JPS61284065A - 燃料電池発電システム - Google Patents
燃料電池発電システムInfo
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- JPS61284065A JPS61284065A JP60125022A JP12502285A JPS61284065A JP S61284065 A JPS61284065 A JP S61284065A JP 60125022 A JP60125022 A JP 60125022A JP 12502285 A JP12502285 A JP 12502285A JP S61284065 A JPS61284065 A JP S61284065A
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- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
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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
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- Sustainable Energy (AREA)
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- 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】
〔発明の技術分野〕
゛本発明は燃料電池発電システムに係り、特に酸化剤極
へ供給する酸化剤の流量を制御する制御手段を備えて成
る燃料電池発電システムに関する。
へ供給する酸化剤の流量を制御する制御手段を備えて成
る燃料電池発電システムに関する。
従来、燃料の有しているエネルギーを直接電気的エネル
ギーに変換するものとして燃料電池発電システムが知ら
れている。この燃料電池発電システムは通常、電解質層
を挾んで燃料極および酸化剤極の一対の電極を配置する
と共に、燃料極の背面に水素等の燃料を接触させ、また
酸化剤極の背面に空気等の酸化剤を接触させ、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
電気エネルギーを取り出し、この燃料電池で発生した電
気エネルギーを電力変換装置にて負荷指令値に見合った
電気量（例えば電力）に変換して負荷へ供給するよう忙
したものであり、上記燃料と酸化剤が供給されている限
り高い変換効率で電気エネルギーを取出すことができる
ものである。
ギーに変換するものとして燃料電池発電システムが知ら
れている。この燃料電池発電システムは通常、電解質層
を挾んで燃料極および酸化剤極の一対の電極を配置する
と共に、燃料極の背面に水素等の燃料を接触させ、また
酸化剤極の背面に空気等の酸化剤を接触させ、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
電気エネルギーを取り出し、この燃料電池で発生した電
気エネルギーを電力変換装置にて負荷指令値に見合った
電気量（例えば電力）に変換して負荷へ供給するよう忙
したものであり、上記燃料と酸化剤が供給されている限
り高い変換効率で電気エネルギーを取出すことができる
ものである。
さて、この種の燃料電池発電システムにおいては従来、
燃料電池で発生した電気エネルギーを電力変換装置によ
り負荷指令補正手段った電気量となるように制御し、こ
の結果として変化する電池出力電流を電流検出器で検出
してその大きさに応じて酸化剤の供給流量指令値を得、
かつこれを酸化剤の供給ラインを流れる酸化剤の流量を
検出する流量検出器からの流量検出値と比較し、その偏
差値に応じて上記酸化剤の供給ライン上に設けられた調
節弁の弁開度を調節することにより、酸化剤極へ供給す
る酸化剤の流量を制御するようにしている。なお、燃料
極には燃料を電池発電量に見合って供給するようにして
いる。
燃料電池で発生した電気エネルギーを電力変換装置によ
り負荷指令補正手段った電気量となるように制御し、こ
の結果として変化する電池出力電流を電流検出器で検出
してその大きさに応じて酸化剤の供給流量指令値を得、
かつこれを酸化剤の供給ラインを流れる酸化剤の流量を
検出する流量検出器からの流量検出値と比較し、その偏
差値に応じて上記酸化剤の供給ライン上に設けられた調
節弁の弁開度を調節することにより、酸化剤極へ供給す
る酸化剤の流量を制御するようにしている。なお、燃料
極には燃料を電池発電量に見合って供給するようにして
いる。
しかしながら、上述した従来の燃料電池発電システムに
おいては、燃料電池の低負荷運転時に電池出力電圧が、
燃料電池の寿命および性能保持上重要な意味を持つ上限
制限電圧を越えてしまい、燃料電池の電解質として濃リ
ン酸等を使用していることから、結果的にある温度、電
圧以上になると電解質による白金触媒の腐蝕を引起こし
、電池の恒久的な性能低下を招くことになり好ましくな
い。第２図は、かかる燃料電池の出力電流−出力電圧特
性を示すものであり、図から出力電流Ｉｌ以下の電池出
力状態では、電池の上限制限電圧Ｖｍを越えてしまうこ
とが理解される。
おいては、燃料電池の低負荷運転時に電池出力電圧が、
燃料電池の寿命および性能保持上重要な意味を持つ上限
制限電圧を越えてしまい、燃料電池の電解質として濃リ
ン酸等を使用していることから、結果的にある温度、電
圧以上になると電解質による白金触媒の腐蝕を引起こし
、電池の恒久的な性能低下を招くことになり好ましくな
い。第２図は、かかる燃料電池の出力電流−出力電圧特
性を示すものであり、図から出力電流Ｉｌ以下の電池出
