(57)【要約】【課題】燃料電池の不可逆的な発電性能の低下を招くことなく該燃料電池の電解質膜の劣化を感度よく判定する。【解決手段】電解質膜を有するセルを介して、酸素を含む酸化ガスと水素を含む燃料ガスとの電気化学反応によって発電を行う燃料電池の、該電解質膜の劣化を検知する燃料電池劣化判定システムであって、燃料電池内に供給された酸化ガス及び燃料ガスを、該燃料電池内に封入し、その封入状態の燃料電池の出力電圧が所定消費電圧となるように、該燃料電池を発電させる。そして所定時間発電を行った後、燃料電池のセルの出力電圧に基づいて、該セルの有する電解質膜の劣化を判定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜を有するセルを介して、酸素を含む酸化ガスと水素を含む燃料ガスとの電気化学反応によって発電を行う燃料電池の、該電解質膜の劣化を検知する燃料電池劣化判定システムであって、
前記燃料電池内に供給された前記酸化ガス及び前記燃料ガスを、該燃料電池内に封入するガス封入手段と、
前記ガス封入手段によって前記酸化ガス及び前記燃料ガスが封入された状態の前記燃料電池の出力電圧が所定消費電圧となるように、該燃料電池を発電させる発電手段と、
前記発電手段によって所定時間発電を行った後、前記燃料電池の前記セルの出力電圧に基づいて、該セルの有する前記電解質膜の劣化を判定する劣化判定手段と、
を備える燃料電池劣化判定システム。
【請求項２】
前記セルは、前記化学反応に供される触媒が設けられた電極を有し、
前記所定消費電圧は、前記発電手段を介した発電によって、前記セルが有する前記電極の触媒の溶解が生じる所定溶解電圧より低い電圧である、
請求項１に記載の燃料電池劣化判定システム。
【請求項３】
前記所定時間は、前記発電手段による発電で、前記セルを流れる電流密度が、所定の正常セルにおけるクロスリーク電流値に基づいて決定される所定電流密度のオーダーに至るまでの時間である、
請求項１又は請求項２に記載の燃料電池劣化判定システム。
【請求項４】
前記触媒は白金であって、
前記所定消費電圧は、前記所定溶解電圧より低い電圧であって且つ０．８Ｖ以上である、
請求項２に記載の燃料電池劣化判定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜を有するセルにおいて酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応にて電力を発電する燃料電池に対し、その電解質膜の劣化を判定する燃料電池劣化判定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、運転効率および環境性に優れる電源として燃料電池が注目されている。電解質膜を有する燃料電池のセルにおいては、カソード側に酸化ガスが供給され且つアノード側に燃料ガスが供給されることで、その電解質膜において所定の電気化学反応が起こり、発電に至る。ここで、電解質膜で電気化学反応が発生し発電が行われるに従って、電解質膜が痩せて行き、ピンホールが生じて燃料ガスのクロスリークが発生する場合がある。このクロスリークが発生すると、セルとしての発電能力が低下するため、適切な時期に電解質膜の修理、交換が行われるのが好ましい。
【０００３】
そこで、燃料電池のセルに備えられる電解質膜の劣化を判定する技術として、例えば特許文献１に記載の技術が挙げられる。この技術では、燃料電池への酸化ガス及び燃料ガスの供給を停止した後の、該燃料電池での発電による正常セルと非正常セルとの間でのクロスリークに起因する電流密度の差に基づいて、セルの電解質膜の劣化を判定している。
【０００４】
また、特許文献２においては、燃料電池のセルに備えられる電解質膜の劣化を判定する技術として、燃料電池に供給される酸化ガスと燃料ガスの供給量を一定に保った状態から、カソードとアノード間に差圧を生じさせて強制的なクロスリークを発生させることで、セルの電解質膜の劣化を判定する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１８６１３７号公報
【特許文献２】特開２００５−６３７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料電池の性能を維持し、該燃料電池から安定的に電力を供給するためにも、燃料電池の発電性能の劣化を判定する必要性は高い。ここで、電解質膜における酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応によって発電を行う燃料電池では、この電解質膜の劣化、例えば電解質膜におけるクロスリークの発生を感度よく判定することが求められる。しかし、従来の判定方法では、燃料電池への酸化ガス及び燃料ガスの供給を停止した後の、該燃料電池での発電による正常セルと非正常セルとの間でのクロスリークに起因する電流密度の差に基づくため、クロスリークの検出感度が低くならざるを得ない。従って、比較的大きなクロスリークが発生して初めてその存在を検知でき、その検知感度は決して高くはない。
【０００６】
一方で、クロスリークの検出時にセルのカソード側を高電位にすることで、その検出感度を上昇させる判定方法もあるが、その場合カソード側の電極内の触媒、例えば白金が溶解し、結果的に燃料電池の発電性能が不可逆的に低下してしまう問題が生じる。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、不可逆的な発電性能の低下を招くことなく該燃料電池の電解質膜の劣化を感度よく判定する燃料電池劣化判定システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明においては、上記課題を解決するために、電解質膜の劣化判定に際して燃料電池
に所定の発電をさせ、その発電時の出力電圧を所定の一定電圧とすることとした。このようにすることで、燃料電池において不可逆的な発電性能の低下を回避できるとともに、燃料電池の電流電圧特性（以下、「ＩＶ特性」とも言う。）の変化から、クロスリークの存在を感度よく検出することが可能となる。
【０００９】
そこで、詳細には、本発明は、電解質膜を有するセルを介して、酸素を含む酸化ガスと水素を含む燃料ガスとの電気化学反応によって発電を行う燃料電池の、該電解質膜の劣化を検知する燃料電池劣化判定システムであって、前記燃料電池内に供給された前記酸化ガス及び前記燃料ガスを、該燃料電池内に封入するガス封入手段と、前記ガス封入手段によって前記酸化ガス及び前記燃料ガスが封入された状態の前記燃料電池の出力電圧が所定消費電圧となるように、該燃料電池を発電させる発電手段と、前記発電手段によって所定時間発電を行った後、前記燃料電池の前記セルの出力電圧に基づいて、該セルの有する前記電解質膜の劣化を判定する劣化判定手段と、を備える。
【００１０】
本発明に係る燃料電池劣化判定システムの劣化判定の対象は、電解質膜を有している燃料電池のセルである。即ち、劣化判定手段によってセルの出力電圧に基づいた電解質膜の劣化判定が行われる。ここで、この燃料電池劣化判定システムで劣化判定が行われる際、燃料電池に供給された酸化ガス及び燃料ガス（以下、この両者を「反応ガス」とも言う。）が、ガス封入手段によって該燃料電池内に封入された状態となる。即ち、この封入状態では、燃料電池は外部からの反応ガスの供給が絶たれた状態となる。
【００１１】
そして、上記封入状態において、燃料電池の出力電圧が所定消費電圧に維持されるように、発電手段による発電が行われる。従って、発電手段による発電では、燃料電池内に封入された反応ガスが次第に消費されていくことになる。ここで、発電手段による所定消費電圧での発電が進行するに従い、特に燃料電池内の酸化ガスが消費されるに従い、燃料電池の電流電圧特性（以下、「ＩＶ特性」とも言う。）は、電流の変動に対する電圧の変動の割合が大きくなっていく傾向がある。その結果、セルの電解質膜に存在するクロスリークの程度が大きいほど、発電手段の発電経過後にセルの出力電圧の低下としてより顕著に現れてくる。
