JP2007515051A - 燃料電池スタック用の燃料電池保全装置 - Google Patents
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Abstract
Description
Pt+H2O → PtO+2H++2e−
PtO+H2O → Pt(OH)2
水和酸化物を形成する平衡ポテンシャルは、次式で与えられる。
Eo=0.98−0.0591pH
「水溶液内の電気化学的平衡の図解書(第2版)、M.J.N.Pourbaix,NACE,Houston,TX,1974,page 379(Pourbaix)。Pourbaixは、高次酸化物がどのように形成されるかも示す。更に、Pourbaixは、Pt,PtO,PtO2,Pt2+イオンの間の複雑な関係を示す。
本発明は、上述の問題の1つまたは全てを解決または少なくとも低減することを目的とする。
・ スタックを流れる電流が増えると、望ましいパルス電圧に達するために回路に流すのに必要な電流量が減る。例えば、表3の第1行は、スタックをセル当たり0.8Vおよび300ASFで動作させる場合、第2行は、スタックをセル当たり0.7Vおよび500ASFで動作させる場合である。0.8Vのセルを0.2Vまで下げるには、外部回路に72アンペア流す必要である。0.7Vセルを0.2Vまで下げるには、外部回路に40アンペア流すだけでよい。
同様に、セル・サイズが小さいほど、セルを適当な電圧(<0.3V)にするのに必要な電流量が減る。
他の実施の形態では、更に別の考慮が必要になる。
NCO2d/dt=k[O2]/[CO]
ただし、
NCO2d/dtは、二酸化炭素の展開速度、
[O2]は、酸素濃度、
[CO]は、一酸化炭素濃度、
である。(S.Benson の「化学反応速度論の基礎」)。これは、反応速度が一酸化炭素の濃度に反比例することを意味する。
Claims (54)
- スイッチと、
スイッチが閉じると、スイッチを通して燃料電池スタックの少なくとも1つのセルのカソードにパルスを与える機能を有するパルス発生器と、
を含む燃料電池保全装置。 - 請求項1記載の保全装置であって、前記スイッチは、
燃料電池スタックのセルを短絡する機能を有するリレーと、
リレーを駆動する機能を有する誘電的に絶縁されたドライバと、
を含む前記保全装置。 - 請求項2記載の保全装置であって、前記リレーは、固体リレーを含む前記保全装置。
- 請求項2記載の保全装置であって、前記リレーは、燃料電池スタックの第2のセルを短絡する機能を更に有する前記保全装置。
- 請求項1記載の保全装置であって、さらに、第2のスイッチと、第2のスイッチが閉じると、これを通してパルス発生器が第2のセルのカソードにパルスを与える機能を有し、
第1および第2のリレーのどちらにパルス発生器の出力を送るかを制御する機能を有する制御回路と、
を含む前記保全装置。 - 請求項5記載の保全装置であって、前記第2のスイッチは、
燃料電池スタックの少なくとも第2のセルを短絡する機能を有する第2のリレーと、
パルス発生器出力に応じて第2のリレーを駆動する機能を有する第2の誘電的に絶縁されたドライバと、
を含む前記保全装置。 - 請求項6記載の保全装置であって、さらに、前記第1のリレーと第2のリレーの少なくとも一方は、燃料電池スタックの第3のセルと第4のセルの一方を短絡する機能を有する前記保全装置。
- 請求項1記載の保全装置であって、前記スイッチとパルス発生器の少なくとも一方は、燃料電池スタックから帰還された電力を受ける機能を有する前記保全装置。
- 請求項8記載の保全装置であって、さらに前記スイッチとパルス発生器の少なくとも一方に結合され、燃料電池スタックから帰還された電力を受けるよう形成された電圧調整器を含む前記保全装置。
- 請求項1記載の保全装置であって、前記パルス発生器は、スイッチが閉じると第2のセルのカソードにパルスを与える機能を有する前記保全装置。
- 燃料電池スタックの少なくとも1つのセルを短絡する機能を有する少なくとも1つのリレーと、
リレーを駆動する機能を有する誘電的に絶縁されたドライバと、
誘電的に絶縁されたドライバがリレーを閉じてセルを短絡すると、リレーを通してセルのカソードにパルスを与える機能を有するパルス発生器と、
を含む燃料電池保全装置。 - 請求項11記載の保全装置であって、前記リレーは、固体リレーを含む前記保全装置。
- 請求項11記載の保全装置であって、前記リレーは、燃料電池スタックの第2のセルを短絡する機能を更に有する前記保全装置。
- 請求項11記載の保全装置であって、さらに燃料電池スタックの少なくとも第2のセルを短絡する機能を有する第2のリレーと、
パルス発生器出力に応じて第2のリレーを駆動する機能を有する第2の誘電的に絶縁されたドライバと、
第1および第2のリレーのどちらにパルス発生器の出力を送るかを制御する機能を有する制御回路と、
を含む前記保全装置。 - 請求項14記載の保全装置であって、前記第1のリレーと第2のリレーの少なくとも一方は、燃料電池スタックの第3のセルと第4のセルの一方を短絡する機能を更に有する前記保全装置。
- 請求項11記載の保全装置であって、前記リレーと、誘電的に絶縁されたドライバと、パルス発生器の少なくとも1つは、燃料電池スタックから帰された電力を受ける機能を有する前記保全装置。
- 請求項16記載の保全装置であって、さらに、電圧調整器を含み、電圧調整器は、これを通してリレーと、誘電的に絶縁されたドライバと、パルス発生器の少なくとも1つが燃料電池スタックから帰された電力を受ける機能を有する前記保全装置。
- 請求項11記載の保全装置であって、誘電的に絶縁されたドライバがリレーを閉じてセルを短絡すると、前記パルス発生器は、リレーを通して第2のセルのカソードにパルスを与える機能を有する前記保全装置。
- 少なくとも1つの燃料電池を含む燃料電池スタックの燃料電池保全装置であって、
セルに並列に電気的に接続される少なくとも1つのリレーと、
リレーに関連してリレーを駆動する機能を有する誘電的に絶縁されたドライバと、
誘電的に絶縁されたドライバに電気的に接続され、誘電的に絶縁されたドライバがリレーを閉じるとリレーを通してセルのカソードにパルスを与えるパルス発生器と、
を含む燃料電池保全装置。 - 請求項19記載の保全装置であって、前記リレーは、固体リレーを含む前記保全装置。
- 請求項19記載の保全装置であって、前記リレーは、燃料電池スタックの第2のセルに並列に電気的に更に接続される前記保全装置。
- 請求項19記載の保全装置であって、さらに、燃料電池スタックの第2のセルに並列に電気的に接続される第2のリレーと、
パルス発生器の出力に応じて第2のリレーを駆動する機能を有する第2の誘電的に絶縁されたドライバと、
第1および第2のリレーのどちらにパルス発生器の出力を送るかを制御する機能を有する制御回路と、
を含む前記保全装置。 - 請求項22記載の保全装置であって、前記第1のリレーと第2のリレーの少なくとも一方は、燃料電池スタックの第3のセルと第4のセルの一方に並列に電気的に更に接続される前記保全装置。
- 請求項19記載の保全装置であって、さらに、前記燃料電池スタックからパルス発生器と、リレーと、誘電的に絶縁されたドライバの少なくとも1つへの電力復帰を含む前記保全装置。
- 請求項24記載の保全装置であって、前記電力復帰は、電圧調整器を含む前記保全装置。
- 請求項19記載の保全装置であって、前記リレーは、第2のセルに並列に電気的に接続され、
前記パルス発生器は、誘電的に絶縁されたドライバに接続され、誘電的に絶縁されたドライバがリレーを閉じると、リレーを通して第2のセルのカソードにパルスを与える前記保全装置。 - 複数のセルを含む燃料電池スタックと、
複数のスイッチを含み、各スイッチは、前記セルの少なくとも1つに並列に電気的に接続されるスイッチ・バンクと、
それぞれのスイッチが閉じると、前記セルのカソードにパルスを与える機能を有するパルス発生器と、
パルス発生器とスイッチ・バンクとの間に直列に電気的に接続されて前記スイッチを順に開閉する制御回路と、
含む機器。 - 請求項27記載の機器であって、各スイッチは、
燃料電池スタックの少なくとも1つのセルを短絡する機能を有するリレーと、
リレーを駆動する機能を有する誘電的に絶縁されたドライバと、
を含む前記機器。 - 請求項28記載の機器であって、前記リレーは、固体リレーを含む前記機器。
- 請求項28記載の機器であって、前記リレーは、燃料電池スタックの第2のセルを短絡する機能を更に有する前記機器。
- 請求項27記載の機器であって、各スイッチは、複数のセルを短絡する機能を有する前記機器。
- 請求項27記載の機器であって、前記スイッチ・バンクとパルス発生器の少なくとも一方は、燃料電池スタックから帰還された電力を受ける機能を有する前記機器。
- 請求項32記載の機器であって、さらに電圧調整器を含み、電圧調製器は、これを通してスイッチ・バンクとパルス発生器の少なくとも一方が燃料電池スタックから帰還された電力を受ける機能を有する前記機器。
- 請求項27記載の機器であって、前記セルは、陽子交換膜燃料電池である前記機器。
- 請求項27記載の機器であって、制御回路は、
クロックにより駆動されるカウンタと、
カウンタのカウントに応じてパルス発生器の出力をスイッチに多重送信するマルチプレクサと、
を含む前記機器。 - 燃料電池スタックのセルを透明に保全する方法であって、
