WO2005006478A1 - 燃料電池および電圧供給方法 - Google Patents

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WO2005006478A1
WO2005006478A1 PCT/JP2004/007909 JP2004007909W WO2005006478A1 WO 2005006478 A1 WO2005006478 A1 WO 2005006478A1 JP 2004007909 W JP2004007909 W JP 2004007909W WO 2005006478 A1 WO2005006478 A1 WO 2005006478A1
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stack
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PCT/JP2004/007909
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Toshiyuki Matsuno
Chiaki Kanai
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Sony Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell and a voltage supply method, and more particularly to a fuel cell and a voltage supply method for supplying a current to a plurality of loads having different operating voltages.
  • a fuel cell is a power generation element that generates power by electrochemically reacting fuel with oxygen (oxidant gas).
  • Fuel cells have attracted attention in recent years as power generation elements that do not pollute the environment because the product generated by power generation is water.For example, fuel cells are used as drive power sources for driving automobiles and as household cogeneration systems. Attempts have been made to do so.
  • fuel cells as drive power supplies for portable electronic devices such as notebooks : portable computers, mobile phones, and PDAs (Personal Digital Assistants). Development is also being actively pursued. In such a fuel cell, it is important to be able to stably output the required power and to be portable in size and weight, and various technologies have been actively developed to meet such demands. ing.
  • each electric circuit is driven with a voltage suitable for each drive.
  • a personal computer Arithmetic elements are driven by a voltage of about 1.65 V to 3.3 V, and a voltage of about 5 V is used in the electric circuit on the logic board.
  • 12 V is used for electronic components that involve physical operations such as a magnetic storage device, and a liquid crystal display device or the like is operated by a voltage of one hundred and several hundred to several hundred V.
  • Such electric products are equipped with a power supply that supplies power within a predetermined voltage range, such as an AC adapter, a secondary battery, or a fuel cell. The output from the power supply is converted into a voltage by a step-down regulator and a step-up Each function is driven by the voltage suitable for the electric circuit.
  • FIG. 8 shows a conventional example in which a fuel cell is used as a power supply in an electric product having a plurality of electric circuits.
  • the fuel cell 10 has a stack cell structure in which a plurality of power generation elements are stacked, and the cells in each layer are connected in series to the current generated by the power generation.
  • the lowermost cell 11, which is one end of the fuel cell 10, is connected to the ground potential 12, and the electrode terminal 14 is connected to the uppermost cell 13, which is the multiterminal of the fuel cell 10.
  • a plurality of regulators which are voltage regulators for converting voltage, are connected in parallel to the electrode terminals 14.
  • each of the regulators 15 is a liquid crystal display device, and the regulator 16 is a drive system that performs physical movement.
  • the regulator 17 is connected to the logic board, and the regulator 18 is connected to the arithmetic element, and supplies a voltage suitable for each electric circuit.
  • the regulators 15, 16, 17, and 18 are connected to the electrode terminal 14, and perform voltage conversion by lowering or boosting the potential of the electrode terminal 14.
  • the voltage supplied from the fuel cell 10 to each of the regulators is substantially the same, but the voltage output from each regulator is different, so that the step-down rate of the voltage of the regulators 15, 16, 16, 17 and 18 There will be a large difference in the boost rate.
  • a fuel cell has a large voltage fluctuation due to a load current, so Supplying output to various electric circuits with one electrode terminal 14 affects the operation of the connected electric circuit to other electric circuits, making it difficult to minimize energy loss .
  • Supplying output to various electric circuits with one electrode terminal 14 affects the operation of the connected electric circuit to other electric circuits, making it difficult to minimize energy loss .
  • an object of the present invention is to provide a fuel cell and a voltage supply method capable of stably supplying power to various electric circuits. Disclosure of the invention
  • a fuel cell according to the present invention is a fuel cell having a stack cell structure in which a plurality of power generation elements are stacked, and a first power generation element included in the plurality of power generation elements is used for a first output.
  • a terminal is formed, a second output terminal is formed on a second power generation element included in the plurality of power generation elements, and a potential of the first output terminal and a potential of the second output terminal are determined.
  • each output terminal By forming output terminals on power generation elements in different layers of a fuel cell having a stacked cell structure, the potential of each output terminal corresponds to the number of layers of power generation cells connected in series. Therefore, the voltage obtained from each output terminal can be different, and by selecting the output terminal according to the voltage required by the connected electric circuit, the optimal voltage for the voltage conversion regulator can be obtained. Can be supplied.
  • the first output terminal may be connected to the first potential adjuster, and the second output terminal may be connected to the second potential adjuster. Further, the first potential regulator and the second potential regulator may have different voltage conversion rates.
  • a fuel cell having a stack cell structure in which a plurality of power generation elements are stacked, wherein a first power generation element included in the plurality of power generation elements has a first power generation element. An output terminal is formed, a second output terminal is formed on a second power generation element included in the plurality of power generation elements, an area of the first power generation element, and an area of the second power generation element. Is characterized by a difference.
  • each output terminal By forming output terminals on power generation elements in different layers of a fuel cell having a stacked cell structure, the potential of each output terminal corresponds to the number of layers of power generation cells connected in series. Therefore, the voltage obtained from each output terminal can be different, and by selecting the output terminal according to the voltage required by the connected electric circuit, the optimal voltage for the voltage conversion regulator can be obtained. Can be supplied.
  • a fuel cell of the present invention has a plurality of stack cells in which a plurality of power generation elements are stacked, and a power generation element constituting a first stack cell included in the plurality of stack cells.
  • the area is different from the area of a power generation element constituting a second stack cell included in the plurality of stack cells.
  • the potential supplied by each stack cell becomes different. Therefore, by selecting a stack cell according to the voltage required by the connected electric circuit, the optimal voltage can be supplied to the voltage conversion regulator.
  • the area of the power generation element constituting the first stack cell and the second stack cell By making the area of the power generating element constituting the tack cell different, it is possible to further adjust the current supplied by each stack cell.
  • a fuel cell having a stacked cell structure in which a plurality of power generating elements are stacked, wherein a first power generating element included in the plurality of power generating elements, a ground potential, And a second potential difference generated between a second power generation element included in the plurality of power generation elements and a ground potential, as an output voltage.
  • the current density per unit area of all power generation elements can be set to the same level
  • a stable power generation reaction can be continued.
  • a fuel cell of the present invention has a plurality of stack cells in which a plurality of power generation elements are stacked, and a power generation element constituting a first stack cell included in the plurality of stack cells.
  • the area and the area of the power generating element constituting the second stack cell included in the plurality of stack cells are substantially the same, the number of power generating elements constituting the first stack cell, and the second stack cell It is characterized in that the number of power generating elements that constitute the element is different.
  • the number of stacks that make up each stack cell even if the area of the power generating elements that make up each stack cell is approximately the same Therefore, the potential supplied by each stack cell becomes different. Therefore, by selecting a stack cell according to the voltage required by the connected electric circuit, the optimal voltage can be supplied to the voltage conversion regulation. Since the area of the power generation elements included in each stack cell is substantially the same, it is possible to reduce the cost by sharing parts and simplify the design and manufacture of the fuel cell. Becomes possible.
  • the fuel cell of the present invention has a first unit layer and a second unit layer configured by electrically connecting a power generation unit having a power generation element in series.
  • the number of power generation units forming the first unit layer is different from the number of power generation units forming the second unit layer.
  • the potential supplied by each unit layer becomes different. Therefore, by selecting the unit layer according to the voltage required by the connected electric circuit, it is possible to supply the optimum voltage to the voltage conversion regulator. By using common specifications for the number of power generation elements, output voltage, and area of power generation units included in each unit layer, it is possible to reduce costs by sharing parts. Thus, the design and manufacture of the fuel cell can be simplified.
  • a fuel cell according to the present invention has a plurality of power generation units mounted with power generation elements, and switches an electrical connection relationship between the plurality of power generation units.
  • the output voltage can be increased when the power generation units are connected in series, and the output current can be increased when the power generation units are connected in parallel.
  • Load situation It is possible to supply appropriate electric power according to the condition.
  • a voltage supply method comprising: switching an electrical connection between the plurality of power generation units in a fuel cell having a plurality of power generation units mounted with power generation elements. It is characterized by. By switching the electrical connection between the power generation units, the output voltage can be increased when the power generation units are connected in series, and the output current can be increased when the power generation units are connected in parallel. It is possible to supply appropriate power according to the load situation at the time.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of the fuel cell according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of the fuel cell according to the second embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the structure of the fuel cell according to the third embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the structure of the fuel cell according to the fourth embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the structure of the fuel cell according to the fifth embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the structure of the fuel cell according to the sixth embodiment.
  • FIG. 7A is a schematic diagram showing an electrical connection relationship in a case where power generation units of the fuel cell according to the sixth embodiment are connected in series
  • FIG. 7B is a schematic view showing the fuel connection according to the sixth embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an electrical connection relationship when the power generation units of the batteries are connected in parallel.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a conventional fuel cell having a stack cell structure and a voltage supply method. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a fuel cell according to the present embodiment.
  • the power generation unit 20 has a plurality of power generation elements for generating power with a joined body serving as a power generation body interposed between separators, and has a stack cell structure in which a plurality of power generation elements are connected in series.
  • the number of power generation elements forming the power generation unit 20 does not need to be the 11 layers shown in the figure, and a required number may be provided according to the output power required to drive various electronic devices. In the present embodiment, it is assumed that the power generation elements of each layer included in power generation unit 20 have the same area.
  • the lowermost power generation element 21 which is one end of the power generation unit 20 is connected to the ground potential 26.
  • Electrode terminals 22, 23, 24, and 25 are formed on the third, fifth, ninth, and uppermost power generation elements from the bottom, respectively. Further, the electrode terminals 22, 23, 24, 25 are connected to the regulators 30, 29, 28, 27 as potential adjusters for performing voltage conversion, respectively.
  • Each of the regulators is a member that converts a voltage output from the power generation unit 20 and supplies electric power suitable for various electric circuits.
  • the regulator 27 supplies a voltage of 120 to 210 V to the liquid crystal display device
  • the regulator Numeral 28 supplies a 12 V voltage to the drive circuit that performs physical motion
  • regulator 29 supplies a 5 V voltage to the logic port
  • regulator 30 supplies a 3.3 V voltage to the arithmetic element. Supply voltage.
  • Each power generating element constituting the stack cell structure is composed of two separators and a joined body sandwiched between the two separators. Although not shown, a fuel gas flow path and an air flow path are formed in the separator. By supplying air to the air flow path, the flow of air inside the power generation unit 20 is realized, and oxygen is supplied to the oxygen electrode of each power generation element. In addition, by supplying hydrogen, which is a fuel gas, to the fuel gas flow path, the flow of fuel inside the power generation unit 20 is realized, and fuel is supplied to the fuel electrode of each power generation element.
  • the joined body is formed by a solid polymer electrolyte membrane having ion conductivity when absorbing moisture, and electrodes sandwiching the solid polymer electrolyte membrane from both sides.
  • a solid polymer electrolyte membrane for example, a sulfonic acid-based solid polymer electrolyte membrane can be used.
  • an electrode supporting a catalyst for promoting a power generation reaction can be used as the electrode.
  • a sealing member that seals between the separator and the joined body when the stacked cell structure is formed as the power generation unit 20 is disposed near the periphery of the joined body.
  • the sealing member is made of a material that can sufficiently insulate the periphery of the separator and the periphery of the joined body. Further, as the sealing member, it is preferable to use a material having high thermal conductivity in order to enhance the heat radiation of the power generation unit 20, and a material having sufficient thermal conductivity and electrical insulation is preferable.
  • Hydrogen gas (H 2 ) generates protons at the fuel electrode of the assembly, and the dissociated protons (H +) move through the solid polymer electrolyte membrane toward the oxygen electrode. The moved proton reacts with oxygen (air) at the oxygen electrode of the bonded body, and an electromotive force is extracted.
  • the potential of the electrode terminal 22 is three layers of power generation elements. Is the sum of the electromotive forces of Similarly, the potential of the electrode terminals 23 is the sum of the electromotive forces of the five-layer power generation elements. This is the total value.
  • the potentials of the electrode terminals 22, 23, 24, 25 have different values, and different voltages are supplied to the regulators 30, 29, 28, 27 connected to them. become. That is, for example, if the electromotive force obtained from a single-layer power generation element is 0 to 6 V, the regulator 30 has 1.8 V, the regulator 29 has 3.0 V, and the regulator 28 has 5.5 V. A voltage of 6.6 V will be supplied to 4 V and the regulator 27.
  • the regulator 30 converts the voltage from 1.8 V to 3.3 V
  • the regulator 29 is from 3.0 V to 5 V
  • the regulator 28 is 5.4 V.
  • Regulator 27 from 6.6 V to 120
  • the regulator can be adjusted to an appropriate step-down rate and step-up rate.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of the fuel cell of the fuel cell according to the present embodiment.
  • the power generation section 40 has a plurality of power generation elements that generate power by sandwiching a joined body as a power generation body between separators, and forms a stack cell structure in which a plurality of power generation elements are connected in series. I have.
  • the power generating elements included in the power generating unit 40 include those having different areas as shown in the figure.
  • the number of power generating elements forming the power generating section 40 does not need to be the number of layers shown in the figure, but may be set to a required number according to the output power required to drive various electronic devices.
  • the lowermost power generation element 41 which is one end of the power generation section 40, is connected to the ground potential 46.
  • Electrode terminals 42, 43, 44, and 45 are formed on the fifth, seventh, eleventh, and uppermost power generation elements from the bottom, respectively. Also, the electrode terminals 42, 43, 44, and 45 are connected to regulators 50, 49, 48, and 47, respectively, as potential adjusters that perform voltage conversion.
  • the area of the power generating element constituting the power generating section 40 differs for each power generating element to which each electrode terminal is connected.
  • the area of the power generation elements that form the bottom layer to the fifth layer is the largest
  • the area of the power generation elements that form the sixth and seventh layers is the next largest
  • from the eighth layer 11 The area of the power generation elements that make up the first layer is the next largest
  • the area of the power generation elements that make up the 12th to 18th layers is the smallest.
  • Each of the regulators is a member that converts a voltage output from the power generation unit 40 and supplies electric power suitable for various electric circuits.
  • Regulator 47 supplies a voltage of 120 V to 210 V to the liquid crystal display device
  • a regulator 48 supplies a voltage of 12 V to the drive system circuit that performs physical motion
  • a regulator 49 supplies logic.
  • the board supplies a voltage of 5 V
  • the regulator 50 supplies a voltage of 3.3 V to the arithmetic element.
  • each power generation element and the power generation reaction in the power generation unit 40 are the same as in the above-described first embodiment, and thus description thereof will be omitted.
  • the potential of the electrode terminal 42 is five layers of power generation elements. Is the sum of the electromotive forces of Similarly, the potential of the electrode terminals 43 is the sum of the electromotive forces of the power generating elements up to seven layers, and the electrode terminal 44 is the eleventh layer and the electrode terminal 45 is the power generating element of the eight layers. This is the sum of the power.
  • the potentials of the electrode terminals and the terminals 42, 43, 44, 45 have different values, and different voltages are supplied to the regulators 50, 49, 48, 47 connected to the respective terminals. Will be.
  • the current generated by the power generation in the lowermost power generation element flows through the power generation elements in each layer connected in series from the electrode terminals 42, 43, 44, 45 to the electric circuit. Go.
  • a current generated by power generation in the first-layer power generating element having the electrode terminal 44 flows from the electrode terminal 44 and the ground terminal 46 to the electric circuit.
  • the electromotive force generated by the power generating element is related to the area of the joined body, and the current generated by the power generating element located on the side closer to the ground potential 46 is connected to the electric circuit from a plurality of electrode terminals.
  • the area of the power generating element on which each electrode terminal is formed the current density flowing per unit area of all the power generating elements can be set to be substantially the same.
  • the efficiency of power generation by a power generating element changes depending on the power generation environment such as current density and temperature.
  • the degree of deterioration of the solid polymer electrolyte membrane included in the power generation element differs depending on the current density, the current density flowing per unit area of the power generation element in each layer is made substantially the same, so that the The state of the solid polymer electrolyte membrane contained in can be made substantially uniform.
  • the current density flowing per unit area of each power generating element can be set to the same level, and the power generation environment in each power generating element can be made substantially the same. As a result, it is possible to continue a stable power generation reaction.
  • the regulator can have an appropriate step-down rate and step-up rate. Can be set to
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of the fuel cell of the fuel cell according to the present embodiment.
  • the power generation section 60 has a structure in which a plurality of stack cells 61, 62, 63, and 64 are individually formed. Each of the stack cells 61, 62, 63, and 64 has a plurality of power generating elements that generate power by sandwiching a joined body as a power generator between separators, and a plurality of power generating elements are connected in series. It has a stacked cell structure.
  • the number of stack cells and the number of power generation elements forming the power generation unit 60 do not need to be the numbers shown in the figure, but can be set as required in accordance with the output power required to drive various electronic devices. Good.
  • the power generation elements included in the stack cells 61, 62, 63, and 64 have the same area in substantially the same stack cell. Therefore, different stack cells have different areas. Also, the number of power generation elements included in each stack cell is different.
  • the power generating element arranged in the lowermost layer of the stack cell 61 is connected to the ground potential 65, and the power generating element arranged in the uppermost layer is formed with an electrode terminal 66.
  • the power generating elements arranged in the lowermost layers of the stacked cells 62, 63, and 64 are connected to the ground potentials 67, 69, and 71, respectively, and the power generating elements arranged in the uppermost layer are respectively connected to the electric power generating elements.
  • Electrode terminals 68, 70 and 72 are formed.
  • the electrode terminals 66, 68, 70, and 72 are connected to regulators 73, 74, 75, and 76, respectively, as potential adjusters for performing voltage conversion.
  • Each of the regulators is a member that converts a voltage output from the power generation unit 60 and supplies electric power suitable for various electric circuits.
  • the regulator 73 supplies a voltage of 120 to 210 V to the liquid crystal display device
  • the regulator 74 supplies a voltage of 12 V to the drive circuit that performs physical movement
  • the regulator 7 5 supplies a voltage of 5 V to the logic board
  • a regulator 76 supplies a voltage of 3.3 V to the arithmetic element.
  • each stack cell The area and the number of layers of the power generation element included in each stack cell are different from each other. Therefore, the potentials of the electrode terminals 66, 68, 70, and 72 have different values, and different voltages are supplied to the regulators 73, 74, 75, and 76 connected to the respective terminals. become.
  • the current density flowing per unit area of each power generation element can be set to the same level. Since the power generation environment of each power generation element can be made substantially the same, a stable power generation reaction can be continuously performed.
  • the voltage supplied to each regulator will be the optimal voltage.
  • the regulator can be set to an appropriate step-down rate and step-up rate.
  • each stack cell since each stack cell is formed individually, each stack cell can be reduced in size, and when mounted on an electric device, the free space of the device can be effectively used.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration of the fuel cell of the fuel cell according to the present embodiment.
  • the power generation section 80 has a structure in which a plurality of stack cells 81, 82, 83, 84 are individually formed.
  • Each of the stack cells 81, 82, 83, 84 has a plurality of power generating elements that generate power by sandwiching a joined body as a power generator between separators, and a plurality of power generating elements are connected in series. It has a stacked cell structure.
  • the number of stack cells and the number of power generating elements forming the power generation unit 80 need not be the numbers shown in the figure, but can be set as required according to the output power required to drive various electronic devices. Good.
  • the power generation elements included in the stack cells 81, 82, 83, 84 have substantially the same area. Also, the number of power generation elements included in each stack cell is different.
  • the power generating element arranged in the lowermost layer of the stack cell 81 is connected to the ground potential 85, and the electrode element 86 is formed in the power generating element arranged in the uppermost layer.
  • the power generation elements arranged in the lowermost layer of the stack cells 82, 83, 84 are connected to the ground potentials 87, 89, 91, respectively, and the power generation elements arranged in the uppermost layer respectively have Electrode terminals 88, 90, and 92 are formed.
  • the electrode terminals 86, 88, 90, and 92 have voltage conversion, respectively.
  • Regulators 93, 94, 95, and 96 are connected as potential regulators that perform the operations.
  • Each of the regulators is a member that converts a voltage output from the power generation unit 80 and supplies electric power suitable for various electric circuits.
  • the regulator 93 supplies a voltage of 120 V to 210 V to the liquid crystal display device
  • the regulator 94 supplies a voltage of 12 V to the drive system circuit that performs physical movement
  • the regulator 9 5 supplies a voltage of 5 V to the logic board
  • a regulator 96 supplies a voltage of 3.3 V to the arithmetic element.
  • the area of the power generation elements included in each stack cell is substantially the same, but the number of layers of the power generation elements included in each stack cell is different. Therefore, the potentials of the electrode terminals 86, 88, 90, 92 have different values, and different voltages are supplied to the regulators 93, 94, 95, 96 connected to them. become.
  • the regulator can be set to an appropriate step-down rate and step-up rate. Can be done.
  • each stack cell since each stack cell is formed individually, each stack cell can be reduced in size, and when mounted on an electric device, the free space of the device can be effectively used. Further, since the area of the power generating element included in each stack cell is substantially the same, the design and manufacture of the fuel cell are simplified.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of the fuel cell of the fuel cell according to the present embodiment.
  • the power generation unit 100 has a structure in which a plurality of unit layers 101, 102, 103, and 104 are individually formed. Each unit layer 101, 102, 103, 104 is composed of a plurality of power generation units 117 electrically connected in series. Note that the number of unit layers and the number of power generation units forming the power generation unit 100 do not need to be the numbers shown in the figure, and are required in accordance with the output power required to drive various electronic devices. It is sufficient to install as many as.
  • the power generation unit i7 is equipped with a power generation element of a fuel cell, and is a member that generates electric power by supplying fuel and oxygen and supplies current.
  • the power generation units 117 included in the unit layers 101, 102, 103, and 104 are all designed with the same specifications, and the number of mounted power generation elements is the same. However, the area of the power generating element may be substantially the same, and may supply substantially the same output voltage or substantially the same output current.
  • the power generating unit 117 disposed at the lowermost layer of the unit layer 101 is connected to the ground potential 105, and the power generating element disposed at the uppermost layer is provided with an electrode terminal 106.
  • the power generation units 117 arranged at the lowest layer of the unit layers 102, 103, and 104 are connected to the ground potentials 107, 109, and 111, respectively.
  • Electrode terminals 108, 110, and 112 are formed on the power generation unit arranged in the uppermost layer, respectively.
  • the electrode terminals 106, 108, 110, and 112 have regulators 113, 114, 115, and 116, respectively, as potential adjusters that perform voltage conversion. It is connected.
  • Each of the regulators is a member that converts a voltage output from the power generation unit 100 and supplies electric power suitable for various electric circuits.
  • the regulator 113 supplies a voltage of 120 to 210 V to the liquid crystal display device, and
  • the regulator 114 supplies a 12 V voltage to the drive circuit that performs physical motion,
  • the regulator 115 supplies a 5 V voltage to the logic board, and
  • the regulator 116 provides an arithmetic element Supply a voltage of 3.3 V.
  • the output of power generation units 117 included in each unit is almost the same, but the number of power generation units 117 included in each unit is different. is there. Therefore, the potentials of the electrode terminals 1 ⁇ 6, 1 108, 110, and 112 have different values, and the regulators 113, 114, 115, and 116 connected to each other are different. A different voltage is also supplied to this.
  • the regulator can be set to an appropriate step-down rate and step-up rate. Can be done. Also, by making the specifications of the power generation units 117 included in each unit layer the same, it is possible to reduce the cost by sharing parts, and to design and manufacture the fuel cell. It will be simple.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a fuel cell of the fuel cell according to the present embodiment.
  • the power generation unit 120 includes power generation units 122, 122, and 123, and connects the positive and negative poles of each power generation unit to each other by electric wiring.
  • the configuration is such that the current paths are switched by switching the connection direction of the switching switches 124, 125, 126, 127.
  • Switching switches 124, 125, 126, 127 are, for example, low-resistance semiconductors. It is assumed that the switch is formed of a switch.
  • Each of the power generation units 121, 122, and 123 is equipped with a fuel cell power generation element, and is a member that generates electric power by supplying fuel and oxygen and supplies current.
  • the number of power generation units forming the power generation unit 120 does not need to be the number shown in the figure, but may be set to a required number according to the output power required to drive various electronic devices.
  • FIG. 6 shows an example in which only the power generation unit is mounted on the power generation unit 120, but a part of the power generation unit is replaced by a secondary battery such as a lithium ion battery, and the power generation unit and the secondary battery are used.
  • a mixed power generation unit may be configured.
  • the control unit 128 monitors the driving condition of the load side to which the power generation unit 120 supplies power, and controls the connection of the switching switches 124, 125, 126, and 127. It is.
  • the output mode of the power generation unit 120 corresponding to the driving situation on the load side is recorded in the control unit 128 in advance, and the output mode of the power generation unit 120 is changed when the driving situation on the load side changes. In order to do so, change the connection direction of each switch as appropriate.
  • Fig. 6 shows a configuration in which the connection direction of the switching switches 124, 125, 126, and 127 is switched by the control unit 128, but the configuration is such that the user manually switches each switching switch. Is also good.
  • the power generating unit 122 has a positive pole connected to the switching switch 124 and a negative pole connected to the installation potential switching switch 125.
  • the positive pole of the generator unit 122 is connected to the switching switches 124, 126, and the negative pole is connected to the switching switches 125, 127.
  • the positive pole of the generator unit 123 is connected to the switching switch 126 and the regulator load, and the negative pole is connected to the switching switch 127.
  • the power generation unit By supplying fuel and oxygen to each power generation unit, the power generation unit mounted on the power generation unit When the switching elements 124, 125, 126, and 127 are switched in the directions a and b in the figure, the electrical wiring is connected, and the power is connected to the regulator or load. Current is supplied. At this time, the electrical connection between the power generation units is switched by appropriately selecting the direction of each switching switch.
  • FIGS. 7A and 7B are diagrams showing an example in which the electrical connection relationship between the power generation units is switched by switching each switching switch.
  • FIG. 7A shows the current flow when the switching switches 124, 125, 126, 127 in FIG. 6 are connected in the a direction, respectively
  • FIG. 7B shows the switching flow in FIG. , 1, 2, 1 2 6, and 1 2 7 are connected in the b direction, respectively.
  • the voltage output to the regulator or load side is the voltage generated by each power generation unit. It is the sum of the power. Therefore, power can be supplied in an output mode suitable for a case where the load side requires a larger voltage than a large current.
  • the power generation units 121, 122, and 123 are connected in parallel as shown in Fig. 7B, the current output to the regulator or the load side is the current generated by each power generation unit. Is the sum of Therefore, power can be supplied in an output mode suitable for a case where the load side requires a larger current than a large voltage.
  • Figure 7 shows an example in which there are three power generation units and the switching switches 124, 125, 126, 127 are all connected in the a or b direction.
  • the switching switches may be connected so that two of them are connected in parallel, and the switching switches may be connected so that two power generating units connected in parallel are connected in series.
  • Two power generation units are connected in parallel, and the other two power generation units are connected in series.
  • the voltage can be halved and the current can be doubled compared to connecting all four units in series.
  • by appropriately selecting the connection direction of each switching switch it is possible to switch the electrical connection relationship between the power generation units and select the output mode.
  • the output voltage can be increased when the power generation units are connected in series, and the output current can be increased when the power generation units are connected in parallel. It is possible to supply appropriate power according to the load situation at the time.
  • each output terminal By forming output terminals on power generation elements in different layers of a fuel cell having a stacked cell structure, the potential of each output terminal corresponds to the number of layers of power generation cells connected in series. Therefore, the voltage obtained from each output terminal can be different, and by selecting the output terminal according to the voltage required by the connected electric circuit, the optimal voltage for the voltage conversion regulator can be obtained. Can be supplied.
  • the first output terminal may be connected to the first potential adjuster, and the second output terminal may be connected to the second potential adjuster. Further, the first potential regulator and the second potential regulator may have different voltage conversion rates.
  • each output terminal By forming output terminals on power generation elements in different layers of a fuel cell having a stacked cell structure, the potential of each output terminal corresponds to the number of layers of power generation cells connected in series. Therefore, the voltage obtained from each output terminal can be different, and by selecting the output terminal according to the voltage required by the connected electrical circuit, the optimal voltage for the voltage conversion regulation Can be supplied.
  • each stack cell By forming a plurality of stack cells and making the area of the power generating element constituting each stack cell different, the potential supplied by each stack cell becomes different. Therefore, by selecting a stack cell according to the voltage required by the connected electric circuit, it is possible to supply the optimal voltage to the voltage conversion regulator.
  • each stack cell supplies a different number of stacks. The potentials will be different. Therefore, by selecting a stack cell according to the voltage required by the connected electric circuit, the optimal voltage can be supplied to the voltage conversion regulator. Since the area of the power generation elements included in each stack cell is substantially the same, it is possible to reduce the cost by sharing parts and simplify the design and manufacture of the fuel cell. It becomes possible.
  • the potential supplied by each unit layer becomes different. Therefore, by selecting the unit layer according to the voltage required by the connected electric circuit, it is possible to supply the optimal voltage to the voltage conversion regulator. By using common specifications for the number of power generation elements, output voltage, and area of power generation units included in each unit layer, it is possible to reduce costs by sharing parts. Thus, the design and manufacture of the fuel cell can be simplified. By switching the electrical connection between the power generation units, the output voltage can be increased when the power generation units are connected in series, and the output current can be increased when the power generation units are connected in parallel. It is possible to supply appropriate electric power according to the load condition of the vehicle. Industrial applicability
  • each output terminal By forming output terminals on power generation elements in different layers of a fuel cell having a stacked cell structure, the potential of each output terminal corresponds to the number of layers of power generation cells connected in series. Therefore, the voltage obtained from each output terminal can be different, and by selecting the output terminal according to the voltage required by the connected electric circuit, the optimal voltage for the voltage conversion regulator can be obtained. Can be supplied.

