JPS63175352A - 燃料電池電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料電池と蓄電池とを組み合せた燃料電池電源
システムに関する。

〔従来の技術〕

燃料電池は、燃料および酸化剤の反応エネルギーを直接
電気エネルギーとして取り出すもので、稼動部分がほと
んどないため騒音、振動が少なく。

排ガスもクリーンであるため、新発電方式として期待さ
れている。特に、液体メタノールを燃料とし硫酸水溶液
を電解質とする酸性電解質型メタノール燃料電池（以下
メタノール燃料電池という）は、常圧かつ比較的低温（
約６０℃）で運転され。

小型化が容易で、燃料も液体であり、小容量の電源、更
には移動用電源としての適性を有する６例えば、現在各
種製造業においては、生産ラインの省略化の観点から自
動搬送車の導入が進んでいる。また、ＩＢ造業以外でも
ゴルフ場におけるゴルフカート等に自動搬送車の適用が
進められている０以上のように各分野で省略化の観点か
ら自動搬送車の導入がみられるが、動力源には鉛蓄電池
を使用する場合が多い、鉛Ｗｉ’！！池では当然ではあ
るが充電操作が必要で、使用条件にもよるが大略１日に
１回の充電操作が必要となる。１回の充電には数時間か
ら８時間の充電時間を要し、充電操作にかなりの時間と
労力を要する。これらの電源にメタノール燃料電池を使
用した場合、充電操作を不要とすることができる。一般
に、蓄電池の使用されている分野はメタノール燃料電池
の適用可能な分野である。

ところで、メタノール燃料電池では、その他の燃料電池
と同様、負荷変動の範囲に自ずと限度がある。そこで、
燃料電池と蓄電池を組み合わせた燃料電池電源システム
が一般に採用されている。

すなわち、燃料電池を電力源とし、蓄電池を負荷変動の
バッファーとするシステムである。従来、この種のシス
テムに関する先行技術には特開昭５３−１４３４２号公
報がある。この先行技術は、例えば灯台の電源のように
負荷が適当な間隔でＯＮ。

ＯＦＦする場合に特に有効なものである。

しかるに、メタノール燃料電池には、負荷は常時ＯＮと
し、負荷の大きさが経時的に大きく変動するような用途
が多数ある０例えば前記自動搬送車においては、その規
模や使用条件にもよるが、積載量１〜２トンクラスでは
制御系電源等に１〜３Ａの電流が消費され、走行時には
その速度によるが２０〜６０Ａの電流が、さらに荷の自
動積み下ろし機構を備えておりそれが駆動する場合は８
０Ａ以上の電流が消費される。しかも走行状態は随時変
化しそのパターンを予測できないのが常である。

以上のような場合、負荷は常時接続し、蓄電池。

が過充電にならない限り燃料電池の運転を継続し、過充
電になった場合充電を直ちに停止し、しかも燃料電池運
転中は電源回路を開路とすることを避け、燃料電池の運
転を停止した場合には充電が必要となった場合に備えて
燃料電池がすぐ起動できる状態に保つ必要がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、過充電状態で充電を継続すると電力のロスを
生じるばかりでなく、例えば鉛蓄電池を使用している場
合には電解によるＨ２ガス及び０２ガスの発生があり危
険である。また、単に開路状態として充電を停止した場
合、第３図に単電池の電圧−電池曲線を示したが、燃料
電池の出方電圧が異常に高くなる結果、燃料電池構成材
料の電食を生じる等の問題を生起する。更に、発電を停
止して過充電を避けた場合には、第４図に単電池の出力
電圧と温度の関係を示したが１例えば燃料電池温度が低
下してしまうと直ちに定常運転に入ることができない問
題がある。

しかし、前記従来技術においては、負荷を常時接続し、
充電の必要に応じて燃料電池を急速に起動することに対
して配慮がなされていない。

本発明の目的は、上記これらの問題点に対応し負荷を常
時接続し、しかも負荷の大きな変動に対応し、蓄電池の
過充電を回避し充電の必要に応じて燃料電池の急速な駆
動が可能な電源システムを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は蓄電池が過充電に達したとき燃料電池と蓄電池
の接続をＯＦＦにすると共に燃料電池とダミー抵抗との
接続をＯＮとし、一定時間を経てなお過充電状態が継続
しているとき前記ＯＦＦ及びＯＮを逆転してＯＮ及びＯ
ＦＦにすると共に燃料電池への酸化剤の供給を停止し、
更に一定時間を経て過充電状態が継続するとき燃料電池
への燃料の供給を停止し、更に一定時間経て過充電状態
が継続するとき燃料タンク内の燃料を温度維持手段によ
り所定温度に保持し、前記各段階のいずれかにおいて過
充電状態が回避したとき初期状態に復帰する構成である
。

〔作用〕

ダミー抵抗への通電、それに続く酸化剤（空気）の供給
停止及び燃料（７ノライト）の供給停止により蓄電池の
過充電は防止され、しかもこのとき電源回路は開路とな
ることはなく燃料電池出力電圧の異常な上昇とそれに起
因する燃料電池材料の電食を招くことがない、更に、燃
料電池は、停止の各段階において、充電の必要に応じて
急速に定常運転に入れる状態で待機していることになる
。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図により説明
する。第１図は本発明の一実施例の燃料電池電源システ
ムの回路図であり、第２図は第１図の回路の作用説明図
である。

燃料電池１と蓄電池２は逆流防止手段１３を介して並列
に接続され、同様に負荷３．蓄電池２の過充電を検出す
るための過電圧制御回路４．燃料電池の出力を熱等とし
て消費するためのダミー抵抗５．燃料電池１に酸化剤と
しての空気を供給するための酸化剤供給回路６．燃料電
池１に燃料を含む電解質を供給するためのアノラクト供
給回路７、アノライトタンク（図示せず）、アノライト
を保温するためのアノライトヒータ８．アノライトヒー
タ８を制御するためのアノライト温度調節回路９が並列
に接続されている。更に、前記ダミー抵抗５と酸化剤供
給回路６とアノライト供給回路７とアノライトヒータ８
を０Ｎ−ＯＦＦするための４種のスイッチ手段Ｑ１〜Ｑ
４、これらスイッチ手段Ｑ１〜Ｑ４のＯＮ−ＯＦＦのタ
イミングを調節するための３種のタイマ一手段１０〜１
２と、アノライト温度調節回路９の信号によりアノライ
トヒータ８をＯＮ−〇ＦＦＬ、てアノライト温度を調節
するための１種のスイッチ手段Ｑ１１を有する。

次に、第１図及び第２図に基づいて作用を説明する。過
電圧制御回路４は蓄電池２の過充電状態（充電電圧が高
くなる）を検知すると接点ｆ１１　を切り換えて燃料電
池１の蓄電池２との接続をＯＮからＯＦＦとし、ダミー
抵抗５との接続をＯＦＦからＯＮとするようになってい
る。これにより燃料電池出力をダミー抵抗５に通電し過
剰電力を熱等として消費する。ダミー抵抗５への通電時
間はタイマー１１０で規定し、一定時間後に蓄電池２の
過充電状態が解除されない場合は、接点Ω工を○ＦＦＬ
、ＯＮ状態にあった接点Ｑ２をＯＦＦとする。この状態
では酸化剤（空気）の燃料電池１への供給が停止される
ため発電は停止する。この状態では酸化剤供給回路６に
おける例えばファン等の消費電力を節約できる。しかし
蓄電池２の過充電状態が解除されれば直ちに燃料電池１
の発電を開始することができる。後述する燃料の燃料電
池１への供給状態が維持されているからである。この状
態に保持する時間はタイマ■１１で規定し、一定時間後
に蓄電池２の過充電状態が解除されない場合はＯＮ状態
にあった接点Ｑ８を０ＦＦＬ、、アノライト供給回路７
を停止する。この状態では。

