JP4802349B2 - Fuel cell vehicle system - Google Patents

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JP4802349B2
JP4802349B2 JP36621098A JP36621098A JP4802349B2 JP 4802349 B2 JP4802349 B2 JP 4802349B2 JP 36621098 A JP36621098 A JP 36621098A JP 36621098 A JP36621098 A JP 36621098A JP 4802349 B2 JP4802349 B2 JP 4802349B2
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健志 栗田
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アイシン精機株式会社
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    • Y02E60/52Fuel cells characterised by type or design
    • Y02E60/521Proton Exchange Membrane Fuel Cells [PEMFC]

Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は燃料電池自動車システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell vehicle system.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
大気の汚染をできる限り減らすために自動車の排ガス対策が重要になっており、その対策の一つとして電気自動車が使用されているが、充電設備や走行距離などの問題で普及に至っていない。 Automotive emission control measures in order to reduce as much as possible the pollution of the atmosphere has become more important, but electric vehicles have been used as one of the measures, not yet in widespread use in problems such as charging equipment and mileage.
【0003】 [0003]
燃料電池は、水素と酸素を使用して電気化学反応で発電し、水以外の排出物がなくクリーンな発電装置として注目されている。 The fuel cell generates electric power by electrochemical reaction using hydrogen and oxygen, emissions other than water are attracting attention as a clean power generation device without. 前記燃料電池を使用した自動車が最も将来性のあるクリーンな自動車であると見られている。 The automobile using a fuel cell is seen as a clean vehicle most promising. 前記燃料電池の中でも固体高分子電解質型燃料電池が低温で作動するため自動車用として最も有望である。 Solid polymer electrolyte fuel cell among the fuel cell is most promising for automotive for operating at low temperatures.
【0004】 [0004]
燃料電池システムは、燃料となる水と炭化水素系燃料から水素を主成分とする改質ガスを製造する改質装置と、前記改質ガス中の一酸化炭素を低減する一酸化炭素低減装置および一酸化炭素を低減した改質ガスを燃料として発電する燃料電池スタックから構成されている。 The fuel cell system includes a reformer for producing a reformed gas from the water and hydrocarbon-based fuel comprising a fuel composed mainly of hydrogen, carbon monoxide reducing device and reducing the carbon monoxide in the reformed gas and a fuel cell stack for generating electric power a reformed gas with reduced carbon monoxide as a fuel.
【0005】 [0005]
前記燃料電池スタックは、一般的に二つの電極(燃料極と酸化剤極)で電解質を挟んだ構造をしている多数のセルが積層されている。 The fuel cell stack includes a plurality of cells that are generally sandwiched an electrolyte with two electrodes (a fuel electrode and the oxidizer electrode) are laminated. 前記固体高分子電解質型燃料電池システムは、前記電解質が固体高分子電解質である燃料電池スタックを使用したシステムである。 The solid polymer electrolyte fuel cell system, wherein the electrolyte is a system using a fuel cell stack is a solid polymer electrolyte. 前記燃料極側には前記改質ガスが、前記酸化剤極側には前記酸化剤ガスが送られ、電気化学反応により発電する。 Wherein the reformed gas to the fuel electrode side, wherein the oxidant electrode side the oxygen-containing gas is fed to the power generation by electrochemical reactions.
【0006】 [0006]
電気自動車の電源用として搭載される燃料電池の出力は30〜70kW程度のものが考えられている。 The output of the fuel cell mounted as for an electric vehicle power supply has been considered of about 30~70KW. 電気自動車のモータを駆動させるために必要とされる電圧は240〜400V程度と考えられている。 Voltage required for driving the motor of an electric vehicle is considered to about 240~400V.
【0007】 [0007]
従来技術として、特開平6−260199号公報には、外部負荷が必要とする電圧を出力する燃料電池スタックを備え、該燃料電池スタックがインバータを介して前記外部負荷と連結している燃料電池システムが開示されている。 As prior art, Japanese Patent Laid-Open No. 6-260199, a fuel cell system including a fuel cell stack for outputting a voltage required by the external load, the fuel cell stack are connected to the external load through an inverter There has been disclosed.
【0008】 [0008]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
しかしながら、従来技術は通電した状態の燃料電池の単電池セルのセル電圧は高くても0.9Vであり、外部負荷に必要な電圧を得るため必要な数だけ単電池セルを直列に積層して燃料電池スタックを構成しているので、セル数は何百セルにものぼりセルに供給する燃料ガス、酸化剤ガスの配流ムラが生じ燃料電池スタックの性能低下が生ずる問題があった。 However, the prior art cell voltage of single cells of a fuel cell in a state in which current is 0.9V be higher, by laminating a required number of order to obtain a voltage required for the external load the single-battery cells in series since constitute a fuel cell stack, the number of cells had hundreds cell to the fuel gas supplied to climb the cell, the performance degradation of the fuel cell stack flow distribution unevenness of the oxidant gas occurs arises a problem.
【0009】 [0009]
図3は、従来の燃料電池自動車システム図である。 Figure 3 is a conventional fuel cell vehicle system diagram. 本燃料電池自動車システムは燃料電池スタック装置20、インバータ3、モータ4から構成されている。 The fuel cell vehicle system fuel cell stack apparatus 20, an inverter 3, a motor 4. 前記燃料電池スタック装置20は4個の燃料電池スタック21〜24で構成され、配線12により電気的に直列に連結されている。 The fuel cell stack apparatus 20 is composed of four fuel cell stacks 21 to 24 are electrically connected in series by wiring 12. 該前記燃料電池スタック装置20は前記配線12を介してインバータ3と電気的に連結している。 Front Symbol fuel cell stack apparatus 20 is electrically connected with the inverter 3 via the wiring 12.
【0010】 [0010]
該インバータ3は配線13を介してモータ4と連結している。 The inverter 3 is connected to the motor 4 via a wiring 13. 前記燃料電池スタック装置20には供給管部16および排出管部17が連結している。 Supply pipe 16 and a discharge pipe portion 17 are connected to the fuel cell stack device 20. 該供給管部16および排出管部17は、前記燃料電池スタック21〜24に燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水を供給および排出する管路の集合体である。 The supply tube portion 16 and the discharge pipe 17, the fuel gas to the fuel cell stack 21 to 24, a collection of conduits for supplying and discharging an oxidant gas and cooling water.
【0011】 [0011]
例えば、外部負荷であるモータ4に必要な電圧が240V、最高出力が50kWの場合について考える。 For example, the voltage required to the motor 4 is an external load is 240V, the maximum output is considered for the case of 50 kW. 単電池セルの最低使用セル電圧を0.48Vとして設計すると240÷0.48=500個のセル数が必要である。 Minimum use cell voltage of single cells is necessary to the 240 ÷ 0.48 = speed 500 cell design as 0.48 V. 500セルで一つの燃料電池スタックを造ることは困難であるので、一般的には複数例えば4個の燃料電池スタックを造り、それを直列に連結して使用する。 Because to build a fuel cell stack 500 cells it is difficult, generally made a plurality of, for example, four fuel cell stacks, using which was connected in series. 図3の従来例では4個の燃料電池スタックを使用している。 In the conventional example of FIG. 3 uses four of the fuel cell stack.
【0012】 [0012]
上記で外部負荷の必要電圧を単電池セルの最低使用セル電圧で除してセル数を決めるのは、該最低使用セル電圧時が通常最も高出力となるからである。 Determine the number of cells was divided by the minimum working cell voltage of single cells the required voltage of the external load is because when outermost low use cell voltage becomes normal highest output. 図4は、単電池セルのセル電流とセル出力、セル電圧の関係をあらわす説明グラフ図である。 4, the cell current and the cell output of the single cells is an explanatory graph representing the relationship between the cell voltage. 横軸はセル電流、縦軸の下部はセル出力、縦軸の上部はセル電圧である。 The horizontal axis cell current, the lower portion of the vertical axis the cell output, the upper portion of the vertical axis is the cell voltage. 300はセル電流出力特性線であり、400はセル電流電圧特性線である。 300 is a cell current output characteristic line, 400 is a cell current-voltage characteristic line.
