JP2000243421A

JP2000243421A - 燃料電池装置

Info

Publication number: JP2000243421A
Application number: JP11042562A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Iname; 力稲目; Kenichiro Ekusa; 憲一郎江草
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1999-02-22
Filing date: 1999-02-22
Publication date: 2000-09-08

Abstract

(57)【要約】【課題】製造時、組立時等における各セル個体差に起
因する出力性能の低下を抑制する。【解決手段】各燃料電池スタック２に関し、電力発生
に伴って生じるフラッディング、ドライアウト等の出力
低下要素が発生している状況か否かを電圧センサＶ１〜
Ｖ４、空気圧センサＰ１、冷却水温度センサＴ１等によ
り検出し、そのような電力発生に伴って生じるフラッデ
ィング、ドライアウト等が生じていない場合に限り、製
造時、組立時等に起因する各燃料電池スタック２（各セ
ル３）の個体差を電圧センサＶ１〜Ｖ４、空気圧センサ
Ｐ１により検出し、その個体差に起因する電力のばらつ
きを、制御バルブＶBの開度調整に基づき空気圧等を調
整することにより補正し、製造時又は組立時におけるば
らつきに基づき、フラッディング等が発生することを前
もって抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のセルから構
成されたセル集合部を複数備える燃料電池装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】燃料が有する化学エネルギを電気エネル
ギ（電力）として直接取り出すものとして、燃料電池装
置が知られている。この燃料電池装置は、複数のセル
（燃料電池）を積層して構成されたセル集合部を複数備
えており、その各セル集合部における各セルは、電解質
膜を一対の電極で挟持し、その各電極の外側面に画成部
材と協働してガス通路をそれぞれ形成することになって
いる。そして、一方の側のガス通路に第１ガス（例えば
燃料ガス（具体的には水素等））を供給し、他方の側の
ガス通路に、第１ガスと電気化学反応を起こす第２ガス
（例えば酸化ガス（具体的には空気））を供給すること
により、その第１、第２ガスの電気化学反応に基づき一
対の電極から電力を取り出せることになっている。

【０００３】ところで、各セルにおいては、電力発生に
伴って出力低下要素が生じ易い傾向にある。その出力低
下要素の代表的なものとしては、電気化学反応に基づい
て生成される生成物質等が電極を覆い、反応が阻害され
ること（以下、フラッデイングと称す）、電気化学反応
に伴い電極の水分が極端に奪われ、反応が阻害されるこ
と（以下、ドライアウトと称す）等があり、これらの発
生は、出力性能を低下させることになっている。フラッ
ディングを例にとり具体的に説明すれば、例えば燃料ガ
スが水素であり、酸化ガスが酸素（空気）であるような
場合には、陽極（酸素極）においては、水が生成され、
さらには、陰極（水素極）においてイオン化した水素イ
オンが電解質膜中の水と水和してそれらが陽極側に移動
することになり、陽極側においては、水が過剰となる傾
向にある。この水が陽極電極を覆い或いはガス通路を閉
塞することになり、反応が阻害されることになる。この
ような問題に対しては、既に、特開平７−２３５３２４
号公報、或いは特開平９−３１２１６８号公報に示すよ
うに、電極が濡れすぎたときや、生成水等によりガス通
路が閉塞されたときを検出し、その該当セル集合部への
供給ガスの動圧を一時的に増加して水を飛ばすことが提
案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、最近の研究に
よれば、単に、上述のような電力の発生に基づく出力低
下要素の発生（フラッディング、ドライアウト等）だけ
が、出力性能を低下させているのではなく、製造時にお
ける各セルのガス通路のばらつき、組立時における各セ
ルのガス通路のずれ等が、各セル集合部（各セル）への
ガス供給量、該各セル集合部からのガス排出量にばらつ
きを生じさせ、それらが電力発生に伴う前記出力低下要
素の発生を促し、出力性能を低下させていることが明ら
かになってきた。

