JPH06189458A - 燃料電池電力供給システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、燃料電池発電装置出力の上昇時また
は設定電力出力での運転時などにおいて、燃料電池発電
装置が停止することなく安定に電力供給が行える燃料電
池電力供給システムを提供することにある。 【構成】本発明は、燃料電池電力供給システムにおい
て、燃料電池発電装置３へ供給している燃料流量を検出
する燃料流量検出手段１６と、この燃料流量検出手段１
６の出力信号と燃料電池発電装置３の出力電流検出手段
４の出力信号を比較する燃料流量比較器１７と、前記出
力電流検出手段４の出力信号と電力変換装置５の出力電
力を設定する出力電力設定器１１の出力信号を比較する
出力比較器１８と、前記燃料流量比較器１７の出力信号
と前記出力比較器１８の出力信号を比較する出力抑制比
較器１９を設けることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池発電装置と他
の電源装置とを連系して負荷に電力を給電する燃料電池
電力供給システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の燃料電池電力供給システムの例を
図３に示す。

【０００３】この従来の例の構成部分として、図３中の
３は燃料電池発電装置、１は燃料電池発電装置３への燃
料、２は流量調節器、４は電流検出手段、５は電力変換
装置、６，８は電力検出手段、７は他の電源装置、９は
負荷、１１は電力変換装置５の出力電力設定器、１２は
電力分担量比較器、１３は出力決定比較器、１４は電力
起動傾斜器、１０は電力起動傾斜器１４の時間設定器、
１５は電力変換装置５の出力制御手段を示している。

【０００４】従来システムの構成では、燃料１は流量調
節器２を介して燃料電池発電装置３に接続されている。
その燃料電池発電装置３の出力には電流検出手段４を介
して電力変換装置５が直列に接続され、電力変換装置５
の出力には電力検出手段６を介して負荷９が接続されて
いる。また、他の電源装置７の出力には電力検出手段８
を介して負荷９が接続されている。電流検出手段４の信
号線は流量調節器２へ接続されている。時間設定器１０
の信号線、出力電力設定器１１の信号線は、電力起動傾
斜器１４に接続されている。電力検出手段６，８の信号
線は、電力変換装置５の出力電力と他の電源装置７の出
力電力の電力分担量を比較する電力分担量比較器１２に
接続され、本電力分担量比較器１２の出力信号線は電力
起動傾斜器１４の出力信号線とともに起動時の電力変換
装置５の出力を決定する出力決定比較器１３に接続され
る。出力決定比較器１３の出力は電力変換装置５を制御
する出力制御手段１５を介して電力変換装置５の駆動回
路へ接続されている。

【０００５】以上のように構成されている従来例の燃料
電池電力供給システムは、以下のように動作する。図４
（ａ）はその動作モードを示しており、横軸は時間、縦
軸については、Ａは負荷９の電力、Ｂは電力変換装置５
の出力電力、Ｃは他の電源装置７の出力電力、Ｄは燃料
電池発電装置３への燃料１の流量である。他の電源装置
７と、燃料電池発電装置３の出力に直列接続した電力変
換装置５の出力は、他の電源装置７と連系して負荷９に
電力を供給している。この場合の供給方法としては、燃
料電池発電装置３から取り出す熱エネルギーおよび電気
エネルギーを最も有効的に利用するため、燃料電池発電
装置３の出力をより速く定格一定出力で動作させる。つ
まり、図４（ａ）に示すように燃料電池発電装置３が起
動していない場合、負荷９には他の電源装置７から電力
を供給しており、燃料電池発電装置３が運転可能な状態
となり起動すると負荷９の電力に燃料電池発電装置３か
ら電力を供給する。この場合、燃料電池発電装置３から
の電力供給は前記のように燃料電池発電装置３の定格出
力まで分担し、残りは他の電源装置７が電力を分担す
る。燃料電池発電装置３の出力を定格出力まで上昇させ
る電力変換装置５の制御および燃料電池発電装置３への
燃料１の流量の制御は、次のようになされる。まず、電
力変換装置５の制御は、時間設定器１０で設定された時
間で出力電力設定器１１で設定された出力電力になるよ
うに電力起動傾斜器１４を介した出力信号を出力決定比
較器１３に送出する。この電力起動傾斜器１４を介した
出力信号と、電力検出手段６および８の出力信号を比較
した電力分担量比較器１２の出力信号とを出力決定比較
器１３で比較した信号により、電力変換装置５の出力電
力量および立ち上がり時を規定する。電力変換装置５の
出力電圧を規定した出力決定比較器１３からの信号を出
力制御手段１５に送出する。この出力制御手段１５から
送出された出力信号により電力変換装置５を動作させ
る。また、燃料電池発電装置３への燃料１の流量制御
は、電力変換装置５の出力に依存して変化する燃料電池
発電装置３の出力電流を電流検出手段４により検出す
る。この電流検出手段４の出力信号を流量調節器２に送
出し燃料１の流量を設定する。

【０００６】このように他の電源装置７と燃料電池発電
装置３を連系して電力供給を行う従来の燃料電池電力供
給システムでは、前述の通り燃料電池発電装置３を定格
出力まで上昇させる時間設定器１０の設定は燃料電池発
電装置３に影響を与えない最小の時間にするのが基本で
あった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術による燃料電池電力供給システムでは、燃料電
池発電装置３の状態により流量調節器２で弁の開度を調
整することによりあらかじめ設定器の弁の開度と燃料流
量の関係を決めて流量を変化させており、実際に必要な
流量を検出して流量調節器２を制御しているわけではな
いので調節器の応答遅れ、燃料供給圧力低下等により必
要な流量の燃料を燃料電池発電装置３に供給できない場
合がある。一方電力変換装置５の負荷分担はあらかじめ
時間設定器１０により設定した値で出力上昇がなされる
ため、燃料電池発電装置３の燃料１の供給量が不足し燃
料電池発電装置３を停止しなければならない事態が生じ
る場合があり燃料電池発電装置３の寿命に影響を与え
る。図４（ｂ）はこの動作を示している。電力変換装置
５の出力電力Ｂは時間設定器１０により一定で上昇し燃
料電池発電装置３の出力もそれに依存し上昇する。燃料
電池発電装置３への燃料１の流量Ｄは燃料電池発電装置
３の出力により上昇しようとするが燃料電池発電装置３
の内部の外乱等により必要な燃料供給量が得られず燃料
電池発電装置３への燃料流量Ｄの供給量が不足する事態
が生じても電力変換装置５の出力電力Ｂは上昇する。こ
の状態が生じて燃料電池発電装置３は前述のように燃料
電池発電装置３への悪影響を防止するため停止してしま
う。

【０００８】このように、従来のシステムでは、燃料電
池発電装置３の出力は時間設定器１０の設定で燃料電池
発電装置３の燃料供給量に関係なく上昇するため燃料電
池発電装置３の燃料供給量が不足し、燃料電池発電装置
３が停止する事態が生じるため燃料電池発電装置３側か
ら安定な電力を供給できなくなる欠点があった。

【０００９】本発明の目的は、燃料電池発電装置の出力
電力と他の電源装置の出力電力とを連系して負荷に供給
するおのおのの出力電力の分担量を燃料電池発電装置に
供給する燃料流量により制御することにより、燃料電池
発電装置出力の上昇時または設定電力出力での運転時な
どにおいて、燃料電池発電装置が停止することなく安定
に電力供給が行える燃料電池電力供給システムを提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、都市ガス等の燃料を入力して発電を行う燃
料電池発電装置と、前記燃料電池発電装置の出力電力を
安定な電力に変換し他の電源と連系しながら負荷に電力
を供給する電力変換装置からなる燃料電池電力供給シス
テムにおいて、前記燃料電池発電装置の出力電流を検出
する電流検出手段と、前記燃料電池発電装置へ供給して
いる燃料流量を検出する燃料流量検出手段と、前記電流
検出手段により検出した電流信号と前記燃料流量検出手
段により検出した燃料流量信号を入力しその比較結果を
出力する燃料流量比較器と、前記燃料電池発電装置の出
力電力を設定する出力電力設定器と、前記電流検出手段
により検出した電流信号と前記出力電力設定器により設
定した設定電力信号を入力しその比較結果を出力する出
力比較器と、前記出力比較器の出力信号である電力比較
信号と前記燃料流量比較器の出力信号である燃料流量比
較信号を入力しその比較結果を出力する出力抑制比較器
を設け、前記出力抑制比較器の出力信号を前記電力変換
装置に入力し、前記出力抑制比較器の出力信号に従って
前記電力変換装置の出力電力と前記他の電源装置の出力
電力の分担量を制御することを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】本発明は、燃料電池電力供給システムにおい
て、燃料電池発電装置へ供給している燃料流量を検出す
る燃料流量検出手段と、この燃料流量検出手段の出力信
号と燃料電池発電装置の出力電流検出手段の出力信号を
比較する燃料流量比較器と、前記出力電流検出手段の出
力信号と電力変換装置の出力電力を設定する出力電力設
定器の出力信号を比較する出力比較器と、前記燃料流量
比較器の出力信号と前記出力比較器の出力信号を比較す
る出力抑制比較器を設けることにより、燃料電池発電装
置の燃料供給量が不足している期間は、電力変換装置の
出力を抑制して電力変換装置を運転することにより、燃
料電池発電装置が燃料供給不足で停止することなく運転
ができる。また、時間設定器による時間設定に頼らず、
燃料供給量が満足すればそれに見合った燃料電池発電装
置の電力を出力するため、起動時等燃料電池発電装置の
出力上昇時、燃料電池発電装置の実力の最小時間で設定
出力に燃料電池発電装置の出力を上昇させることができ
る。従来技術とは時間設定器を省き、燃料流量検出手
段、燃料流量比較器、出力比較器、出力抑制比較器を設
けて、燃料供給量に応じて電力変換装置の出力を抑制す
る点が異なる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳
細に説明する。

【００１３】図１は本発明の一実施例の構成を示すブロ
ック図である。図１中、図３と同一部分は同一符号を付
してその説明を省略する。本実施例の構成部品として、
図１中の１６は燃料流量検出手段、１７は燃料流量比較
器、１８は出力比較器、１９は電力抑制比較器である。

【００１４】上記各部分は次のように接続されている。
都市ガス等の燃料１は流量調節器２、燃料流量検出手段
１６を介して燃料電池発電装置３に接続されている。こ
の燃料電池発電装置３の出力には電流検出手段４を介し
て電力変換装置５が直列に接続され、電力変換装置５の
出力には電力検出手段６を介して負荷９が接続されてい
る。また、他の電源装置７の出力には電力検出手段８を
介して負荷９が接続されている。また、電流検出手段４
の信号線と燃料流量検出手段１６の信号線は、燃料流量
比較器１７に接続され、電流検出手段４の信号線と出力
電力設定器１１の出力信号線は、出力比較器１８に接続
され、燃料流量比較器１７の出力線と出力比較器１８の
出力線は、出力抑制比較器１９に接続されている。電力
検出手段６，８の信号線は、電力分担量比較器１２に接
続され、この電力分担量比較器１２の出力信号線は出力
抑制比較器１９の出力信号線とともに出力決定比較器１
３に接続される。この出力決定比較器１３の出力信号線
は電力変換装置５を制御する出力制御手段１５を介して
電力変換装置５の駆動回路へ接続されている。また、電
流検出手段４の信号線は流量調節器２に接続されてい
る。

【００１５】以上のように構成した実施例の動作および
作用を述べる。

【００１６】図２に本実施例の動作モードを示す。図中
の横軸は時間、縦軸については、Ａは負荷９の電力、Ｂ
は電力変換装置５の出力電力、Ｃは他の電源装置７の出
力電力、Ｄは燃料電池発電装置３への燃料１の流量であ
る。本実施例も従来技術で説明した通り他の電源装置７
と、燃料電池発電装置３の出力に直列接続した電力変換
装置５の出力は、他の電源装置７と同期連系して負荷９
に電力を供給している。この場合、燃料電池発電装置３
が取り出す熱エネルギーおよび電気エネルギーを最も有
効に利用するため、燃料電池発電装置３の出力をより速
く定格一定出力で動作させることが必要である。つま
り、燃料電池発電装置３が起動していない場合、負荷９
には他の電源装置７から電力を供給しており、燃料電池
発電装置３が運転可能状態となり起動すると負荷９に燃
料電池発電装置３から電力を供給する。この場合、燃料
電池発電装置３からの電力供給は前記のように燃料電池
発電装置３の定格出力まですみやかに上昇し、分担し切
れない負荷は他の電源装置７が電力を分担する。燃料電
池発電装置３の出力を定格出力まで上昇させる電力変換
装置５の制御および燃料電池発電装置３への燃料流量の
制御は、次のようになされる。

【００１７】例えば、燃料電池発電装置３の出力上昇に
燃料電池発電装置３への燃料供給量が追従できなくなる
と電流検出手段４と燃料流量検出手段１６を比較した燃
料流量比較器１７の出力信号を出力抑制比較器１９に送
出することにより、電力変換装置５の出力と他の電源装
置７の出力分担を変化させることにより負荷９に影響を
与えることなく燃料電池発電装置３の出力を燃料供給量
に応じた出力にする。燃料電池発電装置３への燃料供給
量が追従できると電流検出手段４と出力電力設定器１１
を比較した出力比較器１８の出力信号を出力抑制比較器
１９に送出することにより電力変換装置５の出力を上昇
させ燃料電池発電装置３の出力を出力電力設定器１１の
設定まで上昇させる。

【００１８】本実施例では、他の電源装置として直流電
力を出力する電力変換装置を用いて説明したが、他の電
源装置としては、交流を出力する電力変換装置に連系機
能をもたせた装置もしくは、直接の直流もしくは交流電
力を入力とする連系装置であってもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
燃料電池電力供給システムによれば、他の電源装置と、
発電電力により供給燃料を調節する燃料電池発電装置と
を連系して負荷に電力を供給しながら燃料電池発電装置
の出力を上昇させる場合、燃料電池発電装置への燃料供
給量を常に監視しながら燃料電池発電装置の電力変換装
置出力を制御するとともに、燃料電池発電装置の出力と
燃料電池発電装置への燃料流量を常に監視しながら燃料
流量を設定するので、燃料電池発電装置の燃料供給量を
不足させることなく燃料電池発電装置の実力の最小時間
で燃料電池発電装置を設定出力まで上昇させることか
ら、燃料供給量の不足による燃料電池発電装置の停止や
劣化を防止でき、経済性、信頼性の極めて高い燃料電池
電力供給システムを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】図１の実施例の動作モード図である。

【図３】従来の燃料電池電力供給システムの構成を示す
ブロック図である。

【図４】図３の燃料電池電力供給システムの動作モード
図である。

【符号の説明】

１…燃料、２…流量調節器、３…燃料電池発電装置、４
…電流検出手段、５…電力変換装置、６，８…電力検出
手段、７…他の電源装置、９…負荷、１０…時間設定
器、１１…出力電力設定器、１２…電力分担量比較器、
１３…出力決定比較器、１４…電力起動傾斜器、１５…
出力制御手段、１６…燃料流量検出手段、１７…燃料流
量比較器、１８…出力比較器、１９…出力抑制比較器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武 哲夫 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 都市ガス等の燃料を入力して発電を行う
   燃料電池発電装置と、前記燃料電池発電装置の出力電力
   を安定な電力に変換し他の電源と連系しながら負荷に電
   力を供給する電力変換装置からなる燃料電池電力供給シ
   ステムにおいて、前記燃料電池発電装置の出力電流を検
   出する電流検出手段と、前記燃料電池発電装置へ供給し
   ている燃料流量を検出する燃料流量検出手段と、前記電
   流検出手段により検出した電流信号と前記燃料流量検出
   手段により検出した燃料流量信号を入力しその比較結果
   を出力する燃料流量比較器と、前記燃料電池発電装置の
   出力電力を設定する出力電力設定器と、前記電流検出手
   段により検出した電流信号と前記出力電力設定器により
   設定した設定電力信号を入力しその比較結果を出力する
   出力比較器と、前記出力比較器の出力信号である電力比
   較信号と前記燃料流量比較器の出力信号である燃料流量
   比較信号を入力しその比較結果を出力する出力抑制比較
   器を設け、前記出力抑制比較器の出力信号を前記電力変
   換装置に入力し、前記出力抑制比較器の出力信号に従っ
   て前記電力変換装置の出力電力と前記他の電源装置の出
   力電力の分担量を制御することを特徴とする燃料電池電
   力供給システム。