JPH053041A - 燃料電池装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、電池セル特性の劣化に対応
して、劣化時に燃料電池本体の水素極に供給する水素量
を増加させて、安定した電気出力が得られる燃料電池装
置の制御方法を提供することにある。また、燃料改質系
の触媒劣化に対応して、燃料改質系への主燃料流量と水
蒸気流量を増加させて安定した電気出力を得ることにあ
る。 【構成】 燃料電池装置における、現在の出力電力値に
対する初期の電池電圧値と現在電池電圧値との偏差か
ら、主燃料流量，カソード空気流量，水蒸気流量のそれ
ぞれの必要増加分を演算し、主燃料調節弁，カソード空
気調節弁，水蒸気調節手段の制御を行うことを特徴とす
る。また、燃料改質系の燃焼ガス出口の水素濃度の初期
値と現在値との偏差から、主燃料流量および水蒸気流量
のそれぞれの必要増加分を演算し、前記主燃料調節弁，
水蒸気調節手段の制御を行う。
して、劣化時に燃料電池本体の水素極に供給する水素量
を増加させて、安定した電気出力が得られる燃料電池装
置の制御方法を提供することにある。また、燃料改質系
の触媒劣化に対応して、燃料改質系への主燃料流量と水
蒸気流量を増加させて安定した電気出力を得ることにあ
る。 【構成】 燃料電池装置における、現在の出力電力値に
対する初期の電池電圧値と現在電池電圧値との偏差か
ら、主燃料流量，カソード空気流量，水蒸気流量のそれ
ぞれの必要増加分を演算し、主燃料調節弁，カソード空
気調節弁，水蒸気調節手段の制御を行うことを特徴とす
る。また、燃料改質系の燃焼ガス出口の水素濃度の初期
値と現在値との偏差から、主燃料流量および水蒸気流量
のそれぞれの必要増加分を演算し、前記主燃料調節弁，
水蒸気調節手段の制御を行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池装置の制御方
法に係り、特に、燃料電池本体のセル劣化および燃料改
質系の触媒劣化を検出して、これを補うようにプロセス
流量を制御することにより、安定した電気出力を得るの
に好適な燃料電池装置の制御方法に関するものである。
法に係り、特に、燃料電池本体のセル劣化および燃料改
質系の触媒劣化を検出して、これを補うようにプロセス
流量を制御することにより、安定した電気出力を得るの
に好適な燃料電池装置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の一般的な燃料電池システムの構成
例を図１を参照して説明する。図１は、一般的な燃料電
池システムの構成を示す系統図であり、太い実線矢印は
天然ガスおよび反応ガスの径路、一点鎖線矢印は燃焼用
の空気の径路、二点鎖線矢印は排ガスの径路、破線矢印
は水蒸気の径路、細い実線は冷却水の径路を示してい
る。また、点線矢印は制御信号系である。図１におい
て、１は、燃料電池本体で、水素極１ａ，酸素極１ｂ，
および電池冷却装置１ｃからなっている。２は、燃料改
質系で、天然ガス等の炭化水素化合物と水蒸気とから水
蒸気改質反応により水素を発生させる系統である。３
は、電池冷却系で循環ポンプ７により燃料電池本体１の
電池冷却装置１ｃに接続され、電池反応により発生する
熱を除去する役割と同時に、この熱により水蒸気を発生
させ、前記燃料改質系２での水蒸気改質反応に必要な水
蒸気を供給する。４は、エジェクタ（または混合器）
で、天然ガス等の燃料と前記電池冷却系３から発生する
水蒸気とを混合して燃料改質系２に供給する役割を有す
る。
例を図１を参照して説明する。図１は、一般的な燃料電
池システムの構成を示す系統図であり、太い実線矢印は
天然ガスおよび反応ガスの径路、一点鎖線矢印は燃焼用
の空気の径路、二点鎖線矢印は排ガスの径路、破線矢印
は水蒸気の径路、細い実線は冷却水の径路を示してい
る。また、点線矢印は制御信号系である。図１におい
て、１は、燃料電池本体で、水素極１ａ，酸素極１ｂ，
および電池冷却装置１ｃからなっている。２は、燃料改
質系で、天然ガス等の炭化水素化合物と水蒸気とから水
蒸気改質反応により水素を発生させる系統である。３
は、電池冷却系で循環ポンプ７により燃料電池本体１の
電池冷却装置１ｃに接続され、電池反応により発生する
熱を除去する役割と同時に、この熱により水蒸気を発生
させ、前記燃料改質系２での水蒸気改質反応に必要な水
蒸気を供給する。４は、エジェクタ（または混合器）
で、天然ガス等の燃料と前記電池冷却系３から発生する
水蒸気とを混合して燃料改質系２に供給する役割を有す
る。
【０００３】５はインバータで、燃料電池本体１からの
直流電気出力を交流に変換して負荷に供給するためのも
のである。６は、例えば、コンピュータの中央制御装置
（ＣＰＵ）など演算制御手段を有する制御装置で、この
制御装置６は、燃料電池本体１からの直流電圧，直流電
流値から負荷状態を判断して、主燃料調節弁９，カソー
ド空気調節弁１０，水蒸気調節弁１１（または可変エジ
ェクタ）を制御する機能を有する。ここで、主燃料調節
弁９は、天然ガス供給路に具備され、カソード空気調節
弁１０は、空気供給路に具備され、水蒸気調節弁１１
は、破線で示す水蒸気供給路に具備されている。その
他、８は給水ポンプ、１２は、水蒸気改質反応に必要な
熱源として燃料電池本体１の水素極１ａから排出される
アノード排ガスを燃焼させるための、バーナ空気調節弁
である。