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Abstract

様々な電気回路に対して安定した電力供給を行うことが可能な燃料電池および電圧供給方法を提供する。スタックセル構造の燃料電池の異なる層の発電素子に出力用端子を形成し、それぞれの出力用端子の電位を直列に接続された発電セルの層数に対応したものとする。このとき、出力用端子ごとに許容電圧範囲が異なる電位調整器を接続する。また、各電位調整器は電圧の変換率が異なる。また、発電素子を搭載した複数の発電ユニット間の電気的な接続関係を切り替えると、発電ユニットを直列接続とした状態では出力電圧を大きくし、発電ユニットを並列接続した状態では出力電流を大きくすることができ、使用時の負荷の状況に応じて適切な電力を供給することが可能となる。

Description

燃料電池および電圧供給方法
技術分野
明
本発明は、 燃料電池および電圧供給方法に関し、 複数の特に異なる動 作電圧の負荷に対して電流を供給す田るための燃料電池おょぴ電圧供給方
1
法に関するものである。 書
背景技術
燃料電池は、 燃料と酸素 （酸化剤ガス） を電気化学的に反応させるこ とにより発電を行う発電素子である。 燃料電池は、 発電により生成され る生成物が水であることから環境を汚染することがない発電素子として 近年注目されており、 例えば自動車を駆動するための駆動電源や家庭用 コジエネレーショ ンシステムとして使用する試みが行われている。
さらに、 上述の自動車駆動用の駆動電源等に止まらず、 例えばノート' : 型パソコン、 携帯電話及ぴ P D A (P e r s o n a l D i g i t a l A s s i s t a n t ) などの携帯型電子機器の駆動電源としての燃料電 池の開発も活発に行われている。 このような燃料電池においては、 所要 の電力を安定して出力できるとともに、 携帯可能なサイズ及ぴ重量とさ れることが重要となり、 このような要求に対応するべく各種技術開発が 盛んに行われている。
また、 近年の電気製品は多機能化や高性能化の要請に応えるために、 機能ごとに複数の電気回路を備えるものがあり、 各電気回路をそれぞれ の駆動に適した電圧で駆動している。 例えばパーソナルコンピュータは 演算素子などが 1 . 6 5 V〜 3 . 3 V程度の電圧によって駆動され、 口 ジックボード上の電気回路では 5 V程度の電圧が用いられる。 また、 磁 気記憶装置などの物理的な動作を伴う電子部品では 1 2 Vが用いられ、 液晶表示装置などでは百数十〜二百数十 Vの電圧によって動作している。 このような電気製品では、 A Cアダプターや二次電池、 燃料電池などの 所定の電圧範囲の電力を供給する電源を備えており、 電源から出力を降 圧レギュレータゃ昇圧レギユレータで電圧変換して、 各電気回路に適し た電圧でそれぞれの機能を駆動している。
複数の電気回路を備える電気製品で電源として燃料電池を用いる場合 の従来例を図 8に示す。 燃料電池 1 0は複数の発電素子を積層したスタ ックセル構造を有しており、 各層のセルが発電する電流に対して直列に 接続されている。 燃料電池 1 0の一端である最下層セル 1 1は接地電位 1 2に接続されており、 燃料電池 1 0の多端である最上層セル 1 3には 電極端子 1 4が接続されている。
電極端子 1 4には、 電圧を変換する電位調整器であるレギユレータが 並列に複数接続されており、 例えば、 それぞれレギユレータ 1 5は液晶 表示装置に、 レギユレータ 1 6は物理的な運動をする駆動系回路に、 レ ギユレータ 1 7はロジックボードに、 レギユレータ 1 8は演算素子に接 続され、 それぞれの電気回路に適した電圧を供給する。 ·
レギユレータ 1 5， 1 6， 1 7， 1 8は電極端子 1 4に接続されてお り、 電極端子 1 4の電位から降圧または昇圧をおこなって電圧の変換を 行うことになる。 各レギユレータが燃料電池 1 0から供給される電圧は 略同一であるのに対して、各レギュレータが出力する電圧が異なるため、 レギユレータ 1 5， 1 6， 1 7， 1 8の電圧の降圧率や昇圧率に大きな 差が生じることになる。
また、 一般的に燃料電池は負荷電流による電圧変動が大きいため、 単 一の電極端子 1 4で様々な電気回路に対する出力を供給することで、 接 続された電気回路の動作の影響が他の電気回路にも及んでしまい、 エネ ルギー損失を最小に抑えることが難しい。 また、 同様の理由によって、 発電素子の状態にも大きく影響を与えて発電効率が低下してしまう とい う問題があった。
したがって本願発明は、 様々な電気回路に対して安定した電力供給を 行うことが可能な燃料電池および電圧供給方法を提供することを課題と する。 発明の開示
上記課題を解決するために本願発明の燃料電池は、 複数の発電素子を 積層したスタックセル構造の燃料電池であって、 前記複数の発電素子に 含まれる第一の発電素子に第一の出力用端子が形成され、 前記複数の発 電素子に含まれる第二の発電素子に第二の出力用端子が形成され、 前記 第一の出力用端子の電位と前記第二の出力用端子の電位とが異なること を特徴とする。
スタックセル構造の燃料電池の異なる層の発電素子に出力用端子を形 成することによって、 それぞれの出力用端子の電位は直列に接続された 発電セルの層数に対応したものになる。 したがって、 それぞれの出力用 端子から得られる電圧を異なるものとすることができ、 接続される電気 回路が必要としている電圧に応じて出力用端子を選択することで、 電圧 変換用レギユレータに最適な電圧を供給する事が出来る。
このとき、 第一の出力用端子は第一の電位調整器に接続され、 第二の 出力用端子は第二の電位調整器に接続されているとしてもよい。 また、 第一の電位調整器と第二の電位調整器とは、 電圧の変換率が異なるとし てもよい。 また、 上記課題を解決するために本願発明の燃料電池は、 複数の発電 素子を積層したスタックセル構造の燃料電池であって、 前記複数の発電 素子に含まれる第一の発電素子に第一の出力用端子が形成され、 前記複 数の発電素子に含まれる第二の発電素子に第二の出力用端子が形成され、 前記第一の発電素子の面積と、 前記第二の発電素子の面積とが異なるこ とを特徴とする。
スタックセル構造の燃料電池の異なる層の発電素子に出力用端子を形 成することによって、 それぞれの出力用端子の電位は直列に接続された 発電セルの層数に対応したものになる。 したがって、 それぞれの出力用 端子から得られる電圧を異なるものとすることができ、 接続される電気 回路が必要としている電圧に応じて出力用端子を選択することで、 電圧 変換用レギュレータに最適な電圧を供給する事が出来る。
また、 発電素子の面積を異なるものとすることで、 全ての発電素子の 単位面積あたりに流れる電流密度を同程度に設定することが可能となり、 安定した発電反応を継続することが可能となる。
また、 上記課題を解決するために本願発明の燃料電池は、 複数の発電 素子を積層した複数のスタックセルを有し、 前記複数のスタックセルに 含まれる第一のスタックセルを構成する発電素子の面積と、 前記複数の スタックセルに含まれる第二のスタックセルを構成する発電素子の面積 とが異なることを特徴とする。
複数のスタックセルを形成し、 各スタックセルを構成するスタック数 を異なるものにすることによって、 それぞれのスタックセルが供給する 電位は異なるものとなる。 したがって、 接続される電気回路が必要とし ている電圧に応じてスタックセルを選択することで、 電圧変換用レギュ レータに最適な電圧を供給する事が出来る。
このとき、 第一のスタックセルを構成する発電素子面積と、 第二のス タックセルを構成する発電素子面積とを異なるものとすることで、 さら に各スタックセルが供給する電流を調整することが可能となる。
また、 上記課題を解決するために本願発明の電圧供給方法は、 複数の 発電素子を積層したスタックセル構造を有する燃料電池において、 前記 複数の発電素子に含まれる第一の発電素子と接地電位との間に発生する 第一の電位差と、 前記複数の発電素子に含まれる第二の発電素子と接地 電位との間に発生する第二の電位差を出力電圧とすることを特徴とする。 スタックセル構造の燃料電池の異なる層の電位を出力することで、 出 力される電圧は直列に接続された発電セルの層数に対応したものになる。 したがって、それぞれから得られる電圧を異なるものとすることができ、 接続される電気回路が必要としている電圧に応じて電位を取り出す層位 置を選択することで、 電圧変換用レギュレータに最適な電圧を供給する 事が出来る。
このとき、 第一の発電素子と、 第二の発電素子に異なる面積の発電素 子を配置することで、 全ての発電素子の単位面積あたりに流れる電流密 度を同程度に設定することが可能となり、 安定した発電反応を継続する ことが可能となる。
また、 上記課題を解決するために本願発明の燃料電池は、 複数の発電 素子を積層した複数のスタックセルを有し、 前記複数のスタックセルに 含まれる第一のスタックセルを構成する発電素子の面積と、 前記複数の スタックセルに含まれる第二のスタックセルを構成する発電素子の面積 とが略同一であり、 前記第一のスタックセルを構成する発電素子数と、 前記第二のスタックセルを構成する発電素子数とが異なることを特徴と する。
複数のスタックセルを形成したとき、 各スタックセルを構成する発電 素子の面積が略同一であっても、 各スタックセルを構成するスタック数 を異なるものにすることによって、 それぞれのスタックセルが供給する 電位は異なるものとなる。 したがって、 接続される電気回路が必要とし ている電圧に応じてスタックセルを選択することで、 電圧変換用レギュ レークに最適な電圧を供給する事が出来る。 各スタックセルに含まれる 発電素子の面積が略同一であることで、 部品の共通化を図ってコス トの 低減を行うことが可能になり、 燃料電池の設計および製造を簡便なもの にすることが可能となる。
また、 上記課題を解決するために本願発明の燃料電池は、 発電素子を 搭載した発電ュニッ トを電気的に直列接続して構成される第一のュニッ ト層および第二のユニッ ト層を有し、 前記第一のユニッ ト層を構成する 発電ュニッ ト数と、 前記第二のュニッ ト層を構成する発電ュニッ ト数と が異なることを特徴とする。
複数のュニッ ト層を構成する発電ュニッ ト数を異なるものにすること によって、 それぞれのュニッ ト層が供給する電位は異なるものとなる。 したがって、 接続される電気回路が必要としている電圧に応じてュニッ ト層を選択することで、 電圧変換用レギュレータに最適な電圧を供給す る事が出来る。 各ュニッ ト層に含まれる発電ュニッ トの発電素子数や出 力電圧や発電素子の面積を共通の仕様とすることで、 部品の共通化を図 つてコス トの低減を行うことが可能になり、 燃料電池の設計および製造 を簡便なものにすることが可能となる。
