JP2002246048A - Fuel cell system - Google Patents
Fuel cell systemInfo
- Publication number
- JP2002246048A JP2002246048A JP2001035933A JP2001035933A JP2002246048A JP 2002246048 A JP2002246048 A JP 2002246048A JP 2001035933 A JP2001035933 A JP 2001035933A JP 2001035933 A JP2001035933 A JP 2001035933A JP 2002246048 A JP2002246048 A JP 2002246048A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cell
- fuel cell
- voltage
- cell voltage
- humidity
- 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
-
- 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
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、水素と酸素との化
学反応により電気エネルギーを発生させる燃料電池から
なる燃料電池システムに関するもので、車両、船舶及び
ポータブル発電器等の移動体に適用して有効である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system comprising a fuel cell which generates electric energy by a chemical reaction between hydrogen and oxygen, and is applied to a moving body such as a vehicle, a ship and a portable generator. It is valid.
【０００２】[0002]
【従来の技術】例えば電気自動車に搭載される燃料電池
システムでは、燃料電池が車両走行に必要な電力を発電
するための水素量および酸素量（空気量）を導出し、こ
れらのガスを燃料電池に供給している。燃料電池は複数
の単セルが積層して構成されており、水素等の燃料ガス
は各セルに並列的に供給されるように構成されている。2. Description of the Related Art For example, in a fuel cell system mounted on an electric vehicle, a fuel cell derives an amount of hydrogen and an amount of oxygen (air amount) for generating electric power necessary for running the vehicle, and these gases are used as fuel cells. To supply. A fuel cell is configured by stacking a plurality of single cells, and a fuel gas such as hydrogen is configured to be supplied to each cell in parallel.
【０００３】発電時における燃料電池の内部抵抗は、燃
料電池内部の電解質膜の湿潤度に影響することが知られ
ており、充分な湿潤が得られず電解質膜が乾燥した場合
には、内部抵抗が大きくなり燃料電池内における電力損
失が増大する。このため、効率のよい電力供給を行うた
めには、水素および空気を加湿した状態で供給し、燃料
電池内部の湿潤を保つ必要がある。[0003] It is known that the internal resistance of a fuel cell during power generation affects the degree of wetness of the electrolyte membrane inside the fuel cell. If sufficient wetness is not obtained and the electrolyte membrane is dried, the internal resistance is reduced. And the power loss in the fuel cell increases. For this reason, in order to efficiently supply electric power, it is necessary to supply hydrogen and air in a humidified state and to keep the inside of the fuel cell wet.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところが、現状では燃
料電池に供給される水素および空気に対する加湿量の制
御は行われていない。このため、燃料電池内部の水分が
不足あるいは過剰となる場合がある。However, at present, there is no control of the humidification amount of hydrogen and air supplied to the fuel cell. For this reason, the moisture inside the fuel cell may be insufficient or excessive.
【０００５】水分が過剰である場合には、燃料電池内部
のガス供給口近傍のセルでは、加湿された水分が凝縮し
て電極を覆うことで電極の有効面積が減少し、出力電圧
の低下を招く。また、水分が不足した場合には、燃料電
池内部のガス供給口から遠方のセルでは、上記のように
内部抵抗の増大により出力電圧が低下する。When the moisture is excessive, in the cell near the gas supply port inside the fuel cell, the humidified moisture condenses and covers the electrode, thereby reducing the effective area of the electrode and reducing the output voltage. Invite. Further, when the water content is insufficient, the output voltage of the cell far from the gas supply port inside the fuel cell decreases due to the increase of the internal resistance as described above.
【０００６】すなわち、燃料電池内部において、ガス供
給口の近辺および遠方のセルでは電圧が低下し、中央部
付近のセルでは電圧が高くなり、セルの位置によって電
圧にばらつきが発生してしまうこととなる。このように
各セル間で出力電圧にばらつきがある場合には、低電圧
のセルを基準にして要求電力を満たすように水素を供給
するため、高電圧のセルでは要求以上の電力が発生して
しまい、余分に供給される水素が無駄となって発電効率
が悪化する。That is, inside the fuel cell, the voltage decreases in the cells near and far from the gas supply port, and the voltage increases in the cells near the center, and the voltage varies depending on the position of the cell. Become. When the output voltage varies among the cells as described above, hydrogen is supplied so as to satisfy the required power based on the low-voltage cell. As a result, excess hydrogen is wasted and the power generation efficiency deteriorates.
【０００７】本発明は、上記問題点に鑑み、燃料電池内
部の水分状態を最適に保つことにより燃料電池を構成す
る各セル間の出力電圧のばらつきを抑え、高効率な発電
を可能とする燃料電池システムを提供することを目的と
する。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention suppresses the variation in output voltage between cells constituting a fuel cell by keeping the water condition inside the fuel cell at an optimum level, thereby enabling highly efficient power generation. It is intended to provide a battery system.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、積層された複数のセル
（１０ａ〜１０ｅ）を有するとともに、セルにて水素と
酸素とを電気化学反応させて電力を得る燃料電池（１
０）を備える燃料電池システムであって、複数のセル
（１０ａ〜１０ｅ）のうち、少なくとも２以上のセルそ
れぞれのセル電圧を検出するセル電圧検出手段（１１）
と、燃料電池（１０）内の湿度を制御する湿度制御手段
（２２、３２）とを備え、電圧検出手段（１１）により
検出したセル電圧に基づいて、湿度制御手段（２２、３
２）による燃料電池（１０）内の湿度制御を行うことを
特徴としている。In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there are provided a plurality of stacked cells (10a to 10e), and hydrogen and oxygen are electrochemically separated in the cells. Fuel cell (1
A cell voltage detecting means (11) for detecting a cell voltage of at least two or more cells among a plurality of cells (10a to 10e).
And humidity control means (22, 32) for controlling the humidity in the fuel cell (10), and the humidity control means (22, 3) based on the cell voltage detected by the voltage detection means (11).
It is characterized in that the humidity in the fuel cell (10) is controlled according to 2).
【０００９】このようにセル電圧に基づいて燃料電池内
の湿度を制御することで、燃料電池内部の水分状態を最
適に保つことができ、各セル間の出力電圧のばらつきを
抑えて高効率な発電を行うことができる。By controlling the humidity in the fuel cell based on the cell voltage as described above, the moisture state in the fuel cell can be kept optimal, and the variation in output voltage between the cells can be suppressed to achieve high efficiency. Power generation can be performed.
【００１０】また、請求項２に記載の発明では、燃料電
池（１０）は、水素および酸素とが供給されるガス供給
口（１０ｆ）を有し、電圧検出手段（２２、３２）は、
燃料電池（１０）を構成する複数のセル（１０ａ〜１０
ｅ）のうち、少なくともガス供給口（１０ｆ）近傍のセ
ル（１０ａ）の近傍セル電圧（Ｖｎ）とガス供給口（１
０ｆ）から最も離れた側のセル（１０ｅ）の遠方セル電
圧（Ｖｆ）とを検出するものであり、近傍セル電圧（Ｖ
ｎ）より遠方セル電圧（Ｖｆ）の方が高い場合には、湿
度制御手段（２２、３２）により燃料電池（１０）内の
湿度を低くし、遠方セル電圧（Ｖｆ）より近傍セル電圧
（Ｖｎ）の方が高い場合には、湿度制御手段（２２、３
２）により燃料電池（１０）内の湿度を高くすることを
特徴としている。[0010] In the invention according to claim 2, the fuel cell (10) has a gas supply port (10f) to which hydrogen and oxygen are supplied, and the voltage detection means (22, 32) includes:
A plurality of cells (10a to 10a) constituting the fuel cell (10)
e), at least the cell voltage (Vn) near the cell (10a) near the gas supply port (10f) and the gas supply port (1).
0f) and the far cell voltage (Vf) of the cell (10e) farthest from the nearest cell voltage (Vf).
If the far cell voltage (Vf) is higher than n), the humidity in the fuel cell (10) is lowered by the humidity control means (22, 32), and the near cell voltage (Vn) is higher than the far cell voltage (Vf). ) Is higher, the humidity control means (22, 3
It is characterized in that the humidity in the fuel cell (10) is increased by 2).
【００１１】ガス供給口の近傍のセル電圧が高い場合に
は、ガス供給口から離れた側のセルが水分不足であり、
内部抵抗が増加して電圧低下している状態であると判断
できる。従って、この場合には、燃料電池内部の湿度を
高くすることで、ガス供給口から離れた側のセルにおけ
る水分量を増加させることができ、遠方セル電圧を高く
することができる。逆に、ガス供給口から離れた位置の
セル電圧が高い場合には、ガス供給口の近傍のセルが水
分過剰であり、電極が凝縮水に覆われて電圧低下してい
る状態であると判断できる。従って、この場合には、燃
料電池内の湿度を低下させることで、ガス供給口近傍の
セルの水分量を減少させることができ、近傍セル電圧を
高くすることができる。When the cell voltage in the vicinity of the gas supply port is high, the cell far from the gas supply port is short of moisture,
It can be determined that the internal resistance has increased and the voltage has decreased. Therefore, in this case, by increasing the humidity inside the fuel cell, it is possible to increase the amount of water in the cell on the side remote from the gas supply port, and it is possible to increase the distant cell voltage. Conversely, if the cell voltage at a position distant from the gas supply port is high, it is determined that the cells near the gas supply port are excessive in moisture and the electrodes are covered with condensed water and the voltage is low. it can. Therefore, in this case, by reducing the humidity in the fuel cell, the amount of water in the cell near the gas supply port can be reduced, and the cell voltage in the vicinity can be increased.
【００１２】このような湿度制御により、燃料電池を構
成する各セル間の出力電圧のばらつきを抑制することが
でき、燃料電池の発電効率を向上させることができる。With such humidity control, it is possible to suppress the variation in the output voltage between the cells constituting the fuel cell, and to improve the power generation efficiency of the fuel cell.
【００１３】また、請求項３に記載の発明では、電圧検
出手段（１１）により検出したセル電圧から平均セル電
圧（Ｖａｖ）を求め、近傍セル電圧（Ｖｎ）および遠方
セル電圧（Ｖｆ）の双方が平均セル電圧（Ｖａｖ）より
低い場合には、湿度制御手段（２２、３２）による湿度
制御を行わないことを特徴としている。この場合には、
ガス供給口近傍のセルおよびガス供給口から離れた位置
のセルともに水分状態が適正であると判断できるので、
湿度制御を行う必要がない。According to the third aspect of the present invention, the average cell voltage (Vav) is obtained from the cell voltage detected by the voltage detecting means (11), and both the near cell voltage (Vn) and the far cell voltage (Vf) are obtained. Is smaller than the average cell voltage (Vav), the humidity control by the humidity control means (22, 32) is not performed. In this case,
Since it is possible to judge that the moisture condition is appropriate for both the cell near the gas supply port and the cell far from the gas supply port,
There is no need to control humidity.
【００１４】また、請求項４に記載の発明では、燃料電
池（１０）に供給される水素および酸素を加湿する加湿
手段（２１、３１）を備え、湿度制御手段は、加湿手段
（２１、３１）にて加湿され燃料電池（１０）に供給さ
れる水素および酸素の温度を制御するガス温度制御手段
（２２、３２）か、あるいは、燃料電池（１０）本体の
温度を制御する燃料電池温度制御手段の少なくとも一方
であることを特徴としている。Further, according to the invention described in claim 4, the humidifying means (21, 31) for humidifying the hydrogen and oxygen supplied to the fuel cell (10) is provided, and the humidity control means is provided with the humidifying means (21, 31). ), Gas temperature control means (22, 32) for controlling the temperature of hydrogen and oxygen supplied to the fuel cell (10) or fuel cell temperature control for controlling the temperature of the fuel cell (10) body It is characterized by being at least one of the means.
【００１５】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。The reference numerals in parentheses of the above-mentioned means indicate the correspondence with the concrete means described in the embodiments described later.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１〜
図５に基づいて説明する。本実施形態は、燃料電池シス
テムを燃料電池を電源として走行する電気自動車（燃料
電池車両）に適用したものである。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
A description will be given based on FIG. In this embodiment, the fuel cell system is applied to an electric vehicle (fuel cell vehicle) that runs using a fuel cell as a power source.
【００１７】図１は、本実施形態の燃料電池システムの
全体構成を示している。図１に示すように、本実施形態
の燃料電池システムは、水素と酸素との電気化学反応を
利用して電力を発生する燃料電池（ＦＣスタック）１０
を備えている。ＦＣスタック１０は、車両走行用の電動
モータ（負荷）や図示しない２次電池等の電気機器に電
力を供給するように構成されている。FIG. 1 shows the overall configuration of the fuel cell system according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the fuel cell system according to the present embodiment includes a fuel cell (FC stack) 10 that generates electric power using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen.
It has. The FC stack 10 is configured to supply electric power to an electric device (not shown) such as an electric motor (load) for driving the vehicle and a secondary battery (not shown).
【００１８】ＦＣスタック１０では、以下の水素と酸素
の電気化学反応が起こり電気エネルギが発生する。 （負極側）Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- （正極側）２Ｈ+＋１／２Ｏ2 ＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ 本実施形態ではＦＣスタック１０として固体高分子電解
質型燃料電池を用いており、図２に示すように基本単位
となるセル１０ａ〜１０ｅが複数積層されて構成されて
いる。各セル１０ａ〜１０ｅは、電解質膜が一対の電極
で挟まれた構成となっている。In the FC stack 10, the following electrochemical reaction between hydrogen and oxygen occurs, and electric energy is generated. (Negative electrode side) H 2 → 2H + + 2e − (positive electrode side) 2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O In the present embodiment, a solid polymer electrolyte fuel cell is used as the FC stack 10 and FIG. As shown, a plurality of cells 10a to 10e serving as basic units are stacked. Each of the cells 10a to 10e has a configuration in which an electrolyte membrane is sandwiched between a pair of electrodes.
【００１９】ＦＣスタック１０には、ＦＣスタック１０
を構成する各セル１０ａ〜１０ｅの出力電圧（セル電
圧）を検出する電圧検出器（セル電圧検出手段）１１が
設けられている。図３に示すように、電圧検出器１１は
セル１０ａ〜１０ｅのアノード側とカソード側に接続さ
れている。The FC stack 10 includes the FC stack 10
Is provided with a voltage detector (cell voltage detecting means) 11 for detecting an output voltage (cell voltage) of each of the cells 10a to 10e constituting the cell. As shown in FIG. 3, the voltage detector 11 is connected to the anode side and the cathode side of the cells 10a to 10e.
【００２０】燃料電池システムには、ＦＣスタック１０
の酸素極（正極）側に空気（酸素）を供給するための空
気経路２０と、ＦＣスタック１０の水素極（負極）側に
水素を供給するための水素経路３０が設けられている。
空気経路２０には図示しない送風機（ガス圧縮機）によ
り空気が供給され、水素経路３０には図示しない水素供
給装置より水素が供給される。The fuel cell system includes an FC stack 10
An air path 20 for supplying air (oxygen) to the oxygen electrode (positive electrode) side and a hydrogen path 30 for supplying hydrogen to the hydrogen electrode (negative electrode) side of the FC stack 10 are provided.
Air is supplied to the air path 20 from a blower (gas compressor) not shown, and hydrogen is supplied to the hydrogen path 30 from a hydrogen supply device not shown.
【００２１】ＦＣスタック１０内部には、図２に示すよ
うにガス供給口１０ｆより空気および水素が供給され、
ＦＣスタック１０を構成する各セル１０ａ〜１０ｅには
並列的に空気および水素が供給されるように構成されて
いる。Air and hydrogen are supplied into the FC stack 10 from a gas supply port 10f as shown in FIG.
The cells 10a to 10e constituting the FC stack 10 are configured to be supplied with air and hydrogen in parallel.
【００２２】また、発電時における電気化学反応のため
に、ＦＣスタック１０内の電解質膜を水分を含んだ湿潤
状態にしておく必要がある。このため、空気経路２０お
よび水素経路３０には、加湿器（加湿手段）２１、３１
が設けられている。これらの加湿器２１、３１により空
気経路２０を通過する空気および水素経路３０を通過す
る水素に加湿が行われ、ＦＣスタック１０には加湿され
た空気および水素が供給される。これにより、ＦＣスタ
ック１０内部は湿潤状態で作動することとなる。本実施
形態の加湿器２１、３１は、タンク内に貯蔵された水に
ガスを通過させることで、通過ガスに加湿を行うもので
ある。Further, for the electrochemical reaction at the time of power generation, the electrolyte membrane in the FC stack 10 needs to be kept wet containing water. Therefore, humidifiers (humidifying means) 21 and 31 are provided in the air path 20 and the hydrogen path 30.
Is provided. The humidifiers 21 and 31 humidify the air passing through the air path 20 and the hydrogen passing through the hydrogen path 30, and the humidified air and hydrogen are supplied to the FC stack 10. As a result, the inside of the FC stack 10 operates in a wet state. The humidifiers 21 and 31 of the present embodiment humidify the passing gas by passing the gas through the water stored in the tank.
【００２３】さらに、空気経路２０および水素経路３０
における加湿器２１、３１の下流側には、加湿器２１、
３１を通過したガスの温度を制御する温調器（湿度制御
手段）２２、３２が設けられている。これらの温調器２
２、３２によって加湿器２１、３１で加湿されたガスの
温度を変化させることで、ＦＣスタック１０に供給され
るガスに含まれる水分量を調整することができる。すな
わち、ガス温調器２２、３２にてガス温度を上げること
でガスを低湿度にすることができ、ガス温度を下げるこ
とでガスを高湿度とすることができる。これにより、Ｆ
Ｃスタック１０内の水分量（電解質膜の湿潤度）を調整
することができる。Further, the air path 20 and the hydrogen path 30
Downstream of the humidifiers 21 and 31 in the humidifier 21,
Temperature controllers (humidity control means) 22 and 32 for controlling the temperature of the gas passing through 31 are provided. These temperature controllers 2
The amount of water contained in the gas supplied to the FC stack 10 can be adjusted by changing the temperature of the gas humidified by the humidifiers 21 and 31 using the elements 2 and 32. That is, the gas temperature can be lowered by increasing the gas temperature in the gas temperature controllers 22, 32, and the gas can be raised in humidity by lowering the gas temperature. Thereby, F
The amount of water in the C stack 10 (wetness of the electrolyte membrane) can be adjusted.
【００２４】ＦＣスタック１０は発電に伴い発熱を生じ
る。このため、燃料電池システムには、ＦＣスタック１
０を冷却して作動温度が電気化学反応に適温（８０℃程
度）となるよう冷却システム４０、４１が設けられてい
る。The FC stack 10 generates heat with power generation. Therefore, the fuel cell system includes the FC stack 1
Cooling systems 40 and 41 are provided so as to cool 0 and bring the operating temperature to a suitable temperature (about 80 ° C.) for the electrochemical reaction.
【００２５】冷却システムには、冷却水といった熱媒体
を冷却する冷却装置４０と、ＦＣスタック１０に冷却水
を循環させる冷却水経路４１が設けられている。冷却装
置４０には、例えばファンを備えたラジエータを用いる
ことができる。また、冷却装置４０には、冷却水を循環
させる図示しないウォータポンプが設けられている。The cooling system is provided with a cooling device 40 for cooling a heat medium such as cooling water, and a cooling water passage 41 for circulating the cooling water through the FC stack 10. For the cooling device 40, for example, a radiator provided with a fan can be used. The cooling device 40 is provided with a water pump (not shown) for circulating cooling water.
【００２６】本実施形態の燃料電池システムには各種制
御を行う制御部（ＥＣＵ）５０が設けられている。制御
部５０には、負荷からの要求電力信号、電圧検出器１１
からの電圧信号等が入力される。また、制御部５０は、
温調装置２２、３２、冷却装置４０等に制御信号を出力
するように構成されている。制御部５０は、電圧検出器
１１により検出した各セル１０ａ〜１０ｅのセル電圧か
ら、測定したセル電圧の平均セル電圧Ｖａｖ、ガス供給
口１０ｆの近傍に位置するセル１０ａのセル電圧（近傍
セル電圧）Ｖｎ、ガス供給口１０ｆから離れた側に位置
するセル１０ｅのセル電圧（遠方セル電圧）Ｖｆを求め
ることができるように構成されている。The fuel cell system of this embodiment is provided with a control unit (ECU) 50 for performing various controls. The control unit 50 includes a required power signal from the load and the voltage detector 11.
And the like are input. Also, the control unit 50
It is configured to output control signals to the temperature control devices 22 and 32, the cooling device 40, and the like. The control unit 50 calculates the average cell voltage Vav of the measured cell voltage from the cell voltages of the cells 10a to 10e detected by the voltage detector 11 and the cell voltage of the cell 10a located near the gas supply port 10f (neighboring cell voltage). ) Vn and the cell voltage (distant cell voltage) Vf of the cell 10e located on the side distant from the gas supply port 10f.
【００２７】次に、本実施形態の燃料電池システムの加
湿制御を図４、図５に基づいて説明する。図４は本実施
形態の加湿制御を示すフローチャートであり、図５は加
湿量を増減する前後のセル電圧の変化を示している。Next, the humidification control of the fuel cell system according to this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a flowchart showing the humidification control of the present embodiment, and FIG. 5 shows a change in the cell voltage before and after the humidification amount is increased or decreased.
【００２８】まず、電圧検出器１１により各セル１０ａ
〜１０ｅのセル電圧を検出する（ステップＳ１０）。次
に、近傍セル電圧Ｖｎおよび遠方セル電圧Ｖｆとが、平
均セル電圧Ｖａｖより高いか否かを判定する（ステップ
Ｓ１１）。この結果、近傍セル電圧Ｖｎおよび遠方セル
電圧Ｖｆの双方が平均セル電圧Ｖａｖより高い場合に
は、ＦＣスタック１０内部ではガス供給口１０ｆの近
傍、遠方ともに水分が足りていると判断でき、ガスの加
湿量はそのまま変更しない。First, each cell 10a is detected by the voltage detector 11.
-10e are detected (step S10). Next, it is determined whether the near cell voltage Vn and the far cell voltage Vf are higher than the average cell voltage Vav (step S11). As a result, when both the neighboring cell voltage Vn and the distant cell voltage Vf are higher than the average cell voltage Vav, it can be determined that moisture is sufficient in the FC stack 10 near and far from the gas supply port 10f inside the gas stack 10f. The humidification amount is not changed.
【００２９】一方、近傍セル電圧Ｖｎおよび遠方セル電
圧Ｖｆの少なくとも一方が平均セル電圧Ｖａｖより低い
場合には、近傍セル電圧Ｖｎあるいは遠方セル電圧Ｖｆ
のいずれが高いかを判定する（ステップＳ１２）。On the other hand, when at least one of the near cell voltage Vn and the far cell voltage Vf is lower than the average cell voltage Vav, the near cell voltage Vn or the far cell voltage Vf
Is higher (step S12).
【００３０】この結果、遠方セル電圧Ｖｆより近傍セル
電圧Ｖｎの方が高い場合には、ガス供給口１０ｆから離
れた側のセル１０ｅが水分不足であり、内部抵抗が増加
して電圧低下している状態であると判断できる。従っ
て、この場合には、ガス温調器２２、３２によりガス温
度を低下させることで、ガスの加湿量を増加させる（ス
テップＳ１３）。これにより、ガス供給口１０ｆから離
れた側のセル１０ｅにおける水分量を増加させることが
でき、図５（ａ）に示すようにガス供給口１０ｆから離
れた側のセル１０ｅの電圧Ｖｆを高くすることができ
る。As a result, when the near cell voltage Vn is higher than the far cell voltage Vf, the cell 10e on the side distant from the gas supply port 10f lacks moisture, and the internal resistance increases and the voltage drops. It can be determined that it is in the state of being. Therefore, in this case, the humidification amount of the gas is increased by lowering the gas temperature by the gas temperature controllers 22 and 32 (step S13). As a result, the amount of water in the cell 10e remote from the gas supply port 10f can be increased, and the voltage Vf of the cell 10e remote from the gas supply port 10f is increased as shown in FIG. be able to.
【００３１】逆に、近傍セル電圧Ｖｎより遠方セル電圧
Ｖｆの方が高い場合には、ガス供給口１０ｆの近傍のセ
ル１０ａが水分過剰であり、電極が凝縮水に覆われて電
圧低下している状態であると判断できる。従って、この
場合には、ガス温調器２２、３２によりガス温度を上昇
させることで、ガスの加湿量を低下させる（ステップＳ
１４）。これにより、ガス供給口１０ｆの近傍に位置す
るセル１０ａの水分量を減少させることができ、図５
（ｂ）に示すようにガス供給口１０ｆの近傍に位置する
セル１０ａの電圧Ｖｎを高くすることができる。On the other hand, when the far cell voltage Vf is higher than the near cell voltage Vn, the cell 10a near the gas supply port 10f is excessive in moisture, and the electrode is covered with condensed water and the voltage drops. It can be determined that it is in the state of being. Therefore, in this case, the humidification amount of the gas is reduced by increasing the gas temperature by the gas temperature controllers 22 and 32 (Step S).
14). As a result, the water content of the cell 10a located near the gas supply port 10f can be reduced.
As shown in (b), the voltage Vn of the cell 10a located near the gas supply port 10f can be increased.
【００３２】以上のように、ＦＣスタック１０内におけ
る各セルの１０ａ〜１０ｅの出力電圧を検出し、ＦＣス
タック１０内におけるセル電圧の分布に基づいて供給ガ
スの加湿量を制御することで、セル電圧を平均化するこ
とができる。これにより、セル間の出力電圧のばらつき
を抑制することができ、ＦＣスタック１０の発電効率を
向上させることができる。As described above, the output voltage of each cell 10a to 10e in the FC stack 10 is detected, and the humidification amount of the supplied gas is controlled based on the distribution of the cell voltage in the FC stack 10, thereby obtaining the cell. The voltage can be averaged. As a result, variations in output voltage between cells can be suppressed, and the power generation efficiency of the FC stack 10 can be improved.
【００３３】（他の実施形態）なお、上記実施形態で
は、加湿器２１、３１とＦＣスタック１０との間に設け
たガス温調器２２、３２によって、ＦＣスタック１０内
部の湿度を制御したが、ＦＣスタック１０自身の温度を
上昇あるいは下降させることにより、ＦＣスタック１０
内の湿度を制御するように構成してもよい。(Other Embodiments) In the above embodiment, the humidity inside the FC stack 10 is controlled by the gas temperature controllers 22, 32 provided between the humidifiers 21, 31 and the FC stack 10. , By increasing or decreasing the temperature of the FC stack 10 itself.
It may be configured to control the humidity inside.
【００３４】具体的には、冷却装置（燃料電池温度制御
手段）４０にヒータを設け、ラジエータ等による冷却水
の冷却に加えて冷却水を加熱できるようにする。これに
より、ＦＣスタック１０自身の温度を上昇させることで
ＦＣスタック１０内部の湿度を低下させることができ、
ＦＣスタック１０自身の温度を下降させることでＦＣス
タック１０内部の湿度を上昇させることができる。More specifically, a heater is provided in the cooling device (fuel cell temperature control means) 40 so that the cooling water can be heated in addition to cooling the cooling water by a radiator or the like. Thereby, the humidity inside the FC stack 10 can be reduced by increasing the temperature of the FC stack 10 itself,
By lowering the temperature of the FC stack 10 itself, the humidity inside the FC stack 10 can be increased.
【００３５】また、このＦＣスタック１０温度制御と、
上記実施形態のガス温調器２２、３２によるガス温度制
御とを組み合わせて、ＦＣスタック１０内の湿度を調整
するようにしてもよい。Further, this FC stack 10 temperature control,
The humidity in the FC stack 10 may be adjusted by combining with the gas temperature control by the gas temperature controllers 22 and 32 of the above embodiment.
【００３６】また、上記実施形態では、タンク内に貯蔵
された水にガスを通過させることで、通過ガスに加湿を
行う形式の加湿器２１、３１を用いたが、これに限ら
ず、例えばインジェクタ式の加湿器を用いることもでき
る。インジェクタ式加湿器を用いた場合には、加湿器単
体でガスへの加湿量を制御することができる。Further, in the above embodiment, the humidifiers 21 and 31 of the type for humidifying the passing gas by passing the gas through the water stored in the tank are used. A humidifier of the formula can also be used. When an injector humidifier is used, the humidifier alone can control the amount of humidification to gas.
【図１】上記実施形態の燃料電池システムの全体構成を
示す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing the overall configuration of a fuel cell system according to the embodiment.
【図２】図１の燃料電池システムにおける燃料電池の概
念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram of a fuel cell in the fuel cell system of FIG.
【図３】燃料電池を構成するセルを示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing cells constituting a fuel cell.
【図４】上記実施形態の加湿制御を示すフローチャート
である。FIG. 4 is a flowchart showing humidification control of the embodiment.
【図５】加湿制御を行う前後のセル電圧の変化を示す特
性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing changes in cell voltage before and after performing humidification control.
１０…燃料電池（ＦＣスタック）、２０、３０…ガス経
路、２１、３１…加湿器、２２、３２…ガス温調器（湿
度制御手段）、５０…制御部。10: fuel cell (FC stack), 20, 30: gas path, 21, 31: humidifier, 22, 32: gas temperature controller (humidity control means), 50: control unit.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 齋藤 友宏 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 岡本 邦夫 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 5H027 AA06 CC07 KK44 KK46 KK54 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Tomohiro Saito 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Pref. F-term (reference) 5H027 AA06 CC07 KK44 KK46 KK54
Claims (4)
ｅ）を有するとともに、前記セルにて水素と酸素とを電
気化学反応させて電力を得る燃料電池（１０）を備える
燃料電池システムであって、 前記複数のセル（１０ａ〜１０ｅ）のうち、少なくとも
２以上のセルそれぞれのセル電圧を検出するセル電圧検
出手段（１１）と、 前記燃料電池（１０）内の湿度を制御する湿度制御手段
（２２、３２）とを備え、 前記電圧検出手段（１１）により検出した前記セル電圧
に基づいて、前記湿度制御手段（２２、３２）による前
記燃料電池（１０）内の湿度制御を行うことを特徴とす
る燃料電池システム。A plurality of stacked cells (10a to 10a)
e) and a fuel cell system including a fuel cell (10) for obtaining electric power by electrochemically reacting hydrogen and oxygen in the cell, wherein at least one of the plurality of cells (10a to 10e) is provided. A cell voltage detecting means (11) for detecting a cell voltage of each of two or more cells; and a humidity control means (22, 32) for controlling humidity in the fuel cell (10). A) controlling the humidity in the fuel cell by the humidity control means based on the cell voltage detected in the fuel cell system.
素とが供給されるガス供給口（１０ｆ）を有し、 前記電圧検出手段（２２、３２）は、前記複数のセル
（１０ａ〜１０ｅ）のうち、少なくとも前記ガス供給口
（１０ｆ）の近傍に位置する近傍セル（１０ａ）のセル
電圧（Ｖｎ）と前記ガス供給口（１０ｆ）から最も離れ
た側に位置する遠方セル（１０ｅ）のセル電圧（Ｖｆ）
とを検出するものであり、 前記近傍セル電圧（Ｖｎ）より前記遠方セル電圧（Ｖ
ｆ）の方が高い場合には、前記湿度制御手段（２２、３
２）により前記燃料電池（１０）内の湿度を低くし、前
記遠方セル電圧（Ｖｆ）より前記近傍セル電圧（Ｖｎ）
の方が高い場合には、前記湿度制御手段（２２、３２）
により前記燃料電池（１０）内の湿度を高くすることを
特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。2. The fuel cell (10) has a gas supply port (10f) to which hydrogen and oxygen are supplied, and the voltage detection means (22, 32) includes a plurality of cells (10a to 10e). ), The cell voltage (Vn) of the neighboring cell (10a) located at least in the vicinity of the gas supply port (10f) and the distant cell (10e) located on the side farthest from the gas supply port (10f). Cell voltage (Vf)
And the far cell voltage (V) from the near cell voltage (Vn).
If f) is higher, the humidity control means (22, 3
2) The humidity inside the fuel cell (10) is lowered, and the near cell voltage (Vn) is reduced from the far cell voltage (Vf).
Is higher, the humidity control means (22, 32)
The fuel cell system according to claim 1, wherein the humidity in the fuel cell (10) is increased by means of:
たセル電圧から平均セル電圧（Ｖａｖ）を求め、 前記近傍セル電圧（Ｖｎ）および前記遠方セル電圧（Ｖ
ｆ）の双方が前記平均セル電圧（Ｖａｖ）より低い場合
には、前記湿度制御手段（２２、３２）による湿度制御
を行わないことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池
システム。3. An average cell voltage (Vav) is obtained from the cell voltage detected by the voltage detection means (11), and the near cell voltage (Vn) and the far cell voltage (V) are calculated.
3. The fuel cell system according to claim 2, wherein when both of f) are lower than the average cell voltage (Vav), the humidity control by the humidity control means (22, 32) is not performed. 4.
および酸素を加湿する加湿手段（２１、３１）を備え、 前記湿度制御手段は、前記加湿手段（２１、３１）にて
加湿され前記燃料電池（１０）に供給される前記水素お
よび前記酸素の温度を制御するガス温度制御手段（２
２、３２）か、あるいは、前記燃料電池（１０）本体の
温度を制御する燃料電池温度制御手段の少なくとも一方
であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１
つに記載の燃料電池システム。4. Humidifying means (21, 31) for humidifying hydrogen and oxygen supplied to the fuel cell (10), wherein the humidity control means is humidified by the humidifying means (21, 31). Gas temperature control means (2) for controlling the temperature of the hydrogen and the oxygen supplied to the fuel cell (10)
4. The fuel cell system according to claim 1, which is at least one of fuel cell temperature control means for controlling the temperature of the fuel cell body.
The fuel cell system according to any one of the above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001035933A JP4701511B2 (en) | 2001-02-13 | 2001-02-13 | Fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001035933A JP4701511B2 (en) | 2001-02-13 | 2001-02-13 | Fuel cell system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002246048A true JP2002246048A (en) | 2002-08-30 |
| JP4701511B2 JP4701511B2 (en) | 2011-06-15 |
Family
ID=18899296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001035933A Expired - Fee Related JP4701511B2 (en) | 2001-02-13 | 2001-02-13 | Fuel cell system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4701511B2 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002246053A (en) * | 2001-02-13 | 2002-08-30 | Denso Corp | Fuel cell system |
| WO2006095606A1 (en) * | 2005-03-09 | 2006-09-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| JP2008021479A (en) * | 2006-07-12 | 2008-01-31 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system |
| WO2008034253A1 (en) * | 2006-09-19 | 2008-03-27 | Hyteon Inc. | Control of relative humidity in fuel cell systems |
| WO2009051033A1 (en) * | 2007-10-16 | 2009-04-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| US8658322B2 (en) | 2005-03-09 | 2014-02-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| CN116031447A (en) * | 2022-12-28 | 2023-04-28 | 上海氢晨新能源科技有限公司 | Method, device, equipment and storage medium for controlling humidity of fuel cell |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08111230A (en) * | 1994-10-12 | 1996-04-30 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Operating method for solid high polymer type fuel cell |
| JPH10106600A (en) * | 1996-09-30 | 1998-04-24 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Fuel cell with solid high-polymer electrolyte |
| JPH10507573A (en) * | 1994-10-12 | 1998-07-21 | エイチ パワー コーポレーション | Fuel cells using integrated fluid control plate technology |
| JP2000133283A (en) * | 1998-10-20 | 2000-05-12 | Toshiba Corp | Solid polymer fuel cell and its system |
| JP2001015136A (en) * | 1999-06-30 | 2001-01-19 | Sanyo Electric Co Ltd | Fuel cell system |
-
2001
- 2001-02-13 JP JP2001035933A patent/JP4701511B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08111230A (en) * | 1994-10-12 | 1996-04-30 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Operating method for solid high polymer type fuel cell |
| JPH10507573A (en) * | 1994-10-12 | 1998-07-21 | エイチ パワー コーポレーション | Fuel cells using integrated fluid control plate technology |
| JPH10106600A (en) * | 1996-09-30 | 1998-04-24 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Fuel cell with solid high-polymer electrolyte |
| JP2000133283A (en) * | 1998-10-20 | 2000-05-12 | Toshiba Corp | Solid polymer fuel cell and its system |
| JP2001015136A (en) * | 1999-06-30 | 2001-01-19 | Sanyo Electric Co Ltd | Fuel cell system |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002246053A (en) * | 2001-02-13 | 2002-08-30 | Denso Corp | Fuel cell system |
| WO2006095606A1 (en) * | 2005-03-09 | 2006-09-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| JP2006252864A (en) * | 2005-03-09 | 2006-09-21 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system |
| US8658322B2 (en) | 2005-03-09 | 2014-02-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| JP2008021479A (en) * | 2006-07-12 | 2008-01-31 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system |
| WO2008034253A1 (en) * | 2006-09-19 | 2008-03-27 | Hyteon Inc. | Control of relative humidity in fuel cell systems |
| WO2009051033A1 (en) * | 2007-10-16 | 2009-04-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| JP2009099341A (en) * | 2007-10-16 | 2009-05-07 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system |
| JP4543337B2 (en) * | 2007-10-16 | 2010-09-15 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell system |
| KR101237810B1 (en) | 2007-10-16 | 2013-02-28 | 도요타 지도샤（주） | Fuel cell system |
| CN116031447A (en) * | 2022-12-28 | 2023-04-28 | 上海氢晨新能源科技有限公司 | Method, device, equipment and storage medium for controlling humidity of fuel cell |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4701511B2 (en) | 2011-06-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4759815B2 (en) | Fuel cell system | |
| KR101795245B1 (en) | Apparatus for controlling fuel cell stack and method threreof | |
| JP2006210004A (en) | Fuel cell system | |
| US20040185315A1 (en) | Fuel cell system | |
| JPH0547394A (en) | Solid polymer electrolyte fuel cell and operating method thereof | |
| JP5812118B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP2002373692A (en) | Fuel cell system | |
| JP2002175821A (en) | Fuel cell system | |
| US10916787B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP4701511B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP2007027047A (en) | Fuel cell system | |
| JP2007220322A (en) | Fuel cell system | |
| JP4744058B2 (en) | Fuel cell system | |
| US10164275B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP5625469B2 (en) | Fuel cell system | |
| JPH08306375A (en) | Solid polymer type fuel sell | |
| JP2002252011A (en) | Fuel cell system | |
| JP2006179199A (en) | Fuel cell system | |
| JP6136185B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP2000048838A (en) | Control method for fuel cell device | |
| JP4997697B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP3743339B2 (en) | Polymer electrolyte fuel cell and method of operating the same | |
| JP2020068112A (en) | Fuel cell system | |
| JP2006032136A (en) | Fuel cell system | |
| JP2006004819A (en) | Fuel cell system and fuel cell vehicle |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070516 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101214 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110118 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110208 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110221 |
|
| 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 |