JP2877666B2 - 可搬型燃料電池電源の起動方法 - Google Patents

可搬型燃料電池電源の起動方法

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JP2877666B2
JP2877666B2 JP5175526A JP17552693A JP2877666B2 JP 2877666 B2 JP2877666 B2 JP 2877666B2 JP 5175526 A JP5175526 A JP 5175526A JP 17552693 A JP17552693 A JP 17552693A JP 2877666 B2 JP2877666 B2 JP 2877666B2
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fuel cell
battery
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信好 西沢
収 田島
浩二 進藤
昌士 藤田
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Sanyo Denki Co Ltd
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池を使用した可
搬型電源の起動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、燃料電池を使用した電源として
は、据置型と可搬型とが知られている。据置型電源の場
合は、外部電源からの電力供給により負荷昇温用ヒータ
を加熱して電池を昇温することができる。しかしなが
ら、移動用電源等の比較的出力規模の小さい可搬型電源
の場合には、前記据置型電源のように外部電源からの電
力供給は望めないので、燃料電池の発電電力の一部を利
用してヒータを加熱して電池を昇温している。
【０００３】従来の可搬型燃料電池電源は、図５に示す
ように、燃料電池５１と，制御装置５４と，内部負荷
（ヒータ１〜３）５３と，ＤＣ／ＤＣコンバータ５６と
から主に構成されている。以下、上記の如く構成された
可搬型燃料電池電源の起動動作について、図６及び図７
を用いて具体的に説明する。ここで、図６は可搬型燃料
電池電源の起動動作を示すシーケンス図であり、図７は
燃料電池の起動特性を示すグラフである。
【０００４】先ず、燃料電池に燃料ガスを供給すると発
電が行われ（＃７００）、負荷昇温が開始する（＃７１
０）。燃料電池の温度上昇に伴って、図７に示すように
電池電流及び電池電圧がいずれも上昇する。負荷昇温過
程においては、電池電圧が上限値（ＶH ）よりも大きい
かどうかを判断し（＃７２０）、電池電圧が上限値（Ｖ
H ）よりも大きければ、直ちに内部負荷であるヒータ１
１作動させる（＃７３０）。ヒータ１を作動させると、
図７に示すように、電池電圧は一時的に低下し、電池電
流はステップ状に上昇する。
【０００５】続いて、電池電圧が下限値（ＶL ）よりも
大きいかどうかを判断し（＃７４０）、電池電圧が下限
値（ＶL ）よりも小さければ直ちにヒータ１を停止する
（＃７５０）。一方、電池温度の上昇に伴って電池電圧
が上昇し、再び電池電圧が上限値（ＶH ）よりも大きく
なると（＃７６０）、＃７３０と同様の方法でヒータ２
を作動させる（＃７７０）。
【０００６】以下、同様の方法で＃７８０〜＃８３０の
動作を行い、やがて電池昇温が完了すると（＃８４
０）、内部負荷の制御を停止する（＃８５０）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したよ
うに、燃料電池の電池電流及び電池電圧は、電池温度の
上昇に伴って常に変動するため、上記従来の起動方法で
は、電池の状態に応じた最適な負荷を与えることができ
ないという課題がある。つまり、燃料電池は起動時、電
池温度の上昇に伴って発電電力を漸時増大させ、定常運
転へと移行するのであるが、内部負荷ヒータを上記のよ
うに段階的に切り換えると、そのヒータの消費電力も段
階的に変化することとなり、燃料電池の起動開始時から
定常運転への移行時に至る各瞬時瞬時における負荷とし
ては不適切なのである。したがって、電池の起動時間が
長くなるという課題がある。
【０００８】本発明は上記課題を解決するため、電池の
状態に応じて最適な負荷を与えながら起動することがで
きる可搬型燃料電池電源の起動方法を提供することを目
的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑
み、燃料ガスを供給して燃料電池の発電を行い、その発
電電力を利用して内部負荷である負荷昇温用ヒータを加
熱し、このヒータの熱によって燃料電池を昇温する可搬
型燃料電池電源の起動方法において、昇温が開始して電
池電流が上限値まで増加する間は、電池電圧が下限値に
維持されるように電池電流の増加に応じて内部負荷を制
御する電圧基準制御ステップと、電池電流が上限値に達
してから後は、電池電流が上限値に維持されるように電
池電圧の増加に応じて内部負荷を制御する電流基準制御
ステップとから成ることを特徴とする。
【００１０】
【作用】上記方法の如く、負荷昇温が開始して電池電流
が上限値に達するまでの間は、電池電圧が下限値に維持
されるように電池電流の増加に応じて内部負荷を制御す
るので、各瞬時において最大の負荷に電力供給している
こととなり、一方、電池電流が上限値に達してから後
は、電池電流が上限値に維持されるように電池電圧の増
加に応じて内部負荷を制御するので、燃料電池電源の最
大発電量を負荷に供給することとなる。したがって、本
発明方法は、燃料電池の起動開始時から最適負荷に対し
て電力供給を行うことこととなる。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の起動方法を実現するために使
用する可搬型燃料電池電源の概略構成図である。図１に
おいて、１は燃料ガスと酸化剤ガスとで発電を行う燃料
電池（３０セルスタック）、２は前記燃料電池１に燃料
ガスを供給する燃料ガス供給弁、３は前記燃料電池１を
昇温するための内部負荷（ヒータ）、４は電池電流上限
値及び電池電圧下限値を設定する制御装置、５は電池電
圧及び電池電流を検出すると共に、前記制御装置４の指
令に基づいて前記内部負荷３を制御する内部負荷制御回
路、６は前記燃料電池１の発生する直流電力を昇圧・降
圧して所定電圧を取り出すＤＣ／ＤＣコンバータであ
る。前記内部負荷制御回路５はサイリスタ等を用いたス
イッチング回路で、そのスイッチオン時間を長短制御す
るすることによって内部負荷３への供給電力を調製でき
る。
【００１２】以下、上記の如く構成された可搬型燃料電
池電源の起動動作について、図２〜図４を用いて、具体
的に説明する。ここで、図２は起動メインシーケンスを
示すシーケンス図であり、図３は図２における負荷昇温
開始ステップのサブシーケンスを示すシーケンス図であ
り、図４は燃料電池の起動特性を示すグラフである。最
初に、図２を参照しながら、起動メインシーケンスにつ
いて説明する。
【００１３】先ず、燃料供給バルブ２を開弁して燃料電
池１に燃料ガスを供給し（＃１００）、燃料電池の負荷
昇温を開始する（＃２００）。次に、燃料電池の温度が
ＴLよりも大きくなれば（＃３００）、外部負荷への出
力を可能とする（＃４００）。本実施例ではＴL を８０
℃に設定した。続いて、図３を参照しながら、図２にお
ける負荷昇温開始ステップについて説明する。
【００１４】＃２００において燃料電池１の負荷昇温が
開始されると、予め運転制御プログラムに定められてい
る電池電圧下限値及び電池電流上限値を制御装置から内
部負荷制御回路に設定信号を出力する（＃２１０）。本
実施例においては、電池電流上限値を２２Ａに、電池電
圧下限値を９Ｖ（３００ｍＶ／セル）にそれぞれ設定し
た。ここで、電池電流の上限値とは、ＤＣ／ＤＣコンバ
ータの最大入力電流値に等しいレベルであり、電池電圧
の下限値とは、その値以下では電池内に逆電圧が生じ、
電池寿命が短くなるレベルをいう。
【００１５】また、設定と同時に、内部負荷制御回路５
により内部負荷３の制御を開始する（＃２１０）。以
下、具体的な内部負荷の制御について、図４を用いて説
明する。先ず、負荷昇温が開始して電池電流が上限値に
達するまでの間（ｔ0 〜ｔ1 ）は、電池電圧が下限値に
維持されるように内部負荷への出力電流を調整し、電池
温度の上昇とともに電池電流は増加する。
【００１６】次に、電池電流が上限値に達してから電池
温度がＴL （８０℃）になるまでの間（ｔ1 〜ｔ2 ）
は、電池電流が上限値に維持されるように電池電圧の増
加に応じて内部負荷への供給電流を変更する。その後、
電池温度がＴL に達すると、外部負荷にも出力が可能と
なるが、仮に外部負荷が投入された場合も電池電流が上
限値に維持されるように内部負荷若しくは燃料供給量の
制御が行われる。
【００１７】やがて、電池が所定温度（１２０℃）にな
り、電池の昇温が完了すると（＃２２０）、内部負荷制
御を停止する（＃２３０）。ここで、出力２５０Ｗのリ
ン酸型燃料電池を用いて、本発明の起動方法と従来の起
動方法とにおける起動時間を比較した。従来の方法では
起動時間が１０分程度であったが、本発明の方法では起
動時間は７分程度であった。したがって、本発明の起動
方法によれば、電池の状態に応じて最適な負荷を取り出
すことができるため、３分程度起動時間の短縮を図るこ
とができる。
【００１８】
【発明の効果】以上の本発明方法によれば、昇温が開始
して電池電流が上限値に達するまでの間は、電池電圧が
下限値に維持されるように電池電流の増加に応じて内部
負荷を制御し、その後電池電流が上限値に達してから外
部負荷に出力するまでの間は、電池電流が上限値に維持
されるように電池電圧の増加に応じて内部負荷を制御す
るので、常に最大負荷状態で燃料電池の起動を行うこと
ができ、また、それ故に燃料電池の起動時間の短縮を図
ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の起動方法を実現するために使用する可
搬型燃料電池電源の概略構成図である。
【図２】起動メインシーケンスを示すシーケンス図であ
る。
【図３】図２における負荷昇温開始ステップのサブシー
ケンスを示すシーケンス図である。
【図４】本発明の起動方法における燃料電池の起動特性
を示すグラフである。
【図５】従来の可搬型燃料電池電源の概略構成図であ
る。
【図６】従来の可搬型燃料電池電源の起動動作を示すシ
ーケンス図である。
【図７】従来の起動方法における燃料電池の起動特性を
示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 昌士 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−233975（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−273467（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料ガスを供給して燃料電池の発電を行
    い、その発電電力を利用して内部負荷である負荷昇温用
    ヒータを加熱し、このヒータの熱によって燃料電池を昇
    温する可搬型燃料電池電源の起動方法において、 昇温が開始して電池電流が上限値まで増加する間は、電
    池電圧が下限値に維持されるように電池電流の増加に応
    じて内部負荷を制御する電圧基準制御ステップと、 電池電流が上限値に達してから後は、電池電流が上限値
    に維持されるように電池電圧の増加に応じて内部負荷を
    制御する電流基準制御ステップと、 から成ることを特徴とする可搬型燃料電池電源の起動方
    法。
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