【００１２】
また、発電手段による発電では燃料電池の出力電圧が所定消費電圧に維持されるため、燃料電池の電極に過度に高い電圧が印加されるのを回避することができる。即ち、この所定消費電圧は、燃料電池において不可逆的な発電性能の低下を招くことのない電圧であり、例えば、前記セルの有する電極に前記化学反応に供される触媒が設けられている場合、所定消費電圧は、前記発電手段を介した発電によって、前記セルが有する前記電極の触媒の溶解が生じる所定溶解電圧より低い電圧である。
【００１３】
以上より、劣化判定手段による劣化判定が行われるときには、燃料電池のＩＶ特性がクロスリークをセルの出力電圧で感度よく検出可能な特性となっており、且つ燃料電池の電極に過度な高電圧が印加されることがない状態とはなっている。従って、本発明に係る燃料電池システムでは、電解質膜の劣化判定に際して、不可逆的な発電性能の低下を招くことなく、且つセルの電解質膜に存在するクロスリークを感度よく判定することが可能となる。尚、上記所定消費電圧は、一定の電圧、即ち一定の所定消費電圧であってもよい。
【００１４】
ここで、上述したように、発電手段の発電によって、燃料電池のＩＶ特性は、クロスリークの検出を感度よく行うことができるように電流の変動に対する電圧の変動の割合が大きくなっていく傾向がある。しかし、通常の正常なセル、即ち燃料電池の使用上クロスリークの問題は無いとされるセルであって、上記所定の正常セルにおいても、物理的に完全にクロスリークの存在を消すことは困難であり、何らかのオーダーでのクロスリークは存在している。そして、クロスリークは、直接には燃料電池からの出力電流に影響するので
、劣化判定手段による劣化判定を行うに際して、燃料電池の状態を、所定の正常セルにおけるクロスリークに起因するクロスリーク電流と同程度のオーダーの電流が流れる状態にするのが好ましい。
【００１５】
そこで、上記の燃料電池劣化判定システムにおいて、前記所定時間は、前記発電手段による発電で、前記セルを流れる電流密度が、所定の正常セルにおけるクロスリーク電流値に基づいて決定される所定電流密度のオーダーに至るまでの時間であってもよい。これにより、所定の正常セルにおけるクロスリークも加味した上で、セルの電解質膜の劣化をより正確に判定することが可能となる。
【００１６】
また上述までの燃料電池劣化判定システムにおいて、前記電極の触媒の一例として白金が挙げられ、このとき前記所定消費電圧は、前記所定溶解電圧より低い電圧であって且つ０．８Ｖ以上としてもよい。尚、一般に、白金の所定溶解電圧は、０．９Ｖ〜０．９５Ｖである。このように所定消費電圧を所定溶解電圧の近傍の値であって且つ該所定溶解電圧を超えない値とすることで、電極の白金の溶解を回避しながらクロスリークの存在を感度よく判定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る燃料電池劣化判定システムによれば、燃料電池の不可逆的な発電性能の低下を招くことなく該燃料電池の電解質膜の劣化を感度よく判定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る燃料電池劣化判定システムの実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態に係る燃料電池劣化判定システムによって劣化判定される燃料電池１１は、移動体である車両１の駆動装置である駆動モータ１６に対して電力を供給するものであるが、船舶やロボット等の車両１以外の移動体や、移動は行わないが電力の供給を受ける必要がある物に対しても適用が可能である。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明に係る燃料電池劣化判定システムであって、燃料電池（以下、「ＦＣ」ともいう。）１１の劣化判定を行うシステムの概略構成を示す図である。この燃料電池１１は、複数のセルが積層されセルスタックの形態で構成されたものであり、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化ガスとの電気化学反応によって発電を行う。具体的には、各セルのアノード側には、水素タンク１７に蓄えられた燃料ガスがアノードガス供給通路２３を介して供給され、また各セルのカソード側には、コンプレッサ１８によって圧送された酸化ガスがカソードガス供給通路２５を介して供給される。そして、各セルの電解質膜を介して、燃料ガスと酸化ガスとの間で電気化学反応が生じ、各セルのアノード側電極とカソード側電極を通して燃料電池１１からの電力が出力される。尚、両電極においては、上記電気化学反応を促進させるため、触媒としての白金が使用されている。また、燃料電池１１への燃料ガスの供給量を制御するアノードバルブ２２が、アノードガス供給通路２３に設けられており、同様に燃料電池１１への酸化ガスの供給量を制御するカソードバルブ２４が、カソードガス供給通路２５に設けられている。
【００２０】
上記燃料電池１１は車両１に搭載され、燃料電池１１からの電力によって、車両１は、駆動輪２が駆動モータ（以下、単に「モータ」という。）１６によって駆動され、以て移動可能となる。尚、このモータ１６は、いわゆる三相交流モータであって、インバータ１５から交流電力の供給を受ける。そして、このインバータ１５へ燃料電池１１と、二次電池であるバッテリ１３から直流電力が供給され、それがインバータ１５で交流へ変換されている。尚、バッテリ１３は、充放電が可能な蓄電装置であって、該バッテリ１３とインバータ１５との間には、ＤＣ−ＤＣコンバータであるバッテリ昇圧コンバータ１４が電気
的に接続されている。これにより、バッテリ１３からの出力電圧は、バッテリ昇圧コンバータ１４によって制御可能な範囲で任意の電圧に昇圧され、インバータ１５に印加される。尚、バッテリ昇圧コンバータ１４の制御は既知の技術であるから、本実施例においてはその詳細な説明は割愛する。
【００２１】
また車両１には、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）２０が備えられ、上述した各制御対象に電気的に接続されることで、燃料電池１１への燃料ガスや酸化ガスの供給量及び発電、モータ１６の駆動等が制御されることになる。例えば、車両１には、ユーザからの加速要求を受けるアクセルペダルが設けられ、その開度がアクセルペダルセンサ２１によって検出され、その検出信号がＥＣＵ２０に電気的に伝えられる。そして、その結果に従って、ＥＣＵ２０は、アノードバルブ２２およびカソードバルブ２４の開度が制御される。
【００２２】
また、燃料電池１１に対してはセルモニター２６が設けられており、燃料電池１１を形成する複数のセルのそれぞれの出力電圧や出力電流がセルモニター２６によって検知される。そして、セルモニター２６はＥＣＵ２０に接続され、ＥＣＵ２０が各セルの出力電圧を検知可能となっている。
【００２３】
ここで、燃料電池１１を構成するセルにおいては、上述の通り電解質膜が備えられ、該電解質膜を介して燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応が生じる。そして、この電気化学反応が行われていくに従い、電解質膜の厚さが薄くなっていき、最終的に電解質膜にピンホールが形成され、いわゆるクロスリークが生じる。このクロスリークは、電解質膜に形成されたピンホールを介して、燃料ガスと酸化ガスが互いの逆の極に流れ込んでしまう現象であり、燃料電池１１の発電性能を低下させる燃料電池劣化の一因である。そして、燃料電池１１の発電性能を維持するためにも、この電解質膜におけるクロスリークに起因する燃料電池１１の劣化を感度よく判定することが求められる。
【００２４】