アノライト供給回路７における例えばポンプ等の消費電
力を削減することができ、かつ蓄電池２の過充電状態が
解除された場合には燃料電池１はすみやかに定常運転に
入ることができる。燃料供給を停止してもしばらくの間
は燃料の温度が低下せず、すぐに反応できる温度状態に
あるからである。

この状態の時間はタイマ［１２で規定され、一定時間後
になお蓄電池２の過充電状態が解消されない場合にはＯ
ＦＦ状態にあった接点０番をＯＮＬ。

アノライトヒータ８をＯＮする。このヒータ８は燃料タ
ンク（図示せず）内の燃料をすぐ反応できる温度に保温
するためのもので、アノライト温度調節回路９の信号に
より接点Ω５を０Ｎ−ＯＦＦすることによりアノライト
温度を所定の一定値に保つようになっている。この状態
において蓄電池２の過充電が解除されれば、アノライト
温度が所定の値に保たれているため、すみやかに定常運
転に入ることができる。なお、蓄電池２の過充電状態が
解除されれば１回路はダミー抵抗５への通電の前の初期
状態すなわち各接点及びタイマーの初期設定状態に復帰
する。

第５図は本発明の他の実施例を示す。同図において、ア
ノライトを燃料電池１に循環するためのアノライトタン
ク１５は二重構造を成し、この二重構造の空隙部には蓄
熱剤等の保温材１６が満たされている。更にこの保温材
１６に接触するようにダミー抵抗５が設けられている。

そして、蓄電池２が過充電となりダミー抵抗５に通電さ
れた際。

その発熱は保温材１６に吸収される。この実施例によれ
ば、電池の運転停止中における温度保持のためのアノラ
イトヒータ８への通電時間が短縮され、電力のロスが低
減できる。保温材１６には熱容量が大であるものが好ま
しいが、電池運転温度付近で相変化を生じるものであれ
ば、更に好ましい。

〔発明の効果］ 本発明によれば、蓄電池の過充電によって生じるＨ２ガ
ス及びＯｚガス発生等の問題、回路を開路とすることに
よって生じる燃料電池の構成材料の電食の問題を回避で
き、しかも蓄電池への充電の必要が生じた場合にはすみ
やかに燃料電池を定常状態で稼動することができる。更
には、燃料電池の運転待機中の酸化剤供給回路及びアイ
ライト供給回路における電力消費を削減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による燃料電池電源システム
を示す回路図、第２図は第１図の回路の動作説明図、第
３図は燃料電池の出力電流密度と出力電圧の関係を示す
図、第４図は燃料電池の運転温度と出力電圧の関係を示
す図、第５図は本発明の他実施例を示す回路図である。 １・・・燃料電池、２・・・蓄電池、３・・・負荷、４
・・・過電圧制御回路、８・・・ダミー抵抗、６・・・
酸化剤供給回路、７・・・アノライト供給回路、８・・
・アノライトヒータ、９・・・アノライト温度調節回路
、１０〜１２・・・タイマ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料電池と蓄電池を組み合せた燃料電池電源システ
   ムにおいて、蓄電池が過充電に達したとき燃料電池と蓄
   電池の接続をＯＦＦにすると共に燃料電池とダミー抵抗
   との接続をＯＮとし、一定時間を経てなお過充電状態が
   継続しているとき前記ＯＦＦ及びＯＮを逆転してＯＮ及
   びＯＦＦにすると共に、燃料電池への酸化剤の供給を停
   止し、更に一定時間を経て過充電状態が継続するとき燃
   料電池への燃料の供給を停止し、更に一定時間経て過充
   電状態が継続するとき燃料タンク内の燃料を温度維持手
   段により所定温度に保持し、前記各段階のいずれかにお
   いて過充電状態が解除したとき初期状態に復帰すること
   を特徴とする燃料電池電源システム。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記燃料タンクを
   二重構造にすると共にその二重構造の空隙部に保温部材
   を充填し、この保温部材中に前記ダミー抵抗を配設した
   燃料電池電源システム。