JP2009099414A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP2009099414A
JP2009099414A JP2007270494A JP2007270494A JP2009099414A JP 2009099414 A JP2009099414 A JP 2009099414A JP 2007270494 A JP2007270494 A JP 2007270494A JP 2007270494 A JP2007270494 A JP 2007270494A JP 2009099414 A JP2009099414 A JP 2009099414A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
fuel cell
target value
generated
demand
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007270494A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Jo Ibuka
丈 井深
Manabu Hiwatari
学 樋渡
Atsushi Akimoto
淳 秋本
Takuo Nishiyama
拓雄 西山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eneos Corp
Original Assignee
Nippon Oil Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Oil Corp filed Critical Nippon Oil Corp
Priority to JP2007270494A priority Critical patent/JP2009099414A/en
Publication of JP2009099414A publication Critical patent/JP2009099414A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system which can reduce a generated surplus power and suppress deterioration of the power generation efficiency of a fuel cell. <P>SOLUTION: An appropriate target value is set by generally judging the value of demanded power in the previous 15 minutes or shorter which is optimal time in consideration of the fluctuation velocity of the generated power of the fuel cell 20 and in consideration of supply of power in response to an increase-decrease tendency in actually demanded power. The fuel cell 20 is controlled in accordance with the target value set in such a manner so that the generated power is not affected by sudden or local fluctuation in demanded power and the fuel cell 20 is further controlled so as to moderate the fluctuation in the generated power. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、需要に応じて電力を供給する燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system that supplies electric power according to demand.

従来、需要に応じて電力を供給する技術として特許文献1に記載されたものが知られている。この特許文献1には、電機子巻線を固定子に対して回転させることによって電力を発生する発電機を備え、発生電力が需要電力に追従するように発電機を制御するシステムが記載されている。
特開2002−238167号公報
Conventionally, what was described in patent document 1 is known as a technique which supplies electric power according to a demand. Patent Document 1 describes a system that includes a generator that generates electric power by rotating an armature winding with respect to a stator, and that controls the generator so that the generated electric power follows demand power. Yes.
JP 2002-238167 A

しかしながら、上述したような発電機の制御方法を燃料電池システムに適用して、燃料電池の発生電力を需要電力に追従させるようにした場合、需要電力の変動速度に比して燃料電池の発生電力の変動速度が遅いため、例えば、急激に需要電力が低下したときに燃料電池の発生電力が低下するまでに時間がかかり、余剰電力が発生してしまうという問題がある。また、燃料電池は燃料や水の供給量を制御することによって発生電力を調節する方式であり、他の発電方式に比して発生電力の調整が難しく、発生電力の変動を抑えることが望まれるが、局所的な変動の激しい需要電力に追従させて電力を発生させた場合は発生電力が頻繁に変動してしまい、結果として発電効率が低下してしまうという問題がある。   However, when the generator control method as described above is applied to the fuel cell system so that the generated power of the fuel cell follows the demand power, the generated power of the fuel cell is compared with the fluctuation speed of the demand power. Therefore, there is a problem that, for example, when the power demand is suddenly reduced, it takes time until the power generated by the fuel cell decreases, and surplus power is generated. In addition, the fuel cell is a system that adjusts the generated power by controlling the supply amount of fuel and water, and it is difficult to adjust the generated power compared to other power generation systems, and it is desirable to suppress fluctuations in the generated power. However, when power is generated by following demand power that is subject to local fluctuations, the generated power frequently fluctuates, resulting in a problem that power generation efficiency is reduced.

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、余剰電力の発生を低減すると共に、燃料電池の発電効率の低下を抑制することのできる燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of reducing the generation of surplus power and suppressing a decrease in power generation efficiency of the fuel cell. And

本発明に係る燃料電池システムは、電力を発生する燃料電池と、燃料電池を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、過去15分以内の需要電力に基づいて燃料電池の発生電力の目標値を設定する目標値設定手段と、目標値に従って電力を発生するように、燃料電池を制御する発生電力制御手段と、を備えることを特徴とする。   The fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell that generates electric power and a control device that controls the fuel cell, and the control device targets the generated electric power of the fuel cell based on demand power within the past 15 minutes. It comprises a target value setting means for setting a value, and a generated power control means for controlling the fuel cell so as to generate electric power according to the target value.

この燃料電池システムによれば、燃料電池の発生電力の変動速度を考慮すると共に実際の需要電力の増加・減少の傾向に応答して電力を供給することを考慮した場合に、最適な時間である過去15分以内の需要電力の値を全体的に判断することによって、適切な目標値を設定することができる。このようにして設定した目標値に従うことによって、発生電力が需要電力の急激な変動や局所的な変動による影響を受けないように燃料電池を制御することができ、更に、発生電力の変動が緩やかになるように燃料電池を制御することができる。以上によって、余剰電力の発生を低減すると共に、燃料電池の発電効率が低下してしまうことを抑制することができる。   According to this fuel cell system, it is the optimum time when considering the fluctuation speed of the generated power of the fuel cell and supplying power in response to the actual increase / decrease in demand power. An appropriate target value can be set by judging the value of power demand within the past 15 minutes as a whole. By following the target value set in this way, the fuel cell can be controlled so that the generated power is not affected by sudden fluctuations or local fluctuations in demand power, and the fluctuations in the generated power are moderate. The fuel cell can be controlled so that As described above, it is possible to reduce the generation of surplus power and to prevent the power generation efficiency of the fuel cell from being lowered.

本発明に係る燃料電池システムにおいて、目標値設定手段は、過去15分以内の需要電力の最小値に基づいて目標値を設定することが好ましい。このようにすれば、需要電力が急激に変動した場合や、局所的に変動した場合であっても、過去15分以内の需要電力の最小値に基づいて目標値が設定されているため、需要電力の変動の影響を排除すると共に、発生電力の変動を緩やかにすることができる。以上によって、余剰電力の発生を低減すると共に、燃料電池の発電効率が低下してしまうことを抑制することができる。   In the fuel cell system according to the present invention, the target value setting means preferably sets the target value based on the minimum value of the demand power within the past 15 minutes. In this way, the target value is set based on the minimum value of the demand power within the past 15 minutes even if the demand power fluctuates suddenly or when it fluctuates locally. In addition to eliminating the influence of power fluctuations, it is possible to moderate fluctuations in generated power. As described above, it is possible to reduce the generation of surplus power and to prevent the power generation efficiency of the fuel cell from being lowered.

本発明に係る燃料電池システムによれば、余剰電力の発生を低減すると共に、燃料電池の発電効率の低下を抑制することができる。   According to the fuel cell system of the present invention, it is possible to reduce the generation of surplus power and suppress the decrease in power generation efficiency of the fuel cell.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図であり、図2は図1の制御装置の構成を示すブロック図である。図1に示すように、燃料電池システム1は、水素製造装置(FPS)10、燃料電池20、インバータ30、制御装置40、バーナ燃料供給装置50、水素製造用原料供給装置60、冷却水供給装置70、空気供給装置80、余剰ヒータ90、及び計測器100,110を備えている。   FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system according to the embodiment, and FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the control device of FIG. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a hydrogen production device (FPS) 10, a fuel cell 20, an inverter 30, a control device 40, a burner fuel supply device 50, a hydrogen production raw material supply device 60, and a cooling water supply device. 70, an air supply device 80, a surplus heater 90, and measuring instruments 100 and 110.

FPS10は、水素製造用原料供給装置60からの水素製造用原料を利用して、水素リッチな改質ガスを生成する。水素製造用原料としては、水蒸気改質により水素を含む改質ガスを得られる物質であれば使用できる。例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類など分子中に炭素と水素を有する化合物を用いることができる。工業用あるいは民生用に安価に入手できる原料として、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、メタン、都市ガス、LPG(液化石油ガス)を挙げることができ、また石油から得られるガソリン、ナフサ、灯油、軽油など炭化水素油を挙げることができる。これらの中でも、液体原料が好ましく、特に灯油は入手容易でありその取扱が容易であるため好ましい。   The FPS 10 generates hydrogen-rich reformed gas using the raw material for hydrogen production from the raw material supply device 60 for hydrogen production. As a raw material for hydrogen production, any substance that can obtain a reformed gas containing hydrogen by steam reforming can be used. For example, compounds having carbon and hydrogen in the molecule, such as hydrocarbons, alcohols, and ethers, can be used. Examples of raw materials that can be obtained inexpensively for industrial or consumer use include methanol, ethanol, dimethyl ether, methane, city gas, LPG (liquefied petroleum gas), and carbonized gasoline, naphtha, kerosene, light oil obtained from petroleum, etc. Mention may be made of hydrogen oil. Among these, liquid raw materials are preferable, and kerosene is particularly preferable because it is easily available and easy to handle.

