JPH02309563A - 燃料電池発電装置の制御方法 - 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〕 本発明は、燃料電池とバックアップ用の二次電池とを組
み合わせたハイブリッド方式の燃料電池発電システムの
制御方法に関し、特に燃料電池出力の制御方法に関する
。

［従来の技術］ 一般に、燃料改質器によって例えば炭化水素を改質して
得た水素を燃料とする燃料電池の制御方法、特に激しく
変動する電力負荷に電力を供給するための小形でかつ交
流出力の燃料電池の制御方法においては、燃料改質器に
供給される炭化水素などのような改質原料の供給量と燃
料電池部に供給される燃料空気の供給量とを電力負荷の
増減に応じて増減することが必要である。

また、燃料改質器内には改質反応を促進させるための改
質触媒が充填されており、改質触媒を加熱するための加
熱燃料を必要とする。この加熱燃料を燃焼させるための
助燃空気の供給量は加熱燃料の併給量の増減に応じて増
減することが必要である。さらに、燃料改質器において
は、改質原料の改質効率を高め、かつ改質触媒の寿命を
長くするために、改質器の温度を所定値に保つ必要があ
る。

一方、燃料電池部においては、電池部からの出力電流を
Ｉ、比例定数をにとして（１）式で表わされる損失りが
発生する。

Ｌ＝ＫＩ”　　　　・・・（１） 損失りの発生により電極の温度が上昇するので、この温
度上昇が極端にならないように通常は空気を用いて電池
電極を冷却するようにしている。また、燃料電池部にお
いては発電効率を良好にするために、電池電極の温度を
所定値に保持しなければならないので、燃料電池制御方
法においては、電池部からの出力電流Ｉおよび燃料電池
部を冷却するための冷却空気の供給量を燃料電池部の温
度の増減に応じて増減させるように制御することが必要
である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、例えばヒータあるいはインバータエアコ
ンなどのように激しく変動する電力負荷に電力を供給す
る小形でかつ交流出力の従来の燃料電池発電装置には、
電力負荷等の増減に応じて改質原料および各種装置への
空気の供給量を自動的に増減するための機能が付与され
ていないので、負荷追従性が悪いという問題点があった
。

また、燃料電池の起動時および負荷が減少して軽負荷と
なった場合のように電力負荷が無負荷に近い軽負荷の場
合、燃料電池部の電極電圧が高くなり過ぎると燃料電池
部内で逆方向に電流が流れるために、例えば白金などの
ような電極触媒が腐食してしまい、電極劣化を引き起こ
すというようなもう一つの重要な問題点もあった。

このような問題点を解決するために、本発明者は特願昭
６３−４９０２号に記載されているような制御方法を考
案した。第３図はこの制御方法に係る燃料電池全体の制
御を行なう演算制御部における演算制御の流れを示す。

第３図に示すように、負荷電力ＰＬ、から算出される所
定の電力値に直交変換装置の変換効率の逆数（１／ＫＩ
Ｎｖ（ＰＩＮｖ））を乗じ、この電力値に負荷電力に応
じた二次電池の充電電力ｐａ’ｒと補機電力ＰＡＴとを
加算する。加算された電力値Ｐｃ１ｌにチョッパ効率の
逆数（１／にｃｏ（Ｐｃ＋＋））を乗じることにより燃
料電池出力値Ｉｒｅを算出するものである。

しかしながら、負荷変動が連続して長時間に渡っ′Ｃ起
こるような場合、バックアップ用の二次電池は連続した
放電状態となり、二次電池電圧が低下し、燃料電池発電
システムの運転に支障をきたすことがあり、これを避け
るためには二次電池の容量を増加しなければならず、そ
のため二次電池が大型化してしまうという問題点があっ
た。

そこで、本発明の目的は、上述の問題点を解決し、バッ
クアップ用の二次電池の容量を軽減するような燃料電池
発電装置の制御方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明は、燃料電池
と該燃料電池をバックアップする二次電池とを組み合わ
せたハイブリッド方式の燃料電池発電装置を制御するに
あたり、負荷に供給される電力に基づいて二次電池を充
電する二次電池充電電力値を算出し、二次電池の電圧を
所定の時間おいて積算し、積算値が二次電池の特性およ
び容量により決定される第１の規定値よりも小さいとき
に、一定の二次電池充電電力補正値を二次電池充電電力
値に加算し、二次電池電圧の積算値が第１の規定値より
も大きい第２の規定値よりも大きいときに、一定の二次
電池充電電力補正値を二次電池充電電力値から減算した
電力値を二次電池に充電することを特徴とする。

（作　用） 本発明によれば、電力負荷に供給される電力によって算
出された二次電池充電電力値に、二次電池電圧の積算値
を検出することによって算出された二次電池充電電力補
正値を加えることにより、負荷変動が多いときには二次
電池への充電電力量を大きく、負荷変動が少ないときに
は二次電池への充電電力量を小さくするような制御を行
なう。

このことにより、負荷変動が連続して長時間に渡って起
こったときにも二次電池電圧の低下を避け、かつ二次電
池の容量を軽減することができる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の実施例の演算制御の流れを示すブロッ
ク図である。ここで、ステップ１２６，１２７および１
１５は燃料電池発電装置全体の制御を行なう演算制御部
における演算を示す。ステップ１１５においては第３図
における演算と同様に、二次電池が必要とする二次電池
充電電力ｐａＴが負荷電力ＰＬから算出される。

２０は二次電池電圧積算器であり、二次電池電圧検出器
によって検出された二次電池の電圧ＶＢを積算し、二次
電池電圧の積算値Σｖ６を求める。２１は第１の比較器
であり、第１の規定値ＶＢ＋　と二次電池電圧積算値Σ
Ｖａの比較を行う。２２は第２の比較器であり、第１の
規定値ＶＢＩよりも大きい第２の規定値Ｖｌ’１２と二
次電池電圧積算値ΣＶａとの比較を行う。