また、 上記課題を解決するために本願発明の燃料電池は、 発電素子を 搭載した複数の発電ュニットを有し、 前記複数の発電ュニッ ト間の電気 的な接続関係を切り替えることを特徴とする。
発電ュニッ ト間の電気的接続関係を切り替えることで、 発電ュニッ ト を直列接続とした状態では出力電圧を大きく し、 発電ユニットを並列接 続した状態では出力電流を大きくすることができ、 使用時の負荷の状況 に応じて適切な電力を供給することが可能となる。
また、 上記課題を解決するために本願発明の電圧供給方法は、 発電素 子を搭載した複数の発電ュニッ トを有する燃料電池において、 前記複数 の発電ュニッ ト間の電気的な接続関係を切り替えることを特徴とする。 発電ュュッ ト間の電気的接続関係を切り替えることで、 発電ュニッ ト を直列接続とした状態では出力電圧を大きく し、 発電ュニッ トを並列接 続した状態では出力電流を大きくすることができ、 使用時の負荷の状況 に応じて適切な電力を供給することが可能となる。 図面の簡単な説明
図 1は、 第一の実施の形態における燃料電池の構造を示す模式図であ る。
図 2は、 第二の実施の形態における燃料電池の構造を示す模式図であ る。
図 3は、 第三の実施の形態における燃料電池の構造を示す模式図であ る。
図 4は、 第四の実施の形態における燃料電池の構造を示す模式図であ る。
図 5は、 第五の実施の形態における燃料電池の構造を示す模式図であ る。
図 6は、 第六の実施の形態における燃料電池の構造を示す模式図であ る。
図 7 Aは、 第六の実施の形態における燃料電池の発電ュニッ ト間を直 列接続した場合の電気的接続関係を示す模式図であり、 図 7 Bは、 第六 の実施の形態における燃料電池の発電ュニッ ト間を並列接続した場合の 電気的接続関係を示す模式図である。 図 8は、 従来のスタックセル構造を有する燃料電池と電圧供給方法を 説明する模式図である。 発明を実施するための最良の形態
[第一の実施の形態]
以下、 本願発明を適用した燃料電池および電圧供給方法について、 図 面を参照しながら詳細に説明する。 なお本願発明は、 以下の記述に限定 されるものではなく、 本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更 可能である。
図 1は、 本実施の形態における燃料電池の構成を示す模式図である。 発電部 2 0は、 セパレータの間に発電体としての接合体が挟み込まれて 発電を行う発電素子を複数有し、 複数の発電素子が直列に接続されたス タックセル構造を成している。 なお、 発電部 2 0を形成する発電素子数 は図中に示す 1 1層である必要はなく、 各種電子機器を駆動するために 必要な出力電力に合わせて所要の数だけ設置すればよい。 本実施の形態 では、 発電部 2 0に含まれている各層の発電素子はそれぞれ同等の面積 を有しているとする。
発電部 2 0の一端である最下層の発電素子 2 1は、 接地電位 2 6に接 続されている。 また、 下から 3層目、 5層目、 9層目、 最上層の発電素 子には、 それぞれ電極端子 2 2， 2 3， 2 4， 2 5が形成されている。 また、 電極端子 2 2， 2 3， 2 4， 2 5には、 それぞれ電圧の変換をお こなう電位調整器としてレギユレータ 3 0， 2 9， 2 8， 2 7が接続さ れている。
各レギユレータは、 発電部 2 0から出力された電圧を変換して、 様々 な電気回路に適した電力を供給する部材である。 例えば、 レギユレータ 2 7は液晶表示装置に 1 2 0〜 2 1 0 Vの電圧を供給し、 レギュレータ 2 8は物理的な運動をする駆動系回路に 1 2 Vの電圧を供給し、 レギュ レータ 2 9はロジックポードに 5 Vの電圧を供給し、 レギュレーク 3 0 は演算素子に 3 . 3 Vの電圧を供給する。
スタックセル構造を構成する各発電素子は、 2つのセパレータと、 こ れら 2つのセパレータの間に挟持される接合体とから構成される。また、 セパレータには、 図示していないが燃料ガス流路及び空気流路が形成さ れている。 空気流路に空気が供給されることにより、 発電部 2 0の内部 における空気の流動が実現され、 各発電素子の酸素極に酸素が供給され る。 また、 燃料ガス流路に燃料ガスである水素などが供給されることに より、 発電部 2 0の内部における燃料の流動が実現され、 各発電素子の 燃料極に燃料が供給される。
接合体は、吸湿した際にイオン伝導性を有する固体高分子電解質膜と、 この固体高分子電解質膜を両面から挟み込む電極とによって形成される。 固体高分子電解質膜としては、 例えばスルホン酸系の固体高分子電解質 膜を用いることができる。 また、 電極としては、 発電反応を促進するた めの触媒が担持された電極を用いることができる。
また、 接合体の周縁付近には、 発電部 2 0としてスタックセル構造を 形成した際に、 セパレータと接合体との間を封止する封止部材が配置さ れる。 この封止部材は、 セパレータの周縁部と接合体の周縁部とを十分 に絶縁することができる材質から構成される。また、封止部材としては、 発電部 2 0の放熱性を高めるために高い熱伝導性を有する材質を用いる ことが好ましく十分な熱伝導性及び電気的絶縁性を有する材質が好適で ある。
各発電素子では、 燃料ガス流路を介して接合体の燃料極が燃料を受け 取り、 空気流路を介して接合体の酸素極が酸素を受け取ることで、 接合 体において H 2→ 2 H + + 2 e一の如き反応と l / 2 0 2 + 2 H + + 2 e ― = H 2 0の如き反応が起こり、結果として水が生成される。水素ガス（H 2 ) が接合体の燃料極でプロ トンを発生させ、 解離したプロ トン （H + ) は固体高分子電解質膜の膜中を酸素極側に移動する。 この移動したプロ トンは、 接合体の酸素極で酸素 （空気） と反応して、 これにより起電力 が取り出される。
電極端子 2 2は接地電位 2 6に接続された最下層の発電素子から 3層 分の発電素子を直列に接続した位置に形成されているため、 電極端子 2 2の電位は 3層の発電素子の起電力を合計した値となる。 同様にして、 電極端子 2 3の電位は 5層の発電素子の起電力を合計した値であり、 電 極端子 2 4は 9層、 電極端子 2 5は 1 1層の発電素子の起電力を合計し た値である。
したがって、 電極端子 2 2， 2 3， 2 4， 2 5の電位は各々異なる値 となり、 それぞれに接続されているレギユレータ 3 0， 2 9， 2 8， 2 7にも異なる電圧が供給されることになる。 つまり、 例えば 1層の発電 素子から得られる起電力を 0 - 6 Vであるとすると、 レギユレータ 3 0 には 1 . 8 V、 レギユレータ 2 9には 3 . 0 V、 レギユレータ 2 8には 5 . 4 V、 レギユレータ 2 7には 6 . 6 Vの電圧が供給されることにな る。
上述した例の場合には、 レギユレータ 3 0は 1 . 8 Vから 3 . 3 Vへ の電圧変換を行い、 レギユレータ 2 9は 3 . 0 Vから 5 V、 レギユレ一 タ 2 8は 5 . 4 Vから 1 2 V、 レギユレータ 2 7は 6 . 6 Vから 1 2 0
〜 2 1 0 Vの変換を行うことになる。
このようにして、 各レギュレータへ供給される電圧値として最適な電 圧となるように、 スタックセルに含まれる複数の発電素子に出力用端子 を設けることにより、 レギユレータを適切な降圧率および昇圧率に設定 することが出来る。 [第二の実施の形態]
次に本発明の他の実施の形態として、 スタックセル構造を構成する発 電素子の面積が異なる燃料電池および電圧供給方法について説明する。 なお、上述した第一の実施の形態と同様の部材に関する説明は省略する。 図 2は、 本実施の形態における燃料電池の燃料電池の構成を示す模式 図である。 発電部 4 0は、 セパレータの間に発電体としての接合体が挟 み込まれて発電を行う発電素子を複数有し、 複数の発電素子が直列に接 続されたスタックセル構造を成している。 また、 発電部 4 0に含まれる 発電素子は、 図に示すように異なる面積のものが含まれている。 なお、 発電部 4 0を形成する発電素子数は図中に示す層数である必要はなく、 各種電子機器を駆動するために必要な出力電力に合わせて所要の数だけ 設置すればよい。
発電部 4 0の一端である最下層の発電素子 4 1は、 接地電位 4 6に接 続されている。 また、 下から 5層目、 7層目、 1 1層目、 最上層の発電 素子には、それぞれ電極端子 4 2， 4 3， 4 4， 4 5が形成されている。 また、 電極端子 4 2， 4 3， 4 4， 4 5には、 それぞれ電圧の変換をお こなう電位調整器としてレギユレータ 5 0， 4 9， 4 8， 4 7が接続さ れている。
また、 発電部 4 0を構成する発電素子の面積は、 各電極端子が接続さ れている発電素子毎に異なっている。 図に示した例では、 最下層から 5 層目までを構成する発電素子の面積が最大であり、 6層目と 7層目を構 成する発電素子の面積が次に大きく、 8層目から 1 1層目までを構成す る発電素子の面積は次に大きく、 1 2層目から 1 8層目までを構成する 発電素子の面積は最小である。
各レギユレータは、 発電部 4 0から出力された電圧を変換して、 様々 な電気回路に適した電力を供給する部材である。 例えば、 レギユレータ 4 7は液晶表示装置に 1 2 0〜 2 1 0 Vの電圧を供給し、 レギユレータ 4 8は物理的な運動をする駆動系回路に 1 2 Vの電圧を供給し、 レギュ レータ 4 9はロジックボードに 5 Vの電圧を供給し、 レギユレータ 5 0 は演算素子に 3 . 3 Vの電圧を供給する。
各発電素子の構成や発電部 4 0での発電反応については上述した第一 の実施の形態と同様であるため、 説明を省略する。
電極端子 4 2は接地電位 4 6に接続された最下層の発電素子から 5層 分の発電素子を直列に接続した位置に形成されているため、 電極端子 4 2の電位は 5層の発電素子の起電力を合計した値となる。 同様にして、 電極端子 4 3の電位は 7層までの発電素子の起電力を合計した値であり、 電極端子 4 4は 1 1層、 電極端子 4 5は 1 8層までの発電素子の起電力 を合計した値である。
したがって、 電極端,子 4 2， 4 3， 4 4， 4 5の電位は各々異なる値 となり、 それぞれに接続されているレギユレータ 5 0， 4 9， 4 8， 4 7にも異なる電圧が供給されることになる。
このとき、 例えば最下層の発電素子での発電によって生じた電流は、 直列に接続された各層の発電素子を通って電極端子 4 2 , 4 3， 4 4， 4 5から電気回路へと流れていく。 これに対して、 例えば電極端子 4 4 が形成されている 1 1層目の発電素子での発電によって生じた電流は、 電極端子 4 4と接地端子 4 6から電気回路へと流れていく。
したがって、 発電素子での発電による起電力が接合体の面積に関係す ることと、 接地電位 4 6に近い側に配置された発電素子における発電で 生じた電流が、 複数の電極端子から電気回路に出力されていくことによ り、 各電極端子が形成される発電素子の面積を調整することで、 全ての 発電素子の単位面積あたりに流れる電流密度を略同一に設定することが できる。 発電素子での発電は、 一般的に、 電流密度や温度などの発電環境によ つて効率が変化する。 また、 発電素子に含まれている固体高分子電解質 膜は、 電流密度によって劣化の程度が異なるため、 各層の発電素子の単 位面積あたりに流れる電流密度を略同一のものにすることで、 各層に含 まれる固体高分子電解質膜の状態を略均一なものとすることができる。
したがって、 発電素子の面積を調整することで、 各発電素子の単位面 積あたりに流れる電流密度を同程度に設定することができ、 各発電素子 での発電環境を略同一のものとすることができるため、 安定した発電反 応を継続して行うことが可能となる。
また、 各レギユレータへ供給される電圧値として最適な電圧となるよ うに、 発電部に含まれる複数の発電素子に出力用端子を設けることによ り、レギュレータを適切な降圧率およぴ昇圧率に設定することが出来る。
[第三の実施の形態]
次に本発明の他の実施の形態として、 複数のスタックセル構造を有す る燃料電池おょぴ電圧供給方法について説明する。 なお、 上述した第一 の実施の形態と同様の部材に関する説明は省略する。
図 3は、 本実施の形態における燃料電池の燃料電池の構成を示す模式 図である。 発電部 6 0は、 複数のスタックセル 6 1， 6 2， 6 3、 6 4 が個別に形成された構造を有している。 各スタックセル 6 1， 6 2， 6 3， 6 4は、 セパレータの間に発電体としての接合体が挟み込まれて発 電を行う発電素子を複数有し、 複数の発電素子が直列に接続されたスタ ックセル構造を成している。 なお、 発電部 6 0を形成するスタックセル 数および発電素子数は図中に示す個数である必要はなく、 各種電子機器 を駆動するために必要な出力電力に合わせて所要の数だけ設置すればよ い。 本実施の形態では、 スタックセル 6 1， 6 2， 6 3， 6 4に含まれ ている発電素子は、 略同一のスタックセル内では同等の面積を有してお り、 異なるスタックセル内では異なる面積を有しているとする。 また、 各スタックセルに含まれる発電素子数は異なるものである。
スタツクセル 6 1 の最下層に配置された発電素子は接地電位 6 5に接 続され、 最上層に配置された発電素子には電極端子 6 6が形成されてい る。 同様に、 スタックセル 6 2， 6 3， 6 4の最下層に配置された発電 素子は、 それぞれ接地電位 6 7， 6 9， 7 1に接続され、 最上層に配置 された発電素子にはそれぞれ電極端子 6 8， 7 0， 7 2が形成されてい る。 また、 電極端子 6 6， 6 8， 7 0， 7 2には、 それぞれ電圧の変換 をおこなう電位調整器としてレギユレータ 7 3 , 7 4， 7 5， 7 6が接 続されている。
各レギユレータは、 発電部 6 0から出力された電圧を変換して、 様々 な電気回路に適した電力を供給する部材である。 例えば、 レギユレータ 7 3は液晶表示装置に 1 2 0〜 2 1 0 Vの電圧を供給し、 レギユレータ 7 4は物理的な運動をする駆動系回路に 1 2 Vの電圧を供給し、 レギュ レータ 7 5はロジックボードに 5 Vの電圧を供給し、 レギユレータ 7 6 は演算素子に 3 . 3 Vの電圧を供給する。
各スタックセルに含まれている発電素子の面積と層数はそれぞれ異な るものである。 したがって、 電極端子 6 6， 6 8， 7 0， 7 2の電位は 各々異なる値となり、 それぞれに接続されているレギユレータ 7 3， 7 4， 7 5， 7 6にも異なる電圧が供給されることになる。
上述した第二の実施の形態と同様に、 各スタックセルに含まれている 発電素子の面積を調整することで、 各発電素子の単位面積あたりに流れ る電流密度を同程度に設定することができ、 各発電素子での発電環境を 略同一のものとすることができるため、 安定した発電反応を継続して行 うことが可能となる。
また、 各レギュレータへ供給される電圧値として最適な電圧となるよ うに、 スタックセルに含まれる発電素子の個数を調整することで、 レギ ュレータを適切な降圧率および昇圧率に設定することが出来る。 また、 各スタックセルを個別に形成しているため、 各スタックセルを小型にす ることができ電気機器へ搭載する場合に機器の空きスペースを有効に利 用することが可能になる。
[第四の実施の形態]
次に本発明の他の実施の形態として、 複数のスタックセル構造を有す る燃料電池および電圧供給方法について説明する。 なお、 上述した第一 の実施の形態と同様の部材に関する説明は省略する。
図 4は、 本実施の形態における燃料電池の燃料電池の構成を示す模式 図である。 発電部 8 0は、 複数のスタックセル 8 1， 8 2， 8 3、 8 4 が個別に形成された構造を有している。 各スタックセル 8 1， 8 2， 8 3， 8 4は、 セパレータの間に発電体としての接合体が挟み込まれて発 電を行う発電素子を複数有し、 複数の発電素子が直列に接続されたスタ ックセル構造を成している。 なお、 発電部 8 0を形成するスタックセル 数および発電素子数は図中に示す個数である必要はなく、 各種電子機器 を駆動するために必要な出力電力に合わせて所要の数だけ設置すればよ い。 本実施の形態では、 スタックセル 8 1， 8 2， 8 3， 8 4に含まれ ている発電素子は略同一の面積を有しているとする。 また、 各スタック セルに含まれる発電素子数は異なるものである。
スタックセル 8 1 の最下層に配置された発電素子は接地電位 8 5に接 続され、 最上層に配置された発電素子には電極端子 8 6が形成されてい る。 同様に、 スタックセル 8 2， 8 3， 8 4の最下層に配置された発電 素子は、 それぞれ接地電位 8 7， 8 9， 9 1に接続され、 最上層に配置 された発電素子にはそれぞれ電極端子 8 8， 9 0， 9 2が形成されてい る。 また、 電極端子 8 6， 8 8， 9 0， 9 2には、 それぞれ電圧の変換 をおこなう電位調整器としてレギユレータ 9 3， 9 4， 9 5， 9 6が接 続されている。
各レギユレータは、 発電部 8 0から出力された電圧を変換して、 様々 な電気回路に適した電力を供給する部材である。 例えば、 レギユレータ 9 3は液晶表示装置に 1 2 0〜 2 1 0 Vの電圧を供給し、 レギユレータ 9 4は物理的な運動をする駆動系回路に 1 2 Vの電圧を供給し、 レギュ レータ 9 5はロジックボードに 5 Vの電圧を供給し、 レギュレータ 9 6 は演算素子に 3 . 3 Vの電圧を供給する。
各スタックセルに含まれている発電素子の面積は略同一であるが、 各 スタツクセルに含まれている発電素子の層数はそれぞれ異なるものであ る。 したがって、 電極端子 8 6， 8 8， 9 0， 9 2の電位は各々異なる 値となり、 それぞれに接続されているレギユレータ 9 3， 9 4， 9 5， 9 6にも異なる電圧が供給されることになる。
また、 各レギユレータへ供給される電圧値として最適な電圧となるよ うに、 スタックセルに含まれる発電素子の個数を調整することで、 レギ ュレータを適切な降圧率およぴ昇圧率に設定することが出来る。 また、 各スタックセルを個別に形成しているため、 各スタックセルを小型にす ることができ電気機器へ搭載する場合に機器の空きスペースを有効に利 用することが可能になる。 また、 各スタックセルに含まれる発電素子の 面積が略同一であるため、 燃料電池の設計おょぴ製造を簡便なものとな る。
[第五の実施の形態]
次に本発明の他の実施の形態として、 発電素子を搭載した発電ュニッ トを電気的に直列接続して構成されるュ-ッ ト層を複数有する燃料電池 および電圧供給方法について説明する。 なお、 上述した第一の実施の形 態と同様の部材に関する説明は省略する。 図 5は、 本実施の形態における燃料電池の燃料電池の構成を示す模式 図である。発電部 1 0 0は、複数のュニッ ト層 1 0 1， 1 0 2， 1 0 3、 1 04が個別に形成された構造を有している。 各ユニッ ト層 1 0 1， 1 0 2， 1 0 3、 1 04は、 複数の発電ユニッ ト 1 1 7が電気的に直列に 接続されることで構成されている。 なお、 発電部 1 0 0を形成するュニ ッ ト層数および発電ュニッ ト数は図中に示す個数である必要はなく、 各 種電子機器を駆動するために必要な出力電力に合わせて所要の数だけ設 置すればよい。
発電ュニッ ト 丄 i 7は燃料電池の発電素子を搭載しており、 燃料と酸 素を供給されることで発電を行い電流を供給する部材である。 各ュニッ ト層 1 0 1， 1 0 2， 1 0 3、 1 04に含まれている発電ユニッ ト 1 1 7は全て同じ仕様で設計されており、 搭載している発電素子数は同一で あり、 発電素子の面積も略同一で、 略同一の出力電圧、 略同一の出力電 流を供給するものであって構わない。
ュニット層 1 0 1の最下層に配置された発電ュニッ ト 1 1 7は接地電 位 1 0 5に接続され、 最上層に配置された発電素子には電極端子 1 0 6 が形成されている。 同様に、 ユニッ ト層 1 0 2， 1 0 3， 1 04の最下 層に配置された発電ュニッ ト 1 1 7は、 それぞれ接地電位 1 0 7， 1 0 9 , 1 1 1に接続され、 最上層に配置された発電ユニッ トにはそれぞれ 電極端子 1 0 8， 1 1 0， 1 1 2が形成されている。 また、 電極端子 1 0 6， 1 0 8， 1 1 0， 1 1 2には、 それぞれ電圧の変換をおこなう電 位調整器としてレギユレータ 1 1 3， 1 1 4， 1 1 5， 1 1 6が接続さ れている。
各レギユレータは、 発電部 1 0 0から出力された電圧を変換して、 様 々な電気回路に適した電力を供給する部材である。 例えば、 レギユレ一 タ 1 1 3は液晶表示装置に 1 20〜 2 1 0 Vの電圧を供給し、 レギユレ ータ 1 1 4は物理的な運動をする駆動系回路に 1 2 Vの電圧を供給し、 レギユレータ 1 1 5はロジックボードに 5 Vの電圧を供給し、 レギユレ ータ 1 1 6は演算素子に 3 . 3 Vの電圧を供給する。
