JP2000357526A - 燃料電池発電装置およびそのセルスタックの劣化診断方法 - Google Patents
燃料電池発電装置およびそのセルスタックの劣化診断方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発電中に、セルスタックの劣化診断を行うこ
とができ、また、セルスタックの取り替え時期の判定を
行うことができる燃料電池発電装置およびそのセルスタ
ックの劣化診断方法を提供する。 【解決手段】 電圧電流特性測定手段と、近似式導出手
段と、最大セルスタック電流演算手段と、電流余裕値演
算手段と、セルスタック電流劣化診断手段と、セルスタ
ック電流寿命診断手段を設置して、燃料電池発電装置を
構成する。また、セルスタック電圧とセルスタック電流
の関係を測定するステップと、近似式を求めるステップ
と、最大セルスタック電流を求めるステップと、セルス
タック電流余裕値を求めるステップと、セルスタックの
劣化診断を行うステップと、セルスタックの取り替え時
期を判定するステップとを有して、燃料電池発電装置の
セルスタックの劣化診断方法を構成する。
とができ、また、セルスタックの取り替え時期の判定を
行うことができる燃料電池発電装置およびそのセルスタ
ックの劣化診断方法を提供する。 【解決手段】 電圧電流特性測定手段と、近似式導出手
段と、最大セルスタック電流演算手段と、電流余裕値演
算手段と、セルスタック電流劣化診断手段と、セルスタ
ック電流寿命診断手段を設置して、燃料電池発電装置を
構成する。また、セルスタック電圧とセルスタック電流
の関係を測定するステップと、近似式を求めるステップ
と、最大セルスタック電流を求めるステップと、セルス
タック電流余裕値を求めるステップと、セルスタックの
劣化診断を行うステップと、セルスタックの取り替え時
期を判定するステップとを有して、燃料電池発電装置の
セルスタックの劣化診断方法を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素等の燃料及び
酸素、空気等の酸化剤を用いて発電する燃料電池発電装
置およびそのセルスタックの劣化診断方法において、燃
料電池発電装置を停止させることなく、その場でセルス
タックの劣化状態を診断し、セルスタックの取り替え時
期の判定を行うことが可能な燃料電池発電装置およびそ
のセルスタックの劣化診断方法に関するものである。
酸素、空気等の酸化剤を用いて発電する燃料電池発電装
置およびそのセルスタックの劣化診断方法において、燃
料電池発電装置を停止させることなく、その場でセルス
タックの劣化状態を診断し、セルスタックの取り替え時
期の判定を行うことが可能な燃料電池発電装置およびそ
のセルスタックの劣化診断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４に燃料電池発電装置の従来例とし
て、特願平９−３４５１３３号「燃料電池発電装置及び
燃料電池劣化診断方法」で示した都市ガスを燃料とした
リン酸型燃料電池発電装置の構成を示す。本燃料電池発
電装置の主な構成要素は、燃料電池発電装置本体部を構
成する改質装置２、セルスタック５、電力変換装置１０
と、電圧電流特性測定手段１３、近似式導出手段１４、
最大セルスタック電力演算手段１９、セルスタック電力
余裕値演算手段２０、セルスタック電力劣化診断手段２
１、セルスタック電力寿命診断手段２２である。
て、特願平９−３４５１３３号「燃料電池発電装置及び
燃料電池劣化診断方法」で示した都市ガスを燃料とした
リン酸型燃料電池発電装置の構成を示す。本燃料電池発
電装置の主な構成要素は、燃料電池発電装置本体部を構
成する改質装置２、セルスタック５、電力変換装置１０
と、電圧電流特性測定手段１３、近似式導出手段１４、
最大セルスタック電力演算手段１９、セルスタック電力
余裕値演算手段２０、セルスタック電力劣化診断手段２
１、セルスタック電力寿命診断手段２２である。
【０００３】以下に図４を用いて、この従来の燃料電池
発電装置の作用について説明する。従来の燃料電池発電
装置では、都市ガス等の燃料１を改質装置２で水素３に
変換し、所定量の水素３がセルスタック５に供給され
る。なお、図中の１２は水蒸気である。セルスタック５
では水素３と酸化剤４の化学反応により電気エネルギー
９を出力する。セルスタック５は水素３と酸化剤４とを
反応させて発電を行うための電解質７と、この電解質７
を挟んだ燃料極６と酸化剤極８とからなるセルを積層し
てなるものである。セルスタック５から出力された電気
エネルギー９は、電力変換装置１０に入力され、適度な
電圧に変換されて負荷１１に供給される。
発電装置の作用について説明する。従来の燃料電池発電
装置では、都市ガス等の燃料１を改質装置２で水素３に
変換し、所定量の水素３がセルスタック５に供給され
る。なお、図中の１２は水蒸気である。セルスタック５
では水素３と酸化剤４の化学反応により電気エネルギー
９を出力する。セルスタック５は水素３と酸化剤４とを
反応させて発電を行うための電解質７と、この電解質７
を挟んだ燃料極６と酸化剤極８とからなるセルを積層し
てなるものである。セルスタック５から出力された電気
エネルギー９は、電力変換装置１０に入力され、適度な
電圧に変換されて負荷１１に供給される。
【０００４】そして、電圧電流特性測定手段１３では、
負荷を制御することによってセルスタック電流を変化さ
せてセルスタック電圧とセルスタック電流の関係を測定
する。電圧電流特性測定手段１３で測定したセルスタッ
ク電流とセルスタック電圧の関係は近似式導出手段１４
に出力される。近似式導出手段１４では、入力されたセ
ルスタック電流とセルスタック電圧の関係から１次近似
式を求める。近似式導出手段１４でセルスタック電流と
セルスタック電圧の関係から求められた１次近似式は、
最大セルスタック電力演算手段１９に送られる。
負荷を制御することによってセルスタック電流を変化さ
せてセルスタック電圧とセルスタック電流の関係を測定
する。電圧電流特性測定手段１３で測定したセルスタッ
ク電流とセルスタック電圧の関係は近似式導出手段１４
に出力される。近似式導出手段１４では、入力されたセ
ルスタック電流とセルスタック電圧の関係から１次近似
式を求める。近似式導出手段１４でセルスタック電流と
セルスタック電圧の関係から求められた１次近似式は、
最大セルスタック電力演算手段１９に送られる。
【０００５】最大セルスタック電力演算手段１９では、
セルスタック電流とセルスタック電圧の関係の近似式か
らセルスタックの最大セルスタック電力を求める。最大
セルスタック電力演算手段１９で求められた最大セルス
タック電力はセルスタック電力余裕値演算手段２０に送
られる。セルスタック電力余裕値演算手段２０では、最
大セルスタック電力とあらかじめ決められた基準セルス
タック電力との差であるセルスタック電力余裕値を求め
る。セルスタック電力余裕値演算手段２０で求められた
セルスタック電力余裕値はセルスタック電力劣化診断手
段２１に送られる。
セルスタック電流とセルスタック電圧の関係の近似式か
らセルスタックの最大セルスタック電力を求める。最大
セルスタック電力演算手段１９で求められた最大セルス
タック電力はセルスタック電力余裕値演算手段２０に送
られる。セルスタック電力余裕値演算手段２０では、最
大セルスタック電力とあらかじめ決められた基準セルス
タック電力との差であるセルスタック電力余裕値を求め
る。セルスタック電力余裕値演算手段２０で求められた
セルスタック電力余裕値はセルスタック電力劣化診断手
段２１に送られる。
【０００６】セルスタック電力劣化診断手段２１では、
セルスタック電力余裕値をあらかじめ決められた判定値
と比較することにより劣化診断を行う。セルスタック電
力余裕値演算手段２０で求められたセルスタック電力余
裕値はセルスタック電力寿命診断手段２２にも送られ
る。セルスタック電力寿命診断手段２２では、セルスタ
ック電力余裕値演算手段２０で求められたセルスタック
電力余裕値と発電時間の関係からセルスタック電力余裕
値の減少速度を求め、セルスタック電力余裕値がゼロあ
るいはあらかじめ決められた値になるまでの期間を計算
することによって、セルスタックの取り替え時期を判定
する寿命診断を行う。
セルスタック電力余裕値をあらかじめ決められた判定値
と比較することにより劣化診断を行う。セルスタック電
力余裕値演算手段２０で求められたセルスタック電力余
裕値はセルスタック電力寿命診断手段２２にも送られ
る。セルスタック電力寿命診断手段２２では、セルスタ
ック電力余裕値演算手段２０で求められたセルスタック
電力余裕値と発電時間の関係からセルスタック電力余裕
値の減少速度を求め、セルスタック電力余裕値がゼロあ
るいはあらかじめ決められた値になるまでの期間を計算
することによって、セルスタックの取り替え時期を判定
する寿命診断を行う。
【０００７】セルスタック電圧及びセルスタック電力と
発電時間の関係を図５に示す。発電時間の経過とともに
セルスタックの劣化が起こりセルスタック電圧が低下
（Ｖin t →Ｖ1 ）すると、セルスタック電流とセルスタ
ック電圧の関係の近似式から求める最大セルスタック電
力も減少（Ｐint-max →Ｐ1-max ）する。セルスタック
電力劣化診断手段では、最大セルスタック電力（Ｐ
1-max ）とあらかじめ決められた基準セルスタック電力
（Ｐr ）との差であるセルスタック電力余裕値（ΔＰ）
をゼロあるいはあらかじめ決められた値と比較すること
により劣化診断を行うとともに、セルスタック電力寿命
診断手段では、最大セルスタック電力（Ｐ1-ma x ）とあ
らかじめ決められた基準セルスタック電力（Ｐr ）との
差であるセルスタック電力余裕値（ΔＰ）との発電時間
との関係から、セルスタック電力余裕値（ΔＰ）の減少
速度を求め、セルスタック電力余裕値（ΔＰ）がゼロあ
るいはあらかじめ決められた値になるまでの期間を計算
することによって、セルスタックの取り替え時期を判定
する寿命診断を行っていた。
発電時間の関係を図５に示す。発電時間の経過とともに
セルスタックの劣化が起こりセルスタック電圧が低下
（Ｖin t →Ｖ1 ）すると、セルスタック電流とセルスタ
ック電圧の関係の近似式から求める最大セルスタック電
力も減少（Ｐint-max →Ｐ1-max ）する。セルスタック
電力劣化診断手段では、最大セルスタック電力（Ｐ
1-max ）とあらかじめ決められた基準セルスタック電力
（Ｐr ）との差であるセルスタック電力余裕値（ΔＰ）
をゼロあるいはあらかじめ決められた値と比較すること
により劣化診断を行うとともに、セルスタック電力寿命
診断手段では、最大セルスタック電力（Ｐ1-ma x ）とあ
らかじめ決められた基準セルスタック電力（Ｐr ）との
差であるセルスタック電力余裕値（ΔＰ）との発電時間
との関係から、セルスタック電力余裕値（ΔＰ）の減少
速度を求め、セルスタック電力余裕値（ΔＰ）がゼロあ
るいはあらかじめ決められた値になるまでの期間を計算
することによって、セルスタックの取り替え時期を判定
する寿命診断を行っていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、燃料電池発電
装置では、発電時間の経過とともにセルスタック電圧は
低下する。このため、燃料電池発電装置の運転状況によ
り、最大セルスタック電力とあらかじめ決められた基準
セルスタック電力との差であるセルスタック電力余裕値
がゼロあるいはあらかじめ決められた値になる前に、セ
ルスタック電圧があらかじめ決められた下限セルスタッ
ク電圧になる場合、電力変換装置の入力電圧が低下し、
電力変換装置の動作が安定に動作しなくなり、突然、燃
料電池発電装置が停止する。このため、燃料電池発電装
置の発電が突然停止するので、予備発電装置等の準備が
できず安定な電力供給ができないという問題があった。
装置では、発電時間の経過とともにセルスタック電圧は
低下する。このため、燃料電池発電装置の運転状況によ
り、最大セルスタック電力とあらかじめ決められた基準
セルスタック電力との差であるセルスタック電力余裕値
がゼロあるいはあらかじめ決められた値になる前に、セ
ルスタック電圧があらかじめ決められた下限セルスタッ
ク電圧になる場合、電力変換装置の入力電圧が低下し、
電力変換装置の動作が安定に動作しなくなり、突然、燃
料電池発電装置が停止する。このため、燃料電池発電装
置の発電が突然停止するので、予備発電装置等の準備が
できず安定な電力供給ができないという問題があった。
【０００９】従って本発明の目的は、セルスタックが劣
化し、最大セルスタック電力とあらかじめ決められた基
準セルスタック電力との差であるセルスタック電力余裕
値がゼロあるいはあらかじめ決められた値になる前に、
セルスタック電圧があらかじめ決められた下限セルスタ
ック電圧になると、電力変換装置の入力電圧が低下し、
電力変換装置の動作が安定に動作しなくなり、突然、燃
料電池発電装置が停止するという問題点を解決し、発電
中に、セルスタックの劣化診断を行うことができ、ま
た、セルスタックの取り替え時期の判定を行うことがで
きる燃料電池発電装置およびそのセルスタックの劣化診
断方法を提供することにある。
化し、最大セルスタック電力とあらかじめ決められた基
準セルスタック電力との差であるセルスタック電力余裕
値がゼロあるいはあらかじめ決められた値になる前に、
セルスタック電圧があらかじめ決められた下限セルスタ
ック電圧になると、電力変換装置の入力電圧が低下し、
電力変換装置の動作が安定に動作しなくなり、突然、燃
料電池発電装置が停止するという問題点を解決し、発電
中に、セルスタックの劣化診断を行うことができ、ま
た、セルスタックの取り替え時期の判定を行うことがで
きる燃料電池発電装置およびそのセルスタックの劣化診
断方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する第１
発明の燃料電池発電装置は、燃料と酸化剤とを反応させ
て発電を行うための電解質と、この電解質を挟んだ燃料
極と酸化剤極とからなるセルを積層したセルスタックを
有する燃料電池発電装置において、負荷を制御すること
によってセルスタック電流を変化させセルスタック電圧
とセルスタック電流の関係を測定する電圧電流特性測定
手段と、前記電圧電流特性測定手段で測定したセルスタ
ック電流とセルスタック電圧の関係からセルスタック電
流とセルスタック電圧の関係の近似式を求める近似式導
出手段と、前記セルスタック電流とセルスタック電圧の
関係の近似式からあらかじめ決められた下限セルスタッ
ク電圧におけるセルスタック電流である最大セルスタッ
ク電流を求める最大セルスタック電流演算手段と、前記
最大セルスタック電流とあらかじめ決められた出力時の
セルスタック電流との差であるセルスタック電流余裕値
を求めるセルスタック電流余裕値演算手段と、前記セル
スタック電流余裕値をあらかじめ決められた判定値と比
較することによりセルスタックの劣化診断を行うセルス
タック電流劣化診断手段とを有することを特徴とする。
発明の燃料電池発電装置は、燃料と酸化剤とを反応させ
て発電を行うための電解質と、この電解質を挟んだ燃料
極と酸化剤極とからなるセルを積層したセルスタックを
有する燃料電池発電装置において、負荷を制御すること
によってセルスタック電流を変化させセルスタック電圧
とセルスタック電流の関係を測定する電圧電流特性測定
手段と、前記電圧電流特性測定手段で測定したセルスタ
ック電流とセルスタック電圧の関係からセルスタック電
流とセルスタック電圧の関係の近似式を求める近似式導
出手段と、前記セルスタック電流とセルスタック電圧の
関係の近似式からあらかじめ決められた下限セルスタッ
ク電圧におけるセルスタック電流である最大セルスタッ
ク電流を求める最大セルスタック電流演算手段と、前記
最大セルスタック電流とあらかじめ決められた出力時の
セルスタック電流との差であるセルスタック電流余裕値
を求めるセルスタック電流余裕値演算手段と、前記セル
スタック電流余裕値をあらかじめ決められた判定値と比
較することによりセルスタックの劣化診断を行うセルス
タック電流劣化診断手段とを有することを特徴とする。
【００１１】また、第２発明の燃料電池発電装置は、第
１発明の燃料電池発電装置において、前記セルスタック
電流とセルスタック電圧の関係の近似式が１次であるこ
とを特徴とする。
１発明の燃料電池発電装置において、前記セルスタック
電流とセルスタック電圧の関係の近似式が１次であるこ
とを特徴とする。
【００１２】また、第３発明の燃料電池発電装置は、第
１又は第２発明の燃料電池発電装置において、最大セル
スタック電流とあらかじめ決められた出力時のセルスタ
ック電流との差であるセルスタック電流余裕値と発電時
間との関係から、前記セルスタック電流余裕値の減少速
度を求め、前記セルスタック電流余裕値がゼロあるいは
あらかじめ決められた値になるまでの期間を計算するこ
とによって、セルスタックの取り替え時期を判定するセ
ルスタック電流寿命診断手段を有することを特徴とす
る。
１又は第２発明の燃料電池発電装置において、最大セル
スタック電流とあらかじめ決められた出力時のセルスタ
ック電流との差であるセルスタック電流余裕値と発電時
間との関係から、前記セルスタック電流余裕値の減少速
度を求め、前記セルスタック電流余裕値がゼロあるいは
あらかじめ決められた値になるまでの期間を計算するこ
とによって、セルスタックの取り替え時期を判定するセ
ルスタック電流寿命診断手段を有することを特徴とす
る。
【００１３】上記のように、本発明の燃料電池発電装置
と従来の技術とは、セルスタック電流とセルスタック電
圧の関係の近似式からあらかじめ決められた下限セルス
タック電圧におけるセルスタック電流である最大セルス
タック電流を求める最大セルスタック電流演算手段と、
最大セルスタック電流とあらかじめ決められた出力時の
セルスタック電流との差であるセルスタック電流余裕値
を求めるセルスタック電流余裕値演算手段と、セルスタ
ック電流余裕値をあらかじめ決められた判定値と比較す
ることによりセルスタックの劣化診断を行うセルスタッ
ク電流劣化診断手段と、最大セルスタック電流とあらか
じめ決められた出力時のセルスタック電流との差である
セルスタック電流余裕値と発電時間との関係から、セル
スタック電流余裕値の減少速度を求め、セルスタック電
流余裕値がゼロあるいはあらかじめ決められた値になる
までの期間を計算することによって、セルスタックの取
り替え時期を判定するセルスタック電流寿命診断手段と
を設け、セルスタックの劣化診断および寿命診断を行う
点が異なる。
と従来の技術とは、セルスタック電流とセルスタック電
圧の関係の近似式からあらかじめ決められた下限セルス
タック電圧におけるセルスタック電流である最大セルス
タック電流を求める最大セルスタック電流演算手段と、
最大セルスタック電流とあらかじめ決められた出力時の
セルスタック電流との差であるセルスタック電流余裕値
を求めるセルスタック電流余裕値演算手段と、セルスタ
ック電流余裕値をあらかじめ決められた判定値と比較す
ることによりセルスタックの劣化診断を行うセルスタッ
ク電流劣化診断手段と、最大セルスタック電流とあらか
じめ決められた出力時のセルスタック電流との差である
セルスタック電流余裕値と発電時間との関係から、セル
スタック電流余裕値の減少速度を求め、セルスタック電
流余裕値がゼロあるいはあらかじめ決められた値になる
までの期間を計算することによって、セルスタックの取
り替え時期を判定するセルスタック電流寿命診断手段と
を設け、セルスタックの劣化診断および寿命診断を行う
点が異なる。
【００１４】また、第４発明の燃料電池発電装置のセル
スタックの劣化診断方法は、燃料と酸化剤とを反応させ
て発電を行うための電解質と、この電解質を挟んだ燃料
極と酸化剤極とからなるセルを積層したセルスタックを
有する燃料電池発電装置のセルスタックの劣化診断方法
において、負荷を制御することによってセルスタック電
流を変化させセルスタック電圧とセルスタック電流の関
係を測定するステップと、前記セルスタック電圧とセル
スタック電流の関係からセルスタック電流とセルスタッ
ク電圧の関係の近似式を求めるステップと、前記セルス
タック電流とセルスタック電圧の関係の近似式からあら
かじめ決められた下限セルスタック電圧におけるセルス
タック電流である最大セルスタック電流を求めるステッ
プと、前記最大セルスタック電流とあらかじめ決められ
た出力時のセルスタック電流との差であるセルスタック
電流余裕値を求めるステップと、前記セルスタック電流
余裕値をあらかじめ決められた判定値と比較することに
よりセルスタックの劣化診断を行うステップとを有する
ことを特徴とする。
スタックの劣化診断方法は、燃料と酸化剤とを反応させ
て発電を行うための電解質と、この電解質を挟んだ燃料
極と酸化剤極とからなるセルを積層したセルスタックを
有する燃料電池発電装置のセルスタックの劣化診断方法
において、負荷を制御することによってセルスタック電
流を変化させセルスタック電圧とセルスタック電流の関
係を測定するステップと、前記セルスタック電圧とセル
スタック電流の関係からセルスタック電流とセルスタッ
ク電圧の関係の近似式を求めるステップと、前記セルス
タック電流とセルスタック電圧の関係の近似式からあら
かじめ決められた下限セルスタック電圧におけるセルス
タック電流である最大セルスタック電流を求めるステッ
プと、前記最大セルスタック電流とあらかじめ決められ
た出力時のセルスタック電流との差であるセルスタック
電流余裕値を求めるステップと、前記セルスタック電流
余裕値をあらかじめ決められた判定値と比較することに
よりセルスタックの劣化診断を行うステップとを有する
ことを特徴とする。
【００１５】また、第５発明の燃料電池発電装置のセル
スタックの劣化診断方法は、第４発明の燃料電池発電装
置のセルスタックの劣化診断方法において、前記セルス
タック電流とセルスタック電圧の関係の近似式が１次で
あることを特徴とする。
スタックの劣化診断方法は、第４発明の燃料電池発電装
置のセルスタックの劣化診断方法において、前記セルス
タック電流とセルスタック電圧の関係の近似式が１次で
あることを特徴とする。
【００１６】また、第６発明の燃料電池発電装置のセル
スタックの劣化診断方法は、第４又は第５発明の燃料電
池発電装置のセルスタックの劣化診断方法において、最
大セルスタック電流とあらかじめ決められた出力時のセ
ルスタック電流との差であるセルスタック電流余裕値と
発電時間との関係から、前記セルスタック電流余裕値の
減少速度を求め、前記セルスタック電流余裕値がゼロあ
るいはあらかじめ決められた値になるまでの期間を計算
することによって、セルスタックの取り替え時期を判定
するステップを有することを特徴とする。
スタックの劣化診断方法は、第４又は第５発明の燃料電
池発電装置のセルスタックの劣化診断方法において、最
大セルスタック電流とあらかじめ決められた出力時のセ
ルスタック電流との差であるセルスタック電流余裕値と
発電時間との関係から、前記セルスタック電流余裕値の
減少速度を求め、前記セルスタック電流余裕値がゼロあ
るいはあらかじめ決められた値になるまでの期間を計算
することによって、セルスタックの取り替え時期を判定
するステップを有することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態
例を説明する図であって、図４と同一のものには同一符
号で表し、これらのものについてはその説明を省略す
る。
に基づき詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態
例を説明する図であって、図４と同一のものには同一符
号で表し、これらのものについてはその説明を省略す
る。
【００１８】図１に示すように、本実施の形態に係る燃
料電池発電装置は、図４に示した従来例とは、セルスタ
ック電流とセルスタック電圧の関係の近似式からあらか
じめ決められた下限セルスタック電圧におけるセルスタ
ック電流である最大セルスタック電流を求める最大セル
スタック電流演算手段１５と、最大セルスタック電流と
あらかじめ決められた出力時のセルスタック電流との差
であるセルスタック電流余裕値を求めるセルスタック電
流余裕値演算手段１６と、セルスタック電流余裕値をあ
らかじめ決められた判定値と比較することによりセルス
タックの劣化診断を行うセルスタック電流劣化診断手段
１７と、最大セルスタック電流とあらかじめ決められた
出力時のセルスタック電流との差であるセルスタック電
流余裕値と発電時間との関係から、セルスタック電流余
裕値の減少速度を求め、セルスタック電流余裕値がゼロ
あるいはあらかじめ決められた値になるまでの期間を計
算することによって、セルスタックの取り替え時期を判
定するセルスタック電流寿命診断手段１８とを新たに設
けた点が異なる。
料電池発電装置は、図４に示した従来例とは、セルスタ
ック電流とセルスタック電圧の関係の近似式からあらか
じめ決められた下限セルスタック電圧におけるセルスタ
ック電流である最大セルスタック電流を求める最大セル
スタック電流演算手段１５と、最大セルスタック電流と
あらかじめ決められた出力時のセルスタック電流との差
であるセルスタック電流余裕値を求めるセルスタック電
流余裕値演算手段１６と、セルスタック電流余裕値をあ
らかじめ決められた判定値と比較することによりセルス
タックの劣化診断を行うセルスタック電流劣化診断手段
１７と、最大セルスタック電流とあらかじめ決められた
出力時のセルスタック電流との差であるセルスタック電
流余裕値と発電時間との関係から、セルスタック電流余
裕値の減少速度を求め、セルスタック電流余裕値がゼロ
あるいはあらかじめ決められた値になるまでの期間を計
算することによって、セルスタックの取り替え時期を判
定するセルスタック電流寿命診断手段１８とを新たに設
けた点が異なる。
【００１９】次に、図１を用いて本実施の形態例の作用
を説明する。電圧電流特性測定手段１３では、負荷を制
御することによってセルスタック電流を変化させてセル
スタック電圧とセルスタック電流の関係を測定する。電
圧電流特性測定手段１３で測定したセルスタック電流と
セルスタック電圧の関係は近似式導出手段１４に出力さ
れる。近似式導出手段１４では、入力されたセルスタッ
ク電流とセルスタック電圧の関係から１次近似式を求め
る。近似式導出手段１４でセルスタック電流とセルスタ
ック電圧の関係から求められた１次近似式は、最大セル
スタック電流演算手段１５に送られる。
を説明する。電圧電流特性測定手段１３では、負荷を制
御することによってセルスタック電流を変化させてセル
スタック電圧とセルスタック電流の関係を測定する。電
圧電流特性測定手段１３で測定したセルスタック電流と
セルスタック電圧の関係は近似式導出手段１４に出力さ
れる。近似式導出手段１４では、入力されたセルスタッ
ク電流とセルスタック電圧の関係から１次近似式を求め
る。近似式導出手段１４でセルスタック電流とセルスタ
ック電圧の関係から求められた１次近似式は、最大セル
スタック電流演算手段１５に送られる。
【００２０】最大セルスタック電流演算手段１５では、
セルスタック電流とセルスタック電圧の関係の近似式か
らあらかじめ決められた下限セルスタック電圧における
セルスタック電流である最大セルスタック電流を求め
る。最大セルスタック電流演算手段１５で求められた最
大セルスタック電流はセルスタック電流余裕値演算手段
１６に送られる。セルスタック電流余裕値演算手段１６
では、最大セルスタック電流とあらかじめ決められた出
力時のセルスタック電流との差であるセルスタック電流
余裕値を求める。
セルスタック電流とセルスタック電圧の関係の近似式か
らあらかじめ決められた下限セルスタック電圧における
セルスタック電流である最大セルスタック電流を求め
る。最大セルスタック電流演算手段１５で求められた最
大セルスタック電流はセルスタック電流余裕値演算手段
１６に送られる。セルスタック電流余裕値演算手段１６
では、最大セルスタック電流とあらかじめ決められた出
力時のセルスタック電流との差であるセルスタック電流
余裕値を求める。
【００２１】図２はある発電時間におけるセルスタック
の出力電圧電流特性の一例を示している。図４におい
て、ある時点でのあらかじめ決められた所定の出力にお
けるセルスタック電圧をＶｌ、セルスタック電流をＩｌ
とすると、セルスタック電圧とセルスタック電流の１次
近似式から下限セルスタック電圧Ｖlow での最大セルス
タック電流はＩmax として求められ、セルスタック電流
余裕値Ｉextra は、ＩｌとＩmax の差として求められ
る。
の出力電圧電流特性の一例を示している。図４におい
て、ある時点でのあらかじめ決められた所定の出力にお
けるセルスタック電圧をＶｌ、セルスタック電流をＩｌ
とすると、セルスタック電圧とセルスタック電流の１次
近似式から下限セルスタック電圧Ｖlow での最大セルス
タック電流はＩmax として求められ、セルスタック電流
余裕値Ｉextra は、ＩｌとＩmax の差として求められ
る。
【００２２】セルスタック電流余裕値演算手段１６で求
められたセルスタック電流余裕値は、セルスタック電流
劣化診断手段１７に送られる。セルスタック電流劣化診
断手段１７では、セルスタック電流余裕値をあらかじめ
決められた判定値と比較することにより劣化診断を行
う。
められたセルスタック電流余裕値は、セルスタック電流
劣化診断手段１７に送られる。セルスタック電流劣化診
断手段１７では、セルスタック電流余裕値をあらかじめ
決められた判定値と比較することにより劣化診断を行
う。
【００２３】セルスタック電流余裕値演算手段１６で求
められたセルスタック電流余裕値はセルスタック電流寿
命診断手段１８にも送られる。セルスタック電流寿命診
断手段１８では、セルスタック電流余裕値演算手段１６
で求められたセルスタック電流余裕値と発電時間の関係
からセルスタック電流余裕値の減少速度を求め、セルス
タック電流余裕値がゼロあるいはあらかじめ決められた
値になるまでの期間を計算することによって、セルスタ
ックの取り替え時期を判定する寿命診断を行う。
められたセルスタック電流余裕値はセルスタック電流寿
命診断手段１８にも送られる。セルスタック電流寿命診
断手段１８では、セルスタック電流余裕値演算手段１６
で求められたセルスタック電流余裕値と発電時間の関係
からセルスタック電流余裕値の減少速度を求め、セルス
タック電流余裕値がゼロあるいはあらかじめ決められた
値になるまでの期間を計算することによって、セルスタ
ックの取り替え時期を判定する寿命診断を行う。
【００２４】図３はセルスタック電流余裕値と発電時間
の関係の一例を示す。図５において、ある時点での発電
時間をＴｌをすると、セルスタック電流余裕値と発電時
間の関係から求めたセルスタック電流余裕値の減少速度
を用いてセルスタック電流余裕値がゼロになる発電時間
Ｔlifeが求められ、また、セルスタック残寿命ΔＴlife
はＴlifeとＴｌとの差として求められる。
の関係の一例を示す。図５において、ある時点での発電
時間をＴｌをすると、セルスタック電流余裕値と発電時
間の関係から求めたセルスタック電流余裕値の減少速度
を用いてセルスタック電流余裕値がゼロになる発電時間
Ｔlifeが求められ、また、セルスタック残寿命ΔＴlife
はＴlifeとＴｌとの差として求められる。
【００２５】従って、本実施の形態によれば、最大セル
スタック電流演算手段１５、セルスタック電流余裕値演
算手段１６、セルスタック電流劣化診断手段１７、セル
スタック電流寿命診断手段１８を設置し、発電中に、セ
ルスタックの劣化診断と取り替え時期の判定を行うの
で、セルスタックが劣化し、最大セルスタック電力とあ
らかじめ決められた基準セルスタック電力との差である
セルスタック電力余裕値がゼロあるいはあらかじめ決め
られた値になるより前に、セルスタック電圧があらかじ
め決められた下限セルスタック電圧になり、電力変換装
置の入力電圧が低下し、電力変換装置の動作が安定に動
作しなくなり、突然、燃料電池発電装置が停止する以前
に、セルスタックの劣化を知ることができ、また、セル
スタック取り替えが必要な時期をあらかじめ知ることが
できる。これにより、予備発電装置等の準備が可能とな
り、安定な電力供給が可能となる効果がある。
スタック電流演算手段１５、セルスタック電流余裕値演
算手段１６、セルスタック電流劣化診断手段１７、セル
スタック電流寿命診断手段１８を設置し、発電中に、セ
ルスタックの劣化診断と取り替え時期の判定を行うの
で、セルスタックが劣化し、最大セルスタック電力とあ
らかじめ決められた基準セルスタック電力との差である
セルスタック電力余裕値がゼロあるいはあらかじめ決め
られた値になるより前に、セルスタック電圧があらかじ
め決められた下限セルスタック電圧になり、電力変換装
置の入力電圧が低下し、電力変換装置の動作が安定に動
作しなくなり、突然、燃料電池発電装置が停止する以前
に、セルスタックの劣化を知ることができ、また、セル
スタック取り替えが必要な時期をあらかじめ知ることが
できる。これにより、予備発電装置等の準備が可能とな
り、安定な電力供給が可能となる効果がある。
【００２６】
【発明の効果】以上、発明の実施の形態とともに具体的
に説明したように、本発明の燃料電池発電装置では、負
荷を制御することによってセルスタック電流を変化させ
セルスタック電圧とセルスタック電流の関係を測定する
電圧電流特性測定手段と、前記電圧電流特性測定手段で
測定したセルスタック電流とセルスタック電圧の関係か
らセルスタック電流とセルスタック電圧の関係の近似式
を求める近似式導出手段と、前記セルスタック電流とセ
ルスタック電圧の関係の近似式からあらかじめ決められ
た下限セルスタック電圧におけるセルスタック電流であ
る最大セルスタック電流を求める最大セルスタック電流
演算手段と、前記最大セルスタック電流とあらかじめ決
められた出力時のセルスタック電流との差であるセルス
タック電流余裕値を求めるセルスタック電流余裕値演算
手段と、前記セルスタック電流余裕値をあらかじめ決め
られた判定値と比較することによりセルスタックの劣化
診断を行うセルスタック電流劣化診断手段とを設置し、
また、最大セルスタック電流とあらかじめ決められた出
力時のセルスタック電流との差であるセルスタック電流
余裕値と発電時間との関係から、前記セルスタック電流
余裕値の減少速度を求め、前記セルスタック電流余裕値
がゼロあるいはあらかじめ決められた値になるまでの期
間を計算することによって、セルスタックの取り替え時
期を判定するセルスタック電流寿命診断手段を設置し
て、発電中に、セルスタックの劣化診断を行い、また、
セルスタックの取り替え時期の判定を行う。
に説明したように、本発明の燃料電池発電装置では、負
荷を制御することによってセルスタック電流を変化させ
セルスタック電圧とセルスタック電流の関係を測定する
電圧電流特性測定手段と、前記電圧電流特性測定手段で
測定したセルスタック電流とセルスタック電圧の関係か
らセルスタック電流とセルスタック電圧の関係の近似式
を求める近似式導出手段と、前記セルスタック電流とセ
ルスタック電圧の関係の近似式からあらかじめ決められ
た下限セルスタック電圧におけるセルスタック電流であ
る最大セルスタック電流を求める最大セルスタック電流
演算手段と、前記最大セルスタック電流とあらかじめ決
められた出力時のセルスタック電流との差であるセルス
タック電流余裕値を求めるセルスタック電流余裕値演算
手段と、前記セルスタック電流余裕値をあらかじめ決め
られた判定値と比較することによりセルスタックの劣化
診断を行うセルスタック電流劣化診断手段とを設置し、
また、最大セルスタック電流とあらかじめ決められた出
力時のセルスタック電流との差であるセルスタック電流
余裕値と発電時間との関係から、前記セルスタック電流
余裕値の減少速度を求め、前記セルスタック電流余裕値
がゼロあるいはあらかじめ決められた値になるまでの期
間を計算することによって、セルスタックの取り替え時
期を判定するセルスタック電流寿命診断手段を設置し
て、発電中に、セルスタックの劣化診断を行い、また、
セルスタックの取り替え時期の判定を行う。
【００２７】また、本発明の燃料電池発電装置のセルス
タックの劣化診断方法では、負荷を制御することによっ
てセルスタック電流を変化させセルスタック電圧とセル
スタック電流の関係を測定するステップと、前記セルス
タック電圧とセルスタック電流の関係からセルスタック
電流とセルスタック電圧の関係の近似式を求めるステッ
プと、前記セルスタック電流とセルスタック電圧の関係
の近似式からあらかじめ決められた下限セルスタック電
圧におけるセルスタック電流である最大セルスタック電
流を求めるステップと、前記最大セルスタック電流とあ
らかじめ決められた出力時のセルスタック電流との差で
あるセルスタック電流余裕値を求めるステップと、前記
セルスタック電流余裕値をあらかじめ決められた判定値
と比較することによりセルスタックの劣化診断を行うス
テップとを有し、また、最大セルスタック電流とあらか
じめ決められた出力時のセルスタック電流との差である
セルスタック電流余裕値と発電時間との関係から、前記
セルスタック電流余裕値の減少速度を求め、前記セルス
タック電流余裕値がゼロあるいはあらかじめ決められた
値になるまでの期間を計算することによって、セルスタ
ックの取り替え時期を判定するステップを有して、発電
中に、セルスタックの劣化診断を行い、また、セルスタ
ックの取り替え時期の判定を行う。
タックの劣化診断方法では、負荷を制御することによっ
てセルスタック電流を変化させセルスタック電圧とセル
スタック電流の関係を測定するステップと、前記セルス
タック電圧とセルスタック電流の関係からセルスタック
電流とセルスタック電圧の関係の近似式を求めるステッ
プと、前記セルスタック電流とセルスタック電圧の関係
の近似式からあらかじめ決められた下限セルスタック電
圧におけるセルスタック電流である最大セルスタック電
流を求めるステップと、前記最大セルスタック電流とあ
らかじめ決められた出力時のセルスタック電流との差で
あるセルスタック電流余裕値を求めるステップと、前記
セルスタック電流余裕値をあらかじめ決められた判定値
と比較することによりセルスタックの劣化診断を行うス
テップとを有し、また、最大セルスタック電流とあらか
じめ決められた出力時のセルスタック電流との差である
セルスタック電流余裕値と発電時間との関係から、前記
セルスタック電流余裕値の減少速度を求め、前記セルス
タック電流余裕値がゼロあるいはあらかじめ決められた
値になるまでの期間を計算することによって、セルスタ
ックの取り替え時期を判定するステップを有して、発電
中に、セルスタックの劣化診断を行い、また、セルスタ
ックの取り替え時期の判定を行う。
【００２８】従って、本発明の燃料電池発電装置および
そのセルスタックの劣化診断方法によれば、セルスタッ
クが劣化し、最大セルスタック電力とあらかじめ決めら
れた基準セルスタック電力との差であるセルスタック電
力余裕値がゼロあるいはあらかじめ決められた値になる
より前に、セルスタック電圧があらかじめ決められた下
限セルスタック電圧になり、電力変換装置の入力電圧が
低下し、電力変換装置の動作が安定に動作しなくなり、
突然、燃料電池発電装置が停止する以前に、セルスタッ
クの劣化を知ることができ、また、セルスタック取り替
えが必要な時期をあらかじめ知ることができる。これに
より、予備発電装置等の準備が可能となり、安定な電力
供給が可能となる効果がある。
そのセルスタックの劣化診断方法によれば、セルスタッ
クが劣化し、最大セルスタック電力とあらかじめ決めら
れた基準セルスタック電力との差であるセルスタック電
力余裕値がゼロあるいはあらかじめ決められた値になる
より前に、セルスタック電圧があらかじめ決められた下
限セルスタック電圧になり、電力変換装置の入力電圧が
低下し、電力変換装置の動作が安定に動作しなくなり、
突然、燃料電池発電装置が停止する以前に、セルスタッ
クの劣化を知ることができ、また、セルスタック取り替
えが必要な時期をあらかじめ知ることができる。これに
より、予備発電装置等の準備が可能となり、安定な電力
供給が可能となる効果がある。
【図１】本発明の一実施の形態例を示す燃料電池発電装
置の構成図である。
置の構成図である。
【図２】本発明の効果を説明する図である。
【図３】本発明の効果を説明する図である。
【図４】従来の燃料電池発電装置の構成図である。
【図５】従来例の作用を説明する図である。
１ 燃料 ２ 改質装置 ３ 水素 ４ 酸化剤 ５ セルスタック ６ 燃料極 ７ 電解質 ８ 酸化剤極 ９ 電気エネルギー １０ 電力変換装置 １１ 負荷 １２ 水蒸気 １３ 電圧電流特性測定手段 １４ 近似式導出手段 １５ 最大セルスタック電流演算手段 １６ セルスタック電流余裕値演算手段 １７ セルスタック電流劣化診断手段 １８ セルスタック電流寿命診断手段 １９ 最大セルスタック電力演算手段 ２０ セルスタック電力余裕値演算手段 ２１ セルスタック電力劣化診断手段 ２２ セルスタック電力寿命診断手段 ３０ 燃料電池発電装置本体部
Claims (6)
- 【請求項１】 燃料と酸化剤とを反応させて発電を行う
ための電解質と、この電解質を挟んだ燃料極と酸化剤極
とからなるセルを積層したセルスタックを有する燃料電
池発電装置において、 負荷を制御することによってセルスタック電流を変化さ
せセルスタック電圧とセルスタック電流の関係を測定す
る電圧電流特性測定手段と、 前記電圧電流特性測定手段で測定したセルスタック電流
とセルスタック電圧の関係からセルスタック電流とセル
スタック電圧の関係の近似式を求める近似式導出手段
と、 前記セルスタック電流とセルスタック電圧の関係の近似
式からあらかじめ決められた下限セルスタック電圧にお
けるセルスタック電流である最大セルスタック電流を求
める最大セルスタック電流演算手段と、 前記最大セルスタック電流とあらかじめ決められた出力
時のセルスタック電流との差であるセルスタック電流余
裕値を求めるセルスタック電流余裕値演算手段と、 前記セルスタック電流余裕値をあらかじめ決められた判
定値と比較することによりセルスタックの劣化診断を行
うセルスタック電流劣化診断手段とを有することを特徴
とする燃料電池発電装置。 - 【請求項２】 前記セルスタック電流とセルスタック電
圧の関係の近似式が１次であることを特徴とする請求項
１記載の燃料電池発電装置。 - 【請求項３】 最大セルスタック電流とあらかじめ決め
られた出力時のセルスタック電流との差であるセルスタ
ック電流余裕値と発電時間との関係から、前記セルスタ
ック電流余裕値の減少速度を求め、前記セルスタック電
流余裕値がゼロあるいはあらかじめ決められた値になる
までの期間を計算することによって、セルスタックの取
り替え時期を判定するセルスタック電流寿命診断手段を
有することを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池
発電装置。 - 【請求項４】 燃料と酸化剤とを反応させて発電を行う
ための電解質と、この電解質を挟んだ燃料極と酸化剤極
とからなるセルを積層したセルスタックを有する燃料電
池発電装置のセルスタックの劣化診断方法において、 負荷を制御することによってセルスタック電流を変化さ
せセルスタック電圧とセルスタック電流の関係を測定す
るステップと、 前記セルスタック電圧とセルスタック電流の関係からセ
ルスタック電流とセルスタック電圧の関係の近似式を求
めるステップと、 前記セルスタック電流とセルスタック電圧の関係の近似
式からあらかじめ決められた下限セルスタック電圧にお
けるセルスタック電流である最大セルスタック電流を求
めるステップと、 前記最大セルスタック電流とあらかじめ決められた出力
時のセルスタック電流との差であるセルスタック電流余
裕値を求めるステップと、 前記セルスタック電流余裕値をあらかじめ決められた判
定値と比較することによりセルスタックの劣化診断を行
うステップとを有することを特徴とする燃料電池発電装
置のセルスタックの劣化診断方法。 - 【請求項５】 前記セルスタック電流とセルスタック電
圧の関係の近似式が１次であることを特徴とする請求項
４記載の燃料電池発電装置のセルスタックの劣化診断方
法。 - 【請求項６】 最大セルスタック電流とあらかじめ決め
られた出力時のセルスタック電流との差であるセルスタ
ック電流余裕値と発電時間との関係から、前記セルスタ
ック電流余裕値の減少速度を求め、前記セルスタック電
流余裕値がゼロあるいはあらかじめ決められた値になる
までの期間を計算することによって、セルスタックの取
り替え時期を判定するステップを有することを特徴とす
る請求項４又は５記載の燃料電池発電装置のセルスタッ
クの劣化診断方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11168108A JP2000357526A (ja) | 1999-06-15 | 1999-06-15 | 燃料電池発電装置およびそのセルスタックの劣化診断方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11168108A JP2000357526A (ja) | 1999-06-15 | 1999-06-15 | 燃料電池発電装置およびそのセルスタックの劣化診断方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000357526A true JP2000357526A (ja) | 2000-12-26 |
Family
ID=15862009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11168108A Pending JP2000357526A (ja) | 1999-06-15 | 1999-06-15 | 燃料電池発電装置およびそのセルスタックの劣化診断方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000357526A (ja) |
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