JP3353406B2 - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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- JP3353406B2 JP3353406B2 JP20172993A JP20172993A JP3353406B2 JP 3353406 B2 JP3353406 B2 JP 3353406B2 JP 20172993 A JP20172993 A JP 20172993A JP 20172993 A JP20172993 A JP 20172993A JP 3353406 B2 JP3353406 B2 JP 3353406B2
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、外部からの負荷指令
に追従して交流出力が制御される燃料電池発電装置とそ
の運転制御方法に関する。
に追従して交流出力が制御される燃料電池発電装置とそ
の運転制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、大容量の交流電源を有する交流
系統に接続されて、交流系統に影響を及ぼすことなく系
統に送り出せる電力の設定変更が可能な燃料電池発電装
置では、その電力設定値の変更を外部からの負荷指令に
よって行う，いわゆる電力制御が一般的であり、電力設
定値を電力変換器、および燃料改質系，燃料電池系など
の流体制御系に一括して送り、発電装置全体の制御応答
性の向上を図ったものが知られている。
系統に接続されて、交流系統に影響を及ぼすことなく系
統に送り出せる電力の設定変更が可能な燃料電池発電装
置では、その電力設定値の変更を外部からの負荷指令に
よって行う，いわゆる電力制御が一般的であり、電力設
定値を電力変換器、および燃料改質系，燃料電池系など
の流体制御系に一括して送り、発電装置全体の制御応答
性の向上を図ったものが知られている。
【０００３】図３は従来の燃料電池発電装置を簡略化し
て示すブロック図である。図において、単位セルの積層
体からなる燃料電池１を含む燃料電池発電装置は、化石
燃料，炭化水素系燃料などの原燃料を燃料電池用アノ−
ドガスとしての水素リッチな燃料ガス２Ｆに改質する燃
料改質装置２と、酸化剤としての反応空気３Ａを燃料電
池に供給する反応空気供給装置３と、燃料電池の出力直
流電力を交流電力に変換して交流系統に送出する電力変
換器４とを備える。また、電力変換器４が交流系統に送
出する電力は、電力設定値制御部５が外部からの負荷指
令９Ｓを受けて発する電力設定値５Ｓにより、外部負荷
指令９Ｓに一致するよう定電圧制御される。さらに、電
力設定値５Ｓは流量演算制御部６にも同時に入力され、
燃料電池１が電力設定値５Ｓが要求する電力を発電する
に必要な原燃料流量，改質用スチ−ム流量，改質器バ−
ナの支燃空気流量，および反応空気流量など（以下ガス
流量と総称する）を流量演算制御部６が演算し、その演
算結果に基づいて例えば流量調節弁７Ｆ，７Ｓ，７Ｂ，
７Ａ等の開度を制御することにより、燃料電池１に発電
に必要な量の燃料ガス２Ｆおよび反応空気３Ａが供給さ
れて発電が行われ、燃料電池１の出力電力を外部負荷指
令９Ｓによる指令値に近づける制御が行われる。
て示すブロック図である。図において、単位セルの積層
体からなる燃料電池１を含む燃料電池発電装置は、化石
燃料，炭化水素系燃料などの原燃料を燃料電池用アノ−
ドガスとしての水素リッチな燃料ガス２Ｆに改質する燃
料改質装置２と、酸化剤としての反応空気３Ａを燃料電
池に供給する反応空気供給装置３と、燃料電池の出力直
流電力を交流電力に変換して交流系統に送出する電力変
換器４とを備える。また、電力変換器４が交流系統に送
出する電力は、電力設定値制御部５が外部からの負荷指
令９Ｓを受けて発する電力設定値５Ｓにより、外部負荷
指令９Ｓに一致するよう定電圧制御される。さらに、電
力設定値５Ｓは流量演算制御部６にも同時に入力され、
燃料電池１が電力設定値５Ｓが要求する電力を発電する
に必要な原燃料流量，改質用スチ−ム流量，改質器バ−
ナの支燃空気流量，および反応空気流量など（以下ガス
流量と総称する）を流量演算制御部６が演算し、その演
算結果に基づいて例えば流量調節弁７Ｆ，７Ｓ，７Ｂ，
７Ａ等の開度を制御することにより、燃料電池１に発電
に必要な量の燃料ガス２Ｆおよび反応空気３Ａが供給さ
れて発電が行われ、燃料電池１の出力電力を外部負荷指
