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TWI420731B - 燃料電池系統 - Google Patents

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TWI420731B
TWI420731B TW097114671A TW97114671A TWI420731B TW I420731 B TWI420731 B TW I420731B TW 097114671 A TW097114671 A TW 097114671A TW 97114671 A TW97114671 A TW 97114671A TW I420731 B TWI420731 B TW I420731B
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TW
Taiwan
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fuel cell
fuel
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TW097114671A
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TW200910678A (en
Inventor
Yasuyuki Muramatsu
Original Assignee
Yamaha Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Yamaha Motor Co Ltd filed Critical Yamaha Motor Co Ltd
Publication of TW200910678A publication Critical patent/TW200910678A/zh
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Publication of TWI420731B publication Critical patent/TWI420731B/zh

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Description

燃料電池系統
本發明係與燃料電池系統有關,更特定而言,係與進行使燃料電池之溫度上昇的昇溫動作之燃料電池系統有關。
一般,燃料電池系統係藉由燃料電池成為特定溫度,而移轉為可作恆常性發電之通常運轉,此點已為一般所知。先前,期盼迅速移轉為通常運轉,而提出各種進行用於使燃料電池之溫度迅述上昇的昇溫動作之燃料電池系統。譬如有使用加熱器進行昇溫動作之燃料電池系統、及藉由減少循環於系統內之燃料水溶液之量而進行昇溫動作之燃料電池系統。除此之外,在專利文獻1中揭示了藉由使燃料水溶液之濃度大於通常運轉時,而進行昇溫動作之燃料電池系統。又,在專利文獻2中揭示了一種燃料電池系統,其係根據燃料電池之溫度與目標溫度之差,而調整燃料水溶液之濃度及燃料電池之電壓,在進行昇溫動作的同時,穩定將電力供給至電性機器者。
專利文獻1:日本特開昭61-269865號公報
專利文獻2:日本特開2006-286239號公報
此等技術係當燃料電池之溫度成為特定溫度以上,則使昇溫動作結束者。由於燃料電池之冷卻性能受外氣溫度(氣體環境溫度)之影響,因此,當外氣溫度高的情形,在昇溫動作後燃料電池之溫度仍繼續昇溫,燃料電池之溫度變得比設為目標之特定溫度更大。其結果,有燃料電池之 持續劣化的問題。尤其,在使用液體之燃料的燃料電池系統方面,由於熱容量比使用氣體之燃料的系統更大,過度上昇之溫度難以下降,因此,容易使燃料電池持續劣化。
有鑑於此,本發明之主要目的為,可提供一種燃料電池系統,其係可使燃料電池之溫度迅速且穩定上昇至特定溫度者。
根據本發明之觀點,係提供一種燃料電池系統,其包含:燃料電池;第1溫度檢測機構,其係檢測與外氣溫度有關之溫度資訊;昇溫機構,其係進行使燃料電池之溫度上昇的昇溫動作;及控制機構,其係控制昇溫機構;控制機構根據第1溫度檢測機構之檢測結果,而設定藉由昇溫機構之昇溫動作之結束條件。
本發明係根據與外氣溫度有關之溫度資訊而設定昇溫動作之結束條件。藉此,當外氣溫度高之情形時,使昇溫動作之結束時期提前,當外氣溫度低之情形時,則使昇溫動作之結束時期延後。當外氣溫度高之情形時,藉由使昇溫動作之結束時期提前,則可防止燃料電池之溫度變成遠大於可移轉至通常運轉的特定溫度。亦即,即使外氣溫度高,亦可使燃料電池之溫度迅速且穩定上昇至特定溫度,可抑制燃料電池之劣化。又,當外氣溫度低之情形時,由於可使昇溫動作之結束時期延後,因此,可藉由昇溫動作使燃料電池之溫度迅速且穩定上昇至特定溫度。如此方式般,無論外氣溫度如何,均可使燃料電池之溫度迅速且穩 定上昇至特定溫度。
理想的是,更包含第2溫度檢測機構,其係檢測與燃料電池之溫度有關之溫度資訊;控制機構根據第2溫度檢測機構之檢測結果,而判定是否進行昇溫動作。此一情形,譬如,當從上次之通常運轉起的經過時間短之情形等,燃料電池的溫度接近特定溫度之情形,則不進行昇溫動作。如此,在燃料電池的溫度接近特定溫度之情形時,藉由省略昇溫動作,而可更確實抑制燃料電池之劣化。
更理想的是,燃料電池使用燃料水溶液進行發電,昇溫機構包含調整燃料水溶液之濃度的調整機構;控制機構以使燃料水溶液之濃度比通常運轉時更大的方式控制調整機構,藉此使調整機構進行昇溫動作。燃料電池以為一般所知,其係一般藉由將包含燃料之燃料水溶液供給至陽極(燃料極)、且將包含氧(氧化劑)之空氣供給至陰極(空氣極),而進行發電者。如此之燃料電池的溫度非僅藉由伴隨發電之焦耳熱,亦藉由燃料與含於空氣中之氧進行反應而上昇,而該燃料係經由固體高分子膜等電解質膜而從陽極往陰極交越者。如上述般,藉由將已調整為比通常運轉時高濃度的燃料水溶液供給至燃料電池,而使從陽極往陰極交越之燃料變多,則陰極方面之燃料與氧之反應變得活潑。因此,即使不另外準備加熱器等加熱機構,亦可簡單且迅速使燃料電池之溫度上昇。
更理想的是,燃料電池使用燃料水溶液進行發電,昇溫機構包含將燃料水溶液供給至燃料電池的水溶液供給機 構;控制機構以使水溶液供給機構之輸出比通常運轉時更大之方式而控制水溶液供給機構,藉此使水溶液供給機構進行昇溫動作。如此,藉由加大水溶液供給機構之輸出,而使陽極之內壓變大,則可使更多燃料從陽極往陰極交越。因此,可使燃料電池之溫度更迅速上昇。
理想的是,控制機構根據第1溫度檢測機構之檢測結果,而設定應使昇溫動作結束之燃料電池的溫度。如此,根據與外氣溫度有關之溫度資訊,而設定應使昇溫動作結束之燃料電池的溫度,藉此,可簡單設定依據外氣溫度之昇溫動作的結束時期。
更理想的是,控制機構根據第1溫度檢測機構之檢測結果,而設定昇溫動作之執行時間。如此,根據與已檢測之外氣溫度有關之溫度資訊,而設定昇溫動作之執行時間,藉此,可簡單設定依據外氣溫度之昇溫動作的結束時期。
更理想的是,更包含第2溫度檢測機構,其係檢測與燃料電池之溫度有關之溫度資訊;及記憶機構,其係記憶表示與外氣溫度有關之溫度資訊、與燃料電池之溫度有關之溫度資訊及昇溫動作之執行時間的對應關係之資訊;控制機構使用第1溫度檢測機構之檢測結果、第2溫度檢測機構之檢測結果及記憶於記憶機構之資訊,而設定昇溫動作之執行時間。如此,預先準備表示與外氣溫度有關之溫度資訊、與燃料電池之溫度有關之溫度資訊及昇溫動作之執行時間的對應關係之資訊,從該資訊取得對應於與所檢測出之外氣溫度有關之溫度資訊及與燃料電池之溫度有 關之溫度資訊的執行時間。藉此,可簡單設定適切之執行時間。
使用液體燃料的燃料電池系統,已過度上昇之溫度難以下降,燃料電池容易持續劣化。本發明由於可使燃料電池之溫度迅速且穩定上昇至特定溫度,因此可良好應用於使用液體作為燃料之燃料電池系統。
一般,搭載於運輸機器之燃料電池系統多難以藉由外部電源將二次電池進行充電,尤其需要迅速移轉為通常運轉,燃料電池之溫度容易過度上昇。根據本發明,由於可使燃料電池之溫度迅速且穩定上昇至特定溫度,因此可良好應用於運輸機器。
本發明之上述目的及其他目的、特徵、局面及益處從關聯於附圖所進行之以下實施型態的詳細說明,當可更充分理解。
以下,參考圖式針對本發明之實施型態作說明。
在此,係針對將本發明之燃料電池系統100搭載於運輸機器之一例(機車10)之情形作說明。
首先,針對機車10作說明。本發明之實施型態中的左右、前後、上下係指,以騎乘者朝向該把手24乘坐於機車10的座椅之狀態為基準的左右、前後、上下。
參考圖1,機車10具有車體框架12。車體框架12包含頭燈14;前框架16,其係從頭燈14向後方往斜下方延伸之縱剖面呈I字型者;及後框架18,其係連結於前框架16之後 端部且向後方往斜上方上昇者。
前框架16具有:板狀構件16a,其係往上下方向具有寬度,向後方往斜下方延伸,且對左右方向呈正交者;凸緣部16b及16c,其係分別形成於板狀構件16a之上端緣及下端緣,且往左右方向具有寬度,並向後方往斜下方延伸者;及補強肋16d,其係突設於板狀構件16a之兩表面者。補強肋16d係與凸緣部16b及16c一起將板狀構件16a之兩表面隔開,而形成收納後述燃料電池系統100之構成構件之收納空間。
另一方面,後框架18包含一對板狀構件,其分別往前後方向具有寬度,且向後方往斜上方延伸,且以夾住前框架16之後端部之方式而配置於左右者。在後框架18之一對板狀構件的上端部,係固設著用於設置未圖示之座椅的座椅軌20。此外,在圖1中係表示後框架18之左側的板狀構件。
在頭燈14內係以自由旋動之方式插通著操縱軸22。在操縱軸22之上端係安裝著方向桿支持部26,而其係固定著方向桿24者。在方向桿支持部26之上端係配置著表示操作部28。
亦參考圖3,表示操作部28係將如下者作一體式設置:計測表28a,其係用於將電動馬達38(後述)之各種資料作計測表示者;表示部28b,其係以各種資訊提供用之譬如液晶表示器等所構成者;及各種指示或各種資訊輸入用之輸入部28c。
又,如圖1所示般,在操縱軸22之下端係安裝著左右一對之前叉30。在前叉30各別之下端,係以自由旋動之方式安裝著前輪32。
又,在後框架18之下端部,係以自由搖動之方式安裝著搖動臂(後臂)34。在搖動臂34之後端部34a,係譬如內建著軸向間隙型電動馬達38,而其係連結於後輪36且用於將後輪36作旋轉驅動者。又,在搖動臂34係內建著與電動馬達38作電性連接之驅動單元40。驅動單元40包含用於控制電動馬達38之旋轉驅動的馬達控制器42、及檢測二次電池126(後述)之蓄電量的蓄電量檢測器44。
在如此之機車10,沿著車體框架12係配置著燃料電池系統100之構成構件。燃料電池系統100係產生用於驅動電動馬達38、補助機件類等之電能。
以下,參考圖1及圖2,針對燃料電池系統100作說明。
燃料電池系統100係直接甲醇型燃料電池系統,其係不將甲醇(甲醇水溶液)進行改質而直接利用於電能之產生(發電)者。
燃料電池系統100包含燃料電池電池堆(以下,單純稱為電池堆)102。如圖1所示般,電池堆102係懸吊於凸緣部16c,而配置於前框架16之下方。
如圖2所示般,電池堆102係將燃料電池(燃料電池堆)104夾著分隔片106作為複數個疊層(堆)而構成,而燃料電池(燃料電池堆)104係藉由根據甲醇之氫離子與氧(氧化劑)的電化學反應而可進行發電者。構成電池堆102之各燃 料電池104包含由固體高分子膜構成之電解質膜104a;及夾著電解質膜104a彼此呈對向之陽極(燃料極)104b及陰極(空氣極)104c。就電解質膜104a而言,係使用聚全氟磺酸系高分子電解質膜之一例NAFION(註冊商標:杜邦公司),電解質膜104a之耐用溫度為80℃。陽極104b及陰極104c係分別包含設於電解質膜104a側之白金觸媒層。
又,如圖1所示般,在前框架16之下方且電池堆102之上方,係配置著散熱器單元108。
如圖2所示般,散熱器單元108係將水溶液用之散熱器108a與氣液分離用之散熱器108b作一體式配置者。在散熱器單元108之背面側係設有用於將散熱器108a冷卻之風扇110、及用於將散熱器108b冷卻之風扇112(參考圖3)。此外,在圖1中,散熱器108a與108b係呈左右配置;表示用於將左側之散熱器108a冷卻的風扇110。
又,在後框架18之的一對板狀構件之間,從上方起係依序配置著燃料槽114、水溶液槽116、及水槽118。
燃料槽114係收容著成為電池堆102之電化學反應的燃料之高濃度(譬如,含甲醇約50 wt%)之甲醇燃料(高濃度甲醇水溶液)。水溶液槽116係收容著將來自燃料槽114之甲醇燃料已稀釋至適合電池堆102之電化學反應之濃度(譬如,含甲醇約3 wt%)的甲醇水溶液。水槽118係收容著伴隨電池堆102之電化學反應而產生的水。
在燃料槽114係裝設著位準感測器120,在水溶液槽116係裝設著位準感測器122,在水槽118係裝設著位準感測器 124。位準感測器120、122及124係分別為浮子感測器,進行檢測槽內之液面之高度(液位)。
在燃料槽114之前側且前框架16之上側,係配置著二次電池126。二次電池126係儲存來自電池堆102之電力,依據控制器138(後述)之指示而將電力供給至電性構成構件。在二次電池126之上側,係配置著燃料泵128。又,在燃料槽114之前側且二次電池126之後方斜上側,係配置著捕捉槽130。
又,在前框架16之左側的收納空間,係收納著水溶液泵132及空氣泵134。在空氣泵134之左側,係配置著空氣處理室136。又,在前框架16之右側的收納空間,係配置著控制器138及水泵140。
再者,在前框架16,係以將前框架16的收納空間從右側往左側貫通之方式而設有主開關142。藉由使主開關142為導通而對控制器138賦予運轉開始指示,藉由使主開關142為切斷而對控制器138賦予運轉停止指示。
如圖2所示般,燃料槽114與燃料泵128係藉由管P1而連通,燃料泵128與水溶液槽116係藉由管P2而連通,水溶液槽116與水溶液泵132係藉由管P3而連通,水溶液泵132與電池堆102係藉由管P4而連通。管P4係連接於電池堆102之陽極入口I1。藉由使水溶液泵132驅動而將甲醇水溶液供給至電池堆102。
在電池堆102之陽極入口I1附近係設有電壓感測器144,其係利用甲醇水溶液之電化學特性而檢測濃度資訊者,而 其係對應於被供給至電池堆102之甲醇水溶液的濃度(甲醇水溶液中之甲醇的比率)者。電壓感測器144係檢測燃料電池104之開放電路電壓(Open Circuit Voltage),將該電壓值作為電化學性濃度資訊。控制器138係根據該濃度資訊,而檢測被供給至電池堆102之甲醇水溶液的濃度。
又,在電池堆102之陽極入口I1附近係設有溫度感測器146,其係將被供給至電池堆102之甲醇水溶液的溫度作為電池堆102之溫度而進行檢測者。
電池堆102與水溶液用之散熱器108a係藉由管P5而連通,散熱器108a與水溶液槽116係藉由管P6而連通。管P5係連接於電池堆102之陽極出口I2。
上述管P1~P6係主要成為燃料之流路。
又,管P7係連通於空氣處理室136,空氣處理室136與空氣泵134係藉由管P8而連通,空氣泵134與電池堆102係藉由管P9而連通。管P9係連接於電池堆102之陰極入口I3。藉由驅動空氣泵134,而將來自外部之含有氧(氧化劑)之空氣供給至電池堆102。在管P7之入口附近,係設有檢測外氣溫度(氣體環境溫度)之外氣溫度感測器148。
電池堆102與氣液分離用之散熱器108b係藉由管P10而連通,散熱器108b與水槽118係藉由管P11而連通,在水槽118係設有管P(排氣管)P12。管P10係連接於電池堆102之陰極出口I4。管P12係設於水槽118之排氣口,將來自電池堆102之排氣排出至外部。
上述管P7~P12係主要成為氧化劑之流路。
又,水槽118與水泵140係藉由管P13而連通,水泵140與水溶液槽116係藉由管P14而連通。
上述管P13、P14係主要成為水之流路。
又,在管P4分叉部A,係以流動於管P4之甲醇水溶液的一部分流入之方式,而連接著管P15。在管P15係安裝著超音波感測器150。超音波感測器150係用於:利用依據濃度甲醇水溶液中之超音波的傳播時間(傳播素度)之變化,而檢測甲醇水溶液之濃度。超音波感測器150包含發信部150a及受信部150b;以受信部150b把從發信部150a所發信之超音波進行受信,檢測在管P15內之超音波的傳播時間,將對應於該傳播時間之電壓值作為物理性濃度資訊。控制器138係根據該濃度資訊,進行檢測管P15內之甲醇水溶液的濃度。
檢測用閥152係連接於管P15,檢測用閥152與水溶液槽116係藉由管P16而連通。在濃度之檢測時,係關閉檢測用閥152,使在管P15內之甲醇水溶液的流動停止。在濃度之檢測後,則打開檢測用閥152,使濃度檢測完畢之甲醇水溶液回到水溶液槽116。
上述管P15、P16係主要成為濃度檢測用之流路。
再者,水溶液槽116與捕捉槽130係藉由管P17、P18而連通,捕捉槽130與空氣處理室136係藉由管P19而連通。
上述管P17~P19係主要成為燃料處理用之流路。
接著,參考圖3,針對燃料電池系統100之電性構成作說明。
燃料電池系統100之控制器138包含:CPU154,其係進行必要之運算,控制燃料電池系統100之動作者;時脈電路156,其係將時脈信號賦予CPU154者;記憶體158,其係譬如由EEPROM所構成,而其係記憶(儲存)用於控制燃料電池系統100之動作的程式、表資料及運算資料等者;電壓檢測電路162,其係用於檢測將電池堆102連接於電動馬達38之電性電路160中的電壓者;電流檢測電路164,其係用於檢測流動於電池堆102之電流者;導通/切斷電路166,其係用於開閉電性電路160者;及電源電路168,其係用於將特定之電壓供給至電性電路160者。
來自主開關142及輸入部28c之輸入信號係被輸入至如此之控制器138的CPU154。又,來自位準感測器120、122、124、電壓感測器144、溫度感測器146、外氣溫度感測器148及超音波感測器150的檢測信號,係被輸入至CPU154。此外,來自電壓檢測電路162之電壓檢測值及來自電流檢測電路164之電流檢測值,係被輸入至CPU154。CPU154係使用被輸入之電壓檢測值與電流檢測值,而算出電池堆102之輸出。
藉由CPU154,而控制燃料泵128、水溶液泵132、空氣泵134、水泵140、風扇110、112、及檢測用閥152等補助機件類。又,用於將各種資訊報知驅動器的表示部28b,係藉由CPU154而被控制。再者,使電池堆102、二次電池126及驅動單元40呈連接或非連接之導通/切斷電路166,係藉由CPU154而被控制。
二次電池126係補足電池堆102之輸出者,藉由來自電池堆102之電力而被充電,藉由其放電而將電力供應至電動馬達38、補助機件類等。
用於計測電動馬達38之各種資料的計測表28a係連接於電動馬達38。藉由計測表28a而計測之各種資料,係經由介面電路170而賦予CPU154。又,經由介面電路170,來自蓄電量檢測器44之蓄電量檢測值,係被輸入至CPU154。CPU154係使用已被輸入之蓄電量檢測值與二次電池126之電容,而算出二次電池126之蓄電率。
在記憶體158中係記憶著:程式,其係用於執行圖4及圖9所示動作者;變換資訊,其係用於將藉由電壓感測器144及超音波感測器150所獲得之濃度資訊分別變換為濃度者;執行時間設定表,其係用於設定昇溫動作之執行時間之資訊;目標溫度設定表,其係用於設定使昇溫動作結束之電池堆102的溫度之資訊;及運算資料等。
在本實施型態中,外氣溫度感測器148係相當於第1溫度檢測機構,CPU154係相當於控制機構,溫度感測器146係相當於第2溫度檢測機構,記憶體158相當於記憶機構。調整機構包含燃料保持機構(燃料槽114)、及燃料供給機構(燃料泵128)。水溶液供給機構包含水溶液泵132。
接著,針對燃料電池系統100之基本動作作說明。
燃料電池系統100係以主開關142呈導通為契機,啟動控制器138,開始進行運轉。運轉開始後,如二次電池126之蓄電率未達特定值(譬如40%),則使導通/切斷電路166為 導通,將電池堆102與二次電池126連接。此外,藉由來自二次電池126之電力,而開始進行水溶液泵132、空氣泵134等補助機件類之驅動,使電池堆102開始進行發電。
參考圖2,水溶液槽116內之甲醇水溶液係藉由水溶液泵132之驅動,經由管P3、P4及陽極入口I1,而被直接供給至構成電池堆102的各燃料電池104之陽極104b。電池堆102之恆常可發電之通常運轉時的水溶液泵132之輸出(以下,稱為通常輸出),係藉由CPU154而控制為2.0 L/m(升/分)。
