JP2013232361A

JP2013232361A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2013232361A
Application number: JP2012104500A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Ikeda; 耕太郎池田; Masaaki Matsusue; 真明松末
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-05-01
Filing date: 2012-05-01
Publication date: 2013-11-14

Abstract

【課題】高湿度環境下での性能回復処理の実施を抑制する。
【解決手段】触媒層を有する電極が高分子電解質膜の両面に配置されてなる膜−電極アセンブリを含む燃料電池と、燃料電池の出力電圧を所定電圧まで低下させることにより触媒層の性能回復処理を実施する制御装置と、性能回復処理の実施前に、触媒層の周辺雰囲気の相対湿度が所定の閾値以下となるように調整する調整手段と、を備える。調整手段は、燃料電池のカソードに供給する酸化ガス流量を増やすことで前記調整を行なう
【選択図】図３An object of the present invention is to suppress performance recovery processing in a high humidity environment.
A fuel cell including a membrane-electrode assembly in which electrodes having a catalyst layer are arranged on both sides of a polymer electrolyte membrane, and a performance recovery process for the catalyst layer by reducing the output voltage of the fuel cell to a predetermined voltage. And a controller for adjusting the relative humidity of the ambient atmosphere around the catalyst layer to be equal to or lower than a predetermined threshold before the performance recovery process is performed. The adjusting means performs the adjustment by increasing the flow rate of the oxidizing gas supplied to the cathode of the fuel cell.

Description

本発明は、触媒活性化機能を有する燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system having a catalyst activation function.

燃料電池スタックは、燃料を電気化学プロセスによって酸化させることにより、酸化反応に伴って放出されるエネルギーを電気エネルギーに直接変換する発電システムである。燃料電池スタックは、水素イオンを選択的に輸送するための高分子電解質膜の両側面を多孔質材料から成る一対の電極によって挟持してなる膜−電極アセンブリを有する。一対の電極のそれぞれは、白金系の金属触媒を担持するカーボン粉末を主成分とし、高分子電解質膜に接する触媒層と、触媒層の表面に形成され、通気性と電子導電性とを併せ持つガス拡散層とを有する。 A fuel cell stack is a power generation system that directly converts energy released during an oxidation reaction into electric energy by oxidizing fuel by an electrochemical process. The fuel cell stack has a membrane-electrode assembly in which both side surfaces of a polymer electrolyte membrane for selectively transporting hydrogen ions are sandwiched by a pair of electrodes made of a porous material. Each of the pair of electrodes is mainly composed of a carbon powder carrying a platinum-based metal catalyst, and is formed on the surface of the catalyst layer in contact with the polymer electrolyte membrane and a gas having both air permeability and electronic conductivity. And a diffusion layer.

この種の燃料電池システムでは、セル電圧が酸化電圧（約０．７Ｖ〜１．０Ｖ）になる運転領域で電池運転を継続すると、触媒層の白金触媒表面への酸化皮膜形成により、白金触媒の有効面積が減少し、触媒層の性能ひいては発電性能が低下することがある。このような事情に鑑み、特許文献１には、白金触媒が酸化される酸化領域において燃料電池の運転が継続されていることが検知されると、カソード電位を還元電圧（例えば０．６Ｖ以下）まで引き下げることにより、白金触媒表面から酸化皮膜を除去して発電性能を回復する処理（以下、リフレッシュ処理と称する。）について言及されている。 In this type of fuel cell system, when the battery operation is continued in an operation region where the cell voltage is an oxidation voltage (approximately 0.7 V to 1.0 V), the formation of an oxide film on the platinum catalyst surface of the catalyst layer causes The effective area may be reduced, and the performance of the catalyst layer and thus the power generation performance may be reduced. In view of such circumstances, in Patent Document 1, when it is detected that the operation of the fuel cell is continued in the oxidation region where the platinum catalyst is oxidized, the cathode potential is reduced to a reduction voltage (for example, 0.6 V or less). Is referred to as a process (hereinafter referred to as a refresh process) for removing the oxide film from the surface of the platinum catalyst to recover the power generation performance.

特開２０１０−０４０２８５号公報JP 2010-040285 A

ところで、所定相対湿度（例えば、８０℃）以上の高湿度環境下においては、触媒層中の白金がイオン化して触媒層表面から溶出し、この溶出した白金イオンが触媒層表面に再析出して白金粒径が成長する、という現象が起こる。つまり、高湿度環境下でリフレッシュ処理を実施すると、セルの耐久性が低下し、総合的に不利になる場合がある。 By the way, in a high humidity environment of a predetermined relative humidity (for example, 80 ° C.) or more, platinum in the catalyst layer is ionized and eluted from the surface of the catalyst layer, and the eluted platinum ions are re-deposited on the surface of the catalyst layer. The phenomenon that platinum particle size grows occurs. That is, if the refresh process is performed in a high humidity environment, the durability of the cell may be reduced, which may be disadvantageous overall.

そこで、本発明は、高湿度環境下での性能回復処理の実施を抑制することのできる燃料電池システムの提案を課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to propose a fuel cell system capable of suppressing the performance recovery process in a high humidity environment.

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、
触媒層を有する電極が高分子電解質膜の両面に配置されてなる膜−電極アセンブリを含む燃料電池と、
前記燃料電池の出力電圧を所定電圧まで低下させることにより前記触媒層の性能回復処理を実施する制御装置と、
前記性能回復処理の実施前に、前記触媒層の周辺雰囲気の相対湿度が所定の閾値以下となるように調整する調整手段と、
を備えるものである。 In order to achieve the above object, the fuel cell system of the present invention comprises:
A fuel cell comprising a membrane-electrode assembly in which electrodes having a catalyst layer are disposed on both sides of a polymer electrolyte membrane;
A control device for performing a performance recovery process of the catalyst layer by reducing the output voltage of the fuel cell to a predetermined voltage;
Before the performance recovery process, adjusting means for adjusting the relative humidity of the ambient atmosphere of the catalyst layer to be a predetermined threshold or less;
Is provided.

この構成では、触媒層の周辺雰囲気の相対湿度が低い状態、すなわち、触媒粒径の成長が抑制された状態で性能回復処理を実施することが可能になる。 In this configuration, the performance recovery process can be performed in a state where the relative humidity of the atmosphere around the catalyst layer is low, that is, in a state where the growth of the catalyst particle size is suppressed.

前記調整手段は、前記燃料電池のカソードに供給する酸化ガス流量を増やすことで前記調整を行なうように構成されていてもよい。 The adjusting means may be configured to perform the adjustment by increasing an oxidizing gas flow rate supplied to the cathode of the fuel cell.

この構成では、酸化オフガスと共に燃料電池から排出される（持ち去られる）水蒸気の量が増え、触媒層の周辺雰囲気の相対湿度が低下する。 In this configuration, the amount of water vapor discharged (taken away) from the fuel cell together with the oxidizing off gas increases, and the relative humidity of the atmosphere around the catalyst layer decreases.

前記調整手段は、前記燃料電池の温度を上げることで前記調整を行なうように構成されていてもよい。
燃料電池の温度を上げるには、例えば、燃料電池に冷媒（冷却水）を循環させて燃料電池の温度を制御する温調手段を備えた燃料電池システムである場合には、この温調手段を用いて燃料電池への冷媒供給量を少なくする、又は燃料電池への冷媒供給温度を下げる等により可能である。 The adjusting means may be configured to perform the adjustment by increasing the temperature of the fuel cell.
In order to raise the temperature of the fuel cell, for example, in the case of a fuel cell system provided with temperature control means for controlling the temperature of the fuel cell by circulating refrigerant (cooling water) in the fuel cell, this temperature control means is used. This can be achieved by reducing the amount of refrigerant supplied to the fuel cell or by lowering the temperature of the refrigerant supplied to the fuel cell.

前記燃料電池が、アノードに供給される燃料ガスとカソードに供給される酸化ガスとが対向流となるガス流路構造を備えたものであれば、前記調整手段は、前記燃料電池のカソード側の背圧を下げる又はアノード側の背圧を上げることで前記調整を行なうように構成されていてもよい。 If the fuel cell has a gas flow path structure in which the fuel gas supplied to the anode and the oxidizing gas supplied to the cathode are opposed to each other, the adjusting means is provided on the cathode side of the fuel cell. The adjustment may be performed by decreasing the back pressure or increasing the back pressure on the anode side.

この構成においては、カソード側の背圧を下げると、酸化オフガスと共に燃料電池から排出される（持ち去られる）水蒸気の量が増え、触媒層の周辺雰囲気の相対湿度が低下する。一方、アノード側の背圧を上げると、燃料電池に供給される燃料ガスの体積流量が減り、カウンター効果が減るので、触媒層の周辺雰囲気の相対湿度が低下する。 In this configuration, when the back pressure on the cathode side is lowered, the amount of water vapor discharged (taken away) from the fuel cell together with the oxidizing off gas increases, and the relative humidity of the atmosphere around the catalyst layer decreases. On the other hand, when the back pressure on the anode side is increased, the volume flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell is reduced and the counter effect is reduced, so that the relative humidity of the ambient atmosphere around the catalyst layer is lowered.

本発明によれば、高湿度環境下での性能回復処理の実施を抑制することのできる燃料電池システムの提供が可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell system capable of suppressing the performance recovery process in a high humidity environment.

本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 燃料電池スタックを構成するセルの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the cell which comprises a fuel cell stack. 燃料電池システムの運転時にリフレッシュ処理を実施する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which implements a refresh process at the time of a driving | running of a fuel cell system.

以下、各図を参照しながら本発明に係わる実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係わる燃料電池システム１０のシステム構成を示している。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a system configuration of a fuel cell system 10 according to an embodiment of the present invention.

燃料電池システム１０は、燃料電池車両に搭載される車載電源システムとして機能するものであり、反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）の供給を受けて発電する燃料電池スタック２０と、酸化ガスとしての空気を燃料電池スタック２０に供給するための酸化ガス供給系３０と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池スタック２０に供給するための燃料ガス供給系４０と、冷媒としての冷却水を燃料電池スタック２０に供給するための冷媒供給系７０と、電力の充放電を制御するための電力系５０と、システム全体を統括制御するコントローラ６０とを備えている。 The fuel cell system 10 functions as an in-vehicle power supply system mounted on a fuel cell vehicle. The fuel cell stack 20 generates electric power by receiving supply of reaction gas (fuel gas, oxidant gas), and air as oxidant gas. An oxidizing gas supply system 30 for supplying the fuel cell stack 20 with hydrogen, a fuel gas supply system 40 for supplying hydrogen gas as the fuel gas to the fuel cell stack 20, and a cooling water as a refrigerant for the fuel cell stack 20 The system includes a refrigerant supply system 70 for supplying power, a power system 50 for controlling charge / discharge of power, and a controller 60 for overall control of the entire system.

燃料電池スタック２０は、多数のセルを直列に積層してなる固体高分子電解質型セルスタックである。燃料電池スタック２０では、アノード極において（１）式の酸化反応が生じ、カソード極において（２）式の還元反応が生じる。燃料電池スタック２０全体としては（３）式の起電反応が生じる。
Ｈ₂ → ２Ｈ⁺＋２ｅ^- …（１）
（１／２）Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^- → Ｈ₂Ｏ …（２）
Ｈ₂＋（１／２）Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ …（３） The fuel cell stack 20 is a solid polymer electrolyte cell stack formed by stacking a large number of cells in series. In the fuel cell stack 20, the oxidation reaction of the formula (1) occurs at the anode electrode, and the reduction reaction of the equation (2) occurs at the cathode electrode. In the fuel cell stack 20 as a whole, the electromotive reaction of the formula (3) occurs.
H ₂ → 2H ⁺ + 2e ⁻ (1)
(1/2) O ₂ + 2H ⁺ + 2e ⁻ → H ₂ O (2)
H ₂ + (1/2) O ₂ → H ₂ O (3)

図２は、燃料電池スタック２０を構成するセル２１の分解斜視図である。
セル２１は、高分子電解質膜２２と、アノード極２３と、カソード極２４と、セパレータ２６，２７とから構成されている。アノード極２３及びカソード極２４は、高分子電解質膜２２を両側から挟んでサンドイッチ構造を成す拡散電極である。 FIG. 2 is an exploded perspective view of the cells 21 constituting the fuel cell stack 20.
The cell 21 includes a polymer electrolyte membrane 22, an anode electrode 23, a cathode electrode 24, and separators 26 and 27. The anode electrode 23 and the cathode electrode 24 are diffusion electrodes having a sandwich structure with the polymer electrolyte membrane 22 sandwiched from both sides.

ガス不透過の導電性部材から構成されるセパレータ２６，２７は、このサンドイッチ構造をさらに両側から挟みつつ、アノード極２３及びカソード極２４との間にそれぞれ燃料ガス及び酸化ガスの流路を形成する。セパレータ２６には、断面凹状のリブ２６ａが形成されている。 Separators 26 and 27 made of a gas-impermeable conductive member form fuel gas and oxidizing gas flow paths between the anode electrode 23 and the cathode electrode 24 while sandwiching the sandwich structure from both sides. . The separator 26 is formed with a rib 26a having a concave cross section.

