JPH0572604B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は燃料電池の燃料ガス不足の防止手段を
備えた電力制御装置の制御回路に関する。

〔従来技術とその問題点〕

第５図は従来技術を示す概略構成図であり、燃
料電池１の出力側にはインバータ等の電力変換器
２が設けられ、インバータ２で燃料電池１の直流
出力は交流出力に変換され、交流配電系統３に供
給されるよう構成されており、燃料電池１の出力
電力は電力検出器５によつて検出され、その出力
信号と、燃料電池の出力可能電力を設定する電力
設定器７の設定信号とが、例えばPi調節器等から
なる電力調節器６に入力され、両信号の差に比例
した制御信号が出力される。この制御信号はイン
バータ２の制御部に入力され、出力交流電圧の配
電系統３に対する電圧差、位相差等が制御される
ことにより、送り出し電力、いい換えれば燃料電
池の出力電力を電力設定器７の設定値に基づいて
制御できるよう構成されている。

第６図は異なる従来技術を示す構成図であり、
インバータ２の運転効率の向上などを意図してチ
ヨツパ４からなる制御装置を追加したものであ
り、チヨツパ４およびインバータ２からなる電力
制御装置により燃料電池の出力電力の制御と交流
電力への変換を行うよう構成されている。したが
つて、チヨツパ４の通流率の制御は第５図におけ
ると同様に、電力検出器５、電力設定器７、電力
調節器６で構成されたチヨツパ制御回路により行
うことができる。また例えばインバータ２からな
る電力変換器としては、チヨツパ４とインバータ
２との間の中間回路１０の電圧が一定になるよう
電力変換器２の出力を制御すればよく、中間回路
電圧の設定器８の出力信号と、中間回路電圧とを
調節器９に導き、調節器９の出力信号をインバー
タ２の制御部に入力して調節器９の両入力信号が
等しくなるインバータ２の出力を制御するよう構
成される。

ところで、前述のように構成された装置におい
ては、燃料電池１が応答速度の遅い燃料改質装置
を含んでおり、配電系統３の負荷の変動パターン
と燃料電池１の発電パターンの間に差を生じ易い
性質を有しており、このパターンの差が累積した
場合には燃料電池に供給され燃料ガスが不足す
る、いわゆるガス不足が発生する。燃料電池に過
度のガス不足が発生すると、例えば薄いマトリツ
クスによつて区画された空気室と燃料ガス室とに
差圧を生じ、電解液の漏れ出しや三相界面の移動
など燃料電池の発電性能や寿命に障害を及ぼす危
険性が高まるとともに、燃料改質炉の熱源として
利用されるべき燃料ガスの復流量が減少し、燃料
電池に供給される燃料ガス量がさらに不足すると
いう悪循環を生ずるために、その改善が求められ
ている。

〔発明の目的〕

本発明は前述の状況に鑑みてなされたもので、
燃料電池がガス不足を生ずる程の出力電力の取り
過ぎを防止でき、したがつて燃料電池の長期安定
性を保持できる制御回路を備えた燃料電池用制御
装置を提供することを目的とする。

〔発明の要点〕

本発明は、燃料電池に供給される燃料ガスが不
足すると、その出力電圧が低下することに着目し
たもので、燃料電池の出力側に配されたチヨツ
パ，インバータ等からなる電力制御装置により、
配電系統側に配された負荷への供給電力を変換あ
るいは制御するものにおいて、燃料電池の出力電
力の設定器および検出器と、この検出器の出力信
号と前記設定器の出力信号とを互いに等しくする
制御信号を出力する電力調節器と、前記燃料電池
の燃料ガス供給状態をその出力電圧で判断して所
定の関数信号を発する関数発生器と、前記制御信
号および関数信号を受けていずれか低レベルの信
号を選択し、前記電力制御装置の制御部に向けて
出力するミニマムセレクタとを備え、前記所定の
関数信号は燃料電池の燃料ガス不足に対応する低
電圧領域で最小値を、燃料ガス過剰に対応する高
電圧領域で最大値を、両者の中間領域で最小値か
ら最大値まで連続的に立ち上がる特性となるよう
形成されてなるものとしたことにより、燃料電池
のガス不足は関数発生器により検知され、最小値
を示す関数信号がミニマムセレクタにより選択さ
れ、制御装置の出力電力を減少させることによ
り、燃料電池のガス不足を回避できるようにした
ものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例を示す構成図であり、
従来技術と同じ部分には同一参照符号を付すこと
により詳細な説明を省略する。図において、イン
バータ２からなる電力制御装置の入力側には燃料
電池１の出力電力を検出する電力検出器５ととも
に燃料電池１のガス不足をその端子電圧によつて
監視して関数信号１１Ｗを発する関数発生器１１
が設けられており、関数信号１１Ｗが図中に示す
ように、燃料電池１の出力電圧が充分高い領域で
は最大値をとり、出力電圧がガス不足を示唆する
低電圧領域では最小値をとり、両者の中間領域に
おいては最小値から最大値まで連続して立上る特
性となるよう形成されている。また１２は上記関
数信号１１Ｗを一方の入力とするミニマムセレク
タであり、電力調節器６の出力制御信号と関数発
生器１１の出力関数信号のうち、いずれか低レベ
ルの信号がミニマムセレクタによつて選択され、
インバータ２の制御部に入力されている。

第２図は実施例における要部の回路図であり、
例えば関数発生器１１は利得の高い増幅回路を形
成し、オペアンプ１１Ａのプラス側飽和値を関数
信号１１Ｗの最大値に、マイナス側飽和値を関数
信号１１Ｗの最小値にそれぞれ対応させるように
すれば、両者の中間領域で最小値から最大値に立
上がる関数信号１１Ｗを出力することができる。
また、ミニマムセレクタ１２は抵抗１２Ａおよび
ダイオード２４で構成することができる。

前述のように構成された装置において、燃料電
池１の出力電圧が充分高い状態においては、関数
信号１１Ｗは最大値をとる。したがつて、この状
態においては関数信号１１Ｗは電力設定器７およ
び電力検出器５それぞれの出力信号の差で決まる
電力調節器６の出力信号レベルを超えることにな
り、ミニマムセレクタ１２で電力調節器６の出力
信号が選択され、電力設定器７に設定された燃料
電池１の出力可能電力を配電系統３に送り出すよ
うインバータ２の出力電力を系統電圧の大きさお
よび位相に近付けるよう制御が行われる。また、
燃料電池１の出力電力が燃料ガス不足を示唆する
低電圧を示す状態においては、関数発生器１１は
この状態を検知して最小値の関数信号１１Ｗを出
力することにより、ミニマムセレクタ１２におい
て最小値の関数信号１１Ｗが選択され、インバー
タ２においてその出力電力を電力調節器６の出力
信号レベルに基づく出力電力より抑さえた状態で
出力電圧の大きさおよび位相を配電系統３のそれ
に近づける制御が行われることにより、電力設定
器７の設定値の低減操作を行うことなく燃料電池
１の燃料ガス不足の回復をうながすことができ
る。

第３図は本発明の異なる実施例を示す構成図で
あり、第６図に示したと同様にチヨツパ４および
インバータ２からなる電力制御装置を備えた場合
の実施例を示したものである。図の場合、関数発
生器１１およびミニマムセレクタ１２がチヨツパ
４の制御回路側に設けられ、燃料電池１の端子電
圧の変化に対応して関数発生器１１および電力調
節器６のいずれか低レベルの信号が選択され、チ
ヨツパ４の通流率が燃料ガス不足に対応して低減
されるよう構成された点が前述の実施例と異なつ
ており、インバータ２の制御回路８および９が中
間回路１０の電位を一定に保持するよう動作する
ことにより、前述の実施例と同様に、燃料電池１
の燃料ガス不足をその端子電圧の低下を検知して
ガス不足の回復をうながす制御を行うことができ
る。

第４図は本発明の他の実施例を示す構成図であ
り、電力制御装置をチヨツパ４と、その出力側に
並列接続された蓄電池２０によつて構成し、直流
負荷２３に電力を供給するようにした点が前述の
各実施例と異なつているのみで、制御回路の構成
は第１図に示す実施例装置におけると同様な構成
で、燃料電池１の燃料ガス不足、いいかえれば燃
料電池の負荷のとり過ぎを阻止することができ
る。

〔発明の効果〕

本発明は前述のように、燃料電池の出力側に配
されたチヨツパ，インバータ等からなる電力制御
装置により、配電系統側に配された負荷への供給
電力を変換あるいは制御するものにおいて、燃料
電池の出力電力の設定器および検出器と、この検
出器の出力信号と前記設定器の出力信号とを互い
に等しくする制御信号を出力する電力調節器と、
前記燃料電池の燃料ガス供給状態をその出力電圧
で判断して所定の関数信号を発する関数発生器
と、前記制御信号および関数信号を受けていずれ
か低レベルの信号を選択し、前記電力制御装置の
制御部に向けて出力するミニマムセレクタとを備
え、前記所定の関数信号は燃料電池の燃料ガス不
足に対応する低電圧領域で最小値を、燃料ガス過
剰に対応する高電圧領域で最大値を、両者の中間
領域で最小値から最大値まで連続的に立ち上がる
特性となるよう形成されてなるものとした。その
結果、燃料電池の燃料ガス不足は、その電圧低下
を検知して最小値を示す関数信号を発する関数発
生器によつて検知でき、かつ最小値を示す関数信
号がミニマムセレクタにより選択されてチヨツパ
の通流率あるいは電力変換器の出力電力の取り過
ぎを抑制することにより回避でき、従来技術で問
題となつた燃料ガス不足に伴う燃料電池の劣化や
寿命低下が排除され、したがつてガス不足を生ず
ることなく安定に電力を供給できる、高い信頼性
を有する燃料電池用電力制御装置の制御回路を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す構成図、第２図
は実施例における要部の回路図、第３図は異なる
実施例を示す構成図、第４図は他の実施例を示す
構成図、第５図は従来技術を示す構成図、第６図
は異なる従来技術を示す構成図である。 １……燃料電池、２……インバータ、３……配
電系統、４……チヨツパ、２，４……電力制御装
置、５……電力検出器、６……電力調節器、７…
…電力設定器、８……中間電圧の設定器、９……
調節器、１１……関数発生器、１２……ミニマム
セレクタ、２０……蓄電池、１１Ｗ……関数信
号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃料電池の出力側に配されたチヨツパ，イン
   バータ等からなる電力制御装置により、配電系統
   側に配された負荷への供給電力を変換あるいは制
   御するものにおいて、燃料電池の出力電力の設定
   器および検出器と、この検出器の出力信号と前記
   設定器の出力信号とを互いに等しくする制御信号
   を出力する電力調節器と、前記燃料電池の燃料ガ
   ス供給状態をその出力電圧で判断して所定の関数
   信号を発する関数発生器と、前記制御信号および
   関数信号を受けていずれか低レベルの信号を選択
   し、前記電力制御装置の制御部に向けて出力する
   ミニマムセレクタとを備え、前記所定の関数信号
   は燃料電池の燃料ガス不足に対応する低電圧領域
   で最小値を、燃料ガス過剰に対応する高電圧領域
   で最大値を、両者の中間領域で最小値から最大値
   まで連続的に立ち上がる特性となるよう形成され
   てなることを特徴とする燃料電池用電力制御装置
   の制御回路。