(57)【要約】【課題】本発明は、上記従来技術に鑑み、複数の発電セルから成る発電スタックに対して、所定の温度領域外の前記温度を有する発電セルを異常温度発電セルとして特定し、異常温度発電セルの接続を制御することで各発電セル同士の温度のバラつきを低減し、固体高分子電解質膜の保護が行える小型な燃料電池装置を提供することを目的とする。【解決手段】電気的に独立した複数の発電セルを有する発電スタックと、発電スタックに接続し、各発電セルの接続経路を変更する切換部と、各発電セルの温度をそれぞれ検出する温度検出部と、温度検出部が検出した温度を表す温度信号に基づき、切換部を制御し、所定の温度領域外の温度を有する発電セルを異常温度発電セルとして特定し、異常温度発電セルの接続を制御する制御部とを有する。【選択図】図１
2012209070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に独立した複数の発電セルを有する発電スタックと、
前記発電スタックに接続し、各前記発電セルの接続経路を変更する切換部と、
各前記発電セルの温度をそれぞれ検出する温度検出部と、
前記温度検出部が検出した前記温度を表す温度信号に基づき、前記切換部を制御し、所定の温度領域外の前記温度を有する前記発電セルを異常温度発電セルとして特定し、前記異常温度発電セルの接続を制御する制御部とを有することを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記温度検出部が検出する温度が最も低い前記発電セルを前記異常温度発電セルとして特定し、前記異常温度発電セルの出力を休止させるように前記切換部を介して前記異常温度発電セルの接続状態を制御する処理を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記温度検出部が検出する温度が低い前記発電セルを前記異常温度発電セルとして特定し、前記異常温度発電セルのうち、最も前記温度が低い前記異常温度発電セルから順に出力を休止させるように前記切換部を介して前記異常温度発電セルの接続状態を制御する処理を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記温度検出部が検出する温度がある一定値以下の前記発電セルを前記異常温度発電セルとして特定し、前記異常温度発電セルの出力を休止させるように前記切換部を介して前記異常温度発電セルの接続状態を制御する処理を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記温度検出部が検出する温度が最も高い前記発電セルを前記異常温度発電セルとして特定し、前記異常温度発電セルの出力を休止させるように前記切換部を介して前記異常温度発電セルの接続状態を制御する処理を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記温度検出部が検出する温度が高い前記発電セルを前記異常温度発電セルとして特定し、前記異常温度発電セルのうち、最も前記温度が高い前記以上温度セルから順に出力を休止させるように前記切換部を介して前記異常温度発電セルの接続状態を制御する処理を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記温度検出部が検出する温度がある一定値以上の前記発電セルを前記異常温度発電セルとして特定し、前記異常温度発電セルの出力を休止させるように前記切換部を介して前記異常温度発電セルの接続状態を制御する処理を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
【請求項８】
前記制御部は、出力を休止している前記異常温度発電セルを、一定の休止時間後に出力を再開させるように前記切換部を介して前記異常温度発電セルの接続状態を制御する処理を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記負荷の前記消費電力値に応じて、前記切換部を介して前記異常温度発電セルの接続状態を制御する処理を含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池装置に関し、特に複数の発電セルが電気的に独立しており、かかる複数の発電セルを直列乃至並列等、任意に接続して用いる場合に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料に対する高効率な発電手段として、燃料電池が注目されている。燃料電池は、固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜を挟持する酸化剤極と燃料極と有する発電部を備える発電セルを複数直列接合した発電スタックである場合が一般的である。発電方法は、燃料極に供給される燃料が燃料極上でプロトンと電子とに変わる。電子は電力として取り出される。プロトンは、固体高分子電解質膜中を移動して酸化剤極側へと運搬され、酸化剤極に供給される酸化剤と反応し、水分子を生成する。この水分子は、固体高分子電解質膜中のプロトンの移動に必要である。また、この発電に関する反応は、発熱反応であるため、発電部では熱が発生する。
【０００３】
しかしながら、燃料電池に接続した負荷の要求電力が小さい場合などは、燃料電池の発電量が小さくなり、各発電セルにおける発電量も低くなり、各発電セルの発電部の温度が低くなる。このとき、積層された複数の発電セルにおいて、内側の発電セルに対し端側の発電セルの温度は発電部外部の温度に影響を受けるため、特に温度が低くなる。そのため端側の発電セルでは、酸化剤極あるいは燃料極で発生した水分子が凝集して水となり、発電部を覆ってしまう。この水により、発電部と燃料あるいは酸化剤と接触を疎外し、発電効率が落ちる。この結果、積層された複数の発電セルの間で、発電が行えないものや、反対に過度な発電を行う必要があるものが出てきてしまい、積層された複数の発電セルの間で発電効率にバラつきが生じ、両者において固体高分子電解質膜の劣化を引き起こすという問題がある。
【０００４】
一方、燃料電池に接続した負荷の要求電力が大きい場合などは、燃料電池の発電量が多きくなり、各発電セルにおける発電量も高くなり、各発電セルの発電部の温度が高くなる。このとき、積層された複数の発電セルにおいて、端側の発電セルに対し内側の発電セルの温度は発電部外部の温度に影響を受けないため、特に温度が高くなる。そのため内側の発電セルでは、酸化剤極あるいは燃料極で発生した水分子が蒸発してしまう。固体高分子電解質膜中の水分子が減ることから、固体高分子電解質膜中のプロトンの伝導性が低下し、固体高分子電解質膜の劣化を引き起こすという問題がある。
【０００５】
このように、燃料電池の発電状態により、積層された複数の発電セルの間で、発電が行えないものや、反対に過度な発電を行う必要があるものが出てきてしまい、両者において固体高分子電解質膜の劣化を引き起こす。
【０００６】
以上の問題を鑑み、特許文献１では、燃料電池スタックのセル面内の温度分布を制御して、固体高分子電解質膜の過度の濡れまたは渇きを防止する発明が開示されている。燃料電池システムは、燃料電池スタックの温度が低くなり、高分子電解質膜に水が過度に凝集する場合、タンク内の媒体を加温して媒体ポンプで系内へ送り、高分子電解質膜上の水を蒸発させる。また、燃料電池スタックの温度が低くなり、高分子電解質膜が過度に乾いている場合、タンク内の媒体を冷却して媒体ポンプで系内へ送り、高分子電解質膜の温度を下げる。
【０００７】
このように、燃料電池スタックの高分子電解質膜の温度を適温に保つことで、高分子電解質膜上の水分子を適度に保ち、発電を安定させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８-７８０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来技術に係る燃料電池システムは、燃料電池スタックに供給するための媒体や媒体を貯蔵する媒体タンク、また媒体を送る媒体ポンプ等が必要であり、燃料電池スタックの各セルに対して温度制御を行う場合には、さらに媒体ポンプと各セルを接続し媒体を送るための各流路、各流路の媒体の流通を制御するための弁、媒体が所望のセルにのみ接触するための隔壁等の構成が必要であり、システムが大型化し、装置の重量が増大するという問題を発生する。
【００１０】
本発明は、上記従来技術に鑑み、複数の発電セルから成る発電スタックに対して、所定の温度領域外の温度を有する発電セルを異常温度発電セルとして特定し、異常温度発電セルの接続を制御することで各発電セル同士の温度のバラつきを低減し、固体高分子電解質膜の保護が行える小型な燃料電池装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための本発明の燃料電池装置の第１の特徴は、電気的に独立した複数の発電セルを有する発電スタックと、発電スタックに接続し、各発電セルの接続経路を変更する切換部と、各発電セルの温度をそれぞれ検出する温度検出部と、温度検出部が検出した温度を表す温度信号に基づき、切換部を制御し、所定の温度領域外の温度を有する発電セルを異常温度発電セルとして特定し、異常温度発電セルの接続を制御する制御部とを有することを要旨とする。
かかる特徴によれば、各発電セルの温度状況に応じて各発電セルの発電を制御することができるため、発電セルの高分子電解質膜の温度を適温に保て、固体高分子電解質膜の保護が行える小型な燃料電池装置を実現することができる。
【００１２】
また本発明の燃料電池装置の第２の特徴は、第１の特徴の燃料電池装置において、
制御部は、温度検出部が検出する温度が最も低い発電セルを異常温度発電セルとして特定し、異常温度発電セルの出力を休止させるように切換部を介して異常温度発電セルの接続状態を制御する処理を含むことを要旨とする。
かかる特徴によれば、特定の発電セルの発電部が水滴で覆われた状態での発電を防ぐことができ、固体高分子電解質膜の保護が行える燃料電池装置を実現することができる。
【００１３】
また本発明の燃料電池装置の第３の特徴は、第１の特徴の燃料電池装置において、制御部は、温度検出部が検出する温度が低い発電セルを異常温度発電セルとして特定し、異常温度発電セルのうち、最も温度が低い異常温度発電セルから順に出力を休止させるように切換部を介して異常温度発電セルの接続状態を制御する処理を含むことを要旨とする。
かかる特徴によれば、特定の発電セルの発電部が水滴で覆われた状態での発電を防ぐことができ、固体高分子電解質膜の保護が行える燃料電池装置を実現することができる。
【００１４】
また本発明の燃料電池装置の第４の特徴は、第１の特徴の燃料電池装置において、制御部は、温度検出部が検出する温度がある一定値以下の発電セルを異常温度発電セルとして特定し、異常温度発電セルの出力を休止させるように切換部を介して異常温度発電セルの接続状態を制御する処理を含むことを要旨とする。
かかる特徴によれば、特定の発電セルの発電部が水滴で覆われた状態での発電を防ぐことができ、固体高分子電解質膜の保護が行える燃料電池装置を実現することができる。
【００１５】
また本発明の燃料電池装置の第５の特徴は、第１から第４のいずれかの特徴の燃料電池装置において、制御部は、温度検出部が検出する温度が最も高い発電セルを異常温度発電セルとして特定し、異常温度発電セルの出力を休止させるように切換部を介して異常温度発電セルの接続状態を制御する処理を含むことを要旨とする。
かかる特徴によれば、特定の発電セルの発電部が乾燥することを防ぎ、固体高分子電解質膜の保護が行える燃料電池装置を実現することができる。
【００１６】
また本発明の燃料電池装置の第６の特徴は、第１から第４のいずれかの特徴の燃料電池装置において、制御部は、温度検出部が検出する温度が高い発電セルを異常温度発電セルとして特定し、異常温度発電セルのうち、最も温度が高い以上温度セルから順に出力を休止させるように切換部を介して異常温度発電セルの接続状態を制御する処理を含むことを要旨とする。
かかる特徴によれば、特定の発電セルの高分子電解質膜が乾燥することを防ぎ、固体高分子電解質膜の保護が行える燃料電池装置を実現することができる。
【００１７】
また本発明の燃料電池装置の第７の特徴は、第１から第４のいずれかの特徴の燃料電池装置において、制御部は、温度検出部が検出する温度がある一定値以上の発電セルを異常温度発電セルとして特定し、異常温度発電セルの出力を休止させるように切換部を介して異常温度発電セルの接続状態を制御する処理を含むことを要旨とする。
かかる特徴によれば、特定の発電セルの高分子電解質膜が乾燥することを防ぎ、固体高分子電解質膜の保護が行える燃料電池装置を実現することができる。
【００１８】
また本発明の燃料電池装置の第８の特徴は、第１から第７のいずれかの特徴の燃料電池装置において、制御部は、出力を休止している異常温度発電セルを、一定の休止時間後に出力を再開させるように切換部を介して異常温度発電セルの接続状態を制御する処理を含むことを要旨とする。
かかる特徴によれば、出力を休止している発電セルの温度を検出し続けることなく、出力を再開することができる燃料電池装置を実現することができる。
【００１９】
また本発明の燃料電池装置の第９の特徴は、第１から第８のいずれかの特徴の燃料電池装置において、制御部は、負荷の消費電力値に応じて、切換部を介して異常温度発電セルの接続状態を制御する処理を含むことを含むことを要旨とする。
かかる特徴によれば、スタックから負荷の消費電力に合わせた電力を供給しつつ、固体高分子電解質膜の保護も行うことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、複数の発電セルから成る発電スタックに対して、所定の温度領域外の温度を有する発電セルを異常温度発電セルとして特定し、異常温度発電セルの接続を制御することで各発電セル同士の温度のバラつきを低減し、固体高分子電解質膜の保護が行える小型な燃料電池装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる燃料電池装置を示すブロック線図である。
【図２】図１に示す燃料電池装置の発電スタックにおける詳細図である。
【図３】図１に示す燃料電池装置の制御器における制御手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施の形態にかかる燃料電池装置を示すブロック線図である。
【図５】図１に示す燃料電池装置の制御器における制御手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
（実施の形態１）
図１から図３に基づいて、本発明の実施の形態１における燃料電池装置１の実施例を説明する。
【００２３】
（燃料電池装置の構成）
図１及び図２に基づいて、本発明の燃料電池装置の構成を説明する。
図１には、本発明の実施の形態１に係る燃料電池装置のブロック図を示す。
燃料電池装置１は、水素を燃料とする常温動作型の発電セル２ａ〜２ｄを有する発電スタック２と、発電セル２ａ〜２ｄの接続を切替える切換部３と、温度検出器４ａ〜４ｄを有する温度検出部４と、制御部５を備える。
【００２４】
図２には、発電スタック２の詳細図を示す。発電セル２ａ〜２ｄは、それぞれ固体高分子電解質膜２１の両面に、酸化剤が供給される酸化剤極２２と燃料３が供給される燃料極２３を有する。ここでは、酸化剤として大気中の空気を利用し、燃料は発電スタック２の外部から供給される例を示す。酸化剤極２２側の空間が空気開放されており、大気を酸化剤極側の空間に取り入れる。また、燃料３は、供給部により外部から燃料極側の空間に取り入れられる。
【００２５】
燃料は、燃料極上でプロトンと電子とに変わる。発生したプロトンは固体高分子電解質膜１１中を移動して酸化剤極２２側へと運搬され、酸化剤極で大気中の空気に含まれる酸素と反応し、水を生成する。また電子は図１に示した切換部３を含む回路を通して負荷８へと移動し、負荷３の先には酸化剤極と接続される。各発電セル２ａ〜２ｄは燃料供給装置（図示せず）からの燃料の供給によってそれぞれ発電するとともに、発電セル２ａ〜２ｄ毎にそれぞれ電気的に独立させて構成してある。ここで、「電気的に独立させて構成」とは、各発電セル２ａ〜２ｄが直接的には相互に接続されることなく、必ず切換部３を介して接続されるような状態となっていることをいう。
【００２６】
切換部３は、図示しない複数の切換素子で構成され、各切替素子のＯＮ／ＯＦＦを切替える事で、所望の発電セル２ａ〜２ｄが直列接続あるいは並列接続となる。なお、切換素子は、電力損失の少ないＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子を用いるのが好ましい。
【００２７】
温度検出部４が有する温度検出器４ａ〜４ｄは、それぞれ発電セル２ａ〜２ｄに接続しており、各セルの温度を検出する。
【００２８】
制御部５は、温度検出部４の温度検出器４ａ〜４ｄから送信される、発電セル２ａ〜２ｄの温度信号Ｓ０２ａ〜Ｓ０２ｄに基づき、切換部３に各発電セル２ａ〜２ｄの接続状態を制御する制御信号Ｓ０１を送信する。制御器５は、マイクロコンピュータ（マイコン）で構成している。マイコンには、温度検出器４ａ〜４ｄからの温度信号Ｓ０２ａ〜Ｓ０２ｄを取り込んで、切換部３に各発電セル２ａ〜２ｄの接続状態を制御する制御信号Ｓ０１を送信するためのプログラムが書き込んである。
【００２９】
（燃料電池装置の動作）
図３は図１に示す燃料電池装置１の制御器５における制御手順を示すフローチャートである。本形態は、制御部５が、発電セル２ａ〜２ｄの温度状態に応じて切換部３を制御し、発電セル〜２ｄの発電状態を変化させるものである。具体的には次の通りである。
【００３０】
図３に基づいて、本発明の燃料電池装置の動作を説明する。
１）  発電スタック２の発電が開始する。
２）  制御部５は発電セル２ａ〜２ｄが直列接続として接続するように切換部３に制御信号を送信し制御する（ステップＳ２）。ここで、制御部５は発電セル２ａ〜２ｄが直列接続として接続するように切換部３を制御するのは、発電セル２ａ〜２ｄの一部が並列接続である場合に比べ、発電セルの各発電量のばらつきが小さく、負荷への安定した電力供給ができるためである。
【００３１】
３）  制御部５は、温度検出部４の温度検出器４ａ〜４ｄから送信される、発電セル２ａ〜２ｄの温度信号Ｓ０２ａ〜Ｓ０２ｄに基づき、異常温度の発電セルを直列接続から切り離すかあるいは並列接続とするように、切換部３へ制御信号Ｓ０１を送信し制御する（ステップＳ３）。一部の発電セルが高温の異常温度であった場合、直列接続から切り離す処理を行うことで発電を行わない休止状態となり、発電セルの温度を下げることができる。また、他の処理として、複数の高温の異常温度のセルを並列接続とし、並列接続のそれぞれの発電セルに流れる電流を、直列接続の発電セルに比べ小さくして、並列接続の発電セルの発電量を小さくなすることで温度を下げることができる。また、一部の発電セルが低温の異常温度であった場合、発電スタック２全体の発電量が小さく、発電スタック２全体の温度が低いと言える。この場合、ステップＳ３において、異常温度のセルを直列接続から切り離すことで発電を行わない休止状態とする。再び発電スタック２の発電量が増えると、発電スタック２の温度も上昇するため、休止状態の発電セルが発電を行い、水蒸気を生成したとしても、酸化剤極あるいは燃料極において、水が覆いにくくなる。
【００３２】
４）  制御部５は、温度検出部４の温度検出器４ａ〜４ｄから送信される、発電セル２ａ〜２ｄの温度信号Ｓ０２ａ〜Ｓ０２ｄに基づき、切り離された発電セルの温度が異常温度でなくなった場合、再び直列接続として接続するように、切換部３へ制御信号Ｓ０１を送信し制御する（ステップＳ４）。終了条件が成立するまで、Ｓ３〜Ｓ４の動作を繰り返す。終了条件とは、例えば負荷の電力要求がなくなる場合や、発電スタック２の発電が終了することを示す。
【００３３】
Ｓ２が終了した後の、Ｓ３、Ｓ４の動作を具体的に説明する。
温度検出部４の温度検出器４ａから制御部５へ送信される、発電セル２ａの温度信号Ｓ０２ａに、異常温度を示す信号がある場合、制御部５は、切換部へ制御信号Ｓ０１を送信し、発電セル２ａを直列結合から切り離すよう制御する（ステップＳ３）。続いて、温度検出器４ａ〜４ｄから制御部５へ送信される、発電セル２ａ〜２ｄの温度信号Ｓ０２ａ〜Ｓ０２ｄの中に、異常温度を示す信号がなくなった場合、すなわち発電セル２ａが正常温度になった場合、制御部５は、切換部３へ制御信号Ｓ０１を送信し、発電セル２ａを直列接合に戻すよう制御する（ステップＳ４）。
【００３４】
温度検出部４の温度検出器４ｂ、４ｃから制御部５へ送信される、発電セル発電セル２ｂ、２ｃの温度信号Ｓ０２ｂ、Ｓ０２ｃに、異常温度を示す信号がある場合、制御部５は、切換部３へ制御信号Ｓ０１を送信し、発電セル２ｂ、２ｃを直列結合から切り離すか、あるいは発電セル２ｂ、２ｃを並列接続とするよう制御する（ステップＳ３）。続いて、温度検出器４ａ〜４ｄから制御部５へ送信される、発電セル２ａ〜２ｄの温度信号Ｓ０２ａ〜Ｓ０２ｄの中に、異常温度を示す信号がなくなった場合、すなわち発電セル２ｂ、２ｃが正常温度になった場合、制御部５は、切換部３へ制御信号Ｓ０１を送信し、発電セル２ｂ、２ｃを直列接合に戻るよう制御する（ステップＳ４）。以上のＳ３からＳ４の制御を終了条件が成立するまで繰り返す（ステップ５）。発電スタック２の発電が終了するまで繰り返す。
【００３５】
ここで、ステップ３における異常温度の発電セルとは、予め制御部５に設定されている温度範囲から逸脱している温度を有する発電セルとしても良い。また、発電セル２ａ〜２ｄの中で最も低い温度あるいは最も高い温度を有する発電セル、またはその両方としても良い。また、発電セル２ａ〜２ｄの中で最も低い温度あるいは最も高い温度を有する発電セルから順に複数の発電セルとしても良い。また、予め制御部５に設定されている基準温度から遠い温度を有する１あるいは複数の発電セルとしても良い。
【００３６】
また、ステップ４における直列接続経路から切り離された発電セルを直列接続経路に直列に接続するための基準は、発電セルの温度を直接用いても良いし、直列接続から切り離された後に経過した時間を用いても良い。
【００３７】
ここで、発電セルの発電効率や燃料極及び酸化剤極及び固体高分子電解質膜の保護の観点から導く異常温度は、燃料電池装置を運転する環境の外気温や湿度、あるいは風量によっても異なるが、水分子が過度に固体高分子電解質膜や酸化剤極あるいは燃料極発電から蒸発する６０度以上、または水分子が過度に固体高分子電解質膜や酸化剤極あるいは燃料極発電４０度以下の範囲とすることが望ましい。なお、燃料や大気中の酸素などの酸化剤を加湿して発電セルへ供給する場合は、異常温度範囲を高温側へシフトさせても良い。
なお、発電セル２ａ〜２ｄは、燃料極へ供給する燃料としてメタノールを用いるダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）、又はその他の方式の燃料電池であっても良い。また、発電セル２ａ乃至２ｄの個数は４個に限るものではなく、必要に応じた個数とすることができる。
【００３８】
（燃料電池装置の作用・効果）
各発電セルの温度を適温に保つことで、各発電セル同士の温度のバラつきを低減し、固体高分子電解質膜の保護を行うことができる。
【００３９】
（実施の形態２）
図４から図５に基づいて、本発明の実施の形態２における燃料電池装置１の実施例を説明する。
（燃料電池装置の構成）
図４には、本発明の実施の形態２に係る燃料電池装置のブロック図を示す。本発明の実施の形態１と共通する構成については、同じ番号を付し、説明は省略する。
【００４０】
本発明の実施の形態２が、実施の形態１と異なる点は、制御部５が、負荷８からの負荷消費電力信号Ｓ０３を送信される点である。制御器５は、マイクロコンピュータ（マイコン）で構成している。マイコンには、温度検出器４ａ〜４ｄからの温度信号Ｓ０２ａ〜Ｓ０２ｄと負荷６の負荷消費電力信号Ｓ０３を取り込んで、切換部３に各発電セル２ａ〜２ｄの接続状態を制御する制御信号Ｓ０１を送信するためのプログラムが書き込んである。
【００４１】
負荷消費電力信号Ｓ０３は、負荷８における消費電力を検出することができる出力検出器から送信される。したがって、負荷消費電力を直接検出する電力計も含まれる。
【００４２】
（燃料電池装置の動作）
図５に基づいて、本発明の燃料電池装置の動作を説明する。
図５は図１に示す燃料電池装置１の制御器５における制御手順を示すフローチャートである。本形態は、本形態は、制御部５が、負荷８の消費電力及び発電セル２ａ〜２ｄの温度状態に応じて、切換部３を制御し、発電させる発電セルの個数を変化させるものである。
【００４３】
本形態における各発電セル２ａ乃至２ｄは、燃料としての水素をアノード（−極）へ、酸素（空気）をカソード（＋極）へそれぞれ供給することにより発電する固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）で構成している。また、発電セル２ａ乃至２ｄは、その出力電圧が０．４５［Ｖ］のときに最大出力が１．０８［Ｗ］得られるものを４個用いた。なお、発電セル２ａ乃至２ｄの１個当たりの標準動作電圧を０．６Ｖとし、発電セル２ａ乃至２ｄの電圧はこの電圧を動作下限電圧とする。標準電圧は、発電セル２ａ乃至２ｄの発電特性において、顕著な拡散過電圧が認められない電圧範囲、ＰＥＦＣの場合で、およそ０．３乃至０．８Ｖの間で設定する。このときの発電セル２ａ乃至２ｄの１個当たりの標準出力電力は、０．７２［Ｗ］（以下、この出力電力を「Ｐ１」と略称する。）である。したがって、４個の発電セル２ａ乃至２ｄの出力時には、０．７２［Ｗ］×４＝２．８８［Ｗ］（以下、この出力電力を「Ｐ４」と略称する。）の出力が得られ、３個での出力時には、０．７２［Ｗ］×３＝２．１６［Ｗ］（以下、この出力電力を「Ｐ３」と略称する。）、２個での出力時には、０．７２［Ｗ］×２＝１．４４［Ｗ］（以下、この出力電力を「Ｐ２」と略称する。）の出力が得られる。ここで、本形態では、前記標準出力電力に発電セル２ａ乃至２ｄの個数を掛けた出力電力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が、それぞれ「燃料電池２の発電特性から予め設定した出力電力」ということになる。
【００４４】
１）  発電スタック２の発電が開始する。
２）  制御部５は発電セル２ａ〜２ｄが直列接続として接続するように切換部３に制御信号Ｓ０１を送信し制御する（ステップＳ１２）。
３）  制御部５は、負荷８から送信される消費電力信号Ｓ０３が、負荷電力Ｐ３以下を示すものであるか、否かを判定する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３の処理でＰ３以下でなければ、Ｐ３以下になるまでステップＳ１３の処理に戻してステップＳ１３の処理を繰り返す。
【００４５】
４）  ステップＳ１３の処理で負荷８から送信される消費電力信号Ｓ０３がＰ３以下を示すものであれば、発電セル２ａ〜２ｄの何れか１個は休止させて良いので、制御部５は、温度検出器４ａ〜４ｄからの信号Ｓ０２ａ〜Ｓ０２ｄに基づき、発電セル２ａ〜２ｄのうち異常温度の発電セルの１個を直列接続経路から切り離す信号Ｓ０１を切換部３に送信する（ステップＳ１４）。
【００４６】
５）  制御器５が演算した負荷８から送信される消費電力信号Ｓ０３が、Ｐ３以下を示すものであるか、否かを判定し、Ｐ３以下である場合はステップＳ１２の処理に戻す（ステップＳ１５）。
７）  ステップＳ１５の処理で負荷８から送信される消費電力信号Ｓ０３がＰ３より高いことを示すものであると判定された場合には、さらに制御器５が演算した負荷８から送信される消費電力信号Ｓ０３が、Ｐ２以下を示すものであるか、否かを判定する（ステップＳ１６）。
【００４７】
６）  ステップＳ１６の処理でＰ２以下でなければ、ステップＳ１５の処理に戻る。
７）  ステップＳ１６の処理で負荷８から送信される消費電力信号Ｓ０３がＰ２以下を示すものであれば、発電セル２ａ乃至２ｄのさらにもう１個は休止させて良いので、制御部５は、温度検出器４ａ〜４ｄからの信号Ｓ０２ａ〜Ｓ０２ｄに基づき、発電セル２ａ〜２ｄのうち休止している発電セルを含める異常温度の発電セルの２個を直列接続経路から切り離す信号Ｓ０１を切換部３に送信する（ステップＳ１７）。
【００４８】
８）  制御器５が演算した負荷８から送信される消費電力信号Ｓ０３が、Ｐ２以下を示すものであるか、否かを判定し、Ｐ２以下である場合はステップＳ１２の処理に戻す（ステップＳ１８）。
９）  ステップＳ１８の処理で負荷８から送信される消費電力信号Ｓ０３がＰ２より高いことを示すものであると判定された場合には、さらに制御器５が演算した負荷８から送信される消費電力信号Ｓ０３が、Ｐ１以下であるか、否かを判定する（ステップＳ１９）。
【００４９】
１０）  ステップＳ１９の処理でＰ１以下でなければ、ステップＳ１８の処理に戻る。
１１）  ステップＳ１９の処理で負荷８から送信される消費電力信号Ｓ０３がＰ１以下を示すものであれば、発電セル２ａ〜２ｄのうち休止している発電セルを含める異常温度の発電セルの３個を休止させて良いので、制御部５は、温度検出器４ａ〜４ｄからの信号Ｓ０２ａ〜Ｓ０２ｄに基づき、発電セル２ａから２ｄのうち休止している発電セルを含める異常温度の発電セルの３個を直列接続経路から切り離す信号Ｓ０１を切換部３に送信する（ステップＳ２０）。
【００５０】
１２）  制御器５が演算した負荷８から送信される消費電力信号Ｓ０３が、Ｐ１以下を示すものであるか、否かを判定し、Ｐ１以下である場合はステップＳ１２の処理に戻す（ステップＳ２１）。
１３）  ステップＳ２１の処理で負荷８から送信される消費電力信号Ｓ０３がＰ１より高いことを示すものであると判定された場合には、負荷８から送信される消費電力信号Ｓ０３が消費電力がゼロを示すものであるか、否かを判定し（ステップＳ２２）、ゼロを示すものになるまでステップＳ２１の処理に戻してステップＳ２１以降の処理を繰り返すとともに、ゼロを示すものになった時点で燃料電池の発電を終了させる。
【００５１】
上記ステップＳ１４、４０、４５において、異常温度の発電セルを直列接続経路から切り離す動作を行っているが、実施の形態１で記載したように、直列接続経路から並列接続経路へ切り替える動作を行っても良い。
（燃料電池装置の作用・効果）
制御部５が、負荷８の負荷消費電力を得ることで、負荷消費電力に応じて異常温度が検出される発電セルの接続関係を変化させることができるため、各発電セル同士の温度のバラつきを低減し、固体高分子電解質膜の保護を行うことができる。
【符号の説明】
【００５２】
１、１１    燃料電池装置
２          発電スタック
３          切換部
４          温度検出部
５、１５    制御部
６（８）    負荷
２１、２２  端部
２３        酸化剤極
２４        高分子電解質膜
２５        燃料極
２６        酸化剤入口
２７        燃料入口
２８        燃料供給路
Ｓ０１      制御信号
Ｓ０２ａ〜Ｓ０２ｄ  温度信号
Ｓ０３      消費電力信号
【図１】
2012209070.tif 000003
【図２】
2012209070.tif 000004
【図３】
2012209070.tif 000005
【図４】
2012209070.tif 000006
【図５】
2012209070.tif 000007