JP4099957B2 - Fuel cell power generator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池で発電した電力を負荷に供給する燃料電池発電装置に関するものであり、詳しくは、燃料電池発電装置の発電動作終了後に上記燃料電池に生ずる劣化現象を防止する放電機構を備えた燃料電池発電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
燃料電池は、単位セルの積層体からなり、電極となる燃料極、空気極にそれぞれ、水素を含む燃料ガス、酸素を含む空気の酸化剤ガスが供給されることで、電気化学反応を起こして発電を行うものとして知られている。また、燃料電池には、垂下特性と呼ばれ、出力電流の増加に伴って出力電圧が低下するというような発電特性があることが知られている。
【0003】
燃料電池が運転適性温度であるときにおいて出力電流がゼロのときの電圧である開回路電圧が発生した状態、つまり、燃料電池の運転を停止、又は、休止させ、負荷への電流が遮断された状態にして放置すると電極触媒粒子が粗大化して電極表面積が低下し、燃料電池の発電性能や寿命の低下を招いてしまう。
【0004】
そこで、このような燃料電池の劣化現象を回避するために、燃料電池の運転停止に際して、燃料電池内の反応ガス(燃料ガス及び空気)を窒素などの不活性ガスに置換して開回路電圧の発生を防止するための運転操作を行うとともに、燃料電池の出力側に放電抵抗を接続して開回路電圧を抑制するようにした燃料電池発電装置が知られている。
【0005】
以下に、図19を用いて、従来の燃料電池発電装置100の要部構成について説明をする。
【0006】
燃料電池発電装置100は、燃料電池101と、チョッパー102と、インバータ103と、外部負荷104とを備えている。
【0007】
燃料電池101で発電され出力された電力は、チョッパー102、インバータ103によって定電圧制御された後に交流電流に変換されて外部負荷104に供給される。
【0008】
また燃料電池発電装置100は、燃料電池101の運転停止後に開回路電圧を抑制するための放電部として、チョッパー102の出力側と、インバータ3の入力側にとの間に備えられ、例えば、チョッパー102の平滑用コンデンサとして用いられる中間回路コンデンサ105と、中間回路コンデンサ105に蓄えられた電荷を放電するためのスイッチ106及び放電抵抗107からなる中間放電装置108とを備えている。
【0009】
この燃料電池発電装置100では、図示しない制御部から燃料電池101に運転停止命令が送出されると、中間放電装置108のスイッチ106を閉じ、外部負荷104を遮断し、中間回路コンデンサ105と、放電抵抗107とを直列に接続させる。このとき、チョッパー102の運転停止時間は、燃料電池101の放電時間を考慮し、遅延回路を設け、外部負荷104が遮断された時点よりも遅延させる。
【0010】
このような燃料電池発電装置100では、燃料電池101の運転停止後の残留水素及び残留酸素による発電で燃料電池101内で蓄積された電荷は、チョッパー102を介して中間回路コンデンサ105に蓄積され、さらにスイッチ106を介して、放電抵抗107によって放電する。
【0011】
このようにして、燃料電池発電装置100では、燃料電池101を開回路電圧に曝すことなく劣化を回避させていた。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した燃料電池発電装置100のように、放電部として中間放電装置108を備え、放電抵抗107で残留水素によって生成される電荷を放電する場合、放電時間を短縮させようとすると放電抵抗107を大型する必要があり、それに伴い燃料電池発電装置100自体が大型化してしまうといった問題がある。逆に燃料電池発電装置100を小型化し、放電抵抗107を小さくすると放電時間が長くなってしまうという問題がある。
【0013】
さらに、従来の燃料電池発電装置100のように、放電装置108が設置されると燃料発電装置100のコストが上昇するため、例えば、燃料電池発電装置100を搭載した燃料電池車などの製造コストも上がってしまうといった問題がある。
【0014】
そこで、本発明は、上述した従来の問題に鑑みて提案されたものであり、燃料電池の発電停止後に残留する燃料ガスにより発生する電荷を短時間で且つ確実に放電することができる燃料電池発電装置を提供することを目的とするものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、請求項1に係る燃料電池発電装置では、車両に搭載された燃料電池発電装置であって、電解質膜を挟んで燃料極と、酸化剤極とを対設した燃料電池構造体をセパレータで狭持した複数の燃料電池構造体からなり、燃料ガスに含まれる水素と空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電をする燃料電池と、上記燃料電池の出力側に設けられ、上記燃料電池で発電した電力を直流電流に変換して出力するチョッパと、上記チョッパの出力側に設けられ、上記チョッパから出力された直流電流を交流電流に変換して出力するインバータと、上記インバータの出力側に設けられ、上記インバータから出力された交流電流を放電するモータと、上記燃料電池の出力電流値を検出する電流センサと、上記燃料電池の出力電圧値を検出する電圧センサと、上記燃料電池の発電を停止させる場合に、上記燃料電池に残留した酸化剤ガス及び燃料ガスで発電させ、上記電流センサによって検出された燃料電池の出力電流が所定の値以下になるまで、上記電圧センサで検出される出力電圧が一定となるような交流電流とするように上記インバータを制御して上記モータに交流電流を供給する制御手段とを備え、上記モータは、上記車両が走行する動力を発生させる動力モータを有するモータ回路からなり、上記制御手段は、上記燃料電池に残留した酸化剤ガス及び燃料ガスで発電させ、上記電圧センサで検出される燃料電池の出力電圧値を検出し、上記燃料電池の出力電圧値が一定の電圧値となるように上記インバータから出力される交流電流を変化させて、当該交流電流を上記動力モータによって消費させ、上記動力モータにトルク発生しているか否かを判定し、トルクが発生している場合には、上記動力モータにトルクを発生させない交流電流にして、当該交流電流を上記動力モータによって消費させることを特徴とする。
【0023】
請求項2に係る燃料電池発電装置では、上記動力モータを駆動するために使用される補機を駆動する補機モータを更に備え、上記インバータは、上記動力モータに供給する交流電流に変換する動力モータ用半導体スイッチング素子と、上記補機モータに供給する交流電流に変換する補機モータ用半導体スイッチング素子とからなる。
【0024】
請求項3に係る燃料電池発電装置では、補機を更に備え、上記チョッパの出力側に設けられ、上記チョッパから出力された直流電圧の大きさを変換して、上記補機に供給するDC/DCコンバータを更に備える。
【0026】
請求項4に係る燃料電池発電装置では、上記制御手段は、上記動力モータが動作しない交流電流値とするように上記インバータを制御すると共に、上記補機を動作させるようにDC/DCコンバータを制御する。
【0027】
請求項5に係る燃料電池発電装置では、上記モータとして上記動力モータを含むモータを複数備えると共に、上記インバータを複数備える。
【0028】
請求項6に係る燃料電池発電装置では、所定の燃料を改質して上記燃料電池に供給する水素を取り出す改質反応部を更に備え、上記所定の燃料の残留分から上記改質反応部によって取り出した燃料ガスを上記燃料電池に供給し、発電させて放電させる。
【0029】
請求項7に係る燃料電池発電装置では、上記燃料電池で発電した電力を蓄積する二次電池と、上記チョッパの出力側に設けられ、上記チョッパから出力された直流電流を上記二次電池に供給するリレーボックスとを更に備える。
【0030】
請求項8に係る燃料電池発電装置では、上記二次電池の蓄電率を検出するセンサを更に備え、上記制御手段は、上記センサで検出された蓄積率に基づいて満充電状態でなければ二次電池を充電させるようにリレーボックスを制御し、上記センサで検出された蓄積率に基づいて満充電状態であれば二次電池への電力蓄積を停止するようにリレーボックスを制御する。
【0032】
【発明の効果】
請求項1に係る燃料電池発電装置によれば、燃料電池の停止後に燃料電池内に燃料ガスなどが残留している場合に発生する電荷を、交流電流に変換してモータで放電することができ、例えば燃料電池の発電停止後等に発生する電荷を短時間で且つ確実に放電することができる。
請求項1に係る燃料電池発電装置によれば、交流電流をモータ回路で消費するので、例えば燃料電池の停止後等に燃料電池内に燃料ガスなどが残留している場合に発生する電荷を、交流電流に変換してモータ回路で放電することができ、例えば燃料電池の発電停止後等に発生する電荷を短時間で且つ確実に放電することができる。更に、請求項1に係る燃料電池発電装置によれば、例えば燃料電池の停止後等に燃料電池からの出力電圧を放電する抵抗などを設ける必要なく、燃料電池システムを構成するモータ回路を利用することができ、装置の小型化及び低コスト化を実現することができる。
【0040】
請求項2に係る燃料電池発電装置によれば、モータ回路を、動力源となる動力モータと、動力モータを駆動するために使用される補機を駆動する補機モータとからなるものとし、インバータを、動力モータに供給する交流電流に変換する動力モータ用半導体スイッチング素子と、補機モータに供給する交流電流に変換する補機モータ用半導体スイッチング素子とからなるものとしたので、動力モータに供給する交流電流と、補機モータに供給する交流電流を別個に制御することができ、動力モータで消費する電力と、補機モータで消費する電力とを別個にすることができる。したがって、請求項2に係る燃料電池発電装置によれば、動力モータと補機モータの双方で電荷を消費することができ、例えば燃料電池の発電停止後等に発生する電荷を更に、短時間で且つ確実に放電することができる。
【0041】
請求項3に係る燃料電池発電装置によれば、補機を更に備え、上記モータ回路は、動力源となる動力モータからなり、上記チョッパの出力側に設けられ、上記チョッパから出力された直流電流の大きさを変換して、上記補機に供給するDC/DCコンバータを更に備える。
【0042】
また、補機での電荷消費量を制御することができ、例えば燃料電池の発電停止後等に発生する電荷を更に、短時間で且つ確実に放電することができる。また、この請求項3に係る燃料電池発電装置によれば、動力モータを駆動するに際して使用する補機を使用して電荷を消費することができるので、例えば燃料電池の停止後等に燃料電池からの出力電圧を放電する抵抗などを設ける必要なく、装置の小型化及び低コスト化を実現することができる。
【0044】
請求項4に係る燃料電池発電装置によれば、モータ回路が動作しない交流電流値とするようにインバータを制御すると共に、補機のみを動作させるので、不要な場合にモータ回路を動作させることを防止することができると共に、補機による放電を実現することができる。
【0045】
請求項5に係る燃料電池発電装置によれば、モータを複数備えると共に、インバータを複数備える構成としたので、各モータに供給する交流電流を制御して、複数のモータで電荷を消費することができ、燃料電池の発電停止後に発生する電荷を更に短時間で且つ確実に放電することができる。
【0046】
請求項6に係る燃料電池発電装置によれば、所定の燃料を改質して燃料電池に供給する水素を取り出す改質反応部を更に備える構成を有し、例えば燃料電池の発電停止後等に、所定の燃料の残留分から改質反応部によって取り出した燃料ガスを燃料電池に供給し、発電させるので改質反応部で生成した燃料ガスを、燃料電池で発電させてモータにより放電することができる。
【0047】
請求項7に係る燃料電池発電装置によれば、燃料電池で発電した電力を蓄積する二次電池と、チョッパから出力された直流電流を二次電池に供給するリレーボックスとを備える構成としたので、リレーボックスの二次電池に対する開閉を制御することで例えば燃料電池の発電停止後等に発生した電荷を二次電池に蓄積することができ、例えば燃料電池の発電停止後等に発生する電荷を更に、短時間で且つ確実に放電することができると共に、燃費の向上を図ることができる。また、この請求項7に係る燃料電池発電装置によれば、燃料電池システムを構成する上で必要なリレーボックスと二次電池とを使用するので、例えば燃料電池の停止後等に燃料電池からの出力電圧を放電する抵抗などを設ける必要なく、装置の小型化及び低コスト化を実現することができる。
【0048】
請求項8に係る燃料電池発電装置によれば、二次電池の蓄電率を検出するセンサを備える構成を有し、センサで検出された蓄電率に基づいて二次電池に電力供給するようにリレーボックスを制御するので、二次電池の蓄積量に応じて電荷を蓄積することや、他の手段で電荷を放電することができ、短時間で且つ確実に放電することができると共に、更なる燃費の向上を図ることができる。
【0050】
【発明の実施の形態】
先ず、参考例について説明する。
【0051】
[第1参考例としての燃料電池発電装置1の構成]
図1を用いて第1参考例としての燃料電池発電装置1の構成について説明をする。第1参考例としての燃料電池発電装置1は、例えば、燃料電池を発電源とする燃料電池車両などに搭載され、燃料電池車両システムに備えられる。
【0052】
燃料電池発電装置1は、燃料電池10と、リレーボックス11と、チョッパー12と、第2リレー13と、放電抵抗14とを備えている。
【0053】
燃料電池発電装置1には、当該燃料電池発電装置1を制御する制御部が備えられており、この制御部は、例えば燃料電池発電装置1が燃料電池車両システムなどに搭載された際、燃料電池車両システムを統括的に制御する。具体的には、各部が制御部により動作が制御されることで、燃料電池10で発電した電力の負荷への供給、放電をする。なお、この制御部の処理内容については後述する。
【0054】
燃料電池10は、例えば、固体高分子電解質膜を挟んで燃料極と、酸化剤極とを対設した燃料電池構造体をセパレータで狭持した複数の燃料電池構造体からなる。燃料電池10には、水素リッチな燃料ガスが供給され、供給される燃料ガスに含まれる水素と空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電をする。
【0055】
リレーボックス11は、燃料電池10の正極及び負極に接続された2つの第1リレー15a,第1リレー15bで構成されている。各第1リレー15は、それぞれが燃料電池10に直列に接続されており、燃料電池10から後段の負荷へ電力を供給する回路の接点を開閉するように制御部に制御される。
【0056】
チョッパー12は、第1リレー15aと直列接続された半導体スイッチング素子であるIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やGTBT等16(以下、「IGBT16」と呼称する。)と、電圧センサ17と、電流センサ18とを備えている。制御部は、IGBT16に制御信号を出力して動作を制御すると共に、電圧センサ17及び電流センサ18で検出した出力電圧値及び出力電流値をセンサ信号として入力する。
【0057】
第2リレー13は、後段の放電抵抗14へ電力を供給する回路の接点を開閉する。この第2リレー13は、放電抵抗14に対する開閉動作が制御部からの制御信号により制御される。
【0058】
放電抵抗14は、燃料電池10の残留水素及び残留酸素による発電で生成された電荷が、リレーボックス11、チョッパー12、第2リレー13を介して供給されて放電をする。
【0059】
更にまた、燃料電池発電装置1の燃料電池10には、水素リッチなガスを供給するために天然ガスやメタノールなどの燃料を水素リッチなガスに改質する燃料改質装置が備えられていてもよい。
【0060】
「第1参考例としての燃料電池発電装置1の動作』
燃料電池発電装置1の燃料電池システム停止時に行う制御部のシステム停止処理の処理手順について図2に示すフローチャートを用いて説明をする。
【0061】
ステップS1において、制御部は、燃料電池システムに対する停止動作命令が入力され、停止動作シーケンスであるか否かを判断し、停止動作シーケンスが実行されていると判断した場合は処理をステップS2へと進め、停止動作シーケンスが実行されていないと判断した場合はステップS1の処理を繰り返し実行する。
【0062】
ステップS2において、制御部は、リレーボックス11の2つの第1リレー15a、15bを閉状態にし、続いて第2リレー13を閉状態に制御する。さらに、制御部は、断続的にオン、オフを繰り返す交流電流を出力するデューティー(Duty)制御をするようにIGBT16を動作させ、放電抵抗14を導通させ放電を開始させる。
【0063】
次のステップS3において、制御部は、電圧センサ17で検出される燃料電池10の電圧を検出し、燃料電池10の電圧が一定の電圧値、例えば、燃料電池10に定められた下限電圧値以上となるようにIGBT16の出力を制御する。すなわち、制御部は、IGBT16から出力する電流のDuty比を制御して放電抵抗14に流れる電流値を可変させる。
【0064】
次のステップS4において、制御部は、電流センサ18で検出された燃料電池10から出力される燃料電池電流を検出し、検出した燃料電池電流値と所定の設定値とを比較する。制御部は、検出した燃料電池電流が設定値以下であった場合には処理をステップS5へと進め、設定値以上であった場合は処理をステップS3へと戻す。
【0065】
このステップS4は、燃料電池10の放電動作を終了させるための判断をする処理であり、判断の基準となる設定値は、燃料電池発電装置1が搭載されるシステムによって異なっている。例えば、ある燃料電池車両システムでは、システム停止時の燃料電池電流は0.5A程度であり、設定値は0.1A程度に設定される。
【0066】
ステップS5において、制御部は、第1リレー15、第2リレー13を開いたオフ状態にすると共に、IGBT16もオフ(出力停止)状態にし、放電抵抗14での放電動作を終了させる。
【0067】
次のステップS6において、制御部は、燃料電池システムの停止動作シーケンスを終了させる。
【0068】
上述したような動作をする燃料電池発電装置1によれば、IGBT16をデューティ比を制御部により制御することで放電抵抗14に流れる電流を制御することができ、燃料電池10の停止時に燃料電池10内に残留する水素により発生する電荷を、迅速かつ確実に放電することができる。
【0069】
次に、本発明の第1実施形態を図面を参照にして詳細に説明する。
[第1実施形態に係る燃料電池発電装置20の構成]
図3に、第1実施形態として本発明を適用した燃料電池発電装置20の構成について説明をする。なお、上述の第1参考例と同じ部分は同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【0070】
燃料電池発電装置20は、第1参考例としての燃料電池発電装置1の第2リレー13、放電抵抗14に替えて、チョッパー12の後段にインバータ21、モータ24(モータ回路)を接続させた構成となっている。
【0071】
チョッパ21は、IGBT22、IGBT23で構成されチョッパー12から出力された直流電力を交流電力に変換して後段のモータ24を動作させる。
【0072】
モータ24は、電動機であり、インバータ21によって変換された交流電力によって通電させる。このモータ24は、例えば、燃料電池発電装置20が搭載される燃料電池車両システムにおける、車両を駆動するための動力モータなどである。
【0073】
また、燃料電池発電装置20には、各部を制御する制御部が備えられており、この制御部は、例えば燃料電池発電装置20が燃料電池車両システムなどに搭載された際、燃料電池車両システムを統括的に制御する。
【0074】
『第1実施形態に係る燃料電池発電装置20の動作』
図4、図5及び図6に、燃料電池発電装置20の燃料電池システム停止時の制御部の第1、第2、第3システム停止処理の処理手順を示す。
【0075】
「第1システム停止処理」
図4に示す第1システム停止処理でのステップS11において、制御部は、燃料電池システムに対する停止動作命令が入力され、停止動作シーケンスであるか否かを判断し、停止動作シーケンスが実行されていると判断した場合は処理をステップS12へと進め、停止動作シーケンスが実行されていないと判断した場合はステップS11の処理を繰り返し実行する。
【0076】
ステップS12において、制御部は、リレーボックス11の2つの第1リレー15a、15bを閉状態にし、さらに、制御部は、チョッパー12のIGBT16、インバータ21のIGBT22,IGBT23を動作させ、モータ24を通電することで放電を開始させる。
【0077】
次のステップS13において、制御部は、電圧センサ17で検出される燃料電池10の電圧を検出し、燃料電池10の電圧が所定の電圧、例えば、燃料電池10に定められた下限電圧値より小さくなったら処理をステップS14に進め、燃料電池10の電圧が所定の電圧より大きい場合、ステップS12の動作を保持して放電を継続する。
【0078】
ステップS14において、制御部は、第1リレー15a、15bを開状態にすると共に、チョッパー12のIGBT16及びインバータ21のIGBT22,IGBT23も開状態にし、モータ24の通電を停止させ、放電動作を終了させる。
【0079】
次のステップS15において、制御部は、システムの停止動作シーケンスを終了させる。
【0080】
このような第1システム停止処理を行う燃料電池発電装置20は、放電をモータ24で実行することで放電用の負荷を設けなくてもよいため、装置を小型で低コストにすることができる。
【0081】
「第2システム停止処理」
図5に示す第2システム停止処理でのステップS21において、制御部は、システムに対する停止動作命令が入力され、停止動作シーケンスであるか否かを判断し、停止動作シーケンスが実行されていると判断した場合は処理をステップS22へと進め、停止動作シーケンスが実行されていないと判断した場合はステップS21の処理を繰り返し実行する。
【0082】
ステップS22において、制御部は、リレーボックス11の2つの第1リレー15a、15bを閉状態としたオン状態に制御する。さらに、制御部は、チョッパー12のIGBT16を動作させたオン状態にすると共に、さらにインバータ21のIGBT22,IGBT23を断続的なデューティー制御をすることで動作させ、モータ24に通電することで放電を開始させる。
【0083】
ステップS23において、制御部は、電圧センサ17で検出される燃料電池10の電圧を検出し、燃料電池10の電圧が一定の電圧値、例えば、燃料電池10の下限電圧値以上となるようにインバータ21のIGBT22,IGBT23の出力を制御する。すなわち、制御部は、IGBT22,IGBT23を制御してデューティ比を制御することでモータ24に流れる電流値を可変させる。
【0084】
ステップS24において、制御部は、電流センサ18で検出された燃料電池10から出力される燃料電池電流を検出し、所定の設定値と検出した燃料電池電流値とを比較する。制御部は、検出した燃料電池電流が設定値以下であった場合処理をステップS25へと進め、設定値以上であった場合は処理をステップS23へと戻す。
【0085】
このステップS24は、燃料電池10の放電動作を終了させるための判断をする処理であり、判断の基準となる設定値は、燃料電池発電装置1が搭載されるシステムによって異なっている。
【0086】
ステップS25において、制御部は、第1リレー15a、15bを開状態にしたオフ状態にすると共に、チョッパー12のIGBT16、インバータ21のIGBT22,IGBT23も開状態にしたオフ状態にし、モータ24への通電を停止させ、放電動作を終了させる。
【0087】
ステップS26において、制御部はシステムの停止動作シーケンスを終了させる。
【0088】
このようにして、燃料電池発電装置20では、IGBT22,IGBT23をデューティ制御することでモータ24に流れる電流を制御し、迅速かつ確実な放電をすることができる。
【0089】
「第3システム停止処理」
図6に示す第3システム停止処理でのステップS31において、制御部は、燃料電池システムに対する停止動作命令が入力され、停止動作シーケンスであるか否かを判断し、停止動作シーケンスが実行されていると判断した場合は処理をステップS32へと進め、停止動作シーケンスが実行されていないと判断した場合はステップS31の処理を繰り返し実行する。
【0090】
ステップS32において、制御部は、リレーボックス11の2つの第1リレー15a、15bを閉状態にしたオン状態に制御する。さらに、制御部は、チョッパー12のIGBT16を動作させたオン状態にし、さらにインバータ21のIGBT22,IGBT23を断続的なデューティー制御をすることで動作させ、モータ24に通電することで放電を開始させる。
【0091】
次のステップS33において、制御部は、電圧センサ17で検出される燃料電池10の電圧を検出し、燃料電池10の電圧が一定の電圧値、例えば、燃料電池10に定められた下限電圧値以上となるようにインバータ21のIGBT22,IGBT23の出力を制御する。すなわち、制御部は、IGBT22,IGBT23から出力する交流電流のデューティ比を制御してモータ24に流れる電流値を可変させる。
【0092】
ステップS34において、制御部は、図示しないセンサによりモータ24にトルクが発生しているか否かの判断し、トルクが発生している場合は処理をステップS35へと進め、トルクが発生していない場合は処理をステップS38へと進める。
【0093】
ステップS35において、制御部は、モータ24にトルクが発生しているため、インバータ21のIGBT22,IGBT23のデューティ比を制御してモータ24にトルクが発生しない程度の電流値にして、トルクの発生を停止させる。つまり定電流制御から、定電圧制御へとモータ24の制御手段を変更する。
【0094】
次のステップS36において、制御部は、電圧センサ17で検出される燃料電池10の電圧を検出し、燃料電池10の電圧が所定の電圧、例えば、燃料電池10に定められた下限電圧値より小さくなくなったら処理をステップS37に進め、燃料電池10の電圧が所定の電圧より小さい場合、処理をステップS33へと戻す。
【0095】
ステップS37において、制御部は、電圧センサ17で検出される燃料電池10の電圧を検出し、燃料電池10の電圧が一定の電圧値、例えば、燃料電池10に定められた下限電圧値以上となるようにインバータ21のIGBT22,IGBT23の出力を制御する。すなわち、制御部は、IGBT22,IGBT23から出力する交流電流のデューティ比を制御してモータ24に流れる電流値を可変させる。
【0096】
次のステップS38において、制御部は、電流センサ18で検出された燃料電池10から出力される燃料電池電流を検出し、検出した燃料電池電流値と所定の設定値とを比較する。制御部は、検出した燃料電池電流が設定値以下であった場合処理をステップS39へと進め、設定値以上であった場合は処理をステップS33へと戻す。
【0097】
このステップS38は、燃料電池10の放電動作を終了させるための判断をする処理であり、判断の基準となる設定値は、燃料電池発電装置1が搭載されるシステムによって異なっている。
【0098】
ステップS39において、制御部は、第1リレー15a、15bを開状態にしたオフ状態にすると共に、チョッパー12のIGBT16、インバータ21のIGBT22,IGBT23も開状態にしたオフ状態にし、モータ24への通電を停止させ、放電動作を終了させる。
【0099】
次のステップS40において、制御部は、燃料電池システムの停止動作シーケンスを終了させる。
【0100】
このような第3システム制御処理により動作する燃料電池発電装置20では、トルクが発生しない程度の燃料電池電流をモータ24に供給するので燃料電池システム停止後にモータ24が回転するようなことはなく、安全に燃料電池10の放電処理を実行することができる。
【0101】
また、この燃料電池発電装置20によれば、モータ24にはトルクを発生させないので、システム停止時にモータ24が不意に動作する可能性をなくし、安全性を高めることができる。
【0102】
次に、第2参考例を説明する。
[第2参考例としての燃料電池発電装置30の構成]
図7に、第2参考例としての燃料電池発電装置30の構成を示す。なお、燃料電池発電装置30の説明において、上述の参考例及び実施形態と同じ部分は同一符号を付することでその詳細な説明を省略する。
【0103】
燃料電池発電装置30は、チョッパー31内のIGBT16の後段に配設されたコイル34及びIGBT32を使用して燃料電池10から発電した電荷の放電を行う構成となっている。このチョッパー31の後段には、図示しない負荷やバッテリなどが配設されている。
【0104】
この燃料電池発電装置30では、図示しない制御部により第1リレー15、IGBT16及びIGBT32の動作を制御することでシステム停止処理をする。
【0105】
『第2参考例に係る燃料電池発電装置30の動作』
図8及び図9に、燃料電池発電装置30の燃料電池システム停止時の制御部の第1及び第2システム停止処理の処理手順を示す。
【0106】
「第1システム停止処理」
図8に示す第1システム停止処理でのステップS41において、制御部は、燃料電池システムに対する停止動作命令が入力され、停止動作シーケンスであるか否かを判断し、停止動作シーケンスが実行されていると判断した場合は処理をステップS42へと進め、停止動作シーケンスが実行されていないと判断した場合はステップS41の処理を繰り返し実行する。
【0107】
ステップS42において、制御部は、リレーボックス11の2つの第1リレー15a、15bを閉状態にするオン状態に制御する。さらに、制御部は、チョッパー31のIGBT16,IGBT32を動作させ、コイル34に電流を流し、コイル34にエネルギーとして蓄えることで放電を開始させる。
【0108】
ステップS43において、制御部は、電圧センサ17で検出される燃料電池10の電圧を検出し、燃料電池10の電圧が所定の電圧、例えば、燃料電池10に定められた下限電圧値より小さくなったら処理をステップS44に進め、燃料電池10の電圧が所定の電圧より大きい場合、ステップS42の動作を保持して放電を継続する。
【0109】
ステップS44において、制御部は、第1リレー15を開状態にしたオフ状態にすると共に、チョッパー31のIGBT16,IGBT32も開状態にしたオフ状態にし、コイル34での放電動作を終了させる。
【0110】
ステップS45において、制御部は、燃料電池システムの停止動作シーケンスを終了させる。
【0111】
このような第1システム停止処理に従った動作をする燃料電池発電装置30は、チョッパー31内に必然的に備えられるコイル34に燃料電池電流を供給して放電処理をすることで、装置の小型化、低コスト化を実現できる。
【0112】
「第2システム停止処理」
図9に示す第2システム停止処理でのステップS51において、制御部は、燃料電池システムに対する停止動作命令が入力され、停止動作シーケンスであるか否かを判断し、停止動作シーケンスが実行されていると判断した場合は処理をステップS52へと進め、停止動作シーケンスが実行されていないと判断した場合はステップS51の処理を繰り返し実行する。
【0113】
ステップS52において、制御部は、リレーボックス11の2つの第1リレー15a、15bを閉状態にしたオン状態に制御する。さらに、制御部は、チョッパー31のIGBT16,IGBT32を断続的なデューティー制御をすることで動作させ、コイル34に電流を流し、コイル34にエネルギーとして蓄えることで放電を開始させる。
【0114】
次のステップS53において、制御部は、電圧センサ17で検出される燃料電池10の電圧を検出し、燃料電池10の電圧が一定の電圧値、例えば、燃料電池10の下限電圧値以上となるようにチョッパー31のIGBT16,IGBT32の出力を制御する。すなわち、制御部は、IGBT16,IGBT32から出力する交流電流のデューティ比を制御してコイル34に流れる電流値を可変させる。
【0115】
ステップS54において、制御部は、電流センサ18で検出された燃料電池10から出力される燃料電池電流を検出し、所定の設定値と検出した燃料電池電流値とを比較する。検出した燃料電池電流が設定値以下であった場合処理をステップS55へと進め、設定値以上であった場合は処理をステップS53へと戻す。
【0116】
このステップS54は、燃料電池10の放電動作を終了させるための判断をする処理であり、判断の基準となる設定値は、燃料電池発電装置30が搭載されるシステムによって異なっている。
【0117】
ステップS55において、制御部は、第1リレー15を開状態にしたオフ状態にすると共に、チョッパー31のIGBT16,IGBT32も開状態にしたオフ状態にし、コイル34での放電動作を終了させる。
【0118】
ステップS56において、制御部は、燃料電池システムの停止動作シーケンスを終了させる。
【0119】
このような第2システム停止処理に従って動作する燃料電池発電装置30では、IGBT16,IGBT32でのデューティ比を制御するデューティ制御することでコイル34に流れる電流を制御し、迅速かつ確実な放電をすることができる。
【0120】
[第2実施形態に係る燃料電池発電装置40の構成]
図10に、第2実施形態として本発明を適用した燃料電池発電装置40の構成を示す。なお、上述の実施形態と同じ部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【0121】
燃料電池発電装置40は、第2参考例として示した燃料電池発電装置20に、インバータ21にさらに補機モータ用のIGBT42及びIGBT43とが加えられてなるインバータ41と、IGBT42,IGBT43に接続された補機モータ44とが加えられた構成となっている。この第2実施形態では特に、モータ24を、燃料電池システムの動力源となる動力モータ24とする。
【0123】
補機モータ44は、動作モータとして機能する動力モータ24とは異なり、燃料電池発電装置40が、例えば、燃料電池車両システムに搭載された際にシステムを構成する他の機能部を駆動させるモータである。
【0124】
また、燃料電池発電装置40には、各部を制御する制御部が備えられており、この制御部は、例えば燃料電池発電装置40が燃料電池車両システムなどに搭載された際、燃料電池車両システムを統括的に制御する。
【0125】
『第2実施形態に係る燃料電池発電装置40の動作』
図11に、燃料電池発電装置40の燃料電池システム停止時の制御部のシステム停止処理の処理手順を示す。
【0126】
ステップS61において、制御部は、燃料電池システムに対する停止動作命令が入力され、停止動作シーケンスであるか否かを判断し、停止動作シーケンスが実行されていると判断した場合は処理をステップS62へと進め、停止動作シーケンスが実行されていないと判断した場合はステップS61の処理を繰り返し実行する。
【0127】
ステップS62において、制御部は、リレーボックス11の2つの第1リレー15a、15bを閉状態にしたオン状態に制御する。さらに、制御部は、チョッパー12のIGBT16を動作させ、さらにインバータ41の動力モータ24用のIGBT22及びIGBT23,補機モータ44用のIGBT42及びIGBT43を断続的なデューティー制御をすることで動作させ、動力モータ24及び補機モータ44に通電させることで放電を開始させる。
【0128】
次のステップS63において、制御部は、電圧センサ17で検出される燃料電池10の電圧を検出し、燃料電池10の電圧が一定の電圧値、例えば、燃料電池10に定められた下限電圧値以上となるようにインバータ41のIGBT22,IGBT23,IGBT42,IGBT43の出力のデューティ比を制御する。このとき、動力モータ24ではトルクが発生しないように、補機モータ44ではトルクが発生する程度の電流が流れるようにIGBT22,IGBT23,IGBT42,IGBT43の出力のデューティ比を制御する。
【0129】
ステップS64において、制御部は、図示しないセンサにより補機モータ44、動力モータ24にトルクが発生しているか否かの判断し、トルクが発生している場合は処理をステップS65へと進め、トルクが発生していない場合は処理をステップS68へと進める。
【0130】
ステップS65において、制御部は、動力モータ24、補機モータ44にトルクが発生しているため、インバータ41のIGBT22,IGBT23,IGBT42,IGBT43からの出力のデューティ比を制御して動力モータ24、補機モータ44に流れる電流値を小さくして、トルクの発生を停止させる。つまり定電流制御から、定電圧制御へと動力モータ24、補機モータ44の制御手段を変更する。
【0131】
次のステップS66において、制御部は、電圧センサ17で検出される燃料電池10の電圧を検出し、燃料電池10の電圧が所定の電圧、例えば、燃料電池10に定められた下限電圧値より小さくなくなったら処理をステップS67に進め、燃料電池10の電圧が所定の電圧より小さい場合、処理をステップS63へと戻して、動力モータ24及び補機モータ44での放電を継続する。
【0132】
次のステップS67において、制御部は、電圧センサ17で検出される燃料電池10の電圧を検出し、燃料電池10の電圧が一定の電圧値、例えば、燃料電池10に定められた下限電圧値以上となるようにインバータ41のIGBT22,IGBT23,IGBT42,IGBT43の出力のデューティ比を制御する。すなわち、制御部は、IGBT22,IGBT23,IGBT42,IGBT43から出力する交流電流のデューティ比を制御して動力モータ24、補機モータ44に流れる電流値を可変させる。
【0133】
次のステップS68において、制御部は、電流センサ18で検出された燃料電池10から出力される燃料電池電流を検出し、検出した燃料電池電流値と所定の設定値とを比較する。制御部は、検出した燃料電池電流が設定値以下であった場合処理をステップS69へと進め、設定値以上であった場合は処理をステップS63へと戻す。
【0134】
このステップS68は、燃料電池10の放電動作を終了させるための判断をする処理であり、判断の基準となる設定値は、燃料電池発電装置1が搭載されるシステムによって異なっている。
【0135】
ステップS69において、制御部は、第1リレー15を開状態にしたオフ状態にすると共に、チョッパー12のIGBT16、インバータ41のIGBT22,IGBT23,IGBT42,IGBT43も開状態にしたオフ状態にし、動力モータ24及び補機モータ44での放電動作を終了させる。
【0136】
ステップS70において、制御部は、燃料電池システムの停止動作シーケンスを終了させる。
【0137】
このようなシステム停止処理に従って動作する燃料電池発電装置40は、動力モータ24及び補機モータ44の双方で放電処理をすることで、装置の小型化及び低コスト化を実現でき、さらにトルク制御を行い、補機モータ44にトルクを発生させることで、残留水素の放電を安全且つ効率的に実行することができる。
【0138】
なお、制御部は、動力モータ24と、補機モータ44の電流消費比率は、モータ24/補機モータ44で0%から100%の間を任意に変更することができる。
【0139】
また、制御部は、トルクを与えるモータ、トルクを与えないモータはシステムによって決定しても良い。例えば、動力モータ24にはトルクを発生させないが、空気取り込み用コンプレッサー用モータや、冷却媒体循環用モータ等の補機モータ44にはシステム状況に応じてトルクを発生させる。
【0140】
更に、この燃料電池発電装置40によれば、動力モータ24にはトルクを発生させないので、システム停止時に動力モータ24が不意に動作する可能性をなくし、安全性を高めることができる。
【0141】
[第3実施形態に係る燃料電池発電装置50の構成]
図12、第3実施形態として本発明を適用した燃料電池発電装置50の構成を示す。なお、上述の参考例及び実施形態と同じ部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【0142】
燃料電池発電装置50は、第1実施形態として示した燃料電池発電装置20に、DC/DCコンバータ51と、バッテリー52と、冷却ポンプ53とが加えられた構成となっている。
【0143】
DC/DCコンバータ51は、直流電流を所定の電圧に変換して後段の冷却ポンプ53へ供給する。
【0144】
冷却ポンプ53は、モータ24の冷却を行うためのポンプである。この冷却ポンプ53は、DC/DCコンバータ51からの電圧に従って内部モータに通電させ、内部モータの駆動量に応じた冷却水をモータ24に供給する。なお、ここでは、DC/DCコンバータ51によって動作される装置として冷却ポンプ53を用いているが、直流電流で動作する装置であればどんなものであってもかまわない。
【0145】
また、燃料電池発電装置50には、当該燃料電池発電装置20を制御する制御部が備えられており、この制御部は、例えば燃料電池発電装置50が燃料電池車両システムなどに搭載された際、燃料電池車両システムを統括的に制御する。
【0146】
なお、第3実施形態に係る燃料電池発電装置50では、インバータ21に代えて図10に示したような構成のインバータ41を備えると共に補機モータを備え、冷却ポンプ53の他の補機を駆動しても良い。
【0147】
『第3実施形態に係る燃料電池発電装置50の動作』
次に燃料電池発電装置50の動作について図13に示すフローチャートを用いて説明をする。
【0148】
ステップS71において、制御部は、燃料電池システムに対する停止動作命令が入力され、停止動作シーケンスであるか否かを判断し、停止動作シーケンスが実行されていると判断した場合は処理をステップS72へと進め、停止動作シーケンスが実行されていないと判断した場合はステップS71の処理を繰り返し実行する。
【0149】
ステップS72において、制御部は、リレーボックス11の2つの第1リレー15a、15bを閉状態にしたオン状態に制御する。さらに、制御部は、チョッパー12のIGBT16、DC/DCコンバータ51及び冷却ポンプ53を動作させる。さらにインバータ21のIGBT22,IGBT23をデューティー制御をすることで動作させる。
【0150】
これにより、燃料電池発電装置50では、DC/DCコンバータ51からの電力をバッテリー52に蓄積すると共に冷却ポンプ53に供給し、冷却ポンプ53及びモータ24に通電することで放電を開始させる。
【0151】
次のステップS73において、制御部は、電圧センサ17で検出される燃料電池10の電圧を検出し、燃料電池10の電圧が一定の電圧値、例えば、燃料電池10の下限電圧値以上となるようにインバータ21のIGBT22,IGBT23の出力のデューティ比を制御する。すなわち、制御部は、IGBT22、IGBT23から出力する交流電流のデューティ比を制御してモータ24に流れる電流値を可変させる。
【0152】
また、このステップS73において、制御部は、モータ24にはトルクを発生させないようにIGBT22及びIGBT23をデューティ制御し、冷却ポンプ53にはトルクを発生させるようにDC/DCコンバータ51を制御する。
【0153】
次のステップS74において、制御部は、電流センサ18で検出された燃料電池10から出力される燃料電池電流を検出し、検出した燃料電池電流値と所定の設定値とを比較する。制御部は、検出した燃料電池電流が設定値以下であった場合処理をステップS75へと進め、設定値以上であった場合は処理をステップS73へと戻す。
【0154】
このステップS74は、燃料電池10の放電動作を終了させるための判断をする処理であり、判断の基準となる設定値は、燃料電池発電装置50が搭載されるシステムによって異なっている。
【0155】
ステップS75において、制御部は、第1リレー15を開状態にしたオフ状態にすると共に、チョッパー12のIGBT16、インバータ21のIGBT22,IGBT23も開状態にしたオフ状態にし、モータ24、DC/DCコンバータ51及び冷却ポンプ53の動作を停止させ放電動作を終了させる。
【0156】
ステップS76において、制御部は、燃料電池システムの停止動作シーケンスを終了させる。
【0157】
このようなシステム停止処理に従って動作する燃料電池発電装置50では、モータ24のみならず、DC/DCコンバータ51を動作させてバッテリー52及び/又は冷却ポンプ53を駆動させて燃料電池10の残留水素の放電処理をすることで、効率的な放電処理が実行できる。
【0158】
また、この燃料電池発電装置50によれば、モータ24にはトルクを発生させずに冷却ポンプ53でトルクを発生させるので、システム停止時にモータ24が不意に動作する可能性をなくし、安全性を高めることができる。
【0159】
[第4実施形態に係る燃料電池発電装置60の構成]
図14に、第4実施形態として本発明を適用した燃料電池発電装置60の構成を示す。なお、上述の参考例及び実施形態と同じ部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【0160】
燃料電池発電装置60は、第3実施形態として示した燃料電池発電装置50に、チョッパー12に換えて、第2参考例として示した燃料電池発電装置30のチョッパー31から電流センサ18と、コイル34とを取り除いた構成のチョッパー61を適用し、さらに、2つのリレー63を備えるリレーボックス62と、二次電池64とを加えた構成となっている。
