JPH02291668A - 燃料電池発電システムの制御装置 - Google Patents
燃料電池発電システムの制御装置Info
- Publication number
- JPH02291668A JPH02291668A JP1236400A JP23640089A JPH02291668A JP H02291668 A JPH02291668 A JP H02291668A JP 1236400 A JP1236400 A JP 1236400A JP 23640089 A JP23640089 A JP 23640089A JP H02291668 A JPH02291668 A JP H02291668A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- storage battery
- fuel cell
- amount
- charging
- current
- 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.)
- Granted
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 69
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 29
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 238000006057 reforming reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
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。
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〕
本発明は、電気自動車用電源などを対象とした燃料電池
発電システムの制御装置に関する．〔従来の技術〕 低公害化を狙いとする電気自動車用電源として、最近に
なり車両に搭載して用いる燃料電池発電システムの開発
が進められている． ところで、燃料電池と燃料改質器とを組合わせた燃料電
池発電システムは一触的な特性として負荷変動に対する
応答性が低く、このままでは電気自動車のように走行，
停止を頻繁に繰り返す用途に対して、燃料電池の出力を
急激な負荷変動に応答性よく追従させることが困難であ
る．そこで、電気自動車用電源として、燃料電池の出力
側にバックアップ用の蓄電池を接続し、自動車の運行状
態により走行中の重負荷運転時には燃料電池の出力不足
分を蓄電池から放電し、軽負荷．走行停止の無負荷運転
時に燃料電池出力の余剰分で蓄電池を浮動充電するよう
にしたハイブリッド方式の燃料電池発電システムの採用
が提唱されている．一方、蓄電池には過充電，過放電の
繰り返しにより寿命が大幅に縮まると言った問題があり
、前記ハイブリッド方式の燃料電池発電システムでは、
蓄電池を常に適正な充電状態に保持して長寿命化を図り
つつ、併せて負荷へ安定した電力を供給できるようにす
ることが重要な課題となる．すなわち、鉛蓄電池を対象
とした蓄電池の充電．放電特性は第５図のごとくあり、
図中Ａ ＋ Ｂ ｅＭ域では蓄電池の充電．放電の電池
反応が可逆的に行われるのに対し、Ｃ ｅＭ域で示す過
充電．過放電の状態で使用すると安定した可逆的反応が
崩れて不可逆的となり、この領域でＭ電池の充電，放電
を繰り返すと電池特性を劣化させるのみならず、蓄電池
の寿命が大幅に縮まることが知られている．また、第６
図は鉛蓄電池の充電電流一電圧特性を各放電量（％）に
ついて示したものであり、図中の境界線Ｄは充電許容領
域の境界を表している．すなわち各放電量（％）ごとに
表した特性線と前記境界線Ｄとの交点以下の実線領域で
表す時間率電流（充電電流ＸＣ）で充電する限りは安全
に回復充電できるのに対し、前記交点を超えた破線領域
で急速充電を繰り返し行うと蓄電池の性能劣化が早期に
進行する．つまり、蓄電池を回復充電する場合には、蓄
電池の特性面からその時点での放電量，つまり残存容量
の状態によって適正な充電条件（許容充電電圧，電流）
が異なる．したがって先記した電気自動車用電源として
使用するハイブリッド式燃料電池発電システムの蓄電池
を重負荷運転の合間を縫って軽負荷運転期間中にできる
だけ短時間で回復充電させるには、第６図の特性図で述
べた許容領域限界ぎりぎりの充電条件で充電を行うよう
な燃料電池発電システムの制御が必要となる． そこで、前記のような蓄電池の充電条件を満足させるよ
うにしたハイブリッド方式の燃料電池発電システムの制
御方式として、第６図に示した蓄電池の充電特性を基準
に、充電許容領域の境界線Ｄに沿った蓄電池の各充電状
態に対応する充電制御パターンのデータをコントローラ
のメモリに格納しておき、一方では運転中に蓄電池の充
電．放電量をアンペア・アワー計により継続的に監視し
て蓄電池の残存容量を演算により求め、かつ前記した充
電制御パターンとの対比により、蓄電池の充電電圧．つ
まり燃料電池の出力電圧が蓄電池の許容充電電圧を超え
ない条件で燃料電池の出力を制御して蓄電池を目標充電
量（８０〜９０％）まで回復させるようにした燃料電池
の出力を制御する方式が特願昭６３−３６３３３として
同じ出願人より提案されている． 〔発明が解決しようとする課題〕 ところで前記した従来の制御方式では実用面で次記のよ
うな問題点が残る．すなわち、（１）蓄電池の静的な充
電特性を基準に充電制御パターンを設定しているために
、負荷変動が比較的緩慢である場合には支障がないが、
電気自動車のように走行状況により負荷が大きく変動す
る場合には、蓄電池の放電に対して電圧が即座に追従し
ないことから各時点ごとに連続的に残存容量を正確に求
めることが困難である．このために自動車運行中の限ら
れた充電時間内で蓄電池を目標充電量まで回復充電させ
て常に適正な充電状態に保持させることが難しい． （２）蓄電池の残存容量を連続的に監視しておく必要が
あるが、実際面ではアンペア・アワー計での計測誤差が
経時的に累積されるので、蓄電池の真の残存容量を継続
的に正しく把握することが極めて困難である． 本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、簡易
な方式で蓄電池の残存容量を的確に把握しつつ、蓄電池
を負荷変動に追随させながら常に目標充電量に近い充電
状態に安定保持して使用できるようにした、特に電気自
動車用電源として優れた効果を発揮する燃料電池発電シ
ステムの制御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、本発明の制御装置は、燃料
電池の出力．および電流調節手段と、蓄電池の電圧，電
流検出手段と、所定周期ごとにその時間内での蓄電池の
放電電気量を算出する演算手段と、各周期ごとに前記の
演算手段で求めた放電電気量を基に、蓄電池の充電特性
を基準にあらかじめ設定した目標充電量に対応する許容
充電条件の下で、燃料電池の出力，および電流調節手段
へ次回周期での制御指令を与えるコントローラとから構
成するものとする． また、前記における蓄電池の放電電気量を算出する演算
手段の代わりに、所定周期ごとにその時間内での蓄電池
の平均電流，平均電圧を算出する演算手段を用い、各周
期ごとに前記の演算手段で求めた平均電流，平均電圧か
ら蓄電池の充電状態を判定し、かつ蓄電池の充電特性を
基準にあらかじめ設定した蓄電池の目標充電量に対応す
る許容充電条件の下で、燃料電池の出力，および電流調
節手段へ次回周期での制御指令を与えるコントローラと
組合せて実施することもできる．〔作用〕 上記構成において、蓄電池に対する許容充電条件（電圧
．電流）は蓄電池の残存容量の全範囲で指定せずに、目
標充電量 （例えば８０〜９０％）の充電量に対しての
み設定してコントローラのメモリに格納されている．そ
して、燃料電池発電システムの起動期間などのように蓄
電池が放電状態にある場合には、蓄電池の許容充電条件
を超えない範囲で燃料電池の発電量を高出力として蓄電
池を目標充電量に達するまで急速に充電する。そして、
蓄電池が目標充電量に達した後は、所定周期ごとにその
時間内における蓄電池の放電電気量，ないしは平均電圧
．電流を逐次計測し、これを基に次回周期では目標充電
量に対応する許容充電条件の下で前回周期での蓄電池の
放電量に見合う電気量を補充するようにコントローラが
燃料電池の発電出力を制御する． ここで、電気自動車用電源に適用した場合についての制
御方法を具体的に述べると、まず休止の状態から自動車
を運行開始するには最初に蓄電池から燃料電池の補機に
給電して燃料電池発電システムを始動する．そして燃料
電池が発電を開始すると、発電量を略１００％出力まで
たかめて蓄電池が目標充電量（８０〜９０％）に達する
まで急速に充電する．そして、蓄電池が目標充電量まで
回復した後は、所定周期（例えば１〜数分）ごとに蓄電
池の消費電気量．ないし平均電流．平均電圧を演算手段
によって逐次算出し、この演算結果を基にあらかじめ定
めた蓄電池の目標充電量に対応する許容充電条件を超え
ない範囲で、次回周期での燃料電池の出力を増減制御し
て蓄電池の回復充電を行う．なお、蓄電池が目標充電量
を超えている場合には、次の周期での燃料電池の発電量
を決定する際に、１ステップ前の周期における蓄電池の
放電電気量にある係数（１以下）を掛けて燃料電池の出
力を制御して蓄電池の充電量を調整する．このように所
定周期を単位として蓄電池の充．放電状態を監視するこ
とにより計測誤差の累積なしに蓄電池の残存容量を的確
に把握することが可能となり、かつ電気自動車の走行状
況，負荷変動に左右されることなく、常に蓄電池を過充
電．過放電に至らしめないように目標充電量の状態に維
持して負荷への安定した電力供給を行うことができる． 〔実施例〕 第１図，第２図はそれぞれ異なる本発明実施例による燃
料電池発電システムの制御系統図である。
発電システムの制御装置に関する．〔従来の技術〕 低公害化を狙いとする電気自動車用電源として、最近に
なり車両に搭載して用いる燃料電池発電システムの開発
が進められている． ところで、燃料電池と燃料改質器とを組合わせた燃料電
池発電システムは一触的な特性として負荷変動に対する
応答性が低く、このままでは電気自動車のように走行，
停止を頻繁に繰り返す用途に対して、燃料電池の出力を
急激な負荷変動に応答性よく追従させることが困難であ
る．そこで、電気自動車用電源として、燃料電池の出力
側にバックアップ用の蓄電池を接続し、自動車の運行状
態により走行中の重負荷運転時には燃料電池の出力不足
分を蓄電池から放電し、軽負荷．走行停止の無負荷運転
時に燃料電池出力の余剰分で蓄電池を浮動充電するよう
にしたハイブリッド方式の燃料電池発電システムの採用
が提唱されている．一方、蓄電池には過充電，過放電の
繰り返しにより寿命が大幅に縮まると言った問題があり
、前記ハイブリッド方式の燃料電池発電システムでは、
蓄電池を常に適正な充電状態に保持して長寿命化を図り
つつ、併せて負荷へ安定した電力を供給できるようにす
ることが重要な課題となる．すなわち、鉛蓄電池を対象
とした蓄電池の充電．放電特性は第５図のごとくあり、
図中Ａ ＋ Ｂ ｅＭ域では蓄電池の充電．放電の電池
反応が可逆的に行われるのに対し、Ｃ ｅＭ域で示す過
充電．過放電の状態で使用すると安定した可逆的反応が
崩れて不可逆的となり、この領域でＭ電池の充電，放電
を繰り返すと電池特性を劣化させるのみならず、蓄電池
の寿命が大幅に縮まることが知られている．また、第６
図は鉛蓄電池の充電電流一電圧特性を各放電量（％）に
ついて示したものであり、図中の境界線Ｄは充電許容領
域の境界を表している．すなわち各放電量（％）ごとに
表した特性線と前記境界線Ｄとの交点以下の実線領域で
表す時間率電流（充電電流ＸＣ）で充電する限りは安全
に回復充電できるのに対し、前記交点を超えた破線領域
で急速充電を繰り返し行うと蓄電池の性能劣化が早期に
進行する．つまり、蓄電池を回復充電する場合には、蓄
電池の特性面からその時点での放電量，つまり残存容量
の状態によって適正な充電条件（許容充電電圧，電流）
が異なる．したがって先記した電気自動車用電源として
使用するハイブリッド式燃料電池発電システムの蓄電池
を重負荷運転の合間を縫って軽負荷運転期間中にできる
だけ短時間で回復充電させるには、第６図の特性図で述
べた許容領域限界ぎりぎりの充電条件で充電を行うよう
な燃料電池発電システムの制御が必要となる． そこで、前記のような蓄電池の充電条件を満足させるよ
うにしたハイブリッド方式の燃料電池発電システムの制
御方式として、第６図に示した蓄電池の充電特性を基準
に、充電許容領域の境界線Ｄに沿った蓄電池の各充電状
態に対応する充電制御パターンのデータをコントローラ
のメモリに格納しておき、一方では運転中に蓄電池の充
電．放電量をアンペア・アワー計により継続的に監視し
て蓄電池の残存容量を演算により求め、かつ前記した充
電制御パターンとの対比により、蓄電池の充電電圧．つ
まり燃料電池の出力電圧が蓄電池の許容充電電圧を超え
ない条件で燃料電池の出力を制御して蓄電池を目標充電
量（８０〜９０％）まで回復させるようにした燃料電池
の出力を制御する方式が特願昭６３−３６３３３として
同じ出願人より提案されている． 〔発明が解決しようとする課題〕 ところで前記した従来の制御方式では実用面で次記のよ
うな問題点が残る．すなわち、（１）蓄電池の静的な充
電特性を基準に充電制御パターンを設定しているために
、負荷変動が比較的緩慢である場合には支障がないが、
電気自動車のように走行状況により負荷が大きく変動す
る場合には、蓄電池の放電に対して電圧が即座に追従し
ないことから各時点ごとに連続的に残存容量を正確に求
めることが困難である．このために自動車運行中の限ら
れた充電時間内で蓄電池を目標充電量まで回復充電させ
て常に適正な充電状態に保持させることが難しい． （２）蓄電池の残存容量を連続的に監視しておく必要が
あるが、実際面ではアンペア・アワー計での計測誤差が
経時的に累積されるので、蓄電池の真の残存容量を継続
的に正しく把握することが極めて困難である． 本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、簡易
な方式で蓄電池の残存容量を的確に把握しつつ、蓄電池
を負荷変動に追随させながら常に目標充電量に近い充電
状態に安定保持して使用できるようにした、特に電気自
動車用電源として優れた効果を発揮する燃料電池発電シ
ステムの制御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、本発明の制御装置は、燃料
電池の出力．および電流調節手段と、蓄電池の電圧，電
流検出手段と、所定周期ごとにその時間内での蓄電池の
放電電気量を算出する演算手段と、各周期ごとに前記の
演算手段で求めた放電電気量を基に、蓄電池の充電特性
を基準にあらかじめ設定した目標充電量に対応する許容
充電条件の下で、燃料電池の出力，および電流調節手段
へ次回周期での制御指令を与えるコントローラとから構
成するものとする． また、前記における蓄電池の放電電気量を算出する演算
手段の代わりに、所定周期ごとにその時間内での蓄電池
の平均電流，平均電圧を算出する演算手段を用い、各周
期ごとに前記の演算手段で求めた平均電流，平均電圧か
ら蓄電池の充電状態を判定し、かつ蓄電池の充電特性を
基準にあらかじめ設定した蓄電池の目標充電量に対応す
る許容充電条件の下で、燃料電池の出力，および電流調
節手段へ次回周期での制御指令を与えるコントローラと
組合せて実施することもできる．〔作用〕 上記構成において、蓄電池に対する許容充電条件（電圧
．電流）は蓄電池の残存容量の全範囲で指定せずに、目
標充電量 （例えば８０〜９０％）の充電量に対しての
み設定してコントローラのメモリに格納されている．そ
して、燃料電池発電システムの起動期間などのように蓄
電池が放電状態にある場合には、蓄電池の許容充電条件
を超えない範囲で燃料電池の発電量を高出力として蓄電
池を目標充電量に達するまで急速に充電する。そして、
蓄電池が目標充電量に達した後は、所定周期ごとにその
時間内における蓄電池の放電電気量，ないしは平均電圧
．電流を逐次計測し、これを基に次回周期では目標充電
量に対応する許容充電条件の下で前回周期での蓄電池の
放電量に見合う電気量を補充するようにコントローラが
燃料電池の発電出力を制御する． ここで、電気自動車用電源に適用した場合についての制
御方法を具体的に述べると、まず休止の状態から自動車
を運行開始するには最初に蓄電池から燃料電池の補機に
給電して燃料電池発電システムを始動する．そして燃料
電池が発電を開始すると、発電量を略１００％出力まで
たかめて蓄電池が目標充電量（８０〜９０％）に達する
まで急速に充電する．そして、蓄電池が目標充電量まで
回復した後は、所定周期（例えば１〜数分）ごとに蓄電
池の消費電気量．ないし平均電流．平均電圧を演算手段
によって逐次算出し、この演算結果を基にあらかじめ定
めた蓄電池の目標充電量に対応する許容充電条件を超え
ない範囲で、次回周期での燃料電池の出力を増減制御し
て蓄電池の回復充電を行う．なお、蓄電池が目標充電量
を超えている場合には、次の周期での燃料電池の発電量
を決定する際に、１ステップ前の周期における蓄電池の
放電電気量にある係数（１以下）を掛けて燃料電池の出
力を制御して蓄電池の充電量を調整する．このように所
定周期を単位として蓄電池の充．放電状態を監視するこ
とにより計測誤差の累積なしに蓄電池の残存容量を的確
に把握することが可能となり、かつ電気自動車の走行状
況，負荷変動に左右されることなく、常に蓄電池を過充
電．過放電に至らしめないように目標充電量の状態に維
持して負荷への安定した電力供給を行うことができる． 〔実施例〕 第１図，第２図はそれぞれ異なる本発明実施例による燃
料電池発電システムの制御系統図である。
まず、第１図において、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
は燃料電池の電力！Ｐｉ節手段としてのＤＣ−ＤＣコン
バータ、５は電気自動車用駆動モータとしての負荷、６
がバックアップ用の蓄電池であり、これらでハイブリッ
ド方式の燃料電池発電システムを構成している．また、
７は原料タンクｌより改質器２へ改質原料を送り込む原
料ボンブ、８は改質器２のバーナヘ燃焼ガスを送り込む
空気プロア、９は燃料電池３へ反応空気を導入する空気
ブロア、１０はこれら補機を統轄制御して燃料電池の出
力調節を行う出力！１節手段としての補機コントローラ
である．なお、改質器２は燃料電池３のオフガスを燃焼
して改質反応熱を得るようにしており、また、各種補機
，並びに補機コントローラへは燃料電池３の出力側から
給電するようにしている． 一方、上記の燃料電池発電システムに対し、蓄電池６の
電流検出器１１と、電流検出値を積算する蓄電池の放電
量検出手段としてのアンペア・アワー計１２と、電圧検
出器１３と、タイマ１４により所定周期ごとに電流検出
器１１の出力を取り込んで蓄電池６の放電電気量を算出
する演算器１５と、該演算器１５からの信号とあらかじ
めメモリに格納されている後記の許容充電電圧設定値の
データと対比して補機コントローラ１０，ＤＣ−ＤＣコ
ンバータ４へ向けて制御指令１ｆｃを出力するコントロ
ーラ１６とで燃料電池発電システムの制御系を構成して
いる．なお、１７はＤＣ−ＤＣコンバータ４の―節器、
１８は燃料電池３の出力電流検出器、１９は比較器であ
る． かがる構成で、燃料電池発電システムから負荷に給電し
ている運転状態では、コントローラ１６に対し、蓄電池
６の端子電圧が電圧検出器１３を介して入力され、電流
検出器１１で検出された蓄電池の放電電流はアンペア・
アワー計１２．放電電気量演算器１５を介して所定周期
ごとにその時間内での放電電気量に変換して入力される
． 一方、コントローラｌ６では、蓄電池６の目標充電量を
８０〜９０％として、この目標充電量に対応する許容充
電電圧（第６図におけるａ−ｂ点に対応する）が設定値
としてメモリに格納されており、この許容充電電圧を基
準として次のような制御を行う．まず、燃料電池発電シ
ステムの起動時のように補機への給電に伴い蓄電池６の
端子電圧が許容充電電圧以下に低下している放電状態で
は、燃料電池３の発電量が略１００％出力となるように
補機コントローラ１０，ＤＣ−ＤＣコンバータ４に制御
指令１ｆｃを与え、蓄電池６を目標充電量に回復するま
で急速に充電する． そして、蓄電池６が目標充電量に対応する電圧まで回復
した後は、所定周期（例えば１〜３分）ごとに放電電気
量演算器１５から取り込んだ蓄電池６の放電電気量を基
に、この放電電気量に見合った電気量を次回周期の間に
蓄電池６へ補給するように燃料電池３の発電量を決めて
制御指令１ｆｃを出力する．これにより補機コントロー
ラ１０では制御指令Ｉｆｃに応じて原料ポンプ７，空気
ブロア８，９を制御し、燃料電池３の発電出力を調整す
る．また、同時に制御指令ｒｆｃは比較器１９において
燃料電池の出力電流検出値と比較され、調節器１７によ
りＤＣ−ＤＣコンバータ４を制御してその出力電流が蓄
電池の許容充電電流を超えないように調整する．なお、
前記のように所定周期ごとに燃料電池の発電量を見直し
て制御する過程で、蓄電池６の電圧が目標充電量（８０
〜９０％）に対応した電圧の範囲を超えている場合には
、コントロ−ラ１６はｌステップ前の周期で蓄電池が消
費した放電電気量に“１”よりも小さい係数を掛けて補
正した値を制御指令ｒｆｃとして出力するようにする．
次に、電気自動車用電源に適用した場合についての制御
動作例を第３図のタイムチャートに示す．なお、図中で
Ｔは蓄電池の放電電気量の計測周期、ｔは制御指令から
発電出力が変化するまでの燃料電池発電システムの応答
遅れを示している．この図から明らかなように、各周期
Ｔごとに計測された蓄電池の放電電気量の情報を基に、
次回周期では前回周期での蓄電池の放電電気量に見合う
電気量を充電補給するように燃料電池の発電量を増減制
御している．また、第４図は第３図の制御に対応した蓄
電池電圧の経時的な推移を示したものであり、燃料電池
発電システムの起動確立からの充電で蓄電池の電圧が目
標充電離農に対応した電圧まで回復した後は、蓄電池の
電圧が図中のａ， ｂ点（充電率８０〜９０％に対応
する）の範囲内に収まるように負荷変動に追随して充．
放電を繰り返す．これにより蓄電池は過充電，過放電の
状態に移行することなく、目標充電量の状態を維持して
負荷に安定した給電を行うことができる．第２図は第１
図と異なる実施例を示すものであり、第１図におけるア
ンペア・アワー計１２，放電電気量演算器１５の代わり
に、蓄電池６の電流検出器１１．電圧検出器１３の出力
を取り込んで所定周期ごとに平均電流，平均電圧を算出
する演算器２０を採用したものであり、その他の構成は
第１図と同樺である． かかる構成で、燃料電池発電システムから負荷に給電し
ている運転状態では、蓄電池６の電流，電圧が電流検出
器１１および電圧検出器１３より演算器１５へ入力され
、所定周期（例えば１〜３分）ごとにその平均電流，平
均電圧を算出してコントローラ１０に与える．一方、コ
ントローラ１０には第６図に示した蓄電池の充電特性を
基準とした許容充電電圧．電流に関する諸データがメモ
リに格納されており、各周期ごとに演算器２０から入力
された平均電流．平均電圧と照合して蓄電池の充電状態
を判定する． そして、ある所定周期で演算器２０より得た蓄電池６の
平均電流，平均電圧が例えば第６図におけるＣ点にある
場合には、この所定周期における蓄電池の放電量は約２
５％であると判断し、許容充電条件となる境界線Ｄと放
電量２５％に対応する放電特性線の交点ｄの充電電流を
超えない条件で、次回周期の間に蓄電池６を目標充電量
（８０〜９０％）にまで回復するように燃料電池３の適
正な発電量を決めてコントローラ１６より制御指令１ｆ
ｃを出力する． 〔発明の効果〕 本発明による燃料電池発電システムの制御装置は以上説
明したように構成されているので、次記の効果を奏する
． （１）ハイブリッド方式の燃料電池発電システムに組み
込んだ蓄電池に対し、目標充電量に対応した許容充電条
件を基準に所定周期ごとに蓄電池の放電電気量に見合っ
た電気量を次回の周期で充電補給するように燃料電池の
出力を制御することで、発電システムの運転中に蓄電池
を常に目標充電量に対応する残存容量に保持して負荷へ
の安定した給電が行える． （２）また、制御に当たっては、蓄電池の目標充電量に
対応した許容充電条件の設定、および所定周期ごとに蓄
電池の放電電気量、ないしは１ｇ電池の平均電圧，平均
電流の監視を行えばよク、箇単な制御系で対応できる．
しかも、従来の制御方式のように蓄電池の真の残存容量
を継続的に計測する必要がないので、計測誤差の翼積な
しに蓄電池の充電状態を的確に把握できる． （３）シたがって、電気自動車のように走行状況により
負荷が大きく変動するような用途に用いるパイプリフト
方式の燃料電池発電システムの制御それぞれとし優れた
効果を発揮できる．
を貯蔵した原料タンク、２は改質器、３は燃料電池、４
は燃料電池の電力！Ｐｉ節手段としてのＤＣ−ＤＣコン
バータ、５は電気自動車用駆動モータとしての負荷、６
がバックアップ用の蓄電池であり、これらでハイブリッ
ド方式の燃料電池発電システムを構成している．また、
７は原料タンクｌより改質器２へ改質原料を送り込む原
料ボンブ、８は改質器２のバーナヘ燃焼ガスを送り込む
空気プロア、９は燃料電池３へ反応空気を導入する空気
ブロア、１０はこれら補機を統轄制御して燃料電池の出
力調節を行う出力！１節手段としての補機コントローラ
である．なお、改質器２は燃料電池３のオフガスを燃焼
して改質反応熱を得るようにしており、また、各種補機
，並びに補機コントローラへは燃料電池３の出力側から
給電するようにしている． 一方、上記の燃料電池発電システムに対し、蓄電池６の
電流検出器１１と、電流検出値を積算する蓄電池の放電
量検出手段としてのアンペア・アワー計１２と、電圧検
出器１３と、タイマ１４により所定周期ごとに電流検出
器１１の出力を取り込んで蓄電池６の放電電気量を算出
する演算器１５と、該演算器１５からの信号とあらかじ
めメモリに格納されている後記の許容充電電圧設定値の
データと対比して補機コントローラ１０，ＤＣ−ＤＣコ
ンバータ４へ向けて制御指令１ｆｃを出力するコントロ
ーラ１６とで燃料電池発電システムの制御系を構成して
いる．なお、１７はＤＣ−ＤＣコンバータ４の―節器、
１８は燃料電池３の出力電流検出器、１９は比較器であ
る． かがる構成で、燃料電池発電システムから負荷に給電し
ている運転状態では、コントローラ１６に対し、蓄電池
６の端子電圧が電圧検出器１３を介して入力され、電流
検出器１１で検出された蓄電池の放電電流はアンペア・
アワー計１２．放電電気量演算器１５を介して所定周期
ごとにその時間内での放電電気量に変換して入力される
． 一方、コントローラｌ６では、蓄電池６の目標充電量を
８０〜９０％として、この目標充電量に対応する許容充
電電圧（第６図におけるａ−ｂ点に対応する）が設定値
としてメモリに格納されており、この許容充電電圧を基
準として次のような制御を行う．まず、燃料電池発電シ
ステムの起動時のように補機への給電に伴い蓄電池６の
端子電圧が許容充電電圧以下に低下している放電状態で
は、燃料電池３の発電量が略１００％出力となるように
補機コントローラ１０，ＤＣ−ＤＣコンバータ４に制御
指令１ｆｃを与え、蓄電池６を目標充電量に回復するま
で急速に充電する． そして、蓄電池６が目標充電量に対応する電圧まで回復
した後は、所定周期（例えば１〜３分）ごとに放電電気
量演算器１５から取り込んだ蓄電池６の放電電気量を基
に、この放電電気量に見合った電気量を次回周期の間に
蓄電池６へ補給するように燃料電池３の発電量を決めて
制御指令１ｆｃを出力する．これにより補機コントロー
ラ１０では制御指令Ｉｆｃに応じて原料ポンプ７，空気
ブロア８，９を制御し、燃料電池３の発電出力を調整す
る．また、同時に制御指令ｒｆｃは比較器１９において
燃料電池の出力電流検出値と比較され、調節器１７によ
りＤＣ−ＤＣコンバータ４を制御してその出力電流が蓄
電池の許容充電電流を超えないように調整する．なお、
前記のように所定周期ごとに燃料電池の発電量を見直し
て制御する過程で、蓄電池６の電圧が目標充電量（８０
〜９０％）に対応した電圧の範囲を超えている場合には
、コントロ−ラ１６はｌステップ前の周期で蓄電池が消
費した放電電気量に“１”よりも小さい係数を掛けて補
正した値を制御指令ｒｆｃとして出力するようにする．
次に、電気自動車用電源に適用した場合についての制御
動作例を第３図のタイムチャートに示す．なお、図中で
Ｔは蓄電池の放電電気量の計測周期、ｔは制御指令から
発電出力が変化するまでの燃料電池発電システムの応答
遅れを示している．この図から明らかなように、各周期
Ｔごとに計測された蓄電池の放電電気量の情報を基に、
次回周期では前回周期での蓄電池の放電電気量に見合う
電気量を充電補給するように燃料電池の発電量を増減制
御している．また、第４図は第３図の制御に対応した蓄
電池電圧の経時的な推移を示したものであり、燃料電池
発電システムの起動確立からの充電で蓄電池の電圧が目
標充電離農に対応した電圧まで回復した後は、蓄電池の
電圧が図中のａ， ｂ点（充電率８０〜９０％に対応
する）の範囲内に収まるように負荷変動に追随して充．
放電を繰り返す．これにより蓄電池は過充電，過放電の
状態に移行することなく、目標充電量の状態を維持して
負荷に安定した給電を行うことができる．第２図は第１
図と異なる実施例を示すものであり、第１図におけるア
ンペア・アワー計１２，放電電気量演算器１５の代わり
に、蓄電池６の電流検出器１１．電圧検出器１３の出力
を取り込んで所定周期ごとに平均電流，平均電圧を算出
する演算器２０を採用したものであり、その他の構成は
第１図と同樺である． かかる構成で、燃料電池発電システムから負荷に給電し
ている運転状態では、蓄電池６の電流，電圧が電流検出
器１１および電圧検出器１３より演算器１５へ入力され
、所定周期（例えば１〜３分）ごとにその平均電流，平
均電圧を算出してコントローラ１０に与える．一方、コ
ントローラ１０には第６図に示した蓄電池の充電特性を
基準とした許容充電電圧．電流に関する諸データがメモ
リに格納されており、各周期ごとに演算器２０から入力
された平均電流．平均電圧と照合して蓄電池の充電状態
を判定する． そして、ある所定周期で演算器２０より得た蓄電池６の
平均電流，平均電圧が例えば第６図におけるＣ点にある
場合には、この所定周期における蓄電池の放電量は約２
５％であると判断し、許容充電条件となる境界線Ｄと放
電量２５％に対応する放電特性線の交点ｄの充電電流を
超えない条件で、次回周期の間に蓄電池６を目標充電量
（８０〜９０％）にまで回復するように燃料電池３の適
正な発電量を決めてコントローラ１６より制御指令１ｆ
ｃを出力する． 〔発明の効果〕 本発明による燃料電池発電システムの制御装置は以上説
明したように構成されているので、次記の効果を奏する
． （１）ハイブリッド方式の燃料電池発電システムに組み
込んだ蓄電池に対し、目標充電量に対応した許容充電条
件を基準に所定周期ごとに蓄電池の放電電気量に見合っ
た電気量を次回の周期で充電補給するように燃料電池の
出力を制御することで、発電システムの運転中に蓄電池
を常に目標充電量に対応する残存容量に保持して負荷へ
の安定した給電が行える． （２）また、制御に当たっては、蓄電池の目標充電量に
対応した許容充電条件の設定、および所定周期ごとに蓄
電池の放電電気量、ないしは１ｇ電池の平均電圧，平均
電流の監視を行えばよク、箇単な制御系で対応できる．
しかも、従来の制御方式のように蓄電池の真の残存容量
を継続的に計測する必要がないので、計測誤差の翼積な
しに蓄電池の充電状態を的確に把握できる． （３）シたがって、電気自動車のように走行状況により
負荷が大きく変動するような用途に用いるパイプリフト
方式の燃料電池発電システムの制御それぞれとし優れた
効果を発揮できる．
第１図．第２図はそれぞれ異なる本発明実施例の制御装
置の系統図、第３図は本発明による制御動作のタイムチ
ャートを表す図、第４図は第３図の制御に伴う蓄電池電
圧の経時的な推移を表した図、第５図は蓄電池の充．放
電特性図、第６図は鉛蓄電池の充ｉｔ′ｒ４流一電圧特
性図である．・図において、 ３：燃料電池、４：Ｄｃ−Ｄｃコンバータ （電流稠節
手段）、５：負荷、６：蓄電池、１ｏ：補機コントロー
ラ （出方！ｊ１＃手段）、１１：電流検出器、１２：
アンペア・アワー計、工３：電圧検出器、１５：放電電
気量演算器、１６：コントローラ、２ｏ：平均電圧．平
均電流演算器、Ｉｆｃ：制御指令．第４図 第５図 第６図
置の系統図、第３図は本発明による制御動作のタイムチ
ャートを表す図、第４図は第３図の制御に伴う蓄電池電
圧の経時的な推移を表した図、第５図は蓄電池の充．放
電特性図、第６図は鉛蓄電池の充ｉｔ′ｒ４流一電圧特
性図である．・図において、 ３：燃料電池、４：Ｄｃ−Ｄｃコンバータ （電流稠節
手段）、５：負荷、６：蓄電池、１ｏ：補機コントロー
ラ （出方！ｊ１＃手段）、１１：電流検出器、１２：
アンペア・アワー計、工３：電圧検出器、１５：放電電
気量演算器、１６：コントローラ、２ｏ：平均電圧．平
均電流演算器、Ｉｆｃ：制御指令．第４図 第５図 第６図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）燃料電池の出力側にバックアップ用電源としての蓄
電池を接続して負荷への給電を行うハイブリッド方式の
燃料電池発電システムの制御装置であって、燃料電池の
出力、および電流調節手段と、蓄電池の電圧、電流検出
手段と、所定周期ごとにその時間内での蓄電池の放電電
気量を算出する演算手段と、各周期ごとに前記の演算手
段で求めた放電電気量を基に、蓄電池の充電特性を基準
にあらかじめ設定した目標充電量に対応する許容充電条
件の下で、燃料電池の出力、および電流調節手段へ次回
周期での制御指令を与えるコントローラとから構成した
ことを特徴とする燃料電池発電システムの制御装置。 ２）燃料電池の出力側にバックアップ用電源としての蓄
電池を接続して負荷への給電を行うハイブリッド方式の
燃料電池発電システムの制御装置であって、燃料電池の
出力、および電流調節手段と、蓄電池の電圧、電流検出
手段と、所定周期ごとにその時間内での蓄電池の平均電
流、平均電圧を算出する演算手段と、各周期ごとに前記
の演算手段で求めた平均電流、平均電圧から蓄電池の充
電状態を判定し、かつ蓄電池の充電特性を基準にあらか
じめ設定した蓄電池の目標充電量に対応する許容充電条
件の下で、燃料電池の出力、および電流調節手段へ次回
周期での制御指令を与えるコントローラとから構成した
ことを特徴とする燃料電池発電システムの制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1236400A JP2775890B2 (ja) | 1989-01-09 | 1989-09-12 | 燃料電池発電システムの制御装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP221789 | 1989-01-09 | ||
| JP1-2217 | 1989-01-09 | ||
| JP1236400A JP2775890B2 (ja) | 1989-01-09 | 1989-09-12 | 燃料電池発電システムの制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02291668A true JPH02291668A (ja) | 1990-12-03 |
| JP2775890B2 JP2775890B2 (ja) | 1998-07-16 |
Family
ID=26335559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1236400A Expired - Lifetime JP2775890B2 (ja) | 1989-01-09 | 1989-09-12 | 燃料電池発電システムの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2775890B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11273702A (ja) * | 1997-11-20 | 1999-10-08 | Siemens Ag | 燃料電池積層体の監視方法および監視装置 |
| WO2002029953A1 (fr) * | 2000-10-03 | 2002-04-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Systeme et procede pour commande, programme et support de fourniture d"energie |
| WO2002097909A1 (en) * | 2001-05-25 | 2002-12-05 | Cellex Power Products, Inc. | Hybrid power supply control system and method |
| US6555989B1 (en) | 2001-11-27 | 2003-04-29 | Ballard Power Systems Inc. | Efficient load-following power generating system |
| WO2006048978A1 (ja) * | 2004-11-02 | 2006-05-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 電源装置 |
| US7687167B2 (en) | 2003-07-18 | 2010-03-30 | Panasonic Corporation | Power supply unit |
| JP2011015485A (ja) * | 2009-06-30 | 2011-01-20 | Hitachi Computer Peripherals Co Ltd | 電源システム |
| JP2012038457A (ja) * | 2010-08-04 | 2012-02-23 | Ikutoku Gakuen | 燃料電池の発電制御装置、燃料電池発電システム、燃料電池の発電制御方法、およびプログラム |
| CN112751063A (zh) * | 2019-10-31 | 2021-05-04 | 长城汽车股份有限公司 | 燃料电池的控制方法与装置、电池管理系统和车辆 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4529429B2 (ja) * | 2003-12-05 | 2010-08-25 | トヨタ自動車株式会社 | ハイブリッド燃料電池システム |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6195776A (ja) * | 1984-10-18 | 1986-05-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 消耗性電極溶接における突出長制御装置 |
| JPS61114759A (ja) * | 1984-11-09 | 1986-06-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 電気集塵装置の火花放電検出方法 |
| JPS63276877A (ja) * | 1987-05-08 | 1988-11-15 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池発電装置 |
-
1989
- 1989-09-12 JP JP1236400A patent/JP2775890B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6195776A (ja) * | 1984-10-18 | 1986-05-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 消耗性電極溶接における突出長制御装置 |
| JPS61114759A (ja) * | 1984-11-09 | 1986-06-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 電気集塵装置の火花放電検出方法 |
| JPS63276877A (ja) * | 1987-05-08 | 1988-11-15 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池発電装置 |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11273702A (ja) * | 1997-11-20 | 1999-10-08 | Siemens Ag | 燃料電池積層体の監視方法および監視装置 |
| CN100454712C (zh) * | 2000-10-03 | 2009-01-21 | 松下电器产业株式会社 | 功率生成控制系统和功率生成控制方法 |
| WO2002029953A1 (fr) * | 2000-10-03 | 2002-04-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Systeme et procede pour commande, programme et support de fourniture d"energie |
| US6904337B2 (en) | 2000-10-03 | 2005-06-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Power generation control system, power generation control method, program, and medium |
| WO2002097909A1 (en) * | 2001-05-25 | 2002-12-05 | Cellex Power Products, Inc. | Hybrid power supply control system and method |
| US6534950B2 (en) | 2001-05-25 | 2003-03-18 | Cellex Power Products, Inc. | Hybrid power supply control system and method |
| US6555989B1 (en) | 2001-11-27 | 2003-04-29 | Ballard Power Systems Inc. | Efficient load-following power generating system |
| US7687167B2 (en) | 2003-07-18 | 2010-03-30 | Panasonic Corporation | Power supply unit |
| US8470481B2 (en) | 2003-07-18 | 2013-06-25 | Panasonic Corporation | Power supply unit |
| JP2006134601A (ja) * | 2004-11-02 | 2006-05-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電源装置 |
| WO2006048978A1 (ja) * | 2004-11-02 | 2006-05-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 電源装置 |
| US7719252B2 (en) | 2004-11-02 | 2010-05-18 | Panasonic Corporation | Power supply |
| JP2011015485A (ja) * | 2009-06-30 | 2011-01-20 | Hitachi Computer Peripherals Co Ltd | 電源システム |
| JP2012038457A (ja) * | 2010-08-04 | 2012-02-23 | Ikutoku Gakuen | 燃料電池の発電制御装置、燃料電池発電システム、燃料電池の発電制御方法、およびプログラム |
| CN112751063A (zh) * | 2019-10-31 | 2021-05-04 | 长城汽车股份有限公司 | 燃料电池的控制方法与装置、电池管理系统和车辆 |
| CN112751063B (zh) * | 2019-10-31 | 2022-07-22 | 长城汽车股份有限公司 | 燃料电池的控制方法与装置、电池管理系统和车辆 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2775890B2 (ja) | 1998-07-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0334474B1 (en) | Control apparatus for a fuel cell generating system | |
| US5334463A (en) | Hybrid fuel battery system and the operation method thereof | |
| US5945811A (en) | Pulse charging method and a charger | |
| JP3964635B2 (ja) | メモリー効果の検出方法およびその解消方法 | |
| US7291412B2 (en) | Control apparatus and control method of fuel cell system | |
| EP1658192B1 (en) | Control apparatus for vehicle having fuel cell mounted thereon | |
| US9112371B2 (en) | Refresh charging method for an assembled battery constituted from a plurality of lead-acid storage batteries and charging apparatus | |
| JP2008539683A (ja) | 燃料電池システムにおける適応エネルギー管理のためのシステムおよび方法ここで使用する各セクションの見出しは、構成上使用するものであり、したがって、いかなる点においても、クレームを限定すると解釈すべきではない。 | |
| US20120021257A1 (en) | Fuel cell system, control method for the fuel cell system, and vehicle equipped with the fuel cell system | |
| JP2003086212A (ja) | 燃料電池制御システム | |
| JP2003249236A (ja) | 電源装置 | |
| JP4527048B2 (ja) | 二次電池用の制御装置及び二次電池の入力制御方法 | |
| WO2012165300A1 (ja) | 蓄電システム | |
| EP2454779B1 (en) | Integrated fuel processor and fuel cell system control method | |
| CN101904037A (zh) | 燃料电池系统及燃料电池的老化判断方法 | |
| JP2005269752A (ja) | ハイブリッドカーの電源装置 | |
| KR20170122063A (ko) | 연료전지 차량의 시동 제어방법 | |
| WO2019155507A1 (ja) | 直流給電システム | |
| JPH02291668A (ja) | 燃料電池発電システムの制御装置 | |
| US9837692B2 (en) | Power controlling apparatus | |
| US10770761B2 (en) | Fuel cell control device, control method thereof, and fuel cell vehicle | |
| CN102379060B (zh) | 燃料电池系统和配备有该燃料电池系统的车辆 | |
| JPH09107604A (ja) | 組蓄電池の充電制御方法 | |
| WO2019163008A1 (ja) | 直流給電システム | |
| JPH0451466A (ja) | 燃料電池発電システムの出力制御装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 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 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090501 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090501 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100501 Year of fee payment: 12 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100501 Year of fee payment: 12 |