JP2002520779A - 改良された燃料電池及びその制御方法 - Google Patents

改良された燃料電池及びその制御方法

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Abstract

(57)【要約】 本発明は改良された燃料電池（１０）とそれを制御するための方法に関する。燃料電池はアノード及びカソードを有し、所定の電圧及び電流出力を有する電流を発生する。燃料電池は、該燃料電池に電気的に接続され、該燃料電池のアノードとカソードの間の電流を短絡する制御装置（２２）を有する。本発明には、所定の電圧及び電流出力を有する燃料電池を制御するための方法が含まれ、該方法は、燃料電池の電圧及び電流出力を決定する過程と、第１及び第２の動作条件のもとで、前記燃料電池のアノードとカソードの間の電流を短絡する過程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、改良された燃料電池及び該電池を制御するための方法に関し、より
詳しくは、一方で燃料電池が故障した際にその内部要素への損傷を防ぎ、他方で
電池の電気パワー出力を増加させるためにも利用することができる電気回路を有
した燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、通常周囲の空気から供給される酸素と水素が反応し、電気と水を
生成する電気化学装置である。基本的な処理は非常に効率が高く、水素によって
直接燃焼される燃料電池は実質的に無公害のものである。さらに、燃料電池は種
々の大きさの積層体に組み上げることができるので、広範囲の電気パワー出力レ
ベルを提供するための電力システムが開発されており、従って、これらは数多く
の産業部門へ採用することができる。
【０００３】 全ての燃料電池で起こる基本的な電気化学的処理過程は良く理解されてはいる
が、ある種の燃料電池ではその信頼性を高めるための技術的解決策が、また他の
種類のものでは経済的にするための技術的解決策がまだ見つかっていないことが
分かった。ポリマー電解質膜（ＰＥＭ）燃料電池の場合、信頼性はこれまではあ
まり大きな関心事ではなく、発電容量のワット当りの設置コストの方がむしろ関
心事であった。最近になって、ワット当りのＰＥＭ燃料電池コストを更に下げる
ために、電力出力を高めることに、より多くの注意が向けられてきた。歴史的に
は、そのことにより、ＰＥＭ燃料電池電力出力を最適化し且つ高く維持するのに
必要な更に洗練された均衡のとれたプラントシステムをもたらす結果となった。
非常に複雑な平衡なシステムとなった結果、小さい容量の適用には容易にはスケ
ールダウンできない。したがって、設置コスト、効率、信頼性、保守に要する出
費は全て、小さい発電への適用では不都合に作用する。
【０００４】 単体ＰＥＭ燃料電池は、負荷が掛けられた状態で、約０．４５〜約０．７Ｖの
有効電圧を発生することがよく知られている。実際のＰＥＭ燃料電池プラントは
、複数のセルを積層し、それらが電気的に直列に接続されるように従来は組立て
られてきた。さらに、補助的な加湿が陽子交換薄膜（電解質）に施されると、Ｐ
ＥＭ燃料電池は、より高いパワー出力レベルで動作し得ることが分かっている。
この点に関し、加湿は、陽子の流れに対する陽子交換薄膜の抵抗を下げる。この
湿度の増加を達成するには、種々の方法で水素又は酸素の流れに補助水を導入す
るか、より直接的に、例えば“ウィック（wicking：ろうそくの芯が油分を吸い
上げるような作用）”として知られている物理現象の方法により、陽子交換薄膜
に補助水を導入することができる。しかしながら、近年における研究の中心は、
稼動中、補助加湿なくして、パワー出力が増加的に改善された薄膜電極アセンブ
リ（ＭＥＡ）を開発することであった。自己加湿されたときにＭＥＡを動作させ
るようにすることが好ましい。なぜならば、関連したコストと共に衡平制御の複
雑さを減少するからである。しかしながら、自己加湿は燃料電池を低い電流密度
で動作させる結果となり、したがって次にこれは、所定のパワー量を発生させる
ためには、より多くのアセンブリを必要とする結果となる。
【０００５】 各種設計によるＰＥＭ燃料電池がその成功の度合いに差があるものの過去に動
作しているものもあるが、それらは、その有用性を損なう欠点も有していた。例
えば、ＰＥＭ燃料電池電力装置は典型的には、相互に電気的に直列に接続される
こと（スタック構造）により出力電圧を増加させるための多数の個別燃料電池を
有するものである。この構成では、スタック内の燃料電池の一つがもし故障すれ
ば、もはや電圧と電力を提供することができない。そのようなＰＥＭ燃料電池電
力装置のより一般的な故障の一つは、ある薄膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）の水和
が、同一燃料電池スタック内の他のＭＥＡより、より少なくなったところで起こ
る。この薄膜水和の損失は、有効に動作する燃料電池の電気抵抗を増加し、した
がって、より多くの無駄な熱を発生させることになる。次に、この増加した熱は
、薄膜電極アセンブリを乾燥させることになる。この状態は負の水和悪循環を形
成することになる。燃料電池の継続的な過熱は、最終的には有効であった燃料電
池の極性を反転させ、その結果、スタック内の残りの燃料電池からの電力をここ
で消費するようになる。もしこの状態が調整されないと、故障した燃料電池によ
って発生した過度の熱は、薄膜電極アセンブリを貫通させ、水素が漏洩するよう
になる。もしこの貫通が発生した場合には、燃料電池スタックは完全に分解され
、修理されなければならない。採用される燃料電池スタックの設計にもよるが、
この修理又は交換は、コストが嵩み、そしてその作業には時間が掛かるものであ
る。
【０００６】 さらに、設計者は、自己加湿型ＰＥＭ燃料電池内の電流密度を増強できると共
に、同時にこれらの装置の衡平的要件を増やすことのないものを長い間望んでい
た。
【０００７】 したがって、従来技術の設計及び実例に関連して分かった問題点に注目すると
共に、それら個々に関連した欠点を防ぐための、改良された燃料電池が本明細書
に記載されている。
【０００８】
【発明の概要】
本発明の一態様は、燃料電池に電気的に接続され、所定の動作条件のもとでは
、燃料電池のアノードとカソードの間の電流を短絡する制御装置を有する燃料電
池を提供することである。
【０００９】 本発明の他の態様は、燃料電池に電気的に接続され、燃料電池のアノードとカ
ソードの間の電流を短絡する制御装置を有し、該制御装置は、第１の条件のとき
、所定の電圧及び電流を検出したことに応じて、一方で不良燃料電池セルへの燃
料ガスの供給を停止すると共に、他方で同時に前記不良燃料セルのアノードとカ
ソードの間の電流を短絡し、よってその不良燃料電池のための電流側路を設ける
燃料電池を提供することである。
【００１０】 本発明の他の態様は、燃料電池に電気的に接続され、所定の動作条件の間、燃
料電池のアノードとカソードの間の電流を短絡する制御装置を有し、第２の条件
のとき、燃料電池はデューティ及び動作サイクルを有し、そして、前記制御装置
は、燃料電池のデューティサイクルの間、アノードとカソードの間の電流を周期
的に短絡し、その結果、燃料電池の電力出力を増加させる燃料電池を提供するこ
とである。
【００１１】 本発明の更に他の態様は、アノードとカソードを有し、所定の電圧及び電流出
力の電気パワーを発生する燃料電池であって、該燃料電池は、 対向する側面を有する薄膜であって、前記アノードが前記薄膜の一方の側面上
に設けられ、前記カソードが、前記アノードに対向する薄膜の他方の側面上に設
けられる薄膜と、 前記アノードに対して流体移動可能関係に設けられた燃料ガス供給部と、前記
カソードに対して流体移動可能関係に設けられたオキシダントガス供給部と、 前記アノード及びカソードに対して個別に且つ電気的に結合された電圧及び電
流センサーと、 燃料電池への燃料ガスの供給を制御するために、前記燃料ガス供給部に対して
、流量測定可能な関係に設けられるバルブと、 前記アノード及びカソードと電気的に接続され、電気的な開放及び閉鎖の状態
に設定し得る電気的スイッチと、 前記電気的スイッチ、バルブ、電圧及び電流センサーに接続された制御装置で
あって、該制御装置は、前記電圧及び電流センサーで所定の電圧及び電流が検知
されることに応じて、前記燃料ガス供給部に対して前記バルブを所定の流量測定
可能関係に調整すると共に、前記電気的スイッチが所定の電気的な開放又は閉鎖
の状態となるようにし、そして前記制御装置は、第１の条件において、前記電気
的スイッチが閉鎖電気状態のとき、前記燃料電池のアノードとカソードの間の電
流を短絡し、また同時に、前記バルブを前記燃料電池のアノードへの燃料ガスの
供給を停止させ、そして前記電気的スイッチは、それが前記制御装置によって開
放電気になっているとき、前記バルブを、前記燃料電池のアノードに対して燃料
ガスのほぼ連続的な供給を許容するような状態とし、そして前記制御装置は、第
２の条件において、前記電気的スイッチが閉鎖電気状態になっているとき、燃料
電池のアノードとカソードの間の電流を短絡し、同時に、前記バルブを、前記電
気的スイッチが開放及び閉鎖されている間、燃料電池のアノードに対して燃料ガ
スのほぼ連続的な供給を許容する状態に維持するようになった制御装置と、を具
備するものである。
【００１２】 本発明の更に他の態様は、デューティサイクルの間、燃料電池のアノードとカ
ソードの間の電流を短絡するように動作する制御装置を有する燃料電池であって
、第２動作条件において、動作サイクルは約０．０１秒〜約４分であり、燃料電
池の電気パワー出力は少なくとも約５％増加し、デューティサイクルの間の短絡
期間は、動作サイクルの約２０％より短い燃料電池に関する。
【００１３】
【好適実施例の説明】
本発明のこれら及び他の特徴を、以下詳細に説明する。
【００１４】 本発明の改良されたポリマー電解質薄膜（ＰＥＭ）燃料電池は、図２を参照す
ることにより最も良く理解され、これは、参照番号１０によって示されている。
