JP4522097B2 - 燃料電池の制御方法 - Google Patents
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Description
各セルの、アノード側では、水素を水素イオン(プロトン)と電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード側では酸素と水素イオンおよび電子(隣りのMEAのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる)から水を生成するつぎの反応が行われる。
アノード側:H2 →2H+ +2e-
カソード側:2H+ +2e- +(1/2)O2 →H2 O
特開平11−250923号公報は、従来の固体高分子電解質型燃料電池のセパレータの流路形状を開示している。これは、全体として折り返しながら流れる蛇行流路であって、折り返す毎に溝本数が減少し、下流に行くほど流速が速くなり、発生した液滴を吹き飛ばすことを狙っている。
複数本の流路があった場合、ガスは流れやすい流路を流れるため、液滴が存在している流路に必ずしもガスが流れ、液滴を吹き飛ばしてくれるとは限らない。また、燃料電池の電解質膜にとっては、十分に加湿されているほど発電効率がよいことから、液滴の存在がすべて悪いとは限らない。
(1) セパレータの、燃料ガス流路、酸化ガス流路を含むガス流路に、所望の圧損特性をもたせるように、該ガス流路の流路幅を設計し、該ガス流路の圧損特性に基づいて酸化ガスあるいは燃料ガスである反応ガスの供給量、加湿量、圧力を制御し、セル面内の水分量の分布を制御する燃料電池の制御方法。
(2) 燃料電池に接続された酸化ガスの供給装置、加湿装置、圧力センサ、圧力制御弁と、
前記燃料電池に接続された燃料ガスの供給装置、加湿装置、圧力センサ、圧力制御弁と、
各単位電池および電池全体の作動を監視する電圧センサ、温度、電流センサを含む電池作動監視装置と、
前記各センサの信号を元に、供給装置、加湿装置、圧力制御弁の少なくとも1つを制御する制御装置と、
の少なくとも1つを用いて、セル面内の水分量の分布を制御する(1)記載の燃料電池の制御方法。
(3) 燃料電池の反応ガスの背圧を制御することにより、セル面内の水分量の分布を制御する(1)または(2)記載の燃料電池の制御方法。
(4) 燃料電池へ供給する反応ガス流量を制御することにより、セル面内の水分量の分布を制御する(1)または(2)記載の燃料電池の制御方法。
(5) 燃料電池へ供給する反応ガスの加湿量を制御することによりセル面内の水分量の分布を制御する(1)または(2)記載の燃料電池の制御方法。
(6) セル面内全域に液滴を存在させないようにした(1)記載の燃料電池の制御方法。
(7) セル面内の任意の位置のみに液滴を存在させるようにした(1)記載の燃料電池の制御方法。
(8) セル面内の入口段のみに液滴を存在させるようにした(1)記載の燃料電池の制御方法。
(9) セル面内の中央段のみに液滴を存在させるようにした(1)記載の燃料電池の制御方法。
(10) セル面内の出口段のみに液滴を存在させるようにした(1)記載の燃料電池の制御方法。
(11) セル面内の入口段と中央段のみに液滴を存在させるようにした(1)記載の燃料電池の制御方法。
(12) セル面内の入口段と出口段のみに液滴を存在させるようにした(1)記載の燃料電池の制御方法。
(13) セル面内の中央段と出口段のみに液滴を存在させるようにした(1)記載の燃料電池の制御方法。
(14) セル面内全域に液滴を存在させるようにした(1)記載の燃料電池の制御方法。
(15) 反応ガスの流れ方向を調整することにより、セル面内の液滴または水蒸気としての水分量の分布を制御する(1)乃至(14)の何れか一に記載の燃料電池の制御方法。
上記(15)の燃料電池の制御方法では、反応ガスの流れ方向をも調整するようにしたので、セル面内の水分量の分布の制御の自由度が上がる。
まず、本発明の全実施例に共通する部分を図1〜図3、図25を参照して説明する。
本発明で対象となる燃料電池は低温型燃料電池であり、たとえば固体高分子電解質型燃料電池1である。該燃料電池1は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
膜−電極アッセンブリとセパレータ18を重ねて単セルを構成し、少なくとも1つのセルからモジュールを構成し、モジュールを積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル、インシュレータ、エンドプレートを配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材(たとえば、テンションプレート)、ボルト・ナットにて固定して、スタックを構成する。