そこで、燃料電池１１の劣化を判定するための制御（以下、「燃料電池劣化判定制御」という）の一例について、図２及び図３に基づいて説明する。図２に示す燃料電池劣化判定制御は、ＥＣＵ２０によって、所定のタイミングで、例えば車両１の駆動後の燃料電池１１の停止時等のタイミングで実行される。また、図３は、燃料電池１１において本燃料電池劣化判定制御が行われるときの、該燃料電池１１の電流電圧特性（ＩＶ特性）を示す。
【００２５】
ここで、本燃料電池劣化判定制御が開始される時点の、燃料電池１１のＩＶ特性について言及する。この時点での燃料電池１１のＩＶ特性は線Ｌ１で示される。そして、正常なセル、即ちクロスリークの程度が燃料電池１１の発電性能上支障が無い程度のセルのＩＶ特性の状態は、点Ｐ１で現される。一方で、セルとして正常とは言えないセル、即ちクロスリークの程度が燃料電池１１の発電性能上支障があると判断される程度のセルのＩＶ特性の状態は、点Ｐ１’で現され、点Ｐ１よりもセルの端子電圧が低い。これは、クロスリークの存在によるセルの発電能力の低下に起因する。
【００２６】
しかし、図３に示すように、線Ｌ１で示されるＩＶ特性の状態である燃料電池１１では、セルの端子電圧が白金溶解電圧以下での燃料電池１１のＩＶ特性は、電流の変化に対して電圧変化が極めて緩やかである。従って、クロスリークの存在による点Ｐ１と点Ｐ１’の違い、言い換えるならばクロスリークの大きさに相当するセルの端子電圧差ΔＶ１は非常に小さく、従ってクロスリークの存在を感度よく判定するのは難しい。尚、燃料電池１１のＩＶ特性のうち白金溶解電圧以下の領域を考慮するのは、後述にも示すように、セルの電極触媒の白金が溶解して、セルの発電性能が不可逆的に劣化してしまうのを回避するためである。
【００２７】
そこで、本燃料電池劣化判定制御は、クロスリークの存在を感度よく判定するために行われる。先ず、Ｓ１０１では、燃料電池１１の一セルあたりの出力電圧が０．８５Ｖになるように、モータ１６による燃料電池１１に対する負荷を調整する。この０．８５Ｖの値は、本発明における所定消費電圧に対応する一セルあたりの電圧であり、一セルにおいて電極の白金が溶解する開回路電圧である上記白金溶解電圧（本実施例では０．９Ｖとする）より低い値であるので、後述するＳ１０２〜Ｓ１０５の処理が行われる際に、セルの電極の白金が溶解するのを確実に回避できる。Ｓ１０１の処理が終了すると、Ｓ１０２へ進む。
【００２８】
Ｓ１０２では、ＥＣＵ２０からの指示により、アノードバルブ２２及びカソードバルブ２４が閉じられ、燃料電池１１への燃料ガスと酸化ガスの供給が停止される。その結果、Ｓ１０３に示すように、燃料電池１１において燃料ガスと酸化ガスの封入状態が形成される。従って、この状態では、セルの端子電圧が０．８５Ｖに維持される状態で、モータ１６の駆動が継続され、Ｓ１０３で燃料電池１１内に封入された燃料ガスと酸化ガスが消費されていく（Ｓ１０４に示す状態）。
【００２９】
Ｓ１０４の処理が継続されると燃料電池１１内の封入された酸化ガスが消費され、そのＩＶ特性が顕著に変化する。具体的には、燃料電池１１内に封入された酸化ガスが消費されるに従って、当初図３に線Ｌ１で示されていた燃料電池のＩＶ特性は、図中線Ｌ２に示すＩＶ特性に向かって変化していく。即ち、酸化ガスの消費に従って、燃料電池１１のＩＶ特性は、電流の変化に対する電圧変化が急峻になってくる。尚、線Ｌ２に示すＩＶ特性については後述する。
【００３０】
Ｓ１０５では、Ｓ１０４の処理が継続されている状態の燃料電池１１のセルにおいて出力される電流の密度が、所定の値０．０５Ａ／ｃｍ2以下であるか否かが判定される。こ
の電流密度の所定値は、燃料電池１１の各セルにおける電解質膜の劣化を判定するためのタイミングを判断する閾値であり、燃料電池１１からの電流密度がこの所定値に至ることで、該燃料電池１１のＩＶ特性が図３中の線Ｌ２で示す状態となる。以下に、この電流密度の閾値である所定値０．０５Ａ／ｃｍ2の技術的意義について、説明する。
【００３１】
Ｓ１０４の処理で燃料電池１１の出力電圧が０．８５Ｖに維持された状態で、燃料電池１１内に封入された酸化ガスの消費が行われ、該燃料電池１１のＩＶ特性が図３中の線Ｌ２で示された状態に至ると、電流変化に対する電圧変化が顕著になることは上述のとおりである。そして、その結果、燃料電池１１の各セルにおけるクロスリークに起因する発電性能の劣化を、セルの出力電圧の低下として感度よく検出することが可能となる。具体的には、上記点Ｐ１で示される正常なセルはクロスリークの影響が無いため、燃料電池１１の電流密度が上記所定値となっても、その出力電圧は線Ｌ２上の点Ｐ２、即ち点Ｐ１とほぼ同電位となる。一方で、上記点Ｐ１’で示される非正常なセルは、クロスリークの影響を受けて、燃料電池１１の電流密度が上記所定値となると、その出力電圧は、点Ｐ１’の電位よりも大きく低下した電位である線Ｌ２上の点Ｐ２’の電位となる。従って、本燃料電池劣化判定制御が開始された当初のセル間のクロスリークの影響は、比較的小さな電圧差ΔＶ１としてしか検出できなかったが、燃料電池１１のＩＶ特性が線Ｌ２に示す状態となることで、比較的大きな電圧差ΔＶ２として検出できるようになる。
【００３２】
また、たとえ電解質膜が正常なセルであっても、物理的には非常に小さいが何らかの程度のクロスリークが存在しているのが現実である。この不可避的なクロスリークによっては、燃料電池１１のセルのでは０．０３Ａ／ｃｍ2程度の電流密度への影響が生じる。従
って、Ｓ１０４の処理を継続して燃料電池１１のセルの出力電流の密度を、正常なセルにおけるクロスリークに起因する電流密度と同じオーダーの電流に至らしめることで、セル
の電解質膜におけるクロスリークが正常な状態であるか、非正常な状態であるかをより的確に判定することが可能となる。
【００３３】
尚、Ｓ１０５において燃料電池１１の出力電流の密度が上記所定値以下となったか否かの判定を行うに際しては、セルモニター２６によって検出される各セルからの出力電流に基づいて判定が行われる。Ｓ１０５で燃料電池１１の出力電流の密度が上記所定値以下と判定されると、燃料電池１１のＩＶ特性が図３中の線Ｌ２で示される状態となっていることを意味し、Ｓ１０６以降の処理が行われることになる。一方で、Ｓ１０５で燃料電池１１の出力電流の密度が上記所定値以下ではないと判定されると、再びＳ１０４以降の処理が行われる。
【００３４】
Ｓ１０６では、図３中の線Ｌ２で示されるＩＶ特性状態となっている燃料電池１１に対して、セルモニター２６によって各セルの出力電圧が検出される。その後、Ｓ１０７では、検出された各セルの出力電圧と、基準となるセル基準電圧とが比較され、その比較結果に基づいてＳ１０８で各セルの劣化判定が行われる。このセル基準電圧は、燃料電池１１の発電性能の劣化をユーザに対して知らせるタイミングが適切なものとなるように設定されればよい。例えば、図３に示すように正常セルと非正常セルとの電圧差がΔＶ２で示されるときは、セル基準電圧を０．８５−ΔＶ２（Ｖ）に設定すればよい。従って、Ｓ１０８では、Ｓ１０６で検出されたセルの出力電圧が、セル基準電圧以下である場合は、当該セルは劣化していると判定され、その結果がユーザへ通知される（Ｓ１０９の処理）。尚、この通知は、ＥＣＵ２０から、車両１内に設けられているテレビ用ディスプレイ等を介して行われる。
【００３５】
このように本燃料電池劣化判定制御によれば、燃料電池１１の劣化判定を感度よく行え、またその判定に際してセルの電極に過大な電圧が印加されるのを回避することが可能となる。その結果、不可逆的な発電性能の低下を招くことなく燃料電池１１の劣化を適切に判断できるため、ユーザに対して燃料電池１１の修理や交換等を滞りなく通知でき、結果的に燃料電池の安定的な電力供給の継続が可能となる。
【００３６】
ここで、本燃料電池劣化判定制御の、劣化判定の感度と不可逆的な発電性能低下の回避に対する利点について、図４Ａおよび図４Ｂに示す従来の劣化判定方法との比較の上、更に言及する。先ず、図４Ａは、従来の燃料電池の劣化判定法と該燃料電池のＩＶ特性との相関関係を示す図である。図４Ａに示す従来の劣化判定法では、クロスリークの存在を感度よく判定するために、燃料電池のＩＶ特性のうち、セルの端子電圧が白金溶解電圧を超えた領域、即ち電流の変化に対する電圧の変化が比較的大きい領域で、該判定を行う。従って、クロスリークに起因する電圧変化ΔＶ３（正常セルの電位Ｐ３と非正常セルの電位Ｐ３’の電圧差）を検出するために、燃料電池のセルに白金溶解電圧を超える電圧を印加する必要が生じる。その結果、セルにおいて不可逆的な発電性能の低下が生じる可能性が高い。一方で、本発明に係る燃料電池１１の劣化判定法では、セルに印加される電圧は白金溶解電圧より低いため、この不可逆的な発電性能の低下は生じない。
【００３７】
また、図４Ｂに示す従来の劣化判定法では、本発明の場合と同様に、燃料電池の内部に供給された酸化ガスと燃料ガスを封入するが、モータ等の外部負荷に頼るのではなく、燃料電池の内部電池による自然な消費によって生じる電圧低下でクロスリークの存在の判定を行う。燃料電池に封入直後の該燃料電池のＩＶ特性は線Ｌ３で示され、内部電池の電圧低下によって該燃料電池のＩＶ特性は線Ｌ４に示された状態となる。ここで、正常なセルの電位Ｐ４はこの電圧低下によって点Ｐ４’で示される電位となり、非正常なセルの電位Ｐ５は点Ｐ５’で示される電位となる。
【００３８】
そして、電解質に問題のあるクロスリークが存在する非正常なセルにおいては、この電
圧低下におけるその速度（電圧低下速度）が大きい傾向があるので、その点を利用してクロスリークの判定が行われる。具体的には、正常なセルの電圧低下速度Ｓ４では、所定時間経過後にセルの端子電圧がクロスリーク判定電圧を下回っておらず、一方で非正常なセルの電圧低下速度Ｓ５では、同じ所定時間経過後にセルの端子電圧がクロスリーク判定電圧を下回った状態となる。そこで、この所定時間経過後のセルの端子電圧がクロスリーク判定電圧より下か否かに基づいて、該セルでのクロスリークの存在が判定される。
【００３９】
しかし、この従来の劣化判定法では、燃料電池での内部電池による電圧低下を利用しているため、上記電圧低下を生じさせるまでに比較的長い時間を要し、またクロスリークの程度が比較的小さい場合は電圧低下速度も小さくなるためその存在を検知することが難しい、即ちクロスリークの存在の判定感度が低い。その点については、本発明に係る燃料電池１１の劣化判定法は、上述の通り、燃料電池１１の出力電圧を一定にした状態で酸化ガス等を消費するため、クロスリークの存在を感度よく判定できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例に係る燃料電池劣化判定システムが適用される燃料電池システムの概略構成を示す図である。
【図２】本発明に係る燃料電池劣化判定システムにおいて、燃料電池のセルが有する電解質膜の劣化判定を行うための制御のフローチャートである。
【図３】図２に示す燃料電池劣化判定制御が行われる際の、燃料電池の電流電圧特性（ＩＶ特性）の変化を示す図である。
【図４Ａ】従来の燃料電池の劣化判定が行われる際の、該燃料電池の電流電圧特性（ＩＶ特性）の変化を示す第一の図である。
【図４Ｂ】従来の燃料電池の劣化判定が行われる際の、該燃料電池の電流電圧特性（ＩＶ特性）の変化を示す第二の図である。
【符号の説明】
【００４１】
１・・・・車両
１１・・・・燃料電池（ＦＣ）
１３・・・・バッテリ
１４・・・・バッテリ昇圧コンバータ
１５・・・・インバータ
１６・・・・モータ
２０・・・・ＥＣＵ
２１・・・・アクセルペダルセンサ
２２・・・・アノードバルブ
２４・・・・カソードバルブ
２６・・・・セルモニター
【図１】
2009181942.tif 000003
【図２】
2009181942.tif 000004
【図３】
2009181942.tif 000005
【図４Ａ】
2009181942.tif 000006
【図４Ｂ】
2009181942.tif 000007