JP7194769B2 - 燃料電池のエネルギー供給システム及びそれに基づくエネルギー調節方法 - Google Patents
燃料電池のエネルギー供給システム及びそれに基づくエネルギー調節方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7194769B2 JP7194769B2 JP2021069609A JP2021069609A JP7194769B2 JP 7194769 B2 JP7194769 B2 JP 7194769B2 JP 2021069609 A JP2021069609 A JP 2021069609A JP 2021069609 A JP2021069609 A JP 2021069609A JP 7194769 B2 JP7194769 B2 JP 7194769B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- module
- power conversion
- modules
- energy
- 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
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
- H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04992—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04858—Electric variables
- H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
- H01M8/0494—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/04537—Electric variables
- H01M8/04544—Voltage
- H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/04537—Electric variables
- H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
- H01M8/04619—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04858—Electric variables
- H01M8/04865—Voltage
- H01M8/0488—Voltage of fuel cell stacks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04858—Electric variables
- H01M8/04895—Current
- H01M8/0491—Current of fuel cell stacks
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Fuzzy Systems (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Description
本発明は、燃料電池のエネルギー供給システム及びそれに基づくエネルギー調節方法に関する。
燃料電池のエネルギー供給システムは、効率および電力密度が大きく、モジュール化に加えて使用寿命が長いという利点があり、将来向けのエネルギー源として重要な開発方向である。例えば、従来の固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ，ＳＯＦＣ）では８０％～９０％の総合効率を実現可能である。
従来の燃料電池は、出力電圧が低く、直流電圧の振幅が大きく、並びに低周波リップルに対する適応性が悪いといった問題が存在するため、ＤＣ／ＤＣコンバータを利用して前端昇圧と調圧制御を行う必要がある。ところが、大出力燃料電池のエネルギー供給システムを稼働するとき、ＤＣ／ＤＣコンバータは主に直流母線電圧（Ｂｕｓ ｖｏｌｔａｇｅ）を制御し、燃料電池の電流制御および調節能力において十分とは言えない。
ＤＣ／ＤＣコンバータは、通常、統合コミュニケーションやドループ制御などの手段を利用することにより、燃料電池のエネルギー供給システムにおける各燃料電池モジュールに出力電力を均等に割り当てる。しかしながら、統合コミュニケーションの場合に応答速度および安定性が低く、ドループ制御の場合には母線電圧精度と各燃料電池モジュール間の電流バランスをうまく調和する必要があり、母線電圧精度を高くすると各燃料電池モジュール間の電流にバラツキが生じる。
一方、複合燃料電池のモジュール同士は、製造プロセスや使用期限、稼働状態に起因して発電効率、出力電圧や電堆温度に差が生じるため、燃料電池の特性パラメータを効果的に利用して燃料電池のエネルギー供給システムの稼働状態を最適化する必要がある。
