JP2012209070A - 燃料電池装置 - Google Patents
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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Abstract
【解決手段】電気的に独立した複数の発電セルを有する発電スタックと、発電スタックに接続し、各発電セルの接続経路を変更する切換部と、各発電セルの温度をそれぞれ検出する温度検出部と、温度検出部が検出した温度を表す温度信号に基づき、切換部を制御し、所定の温度領域外の温度を有する発電セルを異常温度発電セルとして特定し、異常温度発電セルの接続を制御する制御部とを有する。
【選択図】図1
Description
かかる特徴によれば、各発電セルの温度状況に応じて各発電セルの発電を制御することができるため、発電セルの高分子電解質膜の温度を適温に保て、固体高分子電解質膜の保護が行える小型な燃料電池装置を実現することができる。
制御部は、温度検出部が検出する温度が最も低い発電セルを異常温度発電セルとして特定し、異常温度発電セルの出力を休止させるように切換部を介して異常温度発電セルの接続状態を制御する処理を含むことを要旨とする。
かかる特徴によれば、特定の発電セルの発電部が水滴で覆われた状態での発電を防ぐことができ、固体高分子電解質膜の保護が行える燃料電池装置を実現することができる。
かかる特徴によれば、特定の発電セルの発電部が水滴で覆われた状態での発電を防ぐことができ、固体高分子電解質膜の保護が行える燃料電池装置を実現することができる。
かかる特徴によれば、特定の発電セルの発電部が水滴で覆われた状態での発電を防ぐことができ、固体高分子電解質膜の保護が行える燃料電池装置を実現することができる。
かかる特徴によれば、特定の発電セルの発電部が乾燥することを防ぎ、固体高分子電解質膜の保護が行える燃料電池装置を実現することができる。
かかる特徴によれば、特定の発電セルの高分子電解質膜が乾燥することを防ぎ、固体高分子電解質膜の保護が行える燃料電池装置を実現することができる。
かかる特徴によれば、特定の発電セルの高分子電解質膜が乾燥することを防ぎ、固体高分子電解質膜の保護が行える燃料電池装置を実現することができる。
かかる特徴によれば、出力を休止している発電セルの温度を検出し続けることなく、出力を再開することができる燃料電池装置を実現することができる。
かかる特徴によれば、スタックから負荷の消費電力に合わせた電力を供給しつつ、固体高分子電解質膜の保護も行うことができる。
(実施の形態1)
図1から図3に基づいて、本発明の実施の形態1における燃料電池装置1の実施例を説明する。
図1及び図2に基づいて、本発明の燃料電池装置の構成を説明する。
図1には、本発明の実施の形態1に係る燃料電池装置のブロック図を示す。
燃料電池装置1は、水素を燃料とする常温動作型の発電セル2a〜2dを有する発電スタック2と、発電セル2a〜2dの接続を切替える切換部3と、温度検出器4a〜4dを有する温度検出部4と、制御部5を備える。
図3は図1に示す燃料電池装置1の制御器5における制御手順を示すフローチャートである。本形態は、制御部5が、発電セル2a〜2dの温度状態に応じて切換部3を制御し、発電セル〜2dの発電状態を変化させるものである。具体的には次の通りである。
1) 発電スタック2の発電が開始する。
2) 制御部5は発電セル2a〜2dが直列接続として接続するように切換部3に制御信号を送信し制御する(ステップS2)。ここで、制御部5は発電セル2a〜2dが直列接続として接続するように切換部3を制御するのは、発電セル2a〜2dの一部が並列接続である場合に比べ、発電セルの各発電量のばらつきが小さく、負荷への安定した電力供給ができるためである。
温度検出部4の温度検出器4aから制御部5へ送信される、発電セル2aの温度信号S02aに、異常温度を示す信号がある場合、制御部5は、切換部へ制御信号S01を送信し、発電セル2aを直列結合から切り離すよう制御する(ステップS3)。続いて、温度検出器4a〜4dから制御部5へ送信される、発電セル2a〜2dの温度信号S02a〜S02dの中に、異常温度を示す信号がなくなった場合、すなわち発電セル2aが正常温度になった場合、制御部5は、切換部3へ制御信号S01を送信し、発電セル2aを直列接合に戻すよう制御する(ステップS4)。
なお、発電セル2a〜2dは、燃料極へ供給する燃料としてメタノールを用いるダイレクトメタノール型燃料電池(DMFC)、又はその他の方式の燃料電池であっても良い。また、発電セル2a乃至2dの個数は4個に限るものではなく、必要に応じた個数とすることができる。
各発電セルの温度を適温に保つことで、各発電セル同士の温度のバラつきを低減し、固体高分子電解質膜の保護を行うことができる。
図4から図5に基づいて、本発明の実施の形態2における燃料電池装置1の実施例を説明する。
(燃料電池装置の構成)
図4には、本発明の実施の形態2に係る燃料電池装置のブロック図を示す。本発明の実施の形態1と共通する構成については、同じ番号を付し、説明は省略する。
図5に基づいて、本発明の燃料電池装置の動作を説明する。
図5は図1に示す燃料電池装置1の制御器5における制御手順を示すフローチャートである。本形態は、本形態は、制御部5が、負荷8の消費電力及び発電セル2a〜2dの温度状態に応じて、切換部3を制御し、発電させる発電セルの個数を変化させるものである。
2) 制御部5は発電セル2a〜2dが直列接続として接続するように切換部3に制御信号S01を送信し制御する(ステップS12)。
3) 制御部5は、負荷8から送信される消費電力信号S03が、負荷電力P3以下を示すものであるか、否かを判定する(ステップS13)。ステップS13の処理でP3以下でなければ、P3以下になるまでステップS13の処理に戻してステップS13の処理を繰り返す。
7) ステップS15の処理で負荷8から送信される消費電力信号S03がP3より高いことを示すものであると判定された場合には、さらに制御器5が演算した負荷8から送信される消費電力信号S03が、P2以下を示すものであるか、否かを判定する(ステップS16)。
7) ステップS16の処理で負荷8から送信される消費電力信号S03がP2以下を示すものであれば、発電セル2a乃至2dのさらにもう1個は休止させて良いので、制御部5は、温度検出器4a〜4dからの信号S02a〜S02dに基づき、発電セル2a〜2dのうち休止している発電セルを含める異常温度の発電セルの2個を直列接続経路から切り離す信号S01を切換部3に送信する(ステップS17)。
9) ステップS18の処理で負荷8から送信される消費電力信号S03がP2より高いことを示すものであると判定された場合には、さらに制御器5が演算した負荷8から送信される消費電力信号S03が、P1以下であるか、否かを判定する(ステップS19)。
11) ステップS19の処理で負荷8から送信される消費電力信号S03がP1以下を示すものであれば、発電セル2a〜2dのうち休止している発電セルを含める異常温度の発電セルの3個を休止させて良いので、制御部5は、温度検出器4a〜4dからの信号S02a〜S02dに基づき、発電セル2aから2dのうち休止している発電セルを含める異常温度の発電セルの3個を直列接続経路から切り離す信号S01を切換部3に送信する(ステップS20)。
13) ステップS21の処理で負荷8から送信される消費電力信号S03がP1より高いことを示すものであると判定された場合には、負荷8から送信される消費電力信号S03が消費電力がゼロを示すものであるか、否かを判定し(ステップS22)、ゼロを示すものになるまでステップS21の処理に戻してステップS21以降の処理を繰り返すとともに、ゼロを示すものになった時点で燃料電池の発電を終了させる。
(燃料電池装置の作用・効果)
制御部5が、負荷8の負荷消費電力を得ることで、負荷消費電力に応じて異常温度が検出される発電セルの接続関係を変化させることができるため、各発電セル同士の温度のバラつきを低減し、固体高分子電解質膜の保護を行うことができる。
2 発電スタック
3 切換部
4 温度検出部
5、15 制御部
6(8) 負荷
21、22 端部
23 酸化剤極
24 高分子電解質膜
25 燃料極
26 酸化剤入口
27 燃料入口
28 燃料供給路
S01 制御信号
S02a〜S02d 温度信号
S03 消費電力信号
Claims (9)
- 電気的に独立した複数の発電セルを有する発電スタックと、
前記発電スタックに接続し、各前記発電セルの接続経路を変更する切換部と、
各前記発電セルの温度をそれぞれ検出する温度検出部と、
前記温度検出部が検出した前記温度を表す温度信号に基づき、前記切換部を制御し、所定の温度領域外の前記温度を有する前記発電セルを異常温度発電セルとして特定し、前記異常温度発電セルの接続を制御する制御部とを有することを特徴とする燃料電池装置。 - 前記制御部は、前記温度検出部が検出する温度が最も低い前記発電セルを前記異常温度発電セルとして特定し、前記異常温度発電セルの出力を休止させるように前記切換部を介して前記異常温度発電セルの接続状態を制御する処理を含むことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池装置。
- 前記制御部は、前記温度検出部が検出する温度が低い前記発電セルを前記異常温度発電セルとして特定し、前記異常温度発電セルのうち、最も前記温度が低い前記異常温度発電セルから順に出力を休止させるように前記切換部を介して前記異常温度発電セルの接続状態を制御する処理を含むことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池装置。
- 前記制御部は、前記温度検出部が検出する温度がある一定値以下の前記発電セルを前記異常温度発電セルとして特定し、前記異常温度発電セルの出力を休止させるように前記切換部を介して前記異常温度発電セルの接続状態を制御する処理を含むことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池装置。
- 前記制御部は、前記温度検出部が検出する温度が最も高い前記発電セルを前記異常温度発電セルとして特定し、前記異常温度発電セルの出力を休止させるように前記切換部を介して前記異常温度発電セルの接続状態を制御する処理を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
- 前記制御部は、前記温度検出部が検出する温度が高い前記発電セルを前記異常温度発電セルとして特定し、前記異常温度発電セルのうち、最も前記温度が高い前記以上温度セルから順に出力を休止させるように前記切換部を介して前記異常温度発電セルの接続状態を制御する処理を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
- 前記制御部は、前記温度検出部が検出する温度がある一定値以上の前記発電セルを前記異常温度発電セルとして特定し、前記異常温度発電セルの出力を休止させるように前記切換部を介して前記異常温度発電セルの接続状態を制御する処理を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
- 前記制御部は、出力を休止している前記異常温度発電セルを、一定の休止時間後に出力を再開させるように前記切換部を介して前記異常温度発電セルの接続状態を制御する処理を含むことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
- 前記制御部は、前記負荷の前記消費電力値に応じて、前記切換部を介して前記異常温度発電セルの接続状態を制御する処理を含むことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
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