JP5314364B2 - Fuel cell power generation system and fuel cell output control method - Google Patents

Fuel cell power generation system and fuel cell output control method Download PDF

Info

Publication number
JP5314364B2
JP5314364B2 JP2008227371A JP2008227371A JP5314364B2 JP 5314364 B2 JP5314364 B2 JP 5314364B2 JP 2008227371 A JP2008227371 A JP 2008227371A JP 2008227371 A JP2008227371 A JP 2008227371A JP 5314364 B2 JP5314364 B2 JP 5314364B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
output voltage
current
change rate
voltage
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.)
Active
Application number
JP2008227371A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010062032A (en
Inventor
将雄 湯本
徳久 眞竹
浩二 池田
義則 谷尾
則雄 込山
剛 芳賀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Electric Power Development Co Ltd
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Electric Power Development Co Ltd
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Electric Power Development Co Ltd, Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Electric Power Development Co Ltd
Priority to JP2008227371A priority Critical patent/JP5314364B2/en
Publication of JP2010062032A publication Critical patent/JP2010062032A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5314364B2 publication Critical patent/JP5314364B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To carry out automatic voltage and current control at startup of a fuel cell. <P>SOLUTION: A fuel cell power generation system includes the fuel cell 1, a voltage detector 31 detecting output voltage of the fuel cell 1, and a control device 35 obtaining a current change rate corresponding to an output voltage detected by the voltage detector 31 from related information correlating an output voltage and the current change rate of the fuel cell 1 and setting a current command value based on the current change rate obtained. The system controls an output of the fuel cell 1 based on the current command value. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、燃料電池によって発電を行う燃料電池発電システムおよび燃料電池の出力制御方法に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell power generation system that generates power using a fuel cell, and a fuel cell output control method.

従来、固体酸化物型燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:以下「SOFC」という。)を利用した発電システムが提案されている。例えば、特許文献1には、SOFCによって発電するSOFC発電機と、ガスタービンによって発電するガスタービン発電機とを組み合わせたハイブリッド発電システムにおいて、SOFC発電機等に対する温度制約を維持しながらSOFC発電機への負荷要件を満たすようにSOFCを制御する制御方法が開示されている。より具体的には、ハイブリッド発電システムに要求される総合要求出力を、SOFCの温度制約を満たすように、SOFC発電機およびガスタービン発電機にうまく割り当て、それぞれに割り当てられた要求出力を満足するように各発電機を制御することが開示されている。SOFC発電機の出力は、需要電流だけでなく、燃料利用度、温度、および圧力をキーパラメータとして決定される。
特開2006−294621号公報
Conventionally, a power generation system using a solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as “SOFC”) has been proposed. For example, in Patent Document 1, in a hybrid power generation system that combines a SOFC generator that generates power using a SOFC and a gas turbine generator that generates power using a gas turbine, the SOFC generator is changed to a SOFC generator while maintaining temperature constraints on the SOFC generator and the like. A control method for controlling the SOFC so as to satisfy the load requirements is disclosed. More specifically, the total required output required for the hybrid power generation system is assigned to the SOFC generator and the gas turbine generator so as to satisfy the temperature constraints of the SOFC, and the required output assigned to each is satisfied. Discloses that each generator is controlled. The output of the SOFC generator is determined by using not only demand current but also fuel utilization, temperature, and pressure as key parameters.
JP 2006-294621 A

ところで、上述したSOFCの運転においては、温度に応じて電圧制限値、電流制限値が設定されている。このため、温度が徐々に上昇するSOFCの起動時においては、常に、温度を監視し、その温度に対応する電圧制限値および電流制限値を超えないように、両者をうまく制御しながら定格運転に至らしめなければならない。
従来、この作業は、熟練した作業員が温度、電圧、電流を監視しながら、それぞれの制限範囲を超えないように、電圧、電流を手動で制御していた。
By the way, in the above-described operation of the SOFC, a voltage limit value and a current limit value are set according to the temperature. For this reason, at the time of SOFC start-up where the temperature gradually increases, the temperature is always monitored, and the voltage limit value and the current limit value corresponding to the temperature are not controlled, and both are controlled well while being rated. I have to make it happen.
Conventionally, in this work, a skilled worker manually controls the voltage and current so as not to exceed the respective limit ranges while monitoring the temperature, voltage and current.

