JP4686971B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、水素と酸素との電気化学反応により電気エネルギを発生させる燃料電池を備える燃料電池システムに関するもので、車両、船舶及びポータブル発電機等の移動体用発電機、或いは家庭用発電機に適用して有効である。 The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates electric energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. The present invention relates to a generator for a mobile body such as a vehicle, a ship, and a portable generator, or a household generator. It is effective to apply.
水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池システムでは、燃料電池内の水分が過剰になると電極が水に覆われてガスの透過が阻害され、電池の出力が低下する。特に燃料電池始動後の暖機過程では、燃料電池の温度が低いため、燃料電池内部に水が残留しやすい。 In a fuel cell system that generates electricity using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, if water in the fuel cell becomes excessive, the electrode is covered with water, gas permeation is inhibited, and the output of the cell is reduced. In particular, in the warm-up process after starting the fuel cell, the temperature of the fuel cell is low, so water tends to remain inside the fuel cell.
また、燃料電池起動直後の暖機中は、燃料ガスおよび空気の圧力が充分でなかったり、燃料電池本体の反応膜温度が充分上昇していない等の理由により、その発電能力が定格発電能力に達せず、低発電能力状態にある。このような状態で、燃料電池から発電可能電力を越える電力を取り出そうとすると、急激に燃料電池のセル電圧が低下し、燃料電池の性能劣化を招くこととなる。 In addition, during the warm-up period immediately after the start of the fuel cell, the power generation capacity becomes the rated power generation capacity because the pressure of the fuel gas and air is not sufficient or the reaction film temperature of the fuel cell main body is not sufficiently increased. It does not reach and is in a state of low power generation capacity. In such a state, if an attempt is made to extract electric power that exceeds the power that can be generated from the fuel cell, the cell voltage of the fuel cell is drastically reduced, leading to performance deterioration of the fuel cell.
このため、燃料電池温度に応じて発電電力の上限を制限し、燃料電池が発生可能な出力より大きな出力要求がなされないようにした燃料電池システムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、燃料電池を構成する各セルの電圧バラツキに応じて供給ガスの流量と圧力を制御する燃料電池システムも提案されている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、上記特許文献1に記載の方法では、燃料電池の温度に基づいて発電電力を制限する構成となっているため、燃料電池が低温の場合、通常よりも発電可能な電力が制限され、燃料電池の発熱も抑制されることとなり、燃料電池の暖機時間が長くなってしまうという問題があった。さらに燃料電池温度に基づいて発電電力を制限する場合には、必要以上に発電電力を制限してしまうこともあり得る。 However, the method described in Patent Document 1 is configured to limit the generated power based on the temperature of the fuel cell. Therefore, when the fuel cell is at a low temperature, the power that can be generated more than usual is limited. Heat generation of the battery is also suppressed, and there is a problem that the warm-up time of the fuel cell becomes long. Furthermore, when the generated power is limited based on the fuel cell temperature, the generated power may be limited more than necessary.
また、上記特許文献2に記載の方法では、セル間の電圧バラツキを検出する際、個々のセルではセル全体の電圧を見ているため、異常が発生したセルのセル電圧が低下してセル間の電圧バラツキが発生したときには、異常が発生したセル全体が異常状態となっていると考えられる。このため、セル間の電圧バラツキが発生してから燃料電池の復帰処理を行っても、復帰に時間がかかり、あるいは復帰できない場合もあり得る。燃料電池が復帰できない場合には、燃料電池車両は路上で停止してしまうという問題がある。 In addition, in the method described in Patent Document 2, when voltage variation between cells is detected, each cell sees the voltage of the whole cell. When this voltage variation occurs, it is considered that the entire cell in which an abnormality has occurred is in an abnormal state. For this reason, even if the fuel cell recovery process is performed after the voltage variation between the cells occurs, it may take time for the recovery or may not be recovered. When the fuel cell cannot be restored, there is a problem that the fuel cell vehicle stops on the road.
本発明は、上記点に鑑み、セル異常を早期に検出して燃料電池を早期に復帰させることが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of detecting a cell abnormality early and returning the fuel cell early.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、酸素を主成分とする酸化ガスと水素を主成分とする燃料ガスとを電気化学反応させて電気エネルギを発生させる燃料電池(10)と、燃料電池(10)内において液滴が滞留しやすい酸化ガス出口部(112)近傍(A)または燃料ガス出口部(122)近傍(B)における局所電流値を測定する局所電流測定手段(151、161、152、162)と、燃料電池(10)で発生する電気を集電する集電手段(130)と、局所電流測定手段(151、161、152、162)にて測定した局所電流値が所定の出力制限開始電流値を下回る場合には、燃料電池(10)の出力制限処理を行う出力制限手段(40)とを備え、集電手段(130)は、少なくとも2つに分割されており、局所電流測定手段(151、161、152、162)は、分割された集電手段(130)のうち、酸化ガス出口部(112)近傍(A)に対向する箇所または燃料ガス出口部(122)近傍(B)に対向する箇所の局所電流値を測定するようになっていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a fuel cell (10) for generating electric energy by electrochemically reacting an oxidizing gas containing oxygen as a main component and a fuel gas containing hydrogen as a main component. And local current measuring means for measuring a local current value in the vicinity (A) of the oxidizing gas outlet (112) or in the vicinity (B) of the fuel gas outlet (122) in which droplets tend to stay in the fuel cell (10). 151, 161, 152, 162), current collecting means (130) for collecting electricity generated in the fuel cell (10), and local current measured by local current measuring means (151, 161, 152, 162). When the value falls below a predetermined output restriction start current value, the fuel cell (10) includes an output restriction means (40) for performing an output restriction process, and the current collecting means (130) is divided into at least two. And Local current measuring means (151,161,152,162), among the divided collector means (130), the oxidizing gas outlet (112) near or at the fuel gas outlet facing the (A) (122) It is characterized in that the local current value at a location facing the vicinity (B) is measured.
このように、燃料電池(10)内における水の溜まりやすい箇所の局所電流値を監視することで、燃料電池(10)内における異常発生を早期に検出することができる。また、局所電流値に基づいて燃料電池(10)の出力制限を行うことにより、燃料電池(10)を早期に復帰させることができる。これにより、燃料電池(10)を車両の動力源として用いた場合には車両が路上で停止することを防止できる。 In this way, by monitoring the local current value at the location where water tends to accumulate in the fuel cell (10), it is possible to detect the occurrence of abnormality in the fuel cell (10) at an early stage. Further, by limiting the output of the fuel cell (10) based on the local current value, the fuel cell (10) can be returned early. Thereby, when a fuel cell (10) is used as a motive power source of a vehicle, it can prevent that a vehicle stops on a road.
また、請求項2に記載の発明では、燃料電池(10)の単位面積当たりの電流値である平均電流値を測定する平均電流測定手段(13)を備え、所定値は平均電流測定手段により測定した平均電流値に対し異常が発生したと判断できる所定割合を乗じた値であることを特徴としている。これにより、適切に燃料電池(10)の出力制限を開始することができる。 Further, the invention according to claim 2 is provided with an average current measuring means (13) for measuring an average current value which is a current value per unit area of the fuel cell (10), and the predetermined value is measured by the average current measuring means. The average current value is a value obtained by multiplying a predetermined ratio by which it can be determined that an abnormality has occurred. Thereby, the output restriction | limiting of a fuel cell (10) can be started appropriately.
また、請求項3に記載の発明では、出力制限手段(40)による出力制限処理では、燃料電池(10)の平均電流値を局所電流値に近づけるように、平均電流値を低下させることを特徴としている。これにより、燃料電池(10)の出力制限を適切に行うことができる。
In the invention according to
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の一実施形態について図1〜図9に基づいて説明する。図1は本実施形態に係る燃料電池システムを示す模式図であり、この燃料電池システムは電気自動車に適用されるものである。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram showing a fuel cell system according to this embodiment, and this fuel cell system is applied to an electric vehicle.
