JPH071700B2 - 燃料電池発電システム - Google Patents
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- JPH071700B2 JPH071700B2 JP59108784A JP10878484A JPH071700B2 JP H071700 B2 JPH071700 B2 JP H071700B2 JP 59108784 A JP59108784 A JP 59108784A JP 10878484 A JP10878484 A JP 10878484A JP H071700 B2 JPH071700 B2 JP H071700B2
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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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。
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。
［発明の技術的背景］ 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
を挟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に
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
を挟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に
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
り負荷指令値に見合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
り負荷指令値に見合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。
［背景技術の問題点］ 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。
［発明の目的］ 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。
［発明の概要］ 上記目的を達成するために本発明では、電解質層を挟ん
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、上記
燃料電池の出力電流を検出する電流検出器と、この電流
検出器により検出された出力電流の大きさに応じて上記
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，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、上記
燃料電池の出力電流を検出する電流検出器と、この電流
検出器により検出された出力電流の大きさに応じて上記
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，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。
［発明の実施例］ まず、本発明の考え方について第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、ファラデー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。
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、ファラデー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に
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
ものである。図において、１は電解質層を挟んで燃料極
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、
10は上記燃料電池１の出力電流Ｉを検出する電流検出器
である。さらに、11はこの電流検出器10により検出され
た出力電流Ｉの大きさ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、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。
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
ものである。図において、１は電解質層を挟んで燃料極
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、
10は上記燃料電池１の出力電流Ｉを検出する電流検出器
である。さらに、11はこの電流検出器10により検出され
た出力電流Ｉの大きさ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、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23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28からの負荷指令値P0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23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、34は上記インバータ６からの出力電気量
（例えば電力Ps）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
記負荷指令設定器28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33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。
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23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28からの負荷指令値P0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23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、34は上記インバータ６からの出力電気量
（例えば電力Ps）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
記負荷指令設定器28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33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下式より求ま
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下式より求ま
る。
Ｉ×Ｎ×3600×22.4 ４×96500×1000×0.21×η ここで、F:酸化剤の供給流量（Nm/H）、I:電池出力電流
（Ａ）、N:燃料電池直列接続個数、η：酸化剤利用率で
あり、またファラデー定数を96500（c/mol）、酸化剤中
の酸素濃度0.21とする。
（Ａ）、N:燃料電池直列接続個数、η：酸化剤利用率で
あり、またファラデー定数を96500（c/mol）、酸化剤中
の酸素濃度0.21とする。
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。
まず、いま仮に特性曲線上のａ点（負荷指令値P0：
P0）にて運転している時に負荷指令値P0がP2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23が減算器22で得られ、この偏差信号23に応じ
PID演算器24および下限零リミッタ25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28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。
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P0：
P0）にて運転している時に負荷指令値P0がP2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23が減算器22で得られ、この偏差信号23に応じ
PID演算器24および下限零リミッタ25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28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23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33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P2との偏差信号36に応じて第２の供
給流量補正値を得、かつこれを下限零リミッタ38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
へ与えることにより、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20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。
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23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33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P2との偏差信号36に応じて第２の供
給流量補正値を得、かつこれを下限零リミッタ38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
へ与えることにより、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20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
挟んで燃料極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か夫々供給され、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、上記燃料電池１の出力
電流Ｉを検出する電流検出器10と、この電流検出器10に
より検出された出力電流Ｉの大きさ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11,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23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24,この負荷指令補正値26と負荷指令設定器28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、上記インバータ６からの出力電
気量である出力電力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28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37よりなる第２の流
量補正手段と、上記第２の供給流量補正値39を上記供給
流量補正値14として上記減算器13に与える構成としたも
のである。
挟んで燃料極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か夫々供給され、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、上記燃料電池１の出力
電流Ｉを検出する電流検出器10と、この電流検出器10に
より検出された出力電流Ｉの大きさ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11,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23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24,この負荷指令補正値26と負荷指令設定器28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、上記インバータ６からの出力電
気量である出力電力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28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37よりなる第２の流
量補正手段と、上記第２の供給流量補正値39を上記供給
流量補正値14として上記減算器13に与える構成としたも
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、上
記構成に加えて、減算器22からの偏差信号23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31を備えてなる第１の流量補正手段
を設け、この第１の流量補正手段と第２の流量補正手段
より得られる第１及び第２の供給流量補正値33及び39を
加算器40により加算し、その加算信号を供給流量補正値
14として減算器13に与える構成としたものである。
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、上
記構成に加えて、減算器22からの偏差信号23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31を備えてなる第１の流量補正手段
を設け、この第１の流量補正手段と第２の流量補正手段
より得られる第１及び第２の供給流量補正値33及び39を
加算器40により加算し、その加算信号を供給流量補正値
14として減算器13に与える構成としたものである。
このような構成とすれば、検出電圧が上限制限電圧を越
えた場合には、まず第１の供給流量補正値が電池への酸
化剤供給流量を減少させる方向に働くと同時にインバー
タ６への負荷指令補正値が出力され、インバータ６の出
力が増加する方向に働き、前述の第１の供給流量補正値
の働きと同じく電池電圧を上限制限電圧以下に引戻す。
えた場合には、まず第１の供給流量補正値が電池への酸
化剤供給流量を減少させる方向に働くと同時にインバー
タ６への負荷指令補正値が出力され、インバータ６の出
力が増加する方向に働き、前述の第１の供給流量補正値
の働きと同じく電池電圧を上限制限電圧以下に引戻す。
しかし、このままでは電池電圧は上限制限電圧以下に速
やかに抑制することができるが、インバータ６の出力電
気量は負荷指令値より増加したままの運転状態を継続し
てしまう。このため、電気量検出値が負荷指令値を越え
た場合には電池への酸化剤供給流量を減少させる方向に
働く第２の供給流量補正値により電池電圧を第１の供給
流量補正値と同一方向に働くよう作用させ、電池出力電
圧が上限制限電圧以下で負荷指令値と出力電気量が一致
する運転点に移行させている。
やかに抑制することができるが、インバータ６の出力電
気量は負荷指令値より増加したままの運転状態を継続し
てしまう。このため、電気量検出値が負荷指令値を越え
た場合には電池への酸化剤供給流量を減少させる方向に
働く第２の供給流量補正値により電池電圧を第１の供給
流量補正値と同一方向に働くよう作用させ、電池出力電
圧が上限制限電圧以下で負荷指令値と出力電気量が一致
する運転点に移行させている。
従って、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。
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。
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。
［発明の効果］ 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に寿命の向上を図る
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に寿命の向上を図る
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図は本発明の考え方を説明するための図、第５図は
実施例の動作を説明するための図である。 １……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、10……電
流検出器、11……演算器、13,16,22,35……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図は本発明の考え方を説明するための図、第５図は
実施例の動作を説明するための図である。 １……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、10……電
流検出器、11……演算器、13,16,22,35……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 (2)
- 【請求項１】燃料供給ラインを通して燃料が供給される
燃料極及び酸化剤供給ラインを通して酸化剤が供給され
る酸化剤極を備えた燃料電池で発生する電気エネルギー
を電力変換装置により負荷指令値に見合った電気量に変
換して出力する燃料電池発電システムにおいて、前記燃
料電池の出力電流を検出する電流検出器と、この電流検
出器により検出された出力電流の大きさに応じて前記酸
化剤の供給流量指令値を求める演算器、この演算器から
の供給流量指令値と前記酸化剤供給ラインを流れる酸化
剤流量の検出値とを比較し、その偏差に基いて前記酸化
剤供給ラインに設けられた調節弁に弁開度調節信号を与
える流量制御手段と、前記燃料電池の出力電圧を検出す
る電圧検出器と、この電圧検出器の検出電圧と前記燃料
電池の上限制限電圧とを比較し、検出電圧が上限制限電
圧を越えると前記電力変換装置への負荷指令値を増加さ
せる負荷指令補正値を出力する負荷指令補正手段と、前
記電圧検出器の検出電圧が前記燃料電池の上限制限電圧
を越えると前記電力変換装置の出力電気量と前記負荷指
令値との偏差により前記流量制御手段で求められた供給
流量指令値を減少させる供給流量補正値を出力する流量
補正手段とを備えたことを特徴とする燃料電池発電シス
テム。 - 【請求項２】燃料供給ラインを通して燃料が供給される
燃料極及び酸化剤供給ラインを通して酸化剤が供給され
る酸化剤極を備えた燃料電池で発生する電気エネルギー
を電力変換装置により負荷指令値に見合った電気量に変
換して出力する燃料電池発電システムにおいて、前記燃
料電池の出力電流を検出する電流検出器と、この電流検
出器により検出された出力電流の大きさに応じて前記酸
化剤の供給流量指令値を求める演算器、この演算器から
の供給流量指令値と前記酸化剤供給ラインを流れる酸化
剤流量の検出値とを比較し、その偏差に基いて前記酸化
剤供給ラインに設けられた調節弁に弁開度調節信号を与
える流量制御手段と、前記燃料電池の出力電圧を検出す
る電圧検出器と、この電圧検出器の検出電圧と前記燃料
電池の上限制限電圧とを比較し、検出電圧が上限制限電
圧を越えると前記電力変換装置への負荷指令値を増加さ
せる負荷指令補正値を出力する負荷指令補正手段と、前
記電圧検出器の検出電圧が前記燃料電池の上限制限電圧
を越えると前記供給流量指令値を減少させる第１の供給
流量補正値を出力する第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し、この電気量検出値
が前記負荷指令値を越えると前記燃料電池への酸化剤供
給流量を減少させ、且つ燃料電池の出力電圧が上限制限
電圧以下で負荷指令値と出力電気量が一致するように前
記第１の供給流量補正値に加算される第２の供給流量補
正値を出力する第２の流量補正手段とを備えたことを特
徴とする燃料電池発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59108784A JPH071700B2 (ja) | 1984-05-29 | 1984-05-29 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59108784A JPH071700B2 (ja) | 1984-05-29 | 1984-05-29 | 燃料電池発電システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60253171A JPS60253171A (ja) | 1985-12-13 |
| JPH071700B2 true JPH071700B2 (ja) | 1995-01-11 |
Family
ID=14493389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59108784A Expired - Fee Related JPH071700B2 (ja) | 1984-05-29 | 1984-05-29 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH071700B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9118049B2 (en) | 2007-05-29 | 2015-08-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06105623B2 (ja) * | 1986-07-01 | 1994-12-21 | 三菱電機株式会社 | 燃料電池発電システム |
| DE10393844B4 (de) * | 2002-12-06 | 2014-07-24 | Fairchild Semiconductor Corporation | Integrierte Brennstoffzellenleistungsaufbereitung mit zusätzlicher Funktionssteuerung |
| JP4977947B2 (ja) * | 2004-07-16 | 2012-07-18 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| JP4852241B2 (ja) * | 2004-12-27 | 2012-01-11 | 東芝燃料電池システム株式会社 | 燃料電池発電システムの運転方法 |
| JP2008117788A (ja) * | 2007-12-25 | 2008-05-22 | Ballard Power Syst Inc | 燃料電池の制御装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4202933A (en) * | 1978-10-13 | 1980-05-13 | United Technologies Corporation | Method for reducing fuel cell output voltage to permit low power operation |
| JPS58166670A (ja) * | 1982-03-27 | 1983-10-01 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 燃料電池の圧力制御方法 |
-
1984
- 1984-05-29 JP JP59108784A patent/JPH071700B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9118049B2 (en) | 2007-05-29 | 2015-08-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60253171A (ja) | 1985-12-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |