JPH08222258A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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- JPH08222258A JPH08222258A JP7026415A JP2641595A JPH08222258A JP H08222258 A JPH08222258 A JP H08222258A JP 7026415 A JP7026415 A JP 7026415A JP 2641595 A JP2641595 A JP 2641595A JP H08222258 A JPH08222258 A JP H08222258A
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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
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Abstract
(57)【要約】
【目的】放電装置に燃料電池および中間コンデンサの放
電機能を兼ねさせることにより、小型化，低コスト化し
た燃料電池発電装置を提供する。 【構成】この発明の燃料電池発電装置は、燃料電池１の
出力側に昇圧チョッパー２Ａおよびインバータ３を備え
た燃料電池発電装置において、昇圧チョッパー出力側の
中間回路に燃料電池１の開回路電圧抑制を兼ねた放電装
置２０を設ける。
電機能を兼ねさせることにより、小型化，低コスト化し
た燃料電池発電装置を提供する。 【構成】この発明の燃料電池発電装置は、燃料電池１の
出力側に昇圧チョッパー２Ａおよびインバータ３を備え
た燃料電池発電装置において、昇圧チョッパー出力側の
中間回路に燃料電池１の開回路電圧抑制を兼ねた放電装
置２０を設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、燃料電池の発電電力
を交流電力に変換して負荷に供給する燃料電池発電装
置、ことに外部負荷回路を遮断して燃料電池の発電運転
を停止する際、開回路電圧に起因して燃料電池に生ずる
劣化現象を防止する放電装置を備えた燃料電池発電装置
に関する。
を交流電力に変換して負荷に供給する燃料電池発電装
置、ことに外部負荷回路を遮断して燃料電池の発電運転
を停止する際、開回路電圧に起因して燃料電池に生ずる
劣化現象を防止する放電装置を備えた燃料電池発電装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】単位セルの積層体からなり、その燃料極
に水素リッチな燃料ガスを供給し，酸化剤電極に空気を
供給することにより、電気化学反応による発電を行う燃
料電池においては、その発電特性として出力電流の増加
に伴って出力電圧が低下する垂下特性が知られている。
また、出力電流が零の時の出力電圧を開回路電圧と呼
び、運転温度の燃料電池を開回路電圧の発生状態で放置
すると電極触媒粒子が粗大化して電極表面積が低下し、
これが原因で発電性能や寿命特性の低下を招くという劣
化現象が知られている。そこで、このような燃料電池の
劣化現象を回避するために、燃料電池発電装置の運転停
止に際して燃料電池内の反応ガスを窒素などの不活性ガ
スに置換して開回路電圧の発生を防止する運転操作を行
うとともに、燃料電池の出力側に放電抵抗を接続し、燃
料電池発電装置の運転停止に際してこの放電抵抗を内部
負荷として開回路電圧を抑制するよう構成した燃料電池
発電装置が知られている。
に水素リッチな燃料ガスを供給し，酸化剤電極に空気を
供給することにより、電気化学反応による発電を行う燃
料電池においては、その発電特性として出力電流の増加
に伴って出力電圧が低下する垂下特性が知られている。
また、出力電流が零の時の出力電圧を開回路電圧と呼
び、運転温度の燃料電池を開回路電圧の発生状態で放置
すると電極触媒粒子が粗大化して電極表面積が低下し、
これが原因で発電性能や寿命特性の低下を招くという劣
化現象が知られている。そこで、このような燃料電池の
劣化現象を回避するために、燃料電池発電装置の運転停
止に際して燃料電池内の反応ガスを窒素などの不活性ガ
スに置換して開回路電圧の発生を防止する運転操作を行
うとともに、燃料電池の出力側に放電抵抗を接続し、燃
料電池発電装置の運転停止に際してこの放電抵抗を内部
