JPH0824052B2 - 積層型燃料電池 - Google Patents
積層型燃料電池Info
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- JPH0824052B2 JPH0824052B2 JP2312673A JP31267390A JPH0824052B2 JP H0824052 B2 JPH0824052 B2 JP H0824052B2 JP 2312673 A JP2312673 A JP 2312673A JP 31267390 A JP31267390 A JP 31267390A JP H0824052 B2 JPH0824052 B2 JP H0824052B2
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- gas
- battery
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- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、積層型燃料電池に関し、特に反応ガスの
不足を素早く検出することにより電池に生じる劣化を未
然に防止する積層型燃料電池の保護装置に関するもので
ある。
不足を素早く検出することにより電池に生じる劣化を未
然に防止する積層型燃料電池の保護装置に関するもので
ある。
［従来の技術］ 従来の積層型燃料電池では、特定セルの劣化あるいは
不良動作により誘発される電池全体の性能低下あるいは
事故発生を防止するため、幾つかの従来例が開示されて
いる。例えば、特開昭63−264875号公報では、ガスクロ
スやガス欠陥等による電池カーボンの酸化劣化を電池本
体の上・下流で一酸化炭素あるいは二酸化炭素の濃度を
計測し、所定値以上の濃度を検出したら運転を停止する
ことを開示している。これと類似したものは特開昭60−
54176号公報に見られる。この特開昭60−54176号公報で
は初期運転時あるいは運転中の定期点検時に最低の電圧
を示した単位電池あるいはその単位電池を含む複数電池
よりなるブロックの電圧を監視し、限界値を下回ったと
き運転を停止させることを開示している。
不良動作により誘発される電池全体の性能低下あるいは
事故発生を防止するため、幾つかの従来例が開示されて
いる。例えば、特開昭63−264875号公報では、ガスクロ
スやガス欠陥等による電池カーボンの酸化劣化を電池本
体の上・下流で一酸化炭素あるいは二酸化炭素の濃度を
計測し、所定値以上の濃度を検出したら運転を停止する
ことを開示している。これと類似したものは特開昭60−
54176号公報に見られる。この特開昭60−54176号公報で
は初期運転時あるいは運転中の定期点検時に最低の電圧
を示した単位電池あるいはその単位電池を含む複数電池
よりなるブロックの電圧を監視し、限界値を下回ったと
き運転を停止させることを開示している。
第３図は例えば特開昭63−264875号公報に示された従
来の燃料電池の発電システムを示す系統図である。図に
おいて、（１）は一対のガス拡散電極間に電解質を保持
した単電池から構成される電池本体、（２）、（３）は
この電池本体（１）に酸化剤及び燃料を給排する酸化剤
の給排系及び燃料の給排系である。（４）はこれらの給
排系（２）、（３）に接続されたガス濃度検出装置で、
燃料の給排系（３）の電池本体（１）の上、下流側に、
又酸化剤の給排系（２）の電池本体（１）の下流側に接
続されている。
来の燃料電池の発電システムを示す系統図である。図に
おいて、（１）は一対のガス拡散電極間に電解質を保持
した単電池から構成される電池本体、（２）、（３）は
この電池本体（１）に酸化剤及び燃料を給排する酸化剤
の給排系及び燃料の給排系である。（４）はこれらの給
排系（２）、（３）に接続されたガス濃度検出装置で、
燃料の給排系（３）の電池本体（１）の上、下流側に、
又酸化剤の給排系（２）の電池本体（１）の下流側に接
続されている。
次に、第３図に示した従来の燃料電池の発電システム
の動作について説明する。電池本体（１）に酸化剤及び
燃料の給排系（２）、（３）を通して酸化剤と燃料が供
給され、電気化学的な反応により発電する。電池が劣化
あるいはガスクロス、ガス欠乏等を起こすと、リン酸型
燃料電池では電極のカーボン質が酸化される現象が生じ
る可能性があり、この結果として電池本体（１）の下流
側の排ガス中に一酸化炭素あるいは二酸化炭素を排出す
る。ガス濃度検出装置（４）はこの電池にとって異常反
応の生成物である一酸化炭素あるいは二酸化炭素を検出
