けられている。   The battery 20 is a chargeable / dischargeable secondary battery, and is composed of, for example, a nickel metal hydride battery. Of course, instead of the battery 20, a chargeable / dischargeable capacitor (for example, a capacitor) other than the secondary battery may be provided. The battery 20 and the fuel cell 40 are connected in parallel to an inverter 60 for a traction motor, and a DC / DC converter 30 is provided between the battery 20 and the inverter 6.

インバータ60は、例えばパルス幅変調方式のPWMインバータであり、制御装置10から与えられる制御指令に応じて燃料電池40またはバッテリ20から出力される直流電力を三相交流電力に変換し、トラクションモータ61へ供給する。トラクションモータ61は、車輪63L、63Rを駆動するためのモータであり、かかるモータの回転数はインバータ60によって制御される。   The inverter 60 is, for example, a pulse width modulation type PWM inverter, and converts DC power output from the fuel cell 40 or the battery 20 into three-phase AC power in accordance with a control command given from the control device 10. To supply. The traction motor 61 is a motor for driving the wheels 63 </ b> L and 63 </ b> R, and the rotation speed of the motor is controlled by the inverter 60.

DC/DCコンバータ(電圧変換装置)30は、例えば4つのパワー・トランジスタと専用のドライブ回路(いずれも図示略)によって構成されたフルブリッジ・コンバータである。DC/DCコンバータ30は、バッテリ20から入力されたDC電圧を昇圧または降圧して燃料電池40側に出力する機能、燃料電池40などから入力されたDC電圧を昇圧または降圧してバッテリ20側に出力する機能を備えている。また、DC/DCコンバータ30の機能により、バッテリ20の充放電が実現される。   The DC / DC converter (voltage conversion device) 30 is a full-bridge converter configured by, for example, four power transistors and a dedicated drive circuit (all not shown). The DC / DC converter 30 functions to step up or step down the DC voltage input from the battery 20 and output it to the fuel cell 40 side, and step up or step down the DC voltage input from the fuel cell 40 or the like to the battery 20 side. It has a function to output. In addition, charging / discharging of the battery 20 is realized by the function of the DC / DC converter 30.

バッテリ20とDC/DCコンバータ30の間には、車両補機やFC補機などの補機類50が接続されている。バッテリ20は、これら補機類50の電源となる。なお、車両補機とは、車両の運転時などに使用される種々の電力機器(照明機器、空調機器、油圧ポンプなど)をいい、FC補機とは、燃料電池40の運転に使用される種々の電力機器(燃料ガスや酸化ガスを供給するためのポンプなど)をいう。   An auxiliary machine 50 such as a vehicle auxiliary machine or an FC auxiliary machine is connected between the battery 20 and the DC / DC converter 30. The battery 20 is a power source for these auxiliary machines 50. The vehicle auxiliary equipment refers to various electric power devices (lighting equipment, air conditioning equipment, hydraulic pump, etc.) used during vehicle operation, and the FC auxiliary equipment is used to operate the fuel cell 40. It refers to various power devices (pumps for supplying fuel gas and oxidizing gas, etc.).

上述した各要素の運転は、制御装置10によって制御される。制御装置10は、内部にCPU、ROM、RAMを備えたマイクロコンピュータとして構成されている。
制御装置10は、入力される各センサ信号に基づいて燃料ガス通路に設けられた調圧弁71や酸化ガス通路に設けられた調圧弁81、燃料ガス供給減70、酸化ガス供給源80、バッテリ20、DC/DCコンバータ30、インバータ60など、システム各部を制御する。この制御装置10には、例えば圧力センサ91によって検知される燃料ガスの供給圧力や電圧センサ92によって検知される燃料電池40のFC電圧、電流センサ93によって検知される燃料電池40のFC電流、SOCセンサ21によって検知されるバッテリ20の充電状態SOC(State Of Charge)をあらわすSOC値など、種々のセンサ信号が入力される。
The operation of each element described above is controlled by the control device 10. The control device 10 is configured as a microcomputer having a CPU, ROM, and RAM therein.
The control device 10 includes a pressure regulating valve 71 provided in the fuel gas passage, a pressure regulating valve 81 provided in the oxidizing gas passage, a fuel gas supply reduction 70, an oxidizing gas supply source 80, and a battery 20 based on the input sensor signals. , DC / DC converter 30, inverter 60 and other parts of the system are controlled. The control device 10 includes, for example, the supply pressure of the fuel gas detected by the pressure sensor 91, the FC voltage of the fuel cell 40 detected by the voltage sensor 92, the FC current of the fuel cell 40 detected by the current sensor 93, and the SOC. Various sensor signals such as an SOC value representing a state of charge (SOC) of the battery 20 detected by the sensor 21 are input.

