WO2016006255A1 - 燃料電池システムの制御方法、燃料電池システム、及び電力制御装置 - Google Patents
燃料電池システムの制御方法、燃料電池システム、及び電力制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2016006255A1 WO2016006255A1 PCT/JP2015/003492 JP2015003492W WO2016006255A1 WO 2016006255 A1 WO2016006255 A1 WO 2016006255A1 JP 2015003492 W JP2015003492 W JP 2015003492W WO 2016006255 A1 WO2016006255 A1 WO 2016006255A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- power
- generation unit
- fuel cell
- power generation
- cell system
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 151
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims abstract description 65
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 14
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 65
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 8
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000337007 Oceania Species 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04858—Electric variables
- H01M8/04865—Voltage
- H01M8/04873—Voltage of the individual fuel cell
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- 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
- H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- 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
- H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- 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
- H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
- H01M8/04388—Pressure; Ambient pressure; Flow of anode reactants at the inlet or inside the fuel cell
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- 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
- H01M8/04537—Electric variables
- H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- 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
- H01M8/04537—Electric variables
- H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
- H01M8/04619—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04746—Pressure; Flow
- H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04858—Electric variables
- H01M8/04865—Voltage
- H01M8/0488—Voltage of fuel cell stacks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04858—Electric variables
- H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
- H01M8/0494—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
-
- 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
- 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
Definitions
- the present invention relates to a control method for a fuel cell system, a fuel cell system, and a power control device.
- Fuel cells generate direct-current power through a chemical reaction between hydrogen extracted by reforming from city gas or propane gas supplied to the home, and oxygen in the air.
- the fuel cell is used in a place where the load fluctuation is severe such as at home, it is difficult to change the gas supply amount following the change speed of the power consumption. If the power generation is performed in a state where the gas is not sufficiently supplied when the load increases, not only the necessary power can be obtained but also the life of the fuel cell may be affected.
- Patent Document 1 proposes a fuel cell system that maintains the output voltage drop rate of the fuel cell module at a predetermined value when the power consumption of the load increases rapidly. This is to prevent a so-called concentration overvoltage in which a voltage drop occurs because the gas is not sufficiently supplied when the load suddenly increases. In this way, by taking out the DC power while keeping the rate of change of the DC output voltage constant, it is possible to supply stable power without the voltage dropping rapidly.
- An object of the present invention made in view of such points is to provide a fuel cell system or the like that can reduce the power purchased from the system even when the load fluctuates.
- a control method of a fuel cell system is a control method of a fuel cell system including a power generation unit and a power control device that controls the power generation unit, and a processing procedure by the power control device Includes a monitoring step of monitoring power consumption of a load device to which the fuel cell system supplies power, a temperature acquisition step of acquiring a temperature in the power generation unit, and a gas filling amount acquisition of acquiring a gas filling amount in the power generation unit And a control step of controlling the change rate of the output voltage of the power generation unit based on the temperature in the power generation unit and the gas filling amount in the power generation unit when the power consumption increases.
- a fuel cell system is a fuel cell system including a power generation unit and a power control device that controls the power generation unit, and the power control device includes the fuel cell system.
- the rate of change of the output voltage of the power generation unit is controlled based on the temperature in the power generation unit and the gas filling amount in the power generation unit.
- the power control device is a power control device that controls a power generation unit, and the power control device has increased power consumption of a load device that supplies power generated by the power generation unit.
- the change rate of the output voltage of the power generation unit is controlled based on the temperature in the power generation unit and the gas filling amount in the power generation unit.
- 1 is a block diagram showing a fuel cell system and peripheral devices according to an embodiment of the present invention.
- 2 shows a control flow of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. It is a figure which shows the relationship between the output current and output voltage of the fuel cell module in the fuel cell system which concerns on embodiment of this invention. It is a figure which shows the example of control of the output electric power of the fuel cell module in the fuel cell system which concerns on embodiment of this invention.
- a fuel cell system 100 includes a fuel cell module (power generation unit) 101, a gas solenoid valve 2, a gas flow meter 3, a gas pump 4, a fuel cell control unit 7, a power control device 102, A current sensor 11.
- a gas meter 1, a load (load device) 12, a system 13, and gas devices 14a to 14c used together with the fuel cell system 100 are also shown in FIG.
- the fuel cell module 101 in the present embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC).
- SOFC solid oxide fuel cell
- the fuel cell module 101 is a module that generates power upon receiving gas fuel.
- the fuel cell module 101 includes a cell stack 5 for generating power by reacting fuel gas and air supplied via the gas meter 1, and a heater for heating the cell stack 5 to maintain a temperature suitable for power generation. 6 etc.
- the cell stack 5 is configured by stacking a plurality of power generation cells made of a high heat resistant material such as ceramics.
- the heater 6 is an electric heater that receives power supplied from the fuel cell module 101 or the system 13 and heats the cell stack 5.
- the heater 6 is arranged to increase the temperature of the cell stack 5, but may be configured to also serve as a freeze prevention heater of the fuel cell system 100.
- the gas solenoid valve 2 is a valve that opens and closes the gas supply path to the fuel cell module 101, and has a mechanism for opening and closing the gas supply path using the force of an electromagnet.
- the gas solenoid valve 2 opens and closes the fuel gas supplied to each household via the gas meter 1.
- the gas flow meter 3 is a flow meter for measuring the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell module 101 via the gas meter 1 and the gas solenoid valve 2.
- the gas flow rate information measured at regular sampling times is transmitted to the fuel cell control unit 7 by communication.
- the gas pump 4 adjusts the flow rate of gas supplied to the fuel cell module 101 by swinging a diaphragm provided inside the pump head.
- the fuel cell control unit 7 to be described later adjusts the gas flow rate supplied to the fuel cell module 101 by controlling the gas pump 4 based on the gas flow rate information obtained from the gas flow meter 3.
- the fuel cell control unit 7 includes a controller that executes a program and a memory that stores the program and various types of information.
- the controller stores a CPU (Central Processing Unit), an input / output circuit, a timer circuit, and the like in one integrated circuit.
- the controller acquires information from the fuel cell module 101 and the like, and executes a program for controlling each functional block.
- the fuel cell control unit 7 acquires various types of information from the gas flow meter 3, the fuel cell module 101, the power control device 102, and the like, as indicated by broken lines in FIG.
- the fuel cell control unit 7 can acquire the temperature of the cell stack 5 from, for example, a temperature sensor in the fuel cell module 101.
- the fuel cell control unit 7 also transmits a control signal indicated by a broken line based on the acquired information, and controls the gas solenoid valve 2, the gas pump 4, the fuel cell module 101, and the like. Note that transmission of various signals indicated by broken lines may be performed by wired communication or wireless communication may be used.
- the power control device 102 converts the power generated by the fuel cell module 101 and supplies it to the load 12.
- the power control apparatus 102 includes a DC / DC converter 8, an inverter 9, and a power control unit 10.
- the DC / DC converter 8 boosts or steps down the direct current power supplied from the fuel cell module 101 while maintaining the direct current, and outputs it to the inverter 9.
- the inverter 9 converts the DC power supplied from the fuel cell module 101 via the DC / DC converter 8 into 100V or 200V AC power and supplies it to the load 12.
- the power control unit 10 controls the DC / DC converter 8 and the inverter 9 so that the output power of the fuel cell system 100 follows the power consumption of the load 12.
- the power control unit 10 also communicates with the fuel cell control unit 7 and acquires various types of information regarding the operating state of the fuel cell module 101 and the like.
- the gas meter 1 is connected in series to a gas pipe that supplies fuel gas to each general household.
- the fuel gas passing through the gas meter 1 is branched into a plurality of paths and supplied to the fuel cell system 100 and the other gas equipments 14a to 14c. With this configuration, the gas meter 1 measures the total gas flow rate consumed in all gas appliances used in the home including the fuel cell system 100.
- the gas appliances 14a to 14c are gas appliances used in general households, such as a gas stove, a gas stove, and a gas water heater. In the present embodiment, three other gas devices are illustrated, but any number of gas devices can be connected.
- the current sensor 11 detects a current flowing between the fuel cell system 100 and the system 13.
- the fuel cell system 100 stops power generation. While the current sensor 11 detects a forward power flow, the fuel cell system 100 performs power generation in a load following operation or a rated operation on the assumption that power can be supplied to the load 12 from itself.
- the load 12 is a load that operates at a single-phase AC 100V or 200V used at home.
- Examples of the load 12 include electric appliances such as a refrigerator, an emergency light, a hot water supply system, or a home network server that should avoid power outages as much as possible, and general household appliances such as a dryer, a home game machine, or an audio system for listening to music.
- load can be any number of electrical devices such as these.
- this invention is not limited to this form. Since a three-phase three-wire 200V is often used for a commercial refrigerator, an air conditioner, or a motor drive in a factory, an inverter for converting to a three-phase 200V may be arranged instead of the inverter 9.
- the load 12 to be connected is described assuming an electrical device that can be used in Japan.
- the load can be appropriately changed in consideration of the use of an electrical device that can be used outside of Japan.
- an inverter capable of outputting AC 220 to 240V may be arranged so that electrical devices usable in Asia, Oceania and Europe can be connected.
- the fuel cell control unit 7 first turns on the heater 6 and periodically acquires information about the temperature of the cell stack 5 from the fuel cell module 101. Then, when the temperature of the cell stack 5 reaches a temperature suitable for power generation of the solid oxide fuel cell (for example, about 700 ° C.), the fuel cell control unit 7 opens the gas electromagnetic valve 2 to the fuel cell module 101. The fuel gas supply starts. As a result, the fuel cell module 101 is activated and starts power generation (step S101).
- a temperature suitable for power generation of the solid oxide fuel cell for example, about 700 ° C.
- the power control apparatus 102 starts the operation of the DC / DC converter 8 and the inverter 9 and controls the output voltage of the inverter 9 to be AC 100V or 200V.
- the fuel cell control unit 7 starts power supply from the fuel cell system 100 to the load 12 (step S102).
- step S102 after the power supply to the load 12 is started, the power control apparatus 102 monitors the output voltage of the fuel cell module 101, and the output voltage lowering speed is a predetermined value: V1 [V / sec. ], Gradually increase the power supplied to the load 12 (step S103).
- V1 [V / sec. ]
- step S103 Gradually increase the power supplied to the load 12
- the voltage drop rate is limited.
- the value of V1 is 0.5 [V / sec. ] Can be employed.
- FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the output current and output voltage of the fuel cell module 101.
- the output voltage of the fuel cell module 101 gradually decreases when the current is increased to increase the output power.
- the power control apparatus 102 gradually increases the output power of the power control apparatus 102 so that the decrease in the output voltage becomes a predetermined voltage drop speed V1.
- the change in the output power of the fuel cell module 101 at that time is, for example, the change shown in the section (1) in FIG.
- the change in the output power in the section (1) is 18 [W / sec. ].
- the power consumption of the load 12 in the section (1) is indicated by a broken line, and the power that cannot be covered by the output of the fuel cell module 101 is supplied from the grid 13.
- the state in which the load following operation is performed is a state in which the generated power is controlled to output power substantially equal to the power consumption of the load 12, for example, as in section (2) in FIG.
- the power control device 102 constantly monitors the detected current of the current sensor 11 and controls the output power of the fuel cell system 100 so that a current in the forward flow direction slightly flows through the current sensor 11. Then, the output power of the fuel cell system 100 is limited so that a reverse power flow from the fuel cell system 100 to the grid 13 does not occur (step S104). Therefore, during the load following operation, the output power of the fuel cell system 100 is slightly smaller than the power consumption of the load 12.
- the power control apparatus 102 communicates with the fuel cell control unit 7, the temperature te [° C.] in the fuel cell module 101, the supplied gas flow rate Gr [L / sec. ], Information about the output power P [W] is acquired (step S105).
- the power control apparatus 102 determines whether or not the output power P of the fuel cell system 100 is equal to or less than the output power target value Pa (step S106).
- the output power target value Pa is determined from the power consumption in the load.
- the power control apparatus 102 determines whether or not the fuel cell module internal temperature te [° C.] is equal to or higher than the fuel cell module internal temperature threshold Te1 [° C.] (step).
- the temperature threshold value Te1 [° C.] in the fuel cell module is a measure of the temperature required to operate the fuel cell efficiently. In the present embodiment, for example, 700 [° C.] can be selected as a temperature suitable for Te1.
- the power control apparatus 102 determines whether or not the fuel filling amount in the fuel cell module 101 is equal to or higher than a predetermined level G1 [L] (step S108). This is because if the generated power is rapidly increased while the fuel filling amount in the fuel cell module 101 is not sufficient (the output voltage drop rate is rapidly increased), the problem of concentration overvoltage occurs. Concentration overvoltage is a phenomenon in which the voltage decreases because the supply and removal of reactants and reaction products at the electrode are slow and the electrode reaction is inhibited.