各ュニッ ト層に含まれている発電ュニッ ト 1 1 7の出力は略同一であ るが、 各ュニッ ト層に含まれている発電ュニッ ト 1 1 7の層数はそれぞ れ異なるものである。 したがって、 電極端子 1 ◦ 6， 1 0 8， 1 1 0， 1 1 2の電位は各々異なる値となり、 それぞれに接続されているレギュ レータ 1 1 3， 1 1 4 , 1 1 5， 1 1 6にも異なる電圧が供給されるこ とになる。
また、 各レギユレータへ供給される電圧値として最適な電圧となるよ うに、 ユニッ ト層に含まれる発電ユニッ トの個数を調整することで、 レ ギュレータを適切な降圧率および昇圧率に設定することが出来る。また、 各ュニッ ト層に含まれる発電ュニッ ト 1 1 7の仕様を同一にすることで、 部品の共通化を図ってコス トの低減を行うことが可能になり、 燃料電池 の設計および製造を簡便なものとなる。
[第六の実施の形態]
次に本発明の他の実施の形態として、 発電素子を搭載した発電ュニッ トを複数有し、 発電ュニッ ト間の電気的接続を切り替える燃料電池およ ぴ電圧供給方法について説明する。 なお、 上述した第一の実施の形態と 同様の部材に関する説明は省略する。
図 6は、 本実施の形態における燃料電池の燃料電池の構成例を示す模 式図である。 発電部 1 2 0は、 発電ユニッ ト 1 2 1， 1 2 2， 1 2 3を 有し、 各発電ュニッ 卜のプラス極とマイナス極を相互に電気配線で接続 し、 制御部 1 2 8で切替スィッチ 1 2 4， 1 2 5， 1 2 6 , 1 2 7の接 続方向を切り替えることで電流の経路を切り替える構成となっている。 切替スィッチ 1 2 4， 1 2 5 , 1 2 6， 1 2 7は例えば低抵抗の半導体 スィツチで形成されているとする。
発電ユニッ ト 1 2 1， 1 2 2， 1 2 3はそれぞれ燃料電池の発電.素子 を搭載しており、 燃料と酸素を供給されることで発電を行い電流を供給 する部材である。 なお、 発電部 1 20を形成する発電ュニッ ト数は図中 に示す個数である必要はなく、 各種電子機器を駆動するために必要な出 力電力に合わせて所要の数だけ設置すればよい。 また、 図 6では発電部 1 20には発電ュニッ トのみ搭載されている例を示しているが、 一部を リチウムイオン電池等の二次電池で代用して、 発電ュニッ トと二次電池 が混在した発電部を構成するとしても良い。
制御部 1 2 8は、 発電部 1 2 0が電力を供給する負荷側の駆動状況を モニタリングすると共に、 切替スィッチ 1 24， 1 2 5 , 1 2 6 , 1 2 7の接続制御を行う制御回路である。 制御部 1 2 8には予め負荷側の駆 動状況に対応した発電部 1 20の出力モードが記録されており、 負荷側 の駆動状況が変化した場合には発電部 1 20の出力モードを変更するた めに、 適宜各切替スィ ッチの接続方向を変更する。 図 6では切替スイツ チ 1 24， 1 2 5 , 1 2 6 , 1 2 7の接続方向を制御部 1 28により切 り替える構成を示したが、 使用者が手動で各切替スィツチを切り替える 構成としても良い。
図 6に示した例では、 発電ュニッ ト 1 2 1はプラス極が切替スィツチ 1 24に接続され、 マイナス極が設置電位おょぴ切替スィツチ 1 2 5に 接続されている。 また、 発電ュニッ ト 1 2 2のプラス極は切替スィツチ 1 24, 1 2 6に接続され、 マイナス極は切替スィツチ 1 2 5， 1 2 7 に接続されている。 発電ュニッ ト 1 2 3のプラス極は切替スィツチ 1 2 6 とレギュレータゃ負荷に接続され、 マイナス極は切替スィツチ 1 2 7 に接続されている。
各発電ュニッ トに燃料と酸素を供給して発電ュニッ トに搭載された発 電素子によって発電を行い、 切替スィ ッチ 1 24， 1 2 5， 1 2 6 , 1 2 7をそれぞれ図中 a方向か b方向に切り替えると、 電気配線が接続さ れてレギユレータまたは負荷に対して電流が供給される。 この際、 各切 替スィツチの方向を適宜選択することで、 発電ュニッ ト同士の電気的接 続を切り替えることになる。
図 7 A及ぴ図 7 Bは、 各切替スィツチを切り替えることで各発電ュニ ッ ト間の電気的接続関係を切り替える例を示した図である。 図 7 Aは図 6において切替スィッチ 1 24， 1 2 5， 1 2 6 , 1 2 7をそれぞれ a 方向に接続した場合の電流の流れを示し、 図 7 Bは図 6において切替ス イッチ 1 24， 1 2 5, 1 2 6 , 1 2 7をそれぞれ b方向に接続した場 合の電流の流れを示している。
図 7 Aのように発電ユニッ ト 1 2 1， 1 2 2， 1 2 3が直列に接続さ れた場合には、 レギユレータまたは負荷側に出力される電圧は各発電ュ ニッ トが発生する起電力の合計となる。 したがって、 負荷側が大電流よ りも大電圧を要求するような場合に適した出力モードで電力の供給を行 うことができる。 また、 図 7 Bのように発電ュニッ ト 1 2 1， 1 2 2 , 1 2 3が並列に接続された場合には、 レギユレータまたは負荷側に出力 される電流は各発電ュニッ トが発生する電流の合計となる。したがって、 負荷側が大電圧よりも大電流を要求するような場合に適した出力モード で電力の供給を行うことができる。
図 7では発電ュニットが 3つで切替スィツチ 1 24， 1 2 5， 1 2 6， 1 2 7を全て a方向または b方向に接続した例を示したが、 例えば発電 ュニッ トを 4つ備えてそのうち二つずつを並列接続するように切替スィ ツチを接続し、 2個並列に接続された発電ュニッ トを直列接続するよう に切替スィッチを接続するとしてもよい。 発電ユニッ トが 2つずつ並列 接続され、 他の二つの発電ユニッ トと直列接続することで、 発電ュニッ トを 4つ全て直列に接続する場合と比較して、 電圧を半分にして電流を 2倍にすることができる。 このように、 適宜各切替スィッチの接続方向 を選択することによって、 各発電ュ-ッ ト間の電気的接続関係を切り替 えて出力モードを選択することが出来る。
発電ユニッ ト間の電気的接続関係を切り替えることで、 発電ユニッ ト を直列接続とした状態では出力電圧を大きく し、 発電ュニッ トを並列接 続した状態では出力電流を大きくすることができ、 使用時の負荷状況に 応じて適切な電力を供給することが可能となる。
スタックセル構造の燃料電池の異なる層の発電素子に出力用端子を形 成することによって、 それぞれの出力用端子の電位は直列に接続された 発電セルの層数に対応したものになる。 したがって、 それぞれの出力用 端子から得られる電圧を異なるものとすることができ、 接続される電気 回路が必要としている電圧に応じて出力用端子を選択することで、 電圧 変換用レギュレータに最適な電圧を供給する事が出来る。
このとき、 第一の出力用端子は第一の電位調整器に接続され、 第二の 出力用端子は第二の電位調整器に接続されているとしてもよい。 また、 第一の電位調整器と第二の電位調整器とは、 電圧の変換率が異なるとし てもよい。
スタックセル構造の燃料電池の異なる層の発電素子に出力用端子を形 成することによって、 それぞれの出力用端子の電位は直列に接続された 発電セルの層数に対応したものになる。 したがって、 それぞれの出力用 端子から得られる電圧を異なるものとすることができ、 接続される電気 回路が必要としている電圧に応じて出力用端子を選択することで、 電圧 変換用レギュレークに最適な電圧を供給する事が出来る。
また、 発電素子の面積を異なるものとすることで、 全ての発電素子の 単位面積あたりに流れる電流密度を同程度に設定することが可能となり、 安定した発電反応を継続することが可能となる。
複数のスタックセルを形成し、 各スタックセルを構成する発電素子の 面積を異なるものにすることによって、 それぞれのスタックセルが供給 する電位は異なるものとなる。 したがって、 接続される電気回路が必要 としている電圧に応じてスタ ックセルを選択することで、 電圧変換用レ ギュレークに最適な電圧を供給する事が出来る。
このとき、 第一のスタックセルを構成する発電素子数と、 第二のスタ ックセルを構成する発電素子数とを異なるものとすることで、 さらに各 スタックセルが供給する電位を調整することが可能となる。
複数のスタックセルを形成したとき、 各スタ ックセルを構成する発電 素子の面積が略同一であっても、 各スタックセルを構成するスタック数 を異なるものにすることによって、 それぞれのスタックセルが供給する 電位は異なるものとなる。 したがって、 接続される電気回路が必要とし ている電圧に応じてスタックセルを選択することで、 電圧変換用レギュ レータに最適な電圧を供給する事が出来る。 各スタックセルに含まれる 発電素子の面積が略同一であることで、 部品の共通化を図ってコストの 低減を行うことが可能になり、 燃料電池の設計および製造を簡便なもの にすることが可能となる。
複数のュニッ ト層を構成する発電ュニッ ト数を異なるものにすること によって、 それぞれのユニッ ト層が供給する電位は異なるものとなる。 したがって、 接続される電気回路が必要としている電圧に応じてュニッ ト層を選択することで、 電圧変換用レギユレータに最適な電圧を供給す る事が出来る。 各ュニッ ト層に含まれる発電ュニッ トの発電素子数や出 力電圧や発電素子の面積を共通の仕様とすることで、 部品の共通化を図 つてコス トの低減を行うことが可能になり、 燃料電池の設計および製造 を簡便なものにすることが可能となる。 発電ュニッ ト間の電気的接続関係を切り替えることで、 発電ュニッ ト を直列接続とした状態では出力電圧を大きく し、 発電ュニットを並列接 続した状態では出力電流を大きくすることができ、 使用時の負荷状況に 応じて適切な電力を供給することが可能となる。 産業上の利用可能性
スタックセル構造の燃料電池の異なる層の発電素子に出力用端子を形 成することによって、 それぞれの出力用端子の電位は直列に接続された 発電セルの層数に対応したものになる。 したがって、 それぞれの出力用 端子から得られる電圧を異なるものとすることができ、 接続される電気 回路が必要としている電圧に応じて出力用端子を選択することで、 電圧 変換用レギユレータに最適な電圧を供給する事が出来る。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 複数の発電素子を積層したスタックセル構造の燃料電池であって、 前記複数の発電素子に含まれる第一の発電素子に第一の出力用端子が 形成され、 前記複数の発電素子に含まれる第二の発電素子に第二の出力 用端子が形成され、