本実施形態では、燃料電池40を構成する各セルの触媒の還元時に、発生した電気量からFC電圧を推定し、推定したFC電圧と、電圧センサ92によって検知される実際のFC電圧とを比較し、比較結果に基づいて燃料電池40の劣化を判定する点に特徴がある。以下、本実施形態の特徴について詳細に説明する。   In this embodiment, when the catalyst of each cell constituting the fuel cell 40 is reduced, the FC voltage is estimated from the amount of electricity generated, and the estimated FC voltage is compared with the actual FC voltage detected by the voltage sensor 92. However, it is characterized in that the deterioration of the fuel cell 40 is determined based on the comparison result. Hereinafter, features of the present embodiment will be described in detail.

<触媒の酸化・還元プロセス>
燃料電池システムにおいては、システム要求電力の変動に応じて低電位側での発電、高電位側での発電が繰り返し行われる。この発電動作に伴い、燃料電池40の触媒の表面では下記式(1)に示す酸化反応、下記式(2)に示す還元反応が行われる。なお、図2は触媒のCV曲線を表し、酸化反応時の変化を実線で示し、還元反応時の変化を点線で示す。 Pt+2HO → Pt(OH)+2H++2e- ・・・(1)
Pt(OH)+2H++2e- → Pt+2HO ・・・(2)
<Oxidation / reduction process of catalyst>
In the fuel cell system, power generation on the low potential side and power generation on the high potential side are repeatedly performed according to fluctuations in the system power requirement. Along with this power generation operation, an oxidation reaction shown in the following formula (1) and a reduction reaction shown in the following formula (2) are performed on the surface of the catalyst of the fuel cell 40. FIG. 2 shows a CV curve of the catalyst, and the change during the oxidation reaction is indicated by a solid line, and the change during the reduction reaction is indicated by a dotted line. Pt + 2H 2 O → Pt (OH) 2 + 2H + + 2e (1)
Pt (OH) 2 + 2H + + 2e → Pt + 2H 2 O (2)

図3は、触媒の還元処理が行われる場合のFC電圧とFC電流の経時変化を示す図であり、FC電圧の変化を実線で示し、FC電流の変化を点線で示す。なお、本実施形態では、燃料電池40の間欠運転時に触媒の還元処理が行われる場合を想定するが(図3に示すα部分参照)、例えば高負荷状態など(例えばセル電圧が0.8Vを下回った場合)など、触媒の表面で還元反応が行われるあらゆる場合に適用可能である。ここで、燃料電池40の間欠運転とは、燃料電池40から負荷(補機類50など)への電力供給を一時的に停止し、バッテリ20から負荷への電力供給を行うものである。かかる間欠運転時に、残留ガスを利用して燃料電池40の発電を行うことで(いわゆるリフレッシュ制御を行うことで)、上記触媒の還元処理が行われる。   FIG. 3 is a diagram showing temporal changes in the FC voltage and FC current when the catalyst is subjected to the reduction treatment. The change in FC voltage is indicated by a solid line, and the change in FC current is indicated by a dotted line. In the present embodiment, it is assumed that the reduction process of the catalyst is performed during the intermittent operation of the fuel cell 40 (see α portion shown in FIG. 3), but a high load state or the like (for example, the cell voltage is 0.8 V). It can be applied to any case where the reduction reaction is performed on the surface of the catalyst. Here, the intermittent operation of the fuel cell 40 is to temporarily stop the power supply from the fuel cell 40 to the load (such as the auxiliary machinery 50) and supply the power from the battery 20 to the load. During the intermittent operation, the catalyst is reduced by generating power of the fuel cell 40 using the residual gas (by performing so-called refresh control).

触媒の還元処理が行われると、図3のβに示すようにFC電圧は低下する一方、FC電流はいったん上昇した後、再度下降する変化(上に凸の変化)を示す。制御装置10は、まず、下記式(3)を利用することで、FC電流Iの変化から触媒還元処理に伴う電気量Qを求める(図3に斜線で示すβ参照)。
Q=∫Idt ・・・(3)
I;FC電流
When the reduction treatment of the catalyst is performed, the FC voltage decreases as shown by β in FIG. 3, while the FC current once increases and then decreases again (upward convex change). First, the control device 10 uses the following equation (3) to obtain the amount of electricity Q associated with the catalytic reduction process from the change in the FC current I (see β shown by the hatched lines in FIG. 3).
Q = ∫Idt (3)
I: FC current

そして、制御装置(導出手段)10は、求めた電気量Qから活性化過電圧ηaを導出する。詳述すると、制御装置10には、予め実験等により求めた電気量Qと活性化過電圧ηaとの関係を示すマップ(活性化過電圧導出マップ)が格納されている。制御装置10は、式(3)を利用して電気量Qを求めると、活性化過電圧導出マップを参照して電気量Qに対応する活性化過電圧ηaを導出する。   Then, the control device (derivation means) 10 derives the activation overvoltage ηa from the obtained electric quantity Q. More specifically, the control device 10 stores a map (activation overvoltage derivation map) indicating the relationship between the quantity of electricity Q obtained in advance through experiments or the like and the activation overvoltage ηa. When the amount of electricity Q is obtained using Equation (3), the control device 10 derives the activation overvoltage ηa corresponding to the amount of electricity Q with reference to the activation overvoltage derivation map.

制御装置(推定手段)10は、求めた活性化過電圧ηaと電流センサ(電流検知手段)93によって検出されるFC電流I0を下記式(4)に代入することで、燃料電池40の出力電圧V0を推定する。なお、以下の説明では、推定される出力電圧V0を推定FC電圧V0と呼ぶ。
V0=ηa*I0 ・・・(4)
The control device (estimating means) 10 substitutes the obtained activation overvoltage ηa and the FC current I0 detected by the current sensor (current detection means) 93 into the following equation (4), so that the output voltage V0 of the fuel cell 40 is obtained. Is estimated. In the following description, the estimated output voltage V0 is referred to as an estimated FC voltage V0.
V0 = ηa * I0 (4)

制御装置(判定手段)10は、このようにして求めた推定FC電圧V0と、電圧センサ(電圧検知手段)92によって検出される実際の燃料電池40のFC電圧V1(以下、検出FC電圧V1)とを比較する。図4は、燃料電池40のIV特性を示す図であり、各センサなどによって検出される実際のIV特性を実線で示し、式(4)などを利用して推定したIV特性を点線で示す。制御装置(判定手段)10は、推定FC電圧V0と検出FC電圧V1とを比較し、検出FC電圧V1が推定FC電圧V0を下回っていることを検知すると、燃料電池40が劣化していると判断し、警告ランプ(報知手段)を点灯させたり、スピーカ(報知手段)などから音声メッセージを出力させたりして燃料電池40が劣化している旨を運転手などに報知する。   The control device (determination means) 10 uses the estimated FC voltage V0 obtained in this way, and the actual FC voltage V1 of the fuel cell 40 detected by the voltage sensor (voltage detection means) 92 (hereinafter, detected FC voltage V1). And compare. FIG. 4 is a diagram showing the IV characteristics of the fuel cell 40. The actual IV characteristics detected by each sensor or the like are indicated by solid lines, and the IV characteristics estimated using the equation (4) are indicated by dotted lines. When the control device (determination means) 10 compares the estimated FC voltage V0 with the detected FC voltage V1 and detects that the detected FC voltage V1 is lower than the estimated FC voltage V0, the fuel cell 40 has deteriorated. Judgment is made and a warning lamp (notification means) is turned on or a voice message is output from a speaker (notification means) or the like to notify the driver or the like that the fuel cell 40 has deteriorated.

