专利名称：燃料电池系统的制作方法
燃料电池系统技术区域本发明涉及例如使用了固体高分子型燃料电池的燃料电池系统。详细地说，本发明涉及能够检测固体高分子型燃料电池中的交叉泄漏的燃料电池系统。
背景技术：
以往，作为能够检测电解质膜的交叉泄漏的燃料电池系统，存在专利文献I所记载的结构。专利文献I所记载的燃料电池系统使运转过程中的负极(anode)气体的压力高于正极(cathode)气体的压力，基于此时的活化过电压(Activation Overpotential)区域的电压降来检测交叉泄漏。这种交叉泄漏的检测的优点在于能够在燃料电池运转过程中进行诊断。专利文献1:日本特开2003-45466号公报
发明内容
然而，在上述专利文献I所记载的燃料电池系统中，使从负极交叉泄漏到正极的氢与正极中的氧发生反应来检测交叉泄漏。因此，存在以下情况:当正极的催化剂劣化时，难以使交叉泄漏来的氢与正极中的氧发生反应，从而不能正确地检测交叉泄漏。本发明是鉴于这种现有技术所具有的问题而完成的。而且，其目的在于提供一种不依赖于电极的催化剂活性而即使在催化剂劣化的情况下也能够可靠地诊断交叉泄漏的燃料电池系统。本发明的第一方式所涉及的燃料电池系统的特征在于，具有:燃料电池堆，其是层叠多个燃料电池单体(unit cell)而得到的,该燃料电池单体通过向负极供给氢气、向正极供给空气来进行发电；电压施加装置，其在正极中存在的氧降低之后对燃料电池堆施加电压；以及交叉泄漏诊断装置，其基于由电压施加装置对燃料电池堆施加电压时的燃料电池单体的电压，来诊断各燃料电池单体中负极的氢气是否交叉泄漏到正极。本发明的第二方式所涉及的燃料电池系统的特征在于，具有:燃料电池堆，其是层叠多个燃料电池单体而得到的，该燃料电池单体通过向负极供给氢气、向正极供给空气来进行发电；电压施加装置，其在判断为燃料电池单体的电压变为规定的基准值以下之后，对燃料电池堆施加电压；以及交叉泄漏诊断装置，其基于由电压施加装置对燃料电池堆施加电压时的燃料电池单体的电压，来诊断各燃料电池单体中负极的氢气是否交叉泄漏到正极。本发明的第三方式所涉及的燃料电池系统的诊断方法的特征在于，包括以下步骤:准备层叠了多个燃料电池单体而得到的燃料电池堆，该燃料电池单体通过向负极供给氢气、向正极供给空气来进行发电；在正极中存在的氧降低之后对燃料电池堆施加电压；以及在电压施加步骤之后，基于对燃料电池堆施加电压时的燃料电池单体的电压，来诊断各燃料电池单体中负极的氢气是否交叉泄漏到正极。
图1是表示本发明的实施方式所涉及的燃料电池系统的结构的概要图。图2是上述燃料电池系统的燃料电池堆的截面图。图3是表示上述燃料电池系统中诊断交叉泄漏时的时序的流程图。图4的(A) (D)是与上述流程图的步骤对应的时间图。图5是表示对由多个燃料电池单体构成的燃料电池堆施加作为目标的堆电压时的各燃料电池单体的电压的图表。
具体实施例方式下面，使用附图来详细地说明本发明的燃料电池系统。此外，有时为了便于说明而放大了附图的尺寸比例，与实际的比例不同。本发明的一个实施方式所涉及的燃料电池系统I具备燃料电池堆10作为主要的硬件结构。并且，作为氢系统部件，具备氢罐20、减压阀21、流量控制器22、三通阀23、24以及压力传感器25。另外，作为空气系统部件，具备空气过滤器100和压缩机30。除此以外，还具备马达等负载40、电池50、功率管理器60、电压计70、再循环压缩机80、氢消耗装置90等以及控制单元C。燃料电池堆10是层叠多个燃料电池单体11而成的。如图2所示，燃料电池单体11具备固体高分子电解质膜12，并且在固体高分子电解质膜12的一个面上层叠正极13，在另一个面上层叠负极14。另外，隔开所需间隔地在正极13上配置隔板15，在负极14上配置隔板16。此外，以下将固体高分子电解质膜也仅称为“电解质膜”，将燃料电池单体也仅称为“单体”。固体高分子电解质膜12例如是由全氟磺酸聚合物(Perfluorosulfonic acidpolymer)(例如Nafion (注册商标))等固体聚合物离子交换膜等构成的。另外，在正极13与隔板15之间形成有正极气体流路17。并且，在负极14和隔板16之间形成有负极气体流路18。此外，在本实施方式中，作为“负极气体”，以“氢气”为例，作为“正极气体”，以“空气”为例来进行说明，但是并不限定于此。另外，燃料电池堆10的两端如图1所示那样被负极侧集电板19a和正极侧集电板19b夹持。而且,从负极侧集电板19a和正极侧集电板19b向负载40供给电力。在燃料电池单体11中，在负极14中通过催化剂反应而产生的质子在电解质膜12中移动而到达正极13，在该正极13中与正极气体中的氧发生电化学反应而进行发电。而且，如图2所示，在本实施方式中，各燃料电池单体11的隔板15、16上连接有多个用于检测各单体11的输出电压的燃料电池电压传感器VI。而且，这些燃料电池电压传感器Vl分别连接在控制单元C的输入侧。此外，在图1中未对燃料电池电压传感器Vl进行图示。在本实施方式中，示出了对每个燃料电池单体11都安装了燃料电池电压传感器Vl以提高检测精度的例子。但是，也可以构成为例如对相邻的每两个燃料电池单体11、11安装一个燃料电池电压传感器Vl的结构。另外，还可以构成为对相邻的每三个燃料电池单体11安装一个燃料电池电压传感器Vl的结构。此外，为了易于说明，在图2中示出了对每个单体11安装的三个燃料电池电压传感器VI。此外，在本实施方式中，将对各燃料电池单体11分别连接燃料电池电压传感器Vl的方式、对每两个以上的燃料电池单体11连接一个燃料电池电压传感器Vl的方式称为“组连接”。另外，将进行“组连接”的一个或者两个以上的燃料电池单体11称为“燃料电池组”。氢罐20储存用于向燃料电池堆10供给所需量的高压氢气。而且，如图1所示，在该氢罐20与燃料电池堆10的气体接入部(未图示)之间连接有气体供给管20a。在气体供给管20a上从上游侧向下游侧依次配置有用于对在该气体供给管20a内部流通的氢气进行减压的减压阀21、用于增减氢气的流量的流量控制器22、三通阀23以及压力传感器25。而且，减压阀21和流量控制器22与控制单元C的输出侧相连接而被其驱动。另外，压力传感器25与控制单元C的输入侧相连接。氢消耗装置90经由气体排出管20b与燃料电池堆10的气体排出部(未图示)相连接。该氢消耗装置90具备消耗氢气的催化剂等。向氢消耗装置90供给从燃料电池堆10的正极13排出的排出气体，通过利用该排出气体将氢气氧化来将不包含氢气的气体从本系统I排出到系统外。在气体排出管20b上配置有三通阀24，在三通阀24与气体供给管20a的三通阀23之间配置有用于使排出气体返回、循环的气体循环管20c。此外，三通阀23、24与控制单元C的输出侧相连接，被其驱动以切换流路。在气体循环管20c上配置有再循环压缩机80，该再循环压缩机80用于将被排出到气体排出管20b的排出气体加压输送至气体供给管20a。再循环压缩机80与控制单元C的输出侧相连接而被其控制。即，通过再循环压缩机80使燃料电池堆10中未被使用的氢气经由三通阀24、气体循环管20c、三通阀23、气体供给管20a返回至燃料电池堆10，进行循环。此外，有时在从燃料电池堆10排出的氢气中会混入较多从正极13侧透过电解质膜12的空气中的氮气。在这种情况下，通过三通阀24使从燃料电池堆10排出的氢气从气体排出管20b输送至氢消耗装置90。空气过滤器100用于去除大气中的杂质。而且，在空气过滤器100与燃料电池堆10的空气接入部(未图示)之间连接有正极气体供给管100a。在正极气体供给管IOOa上配置有压缩机30，该压缩机30用于将通过空气过滤器100取入的空气加压输送至燃料电池堆10。而且，压缩机30与控制单元C的输出侧相连接而被其控制。另外，燃料电池堆10的空气排出部(未图示)经由正极气体排出管IOOb与氢消耗装置90相连接。另外，燃料电池堆10经由负极侧集电板19a和正极侧集电板19b连接有布线41、42，并且在布线41、42上连接有负载40、电池50、功率管理器60以及电压计70。电池50是能够蓄积通过燃料电池堆10发电而得到的电力的一部分(剩余电力)的二次电池。而且，电池50与用于升降电池50的电压的功率管理器60相连接。另外，功率管理器60经由接通/断开开关61与布线41、42连接或从布线41、42断开。并且，负载40也通过接通/断开开关43与布线41、42连接或从布线41、42断开。另外，在布线42上配置有用于防止电流的反向流动的反向流动防止二极管45，并且在反向流动防止二极管45上并联连接有接通/断开开关46。由此，形成也能够使电流反向流动的结构。这些接通/断开开关43、46、61与控制单元C的输出侧相连接，能够在连接和断开之间适当地切换。电压计70连接于布线41、42之间，用于对由电池50施加的电压或者燃料电池堆10所产生的发电电压进行检测。此外，电压计70也与控制单元C的输入侧相连接。控制单元C具有由CPU (Central Processing Unit:中央处理器)和接口电路等构成的控制器以及由硬件和半导体存储器等构成的存储部(都未图示)。而且，通过执行该存储部中存储的本系统所使用的程序，来发挥下述(I) (12)的各功能。(I)增减向燃料电池堆10供给的负极气体的供给压力。将发挥该功能的装置称为“氢气压力增减装置Cl”。在本实施方式中，通过减压阀21来增减负极气体的供给压力。具体地说，基于利用压力传感器25检测出的压力，以高于大气压的压力来加压输送负极气体。(2)增减向燃料电池堆10供给的正极气体的供给压力。将发挥该功能的装置称为“空气压力增减装置C2”。在本实施方式中，通过压缩机30来增减正极气体的供给压力。(3)仅停止供给到燃料电池单体11的负极14和正极13的负极气体和正极气体中的正极气体的供给。将发挥该功能的装置称为“空气供给停止装置C3”。能够通过使燃料电池单体11的负极14和正极13分别同时流通负极气体和正极气体，来在燃料电池单体11中进行发电。而且,在本实施方式中,通过使压缩机30停止来停止正极气体的供给。(4)通过燃料电池电压传感器Vl来检测组连接的燃料电池单体11中的一个或者二个以上燃料电池单体11的电压。将发挥该功能的装置称为“燃料电池组电压检测装置C4”。在本实施方式中，如上所述，通过对每个燃料电池单体11配置的燃料电池电压传感器Vl来检测各燃料电池单体11的电压。(5)在停止正极气体的供给之后，判断各燃料电池组的电压是否变为第二基准值以下。将发挥该功能的装置称为“第二燃料电池电压判断装置C5”。在本实施方式中，由连接在燃料电池电压传感器Vl上的控制单元C来判断各燃料电池组的电压是否变为第二基准值以下。此外，本实施方式中的“第二基准值”是指以下的值:当在燃料电池堆10与负载40相连接的状态下变为第二基准值以下时，认为正极中几乎未残留氧。(6)在判断为各燃料电池组的电压变为第二基准值以下时，将负载40从燃料电池堆10切断。将发挥该功能的装置称为“负载切断装置C6”。在本实施方式中，通过将接通/断开开关43断开，来将负载40从燃料电池堆10切断。(7)判断各燃料电池组的电压是否变为第三基准值以下的功能。将发挥该功能的装置称为“第三燃料电池电压判断装置C7”。在本实施方式中，由连接在燃料电池电压传感器Vl上的控制单元C来判断各燃料电池组的电压是否变为第三基准值以下。此外，本实施方式中所示的“第三基准值”是指以下的值:当在将负载40从燃料电池堆10切断的状态下变为第三基准值以下时，认为正极处于氮环境。此外，第三基准值是比第二基准值高的值。
