JPS59230434A - 燃料電池電源システムの安定化装置 - Google Patents
燃料電池電源システムの安定化装置Info
- Publication number
- JPS59230434A JPS59230434A JP58106547A JP10654783A JPS59230434A JP S59230434 A JPS59230434 A JP S59230434A JP 58106547 A JP58106547 A JP 58106547A JP 10654783 A JP10654783 A JP 10654783A JP S59230434 A JPS59230434 A JP S59230434A
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- Japan
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- voltage
- fuel cell
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- power
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02B90/10—Applications of fuel cells in buildings
-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（イ）産業上の利用分野
本発明は燃料電池の直流出力を直交変換器により交流電
力に変換して負荷に給電する電源システムに関するもの
である。
力に変換して負荷に給電する電源システムに関するもの
である。
（ロ）従来技術
燃料電池はりん酸電解質型の場合燃料としての水素ガス
と空気中の酸素との電気化学的反応により直流電力を発
生する。この電池の出力電圧は、取り出す電流の増大に
応じて反応の遅れや抵抗などにより低下するのが一般的
である。この場合燃料の供給は、出力電流番こはゾ比例
した母に調節される。
と空気中の酸素との電気化学的反応により直流電力を発
生する。この電池の出力電圧は、取り出す電流の増大に
応じて反応の遅れや抵抗などにより低下するのが一般的
である。この場合燃料の供給は、出力電流番こはゾ比例
した母に調節される。
今、こ＼で仮に一定の燃料供給下で出力電流を増加させ
るとそれに従って出力電圧は降下するが出力電力は増加
し、成る値で最大になりそれ以上の電流値では電力が低
下する。つまり出力電圧が低下して電流もそれ以上大き
くは増加しない。
るとそれに従って出力電圧は降下するが出力電力は増加
し、成る値で最大になりそれ以上の電流値では電力が低
下する。つまり出力電圧が低下して電流もそれ以上大き
くは増加しない。
このように燃料電池の出力特性は、その直流出力を受け
るインバータ側からいえば （１）電池内部抵抗によって出力電流の増加に対する電
圧低下が大きい。
るインバータ側からいえば （１）電池内部抵抗によって出力電流の増加に対する電
圧低下が大きい。
（２）燃料の供給が急峻な出力電流の増加に対して応答
できず、特に軽負荷から重負荷への移行に対して大きな
出力電圧低下をまねく。
できず、特に軽負荷から重負荷への移行に対して大きな
出力電圧低下をまねく。
など直流源として電圧の不安定要素を持っており、交流
電力の安定な供給にはそれに対する対策を施す必要があ
る。
電力の安定な供給にはそれに対する対策を施す必要があ
る。
一般には鉛蓄電池などの直流電源を入力とするインバー
タのように、入力変動値に対する許容限度が規定されて
いるもののそれは±１５％程度である。しかしながら燃
料電池の場合において、通常の負荷変動や燃料供給量が
出力電流に対して満足できるほど変動値を大きくしない
が、前述のように急峻な重負荷への移行時にはインバー
タの入力変動許容範囲を逸脱する。
タのように、入力変動値に対する許容限度が規定されて
いるもののそれは±１５％程度である。しかしながら燃
料電池の場合において、通常の負荷変動や燃料供給量が
出力電流に対して満足できるほど変動値を大きくしない
が、前述のように急峻な重負荷への移行時にはインバー
タの入力変動許容範囲を逸脱する。
この対策としては
（１） インバータの入力変動に対する許容機能を向
上させる。
上させる。
（２） インバータの交流出力側において既存の電力
系統と連繋して負荷の分担を軽減する。
系統と連繋して負荷の分担を軽減する。
（３） インバータの直流久方側ｄこおいて既存の電
力系統と連繋して不足分を補う。
力系統と連繋して不足分を補う。
といった手法が考えられる。
しかし前記（１）の手法はインバータの機能向上のため
例えばチ日ツバインバータ（ＰＡＭ）方式であれば、チ
日ツバの回路構成を変えて通常は昇圧型もしくは降圧型
で済むところを、昇降圧型にしなければならないなど回
路が複雑となり、経済的でないことや動作範囲が広いこ
とから設計の自由度が小さくなり、変換効率を犠牲にす
る場合が多い。
例えばチ日ツバインバータ（ＰＡＭ）方式であれば、チ
日ツバの回路構成を変えて通常は昇圧型もしくは降圧型
で済むところを、昇降圧型にしなければならないなど回
路が複雑となり、経済的でないことや動作範囲が広いこ
とから設計の自由度が小さくなり、変換効率を犠牲にす
る場合が多い。
又（２）の手法については、一般に他励式インバータに
より常時電力系統と並列運転し、燃料電池出力に応じて
負荷に対する有効電力を自在に制卸しつるよう構成され
る。しかしインバータの高調波歪による電力系統への障
害や出方の力率などの点で多くの問題を含んでおり、直
流送電や６０１５０Ｈｚとの連繋といった電力事業の分
野では既ｌこ実例があるものの、数百ＫＷ以下の分散電
源システムを系統並列で運用することは、電力事業法な
ど法制上においても問題を含み一般的でない。
より常時電力系統と並列運転し、燃料電池出力に応じて
負荷に対する有効電力を自在に制卸しつるよう構成され
る。しかしインバータの高調波歪による電力系統への障
害や出方の力率などの点で多くの問題を含んでおり、直
流送電や６０１５０Ｈｚとの連繋といった電力事業の分
野では既ｌこ実例があるものの、数百ＫＷ以下の分散電
源システムを系統並列で運用することは、電力事業法な
ど法制上においても問題を含み一般的でない。
本発明の対象とするものは前記（３）の手法である。
（ハ）発明の目的
本発明の目的は負荷変動に対する燃料電池の電圧変動を
直流系統において補償し出力電圧の安定化を図ることで
ある。
直流系統において補償し出力電圧の安定化を図ることで
ある。
に）発明の構成
本発明は燃料電池の出力と制御整流器の直流出力とを並
列に接続し、前記直流出力の電圧が電池出力電流を任意
関数表と参照して得られる基準電圧に追従するよう制御
され、負荷の増大時電池電圧はその時の電池出力電流に
関連した電圧を下回らないようバックアップを行うこと
を特徴とするものである。
列に接続し、前記直流出力の電圧が電池出力電流を任意
関数表と参照して得られる基準電圧に追従するよう制御
され、負荷の増大時電池電圧はその時の電池出力電流に
関連した電圧を下回らないようバックアップを行うこと
を特徴とするものである。
実施例
本発明の実施例を以下図について説明する。
第１図は燃料電池電源システムのブロック図を示し、燃
料電池（ＦＣ）の直流出力は、チ日ツバ（１）と三相イ
ンバータ（２）よりなる直交変換器（３）により交流電
力に変換して負荷（Ｌｌに給電される。制御装置（４）
は土に直交変換器（３）の出力安定化のため定値制御を
行い、その地異常時のシーケンス制御と後述するバック
アップ装置（５）に対しては矢印の禁止命令を与えて整
流動作を停止させるものである。
料電池（ＦＣ）の直流出力は、チ日ツバ（１）と三相イ
ンバータ（２）よりなる直交変換器（３）により交流電
力に変換して負荷（Ｌｌに給電される。制御装置（４）
は土に直交変換器（３）の出力安定化のため定値制御を
行い、その地異常時のシーケンス制御と後述するバック
アップ装置（５）に対しては矢印の禁止命令を与えて整
流動作を停止させるものである。
第２図は燃料電池の出力静特性（電圧−雷、流カーブ）
を示す。こ＼に示す特性（Ｎは出力電流に対して充分な
燃料を供給した条件下での一例を表し、前述のように急
峻な負荷変動に対しては、例えば出力電流５０Ａの点（
ａｌでの動特性が矢印で示すよ化された一定の交流電圧
を出力し得るような機能を保有しているが、第２図に示
すような一定の変動許容範囲を持ち、これを外れる場合
には出力電圧についても保障しないといった設計をする
のが一般的且経済的である。また前述の急峻な負荷変動
を要因とする燃料電池出力の変動についても安定な交流
出力が得られるようにフィードバック制御系が動作する
。
を示す。こ＼に示す特性（Ｎは出力電流に対して充分な
燃料を供給した条件下での一例を表し、前述のように急
峻な負荷変動に対しては、例えば出力電流５０Ａの点（
ａｌでの動特性が矢印で示すよ化された一定の交流電圧
を出力し得るような機能を保有しているが、第２図に示
すような一定の変動許容範囲を持ち、これを外れる場合
には出力電圧についても保障しないといった設計をする
のが一般的且経済的である。また前述の急峻な負荷変動
を要因とする燃料電池出力の変動についても安定な交流
出力が得られるようにフィードバック制御系が動作する
。
しかしながらこのような制御系においても応答時間など
の関係から過渡的な出力変動をまねく。
の関係から過渡的な出力変動をまねく。
この過渡的な出力変動値や整定時間についても一定の仕
様を満足するよう設計される。従って直交変換部として
は燃料電池出力が出来る限り安定であることが設計上回
路構成が簡素化され経済的となる。
様を満足するよう設計される。従って直交変換部として
は燃料電池出力が出来る限り安定であることが設計上回
路構成が簡素化され経済的となる。
本発明はこのような理由ｔどもとづき提案されたもので
、第３図に本発明によるバッファツク装置を示す。
、第３図に本発明によるバッファツク装置を示す。
この装置イ５）は、三相ブリッジ制御整流器（６）とＣ
Ｌ平滑回路（７）を含み、商用三相交流を整流器で直流
に変換するが、その出力電圧は位相制御器（８）に上り
点弧位相角を後述のように制御して調節する。
Ｌ平滑回路（７）を含み、商用三相交流を整流器で直流
に変換するが、その出力電圧は位相制御器（８）に上り
点弧位相角を後述のように制御して調節する。
そしてその出力は平滑回路（７）によりリップルを除去
してバックアップ用直流出力となる。
してバックアップ用直流出力となる。
なお、この出力制御は簡単な方式では第２図の太線ｔＤ
＋で示すように一定電圧（インバータの動作許容下限）
のバックアップを行い、燃料電池ＣＦＣ）の出力がそれ
を下回る場合のみ有効であるとする例がある。これは制
御が簡単である反面第２図で示すように軽負荷点（Ｐｉ
から東負荷点（Ｑ＋に移行する場合、点旧より点ｆｉｌ
へ一旦垂下した後前記のバックアップがなされる。従っ
て（Ｐ−０）間の電圧降下分に対するインバータ出力電
圧の安定化のための制御は、応答の追従が遅れて大きな
電圧変動を生ずる。
＋で示すように一定電圧（インバータの動作許容下限）
のバックアップを行い、燃料電池ＣＦＣ）の出力がそれ
を下回る場合のみ有効であるとする例がある。これは制
御が簡単である反面第２図で示すように軽負荷点（Ｐｉ
から東負荷点（Ｑ＋に移行する場合、点旧より点ｆｉｌ
へ一旦垂下した後前記のバックアップがなされる。従っ
て（Ｐ−０）間の電圧降下分に対するインバータ出力電
圧の安定化のための制御は、応答の追従が遅れて大きな
電圧変動を生ずる。
本発明ではこのような急峻な負荷変動に対しても最小限
の出力変動で収まるよう制御整流器（６）のバックアッ
プ方式を改良するものである。
の出力変動で収まるよう制御整流器（６）のバックアッ
プ方式を改良するものである。
バックアップ出力は、バックアップ電圧を電圧検出器（
９）により検出した信号ＣＶＤ）と、電池電流を電流検
出器ａ■により検出し、予めＲＯＭ （１１，１に記憶
された任意関数にもとづき電流に相関した基準電圧量と
して得た信号（Ｖｒｅｆ ）とを、誤差増中器０ｚで比
較してその差が零になるよう前記整流器（６）を位相創
面して電圧制御が行われる。ＲＯＭ ｕ旧こ記憶された
任意関数は、第２図の破線（Ｂｌに示すように燃料電池
出力静特性（５）に沿って少し低い値が設定される。そ
の理由は急峻な負荷に対して垂下する電圧値を最少に抑
えるためと、燃料電池の定常状態においてバックアップ
源から電力を出力させないためである。
９）により検出した信号ＣＶＤ）と、電池電流を電流検
出器ａ■により検出し、予めＲＯＭ （１１，１に記憶
された任意関数にもとづき電流に相関した基準電圧量と
して得た信号（Ｖｒｅｆ ）とを、誤差増中器０ｚで比
較してその差が零になるよう前記整流器（６）を位相創
面して電圧制御が行われる。ＲＯＭ ｕ旧こ記憶された
任意関数は、第２図の破線（Ｂｌに示すように燃料電池
出力静特性（５）に沿って少し低い値が設定される。そ
の理由は急峻な負荷に対して垂下する電圧値を最少に抑
えるためと、燃料電池の定常状態においてバックアップ
源から電力を出力させないためである。
従って、基準信号（Ｖｒｅｆ）は、予め関数表（テーブ
ル）として記憶したＲ ＯＭ （１１１より電池電流値
に対応した基孕電圧量として随時参照して取り出す。関
数の記憶はＥＰＥＯＭなどを用いるが小器０（及びＤ／
Ａ変換器０４１が設けられる。
ル）として記憶したＲ ＯＭ （１１１より電池電流値
に対応した基孕電圧量として随時参照して取り出す。関
数の記憶はＥＰＥＯＭなどを用いるが小器０（及びＤ／
Ａ変換器０４１が設けられる。
以下バックアップ装置の動作を説明する。
定常状態において燃料電池（ＦＣ）が負荷（Ｌｌに対し
て健全な電力を供給しており、電池電流が安定している
とすれば、前記のようにＶＤ＝Ｖｒｅｆとなるようバッ
クアップ出力電圧が制御され、電池出力電圧（５）〉バ
ックアップ電圧（Ｂｌで平衝し、ダイオード（Ｄ、）は
導通ぜずバックアップは働かない。
て健全な電力を供給しており、電池電流が安定している
とすれば、前記のようにＶＤ＝Ｖｒｅｆとなるようバッ
クアップ出力電圧が制御され、電池出力電圧（５）〉バ
ックアップ電圧（Ｂｌで平衝し、ダイオード（Ｄ、）は
導通ぜずバックアップは働かない。
いま、負荷（Ｌｌが急激に増大すると、電池電圧が大き
く低下し、電池電流に関連するバックアップ電圧を下回
るので、ダイオード（Ｄｌ）が導通し、バックアップ出
力電圧が直流系統に印加され商用電力によるバックアッ
プが行なわれる。従って負荷増大時電池電圧は、その時
の電池電流に関連したバックアップ電圧を下限値として
維持される。
く低下し、電池電流に関連するバックアップ電圧を下回
るので、ダイオード（Ｄｌ）が導通し、バックアップ出
力電圧が直流系統に印加され商用電力によるバックアッ
プが行なわれる。従って負荷増大時電池電圧は、その時
の電池電流に関連したバックアップ電圧を下限値として
維持される。
やがて燃料電池出力が回復して電池電圧がバックアップ
電圧より高くなれば、ダイオード（Ｄ、）は遮断される
。
電圧より高くなれば、ダイオード（Ｄ、）は遮断される
。
（へ）発明の効果
本発明によれば、バックアップ電源の出力電圧は、燃料
電池の出力電流を電池出力静特性に沿って少し低い値に
設定された任意関数と参照して得られる基準電圧に一致
するよう制御され、このバックアップ電源と燃料電池出
力をダイオードで連結しているので、急激な過負荷に対
しても、燃料電池の出力特性に沿った適切なバックアッ
プが行なわれ、商用電力との負荷分担状態で燃料電池の
運転が可能である。
電池の出力電流を電池出力静特性に沿って少し低い値に
設定された任意関数と参照して得られる基準電圧に一致
するよう制御され、このバックアップ電源と燃料電池出
力をダイオードで連結しているので、急激な過負荷に対
しても、燃料電池の出力特性に沿った適切なバックアッ
プが行なわれ、商用電力との負荷分担状態で燃料電池の
運転が可能である。
このように、本発明は燃料電池の直流出力を交流電力に
変換して負荷に給電する電源システムにセいて、急峻な
負荷の増大に対する燃料電池の電圧降下を補償し、出力
電圧の安定化と直交変換部の簡素化が達成される。
変換して負荷に給電する電源システムにセいて、急峻な
負荷の増大に対する燃料電池の電圧降下を補償し、出力
電圧の安定化と直交変換部の簡素化が達成される。
第１図は本発明装置を備える燃料電池電源システムのブ
ロック図、第２図は燃料電池の出力特性図（電流−電圧
カーブ）、第３図は本発明装置の電気回路図である。 ＦＣ・・・燃料電池、Ｌ・・・負荷、（３）・・・直交
変換器、（４）・・・制御装置、（５）・・・バックア
ップ装置、（６）・・・制御整流器、（８）・・・位相
制御器、（９）・・・電圧検出器、（１ω・・・電流検
出器、σト・・ＲＯＭ、（１２・・・誤差増巾器。 第１図 出 方−歳 第８図
ロック図、第２図は燃料電池の出力特性図（電流−電圧
カーブ）、第３図は本発明装置の電気回路図である。 ＦＣ・・・燃料電池、Ｌ・・・負荷、（３）・・・直交
変換器、（４）・・・制御装置、（５）・・・バックア
ップ装置、（６）・・・制御整流器、（８）・・・位相
制御器、（９）・・・電圧検出器、（１ω・・・電流検
出器、σト・・ＲＯＭ、（１２・・・誤差増巾器。 第１図 出 方−歳 第８図
Claims (2)
- （１）燃料電池の出力を交流変換して負荷に給電する電
源システムであって、前記電池出力とバックアップ出力
とをダイオードを介して並列に接続し、前記バックアッ
プ出力電圧が、電池出力電流を任意関数と参照して得ら
れる基準電圧に追従するよう制御され、負荷の急激な増
大時電池電圧がその時の電池出力電流に関連した前記基
準電圧を下回らないよう前記バックアップ出力を印加せ
しめることを特徴とする燃料電池電源システムの安定化
装置 - （２）前記任意関数は、電池出力静特性（電流−電圧カ
ーブ）に沿って少し低い値に設定され、ＲＯＭに記憶さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
燃料電池電源システムの安定化装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58106547A JPS59230434A (ja) | 1983-06-13 | 1983-06-13 | 燃料電池電源システムの安定化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58106547A JPS59230434A (ja) | 1983-06-13 | 1983-06-13 | 燃料電池電源システムの安定化装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59230434A true JPS59230434A (ja) | 1984-12-25 |
Family
ID=14436381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58106547A Pending JPS59230434A (ja) | 1983-06-13 | 1983-06-13 | 燃料電池電源システムの安定化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59230434A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7381490B2 (en) | 2004-03-25 | 2008-06-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Power system for fuel cell, electronic equipment and electric power feeding method |
| JP2011525101A (ja) * | 2008-06-13 | 2011-09-08 | セラミック・フューエル・セルズ・リミテッド | 燃料電池安定化システム及び方法 |
-
1983
- 1983-06-13 JP JP58106547A patent/JPS59230434A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7381490B2 (en) | 2004-03-25 | 2008-06-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Power system for fuel cell, electronic equipment and electric power feeding method |
| JP2011525101A (ja) * | 2008-06-13 | 2011-09-08 | セラミック・フューエル・セルズ・リミテッド | 燃料電池安定化システム及び方法 |
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