JP2009238561A - Fuel cell system - Google Patents

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Yutaka Hotta
裕 堀田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system having a heater for homogenizing temperature of fuel cells, which eliminates deterioration of performance of each fuel cell based on the fact that an electric current flows in each fuel cell being in a condition of uneven concentration of a reactant gas due to system halt. <P>SOLUTION: A fuel cell system is arranged to comprise: a fuel cell stack 10 having two heaters (or one heater) 13 for equalizing the temperatures of fuel cells 11; and two relays (or one relay) 17 having a normally-open contact. The system has a circuit formed for applying an output voltage of the fuel cell stack 10 to the heater 13 via the relays 17. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池スタックを備えた燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell stack.

燃料電池スタックは、燃料電池セルを積層したもの(以下、積層体と表記する)の各積層方向端にエンドプレート等を設けた構成を有している。そのため、燃料電池スタックは、積層体の端部側に位置している各燃料電池セルの温度が低くなりやすいものとなっている。そして、一部の燃料電池セルの温度が低くなると、燃料電池スタックの発電性能が劣化してしまうことになるため、温度が低くなりやすい燃料電池セルの近傍(積層体の,積層方向と直交する側面側)に、燃料電池スタックの発電電圧に基づき機能するヒータを設けることが提案さている。   The fuel cell stack has a configuration in which an end plate or the like is provided at each stacking direction end of a stack of fuel cells (hereinafter referred to as a stack). Therefore, in the fuel cell stack, the temperature of each fuel cell located on the end side of the stacked body tends to be low. When the temperature of some of the fuel cells is lowered, the power generation performance of the fuel cell stack is deteriorated. Therefore, the vicinity of the fuel cells that are likely to be lowered in temperature (perpendicular to the stacking direction of the stacked body). It has been proposed to provide a heater functioning on the side surface) based on the generated voltage of the fuel cell stack.

具体的には、図3に示した燃料電池システム(特許文献1参照。)が提案されている。この燃料電池システムが備える燃料電池スタック51は、燃料電池セルの積層体である複数個の燃料電池列53が、隣接する2つの燃料電池列53の極性が異なるように配置されたものである。また、燃料電池スタック51は、図における左側からの放熱量がさほど大きくないものとなっている。   Specifically, a fuel cell system (see Patent Document 1) shown in FIG. 3 has been proposed. The fuel cell stack 51 provided in this fuel cell system is configured such that a plurality of fuel cell rows 53 that are a stack of fuel cell cells are arranged so that the polarities of two adjacent fuel cell rows 53 are different. Further, the fuel cell stack 51 does not have a large amount of heat released from the left side in the figure.

そして、この燃料電池システムは、そのような燃料電池スタック51内の2つの燃料電池列53毎に、それらの端部を加熱するためのヒータ(抵抗性加熱素子)54を設けたものであると共に、ヒータ54用の電源を不要とするために、ヒータ54(及びヒューズ)を、2つの燃料電池列53の出力端子に接続したものとなっている。   The fuel cell system is provided with a heater (resistive heating element) 54 for heating the end portions of each of the two fuel cell rows 53 in the fuel cell stack 51. The heater 54 (and fuse) is connected to the output terminals of the two fuel cell rows 53 in order to eliminate the need for the power supply for the heater 54.

このような構成を採用しておけば、燃料電池スタック(燃料電池列53)内の各燃料電池セルの温度をほぼ同温度に制御できることになる。ただし、上記構成をそのまま採用したのでは、燃料電池システムの停止後に、システムの停止により反応ガス濃度が不均一な状態になっている各燃料電池セルに電流が流れてしまい、その結果として、各燃料電池セルの性能が劣化してしまうことがあることになる。   If such a configuration is adopted, the temperature of each fuel cell in the fuel cell stack (fuel cell array 53) can be controlled to be substantially the same. However, if the above configuration is adopted as it is, after the fuel cell system is stopped, current flows to each fuel cell in which the reaction gas concentration is in a non-uniform state due to the system stop, and as a result, The performance of the fuel cell may be deteriorated.

なお、燃料電池スタックに関しては、上記技術の他にも、その停止時に燃料電池スタックを放電させるための技術(例えば、特許文献2参照。)や、低温からの始動を短時間で行えるようにするために、ヒータを用いる技術(例えば、特許文献3〜5参照。)が知られている。   Regarding the fuel cell stack, in addition to the above technique, a technique for discharging the fuel cell stack when the fuel cell stack is stopped (see, for example, Patent Document 2), and starting from a low temperature can be performed in a short time. Therefore, a technique using a heater (for example, see Patent Documents 3 to 5) is known.

特表2006−513534号公報JP-T-2006-513534 特開2002−352840号公報JP 2002-352840 A 特開2005−93282号公報JP 2005-93282 A 特開2006−172967号公報JP 2006-172967 A 特開2003−45462号公報JP 2003-45462 A

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、燃料電池セルの温度を均一化するためのヒータを備えた、システムの停止により反応ガス濃度が不均一な状態になっている各燃料電池セルに電流が流れることにより、各燃料電池セルの性能が劣化してしまうことがない燃料電池システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a heater for homogenizing the temperature of the fuel cell, so that the reaction gas concentration becomes non-uniform due to the system shutdown. An object of the present invention is to provide a fuel cell system in which the performance of each fuel cell does not deteriorate due to the current flowing through each fuel cell.

上記課題を解決するために、本発明の第1の態様の燃料電池システムは、複数の燃料電池セルを積層した積層体と、積層体を燃料電池セルの積層方向の側面側から加熱できるように配置されたヒータと、積層体が発生した電圧を外部に出力するための2つの出力端子とを含む燃料電池スタックと、常時開路接点を有するリレー手段と、常時開路接点が閉じるようにリレー手段を制御する制御手段とを備え、リレー手段と燃料電池スタックの2つの出力端子とヒータとが、リレー手段の常時開路接点が閉じている場合にのみ、2つの出力端子からの電圧がヒータに印加されるように、電気的に接続された構成を有する。   In order to solve the above-described problem, the fuel cell system according to the first aspect of the present invention is configured such that a stacked body in which a plurality of fuel cells are stacked, and the stacked body can be heated from the side surface in the stacking direction of the fuel cells. A fuel cell stack including a heater disposed and two output terminals for outputting a voltage generated by the laminated body to the outside; a relay means having a normally open contact; and a relay means to close the normally open contact Control means for controlling, and when the relay means, the two output terminals of the fuel cell stack, and the heater, the voltage from the two output terminals is applied to the heater only when the normally open contact of the relay means is closed. As such, it has an electrically connected configuration.

すなわち、本発明の第1の態様の燃料電池システムは、燃料電池セルの温度を均一化するためのヒータ(積層体を燃料電池セルの積層方向の側面側から加熱できるように配置されたヒータ)に、燃料電池スタック(積層体)の出力電圧が、常時開路接点を有するリレー手段を介して印可される構成を有している。そして、常時開路接点を有するリレー手段は、システムの停止時には必ず開放状態となるものである。従って、この燃料電池システムは、燃料電池セルの温度を均一化するためのヒータを備えた、システムの停止により反応ガス濃度が不均一な状態になっている各燃料電池セルに電流が流れることにより、各燃料電池セルの性能が劣化してしまうことがないシステムであることになる。   That is, the fuel cell system according to the first aspect of the present invention is a heater for uniformizing the temperature of the fuel cells (a heater arranged so that the stacked body can be heated from the side surface in the stacking direction of the fuel cells). In addition, the output voltage of the fuel cell stack (laminated body) is applied via a relay means having a normally open contact. The relay means having a normally open contact is always opened when the system is stopped. Therefore, this fuel cell system is provided with a heater for equalizing the temperature of the fuel cell, and a current flows through each fuel cell in which the reaction gas concentration is in a non-uniform state due to the system shutdown. This is a system in which the performance of each fuel cell does not deteriorate.

本発明の第1の態様の燃料電池システムを実現するに際しては、燃料電池スタックとして、積層体を燃料電池セルの積層方向の各側面側から加熱できるように配置された第1及び第2のヒータを含むものを採用した上で、それらのヒータとリレー手段と燃料電池スタック(積層体)とを数珠繋ぎに接続しておくことも出来る。ただし、そのような構成を採用した場合には、一方のヒータが切れた場合に、他方のヒータの機能も停止することになる。そして、ヒータによる加熱が全くなされていない状態よりも、片方のヒータによる加熱がなされている状態の方が、燃料電池スタックの発電効率は良いのであるから、上記構成の燃料電池スタックを採用する場合には、リレー手段として、第1及び第2の常時開路接点を有する手段を採用し、制御手段として、第1及び第2の常時開路接点の双方が閉じるようにリレー手段を制御する手段を採用し、燃料電池スタックの2つの出力端子間に、第1のヒータとリレー手段の第1の常時開路接点とを直列接続したものと、第2のヒータとリレー手段の第2の常時開路接点とを直列接続したものとを接続しておくことが、望ましい。   In realizing the fuel cell system according to the first aspect of the present invention, the fuel cell stack includes first and second heaters arranged so that the stacked body can be heated from each side surface in the stacking direction of the fuel cells. It is also possible to connect the heaters, the relay means, and the fuel cell stack (laminate) in a daisy chain. However, when such a configuration is adopted, when one heater is cut off, the function of the other heater is also stopped. And, since the power generation efficiency of the fuel cell stack is better in the state where the heating by one heater is performed than in the state where the heating by the heater is not performed at all, the case where the fuel cell stack having the above configuration is adopted Employs means having first and second normally open contacts as relay means, and means for controlling the relay means so that both the first and second normally open contacts are closed as control means. The first heater and the first normally open contact of the relay means connected in series between the two output terminals of the fuel cell stack, and the second heater and the second normally open contact of the relay means. It is desirable to connect them in series.

また、本発明の第2の態様の燃料電池システムは、複数の燃料電池セルを積層した積層体と、燃料電池セルの積層方向の側面側から積層体を加熱できるように配置されたヒータと、積層体が発生した電圧を外部に出力するための2つの主出力端子と、積層体内の特定の燃料電池セル間に設けられている副出力端子とを含む燃料電池スタックと、常時開路接点を有するリレー手段と、常時開路接点が閉じるようにリレー手段を制御する制御手段とを備え、リレー手段と燃料電池スタックの一方の主出力端子と副出力端子と第1及び第2のヒータとが、リレー手段の常時開路接点が閉じている場合にのみ、当該一方の主出力端子と副出力端子からの電圧が第1及び第2のヒータに印加されるように、電気的に接続されている構成を有する。   The fuel cell system according to the second aspect of the present invention includes a stack in which a plurality of fuel cells are stacked, a heater disposed so that the stack can be heated from the side surface in the stacking direction of the fuel cells, A fuel cell stack including two main output terminals for outputting the voltage generated by the stacked body to the outside, and a secondary output terminal provided between specific fuel cells in the stacked body, and a normally open contact Relay means, and control means for controlling the relay means so that the normally open contact is closed. The relay means, one main output terminal of the fuel cell stack, the sub output terminal, and the first and second heaters are connected to each other. Only when the normally open contact of the means is closed, the voltage is electrically connected so that the voltage from the one main output terminal and the sub output terminal is applied to the first and second heaters. Have.

すなわち、この燃料電池システムは、燃料電池セルの積層方向の側面側から積層体を加熱できるように配置されたヒータに、燃料電池スタック(積層体)の出力電圧の何割かが、常時開路接点を有するリレー手段を介して印可される構成を有している。従って、この燃料電池システムも、燃料電池セルの温度を均一化するためのヒータを備えた、システムの停止により反応ガス濃度が不均一な状態になっている各燃料電池セルに電流が流れることにより、各燃料電池セルの性能が劣化してしまうことがないシステムとなっていることになる。また、リレー手段(常時開路接点)に、燃料電池スタックの出力電圧がそのままかからないシステムであるため、この燃料電池システムは、リレー手段として安価なもの
を使用できるシステム/リレー手段の耐久性を向上できるシステムとなっていることにもなる。
That is, in this fuel cell system, a heater that is arranged so that the stack can be heated from the side in the stacking direction of the fuel cells, and a percentage of the output voltage of the fuel cell stack (stack) has a normally open contact. It has the structure applied through the relay means which has. Therefore, this fuel cell system also includes a heater for equalizing the temperature of the fuel cell, and current flows through each fuel cell in which the reaction gas concentration becomes non-uniform due to the system shutdown. Thus, the system does not deteriorate the performance of each fuel cell. Further, since the output of the fuel cell stack is not directly applied to the relay means (normally open contact), this fuel cell system can improve the durability of the system / relay means that can use an inexpensive relay means. It becomes a system.

本発明の第2の態様の燃料電池システムを実現するに際しても、燃料電池スタックとして、積層体を燃料電池セルの積層方向の各側面側から加熱できるように配置された第1及び第2のヒータを含むものを採用した上で、それらのヒータとリレー手段と積層体の一部(一方の主出力端子と副出力端子とにより発電電圧を取り出せる部分)とを数珠繋ぎに接続しておくことが出来る。ただし、既に説明した理由により、そのような構成の燃料電池スタックを採用する場合には、リレー手段として、第1及び第2の常時開路接点を有する手段を採用し、制御手段として、第1及び第2の常時開路接点の双方が閉じるようにリレー手段を制御する手段を採用し、燃料電池スタックの一方の主出力端子と副出力端子との間に、第1のヒータとリレー手段の第1の常時開路接点とを直列接続したものと、第2のヒータとリレー手段の第2の常時開路接点とを直列接続したものとを接続しておくことが、望ましい。   When realizing the fuel cell system of the second aspect of the present invention, the first and second heaters arranged so that the stack can be heated from each side in the stacking direction of the fuel cells as the fuel cell stack. In addition, the heater, the relay means, and a part of the laminate (the part from which the generated voltage can be taken out by one main output terminal and the sub output terminal) can be connected in a daisy chain. . However, when the fuel cell stack having such a configuration is adopted for the reason already described, means having first and second normally open contacts are adopted as the relay means, and the first and second as the control means. A means for controlling the relay means so that both of the second normally open contacts are closed is adopted, and the first heater and the first of the relay means are provided between one main output terminal and the sub output terminal of the fuel cell stack. It is desirable to connect the normally open contact of the first heater and the normally connected contact of the second heater and the second normally open contact of the relay means in series.

本発明によれば、燃料電池セルの温度を均一化するためのヒータを備えた、システムの停止により反応ガス濃度が不均一な状態になっている各燃料電池セルに電流が流れることにより、各燃料電池セルの性能が劣化してしまうことがない燃料電池システムを提供できる。   According to the present invention, a current flows through each fuel cell that is provided with a heater for equalizing the temperature of the fuel cell and in which the reaction gas concentration is in a non-uniform state due to system shutdown, It is possible to provide a fuel cell system in which the performance of the fuel cell does not deteriorate.

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

《第1実施形態》
以下、図1を用いて、本発明の第1実施形態に係る燃料電池システムの構成及び動作を説明する。なお、本実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池自動車用の燃料電池システム(車両モータ用の電源システム)として開発されたものである。
<< First Embodiment >>
Hereinafter, the configuration and operation of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fuel cell system according to this embodiment has been developed as a fuel cell system for a fuel cell vehicle (a power supply system for a vehicle motor).