燃料電池スタック内の複数のセルのカソードにパルスを順に与える段階と、
セルのカソードにパルスを順に与えると共に、燃料電池スタックの負荷に電力を与える一定数のセルを保持する段階と、
を含む前記方法。 - 請求項36記載の方法であって、前記カソードにパルスを与える段階は、
パルス列を生成する段階と、
パルス列をセルに順に与える段階と、
を含む前記方法。 - 請求項37記載の方法であって、前記パルス列をセルに順に供給する段階は、
パルス列を燃料電池スタックの第1のセルに供給し、そのカソードにパルスを与える段階と、
パルス列の供給を燃料電池スタックの第1のセルから第2のセルに切替えてそのカソードにパルスを与える段階と、
を含む前記方法。 - 請求項36記載の方法であって、前記セルのカソードにパルスを順に与える段階は、
パルス列を燃料電池スタックの第1のセルに供給しそのカソードにパルスを与える段階と、
パルス列の供給を燃料電池スタックの第1のセルから第2のセルに切替えそのカソードにパルスを与える段階と、
を含む前記方法。 - 燃料電池スタックのセルを透明に保全する方法であって、
パルス列を生成する段階と、
パルス列を燃料電池スタックの第1のセルに供給しそのカソードにパルスを与える段階と、
パルス列の供給を燃料電池スタックの第1のセルから第2のセルに切替えてそのカソードにパルスを与える段階と、
を含む前記方法。 - 請求項40記載の方法であって、前記パルス列を第1のセルに供給する段階は、パルス列内のパルスをカウントする段階を含み、供給を切り替える段階は、カウントに応じて供給を切り替える段階を含む前記方法。
- 請求項40記載の方法であって、前記パルス列を第1のセルに供給しそのカソードにパルスを与える段階は、パルス列を燃料電池スタックの第1のセルを含むセルの第1の対に供給しそのカソードにパルスを与える段階を含み、
パルス列の供給を燃料電池スタックの第1のセルから第2のセルに切替えそのカソードにパルスを与える段階は、パルス列の供給をセルの第1の対から第2のセルを含むセルの第2の対に切替えそのカソードにパルスを与える段階を含む前記方法。 - 燃料電池スタックの少なくとも1つのセルに低インピーダンスを付与する手段と、
低インピーダンス付与手段を通して少なくとも1つのセルのカソードにパルスを与える機能を有するパルス発生器と、
を含む燃料電池保全装置。 - 請求項43記載の保全装置であって、前記低インピーダンス付与手段は、閉じてパルス発生器からパルスを受けるときに低インピーダンスを付与するスイッチを含む前記保全装置。
- 請求項44記載の保全装置であって、前記スイッチは、
燃料電池スタックのセルを短絡する機能を有するリレーと、
リレーを駆動する機能を有する誘電的に絶縁されたドライバと、
を含む前記保全装置。 - 請求項45記載の保全装置であって、前記リレーは、固体リレーを含む前記保全装置。
- 請求項45記載の保全装置であって、前記リレーは、燃料電池スタックの第2のセルを短絡する機能を更に有する前記保全装置。
- 請求項43記載の保全装置であって、さらに燃料電池スタックの少なくとも第2のセルに低インピーダンスを付与する第2の手段と、
第1および第2の低インピーダンス付与手段のどちらにパルス発生器の出力を送るかを制御する機能を有する制御回路と、
を含む前記保全装置。 - 請求項48記載の保全装置であって、前記第2の低インピーダンス付与手段は、閉じてパルス発生器からパルスを受けるときに低インピーダンスを付与する第2のスイッチを含む前記保全装置。
- 請求項49記載の保全装置であって、前記第2のスイッチは、
燃料電池スタックの少なくとも第2のセルを短絡する機能を有する第2のリレーと、
パルス発生器の出力に応じて第2のリレーを駆動する機能を有する第2の誘電的に絶縁されたドライバと、
を含む前記保全装置。 - 請求項50記載の保全装置であって、前記第1のリレーと第2のリレーの少なくとも一方は、燃料電池スタックの第3のセルと第4のセルの一方を短絡する機能を更に有する前記保全装置。
- 請求項43記載の保全装置であって、前記低インピーダンス付与手段と前記パルス発生器の少なくとも一方は、燃料電池スタックから帰された電力を受ける機能を有する前記保全装置。
- 請求項52記載の保全装置であって、さらに、前記スイッチとパルス発生器の少なくとも一方に結合されて燃料電池スタックから帰された電力を受けるよう形成された電圧調整器を含む前記保全装置。
- 請求項43記載の保全装置であって、前記パルス発生器は、低インピーダンス付与手段を通して第2のセルのカソードにパルスを与える機能を有する前記保全装置。
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