し、異常と判断したとき電池の運転を停止する。更に、
燃料ガスには通常一酸化炭素や二酸化炭素が含まれてお
り、燃料給排系については電池本体（１）の上・下流側
よりガス濃度検出装置（４）に接続することにより、電
池の異常反応による一酸化炭素や二酸化炭素と燃料中に
含まれるそれらと分離評価される。
の動作について説明する。電池本体（１）に酸化剤及び
燃料の給排系（２）、（３）を通して酸化剤と燃料が供
給され、電気化学的な反応により発電する。電池が劣化
あるいはガスクロス、ガス欠乏等を起こすと、リン酸型
燃料電池では電極のカーボン質が酸化される現象が生じ
る可能性があり、この結果として電池本体（１）の下流
側の排ガス中に一酸化炭素あるいは二酸化炭素を排出す
る。ガス濃度検出装置（４）はこの電池にとって異常反
応の生成物である一酸化炭素あるいは二酸化炭素を検出
し、異常と判断したとき電池の運転を停止する。更に、
燃料ガスには通常一酸化炭素や二酸化炭素が含まれてお
り、燃料給排系については電池本体（１）の上・下流側
よりガス濃度検出装置（４）に接続することにより、電
池の異常反応による一酸化炭素や二酸化炭素と燃料中に
含まれるそれらと分離評価される。
［発明が解決しようとする課題］ 従来の積層型燃料電池は以上のように構成されている
ので、一酸化炭素や二酸化炭素のガス濃度を迅速に感度
良く検出する装置が必要で、たとえ単体で迅速かつ感度
良く検出する装置であっても電池で反応し発生したガス
をサンプリングし検出するまでには時間がかかり、従っ
てガスを検出した時点では実際に電池中のカーボン質の
酸化損耗が発生しており、異常反応を事前に防止するこ
とが出来ない等の問題点があった。
ので、一酸化炭素や二酸化炭素のガス濃度を迅速に感度
良く検出する装置が必要で、たとえ単体で迅速かつ感度
良く検出する装置であっても電池で反応し発生したガス
をサンプリングし検出するまでには時間がかかり、従っ
てガスを検出した時点では実際に電池中のカーボン質の
酸化損耗が発生しており、異常反応を事前に防止するこ
とが出来ない等の問題点があった。
又、特開昭60−54176号公報では事前に総ての単電池
若しくは複数電池よりなる多数のブロックの電圧計測線
を設置しておかなければならないという問題点があっ
た。
若しくは複数電池よりなる多数のブロックの電圧計測線
を設置しておかなければならないという問題点があっ
た。
この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、運転中の酸化剤不足に起因する例えば上記
のような電池の損耗を受ける前に簡便な装置で異常を検
出し、運転を停止出来る積層型燃料電池を得ることを目
的とする。
れたもので、運転中の酸化剤不足に起因する例えば上記
のような電池の損耗を受ける前に簡便な装置で異常を検
出し、運転を停止出来る積層型燃料電池を得ることを目
的とする。
［課題を解決するための手段］ この発明に係る積層型燃料電池は、多数の単電池に共
通のガス供給ヘッダで反応ガスの供給を行う積層型燃料
電池において、反応ガスの内の酸化剤ガスの流量に関連
して最上部あるいは上方部分の単電池を含む複数電池の
電圧を測定する電圧測定装置を備え、該電圧測定装置の
測定電圧があらかじめ設定した値よりも低下した場合に
上記燃料電池の運転を停止するようにしたものである。
通のガス供給ヘッダで反応ガスの供給を行う積層型燃料
電池において、反応ガスの内の酸化剤ガスの流量に関連
して最上部あるいは上方部分の単電池を含む複数電池の
電圧を測定する電圧測定装置を備え、該電圧測定装置の
測定電圧があらかじめ設定した値よりも低下した場合に
上記燃料電池の運転を停止するようにしたものである。
［作用］ この発明においては、酸化剤ガスの不足により電池の
最上部あるいは上方部分のいずれかの単電池あるいは同
部分の複数電池の電圧が他の部分に比べ素早く低下を示
す。この部分の電圧低下を検出し、電池が異常反応を起
こす前に運転を停止する。
最上部あるいは上方部分のいずれかの単電池あるいは同
部分の複数電池の電圧が他の部分に比べ素早く低下を示
す。この部分の電圧低下を検出し、電池が異常反応を起
こす前に運転を停止する。
［実施例］ まず、この発明の第１の要点は、負荷に対する空気の
流量が減った場合、つまり酸素利用率が高くなった場合
積層した各単電池に対し共通のガスヘッダでガス供給を
受ける電池の最上部あるいは上方部分の電圧低下が大き
くなる点にある。このことは実験で確認出来る。
流量が減った場合、つまり酸素利用率が高くなった場合
積層した各単電池に対し共通のガスヘッダでガス供給を
受ける電池の最上部あるいは上方部分の電圧低下が大き
くなる点にある。このことは実験で確認出来る。
例えば、共通のガスヘッダを持ついくつかの単電池を
積層してなる積層型燃料電池で酸化剤には空気を使い、
酸素利用率を変化させて即ち酸化剤ガス流量を変化させ
て積層方向の電池電圧の変化の分布を調べた。酸素利用
率を上昇させて行った場合、第２図に示すような電池電
圧変化の分布が感度よく認められる。
積層してなる積層型燃料電池で酸化剤には空気を使い、
酸素利用率を変化させて即ち酸化剤ガス流量を変化させ
て積層方向の電池電圧の変化の分布を調べた。酸素利用
率を上昇させて行った場合、第２図に示すような電池電
圧変化の分布が感度よく認められる。
この現象は、次の理由によるものである。
即ち、積層型燃料電池の入口側には空気（平均分子量
28.8相当）が供給され、燃料電池内で酸素が反応により
消費され、水（水蒸気）が生成される。出口排ガス中で
は酸素成分が減り、水蒸気成分が増加し、例えば酸素利
用率60％の場合、出口排ガスの平均分子量は26.1とな
り、ガスヘッダ内の空気および排ガスの自重の差（密度
の差＝平均分子量の差）により、反応ガス（空気）の自
重の重い入口側ガスヘッダでは積層型燃料電池の下部に
自重の差だけ大きい圧力が掛かり、その下部で空気が流
れやすく上部で流れにくくなり、結果として、下部にあ
る単電池に対して上部にある単電池の方の電圧の変化が
大きくなる。
28.8相当）が供給され、燃料電池内で酸素が反応により
消費され、水（水蒸気）が生成される。出口排ガス中で
は酸素成分が減り、水蒸気成分が増加し、例えば酸素利
用率60％の場合、出口排ガスの平均分子量は26.1とな
り、ガスヘッダ内の空気および排ガスの自重の差（密度
の差＝平均分子量の差）により、反応ガス（空気）の自
重の重い入口側ガスヘッダでは積層型燃料電池の下部に
自重の差だけ大きい圧力が掛かり、その下部で空気が流
れやすく上部で流れにくくなり、結果として、下部にあ
る単電池に対して上部にある単電池の方の電圧の変化が
大きくなる。
そして、空気の流量が更に減った場合、つまり、酸素
利用率が高くなった場合、上記自重の差は大きくなる。
例えば、酸素利用率80％の場合、出口排ガスの平均分子
量は22.7となり、ガスヘッダ内の空気および排ガスの自
重の差（密度の差＝平均分子量の差）は更に顕著にな
り、結果として、下部にある単電池に対して上部にある
単電池の方の電圧の変化が更に大きくなる。
利用率が高くなった場合、上記自重の差は大きくなる。
例えば、酸素利用率80％の場合、出口排ガスの平均分子
量は22.7となり、ガスヘッダ内の空気および排ガスの自
重の差（密度の差＝平均分子量の差）は更に顕著にな
り、結果として、下部にある単電池に対して上部にある
単電池の方の電圧の変化が更に大きくなる。
これにより、図２に示すような結果となることが普遍
の物理現象として理解され得る。
の物理現象として理解され得る。
また、この発明の第２の要点は、これらの変化が電池
電圧で、ガス濃度検出等に比べ極めて速い応答を示すこ
とにある。
電圧で、ガス濃度検出等に比べ極めて速い応答を示すこ
とにある。
更に、この発明の第３の要点は、検知する電圧値の管
理により、異常反応を生じる前に検知することが出来る
ことにある。
理により、異常反応を生じる前に検知することが出来る
ことにある。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図はこの発明の一実施例を示す系統図であり、（１）
〜（３）は前述と同様のものである。（５）は電池本体
（１）より取り出された電気出力線、（６）はこの電気
出力線（５）に接続された負荷、（７）は電池本体
（１）の最上部あるいは上方部分の単電池を含む複数の
電池電圧を測る電圧測定装置、（８）はこの電圧測定装
置（７）に接続された制御装置である。
１図はこの発明の一実施例を示す系統図であり、（１）
〜（３）は前述と同様のものである。（５）は電池本体
（１）より取り出された電気出力線、（６）はこの電気
出力線（５）に接続された負荷、（７）は電池本体
（１）の最上部あるいは上方部分の単電池を含む複数の
電池電圧を測る電圧測定装置、（８）はこの電圧測定装
置（７）に接続された制御装置である。
次に、第１図に示したこの発明の一実施例の動作につ
いて説明する。電池本体（１）に酸化剤及び燃料の給排
系（２）及び（３）を通して酸化剤と燃料が供給され、
電気化学的な反応により発電する。発電された電力は電
気出力線（５）を通り負荷（６）に供給される。発電シ
ステムの不整動作等により負荷に対する酸化剤のガス流
量が減少し、電池本体（１）での実質の酸素利用率が異
常に高くなると最上部あるいは上方1/3部分の単電池を
含む複数電池の電圧を測る電圧測定装置（７）が、又、
他の実施例では最上部あるいは上方部分の単電池の電圧
を測る電圧測定装置（７）が全体の電圧変化に比べ素早
く電圧低下を検出する。電圧測定装置（７）で測定され
た電圧は制御装置（８）に供給され、あらかじめ設定さ
れた電圧値と比較判断され、必要に応じ発電システムの
運転停止の制御を行う。
いて説明する。電池本体（１）に酸化剤及び燃料の給排
系（２）及び（３）を通して酸化剤と燃料が供給され、
電気化学的な反応により発電する。発電された電力は電
気出力線（５）を通り負荷（６）に供給される。発電シ
ステムの不整動作等により負荷に対する酸化剤のガス流
量が減少し、電池本体（１）での実質の酸素利用率が異
常に高くなると最上部あるいは上方1/3部分の単電池を
含む複数電池の電圧を測る電圧測定装置（７）が、又、
他の実施例では最上部あるいは上方部分の単電池の電圧
を測る電圧測定装置（７）が全体の電圧変化に比べ素早
く電圧低下を検出する。電圧測定装置（７）で測定され
た電圧は制御装置（８）に供給され、あらかじめ設定さ
れた電圧値と比較判断され、必要に応じ発電システムの
運転停止の制御を行う。
尚、上述の実施例では電圧測定装置は電池本体の最上
部あるいは上方部分の単電池もしくは同部分の複数の電
池電圧を測定する場合について説明したが、両方を組み
合わせて検出の信頼性を向上させることも可能である。
更に、上記実施例では、１つの積層された電池本体につ
いて説明したが、複数の積層された電池本体を含む発電
システムに適用しても良く、上記実施例と同様の効果を
奏する。又、上記実施例では電池本体の最上部あるいは
上方部分に電圧測定装置を設けた場合について説明した
が、これに代えてガス濃度検出装置を設けてもよく、ガ
ス排気若しくは給・排気ヘッダ内の同部位近傍にガス濃
度検出用サンプルポートを設け、電池積層方向にローカ
ルなガス濃度検出を行っても良い。
部あるいは上方部分の単電池もしくは同部分の複数の電
池電圧を測定する場合について説明したが、両方を組み
合わせて検出の信頼性を向上させることも可能である。
更に、上記実施例では、１つの積層された電池本体につ
いて説明したが、複数の積層された電池本体を含む発電
システムに適用しても良く、上記実施例と同様の効果を
奏する。又、上記実施例では電池本体の最上部あるいは
上方部分に電圧測定装置を設けた場合について説明した
が、これに代えてガス濃度検出装置を設けてもよく、ガ
ス排気若しくは給・排気ヘッダ内の同部位近傍にガス濃
度検出用サンプルポートを設け、電池積層方向にローカ
ルなガス濃度検出を行っても良い。
［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、共通のガスヘッダで
反応ガスを供給する積層型燃料電池で、反応ガスの内の
酸化剤ガスの流量に関連して電池の最上部あるいは上方
部分の単電池又は同部分の複数電池の電圧を測定し、あ
らかじめ設定した値よりも低下した場合に運転を停止す
るように構成したので、装置が簡単で安価にでき、又酸
化剤不足による異常反応を事前に検知し防止出来る積層
型燃料電池が得られる効果がある。
反応ガスを供給する積層型燃料電池で、反応ガスの内の
酸化剤ガスの流量に関連して電池の最上部あるいは上方
部分の単電池又は同部分の複数電池の電圧を測定し、あ
らかじめ設定した値よりも低下した場合に運転を停止す
るように構成したので、装置が簡単で安価にでき、又酸
化剤不足による異常反応を事前に検知し防止出来る積層
型燃料電池が得られる効果がある。
第１図はこの発明の一実施例を示す系統図、第２図は酸
素利用率を高くしたときの電圧変化の電池積層方向に対
する分布の説明図、第３図は従来の燃料電池の発電シス
テムを示す系統図である。 図において、（１）は電池本体、（７）は電圧測定装置
である。 尚、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
素利用率を高くしたときの電圧変化の電池積層方向に対
する分布の説明図、第３図は従来の燃料電池の発電シス
テムを示す系統図である。 図において、（１）は電池本体、（７）は電圧測定装置
である。 尚、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
Claims (2)
- 【請求項１】多数の単電池に共通のガス供給ヘッダで反
応ガスの供給を行う積層型燃料電池において、 上記反応ガスの内の酸化剤ガスの流量に関連して最上部
あるいは上方部分の単電池を含む複数電池の電圧を測定
する電圧測定装置を備え、 該電圧測定装置の測定電圧があらかじめ設定した値より
