[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池系统，更为具体而言本发明涉及平面阵列式燃料电池系统。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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[n为2以上的整数]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[m＝1、2、...、n-1]。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，n个燃料电池模块也可以排列成平面状。此外，n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n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。