ＰＥＭ燃料電池は、一般的なこととして、水素供給フレーム１１を有する。水素
供給フレームは、可撓率が平方インチ当たり約500,000lbsより小さく、圧縮耐圧
が平方インチ当たり約20,000lbsより小さい基板によって形成される。そのよう
なものであれば、フレームを形成するにあたって、如何なる数の適当な且つ等価
な熱可塑性の材料を利用することもできる。水素供給フレーム１１は、図２に示
される通り、本体１２を有する。本体は対向する端部とハンドル１３を有し、こ
のハンドルは本体の手動操作を可能とするものである。ハンドルは本体１２に一
体的に設けられている。さらに、本体１２の対向する端部上には、細長い案内部
材又は背骨状突起１４が設けられている。各突起１４は、後に詳細を説明するサ
ブラックの上部部分及び底部部分に形成された細長いチャンネルに合致して受け
入れられ、これと協働するようになっている。
【００１５】 図２に示されている通り、本体１２は複数の実質的に対向したキャビティ２１
，２２，２３，２４をそれぞれ画定する。さらに、複数の開口２５が本体１２の
所定の場所に形成されており、これらは、留め具２６を受け入れるようになって
いる。本体は更に一組の通路３０を有する。一組の通路は、水素ガス源（図３に
見ることができる）からの水素ガスを供給するための第１通路３１と、キャビテ
ィ１２１〜１２４のそれぞれからの不純物、水、未反応水素ガスを除去する役割
を果す第２通路３２からなる。連絡通路３３は、第１、第２キャビティ２１，２
２、及び第３、第４キャビティ２３，２４をそれぞれ互いに流体移動可能に結合
し、その結果、第１通路３１の手段によって供給された水素ガスは、キャビティ
２１〜２４のそれぞれに入り込んで行く道を自ら見出すことになる。キャビティ
２１〜２４は、その大きさ及び形状ともに実質的に同一である。さらに、各キャ
ビティは、所定の表面領域及び深さを有する窪み領域３４を具備する。窪み領域
３４には、そこからほぼ垂直に外側に延びている複数の小さい突起が設けられて
いる。これら個々の突起の機能は後に詳しく説明することとする。図２に見られ
る通り、第１及び第２通路３１，３２は、窪み領域３４に対して、流体移動可能
に接続されている。本体１２はまた、途中が断続している周囲端を有している。
特に、周囲端は、多数のギャップ又は開放口３６をそれに沿って画定する。さら
に、各通路３１，３２は、所定の外側直径寸法を有する終端部３７を有する。各
通路３１，３２の終端部３７は、後で詳細に説明するバルブに対して流体移動可
能な状態で、合致結合されるようになっている。
【００１６】 各キャビティ２１〜２４内には、それぞれ薄膜電極アセンブリ５０が設けられ
る。薄膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）は、固体電解質からなる本体５１を有する。
薄膜電極アセンブリは、１９９７年１１月２０日付出願である米国特許出願第０
８／９７９，８５３にその詳細が記載されており、その出願の内容は、本件出願
に参照によって組み入れられるものである。ＭＥＡの本体５１は、アノード側５
２と反対側のカソード側５３とを有する。アノード側５２は、複数の突起３５に
よって、各キャビティ２１〜２４を形成する水素供給フレーム１１に対して間隔
を置いた関係に保持される。この関係により、それぞれのキャビティに、より具
体的にはアノード側に供給された水素が、ＭＥＡのアノード側５２の全ての部分
に行き渡ることが確実となる。触媒アノード及びカソード電極からなる電極５４
は、本体５２上に形成される。これらの電極に関しては、先に記した米国出願に
更に詳しく説明されており、その内容も、本願明細書に参照によって組み入れら
れるものである。さらに、非触媒性で電気的導電拡散層（図示せず）がアノード
電極及びカソード電極に付着されており、これらは所定の多孔性を有する。これ
らの非触媒性電気的導電層のことも、先の米国出願の中に記載されているが、こ
こでは、説明を簡単にするために、更に詳細には述べないこととする。
【００１７】 図２に更に示されている通り、本発明のＰＥＭ燃料電池１０は更に、キャビテ
ィ２１〜２４にそれぞれ受け入れられる一対の電流コレクタを有する。各電流コ
レクタはそれぞれ、各ＭＥＡ５０の対向したアノード５２及びカソード５３と並
列状の電気的接触状態を保って配置される。各電流コレクタは、それに複数の開
口６２を有する本体６１を有する。導体部材又は部分６３は本体から外側に向か
って伸び出ており、そして水素供給フレーム１１内のギャップ又は開口部３６を
通して伸び出るように設計されている。このことは、図１を検討することにより
理解できる。各導電部材６３は、以下に詳細を説明するサブラックの背面壁に設
けられた一対の導電コンタクトの間に受容され、そして一旦受容されると、これ
と電気的な結合が保たれる。電流コレクタの製造方法は先の米国特許出願内に詳
しく説明されており、その内容は、本願明細書に参照によって組み入れられる。
【００１８】 更に詳しく図２に示されている通り、本発明のＰＥＭ燃料電池１０は更に、電
流コレクタ６０のそれぞれと、それらの間に挟まれたＭＥＡ５０に対して所定の
力を与えるための個別力付与アセンブリ７０を有する。この点に関し、個別力付
与アセンブリは、水素供給フレーム１１のそれぞれのキャビティを部分的に覆う
カソードカバー７１を有する。図１及び図２に示されている通り、カソードカバ
ーそれぞれは個別に且つ脱着可能に、相互にそして水素供給フレーム１１に対し
て共働するか、さもなければ嵌り合う。複数の金属製波型スプリングとして示さ
れているバイアスアセンブリ７２は、カソードカバーと共働すると共に、近傍の
圧力伝達アセンブリ７３に力を伝達するように動作する。カソードカバーのそれ
ぞれは、水素供給フレーム１１によって画定された各キャビティ２１〜２４のう
ちの一つに、それぞれ入れ込まれるか、さもなければ、合致結合又は係合する。
カソードカバーが好ましい状態で入れ込まれると、カソードカバーによって画定
される個別の開口７５は、薄膜電極アセンブリ５０のカソード側に空気を循環さ
せる通路７６を画定する。各電流コレクタ６０を関連したＭＥＡに対して良好な
抵抗電気接触を維持するために十分な所定の力を出させるために、留め具２６が
、各カソードカバーを通して、そしてカソードカバーによって挟まれた水素供給
フレームを通して受け入れられる。燃料電池１０を通した空気の循環、及び関連
したサブラックとのその作用的共働作用のことは、上記の先に出願した特許明細
書内に記載されており、その内容は本願明細書内に参照によって組み入れられる
。
【００１９】 図１に示されている通り、そして先に記した米国特許出願により完全に開示さ
れている通り、ＰＥＭ燃料電池１０は、参照番号９０で一般的に示されているサ
ブラックという方法により、複数の他の燃料電池（図３）に直列に電気的に接続
されるようになっている。サブラック９０は、上部部分９２及び底部部分９３を
それぞれ有する本体９１を有する。上部部分と底部部分は背面壁９４によって互
いに接続されている。細長いチャンネル９５が上部部分及び底部部分にそれぞれ
設けられ、これらは、水素供給フレーム１１に形成された個別の突起をスライド
状に受け入れるようになっている。図１の分解図に最も明確に示されている通り
、サブラック９０は、互いに接続されたとき、本体９１を形成する多数の鏡像部
分９６からなっている。これらの鏡像部分９６は、成型絶縁基板で形成されてい
る。サブラック９０の機能的特性は、先の特許出願に詳しく説明されており、そ
の内容は参照によって本願明細書に組み入れられる。図１に最も良く表されてい
る通り、サブラック９０の背面壁９４上には、ＤＣ（直流）バス１００が設けら
れている。背面壁上には、繰り返しパターンの８組の導体コンタクト１０１が設
けられている。さらに、背面壁上には、第１バルブ１０２及び第２バルブ１０３
が設けられており、これらは、水素供給フレームと流体移動可能な状態で合致結
合されるようになっている。第１及び第２バルブはそれぞれ背面壁を通過して延
び、適当な管（図示せず）と接続される。第１バルブ１０２は、水素源１０５（
図３参照）と流体移動可能に接続される。さらに、第２バルブ１０３は、外気に
排気するか、または、先の特許出願に開示されているような水素回収及びリサイ
クル装置のような他の装置に流体移動可能に接続されても良い。最後に、燃料電
池１０は、図３に示すように第３バルブ１０４を有し、このバルブ１０４は、水
素源１０５と第１バルブ１０２との間に流量計測可能な状態に設けられている。
サブラック９０はまた、空気供給装置（図示せず）を有し、これは、周囲空気を
燃料電池１０内を所定のパターンで移動させる。この空気供給装置は先の特許出
願明細書に詳しく説明されているが、簡略にするために、ここでは更に詳細には
説明しないこととする。
【００２０】 図３を参照すると、複数の燃料電池１０が示されており、これらは、所定の電
圧及び電流出力を有する電気を発生するために、直列に電気的に接続されている
。短絡制御回路１２０が示されている。短絡制御回路１２０は、燃料電池の一つ
のアノード５２とカソード５３とを電気的に結合する電気通路１２１を有する。
この電気回路は図３に示される燃料電池のそれぞれに設けられるか、さもなけれ
ば関連していると理解すべきである。すなわち、個別の短絡制御回路１２０が、
直列に接続された燃料電池のそれぞれのアノードとカソードとを個別に電気的に
結合するものである。しかしながら、図３では、簡略化のために、これら回路の
うちの一つのみが示されている。短絡回路のそれぞれは、参照番号１２２で一般
的に示されている単一の短絡制御部に電気的に接続されている。上に記した通り
、短絡制御部は、一つだけの短絡制御回路に接続されているものとして図示され
ている。しかしながら、短絡制御部は、実際には、直列に接続された燃料電池の
それぞれに対応して、多数の短絡制御回路に接続されても良い。上に記した通り
、図３は本発明を図示するために極めて簡略化して示したものである。
【００２１】 短絡制御部１２２は、一組の電圧センサー１２３を含む多数の個別部品からな
っており、その電圧センサー１２３は、各燃料電池１０のアノード５２とカソー
ド５３の電圧を検知するために、アノード５２とカソード５３に電気的に接続さ
れている。さらに、短絡制御部は、ここでは従来技術の設計による電界効果トラ
ンジスタとして示されている、電気的なスイッチ１２４に電気的に接続されてい
る。商業的に好ましいＭＯＳＦＥＴは、商品記号ＦＳ１００ＵＭＪとして三菱か
ら入手することができる。短絡制御部１２２は、従来からある一般販売ルートを
通して購入することができる。本願のための好ましい制御部１２２は、ＭＣ６８
ＨＣ７０５Ｐ６Ａを商品記号として有するプログラム可能なマイクロコントロー
ラチップである。このチップは、図４に示すようなプログラムロジックを実行す
るのに利用され且つプログラムされるものであり、また、以下に詳細に説明する
通り、短絡制御回路を、燃料電池１０の第１及び第２動作条件に反応させる。短
絡制御部１２２は更に、燃料ガス１０５の供給に対して流量測定可能（“燃料ガ
ス遮断制御”と図面内に記載）に設けられたバルブ１０４に対して制御可能に電
気的に接続されている。短絡制御回路１２０は更に、各燃料電池のアノード５２
とカソード５３を電気的に結合するバイパス電気回路１２６を有する。このバイ
パス電気回路はダイオード１２７からなる。電流センサー１２８は更に、燃料電
池１０に、そこを流れる電流を検出するために電気的に接続されている。電流セ
ンサーは短絡制御部１２２と一体的に構成されている。上に記した通り、短絡制
御回路１２０は、図４に詳しく記載され、その図に参照番号１３０として示され
ているプログラムロジックによって制御される。バイパス電気回路は、短絡制御
部１２２が故障したとき、燃料電池１０のアノードとカソードの間の電流を短絡
するように動作する。
【００２２】 図３の検討により最も良く理解される通り、燃料電池１０は、所定電流及び電
圧出力の電気パワーを発生するアノード５２とカソード５３を有する。短絡制御
部１２２は燃料電池１０に電気的に接続され、所定動作条件のもとで、燃料電池
のアノードとカソードの間の電流を短絡するように動作する。前に述べた通り、
短絡制御部１２２は電圧センサー１２３と電流センサー１２８を有し、これらは
、燃料電池１０の電圧出力及び電流出力に対して、電圧検出及び電流検出可能に
設けられると共に、更に、燃料電池１０のアノード５２とカソード５３と電気的
に接続されている。さらに、短絡制御部１２２は更に、ここでは電界効果トラン
ジスタとして図示されている電気的スイッチを有する。電界効果トランジスタ１
２４は状態として、開放電気状態と閉鎖電気状態とを有する。以下において更に
詳しく説明する通り、短絡制御部１２２は、電圧センサー１２３及び電流センサ
ー１２８の手段により、燃料電池１０の所定電圧及び電流を検出すると、燃料ガ
スの供給に関して、バルブ１０４を所定の燃料計測関係となるように調節する。
さらに、短絡制御部１２２は、燃料電池１０それぞれの所定特性パラメータに基
づいて、電界効果トランジスタを“開放”又は“閉鎖”の電気状態に設定する。
【００２３】 この点に関し、ある燃料電池が、その出力電圧が約０．４Ｖより低くなるよう
な場合である、所定の特性、パラメータ及び期待値を下回って動作している第１
の動作条件においては、短絡制御部１２２は、燃料電池１０への燃料ガス１０５
の供給を停止するような位置にバルブ１０４をすると同時に、電気的スイッチ１
２４を閉鎖電気状態にし、こうすることにより、負の水和降下現象が発生したと
きに起こるであろう、燃料電池１０への加熱に関連した損傷が生じることを実質
的に防止するために、アノード５２からカソード５３への電流を短絡するもので
ある。このことは、本明細書において既に述べた通りである。さらに、電気的ス
イッチ１２４がその後に開放状態にされれば、短絡制御部１２２は、バルブ１０
４を、燃料電池に燃料ガスの供給をほぼ連続的に行う状態にするように動作する
。
【００２４】 ここで説明した第１及び第２の動作条件においては、個別の及び直列に電気的
に接続された燃料電池１０の所定の特性パラメータは、燃料電池１０の選択され
た電流及び電圧出力からなる。これらの所定閾値特性パラメータは、限定的なも
のではないが、実験を含む種々の方法によって決定してもよく、その例として、
動作履歴又は電気的な負荷によって決定することができる。さらに、第１の動作
条件における所定特性パラメータには、例えば、所定期間を経て燃料電池の特性
パラメータが単に又は概して低下するようなもの、約０．４Ｖより低い範囲に低
下する場合、または、当該燃料電池と直列に接続されている他の燃料電池１０の
動作特性に対して相対的に特性が低下又は劣化するようなものを含めることがで
きる。可能性のあるパラメータのリストは、必ずしも全てを含む必要はなく、そ
してその他の多くの物理的な特性パラメータを監視することもできる。こうする
ことにより、選択された燃料電池が故障しそうになっていること、そしてその欠
陥が重大である場合には、修理又は交換のためにスタックから取り外すべきであ
ること、または、他方で、燃料電池１０が選択された所定の特性パラメータに回
復できるか否かを決定するために、短絡を増加させることを示唆するものである
。このことは、図４を参照することによって最も良く示されている。
【００２５】 第２の動作条件においては、短絡回路１２０は、燃料電池２０の結果としての
電気パワー出力を増加させるように作動する。上で述べた通り、燃料電池１０は
、燃料電池１０の選択された電流及び電圧出力を含む所定の特性パラメータを有
する。第２の動作条件においては、特性パラメータが単純に低下し、且つ最低閾
値以下には低下していない場合、上で説明した通り、短絡回路１２０は、個々の
そしてグループとしての燃料電池１０が所定の特性パラメータにまで回復させる
ためのものとして用いられている。例えば、選択的又はグループとしての燃料電
池１０は、時間の経過で、その電圧及び電流出力が低下し始めるかも知れない。
この低下は短絡制御部１２２によって検出されるので、短絡制御部１２２は、特
性が劣化した燃料電池１０のアノードとカソードの間の電流を、その燃料電池の
所定特性パラメータを回復させるのに有効な個々に区別される速度で、直列に反
復して短絡するように動作する。他の実施例では、特性パラメータが単に低下す
るような場合、短絡制御部１２２は、当該燃料電池の低下する特性パラメータを
、その他の燃料電池の特性パラメータと比較し、その電気的特性を改善するよう
に、参照することにより、個々の燃料電池１０のデューティサイクルを調節する
ことが有効的である。理解される通り、用語“デューティサイクル”は、ここで
は、装置を動作させる時に占める“オンタイム”期間の１動作サイクルの全時間
に対する比（パルス繰返し期間に対するパルス継続時間の比）を意味する。用語
デューティサイクルを定義するもう一つの方法は、断続的に動作する装置におい
ては、動作時間の全作動時間に対する比である。このデューティサイクルは、全
動作サイクル時間の百分率として表わされる。本発明においては、したがって、
短絡制御部１２２は、選択した燃料電池に関して、その燃料電池が選択された所
定の特性パラメータ以上に回復又は維持するように、短絡の持続時間と動作サイ
クル時間の双方を調節するように動作する。
【００２６】 上に記した通り、我々発明者は、第２の動作条件において、燃料電池の特性強
化が、燃料電池１０のアノード５２とカソード５３の間の電流を調節的に繰返し
て直列に短絡することによって達成し得ることを発見した。この点、第２の動作
条件においては、図４に参照番号１３０で示されるプログラムロジックが、燃料
電池１０のそれぞれに電気的に個別に接続され且つ関連する各電気的スイッチ１
２４を、個別に調節的に且つ周期的に開放又は閉鎖するために、短絡制御部１２
２によって利用される。これらの電気的スイッチ１２４は、要求される所定の電
圧及び電流出力を得るために、任意のグループ又はパターンで、または如何なる
方法において、個別に且つ直列的に活性化しても良い。この点に関し、好ましい
動作サイクル時間は約０．０１秒から約４分であると決められた。この周期的な
短絡が実行された場合、燃料電池１０の電圧出力は少なくとも約５％増加するこ
とが分かった。さらに、短絡制御回路１２０は、動作サイクルの約２０％以下の
期間、電流を短絡するように動作する。
【００２７】 第２の動作条件の間、短絡制御部１２２は、バルブ１０４を、燃料電池１０へ
の燃料ガス１０５の実質的に連続的な供給を許容する状態に維持する。この繰返
し且つ周期的な短絡は、燃料電池のそれぞれを“条件付け”されたものと推測さ
れ、即ち、そのような短絡は、ＭＥＡ５０に利用し得る水の量を増加し、これに
応じてＭＥＡの特性を向上させるものと思われる。短絡はまた、ＭＥＡ上に設け
られた拡散層から過剰な水を蒸発させるのに十分な熱消費の短時間増加をもたら
すものと考えられる。この水の蒸発は、外気空気からより多くの酸素を、ＭＥＡ
のカソード側に利用可能なものとする。原因が何であれ、短絡が、ＭＥＡの陽子
伝導性を高めるものと思われる。陽子伝導性のこの増加は、時間の経過によりゆ
っくりと消失する燃料電池のパワー出力の瞬間的な増加をもたらす。燃料電池１
０の電気パワー出力の全体増加は、個々の燃料電池１０及びグループの燃料電池
１０を調節的に順次、且つ周期的な短絡によって制御されるので、全体が直列に
接続された燃料電池のグループの、全体的パワー発生能力を増加させる結果とな
る。上に記した通り、それぞれの短絡制御回路１２０は、直列に接続された各燃
料電池１０と個別に作動的に接続されており、単一の燃料電池及びグループとし
ての燃料電池のために動作可能とすることができる。これに加えて、それぞれの
燃料電池のデューティ及び動作サイクルは、個々の燃料電池の特性によりそれの
特性を向上させること、または、任意グループの燃料電池又は個々の燃料電池の
低下した特性を、ケース毎に違うが、安定させる目的で、如何なる数の異なる組
み合わせ及びそれぞれ個別の期間に調節することができる。
【００２８】
【作用】
本発明の、上に説明した実施例の動作は以下の説明で容易に明らかになるであ
ろう。ここで、その動作を簡単に説明する。
【００２９】 最も広い意味では、本発明は、アノード５２とカソード５３とを有すると共に
、任意の電流及び電圧出力を有する電気パワーを発生する燃料電池１０に関する
。燃料電池１０は制御部１２２を有し、該制御部１２２は燃料電池に電気的に接
続されており、燃料電池のアノードとカソードの間の電流を短絡する。既に記し
た通り、制御部１２２は電圧センサー１２３と電流センサー１２８を有し、これ
らは、燃料電池１０の電気パワー出力に対して電圧及び電流検出可能な状態に設
けられている。制御部１２２は更に、開放及び閉鎖電気状態を有する電気的なス
イッチを有する。制御部１２２は、第１の動作条件において、電圧及び電流セン
サーによって燃料電池１０の任意電気パワー出力を検出することに基づき、バル
ブ１０４を、燃料ガス１０５の供給に対して所定量の阻止関係となるようにする
。この第１の動作条件においては、電気的スイッチは、燃料電池１０の所定特性
パラメータ如何によって、開放電気状態又は閉鎖電気状態の何れかに設定されれ
ば良い。上に記した通り、第１の動作条件においては、特性パラメータが一致し
ない場合、制御部１２２はこれに応じて電気的スイッチを閉鎖する。この閉鎖さ
れたスイッチは、燃料電池のアノードとカソードの間の電流を短絡する。これと
ほぼ同時に、制御部１２２は、この状態にあるときは、バルブ１０４を燃料電池
への燃料ガスの供給を停止するようにする。既に記した通り、燃料電池１０の電
圧出力が約０．４Ｖより低いときは、電気的スイッチは閉鎖位置となり、アノー
ドとカソードの間の電圧を短絡し、また同時に、バルブを燃料ガスの供給を停止
するようにする。本願で既に説明した通り、負の水和降下は過度の熱を生じ、こ
れはＭＥＡへ損傷を与えることになる。第１の動作条件において、短絡制御回路
１２０は、電流を短絡し、これによりこの損傷を防ぐように動作する。勿論、第
１の動作条件の引き金となる特性パラメータには、特性パラメータの低下、また
は他の燃料電池によって達成されている特性パラメータとの比較による特性パラ
メータの低下が含まれる。ここに挙げられていない更に他のパラメータを用いる
こともできる。
【００３０】 短絡制御回路１２０は、既に説明した通り、ダイオード１２７からなる受動バ
イパス電気回路１２６を有する。燃料電池が故障したことに伴って短絡制御回路
１２１が故障した場合、バイパス電気回路は、短絡制御回路を、上に述べた損傷
が起こらないようにさせる。選択されたダイオード１２７は、燃料電池１０がパ
ワーを発生しているときは、通常は逆バイアスとなっており、通常の動作条件の
もとでは、短絡制御回路１２１に何ら影響を与えない。しかしながら、燃料電池
１０が故障し、電圧出力が０に近づき、または負になると、ダイオード１２７は
順方向バイアスとなる。電圧は燃料電池１０に代わってダイオード１２７を通っ
て流れることになる。負電圧の最大値は、選択されるダイオードの形式によって
異なる。型番８５ＣＮＱ０１５として商業的に入手可能なショットキーバリアダ
イオードが好ましい。これらのダイオードは、約０．３Ｖで大きな電流を流すこ
とができる。この電圧制限は、燃料電池の最大正負電圧を制限するものであり、
これにより、過熱及びこれに伴う損傷を防止することができる。
【００３１】 第２の動作条件において、短絡制御部１２２は、図４に参照番号１３０で示さ
れるロジックを実行することにより、電気的スイッチ１２４が閉鎖状態のとき、
燃料電池のアノード５２とカソード５３の間の電流を短絡し、また同時に、短絡
制御部が電気的スイッチを周期的に開放及び閉鎖することにより、燃料電池に対
してほぼ連続的な燃料の供給を許容するような状態にバルブ１０４を維持する。
既に記した通り、燃料電池１０はデューティサイクルと、約０．０１秒から約４
分の動作サイクルを有する。我々発明者は、デューティサイクルの間の電気的ス
イッチの開放及び閉鎖による周期的短絡が、燃料電池１０の全体的な電気パワー
出力を増加させることを発見した。これは、直列に接続された燃料電池の電圧及
び電流出力を、少なくとも約５％増加させる結果をもたらす。デューティサイク
ルの短絡期間は、動作サイクルの約２０％より短い。
【００３２】 本願燃料電池１０とこれに関連した回路１２１は、アノード５２とカソード５
３を有し、更に任意の電圧及び電流出力を有する燃料電池１０を制御するための
便利な方法を提供する。その方法は、 燃料電池のアノード５２に対して流体移動可能な関係で、燃料ガス１０５の供
給手段を提供する過程と、 燃料ガス１０５の供給手段に対して、調節可能で流量測定可能な関係に設けら
れたバルブ１０４を提供する過程と、 アノード５２及びカソード５３に対して電流及び電圧検出可能に電気的に接続
され、アノードとカソードの間の電流を短絡するようになっており、更に、バル
ブ１０４に対して制御可能に結合されている制御部１２２を提供する過程と、 制御部１２２の手段によって、燃料電池１０の電圧と電流が所定値より低い電
圧及び電流出力であるか否かを決定する過程と、 電圧及び電流出力を決定する過程の後の、もし電圧及び電流出力が所定値より
低いなら、制御部１２２によりアノード５２への燃料ガス１０５の流れを停止す
るようにバルブ１０４を調節する過程と、 もし電圧及び電流出力が所定値より低いなら、制御部１２２により燃料電池１
０のアノード５２とカソード５３の間の電流を短絡する過程とを有する。既に説
明した通り、上に記した方法は、燃料電池の特性低下（予め決められた所定の特
性パラメータに関する特性低下、あるいは、他の燃料電池の特性パラメータとの
比較による特性低下、さらにはその他の特性低下）が、熱蓄積の増加又は燃料電
池１０内の他の好ましくない環境条件による燃料電池の損傷を引き起こす第１の
動作条件において有益である。
【００３３】 さらに、本発明は、アノード５２、カソード５３、任意の電圧及び電流出力、
及びデューティサイクル及び動作サイクルを有する燃料電池１０を、第２の動作
条件において制御する方法を提供するものである。該方法は、 燃料電池のアノード５２に流体移動可能な状態で燃料ガス１０５の供給手段を
提供する過程と、 燃料ガス１０５の供給手段に対して、調節可能で流量測定可能な関係に設けら
れたバルブ１０４を提供する過程と、 アノード５２及びカソード５３に対して電流及び電圧検出可能に電気的に接続
され、燃料電池のアノードとカソードの間の電流を短絡するようになっており、
更に、バルブ１０４に対して制御可能に結合されている制御部１２２を提供する
過程と、 燃料電池の電圧及び電流出力を決定した後で、且つ燃料電池のアノードに燃料
ガスのほぼ連続的な供給を確実にする位置にバルブを維持したままで、デューテ
ィサイクルの間に、電気パワー出力を増加させるように、アノードとカソードの
間の電流を周期的に短絡する過程であって、動作サイクルが約０．０１秒から約
４分であり、また、デューティサイクルにおける短絡期間が動作サイクルの約２
０％より短い、周期的に短絡する過程とを有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明によるＰＥＭ燃料電池モジュール及びこれと合致するサブラック
の関連部分の部分的斜視分解側面図である。
【図２】 図２は本発明で用いられるＰＥＭ燃料電池モジュールの部分的分解斜視図であ
る。
【図３】 図３は本発明に用いられる電気回路を極めて簡略化して示した図である。
【図４】 図４は図３の電気回路の動作を示すコンピュータプログラムのフローチャート
である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年６月２日（２０００．６．２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１５】 図２に示されている通り、本体１２は、包括的に参照番号２０で示され、且つ
個々には参照番号２１，２２，２３，２４でそれぞれ示された複数の実質的に対
向したキャビティをそれぞれ画定する。さらに、複数の開口２５が本体１２の所
定の場所に形成されており、これらは、留め具２６を受け入れるようになってい
る。本体は更に一組の通路３０を有する。一組の通路は、水素ガス源（図３に見
ることができる）からの水素ガスを供給するための第１通路３１と、キャビティ
１２１〜１２４のそれぞれからの不純物、水、未反応水素ガスを除去する役割を
果す第２通路３２からなる。連絡通路３３は、第１、第２キャビティ２１，２２
、及び第３、第４キャビティ２３，２４をそれぞれ互いに流体移動可能に結合し
、その結果、第１通路３１の手段によって供給された水素ガスは、キャビティ２
１〜２４のそれぞれに入り込んで行く道を自ら見出すことになる。キャビティ２
１〜２４は、その大きさ及び形状ともに実質的に同一である。さらに、各キャビ
ティは、所定の表面領域及び深さを有する窪み領域３４を具備する。窪み領域３
４には、そこからほぼ垂直に外側に延びている複数の小さい突起が設けられてい
る。これら個々の突起の機能は後に詳しく説明することとする。図２に見られる
通り、第１及び第２通路３１，３２は、窪み領域３４に対して、流体移動可能に
接続されている。本体１２はまた、途中が断続している周囲端を有している。特
に、周囲端は、多数のギャップ又は開放口３６をそれに沿って画定する。さらに
、各通路３１，３２は、所定の外側直径寸法を有する終端部３７を有する。各通
路３１，３２の終端部３７は、後で詳細に説明するバルブに対して流体移動可能
な状態で、合致結合されるようになっている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】 更に詳しく図２に示されている通り、本発明のＰＥＭ燃料電池１０は更に、電
流コレクタ６０のそれぞれと、それらの間に挟まれたＭＥＡ５０に対して所定の
力を与えるための個別力付与アセンブリ７０を有する。この点に関し、個別力付
与アセンブリは、水素供給フレーム１１のそれぞれのキャビティを部分的に覆う
カソードカバー７１を有する。図１及び図２に示されている通り、カソードカバ
ーそれぞれは個別に且つ脱着可能に、相互にそして水素供給フレーム１１に対し
て共働するか、さもなければ嵌り合う。複数の金属製波型スプリングとして示さ
れているバイアスアセンブリ７２は、カソードカバーと共働すると共に、近傍の
圧力伝達アセンブリ７３に力を伝達するように動作する。カソードカバーのそれ
ぞれは、水素供給フレーム１１によって画定された各キャビティ２１〜２４のう
ちの一つに、それぞれ入れ込まれるか、さもなければ、合致結合又は係合する。
カソードカバーが好ましい状態で入れ込まれると、カソードカバーの外側面７４
によって画定される個別の開口７５は、薄膜電極アセンブリ５０のカソード側に
空気を循環させる通路７６を画定する。各電流コレクタ６０を関連したＭＥＡに
対して良好な抵抗電気接触を維持するために十分な所定の力を出させるために、
留め具２６が、各カソードカバーを通して、そしてカソードカバーによって挟ま
れた水素供給フレームを通して受け入れられる。燃料電池１０を通した空気の循
環、及び関連したサブラックとのその作用的共働作用のことは、上記の先に出願
した特許明細書内に記載されており、その内容は本願明細書内に参照によって組
み入れられる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，Ｚ Ａ，ＺＷ (72)発明者 デブリーズ， ピータ， ディー． アメリカ合衆国， ワシントン州 99204， スポーケン， ジャクソン アベニュー ダブリュー． 832 (72)発明者 ロイド， グレッグ， エイ． アメリカ合衆国， ワシントン州 99216， スポーケン， 23アールディー アベニ ュー， イー． 12822 (72)発明者 ロット， デビット， アール． アメリカ合衆国， ワシントン州 99205， スポーケン， ワシントン 2215 エ ヌ． (72)発明者 スカルトジー， ジョン， ピー． アメリカ合衆国， ワシントン州 99216， スポーケン， 25ティーエイチ アベニ ュー イー． 13721 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CX04 HH06 HH10 5H027 AA06 KK54 KK56 MM09

Claims (74)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アノードとカソードを有し、任意電圧出力を有する電流を発
    生する燃料電池であって、該燃料電池は、 前記燃料電池に電気的に接続され、該燃料電池のアノードとカソードの間の電
    流を短絡する制御装置を有することを特徴とする燃料電池。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の燃料電池であって、該燃料電池は更に、燃料
    電池のアノードに対して流体移動可能に設けられた燃料ガスの供給手段と、前記
    燃料ガスの供給手段に対して流体移動可能に設けられたバルブとを有し、前記制
    御装置が前記バルブに対して制御可能に接続されていることを特徴とする燃料電
    池。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の燃料電池であって、前記制御装置は更に、前
    記燃料電池の電気パワー出力に対して電圧及び電流検出可能に設けられた電圧及
    び電流センサーを有することを特徴とする燃料電池。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の燃料電池であって、前記制御装置は更に、開
    放及び閉鎖電気状態を有する電気的スイッチを有し、前記制御装置は、前記電圧
    及び電流センサーによって、燃料電池の所定電圧及び電流出力を検出することに
    応じて、前記バルブを、前記燃料ガスの供給に対して所定の流量測定可能な状態
    に調節し、前記電気的スイッチは開放又は閉鎖電気状態にされ、そして、燃料電
    池は、第２の条件において、デューティサイクルを有することを特徴とする燃料
    電池。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の燃料電池であって、前記制御装置は、第１の
    条件において、前記電気的スイッチが閉鎖電気状態のとき、燃料電池のアノード
    とカソードの間の電流を短絡すると共に、同時に、バルブを前記燃料電池への燃
    料ガスの供給を停止するようにし、また、前記電気的スイッチは、それが前記制
    御装置によって開放電気状態にされているとき、前記バルブを、前記燃料電池に
    対してほぼ連続的な燃料ガスの供給を許容するようにすることを特徴とする燃料
    電池。
  6. 【請求項６】 請求項５記載の燃料電池であって、前記制御装置は、第２の
    条件において、前記デューティサイクルの間、前記電気的スイッチが閉鎖電気状
    態のとき、前記燃料電池のアノードとカソードの間の電流を短絡し、そして、前
    記制御装置は、前記電気的スイッチが開放及び閉鎖している間、前記バルブを、
    燃料電池に対してほぼ連続的な燃料ガスの供給を許容する状態にすることを特徴
    とする燃料電池。
  7. 【請求項７】 請求項５記載の燃料電池であって、前記燃料電池は、選択さ
    れた電流及び電圧出力を含む所定の特性パラメータを有し、前記第１の条件にお
    いては、燃料電池の電圧及び電流出力は前記所定の特性パラメータより小さく、
    また、前記第２の条件においては、前記電気的スイッチは、前記デューティサイ
    クルの間、前記燃料電池の電気パワー出力を増加させるように、周期的に開放及
    び閉鎖することを特徴とする燃料電池。
  8. 【請求項８】 請求項５記載の燃料電池であって、前記燃料電池は、選択さ
    れた電流及び電圧出力からなる所定の特性パラメータを有し、前記第１の条件に
    おいて、前記所定の特性パラメータは特性が低下することを特徴とする燃料電池
    。
  9. 【請求項９】 請求項５記載の燃料電池であって、前記燃料電池は、所定の
    最大定格電流における選択された電流及び電圧出力からなる所定の特性パラメー
    タを有し、前記第１の条件において、前記所定の特性パラメータが低下するか、
    又は約０．４Ｖより低い範囲内にあることを特徴とする燃料電池。
  10. 【請求項１０】 請求項５記載の燃料電池であって、前記燃料電池は、選択
    された電流及び電圧出力からなる所定の特性パラメータを有し、前記第２の条件
    において、前記燃料電池は約０．０１秒から約４分の所定動作サイクルを有し、
    前記デューティサイクル及び動作サイクルはそれぞれ選択的に、少なくとも一部
    、燃料電池の所定特性パラメータを参照して前記制御装置によって調節されるこ
    とを特徴とする燃料電池。
  11. 【請求項１１】 請求項５記載の燃料電池であって、前記燃料電池は、選択
    された電流及び電圧出力からなる所定の特性パラメータを有し、前記第２の条件
    において、前記燃料電池は約０．０１秒から約４分の所定動作サイクルを有し、
    前記デューティサイクル及び動作サイクルはそれぞれ選択的に、少なくとも一部
    、他の燃料電池の特性パラメータとの比較において燃料電池の所定特性パラメー
    タの低下を参照して前記制御装置によって調節されることを特徴とする燃料電池
    。
  12. 【請求項１２】 請求項５記載の燃料電池であって、前記燃料電池は他の燃
    料電池と直列に電気的に接続されていることを特徴とする燃料電池。
  13. 【請求項１３】 請求項１２記載の燃料電池であって、前記第２の条件にお
    いて、前記燃料電池はデューティサイクルと約０．０１秒から約４分の動作サイ
    クルを有し、前記制御装置は、各燃料電池のアノードとカソードの間の電流を、
    前記デューティサイクルの間、短絡するように各燃料電池に電気的に接続され、
    そして、前記制御装置はそれぞれの燃料電池を所定の繰り返しパターンで短絡す
    ることを特徴とする燃料電池。
  14. 【請求項１４】 請求項１３記載の燃料電池であって、前記第２の条件にお
    いて、各燃料電池に電気的に接続された制御装置は、直列に電気的に接続された
    燃料電池からの電気パワー出力を増加させるために、前記デューティサイクルの
    間、各燃料電池のアノードとカソードの間の電流を周期的に短絡し、前記制御装
    置の所定繰り返しパターンは、それぞれの燃料電池を繰り返しパターンにより直
    列に短絡することであることを特徴とする燃料電池。
  15. 【請求項１５】 請求項１４記載の燃料電池であって、前記第２の条件にお
    いて、前記デューティサイクル及び動作サイクルは、燃料電池の電気パワー出力
    を最大効率とするように、個別に選択的に調節され、直列に電気的に接続された
    燃料電池の電気パワー出力は少なくとも約５％増加し、前記デューティサイクル
    の間の短絡期間は前記動作サイクルの約２０％より短いことを特徴とする燃料電
    池。
  16. 【請求項１６】 請求項１５記載の燃料電池であって、前記電気的スイッチ
    は電界効果トランジスタからなり、各燃料電池のアノードとカソードの間の電流
    を短絡する前記制御装置は更に、前記電界効果トランジスタが故障のとき、各燃
    料電池のアノードとカソードの間の電流を短絡するように動作する受動式バイパ
    ス電気回路を有することを特徴とする燃料電池。
  17. 【請求項１７】 請求項１６記載の燃料電池であって、前記受動式バイパス
    電気回路はダイオードからなることを特徴とする燃料電池。
  18. 【請求項１８】 アノードとカソードを有し、任意電流及び電圧出力を有す
    る電気パワーを発生する燃料電池であって、該燃料電池は、 前記燃料電池のアノードに対して流体移動可能に設けられた燃料ガスの供給手
    段と、 前記燃料ガスの供給手段に対して流体移動制御可能に設けられたバルブであっ
    て、前記燃料電池のアノードへの燃料ガスを計測するバルブと、 前記燃料電池に電気的に接続されると共に前記バルブに対して制御可能な関係
    に設けられる制御装置であって、該制御装置は、所定の動作条件のもとで、前記
    バルブを、前記燃料ガスの供給手段に対して、所定の流量計測可能な状態に調節
    すると共に、燃料電池のアノードとカソードの間の電流を短絡するものである制
    御装置と、 を具備することを特徴とする燃料電池。
  19. 【請求項１９】 請求項１８記載の燃料電池であって、前記制御装置は更に
    、前記燃料電池の電気パワー出力に対して検出可能な関係で設けられた電圧及び
    電流センサーと、開放及び閉鎖電気状態を有する電気的スイッチとを有し、前記
    制御装置は、前記電気的スイッチを、開放電気状態と閉鎖電気状態との間で移動
    させることを特徴とする燃料電池。
  20. 【請求項２０】 請求項１９記載の燃料電池であって、前記制御装置は、第
    １の条件において、前記電気的スイッチが閉鎖電気状態のとき、燃料電池のアノ
    ードとカソードの間の電流を短絡し、また同時に、バルブを、前記燃料電池への
    燃料ガスの供給を停止させ、そして、前記電気的スイッチは、それが前記制御装
    置によって開放電気状態にされているとき、バルブを、燃料電池へのほぼ連続的
    な燃料ガスの供給を許容する状態にすることを特徴とする燃料電池。
  21. 【請求項２１】 請求項２０記載の燃料電池であって、前記制御装置は、第
    ２の条件において、前記電気的スイッチが閉鎖電気状態に置かれているとき、燃
    料電池のアノードとカソードの間の電流を短絡し、前記制御装置は、前記バルブ
    を、前記電気的スイッチが開放及び閉鎖している間、燃料電池へのほぼ連続的な
    燃料ガスの供給を許容する状態に維持し、そして、前記燃料電池は前記第２の条
    件においてデューティサイクルを有することを特徴とする燃料電池。
  22. 【請求項２２】 請求項２１記載の燃料電池であって、前記燃料電池は、選
    択された電流及び電圧出力を有する所定の特性パラメータを有し、第１の条件に
    おいては、燃料電池の電圧出力は前記所定特性パラメータ以下であり、第２の条
    件においては、前記電気的スイッチは、燃料電池の電気パワー出力を増加させる
    ために、デューティサイクルの間、周期的に開放及び閉鎖することを特徴とする
    燃料電池。
  23. 【請求項２３】 請求項２１記載の燃料電池であって、前記燃料電池は、選
    択された電流及び電圧出力からなる所定の特性パラメータを有し、前記第１の条
    件において、前記所定の特性パラメータは特性が低下することを特徴とする燃料
    電池。
  24. 【請求項２４】 請求項２１記載の燃料電池であって、前記燃料電池は、所
    定の最大定格電流における選択された電流及び電圧出力からなる所定の特性パラ
    メータを有し、前記第１の条件において、前記所定の特性パラメータが低下する
    か、又は約０．４Ｖより低い範囲内にあることを特徴とする燃料電池。
  25. 【請求項２５】 請求項２１記載の燃料電池であって、前記燃料電池は、選
    択された電流及び電圧出力からなる所定の特性パラメータを有し、前記第２の条
    件において、前記燃料電池は所定の動作サイクル及びデューティサイクルを有し
    、前記デューティサイクル及び動作サイクルはそれぞれ選択的に、少なくとも一
    部、燃料電池の所定特性パラメータを参照して前記制御装置によって調節される
    ことを特徴とする燃料電池。
  26. 【請求項２６】 請求項２１記載の燃料電池であって、前記燃料電池は、選
    択された電流及び電圧出力からなる所定の特性パラメータを有し、前記第２の条
    件において、前記燃料電池は所定のデューティサイクルと約０．０１秒から約４
    分の所定動作サイクルを有し、前記デューティサイクル及び動作サイクルはそれ
    ぞれ選択的に、少なくとも一部、他の燃料電池の特性パラメータとの比較におい
    て燃料電池の所定特性パラメータの低下を参照して前記制御装置によって調節さ
    れることを特徴とする燃料電池。
  27. 【請求項２７】 請求項２１記載の燃料電池であって、前記燃料電池は他の
    燃料電池と直列に電気的に接続されていることを特徴とする燃料電池。
  28. 【請求項２８】 請求項２７記載の燃料電池であって、前記制御装置は、各
    燃料電池のアノードとカソードの間の電流を短絡するために、各燃料電池に電気
    的に接続されていることを特徴とする燃料電池。
  29. 【請求項２９】 請求項２８記載の燃料電池であって、前記燃料電池はデュ
    ーティサイクルと約０．０１秒から約４分の動作サイクルを有し、前記第２の条
    件において、各燃料電池に電気的に接続された前記制御装置は、前記デューティ
    サイクルの間、直列に電気的に接続された燃料電池からの電気パワー出力を増加
    するように、各燃料電池のアノードとカソードの間の電流を短絡することを特徴
    とする燃料電池。
  30. 【請求項３０】 請求項２９記載の燃料電池であって、前記第２の条件にお
    いて、前記デューティサイクル及び動作サイクルは、燃料電池それぞれの電気パ
    ワー出力を最大効率とするように、個別に且つ選択的に調節され、直列に電気的
    に接続された燃料電池の電気パワー出力は少なくとも約５％増加し、前記デュー
    ティサイクルの間の短絡期間は前記動作サイクルの約２０％より短いことを特徴
    とする燃料電池。
  31. 【請求項３１】 請求項３０記載の燃料電池であって、前記電気的スイッチ
    は電界効果トランジスタからなり、直列に接続された各燃料電池のアノードとカ
    ソードの間の電流を短絡する前記制御装置は更に、前記電界効果トランジスタが
    故障のとき、各燃料電池のアノードとカソードの間の電流を短絡するように動作
    する受動式バイパス電気回路を有することを特徴とする燃料電池。
  32. 【請求項３２】 請求項３１記載の燃料電池であって、前記受動式バイパス
    電気回路はダイオードからなり、前記制御装置は自動化されたインテリジェント
    タイプ制御装置であることを特徴とする燃料電池。
  33. 【請求項３３】 アノードとカソードを有し、所定の電気パワー出力を有す
    る電流を発生する燃料電池であって、該燃料電池は、 対向する側面を有する薄膜であって、該薄膜の一方の側面上にはアノードが設
    けられ、該アノードに対向する薄膜の他方の側面上にはカソードが設けられた薄
    膜と、 前記アノードに対して流体移動可能な関係に設けられた燃料ガスの供給手段と
    、前記カソードに対して流体移動可能な関係に設けられた酸素ガスの供給手段と
    、 前記アノードとカソードに個別に電気的に接続された電圧及び電流センサーと
    、 燃料電池への燃料ガスの供給量を測定するために、前記燃料ガスの供給手段に
    流体移動制御可能な関係に設けられたバルブと、 前記アノード及びカソードに電気的に接続され、開放及び閉鎖電気状態に設定
    することができる電気的スイッチと、 前記電気的スイッチ、バルブ、電圧及び電流センサーに接続された制御装置で
    あって、前記電圧及び電流センサーによって所定の電圧を検出すると、前記バル
    ブを、前記燃料ガス供給手段に対して所定の流量測定可能な関係に調節すると共
    に、前記電気的スイッチを、所定の開放又は閉鎖電気状態にする制御装置と、 を具備することを特徴とする燃料電池。
  34. 【請求項３４】 請求項３３記載の燃料電池であって、前記制御装置は、第
    １の条件において、前記電気的スイッチが閉鎖電気状態のときは、燃料電池のア
    ノードとカソードの間の電流を短絡し、また同時に、前記バルブを、燃料電池へ
    の燃料ガスの供給を停止するようにし、そして、前記電気的スイッチは、それが
    前記制御装置によって開放電気状態にされているとき、前記バルブを、燃料電池
    への燃料ガスのほぼ連続的な供給を許容する状態にすることを特徴とする燃料電
    池。
  35. 【請求項３５】 請求項３４記載の燃料電池であって、前記制御装置は、第
    ２の条件において、前記電気的スイッチが閉鎖電気状態のときは、燃料電池のア
    ノードとカソードの間の電流を短絡し、また、前記電気的スイッチの開放及び閉
    鎖の間は、前記バルブを、燃料電池への燃料ガスのほぼ連続的な供給を可能とす
    る状態に維持し、そして前記燃料電池は前記第２の条件においてデューティサイ
    クルと動作サイクルを有することを特徴とする燃料電池。
  36. 【請求項３６】 請求項３５記載の燃料電池であって、前記燃料電池は選択
    された電流及び電圧出力からなる所定の特性パラメータを有し、前記第１の条件
    において、前記燃料電池の電圧出力は前記所定特性パラメータより低く、そして
    、前記第２の条件において、前記電気的スイッチは、前記デューティサイクルの
    間、燃料電池の電気パワー出力を増加させるために、周期的に開放又は閉鎖する
    ことを特徴とする燃料電池。
  37. 【請求項３７】 請求項３５記載の燃料電池であって、前記燃料電池は選択
    された電流及び電圧出力からなる所定の特性パラメータを有し、前記第１の条件
    において、前記特性パラメータは特性が低下することを特徴とする燃料電池。
  38. 【請求項３８】 請求項３５記載の燃料電池であって、前記燃料電池は所定
    の最大定格電流において選択された電流及び電圧出力からなる所定の特性パラメ
    ータを有し、前記第１の条件において、前記特性パラメータは特性が低下するこ
    と、又は約０．４Ｖ以下の範囲であることを特徴とする燃料電池。
  39. 【請求項３９】 請求項３５記載の燃料電池であって、前記燃料電池は選択
    された電流及び電圧出力からなる所定の特性パラメータを有し、前記第２の条件
    において、前記任意の動作サイクルは約０．０１秒から約４分であり、前記デュ
    ーティサイクル及び動作サイクルはそれぞれ選択的に、少なくとも一部、燃料電
    池の前記所定の特性パラメータを参照して前記制御装置によって調節されること
    を特徴とする燃料電池。
  40. 【請求項４０】 請求項３５記載の燃料電池であって、前記燃料電池は選択
    された電流及び電圧出力からなる所定の特性パラメータを有し、前記第２の条件
    において、前記動作サイクルは約０．０１秒から約４分であり、前記デューティ
    サイクル及び動作サイクルはそれぞれ選択的に、少なくとも一部、他の燃料電池
    の特性パラメータと比較した燃料電池の低下している前記所定の特性パラメータ
    を参照して前記制御装置によって調節されることを特徴とする燃料電池。
  41. 【請求項４１】 請求項３５記載の燃料電池であって、前記燃料電池は他の
    燃料電池に直列に電気的に接続されていることを特徴とする燃料電池。
  42. 【請求項４２】 請求項４１記載の燃料電池であって、前記制御装置は、各
    燃料電池のアノードとカソードの間の電流を短絡するために、各燃料電池に電気
    的に接続されていることを特徴とする燃料電池。
  43. 【請求項４３】 請求項４２記載の燃料電池であって、前記第２の条件にお
    いて、各燃料電池のアノードとカソードに接続されている前記制御装置は、前記
    デューティサイクルの間、直列に電気的に接続された燃料電池から増加した電気
    パワー出力を得るために、それぞれの燃料電池のアノードとカソードの間の電流
    を短絡することを特徴とする燃料電池。
  44. 【請求項４４】 請求項４３記載の燃料電池であって、前記第２の条件にお
    いて、それぞれの燃料電池の電気パワー出力を最大とするために、前記デューテ
    ィサイクルと動作サイクルがそれぞれ選択的に調節され、直列に電気的に接続さ
    れた燃料電池の電気パワー出力は少なくとも約５％増加し、前記デューティサイ
    クルの間の短絡期間は前記動作サイクルの約２０％より短いことを特徴とする燃
    料電池。
  45. 【請求項４５】 アノード及びカソードを有し、所定の電気パワー出力を有
    する電流を発生する燃料電池であって、該燃料電池は、 対向する側面を有する薄膜であって、該薄膜の一方の側面上にはアノードが設
    けられ、該アノードに対向する前記薄膜の他方の側面上にはカソードが設けられ
    る薄膜と、 前記アノードに対して流体移動可能に設けられた燃料ガスの供給手段と、前記
    カソードに対して流体移動可能に設けられた酸素の供給手段と、 前記アノード及びカソードにそれぞれ個別に電気的に接続された電圧及び電流
    センサーと、 前記燃料ガスの供給手段に対して流体移動制御可能に設けられたバルブであっ
    て、前記燃料電池のアノードへの燃料ガスを計測するバルブと、 前記アノード及びカソードに電気的に接続され、開放及び閉鎖電気状態に設定
    することが可能な電気的スイッチと、 前記電気的スイッチ、バルブ、電圧及び電流センサーに接続された制御装置で
    あって、該制御装置は、前記電圧及び電流センサーにより所定の電圧及び電流が
    検出されることに基づき、バルブを、前記燃料ガスの供給手段に対して所定の流
    量測定可能な状態に調節すると共に、前記電気的スイッチを、所定の開放又は閉
    鎖電気状態とし；前記制御装置は、第１の条件において、前記電気的スイッチが
    閉鎖電気状態のとき、燃料電池のアノードとカソードの間の電流を短絡し、また
    同時に、バルブを、前記燃料電池のアノードへの燃料の供給を停止させ；前記電
    気的スイッチは、前記制御装置によってそれが閉鎖電気状態に置かれているとき
    、バルブを、前記燃料電池のアノードへほぼ連続的な燃料ガスの供給を許容する
    状態にし；前記制御装置は、第２の条件において、前記電気的スイッチが閉鎖電
    気状態に置かれているとき、前記燃料電池のアノードとカソードの間の電流を短
    絡し、また同時に、バルブを、前記電気的スイッチの開放及び閉鎖の間、前記燃
    料電池へのほぼ連続的な燃料ガスの供給を許容する状態に維持する制御装置と、 を具備することを特徴とする燃料電池。
  46. 【請求項４６】 請求項４５記載の燃料電池であって、前記第１及び第２の
    条件における燃料電池は、選択された電流及び電圧出力からなる所定特性パラメ
    ータを有し、前記第１の条件においては、前記燃料電池の電圧出力は前記所定特
    性パラメータより低く、前記燃料電池は所定デューティサイクルを有し、前記第
    ２の条件においては、前記電気的スイッチは、前記デューティサイクルの間、燃
    料電池の電気パワー出力を増加させるために、周期的に開放及び閉鎖することを
    特徴とする燃料電池。
  47. 【請求項４７】 請求項４５記載の燃料電池であって、前記燃料電池は、選
    択された電流及び電圧出力からなる所定特性パラメータを有し、前記第１の条件
    においては、前記所定特性パラメータは特性が低下することを特徴とする燃料電
    池。
  48. 【請求項４８】 請求項４５記載の燃料電池であって、前記燃料電池は所定
    の最大定格電流において選択された電流及び電圧出力からなる所定の特性パラメ
    ータを有し、前記第１の条件において、前記特性パラメータは特性が低下するこ
    と、又は約０．４Ｖ以下の範囲であることを特徴とする燃料電池。
  49. 【請求項４９】 請求項４５記載の燃料電池であって、前記燃料電池は選択
    された電流及び電圧出力からなる所定の特性パラメータを有し、前記第２の条件
    において、前記燃料電池は約０．０１秒から約４分の所定動作サイクルを有し、
    前記デューティサイクル及び動作サイクルはそれぞれ選択的に、少なくとも一部
    、燃料電池の前記所定の特性パラメータを参照して前記制御装置によって調節さ
    れることを特徴とする燃料電池。
  50. 【請求項５０】 請求項４５記載の燃料電池であって、前記燃料電池は選択
    された電流及び電圧出力からなる所定の特性パラメータを有し、前記第２の条件
    において、前記燃料電池は約０．０１秒から約４分の動作サイクルを有し、前記
    デューティサイクル及び動作サイクルはそれぞれ選択的に、少なくとも一部、他
    の燃料電池の特性パラメータと比較した燃料電池の低下している前記所定の特性
    パラメータを参照して前記制御装置によって調節されることを特徴とする燃料電
    池。
  51. 【請求項５１】 請求項４５記載の燃料電池であって、前記燃料電池はデュ
    ーティサイクルと約０．０１秒から約４分の動作サイクルを有し、直列に電気的
    に接続された燃料電池の電気パワー出力は少なくとも約５％増加し、前記デュー
    ティサイクルの間の短絡期間は前記動作サイクルの約２０％より短いことを特徴
    とする燃料電池。
  52. 【請求項５２】 請求項４５記載の燃料電池であって、前記燃料電池は他の燃料
    電池に直列に電気的に接続されていることを特徴とする燃料電池。
  53. 【請求項５３】 請求項４５記載の燃料電池であって、前記制御装置は、各
    燃料電池のアノードとカソードの間の電流を短絡するために、各燃料電池のアノ
    ードとカソードに電気的に接続されていることを特徴とする燃料電池。
  54. 【請求項５４】 請求項４５記載の燃料電池であって、各燃料電池に接続さ
    れている制御装置は、直列に電気的に接続されている燃料電池からの電気パワー
    出力を増加させるように、各燃料電池のアノードとカソードの間の電流を短絡す
    るために、前記電気的スイッチを周期的に開放及び閉鎖することを特徴とする燃
    料電池。
  55. 【請求項５５】 請求項４５記載の燃料電池であって、前記電気的スイッチ
    は電界効果トランジスタからなり、前記制御装置は更に、前記電界効果トランジ
    スタが故障のとき、各燃料電池のアノードとカソードの間の電流を短絡するよう
    に動作する受動式バイパス電気回路を有することを特徴とする燃料電池。
  56. 【請求項５６】 請求項５５記載の燃料電池であって、前記バイパス電気回
    路はダイオードからなることを特徴とする燃料電池。
  57. 【請求項５７】 互いに直列に電気的に接続され、それぞれが電圧及び電流
    出力を発生する複数の燃料電池であって、該燃料電池は、 対向する側面を有し、各燃料電池と一体的に形成された薄膜であって、該薄膜
    の一方の側面上にはアノードが設けられ、該アノードと対向する薄膜の他方の側
    面上にはカソードが形成されている薄膜と、 前記各燃料電池のアノードに対して流体移動可能に設けられた燃料ガスの供給
    手段と、前記各燃料電池のカソードに対して流体移動可能に設けられた酸素の供
    給手段と、 前記各燃料電池のアノードとカソードにそれぞれ電気的に接続され、前記各燃
    料電池の電気パワー出力を検出する電圧及び電流センサーと、 前記各燃料電池への燃料ガスの供給量を測定するために、前記燃料ガスの供給
    手段に対して流体移動制御可能な関係に設けられたバルブと、 前記各燃料電池のアノード及びカソードに電気的に接続され、開放及び閉鎖電
    気状態に設定することができる電気的スイッチと、 前記各電気的スイッチ、バルブ、電圧及び電流センサーに接続された制御装置
    であって、該制御装置は、それぞれのバルブを、前記燃料ガスの供給手段に対し
    て所定の流量測定可能な位置に調節し、所定動作条件のもとで、一つ又はそれ以
    上の前記電気的スイッチを、一つ又はそれ以上の前記燃料電池に対して開放又は
    閉鎖電気状態とし；前記制御装置は、第１の動作条件において、関連した一つ又
    はそれ以上の燃料電池のところで、それに電気的に接続された前記電圧及び電流
    センサーによって所定の電圧及び電流が検出されることに基づき、前記電気的ス
    イッチが閉鎖電気状態のとき、関連した燃料電池のアノードとカソードの間の電
    流を短絡し、また同時に、関連した燃料電池に接続されたバルブを、関連した燃
    料電池への燃料ガスの供給を停止させ；前記電気的スイッチは、前記制御装置に
    よってそれが閉鎖電気状態に置かれているとき、前記バルブを、関連した前記燃
    料電池のアノードへほぼ連続的な燃料ガスの供給を許容する状態にし；前記制御
    装置は、第２の動作条件において、前記電気的スイッチが閉鎖電気状態に置かれ
    ているとき、関連した前記燃料電池のアノードとカソードの間の電流を短絡し、
    また前記制御装置は、関連した前記燃料電池に接続されたバルブを、前記電気的
    スイッチの開放及び閉鎖の間、関連した前記燃料電池へのほぼ連続的な燃料ガス
    の供給を許容する状態に維持する制御装置と、 を具備することを特徴とする燃料電池。
  58. 【請求項５８】 請求項５７記載の燃料電池であって、前記燃料電池はデュ
    ーティサイクル及び動作サイクルを有し、前記第１及び第２の条件において、前
    記燃料電池は、選択された電流及び電圧出力からなる所定の特性パラメータを有
    し、前記第１の条件においては、前記燃料電池の前記電圧及び電流出力は前記所
    定の特性パラメータより低く、第２の条件においては、前記電気的スイッチは、
    前記燃料電池の電気パワー出力を増加させるために、前記デューティサイクルの
    間、周期的に開放及び閉鎖することを特徴とする燃料電池。
  59. 【請求項５９】 請求項５７記載の燃料電池であって、前記燃料電池はデュ
    ーティサイクル及び動作サイクルを有し、前記第１及び第２の条件において、前
    記燃料電池は、選択された電流及び電圧出力からなる所定の特性パラメータを有
    し、前記第１の条件において、前記所定の特性パラメータは特性が低下すること
    を特徴とする燃料電池。
  60. 【請求項６０】 請求項５７記載の燃料電池であって、前記燃料電池はデュ
    ーティサイクルを有し、前記第１及び第２の条件において、前記燃料電池は所定
    の最大定格電流において選択された電流及び電圧出力からなる所定の特性パラメ
    ータを有し、前記第１の条件において、前記特性パラメータは特性が低下するこ
    と、又は約０．４Ｖ以下の範囲であることを特徴とする燃料電池。
  61. 【請求項６１】 請求項５７記載の燃料電池であって、前記燃料電池はデュ
    ーティサイクル及び動作サイクルを有し、前記第１及び第２の条件において、前
    記燃料電池は選択された電流及び電圧出力からなる所定の特性パラメータを有し
    、前記動作サイクルは約０．０１秒から約４分であり、前記デューティサイクル
    及び動作サイクルは、少なくとも一部、前記燃料電池の所定特性パラメータを参
    照して前記制御装置によって調節されることを特徴とする燃料電池。
  62. 【請求項６２】 請求項５７記載の燃料電池であって、前記燃料電池はデュ
    ーティサイクルを有し、前記第１及び第２の条件において、前記燃料電池は選択
    された電流及び電圧出力からなる所定の特性パラメータを有し、前記第２の条件
    において、前記燃料電池は約０．０１秒から約４分の所定の動作サイクルを有し
    、前記デューティサイクル及び動作サイクルはそれぞれ選択的に、少なくとも一
    部、他の燃料電池の特性パラメータと比較した燃料電池の低下している前記所定
    の特性パラメータを参照して前記制御装置によって調節されることを特徴とする
    燃料電池。
  63. 【請求項６３】 請求項６１記載の燃料電池であって、前記第２の条件にお
    いて、燃料電池の電気パワー出力を最大とするために、前記デューティサイクル
    と動作サイクルがそれぞれ選択的に調節され、直列に電気的に接続された燃料電
    池の電気パワー出力は少なくとも約５％増加し、前記デューティサイクルの間の
    短絡期間は前記動作サイクルの約２０％より短いことを特徴とする燃料電池。
  64. 【請求項６４】 請求項５７記載の燃料電池であって、前記電気的スイッチ
    は電界効果トランジスタからなり、前記制御装置は更に、前記電界効果トランジ
    スタが故障のとき、各燃料電池のアノードとカソードの間の電流を短絡するよう
    に動作する受動式バイパス電気回路を有することを特徴とする燃料電池。
  65. 【請求項６５】 請求項５７記載の燃料電池であって、前記バイパス電気回
    路はダイオードからなることを特徴とする燃料電池。
  66. 【請求項６６】 アノード及びカソードを有し、所定の電圧及び電流出力を
    有する燃料電池を制御する方法であって、該方法は、 前記燃料電池の電圧及び電流出力を決定する過程と、 所定の動作条件のもとで、前記燃料電池のアノードとカソードの間の電流を短
    絡する過程と、 を有することを特徴とする方法。
  67. 【請求項６７】 請求項６６記載の方法であって、該方法は更に、 前記燃料電池のアノードに対して流体移動可能な関係で燃料ガスの供給手段を
    提供する過程と、 前記燃料ガスの供給手段に対して流体流量計測可能な関係に設けられるバブル
    を提供する過程と、 前記アノード及びカソードに電気的に接続され、前記アノードとカソードの間
    の電流を短絡するのに有効で、更に、前記バルブに対して制御可能に接続されて
    いる制御装置を提供する過程と、 を有することを特徴とする燃料電池の制御方法。
  68. 【請求項６８】 請求項６７記載の方法であって、前記燃料電池は所定の特
    性パラメータを有し、第１の条件において、該方法は更に、 前記制御装置によって、前記燃料電池の電圧及び電流出力を決定する過程と、 前記燃料電池の電圧及び電流出力が前記所定の特性パラメータより低いとき、
    前記制御装置によって、前記バルブを、アノードへの燃料ガスの流れを停止する
    ように調節する過程と、 前記制御装置により、前記アノードとカソードの間の電流を短絡する過程と、 を有することを特徴とする燃料電池の制御方法。
  69. 【請求項６９】 請求項６８記載の方法であって、前記燃料電池は所定の特
    性パラメータを有し、第２の条件において、該方法は更に、 前記制御装置によって、前記燃料電池の電圧及び電流出力を決定する過程と、 前記燃料電池へ燃料ガスをほぼ連続的に供給する過程と、 前記燃料電池の電気パワー出力を増加させるために、前記制御装置によって、
    前記アノードとカソードの間の電流を周期的に短絡する過程であって、該電流の
    周期的短絡は前記燃料電池のデューティサイクルからなる短絡過程と、 を有することを特徴とする燃料電池の制御方法。
  70. 【請求項７０】 請求項６９記載の方法であって、前記第２の動作条件にお
    いて、前記制御装置は、約０．０１秒から約４分の期間の動作サイクルの間に、
    前記アノードとカソードの間の電流を周期的に短絡することを特徴とする燃料電
    池の制御方法。
  71. 【請求項７１】 請求項７０記載の方法であって、前記第２の条件において
    、前記デューティサイクルの間の短絡期間は前記動作サイクルの約２０％より短
    いことを特徴とする燃料電池の制御方法。
  72. 【請求項７２】 請求項７１記載の方法であって、前記第２の条件において
    、前記燃料電池の電圧出力は少なくとも５％増加することを特徴とする燃料電池
    の制御方法。
  73. 【請求項７３】 アノード及びカソードを有し、所定の電圧及び電流出力を
    有する燃料電池を制御する方法であって、該方法は、 前記燃料電池のアノードに対して流体移動可能な関係で燃料ガスの供給手段を
    提供する過程と、 前記燃料ガスの供給手段に対して流体流量計測可能な関係に設けられるバルブ
    を提供する過程と、 前記アノード及びカソードに対して電圧及び電流検出可能な関係に電気的に接
    続され、前記アノード及びカソードの間の電流を短絡し、さらに、前記バルブに
    対して制御可能な関係に接続される制御装置を提供する過程と、 前記燃料電池の電圧及び電流出力が前記所定特性パラメータより低い電圧及び
    電流であるか否かを前記制御装置によって決定する過程と、 前記電圧及び電流決定過程の後に、前記電圧及び電流出力が前記所定値より低
    いとき、前記アノードへの燃料ガスの流れを停止するように、前記制御装置によ
    って前記バルブを調節する過程と、前記燃料電池のアノードとカソードの間の電
    流を前記制御装置によって短絡する過程と、 を有することを特徴とする燃料電池の制御方法。
  74. 【請求項７４】 アノード及びカソード、所定の電圧及び電流出力、デュー
    ティサイクル及び動作サイクルを有する燃料電池を制御する方法であって、該方
    法は、 前記燃料電池のアノードに対して流体移動可能な関係で燃料ガスの供給手段
    を提供する過程と、 前記燃料ガスの供給手段に対して調節可能な流体流量計測可能な関係に設けら
    れたバルブを提供する過程と、 前記アノード及びカソードに対して電圧及び電流検出可能な関係に電気的に接
    続され、前記デューティサイクルの間、前記アノード及びカソードの間の電流を
    短絡し、さらに、前記バルブに対して制御可能な関係に接続されている制御装置
    を提供する過程と、 前記燃料電池の前記電圧及び電流が決定された後、前記バルブを、前記燃料電
    池のアノードへ燃料ガスをほぼ連続的に供給することが確実な位置に保持した状
    態で、電気パワー出力を増加させるように、前記アノードとカソードの間の電流
    を、前記制御装置によって周期的に短絡する過程であって、前記動作サイクルは
    約０．０１秒から約４分であり、前記デューティサイクルの間の短絡期間は前記
    動作サイクルの約２０％より短い短絡過程と、 を有することを特徴とする燃料電池の制御方法。
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