令９Ｓによる指令値に近づける制御が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように構成された
燃料電池発電装置の運転中における交流系統への供給電
力の上昇，降下は、負荷指令９Ｓを変更することによっ
て行われる。即ち、電力設定値制御部５への負荷指令９
Ｓを大きくすると、これに比例して電力設定値５Ｓが増
大し、電力変換器４が指令された電力を出力するために
燃料電池１に出力電流Ｉf の増大を要求すると同時に、
電力設定値制御部５が流量演算制御部６にガス流量の増
量を指令する。ところで、電力設定値５Ｓの増加速度が
急峻であった場合、電力変換器４はミリセカンド以下の
応答速度で電力設定値５Ｓに対応した電力を出力しよう
とするするが、燃料電池１は燃料改質装置２および空気
供給装置３の応答速度に律せられ、上昇指令に対する燃
料ガス２Ｆおよび反応空気３Ａの供給増加に遅れが発生
し、燃料電池１の燃料極および空気極に一時的にガス不
足状態が発生する。
燃料電池発電装置の運転中における交流系統への供給電
力の上昇，降下は、負荷指令９Ｓを変更することによっ
て行われる。即ち、電力設定値制御部５への負荷指令９
Ｓを大きくすると、これに比例して電力設定値５Ｓが増
大し、電力変換器４が指令された電力を出力するために
燃料電池１に出力電流Ｉf の増大を要求すると同時に、
電力設定値制御部５が流量演算制御部６にガス流量の増
量を指令する。ところで、電力設定値５Ｓの増加速度が
急峻であった場合、電力変換器４はミリセカンド以下の
応答速度で電力設定値５Ｓに対応した電力を出力しよう
とするするが、燃料電池１は燃料改質装置２および空気
供給装置３の応答速度に律せられ、上昇指令に対する燃
料ガス２Ｆおよび反応空気３Ａの供給増加に遅れが発生
し、燃料電池１の燃料極および空気極に一時的にガス不
足状態が発生する。
【０００５】燃料電池１にガス不足状態が一旦発生する
と、燃料電池の発電電圧が低下するため、電力変換装置
４は燃料電池の出力電流Ｉf をさらに増加させて出力電
力を指令値に合わせようとし、これが原因で燃料電池１
の電圧が一層低下する悪循環が発生し、ついには燃料電
池がガス欠状態となり、燃料電池に過電流が流れて燃料
電池の構成部材が劣化し、発電性能や寿命の低下を招く
という問題が発生する。
と、燃料電池の発電電圧が低下するため、電力変換装置
４は燃料電池の出力電流Ｉf をさらに増加させて出力電
力を指令値に合わせようとし、これが原因で燃料電池１
の電圧が一層低下する悪循環が発生し、ついには燃料電
池がガス欠状態となり、燃料電池に過電流が流れて燃料
電池の構成部材が劣化し、発電性能や寿命の低下を招く
という問題が発生する。
【０００６】また、負荷急増時におけるガス欠状態の発
生と、これに起因する発電性能の低下を回避するため
に、燃料電池１の出力電流Ｉf を電流検出器８で検出し
てその検出電流値を流量演算制御部６に入力し、流量演
算制御部６が電力設定値５Ｓに対応して求めたガス流量
を電流検出器８の検出電流によって補正してガス流量の
演算値に常時余裕分を付加し、負荷急増時における燃料
電池１の出力電力の立ち上がりを早めるよう構成したも
のが知られている。しかしながら、この方式では燃料ガ
ス流量の余裕分を必要としない定常運転中にも余分な燃
料ガスを供給することになり、使い残しの水素を多く含
んだ燃料極オフガス２ofは燃料改質装置２の改質器バ−
ナに送られて燃焼し、その生成熱が水蒸気改質の反応熱
として利用されるものの、その供給量が過剰となるため
に燃料電池発電装置としての熱効率の低下を招くという
問題が発生する。
生と、これに起因する発電性能の低下を回避するため
に、燃料電池１の出力電流Ｉf を電流検出器８で検出し
てその検出電流値を流量演算制御部６に入力し、流量演
算制御部６が電力設定値５Ｓに対応して求めたガス流量
を電流検出器８の検出電流によって補正してガス流量の
演算値に常時余裕分を付加し、負荷急増時における燃料
電池１の出力電力の立ち上がりを早めるよう構成したも
のが知られている。しかしながら、この方式では燃料ガ
ス流量の余裕分を必要としない定常運転中にも余分な燃
料ガスを供給することになり、使い残しの水素を多く含
んだ燃料極オフガス２ofは燃料改質装置２の改質器バ−
ナに送られて燃焼し、その生成熱が水蒸気改質の反応熱
として利用されるものの、その供給量が過剰となるため
に燃料電池発電装置としての熱効率の低下を招くという
問題が発生する。
【０００７】この発明の目的は、出力電力の増加指令に
ガス不足を生ずることなく追従でき、したがって燃料電
池の性能低下を回避できる燃料電池発電装置とその運転