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、燃料電池の起動時における電圧電流制御を自動で行うことの可能な燃料電池発電システムおよび燃料電池の出力制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a fuel cell power generation system and a fuel cell output control method capable of automatically performing voltage / current control at the time of startup of the fuel cell. And

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、燃料電池と、前記燃料電池の出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記燃料電池の温度特性に基づいて設定され、前記燃料電池の出力電圧と電流変化率とを関連付けたテーブルまたは演算式と前記電圧検出手段により検出された出力電圧に対応する電流変化率を前記テーブルまたは前記演算式から取得し、該電流変化率に基づいて電流指令値を設定して、前記燃料電池の出力制御処理を実施する制御手段とを備え、前記テーブルまたは前記演算式は、前記燃料電池の出力電圧が所定の閾値以下となった場合に、前記電流変化率が減少するように設定されている燃料電池発電システムを提供する。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
The present invention relates to a fuel cell, a voltage detection means for detecting the output voltage of the fuel cell, a table that is set based on the temperature characteristics of the fuel cell, and associates the output voltage of the fuel cell and the current change rate, or a calculation equation, the current change rate corresponding to the detected output voltage by the voltage detecting means obtained from the table or the mathematical expression, to set the current command value based on the current change rate, the fuel cell Control means for performing the output control process , wherein the table or the arithmetic expression is set so that the rate of change of the current decreases when the output voltage of the fuel cell falls below a predetermined threshold value. A fuel cell power generation system is provided.

このような構成によれば、燃料電池の出力電圧と電流変化率とを関連付けたテーブルまたは演算式に基づいて、出力電圧に適した電流変化率が取得され、この電流変化率に基づいて電流指令値が設定される。これにより、この電流指令値に基づいて燃料電池の出力を制御することで、最適な出力制御を行うことが可能となる。
また、上記関連情報は、燃料電池の出力電圧が所定の閾値以下となった場合に、前記電流変化率を減少させるように設定されている。これにより、燃料電池の出力電流の変化率が徐々に減少し、この電流変化率の減少を受けて出力電圧が徐々に上昇し、電圧閾値以上に回復する。このように電圧に応じて電流指令値の変化率を変化させることにより、出力電圧および出力電流を適切な電流電圧範囲内において自動で制御することができ、作業者等の負担を軽減することが可能となる。
According to such a configuration, a current change rate suitable for the output voltage is acquired based on a table or an arithmetic expression in which the output voltage of the fuel cell is associated with the current change rate, and a current command is obtained based on the current change rate. Value is set. Thereby, it becomes possible to perform optimal output control by controlling the output of the fuel cell based on the current command value.
The related information is set so as to decrease the current change rate when the output voltage of the fuel cell becomes equal to or lower than a predetermined threshold value. As a result, the change rate of the output current of the fuel cell gradually decreases, and the output voltage gradually increases in response to the decrease in the current change rate, and recovers to a voltage threshold value or more. By changing the rate of change of the current command value in accordance with the voltage in this way, the output voltage and output current can be automatically controlled within an appropriate current voltage range, and the burden on workers and the like can be reduced. It becomes possible.

上記燃料電池発電システムにおいて、前記テーブルまたは前記演算式は、前記燃料電池の出力電圧が所定の閾値以下である領域において、前記出力電圧が低いほど電流変化率が低下するように設定されていることとしてもよい。  In the fuel cell power generation system, the table or the arithmetic expression is set so that the current change rate decreases as the output voltage decreases in a region where the output voltage of the fuel cell is equal to or less than a predetermined threshold. It is good.

本発明は、燃料電池の出力電圧を検出する過程と、前記燃料電池の出力電圧と電流変化率とが予め関連付けられたテーブルまたは演算式から、該燃料電池の出力電圧に対応する電流変化率を取得し、取得した該電流変化率に基づいて電流指令値を設定する過程と、該電流指令値に基づいて前記燃料電池の出力を制御する過程とを有し、前記テーブルまたは前記演算式は、前記燃料電池の温度特性に基づいて設定されるとともに、前記燃料電池の出力電圧が所定の閾値以下となった場合に、前記電流変化率を減少させるように設定されている燃料電池の出力制御方法を提供する。 According to the present invention, the current change rate corresponding to the output voltage of the fuel cell is calculated from a process in which the output voltage of the fuel cell is detected and a table or an arithmetic expression in which the output voltage of the fuel cell and the current change rate are associated in advance. Gets includes a process of setting the current command value based on the obtained said current change rate, and a step of controlling the output of the fuel cell based on the current command value, the table or the arithmetic expression, A fuel cell output control method that is set based on the temperature characteristics of the fuel cell and that is configured to decrease the current change rate when the output voltage of the fuel cell becomes a predetermined threshold value or less. I will provide a.