このFPS10は、改質部11、バーナ12、シフト部13、及び選択酸化部14を有している。改質部11は、改質用水を用いて水素製造用原料を水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを生成する。水蒸気改質のための改質触媒としては、例えば、ニッケル系、ルテニウム系、ロジウム系等の金属をアルミナやジルコニア等からなる担体に担持させたものが挙げられる。バーナ12は、吸熱反応である水蒸気改質に必要な熱を供給する。このバーナ12は、燃料電池システム1の起動時には、バーナ燃料供給装置50からの燃料を燃焼させる。また、バーナ12は、燃料電池20で使用されずに排出された改質ガスの余剰分であるオフガスを燃焼させる。   The FPS 10 includes a reforming unit 11, a burner 12, a shift unit 13, and a selective oxidation unit 14. The reforming unit 11 steam reforms the raw material for hydrogen production using the reforming water, and generates a hydrogen-rich reformed gas. Examples of the reforming catalyst for steam reforming include a catalyst in which a nickel, ruthenium, or rhodium metal is supported on a carrier made of alumina, zirconia, or the like. The burner 12 supplies heat necessary for steam reforming, which is an endothermic reaction. The burner 12 burns fuel from the burner fuel supply device 50 when the fuel cell system 1 is started. Further, the burner 12 burns off-gas that is a surplus of reformed gas discharged without being used in the fuel cell 20.

シフト部13は、シフト触媒を用いて水性シフト反応により改質ガス中のCOを数千ppm程度まで除去する。シフト触媒としては、例えば、Cu、Zn、Fe、Cr等をアルミナやジルコニア等からなる担体に担持させたものが挙げられる。シフト触媒による水性シフト反応が活性化される温度範囲は、触媒の種類により異なるものの、凡そ200〜500℃の範囲である。   The shift unit 13 removes CO in the reformed gas to about several thousand ppm by an aqueous shift reaction using a shift catalyst. Examples of the shift catalyst include a catalyst in which Cu, Zn, Fe, Cr or the like is supported on a carrier made of alumina, zirconia, or the like. The temperature range in which the aqueous shift reaction by the shift catalyst is activated is approximately 200 to 500 ° C., although it varies depending on the type of catalyst.

選択酸化部14は、選択酸化触媒を用いて選択酸化により改質ガス中のCOを数十ppm程度まで除去する。選択酸化触媒としては、例えば、Pt、Ru等をアルミナやジルコニア等からなる担体に担持させたものが挙げられる。選択酸化触媒による選択酸化反応が活性化される温度範囲は、触媒の種類により異なるものの、凡そ120〜180℃の範囲である。また、選択酸化触媒の還元が促進される温度範囲は、触媒の種類により異なるものの、凡そ200〜250℃の範囲である。選択酸化部14は、改質ガスを生成したら燃料電池20へ供給する。   The selective oxidation unit 14 removes CO in the reformed gas to about several tens of ppm by selective oxidation using a selective oxidation catalyst. As the selective oxidation catalyst, for example, a catalyst in which Pt, Ru or the like is supported on a carrier made of alumina, zirconia or the like can be mentioned. The temperature range in which the selective oxidation reaction by the selective oxidation catalyst is activated is approximately 120 to 180 ° C., although it varies depending on the type of catalyst. Further, the temperature range in which the reduction of the selective oxidation catalyst is promoted is approximately 200 to 250 ° C., although it varies depending on the type of catalyst. The selective oxidation unit 14 supplies the reformed gas to the fuel cell 20.

空気供給装置80は、選択酸化部14における選択酸化反応に必要な酸素源としての空気を、選択酸化部14に供給する。   The air supply device 80 supplies air as an oxygen source necessary for the selective oxidation reaction in the selective oxidation unit 14 to the selective oxidation unit 14.

冷却水供給装置70は、発熱反応である水性シフト反応を行うシフト部13、及び発熱反応である選択酸化反応を行う選択酸化部14を冷却するための冷却水を供給する。   The cooling water supply device 70 supplies cooling water for cooling the shift unit 13 that performs an aqueous shift reaction that is an exothermic reaction and the selective oxidation unit 14 that performs a selective oxidation reaction that is an exothermic reaction.

燃料電池20は、例えば、固体高分子形(PEFC)の電池スタックであり、複数の電池セルが積み重ねられて構成され、FPS10で生成された改質ガスを用いて電力を発生し、インバータ30を介して家庭用の電気機器EIへ電力を供給する。電池セルは、アノードと、カソードと、アノード及びカソード間に配置された電解質である高分子のイオン交換膜とを有しており、アノード側に改質ガスを導入させると共に、カソード側に空気を導入させることで、各電池セルにおいて電気化学的な発電反応が行われる。また、インバータ30は、出力されたDC電流を交流(AC)電流に変換する。なお、燃料電池20の発生電力が電気機器EIの需要電力に満たない場合は、商用電力系統CEから補助電力が電気機器EIへ供給される。   The fuel cell 20 is, for example, a solid polymer type (PEFC) battery stack, and is configured by stacking a plurality of battery cells. The fuel cell 20 generates electric power using the reformed gas generated by the FPS 10, and the inverter 30 Power is supplied to household electrical equipment EI. The battery cell has an anode, a cathode, and a polymer ion exchange membrane that is an electrolyte disposed between the anode and the cathode, and introduces a reformed gas to the anode side and air to the cathode side. By introducing, an electrochemical power generation reaction is performed in each battery cell. The inverter 30 converts the output DC current into an alternating current (AC) current. When the generated power of the fuel cell 20 is less than the demand power of the electric device EI, auxiliary power is supplied from the commercial power system CE to the electric device EI.

余剰ヒータ90は、電気機器EIの需要電力より燃料電池20の発生電力が上回った場合に、その余剰電力を利用して、例えば湯を沸かすものである。   The surplus heater 90 boils hot water, for example, using surplus power when the generated power of the fuel cell 20 exceeds the demand power of the electrical equipment EI.

計測器100は、燃料電池20から電気機器EIへ供給される供給電力を測定し、供給電力の測定値を制御装置40へ出力する。また、計測器110は、商用電力系統CEから電気機器EIへ供給される補助電力を測定し、補助電力の測定値を制御装置40へ出力する。   The measuring instrument 100 measures the supplied power supplied from the fuel cell 20 to the electric device EI and outputs a measured value of the supplied power to the control device 40. In addition, the measuring instrument 110 measures auxiliary power supplied from the commercial power system CE to the electrical equipment EI and outputs a measured value of auxiliary power to the control device 40.

制御装置40は、例えば、電子制御を行うデバイスであり、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、および入出力インターフェイスなどを備えて構成されている。制御装置40の入出力インターフェイスには、燃料電池20及びそれに備わる電流計、バーナ燃料供給装置50、水素製造用原料供給装置60、冷却水供給装置70、空気供給装置80、及び計測器100,110に、直接あるいはネットワークを介して論理的に接続されており、信号の送受信が可能となっている。   The control device 40 is, for example, a device that performs electronic control, and includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), an input / output interface, and the like. The input / output interface of the control device 40 includes the fuel cell 20, an ammeter provided therein, a burner fuel supply device 50, a raw material supply device 60 for hydrogen production, a cooling water supply device 70, an air supply device 80, and measuring instruments 100 and 110. In addition, they are logically connected directly or via a network so that signals can be transmitted and received.

この制御装置40は、燃料電池20を制御するものであり、図2に示すように、需要電力取得部41、記憶部42、目標値設定部(目標値設定手段)43、及び発生電力制御部(発生電力制御手段)44、を備えて構成されている。   The control device 40 controls the fuel cell 20, and as shown in FIG. 2, a demand power acquisition unit 41, a storage unit 42, a target value setting unit (target value setting means) 43, and a generated power control unit. (Generated power control means) 44.

需要電力取得部41は、計測器100,110から入力された供給電力及び補助電力に基づいて電気機器EIからの需要電力を取得する機能を有する。需要電力は、供給電力と補助電力の和によって算出される。また、需要電力取得部41は、需要電力を取得すると記憶部42へ出力する機能を有する。   The demand power acquisition unit 41 has a function of acquiring demand power from the electrical equipment EI based on the supply power and auxiliary power input from the measuring instruments 100 and 110. Demand power is calculated by the sum of supplied power and auxiliary power. The demand power acquisition unit 41 has a function of outputting the demand power to the storage unit 42 when the demand power is acquired.

記憶部42は、需要電力取得部41から入力された需要電力に基づき、過去から現在に至るまでの需要電力によって描かれた需要電力プロットを記憶する機能を有する。需要電力プロットは、図4(a)〜(c)中においてWzで示されるグラフである。また、記憶部42は、需要電力プロットを目標値設定部43へ出力する機能を有する。   The storage unit 42 has a function of storing a demand power plot drawn by demand power from the past to the present based on the demand power input from the demand power acquisition unit 41. The power demand plot is a graph indicated by Wz in FIGS. The storage unit 42 has a function of outputting a demand power plot to the target value setting unit 43.

目標値設定部43は、記憶部42から入力された需要電力プロットに基づいて燃料電池20の発生電力の目標値を設定する機能を有する。目標値設定部43は、具体的には、過去数分以内の需要電力プロットを参照して、その範囲における需要電力の最小値を目標値に設定する。なお、遡る時間は、短すぎる場合、燃料電池20の発生電力の変動速度の影響によって余剰電力が発生する虞があり、一方、長すぎる場合、実際の需要電力の増加・減少の傾向に応答して電力を供給することができない虞があるため、過去15分まで遡ることが好ましく、過去5〜10分まで遡ることが更に好ましい。目標値設定部43は、目標値を設定すると発生電力制御部44へ出力する機能を有する。   The target value setting unit 43 has a function of setting a target value of generated power of the fuel cell 20 based on the demand power plot input from the storage unit 42. Specifically, the target value setting unit 43 refers to the demand power plot within the past several minutes and sets the minimum value of the demand power in the range as the target value. If the retroactive time is too short, surplus power may be generated due to the influence of the fluctuation speed of the generated power of the fuel cell 20. On the other hand, if it is too long, it responds to the actual increase / decrease in demand power. Therefore, it is preferable to go back to the past 15 minutes, and it is more preferable to go back to the past 5 to 10 minutes. The target value setting unit 43 has a function of outputting the generated power control unit 44 when the target value is set.

発生電力制御部44は、目標値設定部43から取得した目標値に従って電力を発生するように、燃料電池20を制御する機能を有する。発生電力制御部44は、具体的には、バーナ燃料供給装置50、水素製造用原料供給装置60、冷却水供給装置70、及び空気供給装置80へ制御信号を出力し、バーナ12の火力、水素製造用原料の供給量、冷却水の供給量、及び空気の供給量を調節することによって、燃料電池20を制御する。   The generated power control unit 44 has a function of controlling the fuel cell 20 so as to generate power according to the target value acquired from the target value setting unit 43. Specifically, the generated power control unit 44 outputs control signals to the burner fuel supply device 50, the raw material supply device 60 for hydrogen production, the cooling water supply device 70, and the air supply device 80. The fuel cell 20 is controlled by adjusting the supply amount of the raw material for production, the supply amount of the cooling water, and the supply amount of air.

次に、本実施形態に係る燃料電池システム1の制御装置40の動作について、図3を参照して説明する。図3は制御装置の動作を示すフローチャートである。   Next, operation | movement of the control apparatus 40 of the fuel cell system 1 which concerns on this embodiment is demonstrated with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the control device.

制御装置40は、図3に示す制御処理を所定のタイミングで繰り返し実行する。最初に、制御装置40は、需要電力取得処理から開始する(S10)。S10の処理は、需要電力取得部41で実行され、電気機器EIからの需要電力を取得する処理である。S10の処理が終了すると、需要電力プロット取得処理へ移行する(S12)。   The control device 40 repeatedly executes the control process shown in FIG. 3 at a predetermined timing. First, the control device 40 starts from the demand power acquisition process (S10). The process of S10 is a process that is executed by the demand power acquisition unit 41 and acquires the demand power from the electrical equipment EI. When the process of S10 ends, the process proceeds to a demand power plot acquisition process (S12).

S12の処理は目標値設定部43で実行され、記憶部42から需要電力プロットを取得する処理である。需要電力プロットは、時間経過に伴いS10で新たな需要電力が取得されるたびに更新される。S12の処理が終了すると、目標値設定処理へ移行する(S14)。   The process of S <b> 12 is executed by the target value setting unit 43 and acquires a demand power plot from the storage unit 42. The demand power plot is updated each time new demand power is acquired in S10 as time elapses. When the process of S12 ends, the process proceeds to a target value setting process (S14).

S14の処理は、目標値設定部43で実行され、S12で取得された需要電力プロットに基づいて、燃料電池20の発生電力の目標値を設定する処理である。   The process of S14 is a process that is executed by the target value setting unit 43 and sets the target value of the generated power of the fuel cell 20 based on the demand power plot acquired in S12.

ここで、S14における目標値の設定方法の詳細について、図4を参照して具体的に説明する。図4は、燃料電池の発生電力の目標値の設定方法を示す図である。   Here, the details of the method for setting the target value in S14 will be specifically described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating a method for setting a target value for the generated power of the fuel cell.

図4(a)〜(c)に示すように、過去から現在に至るまでの需要電力プロットWzにおいて、最小の極小点をP1、極小点P1以降の時刻であって極小点P1の次に小さい極小点をP3とし、そのときの時刻をそれぞれT1,T3とする。また、極小点P1と極小点P3との間で、極小点P3の値と同一値となる点を中間点P2とし、そのときの時刻をT2とする。また、図中において、現在の時刻をTnとし、現在から所定時間遡った時刻をTbとする。このように時刻を設定した場合、時刻Tnと時刻Tbとの間の需要電力の最小値が燃料電池20の発生電力の目標値Pdとして設定される。   As shown in FIGS. 4A to 4C, in the demand power plot Wz from the past to the present, the minimum minimum point is P1, the time after the minimum point P1, and the next minimum after the minimum point P1. The minimum point is P3, and the times at that time are T1 and T3, respectively. Further, a point that is the same value as the value of the minimum point P3 between the minimum point P1 and the minimum point P3 is defined as an intermediate point P2, and the time at that time is defined as T2. In the figure, the current time is Tn, and the time that is a predetermined time backward from the present is Tb. When the time is set in this way, the minimum value of the demand power between the time Tn and the time Tb is set as the target value Pd of the generated power of the fuel cell 20.

図4(a)に示すように、時刻Tbが時刻T1以前である場合、時刻Tnと時刻Tbとの間の最小需要電力は、時刻T1での需要電力、すなわち極小点P1によって与えられる。従って、目標値Pdは極小点P1における需要電力と同一値に設定される。   As shown in FIG. 4A, when the time Tb is before the time T1, the minimum demand power between the time Tn and the time Tb is given by the demand power at the time T1, that is, the minimum point P1. Therefore, the target value Pd is set to the same value as the demand power at the minimum point P1.

図4(b)に示すように、時刻Tbが時刻T1より後、且つ、時刻T2以前である場合、時刻Tnと時刻Tbとの間の最小需要電力は、時刻Tbでの需要電力となる(図中においてPmと示す)。従って、目標値PdはPmにおける需要電力と同一値に設定される。なお、このとき、現在までの目標値Pdによって描かれる目標値プロットWtの勾配は、極小点P1と中間点P2との間の需要電力プロットの勾配と同一となる。   As shown in FIG. 4B, when the time Tb is after the time T1 and before the time T2, the minimum demand power between the time Tn and the time Tb is the demand power at the time Tb ( (Indicated as Pm in the figure). Therefore, the target value Pd is set to the same value as the demand power at Pm. At this time, the gradient of the target value plot Wt drawn by the target value Pd up to now is the same as the gradient of the demand power plot between the minimum point P1 and the intermediate point P2.

図4(c)に示すように、時刻Tbが時刻T2より後、且つ、時刻T3以前である場合、時刻Tnと時刻Tbとの間の最小需要電力は、時刻T3での需要電力、すなわち極小点P3によって与えられる。従って、目標値Pdは極小点P3における需要電力と同一値に設定される。   As shown in FIG. 4C, when time Tb is after time T2 and before time T3, the minimum demand power between time Tn and time Tb is the demand power at time T3, that is, the minimum Given by point P3. Therefore, the target value Pd is set to the same value as the demand power at the minimum point P3.

図3へ戻り、S14の処理が終了すると、発生電力制御処理へ移行する(S16)。S16の処理は、発生電力制御部44で実行され、S14で設定した目標値Pdに従って電力を発生するように、燃料電池20を制御する処理である。S16の処理が終了すると、図3に示す燃料電池20の電力発生処理が終了する。   Returning to FIG. 3, when the process of S14 is completed, the process proceeds to a generated power control process (S16). The process of S16 is a process that is executed by the generated power control unit 44 and controls the fuel cell 20 so as to generate power according to the target value Pd set in S14. When the process of S16 ends, the power generation process of the fuel cell 20 shown in FIG. 3 ends.

以上によって、燃料電池20の発生電力の変動速度を考慮すると共に実際の需要電力の増加・減少の傾向に応答して電力を供給することを考慮した場合に、最適な時間である過去15分以内の需要電力の値を全体的に判断することによって、適切な目標値を設定することができる。このようにして設定した目標値に従うことによって、発生電力が需要電力の急激な変動や局所的な変動による影響を受けないように燃料電池20を制御することができ、更に、発生電力の変動が緩やかになるように燃料電池20を制御することができる。以上によって、余剰電力の発生を低減すると共に、燃料電池20の発電効率が低下してしまうことを抑制することができる。   As described above, when considering the fluctuation speed of the generated power of the fuel cell 20 and supplying power in response to the actual increase / decrease in demand power, the optimum time is within the past 15 minutes. An appropriate target value can be set by judging the value of the demand power of the whole. By following the target value set in this way, it is possible to control the fuel cell 20 so that the generated power is not affected by sudden fluctuations or local fluctuations in the demand power. The fuel cell 20 can be controlled to be gradual. As described above, it is possible to reduce the generation of surplus power and to suppress the power generation efficiency of the fuel cell 20 from being lowered.

また、需要電力が急激に変動した場合や、局所的に変動した場合であっても、過去15分以内の需要電力の最小値に基づいて目標値が設定されているため、需要電力の変動の影響を排除すると共に、発生電力の変動を緩やかにすることができる。以上によって、余剰電力の発生を低減すると共に、燃料電池20の発電効率が低下してしまうことを抑制することができる。   Moreover, even if the demand power fluctuates rapidly or locally, the target value is set based on the minimum value of demand power within the past 15 minutes, so the fluctuation in demand power In addition to eliminating the influence, fluctuations in generated power can be moderated. As described above, it is possible to reduce the generation of surplus power and to suppress the power generation efficiency of the fuel cell 20 from being lowered.

本発明は上述した実施形態に限られるものではない。   The present invention is not limited to the embodiment described above.

本実施形態においては、過去数分以内の需要電力の最小値を目標値に設定しているが、最小値よりも電力を数ワット上乗せした値を目標値に設定してもよい。また、局所的に異常な需要電力低下があった場合、その箇所における最小値を無視するようにして目標値を設定してもよい。   In this embodiment, the minimum value of demand power within the past several minutes is set as the target value, but a value obtained by adding several watts of power to the minimum value may be set as the target value. In addition, when there is a local abnormal decrease in demand power, the target value may be set so as to ignore the minimum value at that location.

また、燃料電池として固体高分子形(PEFC)のものを適用しているが、これに限らず、アルカリ電解質形、リン酸形、溶融炭酸塩形あるいは固体酸化物形などの他の形式の燃料電池であってもよい。   In addition, although a polymer electrolyte type (PEFC) type is applied as a fuel cell, other types of fuel such as an alkaline electrolyte type, a phosphoric acid type, a molten carbonate type or a solid oxide type are not limited thereto. It may be a battery.

以下、上記効果を確認すべく、本発明者らが実施した実施例、比較例について述べる。結果は図5に示す。   Hereinafter, examples and comparative examples implemented by the present inventors will be described in order to confirm the above effects. The results are shown in FIG.

(比較例)
図5において、実線で示すグラフWzは需要電力プロットであり、点線で示すグラフWhは、燃料電池の発生電力が需要電力に追従するようにして制御を行った場合の燃料電池の発生電力プロットである。図5に示すように、需要電力の変動速度は一秒当たり数百ワットであるのに対して燃料電池の発生電力の変動速度は一秒当たり数ワット程度しかなく、変動速度が遅い。よって、需要電力が急増したら発生電力が緩やかに増加し、需要電力が急減したら発生電力が緩やかに減少するため、余剰電力が発生してしまう。比較例においては、図5中においてErで示されるだけの余剰電力が発生する。また、発生電力の変動が激しいため、燃料電池の発電効率が低下してしまう。
(Comparative example)
In FIG. 5, a graph Wz indicated by a solid line is a demand power plot, and a graph Wh indicated by a dotted line is a plot of the generated power of the fuel cell when control is performed so that the generated power of the fuel cell follows the demand power. is there. As shown in FIG. 5, the fluctuation speed of the demand power is several hundred watts per second, whereas the fluctuation speed of the generated power of the fuel cell is only about several watts per second, and the fluctuation speed is slow. Therefore, if the demand power increases rapidly, the generated power gradually increases, and if the demand power decreases rapidly, the generated power gradually decreases, so that surplus power is generated. In the comparative example, surplus power as indicated by Er in FIG. 5 is generated. In addition, since the generated power fluctuates greatly, the power generation efficiency of the fuel cell decreases.

(実施例)
図5において、一点鎖線で示すグラフWpは、過去5分以内の需要電力プロットを参照して、その範囲における需要電力の最小値を目標値に設定して制御を行った場合の燃料電池の発生電力プロットである。図5に示すように、燃料電池は、実際の需要電力の増加・減少の傾向に応答しつつも、需要電力の急激な変動による影響をほとんど受けず、余剰電力を発生することなく電力を発生している。また、比較例に比して発生電力の変動が緩やかであり、これによって、燃料電池の発電効率が低下してしまうことを抑制することができる。
(Example)
In FIG. 5, a graph Wp indicated by a one-dot chain line refers to a demand power plot within the past 5 minutes and generates a fuel cell when control is performed by setting the minimum value of demand power in the range as a target value. It is a power plot. As shown in FIG. 5, the fuel cell responds to the actual increase / decrease in power demand, but is hardly affected by sudden fluctuations in power demand and generates power without generating surplus power. is doing. In addition, the fluctuation of the generated power is moderate as compared with the comparative example, and this can suppress a decrease in the power generation efficiency of the fuel cell.

実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the fuel cell system which concerns on embodiment. 図1の制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control apparatus of FIG. 制御装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of a control apparatus. 燃料電池の発生電力の目標値の設定方法を示す図であり、(a)は時刻Tbが時刻T1以前である場合、(b)は時刻Tbが時刻T1より後、且つ、時刻T2以前である場合、(c)時刻Tbが時刻T2より後、且つ、時刻T3以前である場合を示す。It is a figure which shows the setting method of the target value of the electric power generated of a fuel cell, (a) is time Tb before time T1, (b) is time Tb after time T1 and before time T2. (C) shows a case where the time Tb is after the time T2 and before the time T3. 実施例及び比較例の結果を示す線図である。It is a diagram which shows the result of an Example and a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料電池システム、20…燃料電池、40…制御装置、43…目標値設定部(目標値設定手段)、44…発生電力制御部(発生電力制御手段)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 20 ... Fuel cell, 40 ... Control apparatus, 43 ... Target value setting part (target value setting means), 44 ... Generated power control part (generated power control means).

Claims (2)

電力を発生する燃料電池と、
前記燃料電池を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
過去15分以内の需要電力に基づいて前記燃料電池の発生電力の目標値を設定する目標値設定手段と、
前記目標値に従って電力を発生するように、前記燃料電池を制御する発生電力制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that generates electricity;
A control device for controlling the fuel cell,
The controller is
Target value setting means for setting a target value of generated power of the fuel cell based on demand power within the past 15 minutes;
Generated power control means for controlling the fuel cell so as to generate power according to the target value;
A fuel cell system comprising:
前記目標値設定手段は、過去15分以内の前記需要電力の最小値に基づいて前記目標値を設定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。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the target value setting means sets the target value based on a minimum value of the demand power within the past 15 minutes.
JP2007270494A 2007-10-17 2007-10-17 Fuel cell system Pending JP2009099414A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007270494A JP2009099414A (en) 2007-10-17 2007-10-17 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007270494A JP2009099414A (en) 2007-10-17 2007-10-17 Fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009099414A true JP2009099414A (en) 2009-05-07

Family

ID=40702229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007270494A Pending JP2009099414A (en) 2007-10-17 2007-10-17 Fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009099414A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011159493A (en) * 2010-02-01 2011-08-18 Jx Nippon Oil & Energy Corp Fuel cell system and setting method of power generation power target value
JP2012216290A (en) * 2011-03-31 2012-11-08 Toto Ltd Solid oxide fuel cell
JP2015191706A (en) * 2014-03-27 2015-11-02 Toto株式会社 Solid-state oxide type fuel battery device

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007057122A (en) * 2005-08-22 2007-03-08 Aisin Seiki Co Ltd Cogeneration system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007057122A (en) * 2005-08-22 2007-03-08 Aisin Seiki Co Ltd Cogeneration system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011159493A (en) * 2010-02-01 2011-08-18 Jx Nippon Oil & Energy Corp Fuel cell system and setting method of power generation power target value
JP2012216290A (en) * 2011-03-31 2012-11-08 Toto Ltd Solid oxide fuel cell
JP2015191706A (en) * 2014-03-27 2015-11-02 Toto株式会社 Solid-state oxide type fuel battery device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101240704B1 (en) Fuel reforming system having movable heat source and fuel cell system comprising the same
EP2461407B1 (en) Fuel cell device
JP5078696B2 (en) Load following operation method of fuel cell system
JP4951917B2 (en) Fuel reforming system
US9116528B2 (en) Hydrogen generation apparatus, fuel cell system, and method of operating the same
JP2012038559A (en) Fuel cell system and starting method of fuel cell system
JP2018010860A (en) Fuel cell system and method for operating the same
US20230155150A1 (en) Operating method for a solid oxide cell system
JP5289361B2 (en) Fuel cell system and current control method thereof
JP2009099414A (en) Fuel cell system
JP5215527B2 (en) Operation method of fuel cell
JP2005235583A (en) Fuel cell system and its control method
JP5577092B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
EP2800185B1 (en) Fuel cell system and method for operating same
JP5378252B2 (en) FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR SETTING GENERATED POWER TARGET VALUE
JP2011210637A (en) Fuel cell system
JP5271522B2 (en) FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING FUEL CELL SYSTEM
JP2018104731A (en) Electrochemical device and method of operating the same
US9184455B2 (en) Fuel cell system and method of operating the same
JP4500092B2 (en) HYDROGEN GENERATOR, ITS OPERATION METHOD, AND FUEL CELL SYSTEM INCLUDING THE SAME
JP5390887B2 (en) Hydrogen production apparatus and fuel cell system
JP5525306B2 (en) Fuel cell system
JP2014011059A (en) Solid polymer type fuel cell system and startup control method thereof
JP5400425B2 (en) Hydrogen production apparatus and fuel cell system
JP2012229137A (en) Hydrogen generating apparatus, fuel cell system and operation method of hydrogen generating apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100714

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120814

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130115