JP2992828B2 - ハイブリッド燃料電池 - Google Patents
ハイブリッド燃料電池Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は燃料電池に蓄電池を組合せたハイブリッド燃
料電池に関し、さらに詳しくは蓄電池の寿命短縮を防止
するようにしたハイブリッド燃料電池に関する。
料電池に関し、さらに詳しくは蓄電池の寿命短縮を防止
するようにしたハイブリッド燃料電池に関する。
燃料電池は水素と空気（酸素）とを反応させて水と電
気を発生するようにしたものである。このような燃料電
池を負荷に接続して運転する場合、発電が安定するまで
の始動初期の運転を円滑にするために、補助電源として
蓄電池を組合せるようにした所謂ハイブリッド燃料電池
がある。
気を発生するようにしたものである。このような燃料電
池を負荷に接続して運転する場合、発電が安定するまで
の始動初期の運転を円滑にするために、補助電源として
蓄電池を組合せるようにした所謂ハイブリッド燃料電池
がある。
しかるに、このように燃料電池に組合せられた蓄電池
は、温度が低くなるほど電解液の拡散が悪くなって、活
物質の化学反応が鈍化するため、見掛けの内部抵抗が上
昇することによって電池容量が低下するという特性があ
る。このように電池容量の減少した状態で大きな放電が
行われると、深放電になりやすく、その結果として電池
寿命を短縮してしまうという問題があった。
は、温度が低くなるほど電解液の拡散が悪くなって、活
物質の化学反応が鈍化するため、見掛けの内部抵抗が上
昇することによって電池容量が低下するという特性があ
る。このように電池容量の減少した状態で大きな放電が
行われると、深放電になりやすく、その結果として電池
寿命を短縮してしまうという問題があった。
本発明の目的は、燃料電池に組合せられた蓄電池の低
温時における容量低下を防止して、電池寿命の短縮を防
止するハイブリッド燃料電池を提供することにある。
温時における容量低下を防止して、電池寿命の短縮を防
止するハイブリッド燃料電池を提供することにある。
上記目的を達成する本発明は、燃料電池セル内で水素
と酸素とを反応させて発電を行う燃料電池に蓄電池を組
合せ、該燃料電池と蓄電池を同一の負荷に接続するよう
にしたハイブリット燃料電池において、水素主体の燃料
ガスを燃料電池セルに供給する燃料ガス供給路と、酸素
を含む空気を燃料電池セルに供給する空気供給路とを設
け、該空気供給路に大気中の空気を燃料電池セルに導く
送風機を配置すると共に、前記蓄電池に燃料電池セルか
ら排気される余剰空気の熱を利用して発熱する加熱器を
付設し、前記燃料電池セルの余剰空気を前記加熱器に供
給するか或いは外気へ排出するかの切換を行う切換手段
を設け、さらに前記蓄電池に蓄電池温度を検出する温度
センサを設け、該温度センサの検出温度に基づき蓄電池
温度を所定範囲に維持するように前記切換手段の切換を
行う制御部を設けたことを特徴とするものである。
と酸素とを反応させて発電を行う燃料電池に蓄電池を組
合せ、該燃料電池と蓄電池を同一の負荷に接続するよう
にしたハイブリット燃料電池において、水素主体の燃料
ガスを燃料電池セルに供給する燃料ガス供給路と、酸素
を含む空気を燃料電池セルに供給する空気供給路とを設
け、該空気供給路に大気中の空気を燃料電池セルに導く
送風機を配置すると共に、前記蓄電池に燃料電池セルか
ら排気される余剰空気の熱を利用して発熱する加熱器を
付設し、前記燃料電池セルの余剰空気を前記加熱器に供
給するか或いは外気へ排出するかの切換を行う切換手段
を設け、さらに前記蓄電池に蓄電池温度を検出する温度
センサを設け、該温度センサの検出温度に基づき蓄電池
温度を所定範囲に維持するように前記切換手段の切換を
行う制御部を設けたことを特徴とするものである。
このような温度センサと加熱器との設置によって、蓄
電池は常時適正な温度に管理され、低温時において容量
低下を来すことはなくなり、かつ電池寿命を短縮するこ
とはない。
電池は常時適正な温度に管理され、低温時において容量
低下を来すことはなくなり、かつ電池寿命を短縮するこ
とはない。
本発明では、燃料電池セルで発生する余熱を空気と共
に放出し、該燃料電池セルが加熱状態になることを回避
する一方で、余熱が加わった空気を加熱器に導くことに
より蓄電池を加熱し、その排熱を有効に利用している。
従って、蓄電池を加熱するために燃料電池のエネルギー
を消費する必要はない。また、余剰空気の加熱器への循
環は、燃料電池セルの空気供給路に設けた送風機によっ
て行うことが可能であるので、新たな循環装置を追加し
なくても加熱器を効果的に発熱させることができる。
に放出し、該燃料電池セルが加熱状態になることを回避
する一方で、余熱が加わった空気を加熱器に導くことに
より蓄電池を加熱し、その排熱を有効に利用している。
従って、蓄電池を加熱するために燃料電池のエネルギー
を消費する必要はない。また、余剰空気の加熱器への循
環は、燃料電池セルの空気供給路に設けた送風機によっ
て行うことが可能であるので、新たな循環装置を追加し
なくても加熱器を効果的に発熱させることができる。
更に本発明のハイブリット燃料電池は、原料を燃焼装
置で加熱して水素主体の燃焼ガスに改質する改質装置を
設けると共に、前記燃焼装置からの排気ガス通路を前記
空気供給路に連通可能にする連通手段を設けたことを特
徴とするものである。
置で加熱して水素主体の燃焼ガスに改質する改質装置を
設けると共に、前記燃焼装置からの排気ガス通路を前記
空気供給路に連通可能にする連通手段を設けたことを特
徴とするものである。
このように燃焼装置で発生する燃焼熱が加わった空気
を連通手段を介して加熱器に導いて蓄電池を加熱するよ
うにすれば、燃料電池セルで発生する余熱が十分でない
時においても蓄電池を加熱することが可能になる。ま
た、上述のように燃焼装置の燃焼熱を利用すれば、寒冷
時においても蓄電池を十分に加熱することが可能にな
る。
を連通手段を介して加熱器に導いて蓄電池を加熱するよ
うにすれば、燃料電池セルで発生する余熱が十分でない
時においても蓄電池を加熱することが可能になる。ま
た、上述のように燃焼装置の燃焼熱を利用すれば、寒冷
時においても蓄電池を十分に加熱することが可能にな
る。
図は本発明の実施例からなるハイブリッド燃料電池を
示す。
示す。
１は燃料ガスの水素を生成する改質装置、２は水素と
空気を反応させて発電を行う燃料電池セルである。燃料
電池は、この改質装置１と燃料電池セル２を含めた機構
によって構成されている。３は蓄電池で、燃料電池セル
２によって充電されるようになっている。４は上記燃料
電池セル２と蓄電池３との両電池から電力が供給される
ように接続された負荷である。
空気を反応させて発電を行う燃料電池セルである。燃料
電池は、この改質装置１と燃料電池セル２を含めた機構
によって構成されている。３は蓄電池で、燃料電池セル
２によって充電されるようになっている。４は上記燃料
電池セル２と蓄電池３との両電池から電力が供給される
ように接続された負荷である。
改質装置１は、液体原料気化用の蒸発器５と気化した
原料ガスを反応させる反応層６とを有し、その下方に、
加熱用として２種類のバーナ7m,7hを有している。この
実施例ではメタノールを燃料とするバーナ7mのほかに、
燃料電池セル２から排気される余剰水素を燃料にするバ
ーナ7hとの二つが設けられているが、もちろんいずれか
一方だけであっても差し支えない。また、改質装置の下
部には空気を供給する送風機11が接続されている。
原料ガスを反応させる反応層６とを有し、その下方に、
加熱用として２種類のバーナ7m,7hを有している。この
実施例ではメタノールを燃料とするバーナ7mのほかに、
燃料電池セル２から排気される余剰水素を燃料にするバ
ーナ7hとの二つが設けられているが、もちろんいずれか
一方だけであっても差し支えない。また、改質装置の下
部には空気を供給する送風機11が接続されている。
８は燃焼用の燃料（メタノール）を貯留した燃料タン
クである。燃料タンク８の燃料は供給ポンプ９によりバ
ルブ10を介してバーナ7mに供給され、送風機11から供給
された空気によって燃焼することにより加熱ガスとな
り、上記蒸発器５と反応層６を加熱する。一方、12は反
応用の液体原料（メタノールと水との混合液）を貯留し
た原料タンクである。液体原料は供給ポンプ13によりバ
ルブ14を介して蒸発器５に供給され、蒸発器５で気化さ
れたのち反応層６で反応して水素主体の改質ガス（燃料
ガス）に変えられる。
クである。燃料タンク８の燃料は供給ポンプ９によりバ