【0161】
また、燃料電池発電装置60には、当該燃料電池発電装置60を制御する制御部が備えられており、この制御部は、例えば燃料電池発電装置60が燃料電池車両システムなどに搭載された際、燃料電池車両システムを統括的に制御する。
【0162】
なお、第3実施形態に係る燃料電池発電装置50では、インバータ21に代えて図10に示したような構成のインバータ41を備えると共に補機モータを備え、冷却ポンプ53の他の補機を駆動しても良い。
【0163】
『第4実施形態に係る燃料電池発電装置60の動作』
次に燃料電池発電装置60の動作について図15に示すフローチャートを用いて説明をする。
【0164】
ステップS81において、制御部は、燃料電池システムに対する停止動作命令が入力され、停止動作シーケンスであるか否かを判断し、停止動作シーケンスが実行されていると判断した場合は処理をステップS82へと進め、停止動作シーケンスが実行されていないと判断した場合はステップS81の処理を繰り返し実行する。
【0165】
ステップS82において、制御部は、図示しないセンサで検出された二次電池64の蓄電率(SOC)を検出し、満充電状態であるか否かを判断する。満充電状態でなければ処理をステップS83へと進め、満充電状態であれば処理をステップS87へと進める。
【0166】
ステップS83において、制御部は、リレーボックス11の2つの第1リレー15a、15b及びリレーボックス62の2つのリレー63を閉状態にしたオン状態に制御する。さらに、制御部は、チョッパー12のIGBT16をデューティー制御をすることで動作させる。同時に制御部は、インバータ21のIGBT22,IGBT23を開き、DC/DCコンバータ51、冷却ポンプ53の動作も停止させ、二次電池64を充電することで放電を開始させる。
【0167】
次のステップS84において、制御部は、図示しないセンサで検出された二次電池64の蓄電量を検出し、満充電状態であるか否かを判断する。満充電状態でなければ処理をステップS85へと進め、満充電状態であれば処理をステップS87へと進める。
【0168】
ステップS85において、制御部は、電圧センサ17で検出される燃料電池10の電圧を検出し、燃料電池10の電圧が一定の電圧値、例えば、燃料電池10の下限電圧値以上となるようにチョッパー61のIGBT16,IGBT32の出力を制御して、電流調整と電圧調整をする。
【0169】
ステップS86において、制御部は、電流センサ18で検出された燃料電池10から出力される燃料電池電流を検出し、検出した燃料電池電流値と所定の設定値とを比較する。制御部は、検出した燃料電池電流が設定値以下であった場合処理をステップS90へと進め、設定値以上であった場合は処理をステップS84へと戻す。
【0170】
ステップS87において、制御部は、リレーボックス11の2つの第1リレー15a、15bを閉状態にしたオン状態に制御する。さらに、制御部は、チョッパー61のIGBT16を動作させ、DC/DCコンバータ51を動作させ冷却ポンプ53を動作させる。さらに制御部は、インバータ21のIGBT22,IGBT23をデューティー制御をすることで動作させ、モータ24に通電することで放電を開始させる。更にまた、制御部は、リレーボックス62の2つのリレー63をオフ状態にして二次電池64への電力蓄積を停止する。
【0171】
これにより、燃料電池発電装置60は、SOCが100%以上であるので二次電池64への充電を行わない状態とし、モータ24及び/又は冷却ポンプ53での放電を行う。
【0172】
次のステップS88において、制御部は、電圧センサ17で検出される燃料電池10の電圧を検出し、燃料電池10の電圧が一定の電圧値、例えば、燃料電池10の下限電圧値以上となるようにインバータ21のIGBT22,IGBT23の出力のデューティ比を制御する。すなわち、制御部は、IGBT22,IGBT23から出力する交流電流のデューティ比を制御してモータ24に流れる電流値を可変させる。
【0173】
次のステップS89において、制御部は、電流センサ18で検出された燃料電池10から出力される燃料電池電流を検出し、所定の設定値と検出した燃料電池電流値とを比較する。制御部は、検出した燃料電池電流が設定値以下であった場合処理をステップS90へと進め、設定値以上であった場合は処理をステップS88へと戻す。
【0174】
このステップS89は、燃料電池10の放電動作を終了させるための判断をする処理であり、判断の基準となる設定値は、燃料電池発電装置60が搭載されるシステムによって異なっている。
【0175】
ステップS90において、制御部は、リレーボックス11の第1リレー15、リレーボックス62のリレー63を開いたオフ状態にすると共に、チョッパー61のIGBT16,IGBT32、インバータ21のIGBT22,IGBT23も開状態にしたオフ状態にし、モータ24への通電、DC/DCコンバータ51、冷却ポンプ53の動作を停止させ放電動作を終了させる。
【0176】
ステップS91において、制御部は、燃料電池システムの停止動作シーケンスを終了させる。
【0177】
このようなシステム停止処理に従って動作する燃料電池発電装置60では、燃料電池発電装置50に二次電池を付加し、二次電池でも燃料電池10の放電処理を実行することでエネルギーの有効利用をすることができる。
【0178】
なお、モータ24と、補機モータ44の電流消費比率は、モータ24/補機モータ44で0%から100%の間を任意に変更することができる。
【0179】
[本発明を適用した他の実施形態]
上述したように本発明を適用した第1実施形態乃至第4実施形態では、残留水素を除去するための放電処理について説明したが、以下に示すように本発明を適用した第1実施形態乃至第4実施形態の燃料電池発電装置のいずれかを搭載したシステムの運転停止後、燃料改質装置で生成された水素の除去をする際に本発明を適用してもよい。
【0180】
例えば、図16に示すように改質反応部71とCO除去部72と、燃焼部73とを備える燃料改質装置が燃料電池10に接続されているとする。燃料改質装置には燃料タンク74から天然ガスやメタノールなどの燃料が供給される。
【0181】
燃料タンク74から改質反応器71に供給される燃料は、改質反応部71で水素に改質され、CO除去部72でCOが除去され、COを除去された水素が燃料電池10に供給される。燃料電池10で使用されなかった水素は再び燃料改質装置71に戻され、燃焼部73で燃やされ、排気される。
【0182】
このような燃料改質装置では、システム停止処理シーケンス中に、燃料改質装置内部や配管などに残った燃料を処理するために、改質反応部71で水素に改質させ水素を発生させる。
【0183】
システム停止処理シーケンス中に燃料改質装置で発生した水素は、燃料電池10へ供給され、上述した本発明を適用した第1実施形態乃至第4実施形態の燃料電池発電装置で放電処理をすることができる。
【0184】
また、図17及び図18に示すように燃料電池10に水素貯蔵装置75から水素がダイレクトに供給される構成の場合、本発明を適用した第1実施形態乃至第4実施形態の燃料電池発電装置のいずれかを搭載したシステムが停止動作シーケンスへと移行すると、燃料電池10で使用されなかった水素は、上述した本発明を適用した第1実施形態乃至第4実施形態の燃料電池発電装置で放電処理をすることができる。
【0185】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1参考例として示す燃料電池発電装置の要部構成を説明するためのブロック図である。
【図2】 同燃料電池発電装置の燃料電池内に残留した水素の放電処理動作について説明するためのフローチャートである。
【図3】 本発明の第1の実施の形態として示す燃料電池発電装置の要部構成を説明するためのブロック図である。
【図4】 同燃料電池発電装置の燃料電池内に残留した水素の第1の放電処理動作について説明するためのフローチャートである。
【図5】 同燃料電池発電装置の燃料電池内に残留した水素の第2の放電処理動作について説明するためのフローチャートである。
【図6】 同燃料電池発電装置の燃料電池内に残留した水素の第3の放電処理動作について説明するためのフローチャートである。
【図7】 本発明の第2参考例として示す燃料電池発電装置の要部構成を説明するためのブロック図である。
【図8】 同燃料電池発電装置の燃料電池内に残留した水素の第1の放電処理動作について説明するためのフローチャートである。
【図9】 同燃料電池発電装置の燃料電池内に残留した水素の第2の放電処理動作について説明するためのフローチャートである。
【図10】 本発明の第2の実施の形態として示す燃料電池発電装置の要部構成を説明するためのブロック図である。
【図11】 同燃料電池発電装置の燃料電池内に残留した水素の放電処理動作について説明するためのフローチャートである。
【図12】 本発明の第3の実施の形態として示す燃料電池発電装置の要部構成を説明するためのブロック図である。
【図13】 同燃料電池発電装置の燃料電池内に残留した水素の放電処理動作について説明するためのフローチャートである。
【図14】 本発明の第4の実施の形態として示す燃料電池発電装置の要部構成を説明するためのブロック図である。
【図15】 同燃料電池発電装置の燃料電池内に残留した水素の放電処理動作について説明するためのフローチャートである。
【図16】 燃料改質装置の要部構成を説明するためのブロック図である。
【図17】 本発明の実施の形態として示す燃料電池発電装置において、水素を直接、燃料電池に供給する様子を説明するための第1のブロック図である。
【図18】 本発明の実施の形態として示す燃料電池発電装置において、水素を直接、燃料電池に供給する様子を説明するための第2のブロック図である。
【図19】 従来の技術として示す燃料電池発電装置の要部構成を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
1,20,30,40,50,60 燃料電池発電装置
10 燃料電池
11 リレーボックス
12 チョッパー
13 第2リレー
14 放電抵抗
15 第1リレー
16 IGBT
17 電圧センサ
18 電流センサ
21 インバータ
22 IGBT
23 IGBT
24 動力モータ
32 IGBT
31 チョッパー
34 コイル
41 インバータ
42 IGBT
43 IGBT
44 補機モータ
51 DC/DCコンバータ
52 バッテリー53 冷却ポンプ
61 チョッパー
62 リレーボックス
63 リレー
64 二次電池[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell power generator that supplies power generated by a fuel cell to a load, and more specifically, includes a discharge mechanism that prevents a deterioration phenomenon that occurs in the fuel cell after the power generation operation of the fuel cell power generator ends. The present invention relates to a fuel cell power generator.
[0002]
[Prior art]
A fuel cell is composed of a stack of unit cells, and causes an electrochemical reaction by supplying a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas containing air to the fuel electrode and air electrode, respectively. Known to generate electricity. In addition, it is known that a fuel cell has a power generation characteristic called a drooping characteristic, in which an output voltage decreases as the output current increases.
[0003]
When the fuel cell is at a temperature suitable for operation, an open circuit voltage, which is the voltage when the output current is zero, is generated, that is, the operation of the fuel cell is stopped or stopped, and the current to the load is cut off. If left in a state, the electrode catalyst particles become coarse and the electrode surface area decreases, which leads to a decrease in power generation performance and life of the fuel cell.
[0004]
Therefore, in order to avoid such a deterioration phenomenon of the fuel cell, when the operation of the fuel cell is stopped, the reaction gas (fuel gas and air) in the fuel cell is replaced with an inert gas such as nitrogen to reduce the open circuit voltage. 2. Description of the Related Art There is known a fuel cell power generator that performs an operation for preventing occurrence and suppresses an open circuit voltage by connecting a discharge resistor to the output side of the fuel cell.
[0005]
Hereinafter, the configuration of the main part of the conventional fuel
[0006]
The fuel cell
[0007]
The electric power generated and output by the
[0008]
The fuel cell
[0009]
In this fuel cell
[0010]
In such a fuel cell
[0011]
In this way, the fuel cell
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the
[0013]
Furthermore, since the cost of the fuel
[0014]
Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described conventional problems, and is a fuel cell power generation capable of discharging in a short time and reliably the charge generated by the fuel gas remaining after the fuel cell power generation is stopped. The object is to provide an apparatus.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the fuel cell power generation device according to
[0023]
The fuel cell power generator according to
[0024]
In the fuel cell power generator according to claim 3,Auxiliary machineFurther comprising the aboveChopperProvided on the output side of theChopperConvert the magnitude of the DC voltage output fromAuxiliary machineTo supplyDC / DC converterIs further provided.
[0026]
In the fuel cell power generator according to claim 4, the control means is configured to set the alternating current value at which the power motor does not operate.InverterControl the above-mentioned auxiliary machineTo control the DC / DC converter.
[0027]
In the fuel cell power generator according to
[0028]
In the fuel cell power generator according to claim 6, a predetermined fuel is reformed and hydrogen supplied to the fuel cell is taken out.Reforming reaction sectionFurther comprising the above-mentioned predetermined fuel residueReforming reaction sectionThe fuel gas taken out by the above is supplied to the fuel cell, and is generated and discharged.
[0029]
Claim7In the fuel cell power generator according to the above, the electric power generated by the fuel cell is stored.Secondary batteryAnd aboveChopperProvided on the output side of theChopperDC current output fromSecondary batteryTo supplyRelay boxAnd further comprising.
[0030]
In the fuel cell power generator according to claim 8, the above-mentionedSecondary batteryofStorage rateDetectSensorFurther comprisingThe control means controls the relay box so as to charge the secondary battery if it is not fully charged based on the accumulation rate detected by the sensor, and is fully charged based on the accumulation rate detected by the sensor. If so, control the relay box to stop power storage in the secondary battery.
[0032]
【The invention's effect】
According to the fuel cell power generator of the first aspect, the electric charge generated when fuel gas or the like remains in the fuel cell after the fuel cell is stopped is converted into an alternating current.motorFor example, the charge generated after the power generation of the fuel cell is stopped can be reliably discharged in a short time.
According to the fuel cell power generator according to
[0040]
According to the fuel cell power generator according to
[0041]
According to the fuel cell power generator according to claim 3,Auxiliary machineThe motor circuit comprises a power motor as a power source,ChopperProvided on the output side of theChopperConverts the magnitude of the direct current output from and supplies it to the auxiliary machineDC / DC converterIs further provided.
[0042]
Also,The amount of charge consumed by the auxiliary device can be controlled, and for example, the charge generated after the power generation of the fuel cell is stopped can be further discharged in a short time and surely. And this claim3According to the fuel cell power generator according to the present invention, since the electric charge can be consumed by using the auxiliary machine used when driving the power motor, the output voltage from the fuel cell is discharged after the fuel cell is stopped, for example. There is no need to provide a resistor or the like, and the device can be reduced in size and cost.
[0044]
According to the fuel cell power generator of the fourth aspect, the AC current value is set so that the motor circuit does not operate.InverterSince only the auxiliary machine is operated, it is possible to prevent the motor circuit from being operated when unnecessary, and to realize discharge by the auxiliary machine.
[0045]
According to the fuel cell power generator according to
[0046]
According to the fuel cell power generator of the sixth aspect, the predetermined fuel is reformed and the hydrogen supplied to the fuel cell is taken out.Reforming reaction sectionFor example, after stopping the power generation of the fuel cell,Reforming reaction sectionBecause the fuel gas extracted by is supplied to the fuel cell to generate electricityReforming reaction sectionThe fuel gas generated inmotorCan be discharged.
[0047]
According to the fuel cell power generator according to claim 7, the electric power generated by the fuel cell is stored.Secondary batteryWhen,ChopperDC current output fromSecondary batteryTo supplyRelay boxBecause it was configured withRelay boxofSecondary batteryBy controlling the opening and closing of theSecondary batteryFor example, the electric charge generated after the power generation of the fuel cell is stopped can be discharged in a shorter time and more reliably, and the fuel consumption can be improved. Further, according to the fuel cell power generator of claim 7, it is necessary to configure the fuel cell system.Relay boxWhenSecondary batteryTherefore, for example, it is not necessary to provide a resistor for discharging the output voltage from the fuel cell after the fuel cell is stopped.
[0048]
According to the fuel cell power generator according to claim 8,Secondary batteryofStorage rateDetectSensorHaving a configuration comprising:SensorDetected inStorage rateOn the basis of theSecondary batteryTo powerRelay boxControlSecondary batteryThe electric charge can be accumulated according to the accumulated amount of electric charge, or the electric charge can be discharged by other means, so that it can be discharged in a short time and surely, and the fuel efficiency can be further improved.
[0050]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, a reference example will be described.
[0051]
[Fuel as a first reference exampleConfiguration of Rechargeable Battery Power Generation Device 1]
Using FIG.As a first reference exampleThe configuration of the fuel
[0052]
The fuel
[0053]
The fuel cell
[0054]
The
[0055]
The
[0056]
The
[0057]
The
[0058]
The
[0059]
Furthermore, the
[0060]
"As a first reference exampleOperation of Fuel Cell Power Generation Device 1]
The processing procedure of the system stop process of the control unit performed when the fuel cell system of the fuel
[0061]
In step S1, the control unit inputs a stop operation command for the fuel cell system, determines whether the stop operation sequence is performed, and if it is determined that the stop operation sequence is being executed, the process proceeds to step S2. If it is determined that the stop operation sequence has not been executed, the process of step S1 is repeatedly executed.
[0062]
In step S2, the control unit controls the two
[0063]
In the next step S <b> 3, the control unit detects the voltage of the
[0064]
In the next step S4, the control unit detects the fuel cell current output from the
[0065]
This step S4 is a process for making a determination for terminating the discharge operation of the
[0066]
In step S <b> 5, the control unit turns off the
[0067]
In the next step S6, the control unit ends the stop operation sequence of the fuel cell system.
[0068]
According to the fuel
[0069]
Next, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[No.1Configuration of Fuel Cell
In FIG.1The configuration of the fuel
[0070]
The fuel cell power generator 20As a first reference exampleInstead of the
[0071]
The
[0072]
The
[0073]
Further, the fuel cell
[0074]
"No.1Operation of Fuel Cell
4, 5, and 6 show the processing procedure of the first, second, and third system stop processes of the control unit when the fuel
[0075]
"First system stop process"
In step S11 in the first system stop process shown in FIG. 4, the control unit inputs a stop operation command for the fuel cell system, determines whether or not the stop operation sequence is performed, and the stop operation sequence is executed. If it is determined, the process proceeds to step S12. If it is determined that the stop operation sequence is not executed, the process of step S11 is repeatedly executed.
[0076]
In step S12, the control unit closes the two
[0077]
In the next step S13, the control unit detects the voltage of the
[0078]
In step S14, the control unit opens the
[0079]
In the next step S15, the control unit ends the system stop operation sequence.
[0080]
The fuel cell
[0081]
"Second system stop process"
In step S21 in the second system stop process shown in FIG. 5, the control unit inputs a stop operation command to the system, determines whether it is a stop operation sequence, and determines that the stop operation sequence is being executed. If so, the process proceeds to step S22. If it is determined that the stop operation sequence has not been executed, the process of step S21 is repeatedly executed.
[0082]
In step S <b> 22, the control unit controls the two
[0083]
In step S23, the control unit detects the voltage of the
[0084]
In step S24, the control unit detects the fuel cell current output from the
[0085]
This step S24 is a process for making a determination for terminating the discharge operation of the
[0086]
In step S25, the control unit turns off the
[0087]
In step S26, the control unit ends the system stop operation sequence.
[0088]
In this way, in the fuel cell
[0089]
"Third system stop process"
In step S31 in the third system stop process shown in FIG. 6, the control unit inputs a stop operation command for the fuel cell system, determines whether or not the stop operation sequence is performed, and the stop operation sequence is executed. If it is determined that the stop operation sequence has not been executed, the process of step S31 is repeatedly executed.
[0090]
In step S <b> 32, the control unit controls the two
[0091]
In the next step S <b> 33, the control unit detects the voltage of the
[0092]
In step S34, the control unit determines whether torque is generated in the
[0093]
In step S35, since the torque is generated in the
[0094]
In the next step S36, the control unit detects the voltage of the
[0095]
In step S <b> 37, the control unit detects the voltage of the
[0096]
In the next step S38, the control unit detects the fuel cell current output from the
[0097]
This step S38 is a process for making a determination for terminating the discharge operation of the
[0098]
In step S39, the control unit turns off the
[0099]
In the next step S40, the control unit ends the stop operation sequence of the fuel cell system.
[0100]
In the fuel cell
[0101]
Further, according to the fuel
[0102]
Next, a second reference example will be described.
[As a second reference exampleConfiguration of Fuel Cell Power Generation Device 30]
In FIG.As a second reference exampleThe structure of the fuel cell power generator 30 is shown. In the description of the fuel cell power generator 30, the above-mentionedReference examples andThe same parts as those in the embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0103]
The fuel cell power generator 30 is configured to discharge the electric power generated from the
[0104]
In this fuel cell power generator 30, the system stop process is performed by controlling the operations of the
[0105]
"No.2 Reference examplesOperation of Fuel Cell Power Generation Device 30 According to
FIG. 8 and FIG. 9 show the processing procedure of the first and second system stop processing of the control unit when the fuel cell system of the fuel cell power generator 30 is stopped.
[0106]
"First system stop process"
In step S41 in the first system stop process shown in FIG. 8, the control unit inputs a stop operation command for the fuel cell system, determines whether or not the stop operation sequence is performed, and the stop operation sequence is executed. If it is determined, the process proceeds to step S42. If it is determined that the stop operation sequence is not executed, the process of step S41 is repeatedly executed.
[0107]
In step S <b> 42, the control unit controls the two
[0108]
In step S43, the control unit detects the voltage of the
[0109]
In step S44, the control unit turns off the
[0110]
In step S45, the control unit ends the stop operation sequence of the fuel cell system.
[0111]
The fuel cell power generator 30 that operates in accordance with the first system stop process as described above supplies the fuel cell current to the
[0112]
"Second system stop process"
In step S51 in the second system stop process shown in FIG. 9, the control unit receives a stop operation command for the fuel cell system, determines whether the stop operation sequence is performed, and the stop operation sequence is executed. If it is determined, the process proceeds to step S52, and if it is determined that the stop operation sequence is not executed, the process of step S51 is repeatedly executed.
[0113]
In step S <b> 52, the control unit controls the two
[0114]
In the next step S53, the control unit detects the voltage of the
[0115]
In step S54, the control unit detects the fuel cell current output from the
[0116]
This step S54 is a process for making a determination for terminating the discharge operation of the
[0117]
In step S55, the control unit turns off the
[0118]
In step S56, the control unit ends the stop operation sequence of the fuel cell system.
[0119]
In the fuel cell power generator 30 that operates according to the second system stop process, the current flowing through the
[0120]
[No.2Configuration of Fuel Cell
In FIG.2A configuration of a fuel
[0121]
The fuel
[0123]
Unlike the
[0124]
In addition, the fuel cell
[0125]
"No.2Operation of Fuel Cell
FIG. 11 shows a processing procedure of the system stop process of the control unit when the fuel cell system of the fuel
[0126]
In step S61, the control unit inputs a stop operation command for the fuel cell system, determines whether the stop operation sequence is performed, and if it is determined that the stop operation sequence is being executed, the process proceeds to step S62. If it is determined that the stop operation sequence has not been executed, the process of step S61 is repeated.
[0127]
In step S62, the control unit controls the two
[0128]
In the next step S63, the control unit detects the voltage of the
[0129]
In step S64, the control unit determines whether or not torque is generated in the
[0130]
In step S65, since the torque is generated in the
[0131]
In the next step S66, the control unit detects the voltage of the
[0132]
In the next step S67, the control unit detects the voltage of the
[0133]
In the next step S68, the control unit detects the fuel cell current output from the
[0134]
This step S68 is a process for making a determination for terminating the discharge operation of the
[0135]
In step S69, the control unit turns off the
[0136]
In step S70, the control unit ends the stop operation sequence of the fuel cell system.
[0137]
The fuel cell
[0138]
The control unit can arbitrarily change the current consumption ratio between the
[0139]
Further, the control unit may determine the motor that gives torque and the motor that does not give torque by the system. For example, torque is not generated in the
[0140]
Furthermore, according to the fuel
[0141]
[No.3Configuration of Fuel Cell
Fig. 12, No.3The structure of the fuel
[0142]
The fuel cell power generator 50One embodimentIn this configuration, a DC /
[0143]
The DC /
[0144]
The cooling
[0145]
Further, the fuel cell
[0146]
The first3In the fuel cell
[0147]
"No.3Operation of Fuel Cell
Next, the operation of the fuel
[0148]
In step S71, the control unit inputs a stop operation command for the fuel cell system, determines whether the stop operation sequence is performed, and if it is determined that the stop operation sequence is being executed, the process proceeds to step S72. If it is determined that the stop operation sequence has not been executed, the process of step S71 is repeatedly executed.
[0149]
In step S <b> 72, the control unit controls the two
[0150]
Thereby, in the fuel cell
[0151]
In the next step S73, the control unit detects the voltage of the
[0152]
In step S73, the control unit performs duty control on the
[0153]
In the next step S74, the control unit detects the fuel cell current output from the
[0154]
This step S74 is a process for making a determination for terminating the discharge operation of the
[0155]
In step S75, the control unit turns off the
[0156]
In step S76, the control unit ends the stop operation sequence of the fuel cell system.
[0157]
In the fuel cell
[0158]
Further, according to the fuel cell
[0159]
[No.4Configuration of Fuel Cell Power Generation Device 60 According to Embodiment]
In FIG.4A configuration of a fuel cell power generator 60 to which the present invention is applied will be described as an embodiment. Note that the above-mentionedReference examples andThe same parts as those in the embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0160]
The fuel cell power generator 603In place of the
[0161]
Further, the fuel cell power generation device 60 is provided with a control unit that controls the fuel cell power generation device 60. When the fuel cell power generation device 60 is mounted on a fuel cell vehicle system or the like, for example, Centrally control the fuel cell vehicle system.
[0162]
The first3In the fuel cell
[0163]
"No.4Operation of Fuel Cell Power Generation Device 60 According to Embodiment]
Next, the operation of the fuel cell power generator 60 will be described using the flowchart shown in FIG.
[0164]
In step S81, the control unit inputs a stop operation command for the fuel cell system, determines whether or not the stop operation sequence is being performed, and if it is determined that the stop operation sequence is being executed, the process proceeds to step S82. If it is determined that the stop operation sequence has not been executed, the process of step S81 is repeatedly executed.
[0165]
In step S82, the control unit detects the storage rate (SOC) of the
[0166]
In step S83, the control unit controls the two
[0167]
In the next step S84, the control unit detects the amount of power stored in the
[0168]
In step S85, the control unit detects the voltage of the
[0169]
In step S86, the control unit detects the fuel cell current output from the
[0170]
In step S87, the control unit controls the two
[0171]
As a result, the fuel cell power generator 60 does not charge the
[0172]
In the next step S88, the control unit detects the voltage of the
[0173]
In the next step S89, the control unit detects the fuel cell current output from the
[0174]
This step S89 is a process for making a determination for terminating the discharge operation of the
[0175]
In step S90, the control unit turns off the
[0176]
In step S91, the control unit ends the stop operation sequence of the fuel cell system.
[0177]
In the fuel cell power generation device 60 that operates according to such a system stop process, a secondary battery is added to the fuel cell
[0178]
The current consumption ratio between the
[0179]
[Another embodiment to which the present invention is applied]
As described above, the first embodiment to the first embodiment to which the present invention is applied.4In the embodiment, the discharge treatment for removing residual hydrogen has been described.The first embodiment to the fourth embodiment to which the present invention is appliedThe present invention may be applied when removing hydrogen generated by the fuel reformer after the operation of the system equipped with any one of the fuel cell power generators is stopped.
[0180]
For example, as shown in FIG. 16, a fuel reformer equipped with a reforming
[0181]
From fuel tank 74Reforming reactorThe fuel supplied to 71 is reformed to hydrogen by the reforming
[0182]
Such a fuel reformerIn placeDuring the system shutdown process sequenceapparatusIn order to process the fuel remaining in the interior or piping, the reforming
[0183]
Fuel reformer during system shutdown process sequenceIn placeThe generated hydrogen is supplied to the
[0184]
17 and 18, in the case where hydrogen is directly supplied from the
[0185]
The above-described embodiment is an example of the present invention. For this reason, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made depending on the design and the like as long as the technical idea according to the present invention is not deviated from this embodiment. Of course, it is possible to change.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the first of the present invention.Reference exampleIt is a block diagram for demonstrating the principal part structure of the fuel cell power generator shown as.
FIG. 2 is a flowchart for explaining a discharge treatment operation of hydrogen remaining in the fuel cell of the fuel cell power generator.
FIG. 3 shows the first aspect of the present invention.1It is a block diagram for demonstrating the principal part structure of the fuel cell power generator shown as this embodiment.
FIG. 4 is a flowchart for explaining a first discharge processing operation of hydrogen remaining in the fuel cell of the fuel cell power generator.
FIG. 5 is a flowchart for explaining a second discharge processing operation of hydrogen remaining in the fuel cell of the fuel cell power generator.
FIG. 6 is a flowchart for explaining a third discharge processing operation of hydrogen remaining in the fuel cell of the fuel cell power generator.
FIG. 7 shows the first of the present invention.2 Reference examplesIt is a block diagram for demonstrating the principal part structure of the fuel cell power generator shown as.
FIG. 8 is a flowchart for explaining a first discharge processing operation of hydrogen remaining in the fuel cell of the fuel cell power generator.
FIG. 9 is a flowchart for explaining a second discharge treatment operation of hydrogen remaining in the fuel cell of the fuel cell power generator.
FIG. 10 shows the first of the present invention.2It is a block diagram for demonstrating the principal part structure of the fuel cell power generator shown as this embodiment.
FIG. 11 is a flowchart for explaining a discharge treatment operation of hydrogen remaining in the fuel cell of the fuel cell power generator.
FIG. 12 shows the first of the present invention.3It is a block diagram for demonstrating the principal part structure of the fuel cell power generator shown as this embodiment.
FIG. 13 is a flowchart for explaining a discharge treatment operation of hydrogen remaining in the fuel cell of the fuel cell power generator.
FIG. 14 shows the first of the present invention.4It is a block diagram for demonstrating the principal part structure of the fuel cell power generator shown as this embodiment.
FIG. 15 is a flowchart for explaining a discharge treatment operation of hydrogen remaining in the fuel cell of the fuel cell power generator.
FIG. 16 is a block diagram for explaining a main configuration of the fuel reformer.
FIG. 17 is a first block diagram for explaining how hydrogen is directly supplied to a fuel cell in the fuel cell power generator shown as an embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a second block diagram for explaining how hydrogen is directly supplied to the fuel cell in the fuel cell power generator shown as an embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a block diagram for explaining a main configuration of a fuel cell power generator shown as a conventional technique.
[Explanation of symbols]
1, 20, 30, 40, 50, 60 Fuel cell power generator
10 Fuel cell
11 Relay box
12 Chopper
13 Second relay
14 Discharge resistance
15 1st relay
16 IGBT
17 Voltage sensor
18 Current sensor
21 Inverter
22 IGBT
23 IGBT
24 Power motor
32 IGBT
31 Chopper
34 coils
41 Inverter
42 IGBT
43 IGBT
44 Auxiliary motor
51 DC / DC converter
52
61 Chopper
62 Relay box
63 Relay
64 Secondary battery
Claims (8)
電解質膜を挟んで燃料極と、酸化剤極とを対設した燃料電池構造体をセパレータで狭持した複数の燃料電池構造体からなり、燃料ガスに含まれる水素と空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電をする燃料電池と、
上記燃料電池の出力側に設けられ、上記燃料電池で発電した電力を直流電流に変換して出力するチョッパと、
上記チョッパの出力側に設けられ、上記チョッパから出力された直流電流を交流電流に変換して出力するインバータと、
上記インバータの出力側に設けられ、上記インバータから出力された交流電流を放電するモータと、
上記燃料電池の出力電流値を検出する電流センサと、
上記燃料電池の出力電圧値を検出する電圧センサと、
上記燃料電池の発電を停止させる場合に、上記燃料電池に残留した酸化剤ガス及び燃料ガスで発電させ、上記電流センサによって検出された燃料電池の出力電流が所定の値以下になるまで、上記電圧センサで検出される出力電圧が一定となるような交流電流とするように上記インバータを制御して上記モータに交流電流を供給する制御手段とを備え、
上記モータは、上記車両が走行する動力を発生させる動力モータを有するモータ回路からなり、上記制御手段は、上記燃料電池に残留した酸化剤ガス及び燃料ガスで発電させ、上記電圧センサで検出される燃料電池の出力電圧値を検出し、上記燃料電池の出力電圧値が一定の電圧値となるように上記インバータから出力される交流電流を変化させて、当該交流電流を上記動力モータによって消費させ、上記動力モータにトルク発生しているか否かを判定し、トルクが発生している場合には、上記動力モータにトルクを発生させない交流電流にして、当該交流電流を上記動力モータによって消費させることを特徴とする燃料電池発電装置。A fuel cell power generator mounted on a vehicle,
It consists of a plurality of fuel cell structures in which a fuel cell structure with a fuel electrode and an oxidizer electrode sandwiched between electrolyte membranes is sandwiched by separators, and electrically connects hydrogen contained in fuel gas and oxygen in the air. A fuel cell that generates electricity through chemical reaction;
A chopper provided on the output side of the fuel cell, which converts the electric power generated by the fuel cell into a direct current and outputs it;
An inverter that is provided on the output side of the chopper, converts the direct current output from the chopper into an alternating current, and outputs the alternating current;
A motor that is provided on the output side of the inverter and discharges the alternating current output from the inverter;
A current sensor for detecting an output current value of the fuel cell;
A voltage sensor for detecting the output voltage value of the fuel cell;
When the power generation of the fuel cell is stopped, the voltage is generated until the output current of the fuel cell detected by the current sensor is not more than a predetermined value by generating power with the oxidant gas and the fuel gas remaining in the fuel cell. Control means for controlling the inverter to supply an alternating current to the motor so that the output current detected by the sensor is constant, and supplying the alternating current to the motor;
The motor includes a motor circuit having a power motor that generates power for the vehicle to travel, and the control means generates power with the oxidant gas and fuel gas remaining in the fuel cell and is detected by the voltage sensor. Detecting the output voltage value of the fuel cell, changing the alternating current output from the inverter so that the output voltage value of the fuel cell becomes a constant voltage value, causing the alternating current to be consumed by the power motor ; determining whether the upper SL has a torque generated in the power motor, if the torque is generated, and the alternating current not generating a torque to the power motor, causing the alternating current consumed by the power motor A fuel cell power generator.
上記インバータは、上記動力モータに供給する交流電流に変換する動力モータ用半導体スイッチング素子と、上記補機モータに供給する交流電流に変換する補機モータ用半導体スイッチング素子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。An auxiliary motor for driving an auxiliary machine used to drive the power motor;
The inverter comprises a power motor semiconductor switching element that converts AC current supplied to the power motor and an auxiliary motor semiconductor switching element that converts AC current supplied to the auxiliary motor. The fuel cell power generator according to claim 1.
上記チョッパの出力側に設けられ、上記チョッパから出力された直流電圧の大きさを変換して、上記補機に供給するDC/DCコンバータを更に備えることを特徴とする請求項1記載の燃料電池発電装置。 An auxiliary machine ,
2. The fuel cell according to claim 1, further comprising a DC / DC converter provided on the output side of the chopper , which converts a DC voltage output from the chopper and supplies the converted voltage to the auxiliary machine. Power generation device.
上記所定の燃料の残留分から上記改質反応部によって取り出した燃料ガスを上記燃料電池に供給し、発電させて放電させることを特徴とする請求項1〜請求項5の何れか一項記載の燃料電池発電装置。A reforming reaction section for reforming a predetermined fuel and taking out hydrogen supplied to the fuel cell;
The fuel according to any one of claims 1 to 5, wherein a fuel gas taken out by the reforming reaction section from the residue of the predetermined fuel is supplied to the fuel cell, and is generated and discharged. Battery power generator.
上記チョッパの出力側に設けられ、上記チョッパから出力された直流電流を上記二次電池に供給するリレーボックスとを更に備えることを特徴とする請求項1〜請求項5の何れか一項記載の燃料電池発電装置。A secondary battery for accumulating electric power generated by the fuel cell;
Provided on the output side of the chopper, the direct current output from the chopper according to one of claims 1 to 5, characterized by further comprising a relay box supplied to the secondary battery Fuel cell power generator.
上記制御手段は、上記センサで検出された蓄積率に基づいて満充電状態でなければ上記二次電池を充電させるように上記リレーボックスを制御し、上記センサで検出された蓄積率に基づいて満充電状態であれば上記二次電池への電力蓄積を停止するように上記リレーボックスを制御することを特徴とする請求項7記載の燃料電池発電装置。A sensor for detecting a storage rate of the secondary battery ;
The control means controls the relay box so that the secondary battery is charged based on the accumulation rate detected by the sensor, and charges the secondary battery based on the accumulation rate detected by the sensor. 8. The fuel cell power generator according to claim 7, wherein the relay box is controlled so as to stop the accumulation of power in the secondary battery in a charged state .
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