JPH06188020A - 燃料電池用シミュレーションモデル - Google Patents
燃料電池用シミュレーションモデルInfo
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- JPH06188020A JPH06188020A JP33935092A JP33935092A JPH06188020A JP H06188020 A JPH06188020 A JP H06188020A JP 33935092 A JP33935092 A JP 33935092A JP 33935092 A JP33935092 A JP 33935092A JP H06188020 A JPH06188020 A JP H06188020A
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- JP
- Japan
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- fuel cell
- simulation model
- model
- output voltage
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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
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- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】燃料電池発電システムの動的解析に対応できる
燃料電池用シミュレーションモデルを提供する。 【構成】燃料電池用のシミュレーションモデル１は、燃
料電池が供給する電流（Ｉ）と、これに対応する燃料電
池の出力電圧との静的な関係をモデル化したモデル要素
２Ａと、燃料電池の持つ供給電流値（ＩFC）１１の変化
に対する出力電圧値（ＶFC）の時間遅れ特性を，一次遅
れ特性として模擬したモデル要素２とにより構成され、
供給電流値（ＩFC）１１に対応する一次遅れ特性を有す
る出力電圧値（ＶFC）１３Ａを発生する電圧源として模
擬されている。
燃料電池用シミュレーションモデルを提供する。 【構成】燃料電池用のシミュレーションモデル１は、燃
料電池が供給する電流（Ｉ）と、これに対応する燃料電
池の出力電圧との静的な関係をモデル化したモデル要素
２Ａと、燃料電池の持つ供給電流値（ＩFC）１１の変化
に対する出力電圧値（ＶFC）の時間遅れ特性を，一次遅
れ特性として模擬したモデル要素２とにより構成され、
供給電流値（ＩFC）１１に対応する一次遅れ特性を有す
る出力電圧値（ＶFC）１３Ａを発生する電圧源として模
擬されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池を備える発電
システムのシミュレーション解析に用いる燃料電池用の
シミュレーションモデルに関する。
システムのシミュレーション解析に用いる燃料電池用の
シミュレーションモデルに関する。
【０００２】
【従来の技術】図２は、燃料電池を備える発電システム
のシミュレーション解析に用いられている従来例の燃料
電池用シミュレーションモデルのブロック線図である。
図２において、２は、燃料電池のシミュレーションモデ
ルであり、燃料電池が供給する電流；Ｉと、この電流
（Ｉ）に対応する燃料電池の出力電圧との静的（供給す
る電流が時間に対して変化しない場合をこのように言
う。）な関係をモデル化したものである。１１は、燃料
電池のシミュレーションモデル２に与えられる電流条件
としての燃料電池の供給電流値；ＩFCであり、１２は、
燃料電池の静的シミュレーションモデル２により得られ
る供給電流値（ＩFC）１１に対応する燃料電池の出力電
圧値；ＶFCである。シミュレーションモデル２において
は、燃料電池は、供給電流値（ＩFC）１１に対応する出
力電圧値（ＶFC）１３を発生する電圧源として模擬され
ていることとなる。
のシミュレーション解析に用いられている従来例の燃料
電池用シミュレーションモデルのブロック線図である。
図２において、２は、燃料電池のシミュレーションモデ
ルであり、燃料電池が供給する電流；Ｉと、この電流
（Ｉ）に対応する燃料電池の出力電圧との静的（供給す
る電流が時間に対して変化しない場合をこのように言
う。）な関係をモデル化したものである。１１は、燃料
電池のシミュレーションモデル２に与えられる電流条件
としての燃料電池の供給電流値；ＩFCであり、１２は、
燃料電池の静的シミュレーションモデル２により得られ
る供給電流値（ＩFC）１１に対応する燃料電池の出力電
圧値；ＶFCである。シミュレーションモデル２において
は、燃料電池は、供給電流値（ＩFC）１１に対応する出
力電圧値（ＶFC）１３を発生する電圧源として模擬され
ていることとなる。
【０００３】図３は、シミュレーションモデル２の適用
例としての、燃料電池とインバータ装置とから構成され
た燃料電池発電システムを対象とした場合のシミュレー
ションモデル構成図である。図３において、２は、図２
による燃料電池のシミュレーションモデル、４は、イン
バータ装置のシミュレーションモデルである。図３に示
す構成のシミュレーションモデルを用いてシミュレーシ
ョン解析を行うことにより、燃料電池発電システム動作
時の燃料電池の供給電流値（ＩFC）１１と出力電圧値
（ＶFC）１３との関係、あるいは供給電流値（ＩFC）１
１とインバータ装置の出力（電圧，電流等）との関係等
を把握するようにしている。
例としての、燃料電池とインバータ装置とから構成され
た燃料電池発電システムを対象とした場合のシミュレー
ションモデル構成図である。図３において、２は、図２
による燃料電池のシミュレーションモデル、４は、イン
バータ装置のシミュレーションモデルである。図３に示
す構成のシミュレーションモデルを用いてシミュレーシ
ョン解析を行うことにより、燃料電池発電システム動作
時の燃料電池の供給電流値（ＩFC）１１と出力電圧値
（ＶFC）１３との関係、あるいは供給電流値（ＩFC）１
１とインバータ装置の出力（電圧，電流等）との関係等
を把握するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術によ
る燃料電池用シミュレーションモデル２においては、定
常運転時の燃料電池発電システムの、いわゆる静的な解
析を行うことができる。しかし、電流値が時間により変
化するいわゆる動的な解析を行おうとする場合には、実
際の燃料電池においては、燃料電池が電解質層を介して
形成された燃料極と酸化材極から構成されており、内部
抵抗を持つ直流電圧源とこの直流電圧源に並列に接続さ
れたコンデンサとからなる電気回路として示される等価
回路を備えるものであるために、出力電圧値（ＶFC）
は、供給電流値（ＩFC）の変化に対して時間的に遅れて
変化するいわゆる時間遅れ特性を持っている。このため
に、時間遅れが考慮されていない燃料電池用シミュレー
ションモデル２を用いての動的な解析では、シミュレー
ション解析の結果は実際の燃料電池発電システムの動作
特性とは異なるという問題があった。
る燃料電池用シミュレーションモデル２においては、定
常運転時の燃料電池発電システムの、いわゆる静的な解
析を行うことができる。しかし、電流値が時間により変
化するいわゆる動的な解析を行おうとする場合には、実
際の燃料電池においては、燃料電池が電解質層を介して
形成された燃料極と酸化材極から構成されており、内部
抵抗を持つ直流電圧源とこの直流電圧源に並列に接続さ
れたコンデンサとからなる電気回路として示される等価
回路を備えるものであるために、出力電圧値（ＶFC）
は、供給電流値（ＩFC）の変化に対して時間的に遅れて
変化するいわゆる時間遅れ特性を持っている。このため
に、時間遅れが考慮されていない燃料電池用シミュレー
ションモデル２を用いての動的な解析では、シミュレー
ション解析の結果は実際の燃料電池発電システムの動作
特性とは異なるという問題があった。
【０００５】本発明は、前述の従来技術の問題点に鑑み
なされたものであり、その目的は、燃料電池発電システ
ムの動的解析に対応できる燃料電池用シミュレーション
モデルを提供することにある。
なされたものであり、その目的は、燃料電池発電システ
ムの動的解析に対応できる燃料電池用シミュレーション
モデルを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明では前述の目的
は、 １）燃料電池用シミュレーションモデルを、燃料電池を
電圧源として模擬するものであり、燃料電池の出力電流
に対する出力電圧の静的な特性を模擬したモデル要素
と、一次遅れ特性を模擬したモデル要素とから構成する
こと、により達成される。
は、 １）燃料電池用シミュレーションモデルを、燃料電池を
電圧源として模擬するものであり、燃料電池の出力電流
に対する出力電圧の静的な特性を模擬したモデル要素
と、一次遅れ特性を模擬したモデル要素とから構成する
こと、により達成される。
【０００７】
【作用】本発明においては、燃料電池用シミュレーショ
ンモデルを、燃料電池の出力電流に対する出力電圧の静
的な特性を模擬したモデル要素に、一次遅れ特性を模擬
したモデル要素を組み合わせて構成することにより、供
給電流として時間的に変化する供給電流値（ＩFC）が燃
料電池用シミュレーションモデルに与えられると、燃料
電池用シミュレーションモデルでは、まず、燃料電池の
出力電流に対する出力電圧の静的な特性を模擬したモデ
ル要素において、与えられた供給電流値（ＩFC）に対応
する静的な電圧値を出力する。この電圧値出力は、一次
遅れ特性を模擬したモデル要素に入力される。一次遅れ
特性を模擬したモデル要素は、入力した電圧値出力に対
し一次遅れを加味した電圧を、出力電圧値（ＶFC）とし
て出力する。これにより、この燃料電池用シミュレーシ
ョンモデルでは、与えられた供給電流値（ＩFC）に対応
し、しかも一次遅れが加味された電圧を、出力電圧値
（ＶFC）として出力することとなる。
ンモデルを、燃料電池の出力電流に対する出力電圧の静
的な特性を模擬したモデル要素に、一次遅れ特性を模擬
したモデル要素を組み合わせて構成することにより、供
給電流として時間的に変化する供給電流値（ＩFC）が燃
料電池用シミュレーションモデルに与えられると、燃料
電池用シミュレーションモデルでは、まず、燃料電池の
出力電流に対する出力電圧の静的な特性を模擬したモデ
ル要素において、与えられた供給電流値（ＩFC）に対応
する静的な電圧値を出力する。この電圧値出力は、一次
遅れ特性を模擬したモデル要素に入力される。一次遅れ
特性を模擬したモデル要素は、入力した電圧値出力に対
し一次遅れを加味した電圧を、出力電圧値（ＶFC）とし
て出力する。これにより、この燃料電池用シミュレーシ
ョンモデルでは、与えられた供給電流値（ＩFC）に対応
し、しかも一次遅れが加味された電圧を、出力電圧値
（ＶFC）として出力することとなる。
【０００８】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して詳細に
説明する。図１は、本発明の一実施例による燃料電池用
シミュレーションモデルのブロック線図である。図１に
おいて、２Ａは、燃料電池が供給する電流（Ｉ）とこの
電流（Ｉ）に対応するところの燃料電池の出力電圧との
静的なＶ−Ｉ特性をモデル化した、従来例の燃料電池用
のシミュレーションモデル２と同一内容のモデル要素で
あり、３は、燃料電池の持つ出力電圧値（ＶFC）の時間
遅れ特性を、下記する（式１）による一次遅れ特性とし
て模擬したモデル要素である。１１は、モデル要素２Ａ
に与えられる電流条件としての燃料電池の供給電流値
（ＩFC）であり、１２は、モデル要素２Ａにより得られ
る供給電流値（ＩFC）１１に対応する静的な電圧値；Ｖ
ｓであり、１３Ａは、電圧値（Ｖｓ）１２に対応するモ
デル要素３により得られる時間遅れ特性が加味された燃
料電池の出力電圧値（ＶFC）である。１は、モデル要素
２Ａとモデル要素３からなる燃料電池用のシミュレーシ
ョンモデルである。
説明する。図１は、本発明の一実施例による燃料電池用
シミュレーションモデルのブロック線図である。図１に
おいて、２Ａは、燃料電池が供給する電流（Ｉ）とこの
電流（Ｉ）に対応するところの燃料電池の出力電圧との
静的なＶ−Ｉ特性をモデル化した、従来例の燃料電池用
のシミュレーションモデル２と同一内容のモデル要素で
あり、３は、燃料電池の持つ出力電圧値（ＶFC）の時間
遅れ特性を、下記する（式１）による一次遅れ特性とし
て模擬したモデル要素である。１１は、モデル要素２Ａ
に与えられる電流条件としての燃料電池の供給電流値
（ＩFC）であり、１２は、モデル要素２Ａにより得られ
る供給電流値（ＩFC）１１に対応する静的な電圧値；Ｖ
ｓであり、１３Ａは、電圧値（Ｖｓ）１２に対応するモ
デル要素３により得られる時間遅れ特性が加味された燃
料電池の出力電圧値（ＶFC）である。１は、モデル要素
２Ａとモデル要素３からなる燃料電池用のシミュレーシ
ョンモデルである。
【０００９】
【数１】 １／（１＋S ・Ｔ） ……………………………（１） ここで、S はラプラス変数、Ｔは時定数である。（式
１）は、モデル要素３の模擬する内容が、電圧増幅能力
は持たず、一次遅れ要素だけを備えたものであることを
意味している。前述したように燃料電池の時間遅れ特性
が抵抗とコンデンサとの並列回路に起因するものである
ので、（式１）の内容による比較的に簡単なモデル要素
により、その模擬を可能とすることができるものであ
る。なお、時定数（Ｔ）の値としては、実機の燃料電池
で実測された時間遅れに従う時定数の数値を用いること
となる。
１）は、モデル要素３の模擬する内容が、電圧増幅能力
は持たず、一次遅れ要素だけを備えたものであることを
意味している。前述したように燃料電池の時間遅れ特性
が抵抗とコンデンサとの並列回路に起因するものである
ので、（式１）の内容による比較的に簡単なモデル要素
により、その模擬を可能とすることができるものであ
る。なお、時定数（Ｔ）の値としては、実機の燃料電池
で実測された時間遅れに従う時定数の数値を用いること
となる。
【００１０】本発明では前述の構成としたので、燃料電
池用のシミュレーションモデル１においては、時間的に
変化する供給電流値（ＩFC）１１が与えられると、ま
ず、モデル要素２Ａにおいて、与えられた供給電流値
（ＩFC）１１に対応する静的な電圧値（Ｖｓ）１２が出
力される。この電圧値（Ｖｓ）１２は、モデル要素３に
入力され、モデル要素３では、電圧値（Ｖｓ）１２に対
応ししかも（式１）による一次遅れを加味した電圧を出
力電圧値（ＶFC）１３Ａとして出力することとなる。こ
れにより、燃料電池は、供給電流値（ＩFC）１１に対応
する一次遅れ特性を有する出力電圧値（ＶFC）１３Ａを
発生する電圧源として模擬されることとなる。
池用のシミュレーションモデル１においては、時間的に
変化する供給電流値（ＩFC）１１が与えられると、ま
ず、モデル要素２Ａにおいて、与えられた供給電流値
（ＩFC）１１に対応する静的な電圧値（Ｖｓ）１２が出
力される。この電圧値（Ｖｓ）１２は、モデル要素３に
入力され、モデル要素３では、電圧値（Ｖｓ）１２に対
応ししかも（式１）による一次遅れを加味した電圧を出
力電圧値（ＶFC）１３Ａとして出力することとなる。こ
れにより、燃料電池は、供給電流値（ＩFC）１１に対応
する一次遅れ特性を有する出力電圧値（ＶFC）１３Ａを
発生する電圧源として模擬されることとなる。
【００１１】図３に示したシミュレーションモデル構成
図において、燃料電池のシミュレーションモデル２をこ
の燃料電池用のシミュレーションモデル１に置き換える
ことにより、特に、時定数（Ｔ）として、実機の燃料電
池で実測された時間遅れに従う時定数の数値を用いるこ
とにより、供給電流値（ＩFC）の変化に対応した燃料電
池の出力電圧値（ＶFC）１３Ａあるいはインバータ装置
の出力（電圧，電流等）を動的な特性を精度良く把握す
ることが可能となる。
図において、燃料電池のシミュレーションモデル２をこ
の燃料電池用のシミュレーションモデル１に置き換える
ことにより、特に、時定数（Ｔ）として、実機の燃料電
池で実測された時間遅れに従う時定数の数値を用いるこ
とにより、供給電流値（ＩFC）の変化に対応した燃料電
池の出力電圧値（ＶFC）１３Ａあるいはインバータ装置
の出力（電圧，電流等）を動的な特性を精度良く把握す
ることが可能となる。
【００１２】
【発明の効果】本発明においては、燃料電池用シミュレ
ーションモデルを、燃料電池の出力電流に対する出力電
圧の静的な特性を模擬したモデル要素に、一次遅れ特性
を模擬したモデル要素を組み合わせて構成することによ
り、燃料電池用シミュレーションモデルから得られる燃
料電池の出力電圧値（ＶFC）として、供給電流値（ＩF
C）の変化に対応した時間遅れを持つ値を得ることがで
き、燃料電池発電システムの動的解析に対応できること
が可能となることにより、燃料電池発電システムのシミ
ュレーション解析に際し、精度の高い動的解析結果を得
ることが可能になるとの効果を奏する。
ーションモデルを、燃料電池の出力電流に対する出力電
圧の静的な特性を模擬したモデル要素に、一次遅れ特性
を模擬したモデル要素を組み合わせて構成することによ
り、燃料電池用シミュレーションモデルから得られる燃
料電池の出力電圧値（ＶFC）として、供給電流値（ＩF
C）の変化に対応した時間遅れを持つ値を得ることがで
き、燃料電池発電システムの動的解析に対応できること
が可能となることにより、燃料電池発電システムのシミ
ュレーション解析に際し、精度の高い動的解析結果を得
ることが可能になるとの効果を奏する。
【図１】本発明の一実施例による燃料電池用シミュレー
ションモデルのブロック線図
ションモデルのブロック線図
【図２】従来例の燃料電池用シミュレーションモデルの
ブロック線図
ブロック線図
【図３】燃料電池用シミュレーションモデルを用いた燃
料電池発電システムを対象とした場合のシミュレーショ
ンモデル構成図
料電池発電システムを対象とした場合のシミュレーショ
ンモデル構成図
１ 燃料電池用シミュレーションモデル ２Ａ モデル要素 １１ 供給電流値 １３Ａ 出力電圧値 ３ モデル要素
Claims (1)
- 【請求項１】燃料電池を電圧源として模擬するものであ
り、燃料電池の出力電流に対する出力電圧の静的な特性
を模擬したモデル要素と、一次遅れ特性を模擬したモデ
ル要素とから構成されてなる、ことを特徴とする燃料電
池用シミュレーションモデル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33935092A JPH06188020A (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | 燃料電池用シミュレーションモデル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33935092A JPH06188020A (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | 燃料電池用シミュレーションモデル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06188020A true JPH06188020A (ja) | 1994-07-08 |
Family
ID=18326627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33935092A Pending JPH06188020A (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | 燃料電池用シミュレーションモデル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06188020A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007305327A (ja) * | 2006-05-09 | 2007-11-22 | Yokogawa Electric Corp | 燃料電池発電監視システム |
| JP2009110907A (ja) * | 2007-11-01 | 2009-05-21 | Gyoseiin Genshino Iinkai Kakuno Kenkyusho | 燃料電池の電気模擬装置 |
| WO2009101955A1 (ja) * | 2008-02-12 | 2009-08-20 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池シミュレーション装置及び燃料電池 |
| KR101032669B1 (ko) * | 2009-09-07 | 2011-05-06 | 국방과학연구소 | 비축형 전지 시뮬레이션 장치 및 그 방법 |
| CN114325398A (zh) * | 2021-11-08 | 2022-04-12 | 淮阴工学院 | 一种针对质子交换膜燃料电池系统的故障检测方法 |
-
1992
- 1992-12-21 JP JP33935092A patent/JPH06188020A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007305327A (ja) * | 2006-05-09 | 2007-11-22 | Yokogawa Electric Corp | 燃料電池発電監視システム |
| JP2009110907A (ja) * | 2007-11-01 | 2009-05-21 | Gyoseiin Genshino Iinkai Kakuno Kenkyusho | 燃料電池の電気模擬装置 |
| WO2009101955A1 (ja) * | 2008-02-12 | 2009-08-20 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池シミュレーション装置及び燃料電池 |
| JP2009193672A (ja) * | 2008-02-12 | 2009-08-27 | Toyota Motor Corp | 燃料電池シミュレーション装置及び燃料電池 |
| US8620637B2 (en) | 2008-02-12 | 2013-12-31 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell simulator and fuel cell |
| KR101032669B1 (ko) * | 2009-09-07 | 2011-05-06 | 국방과학연구소 | 비축형 전지 시뮬레이션 장치 및 그 방법 |
| CN114325398A (zh) * | 2021-11-08 | 2022-04-12 | 淮阴工学院 | 一种针对质子交换膜燃料电池系统的故障检测方法 |
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