JP5782371B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system.

従来の燃料電池システムとして、水素含有ガスを用いて電力を発生する複数の燃料電池セルが直列に接続されてなる燃料電池スタックと、直列方向における燃料電池スタックの両端部又は燃料電池セル間に配設された二以上の集電体と、を備えたものが知られている(例えば、特許文献1)。このような燃料電池システムにより発電された発電電力は、PCS(Power Conditioning System)へと供給されると共に、燃料電池スタックに供給する水素含有ガスや酸素含有ガスを供給するポンプ等の補機へと供給される。   As a conventional fuel cell system, a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells that generate power using a hydrogen-containing gas are connected in series, and both ends of the fuel cell stack in the series direction or between the fuel cells. One provided with two or more installed current collectors is known (for example, Patent Document 1). The generated power generated by such a fuel cell system is supplied to a PCS (Power Conditioning System) and also to auxiliary equipment such as a pump for supplying a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas to be supplied to the fuel cell stack. Supplied.

特開2003−308863号公報JP 2003-308863 A

ここで、上述したような従来技術では、例えば、燃料電池スタック内における水素含有ガスの流れの不均一性や圧力損失の変化等に起因して、燃料電池スタックの少なくとも一部が劣化するおそれがあり、当該燃料電池スタックにおいて電圧が低下する場合がある。   Here, in the conventional technology as described above, at least a part of the fuel cell stack may be deteriorated due to, for example, non-uniformity in the flow of the hydrogen-containing gas in the fuel cell stack or a change in pressure loss. Yes, the voltage may decrease in the fuel cell stack.

そこで、本発明は、電圧低下が発生したスタック部の発電負荷を軽減させることができる燃料電池システムを提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell system that can reduce the power generation load of the stack portion where the voltage drop has occurred.

上記課題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池セルが直列に接続されてなる複数のスタック部と、複数のスタック部それぞれの電圧を検出する電圧検出部と、複数のスタック部を互いに電気的に接続する回路部と、回路部に設けられ、電圧検出部で検出した電圧に応じて、スタック部と回路部との接続状態を切り替える継電部と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above problems, a fuel cell system according to the present invention includes a plurality of stack units in which fuel cells are connected in series, a voltage detection unit that detects voltages of each of the plurality of stack units, and a plurality of stacks. A circuit unit that electrically connects the units to each other, and a relay unit that is provided in the circuit unit and switches a connection state between the stack unit and the circuit unit according to the voltage detected by the voltage detection unit. Features.

この燃料電池システムでは、電圧検出部で検出した電圧に応じてスタック部と回路部との接続状態が継電部により切り替えられる。よって、例えば複数のスタック部の少なくとも一部において電圧低下が発生した場合、継電部で回路部を適宜切り替え、電圧低下が生じたスタック部に対する発電負荷を軽減させることが可能となる。   In this fuel cell system, the connection state between the stack unit and the circuit unit is switched by the relay unit according to the voltage detected by the voltage detection unit. Therefore, for example, when a voltage drop occurs in at least a part of the plurality of stack parts, it is possible to appropriately switch the circuit part in the relay part and reduce the power generation load on the stack part in which the voltage drop has occurred.

また、回路部は、複数のスタック部の少なくとも一部を直列に接続することが好ましい。また、回路部は、複数のスタック部の少なくとも一部を並列に接続することが好ましい。   Moreover, it is preferable that the circuit unit connects at least a part of the plurality of stack units in series. Moreover, it is preferable that the circuit unit connects at least a part of the plurality of stack units in parallel.

また、継電部は、複数のスタック部のうち電圧検出手段で電圧低下が検出されたスタック部からの電力供給を遮断するように、該回路部を切り替えることが好ましい。この場合、電圧低下が生じたスタック部に対する発電負荷を確実に減らし、電圧低下を抑制することが可能となる。   Moreover, it is preferable that a relay part switches this circuit part so that the electric power supply from the stack part by which the voltage drop was detected by the voltage detection means among several stack parts may be interrupted | blocked. In this case, it is possible to reliably reduce the power generation load on the stack portion where the voltage drop has occurred and suppress the voltage drop.

また、スタック部から出力される発電電力によって作動する1つ以上の補機をさらに備えた場合がある。また、継電部は、スタック部から出力される発電電力の電圧が所定電圧に維持されるように配線回路部を切り替え、所定電圧は、5V、12V、24V又は48Vである場合がある。   In some cases, the apparatus further includes one or more auxiliary machines that are operated by the generated power output from the stack unit. The relay unit switches the wiring circuit unit so that the voltage of the generated power output from the stack unit is maintained at a predetermined voltage, and the predetermined voltage may be 5V, 12V, 24V, or 48V.

本発明によれば、電圧低下が発生したスタック部の発電負荷を軽減させることができる。これにより、燃料電池システムの長寿命化を図ることができる。また、燃料電池システム自体が発電する電力によって動作する補機に対して、電圧が安定しているスタックを選択して接続することにより、補機への印加電圧の低下を抑制することができる。   According to the present invention, it is possible to reduce the power generation load of the stack portion where the voltage drop has occurred. As a result, the life of the fuel cell system can be extended. Further, by selecting and connecting a stack having a stable voltage to an auxiliary machine that operates with electric power generated by the fuel cell system itself, a decrease in the voltage applied to the auxiliary machine can be suppressed.

燃料電池システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows a fuel cell system. 第1実施形態に係る燃料電池システムの一部を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a part of a fuel cell system according to a first embodiment. 第1実施形態に係る固体高分子形燃料電池スタックを示す斜視図である。1 is a perspective view showing a polymer electrolyte fuel cell stack according to a first embodiment. 図5のIV−IV線に沿っての断面図である。It is sectional drawing along the IV-IV line of FIG. 第2実施形態に係る燃料電池システムの一部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a part of fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る固体高分子形燃料電池スタックを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the polymer electrolyte fuel cell stack which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る燃料電池システムの一部を示す他のブロック図である。It is another block diagram which shows a part of fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る燃料電池システムの一部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a part of fuel cell system which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係る燃料電池システムの一部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a part of fuel cell system which concerns on 4th Embodiment.

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or equivalent elements will be denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

図1は、燃料電池システムを示すブロック図である。図1に示すように、燃料電池システム1は、燃料供給装置10、改質水供給装置20、酸素含有ガス供給装置30、水素製造部40、カソードガス供給装置50、燃料電池ユニット60、PCS70、電圧検出部80、及びシステム制御部90を備えている。   FIG. 1 is a block diagram showing a fuel cell system. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a fuel supply device 10, a reformed water supply device 20, an oxygen-containing gas supply device 30, a hydrogen production unit 40, a cathode gas supply device 50, a fuel cell unit 60, a PCS 70, A voltage detection unit 80 and a system control unit 90 are provided.

燃料電池ユニット60は、複数の燃料電池スタックを備えている。燃料電池ユニット60は、燃料電池スタックを構成する燃料電池セルのアノード極(図示せず)にアノードガスとしての水素含有ガス中の水素を、カソード極(図示せず)にカソードガスとしての酸素含有ガス中の酸素を、それぞれ供給し、電解質体(図示せず)内にイオンの移動を生じさせることにより電力を発生させるものである。   The fuel cell unit 60 includes a plurality of fuel cell stacks. The fuel cell unit 60 includes hydrogen in a hydrogen-containing gas as an anode gas at an anode electrode (not shown) of a fuel cell constituting the fuel cell stack, and oxygen as a cathode gas at a cathode electrode (not shown). Oxygen in the gas is supplied to generate electric power by causing movement of ions in an electrolyte body (not shown).

燃料供給装置10は、後述する水素製造部40において処理される原料を供給するためのものである。原料としては、炭素及び水素を含んでなる化合物(例えば、メタン及びプロパン等の炭化水素類、メタノール及びエタノール等のアルコール類、ジメチルエーテル等のエーテル類等)が挙げられる。中でも、入手容易性の観点からは、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、メタン、天然ガス、都市ガス、LPG(液化石油ガス)、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油等が好ましい。   The fuel supply device 10 is for supplying a raw material to be processed in a hydrogen production unit 40 described later. Examples of the raw material include compounds containing carbon and hydrogen (for example, hydrocarbons such as methane and propane, alcohols such as methanol and ethanol, ethers such as dimethyl ether, etc.). Among these, methanol, ethanol, dimethyl ether, methane, natural gas, city gas, LPG (liquefied petroleum gas), gasoline, naphtha, kerosene, light oil and the like are preferable from the viewpoint of availability.

改質水供給装置20は、水素製造部40において燃料の処理に必要となる改質水を供給するためのものである。酸素含有ガス供給装置30は、水素製造部40において燃料の処理に必要となる酸素含有ガスを供給するためのものである。酸素含有ガスとしては、例えば純酸素ガス、酸素富化空気、及び空気が挙げられるが、中でも取扱容易性及びコストの観点から空気が好ましい。   The reforming water supply device 20 is for supplying reforming water necessary for fuel processing in the hydrogen production unit 40. The oxygen-containing gas supply device 30 is for supplying an oxygen-containing gas necessary for fuel processing in the hydrogen production unit 40. Examples of the oxygen-containing gas include pure oxygen gas, oxygen-enriched air, and air. Of these, air is preferable from the viewpoint of ease of handling and cost.

水素製造部40は、原料供給装置10から供給される原料を処理して水素含有ガスを生成するものである。生成された水素含有ガスは燃料電池ユニット60のアノードに供給される。具体的には、水素製造部40は、改質触媒(図示せず)を含み、燃料供給装置10から供給される燃料と、改質水供給装置20から供給される改質水と、酸素含有ガス供給装置30から供給される酸素含有ガスとを用いて水素含有ガスを生成する。水素を製造するための改質技術としては、公知の技術を適用することができる。例えば、水蒸気改質反応部、シフト反応部、及び選択酸化反応部の組合わせを用いることができる。或いは、部分酸化反応部、水蒸気改質反応部、自己熱改質反応部、又はこれらの組合わせを用いてもよい。   The hydrogen production unit 40 processes the raw material supplied from the raw material supply apparatus 10 to generate a hydrogen-containing gas. The generated hydrogen-containing gas is supplied to the anode of the fuel cell unit 60. Specifically, the hydrogen production unit 40 includes a reforming catalyst (not shown), includes fuel supplied from the fuel supply device 10, reformed water supplied from the reforming water supply device 20, and oxygen-containing content. A hydrogen-containing gas is generated using the oxygen-containing gas supplied from the gas supply device 30. As a reforming technique for producing hydrogen, a known technique can be applied. For example, a combination of a steam reforming reaction unit, a shift reaction unit, and a selective oxidation reaction unit can be used. Alternatively, a partial oxidation reaction unit, a steam reforming reaction unit, an autothermal reforming reaction unit, or a combination thereof may be used.

水素製造部40内に含まれる改質触媒は、担体と、該担体に担持される金属とを含んで構成されている。担体の構成材料としては、例えば酸化アルミニウム(アルミナ)及び二酸化ジルコニウム(ジルコニア)が挙げられる。担持される金属としては、例えばニッケル、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、パラジウム、白金、レニウム、及びコバルトが挙げられる。   The reforming catalyst contained in the hydrogen production unit 40 includes a carrier and a metal supported on the carrier. Examples of the constituent material of the carrier include aluminum oxide (alumina) and zirconium dioxide (zirconia). Examples of the supported metal include nickel, ruthenium, rhodium, iridium, palladium, platinum, rhenium, and cobalt.

なお、例えば純水素ガス等、水素生成処理を必要としない燃料を燃料供給装置10から供給する場合には、改質水供給装置20、酸素含有ガス供給装置30及び水素製造部40を省略することができる。その場合、燃料を燃料電池セルのアノード極に直接供給することができる。   For example, when a fuel that does not require hydrogen generation processing such as pure hydrogen gas is supplied from the fuel supply device 10, the reforming water supply device 20, the oxygen-containing gas supply device 30, and the hydrogen production unit 40 are omitted. Can do. In that case, fuel can be directly supplied to the anode electrode of the fuel cell.

カソードガス供給装置50は、燃料電池セルのカソード極に発電に必要となるカソードガスを供給するためのものである。カソードガスとしては、例えば純酸素ガス、酸素富化空気、及び空気が挙げられるが、中でも取扱容易性及びコストの観点から空気が好ましい。   The cathode gas supply device 50 is for supplying a cathode gas necessary for power generation to the cathode electrode of the fuel cell. Examples of the cathode gas include pure oxygen gas, oxygen-enriched air, and air. Of these, air is preferable from the viewpoint of ease of handling and cost.

PCS70は、燃料電池ユニット60で発生した電力の調整を行う電力調整部としての役割を担うものであり、電圧変換器71及び直交変換器72を有している。電圧変換器71は、燃料電池ユニット60から出力された直流電力の電圧を変換するものであり、例えばDC/DCコンバータが挙げられている。直交変換器72は、電圧変換器71により変圧された電力を直流から交流へ変換するものであり、例えばDC/ACインバータが挙げられる。   The PCS 70 plays a role as an electric power adjustment unit that adjusts electric power generated in the fuel cell unit 60, and includes a voltage converter 71 and an orthogonal converter 72. The voltage converter 71 converts the voltage of the DC power output from the fuel cell unit 60. For example, a DC / DC converter is cited. The orthogonal transformer 72 converts the power transformed by the voltage converter 71 from direct current to alternating current, and includes, for example, a DC / AC inverter.

電圧検出部80は、燃料電池スタック部101A、101B、101Cの発電電圧を測定するものである。システム制御部90は、燃料電池システム1の駆動を制御する駆動制御機能を有するものである。システム制御部90としては、例えば電子制御を行うデバイス(例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read OnlyMemory)、RAM(Random Access Memory)、及び入出力インターフェイスを含んで構成されたデバイス)が挙げられる。本実施形態におけるシステム制御部90は、燃料供給装置10、改質水供給装置20、酸素含有ガス供給装置30、及びカソードガス供給装置50等に代表される補機やPCS70に対し電気的に接続され、当該補機の制御を行う。   The voltage detection unit 80 measures the power generation voltage of the fuel cell stack units 101A, 101B, and 101C. The system control unit 90 has a drive control function for controlling the drive of the fuel cell system 1. Examples of the system control unit 90 include a device that performs electronic control (for example, a device that includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and an input / output interface). . The system control unit 90 in this embodiment is electrically connected to an auxiliary machine represented by the fuel supply device 10, the reforming water supply device 20, the oxygen-containing gas supply device 30, the cathode gas supply device 50, and the like, and the PCS 70. Then, the auxiliary machine is controlled.

なお、燃料供給装置10、改質水供給装置20、酸素含有ガス供給装置30、カソードガス供給装置50、及び電圧検出部80に代表される補機は、燃料電池ユニット60の発電電力を利用して作動することができる機器である。ここでは、効率低下を抑制する観点から、燃料電池ユニット60と電圧変換器71との間から電力が供給されるように構成され、各補機類には、燃料電池ユニット60から出力された発電電力を変圧する電圧変換器(例えばDC/DCコンバータ等)が内蔵されている。なお、外部電力負荷EIは、燃料電池システム1から供給される電力を消費するものであり、例えば、家庭内の電力消費機器である。外部電力負荷EIは、燃料電池システム1及び外部電力系統CEに対して電気的に接続されている。   The fuel supply device 10, the reforming water supply device 20, the oxygen-containing gas supply device 30, the cathode gas supply device 50, and the auxiliary equipment represented by the voltage detection unit 80 use the generated power of the fuel cell unit 60. It is a device that can operate. Here, from the viewpoint of suppressing the reduction in efficiency, power is supplied from between the fuel cell unit 60 and the voltage converter 71, and each auxiliary machine has power generation output from the fuel cell unit 60. A voltage converter (for example, a DC / DC converter) for transforming electric power is incorporated. The external power load EI consumes power supplied from the fuel cell system 1, and is, for example, a household power consuming device. The external power load EI is electrically connected to the fuel cell system 1 and the external power system CE.

次に、本実施形態に係る燃料電池システム1の作動の一例について説明する。まず、各補機が外部電力系統CEからの電力によって作動し、燃料電池システム1の起動が開始される。このとき、外部電力系統CEからの電力は、図示しないAC/DCコンバータによって交流から直流に変換した上で各補機に供給される。   Next, an example of the operation of the fuel cell system 1 according to this embodiment will be described. First, each auxiliary machine is operated by the power from the external power system CE, and the fuel cell system 1 is started. At this time, power from the external power system CE is supplied from AC to DC by an AC / DC converter (not shown) and then supplied to each auxiliary machine.

具体的には、外部電力系統CEからの電力によって補機類が作動することにより、水素製造部40に、燃料供給装置10、改質水供給装置20及び酸素含有ガス供給装置30によって、燃料、改質水及び酸素含有ガスがそれぞれ供給されて改質され、水素含有ガス(以下、改質ガス)が生成される。生成された改質ガスは、燃料電池ユニット60のアノード極に供給され、カソードガス供給装置50から酸素含有ガス(空気)が燃料電池ユニット60のカソード極に供給され、発電が開始される。燃料電池システム1による発電が開始されたら、補機類の作動電力は、外部電力系統CEから燃料電池システム1自体の発電電力に切り替えられる。   Specifically, when the auxiliary machines are operated by the electric power from the external power system CE, the hydrogen production unit 40 is supplied with fuel, the fuel supply device 10, the reforming water supply device 20, and the oxygen-containing gas supply device 30. Reformed water and oxygen-containing gas are supplied and reformed to generate hydrogen-containing gas (hereinafter, reformed gas). The generated reformed gas is supplied to the anode electrode of the fuel cell unit 60, and oxygen-containing gas (air) is supplied from the cathode gas supply device 50 to the cathode electrode of the fuel cell unit 60, and power generation is started. When power generation by the fuel cell system 1 is started, the operating power of the auxiliary machinery is switched from the external power system CE to the power generated by the fuel cell system 1 itself.

[第1実施形態]
図2は、第1実施形態における燃料電池システム1の一部を示すブロック図である。本実施形態は、第1〜第3スタック部101A〜101C、PCS70、補機5、第1〜第3スタック部101A〜101Cのそれぞれの電圧を検出する電圧検出部80、及び第1〜第3スタック部101A〜101Cと補機5及びPCS70との接続を切替可能とする継電部3a〜3dを備え、それらによって回路(回路部)4が形成されている。図2(a)は、第1〜第3スタック部101A〜101Cにおいて電圧低下が検出されておらず、補機5への電力が第2スタック部101Bから供給されているときの継電部3a〜3dの接続状態を示している。図2(b)は、第2スタック部の電圧が低下し、補機5への電力供給が第2スタック部101Bから第1スタック部101Aに変更されたときの継電部3a〜3dの接続状態を示している。
[First Embodiment]
FIG. 2 is a block diagram showing a part of the fuel cell system 1 in the first embodiment. In the present embodiment, the first to third stack units 101A to 101C, the PCS 70, the auxiliary machine 5, the voltage detection unit 80 that detects the voltages of the first to third stack units 101A to 101C, and the first to third components. Relay units 3a to 3d that can switch connection between the stack units 101A to 101C, the auxiliary machine 5, and the PCS 70 are provided, and a circuit (circuit unit) 4 is formed by them. FIG. 2A shows a relay unit 3a when no voltage drop is detected in the first to third stack units 101A to 101C and power to the auxiliary machine 5 is supplied from the second stack unit 101B. The connection state of 3d is shown. FIG. 2B illustrates the connection of the relay units 3a to 3d when the voltage of the second stack unit is lowered and the power supply to the auxiliary machine 5 is changed from the second stack unit 101B to the first stack unit 101A. Indicates the state.

図3は、図2の実施形態において固体電解質形燃料電池を用いる場合の燃料電池ユニットの一例を示す斜視図であり、図4は、図3のIV−IV線に沿っての断面図である。図3に示すように、本実施形態における燃料電池ユニット60Aは、複数の燃料電池スタック部101、第1〜4集電体102A〜102D、及びセル固定部103を備えている。   FIG. 3 is a perspective view showing an example of a fuel cell unit when a solid oxide fuel cell is used in the embodiment of FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. . As shown in FIG. 3, the fuel cell unit 60 </ b> A in the present embodiment includes a plurality of fuel cell stack portions 101, first to fourth current collectors 102 </ b> A to 102 </ b> D, and a cell fixing portion 103.

図4に示すように、燃料電池セル(単セル)100は、膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly(以下、「MEA」という))110、アノード側セパレータ120、及びカソード側セパレータ130を備えている。MEA110は、電解質膜111、アノード112、及びカソード113を含んで構成される。   As shown in FIG. 4, the fuel cell (single cell) 100 includes a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as “MEA”) 110, an anode separator 120, and a cathode separator 130. . The MEA 110 includes an electrolyte membrane 111, an anode 112, and a cathode 113.

電解質膜111は、一対の電極(アノード112及びカソード113)によって挟まれており、水素イオンを選択的に透過させる高分子電解質膜によって形成されている。高分子電解質膜としては、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸を使用することができる。   The electrolyte membrane 111 is sandwiched between a pair of electrodes (anode 112 and cathode 113), and is formed of a polymer electrolyte membrane that selectively transmits hydrogen ions. As the polymer electrolyte membrane, for example, perfluorocarbon sulfonic acid can be used.

アノード112は、電気化学的酸化反応が起きる状態にある電極層であり、カソード113は、電気化学的還元反応が起きる状態にある電極層である。これらのアノード112及びカソード113は、電解質膜111の表面側に形成された触媒層、及びこの触媒層の外面に配置されたガス拡散層を備えている。触媒層は、白金族金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とするものである。ガス拡散層は、通気性及び電気導電性を有するものである。   The anode 112 is an electrode layer in a state where an electrochemical oxidation reaction occurs, and the cathode 113 is an electrode layer in a state where an electrochemical reduction reaction occurs. The anode 112 and the cathode 113 include a catalyst layer formed on the surface side of the electrolyte membrane 111 and a gas diffusion layer disposed on the outer surface of the catalyst layer. The catalyst layer is mainly composed of carbon powder carrying a platinum group metal catalyst. The gas diffusion layer has air permeability and electrical conductivity.

アノード側セパレータ120は、導電性を有するカーボン板によって形成されており、複数の溝部121によって、水素含有ガスが通過するガス流路122が形成されている。溝部121は、MEA110のアノード112との接触面120bに形成されている。従って、ガス流路122を通過する水素含有ガスがアノード112に供給される。   The anode-side separator 120 is formed of a conductive carbon plate, and a gas flow path 122 through which a hydrogen-containing gas passes is formed by a plurality of grooves 121. The groove part 121 is formed in the contact surface 120b with the anode 112 of MEA110. Accordingly, the hydrogen-containing gas that passes through the gas flow path 122 is supplied to the anode 112.

カソード側セパレータ130は、導電性を有するカーボン板によって形成されており、複数の溝部131によって、酸素含有ガスが通過するガス流路132が形成されている。溝部131は、MEA110のカソード113との接触面130bに形成されている。従って、ガス流路132を通過する酸素含有ガスがカソード113に供給される。   The cathode-side separator 130 is formed of a conductive carbon plate, and a gas flow path 132 through which an oxygen-containing gas passes is formed by the plurality of grooves 131. The groove 131 is formed in the contact surface 130b with the cathode 113 of the MEA 110. Therefore, the oxygen-containing gas that passes through the gas flow path 132 is supplied to the cathode 113.

そして、燃料電池セル100は、アノードガスとしての水素含有ガス中の水素と、カソードガスとしての酸素含有ガス中の酸素とを用いて電力を発生させる。水素含有ガスとしては、上述の改質ガス等が挙げられる。酸素含有ガスとしては、例えば純酸素ガス、酸素富化空気、及び空気が挙げられるが、中でも取扱容易性及びコストの観点から空気が好ましい。本実施形態では、アノードガスとして、水素製造部40から改質ガスが供給され、カソードガスとして、後述のカソードガス供給装置50を介して空気が供給される。   The fuel cell 100 generates electric power using hydrogen in the hydrogen-containing gas as the anode gas and oxygen in the oxygen-containing gas as the cathode gas. Examples of the hydrogen-containing gas include the above-described reformed gas. Examples of the oxygen-containing gas include pure oxygen gas, oxygen-enriched air, and air. Of these, air is preferable from the viewpoint of ease of handling and cost. In the present embodiment, the reformed gas is supplied from the hydrogen production unit 40 as the anode gas, and air is supplied as the cathode gas via a cathode gas supply device 50 described later.

図2に示すように、燃料電池スタック部101は、複数の燃料電池セル100が直列接続され、直列接続方向の一方の端部に第1集電体102Aが配置され、積層方向の他方の端部に第2集電体102Bが配置されている。第1及び第2集電体102A,102Bは、例えば銅板によって形成され、隣接する燃料電池セル100と電気的に接続されている。また、第1及び第2集電体102A,102Bには、外方に張り出す接続端子102tが回路4Aを構成するものとして設けられている。   As shown in FIG. 2, the fuel cell stack unit 101 includes a plurality of fuel cells 100 connected in series, the first current collector 102 </ b> A disposed at one end in the series connection direction, and the other end in the stacking direction. The second current collector 102B is disposed in the part. The first and second current collectors 102 </ b> A and 102 </ b> B are formed of, for example, a copper plate and are electrically connected to the adjacent fuel cell 100. In addition, the first and second current collectors 102A and 102B are provided with connection terminals 102t extending outward to constitute the circuit 4A.

第3集電体102Cは、燃料電池セル100の直列接続方向において第1集電体102Aと第2集電体102Bとの間に配置されている。第3集電体102Cは、例えば、上述のセパレータ120,130によって構成され、隣接する燃料電池セル100と電気的に接続されている。第4集電体102Dは、燃料電池セル100の直列接続方向において第2集電体102Bと第3集電体102Cとの間に配置されている。第4集電体102Dは、例えば、上述のセパレータ120,130によって構成され、隣接する燃料電池セル100と電気的に接続されている。また、第3及び第4集電体102C,102Dには、外方に張り出す接続端子102tが回路4Aを構成するものとして設けられている。   The third current collector 102C is disposed between the first current collector 102A and the second current collector 102B in the series connection direction of the fuel cells 100. The third current collector 102C is constituted by, for example, the above-described separators 120 and 130, and is electrically connected to the adjacent fuel cell 100. The fourth current collector 102D is disposed between the second current collector 102B and the third current collector 102C in the series connection direction of the fuel cells 100. For example, the fourth current collector 102D includes the separators 120 and 130 described above, and is electrically connected to the adjacent fuel cell 100. Further, the third and fourth current collectors 102C and 102D are provided with connection terminals 102t projecting outward to constitute the circuit 4A.

これら第3及び第4集電体102C,102Dは、その間の電圧が第1及び第2集電体102A,102B間の電圧よりも小さくなるよう配置されている。ここでは、第1〜第4集電体102A〜102Dは、直列接方向に等間隔で配置されている。よって、第1及び第3集電体102A,102C間の燃料電池スタック部101による発電電圧と、第2及び第4集電体102B,102D間の燃料電池スタック部101による発電電圧と、集電体102A,102C間の燃料電池セル100による発電電圧とは、補機5を作動させるための電圧(補機作動電圧、例えば24V)となっている。   The third and fourth current collectors 102C and 102D are arranged such that the voltage between them is smaller than the voltage between the first and second current collectors 102A and 102B. Here, the first to fourth current collectors 102A to 102D are arranged at equal intervals in the series contact direction. Therefore, the power generation voltage by the fuel cell stack unit 101 between the first and third current collectors 102A and 102C, the power generation voltage by the fuel cell stack unit 101 between the second and fourth current collectors 102B and 102D, The voltage generated by the fuel battery cell 100 between the bodies 102A and 102C is a voltage for operating the auxiliary machine 5 (auxiliary machine operating voltage, for example, 24V).

以上のように構成された燃料電池ユニット60Aでは、その内部が分割され、独立した一つの電池としてそれぞれ機能する複数のスタック部101A〜101Cが直列接続された構成とされる。すなわち、集電体102A,102C間の燃料電池セル100により第1スタック部101Aが構成され、集電体102C,102D間の燃料電池セル100により第2スタック部101Bが構成され、集電体102D,102B間の燃料電池セル100により第3スタック部101Cが構成される。   The fuel cell unit 60A configured as described above has a configuration in which the inside is divided and a plurality of stack portions 101A to 101C each functioning as an independent battery are connected in series. That is, the fuel cell 100 between the current collectors 102A and 102C constitutes the first stack portion 101A, and the fuel cell 100 between the current collectors 102C and 102D constitutes the second stack portion 101B, and the current collector 102D. , 102B constitute the third stack portion 101C.

セル固定部103は、燃料電池セル100の積層方向の両端部に配置された第1及び第2集電体102Aそれぞれの外側に配置されている。セル固定部103は、第1及び第2集電体102A,102Bを挟み、これらを両側から固定する。   The cell fixing portion 103 is disposed outside each of the first and second current collectors 102 </ b> A disposed at both ends in the stacking direction of the fuel cells 100. The cell fixing unit 103 sandwiches the first and second current collectors 102A and 102B and fixes them from both sides.

継電部3a〜3dは、補機5に電力を供給する第1〜第3スタック部101A〜101Cを切替可能とする構成を有している。この継電部3(3a〜3d)は、スイッチ素子を含み、このスイッチ素子のON/OFFを制御することで、燃料電池スタック部101A〜101Cから出力される発電電力の電圧に応じて、第1〜第3スタック部101A〜101Cと回路4との接続状態を切り替える。ここでの継電部3は、電圧検出部80で検出された第1〜第3スタック部101A〜101Cの各電圧に基づき回路4Aを切り替え、補機5に供給される発電電力の電圧を維持させる(詳しくは、後述)。継電部3としては、例えばリレー等が用いられている。   The relay units 3 a to 3 d have a configuration in which the first to third stack units 101 </ b> A to 101 </ b> C that supply power to the auxiliary machine 5 can be switched. The relay unit 3 (3a to 3d) includes a switch element. By controlling the ON / OFF of the switch element, the relay unit 3 (3a to 3d) is operated in accordance with the voltage of the generated power output from the fuel cell stack units 101A to 101C. The connection state between the first to third stack units 101A to 101C and the circuit 4 is switched. Here, the relay unit 3 switches the circuit 4 </ b> A based on the voltages of the first to third stack units 101 </ b> A to 101 </ b> C detected by the voltage detector 80 and maintains the voltage of the generated power supplied to the auxiliary machine 5. (Details will be described later). For example, a relay or the like is used as the relay unit 3.

ここで、第1〜第3スタック部101A〜101Cの電圧低下が電圧検出部80により検出されない通常時には、継電部3b及び3cはON状態、継電部3a及び3dはOFF状態になるように制御され、回路4Aが図2(a)に示す回路状態とされる。このとき、第1〜第3スタック部101A〜101Cで発生された発電電力は、PCS70に供給され、電圧変換器71によって変圧された上で直交変換器72によって直流から交流に変換され、外部電力負荷EIに供給されて消費される。これと共に、第2スタック部101Bで発生された24Vの発電電力は、補機5に供給されて該補機5が作動される。   Here, at a normal time when the voltage drop of the first to third stack units 101A to 101C is not detected by the voltage detection unit 80, the relay units 3b and 3c are in the ON state, and the relay units 3a and 3d are in the OFF state. As a result, the circuit 4A is brought into the circuit state shown in FIG. At this time, the generated power generated in the first to third stack units 101A to 101C is supplied to the PCS 70, transformed by the voltage converter 71, converted from direct current to alternating current by the orthogonal transformer 72, and external power It is supplied to the load EI and consumed. At the same time, the 24V generated power generated in the second stack unit 101B is supplied to the auxiliary machine 5 to operate the auxiliary machine 5.

一方、例えば第2スタック部101Bの電圧低下が電圧検出部80により検出された場合には、継電部3a及び3bはON状態、3c及び3dはOFF状態になるように制御され、回路4Aが例えば図2(b)に示す回路状態とされる。つまり、電圧検出部80で電圧低下が検出された第2スタック部101Bを回路4Aから切り離すように回路4Aが切り替えられる。換言すると、電圧が安定しているスタック部101に接続されるように回路4Aを切り替える。その結果、補機5に印加される発電電力の電圧は24Vのまま維持され、補機5において印加電圧の低下が抑制されることとなる。   On the other hand, for example, when the voltage drop of the second stack unit 101B is detected by the voltage detection unit 80, the relay units 3a and 3b are controlled to be in the ON state, 3c and 3d are in the OFF state, and the circuit 4A is For example, the circuit state shown in FIG. That is, the circuit 4A is switched so that the second stack unit 101B in which the voltage drop is detected by the voltage detection unit 80 is disconnected from the circuit 4A. In other words, the circuit 4A is switched so as to be connected to the stack unit 101 where the voltage is stable. As a result, the voltage of the generated power applied to the auxiliary machine 5 is maintained at 24V, and the decrease in the applied voltage is suppressed in the auxiliary machine 5.

以上、本実施形態では、例えば第1〜第3スタック部101A〜101C(複数の燃料電池スタック部101)の何れかで電圧低下が発生した場合でも、電圧検出部80で検出された電圧値に基づき継電部3a〜3dによって回路4Aを切り替えることで、補機5に電力を供給する第1〜第3スタック部101A〜101Cを切り替え、補機5に印加される発電電力の電圧を所定電圧に維持させることができる。その結果、電圧低下が生じた燃料電池スタック部101に対する発電負荷を軽減しつつ、補機5への印加電圧の低下を抑制することが可能となる。   As described above, in this embodiment, for example, even when a voltage drop occurs in any of the first to third stack units 101A to 101C (a plurality of fuel cell stack units 101), the voltage value detected by the voltage detection unit 80 is set. Based on switching of the circuit 4A by the relay units 3a to 3d, the first to third stack units 101A to 101C for supplying power to the auxiliary machine 5 are switched, and the voltage of the generated power applied to the auxiliary machine 5 is set to a predetermined voltage. Can be maintained. As a result, it is possible to suppress a decrease in the voltage applied to the auxiliary machine 5 while reducing the power generation load on the fuel cell stack unit 101 where the voltage drop has occurred.

また、上述したように、継電部3a〜3dは、第1〜第3スタック部101A〜101Cのうち電圧検出部80で電圧低下が検出された第2スタック部101BからPCS70又は/及び補機5への電力供給を遮断するよう回路4Aを切り替えている。よって、電圧低下が生じた第2スタック部101Bに対する発電負荷を確実に減らし、電圧低下を抑制することが可能となる。   Further, as described above, the relay units 3a to 3d are connected to the PCS 70 or / and the auxiliary machine from the second stack unit 101B in which the voltage detection is detected by the voltage detection unit 80 among the first to third stack units 101A to 101C. The circuit 4 </ b> A is switched to cut off the power supply to 5. Therefore, it is possible to reliably reduce the power generation load on the second stack unit 101B in which the voltage drop has occurred and suppress the voltage drop.

なお、本実施形態は、直列接続された3つの第1〜第3スタック部101A〜101Cを備えているが、本発明は、スタック部の数が限定されるものではなく、複数のスタック部を備えていればよい。例えば、第1〜第3スタック部101A〜101Cと同様の第4スタック部101Dをさらに備え、第1〜第4スタック部101A〜101Dが直列接続されるよう構成されていてもよい。この場合においても、回路4Aに継電部3a〜3dが設けられ、この継電部3a〜3dによって、補機5に供給される発電電力の電圧に応じて燃料電池ユニット60Aと回路4Aとの接続状態が切り替えられる。   Although the present embodiment includes three first to third stack parts 101A to 101C connected in series, the present invention is not limited to the number of stack parts, and a plurality of stack parts are provided. It only has to have. For example, a fourth stack unit 101D similar to the first to third stack units 101A to 101C may be further provided, and the first to fourth stack units 101A to 101D may be configured to be connected in series. Also in this case, the relay unit 3a to 3d is provided in the circuit 4A, and the relay unit 3a to 3d allows the connection between the fuel cell unit 60A and the circuit 4A according to the voltage of the generated power supplied to the auxiliary machine 5. The connection status is switched.

