JPS6079675A - 空冷式燃料電池 - Google Patents

空冷式燃料電池

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JPS6079675A
JPS6079675A JP58187442A JP18744283A JPS6079675A JP S6079675 A JPS6079675 A JP S6079675A JP 58187442 A JP58187442 A JP 58187442A JP 18744283 A JP18744283 A JP 18744283A JP S6079675 A JPS6079675 A JP S6079675A
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貴史 酒井
Kazuyoshi Tsukamoto
塚本 一義
Masahiro Ide
井出 正裕
Makoto Yamada
誠 山田
Osamu Tajima
収 田島
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Sanyo Electric Co Ltd
Sanyo Denki Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
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    • YGENERAL 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
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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。

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は空冷式燃料電池の温度制御装置に関するもので
ある。
(ロフ 従来技術 電池作動温度を負荷の変動にか\わらず一定(設定温度
)に維持する制御方法は、電池特性及び寿命を向上させ
ることができるので有利である。
従来周知のか\る制御方法における基本原理は、第1図
のブロック図に示すように負荷検知部で検出された負荷
量に応じてプロソインパータの周波数を調節し、電池へ
の供給空気量を設定すると同時に電池温度検知部で検知
された温度に応じてダンパを調節し、電池作!IJ温”
度が設定値になるよう電池への供給空気温度を設定する
ものであった。
しかしこの制御方式では、負荷変動が比較的小さい場合
電池温度を設定値に維持することは比較的良好に行はれ
るが、負荷変動の犬さい場合電池温度が設定値に安定化
するにはかなりの時間おくれが生ずる。例えば負荷がI
Cl0%から50%へ急激に愛他した場合には、まつ5
0%負荷に見合ったブロワによる風量が電池本体へ供給
される。
この時電池本体はその熱容量が大きいため、100%負
荷時の反応熱が蓄熱されている。このため50%負荷に
変化した初期において、50%負荷時の反応熱と100
%負荷時の前記蓄熱の両方を放熱する必要があるにか\
わらず50%負荷時の反応熱を収り除くに必要な@蟻と
なるので電池温度が上昇する。このためダンパを開き外
部空気導入量を増大して電池本体への供給空気温度を下
げることにより、電池温度を設定値(約180℃)に維
持しようとする。
しかし供給空気温度(は、無制限に下げられるものでは
なく、電極触媒の一酸化炭素被毒による触媒能低下を防
止するために120℃以上であるのが好1しく低くとも
110℃が限界である。従って過渡的に上昇した電池温
度を設定値1で低下させるには供給室IA昌度を120
℃以上に保持しながら長時間かけて徐々に行うことにな
るので、第6図特性図に示すように電池温度が安定化す
るまで約15分程度か\す、負荷変動に対する電池温度
の連応性に欠けるため電池性能に悪影響を及ぼすという
間匝があった。
(ハ)発す」の目的 本発明の目的は負荷の著しい変!li1ノに対しても速
かに電池温度を設定値に復元し、′電池温度の連応性良
好な制御装置を提供することである。
に)発明の構成 本発明は、負荷量に応じて供給空気温度を調節すべくダ
ンパを一義的に設定すると同時に負荷量に応じたプロワ
インバータの基本同波数を算定し、この基本同波数を検
出された↑に池温度と設定温度の偏差値に応じて補正し
、この補正−1波政でプロワインバータを駆動してプロ
ワによる供給空気量f:段設定しめることを特徴とする
窄冷式燃料電池の温度制御装置にある。
このような本発明温度側1i1tlの基本原理か、第2
図のブロック図に示されている。
(、j9実施例 本発明の実施例を第4図について説f月する。
電池反応と冷却に必要な空気は、ブロワ11)により電
池本体(S)に供給きれ、本体(S)より排出された空
気は、ダンパ1.2)により一部が排気弁(3)を通っ
て外部へ排出されると共に残部が循環支1.B 14!
に入り、1(1記排出空気に見合ってフィルター151
及び吸気弁(6)より吸引された新鮮空気と共に電池本
体(S)に還流する。
一方燃料ガス例えば改質水素ガスは、導入弁17)及び
調整弁(8)を通って電池本体(S)へ供給され、前記
空気中の酸素と共に電極反応に使用されて後、導出弁(
9)より排出される。
前1犯ブロワ11)、ダンパ(2)及び燃料調整弁(8
)はグロセツシングユニット(P U ) 、メモリ(
ROM)及びインターフェース(Ilo)で構成された
マイクロコンピュータll’Ilにより制御される。
インターフェース(Ilo)には、負荷(L)への通電
量を分流器などの電流検出器圓により、又電池温度を熱
電対などの温度検出器印により夫に検知し、これら各検
知信号は夫々A/D変換器03)圓でデジタフ18号と
して入力される。
一方供給空気流斌及び導入燃料流量がピトー管などの流
量検出器Q5)061で夫々空気圧として検出され、窒
電変換器(lη叫で夫々アナログ信号に変換されて後、
A/D変換器(10■を通りディジクル信号として入力
される。
メモリ(Rr)M)内には、′負荷に対しした燃料流量
設定値、ダンパ設定値及び基本トへ1波奴設定値を夫す
定める基本式を予め記憶キぜておき、負荷検出器111
1からの入力1ト;らに応じて夫A r7’A当する前
記基本式をメモリ(ROM)からみ)シみ出し、プロセ
ツシングユニツ1−(PU)で演算して前記夫々の設定
値を定める。
燃料流量は続み出された基本式’ f(x)(f(x)
は ゛負荷量の関数、3け定数)で演算して定められる
が、この流量は流量検出器!l1ilで検知された流量
値をフードバックしながら、燃P1・d■た弁(8)を
制御する。このときインターフェース(I/(1))か
らの出力(M号はD/Δ変換器(21)及び電撃変換器
(2)により空気圧に変換して調整弁18)を制御する
ダンパ(2)は、負荷に応じてあLみ出された基本式h
f(y、)Cbは定数)に負荷値Xを代入してプロセン
シングユニッ)(PU)で演算し、その設定値になるよ
うインターフェース(Ilo)がらパルス信号をパルス
モータ@に送ることにより調節される。これにより負荷
量に応じて循環・排出比率本俸 を変え新鮮空気収入量を制御し、電池佐≠ヂサ(S)へ
の供給空気温度が設定される。
ブロワインバータ(2)の同波数は、同じく負荷に后じ
て読み出された基本式Cf(X)(Cは定数〕によりi
iN算して基本同波数(FR)を定める。この基本同波
数(FR)は、温度検出器(121から入力された信号
にもとづき′電池温度が設定値に対してどれくらいずれ
ているか(温度偏差値)を判定し、その判定結果に心し
て補正することにより決定される。
基本周波数(FR)全補正する同波数制御値(ΔM)は
、 (たvし、e一温度偏差値=(電池設定温■−(電池検
出温度) t、m、nけ定数) で衣はされ、上式(Nを演算することにより得られる同
波数制御値(ΔM)を基本同波数(FR)に加算するこ
とにより同波数が補正される。勿論湿度偏差がない場合
前記ΔM=0となる。
この5しつにして仙j1−された一U波人(ム号は= 
(Fげ\ ←FR+ΔMλ八・インターフェース(Ilo)からり
/A変換器1241 f: i巾ってインパークI25
)に人力される。
この入力信号にルロしてモーフ(2G)の回転牧が制御
卸され、フロワイ1)による供給21γ気情をi+11
’J M、i書−る。この供給空気量は、流量検知器0
5)で検;;Uされた流を社債を前記酷料流付の場合と
同様、インターフェースに入力してフードバッタをかけ
なから、設定値に制御される。
このような本光明制釧方式て゛(″1負荷か大きく変g
rr)した場合にも第ろ凶に示すように電池温度は2〜
6分の短時間で設定結反に敵冗ず2:1゜第5図はIj
す記制御を実行するフローチャートで、区1中P1〜P
+2はフ[r−チャートの6ステツプを示す。この70
−は定(2)期例えば1 (11LII/Q e c 
で行をよれる。
今P2で燃料電池の諸条件が規定碩に達い■I常運転を
始めると、P5で負荷及び電池温度を入力し、P4で入
力された負荷用7が011回入力された負荷量と等しい
かどうかを判定する。たvし負荷の初期値CF)は予め
成る値が入力されている。
負荷が等しくない場合P5でその負荷に応じた燃料流量
値(Ff)を設定し、P6でその負荷に応じたダンパ角
度(D)を設定し、さらにP7でその負荷に応じた基本
周波数(FR)を算定する。P9で入力された電池温度
の設定温度に対する偏差値(e)にもとづいて前記(F
R)を補正する同波数制御値(ΔM)を設定し、p+o
において、Pノで設定された(FR)とP9で設定され
た(ΔM)とを加算して補正周波&(F4−FR+ΔM
)を定める。
負荷が等しい場合にはpaで同波数の記号をFからFR
に転送して後、前記と同様P9、P+o で温度偏差値
(e)にもとづいて周波数を補正する。
以上の結果をpl で(Ilo)の出力レジスタに移し
、P12で次の制御プログラムにもどる。
(へ)発明の効果 本発明によれば、電池の負荷量に応じてダンパを設定す
ると共にプロワインバータの基本1間波数を算定し、こ
の基本同波数を検出された電池温度と設定温度との偏差
値に応じて補正し、この補正同波数でインバータを駆動
してブロワによる送風量を設定するものである1」)ら
、負荷が大きく変化した場合にも電池温度を速かに設定
値に復元して一定に維持することができるだめ、電池を
最適の条件で運転することができる。
さらにダンパは負荷により一義的に設定され、電池温度
はブロワの風量を変化して設定値に維持するので、従来
方式のように、電池への供給空気温度を下げすぎること
なく電池の冷却を行うため、触媒能の低下をまねくこと
がないなど、電池特性と電池寿命の良好な燃料電池を提
供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は燃料電池における温度制御の基本原
理を示すブロック図で、第1図は#:来装置の場合、第
2図は本発明装置の場合である。第6図は負荷変動時に
おける従来装置と本発明装置の電池d=i度の復元性を
比較して示す図、第4図は本発明制御装置を備える燃料
電池の系統図、第5図は同上装置のフローチャートであ
る。 (S)・・・電池本体、L・・・負荷、11)・・・ブ
ロワ、C2)・・・ダンパ、1.11+・・・マイクロ
コンピユータ、(111・・・負荷検出器、C12)・
・・電池温度検出器、(15)・・・全気流量検出器、
■、Qlll、(1g)・・・A/D変換器、(2+1
 (241・・・D/A変換器、αη・・・空電f換器
、(2)・・・電空変換器、(ハ)・・・インバータ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ■ 負荷の変動にか\ゎらず電池温度を略設定値に維持
    する制御装置であって、電池への供給空気量を調節する
    インバータ駆動ブロワと、空気の循環・排出比率を変え
    て新鮮空気吸入量を調節するダンパと、負荷量検知器と
    、電池温度検知器とを備え、検知された負荷量に応じて
    前記ダンパを一義的に設定すると同時に前記インバータ
    の基本同波数を算定し、該基本同波数を検知された電池
    温度と前記設定温度との偏差像に厄じて補正し、この補
    正(資)波数で前記インバータを駆動してブロワの風量
    を設定せしめることを特徴とする空冷式燃料電池の温度
    制御装置。
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