JP2006114481A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 燃料電池1を構成する全ての単セル1a、1b、1cの過負荷状態を検出し、過負荷状態が検出されると燃料電池出力の遮断、或いは過負荷状態のセルが正常の発電状態に復帰するように燃料電池出力を制御する。
【選択図】 図1
Description
少なくとも2個の単セルを直列に接続して構成した燃料電池と、
前記各単セルの転極・過負荷状態の発電を検出する異常検出手段により前記転極・過負荷状態が一定時間以上継続して検出されたとき前記転極・過負荷状態を表す転極・過負荷状態信号に基づき前記燃料電池の出力を遮断する保護手段とを備えたことを特徴とする。
少なくとも2個の単セルを直列に接続して構成した燃料電池と、
前記各単セルの転極・過負荷状態の発電を検出する異常検出手段により前記転極・過負荷状態が一定時間以上継続して検出されたとき前記転極・過負荷状態を表す転極・過負荷状態信号を送出する保護手段と、
前記転極・過負荷状態信号を受けて動作を開始し、前記燃料電池の出力電流が漸減するように制御する電流制限手段とを備えたことを特徴とする。
少なくとも2個の単セルを直列に接続して構成した燃料電池と、
前記各単セルの転極・過負荷状態の発電を検出する異常検出手段により前記転極・過負荷状態が検出された場合、この状態を表す転極・過負荷状態信号に基づき前記燃料電池の出力を遮断する保護手段と、
前記転極・過負荷状態信号を受けて動作を開始し、前記燃料電池の出力の回復を行う出力回復手段とを備えたことを特徴とする。
少なくとも2個の単セルを直列に接続して構成した燃料電池と、
前記各単セルの転極・過負荷状態の発電を検出する異常検出手段により前記転極・過負荷状態が検出された場合、この状態を表す転極・過負荷状態信号を送出する保護手段と、
前記転極・過負荷状態信号を受けて動作を開始し、前記燃料電池の出力電流が漸減するように制御する電流制限手段と、
前記転極・過負荷状態信号を受けて動作を開始し、前記燃料電池の出力の回復を行う出力回復手段とを備えたことを特徴とする。
上記第3又は第4の態様において、
前記転極・過負荷状態信号は、前記異常検出手段により転極・過負荷状態が一定時間以上継続して検出されたことを条件として形成されるようにしたことを特徴とする。
上記第3乃至第5の態様の何れか一つにおいて、
前記出力回復手段は、転極・過負荷状態が検出された単セルのみに回復措置を行うものであることを特徴とする。
上記第3乃至第5の態様の何れか一つにおいて、
前記出力回復手段は、転極・過負荷状態が検出された単セルを含め前記燃料電池を構成する全ての単セルを対象として回復措置を行うものであることを特徴とする。
上記第3乃至第7の態様の何れか一つにおいて、
前記保護手段は、各単セルの両端を短絡するスイッチ手段を有しており、転極・過負荷状態が検出された場合にはこの状態となっている単セルの両端を前記スイッチ手段で短絡するように構成したことを特徴とする。
上記第3乃至第8の態様の何れか一つにおいて、
前記出力回復手段は、前記単セルの電極近傍に生成された水を除去するものであることを特徴とする。
上記第1乃至第9の態様の何れか一つにおいて、
前記保護手段は、各単セルの両端の電圧が所定値以下の場合に転極・過負荷状態であると判定することを特徴とする。
上記第1乃至第9の態様の何れか一つにおいて、
前記保護手段は、各単セルの電極の温度が所定値以上の場合に転極・過負荷状態であると判定することを特徴とする。
上記第1乃至第11の態様の何れか一つにおいて、
前記保護手段は、各単セルが転極・過負荷状態となった回数をカウントするカウント手段をさらに有するとともに、同一単セルの転極・過負荷が連続して規定回数以上検出された場合に前記燃料電池の出力を遮断するものであることを特徴とする。
上記第2又は第4において、
前記電流制限手段は、前記燃料電池の最大出力電流からその出力電流が漸減するように制御するものであることを特徴とする。
上記第13において、
前記電流制限手段は、前記燃料電池の最大出力電流からその出力電流が漸減するように制御するとともに、その途中で前記燃料電池の転極・過負荷状態ではない正常状態への復帰が検出された場合には前記出力電流の値を復帰時点の出力電流値に固定する一方、再度前記転極・過負荷信号を受けた場合には前記出力電流をさらに漸減するように同様の制御を繰り返すものであることを特徴とする。
上記第2、第4、第13又は第14において、
さらに外部負荷に供給する出力電流を検出する電流検出手段を備え、この電流検出手段で検出する前記出力電流がゼロとなった時点で前記電流制限手段の動作をリセットするように構成したことを特徴とする。
本形態は、特に燃料電池を構成する単セルの転極状態での運転を防止するもので、転極状態が検出された場合には燃料電池の出力を遮断するように構成してある。
本形態は、特に燃料電池を構成する単セルの過負荷状態での運転を防止するもので、過負荷状態が検出された場合に燃料電池の出力を遮断するように構成してある。すなわち、図1に示す第1の実施の形態とは、コンパレータ7a、7b、7cの反転入力端子への入力構造が異なるだけで他は同様の構成となっている。そこで、図1と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
本形態は、特に燃料電池を構成する単セルの転極状態での運転を防止するもので、転極状態が検出された場合に燃料電池の出力電流を制限するように構成してある。すなわち、図1に示す第1の実施の形態が、転極状態の検出により燃料電池1の出力を遮断するのに対し、本形態では同様の条件で燃料電池1の出力電流の制限を行うようにした。したがって、図1に示す第1の実施の形態とは多くの構成要素が同一である。そこで、図1と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
本形態は、転極・過負荷状態の単セルの検出を各単セル温度で検出する場合である。すなわち、図1乃至図3に示す第1乃至第3の実施の形態が、単セルの発電電圧を各単セル1a、1b、1cの両端の電圧を介して検出していたのに対し、本形態では各単セル1a、1b、1cの温度を介して検出している点が異なる。その他は同様の構成である。そこで、図1乃至図3と異なる部分のみを抽出して説明し、重複する部分の説明は省略する。
本形態は、転極・過負荷状態の検出に伴う出力の遮断とともに、各単セル1a,1b、1cの積極的な回復措置も行うようにしたものである。そこで、図1乃至図5と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
本形態は、転極・過負荷状態の検出に伴う出力電流の制限とともに、各単セル1a,1b、1cの積極的な回復措置も行うようにしたものである。すなわち、図6に示す第5の実施の形態ける転極・過負荷状態の検出に伴う出力電流の制限の代わりに電流制限を行う場合である。そこで、図1乃至図6と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
本形態は、保護回路が、各単セルが転極・過負荷状態となった回数をカウントするカウンターをさらに有するとともに、同一単セルの転極・過負荷が連続して規定回数以上検出された場合に燃料電池の出力を遮断するものである。本形態は、出力回復手段を有するものであるが、勿論これを有している必要はない。転極・過負荷状態が検出されたとき、出力を遮断するものであれば、何れとも組み合わせることが可能である。なお、図1乃至図8と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
本形態は、保護回路が、各単セルが転極・過負荷状態となった回数をカウントするカウント手段をさらに有するとともに、同一単セルの転極・過負荷が連続して規定回数以上検出された場合に燃料電池の出力電流を制限するものである。本形態は、出力回復手段を有するものであるが、勿論これを有している必要はない。転極・過負荷状態が検出されたとき、電流を制限するものであれば、何れとも組み合わせることが可能である。なお、図1乃至図9と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
1) 外部負荷6を動作させる為に燃料電池システムが起動し(ステップS1)、ステップS2においてエラーサインが点灯している場合は、ステップS10に進み動作を終了する。2) ステップS2においてエラーサインが点灯していなければ、ステップS3において燃料電池1へ燃料が供給され発電が開始される。
3) ステップS4では、異常検出手段において単セル1a、1b、1cの過負荷状態が検出されると、ステップS5へ進み、前回の過負荷の検出と同一の単セル1a、1b、1cか否かを判断をする。
4) 同一単セル1a、1b、1cであった場合、ステップS6へ進み加算のカウントを行う。
5) ステップS7においてカウント数が設定した回数、ここでは20回以上である場合は、ステップS8へ進む。ステップS8では燃料電池システムの出力の遮断の為、スイッチ9をオフし、LED57を点灯する。
6) 次にステップS9において燃料の供給を停止し発電を終了させる(ステップS10)。
7) 一方、ステップS7においてカウント数が設定した回数、ここでは20回以下の場合は、ステップS12へ進み、燃料電池システムの出力電流の制限を行う。
8) 次に、ステップS13では出力回復手段であるヒータ41a、41b、41cを駆動しタイマを動作させる。ここで、タイマの設定時間は15分とする。
9) 出力回復手段60が15分間動作した後(ステップS14)、出力回復手段60の動作が停止する(ステップS15)。
10) 次にステップS16において燃料電池出力電流の制限が解除され、ステップS4へ戻る。
11) ここでステップS5において、 過負荷の検出が前回の過負荷の検出と同一の単セル1a、1b、1cではなかった場合、ステップS11へ進み、カウンター56をリセットした後、ステップS12へ進む。
ステップS12からS16までは上述の通りの処理が行われる。
12) ステップS4において、過負荷の検出がない場合は、ステップS17へ進む。ここで負荷が停止しなければ再びステップS4の処理へ戻る。
13) ステップS17において負荷が停止し場合、出力回復手段60及びタイマを動作させ(ステップS18)、タイマにより設定された時間(ここでは15分)が経過すると(ステップS19)、出力回復手段60を停止する(ステップS20)。
14) その後ステップS9において、燃料の供給が停止され、終了する(ステップS10)。
本形態は、出力回復手段とともに、各単セルの両端を短絡するスイッチ手段を有しており、転極・過負荷状態が検出された場合にはこの状態となっている単セルの両端を前記スイッチ手段で短絡するように構成したものである。図1乃至図10と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
上述の如く、各実施の形態を通して、転極・過負荷状態を検出する異常検出回路、保護回路、電流制限手段、昇圧制御回路、蓄電手段、出力回復手段等をそれぞれ複数種類づつ開示したが、各要素は自由に組み合わせることができる。組み合わせの全部は開示していないが、派生する組み合わせの全ては本発明の技術思想に含まれる。
1a、1b、1c 単セル
2,11 昇圧制御回路
3 リチウムイオン二次電池
5,12,55,65 保護回路
6 外部負荷
7a,7b,7c コンパレータ
8 3入力ANDゲート論理回路
9 N−chMOSFET
10 ドライブ回路
30 電流制御手段
31a、31b、31c 温度センサ
41a、41b、41c ヒータ
Claims (15)
- 少なくとも2個の単セルを直列に接続して構成した燃料電池と、
前記各単セルの転極・過負荷状態の発電を検出する異常検出手段により前記転極・過負荷状態が一定時間以上継続して検出されたとき前記転極・過負荷状態を表す転極・過負荷状態信号に基づき前記燃料電池の出力を遮断する保護手段とを備えたことを特徴とする燃料電池システム。 - 少なくとも2個の単セルを直列に接続して構成した燃料電池と、
前記各単セルの転極・過負荷状態の発電を検出する異常検出手段により前記転極・過負荷状態が一定時間以上継続して検出されたとき前記転極・過負荷状態を表す転極・過負荷状態信号を送出する保護手段と、
前記転極・過負荷状態信号を受けて動作を開始し、前記燃料電池の出力電流が漸減するように制御する電流制限手段とを備えたことを特徴とする燃料電池システム。 - 少なくとも2個の単セルを直列に接続して構成した燃料電池と、
前記各単セルの転極・過負荷状態の発電を検出する異常検出手段により前記転極・過負荷状態が検出された場合、この状態を表す転極・過負荷状態信号に基づき前記燃料電池の出力を遮断する保護手段と、
前記転極・過負荷状態信号を受けて動作を開始し、前記燃料電池の出力の回復を行う出力回復手段とを備えたことを特徴とする燃料電池システム。 - 少なくとも2個の単セルを直列に接続して構成した燃料電池と、
前記各単セルの転極・過負荷状態の発電を検出する異常検出手段により前記転極・過負荷状態が検出された場合、この状態を表す転極・過負荷状態信号を送出する保護手段と、
前記転極・過負荷状態信号を受けて動作を開始し、前記燃料電池の出力電流が漸減するように制御する電流制限手段と、
前記転極・過負荷状態信号を受けて動作を開始し、前記燃料電池の出力の回復を行う出力回復手段とを備えたことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項3又は請求項4において、
前記転極・過負荷状態信号は、前記異常検出手段により転極・過負荷状態が一定時間以上継続して検出されたことを条件として形成されるようにしたことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項3乃至請求項5の何れか一つにおいて、
前記出力回復手段は、転極・過負荷状態が検出された単セルのみに回復措置を行うものであることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項3乃至請求項5の何れか一つにおいて、
前記出力回復手段は、転極・過負荷状態が検出された単セルを含め前記燃料電池を構成する全ての単セルを対象として回復措置を行うものであることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項3乃至請求項7の何れか一つにおいて、
前記保護手段は、各単セルの両端を短絡するスイッチ手段を有しており、転極・過負荷状態が検出された場合にはこの状態となっている単セルの両端を前記スイッチ手段で短絡するように構成したことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項3乃至請求項8の何れか一つにおいて、
前記出力回復手段は、前記単セルの電極近傍に生成された水を除去するものであることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1乃至請求項9の何れか一つにおいて、
前記保護手段は、各単セルの両端の電圧が所定値以下の場合に転極・過負荷状態であると判定することを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1乃至請求項9の何れか一つにおいて、
前記保護手段は、各単セルの電極の温度が所定値以上の場合に転極・過負荷状態であると判定することを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1乃至請求項11の何れか一つにおいて、
前記保護手段は、各単セルが転極・過負荷状態となった回数をカウントするカウント手段をさらに有するとともに、同一単セルの転極・過負荷が連続して規定回数以上検出された場合に前記燃料電池の出力を遮断するものであることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項2、請求項4において、
前記電流制限手段は、前記燃料電池の最大出力電流からその出力電流が漸減するように制御するものであることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項13において、
前記電流制限手段は、前記燃料電池の最大出力電流からその出力電流が漸減するように制御するとともに、その途中で前記燃料電池の転極・過負荷状態ではない正常状態への復帰が検出された場合には前記出力電流の値を復帰時点の出力電流値に固定する一方、再度前記転極・過負荷信号を受けた場合には前記出力電流をさらに漸減するように同様の制御を繰り返すものであることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項2、請求項4、請求項13又は請求項14において、
さらに外部負荷に供給する出力電流を検出する電流検出手段を備え、この電流検出手段で検出する前記出力電流がゼロとなった時点で前記電流制限手段の動作をリセットするように構成したことを特徴とする燃料電池システム。
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