JPH0719615B2 - 燃料電池発電システム - Google Patents
燃料電池発電システムInfo
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- JPH0719615B2 JPH0719615B2 JP62243744A JP24374487A JPH0719615B2 JP H0719615 B2 JPH0719615 B2 JP H0719615B2 JP 62243744 A JP62243744 A JP 62243744A JP 24374487 A JP24374487 A JP 24374487A JP H0719615 B2 JPH0719615 B2 JP H0719615B2
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- cell
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- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料電池発電システムに関するものである。
従来燃料電池発電システムは米国特許4,198,597号公報
に示されているように、電池本体が劣化して不動作セル
が発生したかどうかを検出するために、セル単体あるい
はモジユール電池から夫々発生電圧を連続監視する多く
のセンサーを電池本体から計測系へ導出している。ま
た、特開昭58−94767号公報、特開昭58−87770号公報に
は電池後流側の排ガス中の炭酸ガス濃度から電池本体の
劣化を検出することが示されている。
に示されているように、電池本体が劣化して不動作セル
が発生したかどうかを検出するために、セル単体あるい
はモジユール電池から夫々発生電圧を連続監視する多く
のセンサーを電池本体から計測系へ導出している。ま
た、特開昭58−94767号公報、特開昭58−87770号公報に
は電池後流側の排ガス中の炭酸ガス濃度から電池本体の
劣化を検出することが示されている。
上記従来技術でセル電圧を監視する場合は、基本的には
各セル毎にセンサーを配設する必要があり、多量のデー
タを処理する膨大な計測システムが要求され、発電シス
テムが複雑化すると共にコストも高くなる。また、モジ
ユール電池単位に計測する場合には、不動作セルが存在
しても全体が負電位にまで低下せず、検出ができない欠
点があつた。また、後流側のガス分析による場合には炭
酸ガスの検出手段を設ける必要があり、装置が複雑化す
ると共に、コストが高くなる。更に、燃料ガスを改質生
成する過程で既に炭酸ガスが含有されており、セル劣化
によつて生じる炭酸ガスと分離評価することが難しく、
信頼性の上でも問題があつた。
各セル毎にセンサーを配設する必要があり、多量のデー
タを処理する膨大な計測システムが要求され、発電シス
テムが複雑化すると共にコストも高くなる。また、モジ
ユール電池単位に計測する場合には、不動作セルが存在
しても全体が負電位にまで低下せず、検出ができない欠
点があつた。また、後流側のガス分析による場合には炭
酸ガスの検出手段を設ける必要があり、装置が複雑化す
ると共に、コストが高くなる。更に、燃料ガスを改質生
成する過程で既に炭酸ガスが含有されており、セル劣化
によつて生じる炭酸ガスと分離評価することが難しく、
信頼性の上でも問題があつた。
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、電池本体
の劣化、不動作セルの有無を容易に判定し、信頼性の高
い運転を可能とした燃料電池発電システムを提供するこ
とを目的とするものである。
の劣化、不動作セルの有無を容易に判定し、信頼性の高
い運転を可能とした燃料電池発電システムを提供するこ
とを目的とするものである。
上記目的は、劣化検出手段を、モジユール電池毎に夫々
設けた電圧出力計測系および温度出力計測系と、これら
の計測系に接続した評価システムと、この評価システム
とモジユール電池に夫々反応ガスを供給する反応ガス供
給系との間を接続した流量調節系とで構成し、反応ガス
の利用が変化した場合に生じるモジユール電池の電圧変
化および温度変化が正に相関した場合に、正に相関した
モジユール電池の反応ガスの利用率を低減して運転する
ことにより、達成される。
設けた電圧出力計測系および温度出力計測系と、これら
の計測系に接続した評価システムと、この評価システム
とモジユール電池に夫々反応ガスを供給する反応ガス供
給系との間を接続した流量調節系とで構成し、反応ガス
の利用が変化した場合に生じるモジユール電池の電圧変
化および温度変化が正に相関した場合に、正に相関した
モジユール電池の反応ガスの利用率を低減して運転する
ことにより、達成される。
劣化検出手段を、電圧出力計測系および温度出力計測
系、評価システム、流量調節系等で構成し、反応ガスの
利用率が変化した場合に生じるモジユール電池の電圧変
化および温度変化が正に相関した場合に、正に相関した
モジユール電池の反応ガスの利用率を低減して運転する
ようにしたので、所期の目的が達せられるようになる
が、それを次に説明する。
系、評価システム、流量調節系等で構成し、反応ガスの
利用率が変化した場合に生じるモジユール電池の電圧変
化および温度変化が正に相関した場合に、正に相関した
モジユール電池の反応ガスの利用率を低減して運転する
ようにしたので、所期の目的が達せられるようになる
が、それを次に説明する。
一般に燃料電池は反応ガスの有する化学エネルギーを直
接電気エネルギーに変換する装置であり、燃焼反応に伴
う熱エネルギーも含めると総合変換効率80％以上の高い
値を示す。ところで高負荷をとり電気出力を高めて運転
すると、燃焼反応も活発となり熱エネルギーとして外界
に放散するエネルギーも大きくなる。これが正常に動作
している燃料電池の場合であるが、ガス偏流等によりセ
ルの一部が動作しなくなると、そのセルは発電能力を失
ない、電解質、電極その他構成部材の単なる抵抗負荷と
なる。一般にセルの内部抵抗による損失分はセルの電極
反応に伴う損失分に比べ小さいため、このような不動作
セルが発生した場合には熱エネルギーは単なる抵抗損の
ため、セルの発熱量が減少しセル温度が低下する。この
場合当然のこと乍ら発電能力を失うためセル電圧も著し
く低下し、不動作セルを含むモジユール電池の出力電圧
も温度も共に低下することになる。すなわち電圧と温度
変化とが正に相関していることから不動作セルが存在す
ると判断でき、正常なセルの場合のように、出力電圧が
低下した場合にセル温度が上昇するケースと分離評価す
ることができる。このような場合にはガス利用率を低減
してセル電圧の変化と温度変化とが負に相関することを
確認すると共に、そのような条件下で運転するようにし
たので、電池本体の劣化を防止し安定、かつ信頼性の高
い燃料電池の出力を維持することができる。
接電気エネルギーに変換する装置であり、燃焼反応に伴
う熱エネルギーも含めると総合変換効率80％以上の高い
値を示す。ところで高負荷をとり電気出力を高めて運転
すると、燃焼反応も活発となり熱エネルギーとして外界
に放散するエネルギーも大きくなる。これが正常に動作
している燃料電池の場合であるが、ガス偏流等によりセ
ルの一部が動作しなくなると、そのセルは発電能力を失
ない、電解質、電極その他構成部材の単なる抵抗負荷と
なる。一般にセルの内部抵抗による損失分はセルの電極
反応に伴う損失分に比べ小さいため、このような不動作
セルが発生した場合には熱エネルギーは単なる抵抗損の
ため、セルの発熱量が減少しセル温度が低下する。この
場合当然のこと乍ら発電能力を失うためセル電圧も著し
く低下し、不動作セルを含むモジユール電池の出力電圧
も温度も共に低下することになる。すなわち電圧と温度
変化とが正に相関していることから不動作セルが存在す
ると判断でき、正常なセルの場合のように、出力電圧が
低下した場合にセル温度が上昇するケースと分離評価す
ることができる。このような場合にはガス利用率を低減
してセル電圧の変化と温度変化とが負に相関することを
確認すると共に、そのような条件下で運転するようにし
たので、電池本体の劣化を防止し安定、かつ信頼性の高
い燃料電池の出力を維持することができる。
燃料電池の劣化は、緩慢な性能劣化現象と急激な性能劣
化現象とに大別できる。前者には電解質の経時的な変化
にともなってセルの内部抵抗が増加する現象、あるいは
電解質により触媒層が濡れて拡散抵抗が増加する現象、
さらに触媒の表面積が減少し、反応抵抗が増加する現象
などがある。セル性能は、これらの現象が重なってゆっ
くりと低下していくもので、燃料電池の宿命であり、防
止することは困難である。
化現象とに大別できる。前者には電解質の経時的な変化
にともなってセルの内部抵抗が増加する現象、あるいは
電解質により触媒層が濡れて拡散抵抗が増加する現象、
さらに触媒の表面積が減少し、反応抵抗が増加する現象
などがある。セル性能は、これらの現象が重なってゆっ
くりと低下していくもので、燃料電池の宿命であり、防
止することは困難である。
後者の急激な劣化現象は、電解質の消失による反応ガス
の直接混合であるいわゆるガスクロス現象、ガスチャン
ネルの閉塞などが原因で生じるガス欠セルの発生、さら
に絶縁不良、冷却管閉塞などの重大な事故に結びつく、
緊急な対応を必要とする現象である。
の直接混合であるいわゆるガスクロス現象、ガスチャン
ネルの閉塞などが原因で生じるガス欠セルの発生、さら
に絶縁不良、冷却管閉塞などの重大な事故に結びつく、
緊急な対応を必要とする現象である。
この中で運転方法の改善で対応できるのは、ガス欠によ
り不動作セルが発生するという本発明で解決の対象とし
た現象である。不動作セルが発生したときの特徴である
セル電圧とセル温度との正の相関性に着目した本発明に
より適正な運転が可能となる。すなわち、ガス欠による
不動作セルの発生はセル電圧が上昇したときセル温度も
上昇するという正の相関性をもっている。これに対し、
ガスクロス現象などはセル電圧が低下するとともにセル
温度は異常に増加するが、この現象は本発明のようにセ
ル電圧とセル温度との正の相関性に着目したものでは検
出できない。
り不動作セルが発生するという本発明で解決の対象とし
た現象である。不動作セルが発生したときの特徴である
セル電圧とセル温度との正の相関性に着目した本発明に
より適正な運転が可能となる。すなわち、ガス欠による
不動作セルの発生はセル電圧が上昇したときセル温度も
上昇するという正の相関性をもっている。これに対し、
ガスクロス現象などはセル電圧が低下するとともにセル
温度は異常に増加するが、この現象は本発明のようにセ
ル電圧とセル温度との正の相関性に着目したものでは検
出できない。
ガスクロス現象は、燃料電池プラントの安全性、信頼性
の観点から十分配慮しなければならない事項であり、周
知のようにガス濃度検知器などにより厳密な監視がされ
ており、一度許容濃度が限界を越えればプラントとして
直ちに停止し、電池の修復を行うことが必要となる。
の観点から十分配慮しなければならない事項であり、周
知のようにガス濃度検知器などにより厳密な監視がされ
ており、一度許容濃度が限界を越えればプラントとして
直ちに停止し、電池の修復を行うことが必要となる。
なお、劣化セルの電気分解は、水の電気分解のように水
素と酸素は発生しない。その代わりに電極の酸化、還元
反応が生じ、反応式は例えばカソードでは次式のように
表わせる。
素と酸素は発生しない。その代わりに電極の酸化、還元
反応が生じ、反応式は例えばカソードでは次式のように
表わせる。
Ｃ＋2H2O→4H+＋CO＋4e- すなわち、カソードには可燃性ガスである水素の発生は
なく、不活性ガスである炭酸ガスが発生するだけであ
り、空気との直接反応による発熱はない。
なく、不活性ガスである炭酸ガスが発生するだけであ
り、空気との直接反応による発熱はない。
以下、図示した実施例に基づいて本発明を説明する。第
１図には本発明の一実施例が示されている。燃料電池発
電システムは複数のセルから構成されたモジユール電池
１よりなる電池本体1Aを備えており、この電池本体1Aに
は電池本体1Aの劣化を検出する劣化検出手段が設けられ
ている。このように構成された燃料電池発電システムで
本実施例では劣化検出手段を、モジユール電池１毎に夫
々設けた電圧出力計測系２および温度出力計測系３と、
これらの計測系2,3に接続した評価システム４と、この
評価システム４とモジユール電池１に夫々反応ガスを供
給する反応ガス供給系５との間を接続した流量調節系６
とで構成し、反応ガスの利用率が変化した場合に生じる
モジユール電池１の電圧変化および温度変化が正に相関
した場合に、正に相関したモジユール電池１の反応ガス
の利用率を低減して運転するようにした。このようにす
ることにより電池本体1Aの劣化、不動作セルの有無を容
易に判定し、信頼性の高い運転ができるようになつて、
電池本体1Aの劣化、不動作セルの有無を容易に判定し、
信頼性の高い運転を可能とした燃料電池発電システムを
得ることができる。
１図には本発明の一実施例が示されている。燃料電池発
電システムは複数のセルから構成されたモジユール電池
１よりなる電池本体1Aを備えており、この電池本体1Aに
は電池本体1Aの劣化を検出する劣化検出手段が設けられ
ている。このように構成された燃料電池発電システムで
本実施例では劣化検出手段を、モジユール電池１毎に夫
々設けた電圧出力計測系２および温度出力計測系３と、
これらの計測系2,3に接続した評価システム４と、この
評価システム４とモジユール電池１に夫々反応ガスを供
給する反応ガス供給系５との間を接続した流量調節系６
とで構成し、反応ガスの利用率が変化した場合に生じる
モジユール電池１の電圧変化および温度変化が正に相関
した場合に、正に相関したモジユール電池１の反応ガス
の利用率を低減して運転するようにした。このようにす
ることにより電池本体1Aの劣化、不動作セルの有無を容
易に判定し、信頼性の高い運転ができるようになつて、
電池本体1Aの劣化、不動作セルの有無を容易に判定し、
信頼性の高い運転を可能とした燃料電池発電システムを
得ることができる。
すなわち同図は複数セルを積層して構成されたモジユー
ル電池１に、反応ガス供給系５により酸化剤および燃料
ガスを供給して発電させ、電気出力と熱出力とを得る燃
料電池発電システムが示されている。この燃料電池発電
システムで、モジユール電池１毎に配設した電圧出力計
測系２および温度出力計測系３からの出力を評価システ
ム４で評価判定し、反応ガスの流量調節系６を制御し、
安定した電池の運転を行うものである。すなわち第２図
には電圧出力と温度出力との変化の特性が模式的に示し
てあるが、同図から明らかなように正常な電池の場合に
は負荷を増加したり、反応ガスの利用率を高めたりする
ことにより電圧が低下すると、電池温度は増加する。こ
れに対しガス偏流などにより一部不動作セルの発生など
が生じると、電池電圧を電池温度とが共に低下し、右上
りの特性曲線となる。この後者の特性の場合には反応ガ
スの利用率を低減し、十分なガスを供給することによつ
て電極反応が正常な状態に復帰する場合が多いが、この
時電圧と温度との関係は上述の第２図の正常な電池の特
性曲線となり、評価システム４により最適な電池運転条
件を極めて正確に判断することができ、安定で信頼性の
高い燃料電池の運転をすることができる。
ル電池１に、反応ガス供給系５により酸化剤および燃料
ガスを供給して発電させ、電気出力と熱出力とを得る燃
料電池発電システムが示されている。この燃料電池発電
システムで、モジユール電池１毎に配設した電圧出力計
測系２および温度出力計測系３からの出力を評価システ
ム４で評価判定し、反応ガスの流量調節系６を制御し、
安定した電池の運転を行うものである。すなわち第２図
には電圧出力と温度出力との変化の特性が模式的に示し
てあるが、同図から明らかなように正常な電池の場合に
は負荷を増加したり、反応ガスの利用率を高めたりする
ことにより電圧が低下すると、電池温度は増加する。こ
れに対しガス偏流などにより一部不動作セルの発生など
が生じると、電池電圧を電池温度とが共に低下し、右上
りの特性曲線となる。この後者の特性の場合には反応ガ
スの利用率を低減し、十分なガスを供給することによつ
て電極反応が正常な状態に復帰する場合が多いが、この
時電圧と温度との関係は上述の第２図の正常な電池の特
性曲線となり、評価システム４により最適な電池運転条
件を極めて正確に判断することができ、安定で信頼性の
高い燃料電池の運転をすることができる。
このように本実施例によれば燃料電池本体の出力電圧、
電池温度の変化を計測する手段を与えるだけで、極めて
簡便に電池本体の異常の有無を検出し、かつガス利用率
の低減などの対応により正常化の確認を容易に検出する
ことができるので、安定性，信頼性を飛躍的に向上する
ことができる。また、本実施例によれば電圧、温度の基
本的な物理量の相関性に着目しているので、従来のよう
に多量の電圧、温度センサーを配設した膨大な計測シス
テムが不要となり、システム構成を単純化、低コスト化
できると共に、センサーの導出による電池製作工程を簡
略化でき、電池本体の信頼性の向上に寄与することがで
きる。
電池温度の変化を計測する手段を与えるだけで、極めて
簡便に電池本体の異常の有無を検出し、かつガス利用率
の低減などの対応により正常化の確認を容易に検出する
ことができるので、安定性，信頼性を飛躍的に向上する
ことができる。また、本実施例によれば電圧、温度の基
本的な物理量の相関性に着目しているので、従来のよう
に多量の電圧、温度センサーを配設した膨大な計測シス
テムが不要となり、システム構成を単純化、低コスト化
できると共に、センサーの導出による電池製作工程を簡
略化でき、電池本体の信頼性の向上に寄与することがで
きる。
上述のように本発明は電池本体の劣化、不動作セルの有
無を容易に判定し、信頼性の高い運転ができるようにな
つて、電池本体の劣化、不動作セルの有無を容易に判定
し、信頼性の高い運転を可能とした燃料電池発電システ
ムを得ることができる。
無を容易に判定し、信頼性の高い運転ができるようにな
つて、電池本体の劣化、不動作セルの有無を容易に判定
し、信頼性の高い運転を可能とした燃料電池発電システ
ムを得ることができる。
第１図は本発明の燃料電池発電システムの一実施例のガ
スフローおよび計測評価系の構成を示す説明図、第２図
は電圧出力と温度出力との変化を示す特性図である。 １……モジユール電池、1A……電池本体、２……電圧出
力計測系、３……温度出力計測系、４……評価システ
ム、５……反応ガス供給系、６……流量調節系。
スフローおよび計測評価系の構成を示す説明図、第２図
は電圧出力と温度出力との変化を示す特性図である。 １……モジユール電池、1A……電池本体、２……電圧出
力計測系、３……温度出力計測系、４……評価システ
ム、５……反応ガス供給系、６……流量調節系。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山形 武夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 堤 泰行 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】複数のセルから構成されたモジュール電池
よりなる電池本体と、前記モジュール電池に夫夫反応ガ
スを供給する反応ガス供給系と、前記モジュール電池毎
に夫夫設けた電圧出力計測系および温度出力計測系と、
これらの計測系に接続した評価システムと、前記評価シ
ステムと前記反応ガス供給系との間に接続した流量調節
系を備え、前記評価システムは、電圧変化および温度変
化が正に相関するモジュール電池に接続した反応ガス供
給系の流量調節系を調節して充分な反応ガスを供給し、
それによって反応ガスの利用率を低減して運転すること
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 |
|---|---|---|---|
| JP62243744A JPH0719615B2 (ja) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62243744A JPH0719615B2 (ja) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | 燃料電池発電システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6489158A JPS6489158A (en) | 1989-04-03 |
| JPH0719615B2 true JPH0719615B2 (ja) | 1995-03-06 |
Family
ID=17108342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62243744A Expired - Fee Related JPH0719615B2 (ja) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0719615B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5366821A (en) * | 1992-03-13 | 1994-11-22 | Ballard Power Systems Inc. | Constant voltage fuel cell with improved reactant supply and control system |
| DE10058083A1 (de) * | 2000-11-23 | 2002-06-20 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Brennstoffzellenstapel |
| IT1315772B1 (it) * | 2000-12-15 | 2003-03-18 | Sit La Precisa Spa | Metodo e dispositivo di controllo di celle a combustibile |
| US6893756B2 (en) * | 2002-04-30 | 2005-05-17 | General Motors Corporation | Lambda sensing with a fuel cell stack |
| JP4085805B2 (ja) * | 2002-12-25 | 2008-05-14 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| EP1665435B1 (en) | 2003-07-25 | 2016-10-12 | Nissan Motor Company Limited | Device and method for controlling fuel cell and fuel cell system |
| JP4899285B2 (ja) * | 2003-09-17 | 2012-03-21 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| JP5122319B2 (ja) * | 2008-02-14 | 2013-01-16 | 株式会社日立製作所 | 固体酸化物形燃料電池 |
| JP5946298B2 (ja) * | 2012-03-12 | 2016-07-06 | アイシン精機株式会社 | 燃料電池システム |
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1987
- 1987-09-30 JP JP62243744A patent/JPH0719615B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPS6489158A (en) | 1989-04-03 |
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