２４は第１の設定器であり、ステップ１１５において算
出された二次電池充電電力値が送出されると、二次電池
充電電力の補正値Ｐ１を出力する。２５は第２の設定器
であり、同様に二次電池充電電力値が送出されると二次
電池充電電力の補正値−Ｐ。

を出力する。

ステップ１２６において補正値Ｐ１と−Ｐ２とが加算さ
れ、　ＰＢＴαとなる＊　　ｐａｔαとＰＢアとがステ
ップ１２７において加算される、この加算によって二次
電池充電電力ｐａＴが補正される。

いま、燃料電池と二次電池がハイブリッド運転している
とする。このとき第２図に示すような負荷変動が起こっ
た場合、時刻ｔ１における二次電池の電圧ＶＢ＋　と時
刻ｔ２における二次電池の電圧Ｖ１１２はＴ（時刻ｔ１
と時刻Ｌ２との時間）が数十分程度では、 ＶＢＩ”ｒ　ＶＢ２　’　−（２） となり、二次電池が時間Ｔにおいて放電したのか充電し
たのか不明である。

第１図に示したように負荷電力ＰＬにより決まる二次電
池の充電電力ＰｎＴと第２図のＡ部との差で充電か放電
かが決まる。時間Ｔの間で第２図のＡ部が多くなると二
次電池は放電のみを行なうようになり、逆の場合は充電
のみを行なうようになる。このことは二次電池の充電電
力ｐａｒを負荷電力ＰＬのみにより決定していることに
起因している。しかしながら、二次電池電圧ｖ１１は定
常的にはほとんど変化しないので、ｖ８では二次電池の
充電電力ＰＢを補正することができない。

そこで、第２図における■、の時刻ｔ、から時刻ｔ２ま
での時間Ｔにおける積算値ΣｖＢに着目した（ここで、
時間Ｔは二次電池電圧ｖ６の積算時間であり、二次電池
の容量が大きいほど長くなる）。

Σｖ８は二次電池の充電状態と、負荷変動の度合によっ
て決定される。すなわち、二次電池が十分に充電されて
いるときのΣＶ５は二次電池が空に近いときのΣＶＢよ
りも大きい。また、負荷変動が多いとΣｖＢは小さくな
る。

また、一般に二次電池は空に近いときの方が充電電流を
多く流すことが可能である。そこで、ΣＶＢを以下の３
領域に分け、二次電池充電電力の補正を行っている。す
なわち、 （１）　Ｖｌｌｌ　＞ΣＶａ　（Ｖａ　、はバッテリの
特性および容量により決定される値） この領域は二次電池が空か、もしくは負荷変動が激しい
か、あるいはその両方の場合であるので、二次電池の充
電電力を、引き続く次の時間Ｔだけ＋Ｐ１分補正補正い
る。

（２）　Ｖａｚ　＜　ΣＶａ　（Ｖ１１２はＶａ２＞Ｖ
ａ＋　（７）条件を満足する負荷パターンなどで決定さ
れる値）この領域は二次電池が十分に充電されているか
、もしくは負荷変動があまりないか、あるいはその両方
の場合であるので、二次電池の充電電力を、引き続く次
の時間Ｔだけ−Ｐ２分補正している。

（３）　Ｖｌｌｌ　＜ΣＶ［ｌ＜Ｖ１１２この領域はシ
ステム設計に見合った運転領域のため無補正である。

以上の説明から明らかなように、本発明の実施例の燃料
電池制御方法においては、二次電池への充電電力量を、
負荷変動が多いときには大きく、負荷荷変動が少ないと
きには小さくするように制御することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明においては、燃料電池と、
この燃料電池のバックアップ用の二次電池を有するハイ
ブリッドシステムの制御において、二次電池電圧の積算
時間における積算値が第１の規定値よりも小さいとぎに
、負荷電力から算出される二次電池充電電力値に一定の
二次電池充電電力補正値を時間Ｔの間だけ加算し、かつ
二次電池電圧積算値が第１の規定値よりも大きな第２の
規定値を超えるときに、二次電池充電電力値から一定の
二次電池充電電力補正値を時間Ｔの間だけ減算すること
により、負荷変動が連続して長時間起こったときにも二
次電池電圧の低下を避け、かつ二次電池容量を軽減する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の演算制御の流れを示すブロッ
ク図、 第２図は本発明の実施例の負荷変動時の二次電池電圧お
よび二次電池電流の変動の一例を示す図、 第３図は燃料電池制御における演算制御の流れを示すブ
ロック図である。 ２０・・・二次電池電圧積算器、 ２１・・・第１の比較器、 ２２・・・第２の比較器、 ２４・・・第１の設定器、 ２５・・・第２の設定器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）燃料電池と該燃料電池をバックアップする二次電池
   とを組み合わせたハイブリッド方式の燃料電池発電装置
   を制御するにあたり、 負荷に供給される電力に基づいて前記二次電池を充電す
   る二次電池充電電力値を算出し、 前記二次電池の電圧を所定の時間おいて積算し、 前記積算値が二次電池の特性および容量により決定され
   る第１の規定値よりも小さいときに、一定の二次電池充
   電電力補正値を前記二次電池充電電力値に加算し、前記
   積算値が前記第１の規定値よりも大きい第２の規定値よ
   りも大きいときに、一定の二次電池充電電力補正値を前
   記二次電池充電電力値から減算した電力値を前記二次電
   池に充電することを特徴とする燃料電池発電装置の制御
   方法。