JPH0233865A - 燃料電池発電プラント電池電圧制御装置 - Google Patents

燃料電池発電プラント電池電圧制御装置

Info

Publication number
JPH0233865A
JPH0233865A JP63181543A JP18154388A JPH0233865A JP H0233865 A JPH0233865 A JP H0233865A JP 63181543 A JP63181543 A JP 63181543A JP 18154388 A JP18154388 A JP 18154388A JP H0233865 A JPH0233865 A JP H0233865A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flow rate
line
target value
recycle
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP63181543A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuo Takagi
康夫 高木
Shinji Hayashi
真司 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP63181543A priority Critical patent/JPH0233865A/ja
Publication of JPH0233865A publication Critical patent/JPH0233865A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • 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
    • 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

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

(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】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、燃料電池発電システムに係り、特に、燃料電
池直流出力電圧のすみやかな制御を実現する電圧制御系
に関する。
(従来の技術) 燃料電池発電プラントは、燃料電池のカソードに空気を
、アノードに水素を主成分とする燃料ガスを供給するこ
とにより、電力を発生させる。
この時燃料電池の両極間に生ずる直流電圧は、負荷電流
が小さいほど、また、カソード空気中の酸素濃度が高い
ほど大きくなり、低負荷では、0.9V、Avに達する
場合がある。一方、リン酸燃料電池の白金触媒は、セル
電圧の上昇とともに劣化速度が大きくなり、特に、セル
電圧が1vにも達すると、劣化速度の増大により、燃料
電池の寿命は大幅に低下する。
そこで、一般に燃料電池発電プラントでは、第5図に示
すように、燃料電池(以下FCと記す)lのカソード排
空気2の一部をブロワ−3により、カソードに供給する
空気4に混入し、FCのカソードに供給するガス5の酸
素濃度を低下させることによって電池電圧を抑制する。
しかも、極力発電効率を高くするため、排空気2のリサ
イクルをしなくても、電池電圧の低い高負荷時にはリサ
イクルを停止し、低負荷時のみリサイクルライン6を働
かすのが普通である。この機能を実現するため、リサイ
クルライン6上に、ブロワ−3の他リサイクル流調弁7
aを設ける。また、空気ライン8上に流量計9と空気流
調弁7bを設ける。さらに、リサイクル流調弁7aは、
第6図に示す電池電圧偏差ΔVから弁開度指令LRを演
算するPxコントローラ10aにより制御し、空気流量
弁7bは、第7図に示すガス流量偏差ΔFから弁開度指
令L’cを演算するPエコシトローラ10bにより制御
する。この制御系により、電池電圧を一定に抑制すると
ともに、カソード流入ガス流量を所定値に制御する。
しかしながら、上述の如く構成された電圧制御系と、カ
ソードガス流量制御系は、互いの制御動作が他方の制御
債に強く影響を与える強い干渉糸となる。この結果、安
定な動作を得るためKは、両制御系の動作を非常に遅い
ものにせざるを得なかった。上述の従来技術を用いたF
C発電プラントで100%→30%負荷ランプダウンを
試みた場合の実際の出力応答を第8図に示す。高負荷帯
では、電池電圧が許容される上限より低いので、出力は
目標値に追従している。ところが、低負荷帯では、電池
電圧が上限に達するので、プラントに設けられた電池保
護回路が働き出力の低下が抑制される。ところが、電圧
制御系の動作が鈍いので、電池電圧の降下も鈍く、シた
がって出力の低下も極めて遅い。すなわち、低負荷帯で
の負荷下降時に負荷追従性が悪く、FC発電プラントの
特上述の如く、従来のFC発電システム電池電圧制御系
は、カソード空気流量制御系と強く干渉するため、鈍い
制御動作となり、この結果低負荷帯での負荷追従性が大
きくそこなわれるという問題点があった。
そこで、本発明は、高負荷帯ておいても低負荷帯におい
ても良好な負荷追従性を有するFC発電プラントを実現
する電池電圧制御系を提供することを目的としている。
本発明では、上記目的を達成するためて、電池電圧信号
とその目標値、及びカソード流入ガス流量信号とその目
標値を入力とし、リサイクルライン流量目標値と空気ラ
イン流量目標値を出力する上位演算装置と、リサイクル
ライン流量を計測する流量計と、リサイクルライン流量
信号と上記目標値を入力して、リサイクル流調弁の開度
を制御するリサイクル流量制御装置と、リサイクルライ
ンと空気ラインの合流点上流側の空気ライン上に流量計
を設け、この空気流漕信号と前記空気ライン流量目標値
を入力して、空気ライン流調弁の開度を制御する空気流
量制御装置を設ける。リサイクルライン流調弁や空気ラ
イン流調弁、流量計は従来と同様に設置する。
(作用) 上記のカスケード制御系を構成することにより、リサイ
クルライン流量制御と空気ライン流量制御の間に、流量
計の位置から明らかなように1干渉はほとんど存在しな
くなる。これにより、適切な制御パラメータを選択する
ことにより、リサイクル流量と空気流量は、迅速て目標
値に追従する。次に、電池電圧を一定に保ちつつカソー
ド流入流量がその目標値に追従するよう、ま゛た同時に
、カソード流入流量を一定に保ちつつ電池電圧がその目
標値に追従するよう、リサイクル流量とカソード流入流
量の目標値を演算するプログラムを上位演算装置に組み
込む。これにより、カソード流入流量の目標値変化に対
して電池電圧を一定に保ちつつすみやかに追従させるこ
とができる。また、電池電圧が上昇し、目標値と偏差が
出た場合もカソード流入流量に影響を与えることなく、
すみやかに電池電圧を目標値まで抑制することができる
すなわち、電池電圧の制御性を大幅に向上させることが
できるので、低負荷での負荷下降速度を大幅に上げるこ
とができる。
(実施例) 以下、図面を参照しながら、本発明の一実施例を詳細に
説明する。第1図は本発明の一実施例にかかるFC発電
プラント電池電圧制御系の構成図を示す。本制御系では
、第5図に示した従来の制御系に、空気流量計90とリ
サイクル流量計9bをそれぞれ空気ライン8及びリサイ
クルライン6に付加し、P工調節計103は流量計9b
の信号を受けて、リサイクル流量が目標値FROMOI
I Kなるよう、P工調節計10bは、流量計90の信
号を受けて、空気流量が目標値F’ffATにるよう制
御する。さらに、カソード流入ガス流1FOATDの信
号を流量計9aより、また、その目標値、電池電圧とそ
の目標値を受けてリサイクル流量目標値FROYOL 
とカソード流量目標値FOATを出力する上位演算器1
1を付加する。また、上位演算器11の動作を第2図に
示す。この演算器は4個のP工動作を行うモジュールか
ら成る。これらPエモジュールの制御定数Kc、TIは
、カソード流入流量と電圧の目標値を入力とし、空気流
量とリサイクル流量目標値を出力とする2人力2出カシ
ステムに対し、非干渉制御を実現するように、部分的情
報にもとづくモデルマツチング法(北森二制御対象の部
分的知識にもとづ<PID方式非干渉制御系の設計法、
計測自動制御学会論文集、16.1、PP139〜14
0(1980)参照)を用いて決定した。本制御系を用
いたときの100%→3o%負荷下降時の出力応答を第
3図に示す。第8図に示した従来系の応答と比較すると
、低負荷帯での負荷追従性が大幅に向上されている。ま
た、この時の空気流量とリサイクル流量の応答を第4図
に示す。
低負荷帯で電池電圧を抑制するため、空気流量を減らし
、その分酸素濃度の低いリサイクル流量を増加させてお
り、望ましい動作である。本実施例では、上位演算器で
必要な制御パラメータを、確立した簡単なアルゴリズム
により求めているので、容易に求めることができる。し
たがってプラントのダイナミックスの変化や同定誤差が
あっても容易にかつ短時間でプラントに適した制御定数
に変更することができる。
なお、本実施例では、カソード流入ガス流量、リサイク
ル流量、空気流量を測定するのに3個の流量計を用いて
いるが、この中の2個の流量計を設け、計量しない流量
を他の流量の加算または減算により求めることもできる
〔発明の効果〕
以上に述べたように本発明によれば、カソード流入流量
と電池電圧を追従性良く制御することができる。したが
って、低負荷帯において、高くなりがちな電池電圧を安
定に望ましい値に保つことができるので、従来プラント
の場合のように、負荷降下時電池電圧が許容範囲をこえ
、負荷降下がホールドされることが少ない。この結果、
低負荷帯でも良好な負荷追従性が確保できる。また、負
荷下降時に不必要な発電をしないので、燃料を節約する
こともできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例に係るFC発電プラント電
圧制御系、第2図は、上記実施例の上位演算器のブロッ
ク図、第3図は、本実施例を含むFC発電プラントの負
荷下降時出力追従例、第4図は1本実施例を具備したF
C発電プラントの負荷下降時の空気流量とリサイクル流
量の過渡変化)第5図は、従来のFC発電プラント電圧
制御系、第6図は、電圧制御用PIコントローラのアル
ゴリズムのブロック図、第7図は、カソード流入ガス流
t ill 併用PIコントローラのアルゴリズムのブ
ロック図、第8図は、従来の電圧制御系を持つFC発電
プラントの負荷下降時出力追従例である。 1・・・燃料電池、   2・・・カソード排気ライン
、3・・・プロワ−\  419空気1 5・・・カソード供給ガスライン、 6・・・リサイクルラインー 7・・・流風31i節バルブ、 8・・・空気ライン、 9・・・流量計、10・・・P
Iコントローラ1 11・・・上位演算器。 第 図 θ 宥  聞 (寸う 第4図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)水素を主成分とする燃料ガスと、空気をリン酸燃
    料電池に導入して電力を発生させる燃料電池発電プラン
    トにおいて、燃料電池カソードの排出ガスをカソード入
    口に導入するリサイクルラインと、このリサイクルライ
    ンにカソード排ガスを流す手段と、この流量を計測する
    手段と、この流量を制御する手段と、前記リサイクルラ
    インと、カソードに空気を供給する空気ラインの合流点
    の下流側、カソード入口の上流側に設けた流量計測手段
    と、前記空気ライン上、前記合流点の上流側に設けた流
    量制御手段と流量計測手段を具備したことを特徴とする
    燃料電池発電プラント電池電圧制御装置。
  2. (2)前記のリサイクルラインと空気ラインに設けられ
    た流量を制御する手段が、電池電圧信号とその目標値、
    及び前記リサイクルラインと空空気ラインの合流点下流
    側の流量計測手段の流量信号とその目標値を入力し、リ
    サイクルラインの流量目標値と空気ラインの流量目標値
    を出力する上位演算装置と、リサイクル流量を制御する
    調節弁と、リサイクルラインの流量信号と前記リサイク
    ルライン流量目標値を入力して、前記リサイクルライン
    上の調節弁の開度指令を出力するリサイクル流量制御装
    置と、空気ラインの流量を制御する調節弁と、空気ライ
    ンとリサイクルラインの前記合流点の上流側空気ライン
    流量信号と前記空気ライン流量目標値を入力して、前記
    空気ライン上の調節弁の開度指令を出力する空気流量制
    御装置であることを特徴とする請求項1記載の燃料電池
    発電プラント電池電圧制御装置。
  3. (3)前記の上位演算装置が、電池電圧とカソード流入
    ガス流量に関する非干渉制御器を含むことを特徴とする
    請求項2記載の燃料電池発電プラント電池電圧制御装置
JP63181543A 1988-07-22 1988-07-22 燃料電池発電プラント電池電圧制御装置 Pending JPH0233865A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63181543A JPH0233865A (ja) 1988-07-22 1988-07-22 燃料電池発電プラント電池電圧制御装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63181543A JPH0233865A (ja) 1988-07-22 1988-07-22 燃料電池発電プラント電池電圧制御装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0233865A true JPH0233865A (ja) 1990-02-05

Family

ID=16102623

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63181543A Pending JPH0233865A (ja) 1988-07-22 1988-07-22 燃料電池発電プラント電池電圧制御装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0233865A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6192856B1 (en) 1999-05-31 2001-02-27 Isuzu Motors Limited Electronic fuel injection apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6192856B1 (en) 1999-05-31 2001-02-27 Isuzu Motors Limited Electronic fuel injection apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Disturbance-observer-based control for air management of PEM fuel cell systems via sliding mode technique
Li et al. Multiobjective optimization and data-driven constraint adaptive predictive control for efficient and stable operation of PEMFC system
Deng et al. High-order sliding mode observer based OER control for PEM fuel cell air-feed system
CN101116219B (zh) 质子交换膜燃料电池堆的非线性热控制
Grujicic et al. Model-based control strategies in the dynamic interaction of air supply and fuel cell
CN202207547U (zh) 烟气选择性非催化还原脱硝系统的还原剂喷射控制装置
US9755253B2 (en) Fuel cell system
JPH0458463A (ja) 燃料電池発電システムの出力制御装置
Wang et al. System identification and robust control of a portable proton exchange membrane full-cell system
JPS6282659A (ja) 燃料電池発電プラントガス圧力流量制御装置
JPH0715653B2 (ja) 燃料電池出力制御装置
JPH0233865A (ja) 燃料電池発電プラント電池電圧制御装置
JP3517260B2 (ja) 燃料電池発電装置および燃料電池発電装置の制御方法
CN117543051B (zh) 一种双条件协同调控的燃料电池阻抗闭环管理装置
JPS6260789B2 (ja)
Gong et al. Control strategies for prevention of PEMFC oxygen starvation: a review
Wang et al. Multivariable robust control for a 500W self-humidified PEMFC system
Zhang et al. Oxygen excess ratio control strategy for fuel cell dynamic response optimization
JP2006147234A (ja) 燃料電池の制御装置
Borkovski et al. Control approaches of pem fuel cells: a review
Yifeng et al. Research on Piecewise Fuzzy Proportional–Integral Control Strategy for Anode‐to‐Cathode Pressure Difference in Automotive Hydrogen Fuel Cell Systems
JPS58133775A (ja) 燃料電池発電システムの冷却方法
Chen et al. Net power optimization based on pressure ratio for PEMFC UAV air supply system in high-altitude environment
JPS6231954A (ja) 燃料電池
JPS6030061A (ja) 燃料電池出力制御装置