図示してあるように、本実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池スタック10、2つのリレー17及び2つのヒューズ18で構成された燃料電池スタック部と、ガス・冷却水供給機構20と、ECU(electronic control unit)30とを、備えている。   As shown in the drawing, the fuel cell system according to the present embodiment includes a fuel cell stack 10, a fuel cell stack part composed of two relays 17 and two fuses 18, a gas / cooling water supply mechanism 20, ECU (electronic control unit) 30 is provided.

まず、燃料電池スタック部の構成及び機能を、説明する。   First, the configuration and function of the fuel cell stack unit will be described.

燃料電池スタック部に用いられている各リレー17は、常時開路接点を有する機械式リレーである。なお、常時開路接点とは、平常時は開放状態にあり、動作時(コイルの励磁時、外部から制御が行われた時)に閉成状態となる接点組(メーク接点、a接点等とも呼ばれているもの)のことである。   Each relay 17 used in the fuel cell stack unit is a mechanical relay having a normally open contact. Note that the normally open contact point is a contact set (make contact, a contact, etc.) that is normally open and is closed during operation (when the coil is excited or externally controlled). That is).

燃料電池スタック10は、高電圧を得ることが出来るように複数の燃料電池セル11を直列に接続した積層体12の各積層方向側面に、ターミナル16、ヒータ13、インシュレータ14及びエンドプレート15を取り付けたユニットである。すなわち、燃料電池スタック10は、一般的な構成の燃料電池スタックに、2つのヒータ13(仕様は後述)を追加した構成を有するものとなっている。   In the fuel cell stack 10, a terminal 16, a heater 13, an insulator 14, and an end plate 15 are attached to each side in the stacking direction of a stack 12 in which a plurality of fuel cells 11 are connected in series so that a high voltage can be obtained. Unit. That is, the fuel cell stack 10 has a configuration in which two heaters 13 (specifications will be described later) are added to a fuel cell stack having a general configuration.

図示してあるように、この燃料電池スタック10内の各ヒータ13の一方の電源端子は、燃料電池スタック10の一方のターミナル16と接続されている。また、各ヒータ13の他方の電源端子と燃料電池スタック10の他方のターミナル16とは、リレー17及びヒューズ18を介して(リレー17及びヒューズ18を直列接続したものにより)、接続
されている。
As shown in the drawing, one power supply terminal of each heater 13 in the fuel cell stack 10 is connected to one terminal 16 of the fuel cell stack 10. The other power supply terminal of each heater 13 and the other terminal 16 of the fuel cell stack 10 are connected via a relay 17 and a fuse 18 (by connecting the relay 17 and the fuse 18 in series).

要するに、燃料電池スタック部は、各ヒューズ18が溶断しておらず、かつ、各リレー17が動作している状態で、燃料電池スタック10に発電動作を行わせれば、各ヒータ13に、燃料電池スタック10(積層体12)の出力電圧(2つのターミナル16間の電圧)が印可されるように、各構成要素間を結線したものとなっている。   In short, in the fuel cell stack unit, if the fuel cell stack 10 performs a power generation operation in a state where each fuse 18 is not blown and each relay 17 is operating, each fuel cell stack 10 is connected to each heater 13. Each component is connected so that the output voltage (voltage between the two terminals 16) of the stack 10 (laminate 12) is applied.

そして、本実施形態に係る燃料電池スタック部は、上記構成を有するものであると共に、各ヒータ13として、上記状態で、燃料電池スタック10に所定電圧(本実施形態では、燃料電池スタック10の最大出力電圧)を出力させ続けたときに、各燃料電池セル11の温度がほぼ等しくなる仕様のヒータを採用したものとなっている。また、燃料電池スタック部は、各リレー17として、耐電圧が、燃料電池スタック10の最大出力電圧よりも高いものを採用し、各ヒューズ18として、ヒータ13内でショートが生じた場合に溶断する、定格電圧が燃料電池スタック10の最大出力電圧よりも高いヒューズを採用したものともなっている。   The fuel cell stack unit according to the present embodiment has the above-described configuration, and as each heater 13, a predetermined voltage (in this embodiment, the maximum of the fuel cell stack 10 in the state) is applied to the fuel cell stack 10 in the above state. When the output voltage is continuously output, a heater having a specification in which the temperature of each fuel battery cell 11 becomes substantially equal is adopted. In addition, the fuel cell stack unit employs a relay with a breakdown voltage higher than the maximum output voltage of the fuel cell stack 10 as each relay 17, and the fuse 18 is blown when a short circuit occurs in the heater 13. A fuse whose rated voltage is higher than the maximum output voltage of the fuel cell stack 10 is also adopted.

次に、本実施形態に係る燃料電池システムが備えるガス・冷却水供給機構20、ECU30の構成及び機能を、説明する。   Next, the configuration and functions of the gas / cooling water supply mechanism 20 and the ECU 30 included in the fuel cell system according to the present embodiment will be described.

ガス・冷却水供給機構20は、アノードガス(水素ガス)、カソードガス(空気)及び冷却水を燃料電池スタック10に供給するための機構である。このガス・冷却水供給機構20は、一般的なガス・冷却水供給機構と同様に、水素タンク、エアーコンプレッサ、気液分離器、冷却水循環ポンプ、冷却器、各種のバルブ等で構成されたものとなっている。   The gas / cooling water supply mechanism 20 is a mechanism for supplying anode gas (hydrogen gas), cathode gas (air), and cooling water to the fuel cell stack 10. This gas / cooling water supply mechanism 20 is composed of a hydrogen tank, an air compressor, a gas-liquid separator, a cooling water circulation pump, a cooler, various valves and the like, in the same manner as a general gas / cooling water supply mechanism. It has become.

ECU30は、基本的には、既存のECU(燃料電池制御用のもの)と同機能、同構成のユニットである。すなわち、ECU30は、燃料電池スタック10の出力電圧(ターミナル16間の電圧)が目標電圧となるように、ガス・冷却水供給機構20内の各部(バルブ等)を制御するユニットとなっている。また、ECU30は、CPU、ROM、RAM等で構成されたユニットであると共に、図示せぬイグニッションスイッチを介して図示せぬバッテリから、その動作に必要な電力が供給されるユニット(イグニッションスイッチをOFFにすると、動作を停止するユニット)となっている。   The ECU 30 is basically a unit having the same function and configuration as an existing ECU (for fuel cell control). That is, the ECU 30 is a unit that controls each part (valve or the like) in the gas / cooling water supply mechanism 20 so that the output voltage of the fuel cell stack 10 (voltage between the terminals 16) becomes the target voltage. The ECU 30 is a unit composed of a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and a unit that supplies power necessary for its operation from a battery (not shown) via an ignition switch (not shown) (turns off the ignition switch). In this case, the unit stops operating.

ただし、ECU30は、ガス・冷却水供給機構20の制御を開始する際(燃料電池スタック10に発電動作を開始させる際)に、各リレー17の動作を開始させ、ガス・冷却水供給機構20の制御を終了する(燃料電池スタック10に発電動作を終了させる際)に、各リレー17の動作を終了させるユニットとして構成されている。より具体的には、ECU30は、各リレー17のコイルと接続されるリレー制御用端子30aを備え、当該リレー制御用端子30aの電圧レベルを上記タイミングで変更するユニットとなっている。   However, the ECU 30 starts the operation of each relay 17 when starting the control of the gas / cooling water supply mechanism 20 (when the fuel cell stack 10 starts a power generation operation). It is configured as a unit that terminates the operation of each relay 17 when the control is terminated (when the fuel cell stack 10 terminates the power generation operation). More specifically, the ECU 30 includes a relay control terminal 30a connected to the coil of each relay 17, and is a unit that changes the voltage level of the relay control terminal 30a at the above timing.

以上、説明したように、本実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池セル11の温度を均一化するための各ヒータ13に、燃料電池スタック10(積層体12)の出力電圧が、常時開路接点を有するリレー17を介して印可される構成を有している。そして、常時開路接点を有するリレー17は、システムの停止時には必ず開放状態となるのであるから、本実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池セル11の温度を均一化するためのヒータ13を備えた、システムの停止により反応ガス濃度が不均一な状態になっている各燃料電池セル11に電流が流れることにより、各燃料電池セル11の性能が劣化してしまうことがないシステムであることになる。   As described above, in the fuel cell system according to the present embodiment, the output voltage of the fuel cell stack 10 (stacked body 12) is always open to each heater 13 for equalizing the temperature of the fuel cell 11. It has the structure applied through the relay 17 which has a contact. Since the relay 17 having the normally open contact is always opened when the system is stopped, the fuel cell system according to this embodiment includes the heater 13 for equalizing the temperature of the fuel cell 11. In addition, the system does not deteriorate the performance of each fuel cell 11 due to the current flowing through each fuel cell 11 whose reaction gas concentration is in a non-uniform state due to the stop of the system. Become.

《第2実施形態》
以下、図2を用いて、本発明の第2実施形態に係る燃料電池システムの構成及び機能を
説明する。なお、本実施形態に係る燃料電池システムの、第1実施形態に係る燃料電池システムと同一の各構成要素(同一の参照符号を付してある各構成要素)については、その詳細説明を省略することにする。
<< Second Embodiment >>
Hereinafter, the configuration and function of the fuel cell system according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, detailed description is abbreviate | omitted about each component (each component which attached | subjected the same referential mark) as the fuel cell system which concerns on 1st Embodiment of the fuel cell system which concerns on this embodiment. I will decide.

図示してあるように、本実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池スタック10′、2つのリレー17′及び2つのヒューズ18′で構成された燃料電池スタック部を備えている。   As shown in the figure, the fuel cell system according to the present embodiment includes a fuel cell stack unit including a fuel cell stack 10 ′, two relays 17 ′, and two fuses 18 ′.

この燃料電池スタック部に用いられている各リレー17′は、上記したリレー17と同様に、常時開路接点を有する機械式リレーである。ただし、各リレー17′は、リレー17よりも耐電圧が低いもの(詳細は後述)となっている。   Each relay 17 ′ used in the fuel cell stack portion is a mechanical relay having a normally open contact, like the relay 17 described above. However, each relay 17 ′ has a lower withstand voltage than the relay 17 (details will be described later).

燃料電池スタック10′は、積層体12の各積層方向側面に、ターミナル16、ヒータ13′、インシュレータ14及びエンドプレート15を取り付けたユニットである。この燃料電池スタック10′に用いられているヒータ13′は、ヒータ13よりも電源端子間の抵抗値が小さなもの(詳細は後述)となっている。   The fuel cell stack 10 ′ is a unit in which a terminal 16, a heater 13 ′, an insulator 14, and an end plate 15 are attached to each side surface of the stacked body 12 in the stacking direction. The heater 13 ′ used in the fuel cell stack 10 ′ has a smaller resistance value between power terminals than the heater 13 (details will be described later).

さらに、燃料電池スタック10′は、積層体12内の特定の2つの燃料電池セル11の間に、積層体12内の一部の燃料電池セル11群による発電電圧を取り出すためのサブターミナル19を取り付けたユニットとなっている。以下、このサブターミナル19と図における左側のターミナル16とにより取り出せる電圧のことを、ヒータ加熱用電圧と表記する。   Further, the fuel cell stack 10 ′ has a sub-terminal 19 for taking out a power generation voltage by a part of the fuel cell groups 11 in the stack 12 between two specific fuel cells 11 in the stack 12. It is an attached unit. Hereinafter, the voltage that can be taken out by the sub-terminal 19 and the terminal 16 on the left side in the figure is referred to as a heater heating voltage.

そして、燃料電池スタック部は、図から明らかなように、各ヒューズ18′が溶断しておらず、かつ、各リレー17′が動作している状態で、燃料電池スタック10′に発電動作を行わせると、ヒータ加熱用電圧が各ヒータ13′に印可されることになるように、各構成要素間を結線したものとなっている。   As is clear from the figure, the fuel cell stack unit performs a power generation operation on the fuel cell stack 10 'in a state where each fuse 18' is not blown and each relay 17 'is operating. In other words, the components are connected so that the heater heating voltage is applied to each heater 13 '.

要するに、この燃料電池スタック部は、上記した第1実施形態に係る燃料電池スタック部よりも、各ヒータ13′にかかる電圧が低くなるように構成したものとなっている。また、そのように構成したものであるが故に、燃料電池スタック部は、各ヒータ13′として、各リレー17′を動作させた状態で、燃料電池スタック10′に所定電圧(第1実施形態と同じ電圧)を出力させ続けたときに、各燃料電池セル11の温度がほぼ等しくなる仕様のもの(つまり、ヒータ13よりも電源端子間の抵抗値が小さなもの)を採用したものとなっている。また、燃料電池スタック部は、各リレー17′として、耐電圧が、ヒータ加熱用電圧よりも若干高いもの(リレー17よりも耐電圧が低いもの)を採用し、各ヒューズ18′として、ヒータ13′に適した仕様のヒューズ(定格電圧、定格電流がヒューズ18とは異なるヒューズ)を採用したものとなっている。   In short, the fuel cell stack portion is configured such that the voltage applied to each heater 13 'is lower than that of the fuel cell stack portion according to the first embodiment. In addition, since the fuel cell stack unit is configured as described above, the fuel cell stack unit operates the relays 17 'as the heaters 13' and operates the fuel cell stack 10 'with a predetermined voltage (as in the first embodiment). When the output of the same voltage is continued, the fuel cell 11 has a specification in which the temperature of each fuel cell 11 is substantially equal (that is, a resistance value between power supply terminals smaller than that of the heater 13). . Further, the fuel cell stack portion employs a relay with a breakdown voltage slightly higher than the heater heating voltage (a breakdown voltage lower than that of the relay 17) as each relay 17 ', and a heater 13 as each fuse 18'. A fuse having a specification suitable for '(a fuse whose rated voltage and rated current are different from those of the fuse 18) is adopted.

以上、説明したように、本実施形態に係る燃料電池システムも、各ヒータ13′への電圧印可が、常時開路接点を有する各リレー17′を介して行われる構成を有している。従って、この燃料電池システムも、燃料電池セル11の温度を均一化するためのヒータ13′を備えた、システムの停止により反応ガス濃度が不均一な状態になっている各燃料電池セル11に電流が流れることにより、各燃料電池セル11の性能が劣化してしまうことがないシステムであることになる。   As described above, the fuel cell system according to this embodiment also has a configuration in which voltage application to each heater 13 'is performed via each relay 17' having a normally open contact. Therefore, this fuel cell system also includes a heater 13 ′ for equalizing the temperature of the fuel cell 11, and the current is supplied to each fuel cell 11 in which the reaction gas concentration becomes non-uniform due to the system shutdown. This is a system in which the performance of each fuel battery cell 11 is not deteriorated by flowing.

