JP2003077507A - 燃料電池発電システム - Google Patents

燃料電池発電システム

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JP2003077507A
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fuel cell
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JP2001261551A
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Koji Shindo
浩二 進藤
Osamu Tajima
収 田島
Kazuhiro Tajima
一弘 田島
Satoshi Yamamoto
聡史 山本
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池発電システムにおいて、系統連系運
転の場合に商用電源側への出力を制御すると共に、家庭
内消費電力が大きく変化した時に即座に追従できるよう
にする。 【解決手段】 燃料電池発電システム内のDC/DCコ
ンバータ2と系統連系インバータ3との間に蓄電池4を
接続する。インバータ3は商用電源5側の系統電力Eg
を検出し、商用電源5側への出力電力がゼロになるよう
に制御する。DC/DCコンバータは燃料電池1の出力
電流Ifcと、蓄電池4の充放電電流Ibatとを検出
し、燃料電池1の追従可能な範囲で且つ適正な充電電圧
範囲で蓄電池4への充放電制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の出力を
制御するDC/DCコンバータと、このDC/DCコン
バータの出力を交流に変換し商用電源と系統連系するイ
ンバータとを備えた燃料電池発電システムに関する。
【0002】
【従来の技術】図2に示すように、燃料電池発電システ
ムSは、通常都市ガス等の原燃料を改質装置Aにより水
素を主体とした燃料ガス(改質ガス)に改質し、この燃
料ガスを燃料電池Bの燃料極に供給すると共に、空気極
には外部から取り込んだ空気を供給し、電解質膜を介し
て電気化学反応を生じさせることにより発電し、同時に
水を生成するものである。
【0003】燃料電池Bでの電気化学反応は次の通りで
ある。 燃料極:H→2H+2e 空気極:4H+O+4e→2HO 全体 :2H+O→2H
【0004】燃料電池Bで発電されるのは低電圧の直流
であるため、これをDC/DCコンバータCで高電圧に
変換し、更にインバータDによって直流を交流に変換
し、家庭用電源として使用される。通常はインバータD
と商用電源Eとを系統連系し、商用電源E側から家庭用
電源の不足分を補うと共に、燃料電池Bの余剰電力はイ
ンバータDを介して商用電源E側に買い取ってもらうこ
とが行われている。尚、燃料電池発電システムSと貯湯
タンクFとを接続し、燃料電池発電システムS側で発生
する排熱を回収して家庭用給湯源として有効利用するこ
とも行われている。つまり、コジェネレーションシステ
ム(熱電併給)が構成される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の燃料電池発
電システムSにおいて、燃料電池Bを主として家庭用電
源に使用して系統連系運転を行なった場合、電力会社の
買電価格が低ければ商用電源E側へ出力(逆潮流)して
も、燃料電池Bの原燃料費の方が高値となって割に合わ
ない事態が生じる。その場合には、燃料電池Bの発電量
を減らして商用電源E側へ出力しないように制御すれば
良いけれども、急激な発電量の低下に応じた改質装置A
の原燃料調節は反応温度が不安定となり、改質ガス組成
も不安定となり安定した発電が困難となる。逆に家庭内
消費電力が急に増大したような場合には、燃料電池Bの
発電量を急に増やすことはできない。燃料電池発電シス
テムS内の改質装置Aが、発電出力の増加に対して即座
に追従できないからである。この場合、商用電源Eから
の受電が増加し、エネルギーコストの上昇となる。
【0006】本発明は、このような従来の事態を解消す
るためになされ、系統連系運転の場合に商用電源E側の
買電価格が低い時には商用電源側への出力を停止すると
共に、家庭内消費電力が大きく変化した時には即座に追
従できるようにした燃料電池発電システムを提供するこ
とを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの具体的手段として、本発明は、燃料電池と、燃料電
池の出力を制御するDC/DCコンバータと、このDC
/DCコンバータの出力を交流に変換し商用電源と系統
連系するインバータとから構成されるハイブリッド式の
燃料電池発電システムにおいて、前記DC/DCコンバ
ータとインバータとの間に蓄電池を接続したことを特徴
とする燃料電池発電システムを要旨とする。又、この燃
料電池発電システムにおいて、(1)前記DC/DCコ
ンバータが燃料電池出力電流と、前記蓄電池の充放電電
流とを検出し、前記燃料電池が負荷追従できる範囲で前
記蓄電池の充電量が所定値になるよう燃料電池出力電流
を制御し、前記インバータが系統電力を検出し、この系
統電力が所定値になるよう制御すること、(2)前記系
統電力の制御において、商用電源からの受電を負方向と
した時この系統電力がゼロになるよう制御すること、
(3)前記系統電力の制御において、この系統電力がゼ
ロ以下になるよう制御すること、(4)前記蓄電池の充
電量制御を適正な充電電圧範囲で行うこと、を特徴とす
るものである。
【0008】本発明では、燃料電池発電システムにおけ
る前記DC/DCコンバータとインバータとの間に蓄電
池を接続したので、家庭内消費電力が少ない時には燃料
電池からの余剰電力を蓄電池に充電することができ、且
つ家庭内消費電力が急に増大して燃料電池の発電出力が
足りない時には蓄電池からの放電により即座に補足する
ことができる。家庭内消費電力に追従した運転を行うた
めに、系統電力を検出し商用電源側への出力電流がゼロ
になるように瞬時に制御することができる。これによ
り、家庭内消費電力量に対応した発電出力状態で商用電
源側へ逆潮流しない運転が可能となり、原燃料費を最小
に抑えることができる。又、系統電力をゼロ以下に制御
することにより、同じく商用電源側へ逆潮流しない運転
が可能となり、原燃料費を低減することができる。更
に、蓄電池で定められた適正な充電電圧範囲で充電量を
制御することにより、蓄電池の劣化を抑えることができ
る。
【0009】
【発明の実施の形態】次に、本発明に係る燃料電池発電
システムの実施形態を添付図面により説明する。図1に
おいて、1は燃料電池、2は燃料電池1から出力される
直流の電圧(30〜75V)を高電圧(160〜210
V)に変換するDC/DCコンバータ、3はDC/DC
コンバータからの高電圧直流を家庭用交流に変換する系
統連系インバータ、4はDC/DCコンバータ2とイン
バータ4との間に接続した蓄電池(約180V)であ
る。
【0010】この燃料電池発電システムにおいては、家
庭内消費電力に追従した発電出力制御ができるようにす
る。このため、前記インバータ3は商用電源5側の系統
電力Egを検出し、商用電源5側への出力電力がゼロと
なるようにインバータ3を瞬時に制御する。
【0011】燃料電池1の発電出力が家庭内消費電力よ
り多い場合は、余剰の発電出力を前記蓄電池4に充電
し、家庭内消費電力が急に増大して燃料電池1の発電出
力では不足するような場合は、蓄電池4から放電させる
ことで不足分を補う。それでも足りない場合は、一時的
に前記インバータ3の系統出力電力をゼロ以下に制御す
ることで商用電源5から電力を補給する。
【0012】蓄電池4への充放電は前記DC/DCコン
バータ2により制御される。即ち、DC/DCコンバー
タ2は、燃料電池出力電流Ifc及び蓄電池充放電電流
Ibatを検出し、燃料電池1の負荷追従可能な範囲
(燃料電池出力電流減少時の設定変化幅:ΔIsd、燃
料電池出力電流増加時の設定変化幅:ΔIsu)で充電
電流が規定値(蓄電池充電電流設定値:Isbat)に
なるように燃料電池出力電流Ifcの設定値(燃料電池
出力電流設定値:Isfc)を制御し、その設定値に対
して蓄電池4の充電電圧範囲で且つ前記インバータ3の
動作可能入力電圧範囲(蓄電池電圧設定下限:Vmin
〜蓄電池電圧設定上限:Vmax)で出力電圧を瞬時に
可変することにより燃料電池出力電流Ifcを制御す
る。
【0013】このようにして、家庭内消費電力量に追従
した運転時に、余剰又は不足となる燃料電池1の発電出
力は、蓄電池4の充放電によって即座に解決することが
できる。即ち、家庭内消費電力が少ない時は、燃料電池
1の発電出力が余るので蓄電池4に充電し、家庭内消費
電力が多くて不足するような時は、蓄電池4から放電し
て補足することができる。充電の際には、前記のように
蓄電池4で定められた適正な充電電圧範囲で充電電流を
制御するので蓄電池4の劣化を抑えることができる。
【0014】図3は燃料電池出力電流設定の制御シーケ
ンス図であり、第1ステップS1で蓄電池充放電電流I
batと蓄電池充電電流設定値Isbatとを比較し、
Ibat>Isbatの場合は、第2ステップS2で蓄
電池電圧Vbatと蓄電池電圧設定下限Vminとを比
較し、Vbat>Vminであるならば、第3ステップ
S3で燃料電池出力電流設定値Isfcと燃料電池出力
電流設定下限Iminとを比較し、Isfc>Imin
である時は、燃料電池出力電流設定値Isfcから燃料
電池出力電流減少時の設定変化幅ΔIsdを引いた値
(Isfc−ΔIsd)を燃料電池出力電流設定値Is
fcと定める。
【0015】前記第1ステップS1でNOの場合には、
第4ステップS4に移り、次いで第5ステップS5で蓄
電池電圧Vbatと蓄電池電圧設定上限Vmaxとを比
較し、Vbat<Vmaxであるならば、第6ステップ
S6で燃料電池出力電流設定値Isfcと燃料電池出力
電流設定上限Imaxとを比較し、Isfc<Imax
である時は、燃料電池出力電流設定値Isfcに燃料電
池出力電流増加時の設定変化幅ΔIsuを加えた値(I
sfc+ΔIsu)を燃料電池出力電流設定値Isfc
と定める。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、燃料電
池発電システムにおいて、DC/DCコンバータとイン
バータとの間に蓄電池を設け、この蓄電池を充放電させ
ることで家庭内消費電力に見合った運転ができるように
したので、商用電源との系統連系運転の場合に、買電価
格の低い時には商用電源側への出力をゼロ(又はゼロ以
下)に制御することにより燃料電池の原燃料費を最小に
抑えることができ、又家庭内消費電力が大きく変化した
場合は蓄電池の放電により即座に追従できる等の優れた
効果を奏する。更に、蓄電池の充放電は適正な電圧範囲
で行われるように制御することで、蓄電池の劣化を防止
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る燃料電池発電システムの実施形態
を示す概略ブロック図
【図2】従来の燃料電池発電システムを示す説明図
【図3】燃料電池出力電流設定の制御シーケンス図
【符号の説明】 1…燃料電池 2…DC/DCコンバータ 3…インバータ 4…蓄電池 5…商用電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田島 一弘 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 山本 聡史 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 5H027 AA02 DD01 DD03 KK51 KK56 MM26

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料電池と、燃料電池の出力を制御するD
    C/DCコンバータと、このDC/DCコンバータの出
    力を交流に変換し商用電源と系統連系するインバータと
    から構成される燃料電池発電システムにおいて、前記D
    C/DCコンバータとインバータとの間に蓄電池を接続
    したことを特徴とするハイブリッド式の燃料電池発電シ
    ステム。
  2. 【請求項2】前記DC/DCコンバータが燃料電池出力
    電流と、前記蓄電池の充放電電流とを検出し、前記燃料
    電池が負荷追従できる範囲で前記蓄電池の充電量が所定
    値になるよう燃料電池出力電流を制御し、前記インバー
    タが系統電力を検出し、この系統電力が所定値になるよ
    う制御する請求項1記載の燃料電池発電システム。
  3. 【請求項3】前記系統電力の制御において、この系統電
    力がゼロになるよう制御する請求項2記載の燃料電池発
    電システム。
  4. 【請求項4】前記系統電力の制御において、商用電源か
    らの受電を負方向とした時この系統電力がゼロ以下にな
    るよう制御する請求項2記載の燃料電池発電システム。
  5. 【請求項5】前記蓄電池の充電量制御を適正な充電電圧
    範囲で行う請求項1乃至4いずれか記載の燃料電池発電
    システム。
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