本発明によれば、燃料電池の起動時における電圧電流制御を自動で行うことができ、作業者の負担を軽減することができるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to automatically perform voltage / current control at the time of startup of the fuel cell, and it is possible to reduce the burden on the operator.

以下に、本発明に係る燃料電池発電システムおよびその運転制御方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る燃料電池発電システムの概略構成を示す図である。図1に示すように、燃料電池発電システムは、燃料電池1、改質器2、空気予熱器3、燃焼器4、再循環ブロワ5、および予熱ヒータ6を備えて構成されている。
Hereinafter, an embodiment of a fuel cell power generation system and an operation control method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel cell power generation system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the fuel cell power generation system includes a fuel cell 1, a reformer 2, an air preheater 3, a combustor 4, a recirculation blower 5, and a preheater heater 6.

上記燃料電池1は、例えば、SOFCである。燃料電池1には、改質器2から出力された燃料ガスが流入する燃料流入部21と、燃料電池1内を流通した燃料ガスが排出される燃料排出部22、空気予熱器3からの空気が流入する空気流入部23、および燃料電池1内を流通した空気が排出される空気排出部24とが設けられている。   The fuel cell 1 is, for example, a SOFC. The fuel cell 1 includes a fuel inflow portion 21 into which the fuel gas output from the reformer 2 flows, a fuel discharge portion 22 through which the fuel gas flowing through the fuel cell 1 is discharged, and air from the air preheater 3. The air inflow part 23 into which the air flows in and the air exhaust part 24 through which the air flowing through the fuel cell 1 is exhausted are provided.

改質器2は、燃料電池1の空気排出部24から排出された高温の空気が内部を流通するように構成されており、この高温の空気によって、外部から供給される燃料ガス(例えば、都市ガスや天然ガスなど)を加熱して燃料電池1に供給する。また、改質器2は、燃料ガスを改質する機能も有している。
空気予熱器3は、改質器2を流通した高温の空気が供給されるように構成されている。空気予熱器3は、改質器2から供給される高温の空気によって、外部から供給される空気(酸化剤ガス)を予熱し、燃料電池1に供給するとともに、予熱に用いた高温の空気を燃焼器4に供給する。
燃焼器4は、燃料排出部22から排出された燃料排ガスが供給されるとともに、空気予熱器3から予熱利用済みの空気が供給されるようになっている。燃焼器4は、燃料電池1の燃料排出部22から排出された燃料排ガス中に含まれる未燃の燃料ガスと空気予熱器3から供給された高温の空気とを混合し、燃焼させる。
The reformer 2 is configured such that high-temperature air discharged from the air discharge unit 24 of the fuel cell 1 circulates inside, and fuel gas (for example, city) supplied from the outside by this high-temperature air. Gas or natural gas) is heated and supplied to the fuel cell 1. The reformer 2 also has a function of reforming the fuel gas.
The air preheater 3 is configured to be supplied with high-temperature air that has passed through the reformer 2. The air preheater 3 preheats the air (oxidant gas) supplied from the outside with the high temperature air supplied from the reformer 2, supplies the fuel cell 1 with the high temperature air used for the preheating. Supply to the combustor 4.
The combustor 4 is supplied with the fuel exhaust gas discharged from the fuel discharge portion 22 and supplied with preheated air from the air preheater 3. The combustor 4 mixes and burns unburned fuel gas contained in the fuel exhaust gas discharged from the fuel discharge unit 22 of the fuel cell 1 and high-temperature air supplied from the air preheater 3.

再循環ブロワ5は、燃料電池1の燃料排出部22から排出された燃料排ガスの一部を分岐して、改質器2に再度流通させ、燃料排ガス中に含まれる未燃の燃料ガスを再利用する。
予熱ヒータ6は、燃料電池1内に設置され、電力の供給を受けて熱を発生させるヒータであり、燃料電池1の起動時において、空気と昇温用燃料ガスとが燃料電池1内の燃焼触媒において反応を起こす所定の温度に達するまで、燃料電池1内の燃料電池セルを加熱するものである。
なお、本実施形態では、予熱ヒータ6を燃料電池1内に設置し、電力によって熱を発生する構成としたが、燃料電池1に供給される空気を燃料電池1の外部で種々の方法により加熱する構成としてもよく、また、燃料電池1内の燃料電池セルを加熱できるならば、どのような手段を用いてもよい。また、本実施形態では改質器2を燃料電池1の外部に設置する構成としたが、燃料電池1の内部に改質器2を設置してもよい。
The recirculation blower 5 branches a part of the fuel exhaust gas discharged from the fuel discharge part 22 of the fuel cell 1 and distributes it again to the reformer 2 to recycle unburned fuel gas contained in the fuel exhaust gas. Use.
The preheating heater 6 is a heater that is installed in the fuel cell 1 and generates heat upon receipt of electric power. When the fuel cell 1 is started, air and a fuel gas for temperature increase burn in the fuel cell 1. The fuel cells in the fuel cell 1 are heated until a predetermined temperature at which a reaction occurs in the catalyst is reached.
In the present embodiment, the preheating heater 6 is installed in the fuel cell 1 to generate heat by electric power. However, the air supplied to the fuel cell 1 is heated outside the fuel cell 1 by various methods. Any means may be used as long as the fuel cell in the fuel cell 1 can be heated. In the present embodiment, the reformer 2 is installed outside the fuel cell 1. However, the reformer 2 may be installed inside the fuel cell 1.

次に、上記構成を備える燃料電池発電システムの基本的な動作について説明する。
まず、燃料電池1の起動時においては、燃料電池1内において、予熱ヒータ6により燃料電池1内の燃料電池セルを加熱する。そして、燃料電池セルが自己発電可能な温度(例えば600℃)まで加熱されると、燃料ガスが改質器2を介して燃料電池1の燃料供給部21へ供給され、燃料電池1内において燃料電池セルによる発電が開始される。燃料電池セルは、発電するとともに発熱(自己発電発熱)することによって、加熱される。また、自己発電発熱が開始されると、予熱ヒータ6は停止される。
Next, a basic operation of the fuel cell power generation system having the above configuration will be described.
First, when the fuel cell 1 is started, the fuel cell in the fuel cell 1 is heated by the preheating heater 6 in the fuel cell 1. Then, when the fuel cell is heated to a temperature at which self-power generation is possible (for example, 600 ° C.), the fuel gas is supplied to the fuel supply unit 21 of the fuel cell 1 via the reformer 2, and the fuel cell 1 Power generation by the battery cell is started. The fuel cell is heated by generating power and generating heat (self-generated heat). Further, when the self-generated heat generation is started, the preheating heater 6 is stopped.

燃料電池セルによる発電の開始後において、改質器2に外部から供給される燃料ガスは、燃料電池1の空気排出部24から排出された高温空気の熱により、水素および一酸化炭素に改質された後、燃料電池1の燃料供給部21を介して燃料電池1内部に流入する。
更に、改質器2において燃料ガスの予熱に利用された高温空気は、空気予熱器3に送られ、空気予熱器3において、この高温空気を用いた空気(酸化剤ガス)の加熱が行われる。加熱された空気(酸化剤ガス)は、空気予熱器3から燃料電池1の空気流入部23を経由して燃料電池1内部に流入する。
燃料電池1内に流入した燃料ガスおよび加熱空気は、燃料電池セルに供給され、燃料電池セルにおける発電に用いられる。
After the start of power generation by the fuel cell, the fuel gas supplied to the reformer 2 from the outside is reformed to hydrogen and carbon monoxide by the heat of the high-temperature air discharged from the air discharge unit 24 of the fuel cell 1. Then, the fuel flows into the fuel cell 1 through the fuel supply unit 21 of the fuel cell 1.
Further, the high-temperature air used for preheating the fuel gas in the reformer 2 is sent to the air preheater 3, and the air (oxidant gas) is heated using the high-temperature air in the air preheater 3. . The heated air (oxidant gas) flows from the air preheater 3 into the fuel cell 1 through the air inflow portion 23 of the fuel cell 1.
The fuel gas and heated air that have flowed into the fuel cell 1 are supplied to the fuel cell and used for power generation in the fuel cell.