制御方法を得ることにある。
ガス不足を生ずることなく追従でき、したがって燃料電
池の性能低下を回避できる燃料電池発電装置とその運転
制御方法を得ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、燃料改質装置および空気供給装
置からそれぞれ燃料ガスおよび空気の供給を受けて発電
する燃料電池と、その出力直流電力を定電圧制御された
交流電力に変換する電力変換器と、前記燃料改質装置，
空気供給装置への各種供給ガス量を制御する流量演算制
御部とを含み、外部負荷指令を受けて電力設定値制御部
が発する電力設定値により前記電力変換器および流量演
算制御部を一括制御するものにおいて、前記外部負荷指
令値の急増を燃料電池の出力電流の変化によって検知
し、燃料電池の電流増加速度をあらかじめ定まる上限値
以下に保持するよう前記電力設定値の上昇速度を抑制す
る制御信号を前記電力設定値制御部に向けて出力する過
電流防止手段を備えてなるものとする。
に、この発明によれば、燃料改質装置および空気供給装
置からそれぞれ燃料ガスおよび空気の供給を受けて発電
する燃料電池と、その出力直流電力を定電圧制御された
交流電力に変換する電力変換器と、前記燃料改質装置，
空気供給装置への各種供給ガス量を制御する流量演算制
御部とを含み、外部負荷指令を受けて電力設定値制御部
が発する電力設定値により前記電力変換器および流量演
算制御部を一括制御するものにおいて、前記外部負荷指
令値の急増を燃料電池の出力電流の変化によって検知
し、燃料電池の電流増加速度をあらかじめ定まる上限値
以下に保持するよう前記電力設定値の上昇速度を抑制す
る制御信号を前記電力設定値制御部に向けて出力する過
電流防止手段を備えてなるものとする。
【０００９】過電流防止手段が燃料電池の出力電流の増
加速度を監視する電流検出器と、この電流検出器の検出
電流から燃料電池の出力電流の増加速度を求め，その電
流増加速度があらかじめ定まる上限値を越えたとき電流
増加速度をその上限値に保持するよう電力設定値の上昇
速度を抑制する制御指令を電力設定値制御部に向けて出
力する電力変化速度演算部とからなることものとする。
加速度を監視する電流検出器と、この電流検出器の検出
電流から燃料電池の出力電流の増加速度を求め，その電
流増加速度があらかじめ定まる上限値を越えたとき電流
増加速度をその上限値に保持するよう電力設定値の上昇
速度を抑制する制御指令を電力設定値制御部に向けて出
力する電力変化速度演算部とからなることものとする。
【００１０】
【００１１】
【作用】この発明において、燃料電池の直流出力および
電力変換器の交流出力を外部負荷指令を受けて電力設定
値制御部が発する電力設定値に基づいて一括制御するよ
う構成された燃料電池発電装置が、外部負荷指令値の急
増を燃料電池の出力電流の変化によって検知し、燃料電
池の電流増加速度をあらかじめ定まる上限値以下に保持
するよう電力設定値制御部が出力する電力設定値の上昇
速度を抑制する過電流防止手段を、燃料電池の出力側と
電力設定値制御部との間に備えるよう構成したことによ
り、定常運転中燃料電池の直流出力および電力変換器の
交流出力が外部負荷指令値に一致するよう電力制御を行
っている燃料電池発電装置に出力の急増が指令される
と、応答速度の速い電力変換器は燃料電池に直流出力の
急増を要求し、燃料電池はその燃料極，空気極のガス通
路に既に供給されている燃料ガスおよび反応空気（併せ
て反応ガスと呼ぶ）中の水素および酸素の利用率を一時
的に高め、定挌電流を越える過電流を短時間出力する。
電力変換器の交流出力を外部負荷指令を受けて電力設定
値制御部が発する電力設定値に基づいて一括制御するよ
う構成された燃料電池発電装置が、外部負荷指令値の急
増を燃料電池の出力電流の変化によって検知し、燃料電
池の電流増加速度をあらかじめ定まる上限値以下に保持
するよう電力設定値制御部が出力する電力設定値の上昇
速度を抑制する過電流防止手段を、燃料電池の出力側と
電力設定値制御部との間に備えるよう構成したことによ
り、定常運転中燃料電池の直流出力および電力変換器の
交流出力が外部負荷指令値に一致するよう電力制御を行
っている燃料電池発電装置に出力の急増が指令される
と、応答速度の速い電力変換器は燃料電池に直流出力の
急増を要求し、燃料電池はその燃料極，空気極のガス通
路に既に供給されている燃料ガスおよび反応空気（併せ
て反応ガスと呼ぶ）中の水素および酸素の利用率を一時
的に高め、定挌電流を越える過電流を短時間出力する。
【００１２】このとき過電流防止手段は、この過電流を
