JP3715344B2 - 燃料電池発電システム - Google Patents
燃料電池発電システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP3715344B2 JP3715344B2 JP11961295A JP11961295A JP3715344B2 JP 3715344 B2 JP3715344 B2 JP 3715344B2 JP 11961295 A JP11961295 A JP 11961295A JP 11961295 A JP11961295 A JP 11961295A JP 3715344 B2 JP3715344 B2 JP 3715344B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- stack
- fuel cell
- measuring
- measuring means
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料電池からの直流出力を変換装置により交流に変換して出力する燃料電池発電システムに係り、特にシステムの起動／停止運転を極めて良好に行なえるようにした燃料電池発電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電解質を含浸した電解質層を挟んで燃料極および酸化剤極の一対の多孔質電極を対向配置してなり、燃料極に燃料ガスおよび酸化剤極に酸化剤ガスが反応ガスとしてそれぞれ流通している条件下で起こる電気化学的反応により、上記両電極間から直流の電気エネルギーを出力する単位セルを複数個積層して構成される燃料電池スタック（以下、単に電池スタックと称する）を備えた燃料電池が用いられてきている。
【０００３】
そして、特に最近では、このような燃料電池においては、燃料電池からの直流出力を交流に変換して出力するインバータ等の変換装置を備えて燃料電池発電システムを構成していることが多い。
【０００４】
一方、この種の燃料電池発電システムにおいて、単位セルを複数個積層して構成される電池スタックでは、積層方向間で製作時に生じる特定の個体差を有している。また、経時的な特性変化によっても、特性のばらつきが生じる。さらに、電池スタックを複数個使用する場合には、その電池スタック間においても、特定の差を有している。
【０００５】
ところで、この種の燃料電池発電システムにおいては、このようなばらつきのある電圧情報を一括し、トータル電圧として制御用の入力信号として取り込み、インバータの起動や負荷上昇等の起動操作や、抵抗器投入等の停止操作を実施するようにしている。
【０００６】
図３（ａ）は、この種の燃料電池発電システムの構成例を示す回路図である。図３（ａ）において、電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の多孔質電極を対向配置してなり、各多孔質電極に反応ガスがそれぞれ流通している条件下で直流の電気エネルギーを出力する単位セルを複数個積層して成る、互いに直列接続された複数個の電池スタック１の出力側には、電池スタック１からの直流出力を交流に変換して出力する変換装置（以下、インバータと称する）２が設けられている。
【０００７】
また、電池スタック１の出力側とインバータ２との間には、入切スイッチ３、および放電抵抗４からなる放電装置が、投入可能に設けられている。さらに、電池スタック１の出力側には、電池スタック１のトータル電圧ＶTを測定する電圧測定手段５が設けられており、その測定したトータル電圧ＶT が、制御装置６に入力されるようになっている。
【０００８】
さらにまた、制御装置６は、図３（ｂ）にロジック構成例を示すような電圧比較手段７を有しており、電圧測定手段５により測定されたトータル電圧ＶT を設定電圧(インバータ起動可能最低電圧)ＳＶTと大小関係を比較し、その比較結果に基づいて、インバータ２の起動指令ａを出力し、また入切スイッチ３の入／切指令ｂを出力するようになっている。
【０００９】
かかる燃料電池発電システムにおいて、その起動操作や停止操作は、次のようにして実施する。
すなわち、電圧測定手段５により、電池スタック１のトータル電圧ＶT が測定され、その測定したトータル電圧ＶT を制御装置６に入力する。
【００１０】
そして、まず、システム起動時には、制御装置６の電圧比較手段７により、このトータル電圧ＶT がインバータ起動可能最低電圧ＳＶTに達したことを判定した時点で、インバータ２に対してインバータ起動指令ａを出力する。
【００１１】
また、システム停止時には、電圧運転範囲を適切に維持する手段としての放電抵抗４の入切スイッチ３に対して、制御装置６の電圧比較手段７により、このトータル電圧ＶT が許容電圧ＳＶTを超えないように、設定電圧ＳＶTmax に達したことを判定した時点で入、設定電圧ＳＶTに低下したことを判定した時点で切となる入／切指令ｂを出力する。
【００１２】
しかしながら、このような燃料電池発電システムでは、複数個の電池スタック１、あるいは１個の電池スタック１であっても積層方向間の電圧情報を一括し、トータル電圧ＶT の形で制御用の入力信号として取り込み、起動／停止運転を実施していることから、前述したようなそれぞれの特性のばらつきによって、局所的（部分的）に単位セル電圧が適切な電圧範囲を逸脱してしまうという問題がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の燃料電池発電システムにおいては、特性のばらつきによって局所的に単位セル電圧が適切な電圧範囲を逸脱した場合に、システムの起動／停止運転を良好に行なうことができないという問題があった。
【００１４】
本発明の目的は、局所的に単位セル電圧が適切な電圧範囲を逸脱しないようにして、システムの起動／停止運転を極めて良好に行なうことが可能な燃料電池発電システムを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項1に対応する発明では、電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の多孔質電極を対向配置してなり、前記各多孔質電極に反応ガスがそれぞれ流通している条件下で直流の電気エネルギーを出力する単位セルを、複数個積層した燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックからの直流出力を交流に変換して出力する変換装置とから構成される燃料電池発電システムにおいて、前記電池スタックのトータル電圧を測定する第１の電圧測定手段と、前記単位セルが複数からなるサブスタックの電圧を測定する複数の第２の電圧測定手段と、システム起動時にあって、前記トータル電圧が前記電池スタックの起動可能最低電圧に到達しかつ前記各サブスタックの電圧がそれぞれのサブスタックの起動可能最低電圧に到達するか、あるいは前記トータル電圧が前記電池スタックの前記起動可能最低電圧より予め高く設定した前記電池スタックの起動時最高許容トータル電圧まで上昇したことを判定した場合に、前記変換装置に対して起動指令を出力する制御手段とを具備している。
請求項２に対応する発明では、電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の多孔質電極を対向配置してなり、前記各多孔質電極に反応ガスがそれぞれ流通している条件下で直流の電気エネルギーを出力する単位セルを、複数個積層した燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックからの直流出力を交流に変換して出力する変換装置と、前記燃料電池スタックの出力側と前記変換装置との間に投入可能に設けられた放電装置とから構成される燃料電池発電システムにおいて、前記電池スタックのトータル電圧を測定する第１の電圧測定手段と、前記単位セルが複数からなるサブスタックの電圧を測定する複数の第２の電圧測定手段と、システム停止時にあって、前記各サブスタックの電圧が最高許容電圧に到達したことを判定した場合には前記放電装置に対して入指令を出力し、前記第２の電圧測定手段から前記各サブスタック電圧が、最低許容電圧に到達したことを判定した場合には前記放電装置に対して切指令を出力する制御手段とを具備している。
【００１６】
