JP2015084336A - 燃料電池装置、およびそれを動作させる方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池アセンブリの新規の設計により、および新規の始動手順により、燃料電池の寿命を改良する。
【解決手段】燃料電池装置（１０）は、少なくとも１つのポリマ電解質膜燃料電池を有する燃料電池アセンブリ（５）と、、水素流を提供するための水素供給手段とを含む。装置には、燃料流が予め定められたレベルに増加するまで、および／または酸素濃度が予め定められたレベルに減少するまで、燃料電池アセンブリに入る燃料を燃焼するよう適合された事前燃焼用手段（４）が設けられている。事前燃焼用手段（４）は、燃料電池アセンブリ（５）における前記燃料電池のうちの少なくとも１つを含む。電子回路（９）が、事前燃焼のために燃料電池を短絡するように適合されるとともに、予め定められたレベルの到達時に燃料電池の動作を、事前燃焼から電力供給用燃焼へと切り替えるように適合されている。
【選択図】図３ａ

Description

発明の分野
この発明は、燃料電池装置の動作に関する。

発明の背景
燃料電池は、先行技術で周知の数ある用途の中でも特に、電子装置の電力供給および／または充電に使用可能である。そのような電源として使用される燃料電池用の典型的な電力レベルは、０．１〜５０Ｗである。この種の燃料電池でよく使用される燃料は、水素である。

ＰＥＭ（ポリマー電解質膜（Polymer Electrolyte Membrane）またはプロトン交換膜（Proton Exchange Membrane））燃料電池は、よくあるタイプの燃料電池の１つである。しかしながら、そのような燃料電池は、高い電池電圧に敏感である。なぜなら、電池の寿命はそれによって悪影響を受けるためである。高い電池電圧は、炭素の腐食、触媒の分解、およびイオノマーの劣化に繋がる。したがって、高い電池電圧をできるだけ避けることが望ましい。また、陽極区画におけるＯ₂（酸素）とＨ₂（水素）との混合物が、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極アセンブリ）の寿命をさらに減少させることがわかっている。文献１）「検討：ＰＥＭ燃料電池構成要素の耐久性および劣化の問題」（Review: Durability and Degradation Issues of PEM Fuel Cell Components）、Ｆ．Ａ．デ・ブルーイン（de Bruijn）、Ｖ．Ａ．Ｔ．ダム（Dam）、およびＧ．Ｊ．Ｍ．ジャンセン（Janssen）、フューエルセルズ（Fuel Cells）０８、２００８、１、３−２２、および文献２）「ＰＥＭ燃料電池の長期性能および耐久性に影響を与える主なパラメータの検討」（A review of the main parameters influencing long-term performance and durability of PEM fuel cells）、ウォルフガング シュミッティンガー（Wolfgang Schmittinger）、アルダラン バヒディ（Ardalan Vahidi）、ジャーナル・オブ・パワーソースィズ（Journal of Power Sources）、２００８、１８０、１−１４を参照されたい。

したがって、水素と酸素の両方が水素区画に存在する時間を短くすることが望ましい。また、たとえば電池を短絡させることによって電池電圧が低下すると、陽極区画における水素ガスと酸素ガスとの混合物はＭＥＡにとってそれほど有害ではなくなる、と信じられている。このため、電池を開路電位のままにする時間、およびＯ₂とＨ₂との混合物に電池をさらす時間を最小限に抑える必要がある。

発明の概要
背景で上述した問題に鑑み、この発明の目的は、燃料電池アセンブリの新規の設計により、および新規の始動手順により、燃料電池の寿命を改良することである。

上述の目的は、第１の局面におけるこの発明により、請求項１に定義されるような燃料電池装置によって達成される。

このため、少なくとも１つのポリマ電解質膜燃料電池を有する燃料電池アセンブリと、燃料流を提供するための燃料供給手段とを含む、燃料電池装置が提供される。

新規で独創的な特徴は、この装置には事前燃焼用手段が設けられていることである。この事前燃焼手段は、始動中に、すなわち装置が電力供給を開始する前に、燃料電池アセンブリに入る燃料を燃焼し、燃料流が予め定められたレベルに増加するまで、および／または酸素濃度が予め定められたレベルに減少するまで燃焼し続けるよう適合されている。

このようにして、有害なレベルの水素と酸素との混合物が除去される。
第２の局面では、この発明は、請求項８に定義される燃料電池装置を動作させる方法を提供する。

この方法は、燃料供給手段に燃料流を供給させることによって始動を開始するステップを含む。次に、事前燃焼用手段に、燃料電池アセンブリに入る燃料を燃焼させる。燃料流および／または酸素濃度が監視される。燃料流が予め定められたレベルに増加すると、および／または酸素濃度が予め定められたレベルに減少すると、電力が供給されない始動から発電に切換える。

好ましい実施例は、従属請求項で説明する。
添付図面の簡単な説明
以下の図面は、この発明に従った、燃料電池により電力供給される電源を示す。

燃料電池により電力供給される電源における構成要素の概略図である。 燃料電池により電力供給される電源における電力管理電子機器の概略図である。 内部の構成要素が円筒状の燃料カップ／反応器を有している、燃料電池により電力供給される電源の断面図である。 各電池が可変抵抗器に接続された４電池平面燃料電池アセンブリの概略図である。 この発明に従った燃料電池により電力供給される電源についての、水素流対時間の曲線を示す図である。 事前燃焼用手段の概略分解図である。

発明の好ましい実施例の詳細な説明
本願において「燃焼」という表現に言及する場合、それは、電気化学的燃焼または非電気化学的燃焼反応による水素の消費を意味する。

図１に概略的に例示された、この発明に従った燃料電池により電力供給される電源の一実施例は、以下の構成要素、すなわち、燃料源、好ましくは水素生成器容器１と、水素生成器容器のロックおよび閉鎖のための機構２と、燃料ガス透過性であり、疎水性でもあり得るフィルタまたは膜３と、事前燃焼用手段４と、燃料電池アセンブリ５と、センサ電池６と、圧力解除弁７を含む。図面には、バッテリ８と、燃料電池アセンブリ５から引出された電力および装置１０から出力された電力を制御するための電子制御回路９も示されている。

図２は、燃料電池装置１０における電子回路９の電力用電子機器を概略的に示す。装置１０から出力された電圧を調整するために、燃料電池アセンブリ５は、図２に示すように、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ９１に、次に第２のＤＣ−ＤＣコンバータ９２に接続されている。第２のＤＣ−ＤＣコンバータ９２から、および燃料電池装置１０全体から出力された電力は、ＵＳＢコネクタ１１に供給される。バッテリ８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ９１および９２に接続されている。このため、必要な場合に、バッテリ８は第１のＤＣ−ＤＣコンバータ９１によって充電されるであう。また、バッテリ８は第２のＤＣ−ＤＣコンバータ９２に電力を供給することも可能である。

ここで、この発明の背後にある論理的根拠を、一般用語で説明する。
燃料電池装置１０の始動中、図１および図２を参照して上述したように、水素生成容器１からＨ₂と空気との混合物が到来する。なぜなら、水素生成反応が始まる前に、水素生成容器１の内部には空気が少し入っているためである。また、燃料電池アセンブリ５のガス通路および陽極ＧＤＬ（gas diffusion layers：ガス拡散層）内に、空気が存在する。この空気体積も、始動中に洗浄する、または反応させる必要がある。

Ｈ₂と空気との混合物に燃料電池をさらす時間を減少させるために、燃料電池アセンブリの電池が発電するよう起動される前に、混合物の事前燃焼がこの発明に従って行なわれる。

そのような事前燃焼を引起すために、この発明に従った多数の選択肢が存在する。概して、この機能のために事前燃焼用手段に言及する。この事前燃焼用手段は、以下のうちの１つから選択可能である：
１） 好適には触媒装置である、非電気化学的装置；
２） 好適には発電する燃料電池アセンブリの前に配置される専用の小型燃料電池である、電気化学的装置；
３） １）と２）との組合せ；
４） 発電する燃料電池アセンブリにおける電池のうちの１つ（好ましくは第１の電池）またはすべての電池が、短絡によって事前燃焼動作を行なうよう設定可能である。

上述の限定的なリストで述べられていない他の選択肢も、もちろん同等に可能であり、独創的な着想の範囲内にある。

第１の実施例では、事前燃焼用手段４として、専用の装置が設けられている。上述したように、それは電気化学的装置であっても、非電気化学的装置であってもよい。後者は好ましくは、触媒装置である。

事前燃焼用手段が非電気化学的である場合、反応チャンバから到来する酸素と水素との混合物は、反応して水を形成してから、発電する燃料電池アセンブリ５に達するであろう。非電気化学的な事前燃焼用手段４は好適には、ガス流用通路において燃料電池アセンブリ５の電気化学的部分の前に位置付けられた触媒装置（すなわち、触媒を有する表面）である。この触媒装置は、たとえば、ガス流がそれを通って押出されるようガス通路に位置付けられた多孔質材料（たとえば多孔質グラファイト）を含んでいてもよい。多孔質材料の表面には、触媒が堆積されている（たとえば、Ｐｔ粒子）。事前燃焼用手段４は好ましくは、過熱されないよう、燃料電池装置の他の構成要素、たとえば燃料電池装置１０の周囲のハウジングと良好に熱接触する必要がある。この事前燃焼用手段４は、その動作が入来ガスの成分によって決まるという意味で受動的であろう。すなわち、入来ガス中の酸素がすべて流し出されると、反応物質のうちの１つ（Ｏ₂）がないため、事前燃焼用手段では反応はもう起こらないであろう。

事前燃焼器は、その最も簡単な使用では、非電気化学的手段のみを含む。その場合、始動事象は以下の順序に従って進行し得る：
１） 水素生成容器１に燃料カートリッジと水とを装填し、それを装置１０にロックし、それにより水素生成を開始する；
２） 水素と空気（酸素を含有）との混合物をもたらす水素のゆっくりとした生成を、非電気化学的事前燃焼器４ａに移送し、自動的に水と反応させる；
３） しばらくすると、水素生成器容器内部の空気がすべて洗浄され、燃料電池アセンブリにおけるすべての電池が、各電池につき０．７５Ｖ以上に達し、次に燃料電池アセンブリは負荷に接続される。

事前燃焼用手段が電気化学的である場合、水素と空気との混合物における水素が消費される。水素の消費は、それがより高いフローレベルに達するまで、発電する燃料電池に水素が供給されない、ということをもたらす。このより高いフローレベルは、事前燃焼用手段の短絡している抵抗器にかかる電圧を測定することによって定められるしきい値電流にシステムが達したときのレベルとして定義される。

電気化学的な事前燃焼用手段４は好ましくは、水素電極がガス通路に面し、陰極が周囲空気と接している燃料電池である。この電気化学的燃料電池は、たとえば、燃料電池アセンブリ５の発電する電池と同じ方法で構築可能である。しかしながら、それには抵抗器を通した短絡用の手段が設けられている点、および、それがガス流用通路において燃料電池アセンブリ５の発電する電池の前に別個に位置付けられている点で異なっている。

さらに別の実施例では、非電気化学的部分と電気化学的部分との組合せが、事前燃焼用手段４として使用され、次にガス流用通路に位置付けられている。

この発明に従った燃料電池により電力供給される電源の機能的特徴を、図３を参照して以下に説明する。

図３では、図１からの構成要素の多くと、燃料電池装置１０、ＵＳＢコネクタ１１、および追加燃料袋用容器１２とが示されている。装置１０は、燃料電池アセンブリ５と、事前燃焼器手段４とを含む。図３ａでは、事前燃焼器４は、非電気化学的部分４ａおよび電気化学的部分４ｂという２つの部分の組合せとして示されている。これは単なる一実施例を表している。なぜなら、この装置はこれらの部分を単独でも含み得るためである。すなわち、事前燃焼器は、電気化学的でも、非電気化学的（触媒作用のもの）でもあり得る。これについては、図５を参照してより詳細に説明する。

燃料電池アセンブリ５の出力は、水素生成器容器１からの水素流によってのみ定められる。したがって、水素流が、燃料電池アセンブリ５が消費可能な量よりも多くないことが重要である。始動中、すなわち発電が始まる前に、燃料電池アセンブリ５を立ち上げる洗浄段階があり、この段階の間、水素生成器容器および燃料電池アセンブリ内に存在する空気は洗浄されるであろう。

発電中、燃料電池装置１０は「ハイブリッド動作」で機能するであろう。ハイブリッド動作とは、電力需要が燃料電池アセンブリ５の供給可能量よりも多い場合に、バッテリ８が第２のＤＣ−ＤＣコンバータ９２（図２参照）に電力を供給することを意味する。一方、電力需要が燃料電池アセンブリ５の供給量よりも少ない場合、燃料電池アセンブリ５はバッテリ８を充電するであろう。バッテリ８が空になると、燃料電池装置１０は内部充電動作の状態になる。

燃料電池装置１０は、水素生成容器に配置される、燃料材料を含有する燃料ペレット、または「ティーバッグ」状の透過性の袋を使用する。オプションで、動作中に水素生成容器を開けて燃料ペレットを交換することが可能となるべきであり、このため、燃料電池装置１０が動作していない場合、バッテリ８のみを使用する。燃料電池装置１０における１つのペレット／袋の設計寿命は異なり得るものの、通常、約１時間である。燃料ペレットのこの寿命の終わりでは、浪費される水素ガスの量を最小限に抑えるために、水素流をできるだけ迅速に停止／減少させる必要がある。

水素生成器は、周囲圧力条件で、および若干加圧された条件（最大１バール）で機能することができる。水素生成器から燃料電池に到来する水蒸気以外、汚染物質がないことが好ましい。また、フィルタ３（たとえば疎水性）は、反応チャンバが傾いて液体水がフィルタ３と直接接した場合でも、液体水が燃料電池アセンブリに入ることを妨げる。圧力解除弁といった安全弁が、水素生成器容器１内部の圧力の上昇を妨げるために使用される。これはガス出口通路が詰まると起こる場合があり、それは燃料電池装置１０がひっくり返されると起こる場合がある。

この燃料電池装置１０にとって好適な水素生成器は通常、水の加水分解プロセスに基づいている。そのような化学的プロセスは通常、水溶液が、水との反応によって水素を形成する金属（たとえばＡｌ、Ｚｎ、Ｆｅ）、または金属合金（たとえばＬｉｘＡｌｙ）、または化学水素化物、または他の化学成分と反応することであり得る。生成器における反応を強化または制御するために、水溶液のｐＨが調節されてもよい。

この種の水素生成器については、水の加水分解プロセスを開始するために、通常、水で充填された容器１に、燃料ペレット、または燃料タブレット、または透過性の袋に入れられた燃料が配置される。水素生成材料を含有するペレット／袋は、加水分解反応を介して水素を生成し始めるであろう。また、これに代えて、水と接触すると水素を生成可能な成分を中に有するカートリッジが設けられる。このため、ユニットから電力を引出すことが望まれる場合、水がカートリッジに追加される。

上述の実施例では、事前燃焼器４は、燃料流経路において電力用電池の前に配置された専用の装置である。しかしながら、他の可能な解決策も同様に存在する。

図３ｂは、各電池ＦＣ１、ＦＣ２、ＦＣ３、ＦＣ４が可変抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４にそれぞれ接続された、４電池平面燃料電池アセンブリの概略図である。このため、各抵抗器は高いまたは低い抵抗に好適に設定され得る。矢印は、集電器ＣＣと正極から負極への電流の流れとを表している。点線は、電池の下に配置された水素ガス流用通路を表している。通路からは、各陽極区画への細長い開口部ＥＯがある。出口端には、すなわち図１に示すセンサ電池６に対応している水素センサＨＳがある。この場合、それは、抵抗器Ｒ５を通して短絡される小型の燃料電池である。

水素流対時間は通常、図４に示す曲線に沿うであろう。これは、水素の生成が低い流量で始まり、最大レベルまで増加して、次に再度減少する、ということを意味する。図４の曲線についての典型的な期間（すなわち、ｂ〜ｆ）は、数分から数時間である。典型的な流量は、０〜最大５００ｍｌ／分の範囲に及んでいる。通常、公称２．５Ｗの燃料電池については、最大流量は２５〜４０ｍｌ／分、好適には約３０ｍｌ／分であるべきである。

図５は、燃料電池アセンブリ５の前のガス流用通路４１の区分に配置され、非電気化学的部分４ａと電気化学的部分４ｂとの組合せを有する事前燃焼用手段４のそのような組合された実施例の概略分解図である。多孔質の触媒床４２がガス通路４１に配置され、その断面を完全に充填している。通路４１の上には、ガス通路４１を密封する蓋４３がある。蓋４３の上には、事前燃焼用手段として作用する電気化学的部分４ｂが配置されている。電気化学的部分４ｂは、凹み４４を通してガス通路と接触している。燃料電池は、両面の選択された区域に接着剤がコーティングされた集電器箔４５（たとえば、ＳｎがコーティングされたＣｕ箔）と、陽極ＧＤＬ４６と、ＭＥＡ４７と、多孔質の圧縮性材料で作られたフレーム４８と、陰極ＧＤＬ４９と、最上部の取付板および集電器５０とからなる。最上部の集電器は、可変抵抗器および／またはスイッチ５１を通して短絡される。

この発明のさらに別の実施例では、事前燃焼用手段４は、燃料電池アセンブリ５における発電する電池のうちの１つ、好ましくはガス入口に最も近い電池として実現される。この実施例では、電池には、電池を短絡させるための抵抗器が設けられている。始動中、事前燃焼機能を行なうために、燃料電池は、燃料電池アセンブリ５における固定または可変抵抗器を通して短絡される。これは電子制御回路９によって制御され、待機モードと呼ばれる。

別の実施例では、アセンブリ５における２つ以上またはすべての電池が個々に短絡され、こうして事前燃焼用手段４として機能する。

水素生成器は好ましくは、比較的短い始動時間を有するべきであり、たとえば１〜２分が好ましい。また、水素生成器からの水素流は好ましくは、平坦域に達してそこに留まるべきであり、この平坦域は反応の温度とは無関係であるべきである。

水素生成器容器１の出口は、生成されたすべての水素が燃料電池アセンブリ５に移送されるように密封されていなければならない。したがって、水素生成器容器１は、ロックおよび閉鎖機構２を有する。また、水素生成器容器１が安全で確実な態様で燃料電池装置１０に取付けられることを確実にするロック機構があってもよい。

水素生成器容器１からの液体水が燃料電池アセンブリ５に入るのを避けるために、フィルタまたは膜３がある。それは燃料ガス透過性であり、また疎水性であってもよい。それは、図３に示すように、水素生成器容器１と燃料電池アセンブリ５との間に位置付けられている。反応チャンバの内部には、疎水性のプレフィルタ３３もあってもよい。

背景で述べたように、ＰＥＭ燃料電池は、水素区画における酸素と水素との混合物の存在に敏感である。特に、始動中、システムが安定した状態に達する前に、酸素と水素とのそのような有害な混合物が水素区画に発生する。したがって、有害な酸素／水素混合物の発生を防止するための手段が設けられ、それは事前燃焼用手段４と呼ばれる。この発明の背景で同様に述べられたことは、水素と酸素の両方が水素区画に存在する時間を短くすることが望ましい、ということである。反応率は最初低く、最大まで増加し、次に低い値へと再度減少するであろう。流れ対時間の図が図４に例示されている。

通常、ここに説明する燃料電池装置１０から出力される電力は０．１〜５０Ｗ、好ましくは１〜１０Ｗである。燃料電池アセンブリ５は装置の最大電力のすべてを提供可能であるが、装置はハイブリッドモードで機能する場合があるため、燃料電池アセンブリ５は、燃料電池装置１０の最大電力よりもかなり少ない電力を提供するよう設計されてもよい。

燃料電池アセンブリ５は通常、アレイにおいて電池が互いに隣接して配置されている受動的な平面タイプのものである。燃料電池アセンブリ５の内部のガス流は、直列接続されていても、並列接続されていても、またはそれらの組合せであってもよい。直列接続とは、燃料ガスが１つの電池から別の電池へと導かれ、水素がアレイの電池によって消費されるにつれて水素の流れが連続して減少する、ということを意味する。並列接続とは、燃料が電池に並列に供給されるよう、燃料ガスがアレイの電池によって共有される、ということを意味する。

燃料電池アセンブリ５から引出された電力が燃料ガス流に対応するよう、引出された電力を調節するために、燃料電池アセンブリ５の燃料電池とともに、出願人自身の同時係属国際出願ＰＣＴ／ＳＥ２００８／０５０３２に原理が開示されたセンサ電池６を使用してもよい。

オプションで、燃料電池装置１０の出口に、圧力解除弁７を位置付けてもよい。この圧力解除弁７は、たとえば傘タイプのものであってもよい。圧力解除弁は、燃料ガスシステムの内部である一定の過圧（通常、１〜５Ｐｓｉ）が保たれることを制御する。

バッテリ８は、燃料電池装置１０が待機状態にあるために必要とされる。燃料電池装置１０がハイブリッド動作状態にある場合、バッテリ８は、燃料電池を十分にサポートできるよう、十分なサイズのものである必要がある。

バッテリの代わりに、いわゆるスーパーキャパシタを使用できる。
事前燃焼用手段４が、ガス通路において電気化学的部分４ｂの前に配置された非電気化学的部分４ａである、燃料電池装置１０の始動中の動作の方法を、以下に説明する。この動作は、加水分解反応によって水素を生成する燃料ペレット、燃料タブレット、または透過性の袋か任意の他のカートリッジに入れられた燃料の加水分解反応によって定められる燃料ガス供給を有することに基づいている。始動中、反応チャンバから到来するガスは、酸素を含有する空気と水素との混合物である。非電気化学的部分４ａでは、酸素と水素との混合物が反応して水を形成するであろう。反応チャンバ内の酸素がすべて流し出されると、反応はもう起こらないであろう。事前燃焼用手段４の電気化学的部分４ｂは、ガス流に水素が存在するものの、ガス流全体が通常の動作にとってはまだ少なすぎる場合に、使用されるであろう。電気化学的部分の電圧は、それがしきい値、たとえば１００ｍＶに達するまで増加するであろう。これが起こると、ガスには本質的に酸素がないと考えられる。電気化学的部分は次に解除される。すなわち、それはもはや短絡されていない。しかしながら、電気化学的部分４ｂとしての電極は、Ｏ₂およびＨ₂が非電気化学的な方法でも反応可能な３次元の触媒表面である、ということに留意すべきである。

非電気化学的部分と電気化学的部分との組合せに対する、上述のような非電気化学的部分についての始動中の動作の方法は、単独の非電気化学的事前燃焼器に対しても適用可能である。

始動段階
動作の方法をここで説明する。開始段階の前は、電子回路９は常に待機状態にある。待機状態では、電気化学的部分４ｂは短絡されている。非電気化学的部分４ａは、その固有の設計のため、常に待機状態にある。事前燃焼用手段４の電圧が、あるレベル、たとえば１０〜５０ｍＶかさらにそれ以上に達すると、燃料電池装置１０は開始され、それにより電子回路９がトリガされる。これは、図４のａとｂとの間のどこかで起こる。この動作の方法では、始動段階の前に、表示灯が点灯される。

事前燃焼用手段４の電圧が５０〜２００ｍＶの領域（図４のｂとｃとの間のどこか）に達し、入口ガスには本質的に酸素がないと考えられると、電気化学的部分４ｂはオフに切換えられる。センサ電池６はここで「ハイ」を示すであろう。燃料電池装置１０はここで、内部バッテリの充電用に設定される。表示灯は依然として点灯されている。

始動段階における別の動作の方法は、装置１０が待機状態にある場合（消費者には、燃料電池装置はオフになっていると経験されている）、燃料電池アセンブリ５におけるすべての電池を個々に短絡させること、すなわち事前燃焼用手段として作用することに基づいている。短絡とは、各個々の電池が、約４ｃｍ²の燃料電池では通常０．５〜５オームの抵抗器を通して短絡されている、ということを意味する。

始動段階では、第１の電池（燃料生成器容器１に最も近い電池）の電圧がしきい値（たとえば５０ｍＶ）よりも高くなると、装置１０は開始されるであろう。表示灯は点灯されるであろう。第１の電池の電圧が第２のしきい値（たとえば７５ｍＶ）まで増加すると、第１の電池の短絡が解除され、第１の電池は開路電位となるであろう。ここで、第２の電池が第２のしきい値に達するようになり、次にその短絡が解除されるであろう。これは、すべての電池の短絡が解除されて開路電位になるまで続くであろう。センサ電池６はここで「ハイ」を示すであろう。燃料電池装置１０はここで、内部バッテリの充電用に設定される。始動灯は依然として点灯されている。

発電段階
電流表示器（たとえば分流抵抗器）によって示されるような燃料電池アセンブリ５の電流が１００〜３００ｍＡというしきい値よりも高い場合、燃料電池アセンブリ５は活性化手順（活性化手順とは、アセンブリにおける電池の連続的な短絡である）を受け、それにより各電池の電流密度を短期間増加させる。その後、燃料電池装置１０の電力出力はオンに切換えられる。走行灯が点灯される。燃料供給および電力需要に依存して、バッテリ８がパワーランプとしてまたは追加の電力として機能するハイブリッド動作において、燃料電池装置１０は充電し、動作している。バッテリ電圧が少なくなると、燃料電池装置１０は内部充電状態に入る。すなわち、電力出力が低下して、燃料電池装置１０はバッテリ８を充電する。

たとえば水素生成器の水素生成容器１を開けることによって燃料供給が中断されると、燃料電池アセンブリ５は停止されるが、電力出力は、ある期間（たとえば２〜２０分）またはバッテリ８が放電するようになるまで、オンに切換えられたままであり、このため、ユーザが新しい燃料タブレットを挿入して燃料電池アセンブリ５を再始動させることを可能にする。水素供給は通常、燃料ペレットが空になって水素ガス流が減少したことにより中断され得る。

電流表示器によって示されるような燃料電池アセンブリ５の電流が、１０〜１００ｍＡ、好ましくは３０〜７０ｍＡというしきい値（図４の曲線におけるｅとｆとの間）を下回ると、燃料電池アセンブリ５の発電がオフになる。事前燃焼用手段４の電気化学的部分４ｂはここで、再度動作に備えて待機するために起動される。

この発明は、上述の好ましい実施例に限定されない。さまざまな代替例、変形例、および均等物が使用されてもよい。したがって、上述の実施例を、添付された請求項によって定義されるこの発明の範囲を限定するものとして解釈すべきではない。

Claims (5)

1. 少なくとも１つのポリマ電解質膜燃料電池を有する燃料電池アセンブリ（５）と、水素流を提供するための水素供給手段とを含む、燃料電池装置（１０）であって、
   前記装置には、燃料流が予め定められたレベルに増加するまで、および／または酸素濃度が予め定められたレベルに減少するまで、燃料電池アセンブリに入る燃料を燃焼するよう適合された事前燃焼用手段（４）が設けられており、
   前記事前燃焼用手段（４）は、前記燃料電池アセンブリ（５）における前記燃料電池のうちの少なくとも１つを含み、
   電子回路（９）が、事前燃焼のために前記燃料電池を短絡するように適合されるとともに、前記予め定められたレベルの到達時に前記燃料電池の動作を、事前燃焼から電力供給用燃焼へと切換えるように適合されている
   ことを特徴とする、装置。
2. 前記予め定められたレベルの到達時に、発電へと切換えるための手段をさらに含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記装置（１０）の動作を制御するための電子制御回路（９）をさらに含む、請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 燃料電池装置（１０）を動作させる方法であって、燃料電池装置は、少なくとも１つのポリマ電解質膜燃料電池を有する燃料電池アセンブリ（５）と、燃料流を提供するための燃料供給手段とを含み、装置は第１の始動段階と第２の発電段階という２つの段階で動作可能であり、前記方法は、
   燃料供給手段に燃料流を供給させることによって始動段階を開始するステップを含み、それにより、事前燃焼用手段（４）が燃料電池アセンブリに入る燃料を燃焼し、
   前記事前燃焼用手段（４）は、前記燃料電池アセンブリ（５）の１以上の燃料電池であり、事前燃焼のために短絡され、前記燃料電池アセンブリにおける燃料電池の電圧を測定することによってレベルのモニタが実行され、
   燃料流が予め定められたレベルに増加すると、および／または酸素濃度が予め定められたレベルに減少すると、始動段階から発電段階に切換えるステップを含む、方法。
5. 前記燃料流および／または前記酸素濃度をモニタするステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。

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