燃料电池系统以及燃料电池汽车的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及燃料电池系统以及燃料电池汽车。
【背景技术】
[0002]在JP2006 — 73351A号中有以下内容，即作为以往的燃料电池系统，根据在使对燃料电池供给的反应气体的加湿量降低时测量的开路电压差，判定经由电解质膜从阳极气体流路向阴极气体流路漏出的阳极气体的流量(以下称为“交叉泄漏量(cross leak)”。)是否在增加。
【发明内容】
[0003]但是，由于上述以往的燃料电池系统基于开路电压差检测交叉泄漏量的增加，所以在检测中不能从燃料电池取出电流，在燃料电池的发电中不能检测交叉泄漏量的增加。另一方面，要在燃料电池的发电中检测交叉泄漏量的增加的情况下，要求考虑燃料电池的负载变动而在短时间内完成该判定。
[0004]本发明是着眼于这样的问题点而完成的，目的是在燃料电池的发电中，在短时间内检测交叉泄漏量的增加。
[0005]用于解决课题的手段
[0006]按照本发明的一个方式，提供燃料电池系统，包括:与燃料电池连接的外部负载；根据外部负载的耗电，调整燃料电池的发电电力的电力调整单元；根据燃料电池的发电电力，控制燃料电池的电解质膜的湿润度的湿润度控制单元；以及检测燃料电池的输出电压的输出电压检测单元，在该燃料电池系统中，还包括在燃料电池发电时，增大电解质膜的湿润度，根据此时的输出电压的变化判定交叉泄漏量是否在增加的交叉泄漏判定单元。
【附图说明】
[0007]图1是本发明的第I实施方式的燃料电池的概略立体图。
[0008]图2是图1的燃料电池的II 一 II截面图。
[0009]图3是本发明的第I实施方式的阳极气体非循环型的燃料电池系统的概略结构图。
[0010]图4是根据燃料电池组(stack)的目标输出电流，计算目标HFR的表。
[0011]图5是表示在电解质膜上产生了孔的状况的图。
[0012]图6是说明本发明的第I实施方式的交叉泄漏量的增加检测控制的流程图。
[0013]图7是表示根据MEA的劣化程度而变化的燃料电池组的IV特性的状况的图。
[0014]图8是根据当前的输出电流和组温度，计算基准电压的映射图。
[0015]图9是说明劣化识别处理的内容的流程图。
[0016]图10是根据输出电流，计算劣化识别时用的目标HFR的表。
[0017]图11是说明本发明的第I实施方式的交叉泄漏量的增加检测控制的动作的定时图。
[0018]图12是表示使用在电解质膜产生孔的燃料电池，在该燃料电池发电时将输出电流保持一定的状态下，使电解质膜从干燥状态转移至湿润状态时、相反从湿润状态转移至干燥状态时的、输出电压的变化的实验结果。
[0019]图13是表示使用在电解质膜产生孔的燃料电池，在该燃料电池的非发电时(0CV时)使电解质膜从干燥状态转移至湿润状态时的、相反从湿润状态转移至干燥状态时的、输出电压的变化的实验结果。
[0020]图14是说明本发明的第2实施方式的劣化识别处理的内容的流程图。
[0021]图15是说明本发明的第2实施方式的交叉泄漏量的增加检测控制的动作的定时图。
【具体实施方式】
[0022]以下，参照附图等，说明本发明的各实施方式。
[0023](第I实施方式)
[0024]燃料电池通过阳极电极(燃料极)和阴极电极(氧化剂极)夹住电解质膜，通过对阳极电极供给含有氢的阳极气体(燃料气体)，对阴极电极供给含有氧的阴极气体(氧化剂气体)来发电。阳极电极以及阴极电极的两电极中进行的电极反应如下所示。
[0025]阳极电极:2H2—4H++4e-…(I)
[0026]阴极电极:4H++4e+02— 2H 20...(2)
[0027]通过该(I)、(2)的电极反应，燃料电池产生I伏特左右的电动势。
[0028]图1以及图2是说明本发明的一实施方式的燃料电池10的结构的图。图1是燃料电池10的概略立体图。图2是图1的燃料电池10的I1-1I截面图。
[0029]燃料电池10在MEAll的正反两面配置阳极隔离物(s印arator) 12和阴极隔离物13而构成。
[0030]MEAll包括:电解质膜111 ;阳极电极112 ;以及阴极电极113。MEAll在电解质膜111的一个面上具有阳极电极112，在另一个面上具有阴极电极113。
[0031]电解质膜111是由氟系树脂形成的质子(proton)传导性的离子交换膜。电解质膜111在湿润状态下示出良好的电传导性。
[0032]阳极电极112具有催化剂层112a和气体扩散层112b。催化剂层112a与电解质膜111接触。催化剂层112a由铂或者负载了铂等的碳粒子形成。气体扩散层112b被设置在催化剂层112a的外侧(电解质膜111的相反侧)，与阳极隔离物12接触。气体扩散层112b由具有充分的气体扩散性以及导电性的部件形成，例如，由碳纤维构成的线织成的碳纤维布形成。
[0033]阴极电极113和阳极电极112 —样，具有催化剂层113a和气体扩散层113b。
[0034]阳极隔离物12与气体扩散层112b接触。阳极隔离物12具有用于对阳极电极112供给阳极气体的多个沟状的阳极气体流路121。
[0035]阴极隔离物13与气体扩散层113b接触。阴极隔离物13具有用于对阴极电极113供给阴极气体的多个沟状的阴极气体流路131。
[0036]流过阳极气体流路121的阳极气体和流过阴极气体流路131的阴极气体，相互平行地向相反方向流过。也可以相互平行地向同一方向流过。
[0037]在使用这样的燃料电池10作为汽车用动力源的情况下，因为要求的电力大，所以使用将数百张燃料电池10层积后的燃料电池组I。于是，构成对燃料电池组I供给阳极气体以及阴极气体的燃料电池系统100，取出车辆驱动用的电力。
[0038]图3是本发明的第I实施方式的燃料电池系统100的概略图。
[0039]燃料电池系统100包括:燃料电池组I ;阴极气体给排装置2 ;阳极气体给排装置3 ;电力系统4 ;以及控制器5。
[0040]燃料电池组I是将多张燃料电池10层积后的电池组，接受阳极气体以及阴极气体的供给，发电车辆的驱动所需要的电力。作为取出电力的端子，燃料电池组I具有阳极电极侧输出端子Ia和阴极电极侧输出端子lb。
[0041]阴极气体给排装置2包括:阴极气体供给通路21 ;阴极气体排出通路22 ;过滤器23 ;气流传感器24 ;阴极压缩机25 ;阴极压力传感器26 ;水分回收装置(Water RecoveryDevice;以下称为“WRD”。)27 ;以及阴极调压阀28。阴极气体给排装置2对燃料电池组I供给阴极气体，同时将从燃料电池组I排出的阴极离开(off)气体排出到外部大气。
[0042]阴极气体供给通路21是对燃料电池组I供给的阴极气体流过的通路。阴极气体供给通路21的一端与过滤器23连接，另一端与燃料电池组I的阴极气体入口孔连接。
[0043]阴极气体排出通路22是从燃料电池组I排出的阴极离开气体流过的通路。阴极气体排出通路22的一端连接到燃料电池组I的阴极气体出口孔，另一端成为开口端。阴极离开气体是阴极气体和由于电极反应而产生的水蒸气的混合气体。
[0044]过滤器23去除被取入阴极气体供给通路21的阴极气体中的异物。
[0045]气流传感器24被设置在比阴极压缩机25更上游的阴极气体供给通路21上。气流传感器24检测被提供给阴极压缩机25，最终提供给燃料电池组I的阴极气体的流量。
[0046]阴极压缩机25被设置在阴极气体供给通路21上。阴极压缩机25通过过滤器23将作为阴极气体的空气(外部大气)取入阴极气体供给通路21，提供给料电池组I。
[0047]阴极压力传感器26被设置在阴极压缩机25和WRD27之间的阴极气体供给通路21上。阴极压力传感器26检测WRD27的阴极气体入口部近旁的阴极气体的压力。以下，将该阴极压力传感器26的检测值称为检测阴极压。
[0048]WRD27与各个阴极气体供给通路21以及阴极气体排出通路22连接，回收流过阴极气体排出通路22的阴极离开气体中的水分，通过该回收的水分对流过阴极气体供给通路21的阴极气体加湿。
[0049]阴极调压阀28被设置在比WRD27更下游的阴极气体排出通路22上。通过控制器5对阴极调压阀28进行开闭控制，将提供给燃料电池组I的阴极气体的压力调节为希望的压力。
[0050]阳极气体给排装置3对燃料电池组I供给阳极气体，并且将从燃料电池组I排出的阳极离开气体排出至阴极气体排出通路22。阳极气体给排装置3包括:高压氢罐31 ;阳极气体供给通路32 ;阳极调压阀33 ;阳极气体排出通路34 ;以及清洗阀35。
[0051]高压氢罐31将提供给燃料电池组I的阳极气体保持在高压状态进行储藏。
[0052]阳极气体供给通路32是用于将从高压氢罐31排出的阳极气体提供给燃料电池组I的通路。阳极气体供给通路32的一端与高压氢罐31连接，另一端与燃料电池组I的阳极气体入口孔连接。
[0053]阳极调压阀33被设置在阳极气体供给通路32上。阳极调压阀33通过控制器5进行开闭控制，将提供给燃料电池组I的阳极气体的压力调节为希望的压力。
[0054]阳极气体排出通路34是从燃料电池组I排出的阳极离开气体流过的通路。阳极气体排出通路34的一端与燃料电池组I的阳极气体出口孔连接，另一端与阴极气体排出通路22连接。
[0055]经由阳极气体排出通路34排出到阴极气体排出通路22的阳极离开气体，在阴极气体排出通路22内与阴极离开气体混合后被排出到燃料电池系统100的外部。由于在阳极离开气体