(8)在判断为各燃料电池组的电压变为第三基准值以下时，将电池50与燃料电池堆10相连接。将发挥该功能的装置称为“电池连接装置CS”。具体地说，通过将接通/断开开关46,61接通，来使电池50与燃料电池堆10相连接。(9)在正极13存在的氧降低之后对燃料电池堆10施加电压。将发挥该功能的装置称为“电压施加装置C9”。具体地说，在判断为各燃料电池组的电压变为第三基准值以下时，将堆电压施加到燃料电池堆10。另外，通过功率管理器60来使堆电压随时间增加以变为规定的电压值。考虑燃料电池组的电压值的采样间隔来设定此时的电压梯度。(10)判断是否所有的燃料电池组的电压都处于第四基准值以下。将发挥该功能的装置称为“第四燃料电池电压判断装置C10”。在本实施方式中，由连接在燃料电池电压传感器Vl上的控制单元C来判断各燃料电池组的电压是否变为第四基准值以下。本实施方式的“第四基准值”是指以下的值:当在将负载40从燃料电池堆10切断并将堆电压施加到燃料电池堆10的状态下处于第四基准值以下时，认为正极中未残留氧。(11)在判断为所有的燃料电池组的电压都处于第四基准值以下时，判断堆电压是否变为规定的堆电压值以上。将发挥该功能的装置称为“堆电压判断装置C11”。“规定的堆电压值”是与所有的燃料电池组的电压相当的值。(12)基于利用电压施加装置对燃料电池堆施加电压时的燃料电池单体的电压，来诊断各燃料电池单体中负极的氢气是否交叉泄漏到正极。将发挥该功能的装置称为“交叉泄漏诊断装置C12”。在本实施方式中，基于检测出的各燃料电池单体11的电压，由连接在燃料电池电压传感器Vl上的控制单元C来诊断各燃料电池单体11的交叉泄漏。具体地说，当有燃料电池电压传感器Vl测量出的燃料电池单体的电压低于第一基准值时，诊断为该单体的负极的氢气交叉泄漏到了正极。此外，“第一基准值”是指与电解质膜上开了孔的情况对应的燃料电池单体的电压的阈值。而且，当检测出的燃料电池单体的电压低于该阈值时，诊断为燃料电池单体发生了交叉泄漏。参照图3和图4来说明包括以上的结构的燃料电池系统I的动作。图3是表示本系统I的诊断交叉泄漏时的时序的流程图。而且，图4的(A) (D)是分别与流程图的步骤对应的时间图。具体地说，图4的(A)表示化学计量比(Stoichiometric Ratio)与时间之间的关系，图4的⑶表示燃料电池堆的电流密度与时间之间的关系，图4的(C)表示堆电压与时间之间的关系，图4的(D)表示燃料电池单体的电压与时间之间的关系。此外，在燃料电池系统I运转时，接通/断开开关43为接通，接通/断开开关46、61均为断开。即，处于由燃料电池堆10对负载40进行驱动、未与电池50电连接的状态。此时，压缩机30和再循环压缩机80均处于运转状态。而且，处于在氢气和空气均为150kPa的运转压力下进行运转的状态。当控制单元C检测到燃料电池系统I的停止信号时，转移至交叉泄漏诊断处理。[步骤SI]停止压缩机30，进入步骤S2。当负载40与燃料电池堆10相连接时，利用燃料电池单体来进行发电从而取出电流，由燃料电池电压传感器Vl来检测燃料电池单体中的发电电压。但是，当如图4的(A)的标记a那样压缩机30停止而停止空气的供给时，如图4的(C)和⑶所示，由于正极的氧消耗而发电电压降低，燃料电池单体的电压变小。[步骤S2]判断由燃料电池电压传感器Vl检测出的电压是否为第二基准值(例如0.2V)以下，当判断为该电压为第二基准值以下时进入步骤S3，否则重复步骤S2。具体地说，在如图4的(D)的标记e所示那样由于空气的供给停止而单体的电压下降、从而判断为由燃料电池电压传感器Vl检测出的电压为第二基准值0.2V以下的情况下，进入步骤S3。但是，在超过
0.2V的情况下重复步骤S2。在本实施方式中，利用多个燃料电池单体的电压中的最大值来进行判断。但是，并不限定于此，可以利用由多个燃料电池电压传感器Vl检测出的燃料电池单体的电压中的最小电压或者平均值来进行判断。[步骤S3]在由燃料电池电压传感器Vl检测出的燃料电池单体的电压的最大值低于第二基准值的情况下，将接通/断开开关43断开，来将负载40与燃料电池堆10分离。在这种情况下，如图4的⑶的标记b所示，燃料电池堆10的电流密度下降到OAcm-2。此外，通过在将负载40与燃料电池堆10分离之前取出电流，正极的氧几乎都被消耗。但是，实际上略微残留一些氧，因此当将负载40与燃料电池堆10分离时，由于负极与正极之间的电位差，如图4的(C)和⑶所示，燃料电池单体的电压暂时上升。之后，当残留于正极的氧与从负极透过电解质膜12的氢发生反应而消耗正极的氧时，燃料电池单体的电压逐渐变小。[步骤S4]在负载40被分离的状态下，判断通过燃料电池电压传感器Vl检测出的燃料电池单体的电压是否低于第三基准值(例如0.6V)。具体地说，如图4的(D)的标记f所示，暂时上升的燃料电池单体的电压下降，判断其结果是否低于作为第三基准值0.6V。在该步骤中，也与上述步骤S2同样地能够使用由燃料电池电压传感器Vl检测出的多个燃料电池单体的电压中的最大值、最小值、平均值等。但是，在本实施方式中，为了更加可靠地使氧被消耗，设在由燃料电池电压传感器Vl检测出的电压的最大值低于第三基准值时进入步骤S5。[步骤S5]将接通/断开开关46、61接通，进入步骤S6。[步骤S6]通过功率管理器60对燃料电池堆10逐渐施加电压(参照图4的(C)的标记c)。逐渐施加电压的理由在于，防止误对一个燃料电池单体施加大电压。[步骤S7]判断是否通过燃料电池电压传感器Vl检测出的所有电压均处于第四基准值(例如1.0V)以下，在判断为由燃料电池电压传感器Vl检测出的所有电压都为第四基准值以下的情况下，进入步骤S8。但是，在判断为由燃料电池电压传感器Vl检测出的所有电压超过了第四基准值的情况下，进入步骤S11，结束交叉泄漏的诊断处理。具体地说，判断是否如图4的(D)的标记g所示那样、由燃料电池单体的燃料电池电压传感器Vl检测出的所有电压均为第四基准值1.0V以下。在超过第四基准值的燃料电池单体11存在的情况下，表示在该燃料电池单体11的正极处残留有氧。这是由于，当持续施加堆电压时，正极的催化剂层发生腐蚀反应，例如作为构成催化剂的导电性载体的碳发生氧化。[步骤S8]判断燃料电池堆10的电压是否达到目标的堆电压，若判断为电压达到目标的堆电压则进入步骤S9，否则返回至步骤S6，进一步使施加电压上升。S卩，如图4的(C)的标记d所示，在步骤S6至步骤S8中对施加于燃料电池堆10的施加电压赋予梯度。此外，在此施加的目标的堆电压是指使堆电压除以燃料电池单体的数量后得到的平均的燃料电池单体的电压，为0.2V以上的值。这是由于，为了进行交叉泄漏的诊断，必须产生后述的式(I)所示的氧化剂极的氢氧化反应，为此虽然根据条件不同而不同，但是一般必须使每个燃料电池单体平均为0.2V以上。在本实施例中，施加使每个燃料电池单体平均为0.5V的电压。[步骤S9]在施加作为目标的堆电压之后，进行交叉泄漏的诊断。此时，在判断为如图4的(D)的标记h所示那样通过燃料电池电压传感器Vl检测出的燃料电池单体的电压为第一基准值以下的情况下，能够诊断为在检测出该电压的燃料电池单体中存在交叉泄漏的可能性。即，能够诊断为存在电解质膜发生损伤、负极气体(燃料气体)向正极(氧化剂极)泄漏的可能性。此外，能够将该第一基准值例如设为0.3V。[步骤S10]结束交叉泄漏的诊断。图5是表示对层叠多个燃料电池单体而成的燃料电池堆施加作为目标的堆电压时的各燃料电池单体的电压的图表。具体地说，首先，对一百块燃料电池单体11的每一个附加编号之后将其层叠，来制作燃料电池堆10。之后，利用燃料电池电压传感器Vl来测量对该燃料电池堆10施加50V的堆电压时的各燃料电池单体的电压。图5中示出了此时的各燃料电池单体的电压。从图5来看明确可知，确定出了一个0.3V以下的燃料电池单体11，能够判断为该燃料电池单体11发生了交叉泄漏。此外，也能够事先将使燃料电池单体的电压与交叉泄漏量相对应的查找表存储在控制单元C的存储部中，通过参照该查找表来基于燃料电池单体的电压计算出交叉泄漏量。在此，对以下的机理进行说明:在上述步骤S9中，当各燃料电池单体11的电压低时，发生交叉泄漏。在步骤SI至步骤S4中进行的是:消耗存在于正极(氧化剂极)的氧来使其降低，来形成氮环境。然后，在正极确实为氮的情况下，燃料电池电压传感器Vl为第三基准值以下，因此能够在该状态下从电池50对燃料电池堆10施加电压。此时，在所层叠的所有燃料电池单体11中，如式(I)所示，透过电解质膜12的氢发生氧化反应。氧化剂极:H2— 2H++2e、..(I)上述反应在所层叠的所有燃料电池单体11中发生，另外，由于相层叠，因此在所有燃料电池单体11中电流值和反应速度是相同的。但是，当发生交叉泄漏时，由于正极处氢增加而在较小的过电压下发生反应，因此作为结果是发生交叉泄漏的燃料电池单体11的电压变小。根据上述本发明的一个实施方式所涉及的燃料电池系统，能够得到以下效果。(I)能够不依赖于催化剂活性而即使在催化剂劣化的情况下也可靠地诊断交叉泄漏。(2)在从供给负极气体和正极气体来取出电流的发电状态起停止系统之前，首先停止正极气体的供给，进行电流的取出。因此，能够迅速且充分地消耗正极侧中残留的氧。(3)而且，在停止正极气体的供给之后，若燃料电池组的电压低于第二基准值则停止电流的取出。即，如果构成燃料电池堆的燃料电池单体的电压未变为第二基准值以下，则表示有可能在正极侧残留有较多氧。而且，在此时对燃料电池单体施加电压的情况下，存在引起碳劣化的可能性。因此，在本实施方式中，在低于第二基准值的情况下停止电流的取出，因此能够防止碳劣化的产生。(4)而且，如果某个燃料电池组的电压变为第三基准值以下，则由电池来施加规定的堆电压。在此，在不取出电流的状态下变为第三基准值以下时，正极为氮环境。在该状态下，通过施加规定的堆电压，发生交叉泄漏的燃料电池单体的电压下降，未发生交叉泄漏的燃料电池单体的电压升高。通过这样，无需使各燃料电池单体劣化就能够检测交叉泄漏(5)在施加规定的堆电压时检测到燃料电池组中有电压超出第四基准值的燃料电池组的情况下，表示正极处残留有氧，其结果，存在正极发生腐蚀、催化剂发生溶解的可能性。在这种情况下，通过中止电压施加，能够防止正极的腐蚀、催化剂的溶解。(6)在施加规定的堆电压时，由于赋予规定的电压梯度，施加电压后的各燃料电池单体的电压变化变慢，从而能够判断燃料电池单体的电压是否超过了规定的电压。除此之夕卜，由于使充电电流流向双电层，因此即使正极处残留有氧，也缓解了流向双电层的电流量的劣化。(7)通过增减向燃料电池单元供给的负极气体的供给压力的氢气压力增减装置，以高于大气压的压力来加压输送负极气体，由此能够使负极气体的压力高于大气压。因此，交叉泄漏量增加，从而能够大幅度缩短检测交叉泄漏所需的时间。(8)通过计算各燃料电池单体中的交叉泄漏量，能够判断电解质膜的劣化程度。因此，能够在例如在电解质膜上生成孔之前更换燃料电池单体，或者以不再增加交叉泄漏量的方式进行运转。此外，本发明并不限于上述实施方式，能够进行如下变形。即，在上述实施方式中，以对各燃料电池单体分别连接燃料电池电压传感器为例进行了说明。但是，对多个燃料电池单体中的配置在易于产生交叉泄漏的层叠范围处的燃料电池单体的每个燃料电池单体连接燃料电池电压传感器。而且，对配置在其它层叠范围处的燃料电池单体的每两个以上的燃料电池单体连接燃料电池电压传感器。在这种情况下，能够保持交叉泄漏量的计算精度，并且实现进一步的成本削减。另外，在上述实施方式中，通过消耗存在于正极的氧来使存在于正极的氧降低。但是，也可以不消耗而是注入例如氮气等惰性气体来降低氧。在此引用日本特愿2010-238240号(申请日:2010年10月25日)和日本特愿2011-190503号(申请日:2011年9月I日)的全部内容。以上，按实施例说明了本发明的内容，但是本发明并不限定于这些记载，对本领域技术人员来说，能够进行各种变形和改良是显而易见的。产业h的可利用件根据本发明，能够不依赖于催化剂活性而即使在催化剂劣化的情况下也可靠地诊断交叉泄漏。附图标记说明1:燃料电池系统；10:燃料电池堆；11:燃料电池单体；13:正极；14:负极；40:负载；c:控制单元；C1:氢气压力增减装置(氢气压力增减部件)；C2:空气压力增减装置(空气压力增减部件)；C3:空气供给停止装置(空气供给停止部件)；C4:燃料电池组电压检测装置(燃料电池组电压检测部件)；C5:第二燃料电池电压判断装置(第二燃料电池电压判断部件)；C6:负载切断装置(负载切断部件)；C7:第三燃料电池电压判断装置(第三燃料电池电压判断部件)；C8:电池连接装置(电池连接部件)；C9:电压施加装置(电压施加部件)；C10:第四燃料电池电压判断装置(第四燃料电池电压判断部件)；C11:堆电压判断装置(堆电压判断部件)；C12:交叉泄漏诊断装置(交叉泄漏诊断部件)；V1:燃料电池电压传感器。
权利要求
1.一种燃料电池系统，其特征在于，具备: 燃料电池堆，其是层叠多个燃料电池单体而得到的，该燃料电池单体通过向负极供给氢气、向正极供给空气来进行发电； 电压施加装置，其在上述正极中存在的氧降低之后对上述燃料电池堆施加电压；以及 交叉泄漏诊断装置，其基于由上述电压施加装置对燃料电池堆施加电压时的燃料电池单体的电压，来诊断各燃料电池单体中负极的氢气是否交叉泄漏到正极。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于， 在对上述燃料电池堆施加了电压时的燃料电池单体的电压为第一基准值以下的情况下，上述交叉泄漏诊断装置诊断为燃料电池单体中发生了交叉泄漏。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，还具备: 空气供给停止装置，其根据上述燃料电池堆的发电状态来停止向燃料电池单体的正极供给空气；以及 第二燃料电池电压判断装置，其在由上述空气供给停止装置停止空气的供给之后，判断燃料电池单体的电压是否变为第二基准值以下， 其中，在上述第二燃料电池电压判断装置判断为燃料电池单体的电压变为第二基准值以下时，上述电压施加装置对燃料电池堆施加电压。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，还具备: 负载切断装置，其在由上述第二燃料电池电压判断装置判断为燃料电池单体的电压变为第二基准值以下时，将负载从燃料电池堆切断；以及 第三燃料电池电压判断装置，其在由上述负载切断装置将负载从燃料电池堆切断之后，判断燃料电池单体的电压是否变为第三基准值以下， 其中，在上述第三燃料电池电压判断装置判断为燃料电池单体的电压变为第三基准值以下时，上述电压施加装置对燃料电池堆施加电压。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于， 还具备第四燃料电池电压判断装置，该第四燃料电池电压判断装置判断在由上述电压施加装置对燃料电池堆施加了电压时是否所有的燃料电池单体的电压都处于第四基准值以下， 在上述第四燃料电池电压判断装置判断为不是所有的燃料电池单体的电压都处于第四基准值以下时，上述电压施加装置中止对燃料电池堆施加电压。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于， 上述电压施加装置使施加于燃料电池堆的电压随时间增加，以达到规定的电压值。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于， 还具备氢气压力增减装置，该氢气压力增减装置增减向燃料电池单体的负极供给的氢气的供给压力， 上述氢气压力增减装置以高于大气压的压力来加压输送氢气。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于， 还具备堆电压判断装置，该堆电压判断装置判断在由上述电压施加装置对燃料电池堆施加了电压时燃料电池堆的电压是否变为规定值以上， 在上述堆电压判断装置判断为燃料电池堆的电压变为规定值以上时，上述交叉泄漏诊断装置诊断各燃料电池单体中的交叉泄漏。
9.一种燃料电池系统，其特征在于，具有: 燃料电池堆，其是层叠多个燃料电池单体而得到的，该燃料电池单体通过向负极供给氢气、向正极供给空气来进行发电； 电压施加装置，其在判断为上述燃料电池单体的电压变为规定的基准值以下之后对燃料电池堆施加电压；以及 交叉泄漏诊断装置，其基于由上述电压施加装置对燃料电池堆施加电压时的燃料电池单体的电压，来诊断各燃料电池单体中负极的氢气是否交叉泄漏到正极。
10.一种燃料电池系统的诊断方法，其特征在于，包括以下步骤: 准备层叠了多个燃料电池单体而得到的燃料电池堆，该燃料电池单体通过向负极供给氢气、向正极供给空气来进行发电； 在上述正极中存在的氧降低之后对上述燃料电池堆施加电压；以及在上述电压施加步骤之后，基于对上述燃料电池堆施加电压时的燃料电池单体的电压，来诊断各燃料电池单体中负极 的氢气是否交叉泄漏到正极。
全文摘要
本发明的燃料电池系统(1)具有燃料电池堆(10)，该燃料电池堆(10)是层叠多个燃料电池单体(11)而得到的，该燃料电池单体(11)通过向负极(14)供给氢气、向正极(13)供给空气来进行发电。另外，具有电压施加装置(C9)，该电压施加装置(C9)在正极(13)存在的氧降低之后对燃料电池堆(10)施加电压。还具有交叉泄漏诊断装置(C12)，该交叉泄漏诊断装置(C12)基于利用电压施加装置(C9)对燃料电池堆(10)施加电压时的燃料电池单体(11)的电压，来诊断各燃料电池单体(11)中负极(14)的氢气是否交叉泄漏到正极(13)。
文档编号H01M8/10GK103155254SQ20118004901
公开日2013年6月12日 申请日期2011年10月7日 优先权日2010年10月25日
发明者高市哲, 牧野真一 申请人:日产自动车株式会社