負荷として開回路電圧を抑制するよう構成した燃料電池
発電装置が知られている。
【０００３】図４は従来の燃料電池発電装置の電気系統
を簡略化して示す構成図であり、燃料電池１の出力はチ
ョッパー２およびインパータ３により例えば定電圧制御
された交流電力に変換されて外部負荷９に供給される。
放電装置は燃料電池１の開回路電圧を抑制する燃料電池
放電装置１１、およびチョッパー２の出力側とインパー
タ３入力側との間に存在する中間回路コンデンサ４の充
電電荷を放電する中間回路放電装置１２からなり、それ
ぞれ図示しない燃料電池発電装置の制御部からの運転停
止指令によって閉じる放電スイッチ１３と放電抵抗１４
の直列回路で構成される。
を簡略化して示す構成図であり、燃料電池１の出力はチ
ョッパー２およびインパータ３により例えば定電圧制御
された交流電力に変換されて外部負荷９に供給される。
放電装置は燃料電池１の開回路電圧を抑制する燃料電池
放電装置１１、およびチョッパー２の出力側とインパー
タ３入力側との間に存在する中間回路コンデンサ４の充
電電荷を放電する中間回路放電装置１２からなり、それ
ぞれ図示しない燃料電池発電装置の制御部からの運転停
止指令によって閉じる放電スイッチ１３と放電抵抗１４
の直列回路で構成される。
【０００４】このように構成された従来の燃料電池発電
装置の放電装置においては、負荷遮断後燃料電池１の出
力は燃料電池放電装置１１を介して放電して燃料電池１
が開回路電圧に曝されることを回避するとともに、中間
回路コンデンサ４（例えばチョッパー２の平滑コンデン
サ）の充電電荷は中間回路放電装置１２を介して放電す
るので、チョッパー２に運転停止と同時に入出力間が降
圧スイッチング半導体素子により遮断されてしまう降圧
チョッパーまたは昇降圧チョッパーを用いても、燃料電
池１の開回路電圧の抑制および中間回路コンデンサの放
電操作を支障なく行うことができる。
装置の放電装置においては、負荷遮断後燃料電池１の出
力は燃料電池放電装置１１を介して放電して燃料電池１
が開回路電圧に曝されることを回避するとともに、中間
回路コンデンサ４（例えばチョッパー２の平滑コンデン
サ）の充電電荷は中間回路放電装置１２を介して放電す
るので、チョッパー２に運転停止と同時に入出力間が降
圧スイッチング半導体素子により遮断されてしまう降圧
チョッパーまたは昇降圧チョッパーを用いても、燃料電
池１の開回路電圧の抑制および中間回路コンデンサの放
電操作を支障なく行うことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の燃料電池発電装
置では放電装置を燃料電池放電装置１１と中間回路放電
装置１２とに分離してチョッパー２の入力側および出力
側に設けたことにより、放電装置の設置スペースが増加
して燃料電池発電装置の大型化を招くとともに、経済的
不利益を招くという問題があった。
置では放電装置を燃料電池放電装置１１と中間回路放電
装置１２とに分離してチョッパー２の入力側および出力
側に設けたことにより、放電装置の設置スペースが増加
して燃料電池発電装置の大型化を招くとともに、経済的
不利益を招くという問題があった。
【０００６】この発明の目的は、放電装置が燃料電池お
よび中間コンデンサの放電機能を兼ねることにより、小
型化，低コスト化した燃料電池発電装置を提供すること
にある。
よび中間コンデンサの放電機能を兼ねることにより、小
型化，低コスト化した燃料電池発電装置を提供すること
にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、この発明の燃料電池発電装置は、燃料電池の出力
側にチョッパーおよびインバータを備えた燃料電池発電
装置において、前記チョッパー出力側の中間回路に前記
燃料電池の開回路電圧抑制を兼ねた放電装置を備える。
めに、この発明の燃料電池発電装置は、燃料電池の出力
側にチョッパーおよびインバータを備えた燃料電池発電
装置において、前記チョッパー出力側の中間回路に前記
燃料電池の開回路電圧抑制を兼ねた放電装置を備える。
【０００８】ここで、チョッパーは昇圧チョッパーで構
成すると良い。また、チョッパーが降圧チョッパー，昇
降圧チョッパーのいずれかであり、その運転停止動作の
遅延回路を備えるよう構成すると良い。
成すると良い。また、チョッパーが降圧チョッパー，昇
降圧チョッパーのいずれかであり、その運転停止動作の
遅延回路を備えるよう構成すると良い。
【０００９】
