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公開番号2025044562
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-02
出願番号2023152201
出願日2023-09-20
発明の名称燃料電池
出願人株式会社SOKEN,トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類H01M 8/0432 20160101AFI20250326BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】様々な原因に適合した対策を実現するための技術を提供する。
【解決手段】燃料電池は、複数の燃料電池セルを有し、冷却ガスによって冷却される空冷式の燃料電池スタックと、第1温度センサ及び第2温度センサと、第1温度センサによる第1測定温度及び第2温度センサによる第2測定温度に基づいて、燃料電池スタックに供給される酸化剤ガスの流量と冷却ガスの流量の少なくとも一つを調節する制御装置と、を備え、複数の燃料電池セルの各々には、燃料ガス流路と、酸化剤ガス流路とが形成されており、隣り合う二つの燃料電池セルの間には、冷却ガス流路が形成されており、第1温度センサは、燃料電池スタックの内部に接触し、冷却ガス流路の上流側範囲内であって、酸化剤ガス流路の下流側範囲に隣接する位置で、冷却ガスの温度を測定し、第2温度センサは、燃料電池スタックの外部に配置され、燃料電池スタックへ供給される冷却ガスの温度を測定する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
第１方向に沿って積層された複数の燃料電池セルを有し、冷却ガスによって冷却される空冷式の燃料電池スタックと、
前記冷却ガスの温度を測定する第１温度センサ及び第２温度センサと、
前記第１温度センサによる第１測定温度及び前記第２温度センサによる第２測定温度に基づいて、前記燃料電池スタックに供給される酸化剤ガスの流量と前記冷却ガスの流量の少なくとも一つを調節する制御装置と、
を備え、
前記複数の燃料電池セルの各々には、前記第１方向に垂直な第２方向に沿って燃料ガスが流通する燃料ガス流路と、前記第２方向とは反対向きの第３方向に沿って酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路とが形成されており、
隣り合う二つの燃料電池セルの間には、前記第１方向、前記第２方向及び前記第３方向に対して垂直な第４方向に沿って前記冷却ガスが流通する冷却ガス流路が形成されており、
前記第１温度センサは、前記燃料電池スタックの内部で、燃料電池セルの表面又は隣り合う二つの燃料電池セルの間に位置する冷却プレートに接触し、前記冷却ガス流路の上流側範囲内であって、前記酸化剤ガス流路の下流側範囲に隣接する位置で、前記燃料電池セル又は前記冷却ガスの温度を測定し、
前記第２温度センサは、前記燃料電池スタックの外部に配置され、前記燃料電池スタックへ供給される前記冷却ガスの温度を測定する、
燃料電池。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記制御装置は、
前記第２測定温度に対する前記第１測定温度の温度差が、所定の第１閾値を下回るときに、前記冷却ガスの流量を減少させる処理と、前記酸化剤ガスの流量を増大させる処理との少なくとも一方を実行し、
前記第２測定温度に対する前記第１測定温度の前記温度差が、所定の第２閾値を上回るときは、前記冷却ガスの流量を増大させる処理と、前記酸化剤ガスの流量を減少させる処理との少なくとも一方を実行する、
請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記燃料電池は、さらに、
前記冷却ガスの温度を測定する第３温度センサを備え、
前記第３温度センサは、前記燃料電池スタックの内部で、前記燃料電池セルの表面又は前記冷却プレートに接触し、前記冷却ガス流路の下流側範囲内であって、前記酸化剤ガス流路の上流側範囲に隣接する位置で、前記燃料電池セル又は前記冷却ガスの温度を測定し、
前記制御装置は、前記第２測定温度及び前記第３温度センサによる第３測定温度に基づいて、前記燃料電池スタックに供給される燃料ガスの流量と、前記燃料電池スタックに供給される酸化剤ガスの流量と、前記冷却ガスの流量の少なくとも一つを調節する、
請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記第２測定温度に対する前記第３測定温度の温度差が、所定の第３閾値を下回るときに、前記冷却ガスの流量を増加させる処理と、前記酸化剤ガスの流量を減少させる処理と、前記燃料ガスの流量を増加させる処理との少なくとも一方を実行し、
前記第２測定温度に対する前記第３測定温度の前記温度差が、所定の第４閾値を上回るときは、前記冷却ガスの流量を減少させる処理と、前記酸化剤ガスの流量を増大させる処理との少なくとも一方を実行する、
請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
第１方向に沿って積層された複数の燃料電池セルを有し、冷却ガスによって冷却される空冷式の燃料電池スタックと、
前記冷却ガスの温度を測定する第２温度センサ及び第３温度センサと、
前記第２温度センサによる第２測定温度及び前記第３温度センサによる第３測定温度に基づいて、前記燃料電池スタックに供給される燃料ガスの流量と、前記燃料電池スタックに供給される酸化剤ガスの流量と、前記冷却ガスの流量の少なくとも一つを調節する制御装置と、
を備え、
前記複数の燃料電池セルの各々には、前記第１方向に垂直な第２方向に沿って燃料ガスが流通する燃料ガス流路と、前記第２方向とは反対向きの第３方向に沿って酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路とが形成されており、
隣り合う二つの燃料電池セルの間には、前記第１方向、前記第２方向及び前記第３方向に対して垂直な第４方向に沿って前記冷却ガスが流通する冷却ガス流路が形成されており、
前記第２温度センサは、前記燃料電池スタックの外部に配置され、前記燃料電池スタックへ供給される前記冷却ガスの温度を測定し、
前記第３温度センサは、前記燃料電池スタックの内部で、燃料電池セルの表面又は隣り合う二つの燃料電池セルの間に位置する冷却プレートに接触し、前記冷却ガス流路の下流側範囲内であって、前記酸化剤ガス流路の上流側範囲に隣接する位置で、前記燃料電池セル又は前記冷却ガスの温度を測定する、
燃料電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書は、積層された複数の燃料電池セルを有する燃料電池を開示する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、空冷式の燃料電池が記載されている。空気は、セルとセルの間を通過する。燃料電池は、空気の入口付近に配置された第１温度取得部と、セルとセルの間に配置されている第２温度取得部と、を備える。燃料電池の制御部は、第１温度取得部で取得された温度と第２温度取得部とで取得された温度の差が所定の温度閾値以上の時に、燃料電池の発電を停止する。これにより、燃料電池の過熱が防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－１８５２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池では、発電状態のバランスが崩れたときに、フラッティングやドライアップといった事象が生じ得る。これらの事象の発生は、燃料電池の異常ではないものの、通常の発電状態とは言えず（以下、非通常な発電状態と称する）、例えば燃料電池セルに悪影響を与えるおそれがある。本明細書では、非通常な発電状態を早期に検知して、それを是正するための技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書で開示する燃料電池は、第１方向に沿って積層された複数の燃料電池セルを有し、冷却ガスによって冷却される空冷式の燃料電池スタックと、前記冷却ガスの温度を測定する第１温度センサ及び第２温度センサと、前記第１温度センサによる第１測定温度及び前記第２温度センサによる第２測定温度に基づいて、前記燃料電池スタックに供給される酸化剤ガスの流量と前記冷却ガスの流量の少なくとも一つを調節する制御装置と、を備え、前記複数の燃料電池セルの各々には、前記第１方向に垂直な第２方向に沿って燃料ガスが流通する燃料ガス流路と、前記第２方向とは反対向きの第３方向に沿って酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路とが形成されており、隣り合う二つの燃料電池セルの間には、前記第１方向、前記第２方向及び前記第３方向に対して垂直な第４方向に沿って前記冷却ガスが流通する冷却ガス流路が形成されており、前記第１温度センサは、前記燃料電池スタックの内部で、燃料電池セルの表面又は隣り合う二つの燃料電池セルの間に位置する冷却プレートに接触し、前記燃料電池セル又は前記冷却ガス流路の上流側範囲内であって、前記酸化剤ガス流路の下流側範囲に隣接する位置で、前記冷却ガスの温度を測定し、前記第２温度センサは、前記燃料電池スタックの外部に配置され、前記燃料電池スタックへ供給される前記冷却ガスの温度を測定する。
【０００６】
上記の構成によれば、第１測定温度と第２測定温度を利用することにより、燃料電池スタックの内部のうち、冷却ガス流路の上流側範囲内であって、酸化剤ガス流路の下流側範囲に隣接する位置について非通常な発電状態の発生を検知することができる。そして、当該位置で発生した非通常な発電状態を是正するために、酸化剤ガスの流量と冷却ガスの流量の少なくとも一つを調節することができる。
【０００７】
本明細書で開示する他の燃料電池は、第１方向に沿って積層された複数の燃料電池セルを有し、冷却ガスによって冷却される空冷式の燃料電池スタックと、前記冷却ガスの温度を測定する第２温度センサ及び第３温度センサと、前記第２温度センサによる第２測定温度及び前記第３温度センサによる第３測定温度に基づいて、前記燃料電池スタックに供給される燃料ガスの流量と、前記燃料電池スタックに供給される酸化剤ガスの流量と、前記冷却ガスの流量の少なくとも一つを調節する制御装置と、を備え、前記複数の燃料電池セルの各々には、前記第１方向に垂直な第２方向に沿って燃料ガスが流通する燃料ガス流路と、前記第２方向とは反対向きの第３方向に沿って酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路とが形成されており、隣り合う二つの燃料電池セルの間には、前記第１方向、前記第２方向及び前記第３方向に対して垂直な第４方向に沿って前記冷却ガスが流通する冷却ガス流路が形成されており、前記第２温度センサは、前記燃料電池スタックの外部に配置され、前記燃料電池スタックへ供給される前記冷却ガスの温度を測定し、前記第３温度センサは、前記燃料電池スタックの内部で、燃料電池セルの表面又は隣り合う二つの燃料電池セルの間に位置する冷却プレートに接触し、前記冷却ガス流路の下流側範囲内であって、前記酸化剤ガス流路の上流側範囲に隣接する位置で、前記燃料電池セル又は前記冷却ガスの温度を測定する。
【０００８】
上記の構成によれば、第２測定温度と第３測定温度を利用することにより、燃料電池スタックの内部のうち、冷却ガス流路の下流側範囲内であって、酸化剤ガス流路の上流側範囲に隣接する位置について非通常な発電状態の発生を検知することができる。そして、当該位置で発生した非通常な発電状態を是正するために、燃料ガスの流量と、酸化剤ガスの流量と、冷却ガスの流量の少なくとも一つを調節することができる。
【０００９】
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
燃料電池の斜視図である。
燃料電池セルの構成を示す図である。
燃料電池セルの平面図である。
燃料電池セルの制御装置が実行する処理のフローチャート図である。
凍結判定条件とフラッディング判定条件を表す図である。
ドライアップ判定条件と燃料不足判定条件を表す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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