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JP5120769B2 - Fuel cell system - Google Patents

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JP5120769B2 JP2007184956A JP2007184956A JP5120769B2 JP 5120769 B2 JP5120769 B2 JP 5120769B2 JP 2007184956 A JP2007184956 A JP 2007184956A JP 2007184956 A JP2007184956 A JP 2007184956A JP 5120769 B2 JP5120769 B2 JP 5120769B2
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Description

本発明は、本発明は、燃料電池システムに係り、特に燃料電池の性能低下の判定方法の改良に関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to an improvement in a method for determining deterioration in fuel cell performance.

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電する燃料電池としては、例えば、高分子電解質膜型燃料電池がある。この高分子電解質膜型燃料電池は、イオン交換基としてスルフォンサン基を有する固体高分子電解質膜の両側に、触媒層を有するアノード（燃料極）とカソード（空気極）とを備えたＭＥＡ構造を基本構造であるセルとし、このセルを複数積層して構成されたスタックを備えている。   An example of a fuel cell that generates power using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen is a polymer electrolyte membrane fuel cell. This polymer electrolyte membrane fuel cell has an MEA structure having an anode (fuel electrode) having a catalyst layer and a cathode (air electrode) on both sides of a solid polymer electrolyte membrane having a sulfone sun group as an ion exchange group. A cell having a basic structure is provided, and a stack formed by stacking a plurality of the cells is provided.

アノードには燃料ガス（水素ガスまたは炭化水素を改質して水素リッチにした改質水素）を含む燃料ガスが供給され、カソードには酸化剤として酸素を含むガス（酸化剤ガス）、一例として、空気が供給される。アノードに燃料ガスが供給されることで、燃料ガスに含まれる水素がアノードを構成する触媒層の触媒と反応し、これによって水素イオンが発生する。発生した水素イオンは固体高分子電解質膜を通過して、カソードで酸素と電気反応を起こす。この電気化学反応によって発電が行われる構成となっている。   A fuel gas containing a fuel gas (hydrogen gas or reformed hydrogen made by reforming hydrocarbons to be hydrogen rich) is supplied to the anode, and a gas containing oxygen as an oxidant (oxidant gas), for example, to the cathode. Air is supplied. By supplying the fuel gas to the anode, hydrogen contained in the fuel gas reacts with the catalyst of the catalyst layer constituting the anode, thereby generating hydrogen ions. The generated hydrogen ions pass through the solid polymer electrolyte membrane and cause an electrical reaction with oxygen at the cathode. Power generation is performed by this electrochemical reaction.

上記のような構成の燃料電池は、アノードやカソード、高分子電解質膜の劣化により発電効率が低下していくため、燃料電池の性能劣化を判定する必要があり、従来、種々の判定方法が考案されてきた。   In the fuel cell having the above-described configuration, since the power generation efficiency decreases due to deterioration of the anode, cathode, and polymer electrolyte membrane, it is necessary to determine the performance deterioration of the fuel cell, and various determination methods have been conventionally devised. It has been.

例えば、特開２００４−１６４９０９号公報に記載された発明では、測定された燃料電池の電流−電圧特性から特性線を直線近似した場合の電圧軸切片（電流I＝０）を算出し、初期値からのシフト成分に基づいて、燃料電池の性能劣化を判定していた（特許文献１、段落００３１、図２）。   For example, in the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-164909, a voltage axis intercept (current I = 0) when a characteristic line is linearly approximated from a measured current-voltage characteristic of a fuel cell is calculated, and an initial value is calculated. Based on the shift component from the above, the performance deterioration of the fuel cell was determined (Patent Document 1, paragraph 0031, FIG. 2).

上記特許文献１によれば、劣化状態に応じて水素流量を増加させることにより、システム効率の低下を最小限に抑えることができていた（段落００１５）。
特開２００４−１６４９０９号公報（段落００１５、００３１、図２） According to Patent Document 1, a decrease in system efficiency could be minimized by increasing the hydrogen flow rate according to the deterioration state (paragraph 0015).
JP 2004-164909 A (paragraphs 0015 and 0031, FIG. 2)

しかしながら、現実の燃料電池システムでは、一時的な水分過多が生じている場合も部品等に劣化が生じている場合も燃料電池の電流−電圧特性が変化するため、この電流−電圧特性の変化が必ずしも電解質膜の劣化等に伴う回復不可能な特性劣化を示していない。よって上記従来の技術では、この両者の原因による性能低下を区別して判別することができなかった。   However, in the actual fuel cell system, the current-voltage characteristic of the fuel cell changes both when there is a temporary excess of moisture and when the parts are deteriorated. It does not necessarily show irrecoverable characteristic deterioration due to deterioration of the electrolyte membrane. Therefore, in the above-described conventional technology, it has been impossible to distinguish and discriminate between the performance degradation due to both of these causes.

すなわち、低温環境下におけるシステム始動を繰り返したり、長時間低温環境下での運転を継続したりしていると、電流−電圧特性が低下することはあるが、これは電解質膜の湿度の影響によるされる一時的な発電効率の低下である。一方で、高分子電解質膜や電極の劣化が生じている場合にも発電効率が低下するが、これは半永久的な発電効率の低下に繋がる。   That is, if the system is started repeatedly in a low-temperature environment or if the operation is continued for a long time in a low-temperature environment, the current-voltage characteristics may deteriorate, but this is due to the influence of the humidity of the electrolyte membrane. Is a temporary decline in power generation efficiency. On the other hand, even when the polymer electrolyte membrane or the electrode is deteriorated, the power generation efficiency is lowered, which leads to a semi-permanent decrease in power generation efficiency.

上記一時的な発電効率の低下を生じている場合には効率低下の原因を取り除きシステムの運転効率を回復すべきであるし、燃料電池の部品等に半永久的な劣化を生じている場合には、部品を交換するなどの対応をすべきである。従来の技術では、回復可能な可逆的な性能低下と回復不可能な不可逆的な特性劣化とを区別して取り扱えなかったのである。   If the power generation efficiency is temporarily reduced, the cause of the efficiency reduction should be removed and the operating efficiency of the system should be restored. If the fuel cell parts have deteriorated semipermanently Measures such as replacing parts should be taken. In the prior art, reversible loss of performance that can be recovered and irreversible characteristic deterioration that cannot be recovered cannot be distinguished from each other.

そこで、本発明は上記課題に鑑み、回復可能な可逆的な性能低下と回復不可能な不可逆的な特性劣化とを適切に判別して適切な対応を可能とする燃料電池システムを提供することを目的とする。   Accordingly, in view of the above problems, the present invention provides a fuel cell system capable of appropriately determining a recoverable reversible performance degradation and an irreversible irreversible characteristic deterioration and appropriately responding to them. Objective.

前記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池を有する燃料電池システムであって、前記燃料電池の電流−電圧特性を計測する電流−電圧特性計測部と、前記燃料電池の温度−出力特性を計測する温度−出力特性計測部と、計測された前記電流−電圧特性を予め記憶されていた前記燃料電池の電流−電圧特性と比較する電流−電圧特性比較部と、前記比較の結果に応じて前記温度−出力特性計測部で測定された前記燃料電池の最新の温度−出力特性を参照し、参照された前記燃料電池の温度−出力特性を該燃料電池の予め記憶されていた温度−出力特性と比較する温度−出力特性比較部と、前記比較の結果に基づいて前記燃料電池に可逆的な性能低下または不可逆的な特性劣化が生じているか否かを判定する判定部とを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the fuel cell system of the present invention is a fuel cell system having a fuel cell that generates electricity by receiving supply of reaction gas, the current of the fuel cell - current measuring voltage characteristics - Voltage a characteristic measurement unit, the temperature of the fuel cell - temperature measuring the output characteristic - an output characteristic measurement unit, measured the current - the fuel cell current which has been stored voltage characteristics previously - current compared to the voltage characteristic - voltage characteristic comparison unit, the temperature according to the result of the comparison - the latest temperature of the fuel cell measured by the output characteristic measuring unit - with reference to the output characteristics, the reference temperature of the fuel cell - output characteristics temperature previously stored in the fuel cell a - temperature is compared with the output characteristics - power and characteristic comparison unit, to the fuel cell based on a result of the comparison occurs reversible degradation or irreversible characteristic deterioration Characterized by comprising a determination section for determining whether Luke.

係る構成によれば、計測された燃料電池の電流−電圧特性（いわゆるＩ−Ｖ特性）が予め記憶されている電流−電圧特性と比較されるが、これは発電効率に変化があったことを示しているもので、電流−電圧特性が変化した場合には、可逆的な性能低下によるときと不可逆的な特性劣化によるときとが含まれる。この比較の結果、例えば、発電効率に変化があったと推定される場合には、さらに、新規に計測された燃料電池の温度−出力特性と予め記憶されている温度−出力特性とが比較される。Ｉ−Ｖ特性とは異なり、燃料電池の温度−出力特性は、可逆的な性能低下と不可逆的な性能劣化とで異なる特性を示すことが判っているので、温度−出力特性の比較により、可逆的な性能低下なのか不可逆的な性能劣化なのかが正しく判定することが可能である。   According to such a configuration, the measured current-voltage characteristic (so-called IV characteristic) of the fuel cell is compared with the current-voltage characteristic stored in advance, which indicates that the power generation efficiency has changed. In the case where the current-voltage characteristic is changed, the case where the current-voltage characteristic is changed includes the case where the current is caused by reversible performance deterioration and the case where the current-voltage characteristic is caused by irreversible characteristic deterioration. As a result of this comparison, for example, when it is estimated that the power generation efficiency has changed, the temperature-output characteristic of the newly measured fuel cell is further compared with the temperature-output characteristic stored in advance. . Unlike the IV characteristics, the temperature-output characteristics of the fuel cell are known to exhibit different characteristics for reversible performance degradation and irreversible performance degradation. It is possible to correctly determine whether the performance is irreversible or irreversible.

例えば前記判定部は、前記最新の温度−出力特性の平均的な傾きが前記予め記憶されていた温度−出力特性の平均的な傾きに比べて所定値以上変化していた場合に、前記燃料電池に可逆的な性能低下が生じているものと判定することが可能である。   For example, when the average slope of the latest temperature-output characteristic has changed by a predetermined value or more as compared with the average slope of the temperature-output characteristic stored in advance, the determination unit determines the fuel cell. It is possible to determine that a reversible performance degradation has occurred.

温度−出力特性の傾きの変化は、温度に依存した発電効率の低下があることを示しており、低温駆動時に水分の生成速度が低いため触媒層から拡散層へと水分が移動することが阻害されている等の一時的な理由により生じるものである。よって、係る構成によれば、温度−出力特性の傾きの変化を検出することで、可逆的な性能低下が生じたことを正しく判定可能である。   The change in the slope of the temperature-output characteristic indicates that there is a decrease in power generation efficiency depending on the temperature, and the moisture generation rate is low when driving at low temperatures, which hinders the movement of moisture from the catalyst layer to the diffusion layer. This is due to temporary reasons such as Therefore, according to such a configuration, it is possible to correctly determine that a reversible performance degradation has occurred by detecting a change in the slope of the temperature-output characteristic.

例えば判定部は、前記最新の温度−出力特性が前記予め記憶されていた温度−出力特性に比べて出力が低下する方向へ所定量以上変化していた場合に、前記燃料電池に不可逆的な特性劣化が生じているものと判定することが可能である。   For example, when the latest temperature-output characteristic has changed by a predetermined amount or more in a direction in which the output decreases as compared to the previously stored temperature-output characteristic, the determination unit is an irreversible characteristic for the fuel cell. It can be determined that deterioration has occurred.

電解質膜や電極の特性が劣化すると、温度とは無関係に電気化学反応の反応量が低下するので、温度−出力特性は全体的に一律に変化する。よって、係る構成によれば、温度−出力特性の低下を検出することで、不可逆的な特性劣化が生じたことを正しく判定可能である。   When the characteristics of the electrolyte membrane and the electrode deteriorate, the reaction amount of the electrochemical reaction decreases regardless of the temperature, so that the temperature-output characteristic changes uniformly as a whole. Therefore, according to such a configuration, it is possible to correctly determine that irreversible characteristic degradation has occurred by detecting a decrease in temperature-output characteristics.

ここで、判定部は、燃料電池に可逆的な性能低下が生じているものと判定した場合には、前記燃料電池の出力下限電圧値を低下させることは好ましい。   Here, when the determination unit determines that a reversible performance decrease has occurred in the fuel cell, it is preferable to decrease the output lower limit voltage value of the fuel cell.

係る構成によれば、可逆的な性能低下が生じている場合に、下限電圧値が低く再設定されるので、発電効率は全体的に落ちる場合はあったとしても最高出力値を維持することが可能である。一時的な性能低下の場合におけるシステム効率の維持を図る発明である。   According to such a configuration, when the reversible performance deterioration occurs, the lower limit voltage value is reset to a low value, so that the power generation efficiency can maintain the maximum output value even if it may decrease overall. Is possible. It is an invention for maintaining system efficiency in the case of temporary performance degradation.

また、判定部は、前記燃料電池に可逆的な性能低下が生じているものと判定された場合であって、前記燃料電池の温度が所定のしきい値よりも低いときには、前記燃料電池の昇温処理を実行することは好ましい。   Further, the determination unit is a case where it is determined that a reversible performance deterioration has occurred in the fuel cell, and the temperature of the fuel cell is increased when the temperature of the fuel cell is lower than a predetermined threshold value. It is preferable to perform the temperature treatment.

