JPH02193537A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、燃料電池の出力側にバックアップ電源とし
て蓄電池を接続し、負荷に通常時は燃料電池から給電し
、バックアップ時には蓄電池からも給電し、また軽負荷
時には前記燃料電池は負荷ｌこ給電するとともに前記蓄
電池を充電するようにしたハイブリッド式の燃料電池発
電装置に関する。

〔従来の技術〕

一般ｌこ燃料改質器（以下改質器という）を備えた燃料
電池により構成した燃料電池発電装置では、改質器の負
荷変動に対する応答速度が遅いことから負荷が急激に変
動した場合には燃料電池の出力を負荷変動に応答よく追
従させることが困難である。このために燃料電池のバッ
クアップ用トシて燃料電池の出力側に蓄ｔｌｌＩｔｌを
接続し、燃料電池の出力に対して負荷が急激に大きく変
動するとき、蓄電池より給電し、軽負荷の運転時に燃料
電池の余剰電力で蓄電池を回復充電するようζこしたい
わゆるハイブリッド式の燃料電池発電装置がすでに提案
されている。

第３図はこのような従来のハイブリッド式燃料電池発電
装置のブロック図を示すもので、ここで１はメタノール
などの改質原料を貯蔵した原料タンク、２は改質器、３
は燃料電池、４は燃料電池３の出力電流調節手段として
のＤＣ／ＤＣコンバータ、５は負荷、６がバックアップ
用の蓄電池である。また７は原料タンク１より改質器２
へ改質原料を送り込む原料移送ポンプ、８は改質器２の
バーナへ燃焼空気を送り込む燃焼空気ブロア、９は燃料
電池１へ反応９気を送り込む反応空気ブロア、１０はこ
れら補機を運転制御して燃料Ｘ池の出力調節を行う出力
調節手段としての補機コントローラであり、これらで燃
料電池発電装置を構成している。なお前記の改質器２は
燃料電池３から排出されるオフガスを燃焼して改質反応
熱を得るようにしており、また前記の各種補機、および
補機コントローラ１０で消費する電力は燃料電池３の出
力側より給電するようにしている。

またこの燃料電池発電装置にとって、前記した燃料電池
の出力調節手段、出力電流調節手段を含めて示す蓄電池
６の電流検出器１１．この電流検出器１１で検出した蓄
を池の充、放電電流を積算するアンペア・アワー計１２
、蓄電池の電圧検出器１３、およびアンペア・アワー計
１２．！圧検出器１３からの信号とメモリ１４に格納さ
れている蓄電池の充電量目標値、および許容充電電圧の
設定値との対比結果により補機コントローラ１０．ＤＣ
／ＤＣコンバータ４へ向けて制御指令信号Ｉｆｃを出力
するコントローラ１５を具備して制御系を構成している
。なお１６はＤＣ／ＤＣコンバータ４の調節器、１７は
ＤＣ／ＤＣコンバータ４の入力側の電流を検出する燃料
電池３の出力電流検出器、１８は前記電流検出器１７の
検出信号とコントローラ１５からの指令信号Ｉｆｃとを
比較する比較器である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで燃料電池はその構造からくる要因ｌこより、あ
まり負荷電流値が低いとその運転を継続することができ
ない。そしてこの値は定格負荷（１００％負荷）出力の
約％と言わｎている。ここではこの値を便宜上運転継続
最低電流値と呼ぶこととする。

