JPH06215786A - 燃料電池の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】第１設定値演算部２３、第２設定値演算部２６
は電池冷却水と改質器のそれぞれの温度によりそれぞれ
の予想昇温時間を演算する。比較部２５はそれぞれの予
想昇温時間を比較して双方の時間差を短縮する補正によ
りそれぞれの目標所要時間を演算する。第１設定値演算
部２３、第２設定値演算部２６は電池冷却水と改質器の
それぞれの許容昇温領域内でそれぞれの目標所要時間か
ら対応する電池冷却水の設定値および改質器の設定値を
演算して制御周期毎に更新する。冷却水温度制御部８、
改質器連続制御部２２は、電池冷却水の温度と電池冷却
水の設定値とに基づいて電池冷却水の昇温を制御する一
方、改質器の温度と改質器の設定値とに基づいて改質器
の昇温を制御する。 【効果】双方の昇温完了タイミングを合わせることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池の制御装置に
係り、特に改質器と電池冷却水の温度制御装置に好適な
燃料電池の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池発電プラントでは、通常、
（１）停止状態、（２）起動状態、（３）発電状態、
（４）トリップ状態の４つの運転状態のいずれかにあ
る。

【０００３】まず、（１）停止状態は、電池・変成器の
保温状態であり、通常、未発電時のプラントはこの状態
にある。また、（２）起動状態は、起動ボタンを押して
からプラント発電状態までの状態であり、電池冷却水、
改質器の昇温および改質器への燃料・蒸気導入、電池へ
の空気導入等が行われる。また、（３）発電状態は、改
質器で改質された改質ガスと導入された空気により発電
が行われている状態であり、インバーターの運転状態で
ある。また、（４）トリップ状態は、上記停止状態・発
電状態において、何らかの異常が発生した場合、もしく
はトリップボタンを押した場合に起こる状態である。

【０００４】ところで、燃料電池プラントの起動状態か
ら発電状態に至るまでには、次の準備が必要である。

【０００５】すなわち、第１には、改質器を水素リッチ
な改質ガスに反応を起こし易い温度まで昇温する。第２
には、電池部においても改質ガスと空気の反応が起こり
易い温度まで昇温しておく。第３には、改質器と電池冷
却水の昇温完了と同時に発電開始するため、電池冷却水
と改質器の昇温完了タイミングを合わせる。

【０００６】これら機器の昇温は、燃料電池の起動時間
のかなりの部分を占めることから燃料電池プラントの特
徴である起動時間の短縮のため前記第１から第３の昇温
をスムーズに行うことが極めて重要であるが、その一方
で、電池および改質器保護のため予め定められた昇温レ
ートの範囲内に押さえつつしなければならない。

【０００７】以下、従来の燃料電池制御における電池冷
却水の昇温方法および停止状態での電池冷却水の保温、
改質器の昇温方法について図７に基づいて説明する。

【０００８】まず、プラント停止状態の電池冷却水の保
温について説明すると、プラント停止状態でも、電池劣
化による発電時の出力低下の恐れから、電池冷却水を一
定温度以上に保温しておく。

【０００９】電池冷却水は、冷却水循環ポンプ１の駆動
により気水分離器２と冷却水昇温ヒータ３と電池４と冷
却水バイパス弁５を介して循環している。電池冷却水は
冷却水温度測定器６により測定され、電池冷却水温度Ｓ
ｔが制御装置７に取り込まれる。

【００１０】制御装置７では、電池冷却水温度Ｓｔを図
８に示す如くの冷却水温度制御部８が入力して設定部８
ａの設定信号と加減算部８ｂで比較して偏差信号をＰＩ
Ｄ制御部８ｃで制御演算する。そして、ＰＩＤ制御部８
ｃの制御演算信号が冷却水昇温ヒータ３の出力キロワッ
ト制御および冷却水バイパス弁５の開度制御を行う。

【００１１】これにより、電池冷却水温度が電池４の性
能劣化を引き起こすような温度変化を防止している。こ
のとき、冷却水バイパス弁５の開度が大きければ大きい
ほど冷却水熱交換器９を通る電池冷却水が増加し、二次
冷却水と熱交換されることにより、電池冷却水温度が下
がる。一方、冷却水バイパス弁５が全閉バイパスしない
状態、つまり、冷却水熱交換器９を通らないとき電池冷
却水温度が上昇する。

【００１２】次に、プラント起動から電池冷却水昇温、
改質器昇温の過程について説明する。

【００１３】この過程では、制御装置７内の冷却水温度
制御部８の設定部８ａの設定信号が昇温完了温度信号に
設定され、冷却水昇温ヒータ３が最大キロワット出力
し、冷却水バイパス弁５が全閉で電池冷却水が冷却水熱
交換器９を通らないように電池冷却水の昇温制御を行
う。この結果、冷却水昇温ヒータ３の出力を全開とし、
冷却水バイパス弁５を全閉とするから、電池冷却水の昇
温が極力短くなる。

【００１４】ところで、昇温過程で電池４に対して急激
な温度変化を与えると、発電時の出力低下などの性能低
下・電池寿命の低下を起こす恐れがある。そこで電池冷
却水の昇温レートは許容範囲に収める必要があり、これ
はプラント側の電池冷却水配管等から決まる。

【００１５】改質器１０の昇温では、冷却水温度測定器
６の電池冷却水温度Ｓｔと改質器温度測定器１１の温度
Ｒｔと火花検知器１２の火花検知信号ｋとを入力する判
定部１３の判定によって改質器シーケンス制御部１４が
制御する。

【００１６】具体的に説明すると、改質器１０の判定部
１３は、図９に示すように構成され、改質器温度測定器
１１により検出される改質器１０の温度Ｒｔにより判定
部１３内の関数部１３ａの関数から改質器点火冷却水温
度ａを算出する。この関数は過去の改質器１０の昇温カ
ーブおよび電池冷却水昇温カーブから作成されたもので
あり、改質器１０と電池冷却水の昇温完了時間を一致さ
せるよう、改質器点火のタイミングを取るためのもので
ある。つまり、初期改質器温度が高ければ、改質器点火
冷却水温度ａを高く算出し、改質器点火タイミングを遅
くする。逆に、初期改質器温度が低ければ、改質器点火
冷却水温度ａを低く算出して改質器点火を早めに行うよ
うにしている。

【００１７】関数部１３ａにより算出された改質器点火
冷却水温度ａは、比較部１３ｂにおいて現在の電池冷却
水温度Ｓｔと比較される。この比較でａ＜Ｓｔのとき、
改質器点火信号ｌ＝「１」を演算部１３ｃに出力する。

【００１８】さらに、演算部１３ｃでは、火花検知器１
２からの信号ｋのｎｏｔ信号と改質器点火信号ｌのａｎ
ｄをとることにより信号ｍを出力する。つまり、演算部
１３ｃでは、改質器点火信号ｌ＝「１」の時、火花検知
信号ｋにより改質器１０が未点火状態であることを確認
し、火花検知信号ｋを改質器シーケンス制御部１４にｍ
＝「１」を出力する。

【００１９】改質器シーケンス制御部１４では、ｍ＝
「１」となる時刻をＴ０とし、図１０に示す如く予め決
められたシーケンシャルなタイミングで各補機へＯＮ／
ＯＦＦ信号を出力する。

【００２０】すなわち、タイミングＴ１に、改質器空気
ブロア１５が回転を開始し、改質器空気調整弁１６が予
め決められた初期開度まで「開」となる。これにより、
改質器１０に改質空気が流入し空気パージを行う。

【００２１】次に、タイミングＴ２に、改質器点火装置
用ＯＮ／ＯＦＦ弁１７が「開」となり、燃料自在弁１８
により２次圧が一定に保たれた燃料が改質器１０へ流入
する。これと同じタイミングで改質器点火装置１９内の
点火プラグがＯＮ状態になり、改質器点火装置１９が点
火される。

【００２２】さらに、タイミングＴ３に、改質器昇温バ
ーナー用ＯＮ／ＯＦＦ弁２０が「開」となり、改質器昇
温バーナー２１へ燃料が流入する。このとき、タイミン
グＴ２で点火された改質器点火装置１９の炎により改質
器昇温バーナー２１の点火となる。

【００２３】最後のタイミングＴ４に、改質器点火装置
用ＯＮ／ＯＦＦ弁１７が「閉」となり、改質器点火装置
１９が［ＯＦＦ］となる。これにより、改質器１０は改
質器昇温バーナー２１のみによる点火状態となり、改質
器１０の昇温開始となる。

【００２４】何らかの理由による点火失敗の場合、火花
検知器１２からの火花検知信号ｋ＝「０」により上記ル
ーチンを繰り返すことにより再点火がされる。

【００２５】上記までの状態では、改質器１０へ燃料自
在弁１８により二次圧を一定にされた燃料が改質器昇温
バーナー用ＯＮ／ＯＦＦ弁２０を通り改質器昇温バーナ
ー２１へ流入している。また、改質器１０へ改質器空気
ブロア１５により流速を与えられた空気が初期開度に固
定された改質器空気調整弁１６を通り改質器昇温バーナ
ー２１へ流入している。

【００２６】このように、従来の制御装置の電池冷却水
は、停止状態に冷却水昇温ヒータ３の出力制御および冷
却水バイパス弁５による冷却水バイパス制御により温度
制御される。起動時には、これらの制御を中止し、冷却
水昇温ヒータ３を全開、電池冷却水の全量を冷却水熱交
換器９に流すことなく昇温する。一方、改質器１０は、
電池冷却水が一定温度に到達した時点で、改質器昇温バ
ーナー２１を点火し、双方の昇温完了時刻を一致させる
ようにしている。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の制御装置７では、電池冷却水と改質器１０の昇
温完了時刻とが一致しない場合が生じるという問題があ
る。

【００２８】第１には、電池冷却水温度により改質器１
０の点火タイミングを合わせているが、点火失敗を起こ
し再点火を行うと、失敗から再点火まで２０分程度の時
間を要してしまい、結果的に電池冷却水が２０分程度先
に昇温を完了してしまうことになる。さらに、このとき
燃料電池は、反応を開始していないため、電池が高温で
空炊き状態にあり、電池の劣化、電池の寿命の低下、さ
らに、電池のセル破損を起こす要因になる。

【００２９】第２には、改質器１０の昇温時に点火後何
ら制御が行われていないため、何らかの外乱による昇温
カーブの変化に対して、電池冷却水と改質器の昇温完了
時刻にズレが生じる。この場合、に電池冷却水が先に昇
温を完了した場合には、第１の場合と同等の影響があ
り、改質器１０が先に昇温の完了条件を満たした場合に
は、電池冷却水温度が昇温完了条件温度に達するまでの
間、改質器１０が必要以上の高温状態となり、改質器１
０の反応性能の低下、さらに、触媒破損を起こす可能性
がある。

【００３０】第３には、何らかの外乱があった場合、改
質器１０の点火以外の制御をおこなっていないため外乱
に対応しきれず、外乱に対する温度変化を補償できなく
なり、昇温カーブが昇温許可範囲を逸脱してしまうこと
がある。

【００３１】そこで、本発明は電池冷却水と改質器の昇
温完了時刻を合致させる一方、プラント保護の立場から
電池冷却水の昇温を電池の要求に合致した範囲での昇温
レートで行い、改質器の昇温を改質器の要求に合致した
範囲での昇温レートで行う燃料電池の制御装置を提供す
ることを目的とする。

【００３２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、燃料
電池の改質器の昇温を改質器の温度に基づいて制御する
と共に、電池冷却水の昇温を電池冷却水の温度に基づい
て制御する燃料電池の制御装置において、電池冷却水と
改質器のそれぞれの温度によりそれぞれの予想昇温時間
を演算する演算手段と、それぞれの予想昇温時間を比較
して双方の時間差を算出し、昇温完了時刻を一致させる
ようにそれぞれの予想昇温時間を増減してそれぞれの目
標所要時間を算出する比較演算手段と、電池冷却水と改
質器のそれぞれの許容昇温領域内でそれぞれの目標所要
時間から対応する電池冷却水の設定値および改質器の設
定値を演算して制御周期毎に更新する設定値演算手段
と、電池冷却水の実際の温度と前記設定値とに基づいて
電池冷却水の昇温を制御する一方、改質器の温度と前記
設定値とに基づいて改質器の昇温を制御する手段とを設
けるようにしたものである。

【００３３】請求項２の発明は、燃料電池の改質器の昇
温を改質器の温度に基づいて制御すると共に、電池冷却
水の昇温を電池冷却水の温度に基づいて制御する燃料電
池の制御装置において、電池冷却水の温度により第１所
定予想時間を関数演算する第１昇温完了時間演算部と、
改質器の温度により第２所定予想時間を関数演算する第
２昇温完了時間演算部と、第１所定予想時間と第２所定
予想時間とを比較して電池冷却水の目標所要時間として
の第１目標所要時間と改質器の目標所要時間としての第
２目標所要時間とを演算する比較部と、第１目標所要時
間と電池冷却水の温度と電池冷却水の昇温完了温度とに
基づいて第１昇温レートを所定演算する第１昇温レート
生成部と、電池冷却水の昇温許容領域と第１昇温レート
とを比較して許容昇温レートを定めて、これを電池冷却
水の温度設定値とする第１設定値部と、電池冷却水の温
度と電池冷却水の温度設定値とに基づいて電池冷却水の
昇温を制御する冷却水温度制御部と、第２目標所要時間
と改質器の温度と改質器の昇温完了温度とに基づいて第
２昇温レートを所定演算する第２昇温レート生成部と、
改質器の昇温許容領域と第２昇温レートとを比較して許
容昇温レートを定めてこれを改質器の温度設定値とする
第２設定値部と、改質器の温度と改質器の温度設定値と
に基づいて改質器の昇温を制御する改質器連続制御部と
を設けるようにしたものである。

【００３４】

【作用】上記構成により、電池冷却水と改質器のそれぞ
れの現在温度によりそれぞれの予想昇温時間が演算され
る。このそれぞれの予想昇温時間は比較されて双方の時
間差を短縮する補正がされ、それぞれの目標所要時間が
演算される。そして、電池冷却水と改質器のそれぞれの
許容昇温領域内でそれぞれの目標所要時間から対応する
電池冷却水の設定値および改質器の設定値が演算され制
御周期毎に設定値が更新される。これら電池冷却水の設
定値および改質器の設定値とよりそれぞれ電池冷却水の
温度と改質器の温度が制御される。これにより、電池冷
却水と改質器は許容昇温領域内で時間と共に昇温カーブ
がいずれかに追従するように昇温し、しかも、双方の昇
温完了タイミングを合わせることができる。したがっ
て、電池が高温で空炊きされる状態を防ぎ、電池の劣化
や電池寿命の低下、さらに電池のセル破損が避けられ
る。また、改質器の昇温が先に完了することも防止さ
れ、改質器の反応性能の低下、さらに、触媒破損を避け
ることができる。

【００３５】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００３６】図１は、本発明の一実施例を示す燃料電池
の制御装置の構成図である。図７と異なる点は、制御装
置７Ａに改質器連続制御部２２と第１設定値演算部２３
と時刻カウント部２４と比較部２５と第２設定値演算部
２６とを追設し、判定部１３を除いたことである。

【００３７】ここで、改質器連続制御部２２は、改質器
１０の温度Ｒｔが第２設定値演算部２６によって生成さ
れた改質器昇温の設定値Ｒｓ．ｐに追従するように改質
器空気調整弁１６をＰＩＤ制御するものである。第１設
定値演算部２３は、予め定められた電池冷却水の昇温範
囲内で、電池冷却水の昇温の完了タイミングが改質器１
０の昇温の完了のタイミングと一致するように所定の補
正演算をして冷却水温度制御部８へ電池冷却水昇温の設
定値Ｓｓ．ｐを出力するものである。

【００３８】時刻カウント部２４は、現在時刻を第１設
定値演算部２３および第２設定値演算部２６へ出力する
ものである。比較部２５は、第１設定値演算部２３の演
算した第１所定予想時間ｔ１と第２設定値演算部２６の
演算した第２所定予想時間ｔ２とを比較して第１目標所
要時間ｔ１′と第２目標所要時間ｔ２′とを算出するも
のである。第２設定値演算部２６は、予め定められた改
質器の昇温範囲内で、改質器の昇温完了タイミングが電
池冷却水の昇温タイミングと一致するように所定の補正
演算をして改質器連続制御部２２へ改質器昇温の設定値
Ｒｓ．ｐをして出力するものである。

【００３９】上記構成で、改質器１０の点火手順につい
て説明する。

【００４０】まず、制御装置７Ａの第１設定値演算部２
３では、冷却水温度測定器６の電池冷却水温度Ｓｔに応
じて現在温度から昇温完了温度に到達する第１所定予想
時間ｔ１が算出され、比較部２５へ出力される。すなわ
ち、第１設定値演算部２３は、図２に示す如く構成さ
れ、第１昇温完了時間演算部２３ａが予め設定された関
数に従って第１所定予想時間ｔ１を比較部２５へ時間の
経過と共に出力する。

【００４１】一方、制御装置７Ａの第２設定値演算部２
６では、改質器温度測定器１１の温度Ｒｔに応じて現在
温度から昇温完了温度に到達する第２所定予想時間ｔ２
が算出され、比較部２５へ出力される。すなわち、第２
設定値演算部２６は、図３に示す如く構成され、第２昇
温完了時間演算部２６ａが予め設定された関数に従って
時間の経過と共に第２所定予想時間ｔ２を比較部２５へ
出力する。

【００４２】次に、比較部２５では、第１所定予想時間
ｔ１と第２所定予想時間ｔ２との大小の比較がされ、第
１所定予想時間ｔ１＜第２所定予想時間ｔ２のとき、火
花検知器１２からの信号ｋにより改質器点火状態か否か
を確認して失火状態のとき、改質器点火信号ｌ＝「１」
を生成し、改質器シーケンス制御部１４へ出力する。

【００４３】改質器シーケンス制御部１４は、図１０に
示した手順によって改質器空気ブロア１５、改質器空気
調整弁１６、改質器点火装置用ＯＮ／ＯＦＦ弁１７、改
質器点火装置１９、改質器昇温バーナー用ＯＮ／ＯＦＦ
弁２０を順次起動させる。

【００４４】なお、改質器失火状態では、改質器連続制
御部２２からの改質器空気調整弁１６への連続信号が
「０」となり、改質器空気調整弁１６は改質器点火用に
予めきめられた初期開度に保たれる。

【００４５】次に、比較部２５では、第１所定予想時間
ｔ１と第２所定予想時間ｔ２とにより次のようにして第
１目標所要時間ｔ１′と第２目標所要時間ｔ２′を算出
して、それぞれ第１設定値演算部２３または第２設定値
演算部２６へ出力する。

【００４６】具体的に説明すると、まず、比較部２５
は、図４の処理手順によって計算部２５Ａにて第１所定
予想時間ｔ１と第２所定予想時間ｔ２との差の絶対値を
２で割る演算を行い補正値ｔａを得る。さらに、第１所
定予想時間ｔ１と第２所定予想時間ｔ２とは比較部２５
Ｂで大小の比較がされ、この比較で第１所定予想時間ｔ
１≧第２所定予想時間ｔ２のとき、補正値ｔａにより代
入部２５Ｃの処理がされ、ｔ１′＝ｔ１−ｔａ，ｔ２′
＝ｔ２＋ｔａという補正が行われる。また、第１所定予
想時間ｔ１＜第２所定予想時間ｔ２のとき、補正値ｔａ
により代入部２５Ｄの処理によりｔ１′＝ｔ１＋ｔａ，
ｔ２′＝ｔ２−ｔａという補正が行われる。

【００４７】この処理により、第１所定予想時間ｔ１≧
第２所定予想時間ｔ２のとき、つまり、電池冷却水の昇
温スピードが遅く改質器昇温スピードが速い場合には、
電池冷却水昇温スピードを電池冷却水と改質器の昇温完
了時刻の差の半分だけ速め、改質器昇温スピードを電池
冷却水と改質器の昇温完了時刻の差の半分だけ遅くする
ことになり、昇温完了時刻を一致させる。

【００４８】逆に、第１所定予想時間ｔ１＜第２所定予
想時間ｔ２のとき、つまり、電池冷却水の昇温スピード
が速く、改質器昇温スピードが遅い場合には、電池冷却
水昇温スピードを電池冷却水と改質器の昇温完了時刻の
差の半分だけ遅くし、改質器昇温スピードを電池冷却水
と改質器の昇温完了時刻の差の半分だけ速くして、昇温
完了時刻を一致させる。

【００４９】続いて、比較部２５から第１目標所要時間
ｔ１′が第１設定値演算部２３の第１昇温レート生成部
２３ｂに入力され、次の式（１）によって補正された新
しい第１昇温レートＲ１が算出されて第１設定部２３ｃ
へ出力される。

【００５０】

【数１】 Ｒ１＝Ｓｔ＋［（Ｓｔ０−Ｓｔ）／ｔ１′］×ｔ…………（１）

【００５１】ここで、 Ｓｔ＝現在の電池冷却水の温度 Ｓｔ０＝電池冷却水昇温完了条件温度 ｔ１′＝第１目標所要時間 ｔ＝現在時刻

【００５２】第１設定部２３ｃでは、第１昇温レートＲ
１が昇温カーブにおける昇温許可領域内に収める矯正を
行う。

【００５３】すなわち、第１昇温レートＲ１が昇温許可
領域内に存在する場合には、矯正は行われない。仮に、
第１昇温レートＲ１が昇温許可領域上限を越えている場
合には、昇温カーブが昇温許可領域上限の値となり、第
１昇温レートＲ１が昇温許可領域下限を越えている場合
には、昇温カーブが昇温許可領域下限の値となるように
矯正される。これにより、改質器と電池冷却水の昇温完
了時刻を一致させ、さらに、電池冷却水の昇温許可領域
内に収められる電池冷却水の昇温カーブが生成される。

【００５４】上記した電池冷却水の昇温カーブは、時刻
カウント部２４によりカウントされた現在時刻に対して
加算部２３ｄで次回の制御周期までの時間Δｔを加算し
て、次回の制御時刻を得る。そして、次回の制御時刻を
第１設定値部２３ｃの昇温カーブ上に重ね合わせて、昇
温カーブ上の次回の制御時刻における電池冷却水温度を
得て、これを電池冷却水昇温の設定値Ｓｓ．ｐとして冷
却水温度制御部８へ出力する。

【００５５】次に、第２目標所要時間ｔ２′が第２設定
値演算部２６の第２昇温レート生成部２６ｂで次の式
（２）により補正され、新しい第２昇温レートＲ２が生
成されて、第２設定値部２６ｃへ出力される。

【００５６】

【数２】 Ｒ２＝Ｒｔ＋（Ｒｔ０−Ｒｔ／ｔ２′）ｔ……………（２）

【００５７】ここで、 Ｒｔ＝現在の改質器の温度 Ｒｔ０＝改質器昇温完了条件温度 ｔ２′＝第２目標所要時間 ｔ＝現在時刻

【００５８】第２設定値部２６ｃでは、第２昇温レート
Ｒ２を昇温カーブにおける昇温許可領域内に収める矯正
を行う。

【００５９】すなわち、第２昇温レートＲ２が昇温許可
領域内に存在する場合には矯正は行われない。仮に、補
正された第２昇温レートＲ２が昇温許可領域上限を越え
ている場合には、昇温カーブが昇温許可領域上限の値と
し、補正された第２昇温レートＲ２が昇温許可領域下限
を越えている場合には、昇温カーブは昇温許可領域下限
の値になるように矯正される。これにより改質器と電池
冷却水の昇温完了時刻を一致させ、さらに、改質器１０
の昇温許可領域内に収められる改質器昇温カーブが生成
される。

【００６０】時刻カウント部２４ではカウントされた現
在時刻に対して加算部２６ｄで次回の制御周期までの時
間Δｔを加算して、次回の制御時刻を得る。さらに、次
回の制御時刻を第２設定値部２６ｃの昇温カーブ上に重
ね合わせて、昇温カーブ上の次回の制御時刻における改
質器温度を得る。これを改質器昇温の設定値Ｒｓ．ｐと
して改質器連続制御部２２へ出力する。

【００６１】以上説明した第１設定値演算部２３、第２
設定値演算部２６、比較部２５のそれぞれの処理は、周
期的に行われ、冷却水温度制御部８、改質器連続制御部
２２へ第１目標所要時間ｔ１′、第２目標所要時間ｔ
２′に各々昇温が完了するよう逐次両者の設定値Ｓｓ．
ｐ，Ｒｓ．ｐを変化させていく。

【００６２】冷却水温度制御部８では、冷却水温度測定
器６の電池冷却水の温度Ｓｔが、電池冷却水昇温の設定
値Ｓｓ．ｐに追従するようにＰＩＤ制御がされる。

【００６３】すなわち、まず、電池冷却水の昇温を急速
に行うような設定値の場合では、冷却水温度制御部８の
ＰＩＤ制御により冷却水昇温ヒータ３の出力が最大とな
り、冷却水バイパス弁５が電池冷却水が全量冷却水熱交
換器９に流れない方向へ開く。また、電池冷却水を抑え
目に昇温するような設定値の場合には、冷却水温度制御
部８のＰＩＤ制御により冷却水昇温ヒータ３の出力最大
のまま、冷却水バイパス弁５の開度を連続的に制御して
電池冷却水を冷却水熱交換器９側へ循環させて、２次冷
却水と熱交換させ電池冷却水の昇温スピードを抑える。
また、冷却水バイパス弁５の開度調節だけでは昇温スピ
ードが抑えられない場合には冷却水昇温ヒータ３の出力
を絞る。

【００６４】改質器連続制御部２２では、改質器温度測
定器１１の現在の改質器の温度Ｒｔが、改質器昇温の設
定値Ｒｓ．ｐに追従するようにＰＩＤ制御がされる。

【００６５】まず、改質器１０の昇温を急速に行うよう
な設定値の場合には、改質器連続制御部２２のＰＩＤ制
御により、改質器空気調整弁１６が初期開度に保たれて
改質器が最も速く昇温される。また、改質器１０を抑え
目に昇温するような設定値の場合には、改質器連続制御
部２２のＰＩＤ制御により改質器空気調整弁１６の開度
を連続的に開閉して、昇温スピードを抑え気味にする。
このとき、改質器空気調整弁１６には初期開度にリミッ
ターがあり、初期開度以下の開度にはならないようにす
る。

【００６６】図５および図６は本実施例で多少の外乱が
あっても電池冷却水と改質器の昇温完了予測時刻を合致
させることができることを示すもので、図５は、改質器
の温度のカーブ、図６は、電池冷却水の温度のカーブで
ある。電池冷却水の昇温を電池の要求に合致した範囲で
の昇温レートで行い、改質器の昇温を改質器の要求に合
致した範囲での昇温レートで行われる。

【００６７】このように本実施例によれば、次の効果が
得られる。

【００６８】ａ）改質器昇温において、改質器点火失敗
を起こし再点火を行うような状態では、許容レート範囲
内でできる限り早く昇温させる一方、電池冷却水の昇温
を許容レート範囲内でできる限り遅く昇温させることに
より双方の昇温完了時刻をほぼ一致させることができ
る。

【００６９】ｂ）改質器の昇温において、点火後何らか
の外乱による昇温カーブの変化が生じたとき、電池冷却
水と改質器の昇温完了予測時刻を比較することにより、
両者の昇温カーブを補正することができ、電池冷却水と
改質器の昇温完了時刻のズレを防ぐことができる。

【００７０】ｃ）電池冷却水および改質器の昇温中に何
らかの外乱があった場合、電池冷却水と改質器の昇温完
了予測時刻とを比較することにより、昇温カーブを補正
することができ、電池冷却水と改質器の昇温が昇温許可
範囲内で行われる。

【００７１】上記効果から、電池が高温で空炊きされる
状態を防ぎ、電池の劣化や電池寿命の低下、さらに電池
のセル破損が避けられる。また、改質器の昇温が先に完
了することも防止され、改質器の反応性能の低下、さら
に、触媒破損を避けることができる。

【００７２】なお、上述の実施例では、電池冷却水と改
質器との昇温時の昇温カーブの許容範囲の補正を行うた
め、昇温カーブに禁止区域を設けることにより昇温許可
範囲を定義していたが、新たに算出される温度設定値と
現在までの温度設定値との比較により変化率の上限を第
１設定値部２３ｃ、第２設定値部２６ｃに設けることに
より昇温許容範囲を定義することもできる。

【００７３】同様に、上述の説明においては、第１設定
値部２３ｃ、第２設定値部２６ｃ上で次回の制御周期に
おける設定値を求める手段として、次回制御周期までの
時間Δｔを現在温度に加算して算出しているが、第１昇
温レート生成部２３ｂ、第２昇温レート生成部２６ｂの
出力側に積分器を入れることにより、次回の制御周期の
設定値を算出し、冷却水温度制御部８および改質器連続
制御部２２へ出力することもできる。この手段によれば
加算部２３ｄを省くことができ、図１に示す実施例に比
べて簡略された設定値の演算とすることができる。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
池冷却水と改質器は許容昇温領域内で時間と共に昇温カ
ーブがいずれかに追従するように昇温し、しかも、双方
の昇温完了タイミングを合わせることができる。したが
って、電池が高温で空炊きされる状態を防ぎ、電池の劣
化や電池寿命の低下、さらに電池のセル破損が避けられ
る。また、改質器の昇温が先に完了することも防止さ
れ、改質器の反応性能の低下、さらに、触媒破損を避け
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す燃料電池の制御装置の
構成図である。

【図２】図１の制御装置の第１設定値演算部を示す構成
図である。

【図３】図１の制御装置の第２設定値演算部を示す構成
図である。

【図４】図１の制御装置の比較部を示す構成図である。

【図５】図１の制御装置の改質器昇温カーブを示す説明
図である。

【図６】図１の制御装置の電池冷却水昇温カーブを示す
説明図である。

【図７】従来例を示す燃料電池の制御装置の構成図であ
る。

【図８】図７の制御装置の冷却水温度制御部を示す構成
図である。

【図９】図７の制御装置の判定部を示す構成図である。

【図１０】図７の制御装置の改質器シーケンス制御部の
作用を示すタイムチャートである。

【符号の説明】

７Ａ 制御装置 ８ 冷却水温度制御部 ９ 冷却水熱交換器 １０ 改質器 １１ 改質器温度測定器 １２ 火花検知器 １３ 判定部 １４ 改質器シーケンス制御部 １５ 改質器空気ブロア １６ 改質器空気調整弁 １７ 改質器点火装置用ＯＮ／ＯＦＦ弁 １８ 燃料自在弁 １９ 改質器点火装置 ２０ 改質器昇温バーナー用ＯＮ／ＯＦＦ弁 ２１ 改質器昇温バーナー ２２ 改質器連続制御部 ２３ 第１設定値演算部 ２３ａ 第１昇温完了時間演算部 ２３ｂ 第１昇温レート生成部 ２３ｃ 第１設定値部 ２３ｄ 加算部 ２４ 時刻カウント部 ２５ 比較部 ２６ 第２設定値演算部 ２６ａ 第２昇温完了時間演算部 ２６ｂ 第２昇温レート生成部 ２６ｃ 第２設定値部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料電池の改質器の昇温を改質器の温度
   に基づいて制御すると共に、電池冷却水の昇温を電池冷
   却水の温度に基づいて制御する燃料電池の制御装置にお
   いて、 前記電池冷却水と改質器のそれぞれの温度によりそれぞ
   れの予想昇温時間を演算する演算手段と、 前記それぞれの予想昇温時間を比較して双方の時間差を
   算出し、昇温完了時刻を一致させるように前記それぞれ
   の予想昇温時間を増減してそれぞれの目標所要時間を算
   出する比較演算手段と、 前記電池冷却水と改質器のそれぞれの許容昇温領域内で
   前記それぞれの目標所要時間から対応する電池冷却水の
   設定値および改質器の設定値を演算して制御周期毎に更
   新する設定値演算手段と、 前記電池冷却水の実際の温度と前記設定値とに基づいて
   電池冷却水の昇温を制御する一方、前記改質器の温度と
   前記設定値とに基づいて改質器の昇温を制御する手段を
   備えたことを特徴とする燃料電池の制御装置。
2. 【請求項２】 燃料電池の改質器の昇温を改質器の温度
   に基づいて制御すると共に、電池冷却水の昇温を電池冷
   却水の温度に基づいて制御する燃料電池の制御装置にお
   いて、 前記電池冷却水の温度により第１所定予想時間を関数演
   算する第１昇温完了時間演算部と、 前記改質器の温度により第２所定予想時間を関数演算す
   る第２昇温完了時間演算部と、 前記第１所定予想時間と第２所定予想時間とを比較して
   前記電池冷却水の目標所要時間としての第１目標所要時
   間と前記改質器の目標所要時間としての第２目標所要時
   間とを演算する比較部と、 前記第１目標所要時間と前記電池冷却水の温度と電池冷
   却水の昇温完了温度とに基づいて第１昇温レートを所定
   演算する第１昇温レート生成部と、 電池冷却水の許容昇温領域と前記第１昇温レートとを比
   較して許容昇温レートを定めて、これを電池冷却水の温
   度設定値とする第１設定値部と、 前記電池冷却水の温度と前記電池冷却水の温度設定値と
   に基づいて電池冷却水の昇温を制御する冷却水温度制御
   部と、 前記第２目標所要時間と前記改質器の温度と改質器の昇
   温完了温度とに基づいて第２昇温レートを所定演算する
   第２昇温レート生成部と、 改質器の許容昇温領域と前記第２昇温レートとを比較し
   て許容昇温レートを定めてこれを改質器の温度設定値と
   する第２設定値部と、 前記改質器の温度と前記改質器の温度設定値とに基づい
   て改質器の昇温を制御する改質器連続制御部とを備えた
   ことを特徴とする燃料電池の制御装置。