前記第一の出力用端子の電位と前記第二の出力用端子の電位とが異な ることを特徴とする燃料電池。
2 . 前記第一の出力用端子は第一の電位調整器に接続され、 前記第二 の出力用端子は第二の電位調整器に接続されていることを特徴とする請 求項 1記載の燃料電池。
3 . 前記第一の電位調整器と前記第二の電位調整器とは、 電圧の変換 率が異なることを特徴とする請求項 2記載の燃料電池。
4 . 複数の発電素子を積層したスタックセル構造の燃料電池であって、 前記複数の発電素子に含まれる第一の発電素子に第一の出力用端子が 形成され、 前記複数の発電素子に含まれる第二の発電素子に第二の出力 用端子が形成され、
前記第一の発電素子の面積と、 前記第二の発電素子の面積とが異なる ことを特徴とする燃料電池。
5 . 前記第一の出力用端子は第一の電位調整器に接続され、 前記第二 の出力用端子は第二の電位調整器に接続されていることを特徴とする請 求項 4記載の燃料電池。
6 . 前記第一の電位調整器と前記第二の電位調整器とは、 電圧の変換 率が異なることを特徴とする請求項 5記載の燃料電池。
7 . 複数の発電素子を積層した複数のスタックセルを有し、
前記複数のスタックセルに含まれる第一のスタックセルを構成する発 電素子の面積と、 前記複数のスタックセルに含まれる第二のスタックセ ルを構成する発電素子の面積とが異なることを特徴とする燃料電池。
8 . 前記第一のスタックセルを構成する発電素子数と、 前記第二のス タックセルを構成する発電素子数とが異なることを特徴とする請求項 7 記載の燃料電池。
9 . 前記第一のスタックセルは第一の電位調整器に接続され、 前記第 二のスタックセルは第二の電位調整器に接続されていることを特徴とす る請求項 7記載の燃料電池。
1 0 . 前記第一の電位調整器と前記第二の電位調整器とは、 電圧の変 換率が異なることを特徴とする請求項 9記載の燃料電池。
1 1 . 複数の発電素子を積層したスタックセル構造を有する燃料電池 において、
前記複数の発電素子に含まれる第一の発電素子と接地電位との間に発 生する第一の電位差と、 前記複数の発電素子に含まれる第二の発電素子 と接地電位との間に発生する第二の電位差を出力電圧とすることを特徴 とする電圧供給方法。
1 2 . 前記第一の発電素子と、 前記第二の発電素子に異なる面積の発 電素子を配置することを特徴とする請求項 1 1記載の電圧供給方法。
1 3 . 複数の発電素子を積層した複数のスタックセルを有し、
前記複数のスタックセルに含まれる第一のスタックセルを構成する発 電素子の面積と、
前記複数のスタックセルに含まれる第二のスタックセルを構成する 発電素子の面積とが略同一であり、
前記第一のスタックセルを構成する発電素子数と、 前記第二のスタッ クセルを構成する発電素子数とが異なることを特徴とする燃料電池。
1 4 . 前記第一のスタ ックセルは第一の電位調整器に接続され、 前記 第二のスタックセルは第二の電位調整器に接続されていることを特徴と する請求項 1 3記載の燃料電池。
1 5 . 前記第一の電位調整器と前記第二の電位調整器とは、 電圧の変 換率が異なることを特徴とする請求項 1 4記載の燃料電池。
1 6 . 発電素子を搭載した発電ュニッ トを電気的に直列接続して構成 される第一のュニッ ト層および第二のュニッ ト層を有し、
前記第一のュニッ ト層を構成する発電ュニッ ト数と、 前記第二のュニ ッ ト層を構成する発電ュニッ ト数とが異なることを特徴とする燃料電池。
1 7 . 前記第一のユニッ ト層は第一の電位調整器に接続され、 前記第 二のュニッ ト層は第二の電位調整器に接続されていることを特徴とする 請求項 1 6記載の燃料電池。
1 8 . 前記第一の電位調整器と前記第二の電位調整器とは、 電圧の変 換率が異なることを特徴とする請求項 1 7記載の燃料電池。
1 9 . 発電素子を搭載した複数の発電ユニッ トを有し、
前記複数の発電ュニッ ト間の電気的な接続関係を切り替えることを特 徴とする燃料電池。
2 0 . 発電素子を搭載した複数の発電ュニッ トを有する燃料電池にお いて、
前記複数の発電ュニッ ト間の電気的な接続関係を切り替えることを特 徴とする電圧供給方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007115145A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-11 Honeywell International Inc. Variable power micro power generator
WO2007140936A1 (de) * 2006-06-02 2007-12-13 Micronas Gmbh Stromversorgung mittels brennstoffzellen
JP2011216351A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Eneos Celltech Co Ltd 燃料電池および燃料電池システム

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2880992B1 (fr) * 2005-01-20 2007-04-13 Renault Sas Procede et dispositif de gestion de fonctionnement des modules de piles a combustible
CN101355172A (zh) * 2007-07-25 2009-01-28 思柏科技股份有限公司 具串并联电路的燃料电池装置
JP5782371B2 (ja) * 2011-12-02 2015-09-24 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 燃料電池システム
US20160380275A1 (en) * 2014-12-11 2016-12-29 Hamilton Sundstrand Space Systems International, Inc. Multi-voltage fuel cell
BR112018001872B1 (pt) 2015-07-28 2022-05-10 Nissan Motor Co., Ltd Sistema de célula de combustível
ES2789364T3 (es) * 2016-12-20 2020-10-26 Boeing Co Sistema de alimentación híbrido y método de control del mismo
JP7107197B2 (ja) * 2018-12-06 2022-07-27 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP7314193B2 (ja) * 2021-03-23 2023-07-25 本田技研工業株式会社 燃料電池システム

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5780677A (en) * 1980-09-22 1982-05-20 Engelhard Corp Fuel battery device
JPS6169339A (ja) * 1984-09-12 1986-04-09 住友電気工業株式会社 複合電池構造
JPS61193375A (ja) * 1985-02-20 1986-08-27 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 二次電池装置の充放電方法
JP2001102074A (ja) * 1999-09-30 2001-04-13 Daihatsu Motor Co Ltd 燃料電池システムおよびこれを搭載した電気自動車

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5436513A (en) * 1992-12-09 1995-07-25 Texas Instruments Incorporated Method and apparatus for providing energy to an information handling system
JP3459597B2 (ja) * 1999-08-25 2003-10-20 三洋電機株式会社 固体高分子型燃料電池
US7419734B2 (en) * 2003-05-16 2008-09-02 Ballard Power Systems, Inc. Method and apparatus for fuel cell systems

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5780677A (en) * 1980-09-22 1982-05-20 Engelhard Corp Fuel battery device
JPS6169339A (ja) * 1984-09-12 1986-04-09 住友電気工業株式会社 複合電池構造
JPS61193375A (ja) * 1985-02-20 1986-08-27 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 二次電池装置の充放電方法
JP2001102074A (ja) * 1999-09-30 2001-04-13 Daihatsu Motor Co Ltd 燃料電池システムおよびこれを搭載した電気自動車

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007115145A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-11 Honeywell International Inc. Variable power micro power generator
US7820312B2 (en) 2006-03-31 2010-10-26 Honeywell International Inc. Variable power micro power generator
WO2007140936A1 (de) * 2006-06-02 2007-12-13 Micronas Gmbh Stromversorgung mittels brennstoffzellen
JP2011216351A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Eneos Celltech Co Ltd 燃料電池および燃料電池システム

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