燃料電池40を構成する各セルの触媒の還元時に、発生した電気量からFC電圧を推定し、推定したFC電圧と、電圧センサ92によって検知される実際のFC電圧とを比較し、比較結果に基づいて燃料電池40の劣化を判定する。このため、流量計を利用して燃料電池の劣化を判定していた従来に比べて、製造コストを抑えることが可能となる。さらに、推定したFC電圧と、電圧センサ92によって検知される実際のFC電圧とを比較して燃料電池40の劣化を判定するため、従来に比して燃料電池40の劣化判定の精度を高めることが可能となる。以下、本実施形態に係る燃料電池の劣化判定処理について説明する。   When the catalyst of each cell constituting the fuel cell 40 is reduced, the FC voltage is estimated from the amount of electricity generated, the estimated FC voltage is compared with the actual FC voltage detected by the voltage sensor 92, and the comparison result is obtained. Based on this, the deterioration of the fuel cell 40 is determined. For this reason, it becomes possible to hold down manufacturing cost compared with the past which judged the deterioration of a fuel cell using a flow meter. Further, since the deterioration of the fuel cell 40 is determined by comparing the estimated FC voltage with the actual FC voltage detected by the voltage sensor 92, the accuracy of the determination of the deterioration of the fuel cell 40 is improved as compared with the conventional case. Is possible. Hereinafter, the deterioration determination process of the fuel cell according to the present embodiment will be described.

図5は、制御装置10によって実行される燃料電池の劣化判定処理を示すフローチャートである。
制御装置10は、間欠運転時にリフレッシュ制御を行うことで触媒の還元処理を開始すると(ステップS110;図2参照)、上記式(3)を利用して触媒還元処理に伴う電気量Qを算出する(ステップS120;図3に示すβ参照)。
FIG. 5 is a flowchart showing a fuel cell deterioration determination process executed by the control device 10.
When the control device 10 starts the reduction process of the catalyst by performing the refresh control during the intermittent operation (step S110; see FIG. 2), the controller 10 calculates the electric quantity Q accompanying the catalyst reduction process using the above equation (3). (Step S120; see β shown in FIG. 3).

そして、制御装置10は、活性化過電圧導出マップを利用して求めた電気量Qから活性化過電圧ηaを求める(ステップS130)。さらに、制御装置10は、求めた活性化過電圧ηaと電流センサ93によって検出されるFC電流I0を上記式(4)に代入することで、燃料電池40の出力電圧V0を推定する(ステップS140)。   And the control apparatus 10 calculates | requires activation overvoltage (eta) a from the electric quantity Q calculated | required using the activation overvoltage derivation map (step S130). Further, the control device 10 estimates the output voltage V0 of the fuel cell 40 by substituting the obtained activation overvoltage ηa and the FC current I0 detected by the current sensor 93 into the above equation (4) (step S140). .

制御装置10は、このようにして求めた推定FC電圧V0と、電圧センセ92によって検出される検出FC電圧V1とを比較する(ステップS150;図4参照)。制御装置10は、推定FC電圧V0と検出FC電圧V1とを比較し、検出FC電圧V1が推定FC電圧V0以上であることを検知した場合には、燃料電池40は劣化していない(正常である)と判断し(ステップS150;NO)、処理を終了する。一方、検出FC電圧V1が推定FC電圧V0を下回っていることを検知すると(ステップS150;YES)、燃料電池40が劣化していると判断し、警告ランプ(図示略)の点灯や音声メッセージの出力などにより、燃料電池40が劣化している旨を運転手などに報知した後(ステップS160)、処理を終了する。   The control device 10 compares the estimated FC voltage V0 obtained in this way with the detected FC voltage V1 detected by the voltage sensor 92 (step S150; see FIG. 4). When the control device 10 compares the estimated FC voltage V0 with the detected FC voltage V1 and detects that the detected FC voltage V1 is equal to or higher than the estimated FC voltage V0, the fuel cell 40 is not deteriorated (normally (Step S150; NO), and the process is terminated. On the other hand, when it is detected that the detected FC voltage V1 is lower than the estimated FC voltage V0 (step S150; YES), it is determined that the fuel cell 40 has deteriorated, and a warning lamp (not shown) is turned on or a voice message is displayed. After notifying the driver or the like that the fuel cell 40 has deteriorated by output or the like (step S160), the process is terminated.

以上説明したように、本実施形態によれば、燃料電池40を構成する各セルの触媒の還元時に、発生した電気量からFC電圧を推定し、推定したFC電圧と、電圧センサ92によって検知される実際のFC電圧とを比較し、比較結果に基づいて燃料電池40の劣化を判定する。このため、流量計を利用して燃料電池の劣化を判定していた従来に比べて、製造コストを抑えることが可能となる。さらに、推定したFC電圧と、電圧センサ92によって検知される実際のFC電圧とを比較して燃料電池40の劣化を判定するため、従来に比して燃料電池40の劣化判定の精度を高めることが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, when the catalyst of each cell constituting the fuel cell 40 is reduced, the FC voltage is estimated from the generated electricity, and the estimated FC voltage and the voltage sensor 92 detect the FC voltage. The actual FC voltage is compared, and the deterioration of the fuel cell 40 is determined based on the comparison result. For this reason, it becomes possible to hold down manufacturing cost compared with the past which judged the deterioration of a fuel cell using a flow meter. Further, since the deterioration of the fuel cell 40 is determined by comparing the estimated FC voltage with the actual FC voltage detected by the voltage sensor 92, the accuracy of the determination of the deterioration of the fuel cell 40 is improved as compared with the conventional case. Is possible.

B.変形例
(1)上述した実施形態では、検出FC電圧V1が推定FC電圧V0を下回っている場合に燃料電池40が劣化していると判断したが、例えば検出FC電圧V1と推定FC電圧V0の差分d1(=V0−V1;図4参照)が設定された差分閾値ds以上である場合に燃料電池40が劣化していると判断しても良く、どのような基準に基づいて燃料電池40が劣化していると判断するかはシステム設計などに応じて適宜変更可能である。
B. Modification (1) In the above-described embodiment, it is determined that the fuel cell 40 has deteriorated when the detected FC voltage V1 is lower than the estimated FC voltage V0. For example, the detected FC voltage V1 and the estimated FC voltage V0 When the difference d1 (= V0−V1; see FIG. 4) is equal to or larger than the set difference threshold value ds, it may be determined that the fuel cell 40 has deteriorated. Whether it is judged to be deteriorated can be appropriately changed according to the system design or the like.

(2)上述した実施形態では、通常運転時モードにおいて触媒を還元する場合について説明したが、低効率運転モードにおいて触媒を還元する場合にも適用可能である。ここで、低効率運転モードとは、通常運転モードに比して通常運転に比して反応ガスを不足気味にして電力損失を大きくする運転モードをいい、別言すれば、通常運転モードは比較的発電効率の高い運転モードであり、低効率運転モードは比較的発電効率の低い運転モードをいう。このように、本発明は触媒を還元するあらゆる場合に適用可能である。 (2) In the above-described embodiment, the case where the catalyst is reduced in the normal operation mode has been described. However, the present invention is also applicable to the case where the catalyst is reduced in the low efficiency operation mode. Here, the low-efficiency operation mode refers to an operation mode in which the reaction gas is insufficient and the power loss is increased compared to the normal operation mode. In other words, the normal operation mode is a comparison. The low-efficiency operation mode is an operation mode with relatively low power generation efficiency. Thus, the present invention is applicable to any case where the catalyst is reduced.

本実施形態に係る燃料電池システムの要部構成を示す図である。It is a figure which shows the principal part structure of the fuel cell system which concerns on this embodiment. 触媒のCV曲線を示す図である。It is a figure which shows the CV curve of a catalyst. 触媒の還元処理が行われる場合のFC電圧とFC電流の経時変化を示す図である。It is a figure which shows the time-dependent change of FC voltage and FC electric current in case the reduction process of a catalyst is performed. 燃料電池のIV特性を示す図である。It is a figure which shows the IV characteristic of a fuel cell. 燃料電池の劣化判定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the deterioration determination process of a fuel cell.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・電源システム、10・・・制御装置、20・・・バッテリ、30・・・DC−DCコンバータ、40・・・燃料電池、41・・・高分子電解質膜、42・・・アノード極、43・・・カソード極、44・・・膜・電極接合体、50・・・補機類、60・・・インバータ、70・・・燃料ガス供給源、80・・・酸化ガス供給源、92・・・電圧センサ、93・・・電流センサ、100・・・燃料電池システム。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power supply system, 10 ... Control apparatus, 20 ... Battery, 30 ... DC-DC converter, 40 ... Fuel cell, 41 ... Polymer electrolyte membrane, 42 ... Anode Electrode, 43 ... Cathode electrode, 44 ... Membrane / electrode assembly, 50 ... Auxiliary machinery, 60 ... Inverter, 70 ... Fuel gas supply source, 80 ... Oxidation gas supply source , 92 ... voltage sensor, 93 ... current sensor, 100 ... fuel cell system.

Claims (4)

電極触媒を備えた燃料電池と、
前記電極触媒の還元処理時に燃料電池の活性化過電圧を導出する導出手段と、
導出した前記活性化過電圧に基づき前記燃料電池の出力電圧を推定する推定手段と、
前記燃料電池の出力電圧を検知する電圧検知手段と、
推定される出力電圧と検知される出力電圧との比較結果に基づき、前記燃料電池の劣化を判定する判定手段と
を具備することを特徴とする燃料電池の劣化判定システム。
A fuel cell with an electrode catalyst;
Deriving means for deriving an activation overvoltage of the fuel cell during the reduction treatment of the electrode catalyst;
Estimating means for estimating the output voltage of the fuel cell based on the derived activation overvoltage;
Voltage detecting means for detecting the output voltage of the fuel cell;
A fuel cell deterioration determination system comprising: determination means for determining deterioration of the fuel cell based on a comparison result between the estimated output voltage and the detected output voltage.
前記燃料電池の出力電流を検知する電流検知手段をさらに備え、
前記推定手段は、導出した前記活性化過電圧と検知される前記出力電流から前記燃料電池の出力電圧を推定することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の劣化判定システム。
A current detecting means for detecting an output current of the fuel cell;
2. The fuel cell deterioration determination system according to claim 1, wherein the estimating means estimates the output voltage of the fuel cell from the derived activation overvoltage and the detected output current.
前記判定手段は、検知される出力電圧が推定される出力電圧を下回った場合に前記燃料電池が劣化していると判定することを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池の劣化判定システム。   3. The fuel cell deterioration determination according to claim 1, wherein the determination unit determines that the fuel cell has deteriorated when a detected output voltage falls below an estimated output voltage. 4. system. 前記燃料電池が劣化していると判定された場合に劣化している旨を報知する報知手段をさらに具備することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1の請求項に記載の燃料電池の劣化判定システム。
The fuel cell according to any one of claims 1 to 3, further comprising notification means for notifying that the fuel cell is deteriorated when it is determined that the fuel cell is deteriorated. Degradation judgment system of
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