したがって、母線電圧・出力電流を制御すると同時に複合燃料電池の出力電力割当を最適化することが重要な技術課題になっている。
本発明は、各燃料電池の稼働状況に応じてエネルギー・電力を好適に調節しうる燃料電池のエネルギー供給システム、及びそれに基づくエネルギー調節方法を提供する。
上記目的を達成すべく、本発明は、燃料電池のエネルギー供給システムに基づくエネルギー調節方法を提供し、前記燃料電池エネルギー供給システムは、複数の燃料電池発電モジュール、複数の電力変換モジュール及び１つの通信制御モジュールを備え、前記通信制御モジュールは、前記複数の電力変換モジュールに接続され、前記複数の燃料電池発電モジュールは、対応する前記電力変換モジュールを介して１つの直流母線に電気的に接続され、前記エネルギー調節方法は、前記通信制御モジュールが、前記燃料電池発電モジュールそれぞれの少なくとも１つのエネルギー状態パラメータに基づき、対応するパラメータ平均値を算出し、前記通信制御モジュールが、前記燃料電池発電モジュールそれぞれの前記エネルギー状態パラメータ及び前記パラメータ平均値に基づき、対応する補償因數を算出して対応する前記電力変換モジュールに送信し、若しくは前記電力変換モジュールが、接続された前記燃料電池発電モジュールの前記エネルギー状態パラメータ及び前記通信制御モジュールにより算出された前記パラメータ平均値に基づき、対応する補償因數を算出し、前記電力変換モジュールが、ドループアルゴリズムを利用して前記電力変換モジュールそれぞれの制御量基準値を算出し、かつ前記制御量基準値を対応する前記補償因數と乗算することにより前記電力変換モジュールの制御量設定値を取得し、前記電力変換モジュールが、前記制御量設定値に基づき対応する前記燃料電池発電モジュールを調節することを含む。
本発明の一好適な実施形態において、前記エネルギー状態パラメータは、燃料電池発電モジュールの出力電圧値、出力電圧システム設定値、出力電流設定値、温度測定値、電力測定値、変換効率計算値、燃料電池発電モジュールの燃料供給量又は圧力測定値、及び燃料電池発電モジュールの健康レベル測定値のうち少なくとも１つである。
本発明の一好適な実施形態において、前記補償因數は、前記燃料電池発電モジュールそれぞれの前記エネルギー状態パラメータと、前記複数の燃料電池発電モジュールの前記エネルギー状態パラメータの平均値との商である。
本発明の一好適な実施形態において、前記通信制御モジュールと前記複数の電力変換モジュールは、有線又は無線方式で通信を行う。
本発明の一好適な実施形態において、前記電力変換モジュールは、直流／直流変換モジュールである。
本発明の一好適な実施形態において、前記電力変換モジュールそれぞれの前記制御量基準値を対応する前記補償因數と乗算するに先立って、前記通信制御モジュール又は前記電力変換モジュールは、さらに前記補償因數に対して振幅制限処理を行う。
上記目的を達成すべく、本発明は、更に燃料電池エネルギー供給システムを提供し、該燃料電池エネルギー供給システムは、複数の燃料電池発電モジュール、対応する前記燃料電池発電モジュールを１つの直流母線に電気的に接続する複数の電力変換モジュール、及び前記複数の電力変換モジュールに接続する１つの通信制御モジュールを備え、前記通信制御モジュールは、前記燃料電池発電モジュールそれぞれの少なくとも１つのエネルギー状態パラメータに基づいて対応するパラメータ平均値を算出し、前記通信制御モジュールは、前記燃料電池発電モジュールそれぞれの前記エネルギー状態パラメータ及び前記パラメータ平均値に基づいて対応する補償因數を算出して対応する前記電力変換モジュールに送信し、若しくは前記電力変換モジュールは、接続された前記燃料電池発電モジュールの前記エネルギー状態パラメータ及び前記通信制御モジュールにより算出された前記パラメータ平均値に基づいて対応する補償因數を算出し、前記電力変換モジュールは、ドループアルゴリズムを利用して前記電力変換モジュールそれぞれの制御量基準値を算出し、かつ前記制御量基準値と対応する前記補償因數を乗算することで前記電力変換モジュールの制御量設定値を取得し、前記電力変換モジュールは、前記制御量設定値に基づいて対応する前記燃料電池発電モジュールを調節する。
本発明のもう１つの実施形態において、前記エネルギー状態パラメータは、燃料電池発電モジュールの出力電圧値、出力電圧システム設定値、出力電流設定値、温度測定値、電力測定値、変換効率計算値、燃料電池発電モジュールの燃料供給量又は圧力測定値、及び燃料電池発電モジュールの健康レベル測定値のうち少なくとも１つである。
本発明のもう１つの実施形態において、前記補償因數は、前記燃料電池発電モジュールそれぞれの前記エネルギー状態パラメータと、前記複数の燃料電池発電モジュールの前記エネルギー状態パラメータの平均値との商である。
本発明のもう１つの実施形態において、前記通信制御モジュールと前記複数の電力変換モジュールは、有線又は無線方式で通信を行う。
本発明のもう１つの実施形態において、前記電力変換モジュールは、直流／直流変換モジュールである。
本発明のもう１つの実施形態において、前記電力変換モジュールそれぞれの制御量基準値を対応する前記補償因數と乗算するに先立って、前記通信制御モジュール又は前記電力変換モジュールは、さらに前記補償因數に対して振幅制限処理を行う。
本発明のもう１つの実施形態において、前記直流母線は、さらに１つの直流／交流変換モジュールを介して送電網に接続される。
本発明は、燃料電池のエネルギー状態パラメータに関連する補償因數を導入することにより燃料電池機能システムのエネルギー・電力を最適制御することに至った。つまり、本発明は、直流母線の電力制御と各燃料電池発電モジュールの出力電力のバランスを好適に維持する前提で補償因數を利用することにより、各燃料電池発電モジュールのエネルギー状態に基づくエネルギー・電力を最適制御することを実現した。
本発明の他の側面と利点については、以下の説明からより明確になり、若しくは以下の実施形態から習得可能である。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。当業者であれば、本発明の宗旨と範囲から逸脱しない前提で以下の実施形態に対して種々の変更や変更を加えることができ、これらの変更や変形も本発明の範囲内であることをよく理解できる。また、以下の図例や説明は本発明を例示したに過ぎず、本発明を制限するものではない点にも留意されたい。なお、下記図において同じ又は類似の構造に対して同じ符号を付与し、重複説明を省略する。
以下において、「１個」、「一つ」、「該」、「前記」及び「少なくとも１つ」とは、１つ又は複数の構成要件、組成などが存在することを指すものである。「・・・を含む」、「・・・で構成される」及び「・・・を備える」とは、「・・・を含む」実態を開放式の表現などで表すものであり、文面に示された構成要件、組成以外で他の構成要件、組成も存在しうることを意味する。以下では、構成要素の相互位置関係を表すため「上」や「下」などを使うことがあるが、図示の装置を上下反転した場合、「上」側にある構成要件が「下」側の構成要件に変わることは当然である。なお、特許請求の範囲で使われる「第１」、「第２」などは標記用であり、その標記対象に対する数字上制限ではない点にも留意されたい。
図１に示すように、本発明の燃料電池エネルギー供給システム１００は、主に複数の燃料電池発電モジュール１０、複数の電力変換モジュール２０及び１つの通信制御モジュール３０を備える。そのうち、複数の電力変換モジュール２０は、対応する燃料電池発電モジュール１０を１つの直流母線４０に電気的に接続するものであり、例えば図１に示される３つの燃料電池発電モジュール１１,１２,１３は、それぞれ対応する電力変換モジュール２１,２２,２３に電気的に接続され、かつこれらの電力変換モジュール２１～２３は直流母線４０に電気的に接続される。通信制御モジュール３０は、複数の電力変換モジュール２０に接続され、通信制御モジュール３０は、例えば複数の電力変換モジュール２０と有線又は無線方式で通信可能である。好ましくは、燃料電池発電モジュール１０は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。これらの電力変換モジュール２１～２３は、直流／直流変換モジュールであってもよいが、直流母線４０並びに１つの直流／交流変換モジュール３１を利用して１つの送電網５０に接続することができる。
図１、図２を参照されたく、本発明の燃料電池機能システムのエネルギー調節方法は、以下のステップを含んでなる。
ステップ２０１において、通信制御モジュール３０は、燃料電池発電モジュール１０それぞれの少なくとも１つのエネルギー状態パラメータに基づいて対応するパラメータ平均値を算出する。
ステップ２０２において、通信制御モジュール３０は、燃料電池発電モジュール１０それぞれのエネルギー状態パラメータおよびパラメータ平均値に基づいて、対応する補償因數を算出して対応する電力変換モジュール２０に送信し、或いは電力変換モジュール２０は、接続された燃料電池発電モジュール１０のエネルギー状態パラメータ及び通信制御モジュール３０より発送したパラメータ平均値に基づいて、対応する補償因數（補正係数）を算出する。
ステップ２０３において、電力変換モジュール２０は、ドループアルゴリズムを利用して電力変換モジュール２０それぞれの制御量基準値を算出し、かつ制御量基準値と対応する補償因數を乗算することで電力変換モジュール２０の制御量設定値を取得する。
ステップＳ２０４において、電力変換モジュール２０は、制御量設定値に基づいて対応する燃料電池発電モジュール１０を調節する。
本発明において、エネルギー状態パラメータとしては、燃料電池の正常稼動又は最適化に関連する１つ又は複数の技術要素である限り特に制限がなく、燃料電池発電モジュールの出力電圧値、出力電圧システム設定値、出力電流設定値、温度測定値、電力測定値、変換効率計算値、燃料電池発電モジュールの燃料供給量又は圧力測定値、及び燃料電池発電モジュールの健康レベル測定値のうち少なくとも１つが挙げられる。一方、補償因數としては、燃料電池発電モジュール１０それぞれのエネルギー状態パラメータと、複数の燃料電池発電モジュール１０のエネルギー状態パラメータの平均値との商であってもよい。
また、図１に示される実施形態では、直流／交流変換モジュール３１を１つのエネルギー貯蔵変換装置（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ，ＰＣＳ）に集積することができ、若しくは独立して設置することもできる。通信制御モジュール３０についても独立して設置することができ、ＰＣＳに集積することもできる。別の実施形態では、通信制御モジュール３０をそれぞれ第１通信チャンネル３０１及び第２通信チャンネル３０２によって複数の電力変換モジュール２０に通信可能に接続してもよく、さらに第１通信チャンネル３０１、第２通信チャンネル３０２に信号伝送モジュール３２、３３を設けて信号を送受信してもよい。また、別の実施形態では、通信制御モジュール３０を直接に１つの通信チャンネルを通じて複数の電力変換モジュール２０に通信可能に接続することができ、これらの設定については特に制限がない。
より好ましくは、本発明において、電力変換モジュールそれぞれの制御量基準値と対応する補償因數を乗算するに先立って、通信制御モジュール又は電力変換モジュールは、補償因數に対して振幅制限処理を行う。
本発明では、燃料電池発電モジュールのエネルギー状態パラメータに関連する補償因數を導入して母線電圧、出力電流又は電力を制御することにより、並列する各電力変換モジュールが本来の電力バランスを保持しつつ、接続された燃料電池発電モジュールの状態に基づき電力変換モジュールの入力又は出力電圧・電流・電力をより精密に調節することができる。
以下、実施例を挙げて本発明のエネルギー調節方法及びその利点をより詳細に説明する。
実施例１：出力電圧の均衡化
通信制御モジュール３０を用いて各燃料電池発電モジュールの出力電圧を検出し、各燃料電池発電モジュールの出力電圧を出力電圧平均値で除算して得られる商を各燃料電池発電モジュールの補償因數とした。直流母線４０を複数の燃料電池発電モジュール１０の複数の電力変換モジュール２０に接続し、ドループ制御方法を利用して出力電流又は電力基準値を算出し、さらに補償因數と乗算することで出力電流又は電力設定値を取得した。そして、電力変換モジュール２０を用いて、出力電流又は電力設定値に基づいて対応する燃料電池発電モジュール１０からの出力電流又は電力を調節した。このように、出力電圧の比較的高い燃料電池発電モジュール１０から出力される電流がより大きくなり、燃料電池の出力特性に基づき各燃料電池発電モジュール１０の出力電圧を出力電圧平均値により接近させることができた。
通信制御モジュール３０を用いて各燃料電池発電モジュールの出力電圧を検出し、各燃料電池発電モジュールの出力電圧を出力電圧平均値で除算して得られる商を各燃料電池発電モジュールの補償因數とした。直流母線４０を複数の燃料電池発電モジュール１０の複数の電力変換モジュール２０に接続し、ドループ制御方法を利用して出力電流又は電力基準値を算出し、さらに補償因數と乗算することで出力電流又は電力設定値を取得した。そして、電力変換モジュール２０を用いて、出力電流又は電力設定値に基づいて対応する燃料電池発電モジュール１０からの出力電流又は電力を調節した。このように、出力電圧の比較的高い燃料電池発電モジュール１０から出力される電流がより大きくなり、燃料電池の出力特性に基づき各燃料電池発電モジュール１０の出力電圧を出力電圧平均値により接近させることができた。
実施例２：各燃料電池発電モジュールの効率最適化
通信制御モジュール３０を用いて各燃料電池発電モジュールの電堆効率を検出し、各燃料電池発電モジュールの電堆効率を電堆効率平均値で除算して得られる商を各燃料電池発電モジュールの補償因數とした。直流母線４０を複数の燃料電池発電モジュール１０の複数の電力変換モジュール２０に接続し、ドループ制御方法を利用して出力電流又は電力基準値を算出し、さらに補償因數を乗算して出力電流又は電力設定値を取得した。そして、電力変換モジュール２０を用いて、出力電流又は電力設定値に基づいて対応する燃料電池発電モジュール１０からの出力電流又は電力を調節した。そのうち、出力電流又は電力基準値と乗算するに先立って、通信制御モジュール３０又は電力変換モジュール２０を用いて補償因數に対して振幅制限処理を行うことができる。このように、電堆効率の比較的高い燃料電池発電モジュール１０からの出力電力をより大きくすることができる。
