JPH06275296A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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- JPH06275296A JPH06275296A JP5064466A JP6446693A JPH06275296A JP H06275296 A JPH06275296 A JP H06275296A JP 5064466 A JP5064466 A JP 5064466A JP 6446693 A JP6446693 A JP 6446693A JP H06275296 A JPH06275296 A JP H06275296A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【目的】負荷上昇指令時に燃料電池スタックの出力電流
の不足を補償することにより、燃料電池の劣化および特
性低下を回避する。 【構成】燃料電池スタック１と電力変換器４との間に負
荷追従性の補償手段１１を設け、コンデンサ−１２を軽
負荷運転中に充電し、負荷上昇指令によって過渡的に生
ずる燃料電池スタックの出力電圧および出力電流の変化
を補償制御部１５が計画電圧−電流特性デ−タとの照合
によって検出し、半導体スイッチ１３を閉じてコンデン
サ−の放電電流ｉc を補償電流として電力変換器に向け
て供給することにより、燃料電池スタックのガス不足に
起因する負荷追従性の遅れを補償する。
の不足を補償することにより、燃料電池の劣化および特
性低下を回避する。 【構成】燃料電池スタック１と電力変換器４との間に負
荷追従性の補償手段１１を設け、コンデンサ−１２を軽
負荷運転中に充電し、負荷上昇指令によって過渡的に生
ずる燃料電池スタックの出力電圧および出力電流の変化
を補償制御部１５が計画電圧−電流特性デ−タとの照合
によって検出し、半導体スイッチ１３を閉じてコンデン
サ−の放電電流ｉc を補償電流として電力変換器に向け
て供給することにより、燃料電池スタックのガス不足に
起因する負荷追従性の遅れを補償する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、負荷追従性を改善し
た燃料電池発電装置の回路構成に関する。
た燃料電池発電装置の回路構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は燃料電池発電装置の一般的なシス
テム構成図であり、単位セルの積層体からなる燃料電池
スタック１を含む燃料電池発電装置は、化石燃料，炭化
水素系燃料を燃料電池用アノ−ドガスとしての水素リッ
チな燃料ガスに改質する燃料処理装置２と、酸化剤とし
ての空気を燃料電池に供給する空気供給装置３と、燃料
電池の出力直流電力を交流電力に変換して外部負荷に供
給する電力変換装置４と、これら各部を制御する制御装
置５などで構成される。
テム構成図であり、単位セルの積層体からなる燃料電池
スタック１を含む燃料電池発電装置は、化石燃料，炭化
水素系燃料を燃料電池用アノ−ドガスとしての水素リッ
チな燃料ガスに改質する燃料処理装置２と、酸化剤とし
ての空気を燃料電池に供給する空気供給装置３と、燃料
電池の出力直流電力を交流電力に変換して外部負荷に供
給する電力変換装置４と、これら各部を制御する制御装
置５などで構成される。
【０００３】このように構成された燃料電池発電装置の
運転中における外部負荷への供給電力の上昇，降下は、
制御装置５が負荷変化指令９Ｓを受けて燃料処理装置２
および空気供給装置３に向けて発する制御信号２Ｓ，３
Ｓ，電力変換装置４に向けて発する制御信号４Ｓ，およ
び燃料電池スタック１に向けて発する制御信号１Ｓ等に
よって制御され、燃料ガスおよび空気の供給量および外
部負荷への供給電力，燃料電池スタックにおける水素，
酸素の利用率などが、負荷変化指令９Ｓに対応するそれ
ぞれの目標値に一致するよう制御され、定電圧に保持さ
れた交流電力が外部負荷に供給される。
運転中における外部負荷への供給電力の上昇，降下は、
制御装置５が負荷変化指令９Ｓを受けて燃料処理装置２
および空気供給装置３に向けて発する制御信号２Ｓ，３
Ｓ，電力変換装置４に向けて発する制御信号４Ｓ，およ
び燃料電池スタック１に向けて発する制御信号１Ｓ等に
よって制御され、燃料ガスおよび空気の供給量および外
部負荷への供給電力，燃料電池スタックにおける水素，
酸素の利用率などが、負荷変化指令９Ｓに対応するそれ
ぞれの目標値に一致するよう制御され、定電圧に保持さ
れた交流電力が外部負荷に供給される。
【０００４】上記燃料電池発電装置の運転中に負荷変化
指令９Ｓが出力電力を定挌電力の１０％程度急速上昇す
ることを指令した場合、電力変換装置４はミリセカンド
以下の応答速度で指令値に対応した電力を出力しようと
するするが、燃料電池１は燃料処理装置２，空気供給装
置３などからの反応ガス量を制御する調節弁の開度調整
に要する時間や、配管の流体抵抗による反応ガス供給の
遅れにより、上昇指令に対する反応ガスの供給増加に少
なくとも２〜３秒程度の遅れが発生し、これが原因で燃
料電池がガス不足状態に陥るため、出力電力の立ち上が
りにも遅れが発生する。
指令９Ｓが出力電力を定挌電力の１０％程度急速上昇す
ることを指令した場合、電力変換装置４はミリセカンド
以下の応答速度で指令値に対応した電力を出力しようと
するするが、燃料電池１は燃料処理装置２，空気供給装
置３などからの反応ガス量を制御する調節弁の開度調整
に要する時間や、配管の流体抵抗による反応ガス供給の
遅れにより、上昇指令に対する反応ガスの供給増加に少
なくとも２〜３秒程度の遅れが発生し、これが原因で燃
料電池がガス不足状態に陥るため、出力電力の立ち上が
りにも遅れが発生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図４は従来の燃料電池
発電装置の負荷上昇時における出力特性の変化を示す特
性線図であり、曲線１０は 燃料電池スタック１が規定
の水素利用率および酸素利用率を保持して発電運転して
いる状態での計画Ｖ−Ｉ特性曲線（計画電圧−電流特性
曲線）であり、曲線１０上のＡ点（Ｖ1,Ｉ1 ）で運転中
に１０％程度の急速な負荷上昇指令があったと仮定す
る。このとき、電力変換装置４は直ちに燃料電池スタッ
ク１の出力電流Ｉを増加させて交流側の出力電圧を一定
に保持した状態で出力電力を目標値に合わせようとす
る。ところが、燃料電池スタック１は電流の急増に反応
ガスの供給が追い付かないために水素および酸素の利用
率が規定値より高い高利用率運転となり、ことに高負荷
領域では電極中あるいはその近傍に存在する水素および
酸素が消費されてガス不足となり、濃度過電圧の増大や
限界電流密度の減少に伴って燃料電池スタックの出力電
圧が低下するため、燃料電池スタック１の出力特性は計
画Ｖ−Ｉ曲線１０を下回り、ガス不足の程度に応じて曲
線１０Ａ，さらに曲線１０Ｂへとその特性が低下する。
その結果、電力変換装置４が燃料電池スタック１に対し
て要求する過度な電流の増加要求と、これが原因で生ず
る燃料電池スタックの電圧低下との間に悪循環が生じて
燃料電池スタックのガス不足が進行し、反応ガスの供給
が立ち上がってガス不足状態が解消されるまでに定常電
圧の１０％を越える電圧低下が少なくとも数秒間続くと
いう問題が発生する。また、この様なガス不足状態が急
激な負荷上昇指令が出る度に繰り返されると、電極触媒
の活性低下，電極基材の腐食等の劣化が進行し、通常運
転時の発電電圧が徐々に低下し、燃料電池スタックの寿
命が短くなるという事態も発生する。
発電装置の負荷上昇時における出力特性の変化を示す特
性線図であり、曲線１０は 燃料電池スタック１が規定
の水素利用率および酸素利用率を保持して発電運転して
いる状態での計画Ｖ−Ｉ特性曲線（計画電圧−電流特性
曲線）であり、曲線１０上のＡ点（Ｖ1,Ｉ1 ）で運転中
に１０％程度の急速な負荷上昇指令があったと仮定す
る。このとき、電力変換装置４は直ちに燃料電池スタッ
ク１の出力電流Ｉを増加させて交流側の出力電圧を一定
に保持した状態で出力電力を目標値に合わせようとす
る。ところが、燃料電池スタック１は電流の急増に反応
ガスの供給が追い付かないために水素および酸素の利用
率が規定値より高い高利用率運転となり、ことに高負荷
領域では電極中あるいはその近傍に存在する水素および
酸素が消費されてガス不足となり、濃度過電圧の増大や
限界電流密度の減少に伴って燃料電池スタックの出力電
圧が低下するため、燃料電池スタック１の出力特性は計
画Ｖ−Ｉ曲線１０を下回り、ガス不足の程度に応じて曲
線１０Ａ，さらに曲線１０Ｂへとその特性が低下する。
その結果、電力変換装置４が燃料電池スタック１に対し
て要求する過度な電流の増加要求と、これが原因で生ず
る燃料電池スタックの電圧低下との間に悪循環が生じて
燃料電池スタックのガス不足が進行し、反応ガスの供給
が立ち上がってガス不足状態が解消されるまでに定常電
圧の１０％を越える電圧低下が少なくとも数秒間続くと
いう問題が発生する。また、この様なガス不足状態が急
激な負荷上昇指令が出る度に繰り返されると、電極触媒
の活性低下，電極基材の腐食等の劣化が進行し、通常運
転時の発電電圧が徐々に低下し、燃料電池スタックの寿
命が短くなるという事態も発生する。
【０００６】この発明の目的は、負荷上昇指令時に燃料
電池スタックの出力電流の不足を補償することにより、
燃料電池の劣化および特性低下を回避することにある。
電池スタックの出力電流の不足を補償することにより、
燃料電池の劣化および特性低下を回避することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、単位セルの積層体からなる燃料
電池スタックと、この燃料電池スタックに燃料ガスを供
給する燃料処理装置、および空気供給装置と、前記燃料
電池スタックの出力直流電力を交流電力に変換して出力
する電力変換装置と、前記交流電力を負荷指令に基づく
一定値に保持するよう前記各部を連系制御する制御装置
とを含むものにおいて、負荷上昇指令によって過渡的に
生ずる前記燃料電池スタックの出力電圧および出力電流
の変化を計画電圧−電流特性デ−タとの照合によって検
出し、前記出力電圧の低下を補償するに必要な電流を前
記電力変換装置に向けて出力する負荷追従性の補償手段
を、前記燃料電池スタックの出力側に並列に備えてなる
ものとする。
に、この発明によれば、単位セルの積層体からなる燃料
電池スタックと、この燃料電池スタックに燃料ガスを供
給する燃料処理装置、および空気供給装置と、前記燃料
電池スタックの出力直流電力を交流電力に変換して出力
する電力変換装置と、前記交流電力を負荷指令に基づく
一定値に保持するよう前記各部を連系制御する制御装置
とを含むものにおいて、負荷上昇指令によって過渡的に
生ずる前記燃料電池スタックの出力電圧および出力電流
の変化を計画電圧−電流特性デ−タとの照合によって検
出し、前記出力電圧の低下を補償するに必要な電流を前
記電力変換装置に向けて出力する負荷追従性の補償手段
を、前記燃料電池スタックの出力側に並列に備えてなる
ものとする。
【０００８】また、負荷追従性の補償手段が、その補償
電力の蓄積源として燃料電池スタックの出力直流電力に
より軽負荷運転中に充電されるコンデンサ−と、このコ
ンデンサ−に直列接続された半導体スイッチとを備えて
なるものとする。さらに、負荷追従性の補償手段が、負
荷上昇指令によって過渡的に生ずる燃料電池スタックの
出力電圧および出力電流の変化を計画電圧−電流特性デ
−タとの照合によって検出して半導体スイッチにオン指
令を発する補償制御部を備えてなるものとする。
電力の蓄積源として燃料電池スタックの出力直流電力に
より軽負荷運転中に充電されるコンデンサ−と、このコ
ンデンサ−に直列接続された半導体スイッチとを備えて
なるものとする。さらに、負荷追従性の補償手段が、負
荷上昇指令によって過渡的に生ずる燃料電池スタックの
出力電圧および出力電流の変化を計画電圧−電流特性デ
−タとの照合によって検出して半導体スイッチにオン指
令を発する補償制御部を備えてなるものとする。
【０００９】
【作用】この発明において、負荷上昇指令によって過渡
的に生ずる燃料電池スタックの出力電圧および出力電流
の変化を計画電圧−電流特性デ−タとの照合によって検
出し、出力電圧の低下を補償するに必要な電流を電力変
換装置に向けて出力する負荷追従性の補償手段を、燃料
電池スタックの出力側に並列に備えるよう構成したこと
により、例えば反応ガス供給系の流量調節弁の動作遅
れ，配管内の流体抵抗による反応ガスの供給遅れは、負
荷上昇率が定挌負荷の１０％以内であれば負荷上昇指令
に対して２〜３秒程度の短時間であり、この間反応ガス
の供給渋滞により燃料電池スタック内で不足する反応ガ
ス量を電気エネルギ−として電力変換装置に代替え補給
する負荷追従性の補償手段は、極めて短時間定挌のエネ
ルギ−源を備えればよく、その補償電流によって燃料電
池スタックに生ずるガス不足状態を緩和し、その電圧低
下および劣化を阻止する機能が得られる。
的に生ずる燃料電池スタックの出力電圧および出力電流
の変化を計画電圧−電流特性デ−タとの照合によって検
出し、出力電圧の低下を補償するに必要な電流を電力変
換装置に向けて出力する負荷追従性の補償手段を、燃料
電池スタックの出力側に並列に備えるよう構成したこと
により、例えば反応ガス供給系の流量調節弁の動作遅
れ，配管内の流体抵抗による反応ガスの供給遅れは、負
荷上昇率が定挌負荷の１０％以内であれば負荷上昇指令
に対して２〜３秒程度の短時間であり、この間反応ガス
の供給渋滞により燃料電池スタック内で不足する反応ガ
ス量を電気エネルギ−として電力変換装置に代替え補給
する負荷追従性の補償手段は、極めて短時間定挌のエネ
ルギ−源を備えればよく、その補償電流によって燃料電
池スタックに生ずるガス不足状態を緩和し、その電圧低
下および劣化を阻止する機能が得られる。
【００１０】また、負荷追従性の補償手段が、その補償
電力の蓄積源として燃料電池スタックの出力直流電力に
より軽負荷運転中に充電されるコンデンサ−と、このコ
ンデンサ−に直列接続された半導体スイッチとを備える
よう構成すれば、軽負荷領域と高負荷領域との電圧差で