係る構成によれば、可逆的な性能低下が生じている場合であって燃料電池の温度が低めの場合には昇温処理が実行されるので、昇温処理により燃料電池内部における水分を蒸発しやすくしたり、水分の移動量を大きくしたり、触媒への反応ガスの供給量を多くしたりする処理により、触媒の過剰な水分を除去し、システム効率を回復することが可能である。   According to such a configuration, when the reversible performance degradation occurs and the temperature of the fuel cell is low, the temperature raising process is performed. Therefore, the water temperature inside the fuel cell is evaporated by the temperature raising process. Excessive moisture in the catalyst can be removed and the system efficiency can be recovered by the process of facilitating, increasing the amount of moisture transferred, or increasing the amount of reaction gas supplied to the catalyst.

例えば、判定部は、前記燃料電池の昇温処理として、前記燃料電池の出力変化が許容できる運転状態である場合に、暖機運転または強制加熱を実施することは好ましい。   For example, the determination unit preferably performs the warm-up operation or the forced heating when the fuel cell temperature rise process is in an operation state in which the output change of the fuel cell is allowable.

係る構成によれば、燃料電池の出力が変化してもよい状態には暖機運転および強制加熱が行われるので、低効率運転やヒータ加熱により燃料電池の暖機を促進し、急速にシステム効率を回復させることが可能である。   According to such a configuration, since warm-up operation and forced heating are performed in a state where the output of the fuel cell may change, the warm-up of the fuel cell is promoted by low-efficiency operation or heater heating, and the system efficiency is rapidly increased. It is possible to recover.

なお、強制加熱は、例えば熱交換器やヒータ等の加熱手段により、冷却液の温度を上昇させる構成によって実現可能である。   The forced heating can be realized by a configuration in which the temperature of the cooling liquid is increased by a heating means such as a heat exchanger or a heater.

また例えば、判定部は、前記燃料電池の昇温処理として、前記燃料電池の出力変化が許容できない運転状態である場合に、前記燃料電池の出力電圧を所定値だけ低下させることは好ましい。   Further, for example, it is preferable that the determination unit lowers the output voltage of the fuel cell by a predetermined value when the fuel cell temperature rise process is in an operation state in which a change in the output of the fuel cell is not allowed.

係る構成によれば、燃料電池の出力を変化させることのできない場合には、燃料電池の出力電圧を減少させ発電電流を増大させることにより、電気化学反応を促進し、水分の移動を活発にすることによって、低温環境下における触媒のフラッディングを解消することができる。   According to such a configuration, when the output of the fuel cell cannot be changed, the electrochemical reaction is promoted and the movement of moisture is activated by decreasing the output voltage of the fuel cell and increasing the generated current. As a result, flooding of the catalyst in a low temperature environment can be eliminated.

また例えば、判定部は、前記燃料電池の昇温処理として、前記燃料電池への酸化ガス供給量を所定量だけ増加させることは好ましい。   For example, it is preferable that the determination unit increases the supply amount of the oxidizing gas to the fuel cell by a predetermined amount as the temperature raising process of the fuel cell.

係る構成によれば、酸化ガスの供給量が増大することによってカソード側の生成水を酸化ガスに接触しやすくすることができ、低温環境下におけるフラッディングを解消することができる。   According to such a configuration, it is possible to make the generated water on the cathode side easily come into contact with the oxidizing gas by increasing the supply amount of the oxidizing gas, and it is possible to eliminate flooding in a low temperature environment.

また例えば、判定部は、前記燃料電池に可逆的な性能低下が生じているものと判定された場合であって、前記燃料電池の温度が所定のしきい値よりも高いときには、前記燃料電池のエアストイキ比を上昇させることは好ましい。   In addition, for example, when the determination unit determines that a reversible performance degradation has occurred in the fuel cell, and the temperature of the fuel cell is higher than a predetermined threshold value, It is preferable to increase the air stoichiometric ratio.

係る構成によれば、燃料電池の温度が相対的に高い場合にはエアストイキ比が上昇するので、触媒における電気化学反応を促進し、通常環境下におけるフラッディングを解消することができる。   According to such a configuration, when the temperature of the fuel cell is relatively high, the air stoichiometric ratio increases. Therefore, the electrochemical reaction in the catalyst can be promoted, and flooding in a normal environment can be eliminated.

また例えば、判定部は、前記燃料電池に不可逆的な特性劣化が生じているものと判定した場合には、所定の報知処理を実行することは好ましい。   In addition, for example, when the determination unit determines that irreversible characteristic deterioration has occurred in the fuel cell, it is preferable to execute a predetermined notification process.

係る構成によれば、燃料電池に不可逆的な特性劣化が生じていると判定された場合には回復不可能なので報知処理がされ、部品の交換等のメンテナンスの必要性を早期に知らせることが可能である。   According to such a configuration, when it is determined that irreversible characteristic deterioration has occurred in the fuel cell, it is impossible to recover, so notification processing is performed, and it is possible to quickly notify the necessity of maintenance such as replacement of parts. It is.

ここで例えば、電流−電圧特性計測部は、運転中における前記燃料電池の出力電圧および出力電流を計測して得られた前記燃料電池の電流−電圧特性を、前記予め記憶されている前記燃料電池の前記電流−電圧特性として更新することは好ましい。 Here, for example, a current - voltage characteristic measuring unit, the current of the fuel cell obtained by measuring the output voltage and output current of the previous SL fuel cell that put into operation - voltage characteristics, said have been previously stored It is preferable to update the current-voltage characteristics of the fuel cell .

係る構成によれば、最新の状態の電流−電圧特性が更新され記憶されるので、運転状態の変化などで、電流−電圧特性に初期状態から変動が生じていても、最近の特性との比較が行われることになるため、誤判定を防止可能である。   According to such a configuration, since the current-voltage characteristic in the latest state is updated and stored, even if the current-voltage characteristic fluctuates from the initial state due to a change in the operating state, etc., it is compared with the latest characteristic. Therefore, erroneous determination can be prevented.

ここで例えば、温度−出力特性計測部は、運転中における前記燃料電池の温度および出力電力を計測して得られた前記燃料電池の温度−出力特性を、前記予め記憶されている前記燃料電池の前記温度−出力特性として更新することは好ましい。 Here, for example, a temperature - output characteristic measuring unit, the temperature of the fuel cell obtained by measuring the temperature and output power of the previous SL fuel cell that put in operation - the output characteristics, the stored beforehand the It is preferable to update the temperature-output characteristics of the fuel cell .

係る構成によれば、最新の状態の温度−出力特性が更新され記憶されるので、運転状態の変化などで、温度−出力特性に初期状態から変動が生じていても、最近の特性との比較が行われることになるため、誤判定を防止可能である。   According to such a configuration, since the temperature-output characteristic in the latest state is updated and stored, even if the temperature-output characteristic fluctuates from the initial state due to a change in the operating state, etc., it is compared with the latest characteristic. Therefore, erroneous determination can be prevented.

本発明によれば、電流−電圧特性とは異なり、燃料電池の温度−出力特性は、可逆的な性能低下と不可逆的な性能劣化とで異なる特性を示すことが判っているので、温度−出力特性の比較により、回復可能な可逆的な性能低下と回復不可能な不可逆的な特性劣化とを適切に判別して適切な対応を可能とすることができる。   According to the present invention, unlike the current-voltage characteristics, the temperature-output characteristics of the fuel cell are known to exhibit different characteristics for reversible performance degradation and irreversible performance degradation. By comparing the characteristics, it is possible to appropriately discriminate between a reversible loss of performance that can be recovered and an irreversible characteristic deterioration that cannot be recovered, thereby enabling an appropriate response.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
（システム構成）
図１は、本発明が適用された燃料電池システムのシステム構成図であり、例えば自動車の動力源として搭載されるものである。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(System configuration)
FIG. 1 is a system configuration diagram of a fuel cell system to which the present invention is applied. For example, the fuel cell system is mounted as a power source of an automobile.

図１において、燃料電池システム１０は、燃料電池２０に燃料ガス（水素ガス）を供給するための燃料ガス供給系統４、燃料電池２０に酸化ガス（空気）を供給するための酸化ガス供給系統７、燃料電池２０を冷却するための冷却液供給系統３、燃料電池２０からの発電電力を充放電する電力系統９等を備えて構成されている。   In FIG. 1, a fuel cell system 10 includes a fuel gas supply system 4 for supplying a fuel gas (hydrogen gas) to the fuel cell 20, and an oxidant gas supply system 7 for supplying an oxidant gas (air) to the fuel cell 20. , A coolant supply system 3 for cooling the fuel cell 20, a power system 9 for charging / discharging the generated power from the fuel cell 20, and the like.

燃料電池２０は、フッ素系樹脂等により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜等からなる高分子電解質膜２１の両面にアノード極２２とカソード極２３をスクリーン印刷などで形成した膜・電極接合体（ＭＥＡ等）２４を備えている。膜・電極接合体２４の両面は、燃料ガス、酸化ガス、冷却水の流路を有するセパレータ（図示せず）によってサンドイッチされ、このセパレータとアノード極２２およびカソード極２３との間に、それぞれ溝状のアノードガスチャンネル２５およびカソードガスチャンネル２６を形成している。アノード極２２は、燃料極用触媒層を多孔質支持層上に設けて構成され、カソード極２３は、空気極用触媒層を多孔質支持層上に設けて構成されている。これら電極の触媒層は、例えば、白金粒子を付着して構成されている。   The fuel cell 20 is a membrane / electrode assembly in which an anode electrode 22 and a cathode electrode 23 are formed by screen printing or the like on both surfaces of a polymer electrolyte membrane 21 made of a proton conductive ion exchange membrane or the like formed of a fluorine resin or the like. (MEA etc.) 24 is provided. Both surfaces of the membrane / electrode assembly 24 are sandwiched by separators (not shown) having flow paths of fuel gas, oxidizing gas, and cooling water, and grooves are respectively formed between the separator and the anode electrode 22 and the cathode electrode 23. An anode gas channel 25 and a cathode gas channel 26 are formed. The anode electrode 22 is configured by providing a fuel electrode catalyst layer on a porous support layer, and the cathode electrode 23 is configured by providing an air electrode catalyst layer on the porous support layer. The catalyst layers of these electrodes are configured by adhering platinum particles, for example.

アノード極２２では、次の（１）式の酸化反応が生じ、カソード極２３では、次の（２）式の還元反応が生じる。燃料電池２０全体としては、次の（３）式の起電（電気化学）反応が生じる。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-・・・（１）
（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ・・・（２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ・・・（３） The anode electrode 22 undergoes an oxidation reaction of the following formula (1), and the cathode electrode 23 undergoes a reduction reaction of the following formula (2). In the fuel cell 20 as a whole, an electromotive (electrochemical) reaction of the following 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)

なお、図１では説明の便宜上、膜・電極接合体２４、アノードガスチャンネル２５およびカソードガスチャンネル２６からなる単位セルの構造を模式的に図示しているが、実際には、上述したセパレータを介して複数の単位セル（セル群）が直列に接続したスタック構造を備えている。   In FIG. 1, for convenience of explanation, the structure of a unit cell composed of a membrane / electrode assembly 24, an anode gas channel 25, and a cathode gas channel 26 is schematically shown. And a stack structure in which a plurality of unit cells (cell groups) are connected in series.

燃料電池２０には、直接的にスタック構造を昇温させるヒータ２７が設けられている。ヒータ２７は、バッテリ９１から電源が供給されており、制御部８０の制御により加熱の有無が制御可能に構成されている。   The fuel cell 20 is provided with a heater 27 for directly raising the temperature of the stack structure. The heater 27 is supplied with power from the battery 91, and is configured so that the presence or absence of heating can be controlled by the control of the control unit 80.

燃料電池システム１０の冷却液供給系統３には、冷却液を循環させる冷却路３１、燃料電池２０から排水される冷却液の温度を検出する温度センサ３２、冷却液の熱を外部に放熱するラジエータ（熱交換器）３３、ラジエータ３３へ流入する冷却液の流路を、ラジエータ３３をバイパスするバイパス側流路とラジエータ３３を通過するラジエータ側流路とに切り替えるロータリバルブ３４、冷却液を加圧して循環させる冷却液ポンプ３５、燃料電池２０に供給される冷却液の温度を検出する温度センサ３６が設けられている。   The coolant supply system 3 of the fuel cell system 10 includes a cooling path 31 for circulating the coolant, a temperature sensor 32 for detecting the temperature of the coolant drained from the fuel cell 20, and a radiator for radiating the heat of the coolant to the outside. (Heat exchanger) 33, rotary valve 34 for switching the flow path of the coolant flowing into the radiator 33 to a bypass-side flow path that bypasses the radiator 33 and a radiator-side flow path that passes through the radiator 33, pressurizes the coolant A coolant pump 35 that circulates and a temperature sensor 36 that detects the temperature of the coolant supplied to the fuel cell 20 are provided.

上記冷却液供給系統３の構成において、ロータリバルブ３３がラジエータ３３側に切り替えられているとラジエータ３３により冷却液の熱が奪われ、バイパス流路側に切り替えられていると熱の放出が無く、燃料電池２０の発電による熱で冷却液がゆっくり上昇する。制御部８０が、温度センサ３２および３６によって検出される冷却液の温度を監視しながら、ロータリバルブ３４をラジエータ３３側とバイパス側とに切り替えることにより、冷却液の温度、つまり燃料電池２０の内部温度を所定の目標温度に維持することが可能に構成されている。   In the configuration of the coolant supply system 3, if the rotary valve 33 is switched to the radiator 33 side, the heat of the coolant is taken away by the radiator 33, and if it is switched to the bypass flow path side, there is no heat release, and the fuel The coolant slowly rises due to the heat generated by the battery 20. The controller 80 switches the rotary valve 34 between the radiator 33 side and the bypass side while monitoring the temperature of the coolant detected by the temperature sensors 32 and 36, so that the coolant temperature, that is, the inside of the fuel cell 20. The temperature can be maintained at a predetermined target temperature.

燃料電池システム１０の燃料ガス供給系統４には、燃料ガス供給装置４２からの燃料ガス（アノードガス）、例えば、水素ガスをアノードガスチャンネル２５に供給するための燃料ガス流路４０と、アノードガスチャンネル２５から排気される燃料オフガスを燃料ガス流路４０に循環させるための循環流路（循環経路）５１が配管されており、これらのガス流路によって燃料ガス循環系統が構成されている。   The fuel gas supply system 4 of the fuel cell system 10 includes a fuel gas flow path 40 for supplying fuel gas (anode gas), for example, hydrogen gas, from the fuel gas supply device 42 to the anode gas channel 25, and an anode gas. A circulation passage (circulation passage) 51 for circulating the fuel off-gas exhausted from the channel 25 to the fuel gas passage 40 is piped, and a fuel gas circulation system is constituted by these gas passages.

燃料ガス供給装置４２は、例えば、高圧水素タンク、水素吸蔵合金、改質器などより構成される。燃料ガス流路４０には、燃料ガス供給装置４２からの燃料ガス流出を制御する遮断弁（元弁）４３、燃料ガスの圧力を検出する圧力センサ４４、循環経路５１の燃料ガス圧力を調整する調整弁４５、燃料電池２０への燃料ガス供給を制御する遮断弁４６が設置されている。   The fuel gas supply device 42 includes, for example, a high-pressure hydrogen tank, a hydrogen storage alloy, a reformer, and the like. In the fuel gas passage 40, a shutoff valve (original valve) 43 that controls the outflow of fuel gas from the fuel gas supply device 42, a pressure sensor 44 that detects the pressure of the fuel gas, and a fuel gas pressure in the circulation path 51 are adjusted. A regulating valve 45 and a shutoff valve 46 for controlling the supply of fuel gas to the fuel cell 20 are installed.

循環流路５１には、燃料電池２０から循環流路５１への燃料オフガス供給を制御する遮断弁５２、燃料オフガスに含まれる水分を除去する気液分離器５３および排出弁５４、アノードガスチャンネル２５を通過する際に、圧力損失を受けた燃料オフガスを圧縮して適度なガス圧まで昇圧させて、燃料ガス流路４０に還流させる水素ポンプ（循環ポンプ）５５、燃料ガス流路４０の燃料ガスが循環流路５１側に逆流するのを防止する逆流阻止弁５６が設置されている。   The circulation channel 51 includes a shut-off valve 52 that controls the supply of fuel off-gas from the fuel cell 20 to the circulation channel 51, a gas-liquid separator 53 and a discharge valve 54 that removes water contained in the fuel off-gas, and an anode gas channel 25. The hydrogen pump (circulation pump) 55 that compresses the fuel off-gas that has undergone pressure loss and raises the pressure to an appropriate gas pressure when returning to the fuel gas passage 40 when passing through the fuel gas, and the fuel gas in the fuel gas passage 40 Is provided with a backflow prevention valve 56 for preventing the backflow of the airflow toward the circulation channel 51 side.

上記燃料ガス供給系統４の構成において、水素ポンプ５５をモータによって駆動することで、水素ポンプ５５の駆動による燃料オフガスは、燃料ガス流路４０で燃料ガス供給装置４２から供給される燃料ガスと合流した後、燃料電池２０に供給されて再利用される。   In the configuration of the fuel gas supply system 4, when the hydrogen pump 55 is driven by a motor, the fuel off-gas generated by driving the hydrogen pump 55 merges with the fuel gas supplied from the fuel gas supply device 42 through the fuel gas passage 40. After that, the fuel cell 20 is supplied and reused.

また、循環流路５１には、燃料電池２０から排気された燃料オフガスを、希釈器（例えば水素濃度低減装置）６２を介して車外に排気するための排気流路６１が分岐して配管されている。排気流路６１にはパージ弁６３が設置されており、燃料オフガスの排気制御を行えるように構成されている。パージ弁６３を開閉することで、燃料電池２０内の循環を繰り返して、不純濃度が増加した燃料オフガスを外部に排出し、新規の燃料ガスを導入してセル電圧の低下を防止することができる。また、循環流路５１の内圧に脈動を起こし、ガス流路に蓄積した水分を除去することもできる。   Further, an exhaust passage 61 for branching the fuel off-gas exhausted from the fuel cell 20 to the outside of the vehicle via a diluter (for example, a hydrogen concentration reducing device) 62 is branched and connected to the circulation passage 51. Yes. A purge valve 63 is installed in the exhaust passage 61, and is configured to perform exhaust control of the fuel off gas. By opening and closing the purge valve 63, it is possible to repeatedly circulate in the fuel cell 20, discharge the fuel off-gas having increased impurity concentration to the outside, and introduce new fuel gas to prevent the cell voltage from decreasing. . It is also possible to remove the water accumulated in the gas flow path by causing a pulsation in the internal pressure of the circulation flow path 51.

一方、燃料電池システム１０の酸化ガス供給系統７には、カソードガスチャンネル２６に酸化ガス（カソードガス）を供給するための酸化ガス流路７１と、カソードガスチャンネル２６から排気されるカソードオフガスを排気するためのカソードオフガス流路７２が配管されている。酸化ガス流路７１には、大気からエアを取り込むエアクリーナ７４、および、取り込んだエアを圧縮し、圧縮したエアを酸化剤ガスとして、カソードガスチャンネル２６に送給するエアコンプレッサ７５が設定されている。エアコンプレッサ７５は、制御部８０から供給されるコンプレッサ制御信号Ｓｃに対応した回転数で駆動され回転数に対応した圧力（供給量）のエアを出力可能になっている。酸化ガス流路７１とカソードオフガス流路７２との間には湿度交換を行う加湿器７６が設けられている。   On the other hand, the oxidizing gas supply system 7 of the fuel cell system 10 exhausts an oxidizing gas passage 71 for supplying an oxidizing gas (cathode gas) to the cathode gas channel 26 and a cathode off-gas exhausted from the cathode gas channel 26. A cathode off-gas flow path 72 is provided for this purpose. An air cleaner 74 that takes in air from the atmosphere and an air compressor 75 that compresses the taken air and supplies the compressed air as an oxidant gas to the cathode gas channel 26 are set in the oxidizing gas channel 71. . The air compressor 75 is driven at a rotational speed corresponding to the compressor control signal Sc supplied from the control unit 80, and can output air at a pressure (a supply amount) corresponding to the rotational speed. A humidifier 76 for exchanging humidity is provided between the oxidizing gas channel 71 and the cathode offgas channel 72.

カソードオフガス流路７２には、カソードオフガス流路７２の排気圧力を調整する調圧弁７７、カソードオフガス中の水分を除去する気液分離器７８、カソードオフガスの排気音を吸収するマフラー７９が設けられている。気液分離器７８から排出されたカソードオフガスは分流され、一方は、希釈器６２に流れ込み、希釈器６２内に滞留する燃料オフガスと混合希釈され、また分流された他方のカソードオフガスは、マフラー７９にて吸音され、希釈器６２により混合希釈されたガスと混合されて、車外に排出される。   The cathode offgas passage 72 is provided with a pressure regulating valve 77 that adjusts the exhaust pressure of the cathode offgas passage 72, a gas-liquid separator 78 that removes moisture in the cathode offgas, and a muffler 79 that absorbs the exhaust sound of the cathode offgas. ing. The cathode off-gas discharged from the gas-liquid separator 78 is diverted, and one of the cathode off-gas flows into the diluter 62 and is mixed and diluted with the fuel off-gas staying in the diluter 62. Is mixed with the gas diluted by the diluter 62 and discharged outside the vehicle.

また、燃料電池システム１０の電力系統９には、一次側にバッテリ９１の出力端子が接続され、二次側に燃料電池２０の出力端子が接続されたＤＣ−ＤＣコンバータ９０、二次電池として余剰電力を蓄電するバッテリ９１、バッテリ９１の充電状況を監視するバッテリコンピュータ９２、燃料電池２０の負荷または駆動対象となる車両走行用モータ９４に交流電力を供給するインバータ９３、燃料電池システム１０の各種高圧補機９６に交流電力を供給するインバータ９５、燃料電池２０の出力電圧を測定する電圧センサ９７、および出力電流を測定する電流センサ９８が接続されている。   Further, the power system 9 of the fuel cell system 10 has a DC-DC converter 90 in which the output terminal of the battery 91 is connected to the primary side and the output terminal of the fuel cell 20 is connected to the secondary side, and a surplus as a secondary battery. A battery 91 that stores electric power, a battery computer 92 that monitors the charging state of the battery 91, an inverter 93 that supplies AC power to a load or driving vehicle 94 of the fuel cell 20, and various high voltages of the fuel cell system 10 An inverter 95 that supplies AC power to the auxiliary machine 96, a voltage sensor 97 that measures the output voltage of the fuel cell 20, and a current sensor 98 that measures the output current are connected.

ＤＣ−ＤＣコンバータ９０は、燃料電池２０の余剰電力または車両走行用モータ９４への制動動作により発生する回生電力を電圧変換してバッテリ９１に供給して充電させる。また、車両走行用モータ９４の要求電力に対する、燃料電池２０の発電電力の不足分を補填するため、ＤＣ−ＤＣコンバータ９０は、バッテリ９１からの放電電力を電圧変換して二次側に出力する。このＤＣ−ＤＣコンバータ９０は、制御部８０が供給するＦＣ出力電圧制御信号Ｓｖに対応して二次側の出力電圧を変更可能に構成されている。二次側の出力電圧が変動すると、燃料電池２０の出力電流も自己の電流−電圧特性に基づいて変動する。   The DC-DC converter 90 converts the surplus power of the fuel cell 20 or the regenerative power generated by the braking operation to the vehicle travel motor 94 into a voltage and supplies the battery 91 for charging. Further, in order to compensate for the shortage of the generated power of the fuel cell 20 with respect to the required power of the vehicle travel motor 94, the DC-DC converter 90 converts the discharged power from the battery 91 to a secondary side after voltage conversion. . The DC-DC converter 90 is configured to be able to change the output voltage on the secondary side in response to the FC output voltage control signal Sv supplied by the control unit 80. When the output voltage on the secondary side varies, the output current of the fuel cell 20 also varies based on its own current-voltage characteristics.

インバータ９３および９５は、直流電流を三相交流電流に変換して、車両走行用モータ９４および高圧補機９６にそれぞれ出力する。モータ９４は、ディファレンシャルを介して車輪９９が機械的に結合されており、モータ９４の回転力を車両の推進力に変換可能となっている。   Inverters 93 and 95 convert the direct current into a three-phase alternating current and output the three-phase alternating current to vehicle running motor 94 and high voltage auxiliary machine 96, respectively. In the motor 94, wheels 99 are mechanically coupled via a differential, so that the rotational force of the motor 94 can be converted into the driving force of the vehicle.

電圧センサ９７は、ＤＣ−ＤＣコンバータ９０の二次側の電流を検出し、電流検出信号して制御部８０へ供給し、電圧センサ９８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ９０の二次側の電圧を検出し、電圧検出信号として制御部８０へ供給するようになっている。また、電圧センサ９７および電流センサ９８は、電力系統９に重畳された交流信号の電圧に対する電流の位相と振幅とに基づいて燃料電池２０の交流インピーダンスを測定するためのものである。   The voltage sensor 97 detects the current on the secondary side of the DC-DC converter 90, supplies a current detection signal to the control unit 80, and the voltage sensor 98 detects the voltage on the secondary side of the DC-DC converter 90. The voltage detection signal is supplied to the control unit 80. The voltage sensor 97 and the current sensor 98 are for measuring the AC impedance of the fuel cell 20 based on the phase and amplitude of the current with respect to the voltage of the AC signal superimposed on the power system 9.

制御部８０は、制御手段として、例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インターフェース回路などを備えた汎用コンピュータで構成されており、温度センサ３２、３６、７３、圧力センサ４４、各種回転数センサ等からのセンサ信号や電圧センサ９７、電流センサ９８、イグニッションスイッチ８２からの信号を取り込み、電池運転の状態、例えば、電力負荷に応じて各モータを駆動して、水素ポンプ５５やエアコンプレッサ７５などの回転体の回転数を調整し、さらに、各種の弁（バルブ）の開閉制御または弁開度の調整などを行うようになっている。   The control unit 80 includes, for example, a general-purpose computer including a CPU (Central Processing Unit), a RAM, a ROM, an interface circuit, and the like as control means, and includes temperature sensors 32, 36, 73, a pressure sensor 44, and various rotations. A sensor signal from a number sensor or the like, a signal from a voltage sensor 97, a current sensor 98, or an ignition switch 82 are taken in, and each motor is driven in accordance with a battery operating state, for example, an electric power load, and a hydrogen pump 55 or an air compressor The number of rotations of a rotating body such as 75 is adjusted, and further, opening / closing control of various valves (valves) or adjustment of valve opening degree is performed.

特に本実施形態において、制御部８０は、所定のソフトウェアプログラムを実行することにより、当該システム１０を本発明の燃料電池システムとして動作させることが可能になっている。   In particular, in the present embodiment, the control unit 80 can operate the system 10 as the fuel cell system of the present invention by executing a predetermined software program.

（機能ブロック構成）
図２に、制御部８０によって実現される本発明の機能ブロック図を示す。
機能ブロック図の説明と併せて、本発明の動作原理も説明する。 (Function block configuration)
In FIG. 2, the functional block diagram of this invention implement | achieved by the control part 80 is shown.
Together with the description of the functional block diagram, the operating principle of the present invention will also be described.

図２に示すように、機能ブロックとして、制御部８０は、電流−電圧特性計測部８０１、電流−電圧特性記憶部８０２、電流−電圧特性比較部８０３、温度−出力特性計測部８０４、温度−出力特性記憶部８０５、温度−出力特性比較部８０６、および判定部８０７を備えて構成されている。
上記構成のうち、電流−電圧特性記憶部８０２および温度−出力特性記憶部８０５は制御部８０に含まれる記憶手段が相当する。 As shown in FIG. 2, as a functional block, the control unit 80 includes a current-voltage characteristic measurement unit 801, a current-voltage characteristic storage unit 802, a current-voltage characteristic comparison unit 803, a temperature-output characteristic measurement unit 804, a temperature- An output characteristic storage unit 805, a temperature-output characteristic comparison unit 806, and a determination unit 807 are provided.
Of the above configuration, the current-voltage characteristic storage unit 802 and the temperature-output characteristic storage unit 805 correspond to storage means included in the control unit 80.

電流−電圧特性計測部８０１は、燃料電池２０の電流−電圧特性（以下「Ｉ−Ｖ特性」とも称する。）を計測する機能ブロックである。電流−電圧特性記憶部８０２は、最新のＩ−Ｖ特性情報を記憶するもので、正常な運転状態であると推測される状態で計測された最新のＩ−Ｖ特性情報を保持している。初期状態において、電流−電圧特性記憶部８０２には、工場出荷時に記憶されたＩ−Ｖ特性の初期値が参照用Ｉ−Ｖ特性として記憶されている。   The current-voltage characteristic measuring unit 801 is a functional block that measures current-voltage characteristics (hereinafter also referred to as “IV characteristics”) of the fuel cell 20. The current-voltage characteristic storage unit 802 stores the latest IV characteristic information, and holds the latest IV characteristic information measured in a state assumed to be a normal operation state. In the initial state, the current-voltage characteristic storage unit 802 stores initial values of the IV characteristics stored at the time of factory shipment as reference IV characteristics.

電流−電圧特性計測部８０１は、電圧センサ９７からの電圧検出信号を入力し、電圧検出信号に基づき特定される現時点の燃料電池の出力電圧値Ｖｆｃを決定する。また電流−電圧特性計測部８０１は、電流センサ９８からの電流検出信号を入力し、電流検出信号に基づき特定される現時点の燃料電池の出力電流値Ｉｆｃを決定する。一回の計測はＩ−Ｖ特性上の一つのサンプリングに過ぎない。接近した時間帯で実施される複数の計測によって得られるサンプルの集合により、燃料電池のＩ−Ｖ特性が決定される。当該計測により新規に決定されたＩ−Ｖ特性を「最新のＩ−Ｖ特性」と称する。最新のＩ−Ｖ特性が決定されたら、電流−電圧特性計測部８０１は、電流−電圧特性記憶部８０２に記憶されている参照用のＩ−Ｖ特性（以下比較対象となるこのＩ−Ｖ特性を「参照用Ｉ−Ｖ特性」と称する。）の情報を最新のＩ−Ｖ特性の情報により更新する。   The current-voltage characteristic measuring unit 801 receives the voltage detection signal from the voltage sensor 97 and determines the current output voltage value Vfc of the fuel cell specified based on the voltage detection signal. The current-voltage characteristic measuring unit 801 receives the current detection signal from the current sensor 98 and determines the current output current value Ifc of the fuel cell specified based on the current detection signal. One measurement is only one sampling on the IV characteristic. The IV characteristics of the fuel cell are determined by a set of samples obtained by a plurality of measurements performed in close time zones. The IV characteristic newly determined by the measurement is referred to as “latest IV characteristic”. When the latest IV characteristic is determined, the current-voltage characteristic measurement unit 801 reads the reference IV characteristic stored in the current-voltage characteristic storage unit 802 (hereinafter, this IV characteristic to be compared). Is referred to as “reference IV characteristics”), and the information of the latest IV characteristics is updated.

なお、現時点の燃料電池のＩ−Ｖ特性が参照用Ｉ−Ｖ特性から劣化しているか否かを判定する目的のためには、劣化傾向が現れるため最低１箇所、好ましくは複数箇所のサンプリングを行うだけで十分である。また、参照用Ｉ−Ｖ特性は必ずしも更新しなければならないものではなく、常に初期値のまま保持しておいてもよい。経年的な性能変化を許容したくないシステムでは初期状態からの特性偏倚に基づき性能低下の有無を判定することもありうるからである。   For the purpose of determining whether or not the current IV characteristic of the fuel cell is deteriorated from the reference IV characteristic, since a deterioration tendency appears, sampling at least one place, preferably a plurality of places, should be performed. It is enough to do it. Further, the reference IV characteristic does not necessarily have to be updated, and may always be kept at the initial value. This is because in a system that does not allow a change in performance over time, it may be determined whether there is a performance degradation based on a characteristic deviation from the initial state.

電流−電圧特性比較部８０３は、電流−電圧特性計測部８０１により計測された最新のＩ−Ｖ特性と、電流−電圧特性記憶部８０２に予め記憶されていた参照用Ｉ−Ｖ特性と比較する機能ブロックである。この比較は、計測された出力電圧値Ｖｆｃと出力電流値Ｉｆｃとで決定されるサンプル点が、参照用Ｉ−Ｖ特性上か、または、参照用Ｉ−Ｖ特性に所定のマージンを加えた近似範囲に入っているか否かを判定することにより実施される。   The current-voltage characteristic comparison unit 803 compares the latest IV characteristic measured by the current-voltage characteristic measurement unit 801 with the reference IV characteristic stored in advance in the current-voltage characteristic storage unit 802. It is a functional block. This comparison is based on whether the sample point determined by the measured output voltage value Vfc and output current value Ifc is on the reference IV characteristic or an approximation obtained by adding a predetermined margin to the reference IV characteristic. This is done by determining whether it is within range.

図３に燃料電池のＩ−Ｖ特性の例を示す。
図３に示すＩ−Ｖ特性のうち、特性ｆ０は比較対象となる参照用Ｉ−Ｖ特性である。特性ｆ１は、運転条件の変化で若干特性が変動した場合のＩ−Ｖ特性であり、特性ｆ２は、燃料電池の各セルにおける高分子電解質膜の湿度が一時的に増え（以下「フラッディング」と称する。）可逆的な性能低下を生じたり、電解質膜や電極が劣化したりして、明らかに発電効率が低下した場合のＩ−Ｖ特性である。つまり特性ｆ１は計測の度毎に生ずる僅かな計測結果の変動の範囲内に属するのに対し、特性ｆ２は明らかな性能低下を示しており性能低下判断をすべき対象であるとする。 FIG. 3 shows an example of the IV characteristic of the fuel cell.
Of the IV characteristics shown in FIG. 3, the characteristic f0 is a reference IV characteristic to be compared. The characteristic f1 is an IV characteristic when the characteristic slightly fluctuates due to a change in operating conditions, and the characteristic f2 is a temporary increase in the humidity of the polymer electrolyte membrane in each cell of the fuel cell (hereinafter referred to as “flooding”). This is the IV characteristic when the power generation efficiency is clearly lowered due to reversible performance degradation or deterioration of the electrolyte membrane or electrode. That is, it is assumed that the characteristic f1 belongs to the range of slight fluctuations in the measurement results that occur at every measurement, whereas the characteristic f2 shows a clear performance degradation and is a target for performance degradation judgment.

図３に示すように、燃料電池２０の出力電圧値Ｖａのときに、参照用Ｉ−Ｖ特性ｆ０上の出力電流値がＩａであるとする。参照用Ｉ−Ｖ特性ｆ０に対する所定のマージンを、特性ｆ０からΔＩ（ΔＩ２＞ΔＩ＞ΔＩ１）に設定するものとすれば、電流−電圧特性比較部８０３は、参照用Ｉ−Ｖ特性ｆ０に対し±ΔＩのマージン内である場合には、性能劣化が無いものとして取り扱う。   As shown in FIG. 3, when the output voltage value Va of the fuel cell 20 is assumed, the output current value on the reference IV characteristic f0 is assumed to be Ia. If the predetermined margin with respect to the reference IV characteristic f0 is set from the characteristic f0 to ΔI (ΔI2> ΔI> ΔI1), the current-voltage characteristic comparison unit 803 may perform the reference I-V characteristic f0 with respect to the reference IV characteristic f0. If it is within the margin of ± ΔI, it is treated as having no performance degradation.

いま、新たな計測により、出力電圧値Ｖａに対し出力電流値Ｉｂが測定できたとする。出力電圧値Ｖａに対する電流値の変化量ΔＩ１（＝Ｉａ−Ｉｂ）はこのマージンの範囲内であり、性能劣化とは判定されない。   Assume that the output current value Ib can be measured with respect to the output voltage value Va by new measurement. The change amount ΔI1 (= Ia−Ib) of the current value with respect to the output voltage value Va is within this margin range, and is not determined to be performance degradation.

一方、新たな計測により、出力電圧値Ｖａに対して今度は出力電流値Ｉｃが測定された場合、このときの電流値の変化量ΔＩ２（＝Ｉａ−Ｉｃ）はこのマージンの範囲外であるとする。このとき、電流−電圧特性比較部８０３は燃料電池２０に何らかの性能低下があったものと判定する。   On the other hand, when the output current value Ic is now measured with respect to the output voltage value Va by a new measurement, the current value change amount ΔI2 (= Ia−Ic) at this time is out of the margin range. To do. At this time, the current-voltage characteristic comparison unit 803 determines that the fuel cell 20 has undergone some performance degradation.

温度−出力特性計測部８０４は、燃料電池２０の温度−出力特性（以下「Ｔ−Ｐ特性」とも称する。）を計測する機能ブロックである。温度−出力特性記憶部８０５は、最新のＴ−Ｐ特性情報を記憶するもので、正常な運転状態であると推測される状態で計測された最新のＴ−Ｐ特性情報を保持している。初期状態において、温度−出力特性記憶部８０５には、工場出荷時に記憶されたＴ−Ｐ特性の初期値が参照用Ｔ−Ｐ特性として記憶されている。   The temperature-output characteristic measuring unit 804 is a functional block that measures the temperature-output characteristic (hereinafter also referred to as “TP characteristic”) of the fuel cell 20. The temperature-output characteristic storage unit 805 stores the latest TP characteristic information, and holds the latest TP characteristic information measured in a state that is assumed to be a normal operation state. In the initial state, the temperature-output characteristic storage unit 805 stores the initial value of the TP characteristic stored at the time of factory shipment as a reference TP characteristic.

温度−出力特性計測部８０４は、温度センサ３２からの温度検出信号を入力し、温度検出信号に基づき燃料電池２０の温度を推測する。また温度−出力特性計測部８０４は、電圧センサ９７からの上記電圧検出信号に基づき特定される現時点の燃料電池の出力電圧値Ｖｆｃ、および電流センサ９８からの電流検出信号に基づき特定される現時点の燃料電池の出力電流値Ｉｆｃに基づき、現在の出力電力Ｐｆｃ（＝Ｖｆｃ×Ｉｆｃ）を演算する。一回の計測はＴ−Ｐ特性上の一つのサンプリング点を定めるに過ぎない。そこで接近した時間帯で実施される複数の計測によって得られるサンプルの集合により、燃料電池のＴ−Ｐ特性が決定される。当該計測により新規に決定されたＴ−Ｐ特性を「最新のＴ−Ｐ特性」と称する。最新のＴ−Ｐ特性が決定されたら、温度−出力特性計測部８０４は、温度−出力特性記憶部８０５に記憶されている参照用のＴ−Ｐ特性（以下比較対象となるこのＴ−Ｐ特性を「参照用Ｔ−Ｐ特性」と称する。）の情報を最新のＴ−Ｐ特性の情報により更新する。   The temperature-output characteristic measuring unit 804 receives the temperature detection signal from the temperature sensor 32 and estimates the temperature of the fuel cell 20 based on the temperature detection signal. The temperature-output characteristic measuring unit 804 also determines the current output voltage value Vfc of the fuel cell specified based on the voltage detection signal from the voltage sensor 97 and the current detection signal specified from the current detection signal from the current sensor 98. Based on the output current value Ifc of the fuel cell, the current output power Pfc (= Vfc × Ifc) is calculated. One measurement only defines one sampling point on the TP characteristic. Therefore, the TP characteristic of the fuel cell is determined by a set of samples obtained by a plurality of measurements performed in close time zones. The TP characteristic newly determined by the measurement is referred to as “latest TP characteristic”. When the latest TP characteristic is determined, the temperature-output characteristic measuring unit 804 reads the reference TP characteristic stored in the temperature-output characteristic storage unit 805 (hereinafter, this TP characteristic to be compared). Is referred to as “reference TP characteristic”), and the information of the latest TP characteristic is updated.

なお、現時点の燃料電池のＴ−Ｐ特性が参照用Ｔ−Ｐ特性から劣化しているか否かを判定する目的のためには、特性劣化の傾向が現れる最低１箇所、好ましくは複数箇所のサンプリングを行うだけで十分である。また、参照用Ｔ−Ｐ特性は必ずしも更新しなければならないものではなく、常に初期値のまま保持しておいてもよい。経年的な性能変化を許容したくないシステムでは初期状態からの特性偏倚に基づき性能低下の有無を判定することもありうるからである。   For the purpose of determining whether or not the current TP characteristic of the fuel cell is deteriorated from the reference TP characteristic, sampling at least one place, preferably a plurality of places, where the tendency of characteristic deterioration appears. It is enough to do. In addition, the reference TP characteristic does not necessarily have to be updated, and may always be kept at the initial value. This is because in a system that does not allow a change in performance over time, it may be determined whether there is a performance degradation based on a characteristic deviation from the initial state.

温度−出力特性比較部８０６は、温度−出力特性計測部８０４により計測された最新のＴ−Ｐ特性と、温度−出力特性記憶部８０５に予め記憶されていた参照用Ｔ−Ｐ特性と比較する機能ブロックである。この比較は、計測された現在の温度Ｔと演算された現在の出力電力値Ｐｆｃとで決定されるサンプル点が、参照用Ｔ−Ｐ特性に対してどのような位置にあるかを判定することにより実施される。   The temperature-output characteristic comparison unit 806 compares the latest TP characteristic measured by the temperature-output characteristic measurement unit 804 with the reference TP characteristic stored in advance in the temperature-output characteristic storage unit 805. It is a functional block. This comparison is to determine the position of the sample point determined by the measured current temperature T and the calculated current output power value Pfc with respect to the reference TP characteristic. Is implemented.

判定部８０７は、比較の結果に基づいて燃料電池２０に可逆的なまたは不可逆的な特性劣化が生じているか否かを判定するための機能ブロックである。   The determination unit 807 is a functional block for determining whether reversible or irreversible characteristic degradation has occurred in the fuel cell 20 based on the comparison result.

具体的には、判定部８０７は、最新のＴ−Ｐ特性の平均的な傾きが参照用Ｔ−Ｐ特性の平均的な傾きに比べて所定値以上変化していた場合に、燃料電池に可逆的な性能低下が生じているものと判定する。Ｔ−Ｐ特性の傾きの変化は、温度に依存した発電効率の低下があることを示しており、低温駆動時に水分の生成速度が低いため触媒層から拡散層へと水分が移動することが阻害されている等の一時的な理由により生じるものである。   Specifically, the determination unit 807 reversibly returns to the fuel cell when the average slope of the latest TP characteristic has changed by a predetermined value or more compared to the average slope of the reference TP characteristic. It is determined that a general performance degradation has occurred. The change in the slope of the TP characteristic indicates that there is a decrease in power generation efficiency depending on the temperature, and the moisture generation rate is low during low temperature driving, so that the movement of moisture from the catalyst layer to the diffusion layer is obstructed. This is due to temporary reasons such as

一方、判定部８０７は、最新のＴ−Ｐ特性が参照用Ｔ−Ｐ特性に比べて出力が低下する方向へ所定量以上変化していた場合に、燃料電池に不可逆的な特性劣化が生じているものと判定することが可能である。電解質膜や電極の特性が劣化すると、温度とは無関係に電気化学反応の反応量が低下するので、温度−出力特性は全体的に一律に変化する。   On the other hand, when the latest TP characteristic has changed by a predetermined amount or more in the direction in which the output decreases compared to the reference TP characteristic, the determination unit 807 causes irreversible characteristic deterioration in the fuel cell. It can be determined that When the characteristics of the electrolyte membrane and the electrode deteriorate, the reaction amount of the electrochemical reaction decreases regardless of the temperature, so that the temperature-output characteristic changes uniformly as a whole.

図４に燃料電池のＴ−Ｐ特性の例を示す。
図４に示すＴ−Ｐ特性のうち、特性Ｆ０は比較対象となる参照用Ｔ−Ｐ特性である。特性Ｆ１は、電解質膜の一時的なフラッディングにより一時的に性能が低下した場合のＴ−Ｐ特性を示し、全体的に特性曲線の傾きが増える傾向にある。この一時的な性能低下は可逆的に進行可能であり、所定の措置により元の特性を回復可能なことを示している。 FIG. 4 shows an example of the TP characteristic of the fuel cell.
Of the TP characteristics shown in FIG. 4, the characteristic F0 is a reference TP characteristic to be compared. The characteristic F1 indicates a TP characteristic when the performance is temporarily deteriorated due to temporary flooding of the electrolyte membrane, and the inclination of the characteristic curve tends to increase as a whole. This temporary performance degradation can proceed reversibly, indicating that the original characteristics can be restored by a predetermined measure.

一方、特性Ｆ２は、燃料電池の電解質膜等の機械的なまたは化学的な特性劣化が進行した場合のＴ−Ｐ特性を示し、全体的な傾きはあまり変わらず、変わりに特性曲線全体が出力の減少する方向へシフトする傾向にある。この性能劣化は不可逆的なものであり、部品の交換をしない限り回復不可能なことを示している。   On the other hand, the characteristic F2 indicates the TP characteristic when the mechanical or chemical characteristic deterioration of the electrolyte membrane of the fuel cell has progressed, and the overall inclination does not change much, and instead the entire characteristic curve is output. It tends to shift in the direction of decreasing. This performance deterioration is irreversible, indicating that it cannot be recovered unless the parts are replaced.

例えば、一時的な性能低下は、一箇所以上の特性曲線の傾きを比較することにより判定可能であり、図４に示すように、正常状態の参照用特性Ｆ０の傾き（＝所定温度範囲における出力変動ｐ０／ｔ０）と比較対象となる最新の特性Ｆ１の傾き（ｐ１／ｔ１）とを比較し、その傾き量の差が所定値以上生じていることをもって判定可能である。複数箇所の特性曲線の傾きを平均等の演算により比較することで、判定精度を上げることが可能である。   For example, the temporary performance degradation can be determined by comparing the slopes of one or more characteristic curves. As shown in FIG. 4, the slope of the reference characteristic F0 in the normal state (= output in a predetermined temperature range). The change (p0 / t0) is compared with the slope (p1 / t1) of the latest characteristic F1 to be compared, and it can be determined that the difference between the slope amounts is greater than a predetermined value. It is possible to increase the determination accuracy by comparing the slopes of the characteristic curves at a plurality of locations by calculation such as averaging.

また、回復不可能な特性劣化は、複数箇所の特性曲線の出力変動を比較することに可能であり、図４に示すように、離間した温度Ｔ１とＴ２のそれぞれの温度における正常状態の参照用特性Ｆ０からの比較対象となる最新の特性Ｆ２の出力低下量が所定値以上生じていることをもって判定可能である。測定点として、例えば、一時的な性能低下の特性Ｆ１に比べて出力低下量が大きくなる、比較的高い温度（例えばＴ２）の出力低下のみの測定でも、一時的な性能低下と回復不可能な特性劣化との識別をすることは可能であるが、温度の異なる複数箇所の出力低下量を平均等の演算により比較することで、判定精度を上げることが可能である。   Further, the unrecoverable characteristic deterioration can be made by comparing the output fluctuations of the characteristic curves at a plurality of locations. As shown in FIG. 4, for normal state reference at the separated temperatures T1 and T2. The determination can be made when the output decrease amount of the latest characteristic F2 to be compared from the characteristic F0 is greater than or equal to a predetermined value. As a measurement point, for example, even when measuring only an output decrease at a relatively high temperature (for example, T2) in which the output decrease amount is larger than the temporary performance deterioration characteristic F1, it is impossible to recover temporarily. Although it is possible to discriminate it from characteristic deterioration, it is possible to increase the determination accuracy by comparing the output decrease amounts at a plurality of locations with different temperatures by calculation such as averaging.

図５に、一時的な性能低下を生じているか否かの具体的な判定例を示す。
図５において、特性Ｆ０は温度−出力特性記憶部８０５に記憶され、適時更新される参照用Ｔ−Ｐ特性であり、特性Ｆ１は温度−出力特性計測部８０４で計測された、性能低下が生じている場合の最新のＴ−Ｐ特性である。特性Ｆ３は最新のＴ−Ｐ特性であるが、参照用Ｔ−Ｐ特性からの傾き変動が判定のためのマージンの範囲内に属する場合を示している。 FIG. 5 shows a specific example of determining whether or not a temporary performance degradation has occurred.
In FIG. 5, a characteristic F0 is a reference TP characteristic stored in the temperature-output characteristic storage unit 805 and updated as needed, and the characteristic F1 is measured by the temperature-output characteristic measurement unit 804, resulting in a performance degradation. It is the latest TP characteristic when The characteristic F3 is the latest TP characteristic, and shows a case where the inclination variation from the reference TP characteristic falls within the margin range for determination.

温度−出力特性計測部８０４が最新のＴ−Ｐ特性を計測した場合、温度−出力特性比較部８０６は参照用Ｔ−Ｐ特性である特性Ｆ０の特定情報に基づき、互いに離間した温度Ｔ１とＴ２との間（＝ΔＴ）における出力変化量ΔＰ０を演算する。そして最新のＴ−Ｐ特性についても同じ温度Ｔ１とＴ２との間における出力変化量を演算する。特性Ｆ１の場合には出力変化量がΔＰ１であり特性Ｆ３の場合には出力変化量がΔＰ３であったとする。その結果、判定部８０７は、最新の特性Ｆ１については、その傾き（＝ΔＰ１／ΔＴ）が参照用特性Ｆ０の傾き（＝ΔＰ０／ΔＴ）よりも所定値以上大きいので、性能低下が生じているものと判定する。一方、最新の特性Ｆ３については、その傾き（＝ΔＰ３／ΔＴ）が参照用特性の傾きに比べ所定のマージンの範囲内なので、性能低下は生じていないものと判定する。   When the temperature-output characteristic measurement unit 804 measures the latest TP characteristic, the temperature-output characteristic comparison unit 806 determines the temperatures T1 and T2 that are separated from each other based on the specific information of the characteristic F0 that is the reference TP characteristic. The output change amount ΔP0 is calculated between (= ΔT). The output change amount between the same temperatures T1 and T2 is also calculated for the latest TP characteristic. Assume that the output change amount is ΔP1 in the case of the characteristic F1, and the output change amount is ΔP3 in the case of the characteristic F3. As a result, the determination unit 807 has a performance degradation because the slope (= ΔP1 / ΔT) of the latest characteristic F1 is larger than the slope of the reference characteristic F0 (= ΔP0 / ΔT) by a predetermined value or more. Judge that it is. On the other hand, since the inclination (= ΔP3 / ΔT) of the latest characteristic F3 is within a predetermined margin range compared to the inclination of the reference characteristic, it is determined that no performance degradation has occurred.

図６に、回復不可能な特性劣化を生じているか否かの具体的な判定例を示す。
図６において、特性Ｆ２は温度−出力特性計測部８０４で計測された、回復不可能な特性劣化を生じている場合の最新のＴ−Ｐ特性であり、特性Ｆ４は最新のＴ−Ｐ特性であるが、参照用Ｔ−Ｐ特性からの出力変動が判定のためのマージンの範囲内に属する場合を示している。 FIG. 6 shows a specific determination example of whether or not characteristic deterioration that cannot be recovered has occurred.
In FIG. 6, the characteristic F2 is the latest TP characteristic measured by the temperature-output characteristic measuring unit 804 when the irrecoverable characteristic deterioration occurs, and the characteristic F4 is the latest TP characteristic. However, there is shown a case where the output fluctuation from the reference TP characteristic falls within the margin range for determination.

温度−出力特性計測部８０４が最新のＴ−Ｐ特性を計測した場合、温度−出力特性比較部８０６は参照用Ｔ−Ｐ特性である特性Ｆ０の特定情報に基づき、互いに離間した温度Ｔ１とＴ２のそれぞれにおける出力変化量を演算する。特性Ｆ２の場合には、温度Ｔ１における出力低下量がΔＰ２１であり温度Ｔ２における出力低下量がΔＰ２２であったとする。また、特性Ｆ４の場合には、温度Ｔ１における出力低下量がΔＰ４１であり温度Ｔ２における出力低下量がΔＰ４２であったとする。その結果、判定部８０７は、最新の特性Ｆ２については、出力低下量の平均値（＝（ΔＰ２１＋ΔＰ２２）／２）が所定のマージンよりも大きいので、特性劣化が生じているものと判定する。一方、最新の特性Ｆ４については、出力低下量の平均値（＝（ΔＰ４１＋ΔＰ４２）／２）が当該マージンの範囲内なので、特性劣化は生じていないものと判定する。   When the temperature-output characteristic measurement unit 804 measures the latest TP characteristic, the temperature-output characteristic comparison unit 806 determines the temperatures T1 and T2 that are separated from each other based on the specific information of the characteristic F0 that is the reference TP characteristic. The amount of change in output at each of these is calculated. In the case of the characteristic F2, it is assumed that the output decrease amount at the temperature T1 is ΔP21 and the output decrease amount at the temperature T2 is ΔP22. In the case of the characteristic F4, it is assumed that the output decrease amount at the temperature T1 is ΔP41 and the output decrease amount at the temperature T2 is ΔP42. As a result, for the latest characteristic F2, the determination unit 807 determines that the characteristic deterioration has occurred because the average value of the output reduction amount (= (ΔP21 + ΔP22) / 2) is larger than the predetermined margin. On the other hand, for the latest characteristic F4, since the average value of the output reduction amount (= (ΔP41 + ΔP42) / 2) is within the margin range, it is determined that no characteristic deterioration has occurred.

以上から明らかなように、システムの動作条件に応じて、一時的な性能低下や回復不可能な特性劣化を判別するためのマージン（しきい値）を実験等により適宜定めるものとする。   As is apparent from the above, a margin (threshold value) for discriminating temporary performance degradation and unrecoverable characteristic degradation is appropriately determined by experiments or the like according to the operating conditions of the system.

判定部８０７は、上記判定の結果に対応して、種々の制御を実行するように構成されている。例えば、判定部８０７は、燃料電池に何らかの性能低下が生じているものと判定した場合には、以下の処理を実施する。性能低下が可逆的なものか不可逆的なものか、燃料電池の内部温度、燃料電池の出力電池の変動が許容されるかに応じて、それぞれ好適な措置が異なる。   The determination unit 807 is configured to execute various controls in response to the determination result. For example, when the determination unit 807 determines that some kind of performance degradation has occurred in the fuel cell, the following processing is performed. Suitable measures differ depending on whether the performance degradation is reversible or irreversible, the internal temperature of the fuel cell, and the fluctuation of the output cell of the fuel cell are allowed.

（ａ） ＤＣ−ＤＣコンバータ９０に対して、ＦＣ出力電圧制御信号Ｓｖを制御し、ＤＣ−ＤＣコンバータ９０に設定する燃料電池の出力下限電圧値を低下させる。この処理は燃料電池の温度とは無関係に、性能回復を図りながら出力を確保する措置である。 (A) The FC output voltage control signal Sv is controlled with respect to the DC-DC converter 90, and the output lower limit voltage value of the fuel cell set in the DC-DC converter 90 is lowered. This process is a measure for ensuring output while recovering the performance regardless of the temperature of the fuel cell.

（ｂ） 燃料電池に可逆的な性能低下が生じているものと判定された場合であって燃料電池の温度が所定のしきい値Ｔｔｈよりも低いときには、燃料電池の昇温処理を実行するよう動作する。燃料電池の昇温とともに性能回復を図る措置である。 (B) When it is determined that a reversible performance degradation has occurred in the fuel cell and the temperature of the fuel cell is lower than a predetermined threshold value Tth, the temperature increase process of the fuel cell is executed. Operate. This is a measure to recover performance as the temperature of the fuel cell rises.

（ｂ−１） 燃料電池の昇温処理として、燃料電池の出力変化が許容できる運転状態である場合には、暖機運転または強制加熱を実施する。燃料電池の出力電力を変動させて急速に性能回復を果たすための措置である。暖機運転のためには、判定部８０７は、ＤＣ−ＤＣコンバータ９０にＦＣ出力電圧制御信号Ｓｖを出力して燃料電池の出力電圧を暖機運転レベルにまで低下させて、燃料電池の発熱を促進させる。また、強制加熱のためには、判定部８０７は、ヒータ２７に加熱用の電流を供給するためのＦＣ加熱制御信号Ｓｈを出力する。 (B-1) When the fuel cell temperature rise process is in an operation state in which the change in the output of the fuel cell is acceptable, warm-up operation or forced heating is performed. This is a measure for achieving rapid performance recovery by changing the output power of the fuel cell. For the warm-up operation, the determination unit 807 outputs the FC output voltage control signal Sv to the DC-DC converter 90 to reduce the output voltage of the fuel cell to the warm-up operation level, thereby generating heat from the fuel cell. Promote. For forced heating, the determination unit 807 outputs an FC heating control signal Sh for supplying a heating current to the heater 27.

（ｂ−２） 燃料電池の昇温処理として、燃料電池の出力変化が許容できない運転状態である場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ９０にＦＣ出力電圧制御信号Ｓｖを出力して燃料電池の出力電圧を低下させ、Ｉ−Ｖ特性上の動作点を出力電流量が増大する側にシフトさせることにより、全体的な発熱量を上昇させる。燃料電池の出力電力を維持しながら、性能回復を図る措置である。 (B-2) When the fuel cell temperature rise process is in an operation state in which the change in the output of the fuel cell is unacceptable, the FC output voltage control signal Sv is output to the DC-DC converter 90 to output the output voltage of the fuel cell. And the operating point on the IV characteristic is shifted to the side where the output current amount increases, thereby increasing the overall heat generation amount. This is a measure to restore performance while maintaining the output power of the fuel cell.

（ｂ−３） 燃料電池の昇温処理として、コンプレッサ７５にコンプレッサ制御信号Ｓｃを出力してコンプレッサ７５の回転数を増大させ、燃料電池への酸化ガス供給量を所定量だけ増加させる。エア供給量の増大によりカソードの水分量を除去して直接的に性能回復を果たすための措置である。 (B-3) As a temperature raising process of the fuel cell, a compressor control signal Sc is output to the compressor 75 to increase the rotational speed of the compressor 75, and the amount of oxidizing gas supplied to the fuel cell is increased by a predetermined amount. This is a measure for directly recovering the performance by removing the moisture content of the cathode by increasing the air supply amount.

（ｃ） 燃料電池に可逆的な性能低下が生じているものと判定された場合であって、燃料電池の温度が所定のしきい値よりも高いときには、コンプレッサ７５にコンプレッサ制御信号Ｓｃを出力してコンプレッサ７５の回転数を増大させ、酸化ガスの供給量を燃料ガスの供給量に比べ増大させ、燃料電池のエアストイキ比を上昇させる。燃料電池を昇温させずに性能回復を図るための措置である。 (C) When it is determined that a reversible performance degradation has occurred in the fuel cell, and the temperature of the fuel cell is higher than a predetermined threshold value, a compressor control signal Sc is output to the compressor 75. Thus, the rotation speed of the compressor 75 is increased, the supply amount of the oxidizing gas is increased as compared with the supply amount of the fuel gas, and the air stoichiometric ratio of the fuel cell is increased. This is a measure for recovering the performance without raising the temperature of the fuel cell.

（ｄ） 一方、判定部８０７は、燃料電池に不可逆的な特性劣化が生じているものと判定した場合には、報知信号Ｓａを出力して所定の報知処理を実行する。部品の交換無しには回復が不可能な状態なので、ユーザにその旨を告知する措置である。報知処理としては、コックピットのディスプレイやランプへ特性劣化（部品交換の必要性）を示す視覚的報知やスピーカから同様の案内を発音させることによる聴覚的報知が考えられる。 (D) On the other hand, when the determination unit 807 determines that irreversible characteristic deterioration has occurred in the fuel cell, the determination unit 807 outputs a notification signal Sa and executes a predetermined notification process. This is a measure to notify the user that the recovery is impossible without replacement of the parts. As the notification processing, visual notification indicating characteristic deterioration (necessity of parts replacement) on a cockpit display or lamp, and auditory notification by causing a similar guidance to sound from a speaker can be considered.

（動作説明）
次に図７のフローチャートを参照して、本実施形態の動作を説明する。
図７のフローチャートに示す処理は、本燃料電池システムの動作時に定期的に、あるいは、不定期にある程度の頻度で繰り返し実行されるものである。 (Description of operation)
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
The process shown in the flowchart of FIG. 7 is repeatedly executed at a certain frequency periodically or irregularly during the operation of the fuel cell system.

ステップＳ１０において、制御部８０の電流−電圧特性計測部８０１は、本発明に係る判定の計測タイミングになるまで待つ（ＮＯ）。そして計測タイミングになったら（ＹＥＳ）、ステップＳ１１に移行し、電流−電圧特性計測部８０１は、電圧センサ９７から電圧検出信号を入力して燃料電池の電圧値Ｖｆｃを取得し、電流センサ９８から電流検出信号を入力して燃料電池の電流値Ｉｆｃを取得する。   In step S10, the current-voltage characteristic measurement unit 801 of the control unit 80 waits until the determination measurement timing according to the present invention is reached (NO). When the measurement timing is reached (YES), the process proceeds to step S11, where the current-voltage characteristic measurement unit 801 receives a voltage detection signal from the voltage sensor 97 to acquire the fuel cell voltage value Vfc, and from the current sensor 98. A current detection signal is input to obtain the current value Ifc of the fuel cell.

次いでステップＳ１２において、電流−電圧特性計測部８０１は、Ｉ−Ｖ特性を判断可能な程度の数だけサンプリングされているか否かを判定する。少なくともＩ−Ｖ特性上で通常の動作点が設定される範囲において所定数のサンプリングされていることが好ましい。サンプリングが足りない場合（ＮＯ）、Ｉ−Ｖ特性が特定できる程度にサンプリングされていないものと判断し、電流−電圧特性計測部８０１は処理ルーチンから復帰する。   Next, in step S12, the current-voltage characteristic measuring unit 801 determines whether or not the number of samples that can determine the IV characteristic is sampled. It is preferable that a predetermined number of samples are sampled in a range where a normal operating point is set at least on the IV characteristic. When the sampling is insufficient (NO), it is determined that the sampling is not performed to the extent that the IV characteristic can be specified, and the current-voltage characteristic measuring unit 801 returns from the processing routine.

ステップＳ１２においてサンプリングが所定数以上あった場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１３に移行し、電流−電圧特性比較部８０３は、所定数以上のサンプリングにより特定されるＩ−Ｖ特性を「最新のＩ−Ｖ特性」とした上で、比較対象となる参照用Ｉ−Ｖ特性を電流−電圧特性記憶部８０２から読み出す。   If the sampling is greater than or equal to the predetermined number in step S12 (YES), the process proceeds to step S13, and the current-voltage characteristic comparison unit 803 sets the IV characteristic specified by the predetermined number or more of samplings as “the latest IV. Then, a reference IV characteristic to be compared is read out from the current-voltage characteristic storage unit 802.

なお、電流−電圧特性記憶部８０２には、工場出荷時に記憶されたＩ−Ｖ特性の初期値が参照用Ｉ−Ｖ特性として記憶されている。   Note that the current-voltage characteristic storage unit 802 stores an initial value of the IV characteristic stored at the time of factory shipment as a reference IV characteristic.

次いでステップＳ１４に移行し、電流−電圧特性比較部８０３は、最新のＩ−Ｖ特性と参照用Ｉ−Ｖ特性とを比較し、ステップＳ１５において、最新のＩ−Ｖ特性が参照用Ｉ−Ｖ特性に比べ性能が低下していると判断されるか否かを判定する。   Next, the process proceeds to step S14, where the current-voltage characteristic comparison unit 803 compares the latest IV characteristic with the reference IV characteristic. In step S15, the current IV characteristic is changed to the reference IV. It is determined whether or not it is determined that the performance is lower than the characteristics.

その結果、最新のＩ−Ｖ特性の変化が参照用Ｉ−Ｖ特性から所定のマージン内である場合（ＮＯ）、実質的な性能低下は生じていないものと判断できる。例えば図３において、最新のＩ−Ｖ特性が特性ｆ１であるような場合である。そこで電流−電圧特性比較部８０３は、ステップＳ１６に移行し、この最新のＩ−Ｖ特性を現在のシステム状態に対応した「参照用Ｉ−Ｖ特性」として電流−電圧特性記憶部８０２の記憶内容を更新する。この更新はオプショナルである。   As a result, when the latest change in the IV characteristic is within a predetermined margin from the reference IV characteristic (NO), it can be determined that no substantial performance degradation has occurred. For example, in FIG. 3, the latest IV characteristic is the characteristic f1. Therefore, the current-voltage characteristic comparison unit 803 proceeds to step S16, and the stored contents of the current-voltage characteristic storage unit 802 are set as the “reference IV characteristic” corresponding to the current system state with the latest IV characteristic. Update. This update is optional.

ステップＳ１５において、最新のＩ−Ｖ特性が参照用Ｉ−Ｖ特性に比べて所定のマージン以上に変化している場合（ＹＥＳ）、実質的に性能低下が生じていると判断できる。例えば図３において、最新のＩ−Ｖ特性が特性ｆ２であるような場合である。そこで、次にこのＩ−Ｖ特性により検出された性能低下が一時的であり回復可能な性能低下であるのか、回復不可能な特性劣化であるのかを判定する。   In step S15, when the latest IV characteristic changes more than a predetermined margin as compared with the reference IV characteristic (YES), it can be determined that the performance is substantially deteriorated. For example, in FIG. 3, the latest IV characteristic is the characteristic f2. Therefore, it is next determined whether the performance degradation detected by the IV characteristic is a temporary and recoverable performance degradation or an irrecoverable characteristic degradation.

まずステップＳ１７において、温度−出力特性計測部８０４は、温度センサ３２からの温度検出信号を入力し燃料電池２０の内部温度Ｔｆｃを取得する。同時に、すでに計測されている燃料電池２０の出力電圧Ｖｆｃと出力電流Ｉｆｃとから温度Ｔｆｃにおける燃料電池２０の出力電力Ｐｆｃを演算し、Ｔ−Ｐ特性上の一つのサンプリング点として出力する。   First, in step S <b> 17, the temperature-output characteristic measuring unit 804 receives the temperature detection signal from the temperature sensor 32 and acquires the internal temperature Tfc of the fuel cell 20. At the same time, the output power Pfc of the fuel cell 20 at the temperature Tfc is calculated from the output voltage Vfc and the output current Ifc of the fuel cell 20 already measured, and output as one sampling point on the TP characteristic.

次いでステップＳ１８において、温度−出力特性計測部８０４は、Ｔ−Ｐ特性を判断可能な程度の数だけサンプリングされているか否かを判定する。少なくともＴ−Ｐ特性の平均的な傾きや全体的なシフトが判断できる程度にサンプリングされていることが好ましい。サンプリングが足りない場合（ＮＯ）、Ｔ−Ｐ特性が特定できる程度にサンプリングされていないものと判断し、温度−出力特性計測部８０４は処理ルーチンから復帰する。   Next, in step S18, the temperature-output characteristic measuring unit 804 determines whether or not the TP characteristic is sampled in such a number that it can be determined. It is preferable that the sampling is performed to such an extent that at least an average inclination and an overall shift of the TP characteristic can be determined. If the sampling is insufficient (NO), it is determined that the TP characteristic is not sampled to such an extent that it can be specified, and the temperature-output characteristic measuring unit 804 returns from the processing routine.

ステップＳ１８においてサンプリングが所定数以上あった場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１９に移行し、温度−出力特性比較部８０６は、所定数以上のサンプリングにより特定されるＴ−Ｐ特性を「最新のＴ−Ｐ特性」とした上で、比較対象となる参照用Ｔ−Ｐ特性を温度−出力特性記憶部８０５から読み出す。   If the number of samplings is equal to or greater than the predetermined number in step S18 (YES), the process proceeds to step S19, and the temperature-output characteristic comparison unit 806 sets the TP characteristic specified by the predetermined number of samplings to “the latest TP. Then, the reference TP characteristic to be compared is read out from the temperature-output characteristic storage unit 805.

ステップＳ２０において、温度−出力特性比較部８０６は、最新のＴ−Ｐ特性および参照用Ｔ−Ｐ特性のそれぞれについて、Ｔ−Ｐ特性の全体的な傾きを演算し、ステップＳ２１において、両特性間で傾きに所定値以上の変化があったか否かを判定する。   In step S20, the temperature-output characteristic comparison unit 806 calculates the overall slope of the TP characteristic for each of the latest TP characteristic and the reference TP characteristic, and in step S21, between the two characteristics. It is determined whether or not the inclination has changed by a predetermined value or more.

最新のＴ−Ｐ特性の傾きと参照用Ｔ−Ｐ特性の傾きとの間に所定値以上の変化があったと判定された場合（ＹＥＳ）、一時的であり回復可能な性能低下と判定できるので、判定部８０７は、運転状態に応じた種々の回復処理に移行する。   If it is determined that there is a change of a predetermined value or more between the slope of the latest TP characteristic and the slope of the reference TP characteristic (YES), it can be determined that the performance is temporarily and recoverable. The determination unit 807 proceeds to various recovery processes according to the driving state.

まずステップＳ２２において、判定部８０７は温度センサ３２等で検出された現時点の燃料電池２０の内部温度Ｔｆｃが所定のしきい値温度Ｔｔｈ以下であるか否かを判定する。その結果、燃料電池２０の内部温度Ｔｆｃがしきい値温度Ｔｔｈ以下の低いものであった場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２３に移行し、判定部８０７は燃料電池２０の出力下限電圧値の設定を低下させる。このため、ＤＣ−ＤＣコンバータ９０に出力されるＦＣ出力電圧制御信号Ｓｖが、通常よりも低い出力電圧を指定する場合生ずることになる。これにより燃料電池の性能が回復するまでの間、若干の発電効率を犠牲にする代償として最高出力を維持することが可能である。   First, in step S22, the determination unit 807 determines whether or not the current internal temperature Tfc of the fuel cell 20 detected by the temperature sensor 32 or the like is equal to or lower than a predetermined threshold temperature Tth. As a result, when the internal temperature Tfc of the fuel cell 20 is lower than the threshold temperature Tth (YES), the process proceeds to step S23, and the determination unit 807 decreases the setting of the output lower limit voltage value of the fuel cell 20. Let For this reason, it occurs when the FC output voltage control signal Sv output to the DC-DC converter 90 specifies an output voltage lower than normal. This makes it possible to maintain the maximum output as a price at the expense of some power generation efficiency until the performance of the fuel cell is restored.

次いでステップＳ２４において、判定部８０７は現時点の燃料電池システムの運転状態が出力変動を許容しうるか否かを判定する。出力変動を許容しうる場合とは、車両走行用モータ９４の負荷が軽く燃料電池２０の出力を変動させても運転状態に影響が出ない場合等をいう。   Next, in step S24, the determination unit 807 determines whether the current operating state of the fuel cell system can tolerate output fluctuations. The case where the output fluctuation can be tolerated means a case where the load of the vehicle travel motor 94 is light and the driving state is not affected even if the output of the fuel cell 20 is changed.

現時点の燃料電池システムの運転状態が出力変動を許容しうる場合（Ｓ２４／ＹＥＳ）、ステップＳ２５に移行し、判定部８０７は所定の昇温処理を実行する。燃料電池の温度Ｔｆｃが低く出力変動を許容しうる局面なので、燃料電池の昇温にエネルギーを費やすのである。具体的な昇温処理としては、強制加熱や暖機運転が可能である。強制加熱する場合には、ヒータ２７にＦＣ加熱制御信号Ｓｈを出力して燃料電池２０を直接的に加熱する。暖機運転をする場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ９０に出力電圧を暖機運転状態にまで低下させるＦＣ出力電圧制御信号Ｓｖを出力し、燃料電池２０からの電力供給を遮断し、燃料電池の自己発熱を促進させる。   When the current operating state of the fuel cell system can tolerate output fluctuations (S24 / YES), the process proceeds to step S25, and the determination unit 807 executes a predetermined temperature increase process. Since the temperature Tfc of the fuel cell is low and the output fluctuation can be allowed, energy is expended in raising the temperature of the fuel cell. As a specific temperature raising process, forced heating or warm-up operation is possible. In the case of forced heating, the FC heating control signal Sh is output to the heater 27 to heat the fuel cell 20 directly. When performing the warm-up operation, the FC output voltage control signal Sv for reducing the output voltage to the warm-up operation state is output to the DC-DC converter 90, the power supply from the fuel cell 20 is shut off, and the fuel cell Promotes self-heating.

一方、ステップＳ２４において、現時点の燃料電池の運転状態が出力変動を許容できない場合（ＮＯ）、例えばアクセルが操作され車両走行用モータ９４に燃料電池２０から大電力を供給しなければならないような場合、ステップＳ２６において、判定部８０７は、ＤＣ−ＤＣコンバータ９０の出力電圧を若干量（ΔＶ）低下させるようなＦＣ出力電圧制御信号Ｓｖを出力する。この処理により、Ｉ−Ｖ特性上の動作点を大電流側にシフトすることになり、要求出力を変更することなく発熱量を上げ、燃料電池の性能回復を促進することができる。   On the other hand, in step S24, when the current operating state of the fuel cell cannot tolerate output fluctuation (NO), for example, when the accelerator is operated and a large amount of power must be supplied from the fuel cell 20 to the vehicle travel motor 94. In step S26, the determination unit 807 outputs an FC output voltage control signal Sv that slightly reduces the output voltage of the DC-DC converter 90 by a certain amount (ΔV). By this process, the operating point on the IV characteristic is shifted to the large current side, and the heat generation amount can be increased without changing the required output, and the performance recovery of the fuel cell can be promoted.

一方、ステップＳ２２において、燃料電池２０の内部温度Ｔｆｃがしきい値温度Ｔｔｈより高かった場合（ＮＯ）、ステップＳ２７に移行し、判定部８０７は燃料電池システムのエアストイキ比を増加させる。例えば、コンプレッサ７５に平均的な回転数を上げるコンプレッサ制御信号Ｓｖを出力し、燃料ガス供給量に対する酸化ガス供給量の比（ストイキ比）を変更する。   On the other hand, when the internal temperature Tfc of the fuel cell 20 is higher than the threshold temperature Tth in step S22 (NO), the process proceeds to step S27, and the determination unit 807 increases the air stoichiometric ratio of the fuel cell system. For example, a compressor control signal Sv that increases the average number of revolutions is output to the compressor 75, and the ratio (stoichiometric ratio) of the oxidizing gas supply amount to the fuel gas supply amount is changed.

さてステップＳ２１において、最新のＴ−Ｐ特性の傾きと参照用Ｔ−Ｐ特性の傾きとの間に所定値以上の変化があった場合（ＹＥＳ）、回復不可能な特性劣化を含む経年変化と判定できるので、ステップＳ２８に移行し、判定部８０７は、参照用Ｔ−Ｐ特性から最新のＴ−Ｐ特性のシフト量として出力電力の低下量の平均値を演算し、低下量の平均値が所定のしきい値ΔＰｔｈより少ないか否かを判定する。図６において出力電力の低下量の平均値に基づき判定するような場合である。所定のしきい値ΔＰｔｈは判定精度を上げるためのマージンに相当する。   In step S21, if there is a change of a predetermined value or more between the slope of the latest TP characteristic and the slope of the reference TP characteristic (YES), Since it can be determined, the process proceeds to step S28, and the determination unit 807 calculates the average value of the reduction amount of the output power as the shift amount of the latest TP characteristic from the reference TP characteristic, and the average value of the reduction amount is calculated. It is determined whether it is less than a predetermined threshold value ΔPth. In this case, the determination is based on the average value of the decrease in output power in FIG. The predetermined threshold value ΔPth corresponds to a margin for increasing the determination accuracy.

その結果、出力電力の低下量の平均値がしきい値ΔＰｔｈ以上であった場合（ＹＥＳ）、出力電力の低下が大きく、機械的にまたは化学的に回復不可能な特性劣化が生じていると考えられる。そこでステップＳ２９に移行し、判定部８０７は報知信号Ｓａを出力し、ユーザに回復不可能な特性劣化が生じている旨を報知する。この報知は、燃料電池の電解質膜、その他の部位の点検を促し、劣化していると認められる部品を交換させるためのものである。特性劣化の原因が取り除かれたら、報知状態がリセットされるようになっている。   As a result, if the average value of the decrease in output power is equal to or greater than the threshold value ΔPth (YES), the output power is greatly decreased, resulting in characteristic deterioration that cannot be recovered mechanically or chemically. Conceivable. In step S29, the determination unit 807 outputs a notification signal Sa to notify the user that unrecoverable characteristic degradation has occurred. This notification is intended to prompt the inspection of the electrolyte membrane of the fuel cell and other parts, and to replace parts that are recognized as being deteriorated. When the cause of the characteristic deterioration is removed, the notification state is reset.

一方ステップＳ２８において、出力電力の低下量の平均値がしきい値ΔＰｔｈより少なかった場合（ＮＯ）、Ｉ−Ｖ特性が変動しているので、経年変化等によりシステム状態が若干変動しているとは推察できるが、点検・部品交換が必要な程度にまで特性の劣化が認められないと判定できる。よって、判定部８０７は、温度−出力特性記憶部８０５に記憶された参照用Ｔ−Ｐ特性を現在のシステム状態に対応した最新のＴ−Ｐ特性で更新する。このときＩ−Ｖ特性の更新も実行してもよい。これらの更新はオプショナルである。   On the other hand, in step S28, if the average value of the reduction amount of the output power is smaller than the threshold value ΔPth (NO), the IV characteristic changes, so that the system state slightly changes due to secular change or the like. Can be inferred, but it can be determined that there is no deterioration in characteristics to the extent that inspection and parts replacement are necessary. Therefore, the determination unit 807 updates the reference TP characteristic stored in the temperature-output characteristic storage unit 805 with the latest TP characteristic corresponding to the current system state. At this time, the IV characteristic may be updated. These updates are optional.

（本実施形態の利点）
（１）本実施形態によれば、燃料電池の最新のＩ−Ｖ特性と参照用Ｉ−Ｖ特性との比較によりシステム変化を一時的に検出し、燃料電池の最新のＴ−Ｐ特性と参照用Ｔ−Ｐ特性との比較により回復可能な性能低下なのか回復不可能な特性劣化なのかを判定しているので、一時的なシステム状態に影響を受けず正しく性能低下の原因を判定することが可能である。 (Advantages of this embodiment)
(1) According to this embodiment, a system change is temporarily detected by comparing the latest IV characteristic of the fuel cell and the reference IV characteristic, and the latest TP characteristic and reference of the fuel cell are referred to. Since it is judged whether it is a recoverable performance degradation or a non-recoverable characteristic degradation by comparing with the TP characteristics for use, determine the cause of the performance degradation correctly without being affected by the temporary system state. Is possible.

（２）本実施形態によれば、最新のＴ−Ｐ特性の平均的な傾きが参照用Ｔ−Ｐ特性の平均的な傾きに比べて所定値以上変化していた場合に、一時的な可逆的な性能低下が生じているものと判定する。Ｔ−Ｐ特性の傾きの変化は、温度に依存した発電効率の低下であり、低温駆動時に水分の移動が阻害されている等の一時的な理由により生じるので、Ｔ−Ｐ特性の傾きの変化を検出することにより、一時的な性能低下であることを正しく判定可能である。   (2) According to the present embodiment, when the average slope of the latest TP characteristic has changed by a predetermined value or more as compared with the average slope of the reference TP characteristic, temporary reversibility is achieved. It is determined that a general performance degradation has occurred. The change in the slope of the TP characteristic is a decrease in power generation efficiency depending on temperature, and is caused by a temporary reason such as the movement of moisture being inhibited during low temperature driving. By detecting this, it can be correctly determined that the performance is temporarily lowered.

（３）本実施形態によれば、最新のＴ−Ｐ特性が参照用Ｔ−Ｐ特性に比べて出力が低下する方向へ所定量以上変化していた場合に、回復不可能な不可逆的な特性劣化が生じているものと判定する。Ｔ−Ｐ特性の全体的な低下は、温度とは無関係な電気化学反応効率の低下でありシステムに機械的な化学的な劣化が進行していることを示しているので、Ｔ−Ｐ特性の全体的な低下を検出することにより、回復不可能な不可逆的な特性劣化であることを正しく判定可能である。   (3) According to the present embodiment, an irreversible characteristic that cannot be recovered when the latest TP characteristic has changed by a predetermined amount or more in a direction in which the output decreases as compared with the reference TP characteristic. It is determined that deterioration has occurred. Since the overall decrease in the TP characteristic is a decrease in the electrochemical reaction efficiency independent of temperature, indicating that the system is undergoing mechanical chemical degradation, the TP characteristic is reduced. By detecting the overall decrease, it is possible to correctly determine that the irreversible characteristic deterioration cannot be recovered.

（４）本実施形態によれば、燃料電池に可逆的な性能低下が生じているものと判定した場合には、燃料電池の出力下限電圧値を低下させるので、一時的な性能低下の場合におけるシステム効率の維持を図ることが可能である。   (4) According to the present embodiment, when it is determined that a reversible performance degradation has occurred in the fuel cell, the output lower limit voltage value of the fuel cell is lowered, so in the case of a temporary performance degradation. It is possible to maintain system efficiency.

（５）本実施形態によれば、燃料電池に可逆的な性能低下が生じているものと判定された場合には、基本的に燃料電池の電解質膜のフラッディングが原因であるため、i）水を蒸発しやすくする措置として高温化、ストイキ比増加、ii）水の動きを大きくする措置として大電流化、iii)反応ガスの触媒へ供給を促進する措置として反応ガスの圧力上昇を、個別にまたは混合して実施するので、早期にシステムの性能を回復させることが可能である。   (5) According to this embodiment, when it is determined that a reversible performance degradation has occurred in the fuel cell, it is basically caused by flooding of the electrolyte membrane of the fuel cell. High temperature to increase the stoichiometric ratio, increase stoichiometric ratio, ii) increase current to increase water movement, iii) increase reaction gas pressure to increase the supply of reaction gas to the catalyst Alternatively, since the processes are mixed, it is possible to restore the system performance at an early stage.

