JPH0714598A - 燃料電池発電装置とその制御方法 - Google Patents
燃料電池発電装置とその制御方法Info
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- JPH0714598A JPH0714598A JP5150923A JP15092393A JPH0714598A JP H0714598 A JPH0714598 A JP H0714598A JP 5150923 A JP5150923 A JP 5150923A JP 15092393 A JP15092393 A JP 15092393A JP H0714598 A JPH0714598 A JP H0714598A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】系統送出電力の上昇時に、燃料電池がガス不足
状態とならずに電力設定値を急増でき，構成が簡素な燃
料電池発電装置とその制御方法を得る。 【構成】燃料電池１，燃料改質装置２，空気流量供給装
置３，および直交変換装置４と、燃料電池の出力電流に
対応する原燃料流量および空気流量を算出する原燃料流
量設定値演算部１７，空気流量設定値演算部１８と、電
力設定値の変化を変化率上限値以下に制限した電力変化
指令１５Ｓに変換して直交変換装置を制御する電力変化
率制限部１５とを備えた燃料電池発電装置において、電
力設定値の上昇時に、直ちに原燃料および空気の増量信
号１６Ｆ，１６Ａを原燃料流量設定値演算部および空気
流量設定値演算部に向けて出力するとともに、変化率上
限値を一時的に零に保持する変化率抑制信号１６Ｅを電
力変化率制限部に向けて出力する応答速度調整手段１６
を備る。
状態とならずに電力設定値を急増でき，構成が簡素な燃
料電池発電装置とその制御方法を得る。 【構成】燃料電池１，燃料改質装置２，空気流量供給装
置３，および直交変換装置４と、燃料電池の出力電流に
対応する原燃料流量および空気流量を算出する原燃料流
量設定値演算部１７，空気流量設定値演算部１８と、電
力設定値の変化を変化率上限値以下に制限した電力変化
指令１５Ｓに変換して直交変換装置を制御する電力変化
率制限部１５とを備えた燃料電池発電装置において、電
力設定値の上昇時に、直ちに原燃料および空気の増量信
号１６Ｆ，１６Ａを原燃料流量設定値演算部および空気
流量設定値演算部に向けて出力するとともに、変化率上
限値を一時的に零に保持する変化率抑制信号１６Ｅを電
力変化率制限部に向けて出力する応答速度調整手段１６
を備る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、大容量の交流電源を
有する交流系統に接続されて、交流系統に影響を及ぼす
ことなく系統に送出する電力の設定変更が可能な燃料電
池発電装置、およびその制御方法に関する。
有する交流系統に接続されて、交流系統に影響を及ぼす
ことなく系統に送出する電力の設定変更が可能な燃料電
池発電装置、およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は従来の燃料電池発電装置を簡略化
して示すブロック図である。図において、単位セルの積
層体からなる燃料電池１を含む燃料電池発電装置は、化
石燃料，炭化水素系燃料などの原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
力に変換して交流系統に送出する直交変換装置４とを備
える。また、直交変換装置４が交流系統に送出する電力
は、電力変化率制限部５が電力設定値を受けて発する電
力変化指令５Ｓにより、電力設定値に一致するよう定電
圧制御される。さらに、燃料電池１の出力直流電流は電
流検出器６で検出され、これを受けた原燃料流量設定値
演算部７および空気流量設定値演算部８が出力電流を維
持するに必要な原燃料流量設定値および空気流量設定値
を演算し、原燃料流量指令７Ｓおよび空気流量指令８Ｓ
を原燃料流量制御部９および空気供給装置３に向けて出
力することにより、燃料改質装置２に供給される原燃料
流量および空気流量が燃料電池１の出力電流，言い換え
れば交流系統に送出する電力設定値に対応して制御され
る。
して示すブロック図である。図において、単位セルの積
層体からなる燃料電池１を含む燃料電池発電装置は、化
石燃料，炭化水素系燃料などの原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
力に変換して交流系統に送出する直交変換装置４とを備
える。また、直交変換装置４が交流系統に送出する電力
は、電力変化率制限部５が電力設定値を受けて発する電
力変化指令５Ｓにより、電力設定値に一致するよう定電
圧制御される。さらに、燃料電池１の出力直流電流は電
流検出器６で検出され、これを受けた原燃料流量設定値
演算部７および空気流量設定値演算部８が出力電流を維
持するに必要な原燃料流量設定値および空気流量設定値
を演算し、原燃料流量指令７Ｓおよび空気流量指令８Ｓ
を原燃料流量制御部９および空気供給装置３に向けて出
力することにより、燃料改質装置２に供給される原燃料
流量および空気流量が燃料電池１の出力電流，言い換え
れば交流系統に送出する電力設定値に対応して制御され
る。
【０００３】このように構成された燃料電池発電装置の
運転中における交流系統への供給電力の上昇，降下は、
電力設定値を変更することによって行われる。即ち、電
力変化率制限部５への電力設定値を大きくすると、これ
に比例して電力変化指令５Ｓが増大し、直交変換装置が
指令された電力を出力するために燃料電池１に出力電流
の増大を要求するので、この電流の増加を感知した２つ
の演算部７および８が燃料ガスおよび空気の増量を求め
る指令７Ｓ，８Ｓを出力する。
運転中における交流系統への供給電力の上昇，降下は、
電力設定値を変更することによって行われる。即ち、電
力変化率制限部５への電力設定値を大きくすると、これ
に比例して電力変化指令５Ｓが増大し、直交変換装置が
指令された電力を出力するために燃料電池１に出力電流
の増大を要求するので、この電流の増加を感知した２つ
の演算部７および８が燃料ガスおよび空気の増量を求め
る指令７Ｓ，８Ｓを出力する。
【０００４】ところで、電力設定値を増加した場合、直
交変換装置４はミリセカンド以下の応答速度で電力変化
指令５Ｓ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および空気供給装置３の応答
速度に律せられ、上昇指令に対する燃料ガスおよび空気
の供給増加に遅れが発生し、燃料電池１の燃料極および
空気極に一時的にガス不足状態が発生する。燃料電池に
ガス不足状態が一旦発生すると、燃料電池の発電電圧が
低下するため、電力変換装置４は燃料電池の出力電流を
さらに増加させて出力電力を目標値に合わせようとし、
これが原因で燃料電池１の電圧が一層低下する悪循環が
発生し、ついには燃料電池がガス欠状態となり、燃料電
池の構成部材が劣化して発電性能の低下を招くという悪
影響が発生する。そこで、ガス欠状態の発生と、これに
起因する発電性能の低下を回避するために、電力変化率
制限部５に電力設定値の変化率に上限値を設定し、直交
変換装置４の出力増加を緩慢に制限するとともに、原燃
料流量設定値演算部７および空気流量設定値演算部８で
原燃料流量および空気流量に常時余裕分を付加するよう
構成したものが知られている。
交変換装置４はミリセカンド以下の応答速度で電力変化
指令５Ｓ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および空気供給装置３の応答
速度に律せられ、上昇指令に対する燃料ガスおよび空気
の供給増加に遅れが発生し、燃料電池１の燃料極および
空気極に一時的にガス不足状態が発生する。燃料電池に
ガス不足状態が一旦発生すると、燃料電池の発電電圧が
低下するため、電力変換装置４は燃料電池の出力電流を
さらに増加させて出力電力を目標値に合わせようとし、
これが原因で燃料電池１の電圧が一層低下する悪循環が
発生し、ついには燃料電池がガス欠状態となり、燃料電
池の構成部材が劣化して発電性能の低下を招くという悪
影響が発生する。そこで、ガス欠状態の発生と、これに
起因する発電性能の低下を回避するために、電力変化率
制限部５に電力設定値の変化率に上限値を設定し、直交
変換装置４の出力増加を緩慢に制限するとともに、原燃
料流量設定値演算部７および空気流量設定値演算部８で
原燃料流量および空気流量に常時余裕分を付加するよう
構成したものが知られている。
【０００５】一方、燃料電池の出力側にチョッパ−を設
けて第１の電源とし、商用電源に整流装置を設けて第２
の電源として両者を並列接続し、定常運転時には第１の
電源が送出電力の全てを分担し、出力上昇時に過渡的に
不足する電力を第２の電源が分担して負荷が要求する電
力を安定供給するよう構成した電源装置が、直流ハイブ
リッド給電システムとして本願と同一出願人等によって
提案されている（特開平３−４０７２９号公報参照）。
けて第１の電源とし、商用電源に整流装置を設けて第２
の電源として両者を並列接続し、定常運転時には第１の
電源が送出電力の全てを分担し、出力上昇時に過渡的に
不足する電力を第２の電源が分担して負荷が要求する電
力を安定供給するよう構成した電源装置が、直流ハイブ
リッド給電システムとして本願と同一出願人等によって
提案されている（特開平３−４０７２９号公報参照）。
【０００６】図４は従来の直流ハイブリッド給電システ
ムの出力急増時の制御状態を示す特性線図である。図に
おいて、第１の電源（燃料電池）が負荷に電力を供給
中、ｔ1 時点で供給電力の急増を求める出力変化指令が
あった場合、制御系は出力上昇に対して積分動作するよ
う構成され、燃料電池出力をｔ1 〜ｔ2 にかけて徐々に
増加させて燃料改質装置，空気供給装置等プロセス系の
応答遅れを補うようチョッパ−を制御する。またプロセ
ス系の応答遅れを補っているｔ1 〜ｔ2 期間中は、第１
の電源から負荷への供給電力が不足するので、この不足
分を第２の電源（商用電源）から補うよう制御する。そ
の結果、燃料電池にはガス不足状態を生ずることなく、
出力変化指令の立ち上がり時点ｔ1 で負荷への供給電力
を指令通りに立ち上がらせることが可能な給電装置を得
ることができる。
ムの出力急増時の制御状態を示す特性線図である。図に
おいて、第１の電源（燃料電池）が負荷に電力を供給
中、ｔ1 時点で供給電力の急増を求める出力変化指令が
あった場合、制御系は出力上昇に対して積分動作するよ
う構成され、燃料電池出力をｔ1 〜ｔ2 にかけて徐々に
増加させて燃料改質装置，空気供給装置等プロセス系の
応答遅れを補うようチョッパ−を制御する。またプロセ
ス系の応答遅れを補っているｔ1 〜ｔ2 期間中は、第１
の電源から負荷への供給電力が不足するので、この不足
分を第２の電源（商用電源）から補うよう制御する。そ
の結果、燃料電池にはガス不足状態を生ずることなく、
出力変化指令の立ち上がり時点ｔ1 で負荷への供給電力
を指令通りに立ち上がらせることが可能な給電装置を得
ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図３に示す従来の燃料
電池発電装置においては、電力設定値の上昇時に燃料改
質装置および空気供給装置の応答遅れに起因するガス不
足状態や、これに伴う燃料電池の性能低下を回避するた
めに、原燃料流量および空気流量に常時余裕分を付加す
る必要があり、これが原因で原燃料の利用率が低下する
という問題がある。また、直流ハイブリッド給電システ
ムにおいては、負荷上昇時に供給電力を燃料電池側と商
用電源側に按分するための連係制御を必要とし、このた
め、装置および制御回路の構成が極めて複雑化するとい
う問題がある。この発明の目的は、ガス不足状態を生ず
ることなく電力設定値の急増が可能で、原燃料利用率を
阻害せず，構成が簡素な燃料電池発電装置とその制御方
法を得ることにある。
電池発電装置においては、電力設定値の上昇時に燃料改
質装置および空気供給装置の応答遅れに起因するガス不
足状態や、これに伴う燃料電池の性能低下を回避するた
めに、原燃料流量および空気流量に常時余裕分を付加す
る必要があり、これが原因で原燃料の利用率が低下する
という問題がある。また、直流ハイブリッド給電システ
ムにおいては、負荷上昇時に供給電力を燃料電池側と商
用電源側に按分するための連係制御を必要とし、このた
め、装置および制御回路の構成が極めて複雑化するとい
う問題がある。この発明の目的は、ガス不足状態を生ず
ることなく電力設定値の急増が可能で、原燃料利用率を
阻害せず，構成が簡素な燃料電池発電装置とその制御方
法を得ることにある。
【０００８】
【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、原燃料を水素リッチな燃料ガス
に改質する燃料改質装置および空気供給装置と、燃料ガ
スおよび空気の供給を受けて発電する燃料電池と、その
出力直流電力を交流電力に変換する直交変換装置と、前
記燃料電池の出力電流に対応する原燃料流量および空気
流量を算出する原燃料流量設定値演算部，空気流量設定
値演算部と、それぞれの設定値に基づいて原燃料流量お
よび空気流量を制御する原燃料流量制御部および空気供
給装置と、電力設定値の変化を変化率上限値以下に制限
した電力変化指令に変換して前記直交変換装置を制御す
る電力変化率制限部とを備え、電力設定値に対応して変
化する交流電力を交流系統に向けて送出するものにおい
て、電力設定値の上昇時に、直ちに原燃料および空気の
増量指令を前記原燃料流量設定値演算部および空気流量
設定値演算部に向けて出力するとともに、変化率上限値
を一時的に零に保持する変化率抑制信号を電力変化率制
限部に向けて出力する応答速度調整手段を備えてなるも
のとする。
に、この発明によれば、原燃料を水素リッチな燃料ガス
に改質する燃料改質装置および空気供給装置と、燃料ガ
スおよび空気の供給を受けて発電する燃料電池と、その
出力直流電力を交流電力に変換する直交変換装置と、前
記燃料電池の出力電流に対応する原燃料流量および空気
流量を算出する原燃料流量設定値演算部，空気流量設定
値演算部と、それぞれの設定値に基づいて原燃料流量お
よび空気流量を制御する原燃料流量制御部および空気供
給装置と、電力設定値の変化を変化率上限値以下に制限
した電力変化指令に変換して前記直交変換装置を制御す
る電力変化率制限部とを備え、電力設定値に対応して変
化する交流電力を交流系統に向けて送出するものにおい
て、電力設定値の上昇時に、直ちに原燃料および空気の
増量指令を前記原燃料流量設定値演算部および空気流量
設定値演算部に向けて出力するとともに、変化率上限値
を一時的に零に保持する変化率抑制信号を電力変化率制
限部に向けて出力する応答速度調整手段を備えてなるも
のとする。
【０００９】また、燃料改質装置および空気供給装置か
ら燃料ガスおよび空気の供給を受けて発電する燃料電池
の出力直流電力を、直交変換装置で交流電力に変換し、
電力設定値の変化に対応して変化する交流電力として交
流系統に送り出すものにおいて、電力設定値の上昇時
に、前記燃料改質装置に供給する原燃料流量および前記
空気供給装置の空気流量の増量を直ちに指令し、それぞ
れの増量が目標値に到達した時点で前記直交変換装置に
変化率上限値を保持して電力設定値の上昇を指令するこ
ととする。
ら燃料ガスおよび空気の供給を受けて発電する燃料電池
の出力直流電力を、直交変換装置で交流電力に変換し、
電力設定値の変化に対応して変化する交流電力として交
流系統に送り出すものにおいて、電力設定値の上昇時
に、前記燃料改質装置に供給する原燃料流量および前記
空気供給装置の空気流量の増量を直ちに指令し、それぞ
れの増量が目標値に到達した時点で前記直交変換装置に
変化率上限値を保持して電力設定値の上昇を指令するこ
ととする。
【００１０】さらに、遅れて指令する直交変換装置への
電力設定値の上昇を変化率上限値を保持して行うととも
に、系統に送り出す交流電力の立ち上がりの遅れ分を交
流系統に接続された交流系統電源から補給することとす
る。
電力設定値の上昇を変化率上限値を保持して行うととも
に、系統に送り出す交流電力の立ち上がりの遅れ分を交
流系統に接続された交流系統電源から補給することとす
る。
【００１１】
【作用】この発明において、電力設定値に対応して変化
する交流電力を交流系統に向けて送出する燃料電池発電
装置が、電力設定値の上昇時に直ちに原燃料および空気
の増量指令を原燃料流量設定値演算部および空気流量設
定値演算部に向けて出力するとともに、変化率上限値を
一時的に零に保持する信号を電力変化率制限部に向けて
出力する応答速度調整手段を備えるよう構成したことに
より、変化率上限値を一時的に零に保持する期間を燃料
改質装置および空気供給装置の応答遅れ時間と同等に設
定することにより、電力変化率制限部が電力上昇指令を
直交変換装置に向けて出力する時点では燃料電池に十分
な量の燃料ガスおよび空気が供給されることになり、ガ
ス不足状態を回避し安定して交流系統への電力の送出量
を増加する機能が得られるとともに、原燃料および空気
の増量が必要な電力設定値の上昇時に応答速度調整手段
が発する増量指令によって増量が行われるので、従来原
燃料流量設定値演算部および空気流量設定値演算部で常
時加算していた余裕分を大幅に低減する機能が得られ
る。
する交流電力を交流系統に向けて送出する燃料電池発電
装置が、電力設定値の上昇時に直ちに原燃料および空気
の増量指令を原燃料流量設定値演算部および空気流量設
定値演算部に向けて出力するとともに、変化率上限値を
一時的に零に保持する信号を電力変化率制限部に向けて
出力する応答速度調整手段を備えるよう構成したことに
より、変化率上限値を一時的に零に保持する期間を燃料
改質装置および空気供給装置の応答遅れ時間と同等に設
定することにより、電力変化率制限部が電力上昇指令を
直交変換装置に向けて出力する時点では燃料電池に十分
な量の燃料ガスおよび空気が供給されることになり、ガ
ス不足状態を回避し安定して交流系統への電力の送出量
を増加する機能が得られるとともに、原燃料および空気
の増量が必要な電力設定値の上昇時に応答速度調整手段
が発する増量指令によって増量が行われるので、従来原
燃料流量設定値演算部および空気流量設定値演算部で常
時加算していた余裕分を大幅に低減する機能が得られ
る。
【００１２】また、電力設定値の上昇時に、燃料改質装
置に供給する原燃料流量および空気供給装置の空気流量
の増量を直ちに指令し、それぞれの増量が目標値に到達
した時点で直交変換装置に電力設定値の上昇を指令する
とともに、遅れて指令する直交変換装置への電力設定値
の上昇を変化率上限値を保持し、かつ、系統に送り出す
交流電力の立ち上がりの遅れ分を交流系統に接続された
交流系統電源から補給するよう制御方法を構成すれば、
燃料電池のガス不足とこれによる燃料電池の性能低下を
回避するための燃料電池発電装置の出力電力の立ち上が
りの遅れを、交流系統電源からの不足分の補給を利用し
て補い、系統負荷に対しては電力設定値の上昇に遅滞な
く追従して電力を増加供給する機能が得られる。
置に供給する原燃料流量および空気供給装置の空気流量
の増量を直ちに指令し、それぞれの増量が目標値に到達
した時点で直交変換装置に電力設定値の上昇を指令する
とともに、遅れて指令する直交変換装置への電力設定値
の上昇を変化率上限値を保持し、かつ、系統に送り出す
交流電力の立ち上がりの遅れ分を交流系統に接続された
交流系統電源から補給するよう制御方法を構成すれば、
燃料電池のガス不足とこれによる燃料電池の性能低下を
回避するための燃料電池発電装置の出力電力の立ち上が
りの遅れを、交流系統電源からの不足分の補給を利用し
て補い、系統負荷に対しては電力設定値の上昇に遅滞な
く追従して電力を増加供給する機能が得られる。
【００１３】
【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を
簡略化して示すブロック図であり、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、電力設定値の急激な変化をゆ
るやかな変化率上限値に制限した電力変化指令１５Ｓと
して直交変換装置４に向けて出力する電力変化率制限部
１５には、その入力側に応答速度調整手段１６が設けら
れる。応答速度調整手段１６は、電力設定値の上昇時に
変化率上限値を一時的に零に保持する変化率抑制信号１
５Ｅを電力変化率制限部１５に向けて出力すると同時
に、原燃料増加量信号１６Ｆおよび空気増加量信号１６
Ａを原燃料流量設定値演算部１７および空気流量設定値
演算部１８に向けてそれぞれ出力する。
る。図１はこの発明の実施例になる燃料電池発電装置を
簡略化して示すブロック図であり、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、電力設定値の急激な変化をゆ
るやかな変化率上限値に制限した電力変化指令１５Ｓと
して直交変換装置４に向けて出力する電力変化率制限部
１５には、その入力側に応答速度調整手段１６が設けら
れる。応答速度調整手段１６は、電力設定値の上昇時に
変化率上限値を一時的に零に保持する変化率抑制信号１
５Ｅを電力変化率制限部１５に向けて出力すると同時
に、原燃料増加量信号１６Ｆおよび空気増加量信号１６
Ａを原燃料流量設定値演算部１７および空気流量設定値
演算部１８に向けてそれぞれ出力する。
【００１４】原燃料流量設定値演算部１７は電流検出器
６で検出した電流値に比例係数を乗じて得られる原燃料
流量に余裕分および原燃料増加信号１６Ｆを加算した原
燃料流量指令１７Ｓを原燃料流量制御部９に向けて出力
し、これによって燃料改質装置２に供給される原燃料流
量が増加する。また、空気流量設定値演算部１８につい
ても同様に、電流検出器６で検出した電流値に比例係数
を乗じて得られる空気流量に余裕分および空気増加量信
号１６Ａを加算した原燃料流量指令１８Ｓを空気供給装
置３に向けて出力し、これによって燃料電池１に供給さ
れる酸化剤としての空気流量が増加する。このように、
燃料ガスおよび空気の余裕分が必要な電力設定値の上昇
時に、原燃料増加量信号１６Ｆおよび空気増加量信号１
６Ａが出力され、燃料ガスおよび空気の増量が行われる
ので、燃料電池がガス不足状態となることを回避するた
めに、従来原燃料流量設定値演算部７および空気流量設
定値演算部８で常時加算していた燃料ガスおよび空気の
余裕分を大幅に低減することが可能になり、その分原燃
料の利用率を向上できに利点が得られる。なお、応答速
度調整手段１６が電力変化率制限部１５に向けて出力す
る変化率抑制信号１６Ｅによって変化率上昇値が零に保
たれる期間は、原燃料増加量信号１６Ｆおよび空気増加
量信号１６Ａにより燃料電池１に供給される燃料ガスお
らび空気の流量が指令流量に増加した時点、即ち燃料改
質装置２および空気供給装置３の応答遅れ時間を考慮し
て決められる。
６で検出した電流値に比例係数を乗じて得られる原燃料
流量に余裕分および原燃料増加信号１６Ｆを加算した原
燃料流量指令１７Ｓを原燃料流量制御部９に向けて出力
し、これによって燃料改質装置２に供給される原燃料流
量が増加する。また、空気流量設定値演算部１８につい
ても同様に、電流検出器６で検出した電流値に比例係数
を乗じて得られる空気流量に余裕分および空気増加量信
号１６Ａを加算した原燃料流量指令１８Ｓを空気供給装
置３に向けて出力し、これによって燃料電池１に供給さ
れる酸化剤としての空気流量が増加する。このように、
燃料ガスおよび空気の余裕分が必要な電力設定値の上昇
時に、原燃料増加量信号１６Ｆおよび空気増加量信号１
６Ａが出力され、燃料ガスおよび空気の増量が行われる
ので、燃料電池がガス不足状態となることを回避するた
めに、従来原燃料流量設定値演算部７および空気流量設
定値演算部８で常時加算していた燃料ガスおよび空気の
余裕分を大幅に低減することが可能になり、その分原燃
料の利用率を向上できに利点が得られる。なお、応答速
度調整手段１６が電力変化率制限部１５に向けて出力す
る変化率抑制信号１６Ｅによって変化率上昇値が零に保
たれる期間は、原燃料増加量信号１６Ｆおよび空気増加
量信号１６Ａにより燃料電池１に供給される燃料ガスお
らび空気の流量が指令流量に増加した時点、即ち燃料改
質装置２および空気供給装置３の応答遅れ時間を考慮し
て決められる。
【００１５】図２はこの発明の実施例になる燃料電池発
電装置の電力設定値上昇時における動作を示すタイムチ
ャ−トであり、燃料電池発電装置が定電圧制御された交
流電力Ｐ1 を交流系統に送出している状態のｔ1 時点で
電力設定値を上昇した場合、応答速度調整手段１６から
ｔ1 からｔ2 時点（燃料改質装置の応答遅れ時間に相当
する時間）にかけて零レベルとなる変化率抑制信号が出
力され、この間直交変換装置４の出力電力は直前の電力
値Ｐ1 に保持される。また、応答速度調整手段１６から
ｔ1 時点で立ち上がる原燃料増加量信号１６Ｆおよび空
気増加量信号１６Ａが原燃料流量設定値演算部１７およ
び空気流量設定値演算部１８に向けて出力され、燃料電
池１に供給される燃料ガス流量および空気流量が応答遅
れ時間遅れたｔ2 時点で原燃料流量指令１７Ｓおよび空
気流量指令１８Ｓによる指令値に到達する。
電装置の電力設定値上昇時における動作を示すタイムチ
ャ−トであり、燃料電池発電装置が定電圧制御された交
流電力Ｐ1 を交流系統に送出している状態のｔ1 時点で
電力設定値を上昇した場合、応答速度調整手段１６から
ｔ1 からｔ2 時点（燃料改質装置の応答遅れ時間に相当
する時間）にかけて零レベルとなる変化率抑制信号が出
力され、この間直交変換装置４の出力電力は直前の電力
値Ｐ1 に保持される。また、応答速度調整手段１６から
ｔ1 時点で立ち上がる原燃料増加量信号１６Ｆおよび空
気増加量信号１６Ａが原燃料流量設定値演算部１７およ
び空気流量設定値演算部１８に向けて出力され、燃料電
池１に供給される燃料ガス流量および空気流量が応答遅
れ時間遅れたｔ2 時点で原燃料流量指令１７Ｓおよび空
気流量指令１８Ｓによる指令値に到達する。
【００１６】ｔ2 時点で変化率抑制信号１６Ｅの制約が
解除されると、電力変化率制限部１５は所定の変化率上
昇値の電力変化指令１５Ｓを直交変換装置に向けて出力
するので、燃料電池１はガス不足状態となることなくそ
の出力を増し、直交変換装置の出力交流電力は徐々に上
昇し、ｔ3 時点で設定値Ｐ2 に到達する。設定値Ｐ2に
到達したことは電力変化率制限部の到達信号１５Ｅによ
って応答速度調整手段１６に伝達され、原燃料増加量信
号１６Ｆ，空気増加量信号１６Ａが停止する。その後は
交流電力Ｐ2 を出力することによって増加する直流電流
を電流検出器６が検出し、これを受けた原燃料流量設定
値演算部１７および空気流量設定値演算部１８がＰ2 を
保持するよう原燃料流量および空気流量を制御する定常
制御に移行する。なお、ｔ1 時点からｔ3 時点にかけて
燃料電池発電装置の交流出力を制限することによって不
足する交流系統への送出電力は、図に示すように特別の
制御を行うことなく系統電源から系統負荷に補給され
る。従って、燃料電池発電装置は系統負荷に悪影響を与
えることなく出力電力の立ち上がりを制限し、燃料電池
のガス不足状態と、これに起因する燃料電池の性能低下
を防止できるとともに、原燃料流量および空気流量の余
裕分を最小限度に抑制して原燃料の利用率を改善するこ
とができる。
解除されると、電力変化率制限部１５は所定の変化率上
昇値の電力変化指令１５Ｓを直交変換装置に向けて出力
するので、燃料電池１はガス不足状態となることなくそ
の出力を増し、直交変換装置の出力交流電力は徐々に上
昇し、ｔ3 時点で設定値Ｐ2 に到達する。設定値Ｐ2に
到達したことは電力変化率制限部の到達信号１５Ｅによ
って応答速度調整手段１６に伝達され、原燃料増加量信
号１６Ｆ，空気増加量信号１６Ａが停止する。その後は
交流電力Ｐ2 を出力することによって増加する直流電流
を電流検出器６が検出し、これを受けた原燃料流量設定
値演算部１７および空気流量設定値演算部１８がＰ2 を
保持するよう原燃料流量および空気流量を制御する定常
制御に移行する。なお、ｔ1 時点からｔ3 時点にかけて
燃料電池発電装置の交流出力を制限することによって不
足する交流系統への送出電力は、図に示すように特別の
制御を行うことなく系統電源から系統負荷に補給され
る。従って、燃料電池発電装置は系統負荷に悪影響を与
えることなく出力電力の立ち上がりを制限し、燃料電池
のガス不足状態と、これに起因する燃料電池の性能低下
を防止できるとともに、原燃料流量および空気流量の余
裕分を最小限度に抑制して原燃料の利用率を改善するこ
とができる。
【００１７】
【発明の効果】この発明は前述のように、電力設定値の
上昇時に、燃料改質装置に供給する原燃料流量および燃
料電池供給する空気流量の増量を直ちに指令し、それぞ
れの増量が目標値に到達した時点で直交変換装置に変化
率上限値を保持して電力設定値の上昇を指令するよう構
成した。その結果、直交変換装置が電力設定値に向けて
出力電力を徐々に上昇し始める時点では、燃料電池に電
力設定値を出力できるに足る燃料ガスおよび空気が供給
されるので、従来問題となった燃料電池のガス不足状態
およびこれに伴う発電性能の低下を回避し、かつ常時加
算していた原燃料および空気の余裕分を大幅に圧縮して
原燃料の利用率を改善できる燃料電池発電装置を提供す
ることができる。
上昇時に、燃料改質装置に供給する原燃料流量および燃
料電池供給する空気流量の増量を直ちに指令し、それぞ
れの増量が目標値に到達した時点で直交変換装置に変化
率上限値を保持して電力設定値の上昇を指令するよう構
成した。その結果、直交変換装置が電力設定値に向けて
出力電力を徐々に上昇し始める時点では、燃料電池に電
力設定値を出力できるに足る燃料ガスおよび空気が供給
されるので、従来問題となった燃料電池のガス不足状態
およびこれに伴う発電性能の低下を回避し、かつ常時加
算していた原燃料および空気の余裕分を大幅に圧縮して
原燃料の利用率を改善できる燃料電池発電装置を提供す
ることができる。
【００１８】また、電力変化率制限部を備えた従来の燃
料電池発電装置に対しては、応答速度の調整手段を付加
するだけの簡単な変更でガス不足を回避する機能が得ら
れるとともに、直流ハイブリッド給電システムに対して
は燃料電池発電装置と商用電源を連係制御するために複
雑化した装置の構成を大幅に簡素化することができるの
で、この発明の燃料電池発電装置を、負荷上昇時の出力
電力の立ち上がりの遅れが問題にならない交流系統、あ
るいは過渡的な電力の不足分を補償できる系統電源を有
する交流系統に接続して使用することにより、大きな経
済的メリットが得られる。
料電池発電装置に対しては、応答速度の調整手段を付加
するだけの簡単な変更でガス不足を回避する機能が得ら
れるとともに、直流ハイブリッド給電システムに対して
は燃料電池発電装置と商用電源を連係制御するために複
雑化した装置の構成を大幅に簡素化することができるの
で、この発明の燃料電池発電装置を、負荷上昇時の出力
電力の立ち上がりの遅れが問題にならない交流系統、あ
るいは過渡的な電力の不足分を補償できる系統電源を有
する交流系統に接続して使用することにより、大きな経
済的メリットが得られる。
【図１】この発明の実施例になる燃料電池発電装置を簡
略化して示すブロック図
略化して示すブロック図
【図２】この発明の実施例になる燃料電池発電装置の電
力設定値上昇時における動作を示すタイムチャ−ト
力設定値上昇時における動作を示すタイムチャ−ト
【図３】従来の燃料電池発電装置を簡略化して示すブロ
ック図
ック図
【図４】従来の直流ハイブリッド給電システムの出力急
増時の制御状態を示す図
増時の制御状態を示す図
１ 燃料電池（スタック） ２ 燃料改質装置 ３ 空気供給装置 ４ 直交変換装置 ５ 電力変化率制限部 ５Ｓ 電力変化指令 ６ 電流検出器 ７ 原燃料流量設定値演算部 ７Ｓ 原燃料流量指令 ８ 空気流量設定値演算部 ８Ｓ 空気流量指令 ９ 原燃料流量制御部 １５ 電力変化率制限部 １５Ｅ 到達信号 １５Ｓ 電力変化指令 １６ 応答速度調整手段 １６Ａ 空気増加量信号 １６Ｅ 変化率抑制信号 １６Ｆ 原燃料増加量信号 １７ 原燃料流量設定値演算部 １７Ｓ 原燃料流量指令 １８ 空気流量設定値演算部 １８Ｓ 空気流量指令
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 元一 神奈川県逗子市久木２−６，Ｂ９ (72)発明者 岩佐 信弘 大阪府岸和田市葛城町910−55 (72)発明者 加藤 啓 愛知県東海市高横須賀町浅間２−15 (72)発明者 長井 鉄也 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】原燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する
燃料改質装置および空気供給装置と、燃料ガスおよび空
気の供給を受けて発電する燃料電池と、その出力直流電
力を交流電力に変換する直交変換装置と、前記燃料電池
の出力電流に対応する原燃料流量および空気流量を算出
する原燃料流量設定値演算部，空気流量設定値演算部
と、それぞれの設定値に基づいて原燃料流量および空気
流量を制御する原燃料流量制御部および空気供給装置
と、電力設定値の変化を変化率上限値以下に制限した電
力変化指令に変換して前記直交変換装置を制御する電力
変化率制限部とを備え、電力設定値に対応して変化する
交流電力を交流系統に向けて送出するものにおいて、電
力設定値の上昇時に、直ちに原燃料および空気の増量指
令を前記原燃料流量設定値演算部および空気流量設定値
演算部に向けて出力するとともに、変化率上限値を一時
的に零に保持する変化率抑制信号を電力変化率制限部に
向けて出力する応答速度調整手段を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】燃料改質装置および空気供給装置から燃料
ガスおよび空気の供給を受けて発電する燃料電池の出力
直流電力を、直交変換装置で交流電力に変換し、電力設
定値の変化に対応して変化する交流電力として交流系統
に送り出すものにおいて、電力設定値の上昇時に、前記
燃料改質装置に供給する原燃料流量および前記空気供給
装置の空気流量の増量を直ちに指令し、それぞれの増量
が目標値に到達した時点で前記直交変換装置に変化率上
限値を保持して電力設定値の上昇を指令することを特徴
とする燃料電池発電装置の制御方法。 - 【請求項３】遅れて指令する直交変換装置への電力設定
値の上昇を変化率上限値を保持して行うとともに、系統
に送り出す交流電力の立ち上がりの遅れ分を交流系統に
接続された交流系統電源から補給することを特徴とする
請求項２記載の燃料電池発電装置の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15092393A JP3212187B2 (ja) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | 燃料電池発電装置とその制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15092393A JP3212187B2 (ja) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | 燃料電池発電装置とその制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0714598A true JPH0714598A (ja) | 1995-01-17 |
| JP3212187B2 JP3212187B2 (ja) | 2001-09-25 |
Family
ID=15507367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15092393A Expired - Lifetime JP3212187B2 (ja) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | 燃料電池発電装置とその制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3212187B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6607855B2 (en) | 2000-03-24 | 2003-08-19 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Control system for fuel cell |
| JP2006331761A (ja) * | 2005-05-25 | 2006-12-07 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システム |
| JP2008130424A (ja) * | 2006-11-22 | 2008-06-05 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| US8700926B2 (en) | 2010-01-11 | 2014-04-15 | Qualcomm Incorporated | System and method of tuning a dynamic clock and voltage switching algorithm based on workload requests |
| CN105329109A (zh) * | 2015-11-25 | 2016-02-17 | 广东合即得能源科技有限公司 | 一种太阳能辅助发电的燃料电池汽车 |
| US9425474B2 (en) | 2014-05-21 | 2016-08-23 | Hyundai Motor Company | Method and system for controlling air intake of fuel cell vehicle |
| JP2017208243A (ja) * | 2016-05-19 | 2017-11-24 | 京セラ株式会社 | 発電システム |
| DE112005001725B4 (de) * | 2004-07-21 | 2018-09-06 | Kyocera Corp. | Brennstoffzellensystem |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020056169A (ko) * | 2000-12-29 | 2002-07-10 | 구자홍 | 연료전지의 전압 조절 장치 및 그 방법 |
-
1993
- 1993-06-23 JP JP15092393A patent/JP3212187B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6607855B2 (en) | 2000-03-24 | 2003-08-19 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Control system for fuel cell |
| DE112005001725B4 (de) * | 2004-07-21 | 2018-09-06 | Kyocera Corp. | Brennstoffzellensystem |
| JP2006331761A (ja) * | 2005-05-25 | 2006-12-07 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システム |
| JP2008130424A (ja) * | 2006-11-22 | 2008-06-05 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| US8700926B2 (en) | 2010-01-11 | 2014-04-15 | Qualcomm Incorporated | System and method of tuning a dynamic clock and voltage switching algorithm based on workload requests |
| US9425474B2 (en) | 2014-05-21 | 2016-08-23 | Hyundai Motor Company | Method and system for controlling air intake of fuel cell vehicle |
| DE102014225041B4 (de) | 2014-05-21 | 2022-12-29 | Hyundai Motor Company | Verfahren und System zum Steuern des Lufteinlasses eines Brennstoffzellenfahrzeugs |
| DE102014225041B8 (de) | 2014-05-21 | 2023-04-13 | Hyundai Motor Company | Verfahren und System zum Steuern des Lufteinlasses eines Brennstoffzellenfahrzeugs |
| CN105329109A (zh) * | 2015-11-25 | 2016-02-17 | 广东合即得能源科技有限公司 | 一种太阳能辅助发电的燃料电池汽车 |
| JP2017208243A (ja) * | 2016-05-19 | 2017-11-24 | 京セラ株式会社 | 発電システム |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3212187B2 (ja) | 2001-09-25 |
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