JP2006310246A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池と蓄電デバイスの並列システムである燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system that is a parallel system of a fuel cell and an electricity storage device.
近年、燃料電池と蓄電デバイスの並列システムである燃料電池システムが種々開発されている(例えば、特許文献1参照)。ここで、従来の燃料電池システムの一構成例を図14に示す。 In recent years, various fuel cell systems that are parallel systems of fuel cells and power storage devices have been developed (see, for example, Patent Document 1). Here, FIG. 14 shows a configuration example of a conventional fuel cell system.
図14に示す燃料電池システムは、燃料電池と蓄電デバイスの並列システムであって、燃料電池スタック1と、燃料供給部2と、蓄電デバイスである二次電池3と、DC/DCコンバータ4と、逆流防止ダイオード5とを備えている。燃料供給部2は、定期的に所定量の燃料を燃料電池スタック1に供給するとともに、燃料電池スタック1において使用されなかった燃料を回収する。燃料電池スタック1の出力端が逆流防止ダイオード5のアノードに接続され、二次電池3の正極がDC/DCコンバータ4の入力端に接続される。また、逆流防止ダイオード5のカソードとDC/DCコンバータ4の出力端が共通接続され、負荷6に接続される。
燃料供給部2が定期的に所定量の燃料を燃料電池スタック1に供給するので、燃料電池スタック1の電流−電圧特性及び電流−電力特性は図15に示すようになる。図15中のTI-V、TI-Pはそれぞれ燃料電池スタック1の出力電流−出力電圧特性曲線、燃料電池スタック1の出力電流−出力電力特性曲線を示している。
Since the
燃料電池スタック1は出力電流に応じて出力電圧が変化し、出力電流が増加するほど出力電圧が低下する。出力電力が最大であるときの出力電流の値Ipmaxは燃料供給部2から燃料電池スタック1に供給される燃料量によって決まる。Ipmaxより大きい電流領域において燃料電池スタック1の動作は不安定であり、Ipmaxより大きい電流領域で燃料電池スタック1が動作を継続すると燃料電池スタック1の寿命低下につながる。そして、従来の燃料電池システムでは負荷6の状態によって燃料電池スタック1がIpmaxより大きい電流領域で動作を継続するおそれがあった。
The output voltage of the
本発明は、上記の問題点に鑑み、燃料電池の寿命低下のおそれがない燃料電池システムを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a fuel cell system in which there is no risk of a decrease in the life of the fuel cell.
上記目的を達成するために本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給部と、蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスの出力電圧を所定の電圧に変換して出力するDC/DCコンバータとを備え、前記燃料電池と前記蓄電デバイスの並列システムである燃料電池システムであって、前記所定の電圧を、前記燃料電池の出力電力が最大であるときの前記燃料電池の出力電圧の値以上にしている。前記蓄電デバイスとしては、例えば二次電池や電気二重層コンデンサ等が挙げられる。 In order to achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention converts a fuel cell, a fuel supply unit that supplies fuel to the fuel cell, an electricity storage device, and an output voltage of the electricity storage device into a predetermined voltage. A fuel cell system that is a parallel system of the fuel cell and the power storage device, wherein the fuel is output when the output power of the fuel cell is maximum. The battery output voltage is exceeded. Examples of the electricity storage device include a secondary battery and an electric double layer capacitor.
このような構成によると、前記所定の電圧を、前記燃料電池の出力電力が最大であるときの前記燃料電池の出力電圧の値以上にしているので、前記燃料電池の出力電力が最大であるときの前記燃料電池の出力電圧の値より小さい電圧領域で前記燃料電池が動作することがない。これにより、燃料電池の寿命が低下するおそれがなくなる。 According to such a configuration, when the predetermined voltage is equal to or higher than the output voltage of the fuel cell when the output power of the fuel cell is maximum, the output power of the fuel cell is maximum. The fuel cell does not operate in a voltage range smaller than the output voltage value of the fuel cell. Thereby, there is no possibility that the life of the fuel cell is reduced.
また、前記燃料供給部が、定期的に所定量の燃料を前記燃料電池に供給するとともに、前記燃料電池において使用されなかった燃料を回収してもよい。これにより、未使用燃料を再利用することができる。 In addition, the fuel supply unit may periodically supply a predetermined amount of fuel to the fuel cell and collect fuel that has not been used in the fuel cell. Thereby, unused fuel can be reused.
また、前記燃料供給部が、前記燃料電池システムの出力に基づく電力を動作電源として用いるようにしてもよい。これにより、燃料供給部用の電源を別途設ける必要がなくなる。 The fuel supply unit may use electric power based on the output of the fuel cell system as an operation power source. This eliminates the need for a separate power supply for the fuel supply unit.
また、燃料電池システムの効率向上の観点から、前記燃料電池の出力端と前記DC/DCコンバータとが直接接続されるようにしてもよい。このような構成によると、前記燃料電池の出力側に逆流防止ダイオードが接続されないので、逆流防止ダイオードでの電力損失分だけ燃料電池システムの効率を向上させることができる。 Further, from the viewpoint of improving the efficiency of the fuel cell system, the output terminal of the fuel cell and the DC / DC converter may be directly connected. According to such a configuration, since the backflow prevention diode is not connected to the output side of the fuel cell, the efficiency of the fuel cell system can be improved by the amount of power loss in the backflow prevention diode.
また、前記DC/DCコンバータの動作をON/OFF制御するON/OFF制御回路を備え、前記ON/OFF制御回路が、前記燃料電池の出力電圧が所定値より大きければ前記DC/DCコンバータの動作をOFFにし、前記燃料電池の出力電圧が前記所定値より大きくなければ前記DC/DCコンバータの動作をONにするようにしてもよい。なお、前記所定値は、前記所定の電圧より若干大きい値にする。 Further, an ON / OFF control circuit for ON / OFF control of the operation of the DC / DC converter is provided, and if the output voltage of the fuel cell is larger than a predetermined value, the operation of the DC / DC converter is controlled. If the output voltage of the fuel cell is not larger than the predetermined value, the operation of the DC / DC converter may be turned on. The predetermined value is set to a value slightly larger than the predetermined voltage.
このような構成によると、前記DC/DCコンバータが外部負荷に電力を供給するときのみ前記DC/DCコンバータが動作するので、前記DC/DCコンバータが外部負荷に電力を供給しないときに前記DC/DCコンバータにおいて無駄な電力が消費されなくなり、燃料電池システムの効率を向上させることができる。 According to such a configuration, the DC / DC converter operates only when the DC / DC converter supplies power to the external load. Therefore, when the DC / DC converter does not supply power to the external load, the DC / DC converter operates. Wasteful power is not consumed in the DC converter, and the efficiency of the fuel cell system can be improved.
また、外部負荷が燃料電池システムに対して要求する電力である負荷電力を検出する負荷電力検出部と、前記DC/DCコンバータから前記外部負荷に電力が供給されているか否かを判定する出力電力判定部と、前記負荷電力検出部の検出結果及び前記出力電力判定部の判定結果を入力し、前記負荷電力が閾値未満であるにもかかわらず前記DC/DCコンバータから前記外部負荷に電力が供給されていれば、前記燃料電池に燃料を供給するように前記燃料供給部を制御する供給燃料量制御部とを備えてもよい。 A load power detection unit that detects load power that is required by the external load for the fuel cell system; and output power that determines whether or not power is being supplied from the DC / DC converter to the external load. The determination unit, the detection result of the load power detection unit and the determination result of the output power determination unit are input, and power is supplied from the DC / DC converter to the external load even though the load power is less than a threshold value. If so, a fuel supply amount control unit that controls the fuel supply unit to supply fuel to the fuel cell may be provided.
このような構成によると、前記負荷電力が閾値未満であるにもかかわらず前記DC/DCコンバータから前記外部負荷に電力が供給されていれば、前記燃料電池に燃料が供給されるので、燃料電池の燃料不足を解消することができる。 According to such a configuration, fuel is supplied to the fuel cell as long as power is supplied from the DC / DC converter to the external load even though the load power is less than a threshold value. The shortage of fuel can be resolved.
また、上記目的を達成するために本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と蓄電デバイスの並列システムである燃料電池システムであって、前記燃料電池の出力電流を制限値以下に制限する燃料電池電流制限手段を備え、前記制限値が、安定稼働状態での使用が所定の時間経過し初期状態に比べて出力低下が生じた時において前記燃料電池の安定稼働状態での出力電力が最大であるときの前記燃料電池の出力電流の値以下であるようにしている。前記蓄電デバイスとしては、例えば二次電池や電気二重層コンデンサ等が挙げられる。 In order to achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention is a fuel cell system which is a parallel system of a fuel cell and a power storage device, and limits the output current of the fuel cell to a limit value or less. Current limiting means, and the limit value is the maximum output power in the stable operation state of the fuel cell when the output in the stable operation state elapses for a predetermined time and the output is reduced compared to the initial state. It is made to be below the value of the output current of the fuel cell at the time. Examples of the electricity storage device include a secondary battery and an electric double layer capacitor.
前記制限値を前記燃料電池の安定稼働状態での出力電力が最大であるときの前記燃料電池の出力電流の値以下に設定しているので、前記燃料電池の安定稼働状態での出力電力が最大であるときの前記燃料電池の出力電流の値より大きい電流領域で前記燃料電池が動作することがない。これにより、前記燃料電池の寿命が低下するおそれがなくなる。さらに、前記制限値を安定稼働状態での使用が所定の時間経過し初期状態に比べて出力低下が生じた時において前記燃料電池の安定稼働状態での出力電力が最大であるときの前記燃料電池の出力電流の値以下に設定しているので、安定稼働状態での使用が所定の時間経過し初期状態に比べて出力低下が生じても前記燃料電池を安定領域にて動作させることができる。 Since the limit value is set to be equal to or less than the output current value of the fuel cell when the output power in the stable operation state of the fuel cell is the maximum, the output power in the stable operation state of the fuel cell is the maximum. The fuel cell does not operate in a current region larger than the value of the output current of the fuel cell. Thereby, there is no possibility that the life of the fuel cell is reduced. Further, the fuel cell when the output power in the stable operation state of the fuel cell is maximum when the limit value is used in the stable operation state and the output is reduced compared to the initial state after a predetermined time has elapsed. Therefore, the fuel cell can be operated in the stable region even when the use in the stable operation state has elapsed for a predetermined time and the output is reduced compared to the initial state.
また、上記目的を達成するために本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と蓄電デバイスの並列システムである燃料電池システムであって、前記燃料電池の出力電圧を制限値以上に制限する燃料電池電圧制限手段を備え、前記制限値が、前記燃料電池の安定稼働状態での出力電力が最大であるときの前記燃料電池の出力電圧の値以上であるようにしている。前記蓄電デバイスとしては、例えば二次電池や電気二重層コンデンサ等が挙げられる。 In order to achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention is a fuel cell system which is a parallel system of a fuel cell and a power storage device, and limits the output voltage of the fuel cell to a limit value or more. Voltage limiting means is provided, and the limit value is equal to or greater than the value of the output voltage of the fuel cell when the output power in the stable operation state of the fuel cell is maximum. Examples of the electricity storage device include a secondary battery and an electric double layer capacitor.
前記制限値を前記燃料電池の安定稼働状態での出力電力が最大であるときの前記燃料電池の出力電圧の値以上に設定しているので、前記燃料電池の安定稼働状態での出力電力が最大であるときの前記燃料電池の出力電圧の値より小さい電圧領域で前記燃料電池が動作することがない。これにより、前記燃料電池の寿命が低下するおそれがなくなる。さらに、安定稼働状態での使用が所定の時間経過し初期状態に比べて出力低下が生じても前記燃料電池を安定領域にて動作させることができる。 Since the limit value is set to be equal to or higher than the output voltage value of the fuel cell when the output power in the stable operation state of the fuel cell is maximum, the output power in the stable operation state of the fuel cell is maximum. The fuel cell does not operate in a voltage region smaller than the value of the output voltage of the fuel cell when Thereby, there is no possibility that the life of the fuel cell is reduced. Further, the fuel cell can be operated in the stable region even when the use in the stable operation state elapses for a predetermined time and the output is reduced as compared with the initial state.
また、上記目的を達成するために本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と蓄電デバイスの並列システムである燃料電池システムであって、前記燃料電池の出力電流を第1の制限値以下に制限する燃料電池電流制限手段と、前記燃料電池の出力電圧を第2の制限値以上に制限する燃料電池電圧制限手段とを備え、前記第1の制限値が、安定稼働状態での使用が所定の時間経過し初期状態に比べて出力低下が生じた時において前記燃料電池の安定稼働状態での出力電力が最大であるときの前記燃料電池の出力電流の値以下であり、前記第2の制限値が、前記燃料電池の安定稼働状態での出力電力が最大であるときの前記燃料電池の出力電圧の値以上であるようにしている。前記蓄電デバイスとしては、例えば二次電池や電気二重層コンデンサ等が挙げられる。 In order to achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention is a fuel cell system that is a parallel system of a fuel cell and an electricity storage device, and the output current of the fuel cell is limited to a first limit value or less. And a fuel cell voltage limiting means for limiting the output voltage of the fuel cell to a second limit value or more, wherein the first limit value is predetermined for use in a stable operating state. When the output is reduced compared to the initial state after a lapse of time, the output power is less than or equal to the output current of the fuel cell when the output power in the stable operation state of the fuel cell is maximum, and the second limit value However, the output voltage of the fuel cell is equal to or greater than the value of the output voltage when the output power in the stable operation state of the fuel cell is maximum. Examples of the electricity storage device include a secondary battery and an electric double layer capacitor.
このような構成によると、安定稼働状態での使用が所定の時間経過し初期状態に比べて出力低下が生じる前、安定稼働状態での使用が所定の時間経過し初期状態に比べて出力低下が生じた後ともに、前記燃料電池の寿命が低下するおそれがなくなる。さらに、初期状態でも前記燃料電池の電力を十分に取り出すことができ、長時間使用後も前記燃料電池の出力電力の大幅な低下を防止することができる。 According to such a configuration, before the use in the stable operation state elapses for a predetermined time and the output decreases compared to the initial state, the use in the stable operation state elapses for the predetermined time and the output decreases compared to the initial state. After the occurrence, there is no possibility that the life of the fuel cell will be reduced. Furthermore, it is possible to sufficiently extract the power of the fuel cell even in the initial state, and it is possible to prevent the output power of the fuel cell from being significantly reduced even after long-time use.
また、上記目的を達成するために本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と蓄電デバイスの並列システムである燃料電池システムであって、前記燃料電池と、前記蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスの出力電圧を変換するDC/DCコンバータと、前記燃料電池の出力を用いて前記蓄電デバイスを充電する充電回路と、前記DC/DCコンバータ及び前記充電回路の電力制御によって前記燃料電池の動作点を最大出力電力動作点とする制御部とを備えるようにしている。前記蓄電デバイスとしては、例えば二次電池や電気二重層コンデンサ等が挙げられる。 In order to achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention is a fuel cell system that is a parallel system of a fuel cell and an electricity storage device, the fuel cell, the electricity storage device, and an output of the electricity storage device. A DC / DC converter that converts voltage, a charging circuit that charges the power storage device using the output of the fuel cell, and a maximum output of the operating point of the fuel cell by power control of the DC / DC converter and the charging circuit And a control unit as a power operating point. Examples of the electricity storage device include a secondary battery and an electric double layer capacitor.
このような構成によると、前記燃料電池が常に最大電力を出力するので、前記燃料電池の能力を最大限引き出せるとともに前記燃料電池を常に安定領域にて動作させることができる。 According to such a configuration, the fuel cell always outputs the maximum power, so that the capacity of the fuel cell can be maximized and the fuel cell can always be operated in a stable region.
本発明によると、燃料電池の寿命低下のおそれがない燃料電池システムを実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a fuel cell system that does not cause a decrease in the life of the fuel cell.
本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。本発明に係る燃料電池システムの一構成例を図1に示す。なお、図1において図14と同一の部分には同一の符号を付す。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. A configuration example of the fuel cell system according to the present invention is shown in FIG. In FIG. 1, the same parts as those in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals.
図1に示す本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と蓄電デバイスの並列システムであって、燃料電池スタック1と、燃料供給部2と、蓄電デバイスである二次電池3と、DC/DCコンバータ4とを備えている。燃料供給部2は、定期的に所定量の燃料を燃料電池スタック1に供給するとともに、燃料電池スタック1において使用されなかった燃料を回収する。また、二次電池3の正極がDC/DCコンバータ4の入力端に接続される。更に、燃料電池スタック1の出力端とDC/DCコンバータ4の出力端が共通接続され、負荷6に接続される。
The fuel cell system according to the present invention shown in FIG. 1 is a parallel system of a fuel cell and an electricity storage device, which is a
なお、燃料供給部2は、燃料電池システムの出力に基づく電力を動作電源として用いる。即ち、図1では説明の便宜上燃料供給部2と負荷6とを分けて図示しているが、実際には燃料供給部2が負荷6の一部を構成している。
The
ここで、DC/DCコンバータ4の出力電圧設定値Vopと燃料電池スタック1の出力電圧との関係について図2を参照して説明する。なお、図2において図15と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。本発明に係る燃料電池システムでは、DC/DCコンバータ4の出力電圧設定値Vopを、燃料電池スタック1の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック1の出力電圧の値Vmin以上に設定している。
Here, the relationship between the output voltage set value Vop of the DC /
図1に示す本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と蓄電デバイスである二次電池の並列システムであるので、燃料電池スタック1とDC/DCコンバータ4のうち出力電圧が高い方のみから負荷6に電力が供給され、燃料電池スタック1とDC/DCコンバータ4の出力電圧が等しい場合には燃料電池スタック1とDC/DCコンバータ4の双方から負荷6に電力が供給される。
Since the fuel cell system according to the present invention shown in FIG. 1 is a parallel system of a fuel cell and a secondary battery as an electricity storage device, the load is applied only from the
本発明に係る燃料電池システムは、負荷6が軽負荷である場合、燃料電池スタック1の出力電圧はDC/DCコンバータ4の出力電圧よりも高くなり、燃料電池スタック1のみから負荷6に電力が供給される。負荷6の負荷が増大して負荷6から要求される電力が増大すると、それに応じて燃料電池スタック1の出力電力も増大するので、燃料電池スタック1の出力電圧は減少する。そして、負荷6の負荷が増大して、燃料電池スタック1の出力電圧がDC/DCコンバータ4の出力電圧設定値Vopと等しくなると、燃料電池スタック1とDC/DCコンバータ4の双方から負荷6に電力が供給される。それから更に負荷6の負荷が増大して負荷6から要求される電力が増大しても、燃料電池スタック1の出力電圧がDC/DCコンバータ4の出力電圧設定値Vopより小さくなることはなく、負荷6から要求される電力に対する燃料電池スタック1の出力電力不足は二次電池3の出力電力によって補われる。
In the fuel cell system according to the present invention, when the
このように、本発明に係る燃料電池システムは、DC/DCコンバータ4の出力電圧設定値Vopを、燃料電池スタック1の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック1の出力電圧の値Vmin以上に設定しているので、Vminより小さい電圧領域(=Ipmaxより大きい電流領域)で燃料電池スタック1が動作することがない。これにより、燃料電池スタック1の寿命が低下するおそれがなくなる。
Thus, in the fuel cell system according to the present invention, the output voltage setting value Vop of the DC /
また、燃料電池システムの効率向上の観点から、図1に示す本発明に係る燃料電池システムは、図14に示す従来の燃料電池システムと異なり逆流防止ダイオード5を設けない構成としている。燃料電池スタック1は二次電池のように逆充電(電圧の高い電池から電圧の低い電池への充電)することはないので、逆流防止ダイオード5を設けなくても何ら問題は生じない。そして、逆流防止ダイオード5を設けないことで、逆流防止ダイオード5での電力損失分だけ燃料電池システムの効率を向上させることができる。
Also, from the viewpoint of improving the efficiency of the fuel cell system, the fuel cell system according to the present invention shown in FIG. 1 is configured not to include the backflow prevention diode 5 unlike the conventional fuel cell system shown in FIG. Since the
上述したように、燃料電池システムでは逆流防止ダイオードを設けない構成が望ましいが、逆流防止ダイオードを設けた構成の燃料電池システムにも本発明を適用することができる。図14に示す逆流防止ダイオードを設けた構成の燃料電池システムにおいて、DC/DCコンバータ4の出力電圧設定値Vopを、燃料電池スタック1の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック1の出力電圧の値Vmin以上に設定すると、燃料電池スタック1の出力電圧がDC/DCコンバータ4の出力電圧設定値Vopと逆流防止ダイオードの順方向電圧Vfとを加算した値未満にならないので、Vminより小さい電圧領域(=Ipmaxより大きい電流領域)で燃料電池スタック1が動作することがない。したがって、燃料電池スタック1の寿命が低下するおそれがなくなる。
As described above, it is desirable that the fuel cell system has no backflow prevention diode, but the present invention can also be applied to a fuel cell system having a backflow prevention diode. In the fuel cell system having the backflow prevention diode shown in FIG. 14, the output voltage set value Vop of the DC /
次に、本発明に係る燃料電池システムの他の構成例を図3に示す。なお、図3において図1と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。また、図3に示す燃料電池システムでは、図1に示す燃料電池システムと同様に、DC/DCコンバータ4の出力電圧設定値Vopを、燃料電池スタック1の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック1の出力電圧の値Vmin以上に設定している。
Next, another configuration example of the fuel cell system according to the present invention is shown in FIG. 3, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Further, in the fuel cell system shown in FIG. 3, as in the fuel cell system shown in FIG. 1, the output voltage set value Vop of the DC /
図3に示す燃料電池システムは、図1に示す燃料電池システムにON/OFF制御回路7を新たに設けた構成である。ON/OFF制御回路7は、燃料電池スタック1の出力電圧を検出し、燃料電池スタック1の出力電圧が所定値より大きいか否かを判定する。そして、ON/OFF制御回路7は、燃料電池スタック1の出力電圧が所定値より大きければDC/DCコンバータ4に電圧変換動作を停止させ、燃料電池スタック1の出力電圧が所定値より大きくなければDC/DCコンバータ4に電圧変換動作を行わせる。ここで、所定値は、DC/DCコンバータ4の出力電圧設定値Vopより若干大きい値にする。
The fuel cell system shown in FIG. 3 has a configuration in which an ON / OFF control circuit 7 is newly provided in the fuel cell system shown in FIG. The ON / OFF control circuit 7 detects the output voltage of the
これにより、DC/DCコンバータ4が負荷6に電力を供給するときのみDC/DCコンバータ4が動作するので、DC/DCコンバータ4が負荷6に電力を供給しないときにDC/DCコンバータ4において無駄な電力が消費されなくなり、燃料電池システムの効率を向上させることができる。
Thus, since the DC /
なお、逆流防止ダイオードを設けた構成の燃料電池システムであっても、上述したようにON/OFF制御回路7を設けることで、DC/DCコンバータ4が負荷6に電力を供給しないときにDC/DCコンバータ4において無駄な電力が消費されなくなり、燃料電池システムの効率を向上させることができる。しかしながら、燃料電池システムの効率向上の観点から、図3に示すような逆流防止ダイオードを設けない構成が望ましい。
Even in a fuel cell system having a backflow prevention diode, by providing the ON / OFF control circuit 7 as described above, when the DC /
また、図3に示す燃料電池システムにおいて、DC/DCコンバータ4の出力電圧設定値Vopを、燃料電池スタック1の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック1の出力電圧の値Vmin以上に設定しなければ、燃料電池の寿命低下のおそれをなくすという本発明の目的を達成することができないが、ON/OFF制御回路7を設けているので燃料電池システムの効率を向上させることができる。燃料電池と蓄電デバイスの並列システムである燃料電池システムであれば、図3に示す構成に限定されることなく、ON/OFF制御回路7を設けることにより、燃料電池システムの効率を向上させることができる。
In the fuel cell system shown in FIG. 3, the output voltage setting value Vop of the DC /
次に、本発明に係る燃料電池システムの更に他の構成例を図4に示す。なお、図4において図1と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。また、図4に示す燃料電池システムでは、図1に示す燃料電池システムと同様に、DC/DCコンバータ4の出力電圧設定値Vopを、燃料電池スタック1の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック1の出力電圧の値Vmin以上に設定している。
Next, still another configuration example of the fuel cell system according to the present invention is shown in FIG. 4 that are the same as those in FIG. 1 are assigned the same reference numerals and detailed descriptions thereof are omitted. Further, in the fuel cell system shown in FIG. 4, similarly to the fuel cell system shown in FIG. 1, the output voltage set value Vop of the DC /
また、燃料電池スタック1の電流−電圧特性及び電流−電力特性を図5に示す。なお、図5において図2と同一の部分には同一の符号を付す。燃料電池スタック1に定期的に所定量の燃料を供給していても、未使用燃料の回収ロス、周辺温度上昇による蒸発等により燃料濃度が変化する。そして、燃料濃度が薄くなると、燃料電池スタック1の出力電流−出力電圧特性曲線、燃料電池スタック1の出力電流−出力電力特性曲線はそれぞれTI-V’、TI-P’となり、燃料電池スタック1から取り出し得る電力が設計スペックよりも少なくなる。このような状態を燃料不足という。
Moreover, the current-voltage characteristic and the current-power characteristic of the
図4に示す燃料電池システムは、図1に示す燃料電池システムに負荷電力検出部8、出力電力判定部9、及び供給燃料量制御部10を新たに設けた構成である。
The fuel cell system shown in FIG. 4 has a configuration in which a load power detection unit 8, an output power determination unit 9, and a supply fuel
負荷電力検出部8は、負荷6が燃料電池システムに対して要求する電力(以下、負荷電力という)を検出し、その検出結果を供給燃料量制御部10に出力する。例えば、負荷6がDC/DCコンバータである場合、当該DC/DCコンバータの出力電圧は所定の設定値に固定されるので当該DC/DCコンバータの出力電流を検出することによって負荷電力検出部8は負荷電力を検出することができる。
The load power detection unit 8 detects power required by the
出力電力判定部9は、DC/DCコンバータ4から負荷6に電力が供給されているか否かを判定し、その判定結果を供給燃料量制御部10に出力する。出力電力判定部9は、DC/DCコンバータ4の入力電流または出力電流を検出し、その検出した電流の値が零でなければDC/DCコンバータ4から負荷6に電力が供給されていると判定し、検出した電流の値が零であればDC/DCコンバータ4から負荷6に電力が供給されていないと判定する。
The output power determination unit 9 determines whether or not power is supplied from the DC /
供給燃料量制御部10は、負荷電力が閾値Pth未満であるにもかかわらずDC/DCコンバータ4から負荷6に電力が供給されていれば、燃料電池の燃料不足であると判断し、不定期であっても燃料電池スタック1に燃料を供給するように燃料供給部2を制御する。なお、I0以上Iop未満の電流領域において、負荷電力が閾値Pth未満であるにもかかわらずDC/DCコンバータ4から負荷6に電力が供給される。また、DC/DCコンバータ4から負荷6への電力供給が開始された際の負荷電力が小さいほど燃料電池の燃料不足量が大きいので、供給燃料量を増加させることが望ましい。
The supplied fuel
供給燃料量制御部10が、負荷電力が閾値Pth未満であるにもかかわらずDC/DCコンバータ4から負荷6に電力が供給されている場合に、燃料電池の燃料不足であると判断し、不定期であっても燃料電池スタック1に燃料を供給するように燃料供給部2を制御するので、燃料電池の燃料不足を解消することができる。
When the supplied fuel
なお、逆流防止ダイオードを設けた構成の燃料電池システムであっても、上述したように負荷電力検出部8、出力電力判定部9、及び供給燃料量制御部10を設けることで、燃料電池の燃料不足を解消することができる。しかしながら、燃料電池システムの効率向上の観点から、図4に示すような逆流防止ダイオードを設けない構成が望ましい。
Even in a fuel cell system having a backflow prevention diode, the load power detection unit 8, the output power determination unit 9, and the supply fuel
また、図4に示す燃料電池システムにおいて、DC/DCコンバータ4の出力電圧設定値Vopを、燃料電池スタック1の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック1の出力電圧の値Vmin以上に設定しなければ、燃料電池の寿命低下のおそれをなくすという本発明の目的を達成することができないが、負荷電力検出部8、出力電力判定部9、及び供給燃料量制御部10を設けているので燃料電池の燃料不足を解消することができる。燃料電池と蓄電デバイスの並列システムである燃料電池システムであれば、図4に示す構成に限定されることなく、負荷電力検出部8、出力電力判定部9、及び供給燃料量制御部10を設けることにより、燃料電池の燃料不足を解消することができる。
In the fuel cell system shown in FIG. 4, the output voltage set value Vop of the DC /
本発明の範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。例えば、図3に示す構成と図4に示す構成を組み合わせた燃料電池システムを構成し、DC/DCコンバータ4の出力電圧設定値Vopを、燃料電池スタック1の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック1の出力電圧の値Vmin以上に設定するようにしてもよい。
The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. For example, a fuel cell system that combines the configuration shown in FIG. 3 and the configuration shown in FIG. 4 is configured, and the output voltage set value Vop of the DC /
次に、燃料電池用DC/DCコンバータを具備するタイプの本発明に係る燃料電池システムの一構成例を図6に示す。 Next, FIG. 6 shows a configuration example of a fuel cell system according to the present invention of a type including a DC / DC converter for a fuel cell.
図6に示す本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と蓄電デバイスの並列システムであって、燃料電池スタック11と、燃料供給部12と、蓄電デバイスである二次電池13と、燃料電池用DC/DCコンバータ14と、二次電池用DC/DCコンバータ15と、二次電池充電回路16と、システム出力端子17と、電流検出回路18と、マイクロコンピュータ19とを備えている。システム出力端子17は正極端子と負極端子から成る直流出力端子である。
The fuel cell system according to the present invention shown in FIG. 6 is a parallel system of a fuel cell and an electricity storage device, and includes a
燃料供給部12は、定期的に所定量の燃料を燃料電池スタック11に供給するとともに、燃料電池スタック11において使用されなかった燃料を回収する。燃料電池スタック11が燃料電池スタック11の出力電流を検出する電流検出回路18を介して燃料電池用DC/DCコンバータ14の入力端に接続され、燃料電池用DC/DCコンバータ14の正極出力端がシステム出力端子17の正極端子に接続される。二次電池13が二次電池用DC/DCコンバータ15の入力端と二次電池充電回路16の出力端それぞれに接続され、二次電池用DC/DCコンバータ15の正極出力端と二次電池充電回路16の正極入力端がそれぞれシステム出力端子17の正極端子に接続される。また、燃料電池用DC/DCコンバータ14の負極出力端、二次電池用DC/DCコンバータ15の負極出力端、及び二次電池充電回路16の負極入力端がそれぞれシステム出力端子17の負極端子に接続される。マイクロコンピュータ19は電流検出回路18の検出結果に基づいて燃料電池用DC/DCコンバータ14を制御する。図6に示す本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池システムの出力に基づく電力を燃料供給部12の動作電源として用いており、システム起動時には二次電池13の出力に基づく電力により燃料供給部12を動作させている。
The
システム出力端子17が電気機器(負荷)の直流入力端子に接続されることで、図6に示す本発明に係る燃料電池システムから電気機器に電力が供給される。
By connecting the
燃料電池用DC/DCコンバータ14は燃料電池スタック11から出力される直流電圧を原則として所定値(PV1)の直流電圧に昇圧して出力し、二次電池用DC/DCコンバータ15は二次電池13から出力される直流電圧を所定値(PV2)の直流電圧に昇圧して出力する。なお、燃料電池用DC/DCコンバータ14の出力電圧値(PV1)が二次電池用DC/DCコンバータ15の出力電圧値(PV2)より大きく設定されている。これにより、原則として燃料電池用DC/DCコンバータ14の出力電力のみがシステム出力端子17を介して電気機器に供給される。
The DC /
ただし、電気機器の要求する電力の増大により燃料電池スタック11の出力電流が増大して制限値ILIMに達すると、マイクロコンピュータ19は燃料電池用DC/DCコンバータ14の昇圧比を固定し、その結果、燃料電池用DC/DCコンバータ14の出力電圧が所定値(PV2)まで低下する。これにより、燃料電池スタック11の出力電流が制限値ILIMに達すると、燃料電池用DC/DCコンバータ14の出力電圧値と二次電池用DC/DCコンバータ15の出力電圧値とがともに所定値(PV2)になり、燃料電池用DC/DCコンバータ14の出力電力と二次電池用DC/DCコンバータ15の出力電力がシステム出力端子17を介して電気機器に供給され、燃料電池スタック11の出力電流が制限値ILIMでクランプされる。
However, when the output current of the
ここで、制限値ILIMは、初期状態において燃料電池スタック11の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック11の出力電流の値Ipmax以下に設定する(図7を参照)。これにより、Ipmaxより大きい電流領域で燃料電池スタック11が動作することがなくなるので、初期状態において燃料電池スタック11の寿命が低下するおそれがなくなる。
Here, the limit value I LIM is set to be equal to or less than the value Ipmax of the output current of the
燃料電池スタック11は使用時間とともに出力が低下するという特徴を有する。このため、燃料電池スタック11の電流−電圧特性及び電流−電力特性は図7に示すようになる。図7において、TI-V、TI-Pはそれぞれ燃料電池スタック11の初期状態の出力電流−出力電圧特性曲線、燃料電池スタック11の初期状態の出力電流−出力電力特性曲線を示しており、TI-V’、TI-P’はそれぞれ燃料電池スタック11のA時間使用後の出力電流−出力電圧特性曲線、燃料電池スタック11のA時間使用後の出力電流−出力電力特性曲線を示しており、TI-V’ ’、TI-P’ ’はそれぞれ燃料電池スタック11のB(>A)時間使用後の出力電流−出力電圧特性曲線、燃料電池スタック11のB(>A)時間使用後の出力電流−出力電力特性曲線を示している。
The
燃料電池スタック11が上記のような特徴を有するため、燃料電池スタック11を常に安定領域にて動作させるためには、最長使用時間(燃料電池システムの設定寿命)に達した場合でも燃料電池スタック11が安定領域にて動作するように、最長使用時間経過時において燃料電池スタック11の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック11の出力電流の値以下に制限値ILIMを設定する必要がある。例えば、B時間を最長使用時間とした場合、制限値ILIMを図7に示すように設定すると、初期状態における動作点、A時間使用後における動作点、B時間使用後における動作点はそれぞれOP1、OP2、OP3となり、燃料電池スタック11を常に安定領域にて動作させることができる。ただし、最長使用時間経過時において燃料電池スタック11の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック11の出力電流の値以下に制限値ILIMを設定すると、初期状態において燃料電池スタック11が持っている能力を十分引き出せないという問題がある。
Since the
二次電池充電回路16は、燃料電池スタック11の出力電力が電気機器の要求する電力より大きい場合の余剰電力(=燃料電池スタック11の出力電力−燃料電池システムでの消費電力−電気機器の要求する電力)や負荷である電気機器が動作してないときの燃料電池スタック11の出力電力を用いて二次電池13を充電する。
The secondary
次に、燃料電池用DC/DCコンバータを具備するタイプの本発明に係る燃料電池システムの他の構成例を図8に示す。なお、図8において図6と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。 Next, FIG. 8 shows another configuration example of the fuel cell system according to the present invention of a type including a DC / DC converter for a fuel cell. In FIG. 8, the same parts as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図8に示す本発明に係る燃料電池システムは、図6に示す本発明に係る燃料電池システムから電流検出回路18及びマイクロコンピュータ19を取り除き、燃料電池用DC/DCコンバータ14を燃料電池用DC/DCコンバータ20に置換した構成である。
The fuel cell system according to the present invention shown in FIG. 8 removes the
燃料電池用DC/DCコンバータ20は、燃料電池スタック11から出力される直流電圧を原則として所定値(PV1)の直流電圧に昇圧して出力する。これにより、原則として燃料電池用DC/DCコンバータ20の出力電力のみがシステム出力端子17を介して電気機器に供給される。
The fuel cell DC /
ただし、燃料電池用DC/DCコンバータ20の昇圧比には上限があり、電気機器の要求する電力の増大により燃料電池スタック11の出力電圧が低下して制限値VLIMに達すると、燃料電池用DC/DCコンバータ20の昇圧比が上限に達し燃料電池用DC/DCコンバータ20の出力電圧が所定値(PV2)に下がる。これにより、燃料電池用DC/DCコンバータ20の出力電力と二次電池用DC/DCコンバータ15の出力電力がシステム出力端子17を介して電気機器に供給され、燃料電池スタック11の出力電圧が制限値VLIMでクランプされる。
However, the boost ratio of the fuel cell DC /
ここで、制限値VLIMは、初期状態において燃料電池スタック11の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック11の出力電圧の値Vmin以上に設定する(図9を参照)。これにより、Vminより小さい電圧領域(=Ipmaxより大きい電流領域)で燃料電池スタック11が動作することがなくなるので、初期状態において燃料電池スタック11の寿命が低下するおそれがなくなる。
Here, the limit value V LIM is set to be equal to or higher than the output voltage value Vmin of the
燃料電池スタック11は使用時間とともに出力が低下するという特徴を有する。このため、燃料電池スタック11の電流−電圧特性及び電流−電力特性は図9に示すようになる。図9において、TI-V、TI-Pはそれぞれ燃料電池スタック11の初期状態の出力電流−出力電圧特性曲線、燃料電池スタック11の初期状態の出力電流−出力電力特性曲線を示しており、TI-V’、TI-P’はそれぞれ燃料電池スタック11のA時間使用後の出力電流−出力電圧特性曲線、燃料電池スタック11のA時間使用後の出力電流−出力電力特性曲線を示しており、TI-V’ ’、TI-P’ ’はそれぞれ燃料電池スタック11のB(>A)時間使用後の出力電流−出力電圧特性曲線、燃料電池スタック11のB(>A)時間使用後の出力電流−出力電力特性曲線を示している。
The
燃料電池スタック11が上記のような特徴を有するため、燃料電池スタック11を常に安定領域にて動作させるためには、初期状態において燃料電池スタック11が安定領域にて動作するように、初期状態において燃料電池スタック11の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック11の出力電圧の値以上に制限値VLIMを設定する必要がある。例えば、B時間を最長使用時間とした場合、制限値VLIMを図9に示すように設定すると、初期状態における動作点、A時間使用後における動作点、B時間使用後における動作点はそれぞれOP4、OP5、OP6となり、燃料電池スタック11を常に安定領域にて動作させることができる。ただし、初期状態において燃料電池スタック11の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック11の出力電圧の値以上に制限値VLIMを設定すると、使用時間が経過するにつれて燃料電池スタック11の出力が大幅に低下するという問題がある。
Since the
次に、燃料電池用DC/DCコンバータを具備するタイプの本発明に係る燃料電池システムの更に他の構成例を図10に示す。なお、図10において図6と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。 Next, FIG. 10 shows still another configuration example of a fuel cell system according to the present invention of a type including a DC / DC converter for a fuel cell. 10, the same parts as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
燃料電池スタック11は使用時間とともに出力が低下するという特徴を有する。このため、燃料電池スタック11の電流−電圧特性及び電流−電力特性は図11に示すようになる。図11において、TI-V、TI-Pはそれぞれ燃料電池スタック11の初期状態の出力電流−出力電圧特性曲線、燃料電池スタック11の初期状態の出力電流−出力電力特性曲線を示しており、TI-V’、TI-P’はそれぞれ燃料電池スタック11のA時間使用後の出力電流−出力電圧特性曲線、燃料電池スタック11のA時間使用後の出力電流−出力電力特性曲線を示しており、TI-V’ ’、TI-P’ ’はそれぞれ燃料電池スタック11のB(>A)時間使用後の出力電流−出力電圧特性曲線、燃料電池スタック11のB(>A)時間使用後の出力電流−出力電力特性曲線を示している。
The
図10に示す本発明に係る燃料電池システムは、図6に示す本発明に係る燃料電池システムにおいて燃料電池用DC/DCコンバータ14を燃料電池用DC/DCコンバータ21に置換した構成である。
The fuel cell system according to the present invention shown in FIG. 10 has a configuration in which the fuel cell DC /
燃料電池用DC/DCコンバータ21は燃料電池スタック11から出力される直流電圧を原則として所定値(PV1)の直流電圧に昇圧して出力する。なお、燃料電池用DC/DCコンバータ21の出力電圧値(PV1)が二次電池用DC/DCコンバータ15の出力電圧値(PV2)より大きく設定されている。これにより、原則として燃料電池用DC/DCコンバータ21の出力電力のみがシステム出力端子17を介して電気機器に供給される。
The fuel cell DC / DC converter 21 boosts and outputs the DC voltage output from the
ただし、電気機器の要求する電力の増大により燃料電池スタック11の出力電流が増大して制限値I’LIMに達すると、マイクロコンピュータ19は燃料電池用DC/DCコンバータ21の昇圧比を固定し、その結果、燃料電池用DC/DCコンバータ21の出力電圧が所定値(PV2)まで低下する。これにより、燃料電池スタック11の出力電流が制限値I’LIMに達すると、燃料電池用DC/DCコンバータ21の出力電圧値と二次電池用DC/DCコンバータ15の出力電圧値とがともに所定値(PV2)になり、燃料電池用DC/DCコンバータ21の出力電力と二次電池用DC/DCコンバータ15の出力電力がシステム出力端子17を介して電気機器に供給され、燃料電池スタック11の出力電流が制限値I’LIMでクランプされる。
However, when the output current of the
また、燃料電池用DC/DCコンバータ21の昇圧比には上限があり、電気機器の要求する電力の増大により燃料電池スタック11の出力電圧が低下して制限値V’LIMに達すると、燃料電池用DC/DCコンバータ21の昇圧比が上限に達し燃料電池用DC/DCコンバータ21の出力電圧が所定値(PV2)に下がる。これにより、燃料電池用DC/DCコンバータ21の出力電力と二次電池用DC/DCコンバータ15の出力電力がシステム出力端子17を介して電気機器に供給され、燃料電池スタック11の出力電圧が制限値V’LIMでクランプされる。
The boost ratio of the fuel cell DC / DC converter 21 has an upper limit. When the output voltage of the
ここで、例えば、制限値I’LIMを、使用時間がA時間である場合において燃料電池スタック11の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック11の出力電流の値I’pmaxと同値にし、制限値V’LIMを、使用時間がA時間である場合において燃料電池スタック11の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック11の出力電圧の値V’minと同値に設定する。これにより、使用時間がA時間以下である場合は、制限値I’LIMにより、I’pmaxより大きい電流領域で燃料電池スタック11が動作することがなくなるので、使用時間がA時間以下である場合において燃料電池スタック11の寿命が低下するおそれがなくなり、使用時間がA時間より長い場合は、制限値V’LIMにより、V’minより小さい電圧領域で燃料電池スタック11が動作することがなくなるので、使用時間がA時間より長い場合において燃料電池スタック11の寿命が低下するおそれがなくなる。
Here, for example, the limit value I ′ LIM is set to the same value as the value I′pmax of the output current of the
燃料電池用DC/DCコンバータ21が上述したような動作を行うので、図10に示す本発明に係る燃料電池システムは、初期状態でも燃料電池スタック11の電力を十分に取り出すことができ、長時間使用後も燃料電池スタック11の出力電力の大幅な低下を防止することができる。
Since the fuel cell DC / DC converter 21 performs the above-described operation, the fuel cell system according to the present invention shown in FIG. 10 can sufficiently extract the power of the
なお、図6に示す本発明に係る燃料電池システムのマイクロコンピュータ19に燃料電池システムの使用時間を測定する機能を付加し、使用時間の増加に伴って制限値ILIMを小さくし、各使用時間において燃料電池スタック11の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック11の出力電流の値以下に制限値ILIMを設定することで、図10に示す本発明に係る燃料電池システムと同様の効果を得ることができる。
A function for measuring the usage time of the fuel cell system is added to the
また、図8に示す本発明に係る燃料電池システムの燃料電池用DC/DCコンバータ20に燃料電池システムの使用時間を測定する機能を付加し、使用時間の増加に伴って昇圧比の上限を大きくして制限値VLIMを小さくし、各使用時間において燃料電池スタック11の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック11の出力電圧の値以上に制限値VLIMを設定することで、図10に示す本発明に係る燃料電池システムと同様の効果を得ることができる。
Further, a function for measuring the usage time of the fuel cell system is added to the fuel cell DC /
次に、燃料電池用DC/DCコンバータを具備するタイプの本発明に係る燃料電池システムの更に他の構成例を図12に示す。なお、図12において図6と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。 Next, still another configuration example of a fuel cell system according to the present invention of a type including a fuel cell DC / DC converter is shown in FIG. In FIG. 12, the same parts as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図12に示す本発明に係る燃料電池システムは、図6に示す本発明に係る燃料電池システムにおいて燃料電池用DC/DCコンバータ14、二次電池用DC/DCコンバータ15、二次電池充電回路16、電流検出回路18、及びマイクロコンピュータ19をそれぞれ燃料電池用DC/DCコンバータ22、二次電池用DC/DCコンバータ23、二次電池充電回路24、電力検出回路25、及びマイクロコンピュータ26に置換した構成である。
The fuel cell system according to the present invention shown in FIG. 12 includes a fuel cell DC /
燃料電池用DC/DCコンバータ22は、燃料電池スタック11から出力される直流電圧を所定値(PV)の直流電圧に昇圧して出力するDC/DCコンバータである。二次電池用DC/DCコンバータ23は、二次電池13から出力される直流電圧を所定値(PV)の直流電圧に昇圧して出力してマイクロコンピュータ26から指示された電力をシステム出力端子17に供給するDC/DCコンバータである。二次電池充電回路24は、マイクロコンピュータ26から指示された電流値で二次電池13を充電する充電回路である。電力検出回路25は、燃料電池スタック11の出力電力を検出してその検出結果をマイクロコンピュータ26に送出する検出回路である。
The fuel cell DC /
マイクロコンピュータ26は、燃料電池スタック11が常に電力ピーク点で動作するように二次電池用DC/DCコンバータ23及び二次電池充電回路24を制御する。ここで、電力ピーク点の一例を図13に示す。なお、図13において図7と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。図13中のP1〜P3が電力ピーク点である。マイクロコンピュータ26が上述した制御を行うことにより、燃料電池スタック11が燃料不足になったり、使用時間とともに燃料電池スタック11の出力が低下したりしても、常に燃料電池スタック11の能力を最大限引き出せるとともに、燃料電池スタック11の寿命が低下するおそれがなくなる。
The
以下、マイクロコンピュータ26の動作例について説明する。マイクロコンピュータ26は、二次電池充電回路24に指示する電流値を徐々に増加させながら、二次電池充電回路24に指示する電流値の増加に伴って燃料電池スタック11の出力電力が増加しているかを監視し、燃料電池スタック11の出力電力が増加から減少に転じたら、二次電池充電回路24に指示する電流値を燃料電池スタック11の出力電力が減少に転じる直前の値に戻し、燃料電池スタック11の出力電力を内蔵メモリに記憶する。これにより、電力ピーク点における燃料電池スタック11の出力電力がマイクロコンピュータ26の内蔵メモリに記憶される。
Hereinafter, an operation example of the
マイクロコンピュータ26は、上述した電力ピーク点における燃料電池スタック11の出力電力の記憶動作を常時もしくは周期的に行い、電力ピーク点における燃料電池スタック11の出力電力を周期的に更新する。
The
図12に示す本発明に係る燃料電池システムがシステム出力端子17に接続される電気機器に電力を供給しているとき、マイクロコンピュータ26は以下の動作を行う。マイクロコンピュータ26は、内蔵メモリに記憶されている電力ピーク点における燃料電池スタック11の出力電力から燃料電池システムでの消費電力(燃料供給部12の動作電力等)を差し引いた負荷供給可能最大電力を算出し、負荷電力が負荷供給可能最大電力より大きいか否かを判定する。
When the fuel cell system according to the present invention shown in FIG. 12 supplies electric power to the electrical equipment connected to the
負荷電力が負荷供給可能最大電力以下である場合、マイクロコンピュータ26は、負荷供給可能最大電力から負荷電力を差分した電力によって二次電池13が充電されるように二次電池充電回路24の充電電流値を制御する。また、負荷電力が負荷供給可能最大電力以下である場合、マイクロコンピュータ26は、二次電池用DC/DCコンバータ23からシステム出力端子17に電力が供給されないようにする。
When the load power is less than or equal to the maximum load supplyable power, the
一方、負荷電力が負荷供給可能最大電力より大きい場合、マイクロコンピュータ26は、負荷電力から負荷供給可能最大電力を差分した電力量を二次電池用DC/DCコンバータ23から出力させる。また、負荷電力が負荷供給可能最大電力より大きいである場合、マイクロコンピュータ26は、二次電池充電回路24の充電電流を零にする。
On the other hand, when the load power is larger than the maximum load supplyable power, the
上記動作例のように、マイクロコンピュータ26が負荷電力を検出して二次電池用DC/DCコンバータ23の放電量及び二次電池充電回路24の充電量の目安をつけることで、燃料電池スタック11の電力ピーク点動作の追従性を良くすることができる。なお、マイクロコンピュータ26は、負荷電力を検出しなくても燃料電池スタック11が常に電力ピーク点で動作するように二次電池用DC/DCコンバータ23及び二次電池充電回路24を制御することができるので、燃料電池スタック11の電力ピーク点動作の追従性に問題がなければ負荷電力を検出しなくても構わない。
As in the above example of operation, the
なお、上述した実施形態では蓄電デバイスとして二次電池(二次電池3あるいは二次電池13)を用いたが、二次電池の代わりに他の蓄電デバイス(例えば電気二重層コンデンサ等)を用いても構わない。
In the above-described embodiment, the secondary battery (
なお、図2、図5、図7、図9、図11、図13、図15は、安定稼働状態での燃料電池スタックの電流−電圧特性及び電流−電力特性を示している。ここで、安定稼働状態とは、燃料電池の起動開始直後の稼働状態でないことを意味している。 2, 5, 7, 9, 11, 13, and 15 show the current-voltage characteristics and current-power characteristics of the fuel cell stack in a stable operation state. Here, the stable operation state means that the fuel cell is not in an operation state immediately after the start-up of the fuel cell.
1、11 燃料電池スタック
2、12 燃料供給部
3、13 二次電池
4 DC/DCコンバータ
5 逆流防止ダイオード
6 負荷
7 ON/OFF制御回路
8 負荷電力検出部
9 出力電力判定部
10 供給燃料量制御部
14、20、21、22 燃料電池用DC/DCコンバータ
15、23 二次電池用DC/DCコンバータ
16、24 二次電池充電回路
17 システム出力端子
18 電流検出回路
19、26 マイクロコンピュータ
25 電力検出回路
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記所定の電圧が、前記燃料電池の出力電力が最大であるときの前記燃料電池の出力電圧の値以上であることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell; a fuel supply unit that supplies fuel to the fuel cell; a power storage device; and a DC / DC converter that converts an output voltage of the power storage device into a predetermined voltage and outputs the voltage. In a fuel cell system that is a parallel system of power storage devices,
The fuel cell system, wherein the predetermined voltage is equal to or greater than a value of the output voltage of the fuel cell when the output power of the fuel cell is maximum.
前記ON/OFF制御回路は、前記燃料電池の出力電圧が所定値より大きければ前記DC/DCコンバータの動作をOFFにし、前記燃料電池の出力電圧が前記所定値より大きくなければ前記DC/DCコンバータの動作をONにする請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池システム。 An ON / OFF control circuit for ON / OFF control of the operation of the DC / DC converter;
The ON / OFF control circuit turns off the operation of the DC / DC converter if the output voltage of the fuel cell is greater than a predetermined value, and the DC / DC converter if the output voltage of the fuel cell is not greater than the predetermined value. The fuel cell system according to claim 1, wherein the operation is turned on.
前記DC/DCコンバータから前記外部負荷に電力が供給されているか否かを判定する出力電力判定部と、
前記負荷電力検出部の検出結果及び前記出力電力判定部の判定結果を入力し、前記負荷電力が閾値未満であるにもかかわらず前記DC/DCコンバータから前記外部負荷に電力が供給されていれば、前記燃料電池に燃料を供給するように前記燃料供給部を制御する供給燃料量制御部とを備える請求項1〜5のいずれかに記載の燃料電池システム。 A load power detection unit that detects load power that is required by the external load for the fuel cell system;
An output power determination unit that determines whether power is supplied from the DC / DC converter to the external load;
If the detection result of the load power detection unit and the determination result of the output power determination unit are input and power is supplied from the DC / DC converter to the external load even though the load power is less than a threshold value The fuel cell system according to claim 1, further comprising: a supply fuel amount control unit that controls the fuel supply unit so as to supply fuel to the fuel cell.
前記燃料電池の出力電流を制限値以下に制限する燃料電池電流制限手段を備え、
前記制限値が、安定稼働状態での使用が所定の時間経過し初期状態に比べて出力低下が生じた時において前記燃料電池の安定稼働状態での出力電力が最大であるときの前記燃料電池の出力電流の値以下であることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system that is a parallel system of a fuel cell and an electricity storage device,
A fuel cell current limiting means for limiting the output current of the fuel cell to a limit value or less;
The limit value is a value of the fuel cell when the output power in the stable operation state of the fuel cell is maximum when the use in the stable operation state elapses for a predetermined time and the output decreases compared to the initial state. A fuel cell system having an output current value or less.
前記燃料電池の出力電圧を制限値以上に制限する燃料電池電圧制限手段を備え、
前記制限値が、前記燃料電池の安定稼働状態での出力電力が最大であるときの前記燃料電池の出力電圧の値以上であることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system that is a parallel system of a fuel cell and an electricity storage device,
A fuel cell voltage limiting means for limiting the output voltage of the fuel cell to a limit value or more;
The fuel cell system, wherein the limit value is equal to or greater than a value of an output voltage of the fuel cell when the output power in a stable operation state of the fuel cell is maximum.
前記燃料電池の出力電流を第1の制限値以下に制限する燃料電池電流制限手段と、前記燃料電池の出力電圧を第2の制限値以上に制限する燃料電池電圧制限手段とを備え、
前記第1の制限値が、安定稼働状態での使用が所定の時間経過し初期状態に比べて出力低下が生じた時において前記燃料電池の安定稼働状態での出力電力が最大であるときの前記燃料電池の出力電流の値以下であり、
前記第2の制限値が、前記燃料電池の安定稼働状態での出力電力が最大であるときの前記燃料電池の出力電圧の値以上であることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system that is a parallel system of a fuel cell and an electricity storage device,
Fuel cell current limiting means for limiting the output current of the fuel cell to a first limit value or less; and fuel cell voltage limiting means for limiting the output voltage of the fuel cell to a second limit value or more,
The first limit value is obtained when the output power in the stable operation state of the fuel cell is maximum when the use in the stable operation state has elapsed for a predetermined time and the output is reduced compared to the initial state. It is below the value of the output current of the fuel cell,
The fuel cell system, wherein the second limit value is equal to or greater than the value of the output voltage of the fuel cell when the output power in the stable operation state of the fuel cell is maximum.
前記燃料電池と、前記蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスの出力電圧を変換するDC/DCコンバータと、前記燃料電池の出力を用いて前記蓄電デバイスを充電する充電回路と、前記DC/DCコンバータ及び前記充電回路の電力制御によって前記燃料電池の動作点を最大出力電力動作点とする制御部とを備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system that is a parallel system of a fuel cell and an electricity storage device,
The fuel cell, the power storage device, a DC / DC converter that converts an output voltage of the power storage device, a charging circuit that charges the power storage device using the output of the fuel cell, the DC / DC converter, and the A fuel cell system comprising: a control unit configured to set the operating point of the fuel cell as a maximum output power operating point by power control of a charging circuit.
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