【０００５】本発明は以上のような事情を勘案してなさ
れたもので、その技術的課題は、製造時、組立時等にお
ける各セル個体差のばらつきに起因する出力性能の低下
を抑制できる燃料電池装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記技術的課題を達成す
るために本発明（請求項１の発明）にあっては、第１ガ
スと第２ガスとが供給され、該第１ガスと該第２ガスと
を利用して電気化学反応を生じさせることにより電力を
得る少なくとも１以上のセルから成る複数のセル集合部
と、前記各セル集合部にそれぞれ供給される前記第１、
第２ガスの少なくとも一方のガス量の関連値を個別に調
整する調整手段と、前記各セル集合部の電力発生状態の
関連値が所定状態から外れていることを検出する電力関
連値検出手段と、前記セルでの電力発生に基づいて生じ
る出力低下要素の発生状況を検出する出力低下要素検出
手段と、前記電力関連値検出手段の結果に基づきいずれ
かの前記セル集合部の電力発生状態の関連値が所定状態
から外れていると判断すると共に、前記出力低下要素検
出手段の結果に基づき前記出力低下要素が発生していな
いと判断したとき、前記調整手段を制御して、前記各セ
ル集合部の電力発生状態の関連値が所定状態になるよう
にする制御手段と、備えている、ことを特徴とする燃料
電池装置とした構成としてある。請求項１の発明の好ま
しい態様としては、請求項２〜６の記載の通りとなる。

【０００７】また、上記技術的課題を達成するために本
発明（請求項７の発明）にあっては、第１ガスと第２ガ
スとが供給され、該第１ガスと該第２ガスとを利用して
電気化学反応を生じさせることにより電力を得る少なく
とも１以上のセルから成る複数のセル集合部と、前記各
セル集合部にそれぞれ供給される前記第１、第２ガスの
少なくとも一方のガス量の関連値を個別に調整する調整
手段と、前記各セル集合部の電力発生状態の関連値が所
定状態から外れていることを検出する電力関連値検出手
段と、前記セルでの電力発生に基づいて生じる出力低下
要素の発生状況を検出する出力低下要素検出手段と、前
記電力関連値検出手段の結果に基づきいずれかの前記セ
ル集合部の電力発生状態の関連値が所定状態から外れて
いると判断すると共に、前記出力低下要素検出手段の結
果に基づき前記出力低下要素が発生していないと判断し
たとき、その電力発生状態の関連値が所定状態から外れ
ているセル集合部を異常状態と判定する判定手段と、が
備えられている、ことを特徴とする燃料電池装置とした
構成としてある。

【０００８】

【発明の効果】請求項１に記載された発明によれば、電
力関連値検出手段の結果に基づきいずれかのセル集合部
の電力発生状態の関連値が所定状態から外れていると判
断すると共に、出力低下要素検出手段の結果に基づき電
力発生に伴う出力低下要素が発生していないと判断した
ときには、その所定状態から外れているセル集合部に個
体差に基づく許容できない永久的ばらつきが含まれてい
るとして、調整手段がそのセル集合部を補正し、各セル
集合部の電力発生状態の関連値が所定状態になるように
することになり、各セル個体差の永久的ばらつきに基づ
いて電力発生に伴う出力低下要素が発生することを前も
って抑えることができることになる。このため、各セル
個体差の永久的ばらつきに起因する出力性能の低下を抑
制できることになる。

【０００９】請求項２に記載された発明によれば、所定
状態が所定範囲とされると共に電力発生状態の関連値が
電力とされて、制御手段が、各セル集合部の電力が所定
範囲に収まるように調整手段を制御するように設定され
ていることから、現実の制御を考慮しつつ、上記請求項
１の作用効果を具体的に得ることができることになる。

【００１０】請求項３に記載された発明によれば、所定
状態が所定範囲とされると共にガス量の関連値がガス圧
とされて、制御手段が、各セル集合部の第１ガス、第２
ガスのうちの少なくとも一方のガス圧が所定範囲に収ま
るように前記調整手段を制御するように設定されている
ことから、上記請求項２の場合よりも、より具体的に前
記請求項１の作用効果を得ることができることになる。

【００１１】請求項４に記載された発明によれば、出力
低下要素検出手段が、少なくとも、セルの温度、第１ガ
ス或いは第２ガスの温度の関連値、第１、第２ガスの湿
度の関連値、第１、第２ガスの供給量の関連値を検出す
るように設定されていることから、電力発生に伴う出力
低下要素（フラッディング等）の発生を的確に把握でき
ることになり、その把握に基づき、出力低下要素が発生
し難い状況を的確に推定して、前記請求項１に係る制
御、作動を的確に行わせることができることになる。

