专利名称：燃料电池保护电路及燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及能适用于例如具有携带性和可移动性的各种OA装置和通信装置等的燃料电池保护电路及燃料电池。
背景技术：
如图18所示，一般的DMFC(直接甲醇型燃料电池)电池(单元电池)的中心部分有电解质膜，由催化剂层和碳纸构成的电极接合在该电解质膜的表面和背面上。隔板(流路板)是表面上刻出了作为流路的槽的板状体，将电解质膜及电极夹在中间。燃料(甲醇水溶液被供给到电极的一面上，空气由流路板供给到另一面上。在流路板(隔板)和电解质膜之间设有防止燃料及空气泄漏用的衬垫。另外，流路板一般用具有导电性的材料制作，通过流路板取出发生的电力。另外，在电池的外侧设有将电池总体机械性地紧固起来的图中未示出的紧固结构。实用的燃料电池为了提高电动势，如图19所示，多半情况下将多个电池重叠起来构成电池组结构使用。这种情况下的紧固结构呈将电池组总体紧固起来的结构。将燃料电池作成电池组结构时的隔板使相邻的电池的隔板一体化，谋求结构的简单化和小型化。就是说，在隔板的两面上设有成为流路的槽，将空气供给一面，将燃料供给另一面。电流从相邻的电池通过隔板流过。
特开2000-67896号公报这样，燃料电池组是导电性地串联连接作为基本单位的电池而成的(参照图20(a))。在进行正常发电的状态下，电池组总体的电压与每一个电池的电压乘以电池的级数所得的值大致相等。图20表示7级的电池组的例子，假设每一个电池的电压为V，正常时电池组的电压为7V(参照图20(b))。
可是，例如如果由于暂时性的燃料不足，致使燃料电池组中导电性串联连接的一部分电池产生发电不合格，则该产生发电不合格的异常的电池对于其他正常的电池来说，起电阻作用，所以总体电压变成6V-IR(参照图20(c))。虽然也有时燃料不足等的原因瞬时消除，异常的电池恢复为正常电池，但不是这样时，异常电池中电极之间的电位差与正常时的相反(极性反转)，所以MEA(膜和电极接合体)破损，这样由于极性反转而一旦破损了的电池对其他正常的电池来说，变成了负载，结果存在不可避免地使电池组总体的电动势下降的问题。
本发明的课题在于排除上述现有的电池所具有的问题，通过对引起了异常的电池形成旁通路径，使电池组电流旁通，能从极性反转保护异常电池，因此提供一种能防止MEA(膜和电极接合体)破损的燃料电池保护电路及燃料电池。
发明内容
本发明正是为了解决上述课题而提出的。本发明的第一方面是一种燃料电池保护电路，具有检测构成燃料电池组的多个电池中至少一个电池的电极之间的电位差不合格的检测单元；以及在上述检测单元检测到了电位差不合格时，形成该电极的旁通路径的旁通单元。
本发明的第二方面是在第一方面所述的燃料电池保护电路中，上述旁通单元具有并联连接在上述电极之间，且在上述检测单元检测到了电位差不合格时进行导通的开关元件。
本发明的第三方面是在第二方面所述的燃料电池保护电路中，在上述电极不包含燃料电池组的接地电极的情况下，上述旁通单元具有用于切换上述开关元件的电平变换驱动器。
本发明的第四方面是在第一方面所述的燃料电池保护电路中，上述旁通单元具有串联连接在上述电极上，且在上述检测单元检测到了电位差不合格时，进行切断的第一开关元件；以及并联连接在上述电极及上述第一开关元件的串联电路的两端之间，且在上述检测单元检测到了电位差不合格时，进行导通的第二开关元件。
本发明的第五方面是在第四方面所述的燃料电池保护电路中，在上述电极不包含燃料电池组的接地电极的情况下，上述旁通单元具有用于切换上述第一开关元件及上述第二开关元件的电平变换驱动器。
本发明的第六方面是在第一至第五中的任意一方面所述的燃料电池保护电路中，上述电极是单元电池的电池电极。
本发明的第七方面是在第一至第五中的任意一方面所述的燃料电池保护电路中，上述电极是由任意个数的电池构成的串联电池电路的两端电极。
本发明的第八方面是在第七方面所述的燃料电池保护电路中，上述检测单元具有分别检测上述串联电池电路的各电池电极之间的电位差不合格的多个检测单元。
本发明的第九方面是一种燃料电池，具有保护电路，该保护电路由以下部分构成，即，在构成燃料电池组的多个电池中的至少一个单元电池中，检测上述单元电池的电极之间的电位差不合格的检测单元；以及上述检测单元检测到了电位差不合格时，形成该电池电极的旁通路径的旁通单元。
本发明的第十方面是一种燃料电池，具有保护电路，该保护电路由以下部分构成，即，在构成燃料电池组的多个电池中由任意个数的电池构成的至少一个串联电池电路中，检测上述串联电池电路的两端电极之间的电位差不合格的检测单元；以及在上述检测单元检测到了电位差不合格时，形成该两端电极的旁通路径的旁通单元。
本发明的第十一方面是一种燃料电池，具有保护电路，该保护电路由以下部分构成，即，在构成燃料电池组的多个电池中由任意个数的电池构成的至少一个串联电池电路中，分别检测上述串联电池电路的各电池电极之间的电位差不合格的多个检测单元；以及至少一个上述检测单元检测到了电位差不合格时，形成上述串联电池电路的两端电极的旁通路径的旁通单元。
图1是表示本发明的燃料电池保护电路的一实施方式的简略结构图。
图2是表示本发明的燃料电池保护电路的另一实施方式的简略结构图。
图3是表示燃料电池保护电路的第一例的电路图。
图4是表示燃料电池保护电路的第二例的电路图。
图5是表示图3或图4中的燃料电池保护电路的处理动作的流程图。
图6是与图5相比使处理工作简化了的流程图。
图7是表示燃料电池保护电路的第三例的电路图。
图8是表示燃料电池保护电路的第四例的电路图。
图9是表示图7或图8中的燃料电池保护电路的处理动作的流程图。
图10是表示双极型电池组结构和隔板的断面的说明图。
图11是表示单极型电池组结构和隔板的断面的说明图。
图12是表示本发明的燃料电池的第一实施方式的简略结构图。
图13是表示本发明的燃料电池的第二实施方式的简略结构图。
图14是表示本发明的燃料电池的第三实施方式的简略结构图。
图15是表示本发明的燃料电池的第四实施方式的简略结构图。
图16是表示本发明的燃料电池的第五实施方式的简略结构图。
图17是表示本发明的燃料电池的第六实施方式的简略结构图。
图18是表示一般的燃料电池(DMFC)的电池结构的说明图。
图19是表示燃料电池组结构的说明图。
图20是表示伴随燃料电池组的发电不合格的电位差不合格的说明图。
具体实施例方式
参照
本发明的实施方式。
图1是表示本发明的燃料电池保护电路的一实施方式的简略结构图，图1(a)所示的燃料电池保护电路10(10a)具有检测构成燃料电池组的多个电池C、C、...中的至少一个单元电池Ca的电池电极之间的电位差不合格的检测单元20(20a)；以及在检测单元20(20a)检测到了电位差不合格时形成该电池电极的旁通路径的旁通单元30(30a)，利用系统控制器40(40a)的控制功能控制这些检测单元20(20a)及旁通单元30(30a)。在该燃料电池保护电路10(10a)中，通过使单元电池Ca的电池电极之间短路，进行旁通路径的形成。
另外，图1(b)所示的燃料电池保护电路10(10b)具有检测构成燃料电池组的多个电池C、C、...中由任意个数的电池Cb1、Cb2、...Cbn构成的至少一个串联电池电路B的两端电极之间的电位差不合格的检测单元20(20b)；以及在检测单元20(20b)检测到了电位差不合格时形成该两端电极的旁通路径的旁通单元30(30b)，利用系统控制器40(40b)的控制功能控制这些检测单元20(20b)及旁通单元30(30b)。在该燃料电池保护电路10(10b)中，通过使串联电池电路B的两端电极之间短路，进行旁通路径的形成。
另外，图1(c)所示的燃料电池保护电路10(10c)具有在构成燃料电池组的多个电池C、C、...中由任意个数的电池Cc1、Cc2、...Ccn构成的至少一个串联电池电路B中，分别检测各电池电极之间的电位差不合格的多个检测单元20(20c1～20cn)；以及在至少一个检测单元20(20c)检测到了电位差不合格时形成串联电池电路B的两端电极的旁通路径的旁通单元30(30c)，利用系统控制器40(40c)的控制功能控制这些检测单元20(20c)及旁通单元30(30c)。在该燃料电池保护电路10(10c)中，通过使串联电池电路B的两端电极之间短路，进行旁通路径的形成。
图2是表示本发明的燃料电池保护电路的另一实施方式的简略结构图，图2(d)所示的燃料电池保护电路10(10d)具有检测构成燃料电池组的多个电池C、C、...中的至少一个单元电池Cd的电池电极之间的电位差不合格的检测单元20(20d)；以及在检测单元20(20d)检测到了电位差不合格时形成该电池电极的旁通路径的旁通单元30(30d)，利用系统控制器40(40d)的控制功能控制这些检测单元20(20d)及旁通单元30(30d)。在该燃料电池保护电路10(10d)中，通过将单元电池Cd从燃料电池组电气性地切断，进行旁通路径的形成。
另外，图2(e)所示的燃料电池保护电路10(10e)具有检测构成燃料电池组的多个电池C、C、...中由任意个数的电池Ce1、Ce2、...Cen构成的至少一个串联电池电路B的两端电极之间的电位差不合格的检测单元20(20e)；以及在检测单元20(20e)检测到了电位差不合格时形成该两端电极的旁通路径的旁通单元30(30e)，利用系统控制器40(40e)的控制功能控制这些检测单元20(20e)及旁通单元30(30e)。在该燃料电池保护电路10(10e)中，通过将串联电池电路B从燃料电池组电气性地切断，进行旁通路径的形成。
另外，图2(f)所示的燃料电池保护电路10(10f)具有在构成燃料电池组的多个电池C、C、...中由任意个数的电池Cf1、Cf2、...Cfn构成的至少一个串联电池电路B中，分别检测各电池电极之间的电位差不合格的多个检测单元20(20f1～20fn)；以及在至少一个检测单元20(20f)检测到了电位差不合格时形成串联电池电路B的两端电极的旁通路径的旁通单元30(30f)，利用系统控制器40(40f)的控制功能控制这些检测单元20(20f)及旁通单元30(30f)。在该燃料电池保护电路10(10f)中，通过将串联电池电路B从燃料电池组电气性地切断，进行旁通路径的形成。
图1、图2中虽然未详细地示出，但检测单元20是在单元电池C的电极之间或串联电池电路B的两端电极之间的电位差低于预先设定的阈值时，检测为发电不合格(电位差不合格)的单元。另外，检测单元20至少是在单元电池发生了极性反转(电池电极的极性反转)时，检测为发电不合格(电位差不合格)的单元。因此，检测单元20至少具有由极性反转引起的发电不合格(电位差不合格)检测功能，最好具有由电位差低于阈值引起的发电不合格(电位差不合格)检测功能。
另外，图1中虽然未详细示出，但旁通单元30是当检测单元20检测到了电位差不合格时，使该单元电池C的电极之间或串联电池电路B的两端电极之间短路的单元。因此，旁通单元30具有并联连接在单元电池C的电极之间或串联电池电路B的两端电极之间的开关电路，具有在正常时将该开关电路导通，异常(电位差不合格)时将该开关电路阻断的功能。
另外，图2中虽然未详细示出，但旁通单元30是当检测单元20检测到了电位差不合格时，将该单元电池C或串联电池电路B电气性地从燃料电池组阻断的单元。因此，旁通单元30具有串联连接在单元电池C的电极或串联电池电路B的两端电极上的第一开关电路、以及并联连接在单元电池C或串联电池电路B和第一开关电路的串联电路的两端之间的第二开关电路，具有正常时将第一开关电路阻断、同时将第二开关电路导通，异常(电位差不合格)时将第一开关电路导通、同时将第二开关电路阻断的功能。
图3是表示燃料电池保护电路10的第一例的电路图，该燃料电池保护电路11是通过使发生了异常的电池的电极之间短路，谋求MEA的保护的电路。
在该燃料电池保护电路11中，检测单元20由连接在单元电池C的电极之间、具有其极性反转检测功能的比较电路IC21构成。另外，旁通单元30由并联连接在单元电池C的电极之间的P沟道型功率FET开关元件31、以及功率FET开关元件31的切换用电平变换驱动器32构成。电平变换驱动器32用来使两个电极都为正电位的电池电极之间短路的功率FET开关元件31进行导通/阻断，具有P沟道型FET开关元件32a及N沟道型FET开关元件32b。因此，该燃料电池保护电路11也能连接在燃料电池组中的某一个电池C上使用。另外，系统控制器40由控制用微控制器41构成。
如果单元电池C发生极性反转，则该燃料电池保护电路11的比较电路IC21检测该极性反转，将逻辑电平的检测输出传送给控制用微控制器41的IN。控制用微控制器41从比较电路IC21接收传送给IN的检测输出，将OUT的输出电平从高电平切换到低电平。通过该OUT的输出电平的切换，电平变换驱动器32的各FET开关元件32a、32b都被导通，功率FET开关元件31通过用低阻抗进行导通，使单元电池C的电极之间短路，使燃料电池组的电流通过功率FET开关元件31进行旁通。
图4是表示燃料电池保护电路10的第二例的电路图，该情况下的单元电池C的一个电极作为燃料电池组的接地电极(GND)。因此，在该燃料电池保护电路12中，旁通单元30具有并联连接在单元电池C的电极之间的功率FET开关元件(在此情况下为N沟道型)31，但不需要图3所示的燃料电池保护电路11那样的切换用电平变换驱动器32，仅此也比燃料电池保护电路11的结构简单。检测单元20由比较电路IC21构成，另外，系统控制器40由控制用微控制器41构成。
如果单元电池C发生极性反转，则该燃料电池保护电路11的比较电路IC21检测该极性反转，将逻辑电平的检测输出传送给控制用微控制器41的IN。控制用微控制器41从比较电路IC21接收传送给IN的检测输出，将OUT的输出电平从高电平切换到低电平。通过该OUT的输出电平的切换，功率FET开关元件31通过用低阻抗进行导通，使单元电池C的电极之间短路，使燃料电池组的电流通过功率FET开关元件31进行旁通。
图5表示使用图3所示的燃料电池保护电路11或图4所示的燃料电池保护电路12的燃料电池系统的流程图。在该燃料电池系统中用的燃料电池保护电路11或12的情况下，检测单元20不仅有由极性反转引起的发电不合格(电位差不合格)的检测功能，而且有由电位差下降到预先设定的阈值以下引起的发电不合格(电位差不合格)的检测功能，该流程图只展示了燃料电池保护电路11、12的部分，未示出使燃料电池系统运转用的其他处理。实际上，图示的处理被插入燃料电池系统的控制程序，例如按照数秒左右的控制周期，在运转中反复执行。另外，图中未示出的处理中也包括将多个保护电路11或12设置在一个燃料电池中的情况的扫描。
如图5所示，首先，判断设置了保护电路11或12的单元电池C的电极之间的电位差是否比预先设定的阈值电压大(步骤S11)。如果比阈值电压大(步骤11中是)，则断定为正常，经过一定时间(时间T1)后(步骤S12)转移到下一个处理。
在单元电池C的电极之间的电位差下降到阈值以下的情况下(步骤S11中否)，判断该单元电池C的发电异常，使旁通电路短路(步骤S13)。经过一定时间(时间T2)后(步骤S14)，将旁通电路阻断(步骤S15)，再经过一定时间(时间T3)后(步骤S16)，将电池电极之间的电位差与阈值电压进行比较，进行正常和异常的判断(步骤S17)。
这时，如果单元电池C的电极之间的电位差比阈值电压大(步骤S17中是)，则看作该单元电池C的发电不合格已恢复，经过一定时间(时间T1)后(步骤S12)转移到下一个处理。
与此不同，在单元电池C的电极之间的电位差下降到阈值以下的情况下(步骤S17中否)，则再次返回步骤S13，使旁通电路短路。在单一的燃料电池保护电路11或12中，从步骤S17至步骤S13的循环例如反复了数次时，看作该单元电池C的发电不合格当前未恢复，能使该单元电池C的旁通电路保持短路的状态(步骤S13)。另外，在构成燃料电池的单元电池C、C、...的例如全部电池中设置了保护电路11或12的情况下，全部电池中例如1/3电池C、C、...从步骤S17至步骤S13的循环例如反复了数次时，看作该燃料电池的寿命结束了，能使燃料电池系统的寿命停止。
图6表示将处理简化了的流程图。这是使异常电池短路后，不进行恢复处理的情况。通过短路，燃料电池组的电压虽然下降，但能防止异常电池的破损(MEA的破损)，所以在下一次使用燃料电池的情况下，阻断异常电池的短路，能恢复。
图7是表示燃料电池保护电路10的第三例的电路图，该燃料电池保护电路13是不使发生了异常的电池的电极之间短路，而是通过将异常电池本身从燃料电池组电气性地阻断，谋求MEA的保护的电路。
在该燃料电池保护电路13中，检测单元20由连接在单元电池C的电极之间的具有其极性反转检测功能的比较电路IC21构成。另外，旁通单元30由串联连接在单元电池C的电极上的P沟道型功率FET开关元件33、该功率FET开关元件33的切换用电平变换驱动器34、并联连接在单元电池C的电极及功率FET开关元件33的串联电路的两端之间的P沟道型功率FET开关元件35、以及该功率FET开关元件35的切换用电平变换驱动器36构成。电平变换驱动器34、36用来使漏、源都呈正电位的功率FET开关元件35、36通/断，电平变换驱动器34具有N沟道型FET开关元件34a、P沟道型FET开关元件34b及N沟道型FET开关元件34c，另外，电平变换驱动器36具有P沟道型FET开关元件36a及N沟道型FET开关元件36b。因此，该燃料电池保护电路13也能连接在燃料电池组中的某一个电池C上使用。另外，系统控制器40由控制用微控制器41构成。
如果单元电池C发生极性反转，则该燃料电池保护电路13的比较电路IC21检测该极性反转，将逻辑电平的检测输出传送给控制用微控制器41的IN。控制用微控制器41从比较电路IC21接收传送给IN的检测输出，将OUT的输出电平从高电平切换到低电平。通过该OUT的输出电平的切换，电平变换驱动器34的各FET开关元件34a、34b、34c都被阻断，功率FET开关元件33阻断的一方、电平变换驱动器36的各FET开关元件36a、36b都导通，功率FET开关元件35通过用低阻抗进行导通，使单元电池C从燃料电池组电气性地切断，同时使燃料电池组的电流通过功率FET开关元件35进行旁通。
图8是表示燃料电池保护电路10的第四例的电路图，该燃料电池保护电路14在电池的一侧电极呈GND电平时能适用。因此，该燃料电池保护电路14是当一侧的电极呈GND电平的端部的电池表现出异常时，将第二个电池的电极作为新的电池组的GND侧端部电极使用的起切换开关作用的电路。
图9表示使用图7所示的燃料电池保护电路13或图8所示的燃料电池保护电路14的燃料电池系统的流程图。在该燃料电池系统中用的燃料电池保护电路13或14的情况下，与图5所示的流程图相同，检测单元20不仅有由极性反转引起的发电不合格(电位差不合格)检测功能，而且有由电位差下降到预先设定的阈值以下引起的发电不合格(电位差不合格)检测功能，如图9所示，首先，判断设置了保护电路13或14的单元电池C的电极之间的电位差是否比预先设定的阈值电压大(步骤S21)。如果比阈值电压大(步骤21中是)，则断定为正常，经过一定时间(时间T1)后(步骤S22)转移到下一个处理。
在单元电池C的电极之间的电位差下降到阈值以下的情况下(步骤S21中否)，断定该单元电池C的发电异常，将旁通电路的输入电平(OUT1的输出电平)从高电平切换到低电平(步骤S23)。经过一定时间(时间T2)后(步骤S24)，将旁通电路的输入电平(OUT1的输出电平)从低电平切换到高电平(步骤S25)，再经过一定时间(时间T3)后(步骤S26)，将电池电极之间的电位差与阈值电压进行比较，进行正常和异常的判断(步骤S27)。
这时，如果单元电池C的电极之间的电位差比阈值电压大(步骤S27中是)，则看作该单元电池C的发电不合格已恢复，经过一定时间(时间T1)后(步骤S22)转移到下一个处理。
与此不同，在单元电池C的电极之间的电位差下降到阈值以下的情况下(步骤S27中否)，则再次返回步骤S23，将旁通电路的输入电平从高电平切换到低电平。在单一的燃料电池保护电路13或14中，从步骤S27至步骤S23的循环例如反复了数次时，看作该单元电池C的发电不合格当前未恢复，能使该单元电池C的旁通电路的输入电平保持低电平状态(步骤S23)。另外，在构成燃料电池的单元电池C、C、...的例如全部电池中设置了保护电路13或14的情况下，全部电池中例如1/3电池C、C、...从步骤S27至步骤S23的循环例如反复了数次时，看作该燃料电池的寿命结束了，能使燃料电池系统的寿命停止。
以上4种燃料电池保护电路11～14中，图3所示的燃料电池保护电路11及图4所示的燃料电池保护电路12是使发生了异常的电池的电极之间短路的电路，所以作为燃料电池组的结构，如图10(a)所示，流路被设在隔板(参照图10(b))的两面上，能适用于不管结构上还是电气上都能使相邻的隔板兼用这样构成的双极型电池组。
在此情况下，将引线安装在隔板端部，进行中间电池的电位检测及电流的取出(参照图10(a))。取出电流时，引线和隔板之间的电阻引起的电压降对电池电压的影响有时大到不能忽视的程度，所以有必要使连接的电阻尽可能地小，在不能充分地确保与引线的接触面积的情况下，如图10(c)所示，将隔板互相偏移地层叠起来，如图10(d)所示，将夹子状的夹具安装在伸出的隔板的端部，将引线安装在夹具上。
另一方面，图7所示的燃料电池保护电路13及图8所示的燃料电池保护电路14是将异常电池本身从燃料电池组电气性地分离的电路，所以作为燃料电池组的结构，如图11(a)所示，流路只设在隔板(参照图11(b))的一面上，有必要作成电池一个一个地在电气上被绝缘的结构的单极型电池组。但是，图10所示的结构也能适用于电池组的端部电池。
图12至图17是表示具有上述这样的燃料电池保护电路的燃料电池的各实施方式的简略结构图。
图12是表示燃料电池的第一实施方式的简略结构图，如图12(a)所示，该燃料电池110能构成为，在构成燃料电池组的n个电池中，只在负侧端部电极的单元电池C1上具有燃料电池保护电路11的结构。另外，如图12(b)所示，该燃料电池110也能构成为，在构成燃料电池组的n个电池中，在从负侧端部电极的单元电池C1算起的任意的m个电池C1～Cm中分别具有燃料电池保护电路11的结构。另外，如图12(c)所示，该燃料电池110还能构成为，在构成燃料电池组的全部n个电池C1～Cm中分别具有燃料电池保护电路11的结构。
图13是表示燃料电池的第二实施方式的简略结构图，如图13(a)所示，该燃料电池120能构成为，在构成燃料电池组的n个电池中，只在接地电极的单元电池C1中具有燃料电池保护电路12的结构。另外，如图13(b)所示，该燃料电池120也能构成为，在构成燃料电池组的n个电池中，只在接地电极的单元电池C1中具有燃料电池保护电路12，而在从第二个开始至任意的m个为止的(m-1)个电池C2～Cm中分别具有燃料电池保护电路11的结构。另外，如图13(c)所示，该燃料电池120还能构成为，在构成燃料电池组的n个电池中，只在接地电极的单元电池C1中具有燃料电池保护电路12，而在其余的全部电池C2～Cn中分别具有燃料电池保护电路11的结构。
图14是表示燃料电池的第三实施方式的简略结构图，如图14(a)所示，该燃料电池130能构成为，在构成燃料电池组的n个电池中，只在负侧端部电极的单元电池C1上具有燃料电池保护电路13的结构。另外，如图14(b)所示，该燃料电池130也能构成为，在构成燃料电池组的n个电池中，只在负侧端部电极的单元电池C1中具有燃料电池保护电路13，而在从第二个开始至任意的m个为止的(m-1)个电池C2～Cm中分别具有燃料电池保护电路11的结构。另外，如图14(c)所示，该燃料电池130还能构成为，在构成燃料电池组的n个电池中，只在负侧端部电极的单元电池C1中具有燃料电池保护电路13，而在其余的全部电池C2～Cn中分别具有燃料电池保护电路11的结构。
图15是表示燃料电池的第四实施方式的简略结构图，如图15(a)所示，该燃料电池140能构成为，在构成燃料电池组的n个电池中，只在接地电极的单元电池C1中具有燃料电池保护电路14的结构。另外，如图15(b)所示，该燃料电池140也能构成为，在构成燃料电池组的n个电池中，只在接地电极的单元电池C1中具有燃料电池保护电路14，而在从第二个开始至任意的m个为止的(m-1)个电池C2～Cm中分别具有燃料电池保护电路11的结构。另外，如图15(c)所示，该燃料电池140还能构成为，在构成燃料电池组的n个电池中，只在接地电极的单元电池C1中具有燃料电池保护电路14，而在其余的全部电池C2～Cn中分别具有燃料电池保护电路11的结构。
这些燃料电池110、120、130、140都是负侧端部电极或接地电极的单元电池C1以外的电池发生了电位差不合格时使该电池的电极之间短路的电池，所以能用图10(a)所示的双极型电池组构成。
图16是表示燃料电池的第五实施方式的简略结构图，如图16(a)所示，该燃料电池150能构成为，在构成燃料电池组的n个电池中，只在负侧端部电极的单元电池C1中具有燃料电池保护电路13的结构。另外，如图16(b)所示，该燃料电池150也能构成为，在构成燃料电池组的n个电池中，只在从负侧端部电极的单元电池C1算起的任意的m个电池C1～Cm中分别具有燃料电池保护电路13的结构。另外，如图16(c)所示，该燃料电池150还能构成为，在构成燃料电池组的全部n个电池C1～Cn中分别具有燃料电池保护电路13的结构。
图17是表示燃料电池的第六实施方式的简略结构图，如图17(a)所示，该燃料电池160能构成为，在构成燃料电池组的n个电池中，只在接地电极的单元电池C1中具有燃料电池保护电路14的结构。另外，如图17(b)所示，该燃料电池160也能构成为，在构成燃料电池组的n个电池中，只在接地电极的单元电池C1中具有燃料电池保护电路14，而在从第二个开始至任意的m个为止的(m-1)个电池C2～Cm中分别具有燃料电池保护电路13的结构。另外，如图17(c)所示，该燃料电池160还能构成为，在构成燃料电池组的n个电池中，只在接地电极的单元电池C1中具有燃料电池保护电路14，而在其余的全部电池C2～Cn中分别具有燃料电池保护电路13的结构。
这些燃料电池150、160都是各电池发生了电位差不合格时将该电池C从燃料电池组电气性地分离的电池，所以有必要用图11(a)所示的单极型电池组构成。
在这些电池110～160中，在MEA呈水平地设置电池组的情况下，如图10(a)、11(a)所示，为了输出的稳定化，最好将MEA的上面作为阳极、将下面作为阴极配置。但是，如果将上下颠倒过来配置，并不是不能发电。
这样，在MEA呈水平地设置了电池组的情况下，上部电池中发生极性反转的可能性大。即，并非在电池组的哪个电池中发生极性反转的概率都一样，但在MEA呈水平地设置了电池组的情况下，上部电池由于燃料不足而发生极性反转的可能性大。因此，如果考虑产品的寿命和成本，则未必需要在全部电池中设置燃料电池保护电路。在MEA呈水平，而且将上面作为阳极，将下面作为阴极配置的情况下，电池组的上端部成为负极，但在该负极是接地电极的情况下，如果只在最容易引起极性反转的电池中设置燃料电池保护电路，则图4所示的燃料电池保护电路12或图8所示的燃料电池保护电路14能适用。
另外，也可以在数个电池中连续地设置燃料电池保护电路。另外，用燃料电池保护电路分离的电池也可以是多个。这时，在从端部开始连续的电池被分离的情况下，虽然电路工作时电池组电压下降的幅度增大，但在成本上有利，所以燃料电池系统性的电压下降在没有问题的范围内的情况下，这是一种具有能充分地选择的可能性的结构。
从以上的说明可以理解，如果采用本发明，则由于对引起了异常的电池的电极形成旁通路径，所以能使电池组的电流旁通，保护异常电池避免极性反转，因此具有能防止MEA(膜和电极接合体)破损。
权利要求
1.一种燃料电池保护电路，其特征在于具有检测构成燃料电池组的多个电池中至少一个电池的电极之间的电位差不合格的检测单元；以及在上述检测单元检测到了电位差不合格时，形成该电极的旁通路径的旁通单元。
2.根据权利要求1所述的燃料电池保护电路，其特征在于上述旁通单元具有并联连接在上述电极之间，且在上述检测单元检测到了电位差不合格时进行导通的开关元件。
3.根据权利要求2所述的燃料电池保护电路，其特征在于在上述电极不包含燃料电池组的接地电极的情况下，上述旁通单元具有用于切换上述开关元件的电平变换驱动器。
4.根据权利要求1所述的燃料电池保护电路，其特征在于，上述旁通单元具有串联连接在上述电极上，且在上述检测单元检测到了电位差不合格时，进行切断的第一开关元件；以及并联连接在上述电极及上述第一开关元件的串联电路的两端之间，且在上述检测单元检测到了电位差不合格时，进行导通的第二开关元件。
5.根据权利要求4所述的燃料电池保护电路，其特征在于在上述电极不包含燃料电池组的接地电极的情况下，上述旁通单元具有用于切换上述第一开关元件及上述第二开关元件的电平变换驱动器。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的燃料电池保护电路，其特征在于上述电极是单元电池的电池电极。
7.根据权利要求1至5中的任意一项所述的燃料电池保护电路，其特征在于上述电极是由任意个数的电池构成的串联电池电路的两端电极。
8.根据权利要求7所述的燃料电池保护电路，其特征在于上述检测单元具有分别检测上述串联电池电路的各电池电极之间的电位差不合格的多个检测单元。
9.一种燃料电池，其特征在于具有保护电路，该保护电路由在构成燃料电池组的多个电池中的至少一个单元电池中，检测上述单元电池的电池电极之间的电位差不合格的检测单元；以及在上述检测单元检测到了电位差不合格时，形成该电池电极的旁通路径的旁通单元构成。
10.一种燃料电池，其特征在于具有保护电路，该保护电路由在构成燃料电池组的多个电池中由任意个数的电池构成的至少一个串联电池电路中，检测上述串联电池电路的两端电极之间的电位差不合格的检测单元；以及在上述检测单元检测到了电位差不合格时，形成该两端电极的旁通路径的旁通单元构成。
11.一种燃料电池，其特征在于具有保护电路，该保护电路由在构成燃料电池组的多个电池中由任意个数的电池构成的至少一个串联电池电路中，分别检测上述串联电池电路的各电池电极之间的电位差不合格的多个检测单元；以及在至少一个上述检测单元检测到了电位差不合格时，形成上述串联电池电路的两端电极的旁通路径的旁通单元构成。
全文摘要
本发明提供一种燃料电池保护电路及燃料电池。该燃料电池保护电路(10)具有检测构成燃料电池组的多个电池(C、C、...)中至少一个电池的电极之间的电位差不合格的检测单元(20)；以及在检测单元检测到了电位差不合格时，形成该电极的旁通路径的旁通单元(30)。另外，燃料电池(110)在构成燃料电池组的n个电池中的至少负极侧端部电极的单元电池(C
文档编号H01M8/04GK1551391SQ200410031910
公开日2004年12月1日 申请日期2004年3月31日 优先权日2003年3月31日
发明者贞本敦史, 渋谷信男, 男, 富松师浩, 浩 申请人:株式会社东芝