JP2001023664A - 燃料電池電圧を柔軟に監視するための方法 - Google Patents
燃料電池電圧を柔軟に監視するための方法Info
- Publication number
- JP2001023664A JP2001023664A JP2000199246A JP2000199246A JP2001023664A JP 2001023664 A JP2001023664 A JP 2001023664A JP 2000199246 A JP2000199246 A JP 2000199246A JP 2000199246 A JP2000199246 A JP 2000199246A JP 2001023664 A JP2001023664 A JP 2001023664A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cluster
- voltage
- fuel cell
- fuel
- cells
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/04537—Electric variables
- H01M8/04544—Voltage
- H01M8/04552—Voltage of the individual fuel cell
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
- G01R31/3644—Constructional arrangements
- G01R31/3648—Constructional arrangements comprising digital calculation means, e.g. for performing an algorithm
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
- G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
- G01R31/3835—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC involving only voltage measurements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
- G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/04537—Electric variables
- H01M8/04544—Voltage
- H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/005—Testing of electric installations on transport means
- G01R31/006—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 任意数の電池が各クラスターに含まれること
を可能にする燃料電池用の監視技術を提供する。 【解決手段】 クラスターの少なくとも１つが残りのク
ラスター内の同一数の電池と異なる数の電池を有する燃
料電池スタック内の各クラスターの測定電圧を、異なる
数の電池を含むクラスター用に仮想の電圧を生成するこ
とにより均等にするための方法に関する。燃料電池スタ
ックの全ての電池の平均電圧は、同一数電池のクラスタ
ーの電池数と異なる数の電池を含むクラスターの電池数
との間の差に等しい定数により計算即ち乗算される。そ
の結果得られた積は、異なる数の電池を含むクラスター
に亘って測定された実際の電圧に加算され、他の同一数
の電池クラスター内の電池数に電池数において等価であ
る仮想の電圧を生成する。
を可能にする燃料電池用の監視技術を提供する。 【解決手段】 クラスターの少なくとも１つが残りのク
ラスター内の同一数の電池と異なる数の電池を有する燃
料電池スタック内の各クラスターの測定電圧を、異なる
数の電池を含むクラスター用に仮想の電圧を生成するこ
とにより均等にするための方法に関する。燃料電池スタ
ックの全ての電池の平均電圧は、同一数電池のクラスタ
ーの電池数と異なる数の電池を含むクラスターの電池数
との間の差に等しい定数により計算即ち乗算される。そ
の結果得られた積は、異なる数の電池を含むクラスター
に亘って測定された実際の電圧に加算され、他の同一数
の電池クラスター内の電池数に電池数において等価であ
る仮想の電圧を生成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
に係り、より詳しくは、車両の推進力用の電力を生成す
るためＨ2の豊富なガスを消費する複数の電池を有する
システムに関する。
に係り、より詳しくは、車両の推進力用の電力を生成す
るためＨ2の豊富なガスを消費する複数の電池を有する
システムに関する。
【０００２】アメリカ合衆国政府は、米国エネルギー省
により授与された契約番号ＤＥ−ＡＣ０２−９０ＣＨ１
０４３５に従って本発明に関する権利を有する。
により授与された契約番号ＤＥ−ＡＣ０２−９０ＣＨ１
０４３５に従って本発明に関する権利を有する。
【０００３】本出願は、「燃料電池の電圧監視及びシス
テム制御」という標題で１９９９年１１月９日に出願さ
れた本出願と協働する現在係属中の米国特許出願シリア
ル番号０９／４３６，８１９号（アトーニー整理番号Ｈ
−２−４４２５号）、並びに、「メタノールテイルガス
（Methanol Tailgas）の燃焼器の制御方法」という標題
で１９９９年７月２１日に出願された米国特許出願シリ
アル番号０９／３５８，０８０号において開示され、請
求範囲に掲げられた必須事項を開示する。いずれの米国
特許出願の全内容も、これらを参照することによって本
明細書中に組み込まれる。
テム制御」という標題で１９９９年１１月９日に出願さ
れた本出願と協働する現在係属中の米国特許出願シリア
ル番号０９／４３６，８１９号（アトーニー整理番号Ｈ
−２−４４２５号）、並びに、「メタノールテイルガス
（Methanol Tailgas）の燃焼器の制御方法」という標題
で１９９９年７月２１日に出願された米国特許出願シリ
アル番号０９／３５８，０８０号において開示され、請
求範囲に掲げられた必須事項を開示する。いずれの米国
特許出願の全内容も、これらを参照することによって本
明細書中に組み込まれる。
【０００４】
【従来技術】燃料電池は、多数の応用分野で電力源とし
て使用されてきた。また、燃料電池は内燃機関に取って
代わるため電気自動車の電力設備で使用するためにも提
案されてきた。陽子交換膜（ＰＥＭ）型式の燃料電池で
は、水素が燃料電池のアノードに供給され、空気がカソ
ードに酸化剤として供給される。ＰＥＭ燃料電池は、薄
い陽子伝達性の固体ポリマー膜電解質からなる「膜電極
アセンブリ（ＭＥＡ）」を備え、固体ポリマー膜電解質
は、その一方の面にアノード、反対側の面にカソードを
有している。ＭＥＡは、（１）アノード及びカソード用
の電流コレクターとして役立ち、（２）適切なチャンネ
ル、及び／又は、各々のアノード及びカソードの触媒の
表面に亘る燃料電池ガス状反応物の分配のための開口を
含む一対の導電性エレメントの間に挟まれている。複数
の個々の電池は、一般には、ＰＥＭ燃料電池スタックを
形成するため一緒に束ねられている。燃料電池という用
語は、典型的には、文脈に応じて単一電池及び複数の電
池（スタック）のいずれかに言及するため使用される。
スタック内部の電池のグループ、典型的には隣接する電
池群は、クラスターとして言及される。
て使用されてきた。また、燃料電池は内燃機関に取って
代わるため電気自動車の電力設備で使用するためにも提
案されてきた。陽子交換膜（ＰＥＭ）型式の燃料電池で
は、水素が燃料電池のアノードに供給され、空気がカソ
ードに酸化剤として供給される。ＰＥＭ燃料電池は、薄
い陽子伝達性の固体ポリマー膜電解質からなる「膜電極
アセンブリ（ＭＥＡ）」を備え、固体ポリマー膜電解質
は、その一方の面にアノード、反対側の面にカソードを
有している。ＭＥＡは、（１）アノード及びカソード用
の電流コレクターとして役立ち、（２）適切なチャンネ
ル、及び／又は、各々のアノード及びカソードの触媒の
表面に亘る燃料電池ガス状反応物の分配のための開口を
含む一対の導電性エレメントの間に挟まれている。複数
の個々の電池は、一般には、ＰＥＭ燃料電池スタックを
形成するため一緒に束ねられている。燃料電池という用
語は、典型的には、文脈に応じて単一電池及び複数の電
池（スタック）のいずれかに言及するため使用される。
スタック内部の電池のグループ、典型的には隣接する電
池群は、クラスターとして言及される。
【０００５】ＰＥＭ燃料電池では、水素（Ｈ2）がアノ
ード反応物（即ち燃料）であり、酸素がカソード反応物
（即ち酸化剤）である。酸素は、純粋形態（Ｏ2）及び
空気（Ｏ2とＮ2の混合物）のいずれでもよい。固体ポリ
マー電解質は、典型的には例えばフッ化硫酸などのイオ
ン交換樹脂から作られる。アノード又はカソードは、典
型的には細かく分割された触媒粒子を含み、これらの粒
子は炭素粒子に担持され、陽子伝達性樹脂で混合される
ことが多い。触媒粒子は、典型的には、高価な貴金属粒
子である。触媒で被覆された電極を含むこれらの膜電極
アセンブリは、性能低下を防止するため、ある一定の制
御された状態を製造し要求するので比較的高価である。
ード反応物（即ち燃料）であり、酸素がカソード反応物
（即ち酸化剤）である。酸素は、純粋形態（Ｏ2）及び
空気（Ｏ2とＮ2の混合物）のいずれでもよい。固体ポリ
マー電解質は、典型的には例えばフッ化硫酸などのイオ
ン交換樹脂から作られる。アノード又はカソードは、典
型的には細かく分割された触媒粒子を含み、これらの粒
子は炭素粒子に担持され、陽子伝達性樹脂で混合される
ことが多い。触媒粒子は、典型的には、高価な貴金属粒
子である。触媒で被覆された電極を含むこれらの膜電極
アセンブリは、性能低下を防止するため、ある一定の制
御された状態を製造し要求するので比較的高価である。
【０００６】車両の応用に対しては、燃料電池用の水素
源として例えばアルコール（例えばメタノール又はエタ
ノール）或いは炭化水素（例えばガソリン）などの液体
燃料を使用するのが望ましい。車両用のそのような液体
燃料は、車内に蓄えるのが容易であり、液体燃料を供給
するための全国的なインフラストラクチャーが存在す
る。しかしながら、そのような燃料は、燃料電池を燃料
供給するためその水素含有成分を解放するため解離され
なければならない。解離反応は、改質器として知られて
いる化学燃料プロセッサ内部で混成状態で達成される。
この改質器は、触媒隗を通して熱エネルギーを提供し、
主要には水素及び二酸化炭素からなる改質ガスを与え
る。例えば、蒸気メタノール改質プロセスでは、メタノ
ール及び（蒸気としての）水が次の反応に従って水素及
び二酸化炭素を生成するように理想的に反応される。
源として例えばアルコール（例えばメタノール又はエタ
ノール）或いは炭化水素（例えばガソリン）などの液体
燃料を使用するのが望ましい。車両用のそのような液体
燃料は、車内に蓄えるのが容易であり、液体燃料を供給
するための全国的なインフラストラクチャーが存在す
る。しかしながら、そのような燃料は、燃料電池を燃料
供給するためその水素含有成分を解放するため解離され
なければならない。解離反応は、改質器として知られて
いる化学燃料プロセッサ内部で混成状態で達成される。
この改質器は、触媒隗を通して熱エネルギーを提供し、
主要には水素及び二酸化炭素からなる改質ガスを与え
る。例えば、蒸気メタノール改質プロセスでは、メタノ
ール及び（蒸気としての）水が次の反応に従って水素及
び二酸化炭素を生成するように理想的に反応される。
【０００７】ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ −＞ ＣＯ2＋３Ｈ2 この改質反応は、反応を起こすため外部熱を必要とする
吸熱反応である。
吸熱反応である。
【０００８】ＰＥＭ燃料電池によって消費するための水
素の豊富な改質物を生成するため炭化水素燃料を処理す
る燃料電池システムが周知されており、１９９７年１１
月にウィリアム・ペテットの名前で出願された現在係属
中の米国特許出願シリアル番号０８／９７５，４４２号
及び０８／９８０，０８７号、並びに、１９９８年１１
月５日に出願された米国特許シリアル番号０９／１８
７，１２５号で説明されている。これらの出願の各々は
本発明の代理人に譲渡されている。典型的なＰＥＭ燃料
電池及びその膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）は、各々１９
９３年１２月２１日及び１９９４年５月３１日に登録さ
れた米国特許５，２７２，０１７号及び５，３１６，８
７１号で説明されている。それらの特許は本発明の代理
人に譲渡されている。
素の豊富な改質物を生成するため炭化水素燃料を処理す
る燃料電池システムが周知されており、１９９７年１１
月にウィリアム・ペテットの名前で出願された現在係属
中の米国特許出願シリアル番号０８／９７５，４４２号
及び０８／９８０，０８７号、並びに、１９９８年１１
月５日に出願された米国特許シリアル番号０９／１８
７，１２５号で説明されている。これらの出願の各々は
本発明の代理人に譲渡されている。典型的なＰＥＭ燃料
電池及びその膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）は、各々１９
９３年１２月２１日及び１９９４年５月３１日に登録さ
れた米国特許５，２７２，０１７号及び５，３１６，８
７１号で説明されている。それらの特許は本発明の代理
人に譲渡されている。
【０００９】車両の動力プラントに対して、燃料電池内
部の反応は、電池の完全な状態、並びに、その高価なポ
リマー製及び貴金属触媒成分を保存するという条件の下
で実行されなければならない。アノード、カソード及び
電解質層は各々ポリマーから形成されるので、そのよう
なポリマーは、非常な高温に曝される場合、柔らかくな
り、溶解され、或いは性能が低下し得ることは明らかで
ある。
部の反応は、電池の完全な状態、並びに、その高価なポ
リマー製及び貴金属触媒成分を保存するという条件の下
で実行されなければならない。アノード、カソード及び
電解質層は各々ポリマーから形成されるので、そのよう
なポリマーは、非常な高温に曝される場合、柔らかくな
り、溶解され、或いは性能が低下し得ることは明らかで
ある。
【００１０】典型的な燃料電池システムは、燃料電池へ
の水素の流れ速度を直接的には監視せず、即ち、水素セ
ンサーは燃料電池の上流には直接配置されていない。そ
のような燃料電離システムでは、要求されている燃料電
池の負荷を、水素が燃料電池に供給される率と合致させ
ることが重要である。増大した電力を生成する上で十分
な水素が存在しないが故に燃料電池が供給可能な分より
も燃料電池からより多くの電流を引き出そうとする場
合、燃料電池スタックの性能をかなり低下させることが
あり得る。
の水素の流れ速度を直接的には監視せず、即ち、水素セ
ンサーは燃料電池の上流には直接配置されていない。そ
のような燃料電離システムでは、要求されている燃料電
池の負荷を、水素が燃料電池に供給される率と合致させ
ることが重要である。増大した電力を生成する上で十分
な水素が存在しないが故に燃料電池が供給可能な分より
も燃料電池からより多くの電流を引き出そうとする場
合、燃料電池スタックの性能をかなり低下させることが
あり得る。
【００１１】車両推進システムが負荷を増大し続け、電
池電圧を低下し続けることが可能な場合、１又はそれ以
上の個々の電池の劣化が起こり得、永久反転極性を被る
こともあり得る。この状況では、電池は抵抗器として作
用し始め、加熱し始める。電池が加熱し続けるとき、そ
れに隣接する次の電池に不利に影響を及ぼし、加熱効果
が減少されない場合、燃料電池の構成要素を溶解し得
る。
池電圧を低下し続けることが可能な場合、１又はそれ以
上の個々の電池の劣化が起こり得、永久反転極性を被る
こともあり得る。この状況では、電池は抵抗器として作
用し始め、加熱し始める。電池が加熱し続けるとき、そ
れに隣接する次の電池に不利に影響を及ぼし、加熱効果
が減少されない場合、燃料電池の構成要素を溶解し得
る。
【００１２】たとえ燃料電池スタック全体に亘る電圧を
知ることができたとしても、これは、スタック内で問題
のある１つの電池の存在を示唆することはない。換言す
れば、小さい電圧降下が多数の電池で発生することは、
大きい電圧降下が問題を持った弱い一つの電池で発生し
たこととは区別できない。
知ることができたとしても、これは、スタック内で問題
のある１つの電池の存在を示唆することはない。換言す
れば、小さい電圧降下が多数の電池で発生することは、
大きい電圧降下が問題を持った弱い一つの電池で発生し
たこととは区別できない。
【００１３】燃料電池スタックは、例えば、与えられた
負荷の下で０．７ないし０．８ボルトの２００個の電池
を持ち得る。３つの電池が０．７５ボルトから０．０ボ
ルトまで電圧降下する状況では、燃料電池スタック全体
に亘る電圧変化は、１５０ボルトから１４７．７５ボル
トまで変化する。この後者の値は、全ての電池が０．７
ボルトであって、即ち、名目上は受容可能な１４０ボル
トのスタック電圧を示すより低い範囲にあった場合、予
期される電圧を超えている。
負荷の下で０．７ないし０．８ボルトの２００個の電池
を持ち得る。３つの電池が０．７５ボルトから０．０ボ
ルトまで電圧降下する状況では、燃料電池スタック全体
に亘る電圧変化は、１５０ボルトから１４７．７５ボル
トまで変化する。この後者の値は、全ての電池が０．７
ボルトであって、即ち、名目上は受容可能な１４０ボル
トのスタック電圧を示すより低い範囲にあった場合、予
期される電圧を超えている。
【００１４】スタック中の各電池の電圧を監視すること
が有効である一方で、経済的な見地から、これは必ずし
も厳密に必要とされること即ち望ましいことではない。
自動車の電力及び電圧範囲で使用するため寸法が定めら
れた典型的なＰＥＭ燃料電池スタックが約１５０ないし
２００の電池を含むので、１５０ないし２００の電池全
ての電圧読み取りのロジスチック（logistic）は、ハー
ドウェアの接続に関して重要なタスクとなり得る。ま
た、１５０ないし２００の電池各々からの全サイズのデ
ータが処理されることに起因して、電池電圧の情報の全
てを収集し、これを処理するため有効なソフトウェアの
設計に注意が払われなければならない。
が有効である一方で、経済的な見地から、これは必ずし
も厳密に必要とされること即ち望ましいことではない。
自動車の電力及び電圧範囲で使用するため寸法が定めら
れた典型的なＰＥＭ燃料電池スタックが約１５０ないし
２００の電池を含むので、１５０ないし２００の電池全
ての電圧読み取りのロジスチック（logistic）は、ハー
ドウェアの接続に関して重要なタスクとなり得る。ま
た、１５０ないし２００の電池各々からの全サイズのデ
ータが処理されることに起因して、電池電圧の情報の全
てを収集し、これを処理するため有効なソフトウェアの
設計に注意が払われなければならない。
【００１５】従って、典型的なアプローチは、各々個々
の電池の代わりに「クラスター」と呼ばれる電池グルー
プを監視することによる。１つのクラスター内に非常に
多数の電池をグループにしないように注意が払われなけ
ればならない。選択されたクラスター出力に対する各々
の電池の出力のトータルの寄与は、クラスター内の電池
が名目的な性能の低い側にあるところの状態から個々の
乏しい能力の電池を区別することができるように十分に
大きくなければならないからである。この区別制限によ
って、通常、１つのクラスター内に３又は４つの電池が
一緒にグループにされる。
の電池の代わりに「クラスター」と呼ばれる電池グルー
プを監視することによる。１つのクラスター内に非常に
多数の電池をグループにしないように注意が払われなけ
ればならない。選択されたクラスター出力に対する各々
の電池の出力のトータルの寄与は、クラスター内の電池
が名目的な性能の低い側にあるところの状態から個々の
乏しい能力の電池を区別することができるように十分に
大きくなければならないからである。この区別制限によ
って、通常、１つのクラスター内に３又は４つの電池が
一緒にグループにされる。
【００１６】歴史的に見て、燃料電池スタック設計にク
ラスターを監視するための要求が強いられるとき、その
結果は、どの電池も監視される状態にするため、計算モ
ジュールを有する電池のトータル数が各々監視されるク
ラスター内の電池数と等しいようにスタックが設計され
なければならないということである。これは、与えられ
たスタックの設計に対して、１つのクラスター内の電池
数を変える必要があるとき問題を引き起こす。更に加え
て、電池の数を監視システム用に利便性をもたせるため
新しい燃料電池の設計に余分の電池を追加することは，
良好な経済的プラクティスとは考えられない。
ラスターを監視するための要求が強いられるとき、その
結果は、どの電池も監視される状態にするため、計算モ
ジュールを有する電池のトータル数が各々監視されるク
ラスター内の電池数と等しいようにスタックが設計され
なければならないということである。これは、与えられ
たスタックの設計に対して、１つのクラスター内の電池
数を変える必要があるとき問題を引き起こす。更に加え
て、電池の数を監視システム用に利便性をもたせるため
新しい燃料電池の設計に余分の電池を追加することは，
良好な経済的プラクティスとは考えられない。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】かくして、任意のトー
タル数の電池を含む燃料電池スタックの設計と調和し得
るクラスター毎に任意数の電池を含む方法を提供するこ
とが望まれている。また、燃料電池スタックの残り部分
のクラスター毎に同一数の電池より少ない数の電池を含
むクラスターだけのための独自の監視アプローチの設計
及び較正を避ける、燃料電池スタックの診断監視のため
の方法を提供することも望ましい。また、燃料電池スタ
ックから電池の追加又は除去のため監視ソフトウェアの
再構成即ち再書き直しをすることなく、固定数の電池が
各クラスターに含まれることを可能にする燃料電池用の
監視技術を提供することも望ましい。
タル数の電池を含む燃料電池スタックの設計と調和し得
るクラスター毎に任意数の電池を含む方法を提供するこ
とが望まれている。また、燃料電池スタックの残り部分
のクラスター毎に同一数の電池より少ない数の電池を含
むクラスターだけのための独自の監視アプローチの設計
及び較正を避ける、燃料電池スタックの診断監視のため
の方法を提供することも望ましい。また、燃料電池スタ
ックから電池の追加又は除去のため監視ソフトウェアの
再構成即ち再書き直しをすることなく、固定数の電池が
各クラスターに含まれることを可能にする燃料電池用の
監視技術を提供することも望ましい。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明は、燃料電池装置
を作動させるための方法であって、該燃料電池装置の燃
料電池スタックには水素の豊富な流れが供給され、該燃
料電池スタックは同一数の燃料電池から形成される複数
の第１のクラスターと、異なる数の燃料電池から形成さ
れる少なくとも１つの第２のクラスターとを備える。本
方法は、（ａ）燃料電池スタック全体に亘る電圧を測定
し、（ｂ）第２のクラスターの燃料電池に亘る電圧を測
定し、（ｃ）燃料電池スタック中の全ての電池の平均電
池電圧、第２のクラスターに亘る実際の電圧、及び、第
１のクラスターの電池数と前記第２のクラスターの電池
数との差に基づいて、第２のクラスター用の仮想のクラ
スター電圧を生成する、各工程を含む。
を作動させるための方法であって、該燃料電池装置の燃
料電池スタックには水素の豊富な流れが供給され、該燃
料電池スタックは同一数の燃料電池から形成される複数
の第１のクラスターと、異なる数の燃料電池から形成さ
れる少なくとも１つの第２のクラスターとを備える。本
方法は、（ａ）燃料電池スタック全体に亘る電圧を測定
し、（ｂ）第２のクラスターの燃料電池に亘る電圧を測
定し、（ｃ）燃料電池スタック中の全ての電池の平均電
池電圧、第２のクラスターに亘る実際の電圧、及び、第
１のクラスターの電池数と前記第２のクラスターの電池
数との差に基づいて、第２のクラスター用の仮想のクラ
スター電圧を生成する、各工程を含む。
【００１９】特定の態様では、本発明の方法は、（ａ）
スタック中の全燃料電池に亘るトータル電池電圧を測定
し、（ｂ）スタック全体のための平均電池電圧を決定
し、（ｃ）スタック全体のための平均電池電圧を、第１
のクラスターの電池数と第２のクラスターの電池数との
差で乗じ、（ｄ）第２のクラスターに亘る実際に測定さ
れた電圧に、工程ｃで得られた積を加算する、各工程を
更に含む。
スタック中の全燃料電池に亘るトータル電池電圧を測定
し、（ｂ）スタック全体のための平均電池電圧を決定
し、（ｃ）スタック全体のための平均電池電圧を、第１
のクラスターの電池数と第２のクラスターの電池数との
差で乗じ、（ｄ）第２のクラスターに亘る実際に測定さ
れた電圧に、工程ｃで得られた積を加算する、各工程を
更に含む。
【００２０】別の特定の態様では、更に進んだ方法は、
第１のクラスターの各々の電池数と第２のクラスターの
各々の電池数との差に等しい定数を設定し、全スタック
に亘る平均電池電圧によってこの定数を乗算し、工程
（ｂ）の結果としての積を第２のクラスターに亘る実際
に測定された電圧に加算する、各工程を更に含む。
第１のクラスターの各々の電池数と第２のクラスターの
各々の電池数との差に等しい定数を設定し、全スタック
に亘る平均電池電圧によってこの定数を乗算し、工程
（ｂ）の結果としての積を第２のクラスターに亘る実際
に測定された電圧に加算する、各工程を更に含む。
【００２１】本発明の幅広い態様では、本発明の更に進
んだ方法は、第２のクラスターに亘って測定された電圧
を、第２のクラスター内の燃料電池の数と第１のクラス
ター内の燃料電池の数との間で異なる各々の燃料電池に
対して燃料電池スタック内の全ての電池の平均電池電圧
に等しいファクターによって調整する。
んだ方法は、第２のクラスターに亘って測定された電圧
を、第２のクラスター内の燃料電池の数と第１のクラス
ター内の燃料電池の数との間で異なる各々の燃料電池に
対して燃料電池スタック内の全ての電池の平均電池電圧
に等しいファクターによって調整する。
【００２２】本発明による方法は、燃料電池の設計及び
診断監視方法に重要な利点を提供する。本発明の更に進
んだ方法は、各クラスターを形成する電池の数に拘わら
ず、少数の電池を含むクラスター内で燃料電池スタック
の電池を監視することを可能にする。これは、各クラス
ターを形成する電池の数に拘わらず、単一の監視プログ
ラム又は回路が各々の燃料電池クラスターを監視するこ
とを可能にする。これによって、異なる数の電池を含む
クラスター用に新しい監視制御プログラム又は回路を設
計する必要性を避けることができる。より重要なこと
は、本発明の監視方法は、監視目的のために個々の燃料
電池を追加又は削除する必要性無しに、特定の応用の要
求に合致させるために任意数の電池を持つように燃料電
池スタックを構成することを可能にする。
診断監視方法に重要な利点を提供する。本発明の更に進
んだ方法は、各クラスターを形成する電池の数に拘わら
ず、少数の電池を含むクラスター内で燃料電池スタック
の電池を監視することを可能にする。これは、各クラス
ターを形成する電池の数に拘わらず、単一の監視プログ
ラム又は回路が各々の燃料電池クラスターを監視するこ
とを可能にする。これによって、異なる数の電池を含む
クラスター用に新しい監視制御プログラム又は回路を設
計する必要性を避けることができる。より重要なこと
は、本発明の監視方法は、監視目的のために個々の燃料
電池を追加又は削除する必要性無しに、特定の応用の要
求に合致させるために任意数の電池を持つように燃料電
池スタックを構成することを可能にする。
【００２３】本発明の様々な特徴、利点及び他の使用方
法は、次の説明及び添付した図面を参照することによっ
てより明らかとなろう。
法は、次の説明及び添付した図面を参照することによっ
てより明らかとなろう。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明はメタノール（Ｍｅ
ＯＨ）燃料プロセッサによって燃料供給される燃料電池
の文脈で説明される。しかしながら、本文中で具体化さ
れた原理は、水素の豊富な流れへの転換を行う燃料プロ
セッサを利用する、例えばエタノール又はガソリンなど
の他の燃料によって燃料供給される燃料電池に等しく適
用可能である。
ＯＨ）燃料プロセッサによって燃料供給される燃料電池
の文脈で説明される。しかしながら、本文中で具体化さ
れた原理は、水素の豊富な流れへの転換を行う燃料プロ
セッサを利用する、例えばエタノール又はガソリンなど
の他の燃料によって燃料供給される燃料電池に等しく適
用可能である。
【００２５】背景として、図１に示すように、車両推進
力のためのエネルギー源として利用可能な燃料電池装置
は、水素の豊富な改質ガスの流れを形勢するため、メタ
ノール流れ６からのメタノールと、水の流れ８からの水
即ち水蒸気とを再循環ベッド１０及び触媒ベッド１２内
で触媒反応させるための燃料プロセッサ２を備えてい
る。熱交換器１４が、触媒ベッド１２と優先酸化（ＰＲ
ＯＸ）反応装置１６との間に介在されている。改質出力
ガスの流れは、主要にはＨ2及びＣＯ2からなるが、
Ｎ2、ＣＯ及び水も含む。改質物の流れは、該流れ内の
ＣＯ濃度レベルを受容可能なレベル（２０ｐｐｍ以下）
まで減少させるため優先酸化（ＰＲＯＸ）反応装置１６
を通って流れる。次に、Ｈ2豊富な改質物質２０が燃料
電池２２のアノードチャンバーに供給される。同時に、
酸化剤の流れ２４からの酸素（例えば空気）が燃料電池
２２のカソードチャンバーに供給される。改質物の流れ
２０からの水素及び酸化剤流れ２４からの酸素は、電気
を生成するため燃料電池２２内で反応する。
力のためのエネルギー源として利用可能な燃料電池装置
は、水素の豊富な改質ガスの流れを形勢するため、メタ
ノール流れ６からのメタノールと、水の流れ８からの水
即ち水蒸気とを再循環ベッド１０及び触媒ベッド１２内
で触媒反応させるための燃料プロセッサ２を備えてい
る。熱交換器１４が、触媒ベッド１２と優先酸化（ＰＲ
ＯＸ）反応装置１６との間に介在されている。改質出力
ガスの流れは、主要にはＨ2及びＣＯ2からなるが、
Ｎ2、ＣＯ及び水も含む。改質物の流れは、該流れ内の
ＣＯ濃度レベルを受容可能なレベル（２０ｐｐｍ以下）
まで減少させるため優先酸化（ＰＲＯＸ）反応装置１６
を通って流れる。次に、Ｈ2豊富な改質物質２０が燃料
電池２２のアノードチャンバーに供給される。同時に、
酸化剤の流れ２４からの酸素（例えば空気）が燃料電池
２２のカソードチャンバーに供給される。改質物の流れ
２０からの水素及び酸化剤流れ２４からの酸素は、電気
を生成するため燃料電池２２内で反応する。
【００２６】燃料電池２２のアノード側からの排出物即
ち流出物２６は、未反応の水素を幾らか含む。燃料電池
２２のカソード側からの排出物即ち流出物２８は未反応
の酸素を幾らか含む。酸化剤流れ２４用の空気は、コン
プレッサ３０によって提供され、通常の作動条件下では
バルブ３２によって燃料電池２２に向けられる。しかし
ながら、始動の間では、バルブ３２は、より詳しくは後
述されるように、燃料プロセッサ２を加熱するため使用
される燃焼器３４の入力通路に空気を提供するために付
勢される。
ち流出物２６は、未反応の水素を幾らか含む。燃料電池
２２のカソード側からの排出物即ち流出物２８は未反応
の酸素を幾らか含む。酸化剤流れ２４用の空気は、コン
プレッサ３０によって提供され、通常の作動条件下では
バルブ３２によって燃料電池２２に向けられる。しかし
ながら、始動の間では、バルブ３２は、より詳しくは後
述されるように、燃料プロセッサ２を加熱するため使用
される燃焼器３４の入力通路に空気を提供するために付
勢される。
【００２７】熱交換器１４からの熱は、燃料プロセッサ
２内の触媒ベッド１０及び１２を加熱し、更に優先酸化
反応装置１６も加熱する。この点に関し、燃料プロセッ
サ２に供給されるＨ2Ｏ−ＭｅＯＨ混合物は蒸発され、
好ましくは、燃料プロセッサ２内の再循環ベッド１０、
ベッド１２の熱交換器側、優先酸化反応装置１６及び熱
交換器１４を通って何回か再循環／逆流されるのがよ
く、これによって当該混合物は熱交換器１４からの熱を
燃料プロセッサ２のベッド１０及び１２、並びに優先酸
化反応装置１６に輸送するための熱輸送媒体としても機
能する。
２内の触媒ベッド１０及び１２を加熱し、更に優先酸化
反応装置１６も加熱する。この点に関し、燃料プロセッ
サ２に供給されるＨ2Ｏ−ＭｅＯＨ混合物は蒸発され、
好ましくは、燃料プロセッサ２内の再循環ベッド１０、
ベッド１２の熱交換器側、優先酸化反応装置１６及び熱
交換器１４を通って何回か再循環／逆流されるのがよ
く、これによって当該混合物は熱交換器１４からの熱を
燃料プロセッサ２のベッド１０及び１２、並びに優先酸
化反応装置１６に輸送するための熱輸送媒体としても機
能する。
【００２８】熱交換器１４それ自体は、触媒燃焼器３４
から出た排気ガス３６から加熱される。熱交換器１４か
ら出たガス３６は、なおまだ熱く、図示しない膨張器を
通って通過させてもよく、コンプレッサ３０を駆動し即
ち別の態様で用いることができる。本実施例の手段で
は、図１に示すように、燃料プロセッサ２からの排気ガ
スは、大気中に排出される前にレギュレータ３８、シャ
ットオフバルブ４０及びマフラー４２ａを通過する。
から出た排気ガス３６から加熱される。熱交換器１４か
ら出たガス３６は、なおまだ熱く、図示しない膨張器を
通って通過させてもよく、コンプレッサ３０を駆動し即
ち別の態様で用いることができる。本実施例の手段で
は、図１に示すように、燃料プロセッサ２からの排気ガ
スは、大気中に排出される前にレギュレータ３８、シャ
ットオフバルブ４０及びマフラー４２ａを通過する。
【００２９】ＭｅＯＨ蒸気４０は、燃焼器３４の排気端
部４４に配置された蒸発器４１から発散する。蒸発器４
１は、最初の燃料流れを蒸発させるため燃焼器３４の排
出物から熱を抽出する熱交換器である。最初の燃料流れ
は、例えば車両の燃料タンクから燃料計量器４３によっ
て蒸発器４１に提供される液体ＭｅＯＨ４６などであ
る。蒸発器４１から出たＭｅＯＨ蒸気４０及びアノード
流出物２６は、燃焼器３４の夫々入口端部４２及び排気
端部４４の中間に配置された燃焼器３４の触媒区分４８
で反応される。酸素は、コンプレッサ３０（即ちバルブ
３２を介して）、及び、例えばシステムの作動状態に依
存するカソード流出物の流れ２８などの第２の空気流れ
のいずれかから燃焼器３４に提供される。バルブ５０
は、燃焼器の排気物３６が燃料プロセッサ２内で必要と
されないとき、それを大気中に排気することを可能にす
る。
部４４に配置された蒸発器４１から発散する。蒸発器４
１は、最初の燃料流れを蒸発させるため燃焼器３４の排
出物から熱を抽出する熱交換器である。最初の燃料流れ
は、例えば車両の燃料タンクから燃料計量器４３によっ
て蒸発器４１に提供される液体ＭｅＯＨ４６などであ
る。蒸発器４１から出たＭｅＯＨ蒸気４０及びアノード
流出物２６は、燃焼器３４の夫々入口端部４２及び排気
端部４４の中間に配置された燃焼器３４の触媒区分４８
で反応される。酸素は、コンプレッサ３０（即ちバルブ
３２を介して）、及び、例えばシステムの作動状態に依
存するカソード流出物の流れ２８などの第２の空気流れ
のいずれかから燃焼器３４に提供される。バルブ５０
は、燃焼器の排気物３６が燃料プロセッサ２内で必要と
されないとき、それを大気中に排気することを可能にす
る。
【００３０】燃焼器３４に関する更に詳細な構成は、１