【００１２】請求項５に記載された発明によれば、第
１、第２ガスの一方のガスが水素とされると共に、第
１、第２ガスの他方のガスが酸素を含むガスとされ、出
力低下要素が水であることから、水の生成、水の移動等
に基づくフラッディングが各セル個体差に基づく永久ば
らつきに起因して促進されることを、前もって抑制でき
ることになる。

【００１３】請求項６に記載された発明によれば、制御
手段が、電力関連値検出手段の結果に基づきいずれかの
セル集合部の電力発生状態の関連値が所定状態から外れ
ていると判断すると共に、出力低下要素検出手段の結果
に基づき出力低下要素が発生していないと判断したと
き、電力発生状態の関連値が所定状態から外れているセ
ル集合部を異常状態と判定する共に、調整手段を制御し
て、前記各セル集合部の電力発生状態の関連値を所定状
態にするように設定されていることから、調整手段によ
り的確に補正して、フラッディング等の出力低下要素の
発生が各セル個体差に基づくばらつきに起因して促進さ
れることを前もって抑制できるだけでなく、出力性能低
下の異常原因が、電力発生に伴う出力低下要素の発生に
起因にすること以外の原因（ガス通路の変形、電極の劣
化等）であることを的確に検出できることになる。

【００１４】請求項７に記載された発明によれば、電力
関連値検出手段の結果に基づきいずれかのセル集合部の
電力発生状態の関連値が所定状態から外れていると判断
すると共に、出力低下要素検出手段の結果に基づき出力
低下要素が発生していないと判断したとき、その電力発
生状態の関連値が所定状態から外れているセル集合部を
異常状態と判定する判定手段が備えられていることか
ら、出力性能低下の異常原因が、電力発生に伴う出力低
下要素の発生に起因にすること以外の原因（ガス通路の
変形、電極の劣化等）であることを的確に検出できるこ
とになる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面に基づいて説明する。図１において、符号１は、実
施形態に係る燃料電池装置を示すもので、この燃料電池
装置１は、セル集合部としての燃料電池スタック２を４
つ備えている。各燃料電池スタック２は、図２に示すよ
うに、複数の固体高分子燃料電池（以下、セルと称す）
３を積層して構成されており、その各セル３は、高分子
電解質膜４を一対の電極５、６で挟持し、その各電極
５、６の外側面に画成部材７と協働してガス通路８、９
をそれぞれ形成することになっている。そして、一方の
ガス通路８に第１ガスとしての水素（燃料ガス）が供給
され、他方のガス通路９に、水素と電気化学反応を起こ
す第２ガスとしての空気（酸化ガス）が供給されること
になっている。

【００１６】前記各燃料電池スタック２には、図１に示
すように、水素給排系１０が関係づけられ、その水素給
排系１０と各燃料電池スタック２とは循環経路を構成し
ている。この水素給排系１０は、各燃料電池スタック２
との関連づけのために水素共通供給管１１と水素共通排
出管１２とを備えており、その水素共通供給管１１と水
素共通排出管１２とは、水素共通排出管１２から水素共
通供給管１１への流れのみ許容する逆止弁１３を介して
接続されている。水素共通供給管１１は、水素の供給を
受ける水素供給口１４を備えている一方、前記燃料電池
スタック２に対応した４つの供給分岐管１５ａ〜１５ｄ
を備えており、その各供給分岐管１５ａ〜１５ｄによっ
て、水素が各燃料電池スタック２における各セル３の一
方のガス通路８に供給されることになっている。一方、
水素共通排出管１２は、大気に開口する排出口１６と４
つの排出分岐管１７ａ〜１７ｄとを備えている。排出口
１６には、パージバルブ１８が備えられており、そのパ
ージバルブ１８は、通常、閉状態とされ、不純物が貯ま
ったときに、適宜開とされることになっている。４つの
排出分岐管１７ａ〜１７ｄは、前記各燃料電池スタック
２に対応しており、その各排出分岐管１７ａ〜１７ｄに
よって、各燃料電池スタック２における各セル３の一方
のガス通路８内の水素が排出されることになっている。
この場合、各燃料電池スタック２における各セル３の一
方のガス通路８に対する供給又は各セル３の一方のガス
通路からの排出は、各燃料電池スタック２内部のそれぞ
れの共通通路（図示略）を介して供給又は排出される
が、その内容は、既知であるので、これ以上の説明は省
略する。この水素共通排出管１２には、排出分岐管１７
ｄよりも下流側において、パラジウム薄膜装置１９、水
素循環ポンプ２０、レギュレータ２１が前記排出口１６
側に向けて順次、介装されている。パラジウム薄膜装置
１９は、各燃料電池スタック２から排出されたガスか
ら、水素以外の不純物（例えば一酸化炭素等）を除去す
るもので、水素のみがパラジウム薄膜装置１９を通過で
きることになっている。水素循環ポンプ２０は、水素を
強制循環するもので、これにより、加圧状態の水素が各
燃料電池スタック２に向けて供給できることになってい
る。レギュレータ２１は、各燃料電池スタック２に対す
る供給水素の圧力状態を一定とするもので、本実施形態
においては、常に一定圧の水素が各燃料電池に供給さ
れ、後述の空気（酸化ガス）の圧力調整により電気化学
反応が調整されることになっている。