リブ２６ａにアノード極２３が当接することで、リブ２６ａの開口部は閉塞され、燃料ガス流路が形成される。セパレータ２７には、断面凹状のリブ２７ａが形成されている。リブ２７ａにカソード極２４が当接することで、リブ２７ａの開口部は閉塞され、酸化ガス流路が形成される。 When the anode electrode 23 comes into contact with the rib 26a, the opening of the rib 26a is closed and a fuel gas flow path is formed. The separator 27 is formed with a rib 27a having a concave cross section. When the cathode electrode 24 comes into contact with the rib 27a, the opening of the rib 27a is closed and an oxidizing gas flow path is formed.

アノード極２３は、白金系の金属触媒（Ｐｔ，Ｐｔ−Ｆｅ，Ｐｔ−Ｃｒ，Ｐｔ−Ｎｉ，Ｐｔ−Ｒｕなど）を担持するカーボン粉末を主成分とし、高分子電解質膜２２に接する触媒層２３ａと、触媒層２３ａの表面に形成され、通気性と電子導電性とを併せ持つガス拡散層２３ｂとを有する。同様に、カソード極２４は、触媒層２４ａとガス拡散層２４ｂとを有する。 The anode electrode 23 is mainly composed of a carbon powder supporting a platinum-based metal catalyst (Pt, Pt—Fe, Pt—Cr, Pt—Ni, Pt—Ru, etc.), and a catalyst layer 23 a in contact with the polymer electrolyte membrane 22. And a gas diffusion layer 23b formed on the surface of the catalyst layer 23a and having both air permeability and electronic conductivity. Similarly, the cathode electrode 24 has a catalyst layer 24a and a gas diffusion layer 24b.

より詳細には、触媒層２３ａ，２４ａは、白金、又は白金と他の金属からなる合金を担持したカーボン粉を適当な有機溶媒に分散させ、電解質溶液を適量添加してペースト化し、高分子電解質膜２２上にスクリーン印刷したものである。ガス拡散層２３ｂ、２４ｂは、炭素繊維から成る糸で織成したカーボンクロス、カーボンペーパー、又はカーボンフェルトにより形成されている。 More specifically, the catalyst layers 23a and 24a are made by dispersing carbon powder carrying platinum or an alloy made of platinum and another metal in an appropriate organic solvent, adding an appropriate amount of an electrolyte solution to form a paste, and forming a polymer electrolyte. Screen-printed on the film 22. The gas diffusion layers 23b and 24b are formed of carbon cloth, carbon paper, or carbon felt woven with carbon fiber yarns.

高分子電解質膜２２は、固体高分子材料、例えば、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を発揮する。高分子電解質膜２２、アノード極２３、及びカソード極２４によって膜−電極アセンブリ２５が形成される。 The polymer electrolyte membrane 22 is a proton conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material, for example, a fluororesin, and exhibits good electrical conductivity in a wet state. A membrane-electrode assembly 25 is formed by the polymer electrolyte membrane 22, the anode electrode 23, and the cathode electrode 24.

図１に戻り、燃料電池スタック２０には、燃料電池スタック２０の出力電圧（ＦＣ電圧）を検出するための電圧センサ５７、出力電流（ＦＣ電流）を検出するための電流センサ５８が取り付けられている。 Returning to FIG. 1, a voltage sensor 57 for detecting the output voltage (FC voltage) of the fuel cell stack 20 and a current sensor 58 for detecting the output current (FC current) are attached to the fuel cell stack 20. Yes.

酸化ガス供給系３０は、燃料電池スタック２０のカソード極に供給される酸化ガスが流れる酸化ガス通路３３と、燃料電池スタック２０から排出される酸化オフガスが流れる酸化オフガス通路３４とを有している。酸化ガス通路３３には、フィルタ３１を介して大気中から酸化ガスを取り込むエアコンプレッサ３２と、エアコンプレッサ３２により加圧される酸化ガスを加湿するための加湿器３５と、燃料電池スタック２０への酸化ガス供給を遮断するための遮断弁Ａ１とが設けられている。 The oxidizing gas supply system 30 has an oxidizing gas passage 33 through which oxidizing gas supplied to the cathode electrode of the fuel cell stack 20 flows and an oxidizing off gas passage 34 through which oxidizing off gas discharged from the fuel cell stack 20 flows. . In the oxidizing gas passage 33, an air compressor 32 that takes in the oxidizing gas from the atmosphere via the filter 31, a humidifier 35 for humidifying the oxidizing gas pressurized by the air compressor 32, and the fuel cell stack 20 are connected. A shutoff valve A1 for shutting off the oxidizing gas supply is provided.

酸化オフガス通路３４には、燃料電池スタック２０からの酸化オフガス排出を遮断するための遮断弁Ａ２と、酸化ガス供給圧を調整するための背圧調整弁Ａ３と、酸化ガス（ドライガス）と酸化オフガス（ウェットガス）との間で水分交換するための加湿器３５とが設けられている。 In the oxidizing off gas passage 34, a shutoff valve A2 for shutting off the oxidizing off gas discharge from the fuel cell stack 20, a back pressure adjusting valve A3 for adjusting the oxidizing gas supply pressure, oxidizing gas (dry gas) and oxidizing A humidifier 35 is provided for exchanging moisture with off-gas (wet gas).

燃料ガス供給系４０は、燃料ガス供給源４１と、燃料ガス供給源４１から燃料電池スタック２０のアノード極に供給される燃料ガスが流れる燃料ガス通路４３と、燃料電池スタック２０から排出される燃料オフガスを燃料ガス通路４３に帰還させるための循環通路４４と、循環通路４４内の燃料オフガスを燃料ガス通路４３に圧送する循環ポンプ４５と、循環通路４４に分岐接続される排気排水通路４６とを有している。 The fuel gas supply system 40 includes a fuel gas supply source 41, a fuel gas passage 43 through which fuel gas supplied from the fuel gas supply source 41 to the anode electrode of the fuel cell stack 20 flows, and fuel discharged from the fuel cell stack 20. A circulation passage 44 for returning off-gas to the fuel gas passage 43, a circulation pump 45 for pressure-feeding the fuel off-gas in the circulation passage 44 to the fuel gas passage 43, and an exhaust / drain passage 46 branched and connected to the circulation passage 44 Have.

燃料ガス供給源４１は、例えば、高圧水素タンクや水素吸蔵合金などで構成され、高圧（例えば、３５ＭＰａ乃至７０ＭＰａ）の水素ガスを貯留する。遮断弁Ｈ１を開くと、燃料ガス供給源４１から燃料ガス通路４３に燃料ガスが流出する。燃料ガスは、レギュレータＨ２やインジェクタ４２により、例えば、２００ｋＰａ程度まで減圧されて、燃料電池スタック２０に供給される。 The fuel gas supply source 41 is composed of, for example, a high-pressure hydrogen tank or a hydrogen storage alloy, and stores high-pressure (for example, 35 MPa to 70 MPa) hydrogen gas. When the shut-off valve H1 is opened, the fuel gas flows out from the fuel gas supply source 41 into the fuel gas passage 43. The fuel gas is decompressed to about 200 kPa, for example, by the regulator H2 and the injector 42, and supplied to the fuel cell stack 20.

循環通路４４には、燃料電池スタック２０からの燃料オフガス排出を遮断するための遮断弁Ｈ４と、循環通路４４から分岐する排気排水通路４６とが接続されている。排気排水通路４６には、排気排水弁Ｈ５が配設されている。排気排水弁Ｈ５は、コントローラ６０からの指令によって作動することにより、循環通路４４内の不純物を含む燃料オフガスと水分とを外部に排出（パージ）する。 The circulation passage 44 is connected to a shutoff valve H4 for shutting off the fuel off-gas discharge from the fuel cell stack 20 and an exhaust drainage passage 46 branched from the circulation passage 44. An exhaust / drain valve H5 is disposed in the exhaust / drain passage 46. The exhaust / drain valve H <b> 5 is operated according to a command from the controller 60 to discharge (purge) the fuel off-gas and impurities including impurities in the circulation passage 44 to the outside.

排気排水弁Ｈ５を介して排出される燃料オフガスは、酸化オフガス通路３４を流れる酸化オフガスと混合され、希釈器（図示せず）によって希釈される。循環ポンプ４５は、循環系内の燃料オフガスをモータ駆動により燃料電池スタック２０に循環供給する。 The fuel off-gas discharged through the exhaust / drain valve H5 is mixed with the oxidizing off-gas flowing through the oxidizing off-gas passage 34 and diluted by a diluter (not shown). The circulation pump 45 circulates and supplies the fuel off gas in the circulation system to the fuel cell stack 20 by driving the motor.

冷媒供給系７０は、燃料電池スタック２０の冷却水出入口に接続されて冷却水を循環させる冷却路７１を備えている。冷却路７１には、冷却水を加圧して循環させるポンプＣ１、冷却水の保有熱を外部に放熱するラジエータＣ２、ラジエータＣ２をバイパスさせるバイパス路７２、及び燃料電池スタック２０から排出された冷却水の流通先を切り替える三方弁Ｃ４が設けられている。ラジエータＣ２には、モータによって回転駆動される冷却ファンＣ３が設けられている。 The refrigerant supply system 70 includes a cooling path 71 connected to the cooling water inlet / outlet of the fuel cell stack 20 and circulating the cooling water. The cooling path 71 includes a pump C1 that pressurizes and circulates the cooling water, a radiator C2 that radiates the retained heat of the cooling water to the outside, a bypass path 72 that bypasses the radiator C2, and the cooling water discharged from the fuel cell stack 20. A three-way valve C4 for switching the distribution destination is provided. The radiator C2 is provided with a cooling fan C3 that is rotationally driven by a motor.

電力系５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、バッテリ（蓄電装置）５２、トラクションインバータ５３、トラクションモータ５４、及び補機類５５を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、バッテリ５２から供給される直流電圧を昇圧してトラクションインバータ５３に出力する機能と、燃料電池スタック２０が発電した直流電力、又は回生制動によりトラクションモータ５４が回収した回生電力を降圧してバッテリ５２に充電する機能とを有する。 The power system 50 includes a DC / DC converter 51, a battery (power storage device) 52, a traction inverter 53, a traction motor 54, and auxiliary machinery 55. The DC / DC converter 51 boosts the DC voltage supplied from the battery 52 and outputs it to the traction inverter 53, and the DC power generated by the fuel cell stack 20, or the regenerative power collected by the traction motor 54 by regenerative braking. And a function of charging the battery 52 by stepping down the voltage.

バッテリ５２は、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギー貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリ５２としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等の二次電池が好適である。バッテリ５２には、その残容量であるＳＯＣ（State of charge）を検出するためのＳＯＣセンサが取り付けられている。 The battery 52 functions as a surplus power storage source, a regenerative energy storage source during regenerative braking, and an energy buffer during load fluctuations associated with acceleration or deceleration of the fuel cell vehicle. As the battery 52, for example, a secondary battery such as a nickel / cadmium storage battery, a nickel / hydrogen storage battery, or a lithium secondary battery is suitable. The battery 52 is provided with an SOC sensor for detecting SOC (State of charge) which is the remaining capacity.

トラクションインバータ５３は、例えば、パルス幅変調方式で駆動されるＰＷＭインバータであり、コントローラ６０からの制御指令に従って、燃料電池スタック２０又はバッテリ５２から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、トラクションモータ５４の回転トルクを制御する。トラクションモータ５４は、例えば、三相交流モータであり、燃料電池車両の動力源を構成する。 The traction inverter 53 is, for example, a PWM inverter driven by a pulse width modulation method, and converts a DC voltage output from the fuel cell stack 20 or the battery 52 into a three-phase AC voltage in accordance with a control command from the controller 60. The rotational torque of the traction motor 54 is controlled. The traction motor 54 is a three-phase AC motor, for example, and constitutes a power source of the fuel cell vehicle.

補機類５５は、燃料電池システム１０内の各部に配置されている各モータ（例えば、ポンプ類などの動力源）や、これらのモータを駆動するためのインバータ類、更には各種の車載補機類（例えば、エアコンプレッサ、インジェクタ、冷却水循環ポンプ、ラジエータなど）を総称するものである。 Auxiliary machines 55 are motors (for example, power sources such as pumps) arranged in each part in the fuel cell system 10, inverters for driving these motors, and various on-vehicle auxiliary machines. (For example, an air compressor, an injector, a cooling water circulation pump, a radiator, etc.) is a general term.

コントローラ６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インタフェースを備えるコンピュータシステムであり、燃料電池システム１０の各部を制御する。例えば、コントローラ６０は、イグニッションスイッチから出力される起動信号ＩＧを受信すると、燃料電池システム１０の運転を開始し、アクセルセンサから出力されるアクセル開度信号ＡＣＣや、車速センサから出力される車速信号ＶＣなどを基に、システム全体の要求電力を求める。システム全体の要求電力は、車両走行電力と補機電力との合計値である。 The controller 60 is a computer system including a CPU, a ROM, a RAM, and an input / output interface, and controls each part of the fuel cell system 10. For example, when the controller 60 receives the start signal IG output from the ignition switch, the controller 60 starts the operation of the fuel cell system 10, and the accelerator opening signal ACC output from the accelerator sensor or the vehicle speed signal output from the vehicle speed sensor. The required power of the entire system is obtained based on VC or the like. The required power of the entire system is the total value of the vehicle running power and the auxiliary machine power.

