JP2002540585A - 加熱要素を備えコールドスタート性能を改善した燃料電池および燃料電池のコールドスタート方法 - Google Patents
加熱要素を備えコールドスタート性能を改善した燃料電池および燃料電池のコールドスタート方法Info
- Publication number
- JP2002540585A JP2002540585A JP2000608459A JP2000608459A JP2002540585A JP 2002540585 A JP2002540585 A JP 2002540585A JP 2000608459 A JP2000608459 A JP 2000608459A JP 2000608459 A JP2000608459 A JP 2000608459A JP 2002540585 A JP2002540585 A JP 2002540585A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- heating element
- heating
- cold start
- electrolyte
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 71
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 24
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 58
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 16
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 14
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 11
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 6
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 6
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 1
- -1 electrodes Substances 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
- H01M8/04074—Heat exchange unit structures specially adapted for fuel cell
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
- H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
- H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
- H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
本発明は、加熱要素を備えコールドスタート性能を改善した燃料電池、および加熱要素が先ず燃料電池ユニットの最少範囲を加熱しその後その最少範囲から燃料電池全体の自己熱による高温加熱が可能になるようにした燃料電池のコールドスタート方法に関する。
Description
【０００１】 本発明は、加熱要素を備えコールドスタート性能を改善した燃料電池、特に高
分子電解質（ＰＥＭ）型燃料電池又はリン酸（ＰＡＦＣ）型燃料電池、および加
熱要素が先ず燃料電池ユニットの最少範囲を加熱しその後その最少範囲から燃料
電池全体の自己熱による高温加熱が可能になるようにした燃料電池のコールドス
タート方法に関する。
分子電解質（ＰＥＭ）型燃料電池又はリン酸（ＰＡＦＣ）型燃料電池、および加
熱要素が先ず燃料電池ユニットの最少範囲を加熱しその後その最少範囲から燃料
電池全体の自己熱による高温加熱が可能になるようにした燃料電池のコールドス
タート方法に関する。
【０００２】 燃料電池は燃料電池ユニット毎に１つの電解質（ＰＥＭ型燃料電池の場合、主
成分としてスルホン化された化合物を含むイオン交換膜）を有している。その化
合物群は膜内の水に結合し、充分なプロトン伝導性を保証する。０℃以下の温度
の際、膜抵抗は、蓄積された水が凍結することに起因して、急激に１０の２〜３
乗増大する。これによって、燃料電池ユニットの自己熱による高温加熱は容易に
可能でなくなる。他の型式の燃料電池（例えばＰＡＦＣ（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ
Ａｃｉｄ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）型燃料電池）の場合、電解質の抵抗が極端に
増大することによって、燃料電池のコールドスタートが極めて困難になる。
成分としてスルホン化された化合物を含むイオン交換膜）を有している。その化
合物群は膜内の水に結合し、充分なプロトン伝導性を保証する。０℃以下の温度
の際、膜抵抗は、蓄積された水が凍結することに起因して、急激に１０の２〜３
乗増大する。これによって、燃料電池ユニットの自己熱による高温加熱は容易に
可能でなくなる。他の型式の燃料電池（例えばＰＡＦＣ（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ
Ａｃｉｄ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）型燃料電池）の場合、電解質の抵抗が極端に
増大することによって、燃料電池のコールドスタートが極めて困難になる。
【０００３】 この問題を解決するために、周囲が低い温度である際に、燃料電池を、有益で
はないが、温度が凍結点以下に降下しないようにするために、最少負荷で運転し
続けるか、又は温度センサを内蔵し、温度が低下して電解質抵抗が急激に増大す
る瞬間に燃料電池が応動し、燃料電池の運転によって電解質をその凍結点以上の
温度に保持する。
はないが、温度が凍結点以下に降下しないようにするために、最少負荷で運転し
続けるか、又は温度センサを内蔵し、温度が低下して電解質抵抗が急激に増大す
る瞬間に燃料電池が応動し、燃料電池の運転によって電解質をその凍結点以上の
温度に保持する。
【０００４】 燃料電池が加熱期間に常に短絡され、それにより燃料電池の全出力が運転開始
時に電解質を加熱するための短絡熱として消費されるいわゆる短絡運転方式も存
在している。
時に電解質を加熱するための短絡熱として消費されるいわゆる短絡運転方式も存
在している。
【０００５】 しかしながら、この短絡運転方式には、凍結点以下の温度の際に、セルが作動
しそれによって熱くなるまで、電解質の過度に高い抵抗を乗り越えなければなら
ないという欠点がある。
しそれによって熱くなるまで、電解質の過度に高い抵抗を乗り越えなければなら
ないという欠点がある。
【０００６】 それゆえ、スタート中及び／又は待機運転中に反応ガスの消費量を極端に高め
るか又は非常に長いスタート時間を必要とする燃料電池のコールドスタート方法
のみが知られている。
るか又は非常に長いスタート時間を必要とする燃料電池のコールドスタート方法
のみが知られている。
【０００７】 そこで、本発明の課題は、低い温度の際にも反応ガスの消費量を極端に高める
ことなくスタートできる、コールドスタート性能を改善した燃料電池を提供する
ことにある。 さらに、本発明の課題は、燃料電池をコールドスタートできる方法を提供する
ことにある。
ことなくスタートできる、コールドスタート性能を改善した燃料電池を提供する
ことにある。 さらに、本発明の課題は、燃料電池をコールドスタートできる方法を提供する
ことにある。
【０００８】 本発明の対象は、少なくとも１つの加熱要素を組込まれた少なくとも１つのＰ
ＥＭ型及び／又はＰＡＦＣ型燃料電池ユニットを含むスタックを備えた燃料電池
である。 さらに、本発明の対象は、燃料電池ユニット内の加熱要素を外部から加熱して
、電解質抵抗を小さくさせ、燃料電池の引続いた高温加熱が自己熱で行なわれる
ようにした燃料電池のコールドスタート方法である。
ＥＭ型及び／又はＰＡＦＣ型燃料電池ユニットを含むスタックを備えた燃料電池
である。 さらに、本発明の対象は、燃料電池ユニット内の加熱要素を外部から加熱して
、電解質抵抗を小さくさせ、燃料電池の引続いた高温加熱が自己熱で行なわれる
ようにした燃料電池のコールドスタート方法である。
【０００９】 加熱要素ができるだけコンパクト（すなわち薄くかつ狭い）であると好ましく
、それにより、電解質の体積を高めることなく、加熱要素を例えば電解質内に組
込むことができる。加熱要素がエネルギー源に接続され、それからスタート時に
エネルギーを供給されると好ましい。
、それにより、電解質の体積を高めることなく、加熱要素を例えば電解質内に組
込むことができる。加熱要素がエネルギー源に接続され、それからスタート時に
エネルギーを供給されると好ましい。
【００１０】 実施態様によれば、加熱要素はワイヤ、又は、熱伝導性及び／又は電子伝導性
の種々の材料から構成された狭い帯状体である。加熱要素が直接電解質の狭い範
囲のみを加熱し、その後その範囲からドミノ効果によって電解質全体及び／又は
膜全体が加熱されるようになると好ましい。
の種々の材料から構成された狭い帯状体である。加熱要素が直接電解質の狭い範
囲のみを加熱し、その後その範囲からドミノ効果によって電解質全体及び／又は
膜全体が加熱されるようになると好ましい。
【００１１】 実施態様によれば、加熱要素はワイヤであり、例えば膜内へラミネートによっ
て組込まれる。その際、加熱要素が膜にさらに機械的強度を付与すると有利であ
る。
て組込まれる。その際、加熱要素が膜にさらに機械的強度を付与すると有利であ
る。
【００１２】 基本的には、加熱要素（例えば加熱ワイヤ）は燃料電池内の１つ又は複数の異
なった個所に配置できる。直ぐ考えられることは、膜と電極との間、電極とガス
拡散層との間、ならびにガス拡散層と極板との間に配置することである。同様に
、加熱要素をガス拡散層内又はガス拡散層の一部内へ設置すること、および加熱
要素を極板の背後に配置することは本発明の枠内に属する。構成は個別例であり
、実際のセル構造および経済性に従って変えられる。加熱要素が電解質に接近し
ていればいる程、効率的である。
なった個所に配置できる。直ぐ考えられることは、膜と電極との間、電極とガス
拡散層との間、ならびにガス拡散層と極板との間に配置することである。同様に
、加熱要素をガス拡散層内又はガス拡散層の一部内へ設置すること、および加熱
要素を極板の背後に配置することは本発明の枠内に属する。構成は個別例であり
、実際のセル構造および経済性に従って変えられる。加熱要素が電解質に接近し
ていればいる程、効率的である。
【００１３】 加熱要素がエネルギー源に接続されていると好ましい。その場合、加熱要素は
導線を介して外部のエネルギー源に有利に接続される。加熱されるべき燃料電池
自身の外にある全てのエネルギー源は外部のエネルギー源とみなされる。
導線を介して外部のエネルギー源に有利に接続される。加熱されるべき燃料電池
自身の外にある全てのエネルギー源は外部のエネルギー源とみなされる。
【００１４】 燃料電池ユニットが、例えば自動車分野においても使用されている高分子電解
質膜セルであると好ましい。
質膜セルであると好ましい。
【００１５】 燃料電池ユニット内には少なくとも１つの加熱要素が設けられている。個々の
加熱要素の大きさに応じて、複数の加熱要素を燃料電池ユニット内に取付けると
有利である。加熱要素の個数、サイズ、材料および形状はその都度の燃料電池の
構成に依存しており、本発明の範囲を限定しない。
加熱要素の大きさに応じて、複数の加熱要素を燃料電池ユニット内に取付けると
有利である。加熱要素の個数、サイズ、材料および形状はその都度の燃料電池の
構成に依存しており、本発明の範囲を限定しない。
【００１６】 優れた材料としては金属及び／又は、熱伝導性及び／又は電子伝導性のプラス
チック、カーボンペーパ、布、又は類似のものがあり、その場合プラスチックで
被覆されたワイヤも直ぐに考えられる。ガス拡散層（例えばカーボンペーパ）又
はガス拡散層から成る狭い条帯（残りのガス拡散層から電気的に絶縁されている
と好ましい）を加熱要素として利用することも可能である。
チック、カーボンペーパ、布、又は類似のものがあり、その場合プラスチックで
被覆されたワイヤも直ぐに考えられる。ガス拡散層（例えばカーボンペーパ）又
はガス拡散層から成る狭い条帯（残りのガス拡散層から電気的に絶縁されている
と好ましい）を加熱要素として利用することも可能である。
【００１７】 加熱要素の好ましい形状は当然のことながら、加熱要素がこの加熱要素を組込
んだ燃料電池ユニットの部品内においてできるだけ邪魔にならず、正規運転中に
できるだけ損傷を受けない形状である。すなわち、加熱要素は裸の金属ワイヤと
してガス拡散層内へならびに極板内へ良好に組込むことができる。例えば熱伝導
性のプラスチックで被覆されたワイヤは同様に電解質（例えば高分子膜）内に良
好に取付け又はラミネートできる。
んだ燃料電池ユニットの部品内においてできるだけ邪魔にならず、正規運転中に
できるだけ損傷を受けない形状である。すなわち、加熱要素は裸の金属ワイヤと
してガス拡散層内へならびに極板内へ良好に組込むことができる。例えば熱伝導
性のプラスチックで被覆されたワイヤは同様に電解質（例えば高分子膜）内に良
好に取付け又はラミネートできる。
【００１８】 加熱要素は燃料電池の運転に関係なくスタートできる。
【００１９】 外部のエネルギー源は実施態様によれば蓄電池及び／又は運転中に燃料電池装
置を介して再充電可能である電池である。外部のエネルギー源はしかしながら電
気的に接続された系統電源（例えば固定の系統電源）であってもよい。
置を介して再充電可能である電池である。外部のエネルギー源はしかしながら電
気的に接続された系統電源（例えば固定の系統電源）であってもよい。
【００２０】 本発明の実施態様によれば、加熱要素は燃料電池ユニットの片側または両側の
ガス拡散層内に組込まれる。
ガス拡散層内に組込まれる。
【００２１】 燃料電池は、少なくとも１つの燃料電池ユニットを備えスタックと呼ばれる（
本発明によって加熱されるべき）少なくとも１つの積層体と、反応ガスの供給お
よび排出通路（反応ガス通路）と、冷却装置と、それに付設された端板とを含ん
でいる。
本発明によって加熱されるべき）少なくとも１つの積層体と、反応ガスの供給お
よび排出通路（反応ガス通路）と、冷却装置と、それに付設された端板とを含ん
でいる。
【００２２】 燃料電池ユニットは少なくとも１つの電解質を含み、この電解質の両側に電極
が続き、この電極にガス拡散層が隣接し、このガス拡散層を通って反応室内の反
応ガスが電極へ変換反応のために拡散流入する。電極は例えば電気触媒層から構
成され、ガス拡散層は例えばカーボンペーパによって形成される。
が続き、この電極にガス拡散層が隣接し、このガス拡散層を通って反応室内の反
応ガスが電極へ変換反応のために拡散流入する。電極は例えば電気触媒層から構
成され、ガス拡散層は例えばカーボンペーパによって形成される。
【００２３】 本発明の方法の場合、先ず加熱要素がスタートさせられる。暖められた加熱要
素は直ぐ近くの周囲を加熱し、それによって、例えば加熱要素がワイヤとして電
解質の中心に組込まれている場合、電解質のこの中心範囲が急速にその凍結点以
上の温度に到達する。
素は直ぐ近くの周囲を加熱し、それによって、例えば加熱要素がワイヤとして電
解質の中心に組込まれている場合、電解質のこの中心範囲が急速にその凍結点以
上の温度に到達する。
【００２４】 このように加熱を局部的に非常に狭く制限することによる利点は、加熱要素に
接する膜を加熱するために必要なエネルギーが非常に多くを必要とされないとい
う点である。エネルギー量は、加熱要素が直接膜内に組込まれているか又はラミ
ネートされている場合に最少になる。加熱要素は、電解質が少なくとも１個所で
その凍結点以上の温度に到達した場合には非常に急速に切離される。
接する膜を加熱するために必要なエネルギーが非常に多くを必要とされないとい
う点である。エネルギー量は、加熱要素が直接膜内に組込まれているか又はラミ
ネートされている場合に最少になる。加熱要素は、電解質が少なくとも１個所で
その凍結点以上の温度に到達した場合には非常に急速に切離される。
【００２５】 電解質内の（狭い）加熱された個所によって惹き起されて、ドミノ効果的に後
に続いて生じる作用は“自己熱による高温加熱”と呼ばれている。その場合、電
解質の抵抗は加熱要素のところで低下し、それにより変換反応と電流発生とが起
こり、暖められた狭い範囲に沿って生ずるこの反応の廃熱は隣接範囲を加熱し、
その後この範囲では電解質抵抗が同様に低下し、これによって隣接範囲を加熱す
る変換面がさらに“広げられる”すなわち増大する。
に続いて生じる作用は“自己熱による高温加熱”と呼ばれている。その場合、電
解質の抵抗は加熱要素のところで低下し、それにより変換反応と電流発生とが起
こり、暖められた狭い範囲に沿って生ずるこの反応の廃熱は隣接範囲を加熱し、
その後この範囲では電解質抵抗が同様に低下し、これによって隣接範囲を加熱す
る変換面がさらに“広げられる”すなわち増大する。
【００２６】 以下において実施例を図面に基づいて説明する。
【００２７】 図１は燃料電池ユニット１の平面図を示す。大きさが区間Ｘの長さに一致して
いる活性セル面２が示されている。４つの軸線方向の反応ガス通路３の開口部と
、燃料電池の縁部範囲４と、最後に活性セル面２の中心に配置された加熱要素５
とが示されている。加熱要素５は波形ワイヤであり、直接膜内へラミネートされ
ているか又は膜の上に載置されている。加熱要素は同様に膜、電極、ガス拡散層
及び／又はセル板の中及び／又は背後に取付けられていても全く同じである。ワ
イヤには、加熱要素を蓄電池のような外部のエネルギー源に接続する導線６が導
かれている。導線６は直接エネルギー源へ延びているか又は他の例えば直列に接
続された加熱要素を介してエネルギー源へ延びている。加熱要素からは別の導線
７が導出されており、これはエネルギー源へ戻されるか又は他の例えば直列に接
続された加熱要素へ導かれている。
いる活性セル面２が示されている。４つの軸線方向の反応ガス通路３の開口部と
、燃料電池の縁部範囲４と、最後に活性セル面２の中心に配置された加熱要素５
とが示されている。加熱要素５は波形ワイヤであり、直接膜内へラミネートされ
ているか又は膜の上に載置されている。加熱要素は同様に膜、電極、ガス拡散層
及び／又はセル板の中及び／又は背後に取付けられていても全く同じである。ワ
イヤには、加熱要素を蓄電池のような外部のエネルギー源に接続する導線６が導
かれている。導線６は直接エネルギー源へ延びているか又は他の例えば直列に接
続された加熱要素を介してエネルギー源へ延びている。加熱要素からは別の導線
７が導出されており、これはエネルギー源へ戻されるか又は他の例えば直列に接
続された加熱要素へ導かれている。
【００２８】 図２には抵抗変動の波形図２Ａ〜２Ｃが示され、図３にはそれに対応した燃料
電池の出力波形図３Ａ〜３Ｃが示されている。横軸は活性セル面の長さを表し図
１で説明した区間Ｘを示している。縦軸は図２においては抵抗Ｒを示し、図３に
おいては出力密度Ｐを示している。
電池の出力波形図３Ａ〜３Ｃが示されている。横軸は活性セル面の長さを表し図
１で説明した区間Ｘを示している。縦軸は図２においては抵抗Ｒを示し、図３に
おいては出力密度Ｐを示している。
【００２９】 時点ｔ1（図２Ａ、図３Ａ）で、区間Ｘに沿って（すなわち活性セル面の縁に
沿って）抵抗の小さい全体的に狭い範囲が示されている。時点ｔ2（図２Ｂ、図
３Ｂ）でこの範囲は既に幅広くなり、時点ｔ３（図２Ｃ、図３Ｃ）で曲線は抵抗
Ｒが小さく出力Ｐが大きくなっている範囲を有しているが、活性セル面の大部分
は高温加熱され、電流を供給する。
沿って）抵抗の小さい全体的に狭い範囲が示されている。時点ｔ2（図２Ｂ、図
３Ｂ）でこの範囲は既に幅広くなり、時点ｔ３（図２Ｃ、図３Ｃ）で曲線は抵抗
Ｒが小さく出力Ｐが大きくなっている範囲を有しているが、活性セル面の大部分
は高温加熱され、電流を供給する。
【００３０】 この方法によって、特に自動車用の燃料電池をコスト的に有利にかつ迅速にス
タートさせることが可能になる。セル自身の部品（例えばガス拡散層）を加熱要
素として使用可能であるので、構造的な付加費用は僅かで済む。外部のエネルギ
ー源としては例えば自動車の場合には１２Ｖの自動車電池で楽々充分である。
タートさせることが可能になる。セル自身の部品（例えばガス拡散層）を加熱要
素として使用可能であるので、構造的な付加費用は僅かで済む。外部のエネルギ
ー源としては例えば自動車の場合には１２Ｖの自動車電池で楽々充分である。
【図１】 燃料電池ユニットの平面図
【図２】 抵抗変動の波形図
【図３】 燃料電池の出力波形図
１ 燃料電池ユニット ２ 活性セル面 ３ 反応ガス通路 ４ 縁部範囲 ５ 加熱要素 ６ 導線 ７ 導線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｈ０１Ｍ 8/10 (72)発明者 ヴァイトハス、マンフレート ドイツ連邦共和国 デー‐90427 ニュル ンベルク シュニークリンガー シュトラ ーセ 285 Ｆターム(参考） 5H026 AA04 AA06 5H027 AA04 AA06 CC11
Claims (7)
- 【請求項１】 少なくとも１つの加熱要素を組込まれた少なくとも１つのＰ
ＥＭ型及び／又はＰＡＦＣ型燃料電池ユニットを含むスタックを備えた燃料電池
。 - 【請求項２】 加熱要素が電解質の狭い範囲を直接加熱する請求項１記載の
燃料電池。 - 【請求項３】 加熱要素がアノード側及び／又はカソード側に配置されてい
る請求項１又は２記載の燃料電池。 - 【請求項４】 加熱要素がワイヤである請求項１乃至３の１つに記載の燃料
電池。 - 【請求項５】 加熱要素が電解質内に組込まれている請求項１乃至４の１つ
に記載の燃料電池。 - 【請求項６】 加熱要素がエネルギー源に接続されている請求項１乃至５の
１つに記載の燃料電池。 - 【請求項７】 燃料電池ユニット内の加熱要素を外部から加熱して、電解質
抵抗を、燃料電池の自己熱による高温加熱が可能になるように小さくさせる燃料
電池のコールドスタート方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19914249.1 | 1999-03-29 | ||
| DE19914249 | 1999-03-29 | ||
| PCT/DE2000/000674 WO2000059058A1 (de) | 1999-03-29 | 2000-03-03 | Brennstoffzellenbatterie mit heizelement und verbesserter kaltstartperformance und verfahren zum kaltstarten einer brennstoffzellenbatterie |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002540585A true JP2002540585A (ja) | 2002-11-26 |
Family
ID=7902839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000608459A Withdrawn JP2002540585A (ja) | 1999-03-29 | 2000-03-03 | 加熱要素を備えコールドスタート性能を改善した燃料電池および燃料電池のコールドスタート方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020068202A1 (ja) |
| EP (1) | EP1181729A1 (ja) |
| JP (1) | JP2002540585A (ja) |
| CN (1) | CN1354894A (ja) |
| CA (1) | CA2368891A1 (ja) |
| WO (1) | WO2000059058A1 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002305014A (ja) * | 2001-04-06 | 2002-10-18 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
| JP2002313392A (ja) * | 2001-04-13 | 2002-10-25 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
| JP2002313391A (ja) * | 2001-04-13 | 2002-10-25 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
| JP2014139894A (ja) * | 2013-01-21 | 2014-07-31 | Ｃｏｎｎｅｘｘ Ｓｙｓｔｅｍｓ株式会社 | 燃料電池 |
| US9214703B2 (en) | 2011-03-01 | 2015-12-15 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Secondary cell and method for testing secondary cell |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE60137420D1 (de) * | 2000-05-08 | 2009-03-05 | Honda Motor Co Ltd | Brennstoffzelle |
| DE10031062A1 (de) * | 2000-06-26 | 2002-01-17 | Siemens Ag | Polymer-Elektrolyt-Membran(PEM)-Brennstoffzelle mit Heizelement,PEM-Brennstoffzellenanlage und Verfahren zum Betreiben einer PEM-Brennstoffzellenanlage |
| US6737182B2 (en) * | 2001-06-18 | 2004-05-18 | Delphi Technologies, Inc. | Heated interconnect |
| US7208246B2 (en) * | 2002-07-23 | 2007-04-24 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fuel cell with integrated heater and robust construction |
| US7045234B2 (en) * | 2002-08-14 | 2006-05-16 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fuel-cell integral multifunction heater and methods |
| JP2004342430A (ja) * | 2003-05-15 | 2004-12-02 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システムおよびその運転方法 |
| US20040247965A1 (en) * | 2003-06-06 | 2004-12-09 | Gennady Resnick | Maintaining PEM fuel cell performance with sub-freezing boot strap starts |
| US20040247967A1 (en) * | 2003-06-06 | 2004-12-09 | Gennady Resnick | Maintaining PEM fuel cell performance with sub-freezing boot strap starts |
| US8603695B2 (en) * | 2007-06-22 | 2013-12-10 | GM Global Technology Operations LLC | Fuel cell assembly manifold heater for improved water removal and freeze start |
| GB2470371A (en) * | 2009-05-19 | 2010-11-24 | Energy Conversion Technology As | Heating of a fuel cell stack |
| DE102011101357A1 (de) * | 2011-05-12 | 2012-11-15 | Audi Ag | Verfahren zum Betreiben eines Kraftwagens mit einem Hybridantrieb |
| FR3008830A1 (fr) | 2013-07-16 | 2015-01-23 | Commissariat Energie Atomique | Systeme electrochimique comportant un systeme de chauffage a induction |
| DE102016222796A1 (de) * | 2016-11-18 | 2018-05-24 | Robert Bosch Gmbh | Batterie mit bereichsweiser Temperierung |
| US10727520B2 (en) | 2017-07-18 | 2020-07-28 | Cummins Enterprise Llc | Fuel cell stack assembly |
| CN109904486B (zh) * | 2017-12-08 | 2021-08-06 | 郑州宇通客车股份有限公司 | 一种双极板燃料电池及其车辆 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1513130A (en) * | 1974-11-18 | 1978-06-07 | Exxon Research Engineering Co | Fuel cells and methods of operating them |
| US4548875A (en) * | 1984-03-27 | 1985-10-22 | Westinghouse Electric Corp. | Heated transportable fuel cell cartridges |
| JPH07183043A (ja) * | 1993-12-22 | 1995-07-21 | Toshiba Corp | 燃料電池発電設備 |
| DE19523973C1 (de) * | 1995-06-30 | 1996-12-19 | Siemens Ag | Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlage und Verfahren zu ihrem Betrieb |
| DE19523972C1 (de) * | 1995-06-30 | 1996-08-08 | Siemens Ag | Brennstoffzellenanlage und Verfahren zu ihrem Betrieb |
| DE19757318C1 (de) * | 1997-12-23 | 1999-02-25 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Schnellheizung für Brennstoffzellen |
-
2000
- 2000-03-03 WO PCT/DE2000/000674 patent/WO2000059058A1/de not_active Application Discontinuation
- 2000-03-03 JP JP2000608459A patent/JP2002540585A/ja not_active Withdrawn
- 2000-03-03 EP EP00916794A patent/EP1181729A1/de not_active Withdrawn
- 2000-03-03 CN CN00805186A patent/CN1354894A/zh active Pending
- 2000-03-03 CA CA002368891A patent/CA2368891A1/en not_active Abandoned
-
2001
- 2001-10-01 US US09/968,305 patent/US20020068202A1/en not_active Abandoned
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002305014A (ja) * | 2001-04-06 | 2002-10-18 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
| JP2002313392A (ja) * | 2001-04-13 | 2002-10-25 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
| JP2002313391A (ja) * | 2001-04-13 | 2002-10-25 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
| US9214703B2 (en) | 2011-03-01 | 2015-12-15 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Secondary cell and method for testing secondary cell |
| JP2014139894A (ja) * | 2013-01-21 | 2014-07-31 | Ｃｏｎｎｅｘｘ Ｓｙｓｔｅｍｓ株式会社 | 燃料電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1181729A1 (de) | 2002-02-27 |
| WO2000059058A1 (de) | 2000-10-05 |
| US20020068202A1 (en) | 2002-06-06 |
| CN1354894A (zh) | 2002-06-19 |
| CA2368891A1 (en) | 2000-10-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2002540585A (ja) | 加熱要素を備えコールドスタート性能を改善した燃料電池および燃料電池のコールドスタート方法 | |
| JP3601166B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| US6727013B2 (en) | Fuel cell energy management system for cold environments | |
| US20080102327A1 (en) | Fuel cell and method for cold-starting such a fuel cell | |
| CN109904486B (zh) | 一种双极板燃料电池及其车辆 | |
| CN113555581A (zh) | 燃料电池及其加热方法 | |
| JP3677266B2 (ja) | 燃料電池スタックおよびその暖機方法 | |
| JP2008108610A (ja) | 燃料電池 | |
| CN109904487B (zh) | 一种石墨双极板燃料电池及其车辆 | |
| US7078116B2 (en) | Method of warming up fuel cell system | |
| JP2007294330A (ja) | 熱の利用効率が高い燃料電池 | |
| CA2374055A1 (en) | High-temperature membrane fuel cell, method for operating an htm fuel cell battery, and htm fuel cell battery | |
| JP4533604B2 (ja) | 燃料電池の低温起動方法 | |
| JPS6145569A (ja) | 自動車用電源装置 | |
| CN113206270B (zh) | 一种带有预热功能的风冷金属双极板质子交换膜燃料电池 | |
| JP2005353561A (ja) | 燃料電池 | |
| EP1913652B1 (en) | Thermal control of fuel cell for improved cold start | |
| US20040247965A1 (en) | Maintaining PEM fuel cell performance with sub-freezing boot strap starts | |
| JPS6145574A (ja) | 自動車用電源装置 | |
| JP2005174600A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2001095109A (ja) | 電動自転車および電動自転車の駆動方法 | |
| KR100963013B1 (ko) | 연료 카트리지 및 이를 이용한 직접 금속 연료전지 장치 | |
| JP2006147400A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2007115463A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP4412999B2 (ja) | 燃料電池の起動方法及び燃料電池システム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070605 |