JPH0298062A - 燃料電池の運転制御装置 - Google Patents
燃料電池の運転制御装置Info
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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】
〔産業上の利用分計〕
本発明は、燃料および酸化剤の供給による電池反応によ
り発電する電力を外部負荷に供給する燃料電池の運転制
御装置に関する。
り発電する電力を外部負荷に供給する燃料電池の運転制
御装置に関する。
燃料電池は単電池を積層してなるセルスタックを備え、
セルスタックの単電池に反応ガスとしての燃料ガスと酸
化剤ガスとを供給して電池反応を起こさせて発電する。
セルスタックの単電池に反応ガスとしての燃料ガスと酸
化剤ガスとを供給して電池反応を起こさせて発電する。
この際、電池反応に伴って熱が発生するので、セルスタ
ックに供給する冷却媒体により除熱してセルスタックを
冷却して燃料電池の運転温度を保持している。このよう
にして燃料電池にて発電した電力は燃料電池から外部負
荷に送電される。
ックに供給する冷却媒体により除熱してセルスタックを
冷却して燃料電池の運転温度を保持している。このよう
にして燃料電池にて発電した電力は燃料電池から外部負
荷に送電される。
このような燃料電池の発電システムとして従来第２図に
示すものが知られている。図において１は燃料電池、２
は燃料ガスを燃料電池に供給する燃料ガス供給装置、３
は酸化剤ガスを燃料電池に供給する酸化剤ガス供給装置
である。燃料ガスは一般ｌこ改質原料を改質してなる水
素に富む改質ガスが使用されるので燃料ガス供給装置１
としては改質装置が使用される。また酸化剤ガスは一般
に空気が甲いられるので酸化剤ガス供給装置３は送風機
等を備えた供給装置が使用される。したがって燃料電池
１には燃料ガス供給装置２から水素を含む燃料ガスと酸
化剤ガス供給装置から酸素を含む空気とがそれぞれ燃料
供給管路８．酸化剤供給管路９を経て供給されて燃料電
池は電池反応を起こして発電する。
示すものが知られている。図において１は燃料電池、２
は燃料ガスを燃料電池に供給する燃料ガス供給装置、３
は酸化剤ガスを燃料電池に供給する酸化剤ガス供給装置
である。燃料ガスは一般ｌこ改質原料を改質してなる水
素に富む改質ガスが使用されるので燃料ガス供給装置１
としては改質装置が使用される。また酸化剤ガスは一般
に空気が甲いられるので酸化剤ガス供給装置３は送風機
等を備えた供給装置が使用される。したがって燃料電池
１には燃料ガス供給装置２から水素を含む燃料ガスと酸
化剤ガス供給装置から酸素を含む空気とがそれぞれ燃料
供給管路８．酸化剤供給管路９を経て供給されて燃料電
池は電池反応を起こして発電する。
ところで燃料電池１で発電した直流電力は外部負荷に必
要な形に変換する電力用半導体素子からる電力変換器４
により例えば直流から交流に変換された後外部負荷５に
送電される。
要な形に変換する電力用半導体素子からる電力変換器４
により例えば直流から交流に変換された後外部負荷５に
送電される。
送電される電力は負荷設定器６により負荷設定され、こ
の設定負荷指令が制御装置７に入力される。制御装［７
は、設定負荷に対応して燃料ガス流量と酸化剤ガス流量
をそれぞれ演算し、この演算された燃料ガス流量と酸化
剤ガス流量とを燃料電池１に供給するように燃料ガス供
給装置２と酸化剤ガス供給装置３とを制御する。そして
燃料電池１はこの供給される燃料ガス流量と酸化剤ガス
流量とにより発電し、外部負荷５に設定した電力が送電
される。
の設定負荷指令が制御装置７に入力される。制御装［７
は、設定負荷に対応して燃料ガス流量と酸化剤ガス流量
をそれぞれ演算し、この演算された燃料ガス流量と酸化
剤ガス流量とを燃料電池１に供給するように燃料ガス供
給装置２と酸化剤ガス供給装置３とを制御する。そして
燃料電池１はこの供給される燃料ガス流量と酸化剤ガス
流量とにより発電し、外部負荷５に設定した電力が送電
される。
ところで、燃料電池の出力特性、すなわち出力電圧と負
荷電流との関係は、縦軸に出力電圧を。
荷電流との関係は、縦軸に出力電圧を。
横軸に負荷電流の燃料電池の定格電ｉｔこ対する比をと
って示した第３図の発電初期の特性曲線１１゜長期運転
後の特性曲線１２が示すように発電初期と長期運転後と
では異なり、運転時間が増すに従って除々に特性が低下
し、一定電流値で比較すると出力電圧は運転時間が長く
なる程低下する。したがって運転の経過により出力電圧
が低下した場合、負荷電流を増すことにより設定した電
力が送電される。
って示した第３図の発電初期の特性曲線１１゜長期運転
後の特性曲線１２が示すように発電初期と長期運転後と
では異なり、運転時間が増すに従って除々に特性が低下
し、一定電流値で比較すると出力電圧は運転時間が長く
なる程低下する。したがって運転の経過により出力電圧
が低下した場合、負荷電流を増すことにより設定した電
力が送電される。
電力変換器１１は電力用半導体素子から構成されている
が、素子の数や容量は燃料電池の発電システムの定格出
力における最大電流値により決定され、電流値が太き（
なる種半導体素子の数や容量は増加する。
が、素子の数や容量は燃料電池の発電システムの定格出
力における最大電流値により決定され、電流値が太き（
なる種半導体素子の数や容量は増加する。
ところで燃料電池の出力特性は運転時間の増加に伴って
前述のように低下するので、所定の電力を送電するため
には目標とする長期の運転時間における出力電圧の低下
による電流増加を見込んで電力変換器には電力用半導体
素子を多口に組み込む必要がある。このため電力用半導
体素子の数を増加したり、あるいは素子の容量をより大
きくするなどする必要があり、これに伴って電力変換器
における損失が増す等の次点がある。
前述のように低下するので、所定の電力を送電するため
には目標とする長期の運転時間における出力電圧の低下
による電流増加を見込んで電力変換器には電力用半導体
素子を多口に組み込む必要がある。このため電力用半導
体素子の数を増加したり、あるいは素子の容量をより大
きくするなどする必要があり、これに伴って電力変換器
における損失が増す等の次点がある。
本発明の目的は、燃料電池から電力を送電する際に使用
される電力変換器の損失を小さくすることのできる燃料
電池の運転制御装置を提供することである。
される電力変換器の損失を小さくすることのできる燃料
電池の運転制御装置を提供することである。
上記課題を解決するためζこ、本発明によれば燃料ガス
供給源から燃料供給管路を経て燃料ガスと酸化剤ガス供
給源から酸化剤供給管路を経て酸化剤ガスとの供給正こ
より電池反応を起こして発電する電力を電力変換器を経
て外部負荷に送電する燃料電池において、燃料供給管路
に水素供給源から水素を混入する水素供給源と酸化剤供
給管路に酸素供給源から酸素を混入する酸素供給系との
少なくとも一方の供給系と、燃料電池の出力電圧を検出
する電圧計と、負荷電流を検出する電流計と、この電圧
計と電流計とで検出した発電初期の送電電力の電圧と電
流との関係を記憶し、この関係から発電初期以降の送電
電力の電流に対する電圧を目標値として取出し可能なメ
モリーと、初期以降の送電電力の電圧とメモリーからの
電圧の目標値との偏差により燃料供給管路に混入する水
素供給源からの水素流量と酸化剤供給管路に混入する酸
素供給源からの酸素流量との少なくとも一方を制御する
制御手段とを設けるものとする。
供給源から燃料供給管路を経て燃料ガスと酸化剤ガス供
給源から酸化剤供給管路を経て酸化剤ガスとの供給正こ
より電池反応を起こして発電する電力を電力変換器を経
て外部負荷に送電する燃料電池において、燃料供給管路
に水素供給源から水素を混入する水素供給源と酸化剤供
給管路に酸素供給源から酸素を混入する酸素供給系との
少なくとも一方の供給系と、燃料電池の出力電圧を検出
する電圧計と、負荷電流を検出する電流計と、この電圧
計と電流計とで検出した発電初期の送電電力の電圧と電
流との関係を記憶し、この関係から発電初期以降の送電
電力の電流に対する電圧を目標値として取出し可能なメ
モリーと、初期以降の送電電力の電圧とメモリーからの
電圧の目標値との偏差により燃料供給管路に混入する水
素供給源からの水素流量と酸化剤供給管路に混入する酸
素供給源からの酸素流量との少なくとも一方を制御する
制御手段とを設けるものとする。
燃料電池で発電した電力を外部負荷に送電する際、運転
の経過に伴って燃料電池の出力特性は前述のように低下
し、一定時間経過後の送電電力の電流に対する電圧は低
下する。したがってこの低下した電圧とメモリーで記憶
された発電初期の送電電力の電圧と電流との関係から取
出される前記電流に対する電圧の目標値との偏差により
、燃料供給管路を流れる燃料ガスに混入する水素流量と
酸化剤供給管路に流れる酸化剤ガスに混入する酸素流量
との少な（も一方を制御することにより、低下した電圧
を発電初期の電圧まで上昇させて所ることにより電圧が
上昇するのは、＠４図の燃料電池における反応ガス濃度
と出力電圧との関係を示すグラフにおいて水素濃度と出
力電圧との関係を示す１３および酸素濃度と出力電圧と
の関係を示す１４のように水素濃度や酸素濃度が濃くな
るにつれて出力電圧が上昇するからである。
の経過に伴って燃料電池の出力特性は前述のように低下
し、一定時間経過後の送電電力の電流に対する電圧は低
下する。したがってこの低下した電圧とメモリーで記憶
された発電初期の送電電力の電圧と電流との関係から取
出される前記電流に対する電圧の目標値との偏差により
、燃料供給管路を流れる燃料ガスに混入する水素流量と
酸化剤供給管路に流れる酸化剤ガスに混入する酸素流量
との少な（も一方を制御することにより、低下した電圧
を発電初期の電圧まで上昇させて所ることにより電圧が
上昇するのは、＠４図の燃料電池における反応ガス濃度
と出力電圧との関係を示すグラフにおいて水素濃度と出
力電圧との関係を示す１３および酸素濃度と出力電圧と
の関係を示す１４のように水素濃度や酸素濃度が濃くな
るにつれて出力電圧が上昇するからである。
以下図面に基づいて本発明の実施例について説明する。
なお、第１図において第２図の従来例と同一部品には同
じ符号を付し、その説明を省略する。第１図において従
来例と異なるのは燃料ガス供給管路８に接続して水素供
給源としての水素ボンベ１６から水素を流量調節弁１７
を経て燃料ガス供給管路８１こ混入する水素供給系１８
と、酸化剤ガス供給管路９に接続して酸素供給源として
の酸素ボンベ１９から酸素を流！調節弁２０を経て酸化
剤ガス供給管路９に混入する酸素供給系２１と、燃料電
池１の出力電圧を検出する電圧計２３と、負荷電流を検
出する電流計２４と、電圧計２３゜電流計２４で検出し
た電圧と電流とが入力され、発電初期の送電電力の電圧
と環流との関係を記憶し、この関係から発電初期以降の
送電電力の電流１こ対する電圧を目標値として取出すこ
とのできるメモリー２５と、メモリー２５からの１ｔＥ
Ｅの目標値と発電初期以降の前記送’を電力の電圧とが
入力され、この両者の偏差により水素の流量調節弁１７
の開度を制御して水素ボンベ１６からの水素流量を制御
する水素流ｉｔ調節器２６と、酸素の流量調節弁２０の
開度を制御して酸素ボンベ１９からの酸素流量を制御す
る酸素流量調節器２７とを備えたことである。
じ符号を付し、その説明を省略する。第１図において従
来例と異なるのは燃料ガス供給管路８に接続して水素供
給源としての水素ボンベ１６から水素を流量調節弁１７
を経て燃料ガス供給管路８１こ混入する水素供給系１８
と、酸化剤ガス供給管路９に接続して酸素供給源として
の酸素ボンベ１９から酸素を流！調節弁２０を経て酸化
剤ガス供給管路９に混入する酸素供給系２１と、燃料電
池１の出力電圧を検出する電圧計２３と、負荷電流を検
出する電流計２４と、電圧計２３゜電流計２４で検出し
た電圧と電流とが入力され、発電初期の送電電力の電圧
と環流との関係を記憶し、この関係から発電初期以降の
送電電力の電流１こ対する電圧を目標値として取出すこ
とのできるメモリー２５と、メモリー２５からの１ｔＥ
Ｅの目標値と発電初期以降の前記送’を電力の電圧とが
入力され、この両者の偏差により水素の流量調節弁１７
の開度を制御して水素ボンベ１６からの水素流量を制御
する水素流ｉｔ調節器２６と、酸素の流量調節弁２０の
開度を制御して酸素ボンベ１９からの酸素流量を制御す
る酸素流量調節器２７とを備えたことである。
このような構成により、燃料電池１が発電して外部負荷
に電力を送電する際１発電初期の送電電力の電圧と電流
との関係はメモリー２５で記憶される。そして発電初期
以降の送電電力は、この電圧とメモリー２５から取出さ