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第1実施形態と異なる点について主に説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the description of the present embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described.

図5は、第2実施形態に係る燃料電池システムの一部を示すブロック図である。本実施形態の燃料電池システムは、第1〜第3スタック部201A〜201C、PCS70、補機5、第1〜第3スタック部201A〜201Cのそれぞれの電圧を検出する電圧検出部80、及び第1〜第3スタック部201A〜201Cと補機5及びPCS70との接続を切替可能とする継電部3a〜3dを備え、それらによって回路4が形成されている。図3(a)は、第1〜第3スタック部201A〜201Cにおいて電圧低下が検出されておらず、補機5への電力は第2スタック部201Bから供給しているときの継電部3の接続状態を示す。図3(b)は、第2スタック部201Bの電圧が低下し、補機5への電力供給を第1スタック部201Aに変更したときの継電部3の接続状態を示す。   FIG. 5 is a block diagram showing a part of the fuel cell system according to the second embodiment. The fuel cell system of the present embodiment includes first to third stack units 201A to 201C, PCS 70, auxiliary machine 5, voltage detection unit 80 that detects voltages of first to third stack units 201A to 201C, and first 1 to 3rd stack parts 201A-201C are provided with the relay parts 3a-3d which can switch the connection of the auxiliary machine 5 and PCS70, and the circuit 4 is formed by them. In FIG. 3A, the voltage drop is not detected in the first to third stack parts 201A to 201C, and the power to the auxiliary machine 5 is supplied from the second stack part 201B. The connection state of is shown. FIG. 3B shows a connection state of the relay unit 3 when the voltage of the second stack unit 201B decreases and the power supply to the auxiliary machine 5 is changed to the first stack unit 201A.

図5に示すように、本実施形態の燃料電池システムが上記第1実施形態と異なる点は、燃料電池ユニット60A(図2参照)に代えて燃料電池ユニット60Bを備え、回路4A(図2参照)に代えて回路4Bを備えた点である。   As shown in FIG. 5, the fuel cell system of the present embodiment is different from the first embodiment in that a fuel cell unit 60B is provided instead of the fuel cell unit 60A (see FIG. 2), and a circuit 4A (see FIG. 2). ) Instead of the circuit 4B.

本実施形態の燃料電池ユニット60Bは、回路4Bにより並列に接続された第1〜第3スタック部201A〜201Cを有している。具体的には、図6に示すように、燃料電池ユニット60Bは、絶縁部205,206が形成されることによって、積層方向の直交方向(図示上下方向:以下、単に「直交方向」という)において、第1〜第3スタック部201A〜201Cに3分割されている。   The fuel cell unit 60B of the present embodiment includes first to third stack parts 201A to 201C connected in parallel by a circuit 4B. Specifically, as shown in FIG. 6, the fuel cell unit 60 </ b> B is formed in the orthogonal direction of the stacking direction (the vertical direction in the figure: hereinafter simply referred to as “orthogonal direction”) by forming the insulating portions 205 and 206. The first to third stack parts 201A to 201C are divided into three.

絶縁部205及び絶縁部206は、燃料電池ユニット60Bが直交方向において三等分されるように配置される。第1〜第3スタック部201A〜201Cのそれぞれは、互いに電気的に絶縁され、独立した一つの電池として機能する。   The insulating part 205 and the insulating part 206 are arranged so that the fuel cell unit 60B is equally divided into three in the orthogonal direction. Each of the first to third stack parts 201A to 201C is electrically insulated from each other and functions as an independent battery.

図7に戻り、回路4Bは、第1〜第3スタック部201A〜201Cを電気的に繋いでこれらを直列接続する。この回路4Bに設けられた継電部3a〜3fは、補機5及びPCS70により補機5に電力を供給する第1〜第3スタック部201A〜201Cを切替可能とする構成を有している。   Returning to FIG. 7, the circuit 4 </ b> B electrically connects the first to third stack parts 201 </ b> A to 201 </ b> C and connects them in series. The relay units 3 a to 3 f provided in the circuit 4 </ b> B have a configuration in which the first to third stack units 201 </ b> A to 201 </ b> C that supply power to the auxiliary machine 5 by the auxiliary machine 5 and the PCS 70 can be switched. .

ここで、第1〜第3スタック部201A〜201Cの電圧低下が電圧検出部80により検出されない通常時には、全ての継電部3a〜3fがON状態になるように制御され、回路4Bが図5(a)に示す回路状態とされる。このとき、第1〜第3スタック部201A〜201Cで発生された発電電力は、PCS70に供給され、電圧変換器71によって変圧された上で直交変換器72によって直流から交流に変換され、外部電力負荷EIに供給されて消費される。これと共に、第1〜第3スタック部201A〜201Cで発生された24Vの発電電力は、補機5に供給されて該補機5が作動される。   Here, at the normal time when the voltage drop of the first to third stack parts 201A to 201C is not detected by the voltage detection part 80, all the relay parts 3a to 3f are controlled to be in the ON state, and the circuit 4B is shown in FIG. The circuit state shown in FIG. At this time, the generated power generated in the first to third stack portions 201A to 201C is supplied to the PCS 70, transformed by the voltage converter 71, converted from direct current to alternating current by the orthogonal transformer 72, and external power It is supplied to the load EI and consumed. At the same time, the 24V generated power generated in the first to third stack parts 201A to 201C is supplied to the auxiliary machine 5 to operate the auxiliary machine 5.

一方、例えば第2スタック部201Bの電圧低下が電圧検出部80により検出された場合には、継電部3a及び3bはON状態、3c及び3dはOFF状態になるように制御され、回路4Bが図5(b)に示す回路状態とされる。つまり、電圧検出部80で電圧低下が検出された第2スタック部201Bを回路4Bから切り離すように回路4Bが切り替えられる。その結果、補機5に供給される発電電力の電圧は24Vのまま維持され、補機5において印加電圧の低下が抑制されることとなる。   On the other hand, for example, when the voltage drop of the second stack unit 201B is detected by the voltage detection unit 80, the relay units 3a and 3b are controlled to be in the ON state, 3c and 3d are in the OFF state, and the circuit 4B is controlled. The circuit state shown in FIG. That is, the circuit 4B is switched so that the second stack unit 201B in which the voltage drop is detected by the voltage detection unit 80 is disconnected from the circuit 4B. As a result, the voltage of the generated power supplied to the auxiliary machine 5 is maintained at 24V, and the decrease in the applied voltage is suppressed in the auxiliary machine 5.