【作用】この発明の燃料電池発電装置は、燃料電池の開
回路電圧抑制を兼ねた放電装置をチョッパー出力側の中
間回路に設けるよう構成したことにより、例えば昇圧チ
ョッパーを用いた場合には、停止中も入出力間が平滑ダ
イオードを介して導通状態を保持する昇圧チョッパーの
特徴を利用して放電装置に燃料電池および中間コンデン
サの放電機能を兼ねさせることが可能になり、昇圧チョ
ッパーを介して放電装置に放電電流が流れることにより
燃料電池の出力電圧がその垂下特性により開回路電圧よ
り低いレベルに低減されることを利用して燃料電池が開
回路電圧に曝されることによって生ずる劣化現象を防止
する機能が得られる。また、降圧チョッパーまたは昇降
圧チョッパーを用いた場合には、燃料電池の放電に要す
る時間チョッパーの運転停止を負荷遮断時点より遅らせ
る運転停止操作を行うことにより、放電装置に燃料電池
および中間コンデンサの放電機能を兼ねさせることがで
きる。
回路電圧抑制を兼ねた放電装置をチョッパー出力側の中
間回路に設けるよう構成したことにより、例えば昇圧チ
ョッパーを用いた場合には、停止中も入出力間が平滑ダ
イオードを介して導通状態を保持する昇圧チョッパーの
特徴を利用して放電装置に燃料電池および中間コンデン
サの放電機能を兼ねさせることが可能になり、昇圧チョ
ッパーを介して放電装置に放電電流が流れることにより
燃料電池の出力電圧がその垂下特性により開回路電圧よ
り低いレベルに低減されることを利用して燃料電池が開
回路電圧に曝されることによって生ずる劣化現象を防止
する機能が得られる。また、降圧チョッパーまたは昇降
圧チョッパーを用いた場合には、燃料電池の放電に要す
る時間チョッパーの運転停止を負荷遮断時点より遅らせ
る運転停止操作を行うことにより、放電装置に燃料電池
および中間コンデンサの放電機能を兼ねさせることがで
きる。
【００１０】
【実施例】以下この発明を実施例に基づいて説明する。
図１はこの発明の実施例になる燃料電池発電装置の電気
系統を簡略化して示す構成図、図２は実施例になる燃料
電池発電装置の要部を示す回路図である。図１におい
て、燃料電池１の出力は昇圧チョッパー２Ａにより一定
の直流電圧に昇圧された後、インパータ３により例えば
定電圧制御された交流電力に変換されて外部負荷９に供
給される。また、燃料電池１および中間回路コンデンサ
４の放電機能を兼ねた放電装置２０は、図示しない燃料
電池発電装置の制御部からの運転停止指令によって閉じ
る放電スイッチ１３と放電抵抗１４の直列回路で構成さ
れ、昇圧チョッパー２Ａの出力側に中間回路コンデンサ
４と並列に接続される。
図１はこの発明の実施例になる燃料電池発電装置の電気
系統を簡略化して示す構成図、図２は実施例になる燃料
電池発電装置の要部を示す回路図である。図１におい
て、燃料電池１の出力は昇圧チョッパー２Ａにより一定
の直流電圧に昇圧された後、インパータ３により例えば
定電圧制御された交流電力に変換されて外部負荷９に供
給される。また、燃料電池１および中間回路コンデンサ
４の放電機能を兼ねた放電装置２０は、図示しない燃料
電池発電装置の制御部からの運転停止指令によって閉じ
る放電スイッチ１３と放電抵抗１４の直列回路で構成さ
れ、昇圧チョッパー２Ａの出力側に中間回路コンデンサ
４と並列に接続される。
【００１１】このように構成された燃料電池発電装置に
おいて、昇圧チョッパー２Ａは図２に示すようにリアク
トル５およびスイッチング半導体素子６と、整流ダイオ
ード７および平滑コンデンサ（中間回路コンデンサの主
要部）４とで構成され、スイッチング半導体素子６がオ
ンオフ動作を停止した状態でも燃料電池１は、リアクト
ル５，ダイオード７を介して放電装置２０との間に導電
路を形成するので、昇圧チョッパー２Ａが運転を停止し
た状態でも、放電装置２０に燃料電池１および中間回路
コンデンサ４の放電機能を兼ねさせることができる。
おいて、昇圧チョッパー２Ａは図２に示すようにリアク
トル５およびスイッチング半導体素子６と、整流ダイオ
ード７および平滑コンデンサ（中間回路コンデンサの主
要部）４とで構成され、スイッチング半導体素子６がオ
ンオフ動作を停止した状態でも燃料電池１は、リアクト
ル５，ダイオード７を介して放電装置２０との間に導電
路を形成するので、昇圧チョッパー２Ａが運転を停止し
た状態でも、放電装置２０に燃料電池１および中間回路
コンデンサ４の放電機能を兼ねさせることができる。
【００１２】即ち、図示しない制御部からの運転停止指