請求項３に対応する発明は、電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の多孔質電極を対向配置してなり、前記各多孔質電極に反応ガスがそれぞれ流通している条件下で直流の電気エネルギーを出力する単位セルを、複数個積層した燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックからの直流出力を交流に変換して出力する変換装置と、前記燃料電池スタックの出力側と前記変換装置との間に投入可能に設けられた放電装置とから構成される燃料電池発電システムにおいて、前記電池スタックのトータル電圧を測定する第１の電圧測定手段と、前記単位セルが複数からなるサブスタックの電圧を測定する複数の第２の電圧測定手段と、システム起動時にあって、前記トータル電圧が前記電池スタックの起動可能最低電圧に到達しかつ前記各サブスタックの電圧がそれぞれのサブスタックの起動可能最低電圧に到達するか、あるいは前記トータル電圧が前記起動可能最低電圧より予め高く設定した前記電池スタックの起動時最高許容トータル電圧まで上昇したことを判定した場合に、前記変換装置に対して起動指令を出力し、システム停止時にあって、前記各サブスタックの電圧がサブスタックの最高許容電圧に到達したことを判定した場合には前記放電装置に対して入指令を出力し、前記第２の電圧測定手段から前記各サブスタック電圧が、最低許容電圧に到達したことを判定した場合には前記放電装置に対して切指令を出力する制御手段とを具備している。
請求項４に対応する発明は、電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の多孔質電極を対向配置してなり、前記各多孔質電極に反応ガスがそれぞれ流通している条件下で直流の電気エネルギーを出力する単位セルを、複数個積層した燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックからの直流出力を交流に変換して出力する変換装置とから構成される燃料電池発電システムにおいて、前記電池スタックのトータル電圧を測定する第１の電圧測定手段と、
前記電池スタックの各単位セルの電圧を測定する第２の電圧測定手段と、システム起動時にあって、前記トータル電圧が前記電池スタックの起動可能最低電圧に到達しかつ前記各単位セルの電圧がそれぞれの単位セルの起動可能最低電圧に到達するか、あるいは前記トータル電圧が前記スタックの起動可能最低電圧より予め高く設定した前記電池スタックの起動時最高許容トータル電圧まで上昇したことを判定した場合に、前記変換装置に対して起動指令を出力する制御手段とを具備している。
【００１７】
請求項５に対応する発明は、電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の多孔質電極を対向配置してなり、前記各多孔質電極に反応ガスがそれぞれ流通している条件下で直流の電気エネルギーを出力する単位セルを、複数個積層した燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックからの直流出力を交流に変換して出力する変換装置と、前記燃料電池スタックの出力側と前記変換装置との間に投入可能に設けられた放電装置とから構成される燃料電池発電システムにおいて、前記電池スタックのトータル電圧を測定する第１の電圧測定手段と、前記電池スタックの各単位セルの電圧を測定する第２の電圧測定手段と、システム停止時にあって、前記各単位セルの電圧が単位セルの最高許容電圧に到達したことを判定した場合には前記放電装置に対して入指令を出力し、前記各単位セルの電圧が単位セルの最低許容電圧に到達したことを判定した場合には前記放電装置に対して切指令を出力する制御手段とを具備している。
請求項６に対応する発明は、電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の多孔質電極を対向配置してなり、前記各多孔質電極に反応ガスがそれぞれ流通している条件下で直流の電気エネルギーを出力する単位セルを、複数個積層した燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックからの直流出力を交流に変換して出力する変換装置と、前記燃料電池スタックの出力側と前記変換装置との間に投入可能に設けられた放電装置とから構成される燃料電池発電システムにおいて、前記電池スタックのトータル電圧を測定する第１の電圧測定手段と、前記電池スタックの各単位セルの電圧を測定する第２の電圧測定手段と、システム起動時にあって、前記トータル電圧が前記電池スタックの起動可能最低電圧に到達しかつ前記各単位セルの電圧がそれぞれの単位セルの起動可能最低電圧に到達するか、あるいは前記トータル電圧が前記電池スタックの起動可能最低電圧より予め高く設定した前記電池スタックの起動時最高許容トータル電圧まで上昇したことを判定した場合に、前記変換装置に対して起動指令を出力し、システム停止時にあって、前記各単位セルの電圧が単位セルの最高許容電圧に到達したことを判定した場合には前記放電装置に対して入指令を出力し、前記各単位セルの電圧が、単位セルの最低許容電圧に到達したことを判定した場合には前記放電装置に対して切指令を出力する制御手段とを具備している。
【００１８】
ここで、特に上記第２の電圧測定手段により測定する複数の電圧としては、電池スタックのサブスタック電圧、あるいは電池スタックの各単位セル電圧を用いるようにすることが好ましい。
【００１９】
【作用】
請求項１、４に対応する発明の燃料電池発電システムにおいては、電池スタックのトータル電圧に加えて、各サブスタックの電圧又は各単位セルの電圧を制御用の入力信号として取り込み、これらの電圧と設定電圧、すなわち、電池スタックの起動可能最低電圧、又は電池スタックの起動可能最高許容トータル電圧、各サブスタック又は各単位セルの起動可能最低電圧との大小関係を比較し、その結果に基づいて変換装置を起動することにより、システム起動時に局所的な電圧低下があった場合に、変換装置の起動を遅らせて、適切な電圧範囲に維持することが可能となるため、システムの起動運転を極めて良好に行なうことができる。
【００２０】
請求項２、５に対応する発明の燃料電池発電システムにおいては、システム停止時に、電池スタックのトータル電圧に加えて、各サブスタックの電圧又は各単位セルの電圧を制御用の入力信号として取り込み、これらの電圧と設定電圧、すなわち、電池スタックの起動可能最低電圧、又は電池スタックの起動可能最高許容トータル電圧、各サブスタック又は各単位セルの起動可能最低電圧との大小関係を比較し、その結果に基づいてシステム停止時の電圧運転範囲を最高許容電圧以下かつ最低許容電圧以上に維持するように放電装置を入切することにより、システム停止時の抵抗投入による電圧の規定値逸脱があった場合に、抵抗投入を解除させて、適切な電圧範囲に維持することが可能となるため、システムの停止運転を極めて良好に行なうことができる。
【００２１】
さらに、請求項３、６に対応する発明の燃料電池発電システムにおいては、システム起動時に、電池スタックのトータル電圧に加えて、各サブスタックの電圧又は各単位セルの電圧を制御用の入力信号として取り込み、これらの電圧と設定電圧、すなわち、電池スタックの起動可能最低電圧、又は電池スタックの起動可能最高許容トータル電圧、各サブスタック又は各単位セルの起動可能最低電圧との大小関係を比較し、その結果に基づいて変換装置を起動することにより、システム起動時に局所的な電圧低下があった場合に、変換装置の起動を遅らせて、適切な電圧範囲に維持することが可能となるため、システムの起動運転を極めて良好に行なうことができ、またシステム停止時に電池スタックのトータル電圧に加えて、電池スタック間の各サブスタック電圧、又は各単位セルの電圧を制御用の入力信号として取り込み、これらの電圧と設定電圧との大小関係を比較し、その結果に基づいて変換装置を入切することにより、システム停止時の抵抗投入による電圧の規定値逸脱があった場合に、抵抗投入を解除させて、適切な電圧範囲に維持することが可能となるため、システムの停止運転を極めて良好に行なうことができる。
【００２２】
【実施例】
本発明は、前述したような電池スタック１のトータル電圧に加えて、電池スタックを構成する電池セルからなるサブスタックを複数積層したり、電池スタックを構成する複数の電池セルを積層する場合の各サブスタックの電圧又は各電池セルの電圧を、制御用の入力信号として取り込み、これらの電圧と設定電圧との大小関係を比較結果（論理積／論理和条件の組み合わせ）に基づいて、変換装置の起動、また放電装置の入切を行なうことにより、システム起動時に局所的な電圧低下があった場合に、変換装置の起動を遅らせたり、またシステム停止時の抵抗投入による電圧の規定値逸脱があった場合に、抵抗投入を解除させて、適切な電圧範囲に維持しようとするものである。
【００２３】
以下、上記のような考え方に基づく本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施例）
図１（ａ）は、本実施例による燃料電池発電システムの構成例を示す回路図であり、図３と同一要素には同一符号を付して示している。
【００２４】
図１（ａ）において、電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の多孔質電極を対向配置してなり、各多孔質電極に反応ガスがそれぞれ流通している条件下で直流の電気エネルギーを出力する単位セルを複数個積層して成る、互いに直列接続された複数（ｎ）個のサブスタックからなる電池スタック１の出力側には、電池スタック１からの直流出力を交流に変換して出力するインバータ２を設けている。
【００２５】
また、電池スタック１の出力側には、電池スタック１のトータル電圧Ｖt を測定する電圧測定手段５を設けており、その測定したトータル電圧Ｖt を、制御装置６に入力するようにしている。
【００２６】
さらに、電池スタック１には、その各サブスタックの電圧Ｖs1〜Ｖsnを測定する電圧測定手段８をそれぞれ設けており、その測定した各サブスタックの電圧Ｖs1〜Ｖsnを、制御装置６に入力するようにしている。
【００２７】
さらにまた、制御装置６は、図１（ｂ）にロジック構成例を示すような電圧比較手段９、論理積回路、論理和回路を有しており、電圧測定手段５により測定されたトータル電圧Ｖt 、および電圧測定手段８によりそれぞれ測定された各サブスタック電圧Ｖs1〜Ｖsnをそれぞれ設定電圧と大小関係を比較し、その比較結果に基づいて、システム起動時の電圧運転範囲を過電圧以下かつ起動可能最低電圧以上に維持するように、インバータ２に対してインバータ起動指令ａを出力するものである。
【００２８】
次に、以上のように構成した本実施例の燃料電池発電システムの作用について説明する。まず、電圧測定手段５により、電池スタック１のトータル電圧Ｖt が測定され、その測定したトータル電圧Ｖt が制御装置６に入力される。
【００２９】
また、電圧測定手段８により、電池スタック１の各サブスタック電圧Ｖs1〜Ｖsnが測定され、その測定した各サブスタック電圧Ｖs1〜Ｖsnが制御装置６に入力される。
【００３０】
そして、システム起動時には、制御装置６の電圧比較手段９により、これらの電圧に基づいてシステム起動時の電圧運転範囲を過電圧以下かつ起動可能最低電圧以上に維持するように、インバータ２に対してインバータ起動指令ａが出力される。すなわち、各電圧測定手段８により測定された電池スタック１の各サブスタック電圧をＶsi、電池スタック１のトータル電圧を
【００３１】
【数１】
とした時、各サブスタック電圧がｖsi、電池スタック１の起動可能最低電圧Ｓｖt1、電池スタック１の起動時最高許容トータル電圧がＳｖt2（各サブスタックの起動可能最低電圧Ｓｖsi<<起動可能最低電圧Ｓｖt1<起動時最高許容トータル電圧Ｓｖt2）である時、システム起動時に電圧比較手段９により、トータル電圧Ｖt が起動可能最低電圧Ｓｖt1に到達し、かつ各サブスタックｉがそれぞれの起動可能最低電圧Ｓｖsiに到達するか、あるいはトータル電圧Ｖt が起動時最高許容トータル電圧Ｓｖt2まで上昇したことを判定した場合に、インバータ２に対してインバータ起動指令ａが出力される。
【００３２】
これにより、システム起動時に局所的な電圧低下があった場合に、インバータ２の起動を遅らせて、適切な電圧範囲に維持することが可能となるため、システムの起動運転が極めて良好に行なわれることになる。
【００３３】
上述したように、本実施例の燃料電池発電システムは、電圧測定手段５により測定した電池スタック１のトータル電圧Ｖt に加えて、複数の電圧測定手段８により測定した各サブスタック電圧Ｖsi（Ｖs1〜Ｖsn）を、制御用の入力信号として制御装置６に取り込んで、それぞれ設定電圧と大小関係を比較し、その比較結果に基づいて、システム起動時の電圧運転範囲を過電圧以下かつ起動可能最低電圧以上に維持するように、インバータ２を起動するようにしたものである。
【００３４】
従って、前述したように特性にばらつきが生じていたとしても、システム起動時に局所的な電圧低下があった場合に、インバータ２の起動を遅らせて、適切な電圧範囲を逸脱しないように維持することができるため、システムの起動運転を極めて良好に行うことが可能となる。
【００３５】
（第２の実施例）
図２（ａ）は、本実施例による燃料電池発電システムの構成例を示す回路図であり、図１と同一要素には同一符号を付して示している。
【００３６】
図２（ａ）において、電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の多孔質電極を対向配置してなり、各多孔質電極に反応ガスがそれぞれ流通している条件下で直流の電気エネルギーを出力する単位セルを複数個積層して成る、互いに直列接続された複数（ｎ）個のサブスタックからなる電池スタック１の出力側には、電池スタック１からの直流出力を交流に変換して出力するインバータ２を設けている。
【００３７】
また、電池スタック１の出力側とインバータ２との間には、入切スイッチ３、および放電抵抗４からなる放電装置を、投入可能に設けている。
一方、電池スタック１の出力側には、電池スタック１のトータル電圧Ｖt を測定する電圧測定手段５を設けており、その測定したトータル電圧Ｖt を、制御装置６に入力するようにしている。
【００３８】
また、各々の電池スタック１には、その各サブスタック電圧Ｖs1〜Ｖsnを測定する電圧測定手段８をそれぞれ設けており、その測定した各サブスタック電圧Ｖs1〜Ｖsnを、制御装置６に入力するようにしている。
【００３９】
さらに、制御装置６は、図２（ｂ）にロジック構成例を示すような電圧比較手段１０を有しており、電圧測定手段５により測定されたトータル電圧Ｖt 、および電圧測定手段によりそれぞれ測定された各サブスタック電圧Ｖs1〜Ｖsnをそれぞれ設定電圧と大小関係を比較し、その比較結果に基づいて、システム停止時の電圧運転範囲を最高許容電圧以下かつ最低許容電圧以上に維持するように、入切スイッチ３に対して入／切指令ｂを出力するものである。
【００４０】
次に、以上のように構成した本実施例の燃料電池発電システムの作用について説明する。まず、 電圧測定手段５により、複数のサブスタックが直列に接続された電池スタック１のトータル電圧Ｖt が測定され、その測定したトータル電圧Ｖt が制御装置６に入力される。
【００４１】
また、電圧測定手段８により、電池スタック１の各サブスタックの電圧Ｖs1〜Ｖsnが測定され、その測定した各サブスタック電圧Ｖs1〜Ｖsnが制御装置６に入力される。
【００４２】
そして、システム停止時には、制御装置６の電圧比較手段９により、これらの電圧に基づいてシステム停止時の電圧運転範囲を最高許容電圧以下かつ最低許容電圧以上に維持するように、入切スイッチ３に対して入／切指令ｂが出力される。
【００４３】
すなわち、システム停止動作中に電圧比較手段１０により、各単位セルがシンタリングを起こさない最高許容電圧ｖpmaxに到達したことを判定した場合には、電圧運転範囲を適切に維持するための手段である放電抵抗４の入切スイッチ３に対して入指令ｂが出力され、また各単位セルが転極を起こさない最低許容電圧Ｓｖnminに到達したことを判定した場合には、放電抵抗４の入切スイッチ３に対して切指令ｂが出力される。
【００４４】
これにより、システム停止時の抵抗投入による電圧の規定値逸脱があった場合に、抵抗投入を解除させて、適切な電圧範囲に維持することが可能となるため、システムの停止運転が極めて良好に行なわれることになる。
【００４５】
上述したように、本実施例の燃料電池発電システムは、電圧測定手段５により測定した電池スタック１のトータル電圧Ｖt に加えて、複数の電圧測定手段８により測定した各サブスタック電圧Ｖsi（Ｖs1〜Ｖsn）を、制御用の入力信号として制御装置６に取り込んで、それぞれ設定電圧と大小関係を比較し、その比較結果に基づいて、システム停止時の電圧運転範囲を最高許容電圧以下かつ最低許容電圧以上に維持するように、入切スイッチ３により放電抵抗４を入／切するようにしたものである。
【００４６】
従って、前述したように特性にばらつきが生じていたとしても、システム停止時の抵抗投入による電圧の規定値逸脱があった場合に、抵抗投入を解除させて、各単位セルを適切な電圧範囲に維持することができるため、システムの停止運転を極めて良好に行なうことが可能となる。
【００４７】
尚、本発明は上記各実施例に限定されるものではなく、次のようにしても同様に実施できるものである。
（ａ）上記各実施例では、制御装置として、システムの起動運転、または停止運転の制御を行なう制御装置を備える場合について説明したが、これに限らず、制御装置として、システムの起動運転、および停止運転の両方の制御を行なう制御装置を備える場合についても、本発明を同様に適用して前述の場合と同様の効果が得られるものである。
【００４８】
（ｂ）本発明において、電圧測定手段により測定する複数の電圧としては、電池スタック間の電池スタック電圧、あるいは電池スタックの各サブスタック電圧または各単位セル電圧を用いることが可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、システムの起動運転及び、又は停止運転を極めて良好に行なうことが可能な燃料電池発電システムが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による第１の実施例の燃料電池発電システムの構成例を示す概要図。
【図２】 本発明による第２の実施例の燃料電池発電システムの構成例を示す概要図。
【図３】 従来の燃料電池発電システムの構成例を示す概要図。
【符号の説明】
１…電池スタック、
２…インバータ、
３…入切スイッチ、
４…放電抵抗、
５…電圧測定手段、
６…制御装置、
７…電圧比較手段、
８…電圧測定手段、
９…電圧比較手段、
１０…電圧比較手段。
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料電池からの直流出力を変換装置により交流に変換して出力する燃料電池発電システムに係り、特にシステムの起動／停止運転を極めて良好に行なえるようにした燃料電池発電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電解質を含浸した電解質層を挟んで燃料極および酸化剤極の一対の多孔質電極を対向配置してなり、燃料極に燃料ガスおよび酸化剤極に酸化剤ガスが反応ガスとしてそれぞれ流通している条件下で起こる電気化学的反応により、上記両電極間から直流の電気エネルギーを出力する単位セルを複数個積層して構成される燃料電池スタック（以下、単に電池スタックと称する）を備えた燃料電池が用いられてきている。
【０００３】
そして、特に最近では、このような燃料電池においては、燃料電池からの直流出力を交流に変換して出力するインバータ等の変換装置を備えて燃料電池発電システムを構成していることが多い。
【０００４】
一方、この種の燃料電池発電システムにおいて、単位セルを複数個積層して構成される電池スタックでは、積層方向間で製作時に生じる特定の個体差を有している。また、経時的な特性変化によっても、特性のばらつきが生じる。さらに、電池スタックを複数個使用する場合には、その電池スタック間においても、特定の差を有している。
【０００５】
ところで、この種の燃料電池発電システムにおいては、このようなばらつきのある電圧情報を一括し、トータル電圧として制御用の入力信号として取り込み、インバータの起動や負荷上昇等の起動操作や、抵抗器投入等の停止操作を実施するようにしている。
【０００６】
図３（ａ）は、この種の燃料電池発電システムの構成例を示す回路図である。図３（ａ）において、電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の多孔質電極を対向配置してなり、各多孔質電極に反応ガスがそれぞれ流通している条件下で直流の電気エネルギーを出力する単位セルを複数個積層して成る、互いに直列接続された複数個の電池スタック１の出力側には、電池スタック１からの直流出力を交流に変換して出力する変換装置（以下、インバータと称する）２が設けられている。
【０００７】
また、電池スタック１の出力側とインバータ２との間には、入切スイッチ３、および放電抵抗４からなる放電装置が、投入可能に設けられている。さらに、電池スタック１の出力側には、電池スタック１のトータル電圧ＶTを測定する電圧測定手段５が設けられており、その測定したトータル電圧ＶT が、制御装置６に入力されるようになっている。
【０００８】
さらにまた、制御装置６は、図３（ｂ）にロジック構成例を示すような電圧比較手段７を有しており、電圧測定手段５により測定されたトータル電圧ＶT を設定電圧(インバータ起動可能最低電圧)ＳＶTと大小関係を比較し、その比較結果に基づいて、インバータ２の起動指令ａを出力し、また入切スイッチ３の入／切指令ｂを出力するようになっている。
【０００９】
かかる燃料電池発電システムにおいて、その起動操作や停止操作は、次のようにして実施する。
すなわち、電圧測定手段５により、電池スタック１のトータル電圧ＶT が測定され、その測定したトータル電圧ＶT を制御装置６に入力する。
【００１０】
そして、まず、システム起動時には、制御装置６の電圧比較手段７により、このトータル電圧ＶT がインバータ起動可能最低電圧ＳＶTに達したことを判定した時点で、インバータ２に対してインバータ起動指令ａを出力する。
【００１１】
また、システム停止時には、電圧運転範囲を適切に維持する手段としての放電抵抗４の入切スイッチ３に対して、制御装置６の電圧比較手段７により、このトータル電圧ＶT が許容電圧ＳＶTを超えないように、設定電圧ＳＶTmax に達したことを判定した時点で入、設定電圧ＳＶTに低下したことを判定した時点で切となる入／切指令ｂを出力する。
【００１２】
しかしながら、このような燃料電池発電システムでは、複数個の電池スタック１、あるいは１個の電池スタック１であっても積層方向間の電圧情報を一括し、トータル電圧ＶT の形で制御用の入力信号として取り込み、起動／停止運転を実施していることから、前述したようなそれぞれの特性のばらつきによって、局所的（部分的）に単位セル電圧が適切な電圧範囲を逸脱してしまうという問題がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の燃料電池発電システムにおいては、特性のばらつきによって局所的に単位セル電圧が適切な電圧範囲を逸脱した場合に、システムの起動／停止運転を良好に行なうことができないという問題があった。
【００１４】
本発明の目的は、局所的に単位セル電圧が適切な電圧範囲を逸脱しないようにして、システムの起動／停止運転を極めて良好に行なうことが可能な燃料電池発電システムを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項1に対応する発明では、電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の多孔質電極を対向配置してなり、前記各多孔質電極に反応ガスがそれぞれ流通している条件下で直流の電気エネルギーを出力する単位セルを、複数個積層した燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックからの直流出力を交流に変換して出力する変換装置とから構成される燃料電池発電システムにおいて、前記電池スタックのトータル電圧を測定する第１の電圧測定手段と、前記単位セルが複数からなるサブスタックの電圧を測定する複数の第２の電圧測定手段と、システム起動時にあって、前記トータル電圧が前記電池スタックの起動可能最低電圧に到達しかつ前記各サブスタックの電圧がそれぞれのサブスタックの起動可能最低電圧に到達するか、あるいは前記トータル電圧が前記電池スタックの前記起動可能最低電圧より予め高く設定した前記電池スタックの起動時最高許容トータル電圧まで上昇したことを判定した場合に、前記変換装置に対して起動指令を出力する制御手段とを具備している。
請求項２に対応する発明では、電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の多孔質電極を対向配置してなり、前記各多孔質電極に反応ガスがそれぞれ流通している条件下で直流の電気エネルギーを出力する単位セルを、複数個積層した燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックからの直流出力を交流に変換して出力する変換装置と、前記燃料電池スタックの出力側と前記変換装置との間に投入可能に設けられた放電装置とから構成される燃料電池発電システムにおいて、前記電池スタックのトータル電圧を測定する第１の電圧測定手段と、前記単位セルが複数からなるサブスタックの電圧を測定する複数の第２の電圧測定手段と、システム停止時にあって、前記各サブスタックの電圧が最高許容電圧に到達したことを判定した場合には前記放電装置に対して入指令を出力し、前記第２の電圧測定手段から前記各サブスタック電圧が、最低許容電圧に到達したことを判定した場合には前記放電装置に対して切指令を出力する制御手段とを具備している。
【００１６】
請求項３に対応する発明は、電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の多孔質電極を対向配置してなり、前記各多孔質電極に反応ガスがそれぞれ流通している条件下で直流の電気エネルギーを出力する単位セルを、複数個積層した燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックからの直流出力を交流に変換して出力する変換装置と、前記燃料電池スタックの出力側と前記変換装置との間に投入可能に設けられた放電装置とから構成される燃料電池発電システムにおいて、前記電池スタックのトータル電圧を測定する第１の電圧測定手段と、前記単位セルが複数からなるサブスタックの電圧を測定する複数の第２の電圧測定手段と、システム起動時にあって、前記トータル電圧が前記電池スタックの起動可能最低電圧に到達しかつ前記各サブスタックの電圧がそれぞれのサブスタックの起動可能最低電圧に到達するか、あるいは前記トータル電圧が前記起動可能最低電圧より予め高く設定した前記電池スタックの起動時最高許容トータル電圧まで上昇したことを判定した場合に、前記変換装置に対して起動指令を出力し、システム停止時にあって、前記各サブスタックの電圧がサブスタックの最高許容電圧に到達したことを判定した場合には前記放電装置に対して入指令を出力し、前記第２の電圧測定手段から前記各サブスタック電圧が、最低許容電圧に到達したことを判定した場合には前記放電装置に対して切指令を出力する制御手段とを具備している。
請求項４に対応する発明は、電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の多孔質電極を対向配置してなり、前記各多孔質電極に反応ガスがそれぞれ流通している条件下で直流の電気エネルギーを出力する単位セルを、複数個積層した燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックからの直流出力を交流に変換して出力する変換装置とから構成される燃料電池発電システムにおいて、前記電池スタックのトータル電圧を測定する第１の電圧測定手段と、
前記電池スタックの各単位セルの電圧を測定する第２の電圧測定手段と、システム起動時にあって、前記トータル電圧が前記電池スタックの起動可能最低電圧に到達しかつ前記各単位セルの電圧がそれぞれの単位セルの起動可能最低電圧に到達するか、あるいは前記トータル電圧が前記スタックの起動可能最低電圧より予め高く設定した前記電池スタックの起動時最高許容トータル電圧まで上昇したことを判定した場合に、前記変換装置に対して起動指令を出力する制御手段とを具備している。
【００１７】
請求項５に対応する発明は、電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の多孔質電極を対向配置してなり、前記各多孔質電極に反応ガスがそれぞれ流通している条件下で直流の電気エネルギーを出力する単位セルを、複数個積層した燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックからの直流出力を交流に変換して出力する変換装置と、前記燃料電池スタックの出力側と前記変換装置との間に投入可能に設けられた放電装置とから構成される燃料電池発電システムにおいて、前記電池スタックのトータル電圧を測定する第１の電圧測定手段と、前記電池スタックの各単位セルの電圧を測定する第２の電圧測定手段と、システム停止時にあって、前記各単位セルの電圧が単位セルの最高許容電圧に到達したことを判定した場合には前記放電装置に対して入指令を出力し、前記各単位セルの電圧が単位セルの最低許容電圧に到達したことを判定した場合には前記放電装置に対して切指令を出力する制御手段とを具備している。
請求項６に対応する発明は、電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の多孔質電極を対向配置してなり、前記各多孔質電極に反応ガスがそれぞれ流通している条件下で直流の電気エネルギーを出力する単位セルを、複数個積層した燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックからの直流出力を交流に変換して出力する変換装置と、前記燃料電池スタックの出力側と前記変換装置との間に投入可能に設けられた放電装置とから構成される燃料電池発電システムにおいて、前記電池スタックのトータル電圧を測定する第１の電圧測定手段と、前記電池スタックの各単位セルの電圧を測定する第２の電圧測定手段と、システム起動時にあって、前記トータル電圧が前記電池スタックの起動可能最低電圧に到達しかつ前記各単位セルの電圧がそれぞれの単位セルの起動可能最低電圧に到達するか、あるいは前記トータル電圧が前記電池スタックの起動可能最低電圧より予め高く設定した前記電池スタックの起動時最高許容トータル電圧まで上昇したことを判定した場合に、前記変換装置に対して起動指令を出力し、システム停止時にあって、前記各単位セルの電圧が単位セルの最高許容電圧に到達したことを判定した場合には前記放電装置に対して入指令を出力し、前記各単位セルの電圧が、単位セルの最低許容電圧に到達したことを判定した場合には前記放電装置に対して切指令を出力する制御手段とを具備している。
【００１８】
ここで、特に上記第２の電圧測定手段により測定する複数の電圧としては、電池スタックのサブスタック電圧、あるいは電池スタックの各単位セル電圧を用いるようにすることが好ましい。
【００１９】
【作用】
請求項１、４に対応する発明の燃料電池発電システムにおいては、電池スタックのトータル電圧に加えて、各サブスタックの電圧又は各単位セルの電圧を制御用の入力信号として取り込み、これらの電圧と設定電圧、すなわち、電池スタックの起動可能最低電圧、又は電池スタックの起動可能最高許容トータル電圧、各サブスタック又は各単位セルの起動可能最低電圧との大小関係を比較し、その結果に基づいて変換装置を起動することにより、システム起動時に局所的な電圧低下があった場合に、変換装置の起動を遅らせて、適切な電圧範囲に維持することが可能となるため、システムの起動運転を極めて良好に行なうことができる。
【００２０】
請求項２、５に対応する発明の燃料電池発電システムにおいては、システム停止時に、電池スタックのトータル電圧に加えて、各サブスタックの電圧又は各単位セルの電圧を制御用の入力信号として取り込み、これらの電圧と設定電圧、すなわち、電池スタックの起動可能最低電圧、又は電池スタックの起動可能最高許容トータル電圧、各サブスタック又は各単位セルの起動可能最低電圧との大小関係を比較し、その結果に基づいてシステム停止時の電圧運転範囲を最高許容電圧以下かつ最低許容電圧以上に維持するように放電装置を入切することにより、システム停止時の抵抗投入による電圧の規定値逸脱があった場合に、抵抗投入を解除させて、適切な電圧範囲に維持することが可能となるため、システムの停止運転を極めて良好に行なうことができる。
【００２１】
さらに、請求項３、６に対応する発明の燃料電池発電システムにおいては、システム起動時に、電池スタックのトータル電圧に加えて、各サブスタックの電圧又は各単位セルの電圧を制御用の入力信号として取り込み、これらの電圧と設定電圧、すなわち、電池スタックの起動可能最低電圧、又は電池スタックの起動可能最高許容トータル電圧、各サブスタック又は各単位セルの起動可能最低電圧との大小関係を比較し、その結果に基づいて変換装置を起動することにより、システム起動時に局所的な電圧低下があった場合に、変換装置の起動を遅らせて、適切な電圧範囲に維持することが可能となるため、システムの起動運転を極めて良好に行なうことができ、またシステム停止時に電池スタックのトータル電圧に加えて、電池スタック間の各サブスタック電圧、又は各単位セルの電圧を制御用の入力信号として取り込み、これらの電圧と設定電圧との大小関係を比較し、その結果に基づいて変換装置を入切することにより、システム停止時の抵抗投入による電圧の規定値逸脱があった場合に、抵抗投入を解除させて、適切な電圧範囲に維持することが可能となるため、システムの停止運転を極めて良好に行なうことができる。
【００２２】
【実施例】
本発明は、前述したような電池スタック１のトータル電圧に加えて、電池スタックを構成する電池セルからなるサブスタックを複数積層したり、電池スタックを構成する複数の電池セルを積層する場合の各サブスタックの電圧又は各電池セルの電圧を、制御用の入力信号として取り込み、これらの電圧と設定電圧との大小関係を比較結果（論理積／論理和条件の組み合わせ）に基づいて、変換装置の起動、また放電装置の入切を行なうことにより、システム起動時に局所的な電圧低下があった場合に、変換装置の起動を遅らせたり、またシステム停止時の抵抗投入による電圧の規定値逸脱があった場合に、抵抗投入を解除させて、適切な電圧範囲に維持しようとするものである。