発電に用いられた後の燃料排ガスは、燃料電池1の燃料排出部22を経由して燃料電池1から排出される。排出された燃料排ガスの一部は再循環ブロワ5を介して、改質器2に再度導入されて未燃の燃料ガスが再利用され、また、残りは燃焼器4に導かれ、この燃焼器4において、空気予熱器3から供給される高温空気と混合されて未燃分が燃焼される。   The fuel exhaust gas after being used for power generation is discharged from the fuel cell 1 via the fuel discharge portion 22 of the fuel cell 1. A part of the discharged fuel exhaust gas is reintroduced into the reformer 2 through the recirculation blower 5 and the unburned fuel gas is reused, and the rest is led to the combustor 4. 4, the unburned portion is combusted by mixing with high-temperature air supplied from the air preheater 3.

一方、上述したように、燃料電池1の起動時において発電された電力は、図2に示すように、電力線を介して接続される系統30に供給される。なお、ここでは、電力供給先として系統30が示されているが、系統に代えて負荷が接続されていてもよい。燃料電池1と系統30との間には、燃料電池1により発生した直流電力を3相交流電力に変換して出力する電力変換装置36が設けられている。
系統30に供給される電力、具体的には、燃料電池1から出力される電圧および電流は、それぞれ電圧検出器31、電流検出器32によって検出され、制御装置(制御手段)35に入力される。
On the other hand, as described above, the electric power generated when the fuel cell 1 is started is supplied to the system 30 connected via the power line as shown in FIG. Here, the system 30 is shown as the power supply destination, but a load may be connected instead of the system. Between the fuel cell 1 and the system 30, there is provided a power conversion device 36 that converts DC power generated by the fuel cell 1 into three-phase AC power and outputs it.
The power supplied to the system 30, specifically, the voltage and current output from the fuel cell 1 are detected by the voltage detector 31 and the current detector 32, respectively, and input to the control device (control means) 35. .

制御装置35は、電圧検出器31によって検出された出力電圧及び電流検出器32によって検出された出力電流に基づいて電流指令を電力変換装置36に出力することにより、燃料電池1の出力電圧及び出力電流を制御する。
以下、制御装置35によって実現される燃料電池1の起動時における出力制御処理について図3を参照して説明する。
The control device 35 outputs a current command to the power conversion device 36 based on the output voltage detected by the voltage detector 31 and the output current detected by the current detector 32, whereby the output voltage and output of the fuel cell 1 are output. Control the current.
Hereinafter, the output control process at the time of starting of the fuel cell 1 realized by the control device 35 will be described with reference to FIG.

まず、燃料電池1の起動時において、ユーザによって目標負荷が入力されると、この目標負荷を保持する(ステップSA1)。続いて、電圧検出器31及び電流検出器32から入力された各検出値から実負荷を算出し(ステップSA2)、この実負荷が目標負荷に達したか否かを判定する(ステップSA3)。この結果、実負荷が目標負荷に達していなかった場合には(ステップSA3において「NO」)、1周期あたりにおける電流指令を設定する(ステップSA4)。電流指令の設定は以下の方法により行われる。   First, when the target load is input by the user when the fuel cell 1 is started, the target load is held (step SA1). Subsequently, the actual load is calculated from the detected values input from the voltage detector 31 and the current detector 32 (step SA2), and it is determined whether or not the actual load has reached the target load (step SA3). As a result, when the actual load has not reached the target load (“NO” in step SA3), a current command per cycle is set (step SA4). The current command is set by the following method.

制御装置35は、図4に示すように、電圧と電流変化率とが対応付けられているテーブルを有している。このテーブルは、燃料電池1の温度特性を加味して作成されたものであり、電圧がある閾値Vth以下となった場合に、電流変化率を小さくするように設定されている。このように、電圧が小さくなった場合には、電流変化率を小さくすることにより、電流の増加を抑制し、これにより燃料電池1の温度を回復させることができる。
なお、電圧と電流変化率とを対応付ける情報は、上記テーブルに限定されることなく、例えば、電圧、電流変化率をパラメータとする演算式等として記憶されていてもよい。
As shown in FIG. 4, the control device 35 has a table in which the voltage and the current change rate are associated with each other. This table is created in consideration of the temperature characteristics of the fuel cell 1, and is set so as to reduce the current change rate when the voltage falls below a certain threshold value Vth. As described above, when the voltage decreases, the current change rate is decreased to suppress an increase in current, thereby recovering the temperature of the fuel cell 1.
Note that the information associating the voltage with the current change rate is not limited to the above table, and may be stored as an arithmetic expression using the voltage and the current change rate as parameters, for example.