力状態では、電池の上限制限電圧Ｖｍを越えてしまうこ
とが理解される。
本発明は上記のような問題を解消するために成されたも
ので、その目的は電池の低負荷運転時においても電池出
力電圧を上限制限電圧以下に抑制し、電池の性能低下を
防止すると共に寿命の向上を図ることが可能な燃料電池
発電システムを提供することにある。
ので、その目的は電池の低負荷運転時においても電池出
力電圧を上限制限電圧以下に抑制し、電池の性能低下を
防止すると共に寿命の向上を図ることが可能な燃料電池
発電システムを提供することにある。
上記目的を達成するために本発明では、電解質層を挾ん
で燃料極および酸化剤極の一対の電極を配置すると共に
上記燃料極に燃料をまた上記酸化剤極に酸化剤を夫々供
給し、このとき起こる電気化学的反応を利用して上記電
極間から電気エネルギーを取り出す燃料電池と、この燃
料電池で発生した電気エネルギーを負荷指令値に見合っ
た電気量に変換する電力変換装置と、上記酸化剤の供給
ライン上に設けられた調節弁と、上記酸化剤の供給ライ
ンを流れる酸化剤の流量を検出する流量検出器と、前記
負荷指令値に応じて上記酸化剤の供給流量指令値を得る
演算器、この演算器からの指令流量と上記流量検出器か
らの検出流量とを比較しかつこの比較結果に基づいて上
記調節弁へその弁開度を調節すべき調節信号を与える手
段よりなる流量制御手段と、上記燃料電池の出力電圧を
検出する電圧検出器と、この電圧検出器からの検゛出電
圧と電池の上限制限電圧とを比較する電圧上昇検出手段
と、この電圧上昇検出手段の比較結果に基づいて負荷指
令補正値を得、かつこの負荷指令補正値と負荷指令値と
を比較して補正負荷指令値を得る負荷指令補正手段と、
上記電圧上昇検出手段の比較結果に基づいて第１の供給
流量補正値を得る第１の流量補正手段と、または上記電
力変換装置からの出力電気量を検出する電気量検出器と
、この電気量検出器からの電気・量検出値と上記負荷指
令値とを比較しかつこの比較結果に基づいて第２の供給
流量補正値を得る第２の流量補正手段とを備えて成り、
上記第１または第２の各供給流量補正値のうちの少なく
とも一方を上記供給流量指令値へその補正値として与え
るようにしたことを特徴とする。
で燃料極および酸化剤極の一対の電極を配置すると共に
上記燃料極に燃料をまた上記酸化剤極に酸化剤を夫々供
給し、このとき起こる電気化学的反応を利用して上記電
極間から電気エネルギーを取り出す燃料電池と、この燃
料電池で発生した電気エネルギーを負荷指令値に見合っ
た電気量に変換する電力変換装置と、上記酸化剤の供給
ライン上に設けられた調節弁と、上記酸化剤の供給ライ
ンを流れる酸化剤の流量を検出する流量検出器と、前記
負荷指令値に応じて上記酸化剤の供給流量指令値を得る
演算器、この演算器からの指令流量と上記流量検出器か
らの検出流量とを比較しかつこの比較結果に基づいて上
記調節弁へその弁開度を調節すべき調節信号を与える手
段よりなる流量制御手段と、上記燃料電池の出力電圧を
検出する電圧検出器と、この電圧検出器からの検゛出電
圧と電池の上限制限電圧とを比較する電圧上昇検出手段
と、この電圧上昇検出手段の比較結果に基づいて負荷指
令補正値を得、かつこの負荷指令補正値と負荷指令値と
を比較して補正負荷指令値を得る負荷指令補正手段と、
上記電圧上昇検出手段の比較結果に基づいて第１の供給
流量補正値を得る第１の流量補正手段と、または上記電
力変換装置からの出力電気量を検出する電気量検出器と
、この電気量検出器からの電気・量検出値と上記負荷指
令値とを比較しかつこの比較結果に基づいて第２の供給
流量補正値を得る第２の流量補正手段とを備えて成り、
上記第１または第２の各供給流量補正値のうちの少なく
とも一方を上記供給流量指令値へその補正値として与え
るようにしたことを特徴とする。
まず、本発明の考え方に・りいて第３図および第４図を
用いて述べる。第３図は、電池出力電流および燃料利用
率をある一定値に保持した状態での酸化剤利用率に対す
る電池出力電圧特性を示すものである。また第４図は、
電池出力電流および酸化剤利用率をある一定値に保持し
た状態での燃料利用率に対する電池出力電圧特性を示す
ものである。なお、上記で燃料または酸化剤の利用率と
は、電池に供給される実燃料および酸化剤量に対する電
池出力電流と、ファラデ一定数により決定される電気化
学的な理論燃料量および理論酸化剤量との比を百分率で
表わしたものである。
用いて述べる。第３図は、電池出力電流および燃料利用
率をある一定値に保持した状態での酸化剤利用率に対す
る電池出力電圧特性を示すものである。また第４図は、
電池出力電流および酸化剤利用率をある一定値に保持し
た状態での燃料利用率に対する電池出力電圧特性を示す
ものである。なお、上記で燃料または酸化剤の利用率と
は、電池に供給される実燃料および酸化剤量に対する電
池出力電流と、ファラデ一定数により決定される電気化
学的な理論燃料量および理論酸化剤量との比を百分率で
表わしたものである。
本発明は、第３図および第４図に示すように利用率が高
くなると出力電圧が低下し、その程度を比較すると酸化
剤利用率によるものがより強く現われるという事実より
、酸化剤利用率を制御量の一つとして電池低負荷運転時
の電圧上限抑制制御を行なおうとするものである。
くなると出力電圧が低下し、その程度を比較すると酸化
剤利用率によるものがより強く現われるという事実より
、酸化剤利用率を制御量の一つとして電池低負荷運転時
の電圧上限抑制制御を行なおうとするものである。
以下、上記のような考え方に基づく本発明の一実施例〈
ついて図面を参照して説明する。第１図は、本発明によ
る燃料電池発電システムの構成例をブロック的に示した
ものでちる。図において、１は電解質層を挾んで燃料極
２および酸化剤極３の一対の電極を配置してなる燃料電
池で、上記燃料極２には燃料の供給ライン４を介して水
素等の燃料を、また上記酸化剤極３には酸化剤の供給・
ライン５を介して空気等の酸化剤を夫々供給し、このと
き起こる電気化学的反応を利用して上記電極間から電気
エネルギーである直流電力を取り出すようにしている。
ついて図面を参照して説明する。第１図は、本発明によ
る燃料電池発電システムの構成例をブロック的に示した
ものでちる。図において、１は電解質層を挾んで燃料極
２および酸化剤極３の一対の電極を配置してなる燃料電
池で、上記燃料極２には燃料の供給ライン４を介して水
素等の燃料を、また上記酸化剤極３には酸化剤の供給・
ライン５を介して空気等の酸化剤を夫々供給し、このと
き起こる電気化学的反応を利用して上記電極間から電気
エネルギーである直流電力を取り出すようにしている。
６は、後述する補正負荷指令値７を基に上記燃料電池１
で発生した直流電力を交流電力に変換する電力変換装置
としてのインバータである。また、８は上記酸化剤の供
給ライン５上に設けられた調節弁、９は当該酸化剤の供
給ライン５を流れる酸化剤の流量を検出する流量検出器
である。さらに、１１は負荷指令設定器あにより設定さ
れた負荷指令値Ｐ０に応じて上記酸化剤の供給流量指令
値１２を関数にて得る演算器、１３はこの演算器１１か
らの供給流量指令値１２と後述する供給流量補正値１４
とを比較しその偏差信号１５を補正供給流量指令値とし
て得る減算器、１６はこの減算器１３からの偏差信号１
５と上記流量検出器９からの検出信号１７とを比較して
偏差信号１８を得る減算器、１９はこの減算器１６から
の偏差信号１８に応じて上記調節弁８へその弁開度を調
節すべき調節信号２０を与える第１のＰＩＤ演算器であ
り、これらより流量制御手段を構成している。
で発生した直流電力を交流電力に変換する電力変換装置
としてのインバータである。また、８は上記酸化剤の供
給ライン５上に設けられた調節弁、９は当該酸化剤の供
給ライン５を流れる酸化剤の流量を検出する流量検出器
である。さらに、１１は負荷指令設定器あにより設定さ
れた負荷指令値Ｐ０に応じて上記酸化剤の供給流量指令
値１２を関数にて得る演算器、１３はこの演算器１１か
らの供給流量指令値１２と後述する供給流量補正値１４
とを比較しその偏差信号１５を補正供給流量指令値とし
て得る減算器、１６はこの減算器１３からの偏差信号１
５と上記流量検出器９からの検出信号１７とを比較して
偏差信号１８を得る減算器、１９はこの減算器１６から
の偏差信号１８に応じて上記調節弁８へその弁開度を調
節すべき調節信号２０を与える第１のＰＩＤ演算器であ
り、これらより流量制御手段を構成している。
一方、２１は上記燃料電池１の出力電圧を検出する電圧
検出器、２２はこの電圧検出器２１からの検出電圧Ｖと
前述した電池の上限制限電圧Ｖｍとを比較して偏差信号
間を得る減算器であり、これらより電圧上昇検出手段を
構成している。また、２４はこの減算器２２からの偏差
信号２３に応じて負荷指令補正値を得、かつこれを下限
零リミッタ２５を介し２６として出力するリセットワイ
ンドアップ防止機能付きのＰＩＤ演算器、２７はこの負
荷指令補正値２６と負荷指令設定器部からの負荷指令値
Ｐ。とを比較して偏差信号を上記補正負荷指令値７とし
て得る加算器であり、これらより負荷指令補正手段を構
成している。また、３１は上記減算器２２からの偏差信
号％に応じて第１の供給流量補正値を得、かつこれを下
限零リミッタ３２を介し３３として出力するリセットワ
インドアップ防止機能付きのＰＩＤ演算器であり、これ
らより第１の流量補正手段を構成している。さらに、３
４は上記インバータ６からの出力電気量（例えば電力Ｐ
ｓ）を検出する電気量検出器としての電力検出器、３５
はこの電力検出器３４からの電力検出値Ｐｓ と上記
負荷指令補正手段からの負荷指令値としての電力指令値
Ｐ０とを比較し、 て偏差信号３６を得る減算器、３７
はこの減算器３５からの偏差信号３６に応じて第２の供
給流量補正値を得、かつこれを下限零リミッタ３８を介
し３９として出力するリセットワインドアップ防止機能
付きのＰＩＤ演算器であり、これらより第２の流量補正
手段を構成している。さらにまた、４０は上記第１およ
び第２の各供給流量補正値おおよび３９を加算する加算
器で、その加算信号を上記供給流量補正値１４として出
力するようにしている。
検出器、２２はこの電圧検出器２１からの検出電圧Ｖと
前述した電池の上限制限電圧Ｖｍとを比較して偏差信号
間を得る減算器であり、これらより電圧上昇検出手段を
構成している。また、２４はこの減算器２２からの偏差
信号２３に応じて負荷指令補正値を得、かつこれを下限
零リミッタ２５を介し２６として出力するリセットワイ
ンドアップ防止機能付きのＰＩＤ演算器、２７はこの負
荷指令補正値２６と負荷指令設定器部からの負荷指令値
Ｐ。とを比較して偏差信号を上記補正負荷指令値７とし
て得る加算器であり、これらより負荷指令補正手段を構
成している。また、３１は上記減算器２２からの偏差信
号％に応じて第１の供給流量補正値を得、かつこれを下
限零リミッタ３２を介し３３として出力するリセットワ
インドアップ防止機能付きのＰＩＤ演算器であり、これ
らより第１の流量補正手段を構成している。さらに、３
４は上記インバータ６からの出力電気量（例えば電力Ｐ
ｓ）を検出する電気量検出器としての電力検出器、３５
はこの電力検出器３４からの電力検出値Ｐｓ と上記
負荷指令補正手段からの負荷指令値としての電力指令値
Ｐ０とを比較し、 て偏差信号３６を得る減算器、３７
はこの減算器３５からの偏差信号３６に応じて第２の供
給流量補正値を得、かつこれを下限零リミッタ３８を介
し３９として出力するリセットワインドアップ防止機能
付きのＰＩＤ演算器であり、これらより第２の流量補正
手段を構成している。さらにまた、４０は上記第１およ
び第２の各供給流量補正値おおよび３９を加算する加算
器で、その加算信号を上記供給流量補正値１４として出
力するようにしている。
上記で、演算器１１における関数は次のように設定され
る。つまり、燃料電池の場合酸化剤利用率が増大すると
電池起電力は減少する傾向にあるため、転極等の現象を
起こさないためには許容下限電圧以下でなければならな
い。そこで、上記のある値以下で利用率を決定すれば、
電池出力電流に対する酸化剤の供給流量が（１）式より
求まる。
る。つまり、燃料電池の場合酸化剤利用率が増大すると
電池起電力は減少する傾向にあるため、転極等の現象を
起こさないためには許容下限電圧以下でなければならな
い。そこで、上記のある値以下で利用率を決定すれば、
電池出力電流に対する酸化剤の供給流量が（１）式より
求まる。
ここで、Ｆ二酸化剤の供給流量（Ｎｍ’／Ｈ）、工：電
池出力電流（Ａ）、Ｎ：燃料電池直列接続個数、ダニ酸
化剤利用率であり、また７アラデ一定数を９６５００
（ｃ／ｍｏｌ ）、酸化剤中の酸素濃度０．２１とする
。
池出力電流（Ａ）、Ｎ：燃料電池直列接続個数、ダニ酸
化剤利用率であり、また７アラデ一定数を９６５００
（ｃ／ｍｏｌ ）、酸化剤中の酸素濃度０．２１とする
。
こうして求められた電池出力電流に対する酸化剤の供給
流量の関数を負荷指令値に対する酸化剤供給流量の関数
に変換することは次の（２）式を（１）式に代入して行
なうことができる。
流量の関数を負荷指令値に対する酸化剤供給流量の関数
に変換することは次の（２）式を（１）式に代入して行
なうことができる。
ここで、Ｐｏ：負荷指令値（Ｗ）、Ｖ：電池出力電圧（
ｖ）、ηｎｉｖ ：直交変換装置変換効率（％／１００
）とする。上式において留意すべき事項としてηＩＮＹ
は直交変換装置の出力に応じ若干ではあるがその値が変
わることでおる。従ってηＩＮＶはＰｏの関数としてあ
らかじめ求めておくことが必要である。又、■は第２図
に示すＩＪ以上の電池出力電流の場合は電池Ｖ−Ｉ特性
によって決まる電圧値を用いる。
ｖ）、ηｎｉｖ ：直交変換装置変換効率（％／１００
）とする。上式において留意すべき事項としてηＩＮＹ
は直交変換装置の出力に応じ若干ではあるがその値が変
わることでおる。従ってηＩＮＶはＰｏの関数としてあ
らかじめ求めておくことが必要である。又、■は第２図
に示すＩＪ以上の電池出力電流の場合は電池Ｖ−Ｉ特性
によって決まる電圧値を用いる。
しかしＩｌ以下の電池出力電流の場合は、電池の上限制
限電圧Ｖｍに若干の電圧中、ΔＶを減算した値ｖｍ−Δ
■を用いる。
限電圧Ｖｍに若干の電圧中、ΔＶを減算した値ｖｍ−Δ
■を用いる。
次に、かかる構成の燃料電池発電システムの作用につい
て第５図を用いて述べる。第５図において、■は通常運
転時の電池出力電圧−出力電流特性を示すものである。
て第５図を用いて述べる。第５図において、■は通常運
転時の電池出力電圧−出力電流特性を示すものである。
まず、いま仮に特性曲線■上のａ点（負荷指令値Ｐ。：
Ｐｏ）にて運転している時に負荷指令値Ｐ０がＰ、まで
減少した場合について考えると、電池出力電圧Ｖは■の
特性曲線上のｂ点に移行し電池の上限制限電圧Ｖｍを越
える。すると、この電圧上昇により上限制限電圧Ｖｍに
対して正の電圧偏差ｎが減算器２２で得られ、この偏差
信号％に応じＰＩＤ演算器２４および下限零リミッタ２
５を介して負荷指令補正値２６が得られ、これを負荷指
令設定器器からの負荷指令値Ｐ０に加算器２７で加算す
ることにより負荷指令値を増加して補正負荷指令値７を
得、かつこれをインバータ６に与えることにより電圧偏
差が零となるＣ点まで出力を増加して上限制限電圧以下
に抑制制御される。
Ｐｏ）にて運転している時に負荷指令値Ｐ０がＰ、まで
減少した場合について考えると、電池出力電圧Ｖは■の
特性曲線上のｂ点に移行し電池の上限制限電圧Ｖｍを越
える。すると、この電圧上昇により上限制限電圧Ｖｍに
対して正の電圧偏差ｎが減算器２２で得られ、この偏差
信号％に応じＰＩＤ演算器２４および下限零リミッタ２
５を介して負荷指令補正値２６が得られ、これを負荷指
令設定器器からの負荷指令値Ｐ０に加算器２７で加算す
ることにより負荷指令値を増加して補正負荷指令値７を
得、かつこれをインバータ６に与えることにより電圧偏
差が零となるＣ点まで出力を増加して上限制限電圧以下
に抑制制御される。
しかし、このままの状態では目標とする負荷指令値Ｐ２
に実出力電力が一致しない。そこで、ＰＩＤ演算器３１
で上記減算器２２からの偏差信号ｎに応じて第１の供給
流量補正値を得て、これを下限零リミッタ３２を介しお
として加算器４０へ出力し、また一方では減算器３５で
得られる実出力電力Ｐ１と負荷指令値Ｐ、との偏差信号
３６に応じて第２の供給流量補正値を得、かつこれを下
限零ＩＪ ミッタあを介し３９として加算器４０へ出力
することにより、加算器４０でこれら第１および第２の
各供給流量補正値３３および３９を加算し、その加算信
号を供給流量補正値１４として減算器１３へ与え）こと
により、上記演算器１１からの供給流量指令値１２を補
正して補正供給流量指令値１５が得られる。そして、こ
の補正供給流量指令値１５と上記流量検出器９からの流
量検出値１７との偏差信号１８を減算器１６で得てこれ
をＰＩＤ演算器１９へ与えることにより、ＰＩＤ演算器
１９ではこの減算器１６からの偏差信号１８に応じて上
記調節弁８へその弁開度を閉方向へ調節すべき調節信号
加を与えて、酸化剤極３へ供給する酸化剤量を減少させ
る。その結果、酸化剤利用率が高まって電池出力電圧が
低下し、最終的に第５図の■にて示すような出力電圧−
電流特性に移行させることにより負荷指令値Ｐ２に合致
し、かつ電池の上限制限電圧Ｖｍ以下の運転点であるｄ
点に移行して安定に運転を継続することができる。
に実出力電力が一致しない。そこで、ＰＩＤ演算器３１
で上記減算器２２からの偏差信号ｎに応じて第１の供給
流量補正値を得て、これを下限零リミッタ３２を介しお
として加算器４０へ出力し、また一方では減算器３５で
得られる実出力電力Ｐ１と負荷指令値Ｐ、との偏差信号
３６に応じて第２の供給流量補正値を得、かつこれを下
限零ＩＪ ミッタあを介し３９として加算器４０へ出力
することにより、加算器４０でこれら第１および第２の
各供給流量補正値３３および３９を加算し、その加算信
号を供給流量補正値１４として減算器１３へ与え）こと
により、上記演算器１１からの供給流量指令値１２を補
正して補正供給流量指令値１５が得られる。そして、こ
の補正供給流量指令値１５と上記流量検出器９からの流
量検出値１７との偏差信号１８を減算器１６で得てこれ
をＰＩＤ演算器１９へ与えることにより、ＰＩＤ演算器
１９ではこの減算器１６からの偏差信号１８に応じて上
記調節弁８へその弁開度を閉方向へ調節すべき調節信号
加を与えて、酸化剤極３へ供給する酸化剤量を減少させ
る。その結果、酸化剤利用率が高まって電池出力電圧が
低下し、最終的に第５図の■にて示すような出力電圧−
電流特性に移行させることにより負荷指令値Ｐ２に合致
し、かつ電池の上限制限電圧Ｖｍ以下の運転点であるｄ
点に移行して安定に運転を継続することができる。
上述したように、本燃料電池発電システムは電解質層を
挾んで燃料極２および酸化剤極３の一対の電極を配置し
てなり、上記燃料極２には燃料の供給ライン４を介して
水素等の燃料が、また上記酸化剤極３には酸化剤の供給
ライン５を介して空気等の酸化剤が夫々供給され、この
とき起こる電気化学的反応を利用して上記電極間から電
気エネルギーである直流電力を取り出す燃料電池１と、
補正負荷指令値７を基に上記燃料電池１で発生した直流
電力を交流電力に変換する電力変換装置としてのインバ
ータ６と、上記酸化剤の供給ライン５上に設けられた調
節弁８と、当該酸化剤の供給ライン５を流れる酸化剤の
流量を検出する流量検出器９と、負荷指令値に応じて上
記酸化剤の供給流量指令値１２を関数にて得る演算器１
１．この演算器１１からの供給流量指令値１２と供給流
量補正値１４とを比較しその偏差信号１５を補正供給流
量指令値として得る減算器１３．この減算器１３からの
偏差信号１５と上記流量検出器９からの検出信号１７と
を比較して偏差信号１８を得る減算器１６．この減算器
１６からの偏差信号１８に応じて上記調節弁８へその弁
開度を調節すべき調節信号２０を与える第１のＰＩＤ演
算器１９よりなる流量制御手段と、上記燃料電池１の出
力電圧を検出する電圧検出器２１．この電圧検出器２１
からの検出電圧Ｖと電池の上限制限電圧ｖｍとを比較し
て偏差信号器を得る減算器２２よりなる電圧上昇検出手
段と、上記減算器２２からの偏差信号器に応じて負荷指
令補正値を得、かつこれを下限零すミッタ四を介し２６
として出力するリセ“ットワインドアツプ防止機能付き
のＰＩＤ演算器Ｕ。
挾んで燃料極２および酸化剤極３の一対の電極を配置し
てなり、上記燃料極２には燃料の供給ライン４を介して
水素等の燃料が、また上記酸化剤極３には酸化剤の供給
ライン５を介して空気等の酸化剤が夫々供給され、この
とき起こる電気化学的反応を利用して上記電極間から電
気エネルギーである直流電力を取り出す燃料電池１と、
補正負荷指令値７を基に上記燃料電池１で発生した直流
電力を交流電力に変換する電力変換装置としてのインバ
ータ６と、上記酸化剤の供給ライン５上に設けられた調
節弁８と、当該酸化剤の供給ライン５を流れる酸化剤の
流量を検出する流量検出器９と、負荷指令値に応じて上
記酸化剤の供給流量指令値１２を関数にて得る演算器１
１．この演算器１１からの供給流量指令値１２と供給流
量補正値１４とを比較しその偏差信号１５を補正供給流
量指令値として得る減算器１３．この減算器１３からの
偏差信号１５と上記流量検出器９からの検出信号１７と
を比較して偏差信号１８を得る減算器１６．この減算器
１６からの偏差信号１８に応じて上記調節弁８へその弁
開度を調節すべき調節信号２０を与える第１のＰＩＤ演
算器１９よりなる流量制御手段と、上記燃料電池１の出
力電圧を検出する電圧検出器２１．この電圧検出器２１
からの検出電圧Ｖと電池の上限制限電圧ｖｍとを比較し
て偏差信号器を得る減算器２２よりなる電圧上昇検出手
段と、上記減算器２２からの偏差信号器に応じて負荷指
令補正値を得、かつこれを下限零すミッタ四を介し２６
として出力するリセ“ットワインドアツプ防止機能付き
のＰＩＤ演算器Ｕ。
この負荷指令補正値２６と負荷指令補正手段からの負荷
指令値としての電力指令値Ｐ。とを比較して偏差信号を
上記補正負荷指令値７として得る加算器２７よりなる負
荷指令補正手段と、上記減算器２２からの偏差信号ｎに
応じて第１の供給流量補正値を得、かつこれを下限零リ
ミッタ３２を介しおとして出力するリセットワインドア
ップ防止機能付きのＰＩＤ演算器３１を備えてなる第１
の流量補正手段と、上記インバータ６からの出力電気量
でちる出力電力Ｐｓ を検出する電気量検出器としての
電力検出器３４．この電力検出器３４からの電力検出値
Ｐｓ と上記負荷指令設定器あからの負荷指令値Ｐ０
とを比較して偏差信号３６を得る減算器３５．この減算
器３５からの偏差信号３６に応じて第２の供給流量補正
値を得、かつこれを下限零リミッタあを介し３９として
出力するリセットワインドアップ防止機能付きのＰＩＤ
演算器３７よりなる第２の流量補正手段と、上記第１お
よび第２の各供給流量補正値３３および３９を加算し、
その加算信号を上記供給流量補正値１４として上記演算
器１１へ与える加算器４０とから構成したものである。
指令値としての電力指令値Ｐ。とを比較して偏差信号を
上記補正負荷指令値７として得る加算器２７よりなる負
荷指令補正手段と、上記減算器２２からの偏差信号ｎに
応じて第１の供給流量補正値を得、かつこれを下限零リ
ミッタ３２を介しおとして出力するリセットワインドア
ップ防止機能付きのＰＩＤ演算器３１を備えてなる第１
の流量補正手段と、上記インバータ６からの出力電気量
でちる出力電力Ｐｓ を検出する電気量検出器としての
電力検出器３４．この電力検出器３４からの電力検出値
Ｐｓ と上記負荷指令設定器あからの負荷指令値Ｐ０
とを比較して偏差信号３６を得る減算器３５．この減算
器３５からの偏差信号３６に応じて第２の供給流量補正
値を得、かつこれを下限零リミッタあを介し３９として
出力するリセットワインドアップ防止機能付きのＰＩＤ
演算器３７よりなる第２の流量補正手段と、上記第１お
よび第２の各供給流量補正値３３および３９を加算し、
その加算信号を上記供給流量補正値１４として上記演算
器１１へ与える加算器４０とから構成したものである。
従って、電池がいかなる低負荷運転領域においても電池
の出力電圧を上限制限電圧Ｖｍ以下に抑制し、電池の性
能低下を防止すると共に寿命の向上を図ることが可能と
なるばかりでなく、負荷指令値に実負荷出力値を常に一
致させた電池運転状態に制御することができる。また、
負荷変化過渡時の電圧上限抑制制御についても、まず応
答の速い電池出力制御にて電圧上限超過が抑制され、次
いで比較的応答の遅い供給酸化剤流量制御にて上限制限
電圧Ｖｍ以下の定常運転状態への引き戻し制御が行なわ
れることから、過渡変化期間を通じて極力上限制限電圧
Ｖｍを超過しないような状態で電池運転を行なうことが
可能となる。
の出力電圧を上限制限電圧Ｖｍ以下に抑制し、電池の性
能低下を防止すると共に寿命の向上を図ることが可能と
なるばかりでなく、負荷指令値に実負荷出力値を常に一
致させた電池運転状態に制御することができる。また、
負荷変化過渡時の電圧上限抑制制御についても、まず応
答の速い電池出力制御にて電圧上限超過が抑制され、次
いで比較的応答の遅い供給酸化剤流量制御にて上限制限
電圧Ｖｍ以下の定常運転状態への引き戻し制御が行なわ
れることから、過渡変化期間を通じて極力上限制限電圧
Ｖｍを超過しないような状態で電池運転を行なうことが
可能となる。
尚、上記実施例では供給流量指令値１２を補正する手段
として第１および第２の２つの流量補正手段を備えたが
、第１または第２のいずれか一方のみを設けて構成する
ようにしても同様の効果が得られるものである。
として第１および第２の２つの流量補正手段を備えたが
、第１または第２のいずれか一方のみを設けて構成する
ようにしても同様の効果が得られるものである。
また、上記実施例では電力変換装置として交流電力を制
御するインバータ６を用いたが、これに限らず直流電力
を制御する例えばチョッパ装置、可変抵抗装置のような
ものを適用することも可能である。
御するインバータ６を用いたが、これに限らず直流電力
を制御する例えばチョッパ装置、可変抵抗装置のような
ものを適用することも可能である。
さらにζ上記実施例では負荷指令値を電力指令値として
与え、かつ電気量検出器として電力検出器を用いたが・
、負荷指令値を電圧指令値あるいは電流指令値として与
え、かつ電気量検出器として電圧検出器あるいは電流検
出器を用いるようにしてもよいものである。
与え、かつ電気量検出器として電力検出器を用いたが・
、負荷指令値を電圧指令値あるいは電流指令値として与
え、かつ電気量検出器として電圧検出器あるいは電流検
出器を用いるようにしてもよいものである。
以上説明したように本発明によれば、電池の低負荷運転
時においても電池出力電圧を上限制限電圧以下に抑制し
、電池の性能低下を防止すると共しζ寿命の向上を図る
ことが可能な極めて信頼性の高い燃料電池発電システム
が提供できる。
時においても電池出力電圧を上限制限電圧以下に抑制し
、電池の性能低下を防止すると共しζ寿命の向上を図る
ことが可能な極めて信頼性の高い燃料電池発電システム
が提供できる。
第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
電池の出力電流−出力電圧特性を示す図、第３図および
第４図は本発明の詳細な説明するための図、第５図は実
施例の動作を説明するだめの図である。 】・・燃料電池、２ ・燃料極、３・・酸化剤極、４・
・燃料供給ライン、５ 酸化剤供給ライン、６・・イン
バータ、８・調節弁、９・・流量検出器、１１・・・演
算器、１３．ｉ６．２２．３５−減算器、１９．２４，
３１．３７・・・ＰＩＤ演算器、２１・・・電圧検出器
、２５．３２．３８・・下限零リミッタ、２７．４０・
・加算器、２８・・負荷指令設定器、３４・・・電力検
出器。
電池の出力電流−出力電圧特性を示す図、第３図および
第４図は本発明の詳細な説明するための図、第５図は実
施例の動作を説明するだめの図である。 】・・燃料電池、２ ・燃料極、３・・酸化剤極、４・
・燃料供給ライン、５ 酸化剤供給ライン、６・・イン
バータ、８・調節弁、９・・流量検出器、１１・・・演
算器、１３．ｉ６．２２．３５−減算器、１９．２４，
３１．３７・・・ＰＩＤ演算器、２１・・・電圧検出器
、２５．３２．３８・・下限零リミッタ、２７．４０・
・加算器、２８・・負荷指令設定器、３４・・・電力検
出器。
Claims (3)
- （１）電解質層を挾んで燃料極および酸化剤極の一対の
電極を配置すると共に前記燃料極に燃料をまた前記酸化
剤極に酸化剤を夫々供給し、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電気エネルギーを取り出
す燃料電池と、この燃料電池で発生した電気エネルギー
を負荷指令値に見合った電気量に変換する電力変換装置
と、前記酸化剤の供給ライン上に設けられた調節弁と、
前記酸化剤の供給ラインを流れる酸化剤の流量を検出す
る流量検出器と、前記負荷指令値に応じて前記酸化剤の
供給流量指令値を得る演算器、この演算器からの指令流
量と前記流量検出器からの検出流量とを比較しかつこの
比較結果に基づいて前記調節弁へその弁開度を調節すべ
き調節信号を与える手段よりなる流量制御手段と、前記
燃料電池の出力電圧を検出する電圧検出器と、この電圧
検出器からの検出電圧と電池の上限制限電圧とを比較す
る電圧上昇検出手段と、この電圧上昇検出手段の比較結
果に基づいて供給流量補正値を得る流量補正手段とを備
えて成り、前記流量補正手段の供給流量補正値を前記供
給流量指令値へその補正値として与えることを特徴とす
る燃料電池発電システム。 - （２）電解質層を挾んで燃料極および酸化剤極の一対の
電極を配置すると共に前記燃料極に燃料をまた前記酸化
剤極に酸化剤を夫々供給し、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電気エネルギーを取り出
す燃料電池と、この燃料電池で発生した電気エネルギー
を負荷指令値に見合った電気量に変換する電力変換装置
と、前記酸化剤の供給ライン上に設けられた調節弁と、
前記酸化剤の供給ラインを流れる酸化剤の流量を検出す
る流量検出器と、前記負荷指令値に応じて前記酸化剤の
供給流量指令値を得る演算器、およびこの演算器からの
指令流量と前記流量検出器からの検出流量とを比較しか
つこの比較結果に基づいて前記調節弁へその弁開度を調
節すべき調節信号を与える手段よりなる流量制御手段と
、前記燃料電池の出力電圧を検出する電圧検出器と、こ
の電圧検出器からの検出電圧と電池の上限制限電圧とを
比較する電圧上昇検出手段と、この電圧上昇検出手段の
比較結果に基づいて負荷指令補正値を得、かつこの負荷
指令補正値と負荷指令値とを比較して補正負荷指令値を
得る負荷指令補正手段と、前記電力変換装置からの出力
電気量を検出する電気量検出器、この電気量検出器から
の電力検出値と前記負荷指令値とを比較しかつこの比較
結果に基づいて供給流量補正値を得る流量補正手段とを
備えて成り、前記流量補正手段の供給流量補正値を前記
供給流量指令値へその補正値として与えることを特徴と
する燃料電池発電システム。 - （３）電解質層を挾んで燃料極および酸化剤極の一対の
電極を配置すると共に前記燃料極に燃料をまた前記酸化
剤極に酸化剤を夫々供給し、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電気エネルギーを取り出
す燃料電池と、この燃料電池で発生した電気エネルギー
を負荷指令値に見合った電気量に変換する電力変換装置
と、前記酸化剤の供給ライン上に設けられた調節弁と、
前記酸化剤の供給ラインを流れる酸化剤の流量を検出す
る流量検出器と、前記負荷指令値に応じて前記酸化剤の
供給流量指令値を得る演算器、およびこの演算器からの
指令流量と前記流量検出器からの検出流量とを比較しか
つこの比較結果に基づいて前記調節弁へその弁開度を調
節すべき調節信号を与える手段よりなる流量制御手段と
、前記燃料電池の出力電圧を検出する電圧検出器と、こ
の電圧検出器からの検出電圧と電池の上限制限電圧とを
比較する電圧上昇検出手段と、この電圧上昇検出手段の
比較結果に基づいて負荷指令補正値を得、かつこの負荷
指令補正値と負荷指令値とを比較して補正負荷指令値を
得る負荷指令補正手段と、前記電圧上昇検出手段の比較
結果に基づいて第１の供給流量補正値を得る第１の流量
補正手段と、前記電力変換装置からの出力電気量を検出
する電気量検出器、この電気量検出器からの電気量検出
値と前記負荷指令値とを比較しかつこの比較結果に基づ
いて第２の供給流量補正値を得る第２の流量補正手段と
を備えて成り、前記第１および第２の各供給流量補正値
を前記供給流量指令値へその補正値として与えることを
特徴とする燃料電池発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60125022A JPS61284065A (ja) | 1985-06-11 | 1985-06-11 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60125022A JPS61284065A (ja) | 1985-06-11 | 1985-06-11 | 燃料電池発電システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61284065A true JPS61284065A (ja) | 1986-12-15 |
Family
ID=14899916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60125022A Pending JPS61284065A (ja) | 1985-06-11 | 1985-06-11 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61284065A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1989006866A1 (en) * | 1988-01-14 | 1989-07-27 | Fuji Electric Co., Ltd. | Fuel cell generating apparatus and method of controlling the same |
| JP2005285433A (ja) * | 2004-03-29 | 2005-10-13 | Kyocera Corp | 燃料電池システム |
| JP2006287996A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Railway Technical Res Inst | 誘導集電装置の電圧飽和時の制御方法 |
| WO2009057616A1 (ja) * | 2007-11-02 | 2009-05-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システム |
| WO2009066587A1 (ja) * | 2007-11-21 | 2009-05-28 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システム |
| EP2192647A1 (en) * | 2007-11-21 | 2010-06-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| JP2012252998A (ja) * | 2011-05-12 | 2012-12-20 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2013062097A (ja) * | 2011-09-13 | 2013-04-04 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| US9034495B2 (en) | 2007-02-05 | 2015-05-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| CN113137711A (zh) * | 2021-03-15 | 2021-07-20 | 珠海格力电器股份有限公司 | 空调及其耗电量确定方法、装置、存储介质及处理器 |
-
1985
- 1985-06-11 JP JP60125022A patent/JPS61284065A/ja active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1989006866A1 (en) * | 1988-01-14 | 1989-07-27 | Fuji Electric Co., Ltd. | Fuel cell generating apparatus and method of controlling the same |
| JP2005285433A (ja) * | 2004-03-29 | 2005-10-13 | Kyocera Corp | 燃料電池システム |
| JP2006287996A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Railway Technical Res Inst | 誘導集電装置の電圧飽和時の制御方法 |
| US9034495B2 (en) | 2007-02-05 | 2015-05-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| WO2009057616A1 (ja) * | 2007-11-02 | 2009-05-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システム |
| US8445153B2 (en) | 2007-11-02 | 2013-05-21 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell high-potential prevention control system |
| EP2192647A4 (en) * | 2007-11-21 | 2011-06-15 | Toyota Motor Co Ltd | FUEL CELL SYSTEM |
| JP4591721B2 (ja) * | 2007-11-21 | 2010-12-01 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| EP2192647A1 (en) * | 2007-11-21 | 2010-06-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| JP2009129639A (ja) * | 2007-11-21 | 2009-06-11 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| US8722266B2 (en) | 2007-11-21 | 2014-05-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| US8722265B2 (en) | 2007-11-21 | 2014-05-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| WO2009066587A1 (ja) * | 2007-11-21 | 2009-05-28 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システム |
| JP2012252998A (ja) * | 2011-05-12 | 2012-12-20 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2013062097A (ja) * | 2011-09-13 | 2013-04-04 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| CN113137711A (zh) * | 2021-03-15 | 2021-07-20 | 珠海格力电器股份有限公司 | 空调及其耗电量确定方法、装置、存储介质及处理器 |
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