９９７年１１月にウィリアム・ペテットの名前で出願さ
れた現在係属中の米国特許出願シリアル番号０８／９７
５，４２２号及び０８／９８０，０８７号を参照するこ
とによって提供されることができ、これらの出願の全内
容は、参照することによって本文中に組み込まれる。
９９７年１１月にウィリアム・ペテットの名前で出願さ
れた現在係属中の米国特許出願シリアル番号０８／９７
５，４２２号及び０８／９８０，０８７号を参照するこ
とによって提供されることができ、これらの出願の全内
容は、参照することによって本文中に組み込まれる。
【００３１】電気加熱エレメント５２は、燃焼器３４の
触媒ベッド４８の上流に設けられ、燃焼器３４に流入し
た液体燃料４６を蒸発させ、ベッド４８に流入したガス
並びに燃焼器３４の始動中にベッド４８を予備加熱する
ガスを加熱するため役立つ。加熱エレメント５２は、触
媒で被覆されても或いは被覆されていなくてもよい。後
述するように、始動後には、電子ヒーター５２は、もは
や必要とされない。燃料は、燃焼器３４の排気端部４４
から出る排気ガスによって蒸発させられるからである。
好ましい電子ヒーター５２は、市販の触媒で被覆されて
いない押し出し成形された金属モノリス抵抗エレメント
からなり、これは例えばＩＣエンジン排気ガスを処置す
るため使用される触媒コンバータの触媒をライトオフす
るために使用される。
触媒ベッド４８の上流に設けられ、燃焼器３４に流入し
た液体燃料４６を蒸発させ、ベッド４８に流入したガス
並びに燃焼器３４の始動中にベッド４８を予備加熱する
ガスを加熱するため役立つ。加熱エレメント５２は、触
媒で被覆されても或いは被覆されていなくてもよい。後
述するように、始動後には、電子ヒーター５２は、もは
や必要とされない。燃料は、燃焼器３４の排気端部４４
から出る排気ガスによって蒸発させられるからである。
好ましい電子ヒーター５２は、市販の触媒で被覆されて
いない押し出し成形された金属モノリス抵抗エレメント
からなり、これは例えばＩＣエンジン排気ガスを処置す
るため使用される触媒コンバータの触媒をライトオフす
るために使用される。
【００３２】燃焼器３４の排気端部４４は、燃焼器３４
に燃料供給するように液体燃料を蒸発するため使用され
る金属配管のコイルである蒸発器４１を覆うチャンバー
を備える。より詳しくは、通常の始動状態の下では、空
気即ちカソード流出物２８は、該コイルの入口端部に導
入され、従来の自動車用型式の燃料インジェクタを介し
て該入口端部に噴霧された液体燃料と混合されるように
してもよい。空気で運ばれる霧状化された燃料は、加熱
されたコイルチューブのいくつかの巻き数分を通過し、
その中で蒸発し、カソード流出物の供給管路に配置され
た出口において当該配管から流出する。この蒸発した最
初の燃料流れは、燃料電池装置の遷移状態及び定常状態
を一致させるため必要とされ得るので、燃焼器３４用の
燃料として第２の燃料流れ即ちアノード流出物を補足す
る。蒸発器のコイルは、燃焼器の最小排気流れ率で最大
流れ率の燃料を蒸発させるように寸法が定められてお
り、その燃料作動範囲を通してその中のＭｅＯＨ−空気
の混合物の自動点火温度を超える温度で作動するように
設計されている。しかし、蒸発器内の自動点火は、コイ
ルを通過して流れる混合物の速度が入口の流れの組成で
変動する混合物の最悪の場合の炎速度を実質的に越える
ことを確実にすることによって、避けられる。
に燃料供給するように液体燃料を蒸発するため使用され
る金属配管のコイルである蒸発器４１を覆うチャンバー
を備える。より詳しくは、通常の始動状態の下では、空
気即ちカソード流出物２８は、該コイルの入口端部に導
入され、従来の自動車用型式の燃料インジェクタを介し
て該入口端部に噴霧された液体燃料と混合されるように
してもよい。空気で運ばれる霧状化された燃料は、加熱
されたコイルチューブのいくつかの巻き数分を通過し、
その中で蒸発し、カソード流出物の供給管路に配置され
た出口において当該配管から流出する。この蒸発した最
初の燃料流れは、燃料電池装置の遷移状態及び定常状態
を一致させるため必要とされ得るので、燃焼器３４用の
燃料として第２の燃料流れ即ちアノード流出物を補足す
る。蒸発器のコイルは、燃焼器の最小排気流れ率で最大
流れ率の燃料を蒸発させるように寸法が定められてお
り、その燃料作動範囲を通してその中のＭｅＯＨ−空気
の混合物の自動点火温度を超える温度で作動するように
設計されている。しかし、蒸発器内の自動点火は、コイ
ルを通過して流れる混合物の速度が入口の流れの組成で
変動する混合物の最悪の場合の炎速度を実質的に越える
ことを確実にすることによって、避けられる。
【００３３】図１に示されたように、より詳細に後述さ
れるように、燃焼器３４によって供給されるべき燃料プ
ロセッサ２により要求される熱量は、燃焼器３４への燃
料導入量及び燃焼器３４内の所望の反応温度に依存す
る。燃料プロセッサ２の熱要求量を供給するため、燃焼
器３４は全てのアノード排気物即ち流出物及び可能なら
ば幾らかの液体燃料を利用する。エンタルピーの方程式
が、燃料プロセッサ２の所望の熱必要量に合致させるた
め燃焼器３４に供給されるべきカソード排気物即ち空気
の量を決定するために使用される。燃焼器３４に提供さ
れる酸素、空気又は空気状の流れは、典型的に燃料電池
２２のカソードに供給される全酸素のある割合であるカ
ソード流出排気物２８、及び、コンプレッサ出力空気流
れのうち１方又は両方を備えている。これは、当該装置
がコンプレッサ空気流れが排他的に用いられる始動モー
ドで作動しているか或いはカソード流出物２８及び／又
はコンプレッサ空気を使用した駆動モードのいずれかで
作働しているかに応じて定まる。駆動モードでは、カソ
ード流出物２８によっては合致されない燃焼器３４によ
り必要とされる空気全体、酸素、希釈剤は、燃焼器３４
内で所望の反応温度を達成して該所望の温度で燃料プロ
セッサ２により必要とされる熱量を供給するようにエン
タルピー方程式と均衡を保つため、ある一定量がコンプ
レッサ３０によって供給される。
れるように、燃焼器３４によって供給されるべき燃料プ
ロセッサ２により要求される熱量は、燃焼器３４への燃
料導入量及び燃焼器３４内の所望の反応温度に依存す
る。燃料プロセッサ２の熱要求量を供給するため、燃焼
器３４は全てのアノード排気物即ち流出物及び可能なら
ば幾らかの液体燃料を利用する。エンタルピーの方程式
が、燃料プロセッサ２の所望の熱必要量に合致させるた
め燃焼器３４に供給されるべきカソード排気物即ち空気
の量を決定するために使用される。燃焼器３４に提供さ
れる酸素、空気又は空気状の流れは、典型的に燃料電池
２２のカソードに供給される全酸素のある割合であるカ
ソード流出排気物２８、及び、コンプレッサ出力空気流
れのうち１方又は両方を備えている。これは、当該装置
がコンプレッサ空気流れが排他的に用いられる始動モー
ドで作動しているか或いはカソード流出物２８及び／又
はコンプレッサ空気を使用した駆動モードのいずれかで
作働しているかに応じて定まる。駆動モードでは、カソ
ード流出物２８によっては合致されない燃焼器３４によ
り必要とされる空気全体、酸素、希釈剤は、燃焼器３４
内で所望の反応温度を達成して該所望の温度で燃料プロ
セッサ２により必要とされる熱量を供給するようにエン
タルピー方程式と均衡を保つため、ある一定量がコンプ
レッサ３０によって供給される。
【００３４】空気の品質制御は、空気希釈バルブ４７を
介して実行される。このバルブは、燃焼器３４に供給さ
れるカソード排気物及び可能ならばシステム排気物の抜
き取り量を制御するため可変のオリフィスを有する、ス
テッパーモータ駆動のバルブである。抜き取られた空気
は、レギュレータ３８、バルブ４０及びマフラー４２ａ
を介して大気中に捨てられる。空気希釈バルブ４７は、
燃焼器３４の作動の様々なモード又はシーケンスに関連
して更に後述される。
介して実行される。このバルブは、燃焼器３４に供給さ
れるカソード排気物及び可能ならばシステム排気物の抜
き取り量を制御するため可変のオリフィスを有する、ス
テッパーモータ駆動のバルブである。抜き取られた空気
は、レギュレータ３８、バルブ４０及びマフラー４２ａ
を介して大気中に捨てられる。空気希釈バルブ４７は、
燃焼器３４の作動の様々なモード又はシーケンスに関連
して更に後述される。
【００３５】本発明の燃料電池装置は以下のように作動
する。燃料電池装置が低温で始動するときの作動の開始
時において、（１）必要なシステム空気を提供するため
コンプレッサ３０が外部電源（例えばバッテリー）から
付勢される電気モータによって駆動される。（２）空気
が燃焼器３４並びに蒸発器４１の入力端部に導入され
る。（３）液体燃料４６（例えばＭｅＯＨ）が燃料イン
ジェクタを介して蒸発器４１の入力端部に注入され、そ
の中で流れる空気を備えた細かい液滴として霧状化され
る。（４）空気−ＭｅＯＨの液滴混合物は蒸発器４１か
ら出て、燃焼器３４に導入されたコンプレッサ空気と混
合し、次に燃焼器３４の入力端部４２に導入される。
（５）該混合物は燃焼器３４の前部の炎制動器を通過す
る。（６）次に、該混合物は液滴を蒸発させ、混合物を
過熱するため加熱器５２によって加熱される。（７）次
に、予備加熱された様々な混合物はライトオフ触媒ベッ
ドと接触する前に更なる緊密混合のため混合媒体ベッド
に流入する。（８） 混合媒体ベッドを出ると直ぐに、
混合物は、それが主要な触媒ベッド４８即ち燃料の事実
上の完全燃焼が実行される燃焼器の反応区分に入る前に
ライトオフ触媒ベッド上で酸化し始める。（９）触媒ベ
ッドから出た高温排気ガスは、燃料プロセッサ２と連係
する熱交換器１４に輸送される。
する。燃料電池装置が低温で始動するときの作動の開始
時において、（１）必要なシステム空気を提供するため
コンプレッサ３０が外部電源（例えばバッテリー）から
付勢される電気モータによって駆動される。（２）空気
が燃焼器３４並びに蒸発器４１の入力端部に導入され
る。（３）液体燃料４６（例えばＭｅＯＨ）が燃料イン
ジェクタを介して蒸発器４１の入力端部に注入され、そ
の中で流れる空気を備えた細かい液滴として霧状化され
る。（４）空気−ＭｅＯＨの液滴混合物は蒸発器４１か
ら出て、燃焼器３４に導入されたコンプレッサ空気と混
合し、次に燃焼器３４の入力端部４２に導入される。
（５）該混合物は燃焼器３４の前部の炎制動器を通過す
る。（６）次に、該混合物は液滴を蒸発させ、混合物を
過熱するため加熱器５２によって加熱される。（７）次
に、予備加熱された様々な混合物はライトオフ触媒ベッ
ドと接触する前に更なる緊密混合のため混合媒体ベッド
に流入する。（８） 混合媒体ベッドを出ると直ぐに、
混合物は、それが主要な触媒ベッド４８即ち燃料の事実
上の完全燃焼が実行される燃焼器の反応区分に入る前に
ライトオフ触媒ベッド上で酸化し始める。（９）触媒ベ
ッドから出た高温排気ガスは、燃料プロセッサ２と連係
する熱交換器１４に輸送される。
【００３６】一旦、燃料プロセッサの温度が改質プロセ
スを実行し、それを維持するのに十分に上昇すると、次
の工程が実行される。即ち、（１）バルブ３２は、燃料
電池２２のカソード側に空気を向けるため付勢される。
（２）ＭｅＯＨ及び水が、改質反応を開始するため燃料
プロセッサ２に供給される。（３）燃料プロセッサ２か
ら出た改質物は燃料電池２２のアノード側に供給され
る。（４）燃料電池２２からのアノード流出物２６が燃
焼器３４に向けられる。（５）燃料電池２２からのカソ
ード流出物２８が燃焼器３４に向けられる。（６）空気
が蒸発器４１に導入される。（７）液体メタノールが蒸
発器３１に噴霧される。（８）メタノール−空気の混合
物は、ＭｅＯＨが蒸発するところの加熱された蒸発器コ
イルを通って循環する。（９）次に、カソード流出物２
８と一緒になった空気−ＭｅＯＨV混合物がアノード流
出物と混合される。（１０）当該混合物は燃焼器３４の
触媒ベッド上で燃焼される。
スを実行し、それを維持するのに十分に上昇すると、次
の工程が実行される。即ち、（１）バルブ３２は、燃料
電池２２のカソード側に空気を向けるため付勢される。
（２）ＭｅＯＨ及び水が、改質反応を開始するため燃料
プロセッサ２に供給される。（３）燃料プロセッサ２か
ら出た改質物は燃料電池２２のアノード側に供給され
る。（４）燃料電池２２からのアノード流出物２６が燃
焼器３４に向けられる。（５）燃料電池２２からのカソ
ード流出物２８が燃焼器３４に向けられる。（６）空気
が蒸発器４１に導入される。（７）液体メタノールが蒸
発器３１に噴霧される。（８）メタノール−空気の混合
物は、ＭｅＯＨが蒸発するところの加熱された蒸発器コ
イルを通って循環する。（９）次に、カソード流出物２
８と一緒になった空気−ＭｅＯＨV混合物がアノード流
出物と混合される。（１０）当該混合物は燃焼器３４の
触媒ベッド上で燃焼される。
【００３７】通常の（即ち後始動の）作動状態の間、蒸
発器４１のみがＭｅＯＨを蒸発させ、ＭｅＯＨ−空気混
合物を予備加熱するので、加熱器５２は、使用されな
い。ある一定の条件の下では、後述するように、燃焼器
３４は蒸発器４１からの追加のＭｅＯＨ燃料の必要無し
にアノード及びカソード流出物で単独に作動することが
できる。そのような条件下では、燃焼器３４へのＭｅＯ
Ｈの注入は中断される。他の条件、例えば電力要求が増
大するような条件下では、増補の燃料が燃焼器３４に提
供される。
発器４１のみがＭｅＯＨを蒸発させ、ＭｅＯＨ−空気混
合物を予備加熱するので、加熱器５２は、使用されな
い。ある一定の条件の下では、後述するように、燃焼器
３４は蒸発器４１からの追加のＭｅＯＨ燃料の必要無し
にアノード及びカソード流出物で単独に作動することが
できる。そのような条件下では、燃焼器３４へのＭｅＯ
Ｈの注入は中断される。他の条件、例えば電力要求が増
大するような条件下では、増補の燃料が燃焼器３４に提
供される。
【００３８】上述したように、燃焼器３４は、例えば、
メタノール−空気混合物、並びに、燃料電池２２のアノ
ードからのアノード流出物２６などの多種の燃料を受け
取る。燃料電池２２のカソードからの酸素希釈排出空気
及びコンプレッサ３０からの空気も燃焼器３４に供給さ
れる。
メタノール−空気混合物、並びに、燃料電池２２のアノ
ードからのアノード流出物２６などの多種の燃料を受け
取る。燃料電池２２のカソードからの酸素希釈排出空気
及びコンプレッサ３０からの空気も燃焼器３４に供給さ
れる。
【００３９】本発明によれば、図１に示されたコントロ
ーラ１５０は、燃焼器３４の作動を制御する。所望なら
ば、アノード排出物即ち流出物に、液体燃料即ちメタノ
ールを加えたものが燃焼器３４のエネルギーの要求を支
持するようにしてもよい。エンタルピーのバランスは、
全ての燃料プロセッサの熱的要求と合致させるため燃焼
器３４に供給された、空気及び／又はカソード排出物の
量を温度制御することによって所望の反応を維持する。
ーラ１５０は、燃焼器３４の作動を制御する。所望なら
ば、アノード排出物即ち流出物に、液体燃料即ちメタノ
ールを加えたものが燃焼器３４のエネルギーの要求を支
持するようにしてもよい。エンタルピーのバランスは、
全ての燃料プロセッサの熱的要求と合致させるため燃焼
器３４に供給された、空気及び／又はカソード排出物の
量を温度制御することによって所望の反応を維持する。
【００４０】装置の構成要素のエネルギー要求が電力と
いう用語で本文中で表されたことに着目されたい。これ
は便宜のためエネルギー率を表し、毎秒のＢＴＵという
よりキロワットの単位で表されることが多い。
いう用語で本文中で表されたことに着目されたい。これ
は便宜のためエネルギー率を表し、毎秒のＢＴＵという
よりキロワットの単位で表されることが多い。
【００４１】コントローラ１５０は、任意の適切なマイ
クロプロセッサ、マイクロコントローラ、パーソナルコ
ンピュータなどからなり、これは制御プログラム及びメ
モリ中に格納されたデータを実行することが可能な中央
処理ユニットを有する。コントローラ１５０は、燃焼器
３４に特化した専用コントローラであってもよく、或い
は、主要な車両用電子制御モジュールに格納されたソフ
トウェアで実行されてもよい。更に、次の説明は様々な
モードの作動即ちシーケンスで燃焼器３４を制御するた
めの制御プログラムに基づくソフトウェアを述べている
が、燃焼器の制御は専用の電子回路によって部分的又は
全て実行されてもよいことが理解されよう。
クロプロセッサ、マイクロコントローラ、パーソナルコ
ンピュータなどからなり、これは制御プログラム及びメ
モリ中に格納されたデータを実行することが可能な中央
処理ユニットを有する。コントローラ１５０は、燃焼器
３４に特化した専用コントローラであってもよく、或い
は、主要な車両用電子制御モジュールに格納されたソフ
トウェアで実行されてもよい。更に、次の説明は様々な
モードの作動即ちシーケンスで燃焼器３４を制御するた
めの制御プログラムに基づくソフトウェアを述べている
が、燃焼器の制御は専用の電子回路によって部分的又は
全て実行されてもよいことが理解されよう。
【００４２】本実施例によれば、コントローラ１５０
は、６つの異なるモード即ち作動シーケンスで燃焼器３
４の作動を制御する。個々のモードの作動は、（１）燃
焼器の始動、（２）燃料プロセッサのウォームアップ中
の燃焼器の作動、（３）燃料電池がオフラインの状態に
おける燃料プロセッサの始動中の燃焼器の作動、（４）
燃料電池スタックがオンラインの状態における燃料プロ
セッサ駆動モード中における燃焼器の作動、（５）燃焼
器の停止、（６）燃焼器の診断を含む。
は、６つの異なるモード即ち作動シーケンスで燃焼器３
４の作動を制御する。個々のモードの作動は、（１）燃
焼器の始動、（２）燃料プロセッサのウォームアップ中
の燃焼器の作動、（３）燃料電池がオフラインの状態に
おける燃料プロセッサの始動中の燃焼器の作動、（４）
燃料電池スタックがオンラインの状態における燃料プロ
セッサ駆動モード中における燃焼器の作動、（５）燃焼
器の停止、（６）燃焼器の診断を含む。
【００４３】燃料電池の作動の全モードにおける燃焼器
３４の作動に関する更なる詳細事項は、「メタノールテ
イルガスの燃焼器の制御方法」という標題でデビッド・
Ｊ・ハート−プレッドモア及びウィリアム・Ｈ・ペテッ
トの名前で１９９９年７月に出願された現在係属中の上
述した米国特許出願を参照することによって得ることが
できる。その全内容は、これらを参照することにより本
明細書に組み込まれる。
３４の作動に関する更なる詳細事項は、「メタノールテ
イルガスの燃焼器の制御方法」という標題でデビッド・
Ｊ・ハート−プレッドモア及びウィリアム・Ｈ・ペテッ
トの名前で１９９９年７月に出願された現在係属中の上
述した米国特許出願を参照することによって得ることが
できる。その全内容は、これらを参照することにより本
明細書に組み込まれる。
【００４４】好ましい実施形態では、燃料電池システム
は、回路６０（図２を見よ）の一部分として燃料電池２
２を含む。ここで、外部回路６０の一部分は、バッテリ
ー６２、電気モータ６４、及び駆動用電子機器６５を含
む。この駆動用電子機器６５は、燃料電池２２に接続さ
れた直流から直流への変換器６１から電気エネルギーを
受け取り、それをモータ６４により生成された機械的エ
ネルギーに変換するように構成及び接続されている。バ
ッテリー６２は、燃料電池２２により供給された電気エ
ネルギーを受け取ってこれを蓄えるため及び該電気エネ
ルギーをモータ６４に提供するため構成及び接続されて
いる。モータ６４は、車両（図示せず）の車輪を回転さ
せるため駆動車軸６６に連結されている。電気化学エン
ジン制御モジュール（ＥＥＣＭ）７０及びバッテリーパ
ックモジュール（ＢＰＭ）７１は、例えばバッテリーパ
ックモジュール７１によって生成されるスタックの電圧
及び電流を含む様々な作動パラメータを監視するが、こ
れに限定されるものではない。ＢＭＰ７１は、ＢＭＰ７
１により監視される状態に基づいて車両コントローラ７
４に出力信号（メッセージ）を送る。車両コントローラ
７４は、従来の態様で、バッテリー６２の作動、駆動電
子機器６５及び電気モータ６４を制御する。
は、回路６０（図２を見よ）の一部分として燃料電池２
２を含む。ここで、外部回路６０の一部分は、バッテリ
ー６２、電気モータ６４、及び駆動用電子機器６５を含
む。この駆動用電子機器６５は、燃料電池２２に接続さ
れた直流から直流への変換器６１から電気エネルギーを
受け取り、それをモータ６４により生成された機械的エ
ネルギーに変換するように構成及び接続されている。バ
ッテリー６２は、燃料電池２２により供給された電気エ
ネルギーを受け取ってこれを蓄えるため及び該電気エネ
ルギーをモータ６４に提供するため構成及び接続されて
いる。モータ６４は、車両（図示せず）の車輪を回転さ
せるため駆動車軸６６に連結されている。電気化学エン
ジン制御モジュール（ＥＥＣＭ）７０及びバッテリーパ
ックモジュール（ＢＰＭ）７１は、例えばバッテリーパ
ックモジュール７１によって生成されるスタックの電圧
及び電流を含む様々な作動パラメータを監視するが、こ
れに限定されるものではない。ＢＭＰ７１は、ＢＭＰ７
１により監視される状態に基づいて車両コントローラ７
４に出力信号（メッセージ）を送る。車両コントローラ
７４は、従来の態様で、バッテリー６２の作動、駆動電
子機器６５及び電気モータ６４を制御する。
【００４５】「燃料電池」という用語は、図３で更に示
されるように多数の個々の燃料電池を含む燃料電池スタ
ックに言及するためにも使用される。かくして、典型的
な構成の図３の燃料電池２２は、スタック８０と呼ばれ
る多数の電池８４からなる。燃料電池スタック８０は、
直列に接続された複数の電池８４からなり、それらは時
として百又はそれ以上のオーダーの数からなる。スタッ
ク８０内の各々の電池８４は、前述した膜電極アセンブ
リを含み、そのような電池８４の各々は、電圧の逐次増
加を提供する。
されるように多数の個々の燃料電池を含む燃料電池スタ
ックに言及するためにも使用される。かくして、典型的
な構成の図３の燃料電池２２は、スタック８０と呼ばれ
る多数の電池８４からなる。燃料電池スタック８０は、
直列に接続された複数の電池８４からなり、それらは時
として百又はそれ以上のオーダーの数からなる。スタッ
ク８０内の各々の電池８４は、前述した膜電極アセンブ
リを含み、そのような電池８４の各々は、電圧の逐次増
加を提供する。
【００４６】スタック内の電池のグループは、「クラス
ター」と呼ばれ、スタック８０は、複数の第１のクラス
ター８６から形成され、その各々のクラスターは同一数
の電池８４と、第１のクラスター８６内の同一数の電池
８４とは異なる数の電池を有する一番端即ち最後の単一
のクラスター８７と、から形成される。典型的には、１
クラスター当たりの電池の数は３又は４の電池のオーダ
ーにある。各々の第１のクラスター８６内の４つの電池
８４は、単なる例示として説明される。他の数の電池も
複数の同様のクラスター８６を形成するため選択するこ
とができる。
ター」と呼ばれ、スタック８０は、複数の第１のクラス
ター８６から形成され、その各々のクラスターは同一数
の電池８４と、第１のクラスター８６内の同一数の電池
８４とは異なる数の電池を有する一番端即ち最後の単一
のクラスター８７と、から形成される。典型的には、１
クラスター当たりの電池の数は３又は４の電池のオーダ
ーにある。各々の第１のクラスター８６内の４つの電池
８４は、単なる例示として説明される。他の数の電池も
複数の同様のクラスター８６を形成するため選択するこ
とができる。
【００４７】第２のクラスター８７が例として３つの電
池から形成される。これは、特定の応用における電力要
求、空間的考慮等から帰着され、第１のクラスター８６
内の共通数の電池８４によっては工夫することができな
いトータルの数の電池を結果として生じる。１又は２つ
の電池も第２のクラスター８７を形成することができ
る。
池から形成される。これは、特定の応用における電力要
求、空間的考慮等から帰着され、第１のクラスター８６
内の共通数の電池８４によっては工夫することができな
いトータルの数の電池を結果として生じる。１又は２つ
の電池も第２のクラスター８７を形成することができ
る。
【００４８】「燃料電池電圧の監視及びシステム制御」
という標題でドナルド・Ｈ・ケスクラ、ブルース・Ｊ・
クリンゲルマン及びロバート・Ｗ・チェルファントの名
前で１９９９年７月に出願された現在係属中の特許出願
で説明されるように、各々のクラスター８６の電圧が監
視され、所定の電圧安全レベルと比較される。これによ
って低電圧電池が隣接する電池或いは全スタック８０の
性能を降下させないうちに、スタック８０内の低電圧電
池の早期の検出を図っている。
という標題でドナルド・Ｈ・ケスクラ、ブルース・Ｊ・
クリンゲルマン及びロバート・Ｗ・チェルファントの名
前で１９９９年７月に出願された現在係属中の特許出願
で説明されるように、各々のクラスター８６の電圧が監
視され、所定の電圧安全レベルと比較される。これによ
って低電圧電池が隣接する電池或いは全スタック８０の
性能を降下させないうちに、スタック８０内の低電圧電
池の早期の検出を図っている。
【００４９】ハードウェア及びソフトウェアを経済的に
設計するため、監視方法は各クラスター８６に対して同
一であることが好ましい。しかしながら、本発明によれ
ば、第２のクラスター８７内の異なる数の電池８４は、
後述される独自の方法によって補償される。
設計するため、監視方法は各クラスター８６に対して同
一であることが好ましい。しかしながら、本発明によれ
ば、第２のクラスター８７内の異なる数の電池８４は、
後述される独自の方法によって補償される。
【００５０】図３では、個々の電池８４からなる第１の
クラスター８６の各々は、各クラスター８６の正電極及
び負電極を加算ノード即ち参照番号９１により示される
電圧測定装置に接続するコンダクター８５によって個別
に且つ事実上同時に監視されることができる。加算ノー
ド即ち装置９１は、各々のクラスター８６の電池８４に
対する累積電圧を提供する。各加算ノード９１の出力
（クラスター電圧（１）、クラスター電圧（２）等）
は、上文中に参照される特許出願で説明された監視回路
に送出される。
クラスター８６の各々は、各クラスター８６の正電極及
び負電極を加算ノード即ち参照番号９１により示される
電圧測定装置に接続するコンダクター８５によって個別
に且つ事実上同時に監視されることができる。加算ノー
ド即ち装置９１は、各々のクラスター８６の電池８４に
対する累積電圧を提供する。各加算ノード９１の出力
（クラスター電圧（１）、クラスター電圧（２）等）
は、上文中に参照される特許出願で説明された監視回路
に送出される。
【００５１】スタック８０の一端部から延びる正極コン
ダクター８５及びスタック８０の反対側の端部から延び
る負極コンダクター８８が、別個のノード即ち接合部９
０に接続され、スタック８０を形成するクラスター８６
及び８７の個々の電池８４全てに亘るスタック８０の全
電圧の測定値を提供する。
ダクター８５及びスタック８０の反対側の端部から延び
る負極コンダクター８８が、別個のノード即ち接合部９
０に接続され、スタック８０を形成するクラスター８６
及び８７の個々の電池８４全てに亘るスタック８０の全
電圧の測定値を提供する。
【００５２】本発明の独自の方法によれば、加算ノード
９０からの出力９２により示されたトータルの電池電圧
は、被除数としてラベル化された「全電池電圧」として
使用され、ステップ９４の定数９６によって示されるよ
うにスタック８０を形成する電池８４の総数（スタック
電池総数）によって除算される。除算ステップの出力
は、スタック８０のための参照番号９８によって示され
るように「平均電池電圧」である。
９０からの出力９２により示されたトータルの電池電圧
は、被除数としてラベル化された「全電池電圧」として
使用され、ステップ９４の定数９６によって示されるよ
うにスタック８０を形成する電池８４の総数（スタック
電池総数）によって除算される。除算ステップの出力
は、スタック８０のための参照番号９８によって示され
るように「平均電池電圧」である。
【００５３】本発明の方法は、図３及び図４に示される
ように、ハードウェア又はソフトウェアで実行すること
ができる。ソフトウェアによる実行は、コントローラ即
ちＥＥＣＭ７０におけるその容易な適合性の故に本文中
で説明される。
ように、ハードウェア又はソフトウェアで実行すること
ができる。ソフトウェアによる実行は、コントローラ即
ちＥＥＣＭ７０におけるその容易な適合性の故に本文中
で説明される。
【００５４】図４では、「第１及び第２の電池数の差」
とラベル付けられた定数１００が、第１のクラスター８
６の各々における電池８４の数と、第２即ち最後のクラ
スター８７における電池８４の数との間の差を表すため
使用される。本実施例では、定数１００は１（＝４−
３）に等しい。定数１００は、ステップ１０２で平均電
池電圧９８により乗じられる。その結果は、図３の加算
ノード即ち接合部８９により生成される第２の最後のク
ラスター８７に亘って測定された実際の電圧を表す独立
した入力１０３（実際のクラスター電圧（ｎ））で加算
される。その結果の出力１０６は、「クラスター電圧
（ｎ）」とラベル付けられ、あたかも最後のクラスター
８７が第１のクラスター８６の全てと同じ数の電池８４
を含むかのように、第２のクラスター８７の電池８４用
の仮想の全電圧を表す。
とラベル付けられた定数１００が、第１のクラスター８
６の各々における電池８４の数と、第２即ち最後のクラ
スター８７における電池８４の数との間の差を表すため
使用される。本実施例では、定数１００は１（＝４−
３）に等しい。定数１００は、ステップ１０２で平均電
池電圧９８により乗じられる。その結果は、図３の加算
ノード即ち接合部８９により生成される第２の最後のク
ラスター８７に亘って測定された実際の電圧を表す独立
した入力１０３（実際のクラスター電圧（ｎ））で加算
される。その結果の出力１０６は、「クラスター電圧
（ｎ）」とラベル付けられ、あたかも最後のクラスター
８７が第１のクラスター８６の全てと同じ数の電池８４
を含むかのように、第２のクラスター８７の電池８４用
の仮想の全電圧を表す。
【００５５】この態様では、各々の加算ノード８９及び
９１からのクラスター電圧出力の各々は、標準電圧監視
回路に別々に入力され、最後のクラスター８７が他のク
ラスター８６の電池８４の数とは異なる数の電池８４を
含むという事実にも拘わらず、任意の１つのクラスター
の低電圧を検出するため同一に取り扱うことができる。
９１からのクラスター電圧出力の各々は、標準電圧監視
回路に別々に入力され、最後のクラスター８７が他のク
ラスター８６の電池８４の数とは異なる数の電池８４を
含むという事実にも拘わらず、任意の１つのクラスター
の低電圧を検出するため同一に取り扱うことができる。
【００５６】出力１０６は、第２のクラスター８７の連
続的に監視し、監視回路で使用するためのクラスター８
７の仮想電圧を再計算するため燃料電池２２の作動の間
に連続的に生成される。
続的に監視し、監視回路で使用するためのクラスター８
７の仮想電圧を再計算するため燃料電池２２の作動の間
に連続的に生成される。
【００５７】要約すると、本発明は、燃料電池の監視回
路で使用するための燃料電池のクラスター電圧を仮想的
に等価にする独自の方法を開示しており、共通の監視回
路又は監視方法は、任意の同一数の電池であって、特に
電池群の少なくとも１つがスタックの残りのクラスター
における電池の数とは異なる数の電池を有するような電
池を含む燃料電池で使用することができる。これは、同
一でないクラスター用の特別の回路即ち監視方法の必要
性を無くしてしまう。本方法は、各クラスターを形成す
る電池の数にトランスペアレントであり、これによっ
て、燃料電池スタックは、任意数の電池及び異なる製造
者による燃料電池スタックさえ含んだ状態で、対応する
燃料電池監視回路と一緒に該スタックを使用することを
可能にする。
路で使用するための燃料電池のクラスター電圧を仮想的
に等価にする独自の方法を開示しており、共通の監視回
路又は監視方法は、任意の同一数の電池であって、特に
電池群の少なくとも１つがスタックの残りのクラスター
における電池の数とは異なる数の電池を有するような電
池を含む燃料電池で使用することができる。これは、同
一でないクラスター用の特別の回路即ち監視方法の必要
性を無くしてしまう。本方法は、各クラスターを形成す
る電池の数にトランスペアレントであり、これによっ
て、燃料電池スタックは、任意数の電池及び異なる製造
者による燃料電池スタックさえ含んだ状態で、対応する
燃料電池監視回路と一緒に該スタックを使用することを
可能にする。
【図１】図１は、本発明の監視方法で利用可能な車両の
電池システムの例を示す流れ図である。
電池システムの例を示す流れ図である。
【図２】図２は、車両内の図１の燃料電池の接続態様を
示す概略図である。
示す概略図である。
【図３】図３は、本発明に従って電圧を監視するための
接続態様でクラスター内に配置された燃料電池スタック
の電池群を示す構成図である。
接続態様でクラスター内に配置された燃料電池スタック
の電池群を示す構成図である。
【図４】本発明に係るクラスター電圧生成方法の流れ／
制御図である。
制御図である。
２２ 燃料電池 ８０ 燃料電池スタック ８４ 個々の燃料電池 ８６ 第１のクラスター ８７ 第２のクラスター ８９ 第２のクラスターの電池電圧の加算ノード ９０ 全電池電圧の加算ノード ９１ 第１のクラスターの電池電圧の加算ノード ９２ 全電池電圧 ９６ スタック電池総数 ９８ 平均電池電圧 １００ 第１及び第２の電池数の差（定数） １０２ 乗算ステップ １０３ 最後（第２）のクラスターの実際のクラスタ
ー電圧 １０４ 加算ステップ １０６ 最後（第２）のクラスターの仮想のクラスタ
ー電圧
ー電圧 １０４ 加算ステップ １０６ 最後（第２）のクラスターの仮想のクラスタ
ー電圧
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ユージーン・ブイ・リプリー アメリカ合衆国インディアナ州46979，ロ シアビル，シュガー・ミル・ロード 5276
Claims (4)
- 【請求項１】 燃料電池装置を作動させるための方法で
あって、該燃料電池装置の燃料電池スタックには水素の
豊富な流れが供給され、該燃料電池スタックは同一数の
燃料電池から各々形成される複数の第１のクラスター
と、該第１のクラスターの電池数とは異なる数の燃料電
池から形成される少なくとも１つの第２のクラスターと
を備え、前記方法は、 前記燃料電池スタック全体に亘る電圧を測定し、 前記第２のクラスターの燃料電池に亘る電圧を測定し、 前記燃料電池スタック内の全ての電池に関する平均電池
電圧、前記第２のクラスターに亘る実際の電圧、及び、
前記第１のクラスターの電池数と前記第２のクラスター
の電池数との差に基づいて、前記第２のクラスター用の
仮想のクラスター電圧を生成する、各工程を含む前記方
法。 - 【請求項２】 前記第２のクラスター用の仮想のクラス
ター電圧を生成する工程は、（ａ） 前記スタック内の
全ての燃料電池に亘る全電池電圧を測定し、（ｂ） 前
記スタック内の全ての燃料電池における平均電池電圧を
決定し、（ｃ） 前記スタック全体の前記平均電池電圧
を、前記第１のクラスターの電池数と前記第２のクラス
ターの電池数との差で乗じ、（ｄ） 前記工程（ｃ）で
得られた積を前記第２のクラスターに亘って実際に測定
された電圧に加算する、各工程を含む、請求項１に記載
の方法。 - 【請求項３】 前記第１のクラスターの各々の電池数と
前記第２のクラスターの電池数との差に等しい定数を設
定し、 前記スタック全体の前記平均電池電圧によって前記定数
を乗算し、 前記工程（ｂ）の結果として得られた積を前記第２のク
ラスターに亘って実際に測定された電圧に加算する、各
工程を含む請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 燃料電池装置を作動させるための方法で
あって、該燃料電池装置の燃料電池スタックには水素の
豊富な流れが供給され、該燃料電池スタックは同一数の
燃料電池から形成される複数の第１のクラスターと、該
第１のクラスターの電池数とは異なる数の燃料電池から
形成される少なくとも１つの第２のクラスターとを備
え、前記方法は、 前記燃料電池スタック全体に亘る電圧を測定し、 前記第２のクラスターの燃料電池に亘る電圧を測定し、 前記第２のクラスターの燃料電池に亘って測定された電
圧を、前記第２のクラスターの燃料電池の数と前記第１
のクラスターの燃料電池の数との差、及び、各燃料電池
の平均電池電圧に等価なファクターによって調整する、
各工程を含む前記方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/348,245 US6455180B1 (en) | 1999-07-02 | 1999-07-02 | Flexible method for monitoring fuel cell voltage |
| US09/348245 | 1999-07-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001023664A true JP2001023664A (ja) | 2001-01-26 |
| JP3429478B2 JP3429478B2 (ja) | 2003-07-22 |
Family
ID=23367199
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000199246A Expired - Fee Related JP3429478B2 (ja) | 1999-07-02 | 2000-06-30 | 燃料電池電圧を柔軟に監視するための方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6455180B1 (ja) |
| EP (1) | EP1065740A3 (ja) |
| JP (1) | JP3429478B2 (ja) |
| CA (1) | CA2308724A1 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6816797B2 (en) * | 2000-09-29 | 2004-11-09 | Hydrogenics Corporation | System and method for measuring fuel cell voltage and high frequency resistance |
| CA2508517C (en) * | 2002-12-03 | 2013-09-24 | Hydrogenics Corporation | Method and apparatus for monitoring fuel cell voltages |
| JP2006518536A (ja) * | 2003-02-04 | 2006-08-10 | ハイドロジェニクス コーポレイション | 電気化学装置の内部抵抗を測定するシステムおよび方法 |
| EP1487044A3 (en) * | 2003-04-17 | 2006-07-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for detecting possible structural deficiencies of a polymer electrolyte fuel cell |
| US20050110464A1 (en) * | 2003-11-25 | 2005-05-26 | Baker Howard S. | Fuel cell voltage monitoring system |
| US20050191537A1 (en) * | 2004-02-27 | 2005-09-01 | Belchuk Mark A. | Fuel cell gasket having an integrated sensor |
| US20050260463A1 (en) * | 2004-05-21 | 2005-11-24 | Chapman Ivan D | Fluid flow pulsing for increased stability in PEM fuel cell |
| JP5326423B2 (ja) | 2008-08-20 | 2013-10-30 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム、および、燃料電池の状態検知方法 |
| US20100114513A1 (en) * | 2008-10-31 | 2010-05-06 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Estimating minimum voltage of fuel cells |
| DE102008044271B4 (de) * | 2008-12-02 | 2023-07-06 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Funktionsüberprüfung einer elektrischen Heizeinrichtung |
| CA2763056C (en) * | 2009-05-22 | 2018-07-24 | Battelle Memorial Institute | Integrated fuel processor and fuel cell system control method |
| US8450965B2 (en) * | 2010-07-20 | 2013-05-28 | GM Global Technology Operations LLC | Stack-powered fuel cell monitoring device with prioritized arbitration |
| JP6164199B2 (ja) * | 2014-11-15 | 2017-07-19 | トヨタ自動車株式会社 | 電源システムおよび燃料電池の電圧制御方法 |
| JP7238848B2 (ja) * | 2020-04-20 | 2023-03-14 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
Family Cites Families (31)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4128700A (en) | 1977-11-26 | 1978-12-05 | United Technologies Corp. | Fuel cell power plant and method for operating the same |
| US4293315A (en) | 1979-03-16 | 1981-10-06 | United Technologies Corporation | Reaction apparatus for producing a hydrogen containing gas |
| US4659634A (en) | 1984-12-18 | 1987-04-21 | Struthers Ralph C | Methanol hydrogen fuel cell system |
| US4555454A (en) | 1985-04-17 | 1985-11-26 | Gould, Inc. | Reinforced consumable electrode, electrochemical cell and method |
| US4670359A (en) | 1985-06-10 | 1987-06-02 | Engelhard Corporation | Fuel cell integrated with steam reformer |
| US4642272A (en) | 1985-12-23 | 1987-02-10 | International Fuel Cells Corporation | Integrated fuel cell and fuel conversion apparatus |
| US4650727A (en) | 1986-01-28 | 1987-03-17 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Fuel processor for fuel cell power system |
| US4816353A (en) | 1986-05-14 | 1989-03-28 | International Fuel Cells Corporation | Integrated fuel cell and fuel conversion apparatus |
| US4678723A (en) | 1986-11-03 | 1987-07-07 | International Fuel Cells Corporation | High pressure low heat rate phosphoric acid fuel cell stack |
| JPH02168569A (ja) | 1988-08-22 | 1990-06-28 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池発電システム |
| US4994331A (en) | 1989-08-28 | 1991-02-19 | International Fuel Cells Corporation | Fuel cell evaporative cooling using fuel as a carrier gas |
| CA2018639A1 (en) | 1990-06-08 | 1991-12-08 | James D. Blair | Method and apparatus for comparing fuel cell voltage |
| US5085949A (en) | 1991-02-05 | 1992-02-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Fuel cell generation system |
| US5271916A (en) | 1991-07-08 | 1993-12-21 | General Motors Corporation | Device for staged carbon monoxide oxidation |
| US5248567A (en) | 1991-12-24 | 1993-09-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Power generation plant including fuel cell |
| US5272017A (en) | 1992-04-03 | 1993-12-21 | General Motors Corporation | Membrane-electrode assemblies for electrochemical cells |
| US5372617A (en) | 1993-05-28 | 1994-12-13 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Hydrogen generation by hydrolysis of hydrides for undersea vehicle fuel cell energy systems |
| US5429886A (en) | 1993-08-30 | 1995-07-04 | Struthers; Ralph C. | Hydrocarbon (hydrogen)/air aerogel catalyzed carbon electrode fuel cell system |
| US5484577A (en) | 1994-05-27 | 1996-01-16 | Ballard Power System Inc. | Catalytic hydrocarbon reformer with enhanced internal heat transfer mechanism |
| US5518828A (en) | 1994-07-21 | 1996-05-21 | Bechtel Group, Inc. | Thermal integration of an air-cooled fuel cell stack |
| US5518705A (en) | 1994-08-22 | 1996-05-21 | Ballard Power Systems Inc. | Method and apparatus for the two-stage selective oxidation of carbon monoxide in a hydrogen-containing gas mixture |
| US5484666A (en) | 1994-09-20 | 1996-01-16 | Ballard Power Systems Inc. | Electrochemical fuel cell stack with compression mechanism extending through interior manifold headers |
| US5554453A (en) | 1995-01-04 | 1996-09-10 | Energy Research Corporation | Carbonate fuel cell system with thermally integrated gasification |
| EP0741428A1 (en) | 1995-05-04 | 1996-11-06 | FINMECCANICA S.p.A. AZIENDA ANSALDO | A supply system for fuel cells of the S.P.E. (SOLID POLYMER ELECTROLYTE) type for hybrid vehicles). |
| DE19523260C2 (de) | 1995-06-27 | 1998-01-15 | Daimler Benz Ag | Verfahren zur Überwachung von mehr als zwei gleichartigen Spannungsquelleneinheiten |
| US5702838A (en) | 1995-08-18 | 1997-12-30 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fuel cell device equipped with catalyst material for removing carbon monoxide and method for removing carbon monoxide |
| US5763113A (en) | 1996-08-26 | 1998-06-09 | General Motors Corporation | PEM fuel cell monitoring system |
| US5637415A (en) | 1996-08-30 | 1997-06-10 | General Motors Corporation | Controlled CO preferential oxidation |
| US5789091C1 (en) | 1996-11-19 | 2001-02-27 | Ballard Power Systems | Electrochemical fuel cell stack with compression bands |
| ATE199797T1 (de) | 1997-11-20 | 2001-03-15 | Siemens Ag | Verfahren und vorrichtung zum überwachen einer ausgewählten gruppe von brennstoffzellen eines hochtemperatur-brennstoff-zellenstapels |
| US6096449A (en) * | 1997-11-20 | 2000-08-01 | Avista Labs | Fuel cell and method for controlling same |
-
1999
- 1999-07-02 US US09/348,245 patent/US6455180B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-05-15 EP EP00110375A patent/EP1065740A3/en not_active Withdrawn
- 2000-05-17 CA CA002308724A patent/CA2308724A1/en not_active Abandoned
- 2000-06-30 JP JP2000199246A patent/JP3429478B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6455180B1 (en) | 2002-09-24 |
| JP3429478B2 (ja) | 2003-07-22 |
| CA2308724A1 (en) | 2001-01-02 |
| EP1065740A2 (en) | 2001-01-03 |
| EP1065740A3 (en) | 2001-08-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3739635B2 (ja) | 燃料電池スタックの監視及びシステム制御 | |
| JP3527691B2 (ja) | 高速及び標準停止コマンドを識別するための燃料電池システムの論理 | |
| US6528191B1 (en) | Apparatus for monitoring a hydrogen containing gas stream | |
| US6406806B1 (en) | Fuel cell voltage monitoring and system control | |
| JP4340315B2 (ja) | 燃料電池パワープラント及び燃料電池パワープラントを作動させる方法 | |
| US6391484B1 (en) | Fuel processor temperature monitoring and control | |
| JP3429478B2 (ja) | 燃料電池電圧を柔軟に監視するための方法 | |
| US6451465B1 (en) | Method for operating a combustor in a fuel cell system | |
| US6416893B1 (en) | Method and apparatus for controlling combustor temperature during transient load changes | |
| US20030228504A1 (en) | Method for operating fuel cell system having at least one discontinuously operated fuel cell | |
| US6602624B1 (en) | Control apparatus and method for efficiently heating a fuel processor in a fuel cell system | |
| US6376112B1 (en) | Controlled shutdown of a fuel cell | |
| EP1128456A2 (en) | Method and apparatus for preventing cell reversal in a fuel cell stack |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090516 Year of fee payment: 6 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090516 Year of fee payment: 6 |
|
| S303 | Written request for registration of pledge or change of pledge |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R316303 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090516 Year of fee payment: 6 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100516 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100516 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110516 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110516 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110516 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110516 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120516 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120516 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120516 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120516 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120516 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120516 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120516 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130516 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130516 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130516 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130516 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130516 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130516 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130516 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130516 Year of fee payment: 10 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |