JP4402874B2

JP4402874B2 - Fuel cell power supply system

Info

Publication number: JP4402874B2
Application number: JP2002341911A
Authority: JP
Inventors: 和也喜多山; 博昭小新; 弘忠東浜
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2022-11-26
Also published as: JP2004178883A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池を一次電源とする燃料電池の給電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料電池を一次電源とする燃料電池の給電システムにおいては、図１２に示すように、燃料電池１により生成した電力をＤＣ/ＤＣ変換器２で所定電圧に変換した後、さらにＤＣ/ＡＣ変換器３により交流に変換して、負荷４に供給する一方、過負荷時に不足電力を補助するための蓄電装置５である鉛蓄電池等に充電を行っていた。
【０００３】
すなわち、特に、改質器９を用いた燃料電池１を有するかかる構成の給電システムにおいては、燃料電池１の発電量の制御は、専ら、燃料電池１へ供給する改質ガス量を制御することにより行われることとなる。この場合、通常、過負荷時には、負荷の増加に対応して発電量を上げる過程、つまり改質ガス供給量を増加する過程での発電に係る反応速度が追いつかないため、急激な負荷増加に対応した発電量の増加が応答出来ず、蓄電装置５から不足電力を供給することにより対応することとなる。一方、この構成においては低負荷時に生じる余剰電力に対しては何ら対応をしていない。すなわち、改質ガス供給量を下げる制御の応答が速いため、特に対策をする必要がないからである。
【０００４】
しかし、一度低負荷になり発電量を下げてしまうと、再度負荷が上昇した時に再び発電量を上げるために時間を要するため、この間、蓄電装置５で不足電力を補わなければならず、大容量の蓄電装置５が必要となり、また、かかる負荷変動が、頻繁に起きる場合は、蓄電装置５の充電不足が生じるおそれがある。
【０００５】
一方、図５に示すような従来例に係る燃料電池の給電システムにおいて、負荷４の変動に対応して、ＤＣ/ＤＣ変換器２の電流制限を制御する電流制限量可変手段を設けることにより、負荷量に追従した発電を行なうシステムについては、特開平５−１５１９８３号公報等に開示されているが、低負荷時に生じる余剰電力に対する給電システム全体の負担の軽減については、依然として、充分な解決が図られているとは言い難い。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−１５１９８３号公報（第２頁［特許請求の範囲］、第２頁段落［０００７］〜第３頁段落［００１０］）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事由に鑑み、なされたもので、本発明の目的は、低負荷時に生じる余剰電力を余剰電力消費手段により消費させることで、燃料電池の余剰電力の問題を解決し得る燃料電池の給電システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る燃料電池給電システムの発明にあっては、燃料電池と、ＤＣ/ＤＣ変換器と、ＤＣ/ＡＣ変換器と、負荷とを直列的に接続し前記燃料電池の電力を前記負荷へ供給する第１の電力線部と、前記燃料電池の電力を補助する蓄電装置と、前記ＤＣ/ＤＣ変換器の後段と前記蓄電装置を接続する第２の電力線部と、前記ＤＣ/ＡＣ変換器の前段と余剰電力消費手段とを接続する第３の電力線部とを有する給電システムであって、
前記第１の電力線部の前記ＤＣ/ＤＣ変換器の前段に余剰電力検出手段を介装し、
前記第２の電力線部に充電電力検出手段を介装する一方、該充電電力検出手段で検出した電力量を基礎として、過負荷判定を行なう過負荷判定手段を具備することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２に係る燃料電池給電システムの発明にあっては、請求項１記載の燃料電池給電システムにおいて、前記余剰電力検出手段で検出した余剰電力量が、所定の設定値を超えた場合に、前記余剰電力消費手段で、その余剰電力量を消費することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に係る燃料電池給電システムの発明にあっては、請求項１または請求項２記載の燃料電池給電システムにおいて、前記燃料電池に供給される水素量から算出された発電予定電力量に対応して前記ＤＣ/ＤＣ変換器の出力電流量値を制御する定電圧手段を有することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４に係る燃料電池給電システムの発明にあっては、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の燃料電池給電システムにおいて、前記余剰電力検出手段で検出した余剰電力量に対応して、前記燃料電池に供給される水素量を制御することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５に係る燃料電池給電システムの発明にあっては、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の燃料電池給電システムにおいて、前記余剰電力検出手段で検出した余剰電力量の所定の設定電力値を超える時間が、所定の設定待ち時間を超えた場合に、前記余剰電力消費手段で、その余剰電力量を消費することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項６に係る燃料電池給電システムの発明にあっては、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の燃料電池給電システムにおいて、前記余剰電力検出手段で検出した余剰電力量の所定の設定時間における平均値が、所定の設定余剰平均電力量を超えた場合に、前記余剰電力消費手段で、その余剰電力量を消費することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項７に係る燃料電池給電システムの発明にあっては、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の燃料電池給電システムにおいて、前記余剰電力検出手段で検出した余剰電力量よりも小さい電力量を一定時間、前記余剰電力消費手段で消費する一方、前記一定時間経過後においても、前記余剰電力検出手段で依然として余剰電力量が検出されるとき、前記余剰電力消費手段で消費する電力量を増加するように形成したことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項８に係る燃料電池給電システムの発明にあっては、請求項３記載の燃料電池給電システムにおいて、前記充電電力検出手段で検出した充電電力量に対応して、前記定電圧手段の電流量を制御することを特徴とするものである。
【００１７】
請求項９に係る燃料電池給電システムの発明にあっては、請求項１または請求項８記載の燃料電池給電システムにおいて、前記充電電力検出手段で検出した充電電力量に対応して、前記燃料電池に供給する水素量を制御することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項１０に係る燃料電池給電システムの発明にあっては、請求項３記載の燃料電池給電システムにおいて、前記充電電力検出手段で検出した充電電力量の所定の設定電力値を超える時間が、所定の設定待ち時間を超えた場合に、前記充電電力検出手段で検出した充電電力量に対応して、前記定電圧手段の電流量及び前記燃料電池に供給する水素量を制御することを特徴とするものである。
【００１９】
請求項１１に係る燃料電池給電システムの発明にあっては、請求項３記載の燃料電池給電システムにおいて、前記充電電力検出手段で検出した充電電力量の所定の設定時間における平均値が、所定の設定充電電力量を超えた場合に、前記充電電力検出手段で検出した充電電力量に対応して、前記定電圧手段の電流量及び前記燃料電池に供給する水素量を制御することを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
【００２１】
図１により本発明の第１の実施形態について説明する。すなわち、燃料電池１と、ＤＣ/ＤＣ変換器２と、ＤＣ/ＡＣ変換器３と、負荷４とを直列的に接続し、燃料電池１の電力を負荷４へ供給する第１の電力線部Ｌ１と、燃料電池１の電力を補助する蓄電装置５と、ＤＣ/ＤＣ変換器２の後段と蓄電装置５を接続する第２の電力線部Ｌ２と、ＤＣ/ＡＣ変換器３の前段と余剰電力消費手段６とを接続する第３の電力線部Ｌ３とを有する給電システムであって、前記第１の電力線部Ｌ１のＤＣ/ＤＣ変換器２の前段に余剰電力検出手段７を、前記第２の電力線部Ｌ２の蓄電装置５の手前に充電電力検出手段８を、それぞれ介装する構成となっている。この結果、低負荷時に生じる余剰電力を余剰電力消費手段６により消費させることで、燃料電池１の余剰電力の問題を解決しようというものである。
【００２２】
この場合、燃料電池１は固体高分子型で、そのＩＶ特性が、図２に示すように、出力電圧が、出力電流（供給電力）に依存して、使用範囲内（ここでは、１３Ｖ〜１７Ｖ）ではほぼ直線的に変動する特性を示すものが好適である。すなわち、燃料電池１からの電力はＤＣ/ＤＣ変換器２で一定電圧にされた後、第１の電力線部Ｌ１から負荷４への電力供給と第２の電力線部Ｌ２を経由する充電電力供給とに分割される。一方、蓄電装置５としては、通常の鉛蓄電池が好適であるが、これのみに限定されるものではなく、他の２次電池は、勿論のこと、電気二重層、キャパシタ等の他の充電装置も使用可能である。さらに、本実施形態では過負荷時にも対応可能とするため、燃料電池１と、ＤＣ／ＡＣ変換器３との間に、ＤＣ/ＤＣ変換器２を介在させ、ＤＣ／ＡＣ変換器３に入力する電力を電圧一定とする構成とした。
【００２３】
一方、図３は燃料電池１の発電量とＤＣ/ＤＣ変換器２の電流制限の制御の概略について示すもので、燃料電池１の発電量は、燃料電池１に供給される改質ガスの量によって決まる。この改質ガス量は改質器９に供給される燃料１０、空気１１、水１２の流量を調整することで制御され、燃料電池１が必要とする発電量に合わせ燃料１０、空気１１、水１２の流量を調整している。
【００２４】
本実施形態では改質ガスを直接検出しても良いが、改質器９の流量検出手段１３で燃料１０、空気１１、水１２の流量の検出を行っているため、これらの流量検出手段１３により得られる改質器９に供給する燃料１０、空気１１、水１２の量から改質ガスである水素量を求め、得られた結果から、更に発電量を演算する。
【００２５】
発電量の制御は、逆に調整すべき発電量から改質ガスである水素量を求め、更に得られた結果から、必要な燃料１０、空気１１、水１２の流量を求めて、得られた結果を基に、各流量を制御する。具体的には、余剰電力検出手段７で検出した余剰電力量に対応して、燃料電池１に供給される水素量を制御するようにしているので、変動する負荷に応じて、適時必要分の電力を発電出来ることとなる。
【００２６】
また、本実施形態では、燃料電池１に供給される水素量から算出された発電予定電力量に対応してＤＣ/ＤＣ変換器２の出力電流量値を制御する定電圧手段１４を有するので、常に、定電圧手段１４が供給する電力は燃料電池１の発電量未満に抑えられる一方、これにより、過負荷時は定電圧手段１４の出力電流が下がるため、蓄電装置５から電力が供給されるようになり、不足電力を補助出来ることとなる。しかしながら、後述するように低負荷時には余剰電力消費手段６で消費される電力も考慮する必要がある。
【００２７】
一方、本実施形態における燃料電池１の最大発電電力は１．５ｋＷであり、負荷４への最大供給電力は１ｋＷに設定する。余剰電力消費手段６は電力を消費できる物であれば特に限定されるものではなく、本実施形態ではヒータ１５を採用している。また、余剰電力消費手段６はヒータ１５に余剰分だけを消費させるために、電力制御する手段を設けてある。この電力制限については本実施形態では、図４にあるように２５０Ｗ（抵抗６．８Ω）のヒータ１５を６つ並列に接続して、電力制御手段１６では余剰電力分に相当する電力を制限するために電圧可変することによりヒータ１５で消費される電力を制御する。すなわち、電力制御手段１６で制限すべき電力をＰＥＳとすれば出力電圧をＶＨＴは、
ＶＨＴ＝（ＰＥＳ×［ηＤＣ］×Ｒｈ）^1/2 （１）
［ηＤＣ］：ＤＣ/ＤＣ変換器２の変換効率、Ｒｈ：並列したヒータ１５の全抵抗値として求められる。
【００２８】
このようにして、電圧を調整することで、余剰電力を消費する制御を行う。ここでは電圧を調整しているが、もちろん電圧を一定にして電流を制限しても良い。また、図５のように、ヒータ１５を複数並列に並べ、スイッチ１７により、段階的に余剰電力を消費するような制御方法を取ることも可能である。
【００２９】
一方、本実施形態においては、前記第２の電力線部Ｌ２に充電電力検出手段８を介装する一方、この充電電力検出手段８で検出した電力量を基礎として、過負荷判定を行なう過負荷判定手段（図示せず）を備えているので、過負荷状態にも対応した処理を行えうことができる。この場合において、充電電力検出手段８で検出した充電電力量に対応して、定電圧手段１４の電流量を制御するようにすれば、常に、定電圧手段は燃料電池の発電量以上の電力が供給しないようになり、燃料電池１を過負荷から保護することができることとなる。
【００３０】
さらには、充電電力検出手段８で検出した充電電力量に対応して、燃料電池１に供給する水素量を制御するようにすれば、変動する負荷に対応して、適時、必要分の電力を発電できることとなる。
【００３１】
ここで、低負荷、過負荷時の制御方法についてフローチャートを用いて説明をする。負荷変動に対する制御においては、負荷がどの状態であるか、すなわち、低負荷、過負荷、正常のいずれの状態であるかを判断する必要があり、負荷判断は図６の［フローチャート１］のように、まずは、低負荷であるか否かを判定し、低負荷と判定すれば低負荷処理を行ない、低負荷でなければ過負荷判定に移行することとなる。過負荷判定も同様にして、過負荷と判定すれば過負荷処理を行ない、過負荷でなければ負荷判定処理を終了することとなる。
【００３２】
次に、低負荷の判定条件について説明する。本実施形態では、余剰電力ΔＰＥは、余剰電力検出手段７で検出した燃料電池１がＤＣ/ＤＣ変換器２へ供給している電力ＰＦＣと、燃料電池１が実際に供給可能な発電量ＰＦＣＥとの差分ΔＰＥとして把握できる。すなわち、
ΔＰＥ＝ＰＦＣＥ−ＰＦＣ（２）
である。
【００３３】
かかる場合において、通常、燃料電池１自体は低負荷状態に対しある程度の許容範囲を持って設計されており、本実施形態では、燃料電池１では発電量ＰＦＣＥの１０％程度の余剰電力に対しては、燃料電池１自身で数分程度許容することが出来るものを使用した。
【００３４】
したがって、本実施形態では、式（２）の余剰電力ΔＰＥが
ΔＰＥ＞ＰＦＣＥ×０．１（３）
の条件を満たしたときに低負荷である旨判定するように設定した。
【００３５】
ここで、燃料電池１の発電量設定値ＰＦＣＳと発電量ＰＦＣＥ、燃料電池１が、ＤＣ/ＤＣ変換器２へ供給している電力ＰＦＣの違いについて説明すると、燃料電池１の制御では、発電する発電量を設定して、この設定値である発電量設定値ＰＦＣＳから改質器に供給する燃料１０、空気１１、水１２の流量を制御する。しかしながら、定常状態から発電量を上げる過程で、改質ガスの生成に時間を要するため、直ぐに発電量が設定値ＰＦＣＳにならず、実際の発電量ＰＦＣＥと設定値ＰＦＣＳとの間に差異が生じてしまう。そこで、本実施形態では燃料電池１の発電量の設定値をＰＦＣＳ、所定の制御ポイントにおける実際の発電量をＰＦＣＥ、そのとき、燃料電池１がＤＣ/ＤＣ変換器２へ供給している実際の電力量をＰＦＣと規定した。
【００３６】
したがって、本実施形態においては、余剰電力検出手段７で検出した余剰電力量が、所定の設定値を超えた場合に、余剰電力消費手段６で、その余剰電力量を消費するようにしているので、燃料電池自体はある程度の負荷変動に対する許容範囲内での低負荷の変動の範囲内であれば、余剰電力消費手段６で、その余剰電力量を消費しないようにしているので、余剰電力消費手段６での電力消費を抑えることが出来、全体としての効率化に寄与し得ることとなる。
【００３７】
次に、過負荷の判定条件について説明する。本実施形態では、充電電力検出手段８が電流と電圧を検出する手段であって、検出した充電電流ＩＢ（充電方向を正とする。）が、
ＩＢ＜０（４）
の条件を満たした時に過負荷であると判断することとした。すなわち、本実施形態では上記条件にすることで、蓄電装置５からこの給電システムへ電力を供給し始めた時点で過負荷と判断することとしたが、燃料電池１の発電量より総消費電力が大きくなったことが判断できれば良く、過負荷の判定の方式はこれのみに限定されるものではない。
【００３８】
また、本実施形態では低負荷判定を過負荷判定よりも先に行なうこととした。これは、過負荷時には自動的に蓄電装置５からの電力供給が、開始されるのに対して、低負荷時の余剰電力消費手段６の切替は能動的に制御する必要があるためこれを優先することにしたものである。
【００３９】
次に、低負荷時の具体的な制御についてフローチャートで説明する。まず、図７の［フローチャート２］に示すように、上記した負荷判定処理で低負荷と判断された時には、低負荷処理に移行する。このとき、（ア）では、式（１ａ）のように先負荷判定処理で得られた余剰電力ΔＰＥを余剰電力消費手段６で消費すべき余剰電力ＰＥＳに設定する一方、式（１ｂ）のように、式（１）で求められる電圧を制御電圧設定値ＶＨＴＳに設定する。
ＰＥＳ＝ΔＰＥ（１ａ）
ＶＨＴＳ＝ＶＨＴ（１ｂ）
（イ）では、余剰電力消費手段６をＯＮ（オン）にして（ア）で設定した余剰電力を余剰電力消費手段６にて消費させる。（ウ）では、所定時間ＴＳ１をカウンタにセットする。（エ）では、低負荷状態がまだ続いているか否かを次の式（５）の条件で判定することとした。
ΔＰＥ＝（ＰＦＣＥ−ＰＦＣ）＋ＰＥＳ＞ＰＦＣＥ×０．１（５）
【００４０】
この判定は、上記の式（３）と同様に、低負荷状態を判断するものであるが、この場合、式（３）とは異なり、余剰電力消費手段６の電力制御値ＰＥＳに相当する電力量を考慮する必要がある。すなわち、この場合のΔＰＥを式（３）と同様に規定したのでは、余剰電力消費手段６で消費される電力制御値ＰＥＳに相当する電力量が、ＰＦＣＥ−ＰＦＣの計算値には、反映されないので、これを加算して補正したものである。この判定結果が、Ｎｏなら、（ス）へ進み、Ｙｅｓなら次へ進むこととなる。
【００４１】
（オ）では、余剰電力消費手段６で消費する電力を式（７）により電力制御設定値ＰＥＳに設定する。
ＰＥＳ＝ΔＰＥ（７）
（カ）では、この時点までの余剰電力の積算量ＰＳＵＭを式（８）により求めている。
ＰＳＵＭ＝ＰＳＵＭ＋ΔＰＥ（８）
（キ）では、カウンタ値をデクリメントしている。さらに、（ク）では、カウンタ値が０、つまり所定の時間になったかどうかを判定する。この判定結果が、Ｎｏなら（エ）へ戻り、Ｙｅｓなら次へ進むこととなる。
【００４２】
（ケ）では、式（９）により、所定時間ＴＳ１内での余剰電力量の平均値ΔＰＥＡＶを求めている。
ΔＰＥＡＶ＝ＰＳＵＭ／（ＣＯＵＮＴ＋１）（９）
（コ）では、燃料電池１の発電量設定値を式（１０）により再設定する。式（１０）は発電量ＰＦＣＥから平均余剰電力ΔＰＥＡＶを差し引いた値を発電量の設定値ＰＦＣＳとして再設定している。
ＰＦＣＳ＝ＰＦＣＥ−ΔＰＥＡＶ（１０）
【００４３】
（サ）では、（コ）の燃料電池１の発電量設定値ＰＦＣＳの再設定に合わせて、ＤＣ/ＤＣ変換器２の電流制限設定値ＩＤＣＳを式（１１）により再設定する。式（１１）では燃料電池１の発電量ＰＦＣＥからＤＣ/ＤＣ変換器２の効率（ηＤＣ）を考慮して、燃料電池１の発電量ＰＦＣＥからＤＣ/ＤＣ変換器２の出力電圧値ＶＤＣで除した値に設定している。
ＩＤＣＳ＝ＰＦＣＥ／ηＤＣ／ＶＤＣ（１１）
（シ）では、余剰電力消費手段６をＯＦＦ（オフ）にしてから低負荷処理を終了し、メイン処理に戻る。
【００４４】
（ス）では、（エ）の判定でＮｏと判断した場合、所定時間ＴＳ１内では、低負荷が続いていないと判断されるため、一旦、余剰電力消費手段６をＯＦＦ（オフ）にしてから、低負荷処理を抜け出し、次の過負荷判定へ移行することとなる。
【００４５】
このように、図７の[フローチャート２]では、余剰電力検出手段７で検出した余剰電力量の所定の設定電力値を超える時間が、所定の設定待ち時間を超えた場合に、余剰電力消費手段６で、その余剰電力量を消費することを特徴とするので、燃料電池１自体が有する負荷変動に対する許容範囲内での低負荷の変動の範囲内であれば、余剰電力消費手段６で、その余剰電力量を消費しないようにして且つ、この状態が所定時間続かない限り、余剰電力消費手段６での消費を抑えることが出来ることとなる。
【００４６】
一方、図８の［フローチャート３］に示すような、上記図７の［フローチャート２］と異なる制御も可能である。この場合、上記図７の［フローチャート２］に示した制御の場合と同様にして、負荷判定処理で低負荷と判断された時に低負荷処理に移行して、（ア）では、余剰電力ΔＰＥを余剰電力消費手段６で消費すべき余剰電力ＰＥＳに設定する一方、式（１ｂ）のように、式（１）で求められる電力制御手段１６の出力電圧ＶＨＴを制御電圧設定値ＶＨＴＳに設定する。
【００４７】
（イ）では、余剰電力消費手段６をＯＮ（オン）にして（ア）で設定した余剰電力を余剰電力消費手段６にて消費させる。（ウ）では、所定時間ＴＳ２をカウンタにセットする。（エ）では、（コ）との間でループするために式（１２）のように余剰電力値ΔＰＥを求める処理を行っている。
ΔＰＥ＝（ＰＦＣＥ−ＰＦＣ）＋ＰＥＳ（１２）
ここでは、上記式（５）の場合と同様の理由により、余剰電力消費手段６で消費される電力制御値ＰＥＳに相当する電力量を加算して補正している。
【００４８】
（オ）では、（エ）で求めた余剰電力ΔＰＥを余剰電力消費手段６で消費すべき電力として、上記式（７）と同様にして、式（１３）により電力制御設定値ＰＥＳに設定する。
ＰＥＳ＝ΔＰＥ（１３）
（カ）では、この時点までの余剰電力の積算量ＰＳＵＭを式（１４）により求めている。
ＰＳＵＭ＝ＰＳＵＭ＋ΔＰＥ（１４）
（キ）では、カウンタ値をデクリメントしている。（ク）では、カウンタ値が０、つまり所定時間になったかどうかを判定する。この判定結果が、Ｎｏなら（エ）へ戻り、Ｙｅｓなら次へ進むこととなる。（ケ）では、式（１５）により、所定時間ＴＳ２内の余剰電力量の平均値ΔＰＥＡＶを求めている。
ΔＰＥＡＶ＝ＰＳＵＭ／（ＣＯＵＮＴ＋１）（１５）
（コ）では、式（１６）の条件（ケ）の所定時間内の平均余剰電力量ΔＰＥＡＶが所定電力より大きいかどうかを判定する。この判定結果が、Ｎｏなら、（セ）へ進み、Ｙｅｓなら次へ進むこととなる。
ΔＰＥＡＶ＞ＰＥＣＥ×０．１（１６）
【００４９】
（サ）では、燃料電池１の発電量設定値を式（１７）により再設定する。式（１７）は発電量ＰＦＣＥから平均余剰電力量ΔＰＥＡＶを差し引いた値を発電量の設定値ＰＦＣＳとして再設定している。
ＰＦＣＳ＝ＰＦＣＥ−ΔＰＥＡＶ（１７）
【００５０】
（シ）では、（サ）の燃料電池１の発電量設定値ＰＦＣＳの再設定に合わせて、ＤＣ/ＤＣ変換器２の電流制限設定値ＩＤＣＳを式（１８）により再設定する。式（１８）では燃料電池１の発電量ＰＦＣＥからＤＣ/ＤＣ変換器２の効率（ηＤＣ）を考慮して、燃料電池１の発電量ＰＦＣＥからＤＣ/ＤＣ変換器２の出力電圧値ＶＤＣで除した値に設定している。
ＩＤＣＳ＝ＰＦＣＥ／ηＤＣ／ＶＤＣ（１８）
（ス）では、余剰電力消費手段６をＯＦＦ（オフ）にしてから低負荷処理を終了し、メイン処理に戻る。
【００５１】
（セ）では、（コ）の判定でＮｏと判断した場合、所定時間ＴＳ２内では、低負荷が続いていないと判断されるため、一旦、余剰電力消費手段６をＯＦＦ（オフ）にしてから、低負荷処理を抜け出し、次の過負荷判定へ移行することとなる。
【００５２】
このように、図８の[フローチャート３]では、余剰電力検出手段７で検出した余剰電力量の所定の設定時間における平均値が、所定の設定余剰平均電力量を超えた場合に、余剰電力消費手段６で、その余剰電力量を消費するようにしているので、燃料電池自体が有する負荷変動に対する許容範囲内での低負荷の変動までは、対応しないようにして、且つ、この状態が、低負荷状態で無くなる期間があっても、所定時間内で平均の余剰電力が所定量以上続かない限り、余剰電力消費手段６での消費を抑えることが出来ることとなる。
【００５３】
一方、上記図７、図８に示す制御では、余剰電力がある場合の燃料電池１の発電量設定値ＰＦＣＳの再設定において、これを一度の再設定操作で大幅に設定値を下げているが、これを一度下げると、次に発電量を上げる際に時間がかかり、負荷変動に追随するのが難しくなる場合があるため、特に、使用する負荷変動が大きい場合には、発電量設定値ＰＦＣＳの再設定値を一度に下げずに、少しずつ段階的に、負荷の状態に即応しつつ、下げていく制御を行うことも可能である。
【００５４】
図９のフローチャートに示したのは、かかる制御の一例である。上記図９（ａ）に示した制御では、フローチャート２の（ケ）の後、上記上記図９（ｂ）に示した制御では、フローチャート３の（コ）の後（Ｙｅｓ処理）に、それぞれ、上記図９（ｃ）に示した[フローチャート４]のこの段階的再設定処理が始まることとなる。
【００５５】
この場合、先ず、（ア）では、式（１９）のように変更する燃料電池１の発電量設定値の変更量ΔＰＦＣＳが、予め、設定した所定電力ＰＥ１を超えているかどうか判断する。
ΔＰＦＣＳ＝ＰＦＣＥ−ΔＰＥＡＶ＞ＰＥ１（１９）
この判定結果が、Ｎｏならば（イ）へ、Ｙｅｓならば（ウ）へそれぞれ移行する。
【００５６】
（イ）では、変更量ΔＰＦＣＳがＰＥ１以下だったので、そのまま元へ戻る。（ウ）では、発電量設定値ＰＦＣＳを式（２０）に変更する。
ＰＦＣＳ＝ＰＦＣＥ−ＰＥ１（２０）
（エ）では、所定時間ＴＳ３をカウンタにセットする。（オ）では、カウンタをデクリメントする。（カ）では、カウントが０になったか、すなわち、所定時間ＴＳ３が、経過したかどうか判断する。この判定結果が、Ｎｏなら、（エ）へ戻り、Ｙｅｓだと元の処理へ戻ることとなる。
【００５７】
このように、上記図９（ｃ）の［フローチャート４］に例示するように、余剰電力検出手段７で検出した余剰電力量の平均値ΔＰＥＡＶよりも小さい電力量ＰＥ１を一定時間、前記余剰電力消費手段６で消費する一方、前記一定時間経過後においても、前記余剰電力検出手段７で依然として余剰電力量が検出されるとき、前記余剰電力消費手段６で消費する電力量を増加するように形成した場合、燃料電池１の発電量を下方修正する場合に、一回の修正操作で下げる下げ幅を小さくでき、結果として、発電量の変更に伴う電力供給と負荷量の時間的不均衡による過負荷状態の発生を抑制して蓄電装置の負担を軽減することができる。すなわち、一度燃料電池の発電量を下げてしまうと、再度増加させるために時間を要するために、負荷変動が頻繁にあるような用途では下げても直ぐに、増加させなければならなくなる場合がある。このような場合では、過負荷状態になる時間が多くなり蓄電池の充電不足が起こりやすくなる問題に繋がり易い。そこで、１度に下げる幅を小さくし、段階的に下げることで、負荷の様子を見ながら下げていくようにすることで、より円滑に負荷変動に対応できることとなる。
【００５８】
次に、過負荷時の具体的な制御についてフローチャートで説明する。まず、図１０の［フローチャート５］に示すように、前記した負荷判定処理で過負荷と判断された時に過負荷処理に移行して、（ア）では、カウンタにＴＳ４をセットする。（イ）では、式（２１）の条件により、過負荷状態が続いているかを判断する。
ＩＢ＜０（２１）
（ウ）では、では、式（２２）により、過負荷時負荷電力ＰＯを求める。
ＰＯ＝（ＰＦＣ＋ＰＢ／ηＤＣ）（２２）
この式のＰＢは蓄電装置５から負荷へ供給される電力で、充電電力検出手段８により検出された電流ＩＢ、ＶＢから式（２３）に示すようにして得られる。
ＰＢ＝−ＩＢ×ＶＢ（２３）
[但し、式（２３）中、符号は充電方向の電流を正とした。]
【００５９】
すなわち、この過負荷時負荷供給電力ＰＯは、燃料電池１が供給している電力ＰＦＣと蓄電池が供給している電力ＰＢ（ただし、このＰＢ相当分の電力を燃料電池１から供給しようとするとＤＣ/ＤＣ変換器２を介するために、ＤＣ/ＤＣ変換器２の変換効率[ηＤＣ]を考慮した。）を加算することにより得られるもので負荷に使われている電力を供給するために必要な燃料電池１の供給電力量に相当する。
【００６０】
（エ）では、式（２４）によりこの時点での過負荷時負荷供給電力ＰＯの積算をする。
ＰＯＳＵＭ＝ＰＯＳＵＭ＋ＰＯ（２４）
（オ）では、カウントをデクリメントする。（カ）では、カウントが０になったか、すなわち、所定時間ＴＳ４が、経過したかどうか判断する。この判定結果が、Ｎｏならば、（イ）へもどり、（イ）から（カ）を繰り返す。この判定結果が、Ｙｅｓならば、次へ進む。
【００６１】
（キ）では、式（２５）のようにして過負荷時負荷供給電力の平均値ＰＯＡＶを求める。
ＰＯＡＶ＝ＰＯＳＵＭ／（ＣＯＵＮＴ＋１）（２５）
（ク）では、燃料電池１の発電量設定値を式（２６）により再設定する。
ＰＦＣＳ＝ＰＯＡＶ（２６）
（ケ）では、（ク）の燃料電池１の発電量設定値ＰＦＣＳの再設定に合わせて、ＤＣ/ＤＣ変換器２の電流制限設定値ＩＤＣＳを式（２７）により再設定する。式（２７）では燃料電池１の発電量ＰＦＣＥからＤＣ/ＤＣ変換器２の効率（ηＤＣ）を考慮して、燃料電池１の発電量ＰＦＣＥからＤＣ/ＤＣ変換器２の出力電圧値ＶＤＣで除した値に設定している。
ＩＤＣＳ＝ＰＦＣＥ／ηＤＣ／ＶＤＣ（２７）
以上の処理が終わると、過負荷処理を終了して、メイン処理へ戻る。
【００６２】
このように、図１０の[フローチャート５]では、充電電力検出手段８で検出した充電電力量の所定の設定電力値を超える時間が、所定の設定待ち時間を超えた場合に、充電電力検出手段８で検出した充電電力量に対応して、定電圧手段の電流量及び燃料電池に供給する水素量を制御するので、過負荷状態が所定の設定待ち時間を経過するまでは過負荷の判断をせず、低電圧手段、燃料電池の発電量の設定値の変更頻度を低減し、結果として、改質ガス量の調整制御の頻度を低減でき、改質器の負担を抑えることができることとなる。
【００６３】
一方、図１１の［フローチャート６］に示すような、上記図１０の［フローチャート５］と異なる制御も可能である。この場合、上記図１０の［フローチャート５］に示した制御の場合と同様にして、負荷判定処理で過負荷と判断された時に過負荷処理に移行する。すなわち、先ず、（ア）では、カウンタにＴＳ５をセットする。（イ）では、式（２１）の条件により、過負荷状態が続いているかを判断する。（ウ）では、式（２８）により、過負荷時負荷供給電力ＰＯを求める。
ＰＯ＝ＰＦＣ＋ＰＢ／ηＤＣ（２８）
（エ）では、式（２９）によりこの時点での過負荷電力の積算をしている。
ＰＢＳＵＭ＝ＰＢＳＵＭ＋ＰＢ／ηＤＣ（２９）
（オ）では、式（３０）によりこの時点での過負荷時負荷供給電力ＰＯの積算をしている。
ＰＯＳＵＭ＝ＰＯＳＵＭ＋ＰＯ（３０）
（カ）では、カウントをデクリメントする。（キ）では、カウントが０になったか、すなわち、所定時間ＴＳ５が、経過したかどうか判断する。この判定結果が、Ｎｏならば、（ウ）へもどり、（ウ）から（キ）を繰り返す。この判定結果が、Ｙｅｓならば、次へ進む。
【００６４】
（ク）では、式（３１）のようにして過負荷電力の平均ＰＢＡＶを求める。
ＰＢＡＶ＝ＰＢＳＵＭ／（ＣＯＵＮＴ＋１）（３１）
（ケ）では、式（３２）のようにして過負荷時負荷供給電力の平均値ＰＯＡＶを求める。
ＰＯＡＶ＝ＰＯＳＵＭ／（ＣＯＵＮＴ＋１）（３２）
（コ）では、平均過負荷電力ＰＢＡＶが所定の電力ＰＢ１を超えているかどうか判断する。この判定結果が、Ｎｏであれば、過負荷処理を終了してメイン処理に戻る。この判定結果が、Ｙｅｓならば、次へ進む。
【００６５】
（サ）では、燃料電池１の発電量設定値を式（３３）により再設定する。
ＰＦＣＳ＝ＰＯＡＶ（３３）
（シ）では、（サ）の燃料電池１の発電量設定値ＰＦＣＳの再設定に合わせて、ＤＣ/ＤＣ変換器２の電流制限設定値ＩＤＣＳを式（３４）により再設定する。式（３４）では燃料電池１の発電量ＰＦＣＥからＤＣ/ＤＣ変換器２の効率（ηＤＣ）を考慮して、燃料電池１の発電量ＰＦＣＥからＤＣ/ＤＣ変換器２の出力電圧値ＶＤＣで除した値に設定している。
ＩＤＣＳ＝ＰＦＣＥ／ηＤＣ／ＶＤＣ（３４）
以上の処理が終わると、過負荷処理を終了して、メイン処理へ戻る。
【００６６】
このように、図１１の[フローチャート６]では、充電電力検出手段８で検出した充電電力量の所定の設定時間における平均値が、所定の設定充電電力量を超えた場合に、前記充電電力検出手段で検出した充電電力量に対応して、前記定電圧手段の電流量及び燃料電池１に供給する水素量を制御するので、過負荷時の充電電力量の所定の設定時間における平均値が所定量を超すまでは過負荷の判断をせず、低電圧手段、燃料電池の発電量の設定値の変更頻度を低減し、結果として、改質ガス量の調整制御の頻度を低減でき、改質器の負担を軽減し得ることとなる。
【００６７】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る燃料電池給電システムの発明にあっては、燃料電池と、ＤＣ/ＤＣ変換器と、ＤＣ/ＡＣ変換器と、負荷とを直列的に接続し、燃料電池の電力を負荷へ供給する第１の電力線部と、燃料電池の電力を補助する蓄電装置と、ＤＣ/ＤＣ変換器の後段と蓄電装置を接続する第２の電力線部と、ＤＣ/ＡＣ変換器の前段と余剰電力消費手段とを接続する第３の電力線部とを有する給電システムであって、前記第１の電力線部のＤＣ/ＤＣ変換器の前段に余剰電力検出手段を介装し、第２の電力線部に充電電力検出手段を介装する一方、充電電力検出手段で検出した電力量を基礎として、過負荷判定を行なう過負荷判定手段を具備することを特徴とするので、低負荷時に生じる余剰電力を余剰電力消費手段により消費させることで、燃料電池の余剰電力の問題を解決することが出来るという優れた効果を奏する。
また、過負荷状態にも対応した処理を行えるようになるという優れた効果を奏する。
【００６８】
請求項２に係る燃料電池給電システムの発明にあっては、請求項１記載の燃料電池給電システムにおいて、前記余剰電力検出手段で検出した余剰電力量が、所定の設定値を超えた場合に、前記余剰電力消費手段で、その余剰電力量を消費することを特徴とするので、燃料電池自体はある程度の負荷変動に対する許容範囲内での低負荷の変動の範囲内であれば、余剰電力消費手段で、その余剰電力量を消費しないようにしているので、余剰電力消費手段での電力消費を抑えることが出来、全体としての効率化に寄与し得るという優れた効果を奏する。
【００６９】
請求項３に係る燃料電池給電システムの発明にあっては、請求項１または請求項２記載の燃料電池給電システムにおいて、燃料電池に供給される水素量から算出された発電予定電力量に対応してＤＣ/ＤＣ変換器の出力電流量値を制御する定電圧手段を有することを特徴とするので、常に、定電圧手段が供給する電力は燃料電池の発電量未満に抑えられる一方、これにより、過負荷時は定電圧手段の出力電圧が下がるため、蓄電池から電力が供給されるようになり、不足電力を補助出来るという優れた効果を奏する。
【００７０】
請求項４に係る燃料電池給電システムの発明にあっては、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の燃料電池給電システムにおいて、前記余剰電力検出手段で検出した余剰電力量に対応して、燃料電池に供給される水素量を制御することを特徴とするので、変動する負荷に応じて、適時必要分の電力を発電出来るという優れた効果を奏する。
【００７１】
請求項５に係る燃料電池給電システムの発明にあっては、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の燃料電池給電システムにおいて、前記余剰電力検出手段で検出した余剰電力量の所定の設定電力値を超える時間が、所定の設定待ち時間を超えた場合に、前記余剰電力消費手段で、その余剰電力量を消費することを特徴とするので、燃料電池自体が有する負荷変動に対する許容範囲内での低負荷の変動の範囲内であれば、余剰電力消費手段で、その余剰電力量を消費しないようにして且つ、この状態が所定時間続かない限り、余剰電力消費手段での消費を抑えることが出来るという優れた効果を奏する。
【００７２】
請求項６に係る燃料電池給電システムの発明にあっては、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の燃料電池給電システムにおいて、前記余剰電力検出手段で検出した余剰電力量の所定の設定時間における平均値が、所定の設定余剰平均電力量を超えた場合に、前記余剰電力消費手段で、その余剰電力量を消費することを特徴とするので、燃料電池自体が有する負荷変動に対する許容範囲内での低負荷の変動までは、対応しないようにして、且つ、この状態が、低負荷状態で無くなる期間があっても、所定時間内で平均の余剰電力が所定量以上続かない限り、余剰電力消費手段での消費を抑えることが出来るという優れた効果を奏する。
【００７３】
請求項７に係る燃料電池給電システムの発明にあっては、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の燃料電池給電システムにおいて、前記余剰電力検出手段で検出した余剰電力量よりも小さい電力量を一定時間、前記余剰電力消費手段で消費する一方、前記一定時間経過後においても、前記余剰電力検出手段で依然として余剰電力量が検出されるとき、前記余剰電力消費手段で消費する電力量を増加するように形成したことを特徴とするので、燃料電池の発電量を下方修正する場合に、一回の修正操作で下げる下げ幅を小さくでき、結果として、発電量の変更に伴う電力供給と負荷量の時間的不均衡による過負荷状態の発生を抑制して蓄電装置の負担を軽減することができるという優れた効果を奏する。
【００７５】
請求項８に係る燃料電池給電システムの発明にあっては、請求項３記載の燃料電池システムにおいて、前記充電電力検出手段で検出した充電電力量に対応して、前記定電圧手段の電流量を制御することを特徴とするので、常に、定電圧手段は燃料電池の発電量以上の電力が供給しないようになり、燃料電池を過負荷から保護することができるという優れた効果を奏する。
【００７６】
請求項９に係る燃料電池給電システムの発明にあっては、請求項１または請求項８記載の燃料電池システムにおいて、前記充電電力検出手段で検出した充電電力量に対応して、前記燃料電池に供給する水素量を制御することを特徴とするので、変動する負荷に対応して、適時、必要分の電力を発電できるようになるという優れた効果を奏する。
【００７７】
請求項１０に係る燃料電池給電システムの発明にあっては、請求項３記載の燃料電池システムにおいて、前記充電電力検出手段で検出した充電電力量の所定の設定電力値を超える時間が、所定の設定待ち時間を超えた場合に、前記充電電力検出手段で検出した充電電力量に対応して、前記定電圧手段の電流量及び前記燃料電池に供給する水素量を制御することを特徴とするので、過負荷状態が所定の設定待ち時間を経過するまでは過負荷の判断をせず、定電圧手段、燃料電池の発電量の設定値の変更頻度を低減し、結果として、改質ガス量の調整制御の頻度を低減でき、改質器の負担を抑えることができるという優れた効果を奏する。
【００７８】
請求項１１に係る燃料電池給電システムの発明にあっては、請求項３記載の燃料電池システムにおいて、前記充電電力検出手段で検出した充電電力量の所定の設定時間における平均値が、所定の設定充電電力量を超えた場合に、前記充電電力検出手段で検出した充電電力量に対応して、前記定電圧手段の電流量及び前記燃料電池に供給する水素量を制御することを特徴とするので、過負荷時の充電電力量の所定の設定時間における平均値が所定量を超すまでは過負荷の判断をせず、定電圧手段、燃料電池の発電量の設定値の変更頻度を低減し、結果として、改質ガス量の調整制御の頻度を低減でき、改質器の負担を軽減できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池の給電システムの第１の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の燃料電池の給電システムにおいて、使用し得る燃料電池の典型的ＩＶ特性を示す図である。
【図３】燃料電池の発電量とＤＣ/ＤＣ変換器２の電流制限の制御の概略を示す図である。
【図４】余剰電力消費手段の制御方法の一例を示す図である。
【図５】図４とは異なる余剰電力消費手段の制御方法の一例を示す図である。
【図６】フローチャート１を示す図である。
【図７】フローチャート２を示す図である。
【図８】フローチャート３を示す図である。
【図９】フローチャートを示すもので、（ａ）は、フローチャート２の（ケ）の後に（ｃ）に示したフローチャート４の処理を行なうもの、（ｂ）は、フローチャート３の（コ）の後に（ｃ）に示したフローチャート４の処理を行なうもの、（ｃ）は、フローチャート４（段階的再設定処理）を示す図である。
【図１０】フローチャート５を示す図である。
【図１１】フローチャート６を示す図である。
【図１２】従来例に係る燃料電池の給電システムの概略を示す図である。
【符号の説明】
１燃料電池
２ＤＣ/ＤＣ変換器
３ＤＣ/ＡＣ変換器
４負荷
５蓄電装置
６余剰電力消費手段
７余剰電力検出手段
８充電電力検出手段
９改質器
１０燃料
１１空気
１２水
１３流量検出手段（改質器９）
１４定電圧手段（ＣＰＵ１８）
１５ヒータ（余剰電力消費手段６）
１６電力制御手段（余剰電力消費手段６）
１７スイッチ（余剰電力消費手段６）
１８ＣＰＵ
Ｌ１第１の電力線部
Ｌ２第２の電力線部
Ｌ３第３の電力線部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell power supply system using a fuel cell as a primary power source.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a fuel cell power supply system using a fuel cell as a primary power source, as shown in FIG. 12, the power generated by the fuel cell 1 is converted into a predetermined voltage by a DC / DC converter 2 and then further DC / AC While converting into alternating current with the converter 3 and supplying it to the load 4, the lead storage battery etc. which are the electrical storage apparatus 5 for assisting an insufficient electric power at the time of an overload were charged.
[0003]
That is, particularly in the power supply system having such a configuration having the fuel cell 1 using the reformer 9, the power generation amount of the fuel cell 1 is exclusively controlled by the amount of reformed gas supplied to the fuel cell 1. Will be performed. In this case, usually, in the event of an overload, the process of increasing power generation in response to an increase in load, that is, the process speed of power generation in the process of increasing the amount of reformed gas supply, cannot catch up, so it responds to a sudden increase in load. The increase in the amount of generated power cannot be responded, and this is dealt with by supplying insufficient power from the power storage device 5. On the other hand, this configuration does not cope with surplus power generated at low load. That is, since the control response for reducing the reformed gas supply amount is fast, no special countermeasure is required.
[0004]
However, once the load becomes low and the amount of power generation is reduced, it takes time to increase the amount of power generation again when the load increases again. Power storage device 5 is required, and if such load fluctuations occur frequently, the power storage device 5 may be insufficiently charged.
[0005]
On the other hand, in the fuel cell power supply system according to the conventional example as shown in FIG. 5, by providing a current limit variable means for controlling the current limit of the DC / DC converter 2 in response to the fluctuation of the load 4, A system that performs power generation following the load is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-151983. However, there is still a sufficient solution for reducing the burden on the entire power supply system for surplus power generated at low loads. It is hard to say that it is planned.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-5-151983 (Page 2 [Claims], page 2 paragraph [0007] to page 3 paragraph [0010])
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of such a reason, and an object of the present invention is to make it possible to solve the problem of surplus power of a fuel cell by consuming surplus power generated at low load by surplus power consuming means. Is to provide a power supply system.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, in the invention of the fuel cell power supply system according to claim 1, the fuel cell, the DC / DC converter, the DC / AC converter, and the load are connected in series.SaidFuel cell powerSaidA first power line section for supplying a load;SaidA power storage device for assisting the power of the fuel cell;SaidAfter the DC / DC converterSaidA second power line unit connecting the power storage device;SaidA power supply system including a third power line unit that connects a front stage of a DC / AC converter and surplus power consumption means,
  Of the first power line sectionSaidInstall surplus power detection means in front of DC / DC converterAnd
  While the second power line unit is provided with charging power detection means, overload determination means for performing overload determination based on the amount of power detected by the charging power detection means is provided.It is characterized by this.
[0009]
In the fuel cell power feeding system according to claim 2, in the fuel cell power feeding system according to claim 1, when the surplus power detected by the surplus power detecting means exceeds a predetermined set value, The surplus power consumption means consumes the surplus power.
[0010]
  In the invention of the fuel cell power supply system according to claim 3, in the fuel cell power supply system according to claim 1 or 2,SaidCorresponding to the planned power generation amount calculated from the amount of hydrogen supplied to the fuel cellSaidIt has a constant voltage means for controlling the output current amount value of the DC / DC converter.
[0011]
  In a fuel cell power supply system according to a fourth aspect of the present invention, in the fuel cell power supply system according to any one of the first to third aspects, the surplus power amount detected by the surplus power detection means is provided. ,SaidIt controls the amount of hydrogen supplied to the fuel cell.
[0012]
In the fuel cell power supply system according to claim 5, in the fuel cell power supply system according to any one of claims 1 to 4, the predetermined setting of the surplus power amount detected by the surplus power detection means. When the time exceeding the power value exceeds a predetermined set waiting time, the surplus power consumption means consumes the surplus power.
[0013]
In the fuel cell power supply system according to claim 6, in the fuel cell power supply system according to any one of claims 1 to 4, a predetermined setting of the surplus power detected by the surplus power detection means. When the average value in time exceeds a predetermined set surplus average power amount, the surplus power consumption means consumes the surplus power amount.
[0014]
In the fuel cell power supply system according to claim 7, in the fuel cell power supply system according to any one of claims 1 to 6, electric power smaller than the surplus power amount detected by the surplus power detection means. While the amount of power consumed by the surplus power consumption means is consumed by the surplus power consumption means while the surplus power detection means is still detected by the surplus power detection means even after the time has elapsed, the amount of power consumed by the surplus power consumption means is It is formed so that it may increase.
[0016]
  Claim8The invention of the fuel cell power supply system according to claim3The fuel cell power supply system described above is characterized in that the current amount of the constant voltage means is controlled in accordance with the charge power amount detected by the charge power detection means.
[0017]
  Claim9The invention of the fuel cell power supply system according to claim1Or claims8In the fuel cell power supply system described above, corresponding to the amount of charging power detected by the charging power detection means,SaidThe amount of hydrogen supplied to the fuel cell is controlled.
[0018]
  Claim10The invention of the fuel cell power supply system according to claim3In the fuel cell power supply system described in the above, the charging detected by the charging power detection unit when the time exceeding the predetermined setting power value of the charging power amount detected by the charging power detection unit exceeds a predetermined setting waiting time Corresponding to the amount of power, the current amount of the constant voltage means andSaidThe amount of hydrogen supplied to the fuel cell is controlled.
[0019]
  Claim11The invention of the fuel cell power supply system according to claim3In the fuel cell power supply system described in the above, the charge detected by the charge power detection unit when the average value of the charge power amount detected by the charge power detection unit exceeds a predetermined set charge power amount. Corresponding to the amount of power, the current amount of the constant voltage means andSaidThe amount of hydrogen supplied to the fuel cell is controlled.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0021]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. That is, the fuel cell 1, the DC / DC converter 2, the DC / AC converter 3, and the load 4 are connected in series, and the first power line portion L1 that supplies the power of the fuel cell 1 to the load 4 is connected. A power storage device 5 that assists the power of the fuel cell 1, a second power line portion L2 that connects the subsequent stage of the DC / DC converter 2 and the power storage device 5, and a front stage of the DC / AC converter 3 and surplus power consumption. A power supply system having a third power line portion L3 that connects to the means 6, wherein the surplus power detection means 7 is connected to the second power line before the DC / DC converter 2 of the first power line portion L1. The charging power detection means 8 is interposed before the power storage device 5 of the part L2. As a result, the surplus power generated at the time of low load is consumed by the surplus power consumption means 6 to solve the problem of surplus power of the fuel cell 1.
[0022]
In this case, the fuel cell 1 is of a solid polymer type, and its IV characteristics are such that the output voltage depends on the output current (supply power) as shown in FIG. In the case of (), it is preferable to exhibit a characteristic that varies substantially linearly. That is, after the electric power from the fuel cell 1 is set to a constant voltage by the DC / DC converter 2, the power supply from the first power line L1 to the load 4 and the charging power supply via the second power line L2 It is divided into. On the other hand, a normal lead-acid battery is suitable as the power storage device 5, but is not limited to this, and other secondary batteries are, of course, other charging devices such as an electric double layer and a capacitor. Can also be used. Further, in this embodiment, in order to be able to cope with an overload, a DC / DC converter 2 is interposed between the fuel cell 1 and the DC / AC converter 3 and input to the DC / AC converter 3. The power to be used is a constant voltage.
[0023]
On the other hand, FIG. 3 shows an outline of control of the power generation amount of the fuel cell 1 and the current limitation of the DC / DC converter 2. The power generation amount of the fuel cell 1 is the amount of reformed gas supplied to the fuel cell 1. It depends on. The amount of the reformed gas is controlled by adjusting the flow rates of the fuel 10, the air 11, and the water 12 supplied to the reformer 9, and the fuel 10, the air 11, the water are adjusted according to the power generation amount required by the fuel cell 1. The flow rate of 12 is adjusted.
[0024]
In the present embodiment, the reformed gas may be detected directly, but the flow rate detection means 13 of the reformer 9 detects the flow rates of the fuel 10, the air 11, and the water 12, and therefore these flow rate detection means 13 The amount of hydrogen, which is the reformed gas, is obtained from the amounts of fuel 10, air 11 and water 12 supplied to the reformer 9 obtained by the above, and the power generation amount is further calculated from the obtained result.
[0025]
The control of the power generation amount was obtained by obtaining the hydrogen amount which is the reformed gas from the power generation amount to be adjusted and obtaining the required flow rates of the fuel 10, air 11 and water 12 from the obtained results. Based on the result, each flow rate is controlled. Specifically, since the amount of hydrogen supplied to the fuel cell 1 is controlled in accordance with the amount of surplus power detected by the surplus power detecting means 7, the timely necessary amount is determined according to the changing load. Electric power can be generated.
[0026]
Further, in the present embodiment, since the constant voltage means 14 that controls the output current amount value of the DC / DC converter 2 corresponding to the planned power generation amount calculated from the amount of hydrogen supplied to the fuel cell 1 is provided, While the power supplied by the constant voltage means 14 is always kept below the amount of power generated by the fuel cell 1, the output current of the constant voltage means 14 is reduced during an overload, so that power is supplied from the power storage device 5. As a result, insufficient power can be subsidized. However, as described later, it is necessary to consider the power consumed by the surplus power consumption means 6 at the time of low load.
[0027]
On the other hand, the maximum generated power of the fuel cell 1 in the present embodiment is 1.5 kW, and the maximum supply power to the load 4 is set to 1 kW. The surplus power consumption means 6 is not particularly limited as long as it can consume power, and the heater 15 is employed in this embodiment. The surplus power consuming means 6 is provided with means for controlling the power so that the heater 15 consumes only the surplus. Regarding this power limitation, in this embodiment, as shown in FIG. 4, six 250 W (resistance 6.8 Ω) heaters 15 are connected in parallel, and the power control means 16 limits the power corresponding to the surplus power. Therefore, the power consumed by the heater 15 is controlled by varying the voltage. That is, if the power to be limited by the power control means 16 is PES, the output voltage VHT is
VHT = (PES × [ηDC] × Rh)^1/2      (1)
[ΗDC]: The conversion efficiency of the DC / DC converter 2, Rh: the total resistance value of the parallel heaters 15.
[0028]
Thus, the control which consumes surplus electric power is performed by adjusting a voltage. Although the voltage is adjusted here, the current may be limited by keeping the voltage constant. Further, as shown in FIG. 5, it is also possible to adopt a control method in which a plurality of heaters 15 are arranged in parallel and the surplus power is consumed stepwise by the switch 17.
[0029]
On the other hand, in the present embodiment, the charging power detection means 8 is interposed in the second power line portion L2, while the overload determination is performed based on the amount of power detected by the charging power detection means 8. Since a means (not shown) is provided, processing corresponding to an overload state can be performed. In this case, if the current amount of the constant voltage means 14 is controlled in accordance with the charge power amount detected by the charge power detection means 8, the constant voltage means always has a power higher than the power generation amount of the fuel cell. As a result, the fuel cell 1 can be protected from overload.
[0030]
Furthermore, if the amount of hydrogen supplied to the fuel cell 1 is controlled in accordance with the amount of charging power detected by the charging power detection means 8, the necessary amount of power can be supplied in a timely manner corresponding to the changing load. It will be possible to generate electricity.
[0031]
Here, the control method at the time of low load and overload will be described using a flowchart. In the control for the load fluctuation, it is necessary to determine which state the load is, that is, whether the load is low load, overload, or normal. The load determination is as shown in [Flowchart 1] in FIG. First, it is determined whether or not the load is low. If it is determined that the load is low, low load processing is performed. If the load is not low, the process proceeds to overload determination. Similarly, overload determination is performed if an overload is determined, and an overload process is performed. If not, the load determination process is terminated.
[0032]
Next, low load determination conditions will be described. In the present embodiment, the surplus power ΔPE is the power PFC that the fuel cell 1 detected by the surplus power detection means 7 supplies to the DC / DC converter 2 and the power generation amount PFCE that the fuel cell 1 can actually supply. As the difference ΔPE. That is,
ΔPE = PFCE-PFC (2)
It is.
[0033]
In such a case, the fuel cell 1 itself is normally designed with a certain tolerance for a low load state. In the present embodiment, the fuel cell 1 has a surplus power of about 10% of the power generation amount PFCE. Used a fuel cell 1 that can be tolerated for several minutes.
[0034]
Therefore, in the present embodiment, the surplus power ΔPE of the equation (2) is
ΔPE> PFCE × 0.1 (3)
It was set to determine that the load was low when the above condition was satisfied.
[0035]
Here, the difference between the power generation amount set value PFCS and the power generation amount PFCE of the fuel cell 1 and the power PFC supplied from the fuel cell 1 to the DC / DC converter 2 will be described. The power generation amount is set, and the flow rates of the fuel 10, air 11, and water 12 supplied to the reformer are controlled from the power generation amount setting value PFCS, which is this set value. However, since it takes time to generate reformed gas in the process of increasing the power generation amount from the steady state, the power generation amount does not immediately become the set value PFCS, and there is a difference between the actual power generation amount PFCE and the set value PFCS. End up. Therefore, in the present embodiment, the set value of the power generation amount of the fuel cell 1 is PFCS, the actual power generation amount at a predetermined control point is PFCE, and the actual fuel cell 1 is supplying the DC / DC converter 2 at that time. The amount of power was defined as PFC.
[0036]
Therefore, in the present embodiment, when the surplus power amount detected by the surplus power detection unit 7 exceeds a predetermined set value, the surplus power consumption unit 6 consumes the surplus power amount. The surplus power consumption means 6 does not consume the surplus power if the fuel cell itself is within the range of low load fluctuation within an allowable range for a certain load fluctuation. The power consumption at 6 can be suppressed, and the overall efficiency can be improved.
[0037]
Next, overload determination conditions will be described. In the present embodiment, the charging power detection means 8 is means for detecting current and voltage, and the detected charging current IB (with the charging direction being positive) is
IB <0 (4)
It was decided that it was overloaded when the above conditions were satisfied. That is, in this embodiment, it is determined that the load is overloaded when power is supplied from the power storage device 5 to the power supply system by using the above conditions. However, the total power consumption is calculated based on the power generation amount of the fuel cell 1. What is necessary is just to be able to judge that it became large, and the method of judgment of overload is not limited only to this.
[0038]
In the present embodiment, the low load determination is performed before the overload determination. This is because power supply from the power storage device 5 is automatically started at the time of overload, but switching of the surplus power consumption means 6 at the time of low load needs to be actively controlled, so this is given priority. I decided to do it.
[0039]
Next, specific control at the time of low load will be described with reference to a flowchart. First, as shown in [Flowchart 2] in FIG. 7, when it is determined that the load is low in the load determination process, the process shifts to the low load process. At this time, in (a), the surplus power ΔPE obtained in the preload determination process is set as the surplus power PES to be consumed by the surplus power consuming means 6 as shown in formula (1a), while in formula (1b). In addition, the voltage obtained by the equation (1) is set to the control voltage set value VHTS.
PES = ΔPE (1a)
VHTS = VHT (1b)
In (b), the surplus power consumption means 6 is turned on and the surplus power set in (a) is consumed by the surplus power consumption means 6. In (c), the predetermined time TS1 is set in the counter. In (d), it was decided to determine whether or not the low load state still continues under the condition of the following equation (5).
ΔPE = (PFCE−PFC) + PES> PFCE × 0.1 (5)
[0040]
This determination is to determine the low load state as in the above formula (3). In this case, however, unlike the formula (3), the power corresponding to the power control value PES of the surplus power consumption means 6 is determined. It is necessary to consider the amount. That is, if ΔPE in this case is defined in the same manner as equation (3), the amount of power corresponding to the power control value PES consumed by the surplus power consumption means 6 is not reflected in the calculated value of PFCE-PFC. Therefore, it is corrected by adding this. If this determination result is No, the process proceeds to (S), and if Yes, the process proceeds to the next.
[0041]
In (e), the power consumed by the surplus power consuming means 6 is set to the power control set value PES by the equation (7).
PES = ΔPE (7)
In (f), the accumulated amount PSUM of the surplus power up to this point is obtained by equation (8).
PSUM = PSUM + ΔPE (8)
In (ki), the counter value is decremented. Further, in (c), it is determined whether or not the counter value is 0, that is, a predetermined time has been reached. If this determination result is No, the process returns to (d), and if Yes, the process proceeds to the next.
[0042]
In (K), the average value ΔPEAV of the surplus power amount within the predetermined time TS1 is obtained by the equation (9).
ΔPEAV = PSUM / (COUNT + 1) (9)
In (ko), the power generation amount setting value of the fuel cell 1 is reset according to the equation (10). Formula (10) resets the value obtained by subtracting the average surplus power ΔPEAV from the power generation amount PFCE as the power generation amount set value PFCS.
PFCS = PFCE−ΔPEAV (10)
[0043]
In (S), the current limit setting value IDCS of the DC / DC converter 2 is reset by the equation (11) in accordance with the resetting of the power generation amount setting value PFCS of the fuel cell 1 in (K). In equation (11), the efficiency (ηDC) of the DC / DC converter 2 is calculated from the power generation amount PFCE of the fuel cell 1 and is divided by the output voltage value VDC of the DC / DC converter 2 from the power generation amount PFCE of the fuel cell 1. The value is set.
IDCS = PFCE / ηDC / VDC (11)
In (S), after the surplus power consumption means 6 is turned off, the low load process is terminated and the process returns to the main process.
[0044]
In (S), if it is determined No in (D), it is determined that the low load does not continue within the predetermined time TS1, and therefore, once the surplus power consumption means 6 is turned OFF (off). Then, the low load process is exited and the process proceeds to the next overload determination.
[0045]
As described above, in [Flowchart 2] of FIG. 7, when the time exceeding the predetermined set power value of the surplus power amount detected by the surplus power detecting unit 7 exceeds the predetermined set waiting time, the surplus power consuming unit 6, the amount of surplus power is consumed, so that the surplus power consuming means 6 can perform the surplus power consumption means 6 as long as it is within the range of the low load variation within the allowable range for the load variation of the fuel cell 1 itself. As long as the amount of surplus power is not consumed and this state does not last for a predetermined time, consumption by the surplus power consumption means 6 can be suppressed.
[0046]
On the other hand, as shown in [Flowchart 3] in FIG. 8, control different from [Flowchart 2] in FIG. 7 is also possible. In this case, as in the case of the control shown in [Flowchart 2] in FIG. 7, when the load determination process determines that the load is low, the process shifts to the low load process. While setting the surplus power PES to be consumed by the surplus power consumption means 6, the output voltage VHT of the power control means 16 obtained by the expression (1) is set to the control voltage set value VHTS as represented by the expression (1b).
[0047]
In (b), the surplus power consumption means 6 is turned on and the surplus power set in (a) is consumed by the surplus power consumption means 6. In (c), the predetermined time TS2 is set in the counter. In (d), in order to loop between (d) and (d), a process for obtaining the surplus power value ΔPE is performed as in equation (12).
ΔPE = (PFCE−PFC) + PES (12)
Here, for the same reason as in the case of the above formula (5), the power amount corresponding to the power control value PES consumed by the surplus power consumption means 6 is added and corrected.
[0048]
In (e), the surplus power ΔPE determined in (d) is set as the power to be consumed by the surplus power consumption means 6 in the same way as the above formula (7), and is set to the power control set value PES by the formula (13). .
PES = ΔPE (13)
In (f), the accumulated amount PSUM of the surplus power up to this point is obtained by equation (14).
PSUM = PSUM + ΔPE (14)
In (ki), the counter value is decremented. In (c), it is determined whether or not the counter value is 0, that is, a predetermined time has been reached. If this determination result is No, the process returns to (d), and if Yes, the process proceeds to the next. In (K), the average value ΔPEAV of the surplus power amount within the predetermined time TS2 is obtained by the equation (15).
ΔPEAV = PSUM / (COUNT + 1) (15)
In (K), it is determined whether or not the average surplus power amount ΔPEAV within the predetermined time of the condition (K) in the equation (16) is larger than the predetermined power. If this determination result is No, the process proceeds to (C), and if Yes, the process proceeds to the next.
ΔPEAV> PECE × 0.1 (16)
[0049]
In (sa), the power generation amount setting value of the fuel cell 1 is reset according to the equation (17). In Formula (17), a value obtained by subtracting the average surplus power amount ΔPEAV from the power generation amount PFCE is reset as the power generation amount setting value PFCS.
PFCS = PFCE−ΔPEAV (17)
[0050]
In (S), the current limit setting value IDCS of the DC / DC converter 2 is reset by the equation (18) in accordance with the resetting of the power generation amount setting value PFCS of the fuel cell 1 in (S). In the equation (18), the power generation amount PFCE of the fuel cell 1 is taken into consideration by the output voltage value VDC of the DC / DC converter 2 from the power generation amount PFCE of the fuel cell 1 in consideration of the efficiency (ηDC) of the DC / DC converter 2. The value is set.
IDCS = PFCE / ηDC / VDC (18)
In (S), after the surplus power consumption means 6 is turned off, the low load process is terminated and the process returns to the main process.
[0051]
In (C), if it is determined No in (CO), it is determined that the low load does not continue within the predetermined time TS2, and therefore, once the surplus power consumption means 6 is turned OFF. Then, the low load process is exited and the process proceeds to the next overload determination.
[0052]
As described above, in [Flowchart 3] in FIG. 8, when the average value of the surplus power detected by the surplus power detection means 7 in a predetermined setting time exceeds the predetermined set surplus average power, surplus power consumption. Since the surplus electric energy is consumed by the means 6, the low load fluctuation within the allowable range with respect to the load fluctuation of the fuel cell itself is not handled, and this state is low. Even if there is a period in which the load is lost, consumption by the surplus power consumption means 6 can be suppressed as long as the average surplus power does not continue for a predetermined amount or more within a predetermined time.
[0053]
On the other hand, in the control shown in FIGS. 7 and 8, in the resetting of the power generation amount setting value PFCS of the fuel cell 1 when there is surplus power, the setting value is greatly reduced by a single resetting operation. If this is once lowered, it may take time to increase the power generation amount next time, and it may be difficult to follow the load fluctuation. Therefore, especially when the load fluctuation to be used is large, the power generation amount setting value PFCS is set. It is also possible to perform a control of lowering the reset value in a step-by-step manner while reducing the reset value at once while responding immediately to the load state.
[0054]
An example of such control is shown in the flowchart of FIG. In the control shown in FIG. 9A, after the (2) in the flowchart 2, and in the control shown in the above FIG. 9 (b), after the (3) in the flowchart 3 (Yes process), respectively. This stepwise resetting process of [Flowchart 4] shown in FIG. 9C starts.
[0055]
In this case, first, in (a), it is determined whether or not the change amount ΔPFCS of the power generation amount set value of the fuel cell 1 to be changed as shown in Expression (19) exceeds a preset predetermined power PE1.
ΔPFCS = PFCE−ΔPEAV> PE1 (19)
If this determination result is No, the process proceeds to (A), and if Yes, the process proceeds to (C).
[0056]
In (a), since the change amount ΔPFCS is equal to or less than PE1, the process directly returns to the original state. In (c), the power generation amount set value PFCS is changed to Equation (20).
PFCS = PFCE-PE1 (20)
In (d), the predetermined time TS3 is set in the counter. In (e), the counter is decremented. In (f), it is determined whether the count has reached 0, that is, whether the predetermined time TS3 has elapsed. If this determination result is No, the process returns to (d), and if Yes, the process returns to the original process.
[0057]
In this way, as illustrated in [Flowchart 4] of FIG. 9C, the power consumption PE1 that is smaller than the average value ΔPEAV of the surplus power detected by the surplus power detection means 7 is used for a certain period of time. While the power is consumed by the means 6, the power consumed by the surplus power consuming means 6 is increased when the surplus power is still detected by the surplus power detecting means 7 even after the predetermined time has elapsed. In this case, when the power generation amount of the fuel cell 1 is revised downward, the amount of reduction that can be reduced by a single correction operation can be reduced. As a result, overload due to temporal imbalance between the power supply and the load amount accompanying the change in the power generation amount The occurrence of a state can be suppressed and the burden on the power storage device can be reduced. That is, once the power generation amount of the fuel cell is reduced, it takes time to increase it again. Therefore, in applications where load fluctuations are frequent, it may be necessary to immediately increase it even if it is reduced. In such a case, it becomes easy to lead to a problem that the time for the overload state is increased and charging of the storage battery is likely to be insufficient. Therefore, by reducing the width to be lowered at a time and gradually lowering the load while observing the state of the load, the load fluctuation can be handled more smoothly.
[0058]
Next, specific control during overload will be described with reference to a flowchart. First, as shown in [Flowchart 5] in FIG. 10, when the load determination process determines that an overload has occurred, the process shifts to an overload process. In (a), TS4 is set in the counter. In (A), it is determined whether or not the overload state continues according to the condition of Expression (21).
IB <0 (21)
Then, in (c), the overload load power PO is obtained by the equation (22).
PO = (PFC + PB / ηDC) (22)
PB in this equation is power supplied from the power storage device 5 to the load, and is obtained from the currents IB and VB detected by the charging power detection means 8 as shown in equation (23).
PB = −IB × VB (23)
[However, in formula (23), the sign is positive for the current in the charging direction. ]
[0059]
That is, the overload load supply power PO is the power PFC supplied by the fuel cell 1 and the power PB supplied by the storage battery (however, if the power equivalent to this PB is supplied from the fuel cell 1, DC This is obtained by adding the conversion efficiency [ηDC] of the DC / DC converter 2 in order to pass through the DC / DC converter 2 and is necessary for supplying the power used for the load. This corresponds to the amount of power supplied to the fuel cell 1.
[0060]
In (d), the overload load supply power PO at this point is integrated according to equation (24).
POSUM = POSUM + PO (24)
(E) Decrements the count. In (f), it is determined whether the count has reached 0, that is, whether the predetermined time TS4 has elapsed. If this determination result is No, the process returns to (A) and (A) to (F) are repeated. If this determination is Yes, the process proceeds to the next.
[0061]
In (ki), the average value POAV of the load supply power at the time of overload is obtained as in equation (25).
POAV = POSUM / (COUNT + 1) (25)
In (c), the power generation amount setting value of the fuel cell 1 is reset according to the equation (26).
PFCS = POAV (26)
In (K), the current limit setting value IDCS of the DC / DC converter 2 is reset by the equation (27) in accordance with the resetting of the power generation amount setting value PFCS of the fuel cell 1 in (K). In Expression (27), the power generation amount PFCE of the fuel cell 1 is taken into consideration by the output voltage value VDC of the DC / DC converter 2 from the power generation amount PFCE of the fuel cell 1 in consideration of the efficiency (ηDC) of the DC / DC converter 2. The value is set.
IDCS = PFCE / ηDC / VDC (27)
When the above process is completed, the overload process is terminated and the process returns to the main process.
[0062]
As described above, in [Flowchart 5] of FIG. 10, when the time exceeding the predetermined set power value of the charge power amount detected by the charge power detection unit 8 exceeds the predetermined set waiting time, the charge power detection unit Since the amount of electric current of the constant voltage means and the amount of hydrogen supplied to the fuel cell are controlled in accordance with the amount of charging power detected in 8, the determination of overload is made until the overload state passes a predetermined set waiting time. Without changing the frequency of changing the set value of the power generation amount of the low voltage means and the fuel cell, as a result, the frequency of the adjustment control of the reformed gas amount can be reduced, and the burden on the reformer can be suppressed. .
[0063]
On the other hand, as shown in [Flowchart 6] in FIG. 11, control different from [Flowchart 5] in FIG. 10 is also possible. In this case, as in the case of the control shown in [Flowchart 5] of FIG. 10, when the load determination process determines that the load is overloaded, the process shifts to the overload process. That is, first, in (a), TS5 is set in the counter. In (A), it is determined whether or not the overload state continues according to the condition of Expression (21). In (c), an overload load supply power PO is obtained by Equation (28).
PO = PFC + PB / ηDC (28)
In (d), the overload power at this point is integrated according to equation (29).
PBSUM = PBSUM + PB / ηDC (29)
In (e), the overload load supply power PO at this time is integrated according to the equation (30).
POSUM = POSUM + PO (30)
In (f), the count is decremented. In (G), it is determined whether the count has reached 0, that is, whether the predetermined time TS5 has elapsed. If this determination result is No, the process returns to (C) and (C) to (C) are repeated. If this determination is Yes, the process proceeds to the next.
[0064]
In (c), the average PBAV of overload power is obtained as shown in equation (31).
PBAV = PBSUM / (COUNT + 1) (31)
In (K), an average value POAV of overload load power is obtained as shown in Equation (32).
POAV = POSUM / (COUNT + 1) (32)
In (ko), it is determined whether or not the average overload power PBAV exceeds a predetermined power PB1. If this determination result is No, the overload process is terminated and the process returns to the main process. If this determination is Yes, the process proceeds to the next.
[0065]
In (sa), the power generation amount setting value of the fuel cell 1 is reset according to the equation (33).
PFCS = POAV (33)
In (S), the current limit setting value IDCS of the DC / DC converter 2 is reset by the equation (34) in accordance with the resetting of the power generation amount setting value PFCS of the fuel cell 1 in (S). In Equation (34), the power generation amount PFCE of the fuel cell 1 is taken into consideration by the output voltage value VDC of the DC / DC converter 2 from the power generation amount PFCE of the fuel cell 1 in consideration of the efficiency (ηDC) of the DC / DC converter 2. The value is set.
IDCS = PFCE / ηDC / VDC (34)
When the above process is completed, the overload process is terminated and the process returns to the main process.
[0066]
As described above, in [Flowchart 6] in FIG. 11, when the average value of the charging power amount detected by the charging power detection means 8 in a predetermined setting time exceeds the predetermined setting charging power amount, the charging power detection is performed. Since the current amount of the constant voltage means and the amount of hydrogen supplied to the fuel cell 1 are controlled in accordance with the charging power amount detected by the means, the average value of the charging power amount during an overload at a predetermined setting time is determined. Until the fixed amount is exceeded, the overload is not judged, the frequency of changing the set value of the power generation amount of the low voltage means and the fuel cell is reduced, and as a result, the frequency of adjustment control of the reformed gas amount can be reduced. The burden on the vessel can be reduced.
[0067]
【The invention's effect】
  As described above, in the invention of the fuel cell power supply system according to claim 1, the fuel cell, the DC / DC converter, the DC / AC converter, and the load are connected in series.,A first power line unit that supplies power of the fuel cell to the load; a power storage device that assists the power of the fuel cell; a second power line unit that connects the subsequent stage of the DC / DC converter and the power storage device; and DC / AC A power supply system having a third power line unit that connects a previous stage of a converter and surplus power consuming means, wherein surplus power detection means is interposed in a previous stage of the DC / DC converter of the first power line unit.In addition, the second power line unit is provided with charging power detection means, and overload determination means for performing overload determination based on the amount of power detected by the charging power detection means is provided.Therefore, by consuming the surplus power generated at the time of low load by the surplus power consuming means, there is an excellent effect that the problem of surplus power of the fuel cell can be solved.
  In addition, an excellent effect is obtained that processing corresponding to an overload state can be performed.
[0068]
In the fuel cell power feeding system according to claim 2, in the fuel cell power feeding system according to claim 1, when the surplus power detected by the surplus power detecting means exceeds a predetermined set value, Since the surplus power consumption means consumes the surplus power, the surplus power consumption means is provided if the fuel cell itself is within the range of low load fluctuation within an allowable range for some load fluctuation. Thus, since the surplus power amount is not consumed, the power consumption by the surplus power consumption means can be suppressed, and an excellent effect can be achieved that can contribute to the efficiency improvement as a whole.
[0069]
In the fuel cell power supply system according to claim 3, the fuel cell power supply system according to claim 1 or 2 corresponds to the scheduled power generation amount calculated from the amount of hydrogen supplied to the fuel cell. The constant voltage means for controlling the output current amount value of the DC / DC converter is thus characterized, so that the power supplied by the constant voltage means is always kept below the power generation amount of the fuel cell. Since the output voltage of the constant voltage means is lowered during overload, power is supplied from the storage battery, and an excellent effect is obtained in that insufficient power can be supplemented.
[0070]
In a fuel cell power supply system according to a fourth aspect of the present invention, in the fuel cell power supply system according to any one of the first to third aspects, the surplus power amount detected by the surplus power detection means is provided. Since it is characterized in that the amount of hydrogen supplied to the fuel cell is controlled, it has an excellent effect that it can generate the necessary amount of power in a timely manner according to the changing load.
[0071]
In the fuel cell power supply system according to claim 5, in the fuel cell power supply system according to any one of claims 1 to 4, the predetermined setting of the surplus power amount detected by the surplus power detection means. When the time exceeding the power value exceeds a predetermined set waiting time, the surplus power consumption means consumes the surplus power, so that the fuel cell itself has an allowable range for load fluctuation. If it is within the range of low load fluctuations, the surplus power consumption means should not consume the surplus power, and the consumption by the surplus power consumption means should be suppressed unless this state continues for a predetermined time. There is an excellent effect of being able to.
[0072]
In the fuel cell power supply system according to claim 6, in the fuel cell power supply system according to any one of claims 1 to 4, a predetermined setting of the surplus power detected by the surplus power detection means. When the average value in time exceeds a predetermined set surplus average power amount, the surplus power consumption means consumes the surplus power amount. Therefore, an allowable range for load fluctuations of the fuel cell itself Until there is a period of time when the load is not in a low load state, the surplus is not increased as long as the average surplus power does not exceed a predetermined amount within a predetermined time. There is an excellent effect that consumption by the power consumption means can be suppressed.
[0073]
In the fuel cell power supply system according to claim 7, in the fuel cell power supply system according to any one of claims 1 to 6, electric power smaller than the surplus power amount detected by the surplus power detection means. The amount of power consumed by the surplus power consumption means is consumed when the surplus power consumption is still detected by the surplus power detection means while the surplus power consumption means consumes a certain amount of time for a certain time. Since the power generation amount of the fuel cell is corrected downward, the amount of decrease that can be reduced by one correction operation can be reduced, and as a result, the power supply accompanying the change in the power generation amount can be reduced. There is an excellent effect that it is possible to reduce the burden on the power storage device by suppressing the occurrence of an overload state due to the temporal imbalance of the load amount.
[0075]
  Claim8The invention of the fuel cell power supply system according to claim3In the fuel cell system described above, the current amount of the constant voltage means is controlled in accordance with the amount of charging power detected by the charging power detection means. Therefore, the constant voltage means always generates power from the fuel cell. The amount of electric power exceeding the amount is not supplied, and an excellent effect is obtained that the fuel cell can be protected from overload.
[0076]
  Claim9The invention of the fuel cell power supply system according to claim1Or claims8In the described fuel cell system, corresponding to the amount of charging power detected by the charging power detection means,SaidSince it is characterized by controlling the amount of hydrogen supplied to the fuel cell, it has an excellent effect that it can generate the necessary amount of power in a timely manner in response to the changing load.
[0077]
  Claim10The invention of the fuel cell power supply system according to claim3The charging power detected by the charging power detection means when the time exceeding the predetermined setting power value of the charging power amount detected by the charging power detection means exceeds a predetermined setting waiting time. Corresponding to the amount of current of the constant voltage means andSaidSince the amount of hydrogen supplied to the fuel cell is controlled, the overload state is not judged until the predetermined set waiting time elapses.ConstantThe voltage means and the frequency of changing the set value of the power generation amount of the fuel cell are reduced, and as a result, the frequency of adjustment control of the reformed gas amount can be reduced, and the load on the reformer can be suppressed. .
[0078]
  Claim11The invention of the fuel cell power supply system according to claim3The charging power detected by the charging power detection unit when the average value of the charging power amount detected by the charging power detection unit in a predetermined setting time exceeds a predetermined setting charging power amount Corresponding to the amount of current of the constant voltage means andSaidSince it is characterized by controlling the amount of hydrogen supplied to the fuel cell, the overload is not judged until the average value in the predetermined setting time of the charging power amount at the time of overload exceeds the predetermined amount,ConstantThe frequency of changing the set value of the power generation amount of the voltage means and the fuel cell is reduced, and as a result, the frequency of the adjustment control of the reformed gas amount can be reduced, and the load on the reformer can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a power supply system for a fuel cell according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing typical IV characteristics of a fuel cell that can be used in the fuel cell power supply system of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an outline of control of power generation amount of a fuel cell and current limitation of the DC / DC converter 2;
FIG. 4 is a diagram showing an example of a method for controlling surplus power consumption means.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a method for controlling surplus power consumption means different from that in FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram showing a flowchart 1;
FIG. 7 is a diagram showing a flowchart 2;
FIG. 8 is a diagram showing a flowchart 3;
FIG. 9 shows a flowchart, in which (a) shows the process of flowchart 4 shown in (c) after (2) of flowchart 2, and (b) shows after (c) of flowchart 3. (C) is a diagram illustrating a flowchart 4 (stepwise resetting process).
FIG. 10 is a diagram showing a flowchart 5;
FIG. 11 shows a flowchart 6;
FIG. 12 is a diagram showing an outline of a power supply system for a fuel cell according to a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 Fuel cell
2 DC / DC converter
3 DC / AC converter
4 Load
5 Power storage device
6 Surplus power consumption means
7 Surplus power detection means
8 Charging power detection means
9 Reformer
10 Fuel
11 Air
12 Water
13 Flow rate detection means (reformer 9)
14 Constant voltage means (CPU 18)
15 Heater (excess power consumption means 6)
16 Power control means (surplus power consumption means 6)
17 switch (excess power consumption means 6)
18 CPU
L1 first power line section
L2 Second power line section
L3 Third power line section

Claims

A fuel cell, a DC / DC converter, a DC / AC converter, and a load in series connected, a first power line supplying a power of said fuel cell to the load, the power of the fuel cell a power storage device for assisting a third power line for connecting the second power line portion connecting the rear stage and said power storage device of the DC / DC converter, and a front and excess power consumption means the DC / AC converter A power supply system comprising:
Interposed surplus power detecting means upstream of the DC / DC converter of the first power line section,
While interposing a charging power detection means in the second power line portion,
A fuel cell power supply system comprising overload determination means for performing overload determination based on the amount of power detected by the charge power detection means .

2. The fuel cell power supply according to claim 1, wherein when the surplus power detected by the surplus power detection means exceeds a predetermined set value, the surplus power consumption means consumes the surplus power. system.

Claim 1 or claim characterized in that it comprises a voltage regulating means for controlling the output current amount value of the DC / DC converter corresponding to the power generation schedule power amount calculated from the amount of hydrogen supplied to the fuel cell Item 3. The fuel cell power supply system according to Item 2.

In response to the excess power amount detected by the surplus power detecting means, the fuel cell power supply system according to any one of claims 1 to 3, characterized in that controlling the amount of hydrogen supplied to the fuel cell .

The surplus power consumption means consumes the surplus power when a time exceeding a predetermined set power value of the surplus power detected by the surplus power detection means exceeds a predetermined set waiting time. The fuel cell power supply system according to any one of claims 1 to 4.

When the average value of the surplus power detected by the surplus power detection means at a predetermined setting time exceeds a predetermined set surplus average power amount, the surplus power consumption means consumes the surplus power amount. The fuel cell power feeding system according to any one of claims 1 to 4, wherein

While the surplus power amount detected by the surplus power detection means is consumed by the surplus power consumption means for a certain period of time, the surplus power detection means still detects the surplus power amount after the certain time has elapsed. The fuel cell power feeding system according to any one of claims 1 to 6, wherein the fuel cell power supply system is configured to increase an amount of power consumed by the surplus power consumption means.

4. The fuel cell power supply system according to claim 3 , wherein the current amount of the constant voltage means is controlled in correspondence with the amount of charging power detected by the charging power detection means.

Wherein in response to the charging power amount detected by the charging electric power detector, according to claim 1 or claim 8 fuel cell power supply system, wherein the controlling the amount of hydrogen supplied to the fuel cell.

When the time exceeding the predetermined set power value of the charging power amount detected by the charging power detection means exceeds a predetermined setting waiting time, corresponding to the charging power amount detected by the charging power detection means, 4. The fuel cell power supply system according to claim 3, wherein the current amount of the constant voltage means and the amount of hydrogen supplied to the fuel cell are controlled.

When the average value of the charging power amount detected by the charging power detection unit in a predetermined setting time exceeds a predetermined setting charging power amount, corresponding to the charging power amount detected by the charging power detection unit, 4. The fuel cell power supply system according to claim 3, wherein the current amount of the constant voltage means and the amount of hydrogen supplied to the fuel cell are controlled.