制御装置35は、電圧検出器31から入力された電圧検出値に対応する電流変化率をテーブルから求め、この電流変化率に基づいて電流指令値を設定し、設定した電流指令値を電力変換装置36に出力する(ステップSA5)。
これにより、電力変換装置36を電流指令値に基づいて駆動することで、燃料電池1の出力電流及び出力電圧が制御され、実負荷が目標負荷に向けて上昇することとなる。
制御装置35は、上記ステップSA2からSA5の処理を繰り返し行い、ステップSA3において、実負荷が目標負荷に達したと判断すると(ステップSA3において「YES」)、上記起動時における出力制御処理を終了する。
The control device 35 obtains a current change rate corresponding to the voltage detection value input from the voltage detector 31 from the table, sets a current command value based on the current change rate, and sets the set current command value to the power conversion device. 36 (step SA5).
Thus, by driving the power conversion device 36 based on the current command value, the output current and the output voltage of the fuel cell 1 are controlled, and the actual load increases toward the target load.
When the control device 35 repeatedly performs the processing of steps SA2 to SA5 and determines in step SA3 that the actual load has reached the target load (“YES” in step SA3), the output control processing at the time of startup ends. .

上述のように、電圧が所定の閾値Vth以下となった場合には、電圧に応じて電流変化率を減少させる制御を行うことにより、燃料電池1の出力電流の増加を抑制させて、出力電圧を徐々に回復させることが可能となる。そして、電圧が閾値Vth以上まで回復すると、制御装置35は、電流指令値の変化率を通常値とする。これにより、例えば、燃料電池1が約900から1000℃の状態(=定格運転状態)となって起動が完了するまで、自動で出力電圧を一定値以上に保ちながら適切な変化率で電流を制御することが可能となる。   As described above, when the voltage becomes equal to or lower than the predetermined threshold value Vth, by controlling the current change rate according to the voltage, the increase in the output current of the fuel cell 1 is suppressed, and the output voltage Can be gradually recovered. When the voltage recovers to the threshold value Vth or higher, the control device 35 sets the change rate of the current command value to the normal value. Thus, for example, the current is controlled at an appropriate rate of change while automatically maintaining the output voltage at a certain value or higher until the fuel cell 1 is in a state of about 900 to 1000 ° C. (= rated operation state) and the start-up is completed. It becomes possible to do.

図5に上記制御を行った場合の電流密度と電圧との関係の一例を示す。このように、本実施形態における燃料電池の運転制御方法では、出力電圧が所定の閾値Vthよりも大幅に低下することを回避することが可能となる。   FIG. 5 shows an example of the relationship between current density and voltage when the above control is performed. As described above, in the fuel cell operation control method according to the present embodiment, it is possible to avoid the output voltage from significantly lowering than the predetermined threshold value Vth.

以上、説明してきたように、本実施形態に係る燃料電池発電システムおよびその運転制御方法によれば、燃料電池1の出力電圧をモニタし、この出力電圧の値に応じて出力電流を制御するので、出力電圧および出力電流を適切な電流電圧範囲内において自動で制御することが可能となる。これにより、温度上昇や電圧低下等によって燃料電池内の素子が破壊されることを未然に防ぐことができるとともに、作業者等の負担を軽減することができる。また、負荷上昇時における燃料電池の電力制御を円滑に行うことが可能となり、起動に要する時間を短縮することが可能となる。   As described above, according to the fuel cell power generation system and the operation control method thereof according to the present embodiment, the output voltage of the fuel cell 1 is monitored, and the output current is controlled according to the value of the output voltage. The output voltage and output current can be automatically controlled within an appropriate current voltage range. As a result, it is possible to prevent the elements in the fuel cell from being destroyed due to a temperature rise, a voltage drop, or the like, and to reduce the burden on the operator. In addition, it is possible to smoothly control the power of the fuel cell when the load increases, and it is possible to reduce the time required for startup.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the specific structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.

本発明の一実施形態に係る燃料電池発電システムの概略構成の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of schematic structure of the fuel cell power generation system which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る燃料電池発電システムの電気系統の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the electric system of the fuel cell power generation system which concerns on one Embodiment of this invention. 燃料電池の起動時における出力制御の処理を示したフローチャートである。3 is a flowchart showing a process of output control at the time of starting the fuel cell. 出力電圧と電流変化率との対応関係を示したテーブルの一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the table which showed the correspondence of an output voltage and a current change rate. 本発明の一実施形態に係る燃料電池の出力制御方法を実施した場合に得られる電圧−電流特性の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the voltage-current characteristic acquired when the output control method of the fuel cell which concerns on one Embodiment of this invention is implemented.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池
2 改質器
3 空気予熱器
4 燃焼器
5 再循環ブロワ
6 予熱ヒータ
21 燃料流入部
22 燃料排出部
23 空気流入部
24 空気排出部
30 電気負荷
31 電圧検出器
32 電流検出器
35 制御装置
36 電力変換装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Reformer 3 Air preheater 4 Combustor 5 Recirculation blower 6 Preheating heater 21 Fuel inflow part 22 Fuel discharge part 23 Air inflow part 24 Air discharge part 30 Electric load 31 Voltage detector 32 Current detector 35 Control Device 36 power conversion device

Claims (4)

燃料電池と、
前記燃料電池の出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記燃料電池の温度特性に基づいて設定され、前記燃料電池の出力電圧と電流変化率とを関連付けたテーブルまたは演算式と
前記電圧検出手段により検出された出力電圧に対応する電流変化率を前記テーブルまたは前記演算式から取得し、該電流変化率に基づいて電流指令値を設定して、前記燃料電池の出力制御処理を実施する制御手段と
を備え、
前記テーブルまたは前記演算式は、前記燃料電池の出力電圧が所定の閾値以下となった場合に、前記電流変化率が減少するように設定されている燃料電池発電システム。
A fuel cell;
Voltage detection means for detecting the output voltage of the fuel cell;
A table or an arithmetic expression that is set based on the temperature characteristics of the fuel cell and associates the output voltage and current change rate of the fuel cell;
Gets the current change rate corresponding to the output voltage detected by said voltage detecting means from the table or the mathematical expression, to set the current command value based on the current rate of change, the output control process of the fuel cell And a control means for performing
The fuel cell power generation system is configured such that the current change rate decreases when the output voltage of the fuel cell becomes equal to or less than a predetermined threshold .
前記燃料電池が固体酸化物型燃料電池である請求項1に記載の燃料電池発電システム。 The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the fuel cell is a solid oxide fuel cell. 前記テーブルまたは前記演算式は、前記燃料電池の出力電圧が所定の閾値以下である領域において、前記出力電圧が低いほど電流変化率が低下するように設定されている請求項1または請求項2に記載の燃料電池発電システム。  3. The table or the arithmetic expression is set such that a current change rate decreases as the output voltage decreases in a region where the output voltage of the fuel cell is equal to or less than a predetermined threshold. The fuel cell power generation system described. 燃料電池の出力電圧を検出する過程と
前記燃料電池の出力電圧と電流変化率とが予め関連付けられたテーブルまたは演算式から、該燃料電池の出力電圧に対応する電流変化率を取得し、取得した該電流変化率に基づいて電流指令値を設定する過程と
該電流指令値に基づいて前記燃料電池の出力を制御する過程と
を有し、
前記テーブルまたは前記演算式は、前記燃料電池の温度特性に基づいて設定されるとともに、前記燃料電池の出力電圧が所定の閾値以下となった場合に、前記電流変化率を減少させるように設定されている燃料電池の出力制御方法。
A step of detecting the output voltage of the fuel cell,
The current change rate corresponding to the output voltage of the fuel cell is acquired from a table or an arithmetic expression in which the output voltage of the fuel cell and the current change rate are associated in advance, and a current command value is obtained based on the acquired current change rate. The process of setting
Controlling the output of the fuel cell based on the current command value ;
Have
The table or the arithmetic expression is set based on the temperature characteristic of the fuel cell, and is set so as to decrease the current change rate when the output voltage of the fuel cell becomes a predetermined threshold value or less. output control method of the fuel cell has.
JP2008227371A 2008-09-04 2008-09-04 Fuel cell power generation system and fuel cell output control method Active JP5314364B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008227371A JP5314364B2 (en) 2008-09-04 2008-09-04 Fuel cell power generation system and fuel cell output control method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008227371A JP5314364B2 (en) 2008-09-04 2008-09-04 Fuel cell power generation system and fuel cell output control method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010062032A JP2010062032A (en) 2010-03-18
JP5314364B2 true JP5314364B2 (en) 2013-10-16

Family

ID=42188605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008227371A Active JP5314364B2 (en) 2008-09-04 2008-09-04 Fuel cell power generation system and fuel cell output control method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5314364B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5696875B2 (en) * 2010-09-07 2015-04-08 Toto株式会社 Solid oxide fuel cell
JP5800273B2 (en) * 2010-09-07 2015-10-28 Toto株式会社 Solid oxide fuel cell
CN103828109B (en) 2011-09-29 2017-05-31 Toto株式会社 Solid electrolyte fuel cell
CN103828110B (en) 2011-09-29 2016-10-12 Toto株式会社 Solid electrolyte fuel cell
GB2546729B (en) 2016-01-19 2022-02-16 Intelligent Energy Ltd Fuel cell controller, fuel cell system and method of operation
JP6817729B2 (en) * 2016-06-27 2021-01-20 三菱パワー株式会社 Fuel cell control device and control method and power generation system

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2989353B2 (en) * 1991-11-29 1999-12-13 三洋電機株式会社 Hybrid fuel cell system
JP3353406B2 (en) * 1993-08-16 2002-12-03 富士電機株式会社 Fuel cell generator
JP4155027B2 (en) * 2002-12-25 2008-09-24 日産自動車株式会社 Fuel cell system
JP5000073B2 (en) * 2003-09-08 2012-08-15 本田技研工業株式会社 Fuel cell stack below freezing start method, fuel cell stack below freezing start system, and fuel cell stack designing method
JP4180998B2 (en) * 2003-09-09 2008-11-12 本田技研工業株式会社 Fuel cell power generation system
JP5215576B2 (en) * 2007-03-13 2013-06-19 本田技研工業株式会社 Fuel cell system
JP5155734B2 (en) * 2008-05-19 2013-03-06 本田技研工業株式会社 Fuel cell system and operation method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010062032A (en) 2010-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5314364B2 (en) Fuel cell power generation system and fuel cell output control method
JP2007141787A (en) Operation method of fuel cell power generation device
JP6113480B2 (en) Fuel cell and operation method thereof
JP2007080767A (en) Fuel cell module and combined power generation system using same
JP6503060B2 (en) POWER GENERATOR, POWER GENERATING SYSTEM, AND CONTROL METHOD OF POWER GENERATING SYSTEM
JP4921613B2 (en) Fuel cell system and operation method thereof
JP5066020B2 (en) Fuel cell power generation system and operation method thereof
JP5215527B2 (en) Operation method of fuel cell
JP5855955B2 (en) Energy management equipment
JP2004063180A (en) Power inversion control method of fuel cell power generation apparatus
JP3570355B2 (en) Fuel cell system
JP3344439B2 (en) Combustion device and combustion method for turbine compressor
JP2018010763A (en) Fuel cell system
JP6264414B1 (en) Fuel cell system and operation method thereof
JP5262499B2 (en) Fuel cell power generator and control method of fuel cell power generator
JP2009187883A (en) Cell characteristic recovery operation method for fuel cell system
JP2016201249A (en) Fuel cell system
JP2005135738A (en) Control device for fuel cell system
JP2002158019A (en) Fuel cell electricity generating device
JP6492874B2 (en) Fuel cell system
KR20140046837A (en) Fuel cell hybrid system
JP2004111130A (en) Thermoelectric ratio changing method for fuel cell-micro gas turbine combined power generation facility
JP5021895B2 (en) Fuel cell power generation system
JPS63146367A (en) Reforming catalyst temperature controller in fuel cell power generating device
JP2006134767A (en) Solid oxide fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110810

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130318

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130326

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130527

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: 20130611

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130705

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 5314364

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250