さらに、本実施形態に係る燃料電池システムの構成は、燃料電池スタック10′の出力電圧が、そのままリレー17′にかからないものとなっている。従って、この燃料電池システムの構成は、リレー17′として安価なものを使用できる構成、或いは、リレー17′の耐久性を向上できる構成となっていると言うことが出来る。   Furthermore, the configuration of the fuel cell system according to the present embodiment is such that the output voltage of the fuel cell stack 10 'is not directly applied to the relay 17'. Therefore, it can be said that this fuel cell system has a configuration in which an inexpensive relay 17 'can be used or a durability of the relay 17' can be improved.

《変形形態》
上記した第1、第2実施形態に係る燃料電池システムは、各種の変形を行うことが出来る。例えば、各実施形態に係る燃料電池スタック部を、燃料電池スタック10(10′)の2つのヒータ13(13′)が直列に接続されているものに変形することが出来る。
<Deformation>
The fuel cell system according to the first and second embodiments described above can be variously modified. For example, the fuel cell stack portion according to each embodiment can be modified into one in which the two heaters 13 (13 ′) of the fuel cell stack 10 (10 ′) are connected in series.

ただし、2つのヒータ13(13′)を直列接続しておいた場合、一方のヒータ13(13′)が切れたときに、他方のヒータ13(13′)も機能を停止することになる。これに対して、上記した各実施形態の構成を採用しておけば、一方のヒータ13(13′)が切れても、他方のヒータ13(13′)をそれまで通りの発熱量で機能させることが出来ることになる。そして、2つのヒータ13(13′)の双方が機能していない状態よりも、片方のヒータ13(13′)が機能している状態の方が、燃料電池スタック10(10′)の発電効率は良いのであるから、各実施形態の構成を採用しておくことが望ましい。   However, if two heaters 13 (13 ') are connected in series, when one heater 13 (13') is cut off, the other heater 13 (13 ') also stops functioning. On the other hand, if the configuration of each of the above-described embodiments is employed, even if one heater 13 (13 ') is cut off, the other heater 13 (13') is caused to function with the same amount of heat generation as before. It will be possible. The power generation efficiency of the fuel cell stack 10 (10 ') is greater when one heater 13 (13') is functioning than when both heaters 13 (13 ') are not functioning. Therefore, it is desirable to adopt the configuration of each embodiment.

また、各実施形態に係る燃料電池システムを、積層体12(12′)の一方の積層方向側面側のみの放熱量が大きな構成を有する燃料電池スタック10(10′)であって、当該積層方向側面側にのみ、ヒータ13(13′)を設けられている燃料電池スタック10(10′)を備えたものに変形することも出来る。   In addition, the fuel cell system according to each embodiment is a fuel cell stack 10 (10 ′) having a configuration in which the heat radiation amount only on one side in the stacking direction of the stacked body 12 (12 ′) is large, and in the stacking direction. The fuel cell stack 10 (10 ') provided with the heater 13 (13') can be modified only to the side surface.

各実施形態に係る燃料電池システムを、リレー17(17′)の制御が、ECU30とは別の回路により行われるシステムに変形することも出来る。また、各実施形態に係る燃料電池システムを、積層体12の端部の燃料電池セル11の温度と、積層体12の中央部の燃料電池セル11の温度とが等しくなるように、リレー17(17′)のON/OFF制御を行うECU30を備えたシステムに変形することも出来る。また、各実施形態に係る燃料電池システムを、リレー17(17′)として、機械式リレーではなく半導体リレーが用いられたものや、2つのリレー17(17′)の代わりに2つの常時開路接点を有する1つのリレーが用いられたものに変形しても良いことなどは、当然のことである。   The fuel cell system according to each embodiment can be modified into a system in which the control of the relay 17 (17 ′) is performed by a circuit different from the ECU 30. Further, the fuel cell system according to each embodiment is configured so that the temperature of the fuel cell 11 at the end of the stacked body 12 and the temperature of the fuel cell 11 at the center of the stacked body 12 are equal. The system can be modified to a system including an ECU 30 that performs ON / OFF control of 17 ′). Further, in the fuel cell system according to each embodiment, the relay 17 (17 ′) uses a semiconductor relay instead of a mechanical relay, or two normally open contacts instead of the two relays 17 (17 ′). Needless to say, the relay may be changed to one using one relay.

本発明の第1実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。It is a block diagram of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 燃料電池セルの温度を均一化するためのヒータを備えた、既存の燃料電池システムの説明図である。It is explanatory drawing of the existing fuel cell system provided with the heater for equalizing the temperature of a fuel cell.

符号の説明Explanation of symbols

10,10′・・・燃料電池スタック
11・・・燃料電池セル
12・・・積層体
13,13′・・・ヒータ
14・・・インシュレータ
15・・・エンドプレート
16・・・ターミナル
17,17′・・・リレー
18,18′・・・ヒューズ
19・・・サブターミナル
20・・・ガス・冷却水供給機構
30a・・・リレー制御用端子
30・・・ECU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,10 '... Fuel cell stack 11 ... Fuel cell 12 ... Laminated body 13, 13' ... Heater 14 ... Insulator 15 ... End plate 16 ... Terminal 17, 17 '... Relay 18, 18' ... Fuse 19 ... Sub-terminal 20 ... Gas / cooling water supply mechanism 30a ... Relay control terminal 30 ... ECU

Claims (4)

複数の燃料電池セルを積層した積層体と、前記積層体を前記燃料電池セルの積層方向の側面側から加熱できるように配置されたヒータと、前記積層体が発生した電圧を外部に出力するための2つの出力端子とを含む燃料電池スタックと、
常時開路接点を有するリレー手段と、
前記常時開路接点が閉じるように前記リレー手段を制御する制御手段と
を備え、
前記リレー手段と前記燃料電池スタックの前記2つの出力端子と前記ヒータとが、前記リレー手段の前記常時開路接点が閉じている場合にのみ、前記2つの出力端子からの電圧が前記ヒータに印加されるように、電気的に接続されている
ことを特徴とする燃料電池システム。
A laminate in which a plurality of fuel cells are laminated, a heater disposed so that the laminate can be heated from the side surface in the lamination direction of the fuel cells, and a voltage generated by the laminate is output to the outside A fuel cell stack including two output terminals of
Relay means having normally open contacts;
Control means for controlling the relay means so that the normally open contact is closed,
The voltage from the two output terminals is applied to the heater only when the normally open contact of the relay means is closed between the relay means, the two output terminals of the fuel cell stack, and the heater. A fuel cell system characterized by being electrically connected.
前記燃料電池スタックが、
前記積層体を前記燃料電池セルの積層方向の各側面側から加熱できるように配置された第1及び第2のヒータを含むものであり、
前記リレー手段が、
第1及び第2の常時開路接点を有する手段であり、
前記制御手段が、
前記第1及び第2の常時開路接点の双方が閉じるように前記リレー手段を制御する手段であり、
前記燃料電池スタックの2つの出力端子間に、前記第1のヒータと前記リレー手段の前記第1の常時開路接点とを直列接続したものと、前記第2のヒータと前記リレー手段の前記第2の常時開路接点とを直列接続したものとが、接続されている
ことを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。
The fuel cell stack is
It includes first and second heaters arranged so that the stack can be heated from each side in the stacking direction of the fuel cells,
The relay means,
Means having first and second normally open contacts;
The control means is
Means for controlling the relay means such that both the first and second normally open contacts are closed;
Between the two output terminals of the fuel cell stack, the first heater and the first normally open contact of the relay means connected in series, the second heater and the second of the relay means The fuel cell system according to claim 1, wherein the normally open contact point is connected in series.
複数の燃料電池セルを積層した積層体と、前記燃料電池セルの積層方向の側面側から前記積層体を加熱できるように配置されたヒータと、前記積層体が発生した電圧を外部に出力するための2つの主出力端子と、前記積層体内の特定の燃料電池セル間に設けられている副出力端子とを含む燃料電池スタックと、
常時開路接点を有するリレー手段と、
前記常時開路接点が閉じるように前記リレー手段を制御する制御手段と
を備え、
前記リレー手段と前記燃料電池スタックの一方の主出力端子と前記副出力端子と前記第1及び第2のヒータとが、前記リレー手段の前記常時開路接点が閉じている場合にのみ、当該一方の主出力端子と前記副出力端子からの電圧が前記第1及び第2のヒータに印加されるように、電気的に接続されている
ことを特徴とする燃料電池システム。
A laminate in which a plurality of fuel cells are laminated, a heater arranged so as to heat the laminate from the side surface in the lamination direction of the fuel cells, and a voltage generated by the laminate to be output to the outside A fuel cell stack including two main output terminals and a sub output terminal provided between specific fuel cells in the stack;
Relay means having normally open contacts;
Control means for controlling the relay means so that the normally open contact is closed,
The relay means, the one main output terminal of the fuel cell stack, the sub output terminal, and the first and second heaters only when the normally open contact of the relay means is closed. A fuel cell system, wherein the fuel cell system is electrically connected so that a voltage from a main output terminal and the sub output terminal is applied to the first and second heaters.
前記燃料電池スタックが、
前記積層体を前記燃料電池セルの積層方向の各側面側から加熱できるように配置された第1及び第2のヒータを含むものであり、
前記リレー手段が、
第1及び第2の常時開路接点を有する手段であり、
前記制御手段が、
前記第1及び第2の常時開路接点の双方が閉じるように前記リレー手段を制御する手段であり、
前記燃料電池スタックの前記一方の主出力端子と前記副出力端子との間に、前記第1のヒータと前記リレー手段の前記第1の常時開路接点とを直列接続したものと、前記第2のヒータと前記リレー手段の前記第2の常時開路接点とを直列接続したものとが、接続され
ている
ことを特徴とする請求項3記載の燃料電池システム。
The fuel cell stack is
It includes first and second heaters arranged so that the stack can be heated from each side in the stacking direction of the fuel cells,
The relay means,
Means having first and second normally open contacts;
The control means is
Means for controlling the relay means such that both the first and second normally open contacts are closed;
The first heater and the first normally open contact of the relay means connected in series between the one main output terminal and the sub output terminal of the fuel cell stack, and the second The fuel cell system according to claim 3, wherein a heater and the second normally open contact of the relay means connected in series are connected.
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