燃料电池系统及燃料电池的控制方法技术方案

本发明专利技术提供燃料电池系统及燃料电池的控制方法。利用电压计（９１～９８），以共用的接地为基准，对构成燃料电池组（２０）的电池单体（２３）的电压，分别测定串联的电池单体（２３）每２个电池单体所增加的电压（Ｖ１～Ｖｎ）。从所计测的电压（Ｖ１～Ｖｎ），算出了每２个电池单体的电池单体电压（Ｖｃ１～Ｖｃｎ）后，由电池单体电压（Ｖｃ１～Ｖｃｎ）算出标准偏差。由于这样算出的标准偏差当燃料的浓度偏离容许范围时就会大幅度增加，因此就可以作为燃料浓度的指标使用。本发明专利技术可以对向燃料电池供给的燃料的浓度恰当地评价。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池系统及燃料电池的控制方法
本专利技术涉及一种燃料电池。更具体来说，本专利技术涉及与向燃料电池供给的燃料的状态对应的燃料电池的控制。
技术介绍
燃料电池是由燃料和氧化剂产生电能的装置，可以获得高发电效率。作为燃料电池的主要的特征，可以举出不像以往的发电方式那样经过热能或动能的过程的直接发电。由此，燃料电池即使是小规模，也可以期待高发电效率。另外，由于氮化合物等的排出少，噪音或振动也少，因此环境性提高。这样，燃料电池由于可以有效地利用燃料所具有的化学能，在环境方面具有优良的特性，因此被期待作为担负21世纪供能的能量供给系统，被作为可以用于从宇宙应用到汽车应用、携带机器应用、从大规模发电到小规模发电的各种用途的将来有希望的新型的发电系统而受到关注，面向实用化的技术开发正在进行之中。特别是，近年来，作为燃料电池的一个形态，直接甲醇燃料电池(DirectMethanol Fuel Cell：DMFC)备受关注。DMFC不对作为燃料的甲醇进行改性，而直接向阳极供给，利用甲醇和氧的电化学反应来获得电能。甲醇与氢相比，由于每单位体积的能量更高，另外，更适于贮藏，爆炸等危险性也更低，因此被期待用于汽车或携带机器等的电源中。当向DMFC的阳极供给的甲醇水溶液的浓度过高时，就会促进DMFC内部的固体高分子膜的老化，可靠性降低，或发生向阳极供给的甲醇水溶液的一部分不被发电消耗而通过电解质膜向阴极透过的所谓渗透泄漏。另一方面，当甲醇水溶液的浓度过低时，就无法从DMFC中取出足够的输出。由此，向DMFC的阳极供给的甲醇水溶液的浓度最好调整为0.5～4mol/L，更优选调整为0.8～1.5mol/L，发现缩小该浓度区域的宽度会使得DMFC-->稳定地运转。但是，对于具有DMFC的系统的情况，为了使DMFC长时间地运转，并且实现系统的小型、轻量化，一般来说，采取具备20mol/L以上的高浓度甲醇罐，并在向DMFC的阳极供给前将浓度调稀而供给的方式。所以，为了将甲醇水溶液的浓度在系统内部调整至0.5～1.5mol/L，使用光学方式、超声波方式或者利用比重的方式等各种的甲醇水溶液浓度传感器，来进行对甲醇水溶液的浓度的测定。例如，专利文献1公布在甲醇水溶液的循环路径上二氧化碳气体的存在量较少的位置上设置甲醇传感器的技术。[专利文献1]特开2004-095376号公报但是，在像以往那样，使用甲醇水溶液浓度传感器检测向阳极供给的甲醇水溶液的浓度的情况下，会产生如下所述的问题。即，当在燃料电池系统内设置甲醇水溶液浓度传感器时，系统的小型化就会变得困难。另外，由于因甲醇水溶液浓度传感器的工作而消耗电能，因此就需要额外的电能。另外，由于需要增加甲醇水溶液浓度传感器的费用，因此会导致成本增加。此外，以往的甲醇水溶液浓度传感器由于容易受到甲醇燃料电池动作时的温度变化、载荷变动、副产物的产生等外在因素的影响，因此有时所得的浓度不一定准确。
技术实现思路
本专利技术是鉴于此种问题而完成的，其目的在于，提供适当地评价向燃料电池供给的燃料的浓度的技术。另外，本专利技术的其他的目的在于，提供使用了所述技术的燃料电池系统的控制。本专利技术的燃料电池系统是包括由多个电池单体构成的燃料电池的系统，其特征是，具备检测多个电池单体的电压的电池单体电压检测机构、评价所检测的多个电池单体的电压的不均的电池单体电压评价机构。虽然如果燃料的浓度为合适的范围，各电池单体的发电效率就基本上一定，但是如果燃料的浓度偏离合适的范围，则会大幅度减少。一般来说，在各电池单体的发电性能中，会因各电池单体的电极的特性而产生个体-->差。由此，虽然在燃料的浓度处于合适的范围中，各电池单体的电压会呈现一定的不均，但是如果燃料的浓度偏离合适的范围，则不均就会变大。根据所述专利技术，由于可以检测多个电池单体的电压而评价不均，因此就可以用于可靠地检测燃料的浓度的变化。另外，根据所述专利技术，由于不需要另外设置燃料传感器，因此就可以实现节省空间、节省电能或低成本化。