JPH0785418B2 - 燃料電池発電装置の運転方法 - Google Patents

燃料電池発電装置の運転方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、燃料電池発電装置の運転方法に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
第3図に、燃料電池発電装置の概略回路構成を示す。1
は燃料電池で多数のセル2を直列接続してなり、酸化剤
として酸素3、燃料剤として水素4が供給され化学反応
により直流電力を発電する。この直流電力は、直流しゃ
断器5を介して、インバータ6で交流電力に変換して電
力系統13に供給される。7は電圧抑制回路で、10は保全
抵抗回路で、それぞれ直流開閉器9,12および抵抗器8,11
の直列回路、燃料電池1の直流出力端と並列に接続して
いる。
上記保全抵抗回路の動作について第4図(a)を用いて
説明する。燃料電池発電装置が停止状態、即ちインバー
タ6が停止し、直流しゃ断器5が開となっている状態の
ときに、通常燃料電池1には水素4だけが少量供給さ
れ、酸素3は供給されない。
これは、停止時において、燃料電池1内の前記化学反応
のための触媒が劣化するのを防止するために行われる。
(前記操作を保全操作と呼ぶ)この保全操作中、酸素3
のまわり込み等により、燃料電池1の出力電圧が第4図
(a)のように上昇し、ある電圧値VPを超えた時点(時
刻t1)で直流開閉器12が閉となり、保全用抵抗器11が投
入される。
その結果、燃料電池1の出力電圧がVPより低くなれば直
流開閉器12が開となり、保全用抵抗器11は開放される。
その後再び前記出力電圧が上昇し、VPを越えると(時刻
t2)、再び保全用抵抗器11が投入される。即ち、燃料電
池1の出力電圧がVPを長期間越えないように保全抵抗回
路10が入切される。前記電圧VPは、1セル当り大体0.4
〜0.5Vの間とされている。
次に、第4図(b)を用いて、前記電圧抑制回路の動作
を説明する。第4図(b)は、発電開始から、インバー
タ6起動までの間の燃料電池出力電圧の過渡時の変化を
表わしている。いま直流しゃ断器5および直流開閉器9
を開いた状態で燃料電池1に、酸素,水素の供給を開始
し、酸素ガスと水素ガスの差圧を許容値内に保ちなが
ら、それぞれのガスの流量を増やしていくと、第4図
(b)の曲線1のように無負荷電圧V0に達するまで、出
力電圧は上昇していく。この無負荷電圧V0は、定格出力
電圧の選定にもよるが、一般的に燃料電池の定格出力電
圧の160%程度であり、1セル当り1V程度である。
この状態で燃料電池電極の劣化をきたすので、燃料電池
の出力電圧の許容上限値Vhを決め、出力電圧が、上記上
限電圧Vhに達する前(時刻t0)に直流開閉器9を投入
し、電圧上昇を抑えている(曲線2)。電圧Vhは実用上
寿命に影響を与えない電圧で燃料電池の定格出力電圧の
130%程度であり、1セル当り約0.8Vとされている。電
圧抑制回路7の抵抗器8の抵抗値は、第5図の燃料電池
の電圧−電流特性曲線1と抵抗器の特性線2との交点A
の電圧が前述の上限電圧Vhに、電流Ilが燃料電池の定格
の25%程度となるように設計されている。
以上述べたように、電圧抑制回路は、燃料電池起動時な
いし軽負荷時の電圧の上昇によるインバータ6の破損の
防止および燃料電池の起動時からインバータ6の起動ま
での間の過電圧による燃料電池の特性劣化を防ぐために
使用されると共に次の目的にも使用される。いま燃料電
池発電システムが定格運転を行っているとする。すなわ
ち直流しゃ断器5が投入されており、所定の酸素ガス3,
水素ガス4の供給により、燃料電池の電圧−電流特性
は、第5図の曲線1で示され、動作点はB点でその時の
電圧、電流は定格値Vr,Irである。ここでインバータ6
に系統側不足電圧など短時間で回復可能な事故あるいは
継続的な事故等が発生したとすると、図示しない保護装
置により、直流しゃ断器5をトリップしてインバータ6
を切離す。このため燃料電池は無負荷となり、その出力
電圧は、前述の電圧V0となる。前述のとおり、この状態
では、燃料電池電極の劣化をきたすので、直流しゃ断器
5をトリップさせるための図示しない保護装置からの信
号により、電圧抑制回路7の直流開閉器9を投入し、抵
抗器8の燃料電池出力を与え、燃料電池出力電圧を上限
許容値Vh以下に抑制する。
上記のように、電気抑制回路7は、燃料電池の起動時か
らインバータ6の起動までの間の電圧上昇あるいはイン
バータ6の事故時に燃料電池が無負荷状態になるのを防
ぐために、燃料電池1の直流出力端と並列に直流開閉器
9を介して抵抗器8を接続して、負荷の代用としてい
る。
ところで、上記のような燃料電池発電装置において、保
全抵抗回路10は、一般的に異なる抵抗値をもつ少なくと
も1つ以上の抵抗器とそれぞれの開閉器を直列に接続し
たもので構成されており、結局、燃料電池1の直流出力
端には、保全抵抗回路10や電圧抑制回路7のような抵抗
器と開閉器の直列体が複数個並列に接続されていること
になる。
上記抵抗器と開閉器の直列体は、それぞれ別置きされる
ので、設置スペース自体も大きくなる。また抵抗器は空
気冷却であるからさらにそれぞれの離間距離を大きくと
る必要がある。
この現象は、燃料電池発電装置が大容量化するにつれ
て、顕著になり、コスト的にも問題が生じる。
また、抵抗の入切制御であるので、抵抗投入時の燃料電
池へ与える擾乱も避けられない。
〔発明の目的〕
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもの
で、コンパクトで且つ制御性のよい燃料電池発電装置の
運転方法を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は、燃料電池の直流出力側に、抵抗器とこの抵抗
器への直流出力電流の通電期間を制御する電流制御装置
との直列回路を並列接続するとともに、前記直流出力を
交流出力に変換するインバータを直流しゃ断器を介して
接続されて成る燃料電池発電装置の運転方法において、
前記インバータよりの交流出力がない前記燃料電池の保
全状態のときは、前記燃料電池の出力電圧と所定保全電
圧との偏差値に応じて前記電流制御装置の通電期間を制
御して前記出力電圧を前記所定保全電圧以下に制御し、
前記燃料電池が起動状態にあるが前記インバータよりの
交流出力がない状態のときは、前記燃料電池の出力電圧
の所定上限電圧への増変化率値に応じて前記電流制御装
置の通電期間、及びタイミングを制御して、前記出力電
圧を前記所定上限電圧以下に制御し、前記燃料電池が起
動され且つ前記インバータよりの交流出力がある運転状
態で且つ、前記燃料電池の出力電圧が前記所定上限電圧
を超えたときは、前記電流制御装置への通電期間を制御
することにより前記出力電圧を前記所定上限電圧以下に
制御することを特徴とする。
〔発明の実施例〕
第1図は、本発明の一実施例を示す回路図であり、第3
図と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、
ここでは異なる部分についてのみ述べる。即ち、図にお
いて14は抵抗器で、高速度の開閉を行うターンオフサイ
リスタ15との直列回路が、燃料電池1の直流出力端に並
列に接続されている。16はターンオフサイリスタ15へON
/OFF信号を出す制御装置である。また17はインバータ6
の交流出力で図示しない交流負荷あるいは交流系統に供
給されてもよい。
次に、かかる構成の燃料電池発電装置の作用および効果
について述べる。なお本実施例では、ターンオフサイリ
スタのON期間とOFF期間の和をT1とし一定とする。また
上記ON/OFF信号を合わせてゲート信号と呼ぶ。今、イン
バータ6が停止状態で、直流しゃ断器5が開状態にあ
り、燃料電池1に少量の水素4が供給され保全状態にあ
るとする。この保全状態中に、第4図(a)のように燃
料電池1の出力電圧が上昇し、VPを超えた時、制御装置
16からターンオフサイリスタ15へ第2図(a)に示すON
期間になるようにゲート信号が出される。この時の抵抗
器14を流れる電流IR1は平均値的には点線のようにな
り、出力の安定していない保全中の燃料電池1に擾乱を
与えることなく、燃料電池1の出力電圧をVP以下に抑制
することができる。
上記制御装置16からターンオフサイリスタ15へのゲート
信号のタイミングは、図示しない燃料電池1の出力電圧
の検出器からの電圧値信号と保全状態における電圧抑制
値VPとの偏差ΔVより所定の演算を行い前記タイミング
が決定される。即ち前述ゲート信号は一定のタイミング
で出力されるのでなく、上記偏差ΔVが大きくなるにつ
れて、ターンオフサイリスタ15のON期間をのばしてOFF
期間を短くすることにより、上記IRを平均値的に増加さ
せてやることができるので、従来の固定抵抗値をもった
保全抵抗回路10よりも優れた電圧抑制効果が得られる。
また本構成によれば、前述の燃料電池起動時の電圧上昇
の抑制およびインバータ6の事故等により燃料電池1の
出力電圧が無負荷電圧V0まで上昇するのを防ぐことも効
果がある。
即ち、起動時においては、燃料電池1に酸素3,水素4の
供給を開始後、第4図(b)のように出力電圧が上昇し
ていくので上記上限電圧Vhに達する前(時刻t0)に制御
装置16からターンオフサイリスタ15へ、第2図(b)に
示すON期間となるようにゲート信号を送信してやればよ
い。この時、抵抗器14に流れる電流の平均値IR2は、保
全時における前述電流IR1より大きいことが要求される
ので、ターンオフサイリスタ15のON期間は、保全時より
長くなっている。なお、時刻t0は制御装置16で出力電力
の変化率を監視しその変化率の大きさに応じて決定され
る。変化率が大きい程、制御装置によるオン・オフ制御
の開始タイミングを早くしている。
この起動時において従来の固定抵抗値をもつ電圧抑制回
路7を用いた場合には、第4図(b)の曲線2のよう
に、上記回路を投入した時の電圧降下は、避けられない
が、本発明によれば、前述のターンオフサイリスタ15へ
ゲート信号を出す直前の燃料電池出力電圧の増変化率値
により、ゲート信号のタイミングを決めるとともに、そ
の後の抵抗器14に流れる電流の平均値を除々に大きくし
ていくことにより、前述の電圧降下を最小限に抑えるこ
とができる。
さらに、前述の回復可能な事故あるいは、断続的な事故
等によりインバータ6が停止し、直流しゃ断器5がトリ
ップした場合には、直ちに制御装置16からターンオフサ
イリスタ15のON信号が出される。この場合は燃料電池の
出力電圧が無負荷電圧V0まで上昇するのを防ぐために第
2図(c)のようにターンオフサイリスタ15は連続的に
ON状態とする。この時の抵抗器14を流れる電流IR3は抵
抗器14の抵抗値によって決まる値となる。
上記抵抗器14の抵抗値を第5図の直線OAの傾きで決まる
値にしてやれば、上記動作後第5図のA点の電圧,電流
で平衡することになる。
上記の場合のターンオフサイリスタへのON信号は、事故
発生の信号あるいは直流しゃ断器5のトリップ信号等に
基づき出力される。
また第5図の曲線1上のA点とB点の間で運転中に何ら
かの原因で動作点がA点より左の領域に移動した時の電
圧抑制手段について以下述べる。交流出力17が図示しな
い交流系統に供給されていて、その供給量を増加させて
も支障がなければ、インバータ6の出力設定(図示しな
い制御装置から与えられる。)を増やして動作点を曲線
1上のA点まで移動させればよい。しかし、たとえば、
交流出力17が図示しない交流負荷に供給されている場合
や交流系統に供給されていてもその交流系統からの要求
で交流出力17の設定値が変えられない場合には、前述の
方法の代わりに本発明により燃料電池1の出力電圧の抑
制が図れる。
即ち、燃料電池1の出力電圧が上記の上限電圧Vhを越え
たとき、インバータ6の交流出力17を変えずに、制御装
置16からターンオフサイリスタ15へゲート信号を与える
ことにより抵抗器14を流れる電流を制御することによ
り、前述出力電圧をVh以下に抑制できる。
この場合のゲート信号のタイミングは、図示しない燃料
電池出力電圧の検出器からの電圧値信号と運転中の電圧
抑制値Vhとの偏差ΔVによって決定される。
尚、本発明は上記実施例に限られることなく、その要旨
を変更しない範囲で種々に変形して実施することができ
るものである。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、従来の抵抗の入切
制御と異なり、燃料電池の出力電流を連続可変制御でき
るようにしたので、より優れた電圧抑制効果が得られる
燃料電池発電装置の運転方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る燃料電池発電装置の一実施例を
示す構成図、第2図(a),(b),(c)は、本発明
の一実施例における電池抑制回路のON/OFF状態を表わす
グラフ、第3図は従来の燃料電池発電装置の構成図、第
4図(a),(b)は燃料電池の保全時,起動時の電圧
応答を示す図、第5図は燃料電池と電圧抑制回路の電圧
−電流特性を表わす曲線図である。 1……燃料電池、2……燃料電池のセル構成、3……酸
素、4……水素、 5……直流しゃ断器、6……インバータ、7……電圧抑
制回路、8,11……抵抗器、 9,12……直流開閉器、10……保全抵抗回路、13……交流
系統、14……抵抗器、 15……ターンオフサイリスタ、16……制御装置、17……
インバータの交流出力

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料電池の直流出力側に、抵抗器とこの抵
    抗器への直流出力電流の通電期間を制御する電流制御装
    置との直列回路を並列接続するとともに、前記直流出力
    を交流出力に変換するインバータを直流しゃ断器を介し
    て接続されて成る燃料電池発電装置の運転方法におい
    て、前記インバータよりの交流出力がない前記燃料電池
    の保全状態のときは、前記燃料電池の出力電圧と所定保
    全電圧との偏差値に応じて前記電流制御装置の通電期間
    を制御して前記出力電圧を前記所定保全電圧以下に制御
    し、前記燃料電池が起動状態にはあるが前記インバータ
    よりの交流出力がない状態のときは、前記燃料電池の出
    力電圧の所定上限電圧への増変化率値に応じて前記電流
    制御装置の通電期間、及びタイミングを制御して、前記
    出力電圧を前記所定上限電圧以下に制御し、前記燃料電
    池が起動され且つ前記インバータよりの交流出力がある
    運転状態で且つ、前記燃料電池の出力電圧が前記所定上
    限電圧を超えたときは、前記電流制御装置への通電期間
    を制御することにより前記出力電圧を前記所定上限電圧
    以下に制御することを特徴とする燃料電池発電装置の運
    転方法。
  2. 【請求項2】前記電流制御装置は、ターンオフサイリス
    タを用いて構成されている特許請求の範囲第1項記載の
    燃料電池発電装置の運転方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2782854B2 (ja) * 1989-10-27 1998-08-06 富士電機株式会社 燃料電池の保護装置
JP3598491B2 (ja) 1998-12-25 2004-12-08 本田技研工業株式会社 ブレーキ液圧保持装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60146466A (ja) * 1984-01-09 1985-08-02 Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd りん酸形燃料電池の運転方法
JPS61232570A (ja) * 1985-04-08 1986-10-16 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池の運転制御装置
JPS61233975A (ja) * 1985-04-10 1986-10-18 Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd 燃料電池の運転制御装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101394118B1 (ko) * 2012-12-20 2014-05-14 현대오트론 주식회사 연료전지 스택 전압 측정용 필터 선택 방법

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