又,位於水溶液槽116內之氣體(主要為,二氧化碳、已氣化之甲醇及水蒸氣),係經由管P17而賦予捕捉槽130。在捕捉槽130內,已氣化之甲醇及水蒸氣係被進行冷卻。接著,在捕捉槽130內所獲得之甲醇水溶液,係經由管P18而回到水溶液槽116。又,捕捉槽130內之氣體(二氧化碳、未液化之甲醇及水蒸氣),係經由管P19而賦予空氣處理室136。
另一方面,藉由空氣泵134之驅動而經由管P7被吸入的空氣,係藉由流入空氣處理室136而被消音。接著,被賦予空氣處理室136之空氣及來自捕捉槽130之氣體,係經由管P8而流入空氣泵134,進而經由管P9及陰極入口I3,而被供給至構成電池堆102的各燃料電池104之陰極104c。
在各燃料電池104之陽極104b方面,被供給之甲醇水溶液中的甲醇與水呈化學反應,而產生二氧化碳及氫離子。已產生之氫離子係經由電解質膜104a而流入陰極104c,與 被供應至該陰極104c側之空氣中的氧呈電化學反應,而產生水(水蒸氣)及電能。亦即,在電池堆102中進行發電。來自電池堆102之電力係被利用於二次電池126之充電、機車10之行走驅動等。
電池堆102之溫度係藉由伴隨各種反應而產生之熱、及藉由電流流動於電池堆102而產生之焦耳熱而上昇。在各燃料電池104之陽極104b所產生之二氧化碳及含有未反應甲醇之甲醇水溶液,係在電池堆102被加熱。該當二氧化碳及甲醇水溶液,係經由電池堆102之陽極出口I2及管P5,而被賦予散熱器108a並作冷卻。藉由風扇110之驅動而促進該冷卻動作。來自散熱器108a之甲醇水溶液係經由管P6而還流至水溶液槽116。
如此方式般,藉由以散熱器108a將甲醇水溶液進行冷卻,在通常運轉時,使水溶液槽116內之甲醇水溶液的溫度乃至電池堆102的溫度保持於特定範圍(60℃~70℃)。在此實施型態中,由於各燃料電池104之電解質膜104a的耐用溫度為80℃程度,因此,藉由將電池堆102的溫度保持於特定範圍而抑制電解質膜104a之劣化。
另一方面,在各燃料電池104之陰極104c所產生之水蒸氣的大部分係液化而成為水,並從電池堆102之陰極出口I4被排出,但飽和水蒸氣係以氣體狀態被排出。從陰極出口I4被排出之水蒸氣,係經由管P10而被賦予散熱器108b,並在散熱器108b被進行冷卻。其一部分係藉由溫度在露點以下而被進行液化。藉由散熱器108b之水蒸氣的液 化動作,係藉由使風扇112動作而被促進。包含水分(水及水蒸氣)、二氧化碳及未反應之空氣的來自陰極出口I4之排氣,係經由管P10、散熱器108b及管P11而被賦予水槽118,在水被回收至水槽118後,則經由管P12而被排出至外部。
又,在各燃料電池104之陰極104c方面,來自捕捉槽130之已氣化之甲醇、及藉由交越而移動至陰極104c的甲醇,係在白金觸媒層與氧氣呈化學反應,而分解為無害之水分及二氧化碳。從甲醇所分解之水分與二氧化碳係從陰極出口I4被排出,且經由散熱器108b而被賦予水槽118。再者,藉由水之交越而移動至各燃料電池104之陰極104c的水分,係從陰極出口I4被排出,且經由散熱器108b而被賦予水槽118。
水保持機構(水槽118)內之水係藉由水泵140之驅動,經由管P13、P14而被適宜供給至水溶液保持機構(水溶液槽116)。CPU154係根據來自位準感測器122之檢測信號,以將水溶液槽116內之甲醇水溶液保持於特定液位(特定液量)之方式而控制水泵140。
又,燃料槽114內之甲醇燃料,係藉由燃料泵128之驅動,經由管P1、P2而被適宜供給至水溶液槽116。CPU154係使用電壓感測器144或超音波感測器150,根據所檢測之濃度,以將水溶液槽116內之甲醇水溶液保持於特定濃度之方式而控制燃料泵128。燃料電池104中之電化學反應係甲醇水溶液之溫度越高則越活潑,因此,甲醇水溶液之溫 度越高則各不同濃度之開放電路電壓的差變得越大。因此,如電池堆102之溫度較高,藉由使用電壓感測器144,則可以良好精度檢測甲醇水溶液的濃度。另一方面,甲醇與水的超音波傳播速度之差,係甲醇水溶液之溫度越低則變得越大,因此,如電池堆102之溫度較低,藉由使用超音波感測器150,則可以良好精度檢測甲醇水溶液的濃度。CPU154係如電池堆102之溫度為45℃以上,則使用電壓感測器144檢測甲醇水溶液的濃度;如電池堆102之溫度未達45℃,則使用超音波感測器150檢測甲醇水溶液的濃度。譬如,在通常運轉時,根據使用電壓感測器144所檢測之濃度,CPU154係使燃料泵128驅動,藉由此方式,而將水溶液槽116內之甲醇水溶液的濃度保持於3 wt%。
在如此之燃料電池系統100中,伴隨其溫度上昇,電池堆102之輸出係變大,藉由電池堆102成為特定溫度(在此為60℃),而移轉為可作恆常發電之通常運轉。在通常運轉方面,在藉由電池堆102之輸出而供應補助機件類及電動馬達38等之耗電的同時,並可將二次電池126進行充電。因此,期望迅速移轉為通常運轉,在燃料電池系統100中,使電池堆102之溫度迅速上昇之昇溫動作,係依照需要而進行。
在燃料電池系統100中,在將水溶液槽116內之甲醇水溶液保持於比通常運轉時之濃度(3 wt%:以下,稱為通常濃度)更大的濃度(5 wt%:以下,稱為昇溫濃度)的同時,並以比通常輸出(2.0 L/m)更大之輸出(3.0 L/m:以下,稱為 昇溫輸出)驅動水溶液泵132,藉由此方式,而進行昇溫動作。
藉由將供給至電池堆102之甲醇水溶液的濃度保持於昇溫濃度(5 wt%),而使往陰極104c交越之甲醇比通常運轉時成為更多。同樣的,藉由以昇溫輸出(3.0 L/m)驅動水溶液泵132,而使陽極104b之內壓比通常運轉時成為更大,往陰極104c交越之甲醇成為更多。如此方式般,藉由使往陰極104c交越之甲醇成為更多,而可使在陰極104c之甲醇與氧的化學反應更活潑,可使電池堆102之溫度迅速上昇。
如此方式般,為了設定昇溫動作之結束時期(結束時點),作為表示外氣溫度、電池堆102之溫度、及昇溫動作之執行時間的對應關係之資訊,記憶體158係預先記憶執行時間設定表。表1係表示執行時間設定表之一例。
CPU154係從執行時間設定表取得執行時間,並將其設定為此次之昇溫動作的執行時間,而該執行時間係對應於藉由外氣溫度感測器148所檢測之外氣溫度與藉由溫度感測器146所檢測之電池堆102的溫度者。譬如,外氣溫度為20℃以上、未達30℃且電池堆102為20℃以上、未達30℃的話,則昇溫動作之執行時間係設定為6分。
在表1所示執行時間設定表中應注意之處為:隨著外氣溫度變高而執行時間變短。由於散熱器108a之冷卻性能受外氣溫度的影響,因此,在外氣溫度高之情形時,如長時間進行昇溫動作,則在昇溫動作後,電池堆102之溫度有超過電解質膜104a之耐用溫度(80℃)之虞。由於使用已考慮外氣溫度之執行時間設定表而設定執行時間,因此,藉由昇溫動作可使電池堆102迅速達到特定溫度(60℃),可防止在昇溫動作後,電池堆102之溫度超過(過衝)電解質膜104a之耐用溫度(80℃)。
