JP2006236739A - 燃料電池発電システム及びその停止方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アノードへの水素含有ガスの供給を継続しつつカソードへの酸化剤含有ガスの供給を停止した後は、燃料電池スタック1の出力電圧が、燃料電池スタック1の出力電流を一定値に保とうとする定電流運転機能を有する電力変換器11の動作可能下限電圧値に到達するまでは、燃料電池スタック1の出力を電力変換器11経由で外部負荷12に於いて消費させ続ける。燃料電池スタック1の出力電圧が動作可能下限電圧値よりも低下したときには燃料電池スタック1の出力を短絡抵抗器14に接続する。その後、燃料電池スタック1の出力電圧が概略ゼロに到達した時点で、改質器2を停止する。
【選択図】図2
Description
この発明に係る燃料電池発電システムの停止方法においては、発電停止動作の開始時にアノードへの燃料供給を継続したままカソードへの空気の供給を止めた後、燃料電池本体の電流値が出力電圧の低下に伴って下がらぬ様に、即ち、電流値が所定の範囲内(好ましくは一定値)となる様に、定電流運転機能を有する電力変換器で以って当該電流値を制御しながら、カソードに残留する酸素を消費し且つカソードに水素を発生させた後に、燃料電池本体の出力の接続先を電力変換器から抵抗負荷に切り替えることとしている。
図2は、本発明の実施の形態1に係る燃料電池発電システムの構成を示す系統図である。図2に於いて、本システムは、大要、(1)電解質(図示せず)を介して対向したカソード及びアノードを有する燃料電池スタック(複数のセルの積層より成る)1、(2)原燃料から水素含有ガス(改質ガス)を発生させ当該水素含有ガスをアノードに供給する改質器2、及び(3)酸化剤含有ガス供給源5を備える。尚、酸化剤含有ガス供給源5とその開閉弁42,41とは、空気等の酸化剤含有ガスをカソードへ供給する「酸化剤含有ガス供給経路」を成す。
実施の形態1では、図2の電力変換器11において電流値Iがゼロ付近となるまで電力を消費することができないこと、即ち、電力変換器11の動作下限電圧値が小さくない値であることを想定していた。
実施の形態1では、図3の停止手順のステップ102において、制御装置20は信号S1の受信の有無によって短絡抵抗器14への切り替えタイミングを判断しているが、この方法に代わって、制御装置20は電圧検出装置31の出力信号S2の値を所定の値(予め実験的に定められた値であり且つ実施の形態1に於ける上記の閾値に相当するもの)と比較することによって出力低下を判断して、短絡抵抗器14への切り替えタイミングを判定することとしても良い。この場合には、電圧検出装置30は不要となる。
実施の形態1及び2あるいは実施の形態3においては、停止手順のステップ102で、前記の信号S1の受信の有無により、あるいは信号S2と所定値との比較処理によって短絡抵抗器14への切り替えタイミングを判定しているが、そうではなくて、ステップ102に於いて、ステップ101の酸化剤含有ガスの供給停止から一定時間(予め酸化剤含有ガスの供給停止時から出力電圧Vが所定の電圧値にまで低下するに至る時間を求めておく)が経過したことを以って、制御装置20が、燃料電池出力の低下を判断する、従って、短絡抵抗器14への切り替えタイミングを判断する様にしても良い。この場合には、電圧検出装置30,31は不要となり、代わって、制御装置20はタイマ(図示せず)を備えることとなり、制御装置20自体が、酸化剤含有ガスの供給停止時点から所定の時間の経過を以って燃料電池スタック1の出力電圧Vが前記閾値未満に低下したと判断して、第1スイッチ10のオフ状態への切り替え制御と第2スイッチ13のオン状態への切り替え制御とを実行する「電流値制御部」を成すことになる。
本実施の形態では、実施の形態1で用いた図2を援用する。図2の構成において、図5のフローチャートに示す様な、より細やかな電流制御による停止手順に変更することも可能である。この場合、図3のステップ102が、図5のステップ201〜205に置き換えられることになる。
尚、図2に於いて、スイッチ10及び13の一端を、アノード側に接続するのに代えて、カソード側に接続する様にしても良い。
Claims (6)
- カソード及びアノードを備える燃料電池と、
酸化剤含有ガスを前記カソードに供給する酸化剤含有ガス供給経路と、
原燃料から水素含有ガスを発生させ前記水素含有ガスを前記アノードに供給する改質器と、
外部負荷に接続された出力端を備え、前記燃料電池の出力を用途に合わせた電力に変換する機能と共に定電流運転機能を備える電力変換器と、
前記電力変換器に直列接続された第1スイッチと、
短絡抵抗器と、
前記短絡抵抗器に直列接続された第2スイッチと、
前記燃料電池の出力電流値を制御する電流値制御部とを備え、
前記電力変換器と前記第1スイッチとの組は前記カソードと前記アノード間に接続されており、同様に、
前記短絡抵抗器と前記第2スイッチとの組も前記カソードと前記アノード間に接続されており、
前記燃料電池の発電を停止するときには、
前記改質器から前記アノードへの前記水素含有ガスの供給を継続しつつ、前記カソードへの前記酸化剤含有ガスの供給を停止した後、前記燃料電池の出力電圧が一定の閾値に低下するまでの期間は、前記電流値制御部は前記電力変換器に電流指令値を出力すると共に、前記第1スイッチをオンし続け且つ前記第2スイッチをオフし続けて前記燃料電池の前記出力を前記電力変換器を経由して前記外部負荷に於いて消費する一方、
前記燃料電池の前記出力電圧が前記閾値未満に低下した段階で、前記電流値制御部は、前記第1スイッチをオフ状態に切り替えると共に前記第2スイッチをオン状態に切り替えて、その後、前記燃料電池の前記出力電圧が概略ゼロに達した時点で前記水素含有ガスの前記アノードへの供給を停止させることを特徴とする、
燃料電池発電システム。 - 請求項1記載の燃料電池発電システムであって、
前記電流値制御部は、
前記電力変換器の入力電圧が前記一定の閾値に該当する前記電力変換器の動作可能下限電圧値よりも下がれば信号を出力する電圧検出装置と、
前記電圧検出装置の前記出力信号を受信するまでは前記第1スイッチをオンし続け且つ前記第2スイッチをオフに制御する一方、前記電圧検出装置の前記出力信号を受信した以降は前記第1スイッチをオフ状態に切り替えると共に前記第2スイッチをオン状態に切り替える制御装置とを備えることを特徴とする、
燃料電池発電システム。 - 請求項1記載の燃料電池発電システムであって、
前記電流値制御部は、
前記燃料電池の前記出力電圧を検出してその検出結果を信号として出力する電圧検出装置と、
前記電圧検出装置の前記出力信号と前記一定の閾値に該当する所定の値とを比較し、前記電圧検出装置の前記出力信号が前記所定の値に達するまでは前記第1スイッチをオンし続け且つ前記第2スイッチをオフし続ける一方、前記電圧検出装置の前記出力信号が前記所定の値よりも低下したときには前記第1スイッチをオフ状態に切り替えると共に前記第2スイッチをオン状態に切り替える制御を実行する制御装置とを備えることを特徴とする、
燃料電池発電システム。 - 請求項1記載の燃料電池発電システムであって、
前記電流値制御部は、前記酸化剤含有ガスの供給停止時点から所定の時間の経過を以って前記燃料電池の前記出力電圧が前記閾値未満に低下したと判断して、前記第1スイッチのオフ状態への切り替え制御と前記第2スイッチのオン状態への切り替え制御とを実行することを特徴とする、
燃料電池発電システム。 - 請求項1記載の燃料電池発電システムであって、
前記電流値制御部は、
前記酸化剤含有ガスの供給停止時点からの前記燃料電池の前記出力電圧の低下を検出してその検出結果を出力信号として出力する電圧検出装置と、
前記電力変換器に前記電流指令値を出力して前記電力変換器の前記定電流運転機能を制御すると共に、前記電圧検出装置の前記出力信号を受信して前記第1及び第2スイッチを制御する制御装置とを備えており、
前記制御装置は、
前記電圧検出装置の前記出力信号が前記電力変換器の前記動作可能下限電圧値よりも大きな所定値よりも低下したことを検出する毎に前記電流指令値から所定の電流値を差し引いた値を新たな電流指令値として前記電力変換器に指令出力して当該新たな電流指令値に基づく前記定電流運転機能を前記電力変換器に実行させると共に、差し引き処理を続行した後の前記新たな電流指令値が所定の下限指令値よりも低下した以降又は前記電圧検出装置の前記出力信号が前記電力変換器の前記動作可能下限電圧値よりも低下した以降は前記第1スイッチのオン状態からオフ状態への切り替え制御と前記第2スイッチのオフ状態からオン状態への切り替え制御とを実行することを特徴とする、
燃料電池発電システム。 - 酸化剤含有ガスが供給されるカソード及び水素含有ガスが供給されるアノードを備える燃料電池の発電を停止させる方法であって、
前記アノードへの前記水素含有ガスの供給を継続しつつ前記カソードへの前記酸化剤含有ガスの供給を停止した後は、前記燃料電池の出力電圧が、燃料電池出力電流を一定値に保とうとする定電流運転機能を有する電力変換器の動作可能下限電圧値に到達するまでは、前記燃料電池の出力を前記電力変換器を経由して外部負荷に於いて消費させ続ける一方、
前記燃料電池の前記出力電圧が前記動作可能下限電圧値よりも低下したときには前記燃料電池の前記カソードと前記アノード間を短絡抵抗器で接続することで前記燃料電池の出力を前記短絡抵抗器に於いて消費させ続け、
前記燃料電池の前記出力電圧が概略ゼロに低下した時点で前記アノードへの前記水素含有ガスの供給を停止することを特徴とする、
燃料電池発電システムの停止方法。
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