JP2013232412A - 燃料電池セル又は燃料電池セル・スタックを調節するための方法及び調節装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池セル・スタック1を調節するための方法において、燃料電池セル・スタックの電流−電圧特性を検出及び評価し、燃料電池セル・スタックの動作点を決定し、燃料電池セル・スタック1の電流−電圧特性が、動作時に時間間隔をおいて検出され、その勾配が最小を有し、勾配の最小の特性値Rminが、検出された電流−電圧特性からそれぞれ決定され、その特性値に事前に決められたオフセット値Roffsetを加算することによって、動作点の所望の値が決定され、燃料電池セル・スタック1が、このようにして決定された所望の値を使用して調節される。
【選択図】図1
Description
・ 内部抵抗、又は燃料電池セル・スタックでは層抵抗:これは理想的な動作点に影響を及ぼすが、製造品質の変動により、しかしとりわけ動作時間につれて内部抵抗又は層抵抗が増大すること(燃料電池セルの老化)により、不明である。
・ 変化する燃料組成(天然ガス品質):研究所では、燃料電池セルは、通常、正確に規定された燃料ガス(たとえば、水素又はメタン)で動作され、又は天然ガスが使用されるときガス品質が監視される。研究所外では、これらの装置は、現地の天然ガス・グリッドからの天然ガスを使用して動作する。天然ガスが様々なガス源から入手されるので、組成が局地的、経時的に変動する可能性がある。
・ ガス流量計:燃料電池セル・システムに使用される流量計は、通常あまりコストのかからない流量計が使用されるので、測定精度が研究所の計器に対して劣る。
・ 燃料電池セル・スタック内の漏れ:燃料電池セル・スタック内の少量の漏れにより、燃料ガスの一部が、発電に使用されないで変換される。正確な値は、動作時に不明であり、経時的に変動する可能性がある。
2 熱交換器
2’ 加熱回路
3 調節可能なコンシューマ
3’ 電力グリッド
4 電流センサ
5 電圧センサ
6 測定調節ユニット
7 ライン
8 調節装置
9 出力
A 反応物
B 反応物
W 水
Claims (12)
- 燃料電池セル又は燃料電池セル・スタック(1)を調節するための方法であって、前記燃料電池セル又は前記燃料電池セル・スタックの電流−電圧特性を検出及び評価し、前記燃料電池セル又は前記燃料電池セル・スタックの動作点を決定する、方法において、
前記燃料電池セル又は前記燃料電池セル・スタック(1)の電流−電圧特性が、動作時に時間間隔をおいて検出され、その勾配が最小を有すること、前記勾配の前記最小の値又は前記勾配の前記最小に関連する値(Rmin)が、前記検出された電流−電圧特性からそれぞれ決定されること、
特に前記決定された値に事前に決められたオフセット値(Roffset)を加算することにより、前記決定された値を事前に決められたオフセット値と数学的にリンクすることによって、前記動作点の所望の値が決定されること、及び
前記燃料電池セル又は前記燃料電池セル・スタック(1)が、このようにして決定された前記所望の値を使用して調節されることを特徴とする方法。 - 前記燃料電池セル又は前記燃料電池セル・スタックが、前記燃料電池セル又は前記燃料電池セル・スタック(1)の出力(9)に接続される調節可能なコンシューマ(3)又は調節可能な電流シンクを介して調節される、請求項1に記載の方法。
- 前記調節可能なコンシューマ(3)が、その出力を電力グリッド(3’)に接続可能である電圧変換器又はインバータである、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記勾配の前記最小のための前記値が、前記勾配の前記最小における前記燃料電池セル又は前記燃料電池セル・スタックの内部抵抗又は面積抵抗率(ASR)であり、或いは、前記勾配の前記最小に関連する前記値(Rmin)が、場合によって前記勾配の前記最小における前記燃料電池セル又は前記燃料電池セル・スタックの内部抵抗又は面積抵抗率の値にリンクされる、請求項1から3までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記勾配の前記最小のための前記値又は前記勾配の前記最小に関連する値(Rmin)が、前記電流−電圧特性から特に数値的に、又は前記電流−電圧特性からの数学的導出によって決定される、請求項1から4までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記燃料電池セル又は前記燃料電池セル・スタックが、電圧制御、すなわちセル電圧又は出力電圧の所望の値(Usoll)で調節されるか、或いは電流制御、すなわち電流又は電流密度の所望の値(Isoll)で調節される、請求項1から5までのいずれか一項に記載の方法。
- 最初に、事前に決められたオフセット値(Roffset)を前記勾配の前記最小の前記値(Rmin)に、又は前記勾配の前記最小に関連する前記値(Rmin)に加算することによって、和の値(RSumme=Rmin+Roffset)が決定され、前記和の値に対応する値が、セル電圧若しくは出力電圧Usoll)に関する、又は電流若しくは電流密度(Isoll)に関する前記電流−電圧特性を用いて決定され、これが、前記燃料電池セル又は前記燃料電池セル・スタック(1)を調節するための所望の値の役割をはたす、請求項1から6までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記燃料電池セル又は前記燃料電池セル・スタック(1)の電流−電圧特性が、少なくとも200時間後、又は少なくとも500時間後、又は少なくとも1000時間後、又は200時間ごと、又は500時間ごと、又は1000時間ごとに動作時に検出され、前記所望の値は、前記検出された電流−電圧特性から再度決定される、請求項1から7までのいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1から8までのいずれか一項に記載の方法により、燃料電池セル又は燃料電池セル・スタック(1)又は燃料電池セル・システムを調節するように構成された、前記燃料電池セル、前記燃料電池セル・スタック(1)、又は前記燃料電池セル・システムのための調節装置(8)
- 前記燃料電池セル又は前記燃料電池セル・スタック(1)の出力(9)に接続され、測定調節ユニット(6)を含み、前記測定調節ユニット(6)が、前記燃料電池セル又は前記燃料電池セル・スタックの電流−電圧特性を検出するように構成され、前記また検出された電流−電圧特性から勾配の最小の値又は勾配の最小に関連する値(Rmin)を決定し、それにより、前記決定された値に事前に決められたオフセット値(Roffset)を加算することにより、前記決定された値を事前に決められたオフセット値と数学的にリンクすることによって、動作点の所望の値を決定し、また前記燃料電池セル又は前記燃料電池セル・スタック又は前記燃料電池セル・システムを、このようにして決定された前記所望の値を使用して調節するように構成される、請求項9に記載の調節装置(8)。
- 前記燃料電池セル又は前記燃料電池セル・スタック(1)の出力に接続することができる調節可能なコンシューマ(3)又は調節可能な電流シンクをさらに含み、前記調節可能なコンシューマ又は前記調節可能な電流シンクを介して前記燃料電池セル又は前記燃料電池セル・スタックを調節する、請求項9又は10に記載の調節装置。
- 請求項9から11までのいずれか一項に記載の調節装置(8)を有する燃料電池セル又は燃料電池セル・スタック又は燃料電池セル・システム。
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