JPH10284099A - 電池性能劣化時の保護制御装置 - Google Patents
電池性能劣化時の保護制御装置Info
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- JPH10284099A JPH10284099A JP9091826A JP9182697A JPH10284099A JP H10284099 A JPH10284099 A JP H10284099A JP 9091826 A JP9091826 A JP 9091826A JP 9182697 A JP9182697 A JP 9182697A JP H10284099 A JPH10284099 A JP H10284099A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
合に応じて、燃料電池の出力及び電流を自動的に制御
し、常に安全に必要電力或いはそれに近い最大出力を発
電制御できる電池性能劣化時の保護制御装置を提供す
る。 【解決手段】 一定の正値αを予め設定して、燃料
電池の電圧Vと電流Iを周期的に計測し、f(I)=
(I/V)(dV/dt)+dI/dtを演算し、f
(I)>αの場合には、出力指令に応じて電流値を増減
して出力を調整し、f(I)≒αの場合には、計測し
た電流値Iを上限値として出力を調整し、f(I)<
αの場合には、その前の計測電流値を上限値として出力
を調整する。
Description
係わり、更に詳しくは、溶融炭酸塩型燃料電池の性能劣
化時の保護制御装置に関する。
に示すように、薄い平板状の電解質板(タイル)1を燃
料極(アノード)2と空気極(カソード)3の2枚の電
極で挟んで単セル4が構成され、更に複数のセル4と導
電性のバイポーラプレート(セパレータ)5を交互に積
層して高電圧を発生する積層電池(スタック)が構成さ
れる。
(A)に示すように、電流を取り出さないOCV(Open
Circuit Voltage)において電圧Vが最大Vmax となり、
電流Iを増すにつれて内部抵抗等の影響で必ず右下がり
の傾向を示す。更に、燃料電池のW−I特性は、図5
(B)に示すように、ある電流値Ia で最大出力Wmax
を示す。
流電流は、インバータにより交流出力に変換され、外部
に出力される。インバータは逆変換装置により制御さ
れ、出力指令に応じて燃料電池から取り出す電流を制御
して、所望の出力を得るようになっている。従って、燃
料電池が図5に実線で示す所定の性能を保持している場
合には、かかる出力制御は、図5(B)の矢印で示す範
囲で行われ、電流を増すほど出力が増大し、必要な出力
を常に維持することができる。
線で示すような特性に変化するため、性能劣化等で電圧
が低下しあるしきい値を下回ると、必要電力を取り出す
ために大きな電流が必要となり、それが図5(B)の電
流値Ia ′を越えると、電流を増しても出力が増大せ
ず、また電圧を下げる要因となり崩壊的に電流が増加、
電圧が低下し、最終的に電池をトリップさせて劣化を更
に加速してしまう問題点があった。
力Wmax 、及び最大出力が得られる電流値Ia ′も、全
く予測ができないため、従来かかる現象を防止すること
が困難であり、劣化した電池の制御は、経験と勘を頼り
に運転員が常時(24時間)監視する以外に対応策がな
く、その自動化が強く要望されていた。
案されたものである。すなわち本発明の目的は、燃料電
池が劣化した場合でも、その劣化の度合に応じて、燃料
電池の出力及び電流を自動的に制御し、常に安全に必要
電力或いはそれに近い最大出力を発電制御できる電池性
能劣化時の保護制御装置を提供することにある。
の正値αを予め設定して、燃料電池の電圧Vと電流I
を周期的に計測し、f(I)=(I/V)(dV/d
t)+dI/dtを演算し、f(I)>αの場合に
は、出力指令に応じて電流値を増減して出力を調整し、
f(I)≒αの場合には、計測した電流値Iを上限値
として出力を調整し、f(I)<αの場合には、その
前の計測電流値を上限値として出力を調整する、ことを
特徴とする電池性能劣化時の保護制御装置が提供され
る。
置によれば、燃料電池の直流側の電流Iと電圧Vの時間
変化を測定し、これを比較することにより、出力可能な
電流又は出力を演算し、逆変換装置の入力電流又は出力
電力を制限するので、負荷変化中の過渡的な性能劣化が
生じた場合や、継続的な性能劣化が進行することなどの
理由で、目標の電力が出力できない状況になった場合、
直流電流又は発電出力を制限することにより電池をトリ
ップさせることなく運転を継続でき、トリップによる電
池へのダメージを防ぐことができる。
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略す
る。図1は、本発明の電池保護制御装置の構成図であ
る。この図において、6は燃料電池、7はインバータ回
路、8は出力制御回路であり、出力制御回路8により出
力指令に応じて電流を増減して出力を調節するようにな
っている。かかる構成は、従来と同様である。
の電圧Vと電流Iを周期的に計測し、この計測値から出
力電流の上限値Imax を演算して、出力制御回路8に出
力するようになっている。
おいて、(A)(B)は、図5(A)(B)に示した燃
料電池のV−I特性と、W−I特性である。図2(B)
に示すように、W−I特性におけるカーブの極大点は1
点のみと予想することができるので、最大出力Wmax 点
でdW/dI=0であり、最大出力Wmax よりも電流が
小さい領域でdW/dI>0、最大出力Wmax よりも電
流が大きい領域でdW/dI<0となる。従って、ある
電流値においてdW/dI≦0(式)の場合には、出
力のピーク以上の負荷を取ろうとしているといえる。
d(V×I)/dI≦0となり、変形してVdI/dI
+IdV/dI≦0→dV/V≦−dI/I→IdV/
V≦−dIとなり、更に両辺をdtで割ると、次の式
が得られる。 (I/V)(dV/dt)+dI/dt≦0...式 すなわち、式が成り立つ場合には、出力のピーク以上
の負荷を取ろうとしている状態にあるといえる。
図に示すように、横軸をdI/dt、縦軸をdV/dt
とする直交座標において、原点を通り傾きが−(I/
V)の直線(式の等号に相当する)より、下方に位置
する点(斜線部)は、式が成り立ち、出力のピーク以
上の負荷(すなわち電流)を取ろうとしている状態にあ
ることがわかる。
図であり、(A)は回路図、(B)は特性図を示してい
る。(A)において、11a、11bは直流電圧Vと直
流電流Iの検出器、11c(a/b)はI/Vを計算す
る演算器、11d(d/dt)は微分回路、11e
(×)は積算器、11f(Σ)は加算器、11g(H/
L)は比較器、11hは電流制限器、11iはバイアス
調節器、11jは切換器である。
を検出し、I/Vを計算し、f(I)=(I/V)(d
V/dt)+dI/dtを演算し、この演算値が予め設
定した一定の正値αより大きい場合には、燃料電池が劣
化していない正常の状態(図3(B)の直線より上のA
領域)に有り、バイアス調節器11iにより電流の最大
値は実電流+バイアスとなり、電流値に制限はつかな
い。一方、f(I)が一定の正値α以下の場合には、燃
料電池が劣化し図3(B)の直線より下のA領域にある
ことになり、比較器11gにより、アラーム信号ANN
を表示すると共に、切換器11jを切り換えて電流制限
器11hにより実電流を電流の最大値として電流をホー
ルドする。
制御装置10は、一定の正値αを予め設定し、燃料
電池の電圧Vと電流Iを周期的に計測し、f(I)=
(I/V)(dV/dt)+dI/dtを演算し、f
(I)>αの場合には、出力指令に応じて電流値を増減
して出力を調整し、f(I)≒αの場合には、計測し
た電流値Iを上限値として出力を調整し、f(I)<
αの場合には、その前の計測電流値を上限値として出力
を調整するようになっている。
Iと電圧Vの時間変化を測定し、これを比較することに
より、出力可能な電流又は出力を演算し、逆変換装置の
入力電流又は出力電力を制限するので、負荷変化中の過
渡的な性能劣化が生じた場合や、継続的な性能劣化が進
行することなどの理由で、目標の電力が出力できない状
況になった場合、直流電流又は発電出力を制限すること
により電池をトリップさせることなく運転を継続でき、
トリップによる電池へのダメージを防ぐことができる。
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。
時の保護制御装置は、発電設備において、逆変換装置を
用いて発電出力を制御する方法と場合、燃料電池の電流
と電圧の時間変化率を計測し、電流或いは発電量を安定
領域側になるように制限することで、過渡的継続的な燃
料電池の性能劣化が生じて電圧が低下した場合でも、目
標の出力をとるための過剰な電流を取りにいくことを防
ぐものである。
制御装置は、燃料電池が劣化した場合でも、その劣化の
度合に応じて、燃料電池の出力及び電流を自動的に制御
し、常に安全に必要電力或いはそれに近い最大出力を発
電制御できる等の優れた効果を有する。
Claims (1)
- 【請求項1】 一定の正値αを予め設定して、燃料電池
の電圧Vと電流Iを周期的に計測し、 f(I)=(I/V)(dV/dt)+dI/dtを演
算し、 f(I)>αの場合には、出力指令に応じて電流値を増
減して出力を調整し、f(I)≒αの場合には、計測し
た電流値Iを上限値として出力を調整し、f(I)<α
の場合には、その前の計測電流値を上限値として出力を
調整する、ことを特徴とする電池性能劣化時の保護制御
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09182697A JP3893603B2 (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | 電池性能劣化時の保護制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09182697A JP3893603B2 (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | 電池性能劣化時の保護制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10284099A true JPH10284099A (ja) | 1998-10-23 |
JP3893603B2 JP3893603B2 (ja) | 2007-03-14 |
Family
ID=14037426
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP09182697A Expired - Fee Related JP3893603B2 (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | 電池性能劣化時の保護制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3893603B2 (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6074775A (en) * | 1998-04-02 | 2000-06-13 | The Procter & Gamble Company | Battery having a built-in controller |
US6118248A (en) * | 1998-04-02 | 2000-09-12 | The Procter & Gamble Company | Battery having a built-in controller to extend battery service run time |
US6163131A (en) * | 1998-04-02 | 2000-12-19 | The Procter & Gamble Company | Battery having a built-in controller |
US6198250B1 (en) | 1998-04-02 | 2001-03-06 | The Procter & Gamble Company | Primary battery having a built-in controller to extend battery run time |
US6835491B2 (en) | 1998-04-02 | 2004-12-28 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Battery having a built-in controller |
SG110056A1 (en) * | 2002-06-11 | 2005-04-28 | Gen Electric | Method and apparatus for fuel cell system fault detection |
US9397370B2 (en) | 1999-06-25 | 2016-07-19 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Single and multiple cell battery with built-in controller |
-
1997
- 1997-04-10 JP JP09182697A patent/JP3893603B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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SG110056A1 (en) * | 2002-06-11 | 2005-04-28 | Gen Electric | Method and apparatus for fuel cell system fault detection |
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