【0013】 [0013]
前記セル電流出力特性線300のように、単電池セルの出力特性はセル電流に対し山型となる。 As the cell current output characteristic curve 300, the output characteristic of the single cells is the mountain type to the cell current. 最高出力点Pの時の電流値aを越えて電流を引っ張ると、セル出力は最高出力点Pの時のセル電圧Paより低下する。 Pulling the current exceeds the current value a when the maximum output point P, the cell output is lower than the cell voltage Pa when the maximum output point P. 例えば、電流値bの時のセル出力と電流値cの時のセル出力は同じセル出力値Pbであるにもかかわらず、電流値bの時のセル電圧Vbは電流値cの時のセル電圧Vcより低くなり、効率は電流値cの時に比べて低くなる。 For example, even though the cell output when the cell output and the current value c when the current value b is the same cell output value Pb, the cell voltage when the cell voltage Vb current value c when the current value b lower than vc, efficiency is lower than when the current value c.
【0014】 [0014]
以上の理由から、通常使用される電流域は最高出力点Pの電流値aまでの間となる。 For these reasons, current region that is usually used becomes until current value a maximum output point P. この電流域では最低使用セル電圧が最高出力点Pの時のセル電圧となるので、前述のように外部負荷に必要な電圧を最低使用セル電圧で除するのである。 Since the minimum working cell voltage at this current range is the cell voltage when the maximum output point P, it is to divided by the minimum working cell voltage voltages necessary for the external load, as described above.
【0015】 [0015]
最低使用セル電圧0.48Vでのセル出力電流密度を0.7A/cm とすると単電池セルの電極面積は、 When the cell output current density at minimum working cell voltage 0.48V and 0.7 A / cm 2 electrode area of the single cells is
50kW÷0.48V÷0.7A/cm ÷500=299cm 50kW ÷ 0.48V ÷ 0.7A / cm 2 ÷ 500 = 299cm 2
となる。 To become.
【0016】 [0016]
燃料電池の運転において、すべての単電池セルに対して燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水を均等に配流することは非常に難しい。 In operation of the fuel cell, all of the fuel gas to the single cells, the oxidizing gas, it is very difficult to flow distribution evenly cooling water. 配流にムラがあり、ガスの濃淡や温度の不均一ができるとセル電圧にばらつきが発生する。 Flow distribution has uneven, variation occurs in the cell voltage when it is uneven gas shade and temperature. これにより電流を引っ張ることができず、出力の低下をもたらす。 Thus it is not possible to pull the current results in a decrease in output. また、ガス利用率も低くなり高効率な運転ができなくなる。 Further, it is impossible efficient operation becomes gas utilization ratio is also low.
【0017】 [0017]
図5は、燃料電池スタック出力に対する配流の影響を示す説明グラフ図である。 Figure 5 is an explanatory graph showing the effect of flow distribution to the fuel cell stack output. 横軸はスタック電流、縦軸はスタック電圧である。 The horizontal axis stack current, and the vertical axis represents the stack voltage. 100は燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水の配流にムラがないときのスタック電流電圧特性線である。 100 fuel gas, oxidant gas, a stack current-voltage characteristic line in the absence of unevenness in the flow distribution of cooling water. 200は配流にムラがあるときのスタック電流電圧特性線である。 200 is a stack current-voltage characteristic line when there is uneven flow distribution. 配流にムラがあると、高電流域で電圧が落ち込んでいる。 If there is uneven flow distribution, and depressed voltage in a high current region. 燃料電池スタックの高出力化のためには、高電流域での電圧の落ち込みを解消しなければならない。 For higher output of the fuel cell stack must overcome the drop in voltage in the high current region.
【0018】 [0018]
上記の問題を解決するために燃料電池スタックのマニホールドの形状、セパレータのガス流路形状、ガスの通流方法、燃料電池スタックの配置の仕方などの提案がされている。 The shape of the manifold of the fuel cell stack in order to solve the above problems, the gas flow path configuration of the separator, have been proposed, such as how the arrangement of the flowing process, a fuel cell stack gas. しかし、きわだった効果は得られておらず、単電池セル間の電圧のばらつきが原因とされる出力低下が発生している。 However, the effect of striking is not obtained, the output decrease the variation in the voltage between the single cells is caused occurs.
【0019】 [0019]
本発明は上記課題を解決したもので、単電池セル間の電圧のばらつきを抑えた高出力の燃料電池自動車システムを提供する。 The present invention solves the above-mentioned problem, and provides a high output fuel cell vehicle system that suppresses a variation in voltage between the single cells. また、燃料電池スタックを小型化し、配管部の簡素化、部品点数の削減をして省スペースで低コストの燃料電池自動車システムを提供する。 Further, the fuel cell stack is miniaturized, simplified piping section, to provide a low cost fuel cell vehicle system in a space-saving and the reduction in the number of parts.
【0020】 [0020]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項1において講じた技術的手段(以下、第1の技術的手段と称する。)は、電解質を二つの電極(燃料極と酸化剤極)で挟持した単電池セルを複数個直列に積層してなる燃料電池スタックおよびモータを備える燃料電池自動車システムにおいて、前記燃料電池スタックの総セル数を前記モータを駆動する必要電圧を単電池セルのセル出力が最大となる最低使用セル電圧で除した数より少なくし、 前記電極の面積を、前記燃料電池スタックの最高出力を前記単電池セルの最低使用セル電圧と前記最低使用セル電圧時の出力電流密度及び前記燃料電池スタックの総セル数で除した面積とし前記燃料電池スタックの発電電圧をDC−DCコンバータで昇圧することを特徴とする燃料電池自動車シ In order to solve the above technical problem, technical means taken in claim 1 of the present invention (hereinafter, referred to as a first technical means.), The two electrodes an electrolyte (fuel electrode and the oxidizer electrode) in in a fuel cell vehicle system including a fuel cell stack and the motor formed by stacking single cells which sandwiches a plurality series, the total number of cells of the fuel cell stack, the required voltage for driving the motor of the single-battery cells less than the number of cell output is divided by the minimum operating cell voltage becomes maximum, the area of the electrodes, the maximum output the minimum use cell voltage of single cells minimum use cell voltage output at the time of the fuel cell stack current density and the fuel cell and divided by the area by the total number of cells in the stack, a fuel cell vehicle sheet of the generated voltage of the fuel cell stack, characterized in that boosted by the DC-DC converter テムである。 Is Temu.
【0021】 [0021]
上記第1の技術的手段による効果は、以下のようである。 Effect according to the first technical means is as follows.
【0022】 [0022]
即ち、 燃料電池スタックの総セル数を少なくすることができるので、燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水のセル間の配流ムラを抑えることができるので、単電池セル間の電圧のばらつきを抑え燃料電池システムを高出力化することができる。 That is, it is possible to reduce the total number of cells of the fuel cell stack, the fuel gas, oxidant gas, the flow distribution unevenness between cells of the cooling water can be suppressed, the fuel suppress a variation in voltage between the single cells it can be higher output battery system. また、燃料電池スタックの出力電圧の減少を出力電流の増加で補完しているので、 燃料電池スタックの総セル数を少なくしてもモータが必要とする電力を得ることができる。 Further, since the complement decrease in the output voltage of the fuel cell stack in an increase in the output current, the motor also by reducing the total number of cells of the fuel cell stack can be obtained power required. また、 燃料電池スタックの総セル数を少なくすることは燃料電池スタックを小型化しかつ1スタックにすることができるので、配管部の簡素化、部品点数の削減ができ省スペースで低コストの燃料電池自動車システムを実現できる。 The fuel so reducing the total number of cells in the cell stack can be a fuel cell stack to the miniaturization vital 1 stack, simplifies piping section, low-cost fuel cell can be space-saving reduction in the number of parts the automobile system can be realized.
【0026】 [0026]
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項において講じた技術的手段(以下、第の技術的手段と称する。)は、前記DC−DCコンバータにインバータが連結されていることを特徴とする請求項1記載の燃料電池自動車システムである。 In order to solve the above technical problem, technical means taken in claim 2 of the present invention (hereinafter, referred to as the second technical means.) Is that the inverter is connected to the DC-DC converter it is a fuel cell vehicle system according to claim 1, wherein.
【0027】 [0027]
上記第の技術的手段による効果は、以下のようである。 Effect according to the second technical means is as follows.
【0028】 [0028]
即ち、インバータにより直流電流を交流電流に変換することができるので、交流で運転するモータを動かすことができる。 That is, it is possible to convert the direct current to alternating current by an inverter, it is possible to move the motor to operate at AC.
【0029】 [0029]
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項において講じた技術的手段(以下、第の技術的手段と称する。)は、前記DC−DCコンバータと前記インバータが一体で構成されていることを特徴とする請求項1記載の燃料電池自動車システムである。 In order to solve the above technical problem, technical means taken in claim 3 of the present invention (hereinafter, referred to as third technical means.), The inverter and the DC-DC converter is constituted by integrally it is a fuel cell vehicle system according to claim 1, wherein are.
【0030】 [0030]
上記第の技術的手段による効果は、以下のようである。 Effect according to the third technical means is as follows.
【0031】 [0031]
即ち、DC−DCコンバータのトランスをなくし、インバータのトランスで直接昇圧することができるので、部品を少なくすることができ省スペースで低コストの燃料電池自動車システムができる。 That eliminates the DC-DC converter of the transformer, it is possible to boost directly by the inverter transformer, the component can lower cost of the fuel cell vehicle system can save space be reduced.
【0032】 [0032]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
以下、本発明の実施例について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0033】 [0033]
図1は、本発明の第1実施例の固体高分子電解質型燃料電池自動車システム図である。 Figure 1 is a solid polymer electrolyte fuel cell vehicle system diagram of a first embodiment of the present invention. 本燃料電池自動車システムは、燃料電池スタック1、 DC−DCコンバータ2、インバータ3、モータ4から構成されている。 The fuel cell vehicle system, the fuel cell stack 1, DC-DC converter 2, an inverter 3, a motor 4. 該モータ4は自動車の車輪を駆動する駆動源である外部負荷である。 The motor 4 is an external load is a driving source for driving the wheels of the vehicle. 該モータ4は三相モータであり、必要な電圧は240V、必要な最高出力は50kWである。 The motor 4 is a three-phase motor, the required voltage is 240V, the maximum power required is 50 kW.
【0034】 [0034]
前記燃料電池スタック1はセル数が150セルの1個のスタックである。 The fuel cell stack 1 is the number of cells is one of a stack of 150 cells. 単電池セルの最低使用セル電圧を0.48Vとして従来のように設計すると240÷0.48=500個のセル数が必要である。 240 ÷ 0.48 = speed 500 cells when designed to the lowest conventionally used cell voltage as 0.48V for single-battery cells are required. 本第1実施例では外部負荷であるモータ4の必要電圧を単電池セルの最低使用セル電圧で除した数より少ない150セルで構成されている。 And is configured to the required voltage of the motor 4 is an external load at the lowest use cell voltage divided by less than the number 150 cells of the single cell in this first embodiment.
【0035】 [0035]
前記燃料電池スタック1の電極面積は、前記最高出力を単電池セルの最低使用セル電圧、該最低使用セル電圧時の出力電流密度および総セル数で除した面積である。 The electrode area of ​​the fuel cell stack 1, the minimum operating cell voltage of the highest output single cells, is the area obtained by dividing the output current density and the total number of cells at the outermost low use cell voltage. 具体的には、最高出力50kWを単電池セルの最低使用セル電圧0.48V、最低使用セル電圧時の出力電流密度0.7A/cm で除した面積は50kW÷0.48V÷0.7A/cm ÷150=992cm Specifically, the minimum operating cell voltage 0.48V of the maximum output 50kW single cells, the area obtained by dividing an output current density of 0.7 A / cm 2 at minimum working cell voltage 50kW ÷ 0.48V ÷ 0.7 A / cm 2 ÷ 150 = 992cm 2
である。 It is. 同じ必要電圧で、同じ性能の単電池セルを使用すると電極面積×総セル数すなわち総電極面積は一定である。 In the same required voltage, using the single cell number electrode area × total cell or total electrode area of ​​the same performance is constant.
【0036】 [0036]
前記燃料電池スタック1は配線6を介して前記DC−DCコンバータ2と連結している。 The fuel cell stack 1 is connected to the DC-DC converter 2 via the wire 6. 該DC−DCコンバータ2は直流電流の電圧を昇圧する装置で、配線7を介して前記インバータ3と連結している。 The DC-DC converter 2 is connected with devices for boosting the voltage of the direct current, and the inverter 3 via the wiring 7. 該インバータ3は直流電流を交流電流に変換する装置で、配線8を介して前記モータ4と連結している。 The inverter 3 is a device that converts direct current to alternating current, and connected to the motor 4 via the wire 8. 前記燃料電池スタック1には供給管部14および排出管部15が連結している。 Supply tube portion 14 and a discharge pipe portion 15 is connected to the fuel cell stack 1. 該供給管部14および排出管部15は、前記燃料電池スタック1に燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水を供給および排出する管路の集合体である。 The supply tube portion 14 and the discharge pipe 15, the fuel gas to the fuel cell stack 1, a collection of conduits for supplying and discharging an oxidant gas and cooling water.
【0037】 [0037]
前記供給管部14を介して燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水が前記燃料電池スタック1に供給される。 The fuel gas through the supply tube portion 14, the oxidizing gas and the coolant supplied to the fuel cell stack 1. 該燃料電池スタック1は前記燃料ガス、酸化剤ガスを用いて電気化学反応で発電する。 Fuel cell stack 1 generates electric power by electrochemical reaction using said fuel gas, oxidant gas. 該燃料電池スタック1の発電電圧は、モータ4を駆動するために必要な電圧よりかなり低い。 Generation voltage of the fuel cell stack 1 is much lower than the voltage necessary to drive the motor 4.
【0038】 [0038]
前記燃料電池スタック1で発電して電気は配線6を介して前記DC−DCコンバータ2に送られる。 Electricity generated by the said fuel cell stack 1 is sent to the DC-DC converter 2 via the wire 6. 該DC―DCコンバータ2により電圧が前記モータ4を駆動するために必要な電圧に昇圧される。 Voltage by the DC-DC converter 2 is boosted to a voltage necessary for driving the motor 4. この昇圧された電気は配線7を介して前記インバータ3に送られる。 The boosted electricity is sent to the inverter 3 via the wiring 7. 該インバータ3は直流電流を三相電流に変換する。 The inverter 3 converts the direct current to a three-phase current. 変換された三相電流は配線8を介して前記モータ4に送られる。 Converted three-phase current is fed to the motor 4 via the wire 8. 該モータ4は前記三相電流で回転され、燃料電池自動車を走行させる。 The motor 4 is rotated at the three-phase currents, driving the fuel cell vehicle.
【0039】 [0039]
本第1実施例では燃料電池スタックの総セル数を減らしているので、燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水のセル間の配流ムラが少なくすることができる。 Since in this first embodiment is to reduce the total number of cells of the fuel cell stack, can be fuel gas, oxidant gas, flow distribution unevenness between cells of the cooling water is reduced. これにより、単電池セル間の発電電圧のばらつきを抑制できるので、高電流密度での運転が可能になり高出力の燃料電池システムにすることができる。 Thus, since the variation in the generated voltage between single cells can be suppressed, can be as high output fuel cell system allows operation at high current density.
【0040】 [0040]
また、燃料電池スタックを1スタックにすることができるので、小型化、配管の簡素化、部品点数の削減ができ、省スペースで低コストの燃料電池システムができる。 Further, since the fuel cell stack can be reduced to one stack, compact, simplified piping, reduction in the number of parts can be a low cost of the fuel cell system in a space-saving. スペースが限られ、低コスト化が大きな課題になっている電気自動車としては大きな効果である。 Space is limited, a significant effect as an electric vehicle cost has become a major issue.
【0041】 [0041]
図2は、本発明の第2実施例の固体高分子電解質型燃料電池自動車システム図である。 Figure 2 is a solid polymer electrolyte fuel cell vehicle system diagram of a second embodiment of the present invention. 本第2実施例は、第1実施例のDC−DCコンバータおよびインバータを一つの装置に一体化したもので、燃料電池スタック、モータは同じである。 The second embodiment This is obtained by integrating the DC-DC converter and the inverter of the first embodiment into one unit, the fuel cell stack, the motor is the same. 同じ部分には同じ記号を使用し、説明は省略する。 The same parts with the same symbols, and description thereof is omitted.
