JP3857214B2 - 燃料電池システムの暖機方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質の両側に一対の電極を設けた構造体が一対のセパレータにより挟持された燃料電池と、前記燃料電池を加熱するためのヒータと、前記燃料電池に電気的に接続されるキャパシタとを備える燃料電池システムの暖機方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体（構造体）を、セパレータによって挟持することにより構成されている。この種の燃料電池は、通常、電解質膜・電極構造体およびセパレータを所定数だけ交互に積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
ところで、この種の燃料電池は、低温始動される際に発電効率が低下するため、所望の発電状態に至るまでに相当な時間がかかってしまう。特に、氷点下での始動では、外部への放熱によって結露が発生し易く、生成水の排出性が低下して発電性能が低下するという不具合が指摘されている。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１には、燃料電池スタックに外部電気回路が接続可能に設けられており、前記燃料電池スタックを構成する電解質膜・電極構造体の少なくとも一部の温度が水の凝固温度を超過するように、前記燃料電池スタックから前記外部電気回路に電流を供給する技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特表２０００−５１２０６８号公報（図３）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１では、自己発熱によって燃料電池スタック全体を低温から始動するため、加熱に必要な熱量が非常に多くなってしまう。これにより、例えば、電気ヒータからの加熱では、暖機時間が相当に長くなるとともに、非常に大きな電気容量が必要になるという問題がある。しかも、特に氷点下での始動では、生成水が拡散層や反応ガス流路内で凍結してしまい、連続始動暖機が有効に行われないという問題がある。
【０００８】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な工程で、確実な暖機を短時間で行うことができ、迅速な始動が遂行可能な燃料電池システムの暖機方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る燃料電池システムの暖機方法では、燃料電池を発電させて補機に電力を供給するとともに、キャパシタ（蓄電装置）を前記燃料電池及び前記補機に接続させることにより、前記キャパシタに充電する工程と、前記キャパシタをヒータに接続させることにより、前記キャパシタから放電して前記ヒータに通電し、このヒータにより前記燃料電池を暖機する工程とを有するとともに、始動時の暖機運転中に、前記燃料電池を連続的に発電させながら、前記キャパシタの充電と放電とを繰り返している。
【００１０】
このため、燃料電池は、補機の負荷とキャパシタへの充電時の負荷とにより自己発熱し、連続的な発電によって迅速な暖機が行われる。一方、キャパシタ自体は、充電と放電とを繰り返すことにより、迅速な暖機が可能になる。従って、燃料電池およびキャパシタは、簡単な工程で、確実な暖機を短時間で行うことができ、効率的な低温始動が遂行可能になる。すなわち、燃料電池およびキャパシタは、いずれも低温で所望の機能を発揮することができ、確実な暖機が行われることにより、所望の機能が得られて良好な低温始動が遂行される。
【００１１】
また、本発明の請求項２に係る燃料電池システムの暖機方法では、互いに並列されて燃料電池に選択的に接続される第１および第２キャパシタを有している。そして、燃料電池を発電させて補機に電力を供給するとともに、第１切り替え器を介して第１キャパシタを前記燃料電池及び前記補機に接続させることにより、前記第１キャパシタの充電を行う一方、第２切換器を介して第２キャパシタをヒータに接続させることにより、前記第２キャパシタから放電して前記ヒータに通電し、該ヒータにより前記燃料電池を暖機する工程と、第２切り替え器を介して前記第２キャパシタを前記燃料電池及び前記補機に接続させることにより、前記第２キャパシタの充電を行う一方、前記第１切換器を介して前記第１キャパシタを前記ヒータに接続させることにより、前記第１キャパシタから放電して前記ヒータに通電し、該ヒータにより前記燃料電池を暖機する工程とを有している。
【００１２】
これにより、燃料電池を暖機するためのヒータには、第１および第２キャパシタから交互に電力が供給される。このため、ヒータを連続的に加熱することができ、燃料電池の暖機を短時間で確実に行うことが可能になる。
【００１３】
さらに、本発明の請求項３に係る燃料電池システムの暖機方法では、互いに並列される第１および第２燃料電池を有しており、暖機工程が終了した後、前記第１および第２燃料電池を電気的に直列に接続するとともに、第１および第２キャパシタを電気的に直列に接続している。従って、暖機用の制御が有効に簡素化される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システム１０の概略構成説明図である。
【００１５】
燃料電池システム１０は、燃料電池１２と、前記燃料電池１２に内蔵されて該燃料電池１２を加熱するためのヒータ１４と、前記燃料電池１２に電気的に接続されるキャパシタ（蓄電装置）１６と、前記燃料電池１２から電力が供給される補機の負荷１８と、前記キャパシタ１６を前記燃料電池１２と前記ヒータ１４とに切り替え接続する切り替え器２０とを備える。なお、燃料電池１２を直接加熱するヒータ１４に代替して、例えば、冷却媒体を加熱するヒータ（図示せず）を用いてもよい。
【００１６】
燃料電池１２は、矢印Ａ方向に積層されて燃料電池スタックを構成しているが、前記燃料電池１２を単独で使用してもよい。燃料電池１２は、電解質膜・電極構造体（構造体）２２と、前記電解質膜・電極構造体２２を挟持する第１および第２セパレータ２４、２６とを備える。電解質膜・電極構造体２２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸されてなる固体高分子電解質膜３０と、該固体高分子電解質膜３０を挟持するアノード側電極３２およびカソード側電極３４とを備える。
【００１７】
アノード側電極３２およびカソード側電極３４は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布した電極触媒層とをそれぞれ有する。電極触媒層は、互いに固体高分子電解質膜３０を介装して対向するように、前記固体高分子電解質膜３０の両面に接合されている。
【００１８】
第１セパレータ２４の電解質膜・電極構造体２２側の面には、アノード側電極３２に燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス流路３５が形成される。第２セパレータ２６の電解質膜・電極構造体２２側の面には、カソード側電極３４に酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス流路３６が形成される。第１および第２セパレータ２４、２６間には、電解質膜・電極構造体２２を冷却するための冷却媒体を供給する冷却媒体流路３８が形成される。
【００１９】
燃料電池１２は、負荷１８と並列に接続されており、前記燃料電池１２の一端とヒータ１４の一端とは、キャパシタ１６の一端に接続される。燃料電池１２の他端は、切り替え器２０の第１接点４０に接続され、ヒータ１４の他端は、前記切り替え器２０の第２接点４２に接続される。キャパシタ１６の他端は、切り替え器２０の共通接点４４に接続されるとともに、前記共通接点４４が第１接点４０と第２接点４２とに切り替えられることにより、前記キャパシタ１６は、燃料電池１２とヒータ１４とに選択的に接続される。
【００２０】
このように構成される燃料電池システム１０の動作について、図２に示すタイミングチャートに沿って以下に説明する。
【００２１】
まず、氷点下等において低温始動を行う際には、運転時に結露水の凍結が惹起するおそれがあり、燃料電池システム１０を暖機する必要がある。そこで、図１に示すように、切り替え器２０を構成する共通接点４４が第１接点４０に接続されており、キャパシタ１６は、負荷１８と同様に燃料電池１２に電気的に接続される。この状態で、燃料電池１２により発電が行われる。
【００２２】
具体的には、第１セパレータ２４に形成された燃料ガス流路３５に水素含有ガス等の燃料ガスが供給されるとともに、第２セパレータ２６に形成された酸化剤ガス流路３６に空気等の酸素含有ガスである酸化剤ガスが供給される。従って、電解質膜・電極構造体２２では、アノード側電極３２に供給される燃料ガスとカソード側電極３４に供給される酸化剤ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
【００２３】
なお、第１および第２セパレータ２４、２６の間に形成された冷却媒体流路３８には、必要に応じて図示しないヒータ等によって暖気された冷却媒体が供給される。また、燃料電池１２の始動時には、冷却媒体の温度が低下しており、低温の冷却媒体は冷却媒体流路３８に流さずに溜めておき、この冷却媒体からの放熱を低減するようにしてもよい。
【００２４】
上記のように、燃料電池１２が発電することにより、切り替え器２０を介して電気的に接続されているキャパシタ１６に充電が行われる。一方、燃料電池１２から負荷１８に電力が供給されており、この燃料電池１２の補機、例えば、燃料ガス供給用のポンプや酸化剤ガス供給用のポンプ等の駆動が行われる。
【００２５】
次いで、キャパシタ１６の充電が完了すると、図３に示すように、切り替え器２０が駆動されて、共通接点４４が第２接点４２に接続される。このため、キャパシタ１６は、燃料電池１２から切り離されてヒータ１４に電気的に接続され、このヒータ１４に放電する。従って、ヒータ１４が加熱され、このヒータ１４を内蔵している燃料電池１２が暖機される。
【００２６】
さらに、キャパシタ１６からの放電が終了すると、切り替え器２０の作用下に共通接点４４が第１接点４０に接続され、前記キャパシタ１６がヒータ１４から切り離されて燃料電池１２に電気的に接続される。
【００２７】
このように、切り替え器２０を切り替え操作することにより、キャパシタ１６への充電と、このキャパシタ１６からの放電とが交互に繰り返される。これにより、ヒータ１４が加熱されて燃料電池１２の暖機が行われるとともに、キャパシタ１６の放電時には、前記燃料電池１２から負荷１８に電力が供給されて該燃料電池１２が連続的に発電する。
【００２８】
この場合、第１の実施形態では、燃料電池１２が補機の負荷１８と、キャパシタ１６への充電時の負荷とにより自己発熱し、連続的な発電によって前記燃料電池１２を迅速に暖機することができるという効果が得られる。しかも、キャパシタ１６は、充電と放電とを繰り返すことにより自己発熱して、迅速な暖機が行われる。このため、燃料電池１２およびキャパシタ１６は、簡単な工程で、確実な暖機を短時間で行うことができ、迅速な低温始動が遂行可能になる。
【００２９】
すなわち、燃料電池１２およびキャパシタ１６は、十分な暖機が完了する前に運転（例えば、走行）を行うと、それぞれの機能を発揮することができず、走行性能が制限され易い。ところが、上記のように、燃料電池１２およびキャパシタ１６の暖機が短時間で確実に行われることにより、良好な走行性能を確保することが可能になる。
【００３０】
ところで、暖機終了後に、切り替え器２０を介して共通接点４４が第１接点４０に接続され、燃料電池１２にキャパシタ１６が接続される（図１参照）。このため、キャパシタ１６は、通常の加速アシストや減速回生等に良好に使用することができる。
【００３１】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システム６０の概略構成説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池システム１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３２】
燃料電池システム６０は、第１および第２キャパシタ１６ａ、１６ｂと、前記第１および第２キャパシタ１６ａ、１６ｂが並列されて燃料電池１２から交互に充電される際に、電圧を半分に低下させるための変圧器６２と、第１切り替え器２０ａ、第２切り替え器２０ｂ、第３切り替え器２０ｃ、第４切り替え器２０ｄおよび第５切り替え器２０ｅとを備える。
【００３３】
第１切り替え器２０ａは、ヒータ１４に接続される第１接点４０ａと、変圧器６２の低圧側に接続される第２接点４２ａと、第１キャパシタ１６ａに接続される共通接点４４ａとを備える。第２切り替え器２０ｂは、ヒータ１４に接続される第１接点４０ｂと、燃料電池１２に接続される第２接点４２ｂと、変圧器６２の低圧側に接続される第３接点６４と、第２キャパシタ１６ｂに接続される共通接点４４ｂとを備える。
【００３４】
第３切り替え器２０ｃは、第１キャパシタ１６ａに接続される第１接点４０ｃと、変圧器６２の低圧側に接続される第２接点４２ｃと、第２キャパシタ１６ｂに接続される共通接点４４ｃとを備える。第４切り替え器２０ｄは、第５切り替え器２０ｅに接続される第１接点４０ｄと、変圧器６２の低圧側に接続される第２接点４２ｄと、第１キャパシタ１６ａに接続される共通接点４４ｄとを備える。
【００３５】
第５切り替え器２０ｅは、変圧器６２の高圧側に接続される第１接点４０ｅと、第４切り替え器２０ｄに接続される第２接点４２ｅと、燃料電池１２に接続される共通接点４４ｅとを備える。
【００３６】
このように構成される第２の実施形態では、低温始動時に際して、燃料電池１２と第１および第２キャパシタ１６ａ、１６ｂが、図５に示すタイミングチャートに沿って暖機される。
【００３７】
まず、図４に示すように、第１切り替え器２０ａの共通接点４４ａが第２接点４２ａに接続され、第２切り替え器２０ｂの共通接点４４ｂが第１接点４０ｂに接続され、第３切り替え器２０ｃの共通接点４４ｃが第２接点４２ｃに接続される。さらに、第４切り替え器２０ｄの共通接点４４ｄが第２接点４２ｄに接続されるとともに、第５切り替え器２０ｅの共通接点４４ｅが第１接点４０ｅに接続される。
【００３８】
このため、燃料電池１２で発電が行われると、この燃料電池１２から負荷１８に電力が供給されるとともに、変圧器６２を介し電圧を半分にして第１キャパシタ１６ａに充電が開始される。一方、第２キャパシタ１６ｂは、ヒータ１４に電気的に接続されており、この第２キャパシタ１６ｂから前記ヒータ１４に放電が行われる。従って、ヒータ１４が加熱されて燃料電池１２の暖機が行われる。
【００３９】
次いで、第１キャパシタ１６ａの充電が完了するとともに、第２キャパシタ１６ｂの放電が完了すると、第１および第２切り替え器２０ａ、２０ｂが、図６に示すように切り替えられる。これにより、第１キャパシタ１６ａは、第１および第４切り替え器２０ａ、２０ｄを介してヒータ１４に電気的に接続され、このヒータ１４に放電されることによって燃料電池１２の暖機が継続される。一方、第２キャパシタ１６ｂは、第２および第３切り替え器２０ｂ、２０ｃを介して変圧器６２の低圧側に接続されており、燃料電池１２の発電によってこの第２キャパシタ１６ｂに充電が行われる。
【００４０】
そして、第１キャパシタ１６ａの放電が完了するとともに、第２キャパシタ１６ｂの充電が完了すると、第１および第２切り替え器２０ａ、２０ｂが、図４に示す接続状態に変更される。従って、第１キャパシタ１６ａの充電と第２キャパシタ１６ｂの放電とが行われ、前記第１および第２キャパシタ１６ａ、１６ｂ自体が暖機される。
【００４１】
上記のように、燃料電池１２と第１および第２キャパシタ１６ａ、１６ｂとの暖機が行われた後、第１〜第５切り替え器２０ａ〜２０ｅが、図７に示すように切り替えられる。このため、燃料電池１２は、第１および第２キャパシタ１６ａ、１６ｂと直列に接続され、通常の運転モードに入ることができる。
【００４２】
このように、第２の実施形態では、暖機時に互いに並列されて燃料電池１２に選択的に接続される第１および第２キャパシタ１６ａ、１６ｂを設けている。そして、燃料電池１２と第１キャパシタ１６ａとを接続して前記第１キャパシタ１６ａの充電を行う一方、第２キャパシタ１６ｂからヒータ１４に放電を行った後、前記燃料電池１２と前記第２キャパシタ１６ｂとを接続して該第２キャパシタ１６ｂの充電を行う一方、前記第１キャパシタ１６ａから前記ヒータ１４に放電を行っている。
【００４３】
これにより、ヒータ１４は、第１および第２キャパシタ１６ａ、１６ｂから交互に放電が行われるため、このヒータ１４は常時加熱されている。従って、燃料電池１２は、自己発熱の他に、常時加熱されているヒータ１４を介してより一層短時間で良好に暖機を行うことができ、暖機時間の短縮化を容易に図ることが可能になるという効果が得られる。
【００４４】
図８は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池システム８０の概略構成説明図である。なお、第２の実施形態に係る燃料電池システム６０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４５】
燃料電池システム８０は、第１および第２キャパシタ１６ｃ、１６ｄを備えており、前記第１および第２キャパシタ１６ｃ、１６ｄは、それぞれ燃料電池１２と同一電圧に設定されている。第１および第２キャパシタ１６ｃ、１６ｄは、第１〜第４切り替え器２０ａ〜２０ｄを介して、燃料電池１２に対し互いに並列されて選択的に接続可能である。この第３の実施形態では、第２の実施形態に係る燃料電池システム６０を構成する変圧器６２および第５切り替え器２０ｅを用いていない。
【００４６】
そこで、燃料電池システム８０では、第１〜第４切り替え器２０ａ〜２０ｄを、まず、図８中、実線に示す接続状態に駆動することにより、燃料電池１２から第１キャパシタ１６ｃへの充電と、第２キャパシタ１６ｄからヒータ１４への放電とが行われる。
【００４７】
次いで、第１〜第４切り替え器２０ａ〜２０ｄを、図８中、二点鎖線に示す接続状態に切り替える。これにより、燃料電池１２から第２キャパシタ１６ｄへの充電を行う一方、第１キャパシタ１６ｃからヒータ１４への放電が行われる。
【００４８】
従って、第３の実施形態では、構成および制御が一層簡素化するとともに、ヒータ１４が第１および第２キャパシタ１６ｃ、１６ｄを介して常時加熱されている。これにより、燃料電池１２の暖機時間を有効に短縮することができる等、第１および第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４９】
図９は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池システム９０の概略構成説明図である。なお、第３の実施形態に係る燃料電池システム８０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５０】
この燃料電池システム９０は、暖機時に互いに並列される第１燃料電池１２ａと第２燃料電池１２ｂとを備え、前記第１および第２燃料電池１２ａ、１２ｂには、第１および第２ヒータ１４ａ、１４ｂが内蔵される。第１および第２燃料電池１２ａ、１２ｂを並列および直列に切り替えて接続するために、第５および第６切り替え器２０ｅ、２０ｆが設けられる。
【００５１】
第５切り替え器２０ｅは、第１燃料電池１２ａに接続される共通接点４４ｅと、第１切り替え器２０ａに接続される第１接点４０ｅと、第６切り替え器２０ｆに接続される第２接点４２ｅとを備える。第６切り替え器２０ｆは、第５切り替え器２０ｅに接続される第１接点４０ｆと、第３および第４切り替え器２０ｃ、２０ｄに接続される第２接点４２ｆと、第２燃料電池１２ｂに接続される共通接点４４ｆとを備える。第３切り替え器２０ｃには、第１および第２接点４０ｃ、４２ｃの他、第２ヒータ１４ｂに接続される第３接点６４ｃを設ける。
【００５２】
このように構成される第４の実施形態では、低温始動時には、まず、第１〜第６切り替え器２０ａ〜２０ｆが、図９中、実線に示す接続状態に選択される。このため、第１および第２燃料電池１２ａ、１２ｂの発電作用下に、負荷１８に電力が供給されるとともに、第１キャパシタ１６ａの充電が行われる。その際、第２キャパシタ１６ｂは、第２ヒータ１４ｂに接続されてこの第２ヒータ１４ｂから放電が行われ、前記第２ヒータ１４ｂの発熱作用下に第２燃料電池１２ｂの暖機がなされる。
【００５３】
次いで、第１キャパシタ１６ａへの充電と、第２キャパシタ１６ｂからの放電とが終了した後、第１〜第４切り替え器２０ａ〜２０ｄが、図９中、二点鎖線に示す接続状態に選択される。これにより、第１および第２燃料電池１２ａ、１２ｂの発電作用下に第２キャパシタ１６ｂの充電が行われる一方、第１キャパシタ１６ａから第１ヒータ１４ａに放電が行われて、この第１ヒータ１４ａの加熱作用下に第１燃料電池１２ａの暖機がなされる。
【００５４】
そして、第１〜第４切り替え器２０ａ〜２０ｄが、上記のように切り替え操作されることにより、第１および第２キャパシタ１６ａ、１６ｂは、充電と放電とを交互に繰り返す。このため、第１および第２燃料電池１２ａ、１２ｂは、発電による自己発熱と、第１および第２ヒータ１４ａ、１４ｂの加熱とによる暖機が行われるとともに、第１および第２キャパシタ１６ａ、１６ｂは、充電と放電とを繰り返すことよって自己発熱により暖機される。
【００５５】
従って、簡単な構成および制御で、第１および第２燃料電池１２ａ、１２ｂの暖機と、第１および第２キャパシタ１６ａ、１６ｂの暖機とが短時間で容易に遂行可能になる等、第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５６】
この第４の実施形態では、通常運転時には、図１０に示すように、第１〜第６切り替え器２０ａ〜２０ｆが切り替えられる。このため、第１および第２燃料電池１２ａ、１２ｂは、直列に接続されて所望の電圧を発生するとともに、第１および第２キャパシタ１６ａ、１６ｂは、直列に接続されて通常の加速アシストや減速回生等に使用することが可能になる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池システムの暖機方法では、燃料電池を発電させて補機に電力を供給するとともに、キャパシタに充電する工程と、前記キャパシタから放電してヒータに通電し、このヒータにより前記燃料電池を暖機する工程とを有するとともに、前記燃料電池を連続的に発電させながら、前記キャパシタの充電と放電とを繰り返している。
【００５８】
このため、燃料電池は、補機の負荷とキャパシタへの充電時の負荷とにより自己発熱し、連続的な発電によって迅速な暖機が行われる。一方、キャパシタ自体は、充電と放電とを繰り返すことにより、迅速な暖機が可能になる。従って、燃料電池およびキャパシタは、簡単な工程で、確実な暖機を短時間で行うことができ、効率的な低温始動が遂行可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成説明図である。
【図２】前記燃料電池システムにおける燃料電池とキャパシタの動作を示すタイミングチャートである。
【図３】前記燃料電池システムにおける放電工程の説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成説明図である。
【図５】前記燃料電池システムにおける燃料電池と第１および第２キャパシタの動作を示すタイミングチャートである。
【図６】前記燃料電池システムにおける第１キャパシタの放電と第２キャパシタの充電工程の説明図である。
【図７】前記燃料電池システムにおける通常運転状態の説明図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成説明図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成説明図である。
【図１０】前記燃料電池システムの通常運転状態の説明図である。
【符号の説明】
１０、６０、８０、９０…燃料電池システム
１２、１２ａ、１２ｂ…燃料電池 １４、１４ａ、１４ｂ…ヒータ
１６、１６ａ〜１６ｄ…キャパシタ １８…負荷
２０、２０ａ〜２０ｆ…切り替え器 ２２…電解質膜・電極構造体
２４、２６…セパレータ ３０…固体高分子電解質膜
３２…アノード側電極 ３４…カソード側電極
６２…変圧器

Claims (3)

  1. 電解質の両側に一対の電極を設けた構造体が一対のセパレータにより挟持された燃料電池と、少なくとも前記燃料電池から電力が供給される補機と、前記燃料電池を加熱するためのヒータと、前記燃料電池に前記補機と並列して電気的に接続可能なキャパシタと、前記キャパシタを前記燃料電池及び前記補機と前記ヒータとに選択的に接続させる切り替え器とを備える燃料電池システムの暖機方法であって、
    前記燃料電池を発電させて補機に電力を供給するとともに、前記キャパシタを前記燃料電池及び前記補機に接続させることにより、前記キャパシタに充電する工程と、
    前記キャパシタを前記ヒータに接続させることにより、前記キャパシタから放電して前記ヒータに通電し、該ヒータにより前記燃料電池を暖機する工程と、
    を有するとともに、
    始動時の暖機運転中に、前記燃料電池を連続的に発電させながら、前記キャパシタの充電と放電とを繰り返すことを特徴とする燃料電池システムの暖機方法。
  2. 電解質の両側に一対の電極を設けた構造体が一対のセパレータにより挟持された燃料電池と、少なくとも前記燃料電池から電力が供給される補機と、前記燃料電池を加熱するためのヒータと、前記燃料電池に前記補機と並列して電気的に接続可能な第１および第２キャパシタと、前記第１キャパシタを前記燃料電池及び前記補機と前記ヒータとに選択的に接続させる第１切り替え器と、前記第２キャパシタを前記燃料電池及び前記補機と前記ヒータとに選択的に接続させる第２切り替え器とを備える燃料電池システムの暖機方法であって、
    前記燃料電池を発電させて補機に電力を供給するとともに、前記第１切り替え器を介して前記第１キャパシタを前記燃料電池及び前記補機に接続させることにより、前記第１キャパシタの充電を行う一方、前記第２切換器を介して前記第２キャパシタを前記ヒータに接続させることにより、前記第２キャパシタから放電して前記ヒータに通電し、該ヒータにより前記燃料電池を暖機する工程と、
    前記第２切り替え器を介して前記第２キャパシタを前記燃料電池及び前記補機に接続させることにより、前記第２キャパシタの充電を行う一方、前記第１切換器を介して前記第１キャパシタを前記ヒータに接続させることにより、前記第１キャパシタから放電して前記ヒータに通電し、該ヒータにより前記燃料電池を暖機する工程と、
    始動時の暖機運転中に、前記燃料電池を連続的に発電させながら、前記第１キャパシタおよび前記第２キャパシタの充電と放電とを繰り返すことを特徴とする燃料電池システムの暖機方法。
  3. 請求項２記載の暖機方法において、互いに並列される第１および第２燃料電池を有しており、
    暖機工程が終了した後、前記第１および第２燃料電池を電気的に直列に接続するとともに、
    前記第１および第２キャパシタを電気的に直列に接続することを特徴とする燃料電池システムの暖機方法。
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