JP2004281315A

JP2004281315A - 燃料電池システムの制御装置

Info

Publication number: JP2004281315A
Application number: JP2003073834A
Authority: JP
Inventors: Akihito Otani; 昭仁大谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】制御器による発電停止時に、燃料電池を電力放出手段へ接続して、燃料電池に蓄積されている残留電力を速やかに放出することにより、漏電防止等の保護制御が可能となる。
【解決手段】水素生成器１と、水素生成器１で得られた生成ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池４と、起動から発電までの一連の動作を制御する制御器７と、燃料電池４に蓄積されている残留電力を放出するための電力放出手段９とを備えて、発電停止時に、燃料電池４に蓄積されている残留電力を放出する。これにより残留電力が速やかに放出、消費され漏電防止等の保護制御を可能とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池を用いて発電を行う燃料電池システムの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下に従来の燃料電池システムについて説明する。
【０００３】
図９に示すように、従来この種の燃料電池システムの制御装置は、天然ガスやメタノールなどの原料燃料および水蒸気改質反応に必要な原料水から水素に富んだガスを生成する水素生成器１と、酸化剤ガスとしての空気を供給するためのブロアファンで構成される送風器２と、供給空気を加湿する空気加湿器３と、水素生成器１で得られた生成ガスと送風器２からの酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池４と、燃料電池４にて発電された直流電力を交流２００Ｖに変換する直流交流変換器５と、水素生成器１で得られた生成ガス、送風器２からの酸化剤ガスおよび燃料電池４から、それぞれの熱を回収し給湯する貯湯タンク６と、起動から発電までの一連の動作を制御する制御器７と、燃料電池４と直流交流変換器５との接続を開閉する直流入力開閉手段８とで構成されている。ここで制御器７の制御による発電停止時に、燃料電池４と直流交流変換器５との接続を直流入力開閉手段８により遮断して、燃料電池システムを停止していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の従来の構成では、燃料電池は発電停止時に、直流入力開閉手段により直流交流変換器との接続を遮断されるので、燃料電池に蓄積されている電力がどこへも放出されることなく、次の再起動まで残ったままの状態となり、漏電等の問題を有していた。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、発電停止時に、燃料電池に蓄積されている残留電力を放出させ、漏電等の保護制御を行うことを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、残留電力を放出するための電力放出手段を備えて、発電停止時に、燃料電池に蓄積されている残留電力を放出するものである。
【０００７】
これにより発電停止時に、燃料電池の残留電力が速やかに放出、消費され漏電防止等の保護制御を可能とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、水素生成器と、水素生成器で得られた生成ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池と、起動から発電までの一連の動作を制御する制御器と、燃料電池より発生する直流電力を交流電力に変換する直流交流変換器と、燃料電池と直流交流変換器との接続を開閉する直流入力開閉手段と、燃料電池に蓄積されている残留電力を放出するための電力放出手段と、燃料電池と電力放出手段との接続を開閉する電力放出開閉手段とを備え、制御器による発電停止時に、直流入力開閉手段により燃料電池と直流交流変換器との接続を遮断し、電力放出開閉手段により燃料電池を電力放出手段へ接続して、燃料電池に蓄積されている残留電力を放出する構成としたものであり、燃料電池の残留電力が長時間蓄積した状態のままでなく、速やかに放出消費され、漏電防止等の保護制御が可能となる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電力放出手段を、抵抗で構成したものであり、基本的な素子である抵抗素子により電力を放出、消費するので、安価で確実に漏電防止等の保護制御が可能となる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の電力放出手段を、エネルギーを蓄積可能な蓄電素子等で構成したものであり、残留電力を外部の蓄電素子等により蓄積することにより、燃料電池システムの立ち上げ時の発電や一時的な燃料電池のトラブル時にも、補助的に蓄電素子のエネルギーを利用することができるようになる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の制御器を、発電停止時に、直流入力開閉手段により燃料電池と直流交流変換器との接続を遮断するのと同期して、電力放出開閉手段により燃料電池を電力放出手段へ接続して、燃料電池に蓄積されている残留電力を放出する構成としたものであり、発電停止時に、直流交流変換器との接続を遮断するのと同時タイミングで、電力放出手段へ接続されることにより、ロスなく速やかに残留電力を消費、放出できるようになる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項４記載の発明において、直流入力開閉手段と電力放出開閉手段は、極性を互いに逆としたスイッチング素子で構成されている構成としたものであり、発電停止時に直流交流変換器との遮断および電力放出手段との接続という、互いに逆の制御が同一制御により可能となる。またリレーやトランジスタ等のスイッチング素子を使用することにより安価に実現できる。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項５記載の発明において、直流入力開閉手段と電力放出開閉手段は、直流交流変換器と電源を共用する構成としたものであり、直流入力開閉手段および電力放出開閉手段とも、同一電源により駆動可能であり、直流交流変換器の制御電源と同一とすれば電源の共有化がはかれ、コストダウンができ、信頼性向上にもつながることになる。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項２記載の発明において、残留電力値を記憶する記憶手段を備え、次回の停止時からその情報をもとに電力放出手段に最適な抵抗値に設定する構成としたものであり、電力放出手段の抵抗値を切換可能とし、前回の残留電力値のデータをもとに残留電力を最適な抵抗値により放出されることにより、より速やかに確実に電力が消費されるようになり、漏電の危険性が小さくなり保護制御が容易となる。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項１記載の発明において、燃料電池に蓄積されている残留電力値を表示手段により表示する構成としたものであり、燃料電池の残留電力の放出状況が表示手段により明らかとなり、漏電防止等の保護制御を行う上において、より安全性が高まることになる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１において、図９で示した従来の燃料電池システムの制御装置と同じ機能を有するものについては同一符号を付与しており、これらの機能の詳細は図９に準ずるものとする。
【００１８】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の燃料電池システムの制御装置の構成図である。電力放出手段９は、燃料電池４に蓄積されている残留電力を放出する。電力放出開閉手段１０は燃料電池４と電力放出手段９との接続を開閉する。
【００１９】
以上の構成において、制御器７による発電停止時に、直流入力開閉手段８により燃料電池４と直流交流変換器５との接続が遮断され、直流から交流への電力変換および直流交流変換器５での交流電力出力が停止するが、それに代わって燃料電池４の出力が電力放出開閉手段１０により電力放出手段９に接続され、燃料電池４に蓄積されている残留電力が放出される。
【００２０】
つまり燃料電池システムとしては、一度停止すると再起動まで数十分の時間を要し、残留電力は電力変換されず、どこへも放出されないが、電力放出手段により、残留電力は長時間蓄積されたままの状態でなく、停止後に速やかに放出消費されるので、燃料電池からの漏電防止等の保護制御が可能となる。特に定格発電中の異常緊急停止時などは、定格運転中であるので燃料電池４では直流電圧が５２Ｖ前後、直流電流としては最大３０Ａ程度の大きな残留電力が蓄積されていることになるので、速やかな放出が重要となる。
【００２１】
また、図２に示すように、電力放出手段９は、抵抗で構成されており、発電停止時に電力放出開閉手段１０により、燃料電池出力の両端に電力放出手段９すなわち抵抗を挿入する形となる。ここで直流交流変換器５が定格発電出力時に停止した場合、仮に直流電圧が５０Ｖ、直流電流が３０Ａとすると、最大でも抵抗値は２０Ｗの５００Ω程度となる。
【００２２】
このように基本的な素子である抵抗素子により電力を消費、放出するので、安価で確実に漏電防止等の保護制御が可能となる。
【００２３】
また、図３に示すように、電力放出手段９は、エネルギーを蓄積可能な蓄電素子等で構成されており、発電停止時に電力放出開閉手段１０により、燃料電池出力に電力放出手段９すなわちここでは蓄電素子等が挿入される。
【００２４】
ここでエネルギーを蓄積可能な蓄電素子等とは、２次電池やバッテリー、蓄電池等を意味する。
【００２５】
このように、エネルギーが無駄なく蓄積されることになり、燃料電池システムの立ち上げ時のつなぎ発電のために放出したり、一時的な燃料電池のトラブル時にも、補助的に蓄電素子のエネルギーを利用することができるようになる。
【００２６】
また、制御器７は、発電停止時に、直流入力開閉手段８により燃料電池４と直流交流変換器５との接続を遮断するのと同期して、電力放出開閉手段１０により燃料電池４を電力放出手段９へ接続して、燃料電池４に蓄積されている残留電力を放出する構成としており、図４のタイムチャートに示すように、制御器７の発電停止の制御信号が出力されたタイミングで、直流入力開閉手段８への信号で、直流交流変換器５への接続が遮断され、電力放出開閉手段１０への信号で電力放出手段９への接続がなされることになる。このことにより、時間のロスなく、速やかに残留電力が消費、放出できることになる。
【００２７】
また、図５に示すように、直流入力開閉手段８と電力放出開閉手段１０は、極性を互いに逆としたスイッチング素子で構成されている構成としており、例えばそれぞれの開閉手段がリレーの場合は、直流入力開閉手段８はＡ接点型のリレーでコイルに導通時に接続状態、電力放出開閉手段１０はＢ接点型のリレーでコイルへの導通停止時に接続状態となる。また、それぞれの開閉手段がトランジスタの場合は、直流入力開閉手段８はトランジスタへの信号ＯＮで導通状態となり、電力放出開閉手段１０はトランジスタへの信号ＯＦＦで導通状態となるものである。
【００２８】
このように発電停止時に直流交流変換器との遮断および電力放出手段との接続という、互いに逆の制御が同一制御により可能となり、またリレーやトランジスタ等のスイッチング素子を使用することにより安価に実現できる。
【００２９】
また、図６に示すように、直流入力開閉手段８と電力放出開閉手段１０は、直流交流変換器５と電源を共用する構成としており、両開閉手段がリレーの場合は１２Ｖ、トランジスタの場合は５Ｖというように、直流交流変換器５の制御電源である１２Ｖあるいは５Ｖ等の電源を共用することが可能となる。
【００３０】
このように、直流入力開閉手段８および電力放出開閉手段１０とも、同一電源により駆動可能であり、前述のように直流交流変換器５の制御電源と同一とすれば電源の共有化がはかれ、コストダウンができ、信頼性向上にもつながることになる。
【００３１】
また、残留電力値を記憶する記憶手段１１を備え、次回の停止時からその情報をもとに電力放出手段９に最適な抵抗値に設定する構成としており、図７に示すように、前回の残留電力値を記憶手段１１によりメモリーしておき、その値に応じて電力放出手段９が抵抗であれば抵抗値を例えば、３００Ω、４００Ω、５００Ω、６００Ω・・・というように、切換可能にすることにより、残留電力を最適な抵抗値により放出、消費されることになり、より速やかに確実に電力が消費されることになり、漏電の危険性が小さくなり保護制御が容易となる。
【００３２】
また、図８に示すように、燃料電池４に蓄積されている残留電力値を表示手段１２により表示する構成としており、種々の方法で残留電力値の放出状況を表示することができる。
【００３３】
このように、表示手段１２により燃料電池４から電力放出手段９への残留電力の放出状況が表示手段１２により明示されるようになると、漏電の注意喚起がなされ、漏電防止等の保護制御を行う上において、より安全性が高まることになる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、発電停止時に、燃料電池を電力放出手段へ接続して、燃料電池に蓄積されている残留電力を放出することにより、燃料電池の残留電力が長時間蓄積した状態のままの状態でなく、停止時に速やかに放出消費され、漏電防止等の保護制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における燃料電池システムの制御装置のブロック図
【図２】本発明の実施例１における燃料電池システムの制御装置の電力出力制御部分のブロック図
【図３】本発明の実施例１における燃料電池システムの制御装置の電力出力制御部分のブロック図
【図４】本発明の実施例１における燃料電池システムの制御装置の電力出力制御部分のタイムチャート
【図５】本発明の実施例１における燃料電池システムの制御装置の電力出力制御部分の動作図
【図６】本発明の実施例１における燃料電池システムの制御装置の電力出力制御部分のブロック図
【図７】本発明の実施例１における燃料電池システムの制御装置のブロック図
【図８】本発明の実施例１における燃料電池システムの制御装置のブロック図及び表示手段の表示図
【図９】従来の燃料電池システムの制御装置のブロック図
【符号の説明】
１水素生成器
４燃料電池
５直流交流変換器
７制御器
８直流入力開閉手段
９電力放出手段
１０電力放出開閉手段
１１記憶手段
１２表示手段

Claims

水素生成器と、前記水素生成器で得られた生成ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池と、起動から発電までの一連の動作を制御する制御器と、前記燃料電池より発生する直流電力を交流電力に変換する直流交流変換器と、前記燃料電池と前記直流交流変換器との接続を開閉する直流入力開閉手段と、前記燃料電池に蓄積されている残留電力を放出するための電力放出手段と、前記燃料電池と前記電力放出手段との接続を開閉する電力放出開閉手段とを備え、前記制御器による発電停止時に、前記直流入力開閉手段により前記燃料電池と前記直流交流変換器との接続を遮断し、前記電力放出開閉手段により前記燃料電池を前記電力放出手段へ接続して、前記燃料電池に蓄積されている残留電力を放出することを特徴とする燃料電池システムの制御装置。
電力放出手段は、抵抗で構成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システムの制御装置。
電力放出手段は、エネルギーを蓄積可能な蓄電素子等で構成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システムの制御装置。
制御器は、発電停止時に、直流入力開閉手段により燃料電池と直流交流変換器との接続を遮断するのと同期して、電力放出開閉手段により前記燃料電池を電力放出手段へ接続して、前記燃料電池に蓄積されている残留電力を放出することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システムの制御装置。
直流入力開閉手段と電力放出開閉手段は、極性を互いに逆としたスイッチング素子で構成されていることを特徴とする請求項４記載の燃料電池システムの制御装置。
直流入力開閉手段と電力放出開閉手段は、直流交流変換器と電源を共用することを特徴とする請求項５記載の燃料電池システムの制御装置。
残留電力値を記憶する記憶手段を備え、次回の停止時からその情報をもとに電力放出手段に最適な抵抗値に設定することを特徴とする請求項２記載の燃料電池システムの制御装置。
燃料電池に蓄積されている残留電力値を表示手段により表示することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システムの制御装置。