このように構成された本実施形態においても、電圧検出部80で検出された電圧値に基づき継電部3a〜3fによって回路4Bを切り替えることで、補機5に電力を供給する第1〜第3スタック部201A〜201Cを切り替え、補機5及びPCS70に供給される発電電力の電圧を所定電圧に維持させることができ、その結果、電圧低下が生じた燃料電池スタック部に対する発電負荷を軽減しつつ、補機5への印加電圧の低下を抑制することが可能となる。   Also in the present embodiment configured as described above, the first to first power supplies the auxiliary machine 5 by switching the circuit 4B by the relay units 3a to 3f based on the voltage value detected by the voltage detection unit 80. The three stack units 201A to 201C can be switched to maintain the voltage of the generated power supplied to the auxiliary machine 5 and the PCS 70 at a predetermined voltage. As a result, the power generation load on the fuel cell stack unit in which the voltage drop has occurred is reduced. However, it is possible to suppress a decrease in the voltage applied to the auxiliary machine 5.

また、第2実施形態において、継電部3a〜3fついて別の操作をすることもできる。図7は、第2実施形態に係る燃料電池システムの一部を示す他のブロック図である。図7に示すように、本実施形態における燃料電池ユニット60Bは、第1〜第3スタック部201A〜201Cが互いに電気的に並列に接続されて構成されている。図7(a)は、第1〜第3スタック部201A〜201Cにおいて電圧低下が検出されておらず、補機5への電力は第1〜第3スタック部201A〜201Cから供給しているときの継電部3d〜3fの接続状態を示す。図7(b)は、第2スタック部201Bの電圧が低下し、補機5への電力供給を第1スタック部201A及び第3スタック部201Cに変更したときの継電部3d〜3fの接続状態を示す。   Moreover, in 2nd Embodiment, another operation can also be performed about the relay parts 3a-3f. FIG. 7 is another block diagram showing a part of the fuel cell system according to the second embodiment. As shown in FIG. 7, the fuel cell unit 60B in the present embodiment is configured by first to third stack portions 201A to 201C being electrically connected in parallel to each other. FIG. 7A shows a case where no voltage drop is detected in the first to third stack parts 201A to 201C, and power to the auxiliary machine 5 is supplied from the first to third stack parts 201A to 201C. The connection state of the relay units 3d to 3f is shown. FIG. 7B shows the connection of the relay units 3d to 3f when the voltage of the second stack unit 201B decreases and the power supply to the auxiliary machine 5 is changed to the first stack unit 201A and the third stack unit 201C. Indicates the state.

ここで、第1〜第3スタック部201A〜201Cの電圧低下が電圧検出部80により検出されない通常時には、継電部3b、3d、3e及び3fはON状態、継電部3a及び3cはOFF状態になるように制御され、回路4Bが図7(a)に示す回路状態とされる。このとき、第1〜第3スタック部201A〜201Cで発生された発電電力は、PCS70に供給され、電圧変換器71によって変圧された上で直交変換器72によって直流から交流に変換され、外部電力負荷EIに供給されて消費される。これと共に、第1〜第3スタック部201A〜201Cで発生された24Vの発電電力は、補機5に供給されて該補機5が作動される。   Here, at the normal time when the voltage drop of the first to third stack parts 201A to 201C is not detected by the voltage detection part 80, the relay parts 3b, 3d, 3e and 3f are in the ON state, and the relay parts 3a and 3c are in the OFF state. Thus, the circuit 4B is brought into the circuit state shown in FIG. At this time, the generated power generated in the first to third stack portions 201A to 201C is supplied to the PCS 70, transformed by the voltage converter 71, converted from direct current to alternating current by the orthogonal transformer 72, and external power It is supplied to the load EI and consumed. At the same time, the 24V generated power generated in the first to third stack parts 201A to 201C is supplied to the auxiliary machine 5 to operate the auxiliary machine 5.

一方、例えば第2スタック部201Bの電圧低下が電圧検出部80により検出された場合には、継電部3a,3d,3e及び3fはON状態、継電部3b及び3cはOFF状態になるように制御され、回路4Bが図7(b)に示す回路状態とされる。つまり、電圧検出部80で電圧低下が検出された第2スタック部201Bを回路4Bから切り離すように回路4Bが切り替えられる。その結果、補機5に印加される発電電力の電圧は24Vのまま維持され、補機5において印加電圧の低下が抑制されることとなる。   On the other hand, for example, when a voltage drop in the second stack unit 201B is detected by the voltage detection unit 80, the relay units 3a, 3d, 3e, and 3f are in the ON state, and the relay units 3b and 3c are in the OFF state. Thus, the circuit 4B is brought into the circuit state shown in FIG. That is, the circuit 4B is switched so that the second stack unit 201B in which the voltage drop is detected by the voltage detection unit 80 is disconnected from the circuit 4B. As a result, the voltage of the generated power applied to the auxiliary machine 5 is maintained at 24V, and the decrease in the applied voltage is suppressed in the auxiliary machine 5.

なお、第1及び第2実施形態は、並列接続された3つの第1〜第3スタック部201A〜201Cを備えているが、上述したように本発明はスタック部の数が限定されるものではなく、複数のスタック部を備えていればよい。   In addition, although 1st and 2nd embodiment is provided with the three 1st-3rd stack parts 201A-201C connected in parallel, as above-mentioned, this invention does not limit the number of stack parts. It is only necessary to have a plurality of stack parts.

例えば、燃料電池ユニット60Bは、第1〜第3スタック部201A〜201Cと同様の第4スタック部をさらに備え、第1〜第4スタック部が並列接続されるよう構成されてもよい。この場合においても、回路4Bに継電部3が設けられ、この継電部3によって、補機5及びPCS70に供給される発電電力の電圧に応じて、第1〜第4スタック部と回路4Bとの接続状態が切り替えられる。   For example, the fuel cell unit 60B may further include a fourth stack part similar to the first to third stack parts 201A to 201C, and the first to fourth stack parts may be connected in parallel. Also in this case, the relay unit 3 is provided in the circuit 4B, and the first to fourth stack units and the circuit 4B are provided by the relay unit 3 according to the voltage of the generated power supplied to the auxiliary machine 5 and the PCS 70. The connection state with is switched.

また、図8に示す第3実施形態に係る燃料電池システムのように、直列接続および並列接続を併用して第1〜第4スタック部301A〜301Dを接続した燃料電池ユニット60Cを用い、回路4Cを構成することができる。この場合、補機5やPCS70に印加すべき電圧に応じて、スタック部301A〜301Dと回路4Cとの接続状態を切り替えればよい。   Further, as in the fuel cell system according to the third embodiment shown in FIG. 8, a circuit 4C is used by using a fuel cell unit 60C in which the first to fourth stack portions 301A to 301D are connected using both serial connection and parallel connection. Can be configured. In this case, what is necessary is just to switch the connection state of stack part 301A-301D and the circuit 4C according to the voltage which should be applied to the auxiliary machine 5 or PCS70.

さらには、図9に示す第4実施形態に係る燃料電池システムのように、直列接続および並列接続を併用してメインスタック部401Mと第1〜第4スタック部401A〜401Dを接続した燃料電池ユニット60Dとを用い、回路4Dを構成することもできる。この場合、補機5やPCS70に印加すべき電圧に応じて、メインスタック部401M及び第1〜第4スタック部401A〜401Dと回路4Dとの接続状態を切り替えればよい。   Further, as in the fuel cell system according to the fourth embodiment shown in FIG. 9, the fuel cell unit in which the main stack portion 401M and the first to fourth stack portions 401A to 401D are connected by using both serial connection and parallel connection. The circuit 4D can also be configured using 60D. In this case, the connection state between the main stack unit 401M and the first to fourth stack units 401A to 401D and the circuit 4D may be switched according to the voltage to be applied to the auxiliary machine 5 or the PCS 70.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments. The present invention is modified without departing from the scope described in the claims or applied to others. It may be.

例えば、上記第1〜第3実施形態では固体電解質形燃料電池を用いたが、これに限られず、例えば固体酸化物形燃料電池(SOFC)、リン酸形燃料電池(PAFC)、及び溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)を採用してもよい。また、燃料電池ユニットとして、複数のスタック部が物理的に密着している構成を例に説明したが、複数のスタック部が配線等により電気的に接続されている構成のものを用いることもできる。   For example, in the first to third embodiments, the solid oxide fuel cell is used. However, the present invention is not limited to this. For example, the solid oxide fuel cell (SOFC), the phosphoric acid fuel cell (PAFC), and the molten carbonate are used. A fuel cell (MCFC) may be adopted. Further, as the fuel cell unit, the configuration in which a plurality of stack portions are physically in close contact with each other has been described as an example, but a configuration in which the plurality of stack portions are electrically connected by wiring or the like can also be used. .

ちなみに、上記第1〜第3の本実施形態では、補機5に供給される発電電力の電圧が維持されるよう構成されているが、これに代えて若しくは加えて、PCS70に供給される発電電力の電圧が維持されるよう構成されていてもよい。   Incidentally, in the first to third embodiments, the voltage of the generated power supplied to the auxiliary machine 5 is maintained, but instead of or in addition to this, the generated power supplied to the PCS 70 is configured. You may be comprised so that the voltage of electric power may be maintained.

また、上記実施形態は、出力される発電電力の電圧が24Vで維持されるよう構成されているが、5V、12V、48V又はその他の電圧で維持されるよう構成されていてもよい。また、出力される発電電力の電圧が所定電圧に維持されているが、所定電圧範囲内に維持される場合もある。   Moreover, although the said embodiment is comprised so that the voltage of the generated electric power output may be maintained at 24V, you may be comprised so that 5V, 12V, 48V, or another voltage may be maintained. Moreover, although the voltage of the generated electric power output is maintained at a predetermined voltage, it may be maintained within a predetermined voltage range.

1…燃料電池システム、3,3a〜f…継電部、4,4A〜4D…回路(回路部)、5…補機、80…電圧検出部、100…燃料電池セル、101…燃料電池スタック部(スタック部)、101A,201A,301A,401A…第1スタック部(スタック部)、101B,201B,301B,401B…第2スタック部(スタック部)、101C,201C,301C,401C…第3スタック部(スタック部)、301D,401D…第4スタック部(スタック部)、401M…メインスタック部(スタック部)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 3, 3a-f ... Relay part, 4, 4A-4D ... Circuit (circuit part), 5 ... Auxiliary machine, 80 ... Voltage detection part, 100 ... Fuel cell, 101 ... Fuel cell stack Part (stack part), 101A, 201A, 301A, 401A ... first stack part (stack part), 101B, 201B, 301B, 401B ... second stack part (stack part), 101C, 201C, 301C, 401C ... third Stack part (stack part), 301D, 401D... Fourth stack part (stack part), 401M... Main stack part (stack part).

Claims (5)

燃料電池セルが直列に接続されてなる複数のスタック部と、
前記複数のスタック部それぞれの電圧を検出する電圧検出部と、
前記スタック部で発生した電力の調整を行う電力調整部と、
前記スタック部から出力される発電電力によって作動する1つ以上の補機と、
前記複数のスタック部を前記補機及び前記電力調整部に対して並列に電気的に接続する回路部と、
前記回路部に設けられ、前記電圧検出部で検出した前記複数のスタック部それぞれの電圧に応じて、前記スタック部と前記回路部との接続状態を切り替える継電部と、を備え
前記継電部は、前記複数のスタック部の少なくとも何れかの電圧低下が前記電圧検出部により検出されたとき、前記複数のスタック部のうち前記電圧検出部で電圧低下が検出された前記スタック部から前記補機及び前記電力調整部のうち前記補機への電力供給を遮断するように、前記スタック部と前記回路部との接続状態を切り替えることを特徴とする燃料電池システム。
A plurality of stack parts in which fuel cells are connected in series;
A voltage detection unit for detecting a voltage of each of the plurality of stack units;
A power adjustment unit for adjusting the power generated in the stack unit;
One or more auxiliary machines operated by the generated power output from the stack unit;
A circuit unit electrically connecting the plurality of stack units in parallel to the auxiliary machine and the power adjustment unit ;
A relay unit that is provided in the circuit unit and switches a connection state between the stack unit and the circuit unit in accordance with each voltage of the plurality of stack units detected by the voltage detection unit ;
In the relay unit, when the voltage detection unit detects a voltage drop in at least one of the plurality of stack units, the stack unit in which the voltage detection unit detects a voltage drop among the plurality of stack units. The fuel cell system is characterized in that the connection state between the stack part and the circuit part is switched so that power supply to the auxiliary machine among the auxiliary machine and the power adjustment part is cut off .
前記継電部は、前記複数のスタック部の電圧低下が前記電圧検出部により検出されないとき、前記複数のスタック部の全てと前記補機及び前記電力調整部とを電気的に接続させることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。The relay unit electrically connects all of the plurality of stack units with the auxiliary device and the power adjustment unit when voltage drop of the plurality of stack units is not detected by the voltage detection unit. The fuel cell system according to claim 1. 前記継電部は、The relay unit is
前記複数のスタック部の電圧低下が前記電圧検出部により検出されないとき、前記複数のスタック部の全てと前記電力調整部とを電気的に接続させると共に、前記複数のスタック部における何れかのスタック部と前記補機とを電気的に接続させ、When the voltage drop of the plurality of stack units is not detected by the voltage detection unit, all of the plurality of stack units and the power adjustment unit are electrically connected, and any stack unit in the plurality of stack units And the auxiliary machine are electrically connected,
該何れかのスタック部の電圧低下が前記電圧検出部により検出されたとき、前記複数のスタック部の全てと前記電力調整部とを電気的に接続させると共に、前記複数のスタック部のうち該何れかのスタック部とは別のスタック部と前記補機とを電気的に接続させることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。When a voltage drop in any one of the stack units is detected by the voltage detection unit, all of the plurality of stack units are electrically connected to the power adjustment unit, and any one of the plurality of stack units is 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the stack unit different from the stack unit is electrically connected to the auxiliary machine.
前記回路部は、前記複数のスタック部を前記補機及び前記電力調整部に対して直列にさらに電気的に接続することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the circuit unit further electrically connects the plurality of stack units to the auxiliary machine and the power adjustment unit in series. 前記継電部は、前記スタック部から出力される発電電力の電圧が所定電圧に維持されるように前記回路部を切り替え、
前記所定電圧は、5V、12V、24V又は48Vであることを特徴とする請求項1〜の何れか一項に記載の燃料電池システム。
The relay unit switches the circuit unit so that the voltage of the generated power output from the stack unit is maintained at a predetermined voltage,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4 , wherein the predetermined voltage is 5V, 12V, 24V, or 48V.
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