燃料電池系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明抑制起因于由電解質(zhì)膜的膨脹以及收縮所致的變形的電解質(zhì)膜的耐久性的劣化?？刂撇浚?50）基于單元電池電阻值算出電解質(zhì)膜（112）的濕度（P）（步驟S11），判斷電解質(zhì)膜（112）的濕度（P）是否低于濕度閾值（A）（步驟S12）。控制部150在濕度（P）低于濕度閾值（A）的情況下判斷為電解質(zhì)膜（112）的尺寸變化率為規(guī)定值以下，并進(jìn)行提高電解質(zhì)膜（112）的濕度的處理（步驟S13）。規(guī)定值是電解質(zhì)膜（112）難以由于由干燥所致的應(yīng)力而損傷的尺寸變化率。這樣，在電解質(zhì)膜（112）被過度地干燥之前能夠加濕電解質(zhì)膜（112），能夠抑制由于電解質(zhì)膜（112）的干燥而對電解質(zhì)膜（112）作用拉伸應(yīng)力。因此，能夠抑制電解質(zhì)膜（112）的破裂、薄壁化，能夠提高電解質(zhì)膜（112）的耐久性。
【專利說明】燃料電池系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)，尤其涉及燃料電池的電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)的控制。
【背景技術(shù)】
[0002]已知一種燃料電池系統(tǒng)，其具備在濕潤狀態(tài)下發(fā)揮良好的質(zhì)子傳導(dǎo)性的固體高分子型的電解質(zhì)膜。在這樣的燃料電池系統(tǒng)中，通過預(yù)測電解質(zhì)膜的含水狀態(tài)，進(jìn)行電解質(zhì)膜的加濕和干燥，來抑制干涸(drying up)、溢流(flooding),謀求燃料電池的發(fā)電性能的提聞。
[0003]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)1:日本特開2009-245826號公報(bào)
[0005]專利文獻(xiàn)2:日本特開2010-257882號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，基于電解質(zhì)膜的發(fā)電性能進(jìn)行電解質(zhì)膜的加濕控制，對與電解質(zhì)膜的含水狀態(tài)相應(yīng)地作用于電解質(zhì)膜的應(yīng)力無任何考慮。因此，在以往的加濕控制中，在電解質(zhì)膜的含水狀態(tài)從濕潤狀態(tài)向干燥狀態(tài)變化的過程中，拉伸應(yīng)力作用于電解質(zhì)膜，電解質(zhì)膜發(fā)生破裂或者薄壁化等，有可能電解質(zhì)膜的耐久性下降。
[0007]本發(fā)明是鑒于上述課題而完成，其目的在于抑制起因于由電解質(zhì)膜的膨脹以及收縮所致的變形的電解質(zhì)膜的耐久性的劣化。
[0008]本發(fā)明是為了解決上述課題的至少一部分而完成的，能夠作為以下方式或應(yīng)用例來實(shí)現(xiàn)。
[0009][應(yīng)用例I]
[0010]一種燃料電池系統(tǒng)，其具備:具有固體高分子型的電解質(zhì)膜的燃料電池；和控制所述燃料電池的控制部。所述控制部控制所述電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)，使得與所述電解質(zhì)膜的膨脹或收縮相伴的平面方向的尺寸變化率達(dá)到規(guī)定值以上。
[0011]根據(jù)應(yīng)用例I的燃料電池系統(tǒng)，控制電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)，使得與固體高分子型的電解質(zhì)膜的膨脹以及收縮相伴的平面方向的尺寸變化率達(dá)到規(guī)定值以上。在濕潤狀態(tài)的控制中包括例如使電解質(zhì)膜的含水率增加的加濕處理、和使電解質(zhì)膜的含水率減少的干燥處理。因此，能夠抑制起因于由干燥所致的拉伸應(yīng)力的電解質(zhì)膜的破裂、薄壁化，能夠提高電解質(zhì)膜的耐久性。
[0012][應(yīng)用例2]
[0013]在應(yīng)用例I所述的燃料電池系統(tǒng)中，其特征在于，所述規(guī)定值為0%。
[0014]根據(jù)應(yīng)用例2的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)行電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)的控制，使得電解質(zhì)膜的尺寸變化率達(dá)到0%以上。因此，能夠抑制由于電解質(zhì)膜的過度干燥而導(dǎo)致拉伸應(yīng)力向電解質(zhì)膜作用。因而，能夠抑制電解質(zhì)膜的破裂、薄壁化，能夠提高電解質(zhì)膜的耐久性。
[0015][應(yīng)用例3][0016]在應(yīng)用例I或應(yīng)用例2的燃料電池系統(tǒng)中，其特征在于，所述規(guī)定值為-1.5%。
[0017]根據(jù)應(yīng)用例3的燃料電池系統(tǒng)，能夠使作用于電解質(zhì)膜的拉伸應(yīng)力為屈服應(yīng)力的1/5。樹脂只要是拉伸應(yīng)力為屈服應(yīng)力的1/5左右，就很難發(fā)生材料的損傷，因此能夠提高電解質(zhì)膜的耐久性。
[0018][應(yīng)用例4]
[0019]在應(yīng)用例2或應(yīng)用例3的燃料電池系統(tǒng)中，所述控制部控制所述電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)，使得所述尺寸變化率變?yōu)樗鲆?guī)定值以上且+9.0%以下。
[0020]根據(jù)應(yīng)用例4的燃料電池系統(tǒng)，在尺寸變化率變?yōu)橐?guī)定值以上且9.0%以下時，進(jìn)行濕潤狀態(tài)的控制。因此，能夠省略不需要的控制，能夠提高燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電效率。
[0021][應(yīng)用例5]
[0022]在應(yīng)用例I的燃料電池系統(tǒng)中，所述規(guī)定值根據(jù)所述電解質(zhì)膜的規(guī)定范圍內(nèi)的尺寸變化率來規(guī)定，所述規(guī)定范圍是包括所述尺寸變化率為0%的范圍。
[0023]根據(jù)應(yīng)用例5的燃料電池系統(tǒng)，在電解質(zhì)膜的尺寸變化率為包括0%在內(nèi)的規(guī)定范圍內(nèi)時，進(jìn)行電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)的控制。因此，能夠抑制由于電解質(zhì)膜的過度干燥而導(dǎo)致拉伸應(yīng)力向電解質(zhì)膜作用。因而，能夠抑制電解質(zhì)膜的破裂、薄壁化，能夠提高電解質(zhì)膜的耐久性。
[0024][應(yīng)用例6]
[0025]在應(yīng)用例I至應(yīng)用例5中的任一項(xiàng)的燃料電池系統(tǒng)中，還具備取得單元，所述取得單元取得與所述電解質(zhì)膜的濕度相關(guān)的信息，所述控制部，在所述濕度為第I閾值以下的情況下進(jìn)行所述電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)的控制，所述第I閾值根據(jù)所述電解質(zhì)膜的尺寸變化率為-1.5%?+9.0%時的所述電解質(zhì)膜的濕度的范圍來規(guī)定。
[0026]根據(jù)應(yīng)用例6的燃料電池系統(tǒng)，在電解質(zhì)膜的濕度為第I閾值以下的情況下加濕電解質(zhì)膜，第I閾值根據(jù)電解質(zhì)膜的尺寸變化率為-1.5%?+9.0%的范圍內(nèi)時的電解質(zhì)膜的濕度范圍來規(guī)定。電解質(zhì)膜的濕度與電解質(zhì)膜的尺寸變化率具有相關(guān)關(guān)系，當(dāng)濕度低于第I閾值時，有可能由于干燥導(dǎo)致電解質(zhì)膜發(fā)生變形從而損傷。因此，在拉伸應(yīng)力作用之前，或者在電解質(zhì)膜很難損傷的拉伸應(yīng)力作用著的狀態(tài)下，能夠控制電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)，因而能夠抑制電解質(zhì)膜的損傷。
[0027][應(yīng)用例7]
[0028]在應(yīng)用例6所述的燃料電池系統(tǒng)中，所述第I閾值根據(jù)溫度而不同，所述燃料電池系統(tǒng)還具備溫度檢測單元，所述溫度檢測單元檢測所述電解質(zhì)膜的溫度，所述控制部還基于所述燃料電池的溫度來變更所述第I閾值。