直流電気出力を交流に変換して負荷に供給するためのも
のである。６は、例えば、コンピュータの中央制御装置
（ＣＰＵ）など演算制御手段を有する制御装置で、この
制御装置６は、燃料電池本体１からの直流電圧，直流電
流値から負荷状態を判断して、主燃料調節弁９，カソー
ド空気調節弁１０，水蒸気調節弁１１（または可変エジ
ェクタ）を制御する機能を有する。ここで、主燃料調節
弁９は、天然ガス供給路に具備され、カソード空気調節
弁１０は、空気供給路に具備され、水蒸気調節弁１１
は、破線で示す水蒸気供給路に具備されている。その
他、８は給水ポンプ、１２は、水蒸気改質反応に必要な
熱源として燃料電池本体１の水素極１ａから排出される
アノード排ガスを燃焼させるための、バーナ空気調節弁
である。
【０００４】以上の構成からなる従来の燃料電池システ
ムの制御方法について図１に合わせて図９および図１０
を参照して説明する。図９は、従来の燃料電池システム
の制御系統図、図１０は、図９の制御系における負荷に
対応した弁開度（または流量）の線図である。図９に示
すように、燃料電池本体１からの直流電池出力電圧と電
池出力電流との積により負荷量を演算し、この負荷量に
対応する主燃料調節弁９，カソード空気調節弁１０，蒸
気調節弁１１の各調節弁での必要弁開度（または各流
量）を、制御装置６内の各関数発生器ＦＧ1，ＦＧ2，Ｆ
Ｇ3により演算して前記各調節弁を制御する。各関数発
生器ＦＧ1〜ＦＧ3内では、図１０に示すように、負荷量
に対応する弁開度（または流量）が燃料電池本体１およ
び燃料改質系２の初期特性により設定されている。
ムの制御方法について図１に合わせて図９および図１０
を参照して説明する。図９は、従来の燃料電池システム
の制御系統図、図１０は、図９の制御系における負荷に
対応した弁開度（または流量）の線図である。図９に示
すように、燃料電池本体１からの直流電池出力電圧と電
池出力電流との積により負荷量を演算し、この負荷量に
対応する主燃料調節弁９，カソード空気調節弁１０，蒸
気調節弁１１の各調節弁での必要弁開度（または各流
量）を、制御装置６内の各関数発生器ＦＧ1，ＦＧ2，Ｆ
Ｇ3により演算して前記各調節弁を制御する。各関数発
生器ＦＧ1〜ＦＧ3内では、図１０に示すように、負荷量
に対応する弁開度（または流量）が燃料電池本体１およ
び燃料改質系２の初期特性により設定されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の燃料
電池システムの制御方法において、前記図１０の負荷量
に対応した弁開度（または流量）を設定する基になる燃
料電池本体１の電池セル特性の初期特性を図１１に示
す。図１１は、電池セルの初期特性線図、図１２は、電
池セル特性の劣化時を示す特性線図である。図１１は、
横軸に電池電流密度Ａｉ（ｍＡ／ｃｍ2）をとり、縦軸
に電池セル電圧Ｖｃ（Ｖ）をとって初期特性を示したも
ので、ある負荷量が定まれば、特性曲線上の作動点ａが
定まる。ハッチングで示した面積Ａが１セル当りの電力
（＝負荷）となる。
電池システムの制御方法において、前記図１０の負荷量
に対応した弁開度（または流量）を設定する基になる燃
料電池本体１の電池セル特性の初期特性を図１１に示
す。図１１は、電池セルの初期特性線図、図１２は、電
池セル特性の劣化時を示す特性線図である。図１１は、
横軸に電池電流密度Ａｉ（ｍＡ／ｃｍ2）をとり、縦軸
に電池セル電圧Ｖｃ（Ｖ）をとって初期特性を示したも
ので、ある負荷量が定まれば、特性曲線上の作動点ａが
定まる。ハッチングで示した面積Ａが１セル当りの電力
（＝負荷）となる。
【０００６】以上のような燃料電池システムの制御方法
において、電池セル特性が劣化した場合を考える。図１
２は、電池セル特性が劣化した場合を示したもので、破
線で示した特性が劣化時特性である。このように電池セ
ル特性が劣化したものに対して、初期特性時と同一の電
力（＝負荷）が要求された場合、破線ハッチングの面積
Ａ´は第１１図に示すＡと同じになるように特性曲線上
の作動点ａ´に移行する。すなわち、同一電力を得るた
めには、電池セル電圧の低下分を電池電流値を増加させ
て補うことになる。このことは、燃料電池本体１の水素
極１ａでの水素の消費量が増加することを意味する。
において、電池セル特性が劣化した場合を考える。図１
２は、電池セル特性が劣化した場合を示したもので、破
線で示した特性が劣化時特性である。このように電池セ
ル特性が劣化したものに対して、初期特性時と同一の電
力（＝負荷）が要求された場合、破線ハッチングの面積
Ａ´は第１１図に示すＡと同じになるように特性曲線上
の作動点ａ´に移行する。すなわち、同一電力を得るた
めには、電池セル電圧の低下分を電池電流値を増加させ
て補うことになる。このことは、燃料電池本体１の水素
極１ａでの水素の消費量が増加することを意味する。
【０００７】この場合、上記従来の電池セル特性の初期
性能を基にした制御方法では、水素の消費量の増加に対
して対応することができず、水素極１ａでの水素不足に
よる電池損傷、また燃料改質系２に供給するバーナ燃料
の不足による改質性能低下、バーナ失火等の問題があっ
た。また、従来の燃料電池システムの制御方法では、燃
料改質系の触媒劣化による改質ガス中の水素量低下が考
慮されておらず、燃料電池本体における水素不足の問題
があった。
性能を基にした制御方法では、水素の消費量の増加に対
して対応することができず、水素極１ａでの水素不足に
よる電池損傷、また燃料改質系２に供給するバーナ燃料
の不足による改質性能低下、バーナ失火等の問題があっ
た。また、従来の燃料電池システムの制御方法では、燃
料改質系の触媒劣化による改質ガス中の水素量低下が考
慮されておらず、燃料電池本体における水素不足の問題
があった。
【０００８】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたもので、電池セル特性の劣化に対応し
て、劣化時に、燃料電池本体の水素極に供給する水素量
を増加することにより、安定した電気出力が得られる燃
料電池装置の制御方法を提供することを、その第１の目
的とするものである。また、本発明の第２の目的は、燃
料改質系の触媒劣化に対応して、燃料改質系への主燃料
流量と水蒸気流量を増加することにより安定した電気出
力が得られる燃料電池装置の制御方法を提供することに
ある。
るためになされたもので、電池セル特性の劣化に対応し
て、劣化時に、燃料電池本体の水素極に供給する水素量
を増加することにより、安定した電気出力が得られる燃
料電池装置の制御方法を提供することを、その第１の目
的とするものである。また、本発明の第２の目的は、燃
料改質系の触媒劣化に対応して、燃料改質系への主燃料
流量と水蒸気流量を増加することにより安定した電気出
力が得られる燃料電池装置の制御方法を提供することに
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の燃料電池装置の制御方法に係る第１
の発明の構成は、燃料電池本体と、この燃料電池本体に
対する燃料改質系，空気供給系，電池冷却系と、排ガス
系と、これらを制御する制御系とを備え、前記燃料電池
本体における電池反応に必要な水素，酸素の供給量を制
御する主燃料調節弁，カソード空気調節弁，および水蒸
気調節手段の制御機能を有する燃料電池装置の制御方法
において、現在の出力電力値に対する初期の電池電圧値
と現在電池電圧値との偏差から、主燃料流量，カソード
空気流量，水蒸気流量のそれぞれの必要増加分を演算す
る機能を加えた制御系により、前記主燃料調節弁，カソ
ード空気調節弁，水蒸気調節手段の制御を行うようにし
たものである。
るために、本発明の燃料電池装置の制御方法に係る第１
の発明の構成は、燃料電池本体と、この燃料電池本体に
対する燃料改質系，空気供給系，電池冷却系と、排ガス
系と、これらを制御する制御系とを備え、前記燃料電池
本体における電池反応に必要な水素，酸素の供給量を制
御する主燃料調節弁，カソード空気調節弁，および水蒸
気調節手段の制御機能を有する燃料電池装置の制御方法
において、現在の出力電力値に対する初期の電池電圧値
と現在電池電圧値との偏差から、主燃料流量，カソード
空気流量，水蒸気流量のそれぞれの必要増加分を演算す
る機能を加えた制御系により、前記主燃料調節弁，カソ
ード空気調節弁，水蒸気調節手段の制御を行うようにし
たものである。
【００１０】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明の燃料電池装置の制御方法に係る第２の発明の構
成は、燃料電池本体と、この燃料電池本体に対する燃料
改質系，空気供給系，電池冷却系と、排ガス系と、これ
らを制御する制御系とを備え、少なくとも、前記燃料電
池本体における電池反応に必要な水素の供給量を制御す
る主燃料調節弁，水蒸気調節手段の制御機能を有する燃
料電池装置の制御方法において、燃料改質系の燃焼ガス
出口の水素濃度の初期値と現在値との偏差から、主燃料
流量および水蒸気流量のそれぞれの必要増加分を演算す
る機能を加えた制御系により、前記主燃料調節弁，水蒸
気調節手段の制御を行うようにしたものである。
本発明の燃料電池装置の制御方法に係る第２の発明の構
成は、燃料電池本体と、この燃料電池本体に対する燃料
改質系，空気供給系，電池冷却系と、排ガス系と、これ
らを制御する制御系とを備え、少なくとも、前記燃料電
池本体における電池反応に必要な水素の供給量を制御す
る主燃料調節弁，水蒸気調節手段の制御機能を有する燃
料電池装置の制御方法において、燃料改質系の燃焼ガス
出口の水素濃度の初期値と現在値との偏差から、主燃料
流量および水蒸気流量のそれぞれの必要増加分を演算す
る機能を加えた制御系により、前記主燃料調節弁，水蒸
気調節手段の制御を行うようにしたものである。
【００１１】
【作用】燃料電池本体の初期の負荷に対する電池電圧の
特性を関数として制御装置内に記憶させておく。さら
に、上記関数より、現在の出力電力値に対する初期の電
池電圧と現在電池電圧値との偏差から、主燃料調節弁，
カソード空気調節弁，水蒸気調節弁の増加開度（または
増加流量）をあらかじめ関数として制御装置内に記憶さ
せておく。これにより、電池出力電圧と出力電流から求
められる現在電力値と電圧とで自動的に最適な上記各調
節弁の開度制御（または流量制御）を行うことができ
る。これにより、燃料電池本体の水素極における水素不
足、燃料改質系における改質性能低下、バーナ失火等の
問題を起すことがない。
特性を関数として制御装置内に記憶させておく。さら
に、上記関数より、現在の出力電力値に対する初期の電
池電圧と現在電池電圧値との偏差から、主燃料調節弁，
カソード空気調節弁，水蒸気調節弁の増加開度（または
増加流量）をあらかじめ関数として制御装置内に記憶さ
せておく。これにより、電池出力電圧と出力電流から求
められる現在電力値と電圧とで自動的に最適な上記各調
節弁の開度制御（または流量制御）を行うことができ
る。これにより、燃料電池本体の水素極における水素不
足、燃料改質系における改質性能低下、バーナ失火等の
問題を起すことがない。
【００１２】燃料改質系の初期の負荷に対する改質ガス
出口の水素濃度の特性を関数として制御装置内に記憶さ
せておき、この関数より、現在の改質ガス水素濃度と初
期値との偏差から、主燃料調節弁と水蒸気調節弁の増加
開度（または増加流量）をあらかじめ関数として制御装
置内に記憶させておく。これにより、燃料改質系の改質
ガス出口の水素濃度から自動的に最適な主燃料調節弁と
水蒸気調節弁の開度精度（または流量制御）を行うこと
ができる。
出口の水素濃度の特性を関数として制御装置内に記憶さ
せておき、この関数より、現在の改質ガス水素濃度と初
期値との偏差から、主燃料調節弁と水蒸気調節弁の増加
開度（または増加流量）をあらかじめ関数として制御装
置内に記憶させておく。これにより、燃料改質系の改質
ガス出口の水素濃度から自動的に最適な主燃料調節弁と
水蒸気調節弁の開度精度（または流量制御）を行うこと
ができる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の各実施例を図１ないし図８を
参照して説明する。図１は、先に説明したように一般的
な燃料電池システムの構成を示す系統図で、本実施例の
燃料電池システムの機器構成および系統は、基本的には
図１に示すものと同等であるから、その構成の説明を省
略する。まず、第１の発明の実施例を図１に合わせて図
２ないし図５を参照して説明する。図２は、本発明の一
実施例に係る燃料電池システムの制御系統図、図３は、
図図の制御系における負荷に対応した弁開度（または流
量）の線図、図４は、図２の関数発生器ＦＧ4の初期特
性線図、図５は、図２の関数発生器ＦＧ1´ないしＦＧ3
´の設定例を示した線図である。
参照して説明する。図１は、先に説明したように一般的
な燃料電池システムの構成を示す系統図で、本実施例の
燃料電池システムの機器構成および系統は、基本的には
図１に示すものと同等であるから、その構成の説明を省
略する。まず、第１の発明の実施例を図１に合わせて図
２ないし図５を参照して説明する。図２は、本発明の一
実施例に係る燃料電池システムの制御系統図、図３は、
図図の制御系における負荷に対応した弁開度（または流
量）の線図、図４は、図２の関数発生器ＦＧ4の初期特
性線図、図５は、図２の関数発生器ＦＧ1´ないしＦＧ3
´の設定例を示した線図である。
【００１４】図２において、先の図９と同一符号，記号
部は従来技術の制御系統と同等部分であるから、その説
明を省略する。図２に示す関数発生器ＦＧ4は、電池セ
ル特性の初期特性時の負荷と電池電圧との関係を関数化
したもので、図４に示すような関数が設定されている。
ここに図４は、横軸に負荷（％）、縦軸に電池トータル
電圧（Ｖ）をとって初期性能の関数（曲線）を示したも
のである。図２に示すように、電池出力電圧と電池出力
電流値との積から現在の出力電力値を演算し、その電力
値（負荷）に対応する初期の電池電圧を関数発生器ＦＧ
4により演算する。この演算結果すなわち初期の電池電
圧と、現在の電池出力電圧との差を演算し、関数発生器
ＦＧ1´,ＦＧ2´,ＦＧ3´に入力する。
部は従来技術の制御系統と同等部分であるから、その説
明を省略する。図２に示す関数発生器ＦＧ4は、電池セ
ル特性の初期特性時の負荷と電池電圧との関係を関数化
したもので、図４に示すような関数が設定されている。
ここに図４は、横軸に負荷（％）、縦軸に電池トータル
電圧（Ｖ）をとって初期性能の関数（曲線）を示したも
のである。図２に示すように、電池出力電圧と電池出力
電流値との積から現在の出力電力値を演算し、その電力
値（負荷）に対応する初期の電池電圧を関数発生器ＦＧ
4により演算する。この演算結果すなわち初期の電池電
圧と、現在の電池出力電圧との差を演算し、関数発生器
ＦＧ1´,ＦＧ2´,ＦＧ3´に入力する。
【００１５】ＦＧ1´は、主燃料調節弁９の電圧偏差分
に対応する弁開度増加分、すなわち流量増加量を演算す
るための関数発生器、ＦＧ2´は、カソード空気調節弁
１０の電圧偏差分に対応する弁開度増加分、すなわち流
量増加量を演算するための関数発生器、ＦＧ3´は、上
記調節弁１１の電圧偏差分に対応する弁開度増加分、す
なわち流量増加量を演算するための関数発生器である。
これらの関数発生器は、図５に示すような設定となって
いる。ここで図５は、横軸に電圧偏差分（ΔＶ）をと
り、縦軸に弁開度または流量増加分（％）をとって、設
定される関数がリニアに変化することを示している。関
数設定は、弁の種類，流体条件によって異なることはい
うまでもない。
に対応する弁開度増加分、すなわち流量増加量を演算す
るための関数発生器、ＦＧ2´は、カソード空気調節弁
１０の電圧偏差分に対応する弁開度増加分、すなわち流
量増加量を演算するための関数発生器、ＦＧ3´は、上
記調節弁１１の電圧偏差分に対応する弁開度増加分、す
なわち流量増加量を演算するための関数発生器である。
これらの関数発生器は、図５に示すような設定となって
いる。ここで図５は、横軸に電圧偏差分（ΔＶ）をと
り、縦軸に弁開度または流量増加分（％）をとって、設
定される関数がリニアに変化することを示している。関
数設定は、弁の種類，流体条件によって異なることはい
うまでもない。
【００１６】関数発生器ＦＧ1´，ＦＧ2´，ＦＧ3´の
それぞれで得られた主燃料調節弁９，カソード空気調節
弁１０，蒸気調節弁１１の弁開度（流量）増加分を、関
数発生器ＦＧ1，ＦＧ2，ＦＧ3で得られた各調節弁の弁
開度（流量）に加算して、前記各調節弁を制御すること
により、図３に破線で示したような制御値が得られる。
それぞれで得られた主燃料調節弁９，カソード空気調節
弁１０，蒸気調節弁１１の弁開度（流量）増加分を、関
数発生器ＦＧ1，ＦＧ2，ＦＧ3で得られた各調節弁の弁
開度（流量）に加算して、前記各調節弁を制御すること
により、図３に破線で示したような制御値が得られる。
【００１７】本実施例によれば、経年的に劣化する電池
性能、具体的には電池セル特性の劣化に対して、その劣
化を自動的に検出して、燃料電池本体水素極に供給する
水素量を増加させることができるので、電池性能劣化に
よる水素不足，改質性能低下、バーナ失火等の問題が解
決され、安定した電気出力が得られる燃料電池システム
の制御方法を提供することができる。なお、上記の実施
例では、水蒸気供給流量の制御は水蒸気調節弁１１の弁
開度によって調節する例を説明したが、可変エジェクタ
などの水蒸気調節手段を制御するようにしても差支えな
い。
性能、具体的には電池セル特性の劣化に対して、その劣
化を自動的に検出して、燃料電池本体水素極に供給する
水素量を増加させることができるので、電池性能劣化に
よる水素不足，改質性能低下、バーナ失火等の問題が解
決され、安定した電気出力が得られる燃料電池システム
の制御方法を提供することができる。なお、上記の実施
例では、水蒸気供給流量の制御は水蒸気調節弁１１の弁
開度によって調節する例を説明したが、可変エジェクタ
などの水蒸気調節手段を制御するようにしても差支えな
い。
【００１８】次に、第２の発明の実施例を図１に合わせ
て図６ないし図８を参照して説明する。図６は、本発明
の他の実施例に係る燃料電池システムの制御系統図、図
７は、図６の関数発生器ＦＧ5の初期特性線図、図８
は、図６の制御系における関数発生器ＦＧ1″ないしＦ
Ｇ3″の設定例を示した線図である。図６において、図
９と同一符号，記号部は従来技術の制御系統と同等部分
であるから、その説明を省略する。図１において、１３
は水素濃度検出器で、この水素濃度検出器１３は、燃料
改質系２の燃焼ガス出口の水素濃度を検出し、その検出
値を制御装置６に送る。
て図６ないし図８を参照して説明する。図６は、本発明
の他の実施例に係る燃料電池システムの制御系統図、図
７は、図６の関数発生器ＦＧ5の初期特性線図、図８
は、図６の制御系における関数発生器ＦＧ1″ないしＦ
Ｇ3″の設定例を示した線図である。図６において、図
９と同一符号，記号部は従来技術の制御系統と同等部分
であるから、その説明を省略する。図１において、１３
は水素濃度検出器で、この水素濃度検出器１３は、燃料
改質系２の燃焼ガス出口の水素濃度を検出し、その検出
値を制御装置６に送る。
【００１９】図６に示す関数発生器ＦＧ5は、燃料改質
系２の燃焼ガス出口における水素濃度の初期特性時の負
荷と水素濃度との関係を図７に示す関数に設定したもの
である。ここに図７は、横軸に負荷（％）、縦軸に水素
濃度をとって初期性能の関数を実線で、偏差がΔＨ2で
ある水素濃度の現在値を破線で示したものである。図６
に示すように、電池電力電圧と電池出力電流値との積か
ら現在の出力電力値を演算し、その電力値（負荷）に対
応する初期の水素濃度を関数発生器ＦＧ5により演算す
る。この演算結果すなわち水素濃度の初期値と、前記の
水素濃度検出器１３が検出した燃料改質系２の燃焼ガス
出口における水素濃度の現在値との差を演算し、関数発
生器ＦＧ1″，ＦＧ2″，ＦＧ3″に入力する。
系２の燃焼ガス出口における水素濃度の初期特性時の負
荷と水素濃度との関係を図７に示す関数に設定したもの
である。ここに図７は、横軸に負荷（％）、縦軸に水素
濃度をとって初期性能の関数を実線で、偏差がΔＨ2で
ある水素濃度の現在値を破線で示したものである。図６
に示すように、電池電力電圧と電池出力電流値との積か
ら現在の出力電力値を演算し、その電力値（負荷）に対
応する初期の水素濃度を関数発生器ＦＧ5により演算す
る。この演算結果すなわち水素濃度の初期値と、前記の
水素濃度検出器１３が検出した燃料改質系２の燃焼ガス
出口における水素濃度の現在値との差を演算し、関数発
生器ＦＧ1″，ＦＧ2″，ＦＧ3″に入力する。
【００２０】ＦＧ1″は、主燃料調節弁９の水素濃度偏
差分に対応する弁開度増加分、すなわち流量増加量を演
算するための関数発生器、ＦＧ2″は、カソード空気調
節弁１０の水素濃度偏差分に対応する弁開度増加分、す
なわち流量増加量を演算するための関数発生器、Ｆ
Ｇ3″は、蒸気調節弁１１の水素濃度偏差分に対応する
弁開度増加分、すなわち流量増加量を演算するための関
数発生器である。
差分に対応する弁開度増加分、すなわち流量増加量を演
算するための関数発生器、ＦＧ2″は、カソード空気調
節弁１０の水素濃度偏差分に対応する弁開度増加分、す
なわち流量増加量を演算するための関数発生器、Ｆ
Ｇ3″は、蒸気調節弁１１の水素濃度偏差分に対応する
弁開度増加分、すなわち流量増加量を演算するための関
数発生器である。
【００２１】これらの関数発生器は、図８に示すような
設定となっている。ここで図８は、横軸に水素濃度偏差
分、縦軸に弁開度または流量増加分（％）をとって、設
定される関数がリニアに変化することを示している。関
数発生器ＦＧ1″，ＦＧ2″，ＦＧ3″のそれぞれで得ら
れた主燃料調節弁９，カソード空気調節弁１０，蒸気調
節弁１１の弁開度（流量）増加分を、関数発生器Ｆ
Ｇ1，ＦＧ2，ＦＧ3で得られた各調節弁の弁開度（流
量）に加算して、前記各調節弁を制御することにより、
適正な制御値が得られる。
設定となっている。ここで図８は、横軸に水素濃度偏差
分、縦軸に弁開度または流量増加分（％）をとって、設
定される関数がリニアに変化することを示している。関
数発生器ＦＧ1″，ＦＧ2″，ＦＧ3″のそれぞれで得ら
れた主燃料調節弁９，カソード空気調節弁１０，蒸気調
節弁１１の弁開度（流量）増加分を、関数発生器Ｆ
Ｇ1，ＦＧ2，ＦＧ3で得られた各調節弁の弁開度（流
量）に加算して、前記各調節弁を制御することにより、
適正な制御値が得られる。
【００２２】このように第２の発明の実施例によれば、
燃料改質系の触媒劣化による水素量不足を自動的に検出
し、燃料電池本体へ必要水素量を供給することができる
ので、先の第１の発明の実施例と同様の効果が期待さ
れ、安定した電気出力が得られる。なお、上記の実施例
では、水素濃度の初期値と現在値との偏差から、主燃料
調節弁９，カソード空気調節弁１０，蒸気調節弁１１を
制御する例を説明したが、少なくとも、主燃料調節弁，
水蒸気調節手段の制御を行えば、目的が達せられるもの
である。
燃料改質系の触媒劣化による水素量不足を自動的に検出
し、燃料電池本体へ必要水素量を供給することができる
ので、先の第１の発明の実施例と同様の効果が期待さ
れ、安定した電気出力が得られる。なお、上記の実施例
では、水素濃度の初期値と現在値との偏差から、主燃料
調節弁９，カソード空気調節弁１０，蒸気調節弁１１を
制御する例を説明したが、少なくとも、主燃料調節弁，
水蒸気調節手段の制御を行えば、目的が達せられるもの
である。
【００２３】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、電池セル特性の劣化に対応して、劣化時に燃料電
池本体の水素極に供給する水素量を増加することによ
り、安定した電気出力が得られる燃料電池装置の制御方
法を提供することができる。また、燃料改質系の触媒劣
化に対応して、燃料改質系への主燃料流量と水蒸気流量
を増加することにより安定した電気出力が得られる燃料
電池装置の制御方法を提供することができる。
れば、電池セル特性の劣化に対応して、劣化時に燃料電
池本体の水素極に供給する水素量を増加することによ
り、安定した電気出力が得られる燃料電池装置の制御方
法を提供することができる。また、燃料改質系の触媒劣
化に対応して、燃料改質系への主燃料流量と水蒸気流量
を増加することにより安定した電気出力が得られる燃料
電池装置の制御方法を提供することができる。
【図１】一般的な燃料電池システムの構成を示す系統図
である。
である。
【図２】本発明の一実施例に係る燃料電池システムの制
御系統図である。
御系統図である。
【図３】図２の制御系における負荷に対応した弁開度
（または流量）の線図である。
（または流量）の線図である。
【図４】図２の関数発生器ＦＧ4の初期特性線図であ
る。
る。
【図５】図２の関数発生器ＦＧ1´ないしＦＧ3´の設定
例を示した線図である。
例を示した線図である。
【図６】本発明の他の実施例に係る燃料電池システムの
制御系統図である。
制御系統図である。
【図７】図６の関数発生器ＦＧ5の初期特性線図であ
る。
る。
【図８】図６の制御系における関数発生器ＦＧ1″ない
しＦＧ3″の設定例を示した線図である。
しＦＧ3″の設定例を示した線図である。
【図９】従来の燃料電池システムの制御系統図である。
【図１０】図９の制御系における負荷対応した弁開度
（または流量）の線図である。
（または流量）の線図である。
【図１１】電池セルの初期特性線図である。
【図１２】電池セル特性の劣化時を示す特性線図であ
る。
る。
１ 燃料電池本体
２ 燃料改質系
３ 電池冷却系
４ エジェクタ
６ 制御装置
９ 主燃料調節弁
１０ カソード空気調節弁
１１ 水蒸気調節弁
１３ 水素濃度検出器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 堀内 進
茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日
立製作所土浦工場内
(72)発明者 池田 元一
神奈川県逗子市久木二丁目６番地 Ｂ−９
(72)発明者 奥田 誠
東京都葛飾区高砂三丁目２番７号−144
Claims (2)
- 【請求項１】 燃料電池本体と、この燃料電池本体に対
する燃料改質系，空気供給系，電池冷却系と、排ガス系
と、これらを制御する制御系とを備え、前記燃料電池本
体における電池反応に必要な水素，酸素の供給量を制御
する主燃料調節弁，カソード空気調節弁，および水蒸気
調節手段の制御機能を有する燃料電池装置の制御方法に
おいて、現在の出力電力値に対する初期の電池電圧値と
現在電池電圧値との偏差から、主燃料流量，カソード空
気流量，水蒸気流量のそれぞれの必要増加分を演算する
機能を加えた制御系により、前記主燃料調節弁，カソー
ド空気調節弁，水蒸気調節手段の制御を行うことを特徴
とする燃料電池装置の制御方法。 - 【請求項２】 燃料電池本体と、この燃料電池本体に対
する燃料改質系，空気供給系，電池冷却系と、排ガス系
と、これらを制御する制御系とを備え、少なくとも、前
記燃料電池本体における電池反応に必要な水素の供給量
を制御する主燃料調節弁，水蒸気調節手段の制御機能を
有する燃料電池装置の制御方法において、燃料改質系の
燃焼ガス出口の水素濃度の初期値と現在値との偏差か
ら、主燃料流量および水蒸気流量のそれぞれの必要増加
分を演算する機能を加えた制御系により、前記主燃料調
節弁，水蒸気調節手段の制御を行うことを特徴とする燃
料電池装置の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3150724A JPH053041A (ja) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | 燃料電池装置の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3150724A JPH053041A (ja) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | 燃料電池装置の制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH053041A true JPH053041A (ja) | 1993-01-08 |
Family
ID=15503027
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3150724A Pending JPH053041A (ja) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | 燃料電池装置の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH053041A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002179404A (ja) * | 2000-12-08 | 2002-06-26 | Toho Gas Co Ltd | 燃料改質器の運転制御システム |
| JP2006331761A (ja) * | 2005-05-25 | 2006-12-07 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システム |
| WO2010114043A1 (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-07 | Toto株式会社 | 固体電解質型燃料電池 |
| WO2010114048A1 (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-07 | Toto株式会社 | 固体電解質型燃料電池 |
| WO2010114046A1 (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-07 | Toto株式会社 | 固体電解質型燃料電池 |
| WO2010114047A1 (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-07 | Toto株式会社 | 固体電解質型燃料電池 |
| WO2010114045A1 (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-07 | Toto株式会社 | 固体電解質型燃料電池 |
| WO2010114049A1 (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-07 | Toto株式会社 | 固体電解質型燃料電池 |
| WO2010114042A1 (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-07 | Toto株式会社 | 固体電解質型燃料電池 |
| JP2010238618A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Toto Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| JP2012054110A (ja) * | 2010-09-01 | 2012-03-15 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2012142120A (ja) * | 2010-12-28 | 2012-07-26 | Jx Nippon Oil & Energy Corp | 燃料電池システム |
| EP3977549A2 (en) * | 2019-06-03 | 2022-04-06 | Microsoft Technology Licensing, LLC | Fuel cell throttle |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63292575A (ja) * | 1987-05-26 | 1988-11-29 | Toshiba Corp | 燃料電池発電システム |
| JPH0256864A (ja) * | 1988-08-22 | 1990-02-26 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 改質触媒の状態監視が可能な燃料電池発電システム |
| JPH0298063A (ja) * | 1988-10-04 | 1990-04-10 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池の運転制御装置 |
-
1991
- 1991-06-24 JP JP3150724A patent/JPH053041A/ja active Pending
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| WO2010114046A1 (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-07 | Toto株式会社 | 固体電解質型燃料電池 |
| WO2010114047A1 (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-07 | Toto株式会社 | 固体電解質型燃料電池 |
| WO2010114045A1 (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-07 | Toto株式会社 | 固体電解質型燃料電池 |
| WO2010114049A1 (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-07 | Toto株式会社 | 固体電解質型燃料電池 |
| JP2010238616A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Toto Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| JP2010238619A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Toto Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| JP2010238618A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Toto Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| JP2010238627A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Toto Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| WO2010114048A1 (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-07 | Toto株式会社 | 固体電解質型燃料電池 |
| WO2010114043A1 (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-07 | Toto株式会社 | 固体電解質型燃料電池 |
| US8426074B2 (en) | 2009-03-31 | 2013-04-23 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell |
| US9184457B2 (en) | 2009-03-31 | 2015-11-10 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell device |
| CN102414895A (zh) * | 2009-03-31 | 2012-04-11 | Toto株式会社 | 固体电解质型燃料电池 |
| US8980496B2 (en) | 2009-03-31 | 2015-03-17 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell |
| US20120028153A1 (en) * | 2009-03-31 | 2012-02-02 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell |
| US8492041B2 (en) | 2009-03-31 | 2013-07-23 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell |
| US8859156B2 (en) | 2009-03-31 | 2014-10-14 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell |
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| US12407008B2 (en) | 2019-06-03 | 2025-09-02 | Microsoft Technology Licensing | Fuel cell throttle |
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