【００２３】
以下、上記のような考え方に基づく本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施例）
図１（ａ）は、本実施例による燃料電池発電システムの構成例を示す回路図であり、図３と同一要素には同一符号を付して示している。
【００２４】
図１（ａ）において、電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の多孔質電極を対向配置してなり、各多孔質電極に反応ガスがそれぞれ流通している条件下で直流の電気エネルギーを出力する単位セルを複数個積層して成る、互いに直列接続された複数（ｎ）個のサブスタックからなる電池スタック１の出力側には、電池スタック１からの直流出力を交流に変換して出力するインバータ２を設けている。
【００２５】
また、電池スタック１の出力側には、電池スタック１のトータル電圧Ｖt を測定する電圧測定手段５を設けており、その測定したトータル電圧Ｖt を、制御装置６に入力するようにしている。
【００２６】
さらに、電池スタック１には、その各サブスタックの電圧Ｖs1〜Ｖsnを測定する電圧測定手段８をそれぞれ設けており、その測定した各サブスタックの電圧Ｖs1〜Ｖsnを、制御装置６に入力するようにしている。
【００２７】
さらにまた、制御装置６は、図１（ｂ）にロジック構成例を示すような電圧比較手段９、論理積回路、論理和回路を有しており、電圧測定手段５により測定されたトータル電圧Ｖt 、および電圧測定手段８によりそれぞれ測定された各サブスタック電圧Ｖs1〜Ｖsnをそれぞれ設定電圧と大小関係を比較し、その比較結果に基づいて、システム起動時の電圧運転範囲を過電圧以下かつ起動可能最低電圧以上に維持するように、インバータ２に対してインバータ起動指令ａを出力するものである。
【００２８】
次に、以上のように構成した本実施例の燃料電池発電システムの作用について説明する。まず、電圧測定手段５により、電池スタック１のトータル電圧Ｖt が測定され、その測定したトータル電圧Ｖt が制御装置６に入力される。
【００２９】
また、電圧測定手段８により、電池スタック１の各サブスタック電圧Ｖs1〜Ｖsnが測定され、その測定した各サブスタック電圧Ｖs1〜Ｖsnが制御装置６に入力される。
【００３０】
そして、システム起動時には、制御装置６の電圧比較手段９により、これらの電圧に基づいてシステム起動時の電圧運転範囲を過電圧以下かつ起動可能最低電圧以上に維持するように、インバータ２に対してインバータ起動指令ａが出力される。すなわち、各電圧測定手段８により測定された電池スタック１の各サブスタック電圧をＶsi、電池スタック１のトータル電圧を
【００３１】
【数１】
【００３２】
これにより、システム起動時に局所的な電圧低下があった場合に、インバータ２の起動を遅らせて、適切な電圧範囲に維持することが可能となるため、システムの起動運転が極めて良好に行なわれることになる。
【００３３】
上述したように、本実施例の燃料電池発電システムは、電圧測定手段５により測定した電池スタック１のトータル電圧Ｖt に加えて、複数の電圧測定手段８により測定した各サブスタック電圧Ｖsi（Ｖs1〜Ｖsn）を、制御用の入力信号として制御装置６に取り込んで、それぞれ設定電圧と大小関係を比較し、その比較結果に基づいて、システム起動時の電圧運転範囲を過電圧以下かつ起動可能最低電圧以上に維持するように、インバータ２を起動するようにしたものである。
【００３４】
従って、前述したように特性にばらつきが生じていたとしても、システム起動時に局所的な電圧低下があった場合に、インバータ２の起動を遅らせて、適切な電圧範囲を逸脱しないように維持することができるため、システムの起動運転を極めて良好に行うことが可能となる。
【００３５】
（第２の実施例）
図２（ａ）は、本実施例による燃料電池発電システムの構成例を示す回路図であり、図１と同一要素には同一符号を付して示している。
【００３６】
図２（ａ）において、電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の多孔質電極を対向配置してなり、各多孔質電極に反応ガスがそれぞれ流通している条件下で直流の電気エネルギーを出力する単位セルを複数個積層して成る、互いに直列接続された複数（ｎ）個のサブスタックからなる電池スタック１の出力側には、電池スタック１からの直流出力を交流に変換して出力するインバータ２を設けている。
【００３７】
また、電池スタック１の出力側とインバータ２との間には、入切スイッチ３、および放電抵抗４からなる放電装置を、投入可能に設けている。
一方、電池スタック１の出力側には、電池スタック１のトータル電圧Ｖt を測定する電圧測定手段５を設けており、その測定したトータル電圧Ｖt を、制御装置６に入力するようにしている。
【００３８】
また、各々の電池スタック１には、その各サブスタック電圧Ｖs1〜Ｖsnを測定する電圧測定手段８をそれぞれ設けており、その測定した各サブスタック電圧Ｖs1〜Ｖsnを、制御装置６に入力するようにしている。
【００３９】
さらに、制御装置６は、図２（ｂ）にロジック構成例を示すような電圧比較手段１０を有しており、電圧測定手段５により測定されたトータル電圧Ｖt 、および電圧測定手段によりそれぞれ測定された各サブスタック電圧Ｖs1〜Ｖsnをそれぞれ設定電圧と大小関係を比較し、その比較結果に基づいて、システム停止時の電圧運転範囲を最高許容電圧以下かつ最低許容電圧以上に維持するように、入切スイッチ３に対して入／切指令ｂを出力するものである。
【００４０】
次に、以上のように構成した本実施例の燃料電池発電システムの作用について説明する。まず、 電圧測定手段５により、複数のサブスタックが直列に接続された電池スタック１のトータル電圧Ｖt が測定され、その測定したトータル電圧Ｖt が制御装置６に入力される。
【００４１】
また、電圧測定手段８により、電池スタック１の各サブスタックの電圧Ｖs1〜Ｖsnが測定され、その測定した各サブスタック電圧Ｖs1〜Ｖsnが制御装置６に入力される。
【００４２】
そして、システム停止時には、制御装置６の電圧比較手段９により、これらの電圧に基づいてシステム停止時の電圧運転範囲を最高許容電圧以下かつ最低許容電圧以上に維持するように、入切スイッチ３に対して入／切指令ｂが出力される。
【００４３】
すなわち、システム停止動作中に電圧比較手段１０により、各単位セルがシンタリングを起こさない最高許容電圧ｖpmaxに到達したことを判定した場合には、電圧運転範囲を適切に維持するための手段である放電抵抗４の入切スイッチ３に対して入指令ｂが出力され、また各単位セルが転極を起こさない最低許容電圧Ｓｖnminに到達したことを判定した場合には、放電抵抗４の入切スイッチ３に対して切指令ｂが出力される。
【００４４】
これにより、システム停止時の抵抗投入による電圧の規定値逸脱があった場合に、抵抗投入を解除させて、適切な電圧範囲に維持することが可能となるため、システムの停止運転が極めて良好に行なわれることになる。
【００４５】
上述したように、本実施例の燃料電池発電システムは、電圧測定手段５により測定した電池スタック１のトータル電圧Ｖt に加えて、複数の電圧測定手段８により測定した各サブスタック電圧Ｖsi（Ｖs1〜Ｖsn）を、制御用の入力信号として制御装置６に取り込んで、それぞれ設定電圧と大小関係を比較し、その比較結果に基づいて、システム停止時の電圧運転範囲を最高許容電圧以下かつ最低許容電圧以上に維持するように、入切スイッチ３により放電抵抗４を入／切するようにしたものである。
【００４６】
従って、前述したように特性にばらつきが生じていたとしても、システム停止時の抵抗投入による電圧の規定値逸脱があった場合に、抵抗投入を解除させて、各単位セルを適切な電圧範囲に維持することができるため、システムの停止運転を極めて良好に行なうことが可能となる。
【００４７】
尚、本発明は上記各実施例に限定されるものではなく、次のようにしても同様に実施できるものである。
（ａ）上記各実施例では、制御装置として、システムの起動運転、または停止運転の制御を行なう制御装置を備える場合について説明したが、これに限らず、制御装置として、システムの起動運転、および停止運転の両方の制御を行なう制御装置を備える場合についても、本発明を同様に適用して前述の場合と同様の効果が得られるものである。
【００４８】
（ｂ）本発明において、電圧測定手段により測定する複数の電圧としては、電池スタック間の電池スタック電圧、あるいは電池スタックの各サブスタック電圧または各単位セル電圧を用いることが可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、システムの起動運転及び、又は停止運転を極めて良好に行なうことが可能な燃料電池発電システムが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による第１の実施例の燃料電池発電システムの構成例を示す概要図。
【図２】 本発明による第２の実施例の燃料電池発電システムの構成例を示す概要図。
【図３】 従来の燃料電池発電システムの構成例を示す概要図。
【符号の説明】
１…電池スタック、
２…インバータ、
３…入切スイッチ、
４…放電抵抗、
５…電圧測定手段、
６…制御装置、
７…電圧比較手段、
８…電圧測定手段、
９…電圧比較手段、
１０…電圧比較手段。
Claims (6)
- 電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の多孔質電極を対向配置してなり、前記各多孔質電極に反応ガスがそれぞれ流通している条件下で直流の電気エネルギーを出力する単位セルを、複数個積層した燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックからの直流出力を交流に変換して出力する変換装置とから構成される燃料電池発電システムにおいて、
前記電池スタックのトータル電圧を測定する第１の電圧測定手段と、
前記単位セルが複数からなるサブスタックの電圧を測定する複数の第２の電圧測定手段と、
システム起動時にあって、前記トータル電圧が前記電池スタックの起動可能最低電圧に到達しかつ前記各サブスタックの電圧がそれぞれのサブスタックの起動可能最低電圧に到達するか、あるいは前記トータル電圧が前記電池スタックの前記起動可能最低電圧より予め高く設定した前記電池スタックの起動時最高許容トータル電圧まで上昇したことを判定した場合に、前記変換装置に対して起動指令を出力する制御手段と
を具備することを特徴とする燃料電池発電システム。 - 電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の多孔質電極を対向配置してなり、前記各多孔質電極に反応ガスがそれぞれ流通している条件下で直流の電気エネルギーを出力する単位セルを、複数個積層した燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックからの直流出力を交流に変換して出力する変換装置と、前記燃料電池スタックの出力側と前記変換装置との間に投入可能に設けられた放電装置とから構成される燃料電池発電システムにおいて、
前記電池スタックのトータル電圧を測定する第１の電圧測定手段と、
前記単位セルが複数からなるサブスタックの電圧を測定する複数の第２の電圧測定手段と、
システム停止時にあって、前記各サブスタックの電圧が最高許容電圧に到達したことを判定した場合には前記放電装置に対して入指令を出力し、前記第２の電圧測定手段から前記各サブスタック電圧が、最低許容電圧に到達したことを判定した場合には前記放電装置に対して切指令を出力する制御手段と
を具備することを特徴とする燃料電池発電システム。 - 電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の多孔質電極を対向配置してなり、前記各多孔質電極に反応ガスがそれぞれ流通している条件下で直流の電気エネルギーを出力する単位セルを、複数個積層した燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックからの直流出力を交流に変換して出力する変換装置と、前記燃料電池スタックの出力側と前記変換装置との間に投入可能に設けられた放電装置とから構成される燃料電池発電システムにおいて、
前記電池スタックのトータル電圧を測定する第１の電圧測定手段と、
前記単位セルが複数からなるサブスタックの電圧を測定する複数の第２の電圧測定手段と、
システム起動時にあって、前記トータル電圧が前記電池スタックの起動可能最低電圧に到達しかつ前記各サブスタックの電圧がそれぞれのサブスタックの起動可能最低電圧に到達するか、あるいは前記トータル電圧が前記起動可能最低電圧より予め高く設定した前記電池スタックの起動時最高許容トータル電圧まで上昇したことを判定した場合に、前記変換装置に対して起動指令を出力し、システム停止時にあって、前記各サブスタックの電圧がサブスタックの最高許容電圧に到達したことを判定した場合には前記放電装置に対して入指令を出力し、前記第２の電圧測定手段から前記各サブスタック電圧が、最低許容電圧に到達したことを判定した場合には前記放電装置に対して切指令を出力する制御手段と
を具備することを特徴とする燃料電池発電システム。 - 電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の多孔質電極を対向配置してなり、前記各多孔質電極に反応ガスがそれぞれ流通している条件下で直流の電気エネルギーを出力する単位セルを、複数個積層した燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックからの直流出力を交流に変換して出力する変換装置とから構成される燃料電池発電システムにおいて、
前記電池スタックのトータル電圧を測定する第１の電圧測定手段と、
前記電池スタックの各単位セルの電圧を測定する第２の電圧測定手段と、
システム起動時にあって、前記トータル電圧が前記電池スタックの起動可能最低電圧に到達しかつ前記各単位セルの電圧がそれぞれの単位セルの起動可能最低電圧に到達するか、あるいは前記トータル電圧が前記スタックの起動可能最低電圧より予め高く設定した前記電池スタックの起動時最高許容トータル電圧まで上昇したことを判定した場合に、前記変換装置に対して起動指令を出力する制御手段と
を具備することを特徴とする燃費電池発電システム。 - 電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の多孔質電極を対向配置してなり、前記各多孔質電極に反応ガスがそれぞれ流通している条件下で直流の電気エネルギーを出力する単位セルを、複数個積層した燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックからの直流出力を交流に変換して出力する変換装置と、前記燃料電池スタックの出力側と前記変換装置との間に投入可能に設けられた放電装置とから構成される燃料電池発電システムにおいて、
前記電池スタックのトータル電圧を測定する第１の電圧測定手段と、
前記電池スタックの各単位セルの電圧を測定する第２の電圧測定手段と、
システム停止時にあって、前記各単位セルの電圧が単位セルの最高許容電圧に到達したことを判定した場合には前記放電装置に対して入指令を出力し、前記各単位セルの電圧が単位セルの最低許容電圧に到達したことを判定した場合には前記放電装置に対して切指令を出力する制御手段と
を具備することを特徴とする燃料電池発電システム。 - 電解質を含浸した電解質層を挟んで一対の多孔質電極を対向配置してなり、前記各多孔質電極に反応ガスがそれぞれ流通している条件下で直流の電気エネルギーを出力する単位セルを、複数個積層した燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックからの直流出力を交流に変換して出力する変換装置と、前記燃料電池スタックの出力側と前記変換装置との間に投入可能に設けられた放電装置とから構成される燃料電池発電システムにおいて、
前記電池スタックのトータル電圧を測定する第１の電圧測定手段と、
前記電池スタックの各単位セルの電圧を測定する第２の電圧測定手段と、
システム起動時にあって、前記トータル電圧が前記電池スタックの起動可能最低電圧に到達しかつ前記各単位セルの電圧がそれぞれの単位セルの起動可能最低電圧に到達するか、あるいは前記トータル電圧が前記電池スタックの起動可能最低電圧より予め高く設定した前記電池スタックの起動時最高許容トータル電圧まで上昇したことを判定した場合に、前記変換装置に対して起動指令を出力し、システム停止時にあって、前記各単位セルの電圧が単位セルの最高許容電圧に到達したことを判定した場合には前記放電装置に対して入指令を出力し、前記各単位セルの電圧が、単位セルの最低許容電圧に到達したことを判定した場合には前記放電装置に対して切指令を出力する制御手段と
を具備することを特徴とする燃料電池発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11961295A JP3715344B2 (ja) | 1995-05-18 | 1995-05-18 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11961295A JP3715344B2 (ja) | 1995-05-18 | 1995-05-18 | 燃料電池発電システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08315844A JPH08315844A (ja) | 1996-11-29 |
| JP3715344B2 true JP3715344B2 (ja) | 2005-11-09 |
Family
ID=14765734
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11961295A Expired - Fee Related JP3715344B2 (ja) | 1995-05-18 | 1995-05-18 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3715344B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE199797T1 (de) * | 1997-11-20 | 2001-03-15 | Siemens Ag | Verfahren und vorrichtung zum überwachen einer ausgewählten gruppe von brennstoffzellen eines hochtemperatur-brennstoff-zellenstapels |
| JP2005044687A (ja) * | 2003-07-24 | 2005-02-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池システムの制御装置 |
| US7041405B2 (en) * | 2003-10-07 | 2006-05-09 | Utc Fuel Cells, Llc | Fuel cell voltage control |
| JP4762569B2 (ja) * | 2005-02-18 | 2011-08-31 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
| JP2007123157A (ja) * | 2005-10-31 | 2007-05-17 | Toshiba Corp | 燃料電池ユニットおよび動作制御方法 |
| JP4984534B2 (ja) | 2006-01-11 | 2012-07-25 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| JP5033379B2 (ja) * | 2006-08-24 | 2012-09-26 | 株式会社Ｅｎｅｏｓセルテック | 燃料電池発電システムの起動方法 |
| JP2012038689A (ja) * | 2010-08-11 | 2012-02-23 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 燃料電池の運転方法 |
| WO2013176647A1 (en) * | 2012-05-21 | 2013-11-28 | United Technologies Corporation | Dc/dc power converter control strategy for source protection |
| KR101877264B1 (ko) * | 2016-12-27 | 2018-07-11 | (주)지필로스 | 연료전지의 개방회로전압(ｏｃｖ) 제어를 수행하는 연료전지용 전력변환장치 및 그 동작방법 |
-
1995
- 1995-05-18 JP JP11961295A patent/JP3715344B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08315844A (ja) | 1996-11-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI298957B (en) | Fuel cell apparatus | |
| AU2001286703B2 (en) | Fuel cell power system, method of distributing power, and method of operating a fuel cell power system | |
| US7427450B2 (en) | Hybrid fuel cell system with battery capacitor energy storage system | |
| JP3357218B2 (ja) | 燃料セルを動作する方法 | |
| US6215272B1 (en) | Fuel cell device | |
| JP4397739B2 (ja) | 燃料電池車両の電圧状態設定方法 | |
| US8837179B2 (en) | Alternating current power supply device and method of controlling same | |
| US7083017B2 (en) | Fuel cell vehicle | |
| US8027759B2 (en) | Fuel cell vehicle system | |
| JPH1074533A (ja) | 燃料電池システムおよび電気自動車 | |
| AU2001286703A1 (en) | Fuel cell power system, method of distributing power, and method of operating a fuel cell power system | |
| JP3715344B2 (ja) | 燃料電池発電システム | |
| WO2005076433A1 (ja) | ハイブリッド燃料電池システム及びその電圧変換制御方法 | |
| CN101488580B (zh) | 用于短路燃料电池堆的系统和方法 | |
| JP2004180475A (ja) | 燃料電池車両の制御装置 | |
| JP5713698B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池からｃｏ２の分離回収システム及びその運転方法 | |
| JP2004185820A (ja) | 燃料電池車両の制御装置 | |
| JP2000164234A (ja) | 燃料電池 | |
| JPH10284104A (ja) | 燃料電池の起動方法 | |
| JPH10210685A (ja) | 燃料電池用系統連系電力変換装置の制御方法 | |
| CN113745602B (zh) | 燃料电池系统 | |
| JP2000188120A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2008066167A (ja) | 固体酸化物形燃料電池の発電制御システムおよび発電制御方法 | |
| JP6812851B2 (ja) | 燃料電池システム、及び燃料電池 | |
| JPS63217930A (ja) | 燃料電池発電装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040330 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040531 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040622 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040823 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050823 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050825 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080902 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090902 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |