JPH06101348B2 - 燃料電池の温度制御装置 - Google Patents
燃料電池の温度制御装置Info
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- JPH06101348B2 JPH06101348B2 JP60055332A JP5533285A JPH06101348B2 JP H06101348 B2 JPH06101348 B2 JP H06101348B2 JP 60055332 A JP60055332 A JP 60055332A JP 5533285 A JP5533285 A JP 5533285A JP H06101348 B2 JPH06101348 B2 JP H06101348B2
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- Japan
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- stack
- battery
- cooling gas
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/249—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は複数基の電池スタックからなる燃料電池の温度
制御に関するものである。
制御に関するものである。
（ロ）従来技術 冷却ガスが各反応ガスと分離して独立的に供給される所
謂セパレートクーリング方式の燃料電池において、複数
基の電池スタックに対する冷却系を共通化した場合、各
電池スタックの冷却ガス室へ並列的に供給される冷却ガ
ス量にバラツキがあり、しかも各スタックの特性により
発熱量にも差があるため、電池スタック間に温度差を生
じて全スタック温度を規定の作動温度に維持できないと
いう問題があつた。このような問題を解決するために、
特開昭58−133775号公報に開示されているように各電池
スタックの温度検出器と各電池スタックに供給される冷
却91の量を調節する調節弁を設け、各電池スタックの温
度と、電池作動に適した設定温度との偏差に応じて、そ
れぞれの調節弁の開度を独立して変化させ冷却流体の量
を変え電池スタックの温度を制御するという方法が行わ
れていた。
謂セパレートクーリング方式の燃料電池において、複数
基の電池スタックに対する冷却系を共通化した場合、各
電池スタックの冷却ガス室へ並列的に供給される冷却ガ
ス量にバラツキがあり、しかも各スタックの特性により
発熱量にも差があるため、電池スタック間に温度差を生
じて全スタック温度を規定の作動温度に維持できないと
いう問題があつた。このような問題を解決するために、
特開昭58−133775号公報に開示されているように各電池
スタックの温度検出器と各電池スタックに供給される冷
却91の量を調節する調節弁を設け、各電池スタックの温
度と、電池作動に適した設定温度との偏差に応じて、そ
れぞれの調節弁の開度を独立して変化させ冷却流体の量
を変え電池スタックの温度を制御するという方法が行わ
れていた。
（ハ）発明が解決しようとする問題点 しかしながら、この方法でも、以下のような問題が生じ
る。
る。
例えば電池スタックＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの温度制御を行う場
合、ある１つの電池スタックＡの温度が異常高温になっ
た場合、この電池スタックＡに供給される冷却空気の流
量を増加させるために調節弁を大きく開いたとする。こ
の電池スタックＡに供給される冷却空気の量は増加する
が、他の電池スタックＢ、Ｃ、Ｄへの冷却空気の供給量
は低下するため、これらの電池スタックＢ、Ｃ、Ｄの温
度が上昇してしまう。この温度上昇を止めるために電池
スタックＢ、Ｃ、Ｄのスタックダンパを開くと、逆に電
池スタックＡへの供給が減少し、この電池スタックＡの
温度低下を行うことができなくなり、結局、何れの電池
スタックの温度も設定温度に近づかず、温度制御が不能
になることが起こる可能性があるという問題点がある。
合、ある１つの電池スタックＡの温度が異常高温になっ
た場合、この電池スタックＡに供給される冷却空気の流
量を増加させるために調節弁を大きく開いたとする。こ
の電池スタックＡに供給される冷却空気の量は増加する
が、他の電池スタックＢ、Ｃ、Ｄへの冷却空気の供給量
は低下するため、これらの電池スタックＢ、Ｃ、Ｄの温
度が上昇してしまう。この温度上昇を止めるために電池
スタックＢ、Ｃ、Ｄのスタックダンパを開くと、逆に電
池スタックＡへの供給が減少し、この電池スタックＡの
温度低下を行うことができなくなり、結局、何れの電池
スタックの温度も設定温度に近づかず、温度制御が不能
になることが起こる可能性があるという問題点がある。
本発明は以上のような問題点に鑑み行われたものであ
り、電池スタックの温度を制御不能に陥ることなく速や
かに規定作動温度にすることのできる燃料電池の温度制
御装置を提供することを目的とする。
り、電池スタックの温度を制御不能に陥ることなく速や
かに規定作動温度にすることのできる燃料電池の温度制
御装置を提供することを目的とする。
（ニ）問題点を解決するための手段 複数基の各電池スタックに対し冷却ガスを並列的に循環
供給する経路に、熱交換器とブロワが設けられ、更に、
前記各スタックの供給若しくは排出分路には、各スタッ
クに流入する冷却空気量を調節するためのスタックダン
バが設けられた燃料電池の温度制御装置において、 前記スタックダンバは、全電池スタックの平均温度と各
対応スタックの温度との差に基づき、開度調節がなさ
れ、 且つ、前記熱交換器により前記冷却ガスの温度が調節さ
れ、及び／又は前記ブロワにより冷却ガスの流量が調節
されることによって、前記平均温度が規定作動温度にな
るように制御せしめることを特徴とする。
供給する経路に、熱交換器とブロワが設けられ、更に、
前記各スタックの供給若しくは排出分路には、各スタッ
クに流入する冷却空気量を調節するためのスタックダン
バが設けられた燃料電池の温度制御装置において、 前記スタックダンバは、全電池スタックの平均温度と各
対応スタックの温度との差に基づき、開度調節がなさ
れ、 且つ、前記熱交換器により前記冷却ガスの温度が調節さ
れ、及び／又は前記ブロワにより冷却ガスの流量が調節
されることによって、前記平均温度が規定作動温度にな
るように制御せしめることを特徴とする。
（ホ）作用 上記構成によれば、全電池スタックの平均温度を基準と
し、平均温度と各電池スタックの温度との温度差に応じ
てスタックダンパの開度の調節が行われるので、小幅な
開度調節により全電池スタックの温度を均一にできる。
し、平均温度と各電池スタックの温度との温度差に応じ
てスタックダンパの開度の調節が行われるので、小幅な
開度調節により全電池スタックの温度を均一にできる。
また、熱交換器による冷却ガスの温度調節、及び／又は
ブロワによる冷却ガスの流量調節を行うことにより、前
記平均化した温度を、一律に規定作動温度にまで調節す
る。よって各電池スタックの温度は、合理的、且つ速や
かに規定作動温度に（最適温度）に制御される。
ブロワによる冷却ガスの流量調節を行うことにより、前
記平均化した温度を、一律に規定作動温度にまで調節す
る。よって各電池スタックの温度は、合理的、且つ速や
かに規定作動温度に（最適温度）に制御される。
加えて、本発明によれば、上記の如く、スタックダンパ
の開度調節が小幅であるので、例えば、１つの電池スタ
ックの温度が異常上昇し、この電池スタックの温度を規
定作動温度に下げるために、スタックダンパの開度を大
きく開いたために、次々に他の電池スタックの温度の大
幅な変動を招来し、結局、温度制御不能に陥るといった
事態を避けることができる。
の開度調節が小幅であるので、例えば、１つの電池スタ
ックの温度が異常上昇し、この電池スタックの温度を規
定作動温度に下げるために、スタックダンパの開度を大
きく開いたために、次々に他の電池スタックの温度の大
幅な変動を招来し、結局、温度制御不能に陥るといった
事態を避けることができる。
本願発明の作用をさらに詳細に説明する。
冷却空気が単一のブロワで並列に供給されている場合、
あるスタックダンパの開度を広げるとそのスタックダン
パに流れる冷却空気量は増加するが、この増加が他のス
タックダンパの流量に影響を与える。つまり、あるスタ
ックダンパの開度を変化させると、たとい他のスタック
ダンパの開度を変化させなくとも、他のスタックダンパ
の流量を変動させ、電池スタックの温度を変化させてし
まう。このため、各々の電池スタックの温度を個々独立
的に捉まえ、該当するスタックダンパの開度を調節する
方式では、各々の電池スタックの温度を所望の温度に設
定することが困難である。
あるスタックダンパの開度を広げるとそのスタックダン
パに流れる冷却空気量は増加するが、この増加が他のス
タックダンパの流量に影響を与える。つまり、あるスタ
ックダンパの開度を変化させると、たとい他のスタック
ダンパの開度を変化させなくとも、他のスタックダンパ
の流量を変動させ、電池スタックの温度を変化させてし
まう。このため、各々の電池スタックの温度を個々独立
的に捉まえ、該当するスタックダンパの開度を調節する
方式では、各々の電池スタックの温度を所望の温度に設
定することが困難である。
即ち、各電池スタックの温度を迅速かつ適確に所望の温
度に設定しようとする場合、スタックダンパの開度調節
は可能な限り小幅にとどめるのが望ましく、本発明で
は、いきなり規定作動温度になるようにスタックダンパ
の開度を調節するのではなく、先ず全電池スタックの平
均温度を基準値として（この基準値は経時的に変動す
る）、この平均温度になるように各スタックダンパの開
度を調節するように構成してあるので、各スタックダン
パの開度調節が小幅にとどまり、あるスタックダンパの
開度調整が他のスタックダンパの流量を大きく変動させ
ることがない。そしてまた、全体として見た場合、必要
最小の開度調整で各電池スタックの温度を平均化するこ
とができることになる。
度に設定しようとする場合、スタックダンパの開度調節
は可能な限り小幅にとどめるのが望ましく、本発明で
は、いきなり規定作動温度になるようにスタックダンパ
の開度を調節するのではなく、先ず全電池スタックの平
均温度を基準値として（この基準値は経時的に変動す
る）、この平均温度になるように各スタックダンパの開
度を調節するように構成してあるので、各スタックダン
パの開度調節が小幅にとどまり、あるスタックダンパの
開度調整が他のスタックダンパの流量を大きく変動させ
ることがない。そしてまた、全体として見た場合、必要
最小の開度調整で各電池スタックの温度を平均化するこ
とができることになる。
このように全電池スタックの温度を概略均一にし、熱交
換器による冷却ガスの温度調節、及び／又はブロワによ
る冷却ガスの流量調節を行うことにより、前記で調整さ
れた温度（平均温度）を、各電池スタック共一律に規定
作動温度に近づけることができることになる。
換器による冷却ガスの温度調節、及び／又はブロワによ
る冷却ガスの流量調節を行うことにより、前記で調整さ
れた温度（平均温度）を、各電池スタック共一律に規定
作動温度に近づけることができることになる。
このように、本発明によれば、各電池スタックの温度を
均一にし、更にこの均一化された各電池スタックの温度
を冷却空気自体の温度調節により、的確に規定作動温度
（最適温度）に制御できることになる。
均一にし、更にこの均一化された各電池スタックの温度
を冷却空気自体の温度調節により、的確に規定作動温度
（最適温度）に制御できることになる。
また、反応及び冷却にようする空気を並列的に供給する
ブロワを使用する場合において、あるスタックダンパの
開度調節が他のスタックダンパの流量に全く影響を及ぼ
さないようにするためには、該ブロワの全流量を複雑に
コントロールしなければならない。しかし、このように
構成しようとすると、ブロワを複雑に制御しなければな
らず、どうしても装置が複雑化し、コストアップに繋が
るが、本発明によれば、特別なブロワを用いることな
く、合理的且つ速やかに規定作動温度（最適温度）に制
御できることになる。
ブロワを使用する場合において、あるスタックダンパの
開度調節が他のスタックダンパの流量に全く影響を及ぼ
さないようにするためには、該ブロワの全流量を複雑に
コントロールしなければならない。しかし、このように
構成しようとすると、ブロワを複雑に制御しなければな
らず、どうしても装置が複雑化し、コストアップに繋が
るが、本発明によれば、特別なブロワを用いることな
く、合理的且つ速やかに規定作動温度（最適温度）に制
御できることになる。
（ヘ）実施例 第１図は４基の電池スタック（S1）（S2）（S3）（S4）
からなる本発明燃料電池の流路系統図、第２図は同上電
池の冷却ガス系による温度制御方式を示すブロック図で
ある。
からなる本発明燃料電池の流路系統図、第２図は同上電
池の冷却ガス系による温度制御方式を示すブロック図で
ある。
各スタック（Ｓ）は多数のセル積重体から構成されるが
第１図では簡単化のため負極ガス室（１）、正極ガス室
（２）及び冷却ガス室（３）を有する単セルの形で示さ
れている。
第１図では簡単化のため負極ガス室（１）、正極ガス室
（２）及び冷却ガス室（３）を有する単セルの形で示さ
れている。
反応ガスとして燃料ガス例えば改質水素ガス及び酸化剤
例えば空気は、流量調整弁（４）及び（５）を経て各ス
タック（Ｓ）の負極ガス室（１）及び正極ガス室（２）
に夫々供給され、電池反応が行われる。
例えば空気は、流量調整弁（４）及び（５）を経て各ス
タック（Ｓ）の負極ガス室（１）及び正極ガス室（２）
に夫々供給され、電池反応が行われる。
電池反応により各スタック温度が上昇するが、これを規
定の作動温度に保つために冷却される。
定の作動温度に保つために冷却される。
冷却ガス例えば空気はブロワ（BW）により各スタック
（Ｓ）の冷却ガス室（３）に供給され、スタックの熱を
奪つて高温となつた排ガスは熱交換器（HX）で冷却され
て再びスタックに送られる。
（Ｓ）の冷却ガス室（３）に供給され、スタックの熱を
奪つて高温となつた排ガスは熱交換器（HX）で冷却され
て再びスタックに送られる。
本発明では各スタック（Ｓ）の冷却ガス室（３）に対す
る排出分路（６）′もしくは供給分路（６）に、スタッ
クダンパ（V1）（V2）（V3）（V4）を設けてこれらを次
のように制御する。
る排出分路（６）′もしくは供給分路（６）に、スタッ
クダンパ（V1）（V2）（V3）（V4）を設けてこれらを次
のように制御する。
各電池スタック（S1）〜（S4）の温度（T1）（T2）
（T3）（T4）は、温度センサー（７）で検出して制御器
（Ｃ）に入力され、その平均温度（Tav）を演算すると
共にこの平均温度と各スタック温度との差に応じた信号
を制御器（Ｃ）から出力し、対応スタックダンパ（V1）
〜（V4）の開度を設定する。即ちTavより低い温度のス
タックに対する冷却ガスの流量を小さくし、Tavより高
いスタックに対する冷却ガスの流量を大きくする。
（T3）（T4）は、温度センサー（７）で検出して制御器
（Ｃ）に入力され、その平均温度（Tav）を演算すると
共にこの平均温度と各スタック温度との差に応じた信号
を制御器（Ｃ）から出力し、対応スタックダンパ（V1）
〜（V4）の開度を設定する。即ちTavより低い温度のス
タックに対する冷却ガスの流量を小さくし、Tavより高
いスタックに対する冷却ガスの流量を大きくする。
電池の規定作動温度をT0とすれば、前記平均温度TavがT
0になるよう熱交換器（HX）により冷却ガスの温度を調
節するか、もしくはブロワ（BW）により冷却ガスの流量
を調節する。又両者を共に調節してもよい。今T0＞Tav
の場合熱交換器（HX）による冷却ガス温度の低下度を抑
制するか、もしくはブロワ（BW）による冷却ガス流量を
抑制し、一方T0＜Tavの場合は逆に前記ガス温度の低下
度もしくは前記ガス流量を増大する。
0になるよう熱交換器（HX）により冷却ガスの温度を調
節するか、もしくはブロワ（BW）により冷却ガスの流量
を調節する。又両者を共に調節してもよい。今T0＞Tav
の場合熱交換器（HX）による冷却ガス温度の低下度を抑
制するか、もしくはブロワ（BW）による冷却ガス流量を
抑制し、一方T0＜Tavの場合は逆に前記ガス温度の低下
度もしくは前記ガス流量を増大する。
熱交換器（HX）の冷却水量を調節して冷却ガスの温度を
制御する方式は、負荷の変動が緩慢な時に有効であり、
ブロワ（BW）の回転数を調節して冷却ガスの流量を制御
する方式は、負荷の変動が比較的大きい場合に有効であ
る。
制御する方式は、負荷の変動が緩慢な時に有効であり、
ブロワ（BW）の回転数を調節して冷却ガスの流量を制御
する方式は、負荷の変動が比較的大きい場合に有効であ
る。
これら両者を共に調整して冷却ガスの温度及び流量を制
御する方式は、急激な負荷の変動時に有効である。
御する方式は、急激な負荷の変動時に有効である。
（ト）発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、スタックダンパ
の開度調節により各電池スタックの温度を全電池スタッ
クの平均温度になるようにし、熱交換器による冷却ガス
の温度調節、及び／又はブロワによる冷却ガスの流量調
節を行うことにより、上記平均温度が設定温度になるよ
うにした。これにより、制御不能に陥ることなく電池ス
タックの温度を的確に規定作動温度に制御することがで
きるという効果を奏する。
の開度調節により各電池スタックの温度を全電池スタッ
クの平均温度になるようにし、熱交換器による冷却ガス
の温度調節、及び／又はブロワによる冷却ガスの流量調
節を行うことにより、上記平均温度が設定温度になるよ
うにした。これにより、制御不能に陥ることなく電池ス
タックの温度を的確に規定作動温度に制御することがで
きるという効果を奏する。
さらに本発明は、平均温度を規定作動温度に制御する際
に、熱交換器とブロワとを両方を用いることができるた
め、より速やかに各電池スタックの温度を規定作動温度
に制御することができるという効果も奏する。
に、熱交換器とブロワとを両方を用いることができるた
め、より速やかに各電池スタックの温度を規定作動温度
に制御することができるという効果も奏する。
第１図は本発明装置を備える燃料電池の流路系統図、第
２図は同上装置の制御方式を示すブロック図である。 S1〜S4:電池スタック、HX:熱交換器、BW:ブロワ、V1〜V
4:スタックダンパ、C:制御器、1:負極ガス室、2:正極ガ
ス室、3:冷却ガス室、６、６′：供給及び排出分路、7:
温度センサ。
２図は同上装置の制御方式を示すブロック図である。 S1〜S4:電池スタック、HX:熱交換器、BW:ブロワ、V1〜V
4:スタックダンパ、C:制御器、1:負極ガス室、2:正極ガ
ス室、3:冷却ガス室、６、６′：供給及び排出分路、7:
温度センサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西沢 信好 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−214165（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−133775（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】複数基の各電池スタックに対し冷却ガスを
並列的に循環供給する経路に、熱交換器とブロワが設け
られ、更に、前記各スタックの供給若しくは排出分路に
は、各スタックに流入する冷却空気量を調節するための
スタックダンバが設けられた燃料電池の温度制御装置に
おいて、 前記スタックダンバは、全電池スタックの平均温度と各
対応スタックの温度との差に基づき、開度調節がなさ
れ、 且つ、前記熱交換器により前記冷却ガスの温度が調節さ
れ、及び／又は前記ブロワにより冷却ガスの流量が調節
されることによって、前記平均温度が規定作動温度にな
るように制御せしめることを特徴とする燃料電池の温度
制御装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60055332A JPH06101348B2 (ja) | 1985-03-19 | 1985-03-19 | 燃料電池の温度制御装置 |
| US06/840,794 US4640873A (en) | 1985-03-19 | 1986-03-18 | Temperature control system for fuel cell powerplant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60055332A JPH06101348B2 (ja) | 1985-03-19 | 1985-03-19 | 燃料電池の温度制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61214369A JPS61214369A (ja) | 1986-09-24 |
| JPH06101348B2 true JPH06101348B2 (ja) | 1994-12-12 |
Family
ID=12995579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60055332A Expired - Fee Related JPH06101348B2 (ja) | 1985-03-19 | 1985-03-19 | 燃料電池の温度制御装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4640873A (ja) |
| JP (1) | JPH06101348B2 (ja) |
Families Citing this family (36)
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| US5023151A (en) * | 1990-10-01 | 1991-06-11 | International Fuel Cells Corporation | Power plant cogeneration control |
| US6186254B1 (en) * | 1996-05-29 | 2001-02-13 | Xcelliss Fuel Cell Engines Inc. | Temperature regulating system for a fuel cell powered vehicle |
| DE19706584C2 (de) * | 1997-02-21 | 2002-09-26 | Aeg Energietechnik Gmbh | Hochtemperaturbrennstoffzellen mit Erwärmung des Reaktionsgases |
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