れるこの送電電力の電流に対する電圧の目標値との偏差
により水素流量調節弁１７と酸素流量調節弁２０との開
度を水素流量調節器２６と酸素流！調節器２７とにより
それぞれ制御して水素流量と酸素流量とが制御されて燃
料ガス供給管路８を流れる燃料ガスに、また酸化剤ガス
供給管路９を流れる酸化剤ガスに混入し、それぞれ水素
濃度と酸素濃度とを増加させて発電初期以降の送電電力
の電圧を初期の電圧まで上昇させ、この結果負荷１流を
少なくして所定の電力を電力変換器４を経て外部負荷５
に供給する。
に電力を送電する際１発電初期の送電電力の電圧と電流
との関係はメモリー２５で記憶される。そして発電初期
以降の送電電力は、この電圧とメモリー２５から取出さ
れるこの送電電力の電流に対する電圧の目標値との偏差
により水素流量調節弁１７と酸素流量調節弁２０との開
度を水素流量調節器２６と酸素流！調節器２７とにより
それぞれ制御して水素流量と酸素流量とが制御されて燃
料ガス供給管路８を流れる燃料ガスに、また酸化剤ガス
供給管路９を流れる酸化剤ガスに混入し、それぞれ水素
濃度と酸素濃度とを増加させて発電初期以降の送電電力
の電圧を初期の電圧まで上昇させ、この結果負荷１流を
少なくして所定の電力を電力変換器４を経て外部負荷５
に供給する。
なお、本実施例では水素濃度と酸素濃度とを同時に変化
させたが、水素供給系または酸素供給系のいずれか一方
により水素濃度または酸素濃度を変化させても同じ効果
が得られる。
させたが、水素供給系または酸素供給系のいずれか一方
により水素濃度または酸素濃度を変化させても同じ効果
が得られる。
以上の説明から明らかなように５本発明によれば燃料電
池の発電初期の送’、＋！電力の電圧と環流との関係を
メモリーで記憶し１発電初期以降の送電電力の電圧をメ
モリーからの発電初期の電圧の目標値と比較し、その偏
差により燃料ガスに混入する水素流量と酸化剤ガスに混
入する酸素流量の少なくとも一方を制御して燃料ガス中
の水素濃度や酸化剤ガス中の酸素濃度を制御することに
より、発電初期以降の送電電力は発電初期の電圧まで上
昇して外部負荷に送電され、このため送電する所定の電
力の電流値は低下するので、′ＩＪｌ力変換器に使用す
る電力用半導体素子を必要最小数にすることができ、あ
るいは素子のＷｉｋを大きくする必要がなくなり、これ
に伴って電力変換器の損失が小さくなるという効果があ
る。
池の発電初期の送’、＋！電力の電圧と環流との関係を
メモリーで記憶し１発電初期以降の送電電力の電圧をメ
モリーからの発電初期の電圧の目標値と比較し、その偏
差により燃料ガスに混入する水素流量と酸化剤ガスに混
入する酸素流量の少なくとも一方を制御して燃料ガス中
の水素濃度や酸化剤ガス中の酸素濃度を制御することに
より、発電初期以降の送電電力は発電初期の電圧まで上
昇して外部負荷に送電され、このため送電する所定の電
力の電流値は低下するので、′ＩＪｌ力変換器に使用す
る電力用半導体素子を必要最小数にすることができ、あ
るいは素子のＷｉｋを大きくする必要がなくなり、これ
に伴って電力変換器の損失が小さくなるという効果があ
る。
ｉｔ図は本発明の実施例による燃料電池の運転制御装置
の制御系統図、第２図は従来の燃料電池の運転制御装置
の制御系統図、第３図は発電初期と長期運転後の燃料電
池の出力電圧と負荷電流との関係を示す図、第４図は燃
料ガス中の水素濃度および酸化剤ガス中の酸素濃度と燃
料電池の出力電圧との関係を示す図である。 １：燃料電池、２：燃料ガス供給装置、３二酸化剤ガス
供給装置、４：Ｔ！力変換器、５：外部負荷、８：燃料
ガス供給管路、９二酸化剤ガス供給管路、１６：水素ボ
ンベ、１８：水素供給系、１９：酸素ボンベ ２１：酸
素供給系、２３：電圧計。 ２４：を流計、２５：メモリー ２６：水素流量調節器
、２７：酸素流量調節器。 第２図 第３図 第４図
の制御系統図、第２図は従来の燃料電池の運転制御装置
の制御系統図、第３図は発電初期と長期運転後の燃料電
池の出力電圧と負荷電流との関係を示す図、第４図は燃
料ガス中の水素濃度および酸化剤ガス中の酸素濃度と燃
料電池の出力電圧との関係を示す図である。 １：燃料電池、２：燃料ガス供給装置、３二酸化剤ガス
供給装置、４：Ｔ！力変換器、５：外部負荷、８：燃料
ガス供給管路、９二酸化剤ガス供給管路、１６：水素ボ
ンベ、１８：水素供給系、１９：酸素ボンベ ２１：酸
素供給系、２３：電圧計。 ２４：を流計、２５：メモリー ２６：水素流量調節器
、２７：酸素流量調節器。 第２図 第３図 第４図
Claims (1)
- １）燃料ガス供給源から燃料供給管路を経て供給される
燃料ガスと酸化剤ガス供給源から酸化剤供給管路を経て
供給される酸化剤ガスとにより電池反応を起こして発電
する電力を電力変換器を経て外部負荷に送電する燃料電
池において、燃料供給管路に水素供給源から水素を混入
する水素供給系と酸化剤ガス供給管路に酸素供給源から
酸素を混入する酸素供給系との少なくとも一方の供給系
と、燃料電池の出力電圧を検出する電圧計と、負荷電流
を検出する電流計と、この電圧計と電流計とで検出した
発電初期の送電電力の電圧と電流との関係を記憶し、こ
の関係から発電初期以降の送電電力の電流に対する電圧
を目標値として取出し可能なメモリーと、初期以降の送
電電力の電圧とメモリーからの電圧の目標値との偏差に
より燃料供給管路に混入する水素供給源からの水素流量
と酸化剤供給管路に混入する酸素供給源からの酸素流量
との少なくとも一方を制御する制御手段とを備えたこと
を特徴とする燃料電池の運転制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63250151A JPH0298062A (ja) | 1988-10-04 | 1988-10-04 | 燃料電池の運転制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63250151A JPH0298062A (ja) | 1988-10-04 | 1988-10-04 | 燃料電池の運転制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0298062A true JPH0298062A (ja) | 1990-04-10 |
Family
ID=17203578
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63250151A Pending JPH0298062A (ja) | 1988-10-04 | 1988-10-04 | 燃料電池の運転制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0298062A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0750172A (ja) * | 1993-08-04 | 1995-02-21 | Yoyu Tansanengata Nenryo Denchi Hatsuden Syst Gijutsu Kenkyu Kumiai | 燃料電池発電プラントとその運転制御方法及び装置 |
| JP2012142120A (ja) * | 2010-12-28 | 2012-07-26 | Jx Nippon Oil & Energy Corp | 燃料電池システム |
-
1988
- 1988-10-04 JP JP63250151A patent/JPH0298062A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0750172A (ja) * | 1993-08-04 | 1995-02-21 | Yoyu Tansanengata Nenryo Denchi Hatsuden Syst Gijutsu Kenkyu Kumiai | 燃料電池発電プラントとその運転制御方法及び装置 |
| JP2012142120A (ja) * | 2010-12-28 | 2012-07-26 | Jx Nippon Oil & Energy Corp | 燃料電池システム |
| CN103299469A (zh) * | 2010-12-28 | 2013-09-11 | 吉坤日矿日石能源株式会社 | 燃料电池系统 |
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