JP2003163018A5

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Publication number: JP2003163018A5
Application number: JP2002277833A
Authority: JP
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2022-09-24

Claims

燃料電池システムを作動するための方法において、
作動温度及び作動圧力によって各々特徴付けられ且つ前記燃料電池スタック内の化学量論組成によって更に特徴付けられる複数の作動点を画成する燃料電池スタックを提供する工程、
前記燃料電池スタックの実際の作動温度を確立する独立した冷却システムを提供する工程、
前記燃料電池スタックの少なくとも一つの実際の作動温度を決定する工程、及び
酸素含有ガスの圧縮流をカソード入口に前記作動圧力で提供する工程を含み、前記作動圧力は、前記実際の作動温度によって画定された実際の作動点での前記燃料電池システムの作動を確実にするのに必要な最小圧力を提供するように制御される、方法。
請求項１に記載の方法において、前記燃料スタックが、アノードを含み、前記化学量論組成の値を前記アノードのところで得る、方法。
請求項１に記載の方法において、前記燃料スタックがカソードを含み、前記化学量論組成の値を前記カソードのところで得る、方法。
請求項１に記載の方法において、前記実際の作動点が、前記燃料電池スタック内の化学量論組成によって追加に画定される、方法。
請求項４に記載の方法において、前記燃料スタックがアノードを含み、前記化学量論組成の値を前記アノードのところで得る、方法。
請求項４に記載の方法において、前記燃料スタックがカソードを含み、前記化学量論組成の値を前記カソードのところで得る、方法。
請求項１に記載の方法において、前記少なくとも一つの実際の作動温度が、実際の作動温度、実際の作動温度と対応する値、及び実際の作動温度に比例する値のうちの少なくとも一つから決定される、方法。
請求項１に記載の方法において、前記燃料電池スタックが、電気エネルギを発生する複数の燃料電池、燃料用アノード入口、酸素含有ガス用カソード入口、及びカソード出口を含む、方法。
請求項８に記載の方法において、前記カソード出口に連結された制流子バルブを制御することによって前記作動圧力に影響を及ぼす、方法。
請求項１に記載の方法において、前記制御システムが、前記燃料電池スタックで発生した熱を運び去る冷却流体を含む、方法。
請求項１に記載の方法において、前記酸素含有ガスの圧縮流をコンプレッサ及びコンプレッサ構成要素によって提供する、方法。
請求項１１に記載の方法において、前記コンプレッサは可変形状の少なくとも一つの構成要素を含み、前記方法が、前記可変形状の構成要素を制御することによって前記コンプレッサの効率を最適化する工程を更に含む、方法。
請求項１２に記載の方法において、可変形状の前記少なくとも一つの構成要素の前記制御が、前記コンプレッサが提供する前記酸素含有ガスの作動圧力及び質量流量の値を考慮に入れて行われる、方法。
請求項１２に記載の方法において、前記最適化工程が、前記コンプレッサと関連した調節自在のガイドベーンを調節する工程を含む、方法。
請求項１２に記載の方法において、前記最適化工程が、前記コンプレッサと関連した調節自在のガイドノズルを調節する工程を含む、方法。
請求項１に記載の方法において、前記作動点が、前記燃料電池スタック内のガスの湿度によって更に特徴付けられる、方法。
請求項１に記載の方法において、前記実際の作動点が、前記燃料電池スタック内のガスの湿度によって追加に画定される、方法。
請求項１に記載の方法において、前記作動圧力が、前記カソード出口での所望の湿度固有値（Ｆ_k）を考慮するように更に制御される、方法。
請求項１８に記載の方法において、前記湿度固有値（Ｆ_k）が、前記燃料電池システムが損傷なしに確実に作動するように、所定の範囲内に保持される、方法。
請求項１に記載の方法において、前記作動圧力が、前記カソード入口に進入する前記酸素含有ガスの相対湿度の値を考慮に入れるように更に制御される、方法。
請求項１に記載の方法において、前記作動温度が、夫々の作動圧力値の選択で前記アノード入口に進入する気体状燃料の相対湿度の値を考慮に入れるように更に制御される、方法。
請求項１に記載の方法において、前記燃料電池スタックに供給された前記燃料の質量流量の値を夫々の出力必要条件と合わせる工程を更に含む、方法。
請求項１に記載の方法において、前記燃料電池スタックに供給された前記酸素含有ガスの質量流量を夫々の出力必要条件と合わせる工程を更に含む、方法。
請求項１に記載の方法において、前記燃料電池スタックがアノード及びカソードを有し、前記方法は、前記作動圧力の選択で、前記アノードでの化学量論組成についての値を考慮に入れる工程を含む、方法。
請求項１に記載の方法において、前記燃料電池スタックがアノード及びカソードを有し、前記方法は、前記作動圧力の選択で、前記カソードでの化学量論組成についての値を考慮に入れる工程を含む、方法。
請求項１に記載の方法において、前記冷却システムが、前記燃料電池システムの効率的作動に適当な可能な最も低い値まで前記実際の作動温度を低下させるように作動される、方法。
請求項１に記載の方法において、前記冷却システムが、夫々の作動圧力値を、前記実際の作動温度で作動する上でできるだけ小さい値に保持するように作動される、方法。
請求項１に記載の方法において、前記冷却システムが、所定のファン速度を持つファン及び所定のポンプ速度を持つポンプを含み、前記ファン速度、前記ポンプ速度、又はこれらの組み合わせを低下することによって冷却性能が低下される、方法。
請求項１に記載の方法において、前記冷却システムが所定のポンプ速度を持つポンプを含み、前記ポンプ速度を低下することによって騒音が減少する、方法。
請求項１に記載の方法において、前記冷却システムは、所定のファン速度を持つファン及び所定のポンプ速度を持つポンプを含み、前記ファン速度及び前記ポンプ速度は、前記燃料電池システムによって動力が提供される車輛がアイドリング状態で作動している場合に低下される、方法。
請求項１に記載の方法において、前記冷却システムは、所定のファン速度を持つファン及び所定のポンプ速度を持つポンプを含み、前記ファン速度及び前記ポンプ速度は、前記燃料電池システムによって動力が提供される車輛が低い車輛速度で作動している場合に低下される、方法。
請求項１に記載の方法において、前記作動圧力が、有効周囲温度、及びこの温度が前記冷却システム及び前記実際の作動温度に及ぼす効果を考慮に入れて制御される、方法。
請求項１に記載の方法において、前記作動圧力が、前記燃料電池システムの有効作動パラメータ及び条件に適合した所望の値を持つ調整パラメータとして使用される、方法。
請求項３３に記載の方法において、前記所望の値は、前記有効作動パラメータ及び作動条件を考慮に入れたアルゴリズムによって決定される、方法。
請求項３３に記載の方法において、前記所望の値は、記憶された特性パラメータから決定される、方法。
燃料電池システムにおいて、
作動温度及び作動圧力によって各々特徴付けられ且つ前記燃料電池スタック内の化学量論組成によって更に特徴付けられる複数の作動点を画成する燃料電池スタック、
前記燃料電池スタックの実際の作動温度を確立するようになった独立した冷却システム、
前記独立した冷却システムによって確立された前記実際の作動温度を決定するようになった温度センサ、及び
前記燃料電池スタックのカソード入口に前記作動圧力で送出するために酸素含有ガスの圧縮流を発生するように形成された圧力構成要素を含み、前記作動圧力が、前記実際の作動温度によって画定された実際の作動点での燃料電池システムの作動を確実にするのに必要な最小の圧力を提供する、燃料電池システム。
請求項３６に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池システムは、前記圧力構成要素のうちの少なくとも一つを前記実際の作動温度のうちの一つに従って制御するように形成されている、燃料電池システム。
請求項３７に記載の燃料電池システムにおいて、前記制御システムは、前記実際の作動温度によって画定された前記実際の作動点での前記燃料電池システムの作動を確実にするのに必要な最小圧力に前記作動圧力を設定するように形成されている、燃料電池システム。
請求項３７に記載の燃料電池システムにおいて、前記温度センサは前記制御システムに連結されている、燃料電池システム。
請求項３６に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックは、複数の燃料電池、燃料用アノード入口、酸素含有ガス用カソード入口、及びカソード出口を含む、燃料電池システム。
請求項４０に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料は、水素、及び水素分が高い合成ガスのうちの一つを含む、燃料電池システム。
請求項３６に記載の燃料電池システムにおいて、前記冷却システムは、前記燃料電池スタックが発生した熱を運び去るため、冷却流体を前記燃料電池スタックを通して差し向ける、燃料電池システム。
請求項３６に記載の燃料電池システムにおいて、前記温度センサは、実際の作動温度、この実際の作動温度と対応する値、及び実際の作動温度と比例した値のうちの少なくとも一つから前記実際の作動温度を決定する、燃料電池システム。
請求項３６に記載の燃料電池システムにおいて、前記圧力構成要素は、コンプレッサ、電動モータ、及びコンプレッサ構成要素を含む、燃料電池システム。
請求項４４に記載の燃料電池システムにおいて、前記酸素含有ガスは空気を含み、前記コンプレッサは空気コンプレッサである、燃料電池システム。
請求項４４に記載の燃料電池システムにおいて、前記コンプレッサ構成要素は、制流子バルブを含む、燃料電池システム。
請求項４６に記載の燃料電池システムにおいて、前記制流子バルブが前記燃料電池スタックのカソード出口の後で前記燃料電池システムに連結されている、燃料電池システム。
請求項４４に記載の燃料電池システムにおいて、前記コンプレッサが可変形状の少なくとも一つのコンプレッサ構成要素を含み、前記制御システムが前記少なくとも一つの構成要素の前記形状を変化するようにされている、燃料電池システム。
請求項４４に記載の燃料電池システムにおいて、前記コンプレッサは、前記コンプレッサを各作動点で最大の可能な効率で作動できるように形成されている、燃料電池システム。
請求項４９に記載の燃料電池システムにおいて、前記少なくとも一つの可変形状の構成要素が、調節自在のガイドベーンを含む、燃料電池システム。
請求項４９に記載の燃料電池システムにおいて、前記少なくとも一つの可変形状の構成要素が、調節自在のガイドノズルを含む、燃料電池システム。
請求項３６に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタック内のガスの相対湿度値を計測するための第１及び第２のセンサを更に含む、燃料電池システム。
請求項５２に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックは、アノード入口、及びこのアノード入口での前記相対湿度値を計測するように形成された湿度センサを含む、燃料電池システム。
請求項５２に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックは、カソード入口、及びこのカソード入口での前記相対湿度値を計測するように形成された湿度センサを含む、燃料電池システム。
請求項３６に記載の燃料電池システムにおいて、夫々適当な作動圧力についての値を記憶し、前記燃料電池スタックの様々な実際の作動温度及び様々な作動パラメータについての夫々適当な作動圧力を計算するためのアルゴリズムを記憶する、前記制御システムと関連したメモリを更に含む、燃料電池システム。
請求項３６に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックは、アノード及びカソードを含み、前記制御システムは、前記燃料電池スタックの様々な作動点について前記アノードでの及び前記カソードでの化学量論組成値を計測するように形成されている、燃料電池システム。
請求項５６に記載の燃料電池システムにおいて、前記化学量論組成の値はメモリーに記憶されている、燃料電池システム。
請求項３６に記載の燃料電池システムにおいて、前記制御システムは、出力要求信号用入力を含む、燃料電池システム。
請求項３６に記載の燃料電池システムにおいて、前記制御システムは、前記燃料電池スタックに供給された燃料の質量流量を決定するためのバルブが、前記制御システムによって夫々の出力必要条件に従って制御できるように形成されている、燃料電池システム。