此外,如執行時間為0分之情形時,則意味著電池堆102之溫度高,無必要進行昇溫動作。
接著,參考圖4,針對使用執行時間設定表而設定昇溫動作之執行時間的情形之燃料電池系統100的動作作說明。
首先,在步驟S1上,如二次電池126之蓄電率未達特定值(40%),則藉由外氣溫度感測器148進行檢測外氣溫度且藉由溫度感測器146進行檢測電池堆102之溫度(步驟S3)。CPU154係從預先記憶於記憶體158的執行時間設定表(參考 表1)取得執行時間,並將其設定為此次之昇溫動作的執行時間,而執行時間係對應於所檢測之外氣溫度與電池堆102之溫度者(步驟S5)。
然後,CPU154係進行判定執行時間是否為0分(步驟S7)。亦即,判定是否需要昇溫動作。如執行時間並非為0分,則CPU154係以將供應至電池堆102之甲醇水溶液保持於昇溫濃度(5 wt%)之方式,而開始進行燃料泵128的控制。亦即,開始進行昇溫濃度調整(步驟S9)。
在步驟S9上,根據使用電壓感測器144或超音波感測器150所檢測之濃度,CPU154使燃料泵128驅動;藉由此方式,而將水溶液槽116內之甲醇水溶液調整為昇溫濃度(5 wt%)。其後,以特定間隔,根據濃度檢測結果,CPU154使燃料泵128驅動;藉由此方式,而將水溶液槽116內之甲醇水溶液保持於昇溫濃度。
然後,CPU154係以昇溫輸出(3.0 L/m)使燃料泵128開始驅動且使空氣泵134開始驅動,而使電池堆102開始發電。相較於以通常濃度(3 wt%)且通常輸出(2.0 L/m)使其發電,如此方式般藉由以昇溫濃度(5 wt%)且昇溫輸出(3.0 L/m)使其發電,則可使電池堆102之溫度迅速上昇。又,與此同時,CPU154係根據來自時脈電路156之時脈信號而開始進行計測執行時間。亦即,以昇溫輸出使電池堆102開始發電並開始進行執行時間的計測(步驟S11)。
接著,待機到在步驟S5上所設定之執行時間經過為止(步驟S13)。當執行時間經過,則CPU154係以將水溶液槽 116內之甲醇水溶液的濃度保持於通常濃度(3 wt%)之方式,而開始進行燃料泵128之控制。亦即,從昇溫濃度調整切換為通常濃度調整(步驟S15)。然後,CPU154係將水溶液泵132之輸出從昇溫輸出(3.0 L/m)切換為通常輸出(2.0 L/m)(步驟S17)。亦即,如以步驟S5所設定之執行時間經過,則使昇溫動作結束,以通常濃度且通常輸出使電池堆102進行發電。
其後,移轉為通常運轉,在步驟S19上如二次電池126呈完全充電(蓄電率98%),則使電池堆102之發電停止並結束。
另一方面,在步驟S7上,如執行時間為0分,則開始進行通常濃度調整(步驟S21),以通常輸出(2.0 L/m)使水溶液泵132開始驅動,且使空氣泵134開始驅動(步驟S23)。亦即,在無需進行昇溫動作之情形時,係以通常濃度且通常輸出使電池堆102開始進行發電。其後,在步驟S19上如二次電池126呈完全充電(蓄電率98%),則使發電停止並結束。
此外,在步驟S9與步驟S11方面,如將其順序交換亦可,如同時進行亦可。在步驟S15與步驟S17方面亦同。
又,在圖4之動作方面,雖根據所檢測之甲醇水溶液的濃度進行濃度調整之情形作說明,但甲醇水溶液的濃度檢測並非絕對必要。譬如,在離前次通常運轉之時間短的情形時,水溶液槽116內之甲醇水溶液的濃度可推估為3 wt%,因此,無需進行濃度檢測,而以特定間隔將特定量 之甲醇燃料供給至水溶液槽116,藉由此方式,進行昇溫濃度調整或通常濃度調整亦可。
再者,在圖4之動作方面,雖針對在發電開始的同時並開始執行時間的計測之情形作說明,但執行時間的計測開始時期並不限定於此。譬如,採取在昇溫濃度調整開始的同時並開始進行執行時間的計測亦可。此一情形,在表1之執行時間設定表的各執行時間,將昇溫濃度調整開始至發電開始之時間加算進去即可。
此外,在圖4之動作方面,係針對藉由執行時間是否為0分而判定是否需要昇溫動作之情形作說明,但如採取根據電池堆102之溫度而判定是否需要昇溫動作亦可。
又,在圖4之動作方面,係針對在發電開始前設定昇溫動作之執行時間的情形作說明,但執行時間的設定時期及昇溫動作之開始時期係可任意作設定。譬如,採取如下方式亦可:在以通常濃度且通常輸出開始發電後,進行檢測外氣溫度與電池堆102之溫度,而設定昇溫動作之執行時間,並開始進行昇溫動作。又,如採取如下方式亦可:在開始進行昇溫動作後,設定昇溫動作之執行時間。
在如此之燃料電池系統100中,在外氣溫度高之情形時,由於可將昇溫動作之執行時間設定得較短,因此,可防止電池堆102之溫度超過電解質膜104a之耐用溫度(80℃)。亦即,即使外氣溫度高,亦可使電池堆102之溫度迅速且穩定上昇至特定溫度(60℃),可抑制電池堆102之劣化。又,在外氣溫度低之情形時,由於可將昇溫動作之執 行時間設定得較長,因此,藉由昇溫動作可使電池堆102之溫度迅速且穩定上昇至特定溫度。如此方式般,無論外氣溫度如何,均可使電池堆102之溫度迅速且穩定上昇至特定溫度。
如電池堆102之溫度接近特定溫度(60℃),昇溫動作之執行時間為0分之情形,藉由不進行昇溫動作,則可更確實抑制電池堆102之劣化。
作為昇溫動作,藉由以昇溫濃度(5 wt%)且昇溫輸出(3.0 L/m)使電池堆102進行發電,則即使不另外準備加熱器等,亦可簡單且迅速使電池堆102之溫度上昇。
藉由從預先記憶於記憶體158的執行時間設定表取得執行時間,而可簡單設定昇溫動作的適切結束時期,而執行時間係對應於所檢測之外氣溫度與電池堆102之溫度者。
根據燃料電池系統100,由於可使電池堆102之溫度迅速且穩定上昇至特定溫度,因此,燃料電池系統100可良好使用於尤其期望迅速移轉至通常運轉的機車10。
接著,參考圖5~圖8,針對燃料電池系統100與先前技術之燃料電池系統中之電池堆的溫度變遷作說明。
在燃料電池系統100方面,係如上述般設定昇溫動作的執行時間;在先前技術之燃料電池系統方面,則無論外氣溫度如何,藉由電池堆之溫度成為50℃而使昇溫動作結束。
圖5係表示燃料電池系統100中之電池堆之溫度變遷,圖6係表示先前技術之燃料電池系統中之電池堆之溫度變 遷。圖5及圖6係分別表示在外氣溫度為0℃且電池堆為20℃時開始進行昇溫動作之情形、在外氣溫度為20℃且電池堆為20℃時開始進行昇溫動作之情形、及在外氣溫度為40℃且電池堆為20℃時開始進行昇溫動作之情形的電池堆之溫度變遷。
如圖5所示般,在燃料電池系統100中,在外氣溫度為0℃之情形時,昇溫動作之執行時間係設定為7分,以電池堆之溫度為55℃使昇溫動作結束(參考T1)。又,在外氣溫度為20℃之情形時,昇溫動作之執行時間係設定為6分,以電池堆之溫度為50℃使昇溫動作結束(參考T2)。再者,在外氣溫度為40℃之情形時,昇溫動作之執行時間係設定為5分,以電池堆之溫度為45℃使昇溫動作結束(參考T3)。如此方式般,在燃料電池系統100中,可依據外氣溫度而使昇溫動作結束時的電池堆之溫度不同,在昇溫動作後,電池堆所達到之最高的溫度(以下,稱為最高溫度)無論在何種情形可成為概略相同。
另一方面,如圖6所示般,在先前技術之燃料電池系統中,論為何種情形,均在電池堆之溫度成為50℃時使昇溫動作結束(參考T4)。由於藉由散熱器之電池堆的冷卻性能係受到外氣溫度的影響,因此,在先前技術之燃料電池系統中,昇溫動作後之最高溫度會產生參差不齊。
如圖7所示般,如為外氣溫度高的情形(在此為40℃之情形),在先前技術之燃料電池系統方面,昇溫動作後之電池堆的溫度上昇並無法以未達80℃而停止。相對於此,在 燃料電池系統100方面,如外氣溫度越高則將昇溫動作之執行時間設定得越短,由於以電池堆之溫度為45℃使昇溫動作結束(參考T3),因此,電池堆之溫度並不會超過80℃。
又,如圖8所示般,如為外氣溫度低的情形(在此為0℃之情形),在先前技術之燃料電池系統方面,在昇溫動作後,電池堆之溫度上昇急遽變得緩和,電池堆之溫度成為60℃為止的時間係變長。相對於此,在燃料電池系統100方面,如外氣溫度越低則將昇溫動作之執行時間設定得越長,由於至電池堆之溫度成為55℃為止使昇溫動作持續進行,(參考T1),因此,電池堆之溫度可迅速達到60℃。
如此方式般,在燃料電池系統100方面,即使外氣溫度高,亦可使電池堆穩定達到特定溫度,即使外氣溫度低,亦可使電池堆迅速達到特定溫度。
此外,在上述實施型態中,雖針對使用執行時間設定表而設定昇溫動作之執行時間的情形作說明,但昇溫動作之結束時期之設定方法並不限定於此。
譬如,採用如下方式亦可:使用目標溫度設定表,而設定對應於外氣溫度之目標溫度,而目標溫度設定表係表示外氣溫度、及應使昇溫動作結束之電池堆102的溫度(以下,稱為目標溫度)之對應關係的資訊。表2係預先記憶於記憶體158的目標溫度設定表之一例。
在目標溫度設定表中應注意之處為:隨著外氣溫度變高而目標溫度變小。無論外氣溫度如何,如以相同溫度使昇溫動作結束的話,在外氣溫度高之情形時,電池堆之溫度係超過電解質膜之耐用溫度,在外氣溫度低之情形時,成為特定溫度為止的時間係變長(參考圖6~圖8)。CPU154係從目標溫度設定表取得目標溫度,並將其設定為此次之昇溫動作的目標溫度,而該目標溫度係對應於藉由外氣溫度感測器148所檢測之外氣溫度者。藉由以如此方式般設定目標溫度,則與使用執行時間設定表而設定執行時間的情形同樣,可使電池堆102迅速達到特定溫度(60℃),可防止在昇溫動作後電池堆102之溫度超過電解質膜104a之耐用溫度(80℃)。
接著,參考圖9,針對使用目標溫度設定表而設定昇溫動作之目標溫度的情形之燃料電池系統100的動作作說明。此外,在圖4與圖9中,對同一處理係賦予同一符號,但省略重複之說明。
首先,CPU154係從預先記憶於記憶體158的目標溫度設定表(參考表2)取得目標溫度,並將其設定為此次之昇溫動 作的目標溫度(步驟S5a),而該目標溫度係對應於在步驟S3上所檢測之外氣溫度者。
然後,CPU154係進行判定在步驟S3上所檢測的電池堆102之溫度是否未達在步驟S5a上所設定之目標溫度(步驟S7a)。如為未達目標溫度,則在步驟S9上開始進行昇溫濃度調整。
然後,CPU154係以昇溫濃度且昇溫輸出使電池堆102開始發電,同時並開始進行藉由溫度感測器146所檢測的電池堆102之溫度的監視(monitoring)(步驟S11a)。
接著,待機到電池堆102成為在步驟S5a上所設定之目標溫度為止(步驟S13a),當成為目標溫度時,則在步驟S15上從昇溫濃度調整切換為通常濃度調整,在步驟S17上,將水溶液泵132之輸出從昇溫輸出切換為通常輸出。其後,移轉為通常運轉,在步驟S19上如二次電池126呈完全充電,則使電池堆102之發電停止並結束。
另一方面,在步驟S7a上如電池堆102之溫度為目標溫度以上,則在步驟S21上開始進行通常濃度調整,在步驟S23上以通常濃度且通常輸出使電池堆102開始發電。
如此方式般,藉由從預先記憶於記憶體158的目標溫度設定表取得目標溫度,亦可簡單設定昇溫動作的適切結束時期,可如圖5所示般使電池堆102之溫度進行變遷,而該目標溫度係對應於所檢測之外氣溫度者。
此外,在上述圖4及圖9所示動作方面,係藉由從昇溫濃度調整切換為通常濃度調整,而如在圖10 C1所示般從昇 溫濃度往通常濃度將甲醇水溶液之目標濃度變更之情形作說明,但本發明並不限定於此。如將甲醇水溶液之目標濃度設定得比通常運轉時更大,則可將昇溫動作時之甲醇水溶液的目標濃度作任意控制。譬如,依據執行時間之經過(電池堆之溫度上昇),而使甲醇水溶液的目標濃度如在圖10 C2所示般呈階段式變小亦可,如在圖10 C3所示般呈連續式且曲線式變小亦可,如在圖10 C4所示般呈連續式且直線式變小亦可。
在上述實施型態中,外氣溫度感測器148係設置於管P7之入口附近,但如可檢測外氣溫度的話,則可設置於任意之部位。外氣溫度感測器148係以設置於不受雨水、行走風侵襲之場所為佳,譬如,設置於方向桿24之下側且方向桿支持部26內(在圖1中,虛線X1所示位置)或座椅軌20之下側(在圖1中,虛線X2所示位置)亦可。
又,在從發電停止起時間已經過的情形,如將電池堆溫度或甲醇水溶液溫度作為外氣溫度使用亦可。
在上述實施型態中,係針對使用溫度感測器146作為第2溫度檢測機構之情形作說明,但第2溫度檢測機構並不限定於此,而溫度感測器146係進行檢測供給至電池堆102之甲醇水溶液的溫度者。譬如,採取將第2溫度檢測機構安裝於電池堆102之方式亦可,而第2溫度檢測機構係將來自電池堆102之排氣的溫度作為燃料電池之溫度而予以檢測者。又,第2溫度檢測機構如可從燃料水溶液或排氣檢測燃料電池溫度的話,則設置於遠離電池堆102之位置亦 可。
如以上所述,換言之,就與外氣溫度有關之溫度資訊而言,非僅外氣溫度,亦可使用電池堆溫度或甲醇水溶液溫度。
又,就與燃料電池之溫度有關之資訊而言,可使用供給至電池堆102之甲醇水溶液的溫度或來自電池堆102之排氣溫度。
此外,在上述實施型態中,在表1之執行時間設定表中,與外氣溫度有關之溫度資訊係使用外氣溫度,與燃料電池之溫度有關之資訊係使用電池堆102之溫度。在表2之目標溫度設定表中,與外氣溫度有關之資訊係使用外氣溫度。如上述般,即使在作為外氣溫度而使用電池堆溫度或甲醇水溶液溫度的情形,藉由將所獲得之溫度視為外氣溫度,而可將表1及表2之表作直接使用。又,即使在作為燃料電池溫度而使用來自電池堆102之排氣溫度的情形,藉由將所獲得之排氣溫度視為燃料電池溫度,而可將表1之表作直接使用。然而,依據所使用之與外氣溫度有關之溫度資訊及與燃料電池之溫度有關之資訊,而將表1及表2之資訊交換亦可,此點毋庸贅言。
再者,在上述實施型態中,係針對包含如下機構而構成昇溫機構之情形作說明,但昇溫機構並不限定於此,該昇溫機構包含:調整機構,其係具有燃料槽114與燃料泵128者;及水溶液供給機構,其係具有水溶液泵132者。如使用譬如包含加熱器之加熱機構的昇溫機構亦可。又,亦可 採取如下方式:藉由使散熱器108a旁路,而使還流至水溶液槽116之甲醇水溶液保持高溫,藉由將該當甲醇水溶液供給至電池堆102而進行昇溫動作。此一情形,係藉由流路(管)、閥(凡而)等而構成昇溫機構,而該等係用於將來自電池堆102之甲醇水溶液直接還流至水溶液槽116者。即使藉由減少循環於系統內之甲醇水溶液之量,亦可使電池堆102之溫度迅速上昇。又,藉由控制用於冷卻散熱器108a之風扇110,而使冷卻性能產生變化亦可。再者,將該等予以組合亦可。
在上述實施型態中,作為昇溫動作係針對以昇溫濃度且昇溫輸出而使電池堆102發電之情形作說明,但並不限定於此。作為昇溫動作,如僅採用昇溫濃度及昇溫輸出的任一方而使電池堆102發電亦可。
此外,在上述實施型態中,係針對使用耐用溫度80℃之電解質膜104a的情形作說明,但電解質膜並不限定於此,亦可使用所期望之耐用溫度的電解質膜。執行時間設定表、目標溫度設定表之值,如依據所使用之電解質膜的耐用溫度而作適宜變更即可。
本發明如根據外氣溫度而進行設定昇溫動作之執行時間亦可。
在上述實施型態中,作為燃料係使用甲醇,作為燃料水溶液係使用甲醇水溶液,但並不限定於此;作為燃料如使用乙醇等酒精系燃料,作為燃料水溶液如使用乙醇水溶液等酒精系水溶液亦可。
本發明由於可使燃料電池104乃至電池堆102之溫度迅速且穩定上昇至特定溫度,因此,可良好應用於使用液體作為燃料之燃料電池系統。
本發明亦可應用於將氫作為燃料而供給至燃料電池的氫型燃料電池系統或改質器搭載型燃料電池系統。
此外,本發明之燃料電池系統係非僅機車,亦可良好應用於汽車、船舶等任意之運輸機器。
又,本發明亦可應用於固定型燃料電池系統;再者,亦可應用於搭載於個人電腦、便攜型機器等電子機器之可搬運型燃料電池系統。
以上,已將本發明作詳細說明及圖示,但該等係單純作為圖解及一例使用,並不應當成限定解釋,此點十分清楚,本發明之範圍係僅藉由所添附之申請專利範圍之內容予以限定。
10‧‧‧機車
100‧‧‧燃料電池系統
102‧‧‧燃料電池電池堆
104‧‧‧燃料電池(燃料電池電池)
138‧‧‧控制器
114‧‧‧燃料槽
116‧‧‧水溶液槽
118‧‧‧水槽
128‧‧‧燃料泵
132‧‧‧水溶液泵
146‧‧‧溫度感測器
148‧‧‧外氣溫度感測器
154‧‧‧CPU
158‧‧‧記憶體
圖1係表示本發明之一實施型態之機車的左側面圖。
圖2係表示本發明之一實施型態之燃料電池系統的配管之系統圖。
圖3係表示本發明之一實施型態之燃料電池系統的電性構成之區塊圖。
圖4係表示本發明之一實施型態之燃料電池系統的主要動作之一例的流程圖。
圖5係表示本發明之一實施型態之燃料電池系統中之電池堆之溫度變遷的圖形。
圖6係表示先前技術之燃料電池系統中之電池堆之溫度變遷的圖形。
圖7係表示本發明之一實施型態的燃料電池系統與先前技術之燃料電池系統中之外氣溫度高之情形的電池堆之溫度變遷的圖形。
圖8係表示本發明之一實施型態的燃料電池系統與先前技術之燃料電池系統中之外氣溫度低之情形的電池堆之溫度變遷的圖形。
圖9係表示本發明之一實施型態的燃料電池系統之主要動作的其他例之流程圖。
圖10係表示昇溫動作中之甲醇水溶液的目標濃度變遷之圖形。
(無元件符號說明)

Claims (9)

  1. 一種燃料電池系統,其包含:燃料電池;第1溫度檢測機構,其係檢測與外氣溫度有關之溫度資訊;昇溫機構,其係進行使前述燃料電池之溫度上昇的昇溫動作;及控制機構,其係控制前述昇溫機構;且前述控制機構根據前述第1溫度檢測機構之檢測結果,設定藉由前述昇溫機構之前述昇溫動作的結束條件。
  2. 如請求項1之燃料電池系統,其中更包含:第2溫度檢測機構,其係檢測與前述燃料電池之溫度有關的溫度資訊;且前述控制機構根據前述第2溫度檢測機構之檢測結果,判定是否需要前述昇溫動作。
  3. 如請求項1之燃料電池系統,其中前述燃料電池使用燃料水溶液而發電;前述昇溫機構包含調整前述燃料水溶液之濃度的調整機構;前述控制機構以使前述燃料水溶液之濃度比通常運轉時更大之方式控制前述調整機構,藉此使前述調整機構進行前述昇溫動作。
  4. 如請求項1之燃料電池系統,其中 前述燃料電池使用燃料水溶液進行發電;前述昇溫機構包含將前述燃料水溶液供給至前述燃料電池的水溶液供給機構;前述控制機構以使前述水溶液供給機構之輸出比通常運轉時更大之方式控制前述水溶液供給機構,藉此使前述水溶液供給機構進行前述昇溫動作。
  5. 如請求項1之燃料電池系統,其中前述控制機構根據前述第1溫度檢測機構之檢測結果,設定應使前述昇溫動作結束之前述燃料電池的溫度。
  6. 如請求項1之燃料電池系統,其中前述控制機構根據前述第1溫度檢測機構之檢測結果,設定前述昇溫動作之執行時間。
  7. 如請求項6之燃料電池系統,其中更包含:第2溫度檢測機構,其係檢測與前述燃料電池之溫度有關之溫度資訊;及記憶機構,其係記憶表示與外氣溫度有關之溫度資訊、與前述燃料電池之溫度有關之溫度資訊及前述昇溫動作之執行時間的對應關係之資訊;且前述控制機構使用前述第1溫度檢測機構之檢測結果、前述第2溫度檢測機構之檢測結果及記憶於前述記憶機構之前述資訊,設定前述昇溫動作之執行時間。
  8. 如請求項1之燃料電池系統,其中使用酒精系燃料作為燃料。
  9. 一種運輸機器,其係包含如請求項1至8中任一項之燃料電池系統者。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5086740B2 (ja) * 2007-08-28 2012-11-28 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
US20110274560A1 (en) * 2010-05-05 2011-11-10 Emerson Electric Co. Pump Assemblies, Controllers and Methods of Controlling Fluid Pumps Based on Air Temperature
KR20120080881A (ko) 2011-01-10 2012-07-18 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템 및 연료 전지 내에서의 연료의 반응 조건을 제어하는 방법
US20130270018A1 (en) * 2012-02-27 2013-10-17 Daniel Kee Young Kim Vehicle component cooling
DE102021204423A1 (de) 2021-05-03 2022-11-03 Psa Automobiles Sa Brennstoffzelleneinheit mit einem Brennstoffzellenstack und in einem gemeinsamen Gehäuse mit dem Brennstoffzellenstack untergebrachter Pumpe

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI224884B (en) * 2003-10-14 2004-12-01 Antig Tech Co Ltd Constant temperature control system and method thereof for fuel cell system
TWI227574B (en) * 2002-08-30 2005-02-01 Yamaha Motor Co Ltd Direct modified fuel cell system
US6893758B2 (en) * 2001-11-13 2005-05-17 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and method of stopping the system
TWM274655U (en) * 2005-03-25 2005-09-01 Antig Tech Co Ltd Module-type fuel cell
WO2005099015A2 (en) * 2004-04-07 2005-10-20 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Fuel cell system and control method therefor
TWI244233B (en) * 2002-10-25 2005-11-21 Casio Computer Co Ltd Chemical reactor and fuel cell system
JP2006032210A (ja) * 2004-07-20 2006-02-02 Toray Ind Inc 燃料電池の運転方法
TWM292790U (en) * 2005-10-28 2006-06-21 Antig Tech Co Ltd Fuel cell device having operation parameter adjusting capability
US20060147772A1 (en) * 2004-12-20 2006-07-06 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system
US20060222915A1 (en) * 2005-03-31 2006-10-05 Hiroyasu Sumino Direct-methanol fuel cell system and method for controlling the same

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61269865A (ja) 1985-05-24 1986-11-29 Hitachi Ltd 燃料電池の運転方法
JP2005166600A (ja) * 2003-12-05 2005-06-23 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2005340174A (ja) * 2004-04-07 2005-12-08 Yamaha Motor Co Ltd 燃料電池システムおよびその制御方法
JP2006004868A (ja) * 2004-06-21 2006-01-05 Sony Corp 燃料電池システム及び燃料電池起動方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6893758B2 (en) * 2001-11-13 2005-05-17 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and method of stopping the system
TWI227574B (en) * 2002-08-30 2005-02-01 Yamaha Motor Co Ltd Direct modified fuel cell system
TWI244233B (en) * 2002-10-25 2005-11-21 Casio Computer Co Ltd Chemical reactor and fuel cell system
TWI224884B (en) * 2003-10-14 2004-12-01 Antig Tech Co Ltd Constant temperature control system and method thereof for fuel cell system
WO2005099015A2 (en) * 2004-04-07 2005-10-20 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Fuel cell system and control method therefor
JP2006032210A (ja) * 2004-07-20 2006-02-02 Toray Ind Inc 燃料電池の運転方法
US20060147772A1 (en) * 2004-12-20 2006-07-06 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system
TWM274655U (en) * 2005-03-25 2005-09-01 Antig Tech Co Ltd Module-type fuel cell
US20060222915A1 (en) * 2005-03-31 2006-10-05 Hiroyasu Sumino Direct-methanol fuel cell system and method for controlling the same
TWM292790U (en) * 2005-10-28 2006-06-21 Antig Tech Co Ltd Fuel cell device having operation parameter adjusting capability

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