（６）具体的に本実施形態によれば、一時的な性能低下が低温状態で生じている場合には、昇温処理を実施するので、フラッディングを生じた電解質膜を早期に乾燥させることが可能である。   (6) Specifically, according to the present embodiment, when the temporary performance degradation occurs in a low temperature state, the temperature rise process is performed, so that the electrolyte membrane in which flooding has occurred can be dried early. Is possible.

（７）具体的に本実施形態によれば、昇温処理として燃料電池の出力変化が許容できる運転状態である場合には、暖機運転または強制加熱を実施するので、回復措置を発電に優先させて急速にシステム効率を回復させることが可能である。   (7) Specifically, according to the present embodiment, the warming-up operation or the forced heating is performed when the fuel cell output change is allowed as the temperature raising process, so that the recovery measure is given priority over the power generation. System efficiency can be recovered rapidly.

（８）また本実施形態によれば、昇温処理として燃料電池の出力変化が許容できない運転状態である場合に、燃料電池の出力電圧を所定値だけ低下させ発電電流を若干増大させるので、出力電力を維持しながら、発熱を生じさせ、かつ、電気化学反応を促進して水の移動を促進し、低温環境下における触媒のフラッディングを解消することができる。   (8) Further, according to the present embodiment, when the fuel cell output change is not allowed as the temperature raising process, the output voltage of the fuel cell is decreased by a predetermined value and the generated current is slightly increased. While maintaining electric power, heat can be generated, and an electrochemical reaction can be promoted to promote the movement of water, thereby preventing flooding of the catalyst in a low temperature environment.

（９）また本実施形態によれば、燃料電池の昇温処理として、燃料電池への酸化ガス供給量を所定量だけ増加させるので、カソード側の生成水を酸化ガスに接触しやすくすることができ、低温環境下におけるフラッディングを解消することができる。   (9) Also, according to the present embodiment, as the temperature increase process of the fuel cell, the amount of oxidizing gas supplied to the fuel cell is increased by a predetermined amount, so that the generated water on the cathode side can be easily brought into contact with the oxidizing gas. And flooding in a low temperature environment can be eliminated.

（１０）また本実施形態によれば、一時的な性能低下が通常温度状態で生じている場合には、燃料電池のエアストイキ比を上昇させるので、触媒における電気化学反応を促進し、通常環境下におけるフラッディングを解消することができる。   (10) Further, according to the present embodiment, when the temporary performance degradation occurs in the normal temperature state, the air stoichiometric ratio of the fuel cell is increased, so that the electrochemical reaction in the catalyst is promoted and the normal environment is maintained. The flooding can be eliminated.

（１１）一方本実施形態によれば、燃料電池に不可逆的な特性劣化が生じているものと判定した場合には、所定の報知処理を実行するので、部品の交換等のメンテナンスの必要性を早期に知らせることが可能である。   (11) On the other hand, according to the present embodiment, when it is determined that irreversible characteristic deterioration has occurred in the fuel cell, a predetermined notification process is executed, so that the necessity of maintenance such as replacement of parts is reduced. It is possible to inform early.

（１２）本実施形態によれば、正しくＩ−Ｖ特性やＴ−Ｐ特性が計測された場合には、それを参照用Ｉ−Ｖ特性または参照用Ｔ−Ｐ特性として更新記憶させるので、劣化以外のシステム状態の変動に基準となる特性を追従させ、誤判定を防止可能である。   (12) According to the present embodiment, when the IV characteristic or the TP characteristic is correctly measured, it is updated and stored as the reference IV characteristic or the reference TP characteristic. It is possible to prevent the misjudgment by making the reference characteristics follow the fluctuations of the system state other than.

（その他の変形例）
本発明は上記実施形態に限定されることなく種々に変更して実行することが可能である。
例えば、上記実施形態ではＴ−Ｐ特性をシステム状態判定のパラメータとしていたが、経年変化が現れ一時的な性能低下と回復不可能な特性劣化とが特性上区別可能に発現する他の特性を判定の基準とすることが可能である。 (Other variations)
The present invention is not limited to the above embodiment and can be implemented with various modifications.
For example, in the above-described embodiment, the TP characteristic is used as a system state determination parameter. However, other characteristics in which aging changes and temporary performance degradation and unrecoverable characteristic degradation appear in a distinguishable manner are determined. It is possible to use as a standard.

また上記実施形態は電気自動車に搭載される燃料電池システムに本発明を適用していたが、他の移動体（陸上、海上・海中、空中）に搭載される燃料電池システムに本発明を適用してもよい。さらに定置形の燃料電池システムに適用することも無論可能である。   In the above embodiment, the present invention is applied to a fuel cell system mounted on an electric vehicle. However, the present invention is applied to a fuel cell system mounted on another mobile body (land, sea, sea, air). May be. Furthermore, it is of course possible to apply to a stationary fuel cell system.

本実施形態における燃料電池システムのシステム構成図である。It is a system configuration figure of a fuel cell system in this embodiment. 本実施形態における制御部８０で実現される機能ブロックである。It is a functional block implement | achieved by the control part 80 in this embodiment. 電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）に基づく性能変化の判定法説明図である。It is explanatory drawing of the determination method of the performance change based on an electric current-voltage characteristic (IV characteristic). 温度−出力特性（Ｔ−Ｐ特性）に基づく性能変化の判定法説明図である。It is explanatory drawing of the determination method of the performance change based on a temperature-output characteristic (TP characteristic). 温度−出力特性に基づき一時的な性能低下と判定される場合の具体例である。It is a specific example when it is determined that the performance is temporarily degraded based on the temperature-output characteristics. 温度−出力特性に基づき回復不可能な特性劣化と判定される場合の具体例である。It is a specific example when it is determined that the characteristic deterioration cannot be recovered based on the temperature-output characteristic. 本実施形態における動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the operation | movement in this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

３ 冷却液循環系統、４ 燃料ガス供給系統、７ 酸化ガス供給系統、９ 電力系統、１０ 燃料電池システム、２０ 燃料電池、２７ ヒータ（強制加熱手段）、８０ 制御部、９０ ｄＣ−ＤＣコンバータ、９７ 電圧センサ、９８ 電流センサ、８０１ 電流−電圧特性計測部、８０３ 電流−電圧特性比較部、８０４ 温度−出力特性計測部、８０６ 温度−出力特性比較部、８０７ 判定部   3 Coolant circulation system, 4 Fuel gas supply system, 7 Oxidation gas supply system, 9 Power system, 10 Fuel cell system, 20 Fuel cell, 27 Heater (forced heating means), 80 Control unit, 90 dC-DC converter, 97 Voltage sensor, 98 Current sensor, 801 Current-voltage characteristic measurement unit, 803 Current-voltage characteristic comparison unit, 804 Temperature-output characteristic measurement unit, 806 Temperature-output characteristic comparison unit, 807 determination unit

Claims (12)

反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池を有する燃料電池システムであって、
前記燃料電池の電流−電圧特性を計測する電流−電圧特性計測部と、
前記燃料電池の温度−出力特性を計測する温度−出力特性計測部と、
計測された前記電流−電圧特性を予め記憶されていた前記燃料電池の電流−電圧特性と比較する電流−電圧特性比較部と、
前記比較の結果に応じて前記温度−出力特性計測部で測定された前記燃料電池の最新の温度−出力特性を参照し、参照された前記燃料電池の温度−出力特性を該燃料電池の予め記憶されていた温度−出力特性と比較する温度−出力特性比較部と、
前記比較の結果に基づいて前記燃料電池に可逆的な性能低下または不可逆的な特性劣化が生じているか否かを判定する判定部と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system having a fuel cell that generates power upon receiving a reaction gas,
A voltage characteristic measuring unit, - the current measuring voltage characteristics - current of the fuel cell
An output characteristic measurement unit, - a temperature measuring output characteristics - temperature of the fuel cell
Measured the current - the fuel cell current which has been stored voltage characteristics previously - current compared to the voltage characteristics - voltage characteristic comparison unit,
The temperature according to the result of the comparison - the latest temperature of the fuel cell measured by the output characteristic measuring unit - with reference to the output characteristics, the reference temperature of the fuel cell - prestored fuel cell output characteristics A temperature-output characteristic comparison unit for comparing with the temperature-output characteristic that has been made,
A determination section for determining whether or not reversible degradation or irreversible characteristic deterioration occurs in the fuel cell based on a result of said comparison,
A fuel cell system comprising: 前記判定部は、
前記最新の温度−出力特性の平均的な傾きが前記予め記憶されていた温度−出力特性の平均的な傾きに比べて所定値以上変化していた場合に、前記燃料電池に可逆的な性能低下が生じているものと判定する、
請求項１に記載の燃料電池システム。 The determination unit
When the average slope of the latest temperature-output characteristics has changed by a predetermined value or more compared to the average slope of the temperature-output characteristics stored in advance, the fuel cell has a reversible performance drop. Is determined to have occurred,
The fuel cell system according to claim 1. 前記判定部は、
前記最新の温度−出力特性が前記予め記憶されていた温度−出力特性に比べて出力が低下する方向へ所定量以上変化していた場合に、前記燃料電池に不可逆的な特性劣化が生じているものと判定する、
請求項１または２に記載の燃料電池システム。 The determination unit
When the latest temperature-output characteristic has changed by a predetermined amount or more in a direction in which the output decreases in comparison with the previously stored temperature-output characteristic, irreversible characteristic deterioration has occurred in the fuel cell. Judge that
The fuel cell system according to claim 1 or 2. 前記判定部は、
前記燃料電池に可逆的な性能低下が生じているものと判定した場合には、前記燃料電池の出力下限電圧値を低下させる、
請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料電池システム。 The determination unit
If it is determined that a reversible performance degradation has occurred in the fuel cell, the output lower limit voltage value of the fuel cell is reduced,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3. 前記判定部は、
前記燃料電池に可逆的な性能低下が生じているものと判定された場合であって、
前記燃料電池の温度が所定のしきい値よりも低いときには、前記燃料電池の昇温処理を実行する、
請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料電池システム。 The determination unit
When it is determined that a reversible performance degradation has occurred in the fuel cell,
When the temperature of the fuel cell is lower than a predetermined threshold value, a temperature increasing process of the fuel cell is executed.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4. 前記判定部は、前記燃料電池の昇温処理として、
前記燃料電池の出力変化が許容できる運転状態である場合に、暖機運転または強制加熱を実施する、
請求項５に記載の燃料電池システム。 The determination unit, as a temperature increase process of the fuel cell,
When the fuel cell output change is in an allowable operating state, warm-up operation or forced heating is performed.
The fuel cell system according to claim 5. 前記判定部は、前記燃料電池の昇温処理として、
前記燃料電池の出力変化が許容できない運転状態である場合に、前記燃料電池の出力電圧を所定値だけ低下させる、
請求項５に記載の燃料電池システム。 The determination unit, as a temperature increase process of the fuel cell,
When the output change of the fuel cell is in an unacceptable operating state, the output voltage of the fuel cell is decreased by a predetermined value;
The fuel cell system according to claim 5. 前記判定部は、前記燃料電池の昇温処理として、
前記燃料電池への酸化ガス供給量を所定量だけ増加させる、
請求項５に記載の燃料電池システム。 The determination unit, as a temperature increase process of the fuel cell,
Increasing the amount of oxidizing gas supplied to the fuel cell by a predetermined amount,
The fuel cell system according to claim 5 . 前記判定部は、
前記燃料電池に可逆的な性能低下が生じているものと判定された場合であって、
前記燃料電池の温度が所定のしきい値よりも高いときには、前記燃料電池のエアストイキ比を上昇させる、
請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料電池システム。 The determination unit
When it is determined that a reversible performance degradation has occurred in the fuel cell,
When the temperature of the fuel cell is higher than a predetermined threshold, the air stoichiometric ratio of the fuel cell is increased.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4. 前記判定部は、
前記燃料電池に不可逆的な特性劣化が生じているものと判定した場合には、所定の報知処理を実行する、
請求項１乃至９のいずれかに記載の燃料電池システム。 The determination unit
When it is determined that irreversible characteristic deterioration has occurred in the fuel cell, a predetermined notification process is executed.
The fuel cell system according to claim 1. 前記電流−電圧特性計測部は、
運転中における前記燃料電池の出力電圧および出力電流を計測して得られた前記燃料電池の最新の電流−電圧特性を、前記予め記憶されている前記燃料電池の前記電流−電圧特性として更新する、
請求項１乃至１０のいずれかに記載の燃料電池システム。 The current-voltage characteristic measuring unit is
Latest current of the fuel cell obtained by measuring the output voltage and output current of the previous SL fuel cell that put into operation - as a voltage characteristic - voltage characteristics, the current of the fuel cell the stored in advance Update,
The fuel cell system according to claim 1. 前記温度−出力特性計測部は、
運転中における前記燃料電池の温度および出力電力を計測して得られた前記燃料電池の最新の温度−出力特性を、前記予め記憶されている前記燃料電池の前記温度−出力特性として更新する、
請求項１乃至１１のいずれかに記載の燃料電池システム。 The temperature-output characteristic measuring unit is
Latest temperature of the fuel cell obtained by measuring the temperature and output power of the previous SL fuel cell that put in operation - updated as output characteristics - the output characteristics, the temperature of the fuel cell the stored in advance To
The fuel cell system according to claim 1.
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