得られるコンデンサ−の放電電流と、コンデンサ−およ
び半導体スイッチの優れた高速応答性とを利用し、反応
ガスの供給遅れによる燃料電池スタックの負荷追従性の
低下をコンデンサ−の放電電流により補償し、電圧の低
下を抑制する機能が得られる。
電力の蓄積源として燃料電池スタックの出力直流電力に
より軽負荷運転中に充電されるコンデンサ−と、このコ
ンデンサ−に直列接続された半導体スイッチとを備える
よう構成すれば、軽負荷領域と高負荷領域との電圧差で
得られるコンデンサ−の放電電流と、コンデンサ−およ
び半導体スイッチの優れた高速応答性とを利用し、反応
ガスの供給遅れによる燃料電池スタックの負荷追従性の
低下をコンデンサ−の放電電流により補償し、電圧の低
下を抑制する機能が得られる。
【００１１】さらに、負荷追従性の補償手段が、負荷上
昇指令によって過渡的に生ずる燃料電池スタックの出力
電圧および出力電流の変化を計画電圧−電流特性デ−タ
との照合によって検出して半導体スイッチにオン指令を
発する補償制御部を備えるよう構成すれば、反応ガスの
不足状態を早期に検知し、電力変換装置の応答速度に追
従して補償電流を供給できるので、燃料電池スタックの
ガス不足による電圧低下を最小限度に抑制できるととも
に、反応ガスの供給量が増したことを、出力電圧および
電流が計画電圧−電流特性上に復帰することにより検知
して半導体スイッチをオフさせ、負荷追従性の補償手段
の動作を停止させる機能が得られる。
昇指令によって過渡的に生ずる燃料電池スタックの出力
電圧および出力電流の変化を計画電圧−電流特性デ−タ
との照合によって検出して半導体スイッチにオン指令を
発する補償制御部を備えるよう構成すれば、反応ガスの
不足状態を早期に検知し、電力変換装置の応答速度に追
従して補償電流を供給できるので、燃料電池スタックの
ガス不足による電圧低下を最小限度に抑制できるととも
に、反応ガスの供給量が増したことを、出力電圧および
電流が計画電圧−電流特性上に復帰することにより検知
して半導体スイッチをオフさせ、負荷追従性の補償手段
の動作を停止させる機能が得られる。
【００１２】
【実施例】以下、この発明を実施例に基づいて説明す
る。図１はこの発明の実施例になる燃料電池発電装置の
負荷追従性の補償手段を示す接続図、図２は実施例にお
ける負荷追従性の補償手段の動作を示す特性線図であ
り、従来技術と同じ構成部分には同一参照符号を付すこ
とにより、重複した説明を省略する。図において、燃料
電池スタック１と電力変換器４との間に設けられる負荷
追従性の補償手段１１は、燃料電池スタック１に対して
並列に接続された補償電力源としてのコンデンサ−１
２，半導体スイッチ１３，および放電抵抗Ｒ2 の直列回
路と、燃料電池スタックからの充電電流を制御する充電
リレ−（接点）１４および充電抵抗Ｒ1 の直列回路と、
電圧検出器１６および電流検出器１７と、制御装置５が
負荷変化指令９Ｓを受けて発する制御指令１１Ｓを受け
て負荷追従性の補償手段１１を駆動する補償制御部１５
とで構成される。
る。図１はこの発明の実施例になる燃料電池発電装置の
負荷追従性の補償手段を示す接続図、図２は実施例にお
ける負荷追従性の補償手段の動作を示す特性線図であ
り、従来技術と同じ構成部分には同一参照符号を付すこ
とにより、重複した説明を省略する。図において、燃料
電池スタック１と電力変換器４との間に設けられる負荷
追従性の補償手段１１は、燃料電池スタック１に対して
並列に接続された補償電力源としてのコンデンサ−１
２，半導体スイッチ１３，および放電抵抗Ｒ2 の直列回
路と、燃料電池スタックからの充電電流を制御する充電
リレ−（接点）１４および充電抵抗Ｒ1 の直列回路と、
電圧検出器１６および電流検出器１７と、制御装置５が
負荷変化指令９Ｓを受けて発する制御指令１１Ｓを受け
て負荷追従性の補償手段１１を駆動する補償制御部１５
とで構成される。
【００１３】このように構成された負荷追従性の補償手
段１１を有する燃料電池発電装置において、制御装置５
が発する発電開始指令により図示しない直流開閉器が閉
じ、燃料電池スタック１が軽負荷状態で発電を開始する
と、補償制御部１５が発する駆動指令１４Ｃにより充電
リレ−１４が閉じ、充電抵抗Ｒ1 を通してコンデンサ−
１２が小電流でゆっくりと充電される。このとき、燃料
電池スタック１は軽負荷状態でありコンデンサ−１２の
充電電圧は図２の計画Ｖ−Ｉ曲線１０における高いレベ
ルの電圧Ｖ2 に充電される。また、この電圧Ｖ2 は補償
制御部１５に登録され、燃料電池発電装置の運転中に電
圧Ｖ2 を越える軽負荷状態となったとき、補償制御部が
充電リレ−１４を自動的にオンして補充充電を行い、コ
ンデンサ−１２を電圧Ｖ2 なる充電状態に維持するよう
構成される。
段１１を有する燃料電池発電装置において、制御装置５
が発する発電開始指令により図示しない直流開閉器が閉
じ、燃料電池スタック１が軽負荷状態で発電を開始する
と、補償制御部１５が発する駆動指令１４Ｃにより充電
リレ−１４が閉じ、充電抵抗Ｒ1 を通してコンデンサ−
１２が小電流でゆっくりと充電される。このとき、燃料
電池スタック１は軽負荷状態でありコンデンサ−１２の
充電電圧は図２の計画Ｖ−Ｉ曲線１０における高いレベ
ルの電圧Ｖ2 に充電される。また、この電圧Ｖ2 は補償
制御部１５に登録され、燃料電池発電装置の運転中に電
圧Ｖ2 を越える軽負荷状態となったとき、補償制御部が
充電リレ−１４を自動的にオンして補充充電を行い、コ
ンデンサ−１２を電圧Ｖ2 なる充電状態に維持するよう
構成される。
【００１４】さらに、補償制御部１５には計画Ｖ−Ｉ曲
線１０に相応するデ−タが予め登録されており、運転中
燃料電池スタックの出力電圧Ｖおよび出力電流Ｉを電圧
検出器１６および電流検出器１７で監視し、その電圧検
出信号１６Ｓを登録された計画Ｖ−Ｉ特性デ−タと照合
してこれに対応する電流値を求め、得られた計画Ｖ−Ｉ
特性曲線上の電流値（計画電流値）と同時に検出される
電流検出信号１７Ｓの電流値（検出電流値）とを比較
し、両者が所定の誤差範囲内で一致すれば、燃料電池ス
タック１が正常に動作しているものと判断し、この動作
を運転中繰り返し行うことにより、燃料電池スタックの
動作状態を監視する。
線１０に相応するデ−タが予め登録されており、運転中
燃料電池スタックの出力電圧Ｖおよび出力電流Ｉを電圧
検出器１６および電流検出器１７で監視し、その電圧検
出信号１６Ｓを登録された計画Ｖ−Ｉ特性デ−タと照合
してこれに対応する電流値を求め、得られた計画Ｖ−Ｉ
特性曲線上の電流値（計画電流値）と同時に検出される
電流検出信号１７Ｓの電流値（検出電流値）とを比較
し、両者が所定の誤差範囲内で一致すれば、燃料電池ス
タック１が正常に動作しているものと判断し、この動作
を運転中繰り返し行うことにより、燃料電池スタックの
動作状態を監視する。
【００１５】次に、図２において、燃料電池スタック１
が高負荷領域で電圧Ｖ1,電流Ｉ1 （計画Ｖ−Ｉ曲線１０
上のＡ点）で定常運転を行っている状態で、定挌出力電
力の１０％程度の急速な出力上昇を求める負荷上昇指令
９Ｓが制御装置５に入力されたと仮定する。このとき、
電力変換器４は直ちに目標電力を出力するに必要な電流
Ｉを要求し、燃料電池スタック１は電極内またはその近
傍に存在する反応ガス内の水素および酸素を消費し、指
令寸前の電流値Ｉ1 より２０％程度大きい電流を瞬間的
に出力するが、その直後には反応ガスの供給渋滞による
ガス不足が発生し、例えばガス不足時のＶ−Ｉ特性曲線
１０Ａ上のＢ点（Ｖ3 ）に向けて電圧の低下が発生す
る。
が高負荷領域で電圧Ｖ1,電流Ｉ1 （計画Ｖ−Ｉ曲線１０
上のＡ点）で定常運転を行っている状態で、定挌出力電
力の１０％程度の急速な出力上昇を求める負荷上昇指令
９Ｓが制御装置５に入力されたと仮定する。このとき、
電力変換器４は直ちに目標電力を出力するに必要な電流
Ｉを要求し、燃料電池スタック１は電極内またはその近
傍に存在する反応ガス内の水素および酸素を消費し、指
令寸前の電流値Ｉ1 より２０％程度大きい電流を瞬間的
に出力するが、その直後には反応ガスの供給渋滞による
ガス不足が発生し、例えばガス不足時のＶ−Ｉ特性曲線
１０Ａ上のＢ点（Ｖ3 ）に向けて電圧の低下が発生す
る。
【００１６】ところが、実施例になる負荷追従性の補償
手段１１を備えた燃料電池発電装置の場合、瞬間的な電
流の増加とこれに伴う電圧の低下を補償制御部１５が検
出信号１６Ｓ，１７Ｓと計画Ｖ−Ｉ特性デ−タとの照合
によって遅滞なく検知し、トリガ−信号１３Ｃを半導体
スイッチ１３のゲ−トに向けて出力するので半導体スイ
ッチ１３がオン状態となり、コンデンサ−１２の蓄積電
荷が時定数制御用の放電抵抗Ｒ2 を介して放電し、その
放電電流ｉc が補償電流として燃料電池の発電電流に重
畳して電力変換器４に供給されるので、例えばＶ3 まで
低下した燃料電池の出力電圧は直ちに回復基調に変わ
り、計画Ｖ−Ｉ曲線上のＣ点に回復し、その後は反応ガ
スの供給が開始されることにより計画Ｖ−Ｉ曲線１０上
を目標値Ｄ点に向けて燃料電池スタック１の出力が上昇
する。
手段１１を備えた燃料電池発電装置の場合、瞬間的な電
流の増加とこれに伴う電圧の低下を補償制御部１５が検
出信号１６Ｓ，１７Ｓと計画Ｖ−Ｉ特性デ−タとの照合
によって遅滞なく検知し、トリガ−信号１３Ｃを半導体
スイッチ１３のゲ−トに向けて出力するので半導体スイ
ッチ１３がオン状態となり、コンデンサ−１２の蓄積電
荷が時定数制御用の放電抵抗Ｒ2 を介して放電し、その
放電電流ｉc が補償電流として燃料電池の発電電流に重
畳して電力変換器４に供給されるので、例えばＶ3 まで
低下した燃料電池の出力電圧は直ちに回復基調に変わ
り、計画Ｖ−Ｉ曲線上のＣ点に回復し、その後は反応ガ
スの供給が開始されることにより計画Ｖ−Ｉ曲線１０上
を目標値Ｄ点に向けて燃料電池スタック１の出力が上昇
する。
【００１７】また、負荷追従性の補償手段１１は、コン
デンサ−１２の充電電圧Ｖ2 と例えばＢ点の電圧Ｖ3 と
の電圧の差に相当するコンデンサ−１２の蓄積電荷を放
電した時点で半導体スイッチ１３に流れる電流が零とな
るので、半導体スイッチ１３はオフ状態となり、コンデ
ンサ−１２は主回路から切り離される。なお、燃料電池
発電装置の運転を停止する場合には半導体スイッチ１３
を強制的にオン状態とし、コンデンサ−１２の蓄積電荷
を放電しておくことが好ましい。
デンサ−１２の充電電圧Ｖ2 と例えばＢ点の電圧Ｖ3 と
の電圧の差に相当するコンデンサ−１２の蓄積電荷を放
電した時点で半導体スイッチ１３に流れる電流が零とな
るので、半導体スイッチ１３はオフ状態となり、コンデ
ンサ−１２は主回路から切り離される。なお、燃料電池
発電装置の運転を停止する場合には半導体スイッチ１３
を強制的にオン状態とし、コンデンサ−１２の蓄積電荷
を放電しておくことが好ましい。
【００１８】上述のように構成された負荷追従性の補償
手段を設けた燃料電池発電装置においては、急激な負荷
上昇によって燃料電池スタックに従来生じた定常運転電
圧の１０％を越える電圧低下を、例えば定常電圧値の２
〜５％程度にまで低減できるとともに、電圧低下の原因
となる反応ガスの不足期間を例えば従来の３秒程度から
２秒以下に短縮することが可能であり、急激な負荷上昇
の繰り返しによって燃料電池が被る構成材料の劣化，発
電性能や寿命特性の低下を大幅に軽減できる利点が得ら
れる。
手段を設けた燃料電池発電装置においては、急激な負荷
上昇によって燃料電池スタックに従来生じた定常運転電
圧の１０％を越える電圧低下を、例えば定常電圧値の２
〜５％程度にまで低減できるとともに、電圧低下の原因
となる反応ガスの不足期間を例えば従来の３秒程度から
２秒以下に短縮することが可能であり、急激な負荷上昇
の繰り返しによって燃料電池が被る構成材料の劣化，発
電性能や寿命特性の低下を大幅に軽減できる利点が得ら
れる。
【００１９】
【発明の効果】この発明は前述のように、負荷上昇指令
によって過渡的に生ずる燃料電池スタックの出力電圧お
よび出力電流の変化を計画電圧−電流特性デ−タとの照
合によって検出し、出力電圧の低下を補償するに必要な
電流を電力変換装置に向けて出力する負荷追従性の補償
手段を、燃料電池スタックの出力側に並列に備えるよう
構成した。その結果、例えば反応ガス供給系の流量調節
弁の動作遅れ，配管内の流体抵抗による反応ガスの供給
遅れは、負荷上昇率が定挌負荷の１０％以内であれば負
荷上昇指令に対して２〜３秒程度の短時間であり、この
間補償するエネルギ−源としてコンデンサ−の蓄積電荷
を利用することにより、反応ガスの供給渋滞により燃料
電池スタック内で不足する反応ガス量を電気エネルギ−
として電力変換装置に代替え補給できるので、従来技術
で問題となった電力変換器が要求する過大な電流要求
と、これに伴う燃料電池スタックの電圧低下との悪循環
を断ち切り、電圧低下が少なく負荷追従性の高い燃料電
池発電装置を提供することができる。
によって過渡的に生ずる燃料電池スタックの出力電圧お
よび出力電流の変化を計画電圧−電流特性デ−タとの照
合によって検出し、出力電圧の低下を補償するに必要な
電流を電力変換装置に向けて出力する負荷追従性の補償
手段を、燃料電池スタックの出力側に並列に備えるよう
構成した。その結果、例えば反応ガス供給系の流量調節
弁の動作遅れ，配管内の流体抵抗による反応ガスの供給
遅れは、負荷上昇率が定挌負荷の１０％以内であれば負
荷上昇指令に対して２〜３秒程度の短時間であり、この
間補償するエネルギ−源としてコンデンサ−の蓄積電荷
を利用することにより、反応ガスの供給渋滞により燃料
電池スタック内で不足する反応ガス量を電気エネルギ−
として電力変換装置に代替え補給できるので、従来技術
で問題となった電力変換器が要求する過大な電流要求
と、これに伴う燃料電池スタックの電圧低下との悪循環
を断ち切り、電圧低下が少なく負荷追従性の高い燃料電
池発電装置を提供することができる。
【００２０】また、燃料電池スタックが急激な負荷上昇
の度にガス不足状態となることによって従来問題となっ
た電池構成材料の劣化，発電性能や寿命特性の低下を、
負荷追従性の補償手段を設けることにより阻止し、燃料
電池発電装置の信頼性を向上できる利点も得られる。
の度にガス不足状態となることによって従来問題となっ
た電池構成材料の劣化，発電性能や寿命特性の低下を、
負荷追従性の補償手段を設けることにより阻止し、燃料
電池発電装置の信頼性を向上できる利点も得られる。
【図１】この発明の実施例になる燃料電池発電装置の負
荷追従性の補償手段を示す接続図
荷追従性の補償手段を示す接続図
【図２】実施例における負荷追従性の補償手段の動作を
示す特性線図
示す特性線図
【図３】燃料電池発電装置の一般的なシステム構成図
【図４】従来の燃料電池発電装置の負荷上昇時における
出力特性の変化を示す電圧−電流特性線図
出力特性の変化を示す電圧−電流特性線図
１ 燃料電池スタック ２ 燃料処理装置 ３ 空気供給装置 ４ 電力変換装置 ５ 制御装置 ９Ｓ 負荷変化指令 １１ 負荷追従性の補償手段 １２ コンデンサ− １３ 半導体スイッチ １４ 充電リレ− １５ 補償制御部 １６ 電圧検出器 １７ 電流検出器 Ｒ1 充電抵抗 Ｒ2 放電抵抗
Claims (3)
- 【請求項１】単位セルの積層体からなる燃料電池スタッ
クと、この燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料
処理装置、および空気供給装置と、前記燃料電池スタッ
クの出力直流電力を交流電力に変換して出力する電力変
換装置と、前記交流電力を負荷指令に基づく一定値に保
持するよう前記各部を連系制御する制御装置とを含むも
のにおいて、負荷上昇指令によって過渡的に生ずる前記
燃料電池スタックの出力電圧および出力電流の変化を計
画電圧−電流特性デ−タとの照合によって検出し、前記
出力電圧の低下を補償するに必要な電流を前記電力変換
器に向けて出力する負荷追従性の補償手段を、前記燃料
電池スタックの出力側に並列に備えてなることを特徴と
する燃料電池発電装置。 - 【請求項２】負荷追従性の補償手段が、その補償電力の
蓄積源として燃料電池スタックの出力直流電力により軽
負荷運転中に充電されるコンデンサ−と、このコンデン
サ−に直列接続された半導体スイッチとを備えてなるこ
とを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。 - 【請求項３】負荷追従性の補償手段が、負荷上昇指令に
よって過渡的に生ずる燃料電池スタックの出力電圧およ
び出力電流の変化を計画電圧−電流特性デ−タとの照合
によって検出して半導体スイッチにオン指令を発する補
償制御部を備えてなることを特徴とする請求項１または
請求項２記載の燃料電池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5064466A JPH06275296A (ja) | 1993-03-24 | 1993-03-24 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5064466A JPH06275296A (ja) | 1993-03-24 | 1993-03-24 | 燃料電池発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06275296A true JPH06275296A (ja) | 1994-09-30 |
Family
ID=13259038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5064466A Pending JPH06275296A (ja) | 1993-03-24 | 1993-03-24 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06275296A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000065679A1 (fr) * | 1999-04-26 | 2000-11-02 | World Fusion Limited | Vehicule electrique |
| EP1195287A2 (en) * | 2000-10-04 | 2002-04-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | DC power supply using fuel cell |
| EP1262361A2 (en) * | 2001-05-29 | 2002-12-04 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Control device for a fuel cell |
| US7005204B2 (en) | 2001-04-05 | 2006-02-28 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell power supply |
| EP1207578A3 (en) * | 2000-11-17 | 2006-05-17 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell power supply unit |
| EP1256992A3 (en) * | 2001-05-10 | 2007-01-17 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell power supply device |
| US7807280B2 (en) | 2000-06-12 | 2010-10-05 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Control device for starting fuel cell vehicle |
-
1993
- 1993-03-24 JP JP5064466A patent/JPH06275296A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000065679A1 (fr) * | 1999-04-26 | 2000-11-02 | World Fusion Limited | Vehicule electrique |
| US7807280B2 (en) | 2000-06-12 | 2010-10-05 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Control device for starting fuel cell vehicle |
| US8133631B2 (en) | 2000-06-12 | 2012-03-13 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Control apparatus for starting fuel cell vehicle |
| EP1195287A2 (en) * | 2000-10-04 | 2002-04-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | DC power supply using fuel cell |
| EP1195287A3 (en) * | 2000-10-04 | 2004-12-08 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | DC power supply using fuel cell |
| EP1207578A3 (en) * | 2000-11-17 | 2006-05-17 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell power supply unit |
| US7659018B2 (en) | 2000-11-17 | 2010-02-09 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell power control unit |
| US7005204B2 (en) | 2001-04-05 | 2006-02-28 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell power supply |
| US7485383B2 (en) | 2001-04-05 | 2009-02-03 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell power supply |
| EP1256992A3 (en) * | 2001-05-10 | 2007-01-17 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell power supply device |
| EP1262361A2 (en) * | 2001-05-29 | 2002-12-04 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Control device for a fuel cell |
| EP1262361A3 (en) * | 2001-05-29 | 2007-01-17 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Control device for a fuel cell |
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