図1に示すように、本実施形態の燃料電池システムは、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池10を備えている。この燃料電池10は、電気負荷11や2次電池(図示せず)等の電気機器に電力を供給するものである。因みに、電気自動車の場合、車両走行駆動源としての電動モータが電気負荷11に相当する。
As shown in FIG. 1, the fuel cell system of this embodiment includes a
本実施形態では燃料電池10として固体高分子電解質型燃料電池を用いており、基本単位となる燃料電池セルが複数個積層され、且つ電気的に直列接続されている。燃料電池10では、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギが発生する。
In the present embodiment, a solid polymer electrolyte fuel cell is used as the
(負極側)H2→2H++2e-
(正極側)2H++1/2O2+2e-→H2O
燃料電池システムには、各セル毎の出力電圧を検出するセルモニタ12が設けられ、セルモニタ12で検出したセル電圧信号が後述する制御部40に入力されるようになっている。また、燃料電池10の出力側には燃料電池10の動作電流値を測定する電流センサ13が設けられており、電流センサ13で検出した動作電流値がセルモニタ12を介して後述する制御部40に入力されるようになっている。また、燃料電池10には、燃料電池温度を検出する温度センサ14が設けられており、セルモニタ12で検出したセル電圧信号と温度センサ14で検出した燃料電池温度信号が後述する制御部40に入力されるようになっている。
(Negative electrode side) H 2 → 2H + + 2e −
(Positive electrode side) 2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O
The fuel cell system is provided with a
燃料電池システムには、燃料電池10の空気極(正極)側に空気(酸素)を供給するための空気流路20と、燃料電池10の水素極(負極)側に水素を供給するための水素流路30が設けられている。なお、空気は本発明の酸化ガスに相当し、水素は本発明の燃料ガスに相当する。
The fuel cell system includes an
空気流路20の最上流部には、大気中から吸入した空気を燃料電池10に圧送するための空気ポンプ21が設けられ、空気流路20における空気ポンプ21と燃料電池10との間には、空気への加湿を行う加湿器22が設けられ、空気流路20における燃料電池10の下流側には、燃料電池10に供給される空気の圧力を調整するための空気調圧弁23が設けられている。
An
水素流路30の最上流部には、水素が充填された水素ボンベ31が設けられ、水素流路30における水素ボンベ31と燃料電池10との間には、燃料電池10に供給される水素の圧力を調整するための水素調圧弁32と、水素への加湿を行う加湿器33が設けられている。
A
水素流路30における燃料電池10の下流側は、水素調圧弁32の下流側に接続されて水素流路30が閉ループに構成されており、これにより水素流路30内で水素を循環させて、燃料電池10での未使用水素を燃料電池10に再供給するようにしている。そして、水素流路30における燃料電池10の下流側には、水素流路30内で水素を循環させるための水素ポンプ34が設けられている。
The downstream side of the
制御部(ECU)40は、CPU、ROM、RAM等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路にて構成されている。そして、制御部40には、セルモニタ12からのセル電圧信号や後述する電流センサからの信号が入力される。また、制御部40は、演算結果に基づいて、空気ポンプ21、加湿器22、33、空気調圧弁23、水素調圧弁32、水素ポンプ34に制御信号を出力する。本実施形態の制御部40は、後述の電流センサからの信号に基づいて燃料電池10の出力を制限する制御を行う出力制御手段を構成している。
The control unit (ECU) 40 is composed of a well-known microcomputer comprising a CPU, ROM, RAM, etc. and its peripheral circuits. The
図2は燃料電池10の単セルを示す模式的な斜視図であり、燃料電池10の単セルは、電解質膜の両側面に電極が配置されたMEA(Membrane Electrode Assembly)100と、このMEA100を挟持する空気側セパレータ110および水素側セパレータ120で構成されている。また、水素側セパレータ120に隣接して−極の集電板130が配置されている。因みに、空気側セパレータ110は+極の集電板を兼ねている。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing a single cell of the
図3は図2の右側から見た空気側セパレータ110の透視図であり、空気側セパレータ110は、空気流路20に接続される空気入口部111および空気出口部112と、空気入口部111から空気出口部112に向かって空気を流すための空気流路溝113とを備えている。空気側セパレータ110では、空気出口部112近傍(図3中のAで示す領域)が水が滞留しやすい領域となっている。なお、空気側セパレータ110は本発明の第1セパレータに相当し、空気流路溝113は本発明の酸化ガス流路に相当し、空気入口部111は本発明の酸化ガスの入口部に相当し、空気出口部112は本発明の酸化ガスの出口部に相当する。
3 is a perspective view of the air-
図4は図2の右側から見た水素側セパレータ120の透視図であり、水素側セパレータ120は、水素流路30に接続される水素入口部121および水素出口部122と、水素入口部121から水素出口部122に向かって水素を流すための水素流路溝123とを備えている。水素側セパレータ120では、水素出口部122近傍(図4中のBで示す領域)が水が溜まりやすい領域となっている。なお、水素側セパレータ120は本発明の第2セパレータに相当し、水素流路溝123は本発明の燃料ガス流路に相当し、水素入口部121は本発明の燃料ガスの入口部に相当し、水素出口部122は本発明の燃料ガスの出口部に相当する。
4 is a perspective view of the
図5は図2における−極側の要部の拡大図、図6は図5のA−A線に沿う断面図である。図2、図5、図6に示すように、集電板130は、主集電板131と2つの副集電板132、133に分割されている。この主集電板131および2つの副集電板132、133は、絶縁材よりなる絶縁枠140内に、相互に絶縁された状態で装着されている。
5 is an enlarged view of the main part on the negative electrode side in FIG. 2, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. As shown in FIGS. 2, 5, and 6, the
第1副集電板132は、空気側セパレータ110の空気流路溝113における空気入口部111よりも空気出口部112に近い位置、詳細には、空気出口部112近傍(図3に符号Aを付して示す部位)、より詳細には、空気出口部112と一部が重なる位置に、対向して配置されている。第1副集電板132と主集電板131との間は、導電性の第1集電線151により接続されている。第1集電線151には、この第1集電線151を流れる電流を検出する第1電流センサ161が装着されている。
The first
第2副集電板133は、水素側セパレータ120の水素流路溝123における水素入口部121よりも水素出口部122に近い位置、詳細には、水素出口部122近傍(図4に符号Bを付して示す部位)、より詳細には、水素出口部122と一部が重なる位置に、対向して配置されている。第2副集電板133と主集電板131との間は、導電性の第2集電線152により接続されている。第2集電線152には、この第2集電線152を流れる電流を検出する第2電流センサ162が装着されている。
The second
なお、各電流センサ161、162は、例えばホール素子を用いることができる。
Each
また、第1副集電板132と第1集電線151と第1電流センサ161、第2副集電板133と第2集電線152と第2電流センサ162は、それぞれが本発明の局所電流測定手段を構成している。局所電流測定手段は、燃料電池10を構成するすべてのセルに設けてもよく、一部のセルのみに設けてもよい。
In addition, the first sub
次に、上記構成の電流センサ161、162の作動を説明する。
Next, the operation of the
まず、電気負荷11からの電力要求に応じて、燃料電池10への空気供給量および水素供給量を制御する。具体的には、空気ポンプ21の回転数を制御して空気供給量を制御し、水素ポンプ34の回転数を制御して水素供給量を制御する。この際、空気供給量は、予め電圧ばらつきを発生しない供給量に設定する。そして、空気および水素の供給により、燃料電池10では電気化学反応により発電が起こり、発電した電力は負荷11に供給される。
First, the air supply amount and the hydrogen supply amount to the
負荷11を通った電流は−極の主集電板131に流れ込む。主集電板131に流れ込んだ電流は、そのままMEA100に流れ込む電流と、第1集電線151および第1副集電板132を介してMEA100に流れ込む電流と、第2集電線152および第2副集電板133を介してMEA100に流れ込む電流とに分かれる。
The current passing through the
そして、第1集電線151を流れる電流は、MEA100における空気出口部112近い部位を流れる局所電流(以下、空気出口側電流Ia・outという)に相当するため、第1電流センサ161によって、空気入口側電流Ia・outを検出することができる。
Since the current flowing through the first
また、第2集電線152を流れる電流は、MEA100における水素出口部122に近い部位を流れる局所電流(以下、水素出口側電流Ih・outという)に相当するため、第2電流センサ162によって、水素出口側電流Ih・outを検出することができる。
Further, the current flowing through the second current collecting
図7は、燃料電池10内の水分量と燃料電池の電流の変化を示している。図7に示すように、燃料電池10内の水分量が過剰になると電流が低下する。このように、燃料電池10内の水分量と電流とは相関関係がある。
FIG. 7 shows changes in the amount of water in the
また、特に燃料電池10内で水分が溜まりやすい特定領域(図3中のAで示す領域、図4中のBで示す領域)の局所電流値が低下しやすい。このため、特定領域A、Bの局所電流値が燃料電池10の平均電流値からある程度以上落ち込んだ場合、特定領域A、Bにおいて水分が過剰となり、異常が発生していると判断できる。したがって、燃料電池10の出力制限処理を開始する基準となる所定値(出力制限開始電流値)を燃料電池10の平均電流値に所定割合(例えば50%)を乗じた値として設定し、特定領域A、Bの局所電流値が所定値を下回った場合に異常発生と判断して燃料電池10の出力制限を行うことができる。
In particular, the local current value in a specific region (region indicated by A in FIG. 3 and region indicated by B in FIG. 4) in which moisture easily accumulates in the
すなわち、燃料電池10内で水分が溜まりやすい空気出口部112近傍や水素出口部122近傍の電流I、すなわち、空気出口側電流Ia・outや水素出口側電流Ih・outが所定電流値を監視することで、燃料電池10の出力制限を行うか否かを適切に判断することができる。なお、燃料電池10の出力制限処理を開始する基準となる所定値は、燃料電池10の平均電流値の所定割合(例えば50%)であるので、燃料電池10が出力している電流値によって変化する値である。
That is, the current I in the vicinity of the
次に、本実施形態の燃料電池システムの始動時における燃料電池10の出力制御について、図8および図9に基づいて説明する。図8は制御部40が行う出力制限処理の制御内容を示すフローチャートであり、図9は各種制御フラグが変化するタイミングを示すタイミングチャートである。
Next, output control of the
まず、温度センサ14にて検出した燃料電池10の温度が所定温度(例えば60℃)以上であるか否かを判定する(S10)。この結果、燃料電池10の温度が所定温度を上回っている場合には終了し、燃料電池10の温度が所定温度を下回っている場合にのみ、以下の処理を行う。
First, it is determined whether or not the temperature of the
電流センサ13により燃料電池10の平均電流値を検出するとともに、電流センサ161、162により局所電流値を検出する(S11)。次に、局所電流値が第1所定値(平均電流値の例えば50%)以下であるか否かを判定する(S12)。複数の電流センサ161、162を設けている場合には、各電流センサ161、162により測定した局所電流値のいずれかが所定値以下となったか否かを判定すればよい。
The
この結果、局所電流値が第1所定値以下でない場合には上記ステップS10に移動し、局所電流値が第1所定値以下である場合には燃料電池10の出力制限処理を行う(S13)。このとき、電流低下フラグがオンになり、出力制限フラグがオンになる(図9)。
As a result, if the local current value is not equal to or less than the first predetermined value, the process proceeds to step S10. If the local current value is equal to or less than the first predetermined value, the output limiting process of the
出力制限処理では、燃料電池10の平均電流値が局所電流値に近づくように、平均電流値を低下させる制御を行う。具体的には、燃料電池10に対する酸化ガス(酸素)の供給量を減少させる、あるいは燃料電池10に対する負荷11の要求電力を抑えることで平均電流値を低下させることができる。
In the output restriction process, control is performed to reduce the average current value so that the average current value of the
また、燃料電池10の出力制限制御は徐々に行う。例えば燃料電池10の平均電流値を局所電流値まで直ちに低下させるのではなく、平均電流値を局所電流値に徐々に近づけるよう制御する。図9に示すように、燃料電池10の出力制限を行っていない場合を制限率0%とし、燃料電池10の平均電流値を0にした場合を制限率100%とした場合、制限率を直ちに局所電流の値にするのではなく、制限率を0%から徐々に増加させるように制御を行う。これにより、運転者に違和感を与えることを抑制することができ、ドライバビリティの悪化を防止することができる。
Further, the output restriction control of the
次に、電流センサ13により燃料電池10の平均電流値を検出するとともに、電流センサ161、162により局所電流値を検出する(S14)。次に、局所電流値が第2所定値(出力制限終了電流値)以下であるか否かを判定する(S15)。第2所定値は、燃料電池10の出力制限を終了する基準となる値である。本実施形態では、第2所定値の燃料電池10の平均電流値に対する割合を第1所定値より高く設定し、平均電流値の例えば75%としている。
Next, the
この結果、局所電流値が第2所定値以上でない場合には上記ステップS13に移動し、燃料電池10の出力制限処理を継続する。一方、局所電流値が第2所定値以上である場合には、燃料電池10の出力制限を保持し(S16)、運転条件が変化したか否か、例えば運転者がアクセルをオフにしたか否かを判定する(S17)。このとき、電流低下フラグがオフとなり、燃料電池10の制限率は保持する(図9)。
As a result, if the local current value is not equal to or greater than the second predetermined value, the process proceeds to step S13, and the output limiting process of the
この結果、運転者がアクセルをオフにしていない場合には上記ステップS16に戻り、燃料電池10の出力制限処理を継続する。一方、運転者がアクセルをオフにした場合には、燃料電池10の出力制限を解除する(S18)。その後、上記ステップS10に戻る。このとき、出力制限フラグがオフとなり、燃料電池10の制限率が0%になる。
As a result, when the driver does not turn off the accelerator, the process returns to step S16, and the output limiting process of the
例えば運転者がアクセルを踏み続けている場合に、燃料電池10の出力制限を解除すると突然燃料電池10の出力が上昇することとなり、運転者に違和感を与えドライバビリティが悪化する。これに対し、本実施形態のように運転条件が変化するまで燃料電池10の出力制限を維持することで、運転者に違和感を与えることを防止でき、ドライバビリティが悪化することを防止できる。
For example, when the driver keeps stepping on the accelerator, when the output restriction of the
以上のように、燃料電池10内における水の溜まりやすい箇所の局所電流値を監視することにより、燃料電池10内における異常発生を早期に検出することができる。また、局所電流値に基づいて燃料電池10の出力制限を行うことにより、燃料電池10を早期に復帰させることができ、燃料電池車両が路上で停止することを防止できる。
As described above, the occurrence of abnormality in the
(他の実施形態)
なお、上記実施形態では、ステップS17において燃料電池10の出力制限を解除する条件と運転者によるアクセルオフとしたが、他の運転条件の変化により燃料電池10の出力制限を解除するように構成してもよい。
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the conditions for releasing the output restriction of the
また、上記実施形態では、燃料電池セルに2個の電流センサを設けて2箇所の電流を測定したが、これに限らず、1個の電流センサで1箇所の電流を測定するように構成してもよく、さらに3個以上の電流センサで3箇所以上の電流を測定してもよい。 In the above embodiment, two current sensors are provided in the fuel cell and two currents are measured. However, the present invention is not limited to this, and a single current sensor is used to measure one current. Alternatively, three or more current sensors may be used to measure three or more currents.
10…燃料電池、13…電流センサ、14…温度センサ、40…制御部(出力制御手段)、161、162…電流測定手段の主要部をなす電流センサ(局所電流測定手段)。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記燃料電池(10)内において液滴が滞留しやすい酸化ガス出口部(112)近傍(A)または燃料ガス出口部(122)近傍(B)における局所電流値を測定する局所電流測定手段(151、161、152、162)と、
前記燃料電池(10)で発生する電気を集電する集電手段(130)と、
前記局所電流測定手段(151、161、152、162)にて測定した局所電流値が所定の出力制限開始電流値を下回る場合には、前記燃料電池(10)の出力制限処理を行う出力制限手段(40)とを備え、
前記集電手段(130)は、少なくとも2つに分割されており、
前記局所電流測定手段(151、161、152、162)は、分割された前記集電手段(130)のうち、前記酸化ガス出口部(112)近傍(A)に対向する箇所または前記燃料ガス出口部(122)近傍(B)に対向する箇所の局所電流値を測定するようになっていることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell (10) for generating electric energy by electrochemically reacting an oxidizing gas containing oxygen as a main component and a fuel gas containing hydrogen as a main component;
Local current measuring means (151) for measuring a local current value in the vicinity (A) of the oxidizing gas outlet (112) or in the vicinity (B) of the fuel gas outlet (122) where droplets tend to stay in the fuel cell (10). 161, 152, 162),
Current collecting means (130) for collecting electricity generated in the fuel cell (10);
When the local current value measured by the local current measuring means (151, 161, 152, 162) falls below a predetermined output restriction start current value, an output restriction means for performing output restriction processing of the fuel cell (10) (40)
The current collecting means (130) is divided into at least two,
The local current measuring means (151, 161, 152, 162) is a portion of the divided current collecting means (130) facing the vicinity of the oxidizing gas outlet (112) (A) or the fuel gas outlet. A fuel cell system characterized by measuring a local current value at a location facing the vicinity (B) of the portion (122) .
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Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62184777A (en) * | 1986-02-07 | 1987-08-13 | Sanyo Electric Co Ltd | Current collecting device of fuel cell |
JPH0775214A (en) * | 1993-07-08 | 1995-03-17 | Daimler Benz Ag | Method and device for regulating output dynamically in travelling vehicle provided with fuel cell |
JPH07272736A (en) * | 1994-03-30 | 1995-10-20 | Mazda Motor Corp | Control device for fuel cell system |
JPH09306519A (en) * | 1996-05-14 | 1997-11-28 | Fuji Electric Co Ltd | Power generating device for phosphoric acid fuel cell |
JP2001176520A (en) * | 1999-12-16 | 2001-06-29 | Araco Corp | Fuel cell and separator for fuel cell |
JP2002343397A (en) * | 2001-05-16 | 2002-11-29 | Nissan Motor Co Ltd | Control device for fuel cell system |
JP2003051331A (en) * | 2001-05-29 | 2003-02-21 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell power source device |
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62184777A (en) * | 1986-02-07 | 1987-08-13 | Sanyo Electric Co Ltd | Current collecting device of fuel cell |
JPH0775214A (en) * | 1993-07-08 | 1995-03-17 | Daimler Benz Ag | Method and device for regulating output dynamically in travelling vehicle provided with fuel cell |
JPH07272736A (en) * | 1994-03-30 | 1995-10-20 | Mazda Motor Corp | Control device for fuel cell system |
JPH09306519A (en) * | 1996-05-14 | 1997-11-28 | Fuji Electric Co Ltd | Power generating device for phosphoric acid fuel cell |
JP2001176520A (en) * | 1999-12-16 | 2001-06-29 | Araco Corp | Fuel cell and separator for fuel cell |
JP2002343397A (en) * | 2001-05-16 | 2002-11-29 | Nissan Motor Co Ltd | Control device for fuel cell system |
JP2003051331A (en) * | 2001-05-29 | 2003-02-21 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell power source device |
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