[0029]根據(jù)應(yīng)用例7的燃料電池系統(tǒng)，第I閾值根據(jù)電解質(zhì)膜的溫度而變更。因此，能夠基于與電解質(zhì)膜的溫度相應(yīng)的適當(dāng)?shù)牡贗閾值來進(jìn)行電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)的控制處理，能夠提高電解質(zhì)膜的耐久性，并且能夠抑制由進(jìn)行不需要的濕潤狀態(tài)的控制處理所導(dǎo)致的燃料電池的發(fā)電性能、燃料經(jīng)濟(jì)性的降低。
[0030][應(yīng)用例8]
[0031]在應(yīng)用例6或應(yīng)用例7的燃料電池系統(tǒng)中，當(dāng)繼續(xù)了規(guī)定時間的所述電解質(zhì)膜的濕度為所述第I閾值以下的狀態(tài)時，所述控制部進(jìn)行所述電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)的控制。
[0032]根據(jù)應(yīng)用例8的燃料電池系統(tǒng)，在電解質(zhì)膜的濕度為所述第I閾值以下的狀態(tài)繼續(xù)了規(guī)定時間的情況下，進(jìn)行電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)的控制。由于電解質(zhì)膜具有的粘彈性特性，電解質(zhì)膜的濕度變?yōu)樗龅贗閾值以下后直到拉伸應(yīng)力作用于電解質(zhì)膜為止具有一定的時間。因此，變?yōu)殡娊赓|(zhì)膜的濕度為所述第I閾值以下的狀態(tài)后直到開始電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)的控制處理為止能夠具有規(guī)定時間。因而，在規(guī)定時間以內(nèi)的情況下，不進(jìn)行電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)的控制，因此能夠省略規(guī)定時間量的濕潤狀態(tài)的控制處理。其結(jié)果，能夠抑制與濕潤狀態(tài)的控制處理相伴的燃料電池的發(fā)電效率下降和能量損失，能夠提高燃料電池的燃料經(jīng)濟(jì)性。
[0033][應(yīng)用例9]
[0034]在應(yīng)用例8的燃料電池系統(tǒng)中，所述規(guī)定時間基于所述電解質(zhì)膜的每單位時間的濕度變化和所述濕度變化之后的所述電解質(zhì)膜的濕度中的至少一方來規(guī)定。
[0035]根據(jù)應(yīng)用例9的燃料電池系統(tǒng)，基于電解質(zhì)膜的每單位時間的濕度變化和濕度變化之后的電解質(zhì)膜的濕度中的至少一方來規(guī)定規(guī)定時間。在電解質(zhì)膜的每單位時間的濕度變化小的情況下，或者在濕度變化之后的電解質(zhì)膜的濕度比較高的情況下，電解質(zhì)膜的濕度變?yōu)榈贗閾值以下后直到發(fā)生由拉伸應(yīng)力導(dǎo)致電解質(zhì)膜產(chǎn)生拉伸應(yīng)變?yōu)橹沟臅r間變長。因此，能夠靈活地設(shè)定變成電解質(zhì)膜的濕度為第I閾值以下的狀態(tài)后直到開始加濕控制為止的規(guī)定時間。因而，能夠抑制與加濕控制相伴的燃料電池的發(fā)電效率降低和能量損失，能夠提高燃料電池的燃料經(jīng)濟(jì)性。
[0036][應(yīng)用例10]
[0037]在應(yīng)用例I的燃料電池系統(tǒng)中，還具備電壓檢測單元，所述電壓檢測單元檢測所述燃料電池的電壓，所述控制部在所述電壓為第2閾值以上的情況下進(jìn)行所述電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)的控制，所述第2閾值是所述電解質(zhì)膜的尺寸變化率為-1.5%?+9.0%時的所述燃料電池的電壓。
[0038]燃料電池的電壓與燃料電池的單元電池的電阻值相關(guān)，單元電池的電阻值與電解質(zhì)膜的濕度相關(guān)。因此，燃料電池的電壓與電解質(zhì)膜的濕度通過單元電池的電阻值而存在相關(guān)關(guān)系。根據(jù)應(yīng)用例10的燃料電池系統(tǒng)，在燃料電池的電壓為作為電解質(zhì)膜的尺寸變化率為-1.5%?+9.0%的狀態(tài)時的燃料電池的電壓的第2閾值以上的情況下，進(jìn)行電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)的控制。因此，能夠基于電壓簡易地抑制起因于電解質(zhì)膜的干燥而產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力向電解質(zhì)膜作用。