令により負荷９が遮断され、昇圧チョッパー２Ａおよび
インバータ３が運転を停止すると同時に放電スイッチ２
３が閉じ、燃料電池１の出力側および中間回路コンデン
サ４の端子間には放電抵抗２４を主体とする短絡路が形
成される。また、これと並行して燃料電池１側では不活
性ガスの置換操作が開始されるが、電極内に残存する反
応ガスが完全に消費されるまでの間燃料電池１の起電反
応によって電圧が発生する。このとき、放電抵抗２４の
抵抗値に相応した放電電流が放電装置２０に流れること
によってその発生電圧値が低減され、燃料電池１が開回
路電圧に曝されることによって生ずる劣化現象を回避す
ることができる。また、中間回路コンデンサ４の充電電
荷も放電装置２０を介して放電される。
令により負荷９が遮断され、昇圧チョッパー２Ａおよび
インバータ３が運転を停止すると同時に放電スイッチ２
３が閉じ、燃料電池１の出力側および中間回路コンデン
サ４の端子間には放電抵抗２４を主体とする短絡路が形
成される。また、これと並行して燃料電池１側では不活
性ガスの置換操作が開始されるが、電極内に残存する反
応ガスが完全に消費されるまでの間燃料電池１の起電反
応によって電圧が発生する。このとき、放電抵抗２４の
抵抗値に相応した放電電流が放電装置２０に流れること
によってその発生電圧値が低減され、燃料電池１が開回
路電圧に曝されることによって生ずる劣化現象を回避す
ることができる。また、中間回路コンデンサ４の充電電
荷も放電装置２０を介して放電される。
【００１３】このように、昇圧チョッパー２Ａの出力側
にのみ設けた放電装置２０が燃料電池１および中間回路
コンデンサ４の放電機能を兼ねることにより、従来２つ
必要とした放電装置が１つで済むことになり、その設置
スペースの縮小および構成の簡素化により小型化した燃
料電池発電装置を経済的にも有利に提供できる利点が得
られる。また、昇圧チョッパーを用いることにより、燃
料電池の出力電圧の垂下特性をある程度補償できるとと
もに、燃料電池の経年劣化による出力電圧の低下を補償
することも可能になるので、その分単位セルの積層数の
低減が可能になるという利点も得られる。
にのみ設けた放電装置２０が燃料電池１および中間回路
コンデンサ４の放電機能を兼ねることにより、従来２つ
必要とした放電装置が１つで済むことになり、その設置
スペースの縮小および構成の簡素化により小型化した燃
料電池発電装置を経済的にも有利に提供できる利点が得
られる。また、昇圧チョッパーを用いることにより、燃
料電池の出力電圧の垂下特性をある程度補償できるとと
もに、燃料電池の経年劣化による出力電圧の低下を補償
することも可能になるので、その分単位セルの積層数の
低減が可能になるという利点も得られる。
【００１４】図３はこの発明の異なる実施例になる燃料
電池発電装置の電気系統を簡略化して示す構成図であ
り、チョッパーとして昇降圧チョッパー２Ｂまたは降圧
チョッパーを用い、その駆動電源側にオフタイマー等の
遅延回路２５を設け、運転停止指令があってから実際に
チョッパー２Ｂが運転を停止するまでに一定の遅れ時間
を持たせるよう構成した点が前述の実施例と異なってお
り、遅れ時間として放電装置２０を介して燃料電池１か
ら流れる放電電流が零近くに低下するに要する時間を設
定し、かつこの間チョッパー２Ｂをオン時比率１で駆動
することにより、放電装置２０に燃料電池１および中間
回路コンデンサ４の放電機能を兼ねさせることができ
る。
電池発電装置の電気系統を簡略化して示す構成図であ
り、チョッパーとして昇降圧チョッパー２Ｂまたは降圧
チョッパーを用い、その駆動電源側にオフタイマー等の
遅延回路２５を設け、運転停止指令があってから実際に
チョッパー２Ｂが運転を停止するまでに一定の遅れ時間
を持たせるよう構成した点が前述の実施例と異なってお
り、遅れ時間として放電装置２０を介して燃料電池１か
ら流れる放電電流が零近くに低下するに要する時間を設
定し、かつこの間チョッパー２Ｂをオン時比率１で駆動
することにより、放電装置２０に燃料電池１および中間
回路コンデンサ４の放電機能を兼ねさせることができ
る。
【００１５】なお、上述の実施例では、燃料電池発電装
置の運転を停止する場合を例に放電装置の動作を説明し
たが、負荷を遮断した状態で燃料電池発電装置を無負荷
運転したい場合には、放電装置２０を内部負荷として小
さな放電電流を流すことにより、開回路電圧の発生を抑
制して燃料電池の劣化を防止することができる。
置の運転を停止する場合を例に放電装置の動作を説明し
たが、負荷を遮断した状態で燃料電池発電装置を無負荷
運転したい場合には、放電装置２０を内部負荷として小
さな放電電流を流すことにより、開回路電圧の発生を抑
制して燃料電池の劣化を防止することができる。
【００１６】
【発明の効果】この発明の燃料電池発電装置は前述のよ
うに、昇圧チョッパーまたは遅延回路を有する昇降圧チ
ョッパーなどの出力側にのみ放電回路を設けるよう構成
した。その結果、燃料電池発電装置の運転停止指令後の
燃料電池出力電流および中間回路コンデンサの充電電荷
を放電回路を介して放電し、燃料電池が開回路電圧に曝
されることによって生ずる燃料電池の劣化を防止する機
能を１つの放電装置により行えるので、チョッパーの入
出力双方に放電装置を設けた従来の燃料電池発電装置に
比べて小型かつ安価な燃料電池発電装置を提供すること
ができる。
うに、昇圧チョッパーまたは遅延回路を有する昇降圧チ
ョッパーなどの出力側にのみ放電回路を設けるよう構成
した。その結果、燃料電池発電装置の運転停止指令後の
燃料電池出力電流および中間回路コンデンサの充電電荷
を放電回路を介して放電し、燃料電池が開回路電圧に曝
されることによって生ずる燃料電池の劣化を防止する機
能を１つの放電装置により行えるので、チョッパーの入
出力双方に放電装置を設けた従来の燃料電池発電装置に
比べて小型かつ安価な燃料電池発電装置を提供すること
ができる。
【図１】この発明の実施例になる燃料電池発電装置の電
気系統を簡略化して示す構成図
気系統を簡略化して示す構成図
【図２】実施例になる燃料電池発電装置の要部を示す回
路図
路図
【図３】この発明の異なる実施例になる燃料電池発電装
置の電気系統を簡略化して示す構成図
置の電気系統を簡略化して示す構成図
【図４】従来の燃料電池発電装置の電気系統を簡略化し
て示す構成図
て示す構成図
１ 燃料電池 ２ チョッパー ２Ａ 昇圧チョッパー ２Ｂ 昇降圧チョッパー（降圧チョッパー） ３ インバータ ４ 中間回路コンデンサ ５ リアクトル ６ スイッチング半導体素子 ７ 整流ダイオード １１ 燃料電池放電装置 １２ 中間回路放電装置 １３ 放電スイッチ １４ 放電抵抗 ２０ 燃料電池の開回路電圧抑制を兼ねた放電装置 ２３ 放電スイッチ ２４ 放電抵抗 ２５ 遅延回路（オフタイマー）
Claims (3)
- 【請求項１】燃料電池の出力側にチョッパーおよびイン
バータを備えた燃料電池発電装置において、前記チョッ
パー出力側の中間回路に前記燃料電池の開回路電圧抑制
を兼ねた放電装置を備えたことを特徴とする燃料電池発
電装置。 - 【請求項２】チョッパーが昇圧チョッパーであることを
特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。 - 【請求項３】チョッパーが降圧チョッパー，昇降圧チョ
ッパーのいずれかであり、その運転停止動作の遅延回路
を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7026415A JPH08222258A (ja) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7026415A JPH08222258A (ja) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | 燃料電池発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08222258A true JPH08222258A (ja) | 1996-08-30 |
Family
ID=12192919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7026415A Pending JPH08222258A (ja) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08222258A (ja) |
Cited By (18)
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-
1995
- 1995-02-15 JP JP7026415A patent/JPH08222258A/ja active Pending
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