ルブ10を介してバーナ7mに供給され、送風機11から供給
された空気によって燃焼することにより加熱ガスとな
り、上記蒸発器５と反応層６を加熱する。一方、12は反
応用の液体原料（メタノールと水との混合液）を貯留し
た原料タンクである。液体原料は供給ポンプ13によりバ
ルブ14を介して蒸発器５に供給され、蒸発器５で気化さ
れたのち反応層６で反応して水素主体の改質ガス（燃料
ガス）に変えられる。
反応層６で生成した燃料ガスは、供給管15により貯留
タンク16,バルブ17を経て燃料電池セル２に供給される
が、上記貯留タンク16は燃料ガスを一時的に貯留し、所
定量を燃料電池セル２に供給するようにする。余剰の燃
料ガスはリリーフ弁18又は／及びバイパス弁19を介して
バーナ7hに還流され、燃焼用に消費される。また、バー
ナ7hには、燃料電池セル２で未反応のまま排気された余
剰の水素ガスも、リクレイマ20,バルブ21を経て供給さ
れる。
タンク16,バルブ17を経て燃料電池セル２に供給される
が、上記貯留タンク16は燃料ガスを一時的に貯留し、所
定量を燃料電池セル２に供給するようにする。余剰の燃
料ガスはリリーフ弁18又は／及びバイパス弁19を介して
バーナ7hに還流され、燃焼用に消費される。また、バー
ナ7hには、燃料電池セル２で未反応のまま排気された余
剰の水素ガスも、リクレイマ20,バルブ21を経て供給さ
れる。
燃料電池セル２において、上記燃料ガスの水素と反応
させる空気は、送風機22からバルブ23を介して供給され
る。送風機22の上流側には四方弁24が接続され、大気中
の低温空気と改質装置１の高温空気とのいずれか一方が
適宜選択されて導入されるようにしてある。燃料電池セ
ル２で反応しないで排気される余剰の空気は、三方弁25
を介することにより、蓄電池３に付設した加熱器31に供
給されるか、又は外気へ排出されるようになっている。
させる空気は、送風機22からバルブ23を介して供給され
る。送風機22の上流側には四方弁24が接続され、大気中
の低温空気と改質装置１の高温空気とのいずれか一方が
適宜選択されて導入されるようにしてある。燃料電池セ
ル２で反応しないで排気される余剰の空気は、三方弁25
を介することにより、蓄電池３に付設した加熱器31に供
給されるか、又は外気へ排出されるようになっている。
燃料電池セル２と蓄電池３とは並列に負荷４に接続さ
れ、また燃料電池セル２は蓄電池３に対し充電するよう
になっている。30は負荷４に対する電流をオン，オフす
る手動のスイッチである。
れ、また燃料電池セル２は蓄電池３に対し充電するよう
になっている。30は負荷４に対する電流をオン，オフす
る手動のスイッチである。
前述したように蓄電池３には加熱器31が設けられ、加
温されるようになっている。この加熱器31は、上述した
ように燃料電池セル２から排気された余剰空気の熱を利
用して発熱するものである。
温されるようになっている。この加熱器31は、上述した
ように燃料電池セル２から排気された余剰空気の熱を利
用して発熱するものである。
このように加熱器31が設けられた蓄電池３には温度セ
ンサ32が設けられ、蓄電池温度を常時検出するようにな
っている。すなわち、蓄電池内の電解液温度を常時検出
するようになっている。また、27は蓄電池３の端子電圧
VBを検出する電圧センサ、28は燃料電池セル２の出力電
流ICを検出する電流センサである。
ンサ32が設けられ、蓄電池温度を常時検出するようにな
っている。すなわち、蓄電池内の電解液温度を常時検出
するようになっている。また、27は蓄電池３の端子電圧
VBを検出する電圧センサ、28は燃料電池セル２の出力電
流ICを検出する電流センサである。
33は記憶部，演算部などを有するマイクロコンピュー
タからなる制御部である。この制御部33は、上記蓄電池
３の温度センサ32の検出信号に基づき、三方弁25の流路
を加熱器31側か又は外気側かのいずれかに切り換えるよ
うに操作し、蓄電池温度を常に一定の温度範囲に維持す
るように制御する。すなわち、蓄電池温度が設定された
範囲の下限近辺になったときは、三方弁25の流路を加熱
器31側に切り換え、また上限近辺になったときは外気側
に切り換えるようにしている。このような制御によって