[0039][應(yīng)用例11]
[0040]在應(yīng)用例10的燃料電池系統(tǒng)中，所述第2閾值根據(jù)溫度而不同，所述燃料電池系統(tǒng)還具備溫度檢測單元，所述溫度檢測單元檢測所述電解質(zhì)膜的溫度，所述控制部還基于所述燃料電池的溫度來變更所述第2閾值。
[0041]根據(jù)應(yīng)用例11的燃料電池系統(tǒng)，第2閾值根據(jù)電解質(zhì)膜的溫度而變更。因此，能夠基于與電解質(zhì)膜的溫度相應(yīng)的適當(dāng)?shù)牡?閾值來進(jìn)行電解質(zhì)膜的加濕處理，能夠提高電解質(zhì)膜的耐久性。
[0042][應(yīng)用例12]
[0043]在應(yīng)用例I至應(yīng)用例11中的任一項(xiàng)的燃料電池系統(tǒng)中，所述控制部通過控制與所述燃料電池的發(fā)電性能相關(guān)的參數(shù)來控制所述電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)。
[0044]根據(jù)應(yīng)用例12的燃料電池系統(tǒng)，通過控制與燃料電池的發(fā)電性能相關(guān)的參數(shù)來進(jìn)行電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)的控制。因此，不追加用于控制電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，就能夠迅速且簡易地進(jìn)行濕潤狀態(tài)的控制。
[0045][應(yīng)用例13]
[0046]—種控制方法，是控制具有固體高分子型電解質(zhì)膜的燃料電池系統(tǒng)中的所述電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)的控制方法，取得與所述電解質(zhì)膜的膨脹以及收縮相伴的平面方向的尺寸變化率；控制所述電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)，使得所述電解質(zhì)膜的所述尺寸變化率達(dá)到規(guī)定值以上。
[0047]根據(jù)應(yīng)用例13的加濕控制方法，控制電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)，使得電解質(zhì)膜的尺寸變化率達(dá)到規(guī)定值以上。因此，能夠抑制由于電解質(zhì)膜的干燥而導(dǎo)致拉伸應(yīng)力作用于電解質(zhì)膜。因而，能夠抑制電解質(zhì)膜的破裂、薄壁化，能夠提高電解質(zhì)膜的耐久性。
[0048]在本發(fā)明中，上述的各種方式能夠適當(dāng)?shù)亟M合或者省略一部分地應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]圖1是例示第I實(shí)施例中的單元電池110的概略構(gòu)成的說明圖。
[0050]圖2是對與電解質(zhì)膜的含水狀態(tài)的變化相伴的尺寸變化進(jìn)行說明的模式圖。
[0051]圖3是表示第I實(shí)施例中的電解質(zhì)膜112的濕度與尺寸變化率的相關(guān)關(guān)系的尺寸變化圖600。
[0052]圖4是第I實(shí)施例中的燃料電池系統(tǒng)的概略構(gòu)成的圖。
[0053]圖5是對第I實(shí)施例中的濕潤狀態(tài)控制處理進(jìn)行說明的流程圖。
[0054]圖6是第2實(shí)施例中的燃料電池系統(tǒng)20的概略構(gòu)成的圖。
[0055]圖7是對與電解質(zhì)膜的溫度相應(yīng)的濕度與尺寸變化率的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行說明的尺寸變化圖700、710。
[0056]圖8是對第2實(shí)施例中的濕潤狀態(tài)控制處理進(jìn)行說明的流程圖。
[0057]圖9是對第2實(shí)施例中的濕度閾值映射730進(jìn)行說明的說明圖。
[0058]圖10是第3實(shí)施例中的燃料電池系統(tǒng)30的概略構(gòu)成圖。
[0059]圖11是對第3實(shí)施例中的堆電壓值和單元電池電阻值進(jìn)行說明的電壓-電阻圖800。
[0060]圖12是對第3實(shí)施例中的濕潤狀態(tài)控制處理進(jìn)行說明的流程圖。
[0061 ] 圖13是對第4實(shí)施例中的基于電解質(zhì)膜112的粘彈性特性的向電解質(zhì)膜112作用的應(yīng)力.應(yīng)變進(jìn)行說明的說明圖。
[0062]圖14是表示電解質(zhì)膜的力學(xué)特性的模型。
[0063]圖15是對第4實(shí)施例中的濕潤狀態(tài)控制處理進(jìn)行說明的流程圖。
[0064]圖16是表示第5實(shí)施例中的電解質(zhì)膜112的濕度變化所需的時間Ts與濕度變?yōu)闈穸乳撝狄韵潞笾钡嚼鞈?yīng)力開始作用為止的時間Tt的關(guān)系的映射950。
【具體實(shí)施方式】
[0065]A.第I實(shí)施例:
[0066]Al.單元電池構(gòu)成:
[0067]圖1是例示第I實(shí)施例中的單元電池110的概略構(gòu)成的說明圖。圖1 (a)是單元電池110的截面模式圖，圖1 (b)是說明電解質(zhì)膜被隔板固定著的狀態(tài)的說明圖。單元電池110具備膜電極接合體(Membrane Electrode Assembly:MEA) 120和從兩端夾持膜電極接合體120的隔板118。以下將膜電極接合體120表示為MEA120。MEA120包含:電解質(zhì)膜112、配置在電解質(zhì)膜112的一側(cè)的陽極側(cè)催化劑層(陽極側(cè)催化劑電極層)114、配置在電解質(zhì)膜210的另一側(cè)的陰極側(cè)催化劑層(陰極側(cè)催化劑電極層)116。在以下的說明中，將陽極側(cè)催化劑層114和陰極側(cè)催化劑層116匯總地稱作“催化劑電極層”或“催化劑層”。
[0068]電解質(zhì)膜112是由作為固體高分子材料的氟系磺酸聚合物形成的固體高分子型的電解質(zhì)膜(例如少7 〃才 > (注冊商標(biāo))膜:NRE212)，在濕潤狀態(tài)下具有良好的質(zhì)子傳導(dǎo)性。再者，作為電解質(zhì)膜112，不限于f 7 ^才 >，也可以使用例如7％ (注冊商標(biāo))、7 > S才 > (注冊商標(biāo))等的其他氟系磺酸膜。另外，作為電解質(zhì)膜112，既可以使用氟系膦酸膜、氟系羧酸膜、氟代烴系接枝膜、烴系接枝膜、芳香族膜等，也可以使用包含PTFE、聚酰亞胺等增強(qiáng)材料的強(qiáng)化了機(jī)械特性的復(fù)合高分子膜。電解質(zhì)膜112具有:伴隨著與含水狀態(tài)的變化相伴的膨脹、收縮，尺寸發(fā)生變化的特性。在本說明書中，所謂電解質(zhì)膜112的尺寸是指電解質(zhì)膜112的平面方向的尺寸，換句話說，表示電解質(zhì)膜112的面積，所謂尺寸變化表示面積的變化。
[0069]圖2是對與含水狀態(tài)的變化相伴的電解質(zhì)膜112的尺寸變化進(jìn)行說明的模式圖。圖2 Ca)表示電解質(zhì)膜112制造時(產(chǎn)品出廠時)的狀態(tài)即初期狀態(tài)，圖2 (b)表示被加濕且膨脹了的濕潤狀態(tài)的電解質(zhì)膜112a，圖2 (c)表示從膨脹狀態(tài)干燥后的干燥狀態(tài)的電解質(zhì)膜112b。在圖2 (b)和圖2 (c)中，用虛線表示的電解質(zhì)膜112，示出圖2 (a)所示的初期狀態(tài)的電解質(zhì)膜112的面積。電解質(zhì)膜112當(dāng)從圖2 Ca)所示的初期狀態(tài)被加濕時，如圖2 (b)中用箭頭所示出的那樣面積增大，成為電解質(zhì)膜112a。當(dāng)從膨脹、面積尺寸增大了的電解質(zhì)膜112a的狀態(tài)進(jìn)行干燥時，如圖2 (C)中用箭頭所示那樣收縮，與圖2 (a)的電解質(zhì)膜112相比，面積收縮而成為電解質(zhì)膜112b。對于電解質(zhì)膜112的含水量(濕度)與尺寸變化的相關(guān)關(guān)系，在后面詳細(xì)敘述。
[0070]返回到圖1繼續(xù)說`明。催化劑層114、116是提供促進(jìn)電極反應(yīng)的催化劑的層，由包含擔(dān)載催化劑的導(dǎo)電性載體和作為電介質(zhì)的高聚物的材料形成。再者，作為導(dǎo)電性載體，例如除了炭黑、碳納米管、碳納米纖維等的碳材料之外，還能夠使用碳化硅等所代表的碳化合物等。另外，作為催化劑，例如可使用鉬、鉬合金、鈀、銠、金、銀、鋨、銥等。另外，作為鉬合金，例如可使用鉬與招、鉻、猛、鐵、鈷、鎳、鎵、錯、鑰、釕、錯、鈕、銀、鶴、錸、鋨、銥、鈦以及鉛中的至少一種的合金。另外，作為高聚物，例如可使用全氟磺酸樹脂材料(例如少7 ^才 >)、磺化聚醚酮、磺化聚醚砜、磺化聚醚醚砜、磺化聚砜、磺化聚硫化物、磺化聚亞苯基等的磺化塑料系電解質(zhì)、磺烷基化聚醚醚酮、磺烷基化聚醚砜、磺烷基化聚醚醚砜、磺烷基化聚砜、磺烷基化聚硫化物、磺烷基化聚亞苯基等的磺烷基化塑料系電解質(zhì)等。
[0071]隔板118由不透過氣體的致密質(zhì)且具有導(dǎo)電性的材料例如壓縮成型了的致密質(zhì)碳、金屬、導(dǎo)電性樹脂形成。在隔板118的與陽極側(cè)催化劑層114接觸的一側(cè)的面上形成有燃料氣體通路，在與陰極側(cè)催化劑層116接觸的一側(cè)的面上形成有氧化劑氣體通路。
[0072]圖1 (b)概略地表示電解質(zhì)膜112被隔板118固定著的狀態(tài)。在圖1 (b沖，用斜線表不的部分表不一對隔板118與電解質(zhì)膜112的外緣的接觸部分。在圖1 (a)中，為便于說明，電解質(zhì)膜112被記載成與隔板118的面積相同的程度的面積，但實(shí)際上如圖1 (b)所示，電解質(zhì)膜112具有比隔板118小一些的面積，一對隔板118被配置使得夾著電解質(zhì)膜112的外緣。通過這樣地配置電解質(zhì)膜112和隔板118，電解質(zhì)膜112被隔板118固定，在平面方向上被尺寸拘束。
[0073]另外，單元電池110還可以包含:配置在陽極側(cè)催化劑層114的與電解質(zhì)膜112接觸的一側(cè)相反的一側(cè)的陽極側(cè)擴(kuò)散層、和配置在陰極側(cè)催化劑層116的與電解質(zhì)膜112接觸的一側(cè)相反的一側(cè)的陰極側(cè)擴(kuò)散層。陰極側(cè)擴(kuò)散層和陽極側(cè)擴(kuò)散層是使被用于電極反應(yīng)的反應(yīng)氣體(氧化劑氣體和燃料氣體)沿著MEA120的面方向擴(kuò)散的層，由例如碳布、碳紙形成，也可以利用PTFE樹脂實(shí)施了憎水處理。
[0074]A2.電解質(zhì)膜的尺寸變化率:
[0075]圖3是表示第I實(shí)施例中的電解質(zhì)膜112的濕度與尺寸變化率的相關(guān)關(guān)系的尺寸變化圖600。尺寸變化圖600表示在規(guī)定溫度(在第I實(shí)施例中為80°C)下對電解質(zhì)膜112反復(fù)實(shí)施加濕處理和干燥處理，并測定了反復(fù)進(jìn)行從濕潤狀態(tài)向干燥狀態(tài)、或從干燥狀態(tài)向濕潤狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移時的電解質(zhì)膜112的尺寸變化率(面積變化率)的結(jié)果。在尺寸變化圖600中，縱軸表示電解質(zhì)膜112的尺寸變化率(單位為％)，橫軸表示電解質(zhì)膜112的濕度(單位為％RH)。尺寸變化曲線610示出初期的狀態(tài)轉(zhuǎn)移時的電解質(zhì)膜112的尺寸變化傾向，尺寸變化曲線620示出第二次及以后的狀態(tài)轉(zhuǎn)移時的電解質(zhì)膜112的尺寸變化傾向。所謂尺寸變化率，在第I實(shí)施例中，表示將電解質(zhì)膜112的某個狀態(tài)的面積作為基準(zhǔn)(尺寸變化率為0%)，電解質(zhì)膜112的面積膨脹以及收縮了的情況下的、面積變化相對于基準(zhǔn)的面積的比例。當(dāng)面積膨脹(擴(kuò)大)時，尺寸變化率從0%上升，當(dāng)面積收縮(縮小)時，尺寸變化率從0%下降。再者，在第I實(shí)施例中，使用式1，基于電解質(zhì)膜112的彈塑性來算出作用于電解質(zhì)膜112的拉伸應(yīng)力。
【權(quán)利要求】
1.一種燃料電池系統(tǒng)，其具備: 具有固體高分子型的電解質(zhì)膜的燃料電池；和 控制所述燃料電池的控制部， 所述控制部控制所述電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)，使得與所述電解質(zhì)膜的膨脹或收縮相伴的平面方向的尺寸變化率達(dá)到規(guī)定值以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述規(guī)定值為0%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述規(guī)定值為-1.5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的燃料電池系統(tǒng)，所述控制部控制所述電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)，使得所述尺寸變化率變?yōu)樗鲆?guī)定值以上且+9.0%以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，所述規(guī)定值根據(jù)所述電解質(zhì)膜的規(guī)定范圍內(nèi)的尺寸變化率來規(guī)定，所述規(guī)定范圍是包括所述尺寸變化率為0%的范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~5的任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)， 還具備取得單元，所述取得單元取得與所述電解質(zhì)膜的濕度相關(guān)的信息， 所述控制部，在所述濕度為第I閾值以下的情況下進(jìn)行所述電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)的控制， 所述第I閾值根據(jù)所述電解質(zhì)膜的尺寸變化率為-1.5%~+9.0%時的所述電解質(zhì)膜的濕度的范圍來規(guī)定。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池系統(tǒng)， 所述第I閾值根據(jù)溫度而不同， 所述燃料電池系統(tǒng)還具備溫度檢測單元，所述溫度檢測單元檢測所述電解質(zhì)膜的溫度， 所述控制部還基于所述燃料電池的溫度來變更所述第I閾值。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的燃料電池系統(tǒng)，當(dāng)繼續(xù)了規(guī)定時間的所述電解質(zhì)膜的濕度為所述第I閾值以下的狀態(tài)時，所述控制部進(jìn)行所述電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)的控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料電池系統(tǒng)，所述規(guī)定時間基于所述電解質(zhì)膜的每單位時間的濕度變化和在所述濕度變化之后的所述電解質(zhì)膜的濕度中的至少一方來規(guī)定。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)， 還具備電壓檢測單元，所述電壓檢測單元檢測所述燃料電池的電壓， 所述控制部在所述電壓為第2閾值以上的情況下進(jìn)行所述電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)的控制， 所述第2閾值是所述電解質(zhì)膜的尺寸變化率為-1.5%~+9.0%時的所述燃料電池的電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池系統(tǒng)， 所述第2閾值根據(jù)溫度而不同， 所述燃料電池系統(tǒng)還具備溫度檢測單元，所述溫度檢測單元檢測所述電解質(zhì)膜的溫度， 所述控制部還基于所述燃料電池的溫度來變更所述第2閾值。
12.根據(jù)權(quán)利要求1~11的任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，所述控制部通過控制與所述燃料電池的發(fā)電性能相關(guān)的參數(shù)來進(jìn)行所述電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)的控制。
13.—種控制方法，是控制具有電解質(zhì)膜的燃料電池系統(tǒng)中的所述電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)的控制方法， 取得與所述電解質(zhì)膜的膨脹以及收縮相伴的平面方向的尺寸變化率， 控制所述電解質(zhì)膜的濕潤狀態(tài)，使得所述電解質(zhì)膜的所述尺寸變化率達(dá)到規(guī)定值以上。`
【文檔編號】H01M8/04GK103797628SQ201180073491
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月15日
【發(fā)明者】內(nèi)山智曉 申請人:豐田自動車株式會社