通信制御モジュール３０を用いて各燃料電池発電モジュールの電堆効率を検出し、各燃料電池発電モジュールの電堆効率を電堆効率平均値で除算して得られる商を各燃料電池発電モジュールの補償因數とした。直流母線４０を複数の燃料電池発電モジュール１０の複数の電力変換モジュール２０に接続し、ドループ制御方法を利用して出力電流又は電力基準値を算出し、さらに補償因數を乗算して出力電流又は電力設定値を取得した。そして、電力変換モジュール２０を用いて、出力電流又は電力設定値に基づいて対応する燃料電池発電モジュール１０からの出力電流又は電力を調節した。そのうち、出力電流又は電力基準値と乗算するに先立って、通信制御モジュール３０又は電力変換モジュール２０を用いて補償因數に対して振幅制限処理を行うことができる。このように、電堆効率の比較的高い燃料電池発電モジュール１０からの出力電力をより大きくすることができる。
以上で述べたように、本発明では燃料電池のエネルギー状態パラメータに関連する補償因數を導入することにより、燃料電池機能システムのエネルギー・電力に対する最適制御を実現した。本発明によれば、直流母線の電力制御と各燃料電池発電モジュールの出力電力のバラスを維持しつつ、補償因數を用いて各燃料電池発電モジュールのエネルギー状態に基づくエネルギー・電力の最適制御を実現した。
以上では本発明の実施形態を詳細に説明したが、当業者であれば、本発明の宗旨と範囲から逸脱しない前提で上述の実施形態に対して種々の変更や変更を加えることができ、これらの変更や変形も本発明の範囲内であることをよく理解できる。
Claims (13)
- 燃料電池エネルギー供給システムに基づくエネルギー調節方法であって、
前記燃料電池エネルギー供給システムは、複数の燃料電池発電モジュール、複数の電力変換モジュール及び１つの通信制御モジュールを備え、
前記通信制御モジュールは、前記複数の電力変換モジュールに接続され、前記複数の燃料電池発電モジュールは、対応する前記電力変換モジュールを介して１つの直流母線に電気的に接続され、
前記エネルギー調節方法は、
前記通信制御モジュールが、前記燃料電池発電モジュールそれぞれの少なくとも１つのエネルギー状態パラメータを平均化することにより、対応するパラメータ平均値を算出し、
前記通信制御モジュールが、前記燃料電池発電モジュールそれぞれの前記エネルギー状態パラメータ及び前記パラメータ平均値に基づき、対応する補償因數を算出して対応する前記電力変換モジュールに送信し、若しくは前記電力変換モジュールが、接続された前記燃料電池発電モジュールの前記エネルギー状態パラメータ及び前記通信制御モジュールにより算出された前記パラメータ平均値に基づき、対応する補償因數を算出し、
前記電力変換モジュールが、ドループアルゴリズムを利用して前記電力変換モジュールそれぞれの制御量基準値を算出し、かつ前記制御量基準値と対応する前記補償因數を乗算することにより前記電力変換モジュールの制御量設定値を取得し、
前記電力変換モジュールが、前記制御量設定値に基づいて対応する前記燃料電池発電モジュールを調節することを含む
ことを特徴とする、燃料電池エネルギー供給システムに基づくエネルギー調節方法。 - 前記エネルギー状態パラメータは、燃料電池発電モジュールの出力電圧値、出力電圧システム設定値、出力電流設定値、温度測定値、電力測定値、変換効率計算値、燃料電池発電モジュールの燃料供給量又は圧力測定値、及び燃料電池発電モジュールの健康レベル測定値のうち少なくとも１つである、請求項１に記載の燃料電池エネルギー供給システムに基づくエネルギー調節方法。
- 前記補償因數は、前記燃料電池発電モジュールそれぞれの前記エネルギー状態パラメータと、前記複数の燃料電池発電モジュールの前記エネルギー状態パラメータの平均値との商である、請求項１または２に記載の燃料電池エネルギー供給システムに基づくエネルギー調節方法。
- 前記通信制御モジュールは、前記複数の電力変換モジュールと有線又は無線方式で通信を行う、請求項１～３のいずれかに記載の燃料電池エネルギー供給システムに基づくエネルギー調節方法。
- 前記電力変換モジュールは、直流／直流変換モジュールである、請求項１～４のいずれかに記載の燃料電池エネルギー供給システムに基づくエネルギー調節方法。
- 前記電力変換モジュールそれぞれの前記制御量基準値を対応する前記補償因數と乗算するに先立って、さらに前記通信制御モジュール又は前記電力変換モジュールを用いて前記補償因數に対して振幅制限処理を行うことを含む、請求項１～５のいずれかに記載の燃料電池エネルギー供給システムに基づくエネルギー調節方法。
- 複数の燃料電池発電モジュール、対応する前記燃料電池発電モジュールを１つの直流母線に電気的に接続する複数の電力変換モジュール、及び前記複数の電力変換モジュールに接続する１つの通信制御モジュールを備える燃料電池エネルギー供給システムであって、
前記通信制御モジュールは、前記燃料電池発電モジュールそれぞれの少なくとも１つのエネルギー状態パラメータを平均化することにより、対応するパラメータ平均値を算出し、
前記通信制御モジュールは、前記燃料電池発電モジュールそれぞれの前記エネルギー状態パラメータ及び前記パラメータ平均値に基づき、対応する補償因數を算出して対応する前記電力変換モジュールに送信し、若しくは前記電力変換モジュールは、接続された前記燃料電池発電モジュールの前記エネルギー状態パラメータ及び前記通信制御モジュールにより算出された前記パラメータ平均値に基づき、対応する補償因數を算出し、
前記電力変換モジュールは、ドループアルゴリズムを利用して前記電力変換モジュールそれぞれの制御量基準値を算出し、かつ前記制御量基準値を対応する前記補償因數と乗算することで前記電力変換モジュールの制御量設定値を取得し、
前記電力変換モジュールは、前記制御量設定値に基づいて対応する前記燃料電池発電モジュールを調節する
ことを特徴とする、燃料電池エネルギー供給システム。 - 前記エネルギー状態パラメータは、燃料電池発電モジュールの出力電圧値、出力電圧システム設定値、出力電流設定値、温度測定値、電力測定値、変換効率計算値、燃料電池発電モジュールの燃料供給量又は圧力測定値、及び燃料電池発電モジュールの健康レベル測定値のうち少なくとも１つである、請求項７に記載の燃料電池エネルギー供給システム。
- 前記補償因數は、前記燃料電池発電モジュールそれぞれの前記エネルギー状態パラメータと、前記複数の燃料電池発電モジュールの前記エネルギー状態パラメータの平均値との商である、請求項７または８に記載の燃料電池エネルギー供給システム。
- 前記通信制御モジュールは、前記複数の電力変換モジュールと有線又は無線方式で通信を行う、請求項７～９のいずれかに記載の燃料電池エネルギー供給システム。
- 前記電力変換モジュールは、直流／直流変換モジュールである、請求項７～１０のいずれかに記載の燃料電池エネルギー供給システム。
- 前記電力変換モジュールの制御量基準値を対応する前記補償因數と乗算するに先立って、前記通信制御モジュール又は前記電力変換モジュール用いて前記補償因數に対して振幅制限処理を行う、請求項７～１１のいずれかに記載の燃料電池エネルギー供給システム。
- 前記直流母線は、さらに１つの直流／交流変換モジュールを通じて１つの送電網と接続する、請求項１１に記載の燃料電池エネルギー供給システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010310178.1 | 2020-04-20 | ||
| CN202010310178.1A CN113541167B (zh) | 2020-04-20 | 2020-04-20 | 燃料电池供能系统及基于其的能量调节方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021174773A JP2021174773A (ja) | 2021-11-01 |
| JP7194769B2 true JP7194769B2 (ja) | 2022-12-22 |
Family
ID=78081539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021069609A Active JP7194769B2 (ja) | 2020-04-20 | 2021-04-16 | 燃料電池のエネルギー供給システム及びそれに基づくエネルギー調節方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11557780B2 (ja) |
| JP (1) | JP7194769B2 (ja) |
| CN (1) | CN113541167B (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006524883A (ja) | 2003-04-29 | 2006-11-02 | ニューセルシス ゲーエムベーハー | 一体型燃料電池ベースの電源用のパワーコンバータアーキテクチャ及び方法 |
| JP2014026862A (ja) | 2012-07-27 | 2014-02-06 | Kyocera Corp | 燃料電池システム |
| WO2019103059A1 (ja) | 2017-11-21 | 2019-05-31 | 国立研究開発法人理化学研究所 | 直流バス制御システム |
| JP2020022331A (ja) | 2018-08-03 | 2020-02-06 | Ntn株式会社 | スイッチング電源システム及び直流給電システム |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0818174D0 (en) * | 2008-10-03 | 2008-11-12 | Leaneco Aps | Emergency power supply apparatus |
| JP5922435B2 (ja) * | 2012-02-24 | 2016-05-24 | 日本特殊陶業株式会社 | 燃料電池システム及びその制御方法 |
| US9735615B2 (en) | 2014-07-17 | 2017-08-15 | General Electric Company | Systems and methods for managing power backfeed in uninterruptible power supply systems |
| EP3306724A4 (en) * | 2015-05-27 | 2019-02-06 | Kyocera Corporation | POWER CONTROL DEVICE, FUEL CELL SYSTEM, AND FUEL CONSUMPTION QUANTITY CALCULATION METHOD |
| IT201600131878A1 (it) | 2016-12-28 | 2018-06-28 | Electro Power Systems Mfg S R L | Sistema di controllo di microreti di produzione e distribuzione di energia elettrica proveniente da più fonti di produzione di tipo diverso, e relativo metodo di controllo |
| DE102017200672A1 (de) * | 2017-01-11 | 2018-07-12 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren und Steuereinheit zur Konditionierung eines Brennstoffzellenstapels |
| US10965126B2 (en) | 2017-05-01 | 2021-03-30 | Futurewei Technologies, Inc. | Systems and methods for control of photovoltaic arrays |
| CN108767294B (zh) * | 2018-03-29 | 2020-11-17 | 西南交通大学 | 一种燃料电池发电阵列系统的功率输出控制方法及系统 |
| CN108832817A (zh) * | 2018-05-23 | 2018-11-16 | 昆明理工大学 | 一种减少燃料电池低频电流纹波的功率变换控制器及方法 |
| CN108556672B (zh) * | 2018-05-25 | 2020-08-11 | 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 | 一种燃料电池混合动力系统的控制方法及系统 |
| CN109378875B (zh) | 2018-11-07 | 2020-06-19 | 西安交通大学 | 退役动力电池模块间的soc均衡系统及其控制方法 |
| CN109713660B (zh) * | 2019-03-07 | 2021-01-26 | 上海禧龙科技股份有限公司 | 直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制方法及装置 |
| CN109861261B (zh) | 2019-03-14 | 2021-11-23 | 万克能源科技有限公司 | 一种基于ems的储能变流器的功率均衡控制方法以及储能控制系统 |
-
2020
- 2020-04-20 CN CN202010310178.1A patent/CN113541167B/zh active Active
-
2021
- 2021-04-16 JP JP2021069609A patent/JP7194769B2/ja active Active
- 2021-04-19 US US17/233,568 patent/US11557780B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006524883A (ja) | 2003-04-29 | 2006-11-02 | ニューセルシス ゲーエムベーハー | 一体型燃料電池ベースの電源用のパワーコンバータアーキテクチャ及び方法 |
| JP2014026862A (ja) | 2012-07-27 | 2014-02-06 | Kyocera Corp | 燃料電池システム |
| WO2019103059A1 (ja) | 2017-11-21 | 2019-05-31 | 国立研究開発法人理化学研究所 | 直流バス制御システム |
| JP2020022331A (ja) | 2018-08-03 | 2020-02-06 | Ntn株式会社 | スイッチング電源システム及び直流給電システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113541167B (zh) | 2024-10-18 |
| JP2021174773A (ja) | 2021-11-01 |
| CN113541167A (zh) | 2021-10-22 |
| US20210328240A1 (en) | 2021-10-21 |
| US11557780B2 (en) | 2023-01-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3577781B2 (ja) | 燃料電池発電装置の出力制御装置 | |
| CN107769273B (zh) | 一种汽轮机负荷分配控制方法及系统 | |
| US10491010B2 (en) | Control apparatus for controlling the charging and discharging of storage batteries through a power converter | |
| CN108312871B (zh) | 一种控制功率模块组电流输出方法及系统 | |
| CN112290579B (zh) | 一种直流耦合离网制氢系统及其控制方法 | |
| WO2018139164A1 (ja) | 蓄電池と電力変換装置の連携システムの制御方法、およびパワーコンディショニングシステム | |
| US20130320770A1 (en) | System and method for reactive power compensation | |
| CN105576652B (zh) | 一种高压直流输电送端的电压控制方法和系统 | |
| JP7194769B2 (ja) | 燃料電池のエネルギー供給システム及びそれに基づくエネルギー調節方法 | |
| JP6768571B2 (ja) | 電力制御装置、方法及び発電システム | |
| JP7326808B2 (ja) | ネガワット取引支援装置、ネガワット取引システム、およびネガワット取引方法 | |
| JP2015192549A (ja) | 電力変換装置及び電力変換方法 | |
| WO2022166537A1 (zh) | 光伏系统及其供电电流控制方法 | |
| JP2021116442A (ja) | 水素システムの制御装置、水素生成システム、及び水素システムの制御方法 | |
| KR20210024881A (ko) | 발전 연계형 ＥＳＳ의 주파수 추종 제어를 이용하는 ＳｏＣ 관리 장치 및 방법 | |
| US11349408B2 (en) | Power supply system and method for controlling power supply system | |
| JP3453375B2 (ja) | 電力生成制御システム | |
| CN101471567A (zh) | 一种并联通信电源系统及其控制方法 | |
| CN113067345A (zh) | 光伏交流系统的功率因数补偿方法、控制器及系统 | |
| JP7331587B2 (ja) | ネガワット取引支援装置、ネガワット取引システムおよびネガワット取引方法 | |
| CN111555258A (zh) | 一种直流微网的改进自适应下垂控制方法 | |
| JP7412674B2 (ja) | ネガワット取引支援装置、ネガワット取引システムおよびネガワット取引方法 | |
| WO2021079554A1 (ja) | 電力供給システム、制御装置、処理装置、電力供給方法、プログラム | |
| JP7354726B2 (ja) | ネガワット取引支援装置およびネガワット取引方法 | |
| CN111969642B (zh) | 一种多台功率变换器间的改进协调恒压控制方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210416 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220520 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220607 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220907 |
|
| 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: 20221206 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20221212 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7194769 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |