JP2918759B2 - 燃料電池の制御装置 - Google Patents
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Control Of Fluid Pressure (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は炭化水素系の燃料を供給
して発電する燃料電池に関り、とくに燃料電池セルスタ
ックを並列接続して負荷に電力を供給する燃料電池の制
御装置に関する。
して発電する燃料電池に関り、とくに燃料電池セルスタ
ックを並列接続して負荷に電力を供給する燃料電池の制
御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は燃料と酸化剤との電気化学的
反応により直流電力を発電する。静止型で効率が高いこ
とが他の発電設備と大きく異なる点である。一般的に燃
料電池のセルスタックを並列接続して大容量化し、イン
バ−タにより直流を交流に変換して負荷に供給する。
反応により直流電力を発電する。静止型で効率が高いこ
とが他の発電設備と大きく異なる点である。一般的に燃
料電池のセルスタックを並列接続して大容量化し、イン
バ−タにより直流を交流に変換して負荷に供給する。
【０００３】図１４は従来の燐酸型燃料電池装置のブロ
ック図である。燐酸型の燃料電池スタック１は燃料（水
素）と空気（酸化剤）の供給を受けて発電する。また、
改質器２は原料ガス（天然ガスなど）と水蒸気を加熱反
応して得られるＨ2リッチな燃料ガスを燃料電池スタッ
ク１に燃料として供給し、ミキサ３は上記原料ガスと水
蒸気を混合し、加圧機７は上記空気を加圧する。燃料電
池スタック１が排気する水素を含む燃料排ガスは改質器
２に送られて燃焼され改質器２を所定の温度に加熱す
る。
ック図である。燐酸型の燃料電池スタック１は燃料（水
素）と空気（酸化剤）の供給を受けて発電する。また、
改質器２は原料ガス（天然ガスなど）と水蒸気を加熱反
応して得られるＨ2リッチな燃料ガスを燃料電池スタッ
ク１に燃料として供給し、ミキサ３は上記原料ガスと水
蒸気を混合し、加圧機７は上記空気を加圧する。燃料電
池スタック１が排気する水素を含む燃料排ガスは改質器
２に送られて燃焼され改質器２を所定の温度に加熱す
る。
【０００４】また、ポンプ８は燃料電池スタック１に冷
却水を供給して発電に伴う発熱を冷却する。この冷却水
は水蒸気ドラム４により蒸発されミキサ３に供給され
る。水蒸気ドラム４には起動用ヒ−タ６を設け、起動時
に冷却水を加温する。また、ヒ−タ６は後述の起動時調
整におけるダミ−ロ−ドとしても利用する。燃料電池ス
タック１の直流出力はインバ−タ５により交流に変換さ
れる。制御系９は上記交流出力の大きさ、有効電力等を
制御する。Ｃは燃料電池装置全体を制御する制御装置で
ある。
却水を供給して発電に伴う発熱を冷却する。この冷却水
は水蒸気ドラム４により蒸発されミキサ３に供給され
る。水蒸気ドラム４には起動用ヒ−タ６を設け、起動時
に冷却水を加温する。また、ヒ−タ６は後述の起動時調
整におけるダミ−ロ−ドとしても利用する。燃料電池ス
タック１の直流出力はインバ−タ５により交流に変換さ
れる。制御系９は上記交流出力の大きさ、有効電力等を
制御する。Ｃは燃料電池装置全体を制御する制御装置で
ある。
【０００５】図１５は燐酸型燃料電池の内部構造の一例
を示す斜視図である。触媒（白金）を付加した燃料電
極、電解質（燐酸）、触媒（白金）を付加した空気極の
サンドイッチ構造を１単位（セル）とし、セル電圧が低
いためこれを積層してスタック化する。しかし、図示の
ようにカ−ボンが主材料であるため機械的強度に限界が
あり積層数を無闇と大きくするできないので、複数のス
タックを直並列接続して大容量化している。
を示す斜視図である。触媒（白金）を付加した燃料電
極、電解質（燐酸）、触媒（白金）を付加した空気極の
サンドイッチ構造を１単位（セル）とし、セル電圧が低
いためこれを積層してスタック化する。しかし、図示の
ようにカ−ボンが主材料であるため機械的強度に限界が
あり積層数を無闇と大きくするできないので、複数のス
タックを直並列接続して大容量化している。
【０００６】また、上記スタックは内槽内に密閉され、
さらに内槽は窒素（Ｎ2）等の不活性ガスを封止した外
槽内に収容され、内槽と外槽間の気圧差が所定範囲を超
えないようにしている。この場合、内外槽の圧力を大気
圧とほぼ等しくする常圧式と、大気圧以上にする加圧式
の２方式がある。また、セルの燃料極の一端から燃料が
供給され水素の略８０％をイオン化して消費し、他端よ
り排気される。同様に空気極の一端から空気が供給さ
れ、その中の酸素により上記水素イオンを酸化して水を
生成したのち他端より排気される。スタックは上記燃料
と空気の供給、排気用の４つのダクトを備え、燃料と空
気はスタック内の各セルに配分されている。
さらに内槽は窒素（Ｎ2）等の不活性ガスを封止した外
槽内に収容され、内槽と外槽間の気圧差が所定範囲を超
えないようにしている。この場合、内外槽の圧力を大気
圧とほぼ等しくする常圧式と、大気圧以上にする加圧式
の２方式がある。また、セルの燃料極の一端から燃料が
供給され水素の略８０％をイオン化して消費し、他端よ
り排気される。同様に空気極の一端から空気が供給さ
れ、その中の酸素により上記水素イオンを酸化して水を
生成したのち他端より排気される。スタックは上記燃料
と空気の供給、排気用の４つのダクトを備え、燃料と空
気はスタック内の各セルに配分されている。
【０００７】図１６は上記燃料電池スタックの出力電圧
・電流特性であり、製作バラツキなどにより使用前でも
図示のようなバラツキを伴う。図１７は出力電圧の経時
変化特性である。経時変化特性は燃料供給量が同一であ
ってもスタックにより異なり、運転初期の電解質の馴染
等により同一ガス流、同一電流に対して電圧が一時的に
増加したり、単調減少したりする。また、その後は累積
運転時間に比例して電解質が飛散、減少したり、触媒が
凝集したりするので出力電圧は一様に減少する。
・電流特性であり、製作バラツキなどにより使用前でも
図示のようなバラツキを伴う。図１７は出力電圧の経時
変化特性である。経時変化特性は燃料供給量が同一であ
ってもスタックにより異なり、運転初期の電解質の馴染
等により同一ガス流、同一電流に対して電圧が一時的に
増加したり、単調減少したりする。また、その後は累積
運転時間に比例して電解質が飛散、減少したり、触媒が
凝集したりするので出力電圧は一様に減少する。
【０００８】このように出力電圧のバラツキがあると同
一条件で運転しても出力電圧のバラツキにより流れる電
流値に差ができ、寿命にも影響が出るということであ
り、並列接続したスタックをほぼ同時に寿命に到達させ
るように運転するためには、スタック間の電流配分が極
めて重要であることが分かる。すなわち、図１７でスタ
ックＳ１はスタックＳ２と比較して性能がよいため、従
来のように同一条件で運転すると、該スタックＳ１から
の電流が大きくなり、それによりスタックＳ１の温度が
上昇して益々電流値が増加する方向にシフトする。この
結果、設計寿命値に到る前に急激に性能低下を惹起する
ようになる。また、逆に、スタックＳ２の電流値を増加
させるためにこのスタックＳ２に供給する燃料、空気量
をむやみに増加すると、スタック内電極のブレークスル
−が発生したり、スタックＳ１のガス利用率の異常高に
よる電極腐食を招く等の問題を生じる。しかも、電池の
性能は運転時間の経過と共に変化するので、これを考慮
した制御が必要となる。このように並列接続したスタッ
クを安定に運転し、ほぼ同時に寿命に到達させるために
は、スタック毎の性能と運転時間に応じた制御が必要不
可欠となるのである。
一条件で運転しても出力電圧のバラツキにより流れる電
流値に差ができ、寿命にも影響が出るということであ
り、並列接続したスタックをほぼ同時に寿命に到達させ
るように運転するためには、スタック間の電流配分が極
めて重要であることが分かる。すなわち、図１７でスタ
ックＳ１はスタックＳ２と比較して性能がよいため、従
来のように同一条件で運転すると、該スタックＳ１から
の電流が大きくなり、それによりスタックＳ１の温度が
上昇して益々電流値が増加する方向にシフトする。この
結果、設計寿命値に到る前に急激に性能低下を惹起する
ようになる。また、逆に、スタックＳ２の電流値を増加
させるためにこのスタックＳ２に供給する燃料、空気量
をむやみに増加すると、スタック内電極のブレークスル
−が発生したり、スタックＳ１のガス利用率の異常高に
よる電極腐食を招く等の問題を生じる。しかも、電池の
性能は運転時間の経過と共に変化するので、これを考慮
した制御が必要となる。このように並列接続したスタッ
クを安定に運転し、ほぼ同時に寿命に到達させるために
は、スタック毎の性能と運転時間に応じた制御が必要不
可欠となるのである。
【０００９】とくに燃料電池は図１９に示すように、ガ
ス利用率の所定範囲にて出力電圧がほとんど変化しない
ので上記の問題が発生しやすい。また、燃料電池スタッ
ク毎に改質器を備えたシステムでは上記電圧の低い電池
のガス利用率が低下する結果、改質器に戻る燃料排ガス
の燃料濃度が高くなって改質器温度が上昇するので電池
制御方法が複雑化する。特願昭５８−１４４９８９号に
は各電池の燃料、空気の流量を所定の出力電流比に応じ
て設定することが開示されている。
ス利用率の所定範囲にて出力電圧がほとんど変化しない
ので上記の問題が発生しやすい。また、燃料電池スタッ
ク毎に改質器を備えたシステムでは上記電圧の低い電池
のガス利用率が低下する結果、改質器に戻る燃料排ガス
の燃料濃度が高くなって改質器温度が上昇するので電池
制御方法が複雑化する。特願昭５８−１４４９８９号に
は各電池の燃料、空気の流量を所定の出力電流比に応じ
て設定することが開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特願昭５
８−１４４９８９号に開示の方法では、予め測定した各
燃料電池の出力特性よりそれぞれの出力電流比を決め、
これに応じてそれぞれの燃料、空気等の流量を設定する
ので、例えば経時変化や温度変化、その他の予測困難な
変化に対応できないという問題があった。本発明の目的
は、上記の問題を解決して、経時変化や温度変化、その
他の特性変動に拘りなく各燃料電池の出力電力や同電流
密度等を均一化することのできる燃料電池の制御装置を
提供することにある
８−１４４９８９号に開示の方法では、予め測定した各
燃料電池の出力特性よりそれぞれの出力電流比を決め、
これに応じてそれぞれの燃料、空気等の流量を設定する
ので、例えば経時変化や温度変化、その他の予測困難な
変化に対応できないという問題があった。本発明の目的
は、上記の問題を解決して、経時変化や温度変化、その
他の特性変動に拘りなく各燃料電池の出力電力や同電流
密度等を均一化することのできる燃料電池の制御装置を
提供することにある
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、各燃料電池スタックの出力検出手段の出力値と上記
出力電流指令値発生手段の出力指令値を比較して得る信
号により、各燃料電池スタックの燃料ガスと空気の圧
力、および／または各燃料電池スタックの燃料ガスおよ
び／または空気のガス濃度、および／または各燃料電池
スタックの温度制御手段を制御する。このため、各燃料
電池スタックの燃料ガスと空気の供給口と排出口に設け
た弁により上記圧力を制御したり、また、各燃料電池ス
タックの冷却水の温度を制御したり、上記燃料ガスと空
気の濃度を上記ブロアにより制御するようにする。
に、各燃料電池スタックの出力検出手段の出力値と上記
出力電流指令値発生手段の出力指令値を比較して得る信
号により、各燃料電池スタックの燃料ガスと空気の圧
力、および／または各燃料電池スタックの燃料ガスおよ
び／または空気のガス濃度、および／または各燃料電池
スタックの温度制御手段を制御する。このため、各燃料
電池スタックの燃料ガスと空気の供給口と排出口に設け
た弁により上記圧力を制御したり、また、各燃料電池ス
タックの冷却水の温度を制御したり、上記燃料ガスと空
気の濃度を上記ブロアにより制御するようにする。
【００１２】また、上記ガス濃度を各燃料電池スタック
の空気供給弁と、上記空気供給弁と並列に接続した酸素
濃縮手段により制御する。また、上記出力電流の第１の
出力指令値として、総合の出力電流目標値、すなわち負
荷電流目標値に燃料電池スタック全体の定格容量に対す
る当該燃料電池スタックの定格容量比率を乗じたものを
設定し、また、第２の出力指令値として、実際の総合の
出力電流目標値に燃料電池スタック全体の定格容量に対
する当該燃料電池スタックの定格容量比率を乗じたもの
を設定する。
の空気供給弁と、上記空気供給弁と並列に接続した酸素
濃縮手段により制御する。また、上記出力電流の第１の
出力指令値として、総合の出力電流目標値、すなわち負
荷電流目標値に燃料電池スタック全体の定格容量に対す
る当該燃料電池スタックの定格容量比率を乗じたものを
設定し、また、第２の出力指令値として、実際の総合の
出力電流目標値に燃料電池スタック全体の定格容量に対
する当該燃料電池スタックの定格容量比率を乗じたもの
を設定する。
【００１３】また、上記第１の出力指令値により当該燃
料電池スタックの燃料ガスと空気の供給弁を制御し、第
２の出力指令値により当該燃料電池スタックの燃料ガス
と空気の排出口弁を制御する。また、上記出力電流の出
力指令値の一つに合わせて設定した弁の開度を基準にし
て他方のガス流路の弁の一つをガス流路間差圧が同許容
値内に納まるように設定し、さらに残る二つの弁を各ガ
スの流量設定値と上記各ガス流路の流体抵抗値より制御
したり、または各ガス流路間の差圧許容値内に納まるよ
うに設定する。さらに、燃料電池スタックの総合の出力
電流値が所定値以下となった場合には警報を発生する。
料電池スタックの燃料ガスと空気の供給弁を制御し、第
２の出力指令値により当該燃料電池スタックの燃料ガス
と空気の排出口弁を制御する。また、上記出力電流の出
力指令値の一つに合わせて設定した弁の開度を基準にし
て他方のガス流路の弁の一つをガス流路間差圧が同許容
値内に納まるように設定し、さらに残る二つの弁を各ガ
スの流量設定値と上記各ガス流路の流体抵抗値より制御
したり、または各ガス流路間の差圧許容値内に納まるよ
うに設定する。さらに、燃料電池スタックの総合の出力
電流値が所定値以下となった場合には警報を発生する。
【００１４】
【作用】各燃料電池スタックの出力電流は上記燃料ガス
と空気の圧力、および／または各燃料電池スタックの燃
料ガスおよび／または空気のガス濃度、および／または
各燃料電池スタックの温度により制御される。上記圧力
は各燃料電池スタックの燃料ガスと空気の供給弁と排出
弁により制御される。また、上記ガス濃度は各燃料電池
スタックの空気供給弁と、これに並列接続した酸素濃縮
手段により制御される。
と空気の圧力、および／または各燃料電池スタックの燃
料ガスおよび／または空気のガス濃度、および／または
各燃料電池スタックの温度により制御される。上記圧力
は各燃料電池スタックの燃料ガスと空気の供給弁と排出
弁により制御される。また、上記ガス濃度は各燃料電池
スタックの空気供給弁と、これに並列接続した酸素濃縮
手段により制御される。
【００１５】また、各燃料電池スタックは通常上記第１
の出力指令値により制御され、電流出力能力が低下した
場合には第２の出力指令値により制御される。また、上
記第１の出力指令値により当該燃料電池スタックの燃料
ガスと空気の供給弁が制御され、第２の出力指令値によ
り同排出弁が制御される。また、上記出力電流の出力指
令値の一つに合わせて設定した一つの弁の開度を基準に
して、他方のガス流路の弁の一つがガス流路間差圧許容
値内に設定され、残る二つの弁の制御量が各ガスの流量
設定値と上記各ガス流路の流体抵抗値から算定され、ま
た各ガス流路間の差圧許容値内に設定される。
の出力指令値により制御され、電流出力能力が低下した
場合には第２の出力指令値により制御される。また、上
記第１の出力指令値により当該燃料電池スタックの燃料
ガスと空気の供給弁が制御され、第２の出力指令値によ
り同排出弁が制御される。また、上記出力電流の出力指
令値の一つに合わせて設定した一つの弁の開度を基準に
して、他方のガス流路の弁の一つがガス流路間差圧許容
値内に設定され、残る二つの弁の制御量が各ガスの流量
設定値と上記各ガス流路の流体抵抗値から算定され、ま
た各ガス流路間の差圧許容値内に設定される。
【００１６】
【実施例】本発明では燐酸型の燃料電池の出力電圧に影
響を与えるパラメ−タを制御して並列接続する各燃料電
池スタックの電流分担率を所定値に制御して平準化する
例を説明する。
響を与えるパラメ−タを制御して並列接続する各燃料電
池スタックの電流分担率を所定値に制御して平準化する
例を説明する。
【００１７】〔実施例 １〕図１は燃料電池スタックに
供給する水素、空気等の圧力を制御する本発明による燃
料電池装置実施例の主要部を示すブロック図である。ｎ
個の燃料電池スタックＳ1〜Ｓnには酸化剤供給端Ａから
それぞれ弁ＩA1〜Ｉ Anを介して空気（酸化剤）を供給し
弁ＥA1〜ＥAnを介して排気する。同様に燃料供給端Ｂか
らそれぞれ弁ＩB1〜ＩBnを介して燃料ガス（Ｈ2が含ま
れる）を供給し弁ＥB1〜ＥBnを介して排気する。また、
弁ＥA1〜ＥAnからの排ガスは熱エネルギ−回収系に廻
し、弁ＥB1〜ＥBnからの排ガスは改質器に送られその中
の残存燃料成分が利用される。
供給する水素、空気等の圧力を制御する本発明による燃
料電池装置実施例の主要部を示すブロック図である。ｎ
個の燃料電池スタックＳ1〜Ｓnには酸化剤供給端Ａから
それぞれ弁ＩA1〜Ｉ Anを介して空気（酸化剤）を供給し
弁ＥA1〜ＥAnを介して排気する。同様に燃料供給端Ｂか
らそれぞれ弁ＩB1〜ＩBnを介して燃料ガス（Ｈ2が含ま
れる）を供給し弁ＥB1〜ＥBnを介して排気する。また、
弁ＥA1〜ＥAnからの排ガスは熱エネルギ−回収系に廻
し、弁ＥB1〜ＥBnからの排ガスは改質器に送られその中
の残存燃料成分が利用される。
【００１８】燐酸型の燃料電池はセル内に供給される水
素が電離して発電し、電離した水素イオンは酸素と結合
して水に変わるので、出力電圧は図２に示すようにセル
を収容する内層内の燃料（水素）圧力に比例して増加
し、また、図３のように内層内の空気（酸素）圧力によ
っても増加する。また、出力電流はこの出力電圧に比例
する。しかし、上記燃料極と空気極間の差圧が過大にな
ると両極間にガスクロスが発生するので、この差圧が所
定限度を超えないようにして未イオン化ガスの直接酸化
反応を防止している。
素が電離して発電し、電離した水素イオンは酸素と結合
して水に変わるので、出力電圧は図２に示すようにセル
を収容する内層内の燃料（水素）圧力に比例して増加
し、また、図３のように内層内の空気（酸素）圧力によ
っても増加する。また、出力電流はこの出力電圧に比例
する。しかし、上記燃料極と空気極間の差圧が過大にな
ると両極間にガスクロスが発生するので、この差圧が所
定限度を超えないようにして未イオン化ガスの直接酸化
反応を防止している。
【００１９】また、スタックの内槽と外槽間の差圧も所
定範囲を超えないようにして内外槽間のシ−ル部の破損
を防止している。燃料電池においては上記各圧力条件を
満たすようにして起動し、運転を継続する。図４は上記
起動時と起動後の燃料電池の操作手順図である。
定範囲を超えないようにして内外槽間のシ−ル部の破損
を防止している。燃料電池においては上記各圧力条件を
満たすようにして起動し、運転を継続する。図４は上記
起動時と起動後の燃料電池の操作手順図である。
【００２０】（起動時の制御）まず図５に示すフロ−チ
ャ−トを用いて、起動時の操作手順を外槽の圧力を大気
圧に保つ常圧式について説明する。まず、全ての弁を閉
じて改質器、各スタック及び冷却水系等を所定の温度に
昇温してから改質器２を起動し、次いで弁の操作により
燃料と空気を微量ずつ供給する。これにより出力電圧が
上昇し始めるので燃料弁と空気弁の開度を徐々に増加し
て出力電圧を所定値まで増加させる。
ャ−トを用いて、起動時の操作手順を外槽の圧力を大気
圧に保つ常圧式について説明する。まず、全ての弁を閉
じて改質器、各スタック及び冷却水系等を所定の温度に
昇温してから改質器２を起動し、次いで弁の操作により
燃料と空気を微量ずつ供給する。これにより出力電圧が
上昇し始めるので燃料弁と空気弁の開度を徐々に増加し
て出力電圧を所定値まで増加させる。
【００２１】次いで各スタックを並列接続してダミ−ロ
−ドを接続する。このとき、出力電圧が所定値以上であ
ればその時の燃料弁と空気弁の開度を記憶し、上記所定
値を下回る場合には当該スタックが異常と判定して警報
を発する。なお、外槽を大気圧より高く保つ加圧式で
は、外槽と燃料及び空気流路に不活性ガスを流して内外
槽を同時にほぼ同圧に加圧した後、上記と同一手順によ
り起動する。なお、上記各過程では各スタックに供給す
る燃料と空気間の差圧と内槽と外槽間の差圧をモニタし
ながら各差圧が所定値を超えないように燃料弁と空気弁
の開度と、図示を省略した外槽に上記不活性ガスを供給
する圧力調整弁とを調整する。
−ドを接続する。このとき、出力電圧が所定値以上であ
ればその時の燃料弁と空気弁の開度を記憶し、上記所定
値を下回る場合には当該スタックが異常と判定して警報
を発する。なお、外槽を大気圧より高く保つ加圧式で
は、外槽と燃料及び空気流路に不活性ガスを流して内外
槽を同時にほぼ同圧に加圧した後、上記と同一手順によ
り起動する。なお、上記各過程では各スタックに供給す
る燃料と空気間の差圧と内槽と外槽間の差圧をモニタし
ながら各差圧が所定値を超えないように燃料弁と空気弁
の開度と、図示を省略した外槽に上記不活性ガスを供給
する圧力調整弁とを調整する。
【００２２】（起動後の制御）起動後は経時変化や温度
変動、その他の原因により各スタックの出力電流が変化
する。このため、本発明では図１のように各スタックの
出力毎に電流検出器ＩＤ1〜ＩＤnを接続して出力電流を
監視し、コントロ−ラＣにより各出力電流値から各弁の
開度信号を算出して各弁を制御するようにする。
変動、その他の原因により各スタックの出力電流が変化
する。このため、本発明では図１のように各スタックの
出力毎に電流検出器ＩＤ1〜ＩＤnを接続して出力電流を
監視し、コントロ−ラＣにより各出力電流値から各弁の
開度信号を算出して各弁を制御するようにする。
【００２３】図６はスタックの燃料系と空気系の等価回
路である。空気系と燃料系内の各パラメ−タをサフィッ
クスＡと同Ｂにより区別している。すなわち、空気系の
入力圧力、及び入力弁ＩA、スタックＳ、出力弁ＥAと排
気系の流体抵抗をそれぞれ、Ｐ1A、ＲIA、ＲSA、ＲEA、
ＲOAとし、燃料系の入力圧力、及び入力弁、スタック、
出力弁と排気系の流体抵抗をそれぞれ、Ｐ1B、ＲIB、Ｒ
SB、ＲEB、ＲOBとする。ＲOAとＲOBは通常、他の抵抗に
比べて低い値なので無視し、また、リ−ク抵抗ＲLも無
視すると上記各圧力値は式（２）、（３）のようにな
る。
路である。空気系と燃料系内の各パラメ−タをサフィッ
クスＡと同Ｂにより区別している。すなわち、空気系の
入力圧力、及び入力弁ＩA、スタックＳ、出力弁ＥAと排
気系の流体抵抗をそれぞれ、Ｐ1A、ＲIA、ＲSA、ＲEA、
ＲOAとし、燃料系の入力圧力、及び入力弁、スタック、
出力弁と排気系の流体抵抗をそれぞれ、Ｐ1B、ＲIB、Ｒ
SB、ＲEB、ＲOBとする。ＲOAとＲOBは通常、他の抵抗に
比べて低い値なので無視し、また、リ−ク抵抗ＲLも無
視すると上記各圧力値は式（２）、（３）のようにな
る。
【００２４】 Ｐ2A＝Ｐ1A（ＲSA＋ＲEA）／（ＲIA＋ＲSA＋ＲEA） Ｐ2B＝Ｐ1B（ＲSB＋ＲEB）／（ＲIB＋ＲSB＋ＲEB） （２） Ｐ3A＝Ｐ1AＲEA／（ＲIA＋ＲSA＋ＲEA） Ｐ3B＝Ｐ1BＲEB／（ＲIB＋ＲSB＋ＲEB） （３）
【００２５】図２、３に示したように、各スタックの出
力電圧は燃料または／および空気の圧力により制御する
ことができる。燃料圧力は上記Ｐ2AとＰ3Aの平均値であ
り、空気圧力は上記Ｐ2BとＰ3Bとの平均値である。した
がって、コントロ−ラＣは各スタックの出力電流検出値
より各スタック毎の４個の弁の開度を算出してそれぞれ
の流体抵抗値ＲIA、ＲEAとＲIB、ＲEBを制御する。
力電圧は燃料または／および空気の圧力により制御する
ことができる。燃料圧力は上記Ｐ2AとＰ3Aの平均値であ
り、空気圧力は上記Ｐ2BとＰ3Bとの平均値である。した
がって、コントロ−ラＣは各スタックの出力電流検出値
より各スタック毎の４個の弁の開度を算出してそれぞれ
の流体抵抗値ＲIA、ＲEAとＲIB、ＲEBを制御する。
【００２６】しかし、一般的にはｎ個のスタックＳ1〜
Ｓnの出力電流（独立変数）より４ｎ個の弁の制御量
（従属変数）を決定することはできない。このため、本
発明ではＲIAとＲEA、およびＲIBとＲEB間の従属関係
や、ＲIAとＲIB、およびＲEAとＲEB間の従属関係等を予
め定めておくようにする。例えば、スタックの内槽と外
槽間の差圧もモニタし、この差圧の許容値を設定して上
記Ｐ2AまたはＰ2Bの一方を外槽の内圧に固定する。
Ｓnの出力電流（独立変数）より４ｎ個の弁の制御量
（従属変数）を決定することはできない。このため、本
発明ではＲIAとＲEA、およびＲIBとＲEB間の従属関係
や、ＲIAとＲIB、およびＲEAとＲEB間の従属関係等を予
め定めておくようにする。例えば、スタックの内槽と外
槽間の差圧もモニタし、この差圧の許容値を設定して上
記Ｐ2AまたはＰ2Bの一方を外槽の内圧に固定する。
【００２７】次いで、出側の圧力Ｐ3AとＰ3Bは式
（４）、（５）のようになるので、流量ＱAとＱBをその
時点のスタック電流値に合わせて設定すれば、Ｐ2AとＰ
2Bの値よりＰ3AとＰ3Bの値が自動的に設定される。 Ｐ3A＝Ｐ2A−ＲSAＱA （４） Ｐ3B＝Ｐ2B−ＲSBＱB （５） また、Ｐ2AとＰ2B間の差圧ΔＰ2を差圧計によりモニタ
しこのΔＰ2が所定値を超えないようにすれば、式
（６）よりＰ2AとＰ2Bの一方より他方を自動的に設定す
ることができる。 Ｐ2B＝Ｐ2A±ΔＰ2 （６）
（４）、（５）のようになるので、流量ＱAとＱBをその
時点のスタック電流値に合わせて設定すれば、Ｐ2AとＰ
2Bの値よりＰ3AとＰ3Bの値が自動的に設定される。 Ｐ3A＝Ｐ2A−ＲSAＱA （４） Ｐ3B＝Ｐ2B−ＲSBＱB （５） また、Ｐ2AとＰ2B間の差圧ΔＰ2を差圧計によりモニタ
しこのΔＰ2が所定値を超えないようにすれば、式
（６）よりＰ2AとＰ2Bの一方より他方を自動的に設定す
ることができる。 Ｐ2B＝Ｐ2A±ΔＰ2 （６）
【００２８】以上により、スタックの出力電流により例
えば入力弁の一つを制御すると、式（６）より他方の入
力弁が自動的に制御され、次いで式（４）、（５）にし
たがって二つの出力弁も自動的に制御されるようにする
ことができる。また、上記出力電流により制御する弁は
必ずしも入力弁の一つである必要はなく、４個の入出力
弁のいずれであってもよく、式（４）〜（６）より一つ
の制御により他の三つの制御量を自動的に決定すること
ができる。前記加圧式の場合は、出力電流を検出して内
槽圧力を制御し、この内槽圧力に従って外槽圧力を内外
槽間の差圧が所定値を超えないように制御する。また、
出力電流に基づいて外槽圧力を制御し、これに従って内
槽圧力を制御するようにしてもよい。
えば入力弁の一つを制御すると、式（６）より他方の入
力弁が自動的に制御され、次いで式（４）、（５）にし
たがって二つの出力弁も自動的に制御されるようにする
ことができる。また、上記出力電流により制御する弁は
必ずしも入力弁の一つである必要はなく、４個の入出力
弁のいずれであってもよく、式（４）〜（６）より一つ
の制御により他の三つの制御量を自動的に決定すること
ができる。前記加圧式の場合は、出力電流を検出して内
槽圧力を制御し、この内槽圧力に従って外槽圧力を内外
槽間の差圧が所定値を超えないように制御する。また、
出力電流に基づいて外槽圧力を制御し、これに従って内
槽圧力を制御するようにしてもよい。
【００２９】図７は上記の関係を一般化したフロ−チャ
−トである。まず、上記４つの圧力Ｐ2A、Ｐ2B、Ｐ3A、
Ｐ3Bの中の一つ、例えばＰ1を内槽と外槽間差圧の許容
値より決定し、次いで燃料流路と空気流路間の差圧許容
値より他の流路の圧力Ｐ2を決定すると、その時点のス
タック電流値に合わせた流量値Ｑ1、Ｑ２により各流路
の他端部の圧力Ｐ3、Ｐ4が決定される。その後は各出力
電流のバランス制御が加わり、上記の制御が繰返し実行
される。このため、図１に示したコントロ−ラＣは上記
内槽と外槽間差圧許容値、燃料流路と空気流路間の差圧
許容値、各流量値等を記憶し、各スタックの出力電流に
応じて上記の手順により各弁の制御信号を生成する。
−トである。まず、上記４つの圧力Ｐ2A、Ｐ2B、Ｐ3A、
Ｐ3Bの中の一つ、例えばＰ1を内槽と外槽間差圧の許容
値より決定し、次いで燃料流路と空気流路間の差圧許容
値より他の流路の圧力Ｐ2を決定すると、その時点のス
タック電流値に合わせた流量値Ｑ1、Ｑ２により各流路
の他端部の圧力Ｐ3、Ｐ4が決定される。その後は各出力
電流のバランス制御が加わり、上記の制御が繰返し実行
される。このため、図１に示したコントロ−ラＣは上記
内槽と外槽間差圧許容値、燃料流路と空気流路間の差圧
許容値、各流量値等を記憶し、各スタックの出力電流に
応じて上記の手順により各弁の制御信号を生成する。
【００３０】なお、各スタックの空気、燃料入出力端の
圧力を検出しても同様な制御を行うことができる。ま
た、上記の制御により上記Ｐ2AとＰ3A、およびＰ2BとＰ
3B等がそれぞれ所定幅内に落ち着くと空気と燃料間の差
圧が低くなるのでリ−ク抵抗ＲLは他の抵抗に比べて無
視することができる。
圧力を検出しても同様な制御を行うことができる。ま
た、上記の制御により上記Ｐ2AとＰ3A、およびＰ2BとＰ
3B等がそれぞれ所定幅内に落ち着くと空気と燃料間の差
圧が低くなるのでリ−ク抵抗ＲLは他の抵抗に比べて無
視することができる。
【００３１】〔実施例 ２〕 本実施例は、スタックの劣化によりその出力電流を出力
指令値に維持できない場合の対応策に関わる。まず、一
般に各スタックの定格容量は等しいとは限らないので、
全体の定格容量に対する当該スタックの定格容量の比率
を勘案してその出力電流の第１の出力指令値を設定す
る。すなわち、上記第１の出力指令値をＩOとして、ｉ
番スタックの出力電流目標値ＩOiを式（７）のように定
義する。 ＩOi＝ＩO×（ｉ番目スタックの定格容量）／（全体の定格容量） （７）
指令値に維持できない場合の対応策に関わる。まず、一
般に各スタックの定格容量は等しいとは限らないので、
全体の定格容量に対する当該スタックの定格容量の比率
を勘案してその出力電流の第１の出力指令値を設定す
る。すなわち、上記第１の出力指令値をＩOとして、ｉ
番スタックの出力電流目標値ＩOiを式（７）のように定
義する。 ＩOi＝ＩO×（ｉ番目スタックの定格容量）／（全体の定格容量） （７）
【００３２】実際には経時的劣化などにより、各スタッ
クは上記出力電流の出力指令値を流せなくなる事態が発
生するので、上記ＩOを修正しながら運転を継続する必
要が生じる。本発明では、劣化の少ない時期には各スタ
ックの電流を上記ＩOiに一致させるように制御し、この
ＩOiを流せなくなった場合には実際の全出力電流より別
途設定した第２の出力指令値にしたがって制御する。
クは上記出力電流の出力指令値を流せなくなる事態が発
生するので、上記ＩOを修正しながら運転を継続する必
要が生じる。本発明では、劣化の少ない時期には各スタ
ックの電流を上記ＩOiに一致させるように制御し、この
ＩOiを流せなくなった場合には実際の全出力電流より別
途設定した第２の出力指令値にしたがって制御する。
【００３３】上記ｉ番スタックの第２の出力指令値は、
実際の全出力電流をＩOOとして式（８）のＩimのように
定義する。このＩimは上記ＩOOに定格容量比率を乗じた
ものであるからｉ番スタックの出力平均値と呼ぶことに
する。 Ｉim＝ＩOO×（ｉ番目スタックの定格容量）／（全体の定格容量） （８）
実際の全出力電流をＩOOとして式（８）のＩimのように
定義する。このＩimは上記ＩOOに定格容量比率を乗じた
ものであるからｉ番スタックの出力平均値と呼ぶことに
する。 Ｉim＝ＩOO×（ｉ番目スタックの定格容量）／（全体の定格容量） （８）
【００３４】図８は上記制御のブロック図である。ｉ番
スタックの出力設定値に応じた関数発生器ＦＧ1の出力
と関数発生器ＦＧ3を介したｉ番スタックの出力電流Ｉ
ｉとの差分信号をＰＩＤ1（従来の定常偏差をなくすた
めの比例、積分、微分演算器）を通して弁ＩAiとＩBiに
印加し、その開度を制御する。上記制御信号に対する入
力弁ＩAiとＩBiの応答を異ならせる場合には例えばＰＩ
Ｄ1の出力を適宜分岐して所定の係数（関数）を乗じた
後、弁ＩAiとＩBiにそれぞれ印加する。
スタックの出力設定値に応じた関数発生器ＦＧ1の出力
と関数発生器ＦＧ3を介したｉ番スタックの出力電流Ｉ
ｉとの差分信号をＰＩＤ1（従来の定常偏差をなくすた
めの比例、積分、微分演算器）を通して弁ＩAiとＩBiに
印加し、その開度を制御する。上記制御信号に対する入
力弁ＩAiとＩBiの応答を異ならせる場合には例えばＰＩ
Ｄ1の出力を適宜分岐して所定の係数（関数）を乗じた
後、弁ＩAiとＩBiにそれぞれ印加する。
【００３５】また、図８では省略されているものの、上
記弁ＩAiとＩBiの開度に応じて内槽と外槽間の差圧が変
化するので、実施例１と同様にしてこの差圧が所定値内
に納まるように制御する。また、空気と燃料の出力弁Ｅ
AiとＥBiを平均出力電流Ｉimにより同様に制御する。ｉ
番スタックが上記目標値ＩOiを出力できる場合にはＩOi
と平均出力電流Ｉimの値は一致する。しかし、スタック
の経時的劣化が過大になると上記ＩimがＩOiに追いつか
なくなる。
記弁ＩAiとＩBiの開度に応じて内槽と外槽間の差圧が変
化するので、実施例１と同様にしてこの差圧が所定値内
に納まるように制御する。また、空気と燃料の出力弁Ｅ
AiとＥBiを平均出力電流Ｉimにより同様に制御する。ｉ
番スタックが上記目標値ＩOiを出力できる場合にはＩOi
と平均出力電流Ｉimの値は一致する。しかし、スタック
の経時的劣化が過大になると上記ＩimがＩOiに追いつか
なくなる。
【００３６】このＩimの低下に応じて制御は内槽圧力を
増加するように働くので、出力弁ＥAiとＥBiの開度が減
少する。この結果、流量が不足し始めるので入力弁を開
く必要が生じる。このため、コントロ−ラＣは入力弁の
開度を漸増して空気と燃料ガスの流量値Ｑ1、Ｑ2が初期
設定値になるようにする。このとき、各弁は式（４）〜
（６）にしたがって再調整される。このため、コントロ
−ラＣに上記Ｉimと入力弁の開度との対応表を記憶させ
て上記修正を行うようにすることもできる。また、上記
Ｑ1とＱ２が所定限度を超えた場合には警報を発するよ
うにする。
増加するように働くので、出力弁ＥAiとＥBiの開度が減
少する。この結果、流量が不足し始めるので入力弁を開
く必要が生じる。このため、コントロ−ラＣは入力弁の
開度を漸増して空気と燃料ガスの流量値Ｑ1、Ｑ2が初期
設定値になるようにする。このとき、各弁は式（４）〜
（６）にしたがって再調整される。このため、コントロ
−ラＣに上記Ｉimと入力弁の開度との対応表を記憶させ
て上記修正を行うようにすることもできる。また、上記
Ｑ1とＱ２が所定限度を超えた場合には警報を発するよ
うにする。
【００３７】上記経時的劣化は手動調整により補正する
こともできる。すなわち、上記ＩimがＩOiに追いつかな
くなった場合、コントロ−ラＣは再調整表示信号を発生
し、これに応じてオペレ−タは各スタックの弁を調整し
て目標値ＩOiを適宜低下させる。
こともできる。すなわち、上記ＩimがＩOiに追いつかな
くなった場合、コントロ−ラＣは再調整表示信号を発生
し、これに応じてオペレ−タは各スタックの弁を調整し
て目標値ＩOiを適宜低下させる。
【００３８】図９は上記図８において入力弁ＩAiとＩBi
の前にリミッタＬＭＩを設けてそれぞれの制御値を制限
するようにした本発明実施例のブロック図である。空気
極と燃料極間の差圧が過大になると量極間のガスのブレ
−クスル−が発生するので、空気、及び燃料供給口間の
差圧値ｄｐにより上記リミッタＬＭＩの制限値を設定し
てスタックｉの空気極と燃料極間の差圧が所定値を超え
ないようにする。
の前にリミッタＬＭＩを設けてそれぞれの制御値を制限
するようにした本発明実施例のブロック図である。空気
極と燃料極間の差圧が過大になると量極間のガスのブレ
−クスル−が発生するので、空気、及び燃料供給口間の
差圧値ｄｐにより上記リミッタＬＭＩの制限値を設定し
てスタックｉの空気極と燃料極間の差圧が所定値を超え
ないようにする。
【００３９】〔実施例 ３〕燐酸型燃料電池の出力電圧
は図２、３に示したように、水素や酸素の濃度に応じて
変化するので、燃料ガス中の水素濃度や空気中の酸素濃
度を制御して各スタックの出力電流を制御することがで
きる。図１０は上記の濃度制御を行う本発明実施例の構
成図である。スタックＳｉに供給される空気と燃料の一
部は余剰ガスとして排気されるので、それぞれを循環用
のブロアＢＬ1及びＢＬ2により入力側に戻してスタック
Ｓｉ内のガスの濃度を制御し、出力電流を制御する。
は図２、３に示したように、水素や酸素の濃度に応じて
変化するので、燃料ガス中の水素濃度や空気中の酸素濃
度を制御して各スタックの出力電流を制御することがで
きる。図１０は上記の濃度制御を行う本発明実施例の構
成図である。スタックＳｉに供給される空気と燃料の一
部は余剰ガスとして排気されるので、それぞれを循環用
のブロアＢＬ1及びＢＬ2により入力側に戻してスタック
Ｓｉ内のガスの濃度を制御し、出力電流を制御する。
【００４０】ブロアＢＬ1とＢＬ2の回転数により各混合
比が変化するので、スタックＳiの出力電流をブロアＢ
Ｌ1とＢＬ2の回転数により制御することができる。例え
ば、スタックＳiの出力電流を実施例２にて説明した目
標値ＩOiやＩim等と比較して得られる誤差信号によりブ
ロアＢＬ1とＢＬ2の回転数を制御するようにする。ま
た、上記ブロアＢＬ1とＢＬ2の一方を省略して他方のみ
を制御するようにすることもできる。
比が変化するので、スタックＳiの出力電流をブロアＢ
Ｌ1とＢＬ2の回転数により制御することができる。例え
ば、スタックＳiの出力電流を実施例２にて説明した目
標値ＩOiやＩim等と比較して得られる誤差信号によりブ
ロアＢＬ1とＢＬ2の回転数を制御するようにする。ま
た、上記ブロアＢＬ1とＢＬ2の一方を省略して他方のみ
を制御するようにすることもできる。
【００４１】図１１は上記ブロアＢＬ2を省略した場合
の一例を示すブロック図である。加圧機７より送られた
空気の一部は例えばセルロ−ス系酸素分離膜を用いたガ
ス濃縮装置Ｅ1により酸素濃度を濃縮されて弁ＩA1を介
して送られる空気に混合されスタックＳ1に供給され
る。他のスタックに付いても同様である。コントロ−ラ
Ｃにより実施例１、２と同様にして各弁ＩAを制御する
と、各スタックの酸素濃度が変化するのでそれぞれの出
力電流を同様に制御することができる。
の一例を示すブロック図である。加圧機７より送られた
空気の一部は例えばセルロ−ス系酸素分離膜を用いたガ
ス濃縮装置Ｅ1により酸素濃度を濃縮されて弁ＩA1を介
して送られる空気に混合されスタックＳ1に供給され
る。他のスタックに付いても同様である。コントロ−ラ
Ｃにより実施例１、２と同様にして各弁ＩAを制御する
と、各スタックの酸素濃度が変化するのでそれぞれの出
力電流を同様に制御することができる。
【００４２】上記酸素濃度変化に対するスタックの出力
電圧感度が高いので各ガス濃縮装置とブロアを小型化す
ることができる。また、燃料供給系に同様な燃料ガス濃
縮手段を設けて同様に制御するようにしてもよい。ま
た、例えばＮ2やＣＯ2などを外部より燃料や空気に混合
して供給し、その混合比制御により出力電流を制御する
こともできる。
電圧感度が高いので各ガス濃縮装置とブロアを小型化す
ることができる。また、燃料供給系に同様な燃料ガス濃
縮手段を設けて同様に制御するようにしてもよい。ま
た、例えばＮ2やＣＯ2などを外部より燃料や空気に混合
して供給し、その混合比制御により出力電流を制御する
こともできる。
【００４３】〔実施例 ４〕また、燐酸型燃料電池の出
力電圧は図１２のようにセル温度に応じて変化するの
で、スタックの冷却水の温度を制御することによりその
出力電流を制御することができる。図１３は上記温度制
御を行う本発明実施例の構成図である。スタックＳiの
冷却水の温度がポンプ８の回転数および／またはファン
Ｆの回転数により変化するので、これらの回転数により
スタックＳiの出力電流を制御することができる。
力電圧は図１２のようにセル温度に応じて変化するの
で、スタックの冷却水の温度を制御することによりその
出力電流を制御することができる。図１３は上記温度制
御を行う本発明実施例の構成図である。スタックＳiの
冷却水の温度がポンプ８の回転数および／またはファン
Ｆの回転数により変化するので、これらの回転数により
スタックＳiの出力電流を制御することができる。
【００４４】例えば、スタックＳiの出力電流を実施例
２にて説明した出力指令値ＩOiやＩim等と比較して得ら
れる誤差信号によりポンプ８および／またはファンＦの
回転数を制御するようにする。また、ポンプ８の入り口
で温度の異なる冷却水を混入し、その量の制御によりス
タック温度を制御することもできる。
２にて説明した出力指令値ＩOiやＩim等と比較して得ら
れる誤差信号によりポンプ８および／またはファンＦの
回転数を制御するようにする。また、ポンプ８の入り口
で温度の異なる冷却水を混入し、その量の制御によりス
タック温度を制御することもできる。
【００４５】なお、上記本発明の各実施例では空気、燃
料ガス等の圧力、濃度、温度等を別個に制御する方法に
ついて説明したが、これらの制御対象を組み合わせて制
御するようにしてもよいことは勿論である。
料ガス等の圧力、濃度、温度等を別個に制御する方法に
ついて説明したが、これらの制御対象を組み合わせて制
御するようにしてもよいことは勿論である。
【００４６】
【発明の効果】本発明により、並列接続した各燃料電池
スタックの電流をそれぞれの定格値に適合するように制
御して負荷配分を適正化することができる。また、経時
変化により各燃料電池スタックの負荷能力が低下した場
合にも、同様にして負荷配分を適正化することができ
る。また、上記負荷配分を自動的に行って燃料電池装置
を大容量化してメインテナンスを効率化すると同時に信
頼度を高めることができる。
スタックの電流をそれぞれの定格値に適合するように制
御して負荷配分を適正化することができる。また、経時
変化により各燃料電池スタックの負荷能力が低下した場
合にも、同様にして負荷配分を適正化することができ
る。また、上記負荷配分を自動的に行って燃料電池装置
を大容量化してメインテナンスを効率化すると同時に信
頼度を高めることができる。
【図１】本発明による並列接続した複数の燃料電池スタ
ックの制御系統図である。
ックの制御系統図である。
【図２】燐酸型燃料電池セルの水素圧力対出力電圧特性
である。
である。
【図３】燐酸型燃料電池セルの酸素圧力対出力電圧特性
である。
である。
【図４】本発明における燐酸型燃料電池装置の全般的な
制御フロ−チャ−トである。
制御フロ−チャ−トである。
【図５】本発明における燐酸型燃料電池装置の起動時の
制御フロ−チャ−トである。
制御フロ−チャ−トである。
【図６】燃料電池スタックのガス系統の等価回路であ
る。
る。
【図７】本発明における燃料電池スタックのガス入出力
部圧力設定方法のフロ−チャ−トである。
部圧力設定方法のフロ−チャ−トである。
【図８、９】本発明における燃料電池スタックのガス入
出力弁の制御ブロック図である。
出力弁の制御ブロック図である。
【図１０、１１】本発明による燃料電池スタックのガス
濃度制御方法を示すブロック図である。
濃度制御方法を示すブロック図である。
【図１２】燐酸型燃料電池セルのセル温度対出力電圧特
性である。
性である。
【図１３】本発明による燃料電池スタックの温度制御方
法を示すブロック図である。
法を示すブロック図である。
【図１４】従来の燃料電池スタックの制御システム図で
ある。
ある。
【図１５】燐酸型燃料電池スタックの内部構成を示す斜
視図である。
視図である。
【図１６】燐酸型燃料電池セルの出力特性である。
【図１７】燐酸型燃料電池セル出力電圧の経時変化特性
である。
である。
【図１８】従来の燃料電池スタックの接続図である。
【図１９】燐酸型燃料電池セル出力電圧対ガス利用率特
性である。
性である。
【符号の説明】 Ｓ…燃料電池スタック、Ｃ…コントロ−ラ、Ａ…空気、
Ｂ…燃料ガス、Ｄ1…ダイオ−ド、ＩA…空気の入力弁、
ＩB…燃料ガスの入力弁、ＥA…空気の出力弁、ＥB…燃
料ガスの出力弁、ＩＤ…電流検出器、ＢＬ…ブロア、８
…ポンプ、Ｆ…ファン、Ｈｘ…熱交換器、ＦＧ…関数発
生器、ＰＩＤ…比例、積分、微分演算器。
Ｂ…燃料ガス、Ｄ1…ダイオ−ド、ＩA…空気の入力弁、
ＩB…燃料ガスの入力弁、ＥA…空気の出力弁、ＥB…燃
料ガスの出力弁、ＩＤ…電流検出器、ＢＬ…ブロア、８
…ポンプ、Ｆ…ファン、Ｈｘ…熱交換器、ＦＧ…関数発
生器、ＰＩＤ…比例、積分、微分演算器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−60058（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−215675（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−246771（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−133271（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−37673（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−17269（ＪＰ，Ａ) 特公 昭48−41352（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24 G05D 16/00 G05D 21/00
Claims (7)
- 【請求項１】 燃料ガスと空気を供給して発電する燃料
電池スタックの複数を並列接続した燃料電池の制御装置
において、各燃料電池スタックの出力電流検出手段と、
各燃料電池スタックの出力電流指令値発生手段と、各燃
料電池スタックの燃料ガスおよび／または空気のガス濃
度制御手段、および／または各燃料電池スタックの温度
制御手段と、および／または各燃料電池スタックの燃料
ガスと空気の圧力制御手段と、各燃料電池スタックの出
力電流制御手段とを設け、 上記出力電流指令値発生手段は、各燃料電池スタックを
並列接続した総合の出力電流目標値に、燃料電池スタッ
ク全体の定格容量に対する当該燃料電池スタックの定格
容量比率を乗じたものを各燃料電池スタックの第１の出
力指令値として発生させ、且つ各燃料電池スタックを並
列接続した燃料電池の実際の総合出力電流値に、燃料電
池スタック全体の定格容量に対する当該燃料電池スタッ
クの定格容量比率を乗じたものを各燃料電池スタックの
第２の出力指令値として発生させ 、上記出力電流制御手
段は、各燃料電池スタックの出力電流検出手段の出力値
と上記第１の出力指令値と比較し得られる信号により、
当該燃料電池スタックの燃料ガスおよび／または空気の
ガス濃度制御手段を制御し、および／または各燃料電池
スタックの温度手段を制御し、および／また当該燃料電
池スタックの燃料ガスと空気の供給弁を制御することで
圧力手段を制御し、該スタックの劣化後では、各燃料電
池スタックの出力電流検出手段の出力と上記第２の指令
値と比較して得られる信号により、該燃料電池スタック
の燃料ガスおよび／または空気のガス濃度手段を制御
し、および／または該燃料電池スタックの温度手段を制
御し、および／または該燃料電池スタックの燃料ガスと
空気の排出弁を制御することで圧力手段を制御するよう
に構成したことを特徴とする燃料電池の制御装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の燃料電池の制御装置にお
いて、上記温度制御手段を各燃料電池スタックの冷却水
の温度を制御する手段としたことを特徴とする燃料電池
の制御装置。 - 【請求項３】 請求項１または２記載のいずれかの燃料
電池の制御装置において、上記ガス濃度制御手段を各燃
料電池スタックの燃料ガスと空気の供給口と排出口間に
設けたブロアとしたことを特徴とする燃料電池の制御装
置。 - 【請求項４】 請求項１または２記載のいずれかの燃料
電池の制御装置において、上記ガス濃度制御手段を各燃
料電池スタックの空気供給口に設けた制御弁と、上記空
気供給口の制御弁と並列に接続した酸素濃縮手段により
構成したことを特徴とする燃料電池の制御装置。 - 【請求項５】 請求項１または２記載のいずれかの燃料
電池の制御装置において、上記ガス濃度制御手段を各燃
料電池スタックの空気および／または燃料ガスの排気を
それぞれの供給口に戻して混合する手段としたことを特
徴とする燃料電池の制御装置。 - 【請求項６】 請求項１ないし５記載のいずれかの燃料
電池の制御装置において、上記出力電流制御手段は、燃
料電池スタックの燃料ガスと空気の供給弁または同排出
弁の中の一つの開度を、上記第１の出力指令値に合わ
せ、該スタックの劣化後では、上記第２の出力指令値に
合わせて設定する手段と、上記二つのガス流路間の差圧
検出手段ならびにその差圧許容値設定手段と、上記各ガ
スの流量値設定手段とを備え、上記出力電流の第１もし
くは第２の出力指令値に合わせて設定した弁の開度を基
準にして他方のガス流路の弁の中の一つの開度を上記各
ガス流路間の差圧検出値と同差圧許容値との比較により
設定し、また、上記各ガスの流量設定値と上記各ガス流
路の流体抵抗値とより他の二つの弁の開度を制御するよ
うにしたことを特徴とする燃料電池の制御装置。 - 【請求項７】 請求項１ないし５記載のいずれかの燃料
電池の制御装置において、上記出力電流制御手段は、燃
料電池スタックの燃料ガスと空気の供給弁または同排出
弁の中の一つの開度を、上記第１の指令値に合わせ、該
スタックの劣化後では、上記第２の指令値とに合わせて
設定する手段と、上記各ガス流路間の差圧検出手段なら
びにその差圧許容値設定手段と、上記各ガス流路の少な
くとも一方の供給・排出口間の差圧検出手段ならびにそ
の差圧許容値設定手段量値設定手段とを備え、上記第１
もしくは第２の出力指令値に合わせて設定した弁の開度
を基準にして他方のガス流路の弁の中の一つの開度を上
記各ガス流路間の差圧検出値と同差圧許容値とを比較し
て設定し、また、他の二つの弁の開度を上記ガス流路の
供給・排出口間の差圧検出値とその差圧許容値との比較
により制御するようにしたことを特徴とする燃料電池の
制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5048911A JP2918759B2 (ja) | 1993-03-10 | 1993-03-10 | 燃料電池の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5048911A JP2918759B2 (ja) | 1993-03-10 | 1993-03-10 | 燃料電池の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06267577A JPH06267577A (ja) | 1994-09-22 |
| JP2918759B2 true JP2918759B2 (ja) | 1999-07-12 |
Family
ID=12816444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5048911A Expired - Lifetime JP2918759B2 (ja) | 1993-03-10 | 1993-03-10 | 燃料電池の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2918759B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101149234B1 (ko) | 2009-12-29 | 2012-05-25 | 주식회사 효성 | 연료전지시스템의 운전방법 및 그 장치 |
| CN108539231A (zh) * | 2018-03-20 | 2018-09-14 | 佛山（云浮）氢能产业与新材料发展研究院 | 一种多套燃料电池系统的协调控制方法及系统 |
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| JP4977947B2 (ja) * | 2004-07-16 | 2012-07-18 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
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-
1993
- 1993-03-10 JP JP5048911A patent/JP2918759B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06267577A (ja) | 1994-09-22 |
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