セパレータ18には、燃料ガス導入穴19、燃料ガス排出穴20、酸化ガス導入穴21、酸化ガス排出穴22、冷却水流路穴23、24が形成されている。燃料ガスは燃料ガス導入穴19からセル面内燃料ガス流路に入り、セル面内燃料ガス流路から燃料ガス排出穴20に出ていく。酸化ガスは酸化ガス導入穴21からセル面内酸化ガス流路に入り、セル面内酸化ガス流路から酸化ガス排出穴22に出ていく。
(1)実施例1……図4、図5
〔構成〕
本発明の実施例1では、図4に示すように、大蛇行流路の流路幅を、たとえば、酸化ガス流路の入口段28と中央段29と出口段30の流路幅を、ほぼ均等にする。
また、酸化ガス流路の出口段30のみに液滴として水分を存在させる(図4の色付け部分)。
〔作用〕
本発明の実施例1の燃料電池の制御方法は、酸化ガス流路の出口段30に液滴の水分を存在させて、水素側入口部の加湿不足を補いたい時に有効である。
酸化ガス導入穴21から流れ込んだ酸化ガスは全体的には大蛇行流路を流れて、酸化ガス排出穴22から排出される。図4に示すように、大蛇行流路の流路幅をほぼ均等にすることで、図5の線Aに示すように、入口から出口に向かってほぼ直線的減少する圧損特性を得ることができる。供給ガスの流量、背圧(図5の点L)を決めることで、ガス流路内全域の飽和水分量が図5の線Bのように決まる。一方、ガス流路全域内の水分量は供給するガスの加湿量(図5の点M)を決めることで、発電により生成される水分量と合わせて図5の線Cのように決まる。ただし、発電による生成水は面内で均一であり、水分はすべて後方へ流れていくものと仮定している。点Lと点Mを調整し、線Bと線Cの交点(図5の点N)を中央段29と出口段30の境にもってくることにより、ガス流路全域内にて液体として存在する水は図5の線Dのようになる。このように、流路形状と背圧、加湿量を調整した設計をすることにより、ガス流路全域内の出口段30のみに液体としての水を存在させる。
点Lに示す背圧値は、酸化ガス背圧センサ9を観察し、酸化ガス背圧調整弁7によって調整する。
点Mに示す加湿量は酸化ガス加湿器5によって調整する。
なお、温度は一定として説明している(以下の実施例も同様)。温度が変われば、線Bが変化するが、その温度に合わせて点Mを設定し、線Cを動かして点Nを合わせることになる。燃料電池では、冷却水により温度を一定に制御しているため省略しているが、温度を変化させて調整してもよい。
〔構成〕
本発明の実施例2では、図6に示すように、出口段30での流路幅を入口段28、中央段29に比べて狭くしてある。実施例1に対して、実施例2は出口部分で流速を上げて液滴を排出しやすいようにしたものである。
また、酸化ガス流路の出口段30のみに液滴として水分を存在させる(図6の色付け部分)。その他は本発明の実施例1と同じである。
〔作用〕
本発明の実施例2の燃料電池の制御方法は、実施例1と同様、酸化ガス流路の出口段30に液滴の水分を存在させて、水素側入口部の加湿不足を補いたい時に有効である。
本発明の実施例2の圧損特性は、図7の線Aに示すように、出口段30で圧力降下が大きくなる。供給ガスの流量、背圧(図7の点L)を決めることで、ガス流路全域内の飽和水分量が図7の線Bのように決まる。この場合にも、実施例1と同様に、背圧、加湿量を調整した設計をすることにより、ガス流路全域内の出口段30のみに液体としての水を存在させる。その他は実施例1に準じる。
〔構成〕
本発明の実施例3では、図8に示すように、酸化ガス流路の中央段29と出口段30のみに液滴として水分を存在させる(図8の色付け部分)。その他は本発明の実施例1と同じである。
〔作用〕
本発明の実施例3の燃料電池の制御方法は、酸化ガス流路の中央段29、出口段30に液滴の水分を存在させて、水素側入口部の加湿不足を補いたい時に有効である。
本発明の実施例3では、実施例1に対して、加湿量(図9の点M)を調整することで、線Bと線Cの交点(図9の点N)を入口段28と中央段29の境にもってくることにより、ガス流路全域内にて液体として存在する水は図9の線Dのようになる。このように、流路形状と背圧、加湿量を調整した設計をすることにより、ガス流路全域内のうち中央段29と出口段30に液体としての水を存在させる。
もう一つの方法として、図10に示すように、実施例1に対して、背圧(図10の点L)を調整することで、線Bと線Cの交点(図10の点N)を入口段28と中央段29の境にもってくることにより、ガス流路全域内にて液体として存在する水は図10の線Dのようになる。このように、流路形状と背圧、加湿量を調整した設計をすることにより、ガス流路全域内のうち中央段29と出口段30に液体としての水を存在させる。
〔構成〕
本発明の実施例4では、図11に示すように、セル面内全域の酸化ガス流路に液滴として水分を存在させる(図11の色付け部分)。
その他は本発明の実施例1と同じである。
〔作用〕
本発明の実施例4の燃料電池の制御方法は、酸化ガス流路の全域(入口段28、中央段29、出口段30)に液滴の水分を存在させて、電解質膜の湿潤を十分に保つのに有効である。
本発明の実施例4では、実施例1に対して、加湿量(図12の点M)を調整することで、線Bと線Cの交点(図12の点N)を酸化ガス流路入口にもってくることにより、ガス流路全域内にて液体として存在する水は図12の線Dのようになる。このように、流路形状と背圧、加湿量を調整した設計をすることにより、ガス流路全域(入口段28、中央段29、出口段30)に液体としての水を存在させる。
〔構成〕
本発明の実施例5では、図13に示すように、セル面内全域の酸化ガス流路に液滴としての水分を存在させないようにする。その他は本発明の実施例1と同じである。
〔作用〕
本発明の実施例5の燃料電池の制御方法は、酸化ガス流路の全域(入口段28、中央段29、出口段30)に液滴の水分を存在させないようにして、水によるガス流路の閉塞を確実に防止する。
本発明の実施例5では、実施例1に対して、加湿量(図14の点M)を調整することで、線Bと線Cの交点が出ないようにすることにより、ガス流路全域内にて液体として存在する水はなくなり、図14の線Dのようになる。このように、流路形状と背圧、加湿量を調整した設計をすることにより、ガス流路全域(入口段28、中央段29、出口段30)に液体としての水を存在させない。
もう一つの方法として、図15に示すように、実施例1に対して、背圧(図15の点L)を調整することで、線Bと線Cの交点が出ないようにすることにより、ガス流路全域内にて液体として存在する水はなくなり、図15の線Dのようになる。このように、流路形状と背圧、加湿量を調整した設計をすることにより、ガス流路全域(入口段28、中央段29、出口段30)に液体としての水を存在させない。
もう一つの方法として、図16に示すように、実施例1に対して、流量を調整することで、飽和水分量を増やし(図16の線Bが全体に上にシフト)、線Bと線Cの交点が出ないようにすることにより、ガス流路全域内にて液体として存在する水はなくなり、図16の線Dのようになる。このように、流路形状と、流量、背圧、加湿量を調整した設計をすることにより、ガス流路全域(入口段28、中央段29、出口段30)に液体としての水を存在させない。
〔構成〕
本発明の実施例6では、図17に示すように、入口段28での流路幅を中央段29、出口段30に比べて狭くしてある。中央段29、出口段30は均一幅である。
また、酸化ガス流路の入口段28のみに液滴として水分を存在させる(図17の色付け部分)。その他は本発明の実施例1と同じである。
〔作用〕
本発明の実施例6の燃料電池の制御方法は、酸化ガス流路の入口段28に液滴の水分を存在させて、水素側出口部の加湿不足を補いたい時に有効である。
本発明の実施例6の圧損特性は、図18の線Aに示すように、入口段28で圧力降下が大きくなる。供給ガスの流量、背圧(図18の点L)を決めることで、ガス流路全域内の飽和水分量が図18の線Bのように決まる。さらに加湿量を100%近くに調整することで、ガス流路全域内の入口段28のみに液体としての水を存在させる。その他は実施例1に準じる。
〔構成〕
本発明の実施例7では、図19に示すように、中央段29と出口段30の間のターン部分の幅を狭くした絞り31を設けた流路形状とする。
入口段28から中央段29にかけては均等幅の流路形状であり、出口段30は入口段28および中央段29より幅を狭くした流路形状とする。
その他は本発明の実施例1と同じである。
〔作用〕
本発明の実施例7の燃料電池の制御方法は、酸化ガス流路の中央段29のみに液滴の水分を存在させて、入口段28、出口段30は液滴を存在させないことで、供給および排出管内でのガス流れをスムーズにすることと、内部での湿潤を確保することの両立をはかる時に有効である。
本発明の実施例7の圧損特性は、図20の線Aに示すように、入口段28から中央段29にかけてほとんど圧力降下がなく、中央段29と出口段30の間で大きく圧力降下し、出口段30での圧力降下は緩やかである。供給ガスの流量、背圧(図20の点L)を決めることで、ガス流路全域内の飽和水分量が図20の線Bのように決まる。さらに加湿量を調整することで、線Bと線Cの交点(図20の点N)を入口段28と中央段29の境にもってくると同時に、線Bと線Cの2つ目の交点(図20の点O)を中央段29と出口段30の境にもってくることで、ガス流路全域内にて液体として存在する水は図20の線Dのようになる。このように、流路形状と背圧、加湿量を調整した設計をすることにより、ガス流路全域内の中央段29のみに液体としての水を存在させる。
〔構成〕
本発明の実施例8では、図21に示すように、中央段29の幅を狭くした流路形状とする。
入口段28、出口段30は中央段29より幅が広く均一幅である。
その他は本発明の実施例1と同じである。
〔作用〕
本発明の実施例8の燃料電池の制御方法は、酸化ガス流路の入口段28と中央段29のみに液滴の水分を存在させて、水素側出口部の加湿不足を補いたい時に有効である。
本発明の実施例8の圧損特性は、図22の線Aに示すように、入口段28ではほとんど圧力降下がなく、中央段29で大きく圧力降下し、出口段30ではほとんど圧力降下がない。供給ガスの流量、背圧(図22の点L)を決めることで、ガス流路全域内の飽和水分量が図22の線Bのように決まる。さらに加湿量を100%近くに調整し、線Bと線Cの交点(図22の点N)を中央段29と出口段30の境にもってくることで、ガス流路全域内にて液体として存在する水は図22の線Dのようになる。このように、流路形状と背圧、加湿量を調整した設計をすることにより、ガス流路全域内のうち入口段28と中央段29のみに液体としての水を存在させる。
〔構成〕
本発明の実施例9では、図23に示すように、入口段28と中央段29の間のターン部分の幅を狭くした絞り32を設けた流路形状とする。
入口段28と中央段29から出口段30にかけては均等幅の流路形状である。
その他は本発明の実施例1と同じである。
〔作用〕
本発明の実施例9の燃料電池の制御方法は、酸化ガス流路の入口段28と出口段30のみに液滴の水分を存在させて、水素側入口部と出口部の双方の加湿不足を補いたい時に有効である。
本発明の実施例9の圧損特性は、図24の線Aに示すように、入口段28ではほとんど圧力降下がなく、入口段28と中央段29の間で大きく圧力降下し、中央段29から出口段30にかけてはほとんど圧力降下がない。供給ガスの流量、背圧(図24の点L)を決めることで、ガス流路全域内の飽和水分量が図24の線Bのように決まる。さらに加湿量を100%近くに調整し、線Bと線Cの交点(図24の点N)を入口段28と中央段29の境にもってくると同時に、線Bと線Cの2つ目の交点(図20の点O)を中央段29と出口段30の境にもってくることで、ガス流路全域内にて液体として存在する水は図24の線Dのようになる。このように、流路形状と背圧、加湿量を調整した設計をすることにより、ガス流路全域内の入口段28と出口段30のみに液体としての水を存在させる。
〔構成〕
本発明の実施例10では、図26、図27に示すように、酸化ガス加湿器5と燃料電池1との間に燃料電池1への空気供給方向を切り替える入口側切替弁200と、燃料電池1と酸化ガス背圧調整弁7との間に燃料電池1からの空気排出方向を切り替える出口側切替弁201が設置されている。入口側切替弁200と出口側切替弁201は互いに連動して作動し、その作動は制御装置11によって制御される。空気の流れ方向が切替え可能である点で、本発明の他の実施例と異なる。実施例1〜9にて酸化ガス導入穴21であったものは酸化ガスの流れ方向を切り替えると酸化ガス排出穴となるので、実施例10では、21は酸化ガス導入排出穴Aと呼ぶことにする。同様に、実施例1〜9にて酸化ガス排出穴21であったものは酸化ガスの流れ方向を切り替えると酸化ガス導入穴となるので、実施例10では、22は酸化ガス導入排出穴Bと呼ぶことにする。
図28のセパレータ流路では、入口段28、中央段29、出口段30の順に、酸化ガスの蛇行流路の流路幅が狭くなっている。
その他は本発明の実施例1と同じである。
本発明の実施例10の燃料電池の制御方法では、酸化ガスの導入・排出方向を切替え、加湿量を変化させることにより、酸化ガス流路中の任意の位置に液体としての水を存在させるように制御する。図28の(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)に、液体としての水を存在させる位置を互いに変えた6種類のパターンを示す。液体の水が存在するとこを色付けで表示した。
下段30の幅を小さくしてあるため、図29の線Aに示すように、圧力は、上段、中段では徐々に減少し、下段で大きく低下する圧損特性を得ることができる。供給ガスの流量、背圧(図29の点L)を決めることで全体ガス流路内の飽和水分量が図29の線Bのように決まる。一方、全体ガス流路内の水分量は供給するガスの加湿量(図29の点M)を決めることで、発電により生成される水分量と合わせて図29の線Cのように決まる。ただし、発電による生成水は面内で均一であり、水分はすべて後方へ流れていくものと仮定している。点Lと点Mを調整し、線Bと線Cの交点(図29の点N)を中央段と下段の境にもってくることにより、全体ガス流路内にて液体として存在する水は図29の線Dのようになる。このように、流路形状と背圧、加湿量を調整した設計をすることにより、全体ガス流路内の下段30のみに液体としての水を存在させる。
点Lに示す背圧値は酸化ガス背圧用圧力センサ9を観察し、酸化ガス背圧調整弁7によって調整する。
点Mに示す加湿量は酸化ガス加湿器5によって調整する。
下段30の幅を小さくしてあるため、図32の線Aに示すように圧力は下段で大きく低下し、中段、上段では徐々に減少しする圧損特性を得ることができる。供給ガスの流量、背圧(図32の点L)を決めることで全体ガス流路内の飽和水分量が図32の線Bのように決まる。一方、全体ガス流路内の水分量は供給するガスの加湿量(図32の点M)を決めることで、発電により生成される水分量と合わせて図32の線Cのように決まる。ただし、発電による生成水は面内で均一であり、水分はすべて後方へ流れていくものと仮定している。点Lと点Mを調整し、線Bと線Cの交点(図29の点N)を上段と中段と下段の境にもってくることにより、全体ガス流路内にて液体として存在する水は図32の線Dのようになる。このように、流路形状と背圧、加湿量を調整した設計をすることにより、全体ガス流路内の上段28、中段29、および下段30のガス導入側に液体としての水を存在させる。
点Lに示す背圧値は酸化ガス背圧用圧力センサ9を観察し、酸化ガス背圧調整弁7によって調整する。
点Mに示す加湿量は酸化ガス加湿器5によって調整する。
また、上記説明では、ガス流路は酸化ガス流路を例にとって説明したが、燃料ガス流路でも同様のことが成立し、本発明は酸化ガス流路だけでなく、燃料ガス流路の場合も含むものとする。
2 燃料ガス供給装置
3 酸化ガス供給装置
4 燃料ガス加湿器
5 酸化ガス加湿器
6 燃料ガス圧力調整弁(燃料ガス背圧調整弁)
7 酸化ガス圧力調整弁(酸化ガス背圧調整弁)
8 燃料ガス圧力センサ(燃料ガス背圧用圧力センサ)
9 酸化ガス圧力センサ(酸化ガス背圧用圧力センサ)
10 電池作動監視装置
11 制御装置
12 電圧センサ
12 電流センサ
13 温度センサ
15 固定電解質膜
16 燃料ガス側電極(アノード)
17 酸化ガス側電極(カソード)
18 セパレータ
19 燃料ガス導入穴
20 燃料ガス排出穴
21 酸化ガス導入穴
22 酸化ガス排出穴
23、24 冷却水流路穴
25、26 流路形成リブ
27 凸部
28 (酸化ガス流路の)入口段、上段
29 (酸化ガス流路の)中央段、中段
30 (酸化ガス流路の)出口段、下段
31、32 絞り
200 入口側切替弁
201 出口側切替弁
Claims (15)
- セパレータの、燃料ガス流路、酸化ガス流路を含むガス流路に、所望の圧損特性をもたせるように、該ガス流路の流路幅を設計し、該ガス流路の圧損特性に基づいて酸化ガスあるいは燃料ガスである反応ガスの供給量、加湿量、圧力を制御し、セル面内の水分量の分布を制御する燃料電池の制御方法。
- 燃料電池に接続された酸化ガスの供給装置、加湿装置、圧力センサ、圧力制御弁と、
前記燃料電池に接続された燃料ガスの供給装置、加湿装置、圧力センサ、圧力制御弁と、
各単位電池および電池全体の作動を監視する電圧センサ、温度、電流センサを含む電池作動監視装置と、
前記各センサの信号を元に、供給装置、加湿装置、圧力制御弁の少なくとも1つを制御する制御装置と、
の少なくとも1つを用いて、セル面内の水分量の分布を制御する請求項1記載の燃料電池の制御方法。 - 燃料電池の反応ガスの背圧を制御することにより、セル面内の水分量の分布を制御する請求項1または請求項2記載の燃料電池の制御方法。
- 燃料電池へ供給する反応ガス流量を制御することにより、セル面内の水分量の分布を制御する請求項1または請求項2記載の燃料電池の制御方法。
- 燃料電池へ供給する反応ガスの加湿量を制御することによりセル面内の水分量の分布を制御する請求項1または請求項2記載の燃料電池の制御方法。
- セル面内全域に液滴を存在させないようにした請求項1記載の燃料電池の制御方法。
- セル面内の任意の位置のみに液滴を存在させるようにした請求項1記載の燃料電池の制御方法。
- セル面内の入口段のみに液滴を存在させるようにした請求項1記載の燃料電池の制御方法。
- セル面内の中央段のみに液滴を存在させるようにした請求項1記載の燃料電池の制御方法。
- セル面内の出口段のみに液滴を存在させるようにした請求項1記載の燃料電池の制御方法。
- セル面内の入口段と中央段のみに液滴を存在させるようにした請求項1記載の燃料電池の制御方法。
- セル面内の入口段と出口段のみに液滴を存在させるようにした請求項1記載の燃料電池の制御方法。
- セル面内の中央段と出口段のみに液滴を存在させるようにした請求項1記載の燃料電池の制御方法。
- セル面内全域に液滴を存在させるようにした請求項1記載の燃料電池の制御方法。
- 反応ガスの流れ方向を調整することにより、セル面内の液滴または水蒸気としての水分量の分布を制御する請求項1乃至請求項14の何れか一項に記載の燃料電池の制御方法。
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JP5581890B2 (ja) * | 2010-08-20 | 2014-09-03 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム、および、燃料電池システムの制御方法 |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08111230A (ja) * | 1994-10-12 | 1996-04-30 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 固体高分子型燃料電池の運転方法 |
JPH11250923A (ja) * | 1998-03-02 | 1999-09-17 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
JPH11312531A (ja) * | 1998-04-27 | 1999-11-09 | Toshiba Corp | 燃料電池装置 |
WO2000065678A1 (fr) * | 1999-04-26 | 2000-11-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Procede de fonctionnement d'une pile a combustible electrolytique a polymere |
JP2001148253A (ja) * | 1999-11-22 | 2001-05-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 高分子電解質型燃料電池およびその運転方法 |
JP2002280027A (ja) * | 2001-03-19 | 2002-09-27 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2003036875A (ja) * | 2001-05-18 | 2003-02-07 | Denso Corp | 燃料電池内部の水分測定方法 |
JP2004146267A (ja) * | 2002-10-25 | 2004-05-20 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
JP2004146236A (ja) * | 2002-10-25 | 2004-05-20 | Denso Corp | 燃料電池システム |
JP2005108673A (ja) * | 2003-09-30 | 2005-04-21 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
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Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08111230A (ja) * | 1994-10-12 | 1996-04-30 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 固体高分子型燃料電池の運転方法 |
JPH11250923A (ja) * | 1998-03-02 | 1999-09-17 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
JPH11312531A (ja) * | 1998-04-27 | 1999-11-09 | Toshiba Corp | 燃料電池装置 |
WO2000065678A1 (fr) * | 1999-04-26 | 2000-11-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Procede de fonctionnement d'une pile a combustible electrolytique a polymere |
JP2001148253A (ja) * | 1999-11-22 | 2001-05-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 高分子電解質型燃料電池およびその運転方法 |
JP2002280027A (ja) * | 2001-03-19 | 2002-09-27 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2003036875A (ja) * | 2001-05-18 | 2003-02-07 | Denso Corp | 燃料電池内部の水分測定方法 |
JP2004146267A (ja) * | 2002-10-25 | 2004-05-20 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
JP2004146236A (ja) * | 2002-10-25 | 2004-05-20 | Denso Corp | 燃料電池システム |
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