JPS61224828A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

燃料電池発電装置

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JPS61224828A
JPS61224828A JP60063824A JP6382485A JPS61224828A JP S61224828 A JPS61224828 A JP S61224828A JP 60063824 A JP60063824 A JP 60063824A JP 6382485 A JP6382485 A JP 6382485A JP S61224828 A JPS61224828 A JP S61224828A
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JP
Japan
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fuel cell
circuit
cell stack
output
fuel
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JP60063824A
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English (en)
Inventor
洋三 伊東
徳野 正敏
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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

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  • Fuel Cell (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明に、安定した起動が可能な燃料電池発電装置に関
する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近年、電力M要の増加を賄うためC,水力発電所、火力
発電所および原子力発電所の建設シー加えて、燃料の有
しているエネルギーン直接電気的工ネルギーCユ°芙換
する燃料電池!用いた発電所建設の構想が進められてき
ている。この燃料電池は通常、電解質層を挾んで燃料&
および酸化剤機(以下、空気糧と称する)の一対の電&
馨配置して成る電池セルを複数個積層して燃料電池スタ
ックを構成し、燃料極の背面i二水素等の燃料を接触さ
せると共(二菟気極の背面C二望気等の酸化剤ン接触さ
せ、このとき起こる電気化学的反応を利用して上記一対
の電極間から電気エネルギーを収り出すもので、上記燃
料と酸化剤が供給されている限り高い置換効率で電気エ
ネルギーχ取出すことができるものである。そして実際
の燃料電池発電所は、上述した燃料電池スタック群と、
天然ガスあるいはナフサなどt水素主成分の電池用燃料
に改質する燃料改質装置と、燃料電池スタックからの直
流出力を交流に変換して外部の又流系統へ供給する電力
変換装置を主要な構成要素とし、この他シ:制御装置、
水処理装置、排熱回収装置等!備えて構成される。
さて、この種の燃料電池発電システム(二お(する主要
構成要素のうち電力変換装置の主体は、直交置換回路I
t下、インバータ回路と称する。)であるが、発電開始
時の電池出力電圧の上昇を抑制、するためl;、初期投
入抵抗(以下、プリロードと称する)を備えるよう(ニ
ジているのが一般的である。
第3図は、この種の従来の燃料電池発電装置の1例1示
す構成図である。図において、燃料電池スタック1には
、その燃料極に燃料2が、また窄気極に窒気3が供給さ
れ、電気化学的反応1ユより直流出力が得られる。また
、この燃料電池スタック1の出力t[94Cはプリロー
ド5およびこの開閉を行うプリロード用開閉器6が直列
に接続されている。
さらに上記燃料電池スタックlの出力側シ:は、主回路
用の直流しゃ断器7ン直列ζ;介してインバータ回路8
の入力側が接続され、ここで上記直流出力を交流に変換
して、この変流出力を出力用変圧器9および交流しゃ断
器lOヒ介して外部の交流系統11へ供給される。なお
、ここで置流しゃ断器7は、通常、サイリスタなどの半
導体素子ン用いて構成され、主回路の開閉機能ならび6
:逆導通阻止機能ン持たせるよう5二している。
かかる燃料電池発電装置におけるインバータ回路8の起
動は、次のよう1ニジて行なわれる。すなわち、当初直
流しゃ断器7およびプリロード用しゃ断器6は共I:開
状態にあり、燃料電池スタック1の出力側は、開放ない
しは図示しない保全用抵抗器で終端されている。また燃
料電池スタックlにtヨ、その燃料極に予め必要な一定
量の燃料2が供給され“ている。
そして、この状態で空気3の供給を開始すると燃料電池
スタック1の直流出力電圧Vstkが上昇し始め、これ
がある電圧値%rpy1−越えるとプリロード用開閉器
6が閉となりプリロード5が接続される。
このプリロード5の接続により、一旦、低下した電圧V
stkは、空気3の供給流量の増加と共に再び上昇し、
空気3の供給流量が十分大きくなった時点で直流しゃ断
器7が閉となりインバータ回路8が接続される。。この
時、略同時(:プリロード用開閉器6が開となり、プリ
ロード5は開放される。
そして、このインバータ回路8の起動と略同時5:交流
しゃWfi器10が投入され、燃料電池スタック・1の
直流出力は変流ζ;変換されて交流系統11に供給され
ること(二なる。
第4(8)(a) (b)(c)は上述の如き空気3の
供給流量の上昇(;伴う燃料電池スタックlの直流出力
電圧Vs tkと直流出力電圧I@tkの時間的変化の
関係を示したものである。
ところで、このような燃料電池発電装置C二おいて、プ
リロード5は通常インバータ回路8起動直前の短い期間
投入されるが、この抵抗容量としては、インバータ回路
8の運転電圧範囲内で電池の最小定格運電特性を満たす
必要があることから、インバータ全容量の加〜30%を
必要とする場合もあり、燃料゛砿池発題システムの大容
量化C二伴ってプリロード5しいては発磁装置が大型化
するだけでなくコスト的5二も問題がある。また、プリ
ロード5の容量を小さくするため1:プリロード5の投
入期間tできる限り短くする方法も考えらnるが。
そのためCユは、燃料電池スタック1(二対し窒気3を
急速に流入させて、直流出力電圧を急勾配で立上げるよ
うC二すればよいが、この場合C二線、窒気3の流量制
御および電池糧間差圧制御が非常(二複雑(:なるとい
う問題が生じる。
〔発明の目的〕
本発明に、上記のような問題!解決するために成された
ものであって、その目的は、電力変換装置を大型とする
ことなくかつ窒気流量制御および電池極間差圧制御!複
雑Cユすることなく、安定した起動を行なうことが可能
な安価な燃料電池発電装置を提供することC二ある。
〔発明の概要〕
上記目的!達成するために、本発明では、前述したブリ
ロートン用いず(ユ、燃料電池スタックの起動と略同時
に回路要要素段入し、燃料電池スタックの出力及化(二
応じて直又変換装置の無負荷運転ならび(:交流系統へ
の送電運転7行うことを特徴とする。
〔発明の実施例〕
以下、本発明7図面4ユ示す一実施例6二ついて説明す
る。第1図に、本発明の一実施例を示す構成図であり、
第3図と同一部分には同一符号!つけ′てその説明を省
略し、ここでは異なる部分1;ついてのみ述べる。つま
り、5141図は、前述したプリロード5およびプリロ
ード用しゃ断器6ン省略し、以下の実施例の説明のため
にインバータ回路8の中に直流コンデンサ12を追加記
入したものである。
かかる如く構成した燃料電池発電装置において、インバ
ータ回路8の起動は次のようC二して行なわれる。すな
わち当初直流しゃ断器7 )を開状態(:あり、燃料電
池スタック1の出力側4は開放ないしは図示しない保全
用抵抗器で終端されている。また燃料電池スタック1に
は、その燃料極(二予め必要な一定皺の燃料2が供給さ
n、インバータ回路8では停止状態であり、直流コンデ
ンナルはインバータ回路8の最小運転入力電圧vlより
低く設定された充電填圧vcに予備充電されでいるもの
とする。
以上の状態において交熱3の供給ン開始すると燃料電池
スタック1の直流出力電圧VatklJX上昇し始める
。そして交熱3の供給關始と略同時に直流しゃ断器7t
−投入する。この時Vstk < Vg  となるが、
この直流しゃ断器7の逆導通阻止機能C二より、直流コ
ンテン?12から燃料電池スタック1側(二峨流が流入
するようなことはない。
つぎ5二、さらに燃料電池スタック1の直流出力電圧V
atkが上昇し、直流コンデンサ12の充lE鑞圧vc
より高くなると、直流しゃ断器7が正方向C二導通して
、燃料電池スタックlの出力電流I stk l二より
、直流コンテン?12が充電されていく。
この後さらに燃料電池スタック1への交熱3の供給流t
’t’増していくと、燃料電池スタック1の直流出力賦
圧vstksすなわち直流コンテンf 12の充*a圧
vcが徐々ζ:上昇していき、インバータ回路8の最小
運転入力電圧Vl(:達した時点でインバータ回路8の
スイツデング素子にゲート信号を与え、インバータ回路
8を無負荷運転状態にさせる。
(以下ゲートデブロックと呼ぶ)するとインバータ回路
8の無負荷運転時の損失分(二相当する磁力が燃料電池
スタック1からインバータ回188に供給される。
このゲートデブロックの際、ゲート5:与える信、号の
パルス巾を最小(二まで縮めてやれば、インバータ回路
8の変流出力電圧の大きさが最小となり、その結果出力
変圧器9の励1a4E流の立上がりt抑えることができ
、出力変圧器の鉄損Ik:減らすことができるので、イ
ンバータ回路8の無負荷運転時の損失も最小I:なる。
したがって、燃料電池スタック1の出力電流l5tkの
ゲートデブロック前後C二おける変化量も小さく抑える
ことができる。
上述のゲートデブロックの後は、燃料電池スタック1の
直流出力電圧Vatkが上昇するシ一つれて、インバー
タ回路8の無負荷運転時損失も増えていくので、結局燃
料電池スタック1からインバータ回路8に供給される電
力も徐々(−増えていくこと(:なる。モしてVstk
が燃料電池スタック1の定格出力賦圧になった時点で、
又流系統11の電圧とインバータ回w18の出力電圧と
の同期tとって交流しゃ断器10’2投入する。その後
は、燃料眠池スタツク1の出力の増加に伴って、インバ
ータ回路8の出力磁圧の位相を、交流系統のそれよりも
進めていってインバータ回路8から交流系統11に送り
出す鑞カン制御してやればよい。第4図(ml (d)
 (elは上述の如き窒気3の供給流量の上昇に伴う燃
料電池スタック1の直流出力電圧Vatkと直流出力電
流l1tkの時間的変化の関係を示したものである。第
4図(elによれば、直流出力電流l5tkに、第4図
(c)1:示したようなプリロードを用いた場合に生じ
る峨流値の急変化が大巾C二緩和される。
上述してきたよ5g−1本実施例C二おいては、従来必
要であった大容量のプリロードを使用せず、燃料電池ス
タック1の小出力時は、インバータ回路8・の無負荷運
転時の損失分を供給する、すなわちインバータ回w18
’2負荷のごとく利用し、それ以上の出力時(二は、イ
ンバータ回路8から又流系統11への送−電を開始する
ようCニしたので、装置が大型化することなく、かつコ
ストダウンも図ることができる。また従来のプリロード
を用いた装置では、プリロードの投入時間ン短く保つた
めC二燃料鑞池スタック1への交熱3の供給流量を急激
に立上げる必要があったが、本構成のものではこの必要
がないことから交熱3の供給流量制御および21!池極
間差圧制御を容易(−行うことができ、制御ta理上極
めて有効的である。また本装置構成によれば、プリロー
ドの容l(二比べて、ロンバータ回路8の無負荷運転時
の損失が小さくなり、電池出力岨池の変化l小さく抑え
ることができるので、プロセス排気流量および圧力が急
反することなく、制御上有効的である。
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、次
のようIニジても同様(ユ実施することができるもので
ある。
11)  第2図6−示すように、前記インバータ回路
8の入力側1二チョッパ回路13’t”直列に設けても
よい。この場合、チョッパ回路13’2停止状態のまま
インバータ回路8tゲートデブロツクして、インバータ
回路8の出力磁圧を最小にして無負荷損失!最小Cニし
ておいてから、チョッパ回路13をゲートデブロックす
る。
(bl  Do路”ff素としては、主回路の開閉機能
ならび(ユ逆導通阻止機能を有する直流しゃ断器9を用
いたが、こ詐に限らず主回路の開閉機能ン有する直fi
Ll断器、および逆導通阻止機能!有し回路(二直列2
二挿入された回路素子から構成するようζ:してもよい
ものである。
その他、本発明はその要旨YK更しなり1範囲で種々に
圀形して実施することカニできるものである。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、燃料電池の出力
が小さい間は、インノ(−夕回路の無負荷運転時の損失
χ供給し、出力が増加する(;つれて、インバータ回路
から又流系統へ送磁を開始するよう1ニジたので、装置
χ大型とすることなく、かつ交熱流t?ti′lI御お
よび框池&間差圧制御を複雑C二することなく、インバ
ータ回路の起動7行うことが可能な安価な燃料這池発醒
製置ン提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図に本発明の一実施例〉示す構成図、原子ギ第2図
は本発明の他の実施例〉示す構成図、第3チは、従来の
燃料絨池用蹴力閲換製置!示す構成図、第4図(al 
、 (b) 、 (cl 、 (di 、 (e)は窒
気供給流址の上昇に伴う電池直流出力岨圧、直流出力電
流の時間的、変化の関係を示すグラフである。 1・・・燃料電池スタック 2・・・燃料3・・・窓気
       4・・・燃料電池スタック出力側   
     5・・・プリロード6・・・プリロード用し
ゃ断器 7・・・直流しゃ断器   8・・・インバータ回路9
・・・出力用及圧器   1o・・・又流しゃ断器11
・・・又流系統     12・・・直流コンデンサ1
3・・・チョッパ回路 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 (ほか1名)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電解質層を挾んで燃料極および酸化剤極の1対の
    電極を配置して成る電池セルを複数個積層して成り、か
    つ前記燃料極に燃料を接触させると共に酸化剤極に酸化
    剤を接触させてこのとき起こる電気化学的反応を利用し
    て前記電極間から直流出力を取り出す燃料電池スタック
    と、この燃料電池スタックからの直流出力を交流に変換
    する直交変換回路と、主回路の開閉機能ならびに逆導通
    阻止機能を有し、かつ前記燃料電池スタックと直交変換
    装置との間に設けられた回路要素を具備した燃料電池発
    電システムにおいて、前記燃料電池スタックの起動と略
    同時に、前記回路要素を投入し、前記燃料電池スタック
    の出力変化に応じて、前記直交変換装置の無負荷運転な
    らびに交流系統への送電運転を行うことを特徴とする燃
    料電池発電装置。
  2. (2)回路要素としては、主回路の開閉機能ならびに短
    絡電流しゃ断機能を有するターンオフナイリスタを用い
    るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第(1)
    項記載の燃料電池発電装置。
  3. (3)回路要素としては、主回路の開閉機能を有する直
    流しゃ断器、および逆導通阻止機能を有し回路に直列に
    挿入された回路素子から構成するようにしたことを特徴
    とする特許請求の範囲第(1)項記載の燃料電池発電装
    置。
  4. (4)直交変換回路の入力側にチョッパ回路を直列に設
    けるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第(1
    )項記載の燃料電池発電装置。
JP60063824A 1985-03-29 1985-03-29 燃料電池発電装置 Pending JPS61224828A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05251101A (ja) * 1992-03-09 1993-09-28 Mitsubishi Electric Corp 燃料電池発電装置およびその運転起動方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05251101A (ja) * 1992-03-09 1993-09-28 Mitsubishi Electric Corp 燃料電池発電装置およびその運転起動方法

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