【0042】 [0042]
本燃料電池自動車システムは燃料電池スタック1、 DC−DCコンバータ・インバータユニット10、モータ4から構成されている。 The fuel cell vehicle system fuel cell stack 1, DC-DC converter inverter unit 10, and a motor 4. 前記DC−DCコンバータ・インバータユニット10は、前記燃料電池スタック1で発電された電流の電圧を昇圧しかつ直流電流を交流電流に変換する装置である。 The DC-DC converter inverter unit 10 is a device that converts boosts the voltage of the current generated by the fuel cell stack 1 and the direct current to alternating current. 前記燃料電池スタック1は配線9を介して前記DC−DCコンバータ・インバータユニット10と電気的に連結している。 The fuel cell stack 1 is electrically connected with the DC-DC converter inverter unit 10 via a wire 9. 該DC−DCコンバータ・インバータユニット10は配線11を介して前記モータ4と電気的に連結している。 The DC-DC converter inverter unit 10 are electrically connected to the motor 4 via the wire 11.
【0043】 [0043]
前記燃料電池スタック1で発電して電気は配線9を介して前記DC−DCコンバータ・インバータユニット10に送られる。 Electricity generated by the said fuel cell stack 1 is sent to the DC-DC converter inverter unit 10 via a wire 9. 該DC―DCコンバータ2により電圧が前記モータ4を駆動するために必要な電圧に昇圧され、三相電流に変換される。 Voltage by the DC-DC converter 2 is boosted to a voltage necessary for driving the motor 4, it is converted into a three-phase current. 変換された三相電流は配線11を介して前記モータ4に送られる。 Converted three-phase current is fed to the motor 4 via the wire 11. 該モータ4は前記三相電流で回転され、燃料電池自動車を走行させる。 The motor 4 is rotated at the three-phase currents, driving the fuel cell vehicle.
【0044】 [0044]
第1実施例の場合は、DC−DCコンバータ2でトランスにより昇圧され、その後インバータ3により三相電流に変換される。 For the first embodiment, it is boosted by the transformer in the DC-DC converter 2, then by the inverter 3 is converted into a three-phase current. しかし、本第2実施例では前記DC−DCコンバータ・インバータユニット10により昇圧と同時に三相電流に変換しているので、 DC−DCコンバータのトランスをなくしインバータのトランスで直接昇圧および三相電流に変換することができる。 However, since in this second embodiment is converted into the step-up at the same time the three-phase current by the DC-DC converter inverter unit 10, eliminating the DC-DC converter transformer to directly boost and three-phase currents in an inverter transformer it can be converted. これにより、部品点数をさらに減らすことができ、省スペース化、低コスト化することができる。 Thus, it is possible to further reduce the number of components, space saving, cost can be reduced.
【0045】 [0045]
なお、上記の実施例では、外部負荷として自動車の車輪を駆動する三相モータを用いているが、特にこれに限定されない。 In the above embodiment uses the three-phase motor that drives the wheels of the vehicle as an external load, not particularly limited thereto. 自動車以外の用途にも使用することができ、モータ以外の用途にも使用することができる。 Can also be used in applications other than automobiles, it can be used in applications other than motor. また、外部負荷は二相の交流機器でもよいし、直流でもかまわない。 Further, to the external load can be an AC device biphasic may be a direct current. 外部負荷が直流の場合は、インバータは不要になる。 External load in the case of direct current, the inverter is not necessary.
【0046】 [0046]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
以上のように、本発明は、電解質を二つの電極(燃料極と酸化剤極)で挟持した単電池セルを複数個直列積層してなる燃料電池スタックおよびモータを備える燃料電池自動車システムにおいて、前記燃料電池スタックの総セル数が前記モータを駆動する必要電圧を単電池セルのセル出力が最大となる最低使用セル電圧で除した数より少なく、前記電極の面積が、前記燃料電池スタックの最高出力を前記単電池セルの最低使用セル電圧と該最低使用セル電圧時の出力電流密度及び該燃料電池スタックの総セル数で除した面積であり、前記燃料電池スタックの発電電圧をDC−DCコンバータで昇圧することを特徴とする燃料電池自動車システムであるので、 燃料電池スタックの総セル数を少なくしてもモータが必要とする電力を得ることができ As described above, the present invention is the fuel cell vehicle system including a fuel cell stack and the motor becomes a single-battery cells which sandwiches electrolyte two electrodes (a fuel electrode and the oxidizer electrode) and a plurality of series stacked, the less than the number of the total number of cells of the fuel cell stack is obtained by dividing the required voltage for driving the motor at a minimum use cell voltage cell output becomes maximum for single cells, the area of the electrodes, the maximum output of the fuel cell stack in the the area divided by the total number of cells in the lowest use cell voltage and the outermost low-use cell voltage when the output current density and the fuel cell stack of the single cells, the generated voltage DC-DC converter of the fuel cell stack since the fuel cell vehicle system, characterized by the step-up, can be reduced the total number of cells of the fuel cell stack to obtain the power required by the motor 単電池セル間の電圧のばらつきを抑え高出力化することができ、燃料電池スタックの小型化、配管部の簡素化、部品点数の削減により省スペースで低コストの燃料電池自動車システムができる。 Can be higher output suppressing variation in voltage between the single cells, reduction in size of the fuel cell stack, simplifies piping section, in a space-saving by reducing the number of parts can be low-cost fuel cell vehicle system.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】本発明の第1実施例の固体高分子電解質型燃料電池自動車システム図【図2】本発明の第2実施例の固体高分子電解質型燃料電池自動車システム図【図3】従来の燃料電池自動車システム図【図4】単電池セルのセル電流とセル出力、セル電圧の関係をあらわす説明グラフ図【図5】燃料電池スタック出力に対する配流の影響を示す説明グラフ図【符号の説明】 [1] of the first embodiment of the present invention a solid of a second embodiment of the polymer electrolyte fuel cell vehicle system diagram Figure 2 present invention solid polymer electrolyte fuel cell vehicle system diagram Figure 3 prior fuel cell vehicles system diagram Figure 4 the cell current and the cell output of the single cells, diagram explaining graph showing the relationship between the cell voltage [5] description chart showing the effect of flow distribution to the fuel cell stack output Figure eXPLANATION oF REFERENCE nUMERALS
1…燃料電池スタック2…DC−DCコンバータ3…インバータ4…モータ(外部負荷) 1 ... fuel cell stack 2 ... DC-DC converter 3 ... inverter 4 ... motor (external load)
10… DC−DCコンバータ・インバータユニット 10 ... DC-DC converter, the inverter unit

Claims (3)

  1. 電解質を二つの電極(燃料極と酸化剤極)で挟持した単電池セルを複数個直列に積層してなる燃料電池スタックおよびモータを備える燃料電池自動車システムにおいて、 In the fuel cell vehicle system including a fuel cell stack and the motor becomes a single-battery cells which sandwiches electrolyte two electrodes (a fuel electrode and the oxidizer electrode) are laminated in series a plurality,
    前記燃料電池スタックの総セル数を前記モータを駆動する必要電圧を単電池セルのセル出力が最大となる最低使用セル電圧で除した数より少なくし、 Wherein the total number of cells of the fuel cell stack, the cell output of the required voltage for driving the motor single-battery cells is less than the number obtained by dividing a minimum use cell voltage becomes maximum,
    前記電極の面積を、前記燃料電池スタックの最高出力を前記単電池セルの最低使用セル電圧と前記最低使用セル電圧時の出力電流密度及び前記燃料電池スタックの総セル数で除した面積とし前記燃料電池スタックの発電電圧をDC−DCコンバータで昇圧することを特徴とする燃料電池自動車システム。 The area of the electrode, and divided by the area of the maximum output by the total number of cells in the lowest use cell voltage and the minimum working cell voltage when the output current density and the fuel cell stack of the single cells of the fuel cell stack, wherein fuel cell vehicles system characterized by boosting the generated voltage of the fuel cell stack at a DC-DC converter.
  2. 前記DC−DCコンバータにインバータが連結されていることを特徴とする請求項1記載の燃料電池自動車システム。 Fuel cell vehicles system of claim 1, wherein the inverter in the DC-DC converter is connected.
  3. 前記DC−DCコンバータと前記インバータが一体で構成されていることを特徴とする請求項1記載の燃料電池自動車システム。 Fuel cell vehicles system of claim 1, wherein the DC-DC converter and the inverter is characterized by being composed integrally.
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