【００１７】前記各燃料電池スタック２には、図１に示
すように、空気給排系２２が関係づけられており、その
空気給排系２２は、各燃料電池スタック２との関連づけ
のために空気共通供給管２３と空気共通排出管２４とを
備えている。空気共通供給管２３においては、その一端
が空気を取り入れる空気供給口２５とされ、その空気共
通供給管２３には、空気供給口２５から空気共通供給管
２３の他端側に向けて順に、冷却器２６、圧縮機（回転
ポンプ）２７が介装されている。冷却器２６は、各燃料
電池スタック２に供給する空気の温度を調整するもので
ある。圧縮機２７は、その回転数を調整することによ
り、外気を吸引して各燃料電池スタック２へその空気を
供給すると共にその供給空気の圧力等を調整して各燃料
電池スタック２における電気化学反応を調整するもので
あり、その調整は、要求電力により応じて行われること
になっている（図５参照）。この空気共通供給管２３の
他端側には４つの供給分岐管２８ａ〜２８ｄが備えられ
ている。この４つの供給分岐管２８ａ〜２８ｄは、前記
各燃料電池スタック２に対応しており、その各供給分岐
管２８ａ〜２８ｄによって、空気が各燃料電池スタック
２における各セル３の他方のガス通路９に供給されるこ
とになっている。この各供給分岐管２８ａ〜２８ｄに
は、制御バルブ２９ａ〜２９ｄがそれぞれ介装されてお
り、その各制御バルブ２９ａ〜２９ｄにより、各燃料電
池スタック２に対する空気の圧力等が調整できることに
なっている。

【００１８】一方、空気共通排出管２４は、その一端が
空気排出口３０とされる一方、その空気共通排出管２４
の他端側には４つの排出分岐管３１ａ〜３１ｄを備えて
いる。４つの排出分岐管３１ａ〜３１ｄは、前記各燃料
電池スタック２に対応しており、その各排出分岐管３１
ａ〜３１ｄによって、各燃料電池スタック２における各
セル３の他方のガス通路９から空気が排出されることに
なっている。この場合も、各燃料電池スタック２におけ
る各セル３の他方のガス通路９に対する供給又は各セル
３の他方のガス通路９からの排出は、各燃料電池スタッ
ク２内部のそれぞれの共通通路（図示略）を介して供給
又は排出されるが、その内容は既知であるので、これ以
上の説明は省略する。

【００１９】前記各燃料電池スタック２には、図１に示
すように、冷却系３２が関係づけられている。冷却系３
２は、各燃料電池スタック２と協働して冷却水を循環さ
せる循環経路３３を構成しており、その循環経路３３に
は、冷却水ヒータ４０、循環ポンプ３４、冷却水バルブ
３５、冷却器３６が備えられている。また、冷却系３２
には、冷却器３６をバイパスするバイパス経路３７が設
けられ、そのバイパス経路３７に冷却水バイパスバルブ
３８が設けられている。これにより、これら要素３３〜
３８、４０をもって冷却水の温度調整を行うことによ
り、各燃料電池スタック２の温度調整が行えることにな
っている。

【００２０】前記空気給排系２２は、本実施形態におい
ては、図１、図３に示すように、制御手段としての制御
ユニットＵにより制御されることになっている。制御ユ
ニットＵには、各燃料電池スタック２の電圧を測定する
電圧センサＶ１〜Ｖ４からの電圧信号、冷却系３２の冷
却水温度を測定する冷却水温度センサＴ１からの冷却水
温度信号、各燃料電池スタック２に対する空気圧（酸化
ガス圧）を測定する空気圧センサＰ１〜Ｐ４からの空気
圧信号を初めとして、その他空気温度センサＴ２からの
空気温度信号等、各種センサＥＳからの種々の信号が入
力されており、制御ユニットＵからは、前記制御バルブ
２９ａ〜２９ｄに対して制御信号が出力されることにな
っている。

【００２１】この制御ユニットＵは、概略的には、次の
ような制御を行う。すなわち、電力発生に伴って生じる
フラッディング、ドライアウト等の出力低下要素が発生
している状況か否かが判別され、そのような電力発生に
伴って生じるフラッディング（電気化学反応に基づいて
高分子膜上に生成される生成物質等や供給水分が電極を
覆ったり、或いは膜中水分量が過剰となり反応が阻害さ
れること）、ドライアウト（電極及び膜中水分が極端に
奪われることで、反応が阻害されること）等が生じてい
ない場合に限り、そのときに電力が低下していても（電
力のばらつき）、その電力の低下が製造時又は組立時に
おけるばらつきに基づくものと判断し、制御バルブＶB
の開度調整に基づき空気圧等を調整して、各燃料電池ス
タック２の電力等にばらつきのない状態にしようとして
いる。これにより、製造時又は組立時における各燃料電
池スタック２（各セル３）のばらつきに基づく電力低下
を補正して、フラッディング等が発生することを前もっ
て抑制できることになる。

【００２２】次に、上記制御内容を、図４に示すフロー
チャートに基づき説明する。尚。Ｓはステップを示す。
先ず、Ｓ１において、水素循環量、空気循環量、空気温
度等の他に、各燃料電池スタック２の電圧、各燃料電池
スタック２に対する空気圧（酸化ガス圧力）、冷却水温
度（セル温度）等の各種データが入力され、次のＳ２に
おいて、要求電力に対する圧縮機２７の回転数、各制御
バルブ２９ａ〜２９ｄの開度が、図５、図６に示す特性
に基づき設定される。次に、Ｓ３において、フラッディ
ング、ドライアウト等の電力発生に伴う出力低下要素の
発生状況が検出（推定）される。本実施形態において
は、陽極（酸素極）６でのフラッディング、ドライアウ
トを重視し、それらの発生状況が検出されることになっ
ており、各燃料電池スタック２の電圧（或いは全燃料電
池スタック２の平均値）が所定時間以上所定範囲（絶対
基準量（例えばａ〜ｂＶ（０＜ａ＜ｂ）））内にないか
否か、各燃料電池スタック２に対しての空気圧が所定範
囲内で所定時間以上定常状態が続いていないか否か、冷
却水温度（セル３温度）が所定範囲内にないか否かが判
別され、各燃料電池スタック２の電圧（或いは全燃料電
池スタック２の平均値）が所定時間以上所定範囲（絶対
基準量）内にないことを前提として、他の判断要素のい
ずれかが該当する場合に、フラッディング等の電力発生
に伴う出力低下要素が発生していると判定される。尚、
これらの判別のうち、少なくとも１つの判別に基づい
て、出力低下要素発生の判定を行ってもよい。

【００２３】この判定の結果に基づき、いずれかの燃料
電池スタック２（或いはセル３）において、フラッディ
ング又はドライアウトが発生しているか否かが判別され
（Ｓ４、Ｓ５）、フラッディング又はドライアウトが発
生していると判定された場合にはリターンされる一方、
フラッディングもドライアウトも発生していないと判定
されたときには、全燃料電池スタック２の平均電圧、平
均空気圧（平均酸化ガス圧）が算出される（Ｓ６、Ｓ
７）。

【００２４】次に、各燃料電池スタック２の電圧が平均
電圧の所定の偏差±α（０＜｜α｜≪ａ＜ｂ）内に収ま
るか否か及び各燃料電池スタック２に対する空気圧が平
均空気圧の所定の偏差±β（０＜｜β｜≪ａ＜ｂ）内に
収まるか否かが判別され（Ｓ８、Ｓ９）、各燃料電池ス
タック２の電圧が平均電圧の所定の偏差±α内に収まり
且つ各燃料電池スタック２の空気圧が平均空気圧の所定
の偏差±β内に収まる場合には、製造時、組立時におけ
るばらつきに基づく異常スタックはないとして、リター
ンされる一方、各燃料電池スタック２の電圧が平均電圧
の所定の偏差±α内に収まらず且つ各燃料電池スタック
２の空気圧が平均空気圧の所定の偏差±β内に収まらな
い場合には、その燃料電池スタック２は、製造時、組立
時におけるばらつきに基づく異常スタックとして、その
制御バルブの開度ＶBの補正が行われる（Ｓ１０）。そ
の補正においては、制御バルブの開度ＶBに補正値ＶCを
加えたものが制御バルブの開度ＶBとされ、その補正
は、前記Ｓ８又はＳ９において、ＮＯと判断されるま
で、繰り返される。この補正後の制御バルブの開度ＶB
は、記憶し、次のスタート時に反映させることが好まし
い。

【００２５】この際、Ｓ１１において、制御バルブの開
度ＶBが、許容される最大値ＶBmaxと最小値ＶBminとの
間の範囲にないか否かが判別され、その範囲にあると判
定された場合には、前記Ｓ１０の補正が繰り返される一
方、その範囲にないと判定された場合には、その燃料電
池スタック２は、補正できないとして、故障であると判
定される（Ｓ１２）。

【００２６】したがって、この実施形態においては、電
力発生に伴う出力低下要素の発生に基づくものと、製造
時又は組立時におけるばらつきに基づくものとが区別さ
れ、後者の場合には、その該当する制御バルブＶBの開
度を、各燃料電池スタック２の平均電圧の所定の偏差内
及び各燃料電池スタック２の平均空気圧（平均酸化ガス
圧）の所定の偏差内に収まるようにされ、これにより、
製造時又は組立時におけるばらつきに基づいてフラッデ
ィング等が発生することを前もって抑制できることにな
る。

【００２７】この場合、制御バルブ２９ａ〜２９ｄは、
図７に示すように、各排出分岐管３１ａ〜３１ｄに設け
てもよいし、制御精度を高めるために、図８に示すよう
に、各供給分岐管２８ａ〜２８ｄ及び各排出分岐管３１
ａ〜３１ｄに設けてもよい。さらに、水素給排系１０
に、単独或いは空気給排系１０と共に、上記と同様の構
成をもって、制御バルブ２９ａ〜２９ｄを設けてもよ
い。また、本実施形態においては、全てのセルについ
て、制御バルブ２９ａ〜２９ｄを設けたが、予めばらつ
きの生じやすいセルに対してのみ、制御バルブを設け
て、本実施形態のような制御を行ってもよい。

【００２８】以上実施形態について説明したが本発明に
おいては、次のようなものを包含する。（１）フラッディング、ドライアウト等の電力発生に伴
う出力低下要素の発生の判別のための検出要素として、
上記実施形態のものに限らず、水素、空気の温度の関連
値（圧力等）、水素、空気の湿度及びこれらの関連値
（圧力、温度等）、水素、空気の供給量及びこれらの関
連値（圧力等）を適宜、選択して使用すること。（２）フラッディング、ドライアウト等の電力発生に伴
う出力低下要素の発生の有無、製造時、組立時における
ばらつきに基づくものが補正不能であること等を表示装
置に出力すること。（３）当該燃料電池装置を、車両等の動力源として用い
ること。

【００２９】尚、本発明の目的は、明記されたものに限
らず、実質的に好ましい或は利点として記載されたもの
に対応したものを提供することをも暗黙的に含むもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係る全体系統図。

【図２】セル（燃料電池）構造を概念的に示す説明図。

【図３】制御ユニットに対する入・出力関係を示す図。

【図４】制御ユニットＵによる制御例を示すフローチャ
ート。

【図５】要求電力に対する圧縮機の回転数の特性を示す
図。

【図６】要求電力に対する制御バルブの開度の特性を示
す図。

【図７】実施形態の変形例を示す図。

【図８】実施形態の別の変形例を示す図。

【符号の説明】

１燃料電池装置２燃料電池スタック３セル２９ａ制御バルブ２９ｂ制御バルブ２９ｃ制御バルブ２９ｄ制御バルブＵ制御ユニットＶ１電圧センサＶ２電圧センサＶ３電圧センサＶ４電圧センサＴ１冷却水温度センサＰ１空気圧センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１ガスと第２ガスとが供給され、該第
１ガスと該第２ガスとを利用して電気化学反応を生じさ
せることにより電力を得る少なくとも１以上のセルから
成る複数のセル集合部と、前記各セル集合部にそれぞれ供給される前記第１、第２
ガスの少なくとも一方のガス量の関連値を個別に調整す
る調整手段と、前記各セル集合部の電力発生状態の関連値が所定状態か
ら外れていることを検出する電力関連値検出手段と、前記セルでの電力発生に基づいて生じる出力低下要素の
発生状況を検出する出力低下要素検出手段と、前記電力関連値検出手段の結果に基づきいずれかの前記
セル集合部の電力発生状態の関連値が所定状態から外れ
ていると判断すると共に、前記出力低下要素検出手段の
結果に基づき前記出力低下要素が発生していないと判断
したとき、前記調整手段を制御して、前記各セル集合部
の電力発生状態の関連値が所定状態になるようにする制
御手段と、備えている、ことを特徴とする燃料電池装
置。
【請求項２】請求項１において、前記所定状態が所定範囲とされると共に前記電力発生状
態の関連値が電力とされて、前記制御手段が、前記各セ
ル集合部の電力が所定範囲に収まるように前記調整手段
を制御するように設定されている、ことを特徴とする燃
料電池装置。
【請求項３】請求項１において、前記所定状態が所定範囲とされると共に前記ガス量の関
連値がガス圧とされて、前記制御手段が、前記各セル集
合部の前記第１ガス、前記第２ガスのうちの少なくとも
一方のガス圧が所定範囲に収まるように前記調整手段を
制御するように設定されている、ことを特徴とする燃料
電池装置。
【請求項４】請求項１において、前記出力低下要素検出手段が、少なくとも、セルの温
度、第１ガス或いは第２ガスの温度の関連値、第１、第
２ガスの湿度の関連値、第１、第２ガスの供給量の関連
値を検出するように設定されている、ことを特徴とする
燃料電池装置。
【請求項５】請求項１において、前記第１、第２ガスの一方のガスが水素とされると共
に、前記第１、第２ガスの他方のガスが酸素を含むガス
とされ、前記出力低下要素が水である、ことを特徴とする燃料電
池装置。
【請求項６】請求項１において、前記制御手段は、前記電力関連値検出手段の結果に基づ
きいずれかの前記セル集合部の電力発生状態の関連値が
所定状態から外れていると判断すると共に、前記出力低
下要素検出手段の結果に基づき前記出力低下要素が発生
していないと判断したとき、電力発生状態の関連値が所
定状態から外れている前記セル集合部を異常状態と判定
する共に、前記調整手段を制御して、前記各セル集合部
の電力発生状態の関連値を所定状態にするように設定さ
れている、ことを特徴とする燃料電池装置。
【請求項７】第１ガスと第２ガスとが供給され、該第
１ガスと該第２ガスとを利用して電気化学反応を生じさ
せることにより電力を得る少なくとも１以上のセルから
成る複数のセル集合部と、前記各セル集合部にそれぞれ供給される前記第１、第２
ガスの少なくとも一方のガス量の関連値を個別に調整す
る調整手段と、前記各セル集合部の電力発生状態の関連値が所定状態か
ら外れていることを検出する電力関連値検出手段と、前記セルでの電力発生に基づいて生じる出力低下要素の
発生状況を検出する出力低下要素検出手段と、前記電力関連値検出手段の結果に基づきいずれかの前記
セル集合部の電力発生状態の関連値が所定状態から外れ
ていると判断すると共に、前記出力低下要素検出手段の
結果に基づき前記出力低下要素が発生していないと判断
したとき、その電力発生状態の関連値が所定状態から外
れているセル集合部を異常状態と判定する判定手段と、
が備えられている、ことを特徴とする燃料電池装置。