補機電力には、車載補機類（加湿器、エアコンプレッサ、水素ポンプ、及び冷却水循環ポンプ等）で消費される電力、車両走行に必要な装置（変速機、車輪制御装置、操舵装置、及び懸架装置等）で消費される電力、乗員空間内に配設される装置（空調装置、照明器具、及びオーディオ等）で消費される電力などが含まれる。 Auxiliary power includes power consumed by in-vehicle accessories (humidifiers, air compressors, hydrogen pumps, cooling water circulation pumps, etc.), and equipment required for vehicle travel (transmissions, wheel control devices, steering devices, and Power consumed by a suspension device or the like, and power consumed by a device (such as an air conditioner, a lighting fixture, or audio) disposed in the passenger space.

コントローラ６０は、燃料電池スタック２０とバッテリ５２とのそれぞれの出力電力の配分を決定し、燃料電池スタック２０の発電量が目標電力に一致するように、酸化ガス供給系３０及び燃料ガス供給系４０を制御するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を制御して、燃料電池スタック２０の出力電圧を調整することにより、燃料電池スタック２０の運転ポイント（出力電圧、出力電流）を制御する。 The controller 60 determines the distribution of the output power of each of the fuel cell stack 20 and the battery 52, and the oxidizing gas supply system 30 and the fuel gas supply system 40 so that the power generation amount of the fuel cell stack 20 matches the target power. And the DC / DC converter 51 to adjust the output voltage of the fuel cell stack 20, thereby controlling the operation point (output voltage, output current) of the fuel cell stack 20.

燃料電池スタック２０では、上述の（１）式に示すように、アノード極２３で生成された水素イオンが電解質膜２２を透過してカソード極２４に移動し、カソード極２４に移動した水素イオンは、上述の（２）式に示すように、カソード極２４に供給されている酸化ガス中の酸素と電気化学反応を起こし、酸素の還元反応を生じさせる。その結果、触媒層２４ａの白金触媒表面を酸化皮膜が覆って有効面積が減少し、発電効率（出力特性）が低下する。 In the fuel cell stack 20, as shown in the above formula (1), hydrogen ions generated at the anode electrode 23 pass through the electrolyte membrane 22 and move to the cathode electrode 24, and the hydrogen ions moved to the cathode electrode 24 are As shown in the above equation (2), an electrochemical reaction is caused with oxygen in the oxidizing gas supplied to the cathode electrode 24 to cause a reduction reaction of oxygen. As a result, the platinum catalyst surface of the catalyst layer 24a is covered with an oxide film, the effective area is reduced, and power generation efficiency (output characteristics) is reduced.

そこで、コントローラ６０は、所定の実施タイミングにおいて、セル電圧を還元電圧（リフレッシュ電圧）まで所定時間（リフレッシュ時間）引き下げることによって、酸化皮膜を還元し、触媒表面から酸化皮膜を取り除くリフレッシュ処理を実施する。 Therefore, the controller 60 reduces the oxide film by reducing the cell voltage to the reduction voltage (refresh voltage) for a predetermined time (refresh time) at a predetermined execution timing, and performs a refresh process for removing the oxide film from the catalyst surface. .

より詳細には各セルの電圧、即ち、燃料電池スタック２０の出力電圧を所定時間降下させることによって、出力電流を増加させ、触媒層２４ａにおける電気化学反応を酸化反応領域から還元反応領域に遷移させて触媒活性を回復させるものである。 More specifically, by decreasing the voltage of each cell, that is, the output voltage of the fuel cell stack 20 for a predetermined time, the output current is increased, and the electrochemical reaction in the catalyst layer 24a is shifted from the oxidation reaction region to the reduction reaction region. Thus, the catalyst activity is recovered.

このように、リフレッシュ処理は、燃料電池スタック２０の発電効率低下の抑制に不可欠なものである。しかしながら、燃料電池スタック２０内とりわけ触媒層２４ａの周辺雰囲気が、例えば相対湿度８０％以上の高湿度環境下にある場合には、触媒層２４ａ中の白金がイオン化して触媒層２４ａの表面から溶出し、この溶出した白金イオンが触媒層２４ａの表面に再析出して白金粒径が成長してしまう。 Thus, the refresh process is indispensable for suppressing a decrease in power generation efficiency of the fuel cell stack 20. However, when the atmosphere in the fuel cell stack 20, particularly around the catalyst layer 24a, is in a high humidity environment with a relative humidity of 80% or more, for example, platinum in the catalyst layer 24a is ionized and eluted from the surface of the catalyst layer 24a. Then, the eluted platinum ions are reprecipitated on the surface of the catalyst layer 24a, and the platinum particle size grows.

かかる場合には、白金触媒の表面積が減り、また、触媒自体の活性が落ちるので、高湿度環境下でリフレッシュ処理を実施すると、セル２１の耐久性が低下し、総合的に不利になる場合がある。 In such a case, the surface area of the platinum catalyst is reduced, and the activity of the catalyst itself is reduced. Therefore, when the refresh process is performed in a high humidity environment, the durability of the cell 21 is lowered, which may be disadvantageous overall. is there.

そこで、本発明は、リフレッシュ処理の実施が必要と判断された場合には、その実施前に、触媒層２４ａの周辺雰囲気について白金粒径の成長が促進される状態にあるか否かを判断し、その判断結果が「Ｙｅｓ」の場合に、前処理として、白金粒径の成長が阻害されるような雰囲気を形成する。 Therefore, when it is determined that the refresh process needs to be performed, the present invention determines whether or not the growth of the platinum particle size is promoted in the ambient atmosphere of the catalyst layer 24a before the execution of the refresh process. When the determination result is “Yes”, an atmosphere that inhibits the growth of the platinum particle diameter is formed as a pretreatment.

次に、図３のフローチャートを参照しつつ、燃料電池システム１０の通常負荷運転中に所定のリフレッシュ処理実施条件を満たしたときの手順、つまり、リフレッショ処理を実施する前に実施される前処理、リフレッシュ処理、及び、リフレッシュ処理を実施した後に実施される後処理について説明する。 Next, referring to the flowchart of FIG. 3, a procedure when a predetermined refresh processing execution condition is satisfied during the normal load operation of the fuel cell system 10, that is, a pre-processing performed before performing the refresh processing, The refresh process and post-process executed after the refresh process is performed will be described.

燃料電池システム１０は、運転負荷に応じて、燃料電池スタック２０の運転モードを切り替えることにより発電効率の向上を図ることが行なわれている。 The fuel cell system 10 is designed to improve the power generation efficiency by switching the operation mode of the fuel cell stack 20 according to the operation load.

例えば、燃料電池システム１０は、発電効率の高い高負荷領域（発電要求が所定値以上となる運転領域）では、アクセル開度や車速などを基に燃料電池スタック２０の発電指令値を算出して運転制御し、車両走行に要する電力やシステム運用上必要な電力を燃料電池スタック２０による発電電力のみによって又は燃料電池スタック２０による発電電力とバッテリ５２からの電力とによって賄う通常負荷運転を実施する。 For example, the fuel cell system 10 calculates the power generation command value of the fuel cell stack 20 based on the accelerator opening and the vehicle speed in a high load region where the power generation efficiency is high (an operation region where the power generation request is equal to or greater than a predetermined value). Operation control is performed, and normal load operation is performed in which the power required for vehicle travel and the power required for system operation are covered only by the power generated by the fuel cell stack 20 or by the power generated by the fuel cell stack 20 and the power from the battery 52.

この通常負荷運転中は、燃料電池スタック２０の出力電圧が負荷に応じて変動しており、そのときの発電電圧は、触媒層２４ａの白金触媒表面に酸化皮膜が形成される電圧であるときと、酸化皮膜が除去される電圧であるときとが混在し、酸化皮膜量は増減を繰り返す。 During this normal load operation, the output voltage of the fuel cell stack 20 varies according to the load, and the generated voltage at that time is a voltage at which an oxide film is formed on the platinum catalyst surface of the catalyst layer 24a. When the voltage is such that the oxide film is removed, the amount of the oxide film repeatedly increases and decreases.

通常負荷運転中、コントローラ６０は、所定の制御周期で図３に示すサブルーチンをメインルーチンから呼び出す。このサブルーチンにおいては、まず、リフレッシュ処理の要否判定を行なう（図３のステップＳ１）。このステップＳ１では、例えば、触媒層２４ａの白金触媒表面に形成された酸化皮膜量が所定量Ａ以上であるか否かの判定が行なわれる。 During normal load operation, the controller 60 calls the subroutine shown in FIG. 3 from the main routine at a predetermined control cycle. In this subroutine, first, it is determined whether or not a refresh process is necessary (step S1 in FIG. 3). In this step S1, for example, it is determined whether or not the amount of the oxide film formed on the platinum catalyst surface of the catalyst layer 24a is a predetermined amount A or more.

このとき、コントローラ６０は、例えば前回実施したリフレッシュ処理からの経過時間と、燃料電池スタック２０の発電電流と、酸化皮膜量との関係を示すマップを参照することにより、酸化皮膜量を推定する。このマップは、実験やシミュレーション結果に基づき作成され、コントローラ６０内のメモリに記憶されている。 At this time, the controller 60 estimates the oxide film amount, for example, by referring to a map showing the relationship between the elapsed time from the refresh process performed last time, the generated current of the fuel cell stack 20, and the oxide film amount. This map is created based on experiments and simulation results, and is stored in the memory in the controller 60.

コントローラ６０は、ステップＳ１の判定結果が「Ｎｏ」である場合、つまり、触媒層２４ａの白金触媒表面に形成された酸化皮膜の量が所定量Ａ以下であり、リフレッシュ処理が不要である場合は、ステップＳ３以降の全ての処理をスキップし、メインルーチンに処理を戻す。 If the determination result in step S1 is “No”, that is, the amount of oxide film formed on the platinum catalyst surface of the catalyst layer 24a is equal to or less than the predetermined amount A and the controller 60 does not require a refresh process. All processes after step S3 are skipped, and the process is returned to the main routine.

一方、コントローラ６０は、ステップＳ１の判定結果が「Ｙｅｓ」である場合、つまり、触媒層２４ａの白金触媒表面に形成された酸化皮膜量が所定量Ａを超えていてリフレッシュ処理が必要である場合は、リフレッシュ処理（ステップＳ７）を実施する前に、リフレッシュ前処理条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ３）。 On the other hand, if the determination result in step S1 is “Yes”, that is, the amount of oxide film formed on the platinum catalyst surface of the catalyst layer 24a exceeds the predetermined amount A and the controller 60 needs to be refreshed. Determines whether or not the pre-refresh processing condition is satisfied before performing the refresh process (step S7) (step S3).

このステップＳ３では、例えば、燃料電池スタック２０のインピーダンスの測定結果、パージ時間と相対湿度の変化との関係を示すマップ、燃料電池スタック２０の発電電流の変化、燃料電池スタック２０のカソード側出口における水分量、或いは燃料電池スタック２０のカソード側の入口−出口間の圧損等に基づいて、触媒層２４ａの周辺雰囲気の相対湿度が所定の閾値Ｘ（例えば、９０％）を超えているか否かを判定する。 In this step S3, for example, the measurement result of the impedance of the fuel cell stack 20, a map showing the relationship between the purge time and the change in relative humidity, the change in the generated current of the fuel cell stack 20, the cathode side outlet of the fuel cell stack 20 Whether or not the relative humidity of the ambient atmosphere of the catalyst layer 24a exceeds a predetermined threshold X (for example, 90%) based on the amount of water or the pressure loss between the inlet and outlet on the cathode side of the fuel cell stack 20 judge.

コントローラ６０は、ステップＳ３の判定結果が「Ｙｅｓ」である場合、つまり、触媒層２４ａの周辺雰囲気の相対湿度が前記所定の閾値Ｘ以下であり、触媒層２４ａにおける白金粒径の成長が抑制される条件を満たしている場合には、ステップＳ５の処理をスキップし、リフレッシュ処理（ステップＳ７）を行なう。 When the determination result in step S3 is “Yes”, that is, the controller 60 determines that the relative humidity of the ambient atmosphere around the catalyst layer 24a is equal to or lower than the predetermined threshold value X, and the growth of the platinum particle size in the catalyst layer 24a is suppressed. If the condition is satisfied, the process of step S5 is skipped and the refresh process (step S7) is performed.

このステップＳ７では、コントローラ６０は、酸化皮膜を除去することのできる還元電圧にリフレッシュ電圧を設定し、その設定電圧まで燃料電池スタック２０の出力電圧を降下させたリフレッシュ処理を所定のリフレッシュ時間だけ行なう。 In this step S7, the controller 60 sets a refresh voltage to a reduction voltage that can remove the oxide film, and performs a refresh process for decreasing the output voltage of the fuel cell stack 20 to the set voltage for a predetermined refresh time. .

なお、１の酸化皮膜中には、酸化皮膜を除去できる還元電圧がそれぞれ異なるＩ型酸化皮膜、II型酸化皮膜、及びIII型酸化皮膜が混在している場合がある。これらI型乃至III型酸化皮膜を除去できる還元電圧の関係は、以下のとおりである。
Ｉ型酸化皮膜（例えば、０．６５Ｖ〜０．９Ｖ）＞II型酸化皮膜（例えば、０．４Ｖ〜０．６Ｖ）＞III型酸化皮膜（例えば、０．０５Ｖ〜０．４Ｖ） In one oxide film, there may be a mixture of an I-type oxide film, a II-type oxide film, and a III-type oxide film having different reduction voltages at which the oxide film can be removed. The relationship of the reduction voltage at which these I-type to III-type oxide films can be removed is as follows.
Type I oxide film (for example, 0.65 V to 0.9 V)> Type II oxide film (for example, 0.4 V to 0.6 V)> Type III oxide film (for example, 0.05 V to 0.4 V)

このように、酸化皮膜を除去できる還元電圧は一段階だけでなく、二段階またはそれ以上存在する場合があるので、リフレッシュ処理時のリフレッシュ電圧をＩ型酸化皮膜だけしか除去することのできない第１の還元電圧までしか下げないと、実際にはII型酸化皮膜及びIII型酸化皮膜が除去されずに残ってしまい、触媒層２４ａの性能回復が十分でない場合が起こり得る。 Thus, since the reduction voltage capable of removing the oxide film is not limited to one stage but may be two or more stages, the refresh voltage at the time of the refresh process can be removed only from the I-type oxide film. If the reduction voltage is reduced only to this, the type II oxide film and the type III oxide film are actually left without being removed, and the performance recovery of the catalyst layer 24a may not be sufficient.

そこで、ステップＳ７においては、以下の処理を行なってもよい。上述したように所定のリフレッシュ電圧でリフレッシュ処理を行なった後、例えばステップＳ１と同様の処理を実施する等してリフレッシュ処理後の酸化皮膜量を推定し、その推定結果に基づいてリフレッシュ効果が十分に得られたか否かを判定する。 Therefore, in step S7, the following processing may be performed. After the refresh process is performed at a predetermined refresh voltage as described above, the amount of oxide film after the refresh process is estimated by performing, for example, the same process as in step S1, and the refresh effect is sufficient based on the estimation result. It is determined whether or not it was obtained.

そして、その判定結果が「Ｎｏ」の場合、つまり、リフレッシュ効果が十分でない場合には、判定結果が「Ｙｅｓ」となるまで、リフレッシュ電圧の設定電圧を更に下げたリフレッシュ処理を繰返し行なう。 If the determination result is “No”, that is, if the refresh effect is not sufficient, the refresh process in which the set voltage of the refresh voltage is further lowered is repeated until the determination result becomes “Yes”.

ステップＳ３の判定結果が「Ｎｏ」である場合、つまり、触媒層２４ａの周辺雰囲気の相対湿度が前記所定の閾値Ｘを超えており、触媒層２４ａにおける白金粒径の成長が促進されてしまう条件を満たしている場合には、リフレッシュ処理（ステップＳ７）を実施する前に、リフレッシュ前処理を行なう（ステップＳ５）。 When the determination result in step S3 is “No”, that is, a condition in which the relative humidity of the atmosphere around the catalyst layer 24a exceeds the predetermined threshold value X, and the growth of the platinum particle size in the catalyst layer 24a is promoted. Is satisfied, the pre-refresh process is performed (step S5) before the refresh process (step S7) is performed.

このリフレッシュ前処理の具体例としては、触媒層２４ａの周辺雰囲気の相対湿度が９０％（閾値Ｘ）以下、好ましくは、８０％以下となるように、エアコンプレッサ３２の回転数を上げて燃料電池スタック２０のアノードに供給する酸化ガス流量を増量することを挙げることができる。これにより、相対湿度が下方修正される。 As a specific example of the refresh pretreatment, the fuel cell is increased by increasing the rotation speed of the air compressor 32 so that the relative humidity of the atmosphere around the catalyst layer 24a is 90% (threshold X) or less, preferably 80% or less. For example, the flow rate of the oxidizing gas supplied to the anode of the stack 20 can be increased. Thereby, the relative humidity is corrected downward.

リフレッシュ前処理は、上記例に限らず、燃料電池スタック２０の温度を上昇させることでも代替可能である。例えば、冷媒供給系７０において、ポンプＣ１の回転数を下げて冷却路７１を通流する冷却水流量を減らす、或いは、冷却ファンＣ３の回転数を下げてラジエータＣ２での放熱量を減らす等の制御を行なっても良い。 The pre-refresh process is not limited to the above example, and can be replaced by increasing the temperature of the fuel cell stack 20. For example, in the refrigerant supply system 70, the number of cooling water flowing through the cooling path 71 is decreased by decreasing the number of revolutions of the pump C1, or the number of heat radiation in the radiator C2 is decreased by decreasing the number of revolutions of the cooling fan C3. Control may be performed.

また、リフレッシュ前処理は、酸化ガス供給系３０において、背圧調整弁Ａ３の開度を制御して燃料電池スタック２０のカソード側の背圧を下げることによっても代替可能である。 The refresh pretreatment can also be replaced by reducing the back pressure on the cathode side of the fuel cell stack 20 by controlling the opening of the back pressure regulating valve A3 in the oxidizing gas supply system 30.

さらに、リフレッシュ前処理は、燃料電池スタック２０がアノードに供給される燃料ガスとカソードに供給される酸化ガスとが対向流となるガス流路構造を備えている場合には、燃料ガス供給系４０において、循環ポンプ４５の回転数を制御して燃料電池スタック２０のアノード側の背圧を上げる、又はアノードストイキを下げることによっても代替可能である。 Further, in the pre-refresh process, when the fuel cell stack 20 has a gas flow path structure in which the fuel gas supplied to the anode and the oxidizing gas supplied to the cathode are opposed to each other, the fuel gas supply system 40 Alternatively, the number of revolutions of the circulation pump 45 can be controlled to increase the back pressure on the anode side of the fuel cell stack 20 or to decrease the anode stoichiometry.

その理由について説明すると、セル２１内で生成された水は、その殆どがカソード側から外部に排出されるが、一部はセル２１内においてアノード側に移動する。アノード側に移動した水は、アノード出口に移動するまでの間にセル２１内においてカソード側に再移動する。つまり、セル２１内で生成された水の一部は、セル２１内でカソード側とアノード側とを循環している。 The reason will be explained. Most of the water generated in the cell 21 is discharged from the cathode side to the outside, but a part of the water moves to the anode side in the cell 21. The water moved to the anode side moves again to the cathode side in the cell 21 before moving to the anode outlet. That is, part of the water generated in the cell 21 circulates in the cell 21 between the cathode side and the anode side.

この効果（カウンター効果）が大きいほど、触媒層２４ａの周辺雰囲気の相対湿度も高くなるのであるが、燃料ガスと酸化ガスとが対向流である場合に、アノード側の背圧を上げる、又はアノードストイキを下げると、燃料電池に供給される燃料ガスの体積流量が減少する。その結果、このカウンター効果が低下し、相対湿度を下げることが可能となる。 The greater this effect (counter effect) is, the higher the relative humidity of the ambient atmosphere around the catalyst layer 24a is. However, when the fuel gas and the oxidizing gas are in opposite flow, the back pressure on the anode side is increased, or the anode When the stoichiometry is lowered, the volume flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell decreases. As a result, this counter effect is reduced and the relative humidity can be lowered.

コントローラ６０は、リフレッシュ処理（ステップＳ７）の実施後に、リフレッシュ後処理の要否判定を行なう（ステップＳ９）。ステップＳ５のリフレッシュ前処理の実施は、高湿度環境下でのリフレッシュ処理時の白金粒径成長を抑制するうえで必要不可欠な処理であるが、触媒層２４ａの周辺雰囲気の相対湿度を強制的に下方修正するもの、ひいては膜−電極アセンブリ２５の湿潤状態を強制的に乾燥側にシフトさせるものであるから、リフレッシュ処理実施後もその状態を放置しておくと、燃料電池システム１０の運転状態として必ずしも最適とならない場合がある。 After executing the refresh process (step S7), the controller 60 determines whether the post-refresh process is necessary (step S9). The execution of the pre-refresh process in step S5 is an indispensable process for suppressing the growth of the platinum particle size during the refresh process in a high humidity environment, but the relative humidity of the ambient atmosphere of the catalyst layer 24a is forcibly set. What is to be corrected downward, and thus, the wet state of the membrane-electrode assembly 25 is forcibly shifted to the dry side. Therefore, if the state is left after the refresh process is performed, the operating state of the fuel cell system 10 is determined. It may not always be optimal.

コントローラ６０は、ステップＳ９において、まず、触媒層２４ａの周辺雰囲気の相対湿度が前記閾値Ｘを超えているか否かを判定する。このステップＳ９での判定手法は、ステップＳ３での判定手法と同様のものが使用可能である。よって、ここでの説明は省略する。 In step S9, the controller 60 first determines whether or not the relative humidity of the ambient atmosphere around the catalyst layer 24a exceeds the threshold value X. As the determination method in step S9, the same determination method as in step S3 can be used. Therefore, the description here is omitted.

そして、触媒層２４ａの周辺雰囲気の相対湿度が前記閾値Ｘを超えている場合、コントローラ６０は、リフレッシュ後処理は不要と判定し（ステップＳ９の判定結果が「Ｎｏ」）、ステップＳ１１の処理をスキップし、メインルーチンに処理を戻す。 When the relative humidity of the ambient atmosphere around the catalyst layer 24a exceeds the threshold value X, the controller 60 determines that the post-refresh process is unnecessary (the determination result of Step S9 is “No”), and performs the process of Step S11. Skip and return to main routine.

これに対し、触媒層２４ａの周辺雰囲気の相対湿度が前記閾値Ｘ以下である場合（ステップＳ９の判定結果が「Ｙｅｓ」）、コントローラ６０は、リフレッシュ後処理を実施する。 On the other hand, when the relative humidity of the ambient atmosphere around the catalyst layer 24a is equal to or less than the threshold value X (the determination result in Step S9 is “Yes”), the controller 60 performs a post-refresh process.

リフレッシュ後処理の具体例としては、燃料電池スタック２０のカソードに供給する酸化ガス流量を減らす、燃料電池スタック２０の温度を下げる、燃料電池スタックのカソード側の背圧を上げる又はカソード側の背圧を下げる、アノードストイキを上げる、等の制御を挙げることができる。 As specific examples of the post-refresh process, the flow rate of the oxidizing gas supplied to the cathode of the fuel cell stack 20 is decreased, the temperature of the fuel cell stack 20 is decreased, the back pressure on the cathode side of the fuel cell stack is increased, or the back pressure on the cathode side is increased. Controls such as lowering the anode and raising the anode stoichiometry can be given.

上述の各実施形態では、燃料電池システム１０を車載電源システムとして利用する形態を例示したが、燃料電池システム１０の利用形態は、この例に限られるものではない。例えば、燃料電池システム１０を燃料電池車両以外の移動体（ロボット、船舶、航空機等）の電力源として搭載してもよい。また、本実施形態に係わる燃料電池システム１０を住宅やビル等の発電設備（定置用発電システム）として用いてもよい。 In each of the above-described embodiments, the form in which the fuel cell system 10 is used as an in-vehicle power supply system has been illustrated. However, the form of use of the fuel cell system 10 is not limited to this example. For example, the fuel cell system 10 may be mounted as a power source of a mobile body (robot, ship, aircraft, etc.) other than the fuel cell vehicle. Further, the fuel cell system 10 according to the present embodiment may be used as a power generation facility (stationary power generation system) such as a house or a building.

１１燃料電池システム
１２燃料電池
２４ａ触媒層
２５膜−電極アセンブリ
６０コントローラ（制御装置、調整手段） DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Fuel cell system 12 Fuel cell 24a Catalyst layer 25 Membrane-electrode assembly 60 Controller (control apparatus, adjustment means)

Claims

A fuel cell comprising a membrane-electrode assembly in which electrodes having a catalyst layer are disposed on both sides of a polymer electrolyte membrane;
A control device for performing a performance recovery process of the catalyst layer by reducing the output voltage of the fuel cell to a predetermined voltage;
Before the performance recovery process, adjusting means for adjusting the relative humidity of the ambient atmosphere of the catalyst layer to be a predetermined threshold or less;
A fuel cell system comprising:

The fuel cell system according to claim 1, wherein
The fuel cell system, wherein the adjustment means performs the adjustment by increasing a flow rate of an oxidizing gas supplied to a cathode of the fuel cell.

The fuel cell system according to claim 1, wherein
The fuel cell system, wherein the adjustment means performs the adjustment by increasing the temperature of the fuel cell.

The fuel cell system according to claim 1, wherein
The fuel cell comprises a gas flow path structure in which the fuel gas supplied to the anode and the oxidizing gas supplied to the cathode are opposed to each other,
The fuel cell system, wherein the adjustment means performs the adjustment by lowering a back pressure on the cathode side of the fuel cell or increasing a back pressure on the anode side.