(57)【要約】燃料電池設備は電気負荷にエネルギを連続的に供給するのに適する。特に自動車に適用する際、この設備は電気自動車の駆動部および他の電気負荷の電源部の少なくとも一方であり得る。本発明に従い、燃料電池モジュール（１０）は充電可能な電池（５）にのみ電気エネルギを供給し、負荷（１）に直接には給電しない。その結果燃料電池モジュールはその最適動作点に保持される。燃料電池モジュールは、好ましくはポリマ電解質膜燃料電池に比べて高温、特に１２０〜２００℃で動作する高温ポリマ電解質膜燃料電池から構成される。
2004513489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電可能な電池に接続された負荷のための、少なくとも一つの燃料電池モジュールを備えた燃料電池設備において、前記モジュール（１０）がエネルギを前記充電可能な電池（５）にのみ供給し、その結果前記モジュール（１０）が常に最適動作点で運転されることを特徴とする設備。
【請求項２】
前記燃料電池モジュール（１０）が前記充電可能な電池（５）の充電のためにのみ設けられたことを特徴とする請求項１記載の設備。
【請求項３】
前記燃料電池モジュール（１０）の出力側に充電モジュール（１５）が接続されたことを特徴とする請求項１又は２記載の設備。
【請求項４】
前記燃料電池モジュール（１０）および電池（５）からなる装置が自動車の車内電源として用いられることを特徴とする請求項１から３の１項に記載の設備。
【請求項５】
前記燃料電池モジュール（１０）がポリマ電解質膜燃料電池を含むことを特徴とする請求項１から４の１項に記載の設備。
【請求項６】
前記燃料電池モジュール（１０）が高温ポリマ電解質膜燃料電池を含むことを特徴とする請求項１から５の１項に記載の設備。
【請求項７】
前記高温ポリマ電解質膜燃料電池が６０〜３００℃、特に１２０〜２００℃の温度で動作することを特徴とする請求項６記載の設備。
【請求項８】
前記高温ポリマ電解質膜燃料電池が自己解離型および自動陽子移行型の少なくとも一方の電解質を満たした、温度安定性の膜を含むことを特徴とする請求項７記載の設備。
【請求項９】
自動車の車内に存在し、走行とは無関係な電気負荷に対する給電のために用いる請求項１から８の１項に記載の燃料電池設備の使用方法。
【請求項１０】
前記電気負荷が車両の運転に無関係な空気調和機であることを特徴とする請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、充電可能な電池に接続された負荷のための、少なくとも一つの燃料電池モジュールを備えた燃料電池設備に関する。本発明はまた、そのような燃料電池設備の使用方法に関する。
【０００２】
燃料電池設備は、負荷に電流を供給しようとする際に常時使用できる。そのため、特に負荷が再充電可能な電池に既に接続されているような用途にも適する。その際、通常燃料電池設備で発生した電気エネルギは、負荷に直接供給される。負荷の動作、従って負荷電流が変化するので、燃料電池設備は必要時のみ運転される。しかしポリマ電解質膜（ＰＥＭ）燃料電池設備、特に所謂高温ポリマ電解質膜（ＨＴ−ＰＥＭ）燃料電池設備を用いるのは不経済である。何故なら、この種燃料電池設備の新たな始動、特に冷機始動は問題を生じ得るからである。
【０００３】
従って本発明の課題は、電気負荷に給電する燃料電池の運転法の改善にある。
【０００４】
この課題は、請求項１の特徴部に記載の構成により解決される。関連する使用方法が請求項９の対象である。夫々の更なる構成を各従属請求項に示す。
【０００５】
本発明によれば、燃料電池設備の蓄電池は自動的に充電される。このことは、燃料電池設備が連続的に運転可能であり、かつ各燃料電池モジュールが常に最適動作点に保持されるという利点をもたらす。
【０００６】
本発明の装置は、特に車内電源のための蓄電池が既に存在しているとき、自動車の車内電源のために適用可能である。その場合、特にＨＴ−ＰＥＭ燃料電池設備が適用可能と言う利点がある。
【０００７】
本発明の他の構成および利点を、図示の実施の形態とその説明から、従属請求項との関連で説明する。
【０００８】
図１は、充電可能な電池５から給電される電気負荷を符号１で示す。この電気負荷１は、例えば図示しない自動車の中に存在する。自動車は通常車内電源を備えている。その場合、従来技術では、再充電可能な電池５として蓄電池が自動車の点灯用発電機を介して充電される。点灯用発電機は自動車の走行運転に依存しており、そのため蓄電池は自動車が走行運転しているときしか充電されない。
【０００９】
本発明による燃料電池設備は、蓄電池、即ち充電可能な電池５に電気エネルギを供給するために少なくとも一つの燃料電池モジュール１０を有する。電池５と燃料電池モジュール１０の間に、充電モジュール１５が接続されている。充電モジュール１５は燃料電池モジュール１０から電流供給を受けるが、そこには適当な構成の、図示しない制御部が設けられている。
【００１０】
電池５は、必要に応じ充電モジュール１５で充電される。それに伴い燃料電池モジュール１０の動作態様が影響を受けることはなく、そのため最適動作点に調整・保持される。特に燃料電池モジュール１０の静止動作態様は重要である。
【００１１】
場合により、燃料電池モジュール１０を他の電流負荷に給電するための燃料電池設備の一部として用いてもよい。
【００１２】
上述の装置は、燃料電池設備を一定の最適動作点で動作させ得るという利点を示す。従って、この種の燃料電池設備でしばしば問題になる新規始動、即ち冷機始動を広範に回避できる。特にＰＥＭ又はＨＴ−ＰＥＭ燃料電池を有する燃料電池設備を用いる際、特に好ましい動作態様が生ずる。この種のポリマ電解質膜型燃料電池が静止状態では満足に動作するが、所謂始動／停止の運転では問題を引き起こすことが知られている。ＰＥＭ燃料電池が通常約６０℃で動作するのに対し、温度的に安定な膜と自己解離型および自動陽子移行（ａｕｔｏｐｒｏｔｏｌｙｔｉｓｃｈ）型の電解質を持つ所謂ＨＴ−ＰＥＭ燃料電池は６０〜３００℃、特に１２０〜２００℃の高い動作温度を持っている。この温度範囲では、動作時に水依存性がなく、膜への水分補給は不要である。
【００１３】
特にＨＴ−ＰＥＭ燃料電池を用いる際、温度上昇が問題になる。何故なら、さもないと有利な水分非依存性が効果を発揮し得ないからである。再充電可能な電池と関連して、この問題は大幅に排除できる。それ故、ＨＴ−ＰＥＭ燃料電池を用いる燃料電池設備は、意外にも特に蓄電池と良好に組み合わせ可能である。
【００１４】
特に自動車の電気駆動部への適用と共に、内燃機関を有する自動車の電気負荷への給電もまた可能である。このような電気負荷は、例えば大容量化や備品追加のために生ずる、走行とは無関係の空気調和機である。そのため、自動車に既に存在する車内電池が一時的に許容限度を超える容量に負荷される。
【００１５】
情報処理用（ラップトップ型）又は情報伝送用（ハンディ型）の設備でも、既に自動車の再充電可能な電池から電力の供給を行っている。その場合、特に多数の負荷に伴い電池が運転動作中に消耗してしまう。このような場合にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による燃料電池設備のブロック図である。
【符号の説明】
１　電気負荷、５　充電可能な電池、１０　燃料電池モジュール、
１５　充電モジュール
【国際公開パンフレット】
2004513489.tif 000003
2004513489.tif 000004
2004513489.tif 000005
2004513489.tif 000006
2004513489.tif 000007
2004513489.tif 000008
2004513489.tif 000009
2004513489.tif 000010
2004513489.tif 000011
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004513489.tif 000012
2004513489.tif 000013
【国際調査報告】
2004513489.tif 000014
2004513489.tif 000015
2004513489.tif 000016
2004513489.tif 000017
2004513489.tif 000018
2004513489.tif 000019