JP2001357866A - 集積された極性反転保護ダイオードを含む燃料電池スタックを有する燃料電池装置 - Google Patents
集積された極性反転保護ダイオードを含む燃料電池スタックを有する燃料電池装置Info
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- 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
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 簡単な設計、機能信頼性を有し、燃料電池ス
タック、ダイオード及び電気負荷が配置されている負荷
回路を有するダイオード冷却装置を備えた燃料電池装置
を提供する。 【解決手段】 ２つのエンドプレート７の間に配置され
ている複数の燃料電池、負荷回路を介して燃料電池スタ
ックに接続されている電気負荷、及び負荷回路内で燃料
電池スタックと電気負荷との間に配置されているダイオ
ード６を含む、燃料電池スタックを有する燃料電池装置
に関する。本発明によれば、ダイオード６は、エンドプ
レート７の一方の上またはその中に配置されている。さ
らに、ダイオードと熱的に接触しダイオードから電力損
を放散する冷却器８が、ダイオードの部位に設けられて
いる。
タック、ダイオード及び電気負荷が配置されている負荷
回路を有するダイオード冷却装置を備えた燃料電池装置
を提供する。 【解決手段】 ２つのエンドプレート７の間に配置され
ている複数の燃料電池、負荷回路を介して燃料電池スタ
ックに接続されている電気負荷、及び負荷回路内で燃料
電池スタックと電気負荷との間に配置されているダイオ
ード６を含む、燃料電池スタックを有する燃料電池装置
に関する。本発明によれば、ダイオード６は、エンドプ
レート７の一方の上またはその中に配置されている。さ
らに、ダイオードと熱的に接触しダイオードから電力損
を放散する冷却器８が、ダイオードの部位に設けられて
いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の前提部
分に記載の特徴を有する燃料電池装置に関する。
分に記載の特徴を有する燃料電池装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】米国特許第５ ７１４ ８７４Ａ１号公報
には、燃料電池スタックが負荷回路を介して電気負荷に
接続されている燃料電池装置が開示されている。そこで
はさらに、負荷回路内に、燃料電池スタックと電気負荷
の間にダイオードが設けられている。さらに、電流トラ
ンス及びバッテリーが負荷回路内に集積されている。そ
の負荷回路内の部品は、並列的に接続されているため、
部品の順番は重要ではない。
には、燃料電池スタックが負荷回路を介して電気負荷に
接続されている燃料電池装置が開示されている。そこで
はさらに、負荷回路内に、燃料電池スタックと電気負荷
の間にダイオードが設けられている。さらに、電流トラ
ンス及びバッテリーが負荷回路内に集積されている。そ
の負荷回路内の部品は、並列的に接続されているため、
部品の順番は重要ではない。
【０００３】負荷回路内のダイオードは、燃料電池スタ
ックから電気負荷への電流の流れを可能にし、同時に、
電気負荷から燃料電池スタックへの電流の逆流を防止す
る。それは、このタイプの燃料電池の実用上の流れ方向
とは反対の方向、すなわち、燃料電池スタックのアノー
ドからカソードへの方向の電流の流れが、燃料電池スタ
ックに永久的な損傷を与え得るものであるからである。
同時に、発電機としても作動し得る電気負荷の１つの例
は、燃料電池車両内の駆動モータ用のコンバータであ
る。制動モードにおいて、すなわち、車両が駆動により
減速される場合、このタイプの駆動コンバータは、それ
自体発電機になり得るものであり、そのため電流を負荷
回路へ送給する。
ックから電気負荷への電流の流れを可能にし、同時に、
電気負荷から燃料電池スタックへの電流の逆流を防止す
る。それは、このタイプの燃料電池の実用上の流れ方向
とは反対の方向、すなわち、燃料電池スタックのアノー
ドからカソードへの方向の電流の流れが、燃料電池スタ
ックに永久的な損傷を与え得るものであるからである。
同時に、発電機としても作動し得る電気負荷の１つの例
は、燃料電池車両内の駆動モータ用のコンバータであ
る。制動モードにおいて、すなわち、車両が駆動により
減速される場合、このタイプの駆動コンバータは、それ
自体発電機になり得るものであり、そのため電流を負荷
回路へ送給する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ダイオードは通常、電
気伝導体、例えば、母線またはケーブルを介して燃料電
池スタックに電気的に接続されている。この電気伝導体
及び接続された接続部材、例えばケーブルラグまたはプ
ラグは、高い燃料電池電流のために設計されなければな
らず、そのため複雑で高価なものとなる。
気伝導体、例えば、母線またはケーブルを介して燃料電
池スタックに電気的に接続されている。この電気伝導体
及び接続された接続部材、例えばケーブルラグまたはプ
ラグは、高い燃料電池電流のために設計されなければな
らず、そのため複雑で高価なものとなる。
【０００５】さらに、ダイオード内のｐｎ接合は、電流
が伝導方向に流れる場合に、電圧が常にダイオードに残
る。ダイオードを介して通過する電流によって増加する
フォワード電圧は、ダイオードを加熱する電力損をもた
らす。したがって、ダイオードの破壊をもたらし得る許
容されない温度がダイオードに与えられることを防止す
るために、冷却を与えることが必要になる。この冷却
は、液体冷却剤によって、または空気冷却によって実施
されることができる。液体冷却剤の具体例においては、
冷却剤によってダイオードのアノード及びカソードの間
に伝導的接続が生じないことを確実にする必要がある
が、それは、そうしないと、ダイオードの効果が排除さ
れるからである。空気冷却の具体例においては、対応す
る大型空気冷却用放熱器を使用しなければならない。特
定の環境においては、熱の充分な放散を達成するため
に、ファンによる強制換気が追加的に要求される。換気
を使用する際には、汚染粒子が内部に吸収されないこと
を確実にすることがさらに必要である。このような粒子
は、空気内に存在する水分との組み合わせにおいて意図
された漏れ通路上の設置の問題を引き起こす。
が伝導方向に流れる場合に、電圧が常にダイオードに残
る。ダイオードを介して通過する電流によって増加する
フォワード電圧は、ダイオードを加熱する電力損をもた
らす。したがって、ダイオードの破壊をもたらし得る許
容されない温度がダイオードに与えられることを防止す
るために、冷却を与えることが必要になる。この冷却
は、液体冷却剤によって、または空気冷却によって実施
されることができる。液体冷却剤の具体例においては、
冷却剤によってダイオードのアノード及びカソードの間
に伝導的接続が生じないことを確実にする必要がある
が、それは、そうしないと、ダイオードの効果が排除さ
れるからである。空気冷却の具体例においては、対応す
る大型空気冷却用放熱器を使用しなければならない。特
定の環境においては、熱の充分な放散を達成するため
に、ファンによる強制換気が追加的に要求される。換気
を使用する際には、汚染粒子が内部に吸収されないこと
を確実にすることがさらに必要である。このような粒子
は、空気内に存在する水分との組み合わせにおいて意図
された漏れ通路上の設置の問題を引き起こす。
【０００６】本発明の目的は、簡単な設計、機能信頼性
を有し、燃料電池スタック、ダイオード及び電気負荷が
配置されている負荷回路を有する燃料電池装置を提供す
ることにある。
を有し、燃料電池スタック、ダイオード及び電気負荷が
配置されている負荷回路を有する燃料電池装置を提供す
ることにある。
【０００７】この目的は、請求項１の特徴によって達成
される。有利な具体例は、その他の請求項の特徴を形成
する。
される。有利な具体例は、その他の請求項の特徴を形成
する。
【０００８】本発明によれば、ダイオードが燃料電池ス
タックのエンドプレート上またはその中に配置される。
同時に、ダイオードと熱的に接触する冷却器が、エンド
プレート内でダイオードの部位に設けられる。その結
果、第一に、ダイオードと燃料電池スタック間の追加的
な接続を省略することが可能になり、このことは、高い
燃料電池電流に要求される線断面を考慮すると、著しい
重量、コスト、空間及び設計上の利点を意味するもので
ある。ダイオードのエンドプレートへの直接的な電気的
接触は、接触及び絶縁問題を引き起こし得る電気的接触
点の必要性を排除するものである。
タックのエンドプレート上またはその中に配置される。
同時に、ダイオードと熱的に接触する冷却器が、エンド
プレート内でダイオードの部位に設けられる。その結
果、第一に、ダイオードと燃料電池スタック間の追加的
な接続を省略することが可能になり、このことは、高い
燃料電池電流に要求される線断面を考慮すると、著しい
重量、コスト、空間及び設計上の利点を意味するもので
ある。ダイオードのエンドプレートへの直接的な電気的
接触は、接触及び絶縁問題を引き起こし得る電気的接触
点の必要性を排除するものである。
【０００９】同時に、冷却器は通常燃料電池スタック内
にすでに存在しているものであるので、ダイオードの充
分な冷却を確実にすることは容易である。したがって、
存在している冷却器を、ほんの少し拡張すればよいだけ
である。または、ダイオードは、すでに存在している冷
却器の部位に配置することもできる。このように、ダイ
オードのための独立の冷却器を省略することが可能であ
り、このことは同様に、重量、コスト、空間及び設計上
の重要な利点を構成するものである。
にすでに存在しているものであるので、ダイオードの充
分な冷却を確実にすることは容易である。したがって、
存在している冷却器を、ほんの少し拡張すればよいだけ
である。または、ダイオードは、すでに存在している冷
却器の部位に配置することもできる。このように、ダイ
オードのための独立の冷却器を省略することが可能であ
り、このことは同様に、重量、コスト、空間及び設計上
の重要な利点を構成するものである。
【００１０】ダイオードは、例えば、ディスク状である
ことができ、取り付け部材によってエンドプレートに取
り外し可能なように接続されることが好ましい。このこ
とは、ダイオードの設置及び必要な場合には交換を簡単
にするものである。取り付け部材は、さらに、負荷回路
に取り外し可能なように接続されることができる。この
ように、取り付け部材は、同時にダイオードの一方の極
をエンドプレートと密接に接触させるために使用される
ことができ、また同時に、ダイオードの他方の極への負
荷回路の接触を簡単なものにすることができる。
ことができ、取り付け部材によってエンドプレートに取
り外し可能なように接続されることが好ましい。このこ
とは、ダイオードの設置及び必要な場合には交換を簡単
にするものである。取り付け部材は、さらに、負荷回路
に取り外し可能なように接続されることができる。この
ように、取り付け部材は、同時にダイオードの一方の極
をエンドプレートと密接に接触させるために使用される
ことができ、また同時に、ダイオードの他方の極への負
荷回路の接触を簡単なものにすることができる。
【００１１】ダイオードとエンドプレートの間に、熱的
及び／又は電気的伝導性の中間層を配置することによ
り、熱的及び／又は電気的伝導性が改善される。
及び／又は電気的伝導性の中間層を配置することによ
り、熱的及び／又は電気的伝導性が改善される。
【００１２】エンドプレート内にダイオードの半導体モ
ジュールを直接集積することは、低抵抗接合を考慮する
と、電力損がより低いという利点を有する。さらに、こ
のようにして、ダイオードのエンドプレートへのより良
好な熱的結合をも生じさせることができる。その結果、
熱的抵抗が減少されて、冷却温度が高くなるか、または
ダイオードのバリア接合温度が高くなる。さらに、集積
の間中、必要な漏れ通路が、放射方向に形成される。こ
れは、エンドプレート上へ設置する場合と比較して、容
量及び設計の観点から見てさらに利点をもたらすもので
あり、この場合には、漏れ通路は軸方向に形成されなけ
ればならないからである。最後に、ダイオードに対して
別個のハウジングを省略することができるが、それは、
コストの節約に加えて、生産上の経費を減じる。
ジュールを直接集積することは、低抵抗接合を考慮する
と、電力損がより低いという利点を有する。さらに、こ
のようにして、ダイオードのエンドプレートへのより良
好な熱的結合をも生じさせることができる。その結果、
熱的抵抗が減少されて、冷却温度が高くなるか、または
ダイオードのバリア接合温度が高くなる。さらに、集積
の間中、必要な漏れ通路が、放射方向に形成される。こ
れは、エンドプレート上へ設置する場合と比較して、容
量及び設計の観点から見てさらに利点をもたらすもので
あり、この場合には、漏れ通路は軸方向に形成されなけ
ればならないからである。最後に、ダイオードに対して
別個のハウジングを省略することができるが、それは、
コストの節約に加えて、生産上の経費を減じる。
【００１３】燃料電池スタックが冷却ダクトをすでに有
する場合には、ダイオードの部位に追加的なダクトを設
ける必要があるだけである。通常、冷却器のための送給
及び排出ラインは、エンドプレートの一方または両方を
介して同様に形成される。この場合、ダイオードがこの
タイプの送給または排出ラインの部位に配置されるとき
は、追加的冷却ダクトを設ける必要がなくなる。さらな
る利点は、その他の請求項及び説明から明らかとなるで
あろう。
する場合には、ダイオードの部位に追加的なダクトを設
ける必要があるだけである。通常、冷却器のための送給
及び排出ラインは、エンドプレートの一方または両方を
介して同様に形成される。この場合、ダイオードがこの
タイプの送給または排出ラインの部位に配置されるとき
は、追加的冷却ダクトを設ける必要がなくなる。さらな
る利点は、その他の請求項及び説明から明らかとなるで
あろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明について添付の図面
を参照しながらより詳しく説明する。図１は、燃料電池
装置の簡易化した回路図である。図２は、第一好適具体
例を示す概略図である。図３は、燃料電池装置の第二好
適具体例を示す概略図である。
を参照しながらより詳しく説明する。図１は、燃料電池
装置の簡易化した回路図である。図２は、第一好適具体
例を示す概略図である。図３は、燃料電池装置の第二好
適具体例を示す概略図である。
【００１５】全体が１で示される燃料電池装置は、模式
的に示された燃料電池スタック２と電気負荷３を含むも
のである。この負荷は、例えば、電気駆動モータ４の電
力コンバータ３であることができる。燃料電池スタック
２及び電気負荷３は、負荷回路５を介して互いに接続さ
れている。さらに、接続装置、例えばコネクター、バッ
テリー回路ブレーカー等をこの負荷回路５内に存在させ
ることもできる。また、ダイオード６が、負荷回路５内
で燃料電池スタック２と電気負荷３の間に設けられてい
る。これは直列的な接続であるため、部品の順序は任意
である。
的に示された燃料電池スタック２と電気負荷３を含むも
のである。この負荷は、例えば、電気駆動モータ４の電
力コンバータ３であることができる。燃料電池スタック
２及び電気負荷３は、負荷回路５を介して互いに接続さ
れている。さらに、接続装置、例えばコネクター、バッ
テリー回路ブレーカー等をこの負荷回路５内に存在させ
ることもできる。また、ダイオード６が、負荷回路５内
で燃料電池スタック２と電気負荷３の間に設けられてい
る。これは直列的な接続であるため、部品の順序は任意
である。
【００１６】好ましくはＰＥＭ燃料電池として知られて
いる燃料電池スタック２が、アノード側で水素リッチガ
ス、好ましくは水素または改質器からの生成ガス、及び
カソード側で酸素含有ガス、好ましくは周囲空気に接触
し、負荷回路が電気消費体によって閉路されている場合
には、電流は、燃料電池スタック２のカソードから、ダ
イオード６のアノードを介して、ダイオード６を経て、
ダイオード６のカソードから電気消費体３へ実用上の流
れ方向において流れ、それから燃料電池スタック２のア
ノードに再び戻る。
いる燃料電池スタック２が、アノード側で水素リッチガ
ス、好ましくは水素または改質器からの生成ガス、及び
カソード側で酸素含有ガス、好ましくは周囲空気に接触
し、負荷回路が電気消費体によって閉路されている場合
には、電流は、燃料電池スタック２のカソードから、ダ
イオード６のアノードを介して、ダイオード６を経て、
ダイオード６のカソードから電気消費体３へ実用上の流
れ方向において流れ、それから燃料電池スタック２のア
ノードに再び戻る。
【００１７】ダイオード６は、電流を燃料電池スタック
２から電気負荷３へ流し、同時に、電気負荷３から燃料
電池スタック２への逆流を防止できるのであれば、負荷
回路５のいずれの所望の位置に配置されていてもよい。
これは、このタイプの燃料電池スタック２の実用上の方
向とは逆の方向、すなわち、燃料電池スタック２のアノ
ードからカソードへの方向への電流は、永久的な損傷を
もたらすからである。これを防止するために、ダイオー
ド６は通常負荷回路５内に配置されており、各々の場合
において１つの電気伝導的接続が、ダイオード６のアノ
ードと燃料電池スタック２のカソードの間、及びダイオ
ード６のカソードと燃料電池スタック２のアノードとの
間に存在する。
２から電気負荷３へ流し、同時に、電気負荷３から燃料
電池スタック２への逆流を防止できるのであれば、負荷
回路５のいずれの所望の位置に配置されていてもよい。
これは、このタイプの燃料電池スタック２の実用上の方
向とは逆の方向、すなわち、燃料電池スタック２のアノ
ードからカソードへの方向への電流は、永久的な損傷を
もたらすからである。これを防止するために、ダイオー
ド６は通常負荷回路５内に配置されており、各々の場合
において１つの電気伝導的接続が、ダイオード６のアノ
ードと燃料電池スタック２のカソードの間、及びダイオ
ード６のカソードと燃料電池スタック２のアノードとの
間に存在する。
【００１８】電気消費体は、異なる作動条件の下で電気
の供給源または流出先のいずれとしても作動することが
できる。例えば、負荷回路５内に配置されたバッテリー
は、電圧条件に応じて、負荷回路５からエネルギーを得
てバッテリーを充電するか、またはバッテリーから負荷
回路５内へエネルギーを放出することができる。その他
の例は、電気駆動モータ４の電力コンバータ３（図１に
示す）である。制動モードにおいて、すなわち、車両が
電気駆動モータ４によって減速されているとき、電力コ
ンバータ３はそれ自体発電機となり負荷回路５へ電流を
送ることができる。
の供給源または流出先のいずれとしても作動することが
できる。例えば、負荷回路５内に配置されたバッテリー
は、電圧条件に応じて、負荷回路５からエネルギーを得
てバッテリーを充電するか、またはバッテリーから負荷
回路５内へエネルギーを放出することができる。その他
の例は、電気駆動モータ４の電力コンバータ３（図１に
示す）である。制動モードにおいて、すなわち、車両が
電気駆動モータ４によって減速されているとき、電力コ
ンバータ３はそれ自体発電機となり負荷回路５へ電流を
送ることができる。
【００１９】実際問題として、燃料電池装置１における
ダイオード６の使用は２つの問題を有している：第一
に、伝導的接続が、ダイオード６と燃料電池スタック２
の間に生じなければならない。それは、通常、ケーブル
または母線によって達成されるが、それらの断面は高い
燃料電池電流のために設計されなければならない。例え
ば、ケーブルラグまたはプラグの形状の接続部材もま
た、これらの要件を満たすものでなければならない。
ダイオード６の使用は２つの問題を有している：第一
に、伝導的接続が、ダイオード６と燃料電池スタック２
の間に生じなければならない。それは、通常、ケーブル
または母線によって達成されるが、それらの断面は高い
燃料電池電流のために設計されなければならない。例え
ば、ケーブルラグまたはプラグの形状の接続部材もま
た、これらの要件を満たすものでなければならない。
【００２０】第二に、ダイオード６は、適切に冷却され
なければならない。これは、適当な冷却剤、例えば水／
不凍液混合物または空気によってさえも実施することが
できる。特に、水を冷却剤として使用するときには、冷
却剤がダイオード６のアノード側とカソード側との伝導
的接続を生じさせないことを確実にする必要がある。こ
れは、それによってダイオード６の作用が不活性化する
からである。空気冷却されるダイオード６の場合、それ
に対応する大型のエアヒートシンク及び連結したファン
が提供されなければならない。さらに、汚染粒子が吸い
込まれないことを確実にしなければならず、それは、同
様に、存在し得る結露の水分とともに、設計された漏れ
通路における絶縁の問題を引き起こすからである。
なければならない。これは、適当な冷却剤、例えば水／
不凍液混合物または空気によってさえも実施することが
できる。特に、水を冷却剤として使用するときには、冷
却剤がダイオード６のアノード側とカソード側との伝導
的接続を生じさせないことを確実にする必要がある。こ
れは、それによってダイオード６の作用が不活性化する
からである。空気冷却されるダイオード６の場合、それ
に対応する大型のエアヒートシンク及び連結したファン
が提供されなければならない。さらに、汚染粒子が吸い
込まれないことを確実にしなければならず、それは、同
様に、存在し得る結露の水分とともに、設計された漏れ
通路における絶縁の問題を引き起こすからである。
【００２１】本発明によれば、これらの問題は、ダイオ
ード６が燃料電池スタック２のエンドプレート７の一方
の上またはその中に配置されていること、及びダイオー
ド６と熱的に接触する冷却器８がダイオード６の領域に
おいてそのエンドプレート７内に設けられることによっ
て解決される。図２は、第一好適具体例を示している
が、この図面は燃料電池スタック２の一方のエンドプレ
ート７の一部を示すものである。燃料電池スタック２の
正確な設計及びこのタイプの燃料電池スタック２を２つ
のエンドプレート７により規定する方法は、従来技術に
よって既知であるため、ここではこれ以上の詳細を示さ
ない。
ード６が燃料電池スタック２のエンドプレート７の一方
の上またはその中に配置されていること、及びダイオー
ド６と熱的に接触する冷却器８がダイオード６の領域に
おいてそのエンドプレート７内に設けられることによっ
て解決される。図２は、第一好適具体例を示している
が、この図面は燃料電池スタック２の一方のエンドプレ
ート７の一部を示すものである。燃料電池スタック２の
正確な設計及びこのタイプの燃料電池スタック２を２つ
のエンドプレート７により規定する方法は、従来技術に
よって既知であるため、ここではこれ以上の詳細を示さ
ない。
【００２２】以下冷却ダクトとして簡単に言及する冷却
器８は、ダイオード６の領域内のエンドプレート７内に
設けられる。冷却剤は、エンドプレート７から熱的エネ
ルギーを吸収するように作用するこの冷却ダクト８を介
して流れる。冷却器８は、それがダイオード６から電力
損を吸収することができるように設計されなければなら
ない。２本の冷却ダクト８が示されているが、冷却ダク
ト８は、例えば、ダイオード６に連結しているエンドプ
レート７の領域を経るループの形状で延長しているた
め、それは送給及び排出ラインを形成している。燃料電
池スタック２の冷却ダクト８のための送給及び排出ライ
ンは、通常エンドプレート７の一方または両方を垂直に
通過しているため、ダイオード６をこのタイプの送給ま
たは排出ラインの領域内に配置することも可能であり、
そのため、追加の冷却ダクト８を設ける必要がない。も
ちろんこの応用のために適したその他の既知の冷却器を
用いることも可能である。
器８は、ダイオード６の領域内のエンドプレート７内に
設けられる。冷却剤は、エンドプレート７から熱的エネ
ルギーを吸収するように作用するこの冷却ダクト８を介
して流れる。冷却器８は、それがダイオード６から電力
損を吸収することができるように設計されなければなら
ない。２本の冷却ダクト８が示されているが、冷却ダク
ト８は、例えば、ダイオード６に連結しているエンドプ
レート７の領域を経るループの形状で延長しているた
め、それは送給及び排出ラインを形成している。燃料電
池スタック２の冷却ダクト８のための送給及び排出ライ
ンは、通常エンドプレート７の一方または両方を垂直に
通過しているため、ダイオード６をこのタイプの送給ま
たは排出ラインの領域内に配置することも可能であり、
そのため、追加の冷却ダクト８を設ける必要がない。も
ちろんこの応用のために適したその他の既知の冷却器を
用いることも可能である。
【００２３】原則として、通常エンドプレート７の一方
はアノードとして、逆のエンドプレート７は燃料電池ス
タック２のカソードとして設計されているので、ダイオ
ード６がその上に配置される２つのエンドプレート７の
いずれも差異がない。従って、ダイオード６の正確な極
を確認する必要はほとんどない。
はアノードとして、逆のエンドプレート７は燃料電池ス
タック２のカソードとして設計されているので、ダイオ
ード６がその上に配置される２つのエンドプレート７の
いずれも差異がない。従って、ダイオード６の正確な極
を確認する必要はほとんどない。
【００２４】例えば、ダイオード６は、ディスクまたは
パックの形状とすることができ、以下ホルダーと称する
取り付け部材９によってエンドプレート７に接続され
る。この取り付け部材は、好ましくは、ネジ１０を用い
て取り外し可能なように作られている。ダイオード６の
設計については、以下図３を参照しながら詳しく説明す
る。ホルダー９は、ダイオード６の一方の極をエンドプ
レート７上に押しつけるため、ダイオード６と燃料電池
スタック２の間の電気伝導的接続が確実なものとなる。
圧力を増加させ、それにより接合抵抗を減少させるため
に、詳細を示していないが例えばディスクばねの形状の
可撓性部材をホルダー９内に設けることもできる。した
がって、ダイオード６と燃料電池スタック２の間のケー
ブルまたは母線のような追加的な電気的接続部材は省略
することができる。さらに、熱的及び／又は電気的伝導
性を改良するために、良好な熱的及び／又は電気的伝導
性を有する中間層、例えば、銅または銀製中間層を、ダ
イオード６とエンドプレート７の間に設けることもでき
る。
パックの形状とすることができ、以下ホルダーと称する
取り付け部材９によってエンドプレート７に接続され
る。この取り付け部材は、好ましくは、ネジ１０を用い
て取り外し可能なように作られている。ダイオード６の
設計については、以下図３を参照しながら詳しく説明す
る。ホルダー９は、ダイオード６の一方の極をエンドプ
レート７上に押しつけるため、ダイオード６と燃料電池
スタック２の間の電気伝導的接続が確実なものとなる。
圧力を増加させ、それにより接合抵抗を減少させるため
に、詳細を示していないが例えばディスクばねの形状の
可撓性部材をホルダー９内に設けることもできる。した
がって、ダイオード６と燃料電池スタック２の間のケー
ブルまたは母線のような追加的な電気的接続部材は省略
することができる。さらに、熱的及び／又は電気的伝導
性を改良するために、良好な熱的及び／又は電気的伝導
性を有する中間層、例えば、銅または銀製中間層を、ダ
イオード６とエンドプレート７の間に設けることもでき
る。
【００２５】例えば、ネジ接続部材１１またはケーブル
の接続のためのプラグの形状を有する負荷回路５への電
導性接続部材を、エンドプレート７から離隔したダイオ
ード６の極上に配置するとができる。ダイオード６の短
絡を防止するために、ホールダー９は絶縁物質により製
造してもよい。あるいは、（図示していない）絶縁層を
接続部材１１とホルダー９の間に設けてもよい。
の接続のためのプラグの形状を有する負荷回路５への電
導性接続部材を、エンドプレート７から離隔したダイオ
ード６の極上に配置するとができる。ダイオード６の短
絡を防止するために、ホールダー９は絶縁物質により製
造してもよい。あるいは、（図示していない）絶縁層を
接続部材１１とホルダー９の間に設けてもよい。
【００２６】ダイオード６の本発明による配置は、ダイ
オード６と燃料電池スタック２の間に電気的接続部材を
設ける必要がないという利点を有しているが、これは、
燃料電池電流に必要な導体断面を考慮すると、著しい重
量、容量及び設計上の利点を示すものである。さらに、
ダイオード６のエンドプレート７への直接的な電気的接
続は、接触と絶縁問題を引き起こし得る電気的接触点の
必要性を除去する。
オード６と燃料電池スタック２の間に電気的接続部材を
設ける必要がないという利点を有しているが、これは、
燃料電池電流に必要な導体断面を考慮すると、著しい重
量、容量及び設計上の利点を示すものである。さらに、
ダイオード６のエンドプレート７への直接的な電気的接
続は、接触と絶縁問題を引き起こし得る電気的接触点の
必要性を除去する。
【００２７】ダイオードの別個の冷却が不要になるとい
う事実は、重量、容量及び設計の観点から見て著しい利
点をもたらす。空気冷却の場合に必要とされるダイオー
ド６の２つの側の冷却、またはダイオード６と冷却剤の
間の高温度差は、エンドプレート７によって単一側の冷
却に減じることができるが、これは、液体燃料電池冷却
剤は空気冷却器よりも多くの熱を放散させることがで
き、エンドプレート７を介しての熱交換機への抵抗が空
気冷却用放熱器を用いるよりも著しく低いからである。
う事実は、重量、容量及び設計の観点から見て著しい利
点をもたらす。空気冷却の場合に必要とされるダイオー
ド６の２つの側の冷却、またはダイオード６と冷却剤の
間の高温度差は、エンドプレート７によって単一側の冷
却に減じることができるが、これは、液体燃料電池冷却
剤は空気冷却器よりも多くの熱を放散させることがで
き、エンドプレート７を介しての熱交換機への抵抗が空
気冷却用放熱器を用いるよりも著しく低いからである。
【００２８】図３は、その他の好適具体例を特に断面で
示すものであり、図２で示したものと同じ部材は同じ参
照番号で示している。図２とは異なり、ダイオード６
は、商業的に入手可能なディスクまたはパックとしては
示されておらず、ペレットとして知られているダイオー
ドの半導体チップがエンドプレート７内の凹部内に直接
集積されている。したがって、ダイオード６のための追
加のハウジングを省略することができ、そのことが生産
中の製造経費を減少させる。全体が６で示されるダイオ
ードは、２つの対向する極１２、１３を有しており、ダ
イオード６の事実上のバリア層１５が、極１２、１３の
間に配置されている。２つの極１２、１３及びバリア層
１５は、回路絶縁リング１６により共に保持されてお
り、それが極１２と１３の間及び極１２及びエンドプレ
ート７の間の電気的絶縁を確実なものとする。
示すものであり、図２で示したものと同じ部材は同じ参
照番号で示している。図２とは異なり、ダイオード６
は、商業的に入手可能なディスクまたはパックとしては
示されておらず、ペレットとして知られているダイオー
ドの半導体チップがエンドプレート７内の凹部内に直接
集積されている。したがって、ダイオード６のための追
加のハウジングを省略することができ、そのことが生産
中の製造経費を減少させる。全体が６で示されるダイオ
ードは、２つの対向する極１２、１３を有しており、ダ
イオード６の事実上のバリア層１５が、極１２、１３の
間に配置されている。２つの極１２、１３及びバリア層
１５は、回路絶縁リング１６により共に保持されてお
り、それが極１２と１３の間及び極１２及びエンドプレ
ート７の間の電気的絶縁を確実なものとする。
【００２９】ダイオード６は、絶縁物質により作られネ
ジ１０によりエンドプレート７に取り外し可能なように
取り付けられているホルダー９によって、凹部１４内に
支持されている。同時に、ダイオード６の極１３は、エ
ンドプレート７に密接に接触されている。ダイオード６
を負荷回路５に取り外し可能なように接続するためのネ
ジ接続部材１１は、エンドプレート７から離隔したダイ
オード６の極１３上に設けられている。もう一度繰り返
すと、冷却ダクト８は、ダイオード６の領域内でエンド
プレート７内に設けられており、それによりダイオード
６からの電力損を吸収する。
ジ１０によりエンドプレート７に取り外し可能なように
取り付けられているホルダー９によって、凹部１４内に
支持されている。同時に、ダイオード６の極１３は、エ
ンドプレート７に密接に接触されている。ダイオード６
を負荷回路５に取り外し可能なように接続するためのネ
ジ接続部材１１は、エンドプレート７から離隔したダイ
オード６の極１３上に設けられている。もう一度繰り返
すと、冷却ダクト８は、ダイオード６の領域内でエンド
プレート７内に設けられており、それによりダイオード
６からの電力損を吸収する。
【００３０】ホルダー９の使用に代わるものとして、ダ
イオードをその他の方法で凹部１４内に支持させること
もできる。例えば、ダイオード６は、凹部１４内に接着
されることができ、またはラッチ接続部材によって支持
されることも可能である。
イオードをその他の方法で凹部１４内に支持させること
もできる。例えば、ダイオード６は、凹部１４内に接着
されることができ、またはラッチ接続部材によって支持
されることも可能である。
【００３１】第二好適具体例において示された配置は、
ダイオード６と燃料電池スタック２の間の電気的接続の
抵抗がより低いものとなり、そのために電力損が減少す
るという追加的な利点を有する。ダイオードペレットの
冷却媒体へのより直接的な熱的結合は、熱的抵抗を減少
させ、それがダイオード６内のより高い冷却温度または
より高いバリア接合温度を可能にする。さらに、改良さ
れたダイオード６の電気及び熱的結合は、バリア層領域
を減少させ、バリア層領域が一定に保たれる場合には、
電気的損失を減少させる。
ダイオード６と燃料電池スタック２の間の電気的接続の
抵抗がより低いものとなり、そのために電力損が減少す
るという追加的な利点を有する。ダイオードペレットの
冷却媒体へのより直接的な熱的結合は、熱的抵抗を減少
させ、それがダイオード６内のより高い冷却温度または
より高いバリア接合温度を可能にする。さらに、改良さ
れたダイオード６の電気及び熱的結合は、バリア層領域
を減少させ、バリア層領域が一定に保たれる場合には、
電気的損失を減少させる。
【００３２】ダイオード６がエンドプレート７内に直接
的に集積される場合には、必要とされる電気漏れ通路
は、ダイオードの中心位置に関して放射方向に通るよう
に設計されることができるので、エンドプレート７上に
設置される場合における軸方向に通る漏れ通路に比べ
て、容量及び設計上の観点からさらなる利点が得られ
る。
的に集積される場合には、必要とされる電気漏れ通路
は、ダイオードの中心位置に関して放射方向に通るよう
に設計されることができるので、エンドプレート７上に
設置される場合における軸方向に通る漏れ通路に比べ
て、容量及び設計上の観点からさらなる利点が得られ
る。
【図１】燃料電池装置の簡易化した回路図である。
【図２】燃料電池装置の第一好適具体例を示す概略図で
ある。
ある。
【図３】燃料電池装置の第二好適具体例を示す概略図で
ある。
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500074800 Ｎｅｕｅ ｓｔｒａｓｓｅ 95 Ｋｉｒｃ ｈｈｅｉｍ／Ｔｅｃｋ−Ｎａｂｅｒｎ Ｄ ｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ (72)発明者 ヨゼフ ゾンターク ドイツ国 73230 キルヒハイム ヴァイ レレッカー 27 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 CC06
Claims (6)
- 【請求項１】 ２つのエンドプレート（７）の間に配置
されている複数の燃料電池、負荷回路（５）を介して燃
料電池スタック（２）に接続されている電気負荷
（３）、及び負荷回路（５）内で燃料電池スタック
（２）と電気負荷（３）との間に配置されているダイオ
ード（６）を含む、燃料電池スタック（２）を有する燃
料電池装置（１）であって、ダイオード（６）が、エン
ドプレート（７）の一方の上またはその中に配置されて
おり、ダイオード（６）と熱的に接触する冷却器（８）
が、エンドプレート（７）内でダイオード（６）の部位
に設けられていることを特徴とする燃料電池装置。 - 【請求項２】 大領域設計で熱的及び／又は電気的に伝
導性である中間層が、ダイオード（６）とエンドプレー
ト（７）の間に配置されていることを特徴とする請求項
１記載の燃料電池装置。 - 【請求項３】 部材（９）が、ダイオード（６）をエン
ドプレート（７）へ取り付けのために設けられており、
その取り付け部材（９）がエンドプレート（７）に取り
外し可能に接続されていることを特徴とする請求項１記
載の燃料電池装置。 - 【請求項４】 負荷回路（５）への取り外し可能な接続
部材（１１）が、エンドプレート（７）から離隔したダ
イオード（６）の極（１２）上に配置されていることを
特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。 - 【請求項５】 ダイオード（６）の半導体モジュール
が、エンドプレート（７）内に直接集積されていること
を特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。 - 【請求項６】 燃料電池スタック（２）が複数の冷却ダ
クト（８）を有しており、少なくとも１つの冷却ダクト
（８）がダイオード（６）の部位に配置されていること
を特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10021907.1 | 2000-05-05 | ||
| DE10021907A DE10021907B4 (de) | 2000-05-05 | 2000-05-05 | Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel mit integrierter Verpolschutzdiode |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001357866A true JP2001357866A (ja) | 2001-12-26 |
| JP3565434B2 JP3565434B2 (ja) | 2004-09-15 |
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ID=7640893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001135639A Expired - Fee Related JP3565434B2 (ja) | 2000-05-05 | 2001-05-02 | 集積された極性反転保護ダイオードを含む燃料電池スタックを有する燃料電池装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6555260B2 (ja) |
| JP (1) | JP3565434B2 (ja) |
| DE (1) | DE10021907B4 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018502423A (ja) * | 2014-12-02 | 2018-01-25 | ローベルト ボッシュ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 本質安全的なブリードダウン回路、および燃料電池システムのための制御ストラテジー |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE402484T1 (de) * | 2002-01-29 | 2008-08-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Halbleitervorrichtung mit brennstoffzelle und verfahren zu ihrer herstellung |
| JP4104447B2 (ja) * | 2002-12-16 | 2008-06-18 | 新光電気工業株式会社 | 燃料電池 |
| US6838199B2 (en) * | 2002-12-26 | 2005-01-04 | Utc Fuel Cells, Llc | Start up system and method for a fuel cell power plant using a cathode electrode fuel purge |
| US7235315B2 (en) * | 2003-12-16 | 2007-06-26 | Ballard Power Systems Inc. | Electrochemical fuel cell stack having a plurality of integrated voltage reversal protection diodes |
| FR2865069A1 (fr) * | 2004-12-23 | 2005-07-15 | Daimler Chrysler Ag | Systeme de pile a combustible muni d'un empilement de cellules a combustible et d'au moins un dispositif d'accumulation d'energie electrique |
| DE102007009749A1 (de) | 2007-02-28 | 2008-09-18 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit einer Isolationsstruktur, einem Stromleiter und einer Fluid-Leitung |
| DE102007014120A1 (de) * | 2007-03-23 | 2008-09-25 | Ferm Bv | Stromversorgungspack |
| TWI611951B (zh) * | 2013-10-23 | 2018-01-21 | Cai wen tian | 具有備用電源之電動車控制裝置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2782854B2 (ja) * | 1989-10-27 | 1998-08-06 | 富士電機株式会社 | 燃料電池の保護装置 |
| US5229222A (en) * | 1990-11-14 | 1993-07-20 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Fuel cell system |
| FR2709873B1 (fr) * | 1993-09-06 | 1995-10-20 | Imra Europe Sa | Générateur de tension à pile à combustible. |
| US6194095B1 (en) * | 1998-12-15 | 2001-02-27 | Robert G. Hockaday | Non-bipolar fuel cell stack configuration |
| JP3108686B2 (ja) * | 1999-03-10 | 2000-11-13 | 株式会社関西新技術研究所 | 発電システム |
-
2000
- 2000-05-05 DE DE10021907A patent/DE10021907B4/de not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-05-02 JP JP2001135639A patent/JP3565434B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2001-05-07 US US09/849,449 patent/US6555260B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018502423A (ja) * | 2014-12-02 | 2018-01-25 | ローベルト ボッシュ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 本質安全的なブリードダウン回路、および燃料電池システムのための制御ストラテジー |
| US10991962B2 (en) | 2014-12-02 | 2021-04-27 | Robert Bosch Gmbh | Intrinsically safe bleed-down circuit and control strategy for fuel cell systems |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| DE10021907A1 (de) | 2001-11-15 |
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| US6555260B2 (en) | 2003-04-29 |
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