瞬間的に検知し、燃料電池の電流増加速度をあらかじめ
定まる上限値以下に保持するよう電力設定値の増加速度
を抑制する制御信号を電力設定値制御部に向けて出力す
る。従って、電流増加速度を燃料電池の定挌電流で決ま
る許容電流の上限値（燃料改質装置の応答速度の上限
値）近傍にあらかじめ設定しておけば、電流増加速度に
よって増加速度が抑制された電力設定値によって電力変
換器の交流出力の増加が抑制されるとともに、電力設定
値によって一括制御される流量演算制御部も同様に制御
され、電流増加速度に比例した量の燃料ガスおよび反応
空気が燃料改質装置および反応空気供給装置から燃料電
池にそれぞれ供給されるので、燃料電池の直流出力およ
び電力変換器の交流出力は過電流防止手段に予め設定さ
れた電流増加速度によって規制されたのと同じ上昇速度
を保持して外部負荷指令の指示値に向けて増加すること
になり、過電流が持続して流れることによって燃料電池
に生ずるガス不足と、ガス不足によって燃料電池の電圧
が低下することとの悪循環を過電流防止手段が断ち切
り、燃料電池の特性を低下させることなく負荷の上昇制
御を安定して行う機能が得られる。
瞬間的に検知し、燃料電池の電流増加速度をあらかじめ
定まる上限値以下に保持するよう電力設定値の増加速度
を抑制する制御信号を電力設定値制御部に向けて出力す
る。従って、電流増加速度を燃料電池の定挌電流で決ま
る許容電流の上限値（燃料改質装置の応答速度の上限
値）近傍にあらかじめ設定しておけば、電流増加速度に
よって増加速度が抑制された電力設定値によって電力変
換器の交流出力の増加が抑制されるとともに、電力設定
値によって一括制御される流量演算制御部も同様に制御
され、電流増加速度に比例した量の燃料ガスおよび反応
空気が燃料改質装置および反応空気供給装置から燃料電
池にそれぞれ供給されるので、燃料電池の直流出力およ
び電力変換器の交流出力は過電流防止手段に予め設定さ
れた電流増加速度によって規制されたのと同じ上昇速度
を保持して外部負荷指令の指示値に向けて増加すること
になり、過電流が持続して流れることによって燃料電池
に生ずるガス不足と、ガス不足によって燃料電池の電圧
が低下することとの悪循環を過電流防止手段が断ち切
り、燃料電池の特性を低下させることなく負荷の上昇制
御を安定して行う機能が得られる。
【００１３】また、燃料電池はその出力電流が反応ガス
の供給量に比例するので、電流増加速度が上限値を保持
する電力設定値によって電力変換器４および流量演算制
御部６を一括制御することにより、燃料ガスおよび反応
空気の供給量を最適制御することが可能となり、従来技
術で必要とした燃料ガスおよび反応空気の供給量に常時
余裕分もその必要が無くなるので、燃料電池発電装置の
熱効率の向上する機能も得られる。
の供給量に比例するので、電流増加速度が上限値を保持
する電力設定値によって電力変換器４および流量演算制
御部６を一括制御することにより、燃料ガスおよび反応
空気の供給量を最適制御することが可能となり、従来技
術で必要とした燃料ガスおよび反応空気の供給量に常時
余裕分もその必要が無くなるので、燃料電池発電装置の
熱効率の向上する機能も得られる。
【００１４】さらに、過電流防止手段を、燃料電池の出
力電流の増加速度を監視する電流検出器と、この電流検
出器の検出電流から燃料電池の出力電流の増加速度を求
め，その電流増加速度があらかじめ定まる上限値を越え
たとき電流増加速度をその上限値に保持するよう電力設
定値の上昇速度を抑制する制御指令を電力設定値制御部
に向けて出力する電流変化速度演算部とで構成すれば、
簡素な構成の過電流防止手段によりその目的を達成する
ことができる。
力電流の増加速度を監視する電流検出器と、この電流検
出器の検出電流から燃料電池の出力電流の増加速度を求
め，その電流増加速度があらかじめ定まる上限値を越え
たとき電流増加速度をその上限値に保持するよう電力設
定値の上昇速度を抑制する制御指令を電力設定値制御部
に向けて出力する電流変化速度演算部とで構成すれば、
簡素な構成の過電流防止手段によりその目的を達成する
ことができる。
【００１５】
【００１６】
【実施例】以下、この発明を実施例に基づいて説明す
る。図１はこの発明の実施例になる燃料電池発電装置と
その運転制御方法を簡略化して示すブロック図であり、
従来技術と同じ構成部分には同一参照符号を付すことに
より、重複した説明を省略する。図において、過電流防
止手段１１は、燃料電池１の出力電流Ｉf の変化を監視
する電流検出器１２と、この電流検出器１２の検出電流
の変化から燃料電池１の出力電流Ｉf の増加速度ｄＩf
／ｄｔを求め，その電流増加速度があらかじめ定まる一
定値を越えたとき電流増加速度を一定値に保持するよう
電力設定値１５Ｓの変化速度を抑制する制御指令１３Ｓ
を電力設定値制御部１５に向けて出力する電力変化速度
演算部１３とで構成され、制御指令１３Ｓを受けた電力
設定値制御部１５が立ち上がりを緩和した電力設定値１
５Ｓを出力し、これにより電力変換器４および流量演算
制御部６を一括制御するよう構成される。
る。図１はこの発明の実施例になる燃料電池発電装置と
その運転制御方法を簡略化して示すブロック図であり、
従来技術と同じ構成部分には同一参照符号を付すことに
より、重複した説明を省略する。図において、過電流防
止手段１１は、燃料電池１の出力電流Ｉf の変化を監視
する電流検出器１２と、この電流検出器１２の検出電流
の変化から燃料電池１の出力電流Ｉf の増加速度ｄＩf
／ｄｔを求め，その電流増加速度があらかじめ定まる一
定値を越えたとき電流増加速度を一定値に保持するよう
電力設定値１５Ｓの変化速度を抑制する制御指令１３Ｓ
を電力設定値制御部１５に向けて出力する電力変化速度
演算部１３とで構成され、制御指令１３Ｓを受けた電力
設定値制御部１５が立ち上がりを緩和した電力設定値１
５Ｓを出力し、これにより電力変換器４および流量演算
制御部６を一括制御するよう構成される。
【００１７】図２は実施例における過電流防止手段の基
本的動作を示す特性線図であり、図の横軸には電流検出
器１２の検出電流の変化速度ｉf ＝ｄif／ｄt が，縦軸
には電力変化速度演算部１３に予め設定された電流上昇
速度の上限値がとってある。図において、曲線２３は電
力変化速度演算部１３に予め設定された電流上昇速度の
上限値曲線であり、電流検出器１２の検出電流の変化速
度ｉf が燃料電池１の定挌容量によって予め決まるしき
い値ｉfoを越えない許容領域では、電流変化速度の設定
値はＩf に比例して変化し、しきい値ｉfoを越える抑制
領域では設定値は燃料電池の定挌電流で決まる許容電流
の上限値（燃料改質装置の応答速度の上限値）近傍のあ
らかじめ定まる一定値Ｉfsに設定される。
本的動作を示す特性線図であり、図の横軸には電流検出
器１２の検出電流の変化速度ｉf ＝ｄif／ｄt が，縦軸
には電力変化速度演算部１３に予め設定された電流上昇
速度の上限値がとってある。図において、曲線２３は電
力変化速度演算部１３に予め設定された電流上昇速度の
上限値曲線であり、電流検出器１２の検出電流の変化速
度ｉf が燃料電池１の定挌容量によって予め決まるしき
い値ｉfoを越えない許容領域では、電流変化速度の設定
値はＩf に比例して変化し、しきい値ｉfoを越える抑制
領域では設定値は燃料電池の定挌電流で決まる許容電流
の上限値（燃料改質装置の応答速度の上限値）近傍のあ
らかじめ定まる一定値Ｉfsに設定される。
【００１８】したがって、定常運転中、電力変化速度演
算部１３は検出電流の変化速度を演算して演算結果を設
定値と照合し、Ｉf の変化に比例して変化する制御信号
１３Ｓを電力設定値制御部１５に向けて出力し、電力設
定値制御部１５が制御信号１３Ｓに比例して出力する電
力設定値１５Ｓによって電力変換器４および流量演算制
御部６を一括制御することにより、電力変換器４の交流
出力が外部負荷指令９Ｓに一致するよう制御され、かつ
流量演算制御部６により主制御弁７Ａ，７Ｂ，７Ｆ，７
Ｓ等の開度も外部負荷指令９Ｓ比例して制御されること
により、燃料電池１が電力変換器４が要求する直流電流
を出力し、安定した定常運転が行われる。
算部１３は検出電流の変化速度を演算して演算結果を設
定値と照合し、Ｉf の変化に比例して変化する制御信号
１３Ｓを電力設定値制御部１５に向けて出力し、電力設
定値制御部１５が制御信号１３Ｓに比例して出力する電
力設定値１５Ｓによって電力変換器４および流量演算制
御部６を一括制御することにより、電力変換器４の交流
出力が外部負荷指令９Ｓに一致するよう制御され、かつ
流量演算制御部６により主制御弁７Ａ，７Ｂ，７Ｆ，７
Ｓ等の開度も外部負荷指令９Ｓ比例して制御されること
により、燃料電池１が電力変換器４が要求する直流電流
を出力し、安定した定常運転が行われる。
【００１９】一方、上述のように定常運転されている燃
料電池発電装置に出力の急増を求める外部負荷指令９Ｓ
が与えられると、応答速度の速い電力変換器４は燃料電
池１に直流出力の急増を要求し、燃料電池はその燃料
極，空気極のガス通路に既に供給されている燃料ガスお
よび反応空気（併せて反応ガスと呼ぶ）中の水素および
酸素の利用率を一時的に高め、定挌電流を越える過電流
を短時間出力する。
料電池発電装置に出力の急増を求める外部負荷指令９Ｓ
が与えられると、応答速度の速い電力変換器４は燃料電
池１に直流出力の急増を要求し、燃料電池はその燃料
極，空気極のガス通路に既に供給されている燃料ガスお
よび反応空気（併せて反応ガスと呼ぶ）中の水素および
酸素の利用率を一時的に高め、定挌電流を越える過電流
を短時間出力する。
【００２０】このとき過電流防止手段１１は、この過電
流を電流検出器１２によって瞬間的に検知し、その検出
電流を受けた電力変化速度演算部１３が電流変化速度を
演算してその設定値と照合し、電流変化速度がしきい値
ｉfoを越えたとき、燃料電池１の電流増加速度をあらか
じめ定まる一定値Ｉfsに保持するよう電力設定値の増加
速度を抑制する制御指令１３Ｓを電力設定値制御部１５
に向けて出力する。従って、電流増加速度の上限値ｉfs
を燃料電池の定挌電流で決まる許容電流の上限値（燃料
改質装置の応答速度の上限値）近傍にあらかじめ設定し
ておけば、電流増加速度Ｉfsによって増加速度が抑制さ
れた電力設定値１５Ｓによって電力変換器４の交流出力
の増加速度が抑制されるとともに、電力設定値１５Ｓに
よって一括制御される流量演算制御部６も同様に制御さ
れ、電流増加速度に比例した量の燃料ガス２Ｆおよび反
応空気３Ａが燃料改質装置２および反応空気供給装置３
からそれぞれ燃料電池１に供給されるので、燃料電池の
直流出力および電力変換器の交流出力は過電流防止手段
１１に予め設定された電流増加速度の上限値Ｉfsによっ
て規制されたと同じ上昇速度を保持して外部負荷指令９
Ｓの指示値に向けて増加することになり、過電流が持続
して流れることによって燃料電池に生ずるガス不足と、
ガス不足による燃料電池の電圧低下との悪循環を過電流
防止手段１１が断ち切り、燃料電池の特性を低下させる
ことなく負荷の上昇制御を安定して行うことがでいる。
流を電流検出器１２によって瞬間的に検知し、その検出
電流を受けた電力変化速度演算部１３が電流変化速度を
演算してその設定値と照合し、電流変化速度がしきい値
ｉfoを越えたとき、燃料電池１の電流増加速度をあらか
じめ定まる一定値Ｉfsに保持するよう電力設定値の増加
速度を抑制する制御指令１３Ｓを電力設定値制御部１５
に向けて出力する。従って、電流増加速度の上限値ｉfs
を燃料電池の定挌電流で決まる許容電流の上限値（燃料
改質装置の応答速度の上限値）近傍にあらかじめ設定し
ておけば、電流増加速度Ｉfsによって増加速度が抑制さ
れた電力設定値１５Ｓによって電力変換器４の交流出力
の増加速度が抑制されるとともに、電力設定値１５Ｓに
よって一括制御される流量演算制御部６も同様に制御さ
れ、電流増加速度に比例した量の燃料ガス２Ｆおよび反
応空気３Ａが燃料改質装置２および反応空気供給装置３
からそれぞれ燃料電池１に供給されるので、燃料電池の
直流出力および電力変換器の交流出力は過電流防止手段
１１に予め設定された電流増加速度の上限値Ｉfsによっ
て規制されたと同じ上昇速度を保持して外部負荷指令９
Ｓの指示値に向けて増加することになり、過電流が持続
して流れることによって燃料電池に生ずるガス不足と、
ガス不足による燃料電池の電圧低下との悪循環を過電流
防止手段１１が断ち切り、燃料電池の特性を低下させる
ことなく負荷の上昇制御を安定して行うことがでいる。
【００２１】また、燃料ガスおよび反応空気の供給量に
常時余裕分を持たせる必要も無くなるので、燃料電池発
電装置の熱効率の低下を回避できる利点も得られる。
常時余裕分を持たせる必要も無くなるので、燃料電池発
電装置の熱効率の低下を回避できる利点も得られる。
【００２２】
【発明の効果】この発明は前述のように、外部負荷指令
を受けて電力設定値制御部が発する電力設定値に基づい
て電力変換器および流量演算制御部を一括制御する燃料
電池発電装置に、外部負荷指令値の急増を燃料電池の出
力電流の変化によって検知する例えば電流検出器と、燃
料電池の電流増加速度をあらかじめ定まる上限値以下に
保持するよう電力設定値制御部が出力する電力設定値の
上昇速度を抑制する例えば電力変化速度演算部とからな
る過電流防止手段を付加するよう構成した。その結果、
外部負荷指令値の急増を電流検出器が燃料電池の出力電
流の変化によって検知し、電力変化速度演算部が燃料電
池の電流増加速度をあらかじめ定まる上限値以下に保持
するよう電力設定値制御部が出力する電力設定値の上昇
速度を抑制するので制御信号を出力するので、燃料電池
の直流出力および電力変換器の交流出力は過電流防止手
段に予め設定された電流増加速度によって規制されたと
同じ上昇速度を保持して外部負荷指令の指示値に向けて
増加することになり、従来過電流が持続して流れること
によって燃料電池に生じたガス不足と、ガス不足によっ
て燃料電池の電圧が低下することとの悪循環を断ち切
り、燃料電池の特性を低下させることなく負荷の上昇制
御を安定して行える燃料電池発電装置を提供することが
できる。
を受けて電力設定値制御部が発する電力設定値に基づい
て電力変換器および流量演算制御部を一括制御する燃料
電池発電装置に、外部負荷指令値の急増を燃料電池の出
力電流の変化によって検知する例えば電流検出器と、燃
料電池の電流増加速度をあらかじめ定まる上限値以下に
保持するよう電力設定値制御部が出力する電力設定値の
上昇速度を抑制する例えば電力変化速度演算部とからな
る過電流防止手段を付加するよう構成した。その結果、
外部負荷指令値の急増を電流検出器が燃料電池の出力電
流の変化によって検知し、電力変化速度演算部が燃料電
池の電流増加速度をあらかじめ定まる上限値以下に保持
するよう電力設定値制御部が出力する電力設定値の上昇
速度を抑制するので制御信号を出力するので、燃料電池
の直流出力および電力変換器の交流出力は過電流防止手
段に予め設定された電流増加速度によって規制されたと
同じ上昇速度を保持して外部負荷指令の指示値に向けて
増加することになり、従来過電流が持続して流れること
によって燃料電池に生じたガス不足と、ガス不足によっ
て燃料電池の電圧が低下することとの悪循環を断ち切
り、燃料電池の特性を低下させることなく負荷の上昇制
御を安定して行える燃料電池発電装置を提供することが
できる。
【００２３】また、燃料ガスおよび反応空気の供給量に
常時余裕分を持たせる必要も無くなるので、燃料電池発
電装置の熱効率の低下を回避できる利点も得られる。
常時余裕分を持たせる必要も無くなるので、燃料電池発
電装置の熱効率の低下を回避できる利点も得られる。
【図１】この発明の実施例になる燃料電池発電装置とそ
の運転制御方法を簡略化して示すブロック図
の運転制御方法を簡略化して示すブロック図
【図２】実施例における過電流防止手段の基本的動作を
示す特性線図
示す特性線図
【図３】従来の燃料電池発電装置を簡略化して示すブロ
ック図
ック図
１ 燃料電池（スタック） ２ 燃料改質装置 ３ 空気供給装置 ４ 電力変換器 ５ 電力変化率制限部 ６ 流量演算制御部 ７ 主流量調節弁 ９Ｓ 外部付加指令 １１ 過電流防止手段 １２ 電流検出器 １３ 電力変化率演算部 １５ 電力設定値制御部 １５Ｓ 電力設定値 ｉfo 電流変化速度のしきい値 Ｉfs 電流変化速度の上限値
Claims (2)
- 【請求項１】燃料改質装置および空気供給装置からそれ
ぞれ燃料ガスおよび空気の供給を受けて発電する燃料電
池と、その出力直流電力を定電圧制御された交流電力に
変換する電力変換器と、前記燃料改質装置，空気供給装
置への各種供給ガス量を制御する流量演算制御部とを含
み、外部負荷指令を受けて電力設定値制御部が発する電
力設定値により前記電力変換器および流量演算制御部を
一括制御するものにおいて、前記外部負荷指令値の急増
を燃料電池の出力電流の変化によって検知し、燃料電池
の電流増加速度をあらかじめ定まる上限値以下に保持す
るよう前記電力設定値の上昇速度を抑制する制御信号を
前記電力設定値制御部に向けて出力する過電流防止手段
を備えてなることを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項２】過電流防止手段が燃料電池の出力電流の増
加速度を監視する電流検出器と、この電流検出器の検出
電流から燃料電池の出力電流の増加速度を求め，その電
流増加速度があらかじめ定まる上限値を越えたとき電流
増加速度をその上限値に保持するよう電力設定値の上昇
速度を抑制する制御信号を電力設定値制御部に向けて出
力する電力変化速度演算部とからなることを特徴とする
請求項１記載の燃料電池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20172993A JP3353406B2 (ja) | 1993-08-16 | 1993-08-16 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20172993A JP3353406B2 (ja) | 1993-08-16 | 1993-08-16 | 燃料電池発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0757753A JPH0757753A (ja) | 1995-03-03 |
| JP3353406B2 true JP3353406B2 (ja) | 2002-12-03 |
Family
ID=16445970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20172993A Expired - Fee Related JP3353406B2 (ja) | 1993-08-16 | 1993-08-16 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3353406B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2306574A1 (en) | 2009-09-30 | 2011-04-06 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell device |
| CN102204000B (zh) * | 2008-11-04 | 2015-03-18 | 日产自动车株式会社 | 燃料电池的发电控制装置以及发电控制方法 |
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| JP5314364B2 (ja) * | 2008-09-04 | 2013-10-16 | 三菱重工業株式会社 | 燃料電池発電システムおよび燃料電池の出力制御方法 |
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| JP5606228B2 (ja) * | 2010-09-10 | 2014-10-15 | 東芝燃料電池システム株式会社 | 燃料電池発電システムおよびその制御方法 |
| JP5803631B2 (ja) * | 2011-12-07 | 2015-11-04 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムとこれを搭載した車両 |
| JP2014166110A (ja) * | 2013-02-27 | 2014-09-08 | Honda Motor Co Ltd | ２電源負荷駆動システム及び燃料電池自動車 |
| JP2016225043A (ja) * | 2015-05-27 | 2016-12-28 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池車両 |
| GB2543031A (en) * | 2015-09-29 | 2017-04-12 | Intelligent Energy Ltd | Fuel cell system controller and associated method |
| JP6611662B2 (ja) * | 2016-04-13 | 2019-11-27 | 大阪瓦斯株式会社 | 燃料電池システム |
| JP6827363B2 (ja) * | 2017-04-28 | 2021-02-10 | 大阪瓦斯株式会社 | 固体酸化物形燃料電池システム |
-
1993
- 1993-08-16 JP JP20172993A patent/JP3353406B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102204000B (zh) * | 2008-11-04 | 2015-03-18 | 日产自动车株式会社 | 燃料电池的发电控制装置以及发电控制方法 |
| EP2306574A1 (en) | 2009-09-30 | 2011-04-06 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell device |
| JP2011076934A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Toto Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| US8642221B2 (en) | 2009-09-30 | 2014-02-04 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0757753A (ja) | 1995-03-03 |
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