燃料电池系统技术方案

本发明专利技术提供一种燃料电池系统，即便发生负载变动，也可以使发电动作稳定实行。燃料电池系统(10)包括平面排列的燃料电池模块(20a)、(20b)。燃料电池模块(20a)、(20b)分别包含平面排列的多个膜电极接合体，贮藏在燃料元件(30)中的氢可以向燃料电池模块(20a)、(20b)的阳极提供。控制部(40)在与燃料电池系统(10)连接的外部负载为规定阈值以内并且燃料电池模块(20a)的温度、燃料电池模块(20b)的温度的至少一个在规定阈值温度以下的情况下，进行使燃料电池模块(20a)、燃料电池模块(20b)交替与外部负载连接的控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料电池系统，更为具体而言本专利技术涉及平面阵列式燃料电池系统。
技术介绍
燃料电池是使氢和氧产生电能的装置，可以得到较高的发电效率。燃料电池的主 要特征例如有直接发电，不像以往的发电方式那样要经过热能或运动能的过程，即使规模 小也可以期待较高的发电效率；环境性能佳，很少排出氮化物，噪音或振动很小。这样，由于 燃料电池具有有效利用燃料的化学能、保护环境的特性，因此，它是备受期待的21世纪能 源供给系统，是颇受瞩目的将来很有希望的新型发电系统，从宇宙到汽车、便携式机器，从 大规模发电到小规模发电，用途多种多样，其面向实用化的技术开发已正式展开。其中，固体高分子型燃料电池与其它种类的燃料电池相比，具有工作温度低、输出 密度高的特征。尤其是近年，其作为电源在便携式机器(手机、笔记本型个人电脑、PDA、MP3 播放器、数码相机或电子词典、电子书)等上的应用备受期待。作为用于便携式机器的固体 高分子型燃料电池，已知有一种平面阵列式燃料电池，多个单体电池排列成平面状(参照 专利文献1)。作为燃料，除了专利文献1所示的甲醇以外，正在研究的是利用储氢合金或高 压储氢瓶中存放的氢。专利文献1 JP特开2006-244715号公报周围环境的变化或负载功率的变动会使燃料电池的热平衡发生变化，这就导致燃 料电池的温度发生变化。可以认为，负载功率大时燃料电池的温度就高，会使燃料电池的 电解质膜干燥从而性能低下。尤其是对于电池单元被配置在同一平面的平面阵列式燃料 电池，由于对大气开放的面较大，所以电解质膜容易干燥。为防止干燥，已知使用多孔质体 (空气/水蒸气的流通部)覆盖燃料电池的空气极(阴极)侧的结构。但是，多孔质体的开 孔率是为防止蒸干(dry out)而设计，所以存在以下课题负载功率低时，生成水与热的平 衡关系会使发热不充分，出现生成水容易结露(溢流flooding)的问题。此外，在各燃料电池模块之间性能上存在偏差的情况下，并联连接时性能最高的 燃料电池模块中燃料电池的温度较高；性能最低的燃料电池模块中燃料电池的温度较低。 所以，在发电时(尤其是最大输出时)，燃料电池的温度差会很大，温度高的燃料电池有时 会发生蒸干现象。此外，有时还需要可实行单独冷却控制的冷却系统。
技术实现思路
本专利技术就是鉴于上述课题提出的，其目的在于提供一种燃料电池系统，即使负载 功率变动，也可以稳定实行发电动作。本专利技术的某种方式是燃料电池系统。该燃料电池系统的特征在于包括n个燃料电池模块，与外部负载电并联连接；连接切换机构，能切换各燃料电池 模块与负载之间的连接状态；和控制部，在至少一个燃料电池模块的温度在规定温度以下 时，根据负载功率使用连接切换机构实行切换运转，切换与负载连接的燃料电池模块，使得同时与负载连接的燃料电池模块数量为m。这里，所谓负载是指外部负载(应用)与二次电池负载(内置于燃料电池系统中的二次电池)之和。根据上述方式，根据负载功率，改变与负载连接的燃料电池模块的数量，或者改变 与负载连接的燃料电池模块，即便负载变动，也可以使各燃料电池模块中流过的电流的值 相同。其结果，燃料电池模块的温度在一定的范围内推移，从而使蒸干和生成水结露现象得 到抑制，进而使燃料电池系统的发电动作更加稳定。在上述方式的燃料电池系统中，η个燃料电池模块也可以排列成平面状。此外，η 个燃料电池模块也可以并列设置，使得相邻的燃料电池模块的主表面彼此相对。在上述方式的燃料电池系统中，控制部也可以每经过一定时间，就对与负载连接 的燃料电池模块的组合进行切换。此外，控制部也可以在各燃料电池模块的温度均高于规 定温度时，将η个燃料电池模块都与负载连接。此外，控制部也可以在进行切换运转时实行 以下处理将成为负载连接对象的燃料电池模块与负载连接，经过规定时间之后，将成为负 载断开对象的燃料电池模块与负载断开。此外，控制部也可以在负载功率为最大负载的m/n 以下时，使用连接切换机构实行切换运转，顺序切换与负载连接的燃料电池模块，使得同时 与负载连接的燃料电池模块的数量为m。此外，在上述方式的燃料电池系统中，控制部也可以在特定的燃料电池模块的温 度相对于各燃料电池模块的温度平均值大于规定值的情况下，根据该燃料电池模块的温 度，限制该燃料电池模块的电流。此外，在上述方式的燃料电池系统中，在所有燃料电池模 块的温度中最大温度与最小温度的差值大于规定值的情况下，控制部也可以针对所有燃料 电池模块中温度顺序由高到低的1个或多个燃料电池模块，根据其温度限制该燃料电池模 块的电流。另外，上述各要素的适当组合也包含在本专利技术的范围当中，能够通过本案的专利 申请，取得专利保护。根据本专利技术的燃料电池系统，即使负载功率发生变动，也能够切换燃料电池模块 的连接数量，进行与负载功率相应的发电，通过增加燃料电池模块的分配数或同时连接的 燃料电池模块的连接数，能够使发电动作在更广的负载范围内稳定实行。附图说明图1是表示实施方式涉及的燃料电池系统的概略结构的分解立体图。图2是沿图1的A-A线截断的主要部分剖面图。图3是表示实施方式涉及的燃料电池系统的燃料供给路径的框图。图4是表示实施方式涉及的燃料电池系统的电路结构的电路图。图5是表示实施方式涉及的燃料电池系统动作的第1流程图。图6是表示燃料电池模块的I-V特性、I-P特性、温度的电流依赖性和生成水的电 流依赖性曲线。图7是表示实施方式涉及的燃料电池系统的动作例1的时序图。图7(A)表示负 载功率随时间的变化。图7 (B)、(C)表示各燃料电池模块的连接状态(导通关断的状态变 化)。图7 (D)表示各燃料电池模块的功率变化。图8是表示现有控制方法中燃料电池系统的温度变化曲线。图9是表示动作例1的控制方法中燃料电池系统的温度变化曲线。图10是表示蒸干温度和溢流温度的湿度依赖性的曲线。图11是表示实施方式涉及的燃料电池系统的动作例2的时序图。图Il(A)表示 负载功率随时间的变化。图11 (B)、(C)表示各燃料电池模块的连接状态(导通关断的状态 变化)。图11 (D)表示各燃料电池模块的功率变化。图12是表示实施方式涉及的燃料电池系统动作的第2流程图。图13是表示燃料电池系统的动作例3的时序图。图13(A)表示负载功率随时间 的变化。图13(B)、(C)分别表示燃料电池模块20a、20b的连接状态(导通关断的状态变 化)。图13(D)表示各燃料电池模块的功率变化。图14是表示实施方式涉及的燃料电池系统动作的第3流程图。图15是表示变形例1涉及的燃料电池系统的概略结构的分解立体图。图16是表示变形例2涉及的燃料电池系统的概略结构的分解立体图。图17是沿图16的A-A线截断的主要部分剖面图。图中10…燃料电池系统20a、20b、20c、20d…燃料电池模块30..燃料元件40..控制部50..二次电池60..调整器70..燃料供给板200 膜电极接合体202 电解质膜204 阴极触媒层206 阳极触媒层具体实施例方式下面，参照附图，对本专利技术的实施方式进行说明。另外，所有附图中将对相同构成 要素附加相同符号，适当省略说明。(实施方式)图1是表示实施方式涉及的燃料电池系统的概略结构的分解立体图。图2是表示 实施方式涉及的燃料电池系统的概略结构的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种燃料电池系统，其特征在于，包括：ｎ个燃料电池模块，与外部负载电并联连接，其中ｎ为２以上的整数；连接切换机构，能切换各燃料电池模块与所述外部负载之间的连接状态；和控制部，在至少一个燃料电池模块的温度在规定温度以下时，根据外部负载，利用所述连接切换机构实行切换运转，切换与所述外部负载连接的燃料电池模块，使得同时与所述外部负载连接的燃料电池模块数量为ｍ，其中ｍ＝１、２、．．．、ｎ－１。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：南浦武史，安尾耕司，
申请(专利权)人：三洋电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP