JP6776246B2 - 自己発熱燃料電池システム - Google Patents
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Description
本出願は、2015年1月21日に出願の米国特許仮出願第62/105,875号明細書の利益を主張するものであり、その全開示は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
20 抵抗体
30 スイッチ
50 温度センサ
80 制御装置
100 インバータ
120、120L、120R 車輪
130 DC/DC変換器
140 電流センサ、電流
150 電圧センサ、低端子電圧
300 燃料電池システム
310 アノード、アノード触媒層
312、332 拡散媒体
314、334 バイポーラ板
315 膜電極接合体(MEA)
316、336 チャネル
320 プロトン交換膜、膜
330 カソード、カソード触媒層
340 燃料電池
350 抵抗体スイッチユニット(RSU)
352 導電性金属の上側シート
354 導電性金属の下側シート
356 薄膜抵抗体
358 スイッチ
414a、434a、414b、434b バイポーラ板
415a、415b 拡散媒体
416a、416b チャネル
436a、436b カソード
440a、440b 燃料電池
450 RSU
452 導電性金属の上側シート
454 導電性金属の下側シート
456 薄膜抵抗体
458 熱スイッチ
515a、515b、515c 拡散媒体
516a、516b、516c チャネル
536a、536b、536c チャネル
550a、550b RSU
540a、540b、540b、540c 燃料電池
534a、514b、534b、514c バイポーラ板
614、634 バイポーラ板
615 膜電極接合体(MEA)
616、636 チャネル
640 燃料電池
650 RSU
652 導電性金属の上側シート
654 導電性金属の下側シート
658 熱スイッチ
710 金属シート
710a、710b 電気接点
712 絶縁層
712a、712b 主表面
714 多層構造体
740a、740b 燃料電池
758 スイッチ
820 蛇行流れ場
834 バイポーラ板
834a バイポーラ板の上側部分
834b バイポーラ板の下側部分
856 抵抗体シート
856a、856b タブ
Claims (25)
- 少なくとも1つの燃料電池と、前記少なくとも1つの燃料電池に電気接続された少なくとも1つの抵抗体スイッチユニットとを備えた自己発熱燃料電池システムであって、前記少なくとも1つの抵抗体スイッチユニットが、抵抗体およびスイッチを備え、前記スイッチは、前記抵抗体と並列に電気接続されており、前記抵抗体は、前記少なくとも1つの燃料電池と直接接触している、自己発熱燃料電池システム。
- 前記少なくとも1つの燃料電池の温度が温度(T1)よりも高いときの当該システムの第1の内部抵抗(R1)、および前記少なくとも1つの燃料電池の温度がT1を下回るときの当該システムの第2の内部抵抗(R2)を含み、T1を約2℃下回るときのR2の値が、T1におけるR1の値の少なくとも2倍である、請求項1に記載のシステム。
- T1が、95℃未満である、請求項2に記載のシステム。
- T1を下回る複数の閾値温度における当該システムの前記抵抗の多ステップ変化がある、請求項2に記載のシステム。
- 前記燃料電池が、アノードにおける燃料流のための流れ場を含むバイポーラ板、膜電極接合体における拡散媒体、カソードにおける酸化体流のため流れ場を含むバイポーラ板を備え、前記抵抗体が、前記バイポーラ板のうちの一方に直接接触して配置される、請求項1に記載のシステム。
- 前記抵抗体が、前記少なくとも1つの燃料電池の内側、または前記少なくとも1つの燃料電池の外側にある、請求項5に記載のシステム。
- 燃料電池のスタックを備え、前記少なくとも1つの燃料電池が、燃料電池の前記スタックの中にあり、前記抵抗体スイッチユニットが、燃料電池の前記スタックの中の2つの燃料電池間に介在する、請求項1に記載のシステム。
- 前記燃料電池スタックの中のいくつかの場所にわたって燃料電池間に挿入された複数の抵抗体スイッチユニットを備える、請求項7に記載のシステム。
- 前記拡散媒体と前記少なくとも1つの燃料電池の前記バイポーラ板のうちの一方との間に挿入された前記少なくとも1つの抵抗体スイッチユニットを備える、請求項5に記載のシステム。
- 前記抵抗体が、前記抵抗体の1つの端部において2つのタブを有する、請求項1に記載のシステム。
- 前記抵抗体が、グラファイト、ステンレス鋼、ニッケル、クロム、ニクロム、銅、アルミニウム、チタン、またはそれらの合金から作製される導電性シートを備える、請求項1から10のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記抵抗体が、前記シートの一方または両方の主表面に、1つまたは複数の電気絶縁薄膜を有する薄い金属シートである、請求項11に記載のシステム。
- 前記抵抗体が、1マイクロメートルから100マイクロメートルの間の全厚を有する、請求項12に記載のシステム。
- 前記電気絶縁薄膜が、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩素化ポリプロピレン、ポリエステル、ポリイミド、PVDF、PTFE、ナイロン、またはそれらのコポリマーを含む、請求項12に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの燃料電池の表面温度を測定することができる温度感知素子からの入力に基づいて、前記スイッチを開状態、または閉状態に動作させるように構成された制御装置をさらに備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記スイッチが、電気機械式継電器と温度制御装置、または温度センサを備えた固体継電器、温度センサを備えたパワーMOSFET、または温度センサを備えた大電流接触器から成る、請求項1に記載のシステム。
- 前記複数のスイッチが、制御アルゴリズムに従って、順次、活性化され得る、請求項8に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの燃料電池が、水素または水素含有ガスで動作することができるプロトン交換膜燃料電池である、請求項1から17のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの燃料電池が、アルカリ膜燃料電池、100℃から300℃の間で動作する中間温度燃料電池、ポリベンゾイミダゾール(PBI:polybenzimidazole)燃料電池、リン酸燃料電池、または固体酸化物燃料電池である、請求項1から17のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの燃料電池が、1マイクロメートル以下の厚さを有するアノード触媒層および/またはカソード触媒層を含む、請求項18または19に記載のシステム。
- 前記燃料電池に電気接続されたDC/DC変換器と、前記DC/DC変換器に電気接続されたインバータと、前記インバータに電気接続された電気モータと、前記スイッチに電気接続され、かつ前記抵抗体において熱を生成して、前記燃料電池を加熱するために前記スイッチを開くように構成された制御装置とをさらに備える、請求項1に記載のシステム。
- 自己発熱燃料電池システムを動作させる方法であって、前記システムの中の少なくとも1つの燃料電池の温度が温度(T1)よりも高いときの第1の内部抵抗(R1)で前記システムを、および前記少なくとも1つの燃料電池の温度がT1を下回るときの前記システムの第2の内部抵抗(R2)で前記システムを、T1に応じてR1またはR2のいずれかを活性化するスイッチを活性化させることによって、動作させるステップを含み、
前記自己発熱燃料電池システムは、前記少なくとも1つの燃料電池に電気的に接続された、少なくとも1つの抵抗スイッチユニットを含み、前記少なくとも1つの抵抗体スイッチユニットが、抵抗体およびスイッチを備え、前記スイッチは、前記抵抗体と並列に電気接続されており、前記抵抗体は、前記少なくとも1つの燃料電池と直接接触している、方法。 - 前記少なくとも1つの燃料電池が、膜電極接合体と、アノード触媒電極と、カソード触媒電極と、抵抗体およびスイッチを備える抵抗体スイッチユニットであって、前記スイッチが、前記燃料電池上の温度感知素子と、前記温度感知素子から入力を受け取り、前記スイッチを動作させるように構成された制御装置とを備える、請求項22に記載の方法。
- 前記制御装置が、前記温度感知素子からの入力に基づいて、前記抵抗体スイッチユニット上の前記スイッチを開く、請求項23に記載の方法。
- T1が、95℃未満である、請求項22から24のいずれか一項に記載の方法。
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