- the amount of fuel filling is the flow rate Gr [L / sec. ]
- the measurement time Ti [sec. ] Can be calculated as a value obtained by subtracting the amount G used of the fuel cell module 101 at that time.
- the measurement time Ti for example, the time from 10 seconds before detecting the increase in power consumption to the time of detection can be used.
- the fuel usage amount G used can be calculated from, for example, the power generated by the fuel cell module 101 at the time.
- the rate of decrease in the output voltage of the fuel cell module 101 is V2 [V / sec. ]
- V2 is larger than V1
- V2 1.0 [V / sec. ].
- Changes in the output power of the fuel cell module 101 when the voltage drop rate is V2 are, for example, as shown in the sections (3) and (5) of FIG. Although power purchase from the grid 13 is still necessary, the load follow-up operation is reached in about a half of the time, so that the purchased power from the grid 13 can be reduced to about half.
- the power control apparatus 102 maintains the voltage drop rate at V2, and continues the operation until the output power P of the fuel cell module 101 becomes equal to the output power target value Pa or the output power P reaches the rated output (step) S112).
- the power control apparatus 102 sets the voltage decrease rate to V1 (step S115), and the fuel cell If it has not stopped (step S116), it returns to step S104 and continues control. On the other hand, if the fuel cell is in the stopped state in step S116, this control flow ends.
- step S107 when the fuel cell module internal temperature te [° C.] is less than the fuel cell module internal temperature threshold Te1 [° C.], the power control apparatus 102 maintains the voltage decrease rate at V1 (step S109). Similarly, when the fuel filling amount in the fuel cell module 101 is less than the predetermined level G1 [L] in step S108, the power control apparatus 102 similarly maintains the voltage decrease rate at V1 (step S109). .
- the gas flow rate Gr [L / sec. ] Is increased from Gr1 to Gr2 (step S110), for example, after 10 seconds have elapsed (step S111), the voltage drop rate is set to V2 (step S113).
- the subsequent processing is the same as the control flow described above.
- the gas flow rate to the fuel cell module 101 is increased even when the temperature in the fuel cell module 101 does not reach a predetermined temperature, and a predetermined time (10 seconds in the above embodiment) is reached. This is a process for avoiding the problem of concentration overvoltage by allowing the time to elapse. By these processes, the gas filling amount in the fuel cell module 101 becomes equal to or more than a predetermined amount, and the temperature in the fuel cell module 101 is expected to rise to a certain level, so that concentration overvoltage can be avoided.
- the fuel cell module 101 may be operated so as to have a rated output, and surplus power not consumed by the load may be charged to the storage battery or the like.
- the temperature of the fuel cell module 101 and the rate of decrease of the output voltage are set under the condition that the gas filling amount is a certain level or more. I tried to make it bigger. With this configuration, even when the power consumption of the load 12 increases, it is possible to reduce the time until the load follow-up while avoiding the problem of concentration overvoltage. And since the utilization efficiency of a fuel cell can be improved, the electric power purchased from the system
- the gas filling amount in the fuel cell module 101 is calculated from the gas flow rate flowing into the fuel cell module 101 and the gas amount used in the fuel cell module 101.
- the gas flow rate is increased for a predetermined time and then output. Increased the voltage drop rate.
- the computer system and other hardware include, for example, a general-purpose computer, a PC (personal computer), a dedicated computer, a workstation, a PCS (Personal Communications System, a personal mobile communication system), an electronic note pad, a laptop computer, or other program Possible data processing devices are included.
- the various operations are performed by dedicated circuitry (e.g., individual logic gates interconnected to perform specific functions) or one or more processors implemented with program instructions (software). Note that the program is executed by a logical block or a program module.
- processors that execute logic blocks or program modules include, for example, one or more microprocessors, CPU (central processing unit), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), DSP (Digital Signal Processor), PLD (Programmable Logic Device), FPGA (Field Programmable Gate Array), processor, controller, microcontroller, microprocessor, electronic device, other devices designed to perform the functions described herein, and / or any combination thereof Is included.
- CPU central processing unit
- ASIC Application Specific Integrated Circuit
- DSP Digital Signal Processor
- PLD Programmable Logic Device
- FPGA Field Programmable Gate Array
- processor controller, microcontroller, microprocessor, electronic device, other devices designed to perform the functions described herein, and / or any combination thereof Is included.
- the embodiment shown here is implemented by, for example, hardware, software, firmware, middleware, microcode, or any combination thereof.
- the machine-readable non-transitory storage medium used here can be further configured as a computer-readable tangible carrier (medium) composed of solid state memory, magnetic disk and optical disk.
- a medium stores an appropriate set of computer instructions such as program modules for causing a processor to execute the technology disclosed herein, and a data structure.
- Computer readable media includes electrical connections with one or more wires, magnetic disk storage media, and other magnetic and optical storage devices (eg, CD (Compact Disk), Laser Disk (registered trademark), DVD ( (Registered trademark) (Digital Versatile Disc) and Blu-ray Disc (registered trademark), portable computer disk, RAM (Random Access Memory), ROM (Read-Only Memory), EPROM, EEPROM, flash memory, etc.
- ROM other tangible storage media capable of storing information, or any combination thereof.
- the memory can be provided inside and / or outside the processor / processing unit.
- the term “memory” means any type of long-term storage, short-term storage, volatile, non-volatile, or other memory in which a particular type or number of memories or storage is stored. The type of medium is not limited.
- Disclosed herein is a system as having various modules and / or units that perform a particular function, and these modules and units are schematically illustrated to briefly describe their functionality. Note that it does not necessarily represent specific hardware and / or software. Thus, the various aspects of the present disclosure can be implemented in many different ways, all of which are within the scope of the present disclosure.
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
負荷が変動する時でも、系統から購入する電力を低減することができる燃料電池システムを提供する為、本発明に係る燃料電池システム１００の制御方法は、発電部１０１と、該発電部１０１の制御を行う電力制御装置１０２とを備えた燃料電池システム１００の制御方法であって、電力制御装置１０２による処理手順は、燃料電池システム１００が電力供給を行う負荷機器１２の消費電力を監視する監視ステップと、発電部１０１内の温度を取得する温度取得ステップと、発電部１０１内のガス充填量を取得するガス充填量取得ステップと、消費電力が増加したときに、発電部１０１内の温度と該発電部１０１内のガス充填量とに基づいて、該発電部１０１の出力電圧の変化速度を制御する制御ステップとを含むことを特徴とする。
Description
本出願は、２０１４年７月１０日に出願された日本国特許出願第２０１４－１４２７４８号に基づく優先権を主張するものであり、これらの特許出願の明細書全体を参照によって本願明細書に引用する。
本発明は、燃料電池システムの制御方法、燃料電池システム、及び電力制御装置に関する。
燃料電池は、家庭に供給される都市ガス又はプロパンガスなどから改質して取り出された水素と、空気中の酸素との化学反応によって直流電力を発電する。ところが、燃料電池が家庭等の負荷変動が激しい場所で用いられる場合には、消費電力の変化速度に追従してガスの供給量を変化させることは難しい。そして仮に、負荷が増大した時に、ガスが十分に供給されない状態で発電を行うとすれば、必要な電力が得られないばかりでなく、燃料電池の寿命に影響を与える可能性がある。
特許文献１は、負荷の消費電力が急激に増大した場合に、燃料電池モジュールの出力電圧の降下速度を所定の値に維持する燃料電池システムが提案されている。これは、負荷が急激に増大した時にガスが十分に供給されないために電圧低下が発生する、いわゆる濃度過電圧を防止するためである。このように直流出力電圧の変化率を一定にして直流電力を取り出すことにより、電圧が急激に下降することなく安定した電力を供給することが可能となる。
しかし、特許文献１の燃料電池システムにおいても、所定の電圧下降速度を維持して徐々に出力電力を増大させていく過程においては、負荷における消費電力の全てを燃料電池から供給することができない。このため、不足分の電力は系統から供給を受けることになる。このように、特許文献１の燃料電池システムは、適宜系統から買電をする必要があるため、燃料電池の利点を最大限に活かすことができない場合がある。
かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、負荷が変動する時でも、系統から購入する電力を低減することができる燃料電池システム等を提供することにある。
本発明の実施形態に係る燃料電池システムの制御方法は、発電部と、該発電部の制御を行う電力制御装置とを備えた燃料電池システムの制御方法であって、前記電力制御装置による処理手順は、前記燃料電池システムが電力供給を行う負荷機器の消費電力を監視する監視ステップと、前記発電部内の温度を取得する温度取得ステップと、前記発電部内のガス充填量を取得するガス充填量取得ステップと、前記消費電力が増加したときに、前記発電部内の温度と該発電部内のガス充填量とに基づいて、該発電部の出力電圧の変化速度を制御する制御ステップとを含む。
また、本発明の実施形態に係る燃料電池システムは、発電部と、該発電部の制御を行う電力制御装置とを備えた燃料電池システムであって、前記電力制御装置は、前記燃料電池システムが電力供給を行う負荷機器の消費電力が増加したときに、前記発電部内の温度と該発電部内のガス充填量とに基づいて、該発電部の出力電圧の変化速度を制御する。
また、本発明の実施形態に係る電力制御装置は、発電部の制御を行う電力制御装置であって、前記電力制御装置は、前記発電部の発電電力を供給する負荷機器の消費電力が増加したときに、前記発電部内の温度と該発電部内のガス充填量とに基づいて、該発電部の出力電圧の変化速度を制御する。
本発明によれば、負荷が変動する時でも、系統から購入する電力を低減することができる燃料電池システム等を提供することができる。
図１において、太い実線は電力が流れる経路を示し、太い破線は燃料ガスが流れる経路を示す。また、細い破線は制御信号又は通信される情報の流れを表す。本実施形態に係る燃料電池システム１００は、燃料電池モジュール（発電部）１０１と、ガス電磁弁２と、ガス流量計３と、ガスポンプ４と、燃料電池制御部７と、電力制御装置１０２と、電流センサ１１とを備える。また、燃料電池システム１００と共に使用されるガスメータ１，負荷（負荷機器）１２，系統１３，ガス機器１４ａ～１４ｃを図１に併せて示す。本実施形態における燃料電池モジュール１０１は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。なお、本明細書において、「系統」は、商用電源系統の意味で用いるものとする。
燃料電池モジュール１０１は、ガス燃料の供給を受けて発電を行うモジュールである。燃料電池モジュール１０１は、ガスメータ１を経由して供給される燃料ガスと空気を反応させて発電を行うためのセルスタック５と、セルスタック５を加熱して発電に適した温度に保つためのヒータ６等を備える。セルスタック５は、例えばセラミックスなどの高耐熱性の材料で作られた複数の発電セルを積層して構成される。ヒータ６は、燃料電池モジュール１０１又は系統１３から電力の供給を受けてセルスタック５の加熱を行う電気ヒータである。
なお、本実施形態において、ヒータ６は、セルスタック５の温度を上昇させるために配置しているが、燃料電池システム１００の凍結防止ヒータを兼ねるように構成してもよい。
ガス電磁弁２は、燃料電池モジュール１０１へのガス供給路の開閉を行う弁であり、電磁石の力を用いてガスの供給路を開閉する仕組みを持つ。本実施形態においては、ガス電磁弁２は、ガスメータ１を経由して各家庭に供給される燃料ガスの開閉を行う。
ガス流量計３は、ガスメータ１及びガス電磁弁２を経由して燃料電池モジュール１０１に供給される燃料ガスの流量を計測するための流量計である。一定のサンプリング時間ごとに計測されたガス流量情報は、通信により燃料電池制御部７に送信される。
ガスポンプ４は、ポンプヘッド内部に設けたダイアフラムを搖動させることにより、燃料電池モジュール１０１へ供給されるガス流量の調整を行う。後述する燃料電池制御部７は、ガス流量計３から得たガス流量情報に基づきガスポンプ４を制御することにより、燃料電池モジュール１０１に供給されるガス流量の調整を行う。
燃料電池制御部７は、プログラムを実行させるコントローラと、プログラム及び各種情報を記憶するメモリとを備える。ここで、コントローラは、ＣＰＵ(中央演算処理ユニット)、入出力回路、タイマー回路などを一つの集積回路に格納したものである。コントローラは、燃料電池モジュール１０１等から情報の取得を行い、各機能ブロックの制御を行うためのプログラムを実行させる。燃料電池制御部７は、図１において破線で示すように、ガス流量計３、燃料電池モジュール１０１、電力制御装置１０２等から各種情報を取得する。燃料電池制御部７は、例えば燃料電池モジュール１０１内の温度センサから、セルスタック５の温度を取得することができる。また、燃料電池制御部７は、取得したこれらの情報に基づき、同じく破線で示す制御信号を送信し、ガス電磁弁２、ガスポンプ４、燃料電池モジュール１０１等の制御を行う。なお、破線で示す各種信号の伝送は、有線通信によりおこなってもよいし、無線通信を利用してもよい。
電力制御装置１０２は、燃料電池モジュール１０１で発電された電力の変換を行い、負荷１２に供給する。電力制御装置１０２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８と、インバータ９と、電力制御部１０とを備える。
ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、燃料電池モジュール１０１から供給された直流電力を直流のまま昇圧又は降圧して、インバータ９に出力する。
インバータ９は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８経由で燃料電池モジュール１０１から供給された直流電力を１００Ｖ又は２００Ｖの交流電力に変換し、負荷１２に供給する。
電力制御部１０は、負荷１２の消費電力に燃料電池システム１００の出力電力を追従させるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ８及びインバータ９の制御を行う。電力制御部１０は、また燃料電池制御部７と通信し、燃料電池モジュール１０１の運転状態等に関する各種情報を取得する。
ガスメータ１は、各一般家庭に燃料ガスを供給するガス配管に直列に接続される。ガスメータ１を経由した燃料ガスは、複数経路に分岐され、燃料電池システム１００及び他のガス機器１４ａ～１４ｃへと供給される。ガスメータ１は、この構成により、燃料電池システム１００を含む家庭内で使用される全てのガス機器において消費される全ガス流量を計測する。
ガス機器１４ａ～１４ｃは、一般家庭で使用されるガス機器であり、例えば、ガスコンロ、ガスストーブ、ガス給湯器等である。なお、本実施形態においては、他のガス機器を３つ例示したが、任意の個数のガス機器を接続することができる。
電流センサ１１は、燃料電池システム１００と系統１３との間を流れる電流を検出するものである。日本では、燃料電池システム１００が発電する電力は売電不可能と規定されているため、電流センサ１１が系統１３側への逆潮流（売電方向の電流）を検出した場合には、燃料電池システム１００は発電を停止する。電流センサ１１が順潮流を検出する間、燃料電池システム１００は負荷１２に自身から電力を供給できるものとして負荷追従運転又は定格運転での発電を実行する。
負荷１２は、家庭で使用される単相交流１００Ｖ又は２００Ｖで動作する負荷である。負荷１２の例としては、冷蔵庫、非常用電灯、給湯システム又は家庭用ネットワークサーバなどの停電を極力回避すべき電気製品の他、ドライヤー、家庭用ゲーム機又は音楽鑑賞用オーディオシステムなどの家庭用一般負荷などが挙げられる。負荷１２は、これらのような任意の数の電気機器とすることができる。
なお、本実施形態においては、単相交流２００Ｖ又は単相交流１００Ｖを負荷１２に出力する構成としているが、本発明はこの形態には限定されない。業務用の冷蔵庫、エアコン、又は工場でのモータ駆動等には三相３線２００Ｖがよく用いられるため、インバータ９に代えて三相２００Ｖに変換するためのインバータを配置してもよい。
なお、本実施形態においては、接続する負荷１２として日本国内で使用可能な電気機器を想定して記載したが、日本国外で使用可能な電気機器の使用も考慮して適宜変更をなし得る。例えば、インバータ９の代わりに交流２２０～２４０Ｖを出力可能なインバータを配置し、アジア、オセアニア及びヨーロッパ地域で使用可能な電気機器を接続可能に構成することも可能である。
図２において、燃料電池制御部７は、まずヒータ６をオンすると共に、セルスタック５の温度に関する情報を燃料電池モジュール１０１から定期的に取得する。そして燃料電池制御部７は、セルスタック５の温度が、固体酸化物形燃料電池の発電に適した温度（例えば約７００℃）に到達すると、ガス電磁弁２を開いて、燃料電池モジュール１０１への燃料ガスの供給を開始する。これにより燃料電池モジュール１０１は起動し発電を開始する（ステップＳ１０１）。
電力制御装置１０２は、燃料電池モジュール１０１が発電を開始すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ８及びインバータ９の動作を開始させ、インバータ９の出力電圧が交流１００Ｖ又は２００Ｖとなるように制御する。燃料電池制御部７は、インバータ９の出力が所定電圧になると、燃料電池システム１００から負荷１２への電力供給を開始させる（ステップＳ１０２）。
なお、ステップＳ１０２において負荷１２への電力供給を開始した後、電力制御装置１０２は、燃料電池モジュール１０１の出力電圧を監視し、出力電圧の下降速度が所定の値：Ｖ１［Ｖ／ｓｅｃ．］となるように負荷１２への供給電力を徐々に増加させる（ステップＳ１０３）。システムの起動時には燃料電池の動作が不安定になり得ることを考慮して、電圧下降速度を制限するのである。ここで例えば、セルスタック５がセルを３７６個直列接続したものである場合に、Ｖ１の値として、０．５［Ｖ／ｓｅｃ．］を採用することができる。図３は、燃料電池モジュール１０１の出力電流と出力電圧の関係を示す図である。燃料電池モジュール１０１は、出力電力を増加させるために電流を増加させると、徐々に出力電圧が減少していくことが分かる。電力制御装置１０２は、この出力電圧の減少が所定の電圧下降速度Ｖ１となるように、電力制御装置１０２の出力電力を徐々に増加させていく。その時の燃料電池モジュール１０１の出力電力の変化は、例えば図４の区間（１）のような変化となる。区間（１）における出力電力の変化は、１８［Ｗ／ｓｅｃ．］である。なお、区間（１）における負荷１２の消費電力を破線で表しており、燃料電池モジュール１０１の出力で賄うことができない電力については、系統１３から電力の供給を受ける。
電力制御装置１０２の出力電力が負荷１２の消費電力近くまで到達すると、燃料電池システム１００は、負荷追従運転に移行する。負荷追従運転している状態とは、例えば図４の区間（２）のように、負荷１２の消費電力にほぼ等しい電力を出力するように発電電力を制御している状態である。負荷追従運転において、電力制御装置１０２は、電流センサ１１の検出電流を常に監視し、電流センサ１１に僅かに順潮流方向の電流が流れるように燃料電池システム１００の出力電力の制御を行う。そして、燃料電池システム１００から系統１３への逆潮流が発生しないように燃料電池システム１００の出力電力の制限を行う（ステップＳ１０４）。従って、負荷追従運転時において、燃料電池システム１００の出力電力は、負荷１２の消費電力と比べて僅かに小さな値となる。
また、電力制御装置１０２は燃料電池制御部７と通信を行い、燃料電池モジュール１０１内の温度ｔｅ［℃］、供給されるガス流量Ｇｒ［Ｌ／ｓｅｃ．］、出力電力Ｐ［Ｗ］についての情報を取得する（ステップＳ１０５）。
電力制御装置１０２は、燃料電池システム１００の出力電力Ｐが、出力電力目標値Ｐａ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。ここで、出力電力目標値Ｐａは、負荷における消費電力から決定される。Ｐ≦Ｐａであると判定されると、電力制御装置１０２は、次に燃料電池モジュール内温度ｔｅ［℃］が燃料電池モジュール内温度閾値Ｔｅ１［℃］以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。ここで、燃料電池モジュール内温度閾値Ｔｅ１［℃］は、燃料電池を効率良く運転するために必要となる温度の目安である。本実施形態では、例えばＴｅ１に適した温度として７００［℃］を選択することができる。
次に、電力制御装置１０２は、燃料電池モジュール１０１内の燃料の充填量が所定のレベルＧ１［Ｌ］以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。燃料電池モジュール１０１内の燃料の充填量が十分でないうちに発電電力を急激に増加させると（出力電圧の下降速度を急激に大きくすると）、濃度過電圧の問題が生じるからである。濃度過電圧とは、電極における反応物質及び反応生成物の補給・除去が遅く、電極反応が阻害されるため、電圧が下がる現象である。
なお、燃料の充填量は、燃料電池モジュール１０１内に流入する流量Ｇｒ［Ｌ／ｓｅｃ．］に計測時間Ｔｉ［ｓｅｃ．］を乗じたものから、当該時間における燃料電池モジュール１０１の燃料使用量Ｇusedを差し引いた値として算出することができる。なお、この計測時間Ｔｉには、例えば消費電力の増加を検出する１０秒前から検出時までの時間を用いることができる。また、燃料使用量Ｇusedは例えば、当該時間における燃料電池モジュール１０１が発電する電力から算出することができる。
電力制御装置１０２は、ステップＳ１０８において、燃料電池モジュール１０１内の燃料の充填量が所定のレベル以上であると判定すると、燃料電池モジュール１０１の出力電圧の下降速度がＶ２［Ｖ／ｓｅｃ．］となるように負荷１２への供給電力を増加させる（ステップＳ１１３）。ここで、Ｖ２はＶ１よりも大きい値であり、例えば、Ｖ２＝１．０［Ｖ／ｓｅｃ．］とすることができる。電圧下降速度をＶ２とした時の燃料電池モジュール１０１の出力電力の変化は、例えば図４の区間（３），（５）のようになる。依然として、系統１３からの買電は必要になるものの、約２分の１の時間で負荷追従運転に達するため、系統１３からの購入電力を約半分に抑えることができる。
電力制御装置１０２は、電圧下降速度をＶ２に維持して、燃料電池モジュール１０１の出力電力Ｐが出力電力目標値Ｐａに等しくなるか、出力電力Ｐが定格出力になるまで運転を継続する（ステップＳ１１２）。そして、出力電力Ｐが出力電力目標値Ｐａに等しい、又は出力電力Ｐが定格出力になった場合には、電力制御装置１０２は、電圧下降速度をＶ１に設定し（ステップＳ１１５）、燃料電池が停止していなければ（ステップＳ１１６）、ステップＳ１０４に戻って制御を継続する。一方、ステップＳ１１６において燃料電池が停止状態であれば、本制御フローは終了する。
ステップＳ１０７において、燃料電池モジュール内温度ｔｅ［℃］が燃料電池モジュール内温度閾値Ｔｅ１［℃］未満であった場合には、電力制御装置１０２は、電圧下降速度をＶ１に維持する（ステップＳ１０９）。また、ステップＳ１０８において、燃料電池モジュール１０１内の燃料の充填量が所定のレベルＧ１［Ｌ］未満である場合も同様に、電力制御装置１０２は、電圧下降速度をＶ１に維持する（ステップＳ１０９）。そしてガス流量Ｇｒ［Ｌ／ｓｅｃ．］をＧｒ１からＧｒ２へと増加させて（ステップＳ１１０）、例えば１０秒間経過した後に（ステップＳ１１１）、電圧下降速度をＶ２に設定する（ステップＳ１１３）。それ以降の処理は、先に説明した制御フローと同様である。
ステップＳ１０９乃至Ｓ１１１の制御フローは、燃料電池モジュール１０１内の温度が所定の温度に達していない場合にも、燃料電池モジュール１０１へのガス流量を増加させ、一定時間（上記実施形態では１０秒）経過させることにより、濃度過電圧の問題を回避するための処理である。これらの処理により、燃料電池モジュール１０１内のガス充填量が所定量以上となり、燃料電池モジュール１０１内の温度が一定程度上昇することが見込まれるため、濃度過電圧を回避することができる。
なお、図４の出力電力の制御例において、区間（２），（４）で燃料電池モジュール１０１の出力電力Ｐが出力電力目標値Ｐａに等しくなった後は、負荷追従運転を行うように記載しているが、本実施形態はこの態様には限定されない。区間（２），（４）において燃料電池モジュール１０１が定格出力となるように運転し、負荷で消費されない余剰電力を蓄電池等に充電するように構成しても良い。燃料電池は、一般に負荷に追従して出力を変動させる負荷追従運転よりも、一定の定格出力を出し続ける定格運転を行う方が効率が良い。このため、燃料電池モジュール１０１が定格運転を行う構成とすることにより、更に全体の効率を高めることが可能となる。
以上述べたように、本実施形態によれば、燃料電池システム１００を負荷追従させる際に、燃料電池モジュール１０１内の温度、及びガス充填量が一定以上という条件の下で出力電圧の下降速度を大きくするようにした。この構成により、負荷１２の消費電力が増大した場合にも濃度過電圧の問題を回避しつつ、負荷追従までの時間を短縮することができる。そして燃料電池の利用効率を向上させることができるため、系統１３から購入する電力を抑制することができる。
また、本実施形態によれば、燃料電池モジュール１０１に流入するガス流量と、燃料電池モジュール１０１内で使用されたガス量とから燃料電池モジュール１０１内のガス充填量を算出するようにした。この構成により燃料電池モジュール１０１内のガス充填量を正確に把握することができるため、燃料電池の寿命に影響を与えることなく利用効率を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、燃料電池システム１００を負荷追従させる際に、燃料電池モジュール１０１内の温度が所定温度に達していない場合にも、所定時間の間ガス流量を増加させてから出力電圧の下降速度を大きくするようにした。この構成により、負荷１２の消費電力が増大した場合にも濃度過電圧の問題を回避しつつ、負荷追従までの時間を短縮することができる。そして燃料電池の利用効率を向上させることができるため、系統１３から購入する電力を抑制することができる。
本発明を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部及びステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
本開示内容の多くの側面は、プログラム命令を実行可能なコンピュータシステムその他のハードウェアによって実行される、一連の動作として示される。コンピュータシステムその他のハードウェアには、例えば、汎用コンピュータ、ＰＣ(パーソナルコンピュータ)、専用コンピュータ、ワークステーション、ＰＣＳ(Personal Communications System、パーソナル移動通信システム)、電子ノートパッド、ラップトップコンピュータ、又はその他のプログラム可能なデータ処理装置が含まれる。各実施形態では、種々の動作は、プログラム命令(ソフトウェア)で実装された専用回路(例えば、特定機能を実行するために相互接続された個別の論理ゲート)又は、１つ以上のプロセッサによって実行される論理ブロック若しくはプログラムモジュール等によって実行されることに留意されたい。論理ブロック又はプログラムモジュール等を実行する１つ以上のプロセッサには、例えば、１つ以上のマイクロプロセッサ、ＣＰＵ(中央演算処理ユニット)、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)、ＰＬＤ(Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子機器、ここに記載する機能を実行可能に設計されたその他の装置及び／又はこれらいずれかの組合せが含まれる。ここに示す実施形態は、例えば、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード又はこれらいずれかの組合せにより実装される。
ここで用いられる機械読取り可能な非一時的記憶媒体は、更に、ソリッドステートメモリ、磁気ディスク及び光学ディスクの範疇で構成されるコンピュータ読取り可能な有形のキャリア（媒体）として構成することができる。かかる媒体には、ここに開示する技術をプロセッサに実行させるためのプログラムモジュールなどのコンピュータ命令の適宜なセット及び、データ構造が格納される。コンピュータ読取り可能な媒体には、１つ以上の配線を備えた電気的接続、磁気ディスク記憶媒体、その他の磁気及び光学記憶装置(例えば、ＣＤ(Compact Disk)、レーザーディスク（登録商標）、ＤＶＤ（登録商標）(Digital Versatile Disc)及びブルーレイディスク（登録商標))、可搬型コンピュータディスク、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read-Only Memory)、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ若しくはフラッシュメモリ等の書換え可能でプログラム可能なＲＯＭ若しくは情報を格納可能な他の有形の記憶媒体又はこれらいずれかの組合せが含まれる。メモリは、プロセッサ／プロセッシングユニットの内部及び／又は外部に設けることができる。ここで用いられるように、「メモリ」という語は、あらゆる種類の長期記憶用、短期記憶用、揮発性、不揮発性その他のメモリを意味し、特定の種類若しくはメモリの数又は記憶が格納される媒体の種類は限定されない。
ここでは、特定の機能を実行する種々のモジュール及び／又はユニットを有するものとしてのシステムを開示しており、これらのモジュール及びユニットは、その機能性を簡略に説明するために模式的に示されたものであって、必ずしも特定のハードウェア及び／又はソフトウェアを示すものではないことに留意されたい。このように、本開示内容の種々の側面は、多くの異なる態様で実施することができ、それらの態様はすべて本開示内容の範囲に含まれる。
１ ガスメータ
２ ガス電磁弁
３ ガス流量計
４ ガスポンプ
５ セルスタック
６ ヒータ
７ 燃料電池制御部
８ ＤＣ／ＤＣコンバータ
９ インバータ
１０ 電力制御部
１１ 電流センサ
１２ 負荷（負荷機器）
１３ 系統
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ ガス機器
１００ 燃料電池システム
１０１ 燃料電池モジュール（発電部）
１０２ 電力制御装置
２ ガス電磁弁
３ ガス流量計
４ ガスポンプ
５ セルスタック
６ ヒータ
７ 燃料電池制御部
８ ＤＣ／ＤＣコンバータ
９ インバータ
１０ 電力制御部
１１ 電流センサ
１２ 負荷（負荷機器）
１３ 系統
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ ガス機器
１００ 燃料電池システム
１０１ 燃料電池モジュール（発電部）
１０２ 電力制御装置
Claims (15)
- 発電部と、該発電部の制御を行う電力制御装置とを備えた燃料電池システムの制御方法であって、前記電力制御装置による処理手順は、
前記燃料電池システムが電力供給を行う負荷機器の消費電力を監視する監視ステップと、
前記発電部内の温度を取得する温度取得ステップと、
前記発電部内のガス充填量を取得するガス充填量取得ステップと、
前記消費電力が増加したときに、前記発電部内の温度と該発電部内のガス充填量とに基づいて、該発電部の出力電圧の変化速度を制御する制御ステップと
を含む、燃料電池システムの制御方法。 - 前記出力電圧の変化速度の制御は、前記燃料電池システムの出力電力を変化させることにより行う、請求項１に記載の燃料電池システムの制御方法。
- 前記制御ステップは、前記発電部内の温度が所定温度以上であり、且つ前記発電部内のガス充填量が所定充填量以上であるときに、前記出力電圧の下降速度を大きくするように制御する、請求項１又は２に記載の燃料電池システムの制御方法。
- 前記ガス充填量取得ステップは、前記消費電力が増加する第１所定時間前からの前記発電部に流入するガス流量と、該発電部内で使用されたガス量とから該発電部内のガス充填量を算出することにより取得する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料電池システムの制御方法。
- 前記制御ステップは、前記発電部内の温度が所定温度未満であるときに、前記消費電力が増加してから第２所定時間の間ガス流量を所定流量だけ増加させた後に、前記出力電圧の下降速度を大きくするように制御する、請求項１又は２に記載の燃料電池システムの制御方法。
- 前記出力電圧の下降速度を大きくする制御は、前記燃料電池システムの出力電力が出力電力目標値又は定格出力電力に達するまで継続させる、請求項３又は５に記載の燃料電池システムの制御方法。
- 前記発電部内で使用されたガス量は、前記燃料電池システムの出力電力から算出する、請求項４に記載の燃料電池システムの制御方法。
- 発電部と、該発電部の制御を行う電力制御装置とを備えた燃料電池システムであって、
前記電力制御装置は、前記燃料電池システムが電力供給を行う負荷機器の消費電力が増加したときに、前記発電部内の温度と該発電部内のガス充填量とに基づいて、該発電部の出力電圧の変化速度を制御することを特徴とする、燃料電池システム。 - 発電部の制御を行う電力制御装置であって、
前記電力制御装置は、前記発電部の発電電力を供給する負荷機器の消費電力が増加したときに、前記発電部内の温度と該発電部内のガス充填量とに基づいて、該発電部の出力電圧の変化速度を制御することを特徴とする、電力制御装置。 - 前記電力制御装置の出力電力を変化させることにより前記出力電圧の変化速度の制御を行う、請求項９に記載の電力制御装置。
- 前記発電部内の温度が所定温度以上であり、且つ前記発電部内のガス充填量が所定充填量以上であるときに、前記出力電圧の下降速度を大きくするように制御を行う、請求項９又は１０に記載の電力制御装置。
- 前記消費電力が増加する第１所定時間前からの前記発電部に流入するガス流量と、該発電部内で使用されたガス量とから該発電部内のガス充填量を算出する、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の電力制御装置。
- 前記発電部内の温度が所定温度未満であるときに、前記消費電力が増加してから第２所定時間の間ガス流量を所定流量だけ増加させた後に、前記出力電圧の下降速度を大きくするように制御する、請求項９又は１０に記載の電力制御装置。
- 前記出力電圧の下降速度を大きくする制御は、前記出力電力が出力電力目標値又は定格出力電力に達するまで継続させる、請求項１１又は１３に記載の電力制御装置。
- 前記発電部内で使用されたガス量は、前記出力電力から算出する、請求項１２に記載の電力制御装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP15819614.7A EP3168912A4 (en) | 2014-07-10 | 2015-07-10 | Control method for fuel cell system, fuel cell system, and power control device |
| JP2016532448A JP6235139B2 (ja) | 2014-07-10 | 2015-07-10 | 燃料電池システムの制御方法、燃料電池システム、及び電力制御装置 |
| US15/325,423 US20170162891A1 (en) | 2014-07-10 | 2015-07-10 | Control method for fuel cell system, fuel cell system, and power control device |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014142748 | 2014-07-10 | ||
| JP2014-142748 | 2014-07-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2016006255A1 true WO2016006255A1 (ja) | 2016-01-14 |
Family
ID=55063903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2015/003492 WO2016006255A1 (ja) | 2014-07-10 | 2015-07-10 | 燃料電池システムの制御方法、燃料電池システム、及び電力制御装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20170162891A1 (ja) |
| EP (1) | EP3168912A4 (ja) |
| JP (1) | JP6235139B2 (ja) |
| WO (1) | WO2016006255A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017182895A (ja) * | 2016-03-28 | 2017-10-05 | 東京瓦斯株式会社 | 発電システム |
| WO2019003942A1 (ja) * | 2017-06-29 | 2019-01-03 | 京セラ株式会社 | 発電装置、制御装置、および制御プログラム |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005209467A (ja) * | 2004-01-22 | 2005-08-04 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| US20080003462A1 (en) * | 2006-06-29 | 2008-01-03 | More Energy Ltd. | Digital logic control DC-to-DC converter with controlled input voltage and controlled power output |
| JP2008084715A (ja) * | 2006-09-28 | 2008-04-10 | Kyocera Corp | 固体電解質形燃料電池システム |
| JP2008218340A (ja) * | 2007-03-07 | 2008-09-18 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4964476B2 (ja) * | 2006-02-21 | 2012-06-27 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システムと燃料電池の起動方法 |
| JP5151293B2 (ja) * | 2007-07-24 | 2013-02-27 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池の運転方法 |
-
2015
- 2015-07-10 US US15/325,423 patent/US20170162891A1/en not_active Abandoned
- 2015-07-10 WO PCT/JP2015/003492 patent/WO2016006255A1/ja active Application Filing
- 2015-07-10 JP JP2016532448A patent/JP6235139B2/ja active Active
- 2015-07-10 EP EP15819614.7A patent/EP3168912A4/en not_active Withdrawn
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005209467A (ja) * | 2004-01-22 | 2005-08-04 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| US20080003462A1 (en) * | 2006-06-29 | 2008-01-03 | More Energy Ltd. | Digital logic control DC-to-DC converter with controlled input voltage and controlled power output |
| JP2008084715A (ja) * | 2006-09-28 | 2008-04-10 | Kyocera Corp | 固体電解質形燃料電池システム |
| JP2008218340A (ja) * | 2007-03-07 | 2008-09-18 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017182895A (ja) * | 2016-03-28 | 2017-10-05 | 東京瓦斯株式会社 | 発電システム |
| WO2019003942A1 (ja) * | 2017-06-29 | 2019-01-03 | 京セラ株式会社 | 発電装置、制御装置、および制御プログラム |
| JPWO2019003942A1 (ja) * | 2017-06-29 | 2020-04-09 | 京セラ株式会社 | 発電装置、制御装置、および制御プログラム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20170162891A1 (en) | 2017-06-08 |
| JP6235139B2 (ja) | 2017-11-22 |
| EP3168912A1 (en) | 2017-05-17 |
| JPWO2016006255A1 (ja) | 2017-04-27 |
| EP3168912A4 (en) | 2018-01-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2016047146A1 (ja) | 電力供給機器、電力供給システム、および電力供給方法 | |
| US10541437B2 (en) | Fuel cell system, control method of fuel cell system, and fuel cell control apparatus | |
| US10566796B2 (en) | Control method of power generation system, power generation system, and power generation apparatus | |
| WO2015015794A1 (ja) | 電源機器判定装置、電源機器判定方法及び電力変換装置 | |
| JP6205077B2 (ja) | 電力供給機器、電力供給システム、および電力供給方法 | |
| JP6235139B2 (ja) | 燃料電池システムの制御方法、燃料電池システム、及び電力制御装置 | |
| US10541537B2 (en) | Power supply apparatus, power supply system, and power supply method | |
| JP6475945B2 (ja) | 電力供給機器、電力供給方法、及び電力供給システム | |
| EP3168951B1 (en) | Power generation device, power generation system and power generation method | |
| JP2011075443A (ja) | 配電システム及び蓄電池残容量算出方法 | |
| JP6216066B2 (ja) | 電力制御システムの制御方法、電力制御システム、及び電力制御装置 | |
| CN114747053A (zh) | 用于在多堆栈燃料电池系统中提供热量控制的系统和方法 | |
| JP2013243794A (ja) | 電力供給システムおよび電力供給方法 | |
| JP6586281B2 (ja) | 制御方法、制御装置、および電力供給システム | |
| JPWO2017131094A1 (ja) | 発電システム、発電システムの制御方法、及び発電装置 | |
| JP2016019428A (ja) | 発電装置、発電システム、および発電方法 | |
| JP2018125269A (ja) | 燃料電池装置 | |
| JP2015088259A (ja) | 燃料電池システム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 15819614 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2016532448 Country of ref document: JP Kind code of ref document: A |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| REEP | Request for entry into the european phase |
Ref document number: 2015819614 Country of ref document: EP |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2015819614 Country of ref document: EP Ref document number: 15325423 Country of ref document: US |