JP3071092B2 - 水素吸蔵タンクを組み込んだ燃料電池システムの起動方法 - Google Patents
水素吸蔵タンクを組み込んだ燃料電池システムの起動方法Info
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Description
水素貯蔵用タンクを水素供給源とする燃料電池システム
の起動方法に関する。
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が、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。このようなヒータ加熱方
式の燃料電池システムとして、図6に示すような、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とから構成され
たシステムが知られており、このシステムは、電池電圧
と電池電流を監視しながら、ヒータの作動を制御して除
々に燃料電池を昇温するものである。
蔵させた水素吸蔵タンクを可搬型燃料電池システムの燃
料給源として使用されるようになって来ている。このよ
うな水素吸蔵タンクを用いた可搬型燃料電池システム
は、水素吸蔵タンクが圧縮加圧型の水素貯蔵タンクにく
らべ単位容量当たりの水素貯蔵効率が高いことから、圧
縮加圧型タンクを用いる場合に比べて、システムのコン
パクト化が可能となるので極めて有用である。
からの水素の放出は、吸熱反応であるため、水素の放出
に伴う吸熱量に相当する熱量が外部から十分に供給され
ない場合には、次第に水素吸蔵タンクの温度が低下し水
素供給能力が低下するという問題がある。したがって、
水素吸蔵タンクを組み込んだ燃料電池システムにあって
は、外気温度が低い場合には燃料電池本体を好適な作動
温度にまで加温するとともに、水素吸蔵タンクをも加温
して水素吸蔵タンクから電池反応に必要な水素が十分に
供給できるような状態にしてやらねばならない。ところ
が、電池起動時は燃料電池本体の温度が低いため、発電
能力が小さいとともに、水素吸蔵タンクの温度も低いた
め水素吸蔵タンクから水素が十分に供給されない。した
がって、電池本体や水素吸蔵タンクを加温するために、
システムの内部ヒータを作動させると、その負荷を賄う
だけの発電がなされず、加温と発電能力との間で悪循環
に陥って電池が作動不能となり、いつまで経っても電池
を定常運転状態に移行できないという問題があった。
素吸蔵タンクからの水素の供給能力に応じて最適な負荷
を与えながら電池を起動することのできる、水素吸蔵タ
ンクを組み込んだ燃料電池システムの起動方法を提供す
ることを目的とする。
ムの起動方法は、水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵用の水
素吸蔵タンクから水素の供給を得て発電を行い、その発
電電力を利用して内部負荷である昇温ヒータを加熱し、
このヒータの熱によって燃料電池本体及び水素吸蔵タン
クを加温する燃料電池システムにおいて、前記水素吸蔵
タンクから供給される水素ガスの圧力を、一定時間毎に
検出する水素ガス圧検出ステップと、前記水素ガス圧検
出ステップの検出した水素ガス圧が、所定の基準ガス圧
を下回るか、所定の基準ガス圧以上かを判定する水素ガ
ス圧判定ステップと、前記水素ガス圧検出ステップで検
出した水素ガス圧が、所定の基準ガス圧を下回る場合に
は、昇温ヒータへ所定の電流より小さい電流を供給し、
前記水素ガス圧が所定の圧力以上である場合には、昇温
ヒータへ前記所定の電流より大きい電流を供給する電力
供給制御ステップと、を繰り返して燃料電池本体を定常
運転状態に移行させることを特徴とする。
は、水素吸蔵タンクから供給される水素ガスの圧力を一
定時間毎に検出する。水素ガス圧判定ステップでは、前
記水素ガス圧検出ステップの検出した水素ガス圧が、所
定の基準ガス圧を下回るか、所定の基準ガス圧以上かを
判定する。そして、電力供給制御ステップでは、前記水
素ガス圧検出ステップで検出した水素ガス圧が、所定の
基準ガス圧を上回る場合には、昇温ヒータへ所定の電流
より小さい電流を供給し、一方前記水素ガス圧が所定の
圧力以上である場合には、昇温ヒータへ前記所定の電流
より大きい電流を供給するようにする。このような一連
のステップを繰り返しつつ、次第に燃料電池本体の温度
を高め、定常運転に移行させる。
ときに、従来の内部負荷制御システムにおいて発生した
現象、即ち水素吸蔵タンクから供給される水素ガスの圧
力が、起動初期に必要とする水素ガス圧を下回るため
に、水素ガス不足により燃料電池の発電量が著しく小さ
くなり、内部負荷の電力を賄えないことから作動不能に
陥るといった現象、を防止できる。
用する可搬型燃料電池システムの概略構成図である。図
1において、1は水素ガスと酸素ガス(空気)とで発電
を行う燃料電池本体である。2は前記燃料電池1に燃料
ガスを供給する水素吸蔵タンクであり、3は水素吸蔵タ
ンクから供給される水素ガスの圧力を測定する水素ガス
圧センサ、4は燃料電池本体の温度を測定する電池温度
センサである。また5、6、7は前記燃料電池1を昇温
するための内部負荷(ヒータ)、8は前記内部負荷(ヒ
ータ)の熱を燃料電池本体に送風する送風機である。更
に9は前記水素ガス圧センサ3からのガス圧情報に基づ
いて、前記内部負荷5、6、7を制御するとともに、前
記温度センサ4からの温度情報に基づいて、燃料電池の
温度が所定温度に達した場合に負荷昇温を停止し、外部
負荷に対する電力供給を開始するよう制御する制御部で
ある。
テムの前記水素吸蔵タンク2は、前記内部負荷(ヒー
タ)及び燃料電池本体により加温された空気により加温
できるように前記送風機8の風下に位置させてある。し
たがって、電池が起動されると、前記内部負荷の発する
熱や燃料電池が発する熱により除々に加温されて次第に
水素供給能力が高まることになる。なお、前記内部負荷
5、6、7及び前記制御部9で構成される負荷制御回路
は、サイリスタ等を用いたスイッチング回路として、そ
のスイッチオン時間を長短制御することにより内部負荷
を調製することもできる。
池システム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
である。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。先ず、水素吸蔵タンク2の水素供給バ
ルブ(不図示)を開弁して燃料電池本体1に水素ガスを
供給し(S100)、燃料電池の負荷昇温を開始する
(S200)。次に、燃料電池の温度がTC よりも大き
くなれば(S300)、外部負荷への出力を可能とする
(S400)。本実施例ではTC を80℃に設定した。
る負荷昇温開始ステップについて説明する。ステップS
201で燃料電池1の負荷昇温が開始されると、制御部
9は水素ガス圧センサ3を介して水素吸蔵タンクの水素
ガス圧値を読取り、予め運転制御プログラムに定められ
ている水素ガス圧上限値PH と参照する(ステップS2
02)。水素ガス圧が水素ガス圧上限値PH 以上である
場合には、内部負荷設定値をLH として内部負荷電流を
上昇させる(ステップS203)。他方、水素ガス圧が
水素ガス圧上限値PH 未満である場合には、先と同様に
水素ガス圧センサ3を介して水素吸蔵タンクの水素ガス
圧値を読取り、予め運転制御プログラムに定められてい
る水素ガス圧下限値PL と参照する。そして水素ガス圧
が水素ガス圧下限値PL 未満である場合には、内部負荷
設定をLL として内部負荷電流を下げ(ステップS20
5)、この状態を一定時間維持して(ステップS20
6)、水素吸蔵タンクの温度が上昇するのを待つ。一定
時間経過した後にステップはステップS202にリター
ンし、再び水素ガス圧の測定を行い上記を同様に動作す
る。
第に水素吸蔵タンク(電池も同様)の温度が高まり水素
吸蔵タンクの水素ガス圧が下限値PL を超えるようにな
る(ステップS204でNO)が、水素ガス圧が下限値
PL を超えると水素ガスの供給が燃料電池の発電量を制
限する要因ではなくなるので、水素ガス圧の監視は必要
なくなる。よって動作はステップS207に進む。ステ
ップS207で制御部9は、電池温度が定常運転を可能
にする温度TC 以上か否かを判定し、TC 以上である場
合には起動動作を終了する。他方、電池温度がTC 未満
である場合には、動作はステップS202にリターン
し、再び水素ガス圧が下限値PL を超えるようになるま
で内部負荷を制御しつつ、燃料電池本体及び水素吸蔵タ
ンクを加温し、水素ガス圧が下限値PL を超えるのを待
つことになる。
限値PH 未満である場合には(ステップS202、N
O)、直ちに水素ガス圧が下限値PL か否かを判定する
動作に移る(ステップS204)。またステップS20
2でYESであって、ステップS203で内部負荷電流
が高められた場合、その負荷電流を賄うために燃料電池
本体はより多くの水素ガスを必要とする。しかし、ここ
で未だ水素吸蔵タンクの温度が所定温度に満たないとき
には、水素吸蔵タンクからの水素ガスの供給が追いつか
ない。よって、再び水素ガス圧が低下するので、ステッ
プS204のYESの方向に動作が進むことになる。
ガス圧下限値PL 、及び電池温度T C について説明す
る。水素ガス圧上限値PH は、水素吸蔵タンクから水素
ガスが安定して放出され得る場合における水素吸蔵タン
クのガス圧を意味する。また水素ガス圧下限値PL は、
内部負荷設定値をLH とした場合、その消費電力及び燃
料電池自体の内部負荷を賄うに足りる電力を発電するた
めに、燃料電池本体が必要とする水素ガスを供給し得る
水素吸蔵タンクのガス圧を意味する。このPH 、P
L は、固定的な値ではなく、水素吸蔵タンクに使用され
た水素吸蔵合金の種類や充填密度等により変化する値で
ある。よって、本システムでは、オペレータが制御部9
に対し予めPH 、PL を設定することができるようにし
てある。なお、PH 、PL を同一の値とすることもで
き、この場合、燃料電池を定常運転する際に必要な水素
ガス量を、供給できる水素吸蔵タンクのガス圧値、また
は前記ガス圧の関数をPとするのがよい。
がその発電能力を十分に発揮し外部負荷に電力を供給で
きるに至ったときの電池温度(通常80℃〜120℃)
であり、このTC も燃料電池の種類によりある程度変化
する。よって、本システムではこのTC も制御部9に対
しオペレータが予め設定するようにしてある。図4に、
外気温度が低い場合における水素吸蔵タンクのガス圧と
燃料電池本体の負荷電流の関係を模式的に図示する。即
ち、電池起動当初においては、水素吸蔵タンクのガス圧
は下限値PL を上回っているが、外気から補給される熱
量が水素放出の際に失われる熱量に比べ不十分である
と、水素の放出により水素吸蔵タンクの温度が下がり、
それに伴い水素ガス放出量が低下するため水素ガス圧が
低下する。この場合、図3フローチャートで説明したよ
うに内部ヒータへの電力供給が抑制せられ、水素ガスの
消費量を水素吸蔵タンクが供給可能な程度に抑えらるの
ので、電池作動状態は維持される。つまり、起動当初に
おいては内部ヒータの負荷を最小に抑えた状態で燃料電
池システムを運転して、主に燃料電池の自己発熱による
加温を待つことになる。このようにして低水準の起動運
転を行っていると燃料電池本体の温度が次第に上昇する
とともにその風下にある水素吸蔵タンクの温度も次第に
上昇する。したがって、水素吸蔵タンクからの水素供給
能力が上昇し、またこれに平行して燃料電池本体の発電
能力も上昇するので、加速度的に内部ヒータへの電力の
供給を増加することが可能になる。このように本発明方
法によれば、順次燃料電池システムの発電能力を高める
ことができる結果、無理なく燃料電池システムを定常運
転状態に移行させることができることになる。 〔その他の事項〕上記実施例では、図3ステップS20
7がYESの場合には起動終了としたが、ステップS2
07の代わりに、例えば図5に示すような公知の電池起
動フローチャートの#710に連結させることもでき
る。このようにすると、更に合理的かつ速やかに電池を
起動させることが可能となる。
よれば、外気温度が低いために水素吸蔵タンクから十分
に水素ガスが供給されない状況にあっても、燃料電池シ
ステムが起動不能に陥ることがない。したがって、水素
吸蔵合金を用いた水素吸蔵タンクが、可搬型燃料電池の
燃料供給源として利用可能となるので、可搬型燃料電池
システムの一層の小形化を実現できる。
搬型燃料電池電源の概略構成図である。
る。
ケンスを示すシーケンス図である。
ガス圧と燃料電池本体の負荷電流の関係を示す模式図で
ある。
ーケンス図である。
る。
Claims (1)
- 【請求項1】 水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵用の水
素吸蔵タンクから水素の供給を得て発電を行い、その発
電電力を利用して内部負荷である昇温ヒータを加熱し、
このヒータの熱によって燃料電池本体及び水素吸蔵タン
クを加温する燃料電池システムにおいて、 前記水素吸蔵タンクから供給される水素ガスの圧力を、
一定時間毎に検出する水素ガス圧検出ステップと、 前記水素ガス圧検出ステップの検出した水素ガス圧が、
所定の基準ガス圧を下回るか、所定の基準ガス圧以上か
を判定する水素ガス圧判定ステップと、 前記水素ガス圧検出ステップで検出した水素ガス圧が、
所定の基準ガス圧を下回る場合には、昇温ヒータへ所定
の電流より小さい電流を供給し、前記水素ガス圧が所定
の圧力以上である場合には、昇温ヒータへ前記所定の電
流より大きい電流を供給する電力供給制御ステップと、 を繰り返して燃料電池本体を定常運転状態に移行させる
ことを特徴とする水素吸蔵タンクを組み込んだ燃料電池
システムの起動方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6093558A JP3071092B2 (ja) | 1994-05-02 | 1994-05-02 | 水素吸蔵タンクを組み込んだ燃料電池システムの起動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6093558A JP3071092B2 (ja) | 1994-05-02 | 1994-05-02 | 水素吸蔵タンクを組み込んだ燃料電池システムの起動方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07302606A JPH07302606A (ja) | 1995-11-14 |
JP3071092B2 true JP3071092B2 (ja) | 2000-07-31 |
Family
ID=14085584
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6093558A Expired - Lifetime JP3071092B2 (ja) | 1994-05-02 | 1994-05-02 | 水素吸蔵タンクを組み込んだ燃料電池システムの起動方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3071092B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7160640B2 (en) * | 2003-01-15 | 2007-01-09 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell stack with passive end cell heater |
CN113085662A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-07-09 | 永安行科技股份有限公司 | 基于燃料压力的氢燃料电池电堆的供电方法、系统及氢燃料电动车 |
CN114665128B (zh) * | 2022-04-07 | 2023-12-19 | 上海捷氢科技股份有限公司 | 一种固态储氢供氢装置与一种供氢方法 |
-
1994
- 1994-05-02 JP JP6093558A patent/JP3071092B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07302606A (ja) | 1995-11-14 |
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