第４図はこのような燃料電池発電装置の負荷変動時の運
転状況を説明するグラフである。この図で時間０〜ｔ！
は負荷電流が１００％の状態、ｔ！〜ｔ２は負荷が約５
０％に低減した状態、ｔ２〜ｔ３は負荷が著しく減少し
た状態、ｔ３以後は再び負荷電流が１００％になった状
態を示す。時間０〜１゜の間では燃料電池が負荷に１０
０％の電流を流しており、蓄電池６１こは充電していな
い。時点１．で負荷が約５０％に低減すると、燃料電池
電流は減少するがその一部は蓄電池６の充電に供するの
で、燃料電池電流は直ちに５０％には低減せず、時点ｔ
２、即ち蓄電池の充電が満さｎるにしたがい蘭次減少し
て行く。この間の蓄電池の充電状況を示すアンペアアワ
ー計測値は上昇していく。時点ｔ２で負荷電流がさらｌ
こ極度に減少すると、燃料電池は最早前記運転継続最低
Ｘ流値を維持できず運転を停止する。この場合負荷へは
蓄電池６が燃料電池に代って電力を供給する（期間ｔ２
〜ｔ３）。

このような状態から負荷が一部に１００％に回復すると
（時点ｔｓ　）、燃料電池は運転を停止していた状態か
ら、改質器の応答速度などの理由で直ちＪこは電流を供
給することはできず、代って蓄電池６が負荷の要求する
電流を供給し、燃料電池の発電１！流が少しづつ立上っ
て来るにしたがい燃料電池と蓄電池の両者で負荷に電流
を供給する。時点ｔ４までくると燃料電池も運転初期の
ゆるやかな立上り期間も終り、発電電流も急激に増加し
、それとともに蓄電池６からの電流供給も減少し、時点
ｔ、において燃料電池は１００％の負荷電流を供給し、
蓄電池６の電流は零となる。この間アンペアアワー計測
値は蓄を池６より電流が流ｎ出した分だけ値は下る。

このように燃料電池は負荷が変動して運転継続最低電流
を維持できなくなるとその運転を停止するため、次の負
荷電流供給ｌこ際し再起動時に蓄電池に相当な電力量を
負担してもられなければならず、蓄電池には大容量のも
のを設備していて発電装置が大型化しコストも増えると
いう問題があった。

この発明は、このような蓄電池の大容量化を防ぎ、コン
パクトでコストの安い燃料電池発電装置を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明によれば、燃料電
池の出力側にバックアップ電源として蓄電池を接続し、
負荷に通常時は燃料電池から給電し、バックアップ時に
は蓄電池からも給電し、また軽負荷時には前記燃料電池
は負荷に給電するとともに前記蓄電池を充電するように
したノ・イブリッド式の燃料′電池発電装置において、
燃料電池に開閉器を介して抵抗値が可変となるダミー抵
抗を接続し、この開閉器を前記燃料電池の負荷への供給
電流に関連してオン・オフ制御するものとする。

〔作用〕

この発明の溝底によると、燃料電池の出力側にバックア
ップ電源として蓄電池を接続し、負荷に通常時は燃料電
池から給電し、ノくツクアップ時には蓄電池からも給電
し、また軽負荷時には前記燃料電池は負荷に給電すると
ともに前記蓄電池を充電するようにしたノ・イブリッド
式の燃料電池発電装置において、燃料電池が運転継続最
低電流値を維持出来なくなるような負荷供給［流になる
と、抵抗値が可変となるダミー抵抗を燃料電池の出力側
に開閉器を介して接続することによって、燃料を池は負
荷がどのように変動しても運転を停止することなく常に
運転を継続させることが可能となり、運転停止にともな
う再起動時の１流立上りの遅れがもたらす障害をとり除
くことができる。

負荷電流が燃料電池の運転継続最低電流値よりも大きく
て燃料電池の常時運転に支障のないときはダミー抵抗は
回路より開閉器によって切り雛なされるようになってい
る。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明の実施例を示すブロック結線図で、第３図からこ
の発明ｌこかかわりのある部分を抜き出して直接関与し
ないものは省いである。また第３図と同じ機能を有する
部位には同じ符号が付しである。第１図で燃料電池３の
出力側ｌこ開閉６四を介してダミー抵抗器間が接続され
ている。このダミー抵抗器の抵抗値は可変にできて、こ
の抵抗値の制御と、このダミー抵抗器を回路に入・切す
る開閉６四の開閉制御とは、燃料電池出力電流検出器ｎ
によって検出された電流イ直が、コントローラ５に送ら
れ、そこのメモＩＪ　２４にあらかじめ運転継続最低電
流値を基準に設定された電流値と比較されて制御される
。

即ち燃料電池の出力電流が運転継続最低電流の近辺にな
るとコントローラ５で制御された開閉６四によってダミ
ー抵抗器間が回路に投入され、その抵抗値はコントロー
ラ５によって制御される。

また燃料電池の出力電流が運転継続最低電流を越えるよ
うになるとコントローラ乙に制御されている開閉６四に
よってダミー抵抗器間は回路より切り離される。

笛２図は、この発明の実施例をグラフに表わしたもので
、０〜ｔ６の期間は燃料電池が負荷へ１００％の電流を
供給し＋　　ｉ６〜ｔ７の期間は負荷へ釣菌％の電流と
蓄電池の充電とに燃料電池から電流を供給している状態
は先に説明した第４図とまったく同じである。ｔ７時点
で負荷が約５％に減少し、蓄ＫＭもほぼ充電が完了して
燃料電池は運転継続最低電流値を維持出来なくなるので
開閉６四がコントローラ乙の制御によって閉路され、ダ
ミー抵抗器間が燃料′ｆｌｔ池３の負荷として接続され
燃料電池の運転継続最低電流を維持する。したがって期
間ｔ７〜ｔ８では燃料電池は、約５％の負荷５への負荷
％流と、燃料電池に運転継続最低電流を負担させるため
コントローラ５にて抵抗値を制御されているダミー抵抗
器Ｉへの電流とを供給している。

時点ｔ８になると負荷５が再び１００％の電流を要求す
るので、燃料電池はすぐにそｎに対応して＠流を増加さ
せようとするが、前述のごとく改質器の応答速度が遅い
ため少々の時間遅わが生じ、その間蓄電他部が、燃料電
池が１００％電流を供給出来る状態になるまで（時点ｔ
９）負荷５に給電するが、この発明では従来例のごとく
燃料電池が停止状態から再起動することがないので、蓄
電池部の放電時間は短くてその放電量は少なくてすむ。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように燃料電池発電装置に抵抗値が可
変となるダミー抵抗器を設けることによって、従来燃料
電池の運転継続最低電流値を切る軽負荷時燃料電池を停
止していたのを、その運転を停止せずに継続して、負荷
が急激ｌこ復帰したときに備えるようにした。また蓄′
ｆｒＬ池は前述のごとく燃料電池に代って負荷に給電す
る期間が減少するので、従来に比べ容量を小さく出来て
装置の小型化とコストダウンがはかれるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になるタミー抵抗器を備えた燃料を池の
発電装置を示すブロック図、第２図は本発明ｌどなる装
置の運転状態を説明するクラツ、第３因は従来例になる
燃料電池の発電装置の全体を示すブロック図、第４図は
従来例による装置の運転状態を説明するクーラフである
。 ３：燃料電池、４　：　ＤＣ／ＤＣコンバータ。 ５：負荷、１４，２４：メモリ、１５，２５：コントロ
ーラ、６．２６：蓄ｉｔ池、１７．２７：燃料電池出力
電流検出器、第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）燃料電池の出力側にバックアップ電源として蓄電池
   を接続し、負荷に通常時は燃料電池から給電し、バック
   アップ時には蓄電池からも給電し、また軽負荷時には前
   記燃料電池は負荷に給電するとともに前記蓄電池を充電
   するようにしたハイブリット式の燃料電池発電装置にお
   いて、燃料電池に開閉器を介して抵抗値が可変となるダ
   ミー抵抗を接続し、この開閉器を前記燃料電池の負荷へ
   の供給電流に関連してオン・オフ制御することを特徴と
   する燃料電池発電装置。