JPS6091568A - 燃料電池プラントの空気供給制御装置 - Google Patents

燃料電池プラントの空気供給制御装置

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JPS6091568A
JPS6091568A JP58198324A JP19832483A JPS6091568A JP S6091568 A JPS6091568 A JP S6091568A JP 58198324 A JP58198324 A JP 58198324A JP 19832483 A JP19832483 A JP 19832483A JP S6091568 A JPS6091568 A JP S6091568A
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Kazuhiro Hayakawa
和弘 早川
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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】 [発明の技術的分野〕 本発明は燃料電池の空気流量制御装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
一般に燃料電池は単電池の発生電圧は極めて低く、容量
が小さいため、複数の単電池を積み重ねて積層構造とし
て高電圧・大電力を得るようにしているが、このような
積層電池をひとつの電池単位(スタック)とし、スタッ
クを複数個設けることによって更に高電圧・大電力を得
るようにしている。
第1図は従来の燃料電池プラントとその制御方法につい
て、3スタツクの場合を例に、空気極および空気供給制
御に限って図示したものである。
以下第1図により従来の燃料電池プラントの空気供給制
御について説明する。
電流検出器8により検出された電池出力電流信号工は空
気量制御演算部1に与えられる。空気量制御演算部1は
電池出力電流工に見合った酸素量に対し定められた過剰
分の酸素を供給するように空気流量設定値を比較器2に
送る。供給空気量は流量検出器3において検出され比較
器2において空気流量設定値と比較演算され、空気流量
制御部4においてこの偏差に応じて空気供給弁5を制御
する。
このように燃料電池7.〜7.の空気極7a、〜7as
に供給された空気中の酸素のうち出力電流Iに見合った
分が消費され残りは空気極出口より排気される。
燃料電池空気極に供給された酸素量と空気極で消費され
た酸素量との比を酸素利用率と呼び、第2図に酸素利用
率Uと電圧Vとの特性を示す。図示されるように、一般
に酸素利用率Uが増加すると電池電圧Vは低下するが、
酸素利用率Uがある値U0を越えると電圧は極端に低下
するので、酸素利用率UをU。以下に抑えるように過剰
率を設定する。
ところが、複数個のスタックが1個の空気制御弁で空気
供給量を制御されている場合、配管の流路による圧損や
各スタックの配置方法によって各スタックへ供給される
空気量に不均一がある。この不均一を解消するために、
各スタック入口にトリム弁を設け、初期調整段階におい
て各スタックへの配分を調整する方式が従来とられてい
たが、出力電流工の大きさ、すなわち全体の空気供給量
の各流量において必ずしも配分通りには供給されず、各
スタックの発生電圧に差が出ることがあった。
[発明の目的〕 本発明は、上記のような各スタックへの空気供給量の不
均一による酸素利用率の設定値以上の増加を抑制し、各
スタックが望ましい酸素利用率の範囲で運転できる燃料
電池の空気供給制御装置を得ることを目的とする。
〔発明の概要〕
このため本発明は、各スタックの空気極出口に酸素濃度
を検出する手段を設け、これらの値と設定値との偏差に
応じて、酸素濃度の低下時には空気流量を増加し、酸素
利用率を低下させることにより各スタック電圧をほぼ均
一な範囲で発電できるようにすることを特徴とする。
し発明の実施例〕 第3図は本発明の一実施例を示すものである。
空気供給源6より供給される空気は、空気供給弁5を介
して燃料電池7□〜7Nの空気極7a41〜7aNへ導
入される。一方燃料電池71〜7Nの燃料極7b1〜7
bNには水素を含む燃料ガスが導入され、電解質7c、
〜7CNを介して酸素と水素が反応し、直流電気エネル
ギーIが得られる。この直流電流は電流検出器8によっ
て検出され、空気流量制御演算部1に与えられる。
一方、各スタック7I〜7Nの空気極出口ガス中の酸素
濃度は、酸素濃度検出器9□〜9Nによって検出される
。酸素濃度検出器91〜9Nから得られる酸素濃度信号
811〜81Nは後述の比較器101〜1ON、信号選
択器11、流量補正部12によって空気流量補正信号S
、となる。
空気供給弁5は空気流量制御部4を介し、電流検出器8
、空気量制御演算部1から得られる信号8s、流量補正
部12から得られる空気流量補正信号S1.流量検出器
3から得られる空気流量信号S4とを比較器13にて比
較演算された偏差に応じて制御される。
以上の構成で、燃料電池71〜7Nからの出力電流Iに
見合った酸素量に対し定められた過剰分の酸素を供給す
るように空気流量設定信号8aを空気量制御演算部1に
おいて発生する。各スタック出口の酸素濃度は酸素濃度
検出器9I〜9Nから得られる酸素濃度信号811〜S
INは、比較器10.〜IONにおいて設定値りと比較
演算される。この設定値りは第2図において電圧低下が
急激になる酸素利用率U0に対応する酸素濃度の値か、
あるいはU。よりやや低い値に対応する酸素濃度とする
。今、k番目のスタック7にの酸素濃度81kが他と比
べて最も低く、かつ設定値りより低いとする。この時比
較器101〜IOHにおいて比較演算された各偏差(S
it −L)〜(SIN−L)のうち負値で絶対値の最
も大きな偏差(S+x−L)が信号選択器11において
選択され流量補正部12において、偏差に応じた演算が
なされ、空気流量補正信号S、となる。
この空気流量補正信号S、は比較器13に与えられ、空
気流量設定信号S1に加算され、補正された空気流量設
定信号となる。同時にこれと流量検出器3から得られる
流量信号S4との偏差が得られ、この偏差に応じて空気
流量制御部4において空気供給弁5を制御する。この結
果供給空気量は出力電流Iだけに応じた量よりも増加さ
れることになり、各スタック7、〜7Nに供給される空
気流量もそれぞれ増加する。この時スタック7Kにおい
ても供給酸素量が増え、Uoより高かった酸素利用率が
Uoより低下し、第2図での範囲Bに入ることにより発
生電圧のほぼ安定する領域で運転できる。もちろん他の
スタック71〜7N(7にを除く)においてもそれぞれ
酸素利用率は低下するが、すでに範囲Bで運転されてい
たため、発生電圧の上昇はわずかである。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明によれば燃料電池の各スタックへ
の供給空気量の不均一による特定スタックの酸素利用率
増加を検知し、全体の供給空気量を増加することで該轟
スタックの酸素利用率を低下させ、発生電圧の回復をは
かることができる。
この時、他のスタックの電圧上昇は燃料電池の特性上わ
ずかなので、電圧上昇は該尚スタックにおいて顕著であ
り、各スタック発生電圧がほぼ均等な状態で運転でき、
各電池の劣化のばらつきを少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の燃料電池の空気供給制御を示すブロック
図、第2図は燃料電池の酸素利用率と電圧の関係を示す
特性図、第3図は本発明の一実施例を示すブロック図で
ある。 1・・・空気量制御演算部 2・・・比較器3・・・流
量検出器 4・・・空気流量制御部5・・・空気供給弁
 6・・・空気供給源7、〜7N・・・燃料電池 7a
、〜7aN・・・空気極7b、〜7bN・・・燃料極 
7c、〜7CN・・・電解質8・・・電流検出器 9.
〜9N・・・酸素濃度検出器10、〜ION・・・比較
器 11・・・信号選択器12−・・流量補正部 13
・・・比較器(7317) 代理人 弁理士 則 近 
憲 佑 (ほか1名)第1図 / 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 複数の電池単位を備えた燃料電池プラントに空気を供給
    するための空気供給制御装置において、前記電池単位の
    各々の空気極出口の酸素濃度を検出する検出器と、ここ
    で検出した各々の酸素濃度と予め定められた設定値との
    偏差をめ酸素利用率の最も高い前記電池単位の前記偏差
    を選択する信号選択器と、この信号選択器で選択された
    偏差に基づいて前記各々の電池単位に供給する空気を制
    御する空気流量制御部とからなる燃料電池プラントの空
    気供給制御装置。
JP58198324A 1983-10-25 1983-10-25 燃料電池プラントの空気供給制御装置 Pending JPS6091568A (ja)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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