JP2006318902A - 燃料電池分散式管理方法とその燃料電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】継続的に安定な電気を出力できる燃料電池分散式管理方法とその燃料電池の提供。
【解決手段】燃料電池20の始動時に、まず補助電源207より主制御単元203と管理単元に電気を供給する。主制御単元はエネルギー管理単元205より送り出す燃料電池状態のデータを継続的に受信する。燃料電池に異常あるか否かを照合並びに判断を行い、システムを最適な稼働状態に維持する。エネルギー管理単元は各種センサーにより、システム状況を検出し、対応するデータを生成した上、主制御単元に対して、これらの状況データを自主的に伝送又はフィードバックする。燃料電池の運転停止手順において、電化反応による生成物の除去処理を行った後、エネルギー保存式燃料電池を運転停止の最終状態を記憶する。主制御単元とエネルギー管理単元は、燃料電池は稼働または運転停止状態に拘らず、稼働状態に維持し、燃料電池の状態を検出し続けて、システム安全を維持する。
【選択図】図2

Description

本発明は、燃料電池の管理方法、特に燃料電池システムに使用する分散式管理方法に関わるものである。
公知技術の燃料電池は積み重ね式燃料電池、平面式燃料電池など、燃料電池ハードウエアの構造を重視していた。それらの公知技術は、燃料電池のハードウエア改良に貢献があった。しかしながら、燃料電池を有効に管理し、制御可能および最適状態に稼働させることの技術は、公知技術に見られない。
電気エネルギーの有効管理は、ノートパソコン、携帯電話などの電気を消費する電子装置により安定、かつ長い時間の電気供給を向上できる。よって、燃料電池をこれらの電子装置に使用するとき、電気エネルギーの問題に直面しなければならない。この課題は燃料電池にとって、非常に重要で、燃料電池の恒久発展に関係する。
本発明人は前記した公知技術の燃料電池の欠点を鑑みて、燃料電池の電気エネルギーがますます重要となっている現状から、燃料電池の分散式管理方法とその燃料電池を発明した。
燃料電池の分散式管理方法とその燃料電池システムを提供し、燃料電池システムより継続的に安定な電気を出力できるようにすることを本発明の主な目的とする。
本発明は前記の目的を達成するため、燃料電池管理方法とその燃料電池に関わるものである。燃料電池の始動ステップにおいて、システム始動のとき、まず補助電源制より主制御単元と管理単元に電気を供給する。主制御単元により実行されるステップにおいて、主制御単元はエネルギー管理単元より送り出す燃料電池状態のデータを継続的に受信する。または、自主的にエネルギー管理単元に燃料電池に異常あるか否かを照合並びに判断を行い、システムを最適な稼働状態に維持する。エネルギー管理単元により実行されるステップのうち、エネルギー管理単元は各種センサーにより、システム状況を検出し、対応するデータを生成した上、主制御単元に対して、これらの状況データを自主的に伝送またはフィードバックする。燃料電池の運転停止ステップにおいて、流路内部に残された燃料および排出していない電化反応による生成物の除去処理を行った後、エネルギー保存式燃料電池を運転停止の最終状態を記憶する。前記のステップにおいて、主制御単元とエネルギー管理単元は、燃料電池が稼働または運転停止状態に拘らず、稼働状態に維持し、燃料電池の状態を検出し続けて、システム安全を維持する。
請求項1の発明は、燃料電池の分散式管理方法において、
該燃料電池は主制御単元、エネルギー管理単元、補助電源、電力生成用の少なくとも一つの燃料電池を包含し、
該分散式管理方法は、
燃料電池システム始動ステップ、このステップにおいて、燃料電池始動のとき、該補助電源より主制御単元とエネルギー管理単元に対して、電気を供給し、
主制御単元により実行されるステップ、このステップにおいて、
エネルギー管理単元より伝送する燃料電池の状況データを受信し、燃料電池の状況データと工場設定値を比較して、燃料電池システムに異常あるか否かを判断し、異常発生のとき、警告メッセージを送信および/または燃料電池の運転を停止させるか、
エネルギー管理単元より伝送する燃料電池状況データを継続的に受信し、燃料電池状況データと工場設定値を比較して、燃料電池を常に最適な稼働状態に維持し、
エネルギー管理単元により実行されるステップ、このステップにおいて、
少なくとも一つのセンサーより燃料電池の燃料残存量データ、燃料濃度データ、稼働中の燃料電池温度データを検出した上、対応する燃料電池状態データを生成し、
燃料電池の運転停止ステップ、このステップにおいて、
流路内部に残した燃料の除去処理と、
燃料電池の残存電気化学反応生成物の除去処理を行い、
以上のステップを包含したことを特徴とする、燃料電池の分散式管理方法としている。
請求項2の発明は、請求項1記載の燃料電池の分散式管理方法において、燃料電池の自動活性化ステップをさらに包含し、燃料電池を運転停止後一定期間経過後に再始動するとき、この燃料電池の自動活性化ステップを行い、燃料電池より形成する開路電圧および/または性能を素早く標準値に到達させることを特徴とすることを特徴とする、燃料電池の分散式管理方法としている。
請求項3の発明は、請求項1記載の燃料電池の分散式管理方法において、主制御単元により実行されるステップは、燃料電池の工場設定値データの読み取り、前回の燃料電池の運転停止時に保存された運転停止状態のデータの読み取りを包含することを特徴とする、燃料電池の分散式管理方法としている。
請求項4の発明は、請求項1記載の燃料電池の分散式管理方法において、燃料電池の運転停止ステップは、主制御単元により、燃料電池運転停止するときに運転停止状態のデータを保存することを包含することを特徴とする、燃料電池の分散式管理方法としている。
請求項5の発明は、請求項1記載の燃料電池の分散式管理方法において、主制御単元により実行されるステップは、現在稼働中の燃料電池システムの燃料電池の状況データを定時的に保存することを包含することを特徴とする請求項1記載の分散式管理方法としている。
請求項6の発明は、請求項5記載の燃料電池の分散式管理方法において、該燃料電池の状態データは、燃料残存量の百分率、燃料濃度の百分率、残存電気の百分率を包含することを特徴とする、燃料電池の分散式管理方法としている。
請求項7の発明は、請求項1記載の燃料電池の分散式管理方法において、主制御単元により実行されるステップは、該エネルギー管理単元に対して、該燃料電池の最新状況を照合することを包含することを特徴とする、燃料電池の分散式管理方法としている。
請求項8の発明は、電力を生成する少なくとも一つの燃料電池、
エネルギー管理単元であって、少なくとも一つのセンサーにより、燃料残存量データ、燃料濃度データ、稼働中の燃料電池温度データなど、燃料電池の状況を検出した上、対応する燃料電池状態データを生成する、上記エネルギー管理単元、
主制御単元であって、エネルギー管理単元に電気接続し、エネルギー管理単元より伝送する燃料電池状態データを継続的に受信し、燃料電池状態データと工場設定値を比較して、燃料電池に異常あるか否かを照合並びに判断を行い、燃料電池に異常発生のとき、警報信号および/または燃料電池の稼働を停止させ、エネルギー管理単元より伝送する燃料電池の状態データを継続的に受信し、燃料電池状態データと工場設定値と比較して、燃料電池を常に最適な稼働状態に維持する、上記主制御単元、
補助電源であって、主制御単元とエネルギー管理単元と電気接続し、燃料電池始動のとき、補助電源より主制御単元とエネルギー管理単元に電気を供給する、上記補助電源、
以上を包含し、燃料電池の運転を停止するとき、流路内部に残存する燃料、および燃料電池発電単元の電気化学反応による生成物の残存物の排出処理を行うことを特徴とする、燃料電池システムとしている。
請求項9の発明は、請求項8記載の燃料電池システムにおいて、燃料電池は運転停止後に一定期間経過後、再始動するとき、自動活性化ステップを実行し、燃料電池より形成する開路電圧を素早く標準値に到達させることを特徴とする、燃料電池システムとしている。
請求項10の発明は、請求項8記載の燃料電池システムにおいて、主制御単元はさらに、燃料電池の工場設定値データ、および前回燃料電池運転停止するときに保存された運転停止状態データの読み取りを行うことを特徴とする、燃料電池システムとしている。
請求項11の発明は、請求項8記載の燃料電池システムにおいて、主制御単元はさらに、燃料電池運転停止するときに運転停止状態のデータを保存することを特徴とする、燃料電池システムとしている。
請求項12の発明は、請求項8記載の燃料電池システムにおいて、補助電源は一次電池、二次電池、太陽電池、スーパーコンデンサー、交流直流変換電源のいずれかとすることを特徴とする、燃料電池システムとしている。
請求項13の発明は、請求項8記載の燃料電池システムにおいて、燃料保存するための燃料保存装置を設けることを特徴とする、燃料電池システムとしている。
請求項14の発明は、請求項8記載の燃料電池システムにおいて、燃料保存するための燃料供給装置を設けて、燃料を燃料電池に供給することを特徴とする、燃料電池システムとしている。
請求項15の発明は、請求項8記載の燃料電池システムにおいて、該主制御単元はさらに、現在稼働中の燃料電池システムの燃料電池状態データを定時的に保存することを特徴とする、燃料電池システムとしている。
請求項16の発明は、請求項15記載の燃料電池システムにおいて、該燃料電池の状態データは、燃料残存量の百分率、燃料濃度の百分率、残存電気の百分率を包含することを特徴とする、分散式管理方法としている。
請求項17の発明は、請求項8記載の燃料電池システムにおいて、主制御単元はさらに、該エネルギー管理単元に対して、該燃料電池の最新状況を照合することを特徴とする、燃料電池システムとしている。
本発明は燃料電池の分散式管理方法とその燃料電池システムを提供し、燃料電池システムより継続的に安定な電気を出力する。
図1に示すものは、本発明の燃料電池分散式管理方法とその燃料電池のフロー図であり、図2に示すものは本発明の燃料電池分散式管理方法のシステム構造図である。本発明の燃料電池の分散式管理方法10は、燃料電池20の知能的管理により、燃料電池20を最適状態に稼働させる。さらに、燃料電池20に異常発生のとき、ただちに警告メッセージを発信させ、外部に通報する。分散式管理方法10はステップ101、ステップ102、ステップ103、ステップ104など四つの主なステップを包含する。その内容は、以下に詳細に説明する。ステップ101は燃料電池20の始動ステップである。ステップ101において、燃料電池20を始動したとき、補助電源207より燃料電池20に電気を供給し、主制御単元203とエネルギー管理単元205を起動する。主制御単元203は起動した後、メモリ装置から設計パワー、設計電圧、操業濃度、操業温度など燃料電池20の工場設定値および燃料残存量など、前回運転停止する前のシステム状況を読み取る。引き続き現時点の燃料電池20の状況をチェックし、燃料保存装置301の燃料残存量が設定値の下限を下回ると、警告の灯または音声を発信し、利用者に燃料の補充を促せる。始動後、主制御単元203はエネルギー管理単元205とのデータやりとりを開始し、燃料電池20の最新の稼働状態を把握する。
エネルギー管理単元205は始動後、各種センサーより構成するセンサーモジュール205aは現時点の燃料電池モジュール201の状態を検出する。温度センサー、液体レベルセンサーおよび濃度センサーにより、燃料電池モジュール201現時点の温度、流路内部の燃料残存量と濃度を検出した後、エネルギー管理単元205を介して、データを主制御単元203に伝送する。
ステップ102はエネルギー管理単元205により実行されるステップである。ステップ102において、エネルギー管理単元205は各種センサーを通じて、継続的に燃料電池モジュール201の状況を検出し、燃料残存量データ、燃料濃度データ、燃料電池稼働状態の温度データなど、一連の検出データを生成する。ステップ102において、主制御単元203のシステム20稼働管理を正確に行うため、エネルギー管理単元205は継続的に、主制御単元203に対して、燃料電池モジュール201の最新稼働状態データを伝送する。
ステップ103は主制御単元203により実行されるステップである。ステップ103において、主制御単元203はエネルギー管理単元205から伝送した燃料電池モジュール201の最新稼働状態データを受信する。この稼働状態データと工場設定値を比較して、燃料電池モジュール201に異常あるか否かを判断する。異常発生のとき、警告メッセージを外部に通報するか、または燃料電池20の運転を停止させる。ステップ103において、主制御単元203はエネルギー管理単元205から送られる燃料電池モジュール201の最新稼働状態データを受信し、この稼働状態データと工場設定値を比較して、燃料電池20に調節・制御を行い、最適な稼働状態を維持する。主制御単元203は、さらに、エネルギー管理単元205に対して、燃料電池20の最新状況を照合する。ステップ103において、主制御単元203は随時にエネルギー管理単元205より報告されたデータを安全設定値との比較を行う。もし、温度がシステム20の設定範囲を超えるとき、所定の設定に従い、警告灯、またはエラーメッセージを電気使用装置に対して、警告メッセージを発信するほか、設定された期間に、燃料電池20の発電機能を起動させないまたは運転を停止する。システム20に温度制御システム(図示していない)を設けているとき、温度制御システムを起動して、温度を稼働温度範囲に制御する。さらに、主制御単元203は燃料電池モジュール201内部の燃料残存量と燃料濃度を随時に把握し、主制御単元203により、この情報を燃料保存装置301内部の燃料濃度と残存量と合わせて計算を行い、燃料電池モジュール201に補充する燃料の量と最適な濃度を算出し、ポンプなどの燃料供給装置303によって、必要な燃料供給量を燃料電池モジュール201に入力する。
主制御単元203により実行されるステップ103は、主制御単元203によるシステム20稼働管理に備えるため、稼働中の燃料電池20の燃料残存率、燃料濃度、残存電気率などの状況資料情報を定時的に保存する。
ステップ104は燃料電池20の運転停止ステップである。ステップ104において、燃料電池20の運転を停止するとき、システム20は流路内部に残存する燃料、および燃料電池発電単元209の電気化学反応による生成物の残存物の排出処理を行う。利用者は燃料電池20の運転を停止するとき、電気化学反応中の燃料電池発電単元209への影響を避けるため、燃料電池発電単元209が完全に停止する前に運転停止ステップを行い、燃料電池モジュール201は運転停止により、残存する熱と水に対する管理機能の喪失を避ける。運転停止ステップにおいて、燃料供給は中止されるが、燃料電池モジュール201流路に燃料の残存可能性がある。このとき、燃料電池モジュール201は残存する燃料が完全に消費するまで稼働し続ける。熱管理システムと水管理システムも燃料が完全に消費するまで稼働を継続し、システム20は運転停止による急速冷却または吸気流量不足など、燃料電池発電単元209の陰極に水溜まり現象を避ける。
図3に示すものは、本発明の燃料電池分散式管理方法に燃料電池自動活性化システムを付加したステップのフロー図である。本発明の燃料電池分散式管理方法10はさらに、ステップ105の燃料電池20自動活性化システムを包含する。燃料電池20運転停止一定期間経過し再始動するときには、システム20の自動活性化ステップにより、システム20より開路電圧(Open circuit voltage)または機能を生成し、素早く標準値に達成する。自動活性化の目的を達成するため、本発明は内部に負荷を設けて、負荷(Load)と無負荷(unload)に繰り返して切り換えることにより、自動活性化ステップを実現する。燃料電池発電単元209が自動活性化ステップを完了後、主制御単元203は電気使用装置の需要に応じて、燃料電池モジュール201より電気を出力する。自動活性化ステップ完了後、補助電源207の電気使用を中止し、燃料電池モジュール201の発電電気より供給する。補助電源207は充電式の二次電池の場合、燃料電池モジュール201の電気を充電式の二次電池に充電できる。自動活性化ステップ実施後、燃料電池モジュール201は電気生成と同時に、燃料を消費し、主制御単元203とエネルギー管理単元205はそれぞれの任務を実行し、システム20より安定な電気を継続的に出力させる。
補助電源207は乾電池、炭素亜鉛電池、アルカリ電池などの一次電池、または補助電源207は鉛酸蓄電池、ニカド電池、ニケル水素電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池などの充電式二次電池を使用しても良い。補助電源207はさらに、太陽電池、スーパーコンデンサー、交流直流変換電源など他種の電源を使用しても良い。
図4に示すものは、本発明の燃料電池システムの実施態様図である。本発明の燃料電池モジュール201具体的な実施態様は、1枚の二極式燃料電池セル、または2枚以上の二極式燃料電池セルより燃料電池装置を構成する。二極式燃料電池セル201’に少なくとも一つのフィルム電極を設け、該フィルム電極は燃料電池発電単元209の具体的な実施態様である。二極式燃料電池セルに燃料入口、燃料出口、および流路を設けて、燃料の流動経路を提供する。エネルギー管理単元205は独立した1枚の電気回路板を設けても良い。または、エネルギー管理単元205は二極式燃料電池セル201’に設け、すなわち、各種センサー、マイクロプロセッサー、電圧安定素子、など、エネルギー管理単元205を構成する電気素子を二極式燃料電池セル201’にハンダ付け、またはそのまま取り付ける。二極式燃料電池セル201’側面一部の区域は、ゴールドフィンガーを電気/信号入出力の実施手段として、ゴールドフィンガーまたはコネクターにより、主制御単元203と電気接続する。主制御単元203は1枚のプリント基板を設け、その上部にマイクロプロセッサー、メモリ装置、電気/信号入出力インターフェースなど、主制御単元203を構成する電気素子を取り付ける。燃料保存装置301は溝形状構造体の容器またはカートリッジ式容器を使用する。燃料供給装置303はポンプを設けて、燃料搬送を行う。
本発明の分散式管理方法10において、主制御単元203とエネルギー管理単元205は、燃料電池が稼働または運転停止状態に拘らず、稼働状態に維持し、燃料電池の状態を検出し続けて、システム安全を維持する。
本発明の燃料電池分散式管理方法のフロー図である。 本発明の燃料電池分散式管理方法の燃料電池システム構造図である。 本発明の燃料電池分散式管理方法に燃料電池自動活性化システムを付加したステップのフロー図である。 本発明の燃料電池システムの実施態様図である。
符号の説明
10 分散式管理方法
20 燃料電池
201 燃料電池モジュール
203 主制御単元
205 エネルギー管理単元
205a センサーモジュール
207 補助電源
209 燃料電池発電単元
301 燃料保存装置
303 燃料供給装置

Claims (17)

  1. 燃料電池の分散式管理方法において、
    該燃料電池は主制御単元、エネルギー管理単元、補助電源、電力生成用の少なくとも一つの燃料電池を包含し、
    該分散式管理方法は、
    燃料電池システム始動ステップ、このステップにおいて、燃料電池始動のとき、該補助電源より主制御単元とエネルギー管理単元に対して、電気を供給し、
    主制御単元により実行されるステップ、このステップにおいて、
    エネルギー管理単元より伝送する燃料電池の状況データを受信し、燃料電池の状況データと工場設定値を比較して、燃料電池システムに異常あるか否かを判断し、異常発生のとき、警告メッセージを送信および/または燃料電池の運転を停止させるか、
    エネルギー管理単元より伝送する燃料電池状況データを継続的に受信し、燃料電池状況データと工場設定値を比較して、燃料電池を常に最適な稼働状態に維持し、
    エネルギー管理単元により実行されるステップ、このステップにおいて、
    少なくとも一つのセンサーより燃料電池の燃料残存量データ、燃料濃度データ、稼働中の燃料電池温度データを検出した上、対応する燃料電池状態データを生成し、
    燃料電池の運転停止ステップ、このステップにおいて、
    流路内部に残した燃料の除去処理と、
    燃料電池の残存電気化学反応生成物の除去処理を行い、
    以上のステップを包含したことを特徴とする、燃料電池の分散式管理方法。
  2. 請求項1記載の燃料電池の分散式管理方法において、燃料電池の自動活性化ステップをさらに包含し、燃料電池を運転停止後一定期間経過後に再始動するとき、この燃料電池の自動活性化ステップを行い、燃料電池より形成する開路電圧および/または性能を素早く標準値に到達させることを特徴とすることを特徴とする、燃料電池の分散式管理方法。
  3. 請求項1記載の燃料電池の分散式管理方法において、主制御単元により実行されるステップは、燃料電池の工場設定値データの読み取り、前回の燃料電池の運転停止時に保存された運転停止状態のデータの読み取りを包含することを特徴とする、燃料電池の分散式管理方法。
  4. 請求項1記載の燃料電池の分散式管理方法において、燃料電池の運転停止ステップは、主制御単元により、燃料電池運転停止するときに運転停止状態のデータを保存することを包含することを特徴とする、燃料電池の分散式管理方法。
  5. 請求項1記載の燃料電池の分散式管理方法において、主制御単元により実行されるステップは、現在稼働中の燃料電池システムの燃料電池の状況データを定時的に保存することを包含することを特徴とする請求項1記載の分散式管理方法。
  6. 請求項5記載の燃料電池の分散式管理方法において、該燃料電池の状態データは、燃料残存量の百分率、燃料濃度の百分率、残存電気の百分率を包含することを特徴とする、燃料電池の分散式管理方法。
  7. 請求項1記載の燃料電池の分散式管理方法において、主制御単元により実行されるステップは、該エネルギー管理単元に対して、該燃料電池の最新状況を照合することを包含することを特徴とする、燃料電池の分散式管理方法。
  8. 電力を生成する少なくとも一つの燃料電池、
    エネルギー管理単元であって、少なくとも一つのセンサーにより、燃料残存量データ、燃料濃度データ、稼働中の燃料電池温度データなど、燃料電池の状況を検出した上、対応する燃料電池状態データを生成する、上記エネルギー管理単元、
    主制御単元であって、エネルギー管理単元に電気接続し、エネルギー管理単元より伝送する燃料電池状態データを継続的に受信し、燃料電池状態データと工場設定値を比較して、燃料電池に異常あるか否かを照合並びに判断を行い、燃料電池に異常発生のとき、警報信号および/または燃料電池の稼働を停止させ、エネルギー管理単元より伝送する燃料電池の状態データを継続的に受信し、燃料電池状態データと工場設定値と比較して、燃料電池を常に最適な稼働状態に維持する、上記主制御単元、
    補助電源であって、主制御単元とエネルギー管理単元と電気接続し、燃料電池始動のとき、補助電源より主制御単元とエネルギー管理単元に電気を供給する、上記補助電源、
    以上を包含し、燃料電池の運転を停止するとき、流路内部に残存する燃料、および燃料電池発電単元の電気化学反応による生成物の残存物の排出処理を行うことを特徴とする、燃料電池システム。
  9. 請求項8記載の燃料電池システムにおいて、燃料電池は運転停止後に一定期間経過後、再始動するとき、自動活性化ステップを実行し、燃料電池より形成する開路電圧を素早く標準値に到達させることを特徴とする、燃料電池システム。
  10. 請求項8記載の燃料電池システムにおいて、主制御単元はさらに、燃料電池の工場設定値データ、および前回燃料電池運転停止するときに保存された運転停止状態データの読み取りを行うことを特徴とする、燃料電池システム。
  11. 請求項8記載の燃料電池システムにおいて、主制御単元はさらに、燃料電池運転停止するときに運転停止状態のデータを保存することを特徴とする、燃料電池システム。
  12. 請求項8記載の燃料電池システムにおいて、補助電源は一次電池、二次電池、太陽電池、スーパーコンデンサー、交流直流変換電源のいずれかとすることを特徴とする、燃料電池システム。
  13. 請求項8記載の燃料電池システムにおいて、燃料保存するための燃料保存装置を設けることを特徴とする、燃料電池システム。
  14. 請求項8記載の燃料電池システムにおいて、燃料保存するための燃料供給装置を設けて、燃料を燃料電池に供給することを特徴とする、燃料電池システム。
  15. 請求項8記載の燃料電池システムにおいて、該主制御単元はさらに、現在稼働中の燃料電池システムの燃料電池状態データを定時的に保存することを特徴とする、燃料電池システム。
  16. 請求項15記載の燃料電池システムにおいて、該燃料電池の状態データは、燃料残存量の百分率、燃料濃度の百分率、残存電気の百分率を包含することを特徴とする、分散式管理方法。
  17. 請求項8記載の燃料電池システムにおいて、主制御単元はさらに、該エネルギー管理単元に対して、該燃料電池の最新状況を照合することを特徴とする、燃料電池システム。
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