維持する蓄電池温度の範囲としては10〜25℃の範囲とす
ることが好ましい。蓄電池３の温度をこのような温度範
囲に維持することによって、電池容量を適切な範囲に維
持するため、電池寿命の短縮を防止することができる。
タからなる制御部である。この制御部33は、上記蓄電池
３の温度センサ32の検出信号に基づき、三方弁25の流路
を加熱器31側か又は外気側かのいずれかに切り換えるよ
うに操作し、蓄電池温度を常に一定の温度範囲に維持す
るように制御する。すなわち、蓄電池温度が設定された
範囲の下限近辺になったときは、三方弁25の流路を加熱
器31側に切り換え、また上限近辺になったときは外気側
に切り換えるようにしている。このような制御によって
維持する蓄電池温度の範囲としては10〜25℃の範囲とす
ることが好ましい。蓄電池３の温度をこのような温度範
囲に維持することによって、電池容量を適切な範囲に維
持するため、電池寿命の短縮を防止することができる。
上記制御部33は、上述した制御のほかに、上記電圧セ
ンサ27、電流センサ28から蓄電池３の端子電圧，充電電
流および燃料電池３の出力電流などの検出信号や、温度
センサ41,42,43,44から反応層温度，バーナ温度，燃料
電池反応温度，雰囲気温度などの検出信号を入力するよ
うになっており、これらの検出信号に基づいてポンプ9,
13、送風機11,22、バルブ10,14,17,19,21,23,24などを
制御する信号を出力するようになっている。
ンサ27、電流センサ28から蓄電池３の端子電圧，充電電
流および燃料電池３の出力電流などの検出信号や、温度
センサ41,42,43,44から反応層温度，バーナ温度，燃料
電池反応温度，雰囲気温度などの検出信号を入力するよ
うになっており、これらの検出信号に基づいてポンプ9,
13、送風機11,22、バルブ10,14,17,19,21,23,24などを
制御する信号を出力するようになっている。
制御部33は必要に応じて四方弁24の切換により改質装
置１の高温空気を送風機22を介して燃料電池セル２の空
気供給路に連通させる。このように燃料電池セル２で発
生する余熱に加えて、改質装置１の高温空気を加熱器31
に導くことにより、蓄電池３に対する加熱能力を高める
ことができる。
置１の高温空気を送風機22を介して燃料電池セル２の空
気供給路に連通させる。このように燃料電池セル２で発
生する余熱に加えて、改質装置１の高温空気を加熱器31
に導くことにより、蓄電池３に対する加熱能力を高める
ことができる。
上述したように本発明によるハイブリッド燃料電池
は、水素主体の燃料ガスを燃料電池セルに供給する燃料
ガス供給路と、酸素を含む空気を燃料電池セルに供給す
る空気供給路とを設け、該空気供給路に大気中の空気を
燃料電池セルに導く送風機を配置すると共に、蓄電池に
燃料電池セルから排気される余剰空気の熱を利用して発
熱する加熱器を付設し、燃料電池セルの余剰空気を前記
加熱器に供給するか或いは外気へ排出するかの切換を行
う切換手段を設け、さらに蓄電池に蓄電池温度を検出す
る温度センサを設け、該温度センサの検出温度に基づき
蓄電池温度を所定範囲に維持するように切換手段の切換
を行う制御部を設けたので、簡単な機構で排熱を有効利
用しながら蓄電池を常に適温に維持することができ、そ
れにより低温時における蓄電池の容量低下と電池寿命の
短縮を防止することができる。
は、水素主体の燃料ガスを燃料電池セルに供給する燃料
ガス供給路と、酸素を含む空気を燃料電池セルに供給す
る空気供給路とを設け、該空気供給路に大気中の空気を
燃料電池セルに導く送風機を配置すると共に、蓄電池に
燃料電池セルから排気される余剰空気の熱を利用して発
熱する加熱器を付設し、燃料電池セルの余剰空気を前記
加熱器に供給するか或いは外気へ排出するかの切換を行
う切換手段を設け、さらに蓄電池に蓄電池温度を検出す
る温度センサを設け、該温度センサの検出温度に基づき
蓄電池温度を所定範囲に維持するように切換手段の切換
を行う制御部を設けたので、簡単な機構で排熱を有効利
用しながら蓄電池を常に適温に維持することができ、そ
れにより低温時における蓄電池の容量低下と電池寿命の
短縮を防止することができる。
図は本発明の実施例からなるハイブリッド燃料電池の概
略図である。 １……改質装置、２……燃料電池セル、３……蓄電池、
7m……バーナ（燃焼装置）、22……送風機、24……四方
弁（連通手段）、25……三方弁（切換手段）、31……加
熱器、32……温度センサ、33……制御部。
略図である。 １……改質装置、２……燃料電池セル、３……蓄電池、
7m……バーナ（燃焼装置）、22……送風機、24……四方
弁（連通手段）、25……三方弁（切換手段）、31……加
熱器、32……温度センサ、33……制御部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24
Claims (2)
- 【請求項１】燃料電池セル内で水素と酸素とを反応させ
て発電を行う燃料電池に蓄電池を組合せ、該燃料電池と
蓄電池を同一の負荷に接続するようにしたハイブリット
燃料電池において、水素主体の燃料ガスを燃料電池セル
に供給する燃料ガス供給路と、酸素を含む空気を燃料電
池セルに供給する空気供給路とを設け、該空気供給路に
大気中の空気を燃料電池セルに導く送風機を配置すると
共に、前記蓄電池に燃料電池セルから排気される余剰空
気の熱を利用して発熱する加熱器を付設し、前記燃料電
池セルの余剰空気を前記加熱器に供給するか或いは外気
へ排出するかの切換を行う切換手段を設け、さらに前記
蓄電池に蓄電池温度を検出する温度センサを設け、該温
度センサの検出温度に基づき蓄電池温度を所定範囲に維
持するように前記切換手段の切換を行う制御部を設けた
ハイブリッド燃料電池。 - 【請求項２】原料を燃焼装置で加熱して水素主体の燃焼
ガスに改質する改質装置を設けると共に、前記燃焼装置
からの排気ガス通路を前記空気供給路に連通可能にする
連通手段を設けた特許請求の範囲第１項に記載のハイブ
リッド燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2069786A JP2992828B2 (ja) | 1990-03-22 | 1990-03-22 | ハイブリッド燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2069786A JP2992828B2 (ja) | 1990-03-22 | 1990-03-22 | ハイブリッド燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03272567A JPH03272567A (ja) | 1991-12-04 |
| JP2992828B2 true JP2992828B2 (ja) | 1999-12-20 |
Family
ID=13412790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2069786A Expired - Fee Related JP2992828B2 (ja) | 1990-03-22 | 1990-03-22 | ハイブリッド燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2992828B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004311218A (ja) | 2003-04-07 | 2004-11-04 | Toyota Industries Corp | 燃料電池システムの暖機装置 |
| JP2009193695A (ja) * | 2008-02-12 | 2009-08-27 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池車両 |
| JP2018133147A (ja) * | 2017-02-13 | 2018-08-23 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
-
1990
- 1990-03-22 JP JP2069786A patent/JP2992828B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03272567A (ja) | 1991-12-04 |
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