另外，由于直接评价燃料电池的各电池单体的电压的不均，因此就可以不受温度变化、载荷变动、副产物的增减等外在因素的影响地进行燃料的浓度的评价。在所述构成中，也可以具备在由电池单体电压评价机构评价的不均超过了基准值的情况下，报知燃料偏离了容许范围的情况的报知机构。这样，用户或系统的管理者就可以准确地掌握向燃料供给的燃料的浓度偏离了容许范围的情况。在所述构成中，也可以具备贮留向燃料电池供给的燃料的燃料贮留机构、向燃料贮留机构补给燃料的燃料补给机构、从燃料贮留机构向燃料电池的阳极供给燃料的燃料供给机构、向燃料电池的阴极供给氧化剂的氧化剂供给机构、调节利用燃料补给机构进行的燃料的补给的控制部，控制部在由电池单体电压评价机构评价的不均超过了基准值的情况下，可以将燃料向燃料贮留机构补给。这样，在向燃料电池供给的燃料的浓度降低的情况下，通过恰当地补给燃料，就可以恰当地维持燃料电池的发电状态。在所述的燃料电池系统中，燃料也可以是甲醇水溶液。本专利技术的燃料电池的控制方法是对由多个电池单体构成的燃料电池进行控制的方法，其特征是，具备检测多个电池单体的电压的步骤、评价所检测的多个电池单体的电压的不均的步骤、在所评价的不均超过了基准值的情况下补给向燃料电池供给的燃料的步骤。这样，就可以基于各电池单体的不均，在燃料浓度降低时恰当地供给燃料。在该燃料电池的控制方法中，燃料也可以是甲醇水溶液。而且，将所述的各要素适当组合的方案也应当被包含于由本件专利申请要求保护的专利技术的范围中。根据本专利技术，可以恰当地评价向燃料电池供给的燃料的浓度。-->附图说明图1是表示本专利技术的实施方式的燃料电池系统的整体构成的图。图2是表示本实施方式中所使用的燃料电池组的构成的图。图3是表示本实施方式的燃料电池系统的动作的流程图。图4是表示载荷一定时的电池单体电压的时间变化的图表。图5是表示载荷一定时的各时刻下的各电池单体电压与全部电池单体电压的平均值的差相对于全部电池单体电压的平均值的比例(％)随时间变化的图表。图6是表示从载荷一定时的各电池单体电压求得的标准偏差的时间变化的图表。图7是表示载荷变动时的电池单体电压的时间变化的图表。图8是将由图7的椭圆包围的区域放大后的图表。图9是表示从载荷变动时的各电池单体电压求得的标准偏差的时间变化的图表。图10是表示从载荷变动时的各电池单体电压求得的标准偏差的时间变化的图表。具体实施方式下面将参照附图对本专利技术的实施方式进行说明。图1表示本专利技术的实施方式的燃料电池系统10的整体构成。燃料电池系统10具备燃料电池组20、罐30、燃料用泵40、氧化剂用泵50、燃料储存部60、高浓度燃料补给泵70及控制部80。燃料电池组20使用甲醇水溶液及空气，利用电化学反应产生电能。图2表示本实施方式中使用的燃料电池组20的构成。燃料电池组20具备将多个膜电极接合体21和双极平板22层叠而构成的叠层体90、设于该叠层体90的两侧的负极用的集电体23a及正极用的集电体23b、夹隔绝缘体24而被分别安装在集电体23a、集电体23b上的端板25a及端板25b，利用端板25a及端板25b将叠层体90夹紧。本实施方式的燃料电池组20中，层叠有m组的膜电极接合体21。在图2中，为了区别各膜电极接合体，按照本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，是包括由多个电池单体构成的燃料电池的系统，其特征是，具备检测所述多个电池单体的电压的电池单体电压检测机构、评价所检测的多个电池单体的电压的不均的电池单体电压评价机构。

【技术特征摘要】
JP 2004-7-30 2004-2242881.一种燃料电池系统，是包括由多个电池单体构成的燃料电池的系统，其特征是，具备检测所述多个电池单体的电压的电池单体电压检测机构、评价所检测的多个电池单体的电压的不均的电池单体电压评价机构。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征是，具备在由所述电池单体电压评价机构评价的不均超过了基准值的情况下，报知燃料偏离了容许范围的情况的报知机构。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征是，具备：贮留向所述燃料电池供给的燃料的燃料贮留机构、向所述燃料贮留机构补给燃料的燃料补给机构、从所述燃料贮留机构向所述燃料电池的阳极供给所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤田悟朗，株本浩挥，
申请(专利权)人：三洋电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]