も低下した場合に上記燃料電池の運転を停止することを
特徴とする積層型燃料電池。 - 【請求項２】多数の単電池に共通のガス供給ヘッダで反
応ガスの供給を行う積層型燃料電池において、 上記反応ガスの内の酸化剤ガスの流量に関連して最上部
あるいは上方部分の単電池のいずれかの電圧を測定する
電圧測定装置を備え、 該電圧測定装置の測定電圧があらかじめ設定した値より
も低下した場合に上記燃料電池の運転を停止することを
特徴とする積層型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2312673A JPH0824052B2 (ja) | 1990-08-29 | 1990-11-20 | 積層型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22519590 | 1990-08-29 | ||
| JP2-225195 | 1990-08-29 | ||
| JP2312673A JPH0824052B2 (ja) | 1990-08-29 | 1990-11-20 | 積層型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04174975A JPH04174975A (ja) | 1992-06-23 |
| JPH0824052B2 true JPH0824052B2 (ja) | 1996-03-06 |
Family
ID=26526490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2312673A Expired - Lifetime JPH0824052B2 (ja) | 1990-08-29 | 1990-11-20 | 積層型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0824052B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6406806B1 (en) * | 1999-11-09 | 2002-06-18 | General Motors Corporation | Fuel cell voltage monitoring and system control |
| US6461751B1 (en) * | 1999-12-06 | 2002-10-08 | Ballard Power Systems Inc. | Method and apparatus for operating a fuel cell |
| US6893756B2 (en) | 2002-04-30 | 2005-05-17 | General Motors Corporation | Lambda sensing with a fuel cell stack |
| JP4899285B2 (ja) * | 2003-09-17 | 2012-03-21 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| US8247122B2 (en) | 2003-07-25 | 2012-08-21 | Nissan Motor Co., Ltd. | Device and method for controlling fuel cell system with vibration amplitude detection |
| JP5084207B2 (ja) * | 2006-09-13 | 2012-11-28 | 三洋電機株式会社 | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6054176A (ja) * | 1983-09-01 | 1985-03-28 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 積層燃料電池の安全保護装置 |
| JPS63264875A (ja) * | 1987-04-22 | 1988-11-01 | Hitachi Ltd | リン酸型燃料電池の発電システム |
-
1990
- 1990-11-20 JP JP2312673A patent/JPH0824052B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04174975A (ja) | 1992-06-23 |
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