燃烧电池系统技术方案

一种燃料电池系统，包含：电池堆，其包括多个发电单元，每个包括第一板、第二板，以及膜电极组件；第一集电器，其被配置以从第一板中的上游区收集电流；第二集电器，其被配置以从第一板中的下游区收集电流；第三集电器，其被配置以从第二板中的上游区收集电流；第四集电器，其被配置以从第二板中的下游区收集电流；以及控制器。

【技术实现步骤摘要】
关申请的交叉引用本申请基于2006年9月20日提交的在先日本专利申请P2006-254743号并要求其优先权益，此引用其全部内容作为参考。
本专利技术涉及适合于通过向燃料电池直接供给液体燃料例如醇而产生电力的直接燃料电池的燃料电池系统。
技术介绍
在向发电单元直接供给液体燃料例如醇的直接燃料电池中，将供给到发电单元的燃料的浓度控制在固定范围内，从而使可以增加发电单元中的燃料利用效率和发电效率。已经知道通过使用燃料浓度传感器测出供给到发电单元阳极的燃料的浓度以控制燃料浓度的方法。但是，使用浓度传感器的该方法需要一些器械例如传感器柜和控制板，因此，根据实现燃料电池系统的小型化和简化不是优选的。此外，当在某些情况下在发电单元中出现随时间的特性改变时，发电的最佳燃料浓度值偏离初始浓度值，导致在浓度传感器所初始设置的这种控制浓度下难以获得足够的性能。作为不使用传感器而测出燃料浓度的方法，已经知道基于发电单元的温度而测出燃料浓度的方法、基于发电单元的整体的输出电压而测出燃料浓度的方法、从多个堆叠的发电单元中的上游发电单元和下游发电单元的输出密度之间的差异中测出燃料浓度的方法(例如，参考JPA(特开)2004-327354)，等等。但是，在基于发电单元的温度测出燃料浓度的方法中，当发电单元的体积小时，发电单元的温度易于因外部温度和负载电流而变化。-->因此，难以准确地测出燃料浓度。相反地，当发电单元的体积大时，发电单元的热容也变大，因此，关于浓度改变的温度改变的延迟时间变得非常大。在基于发电单元的整体的输出电压测出燃料浓度的方法中，当输出电压比期望电压低时，难以确定这种低电压状态是由低燃料浓度的状态引起的还是由高燃料浓度的状态引起的。此外，输出电压有时受到环境因素、单元的局部水堵塞、流分布的变化等的影响，有时导致不能获得足够的准确度。在从上游发电单元和下游发电单元的输出密度之间的差中测出燃料浓度的方法中，必须将供给到上游发电单元的燃料馈送到下游发电单元中。因此，阳极通路的路线被延长，并且燃料泵需要大的压力以便循环燃料。此外，即使可以在发电单元的整体中优化燃料浓度，但不能对于每个发电单元将燃料浓度控制到最佳值。特别地，当使直接燃料电池的发电单元变薄并扩大时，即使在一个电极表面中在入口侧和出口侧之间也出现大的浓度梯度，并且电极表面中的输出密度变得不均匀。
技术实现思路
本专利技术的一个方面涉及一种燃料电池系统，包含：电池堆，其包括彼此堆叠的多个发电单元，每个发电单元包括第一板、在第一板上面的第二板，以及插置在第一板和第二板之间的膜电极组件，电池堆中的最下面的第一板指定为阴极侧第一板，而电池堆中的最上面的第二板指定为阳极侧第二板；第一集电器，其被配置以从阴极侧第一板中的上游区收集电流；第二集电器，其与第一集电器隔开，被配置以从阴极侧第一板中的下游区收集电流；第三集电器，其通过电池堆与第一集电器相对，被配置以从阳极侧第二板中的上游区收集电流；第四集电器，其与第二集电器相对，被配置以从阳极侧第二板中的下游区收集电流；以及控制器，其被配置以基于第一和第二集电器的电流密度之间的差控制到发电单元的醇的供给量。-->本专利技术的另一个方面涉及一种燃料电池系统，包含：电池堆，其包括彼此堆叠的多个发电单元，每个发电单元包括第一板、在第一板上面的第二板，以及插置在第一板和第二板之间的膜电极组件，电池堆中的最下面的第一板指定为阴极侧第一板，而电池堆中的最上面的第二板指定为阳极侧第二板；第一集电器，其被配置以从阴极侧第一板中的上游区收集电流；第二集电器，其与第一集电器隔开，被配置以从阴极侧第一板中的下游区收集电流；第三集电器，其通过电池堆与第一和第二集电器相对，被配置以从阳极侧第二板收集电流；以及控制器，其被配置以基于第一和第二集电器的电流密度之间的差控制到发电单元的醇的供给量。本专利技术的又一个方面涉及一种燃料电池系统，包含：多个发电单元，每个包括第一上游板、与第一上游板相对的第二上游板、插置在第一上游板和第二上游板之间的膜电极组件、布置在第一上游板的下游侧并与第一上游板绝缘的第一下游板，以及布置在第二上游板的下游侧并与第二上游板绝缘的第二下游板；以及控制器，其被配置以基于第一和第二下游板的电流密度之间的差控制到发电单元的醇的供给量。本专利技术的再一个方面涉及一种燃料电池系统，包含：膜电极组件；与膜电极组件相对并具有流过醇的流通道的板；具有多个孔并通过膜电极组件与板相对的第一集电器；与第一集电器相对且在与第一集电器之间插置板并被配置以从板的上游区收集电流的第二集电器；与第二集电器隔开并被配置以从板的下游区收集电流的第三集电器；以及被配置以基于第二和第三集电器的电流密度之间的差控制到板的醇的供给量的控制器。附图说明图1是说明根据本专利技术的实施方案的燃料电池系统的框图；图2是说明根据实施方案的电力发生器(电池堆)的例子的横截面视图；-->图3是说明根据实施方案的电力发生器的透视图；图4是说明根据实施方案的驱动燃料电池系统的方法的流程图；图5是说明根据实施方案的控制电力发生器的燃料浓度的方法的流程图；图6是说明根据实施方案的电子在电力发生器中移动的状态的示意图；图7是说明电力发生器中的上游区和下游区的电流密度(I1/It，I2/It)与供给到电力发生器的醇浓度之间的关系的曲线；图8是说明电力发生器的发电效率跟流到阴极第一集电器的电流的密度I1与流到阴极第二集电器的电流的密度I2之间的差关于平均电流密度It的比值((I1-I2)/It)之间的关系的曲线；图9是说明当供给的醇浓度设置为1.5M时醇(甲醇)利用效率和醇的平均浓度之间的关系的曲线；图10是说明根据第一修改的燃料电池系统的透视图；图11是说明根据第二修改的燃料电池系统的横截面视图；图12是说明根据第二修改的燃料电池系统的横截面视图；图13是说明根据第三修改的燃料电池系统的横截面视图；图14是说明根据第四修改的燃料电池系统的横截面视图；图15是说明根据第五修改的燃料电池系统的横截面视图；以及图16是说明根据本专利技术的其他实施方案的燃料电池系统的横截面视图。具体实施方式将参考附图描述本专利技术的各种实施方案。应当注意，相同或相似的参考数字应用于各个附图的相同或相似的部件或元件，并且相同或相似的部件和元件的描述将省略或简化。在下面的描述中，陈述了许多细节例如具体信号值等，以提供本专利技术的完整理解。但是，对于本领域技术人员显然的，可以不用这种具体细节而实施本专利技术。如图1中所示的，根据本专利技术的实施方案的燃料电池系统包括电-->力发生器(电池堆)7、使电力发生器7发电所需的附属设备100、控制附属设备100的控制器10，以及连接到控制器10的存储设备20。附属设备100包括燃料箱2、燃料供给单元3、混合箱4、燃料馈送单元5、空气馈送单元6、负载9，以及探测器8。在燃料箱2中，可以储存燃料例如醇或包含醇和少量水的高浓度醇溶液。作为醇，例如甲醇也是适合的。燃料供给单元3将从燃料箱2馈送的醇或高浓度醇溶液到混合箱4。混合箱4将醇或高浓度醇溶液与从电力发生器7排出的流体(包含醇溶液的流体)混合，并储存具有用于发电的最佳浓度的醇溶液。燃料馈送单元5将从混合箱4馈送来的醇溶液馈送到电力发生器7的阳极。空气馈送单元6将空气馈送到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，包括：电池堆，其包括彼此堆叠的多个发电单元，每个发电单元包括第一流通道板、第二流通道板，以及插置在第一和第二流通道板之间的膜电极组件，最阴极侧的第一流通道板指定为阴极侧第一板，而最阳极侧的第二流通道板指定为阳极侧第二板；第一集电器，其被配置以从阴极侧第一板或阳极侧第二板之一中的上游区收集电流；第二集电器，其与第一集电器隔开，被配置以从阴极侧第一板或阳极侧第二板之一中的下游区收集电流；以及控制器，其被配置以基于第一和第二集电器的电流密度之间的差控制到发电单元的醇的供给量。

【技术特征摘要】
JP 2006-9-20 2006-2547431.一种燃料电池系统，包括：电池堆，其包括彼此堆叠的多个发电单元，每个发电单元包括第一流通道板、第二流通道板，以及插置在第一和第二流通道板之间的膜电极组件，最阴极侧的第一流通道板指定为阴极侧第一板，而最阳极侧的第二流通道板指定为阳极侧第二板；第一集电器，其被配置以从阴极侧第一板或阳极侧第二板之一中的上游区收集电流；第二集电器，其与第一集电器隔开，被配置以从阴极侧第一板或阳极侧第二板之一中的下游区收集电流；以及控制器，其被配置以基于第一和第二集电器的电流密度之间的差控制到发电单元的醇的供给量。2.根据权利要求1的燃料电池系统，还包括：第三集电器，其通过电池堆与第一集电器相对，被配置以从阴极侧第一板或阳极侧第二板的另一个中的上游区收集电流；以及第四集电器，其与第二集电器相对，被配置以从阴极侧第一板或阳极侧第二板的另一个中的下游区收集电流。3.根据权利要求1的燃料电池系统，其中当第一集电器的电流密度比第二集电器的电流密度低时，控制器减小醇的供给量或者停止醇的供给。4.根据权利要求1的燃料电池系统，其中当第一集电器的电流密度比第二集电器的电流密度高时，控制器增加醇的供给量。5.根据权利要求1的燃料电池系统，其中当电流密度之间的差相对于膜电极组件的平均电流密度的比值为大约10％或更大时，控-->制器控制醇的供给量。6.根据权利要求1的燃料电池系统，其中控制器控制醇的供给量，使得发电单元中的醇利用效率保持在大约10％～大约40％。7.根据权利要求1的燃料电池系统，还包括：探测第一和第二集电器的至少一个的电流值的探测器，其中控制器还包括：计算单元，其被配置以基于电流值以及第一集电器、第二集电器和膜电极组件彼此重叠的一部分的面积来计算第一和第二集电器的电流密度；比较单元，其被配置以比较第一和第二集电器的电流密度之间的差相对于膜电...

【专利技术属性】
技术研发人员：八木亮介，贞本敦史，富松师浩，佐藤裕辅，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]