JPH088111B2 - 燃料電池の自動起動制御方法 - Google Patents
燃料電池の自動起動制御方法Info
- Publication number
- JPH088111B2 JPH088111B2 JP62312571A JP31257187A JPH088111B2 JP H088111 B2 JPH088111 B2 JP H088111B2 JP 62312571 A JP62312571 A JP 62312571A JP 31257187 A JP31257187 A JP 31257187A JP H088111 B2 JPH088111 B2 JP H088111B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- oxidant
- valve
- fuel cell
- chamber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/04664—Failure or abnormal function
- H01M8/04679—Failure or abnormal function of fuel cell stacks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
- H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
- H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/04537—Electric variables
- H01M8/04544—Voltage
- H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04746—Pressure; Flow
- H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04955—Shut-off or shut-down of fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はりん酸型，アルカリ型などの燃料電池のう
ち自動起動制御装置を有する燃料電池の自動起動制御方
法、ことに燃料電池に発生した故障の早期発見を可能に
する制御方法に関する。
ち自動起動制御装置を有する燃料電池の自動起動制御方
法、ことに燃料電池に発生した故障の早期発見を可能に
する制御方法に関する。
第４図に燃料電池の一般的な系統図を示す。１は電池
本体であって、燃料室2,酸化剤室3,電解液室４および電
解液室４と燃料室2,酸化剤室３にそれぞれ介在させられ
た燃料電極５および酸化剤電極６よりなる。７は燃料供
給源であって、燃料系供給弁10および圧力調整弁15を介
して燃料室２に連通される。前記燃料供給源7,燃料系供
給弁10,圧力調整弁15は全体として燃料系を構成する。
８は酸化剤供給源であって、酸化剤供給弁11,および圧
力調整弁16を介して酸化剤室３に連通される。前記酸化
剤供給源8,酸化剤供給弁11,圧力調整弁16は全体として
酸化剤系を構成する。９は置換用ガスとしての窒素供給
源であり、供給弁12,および圧力調整弁17を介して２方
向に分岐され、一端が逆止弁18を介して燃料系に連通さ
れ、他端が逆止弁19を介して酸化剤系に連通される。窒
素供給源9,供給弁12,圧力調整弁17,および逆止弁18,19
は全体として窒素系（一般には置換用ガス系）を構成す
る。13は燃料室側排出弁,14は酸化剤室側排出弁であ
る。なお、置換用ガスとしては窒素のほかにアルゴン，
ヘリウム等の不活性ガスを用いることもできるが、以下
の説明では窒素を用いた例について述べる。ここで、窒
素系の圧力調整弁17は燃料系，酸化剤系の圧力調整弁1
5,16に比して調整圧力をやや低め（差圧200mm水柱以
下）に設定してあり、このため窒素供給弁12が常時開い
た状態においても、燃料供給弁10,あるいは酸化剤供給
弁11が開けば、燃料系または酸化剤系の圧力が窒素系圧
力調整弁17の設定圧力より高めになるため窒素は流入さ
れず、逆に前記燃料供給弁10,あるいは酸化剤供給弁11
が閉じ，かつ燃料，酸化剤が系外に放出されて燃料系，
酸化剤系の圧力が窒素系圧力調整弁17の設定値以下にな
ったとき、窒素が流入する。逆止弁18,19の役割は、燃
料と酸化剤が混合されて電池本体へ流入しないためのも
のである。
本体であって、燃料室2,酸化剤室3,電解液室４および電
解液室４と燃料室2,酸化剤室３にそれぞれ介在させられ
た燃料電極５および酸化剤電極６よりなる。７は燃料供
給源であって、燃料系供給弁10および圧力調整弁15を介
して燃料室２に連通される。前記燃料供給源7,燃料系供
給弁10,圧力調整弁15は全体として燃料系を構成する。
８は酸化剤供給源であって、酸化剤供給弁11,および圧
力調整弁16を介して酸化剤室３に連通される。前記酸化
剤供給源8,酸化剤供給弁11,圧力調整弁16は全体として
酸化剤系を構成する。９は置換用ガスとしての窒素供給
源であり、供給弁12,および圧力調整弁17を介して２方
向に分岐され、一端が逆止弁18を介して燃料系に連通さ
れ、他端が逆止弁19を介して酸化剤系に連通される。窒
素供給源9,供給弁12,圧力調整弁17,および逆止弁18,19
は全体として窒素系（一般には置換用ガス系）を構成す
る。13は燃料室側排出弁,14は酸化剤室側排出弁であ
る。なお、置換用ガスとしては窒素のほかにアルゴン，
ヘリウム等の不活性ガスを用いることもできるが、以下
の説明では窒素を用いた例について述べる。ここで、窒
素系の圧力調整弁17は燃料系，酸化剤系の圧力調整弁1
5,16に比して調整圧力をやや低め（差圧200mm水柱以
下）に設定してあり、このため窒素供給弁12が常時開い
た状態においても、燃料供給弁10,あるいは酸化剤供給
弁11が開けば、燃料系または酸化剤系の圧力が窒素系圧
力調整弁17の設定圧力より高めになるため窒素は流入さ
れず、逆に前記燃料供給弁10,あるいは酸化剤供給弁11
が閉じ，かつ燃料，酸化剤が系外に放出されて燃料系，
酸化剤系の圧力が窒素系圧力調整弁17の設定値以下にな
ったとき、窒素が流入する。逆止弁18,19の役割は、燃
料と酸化剤が混合されて電池本体へ流入しないためのも
のである。
また、21はそれぞれの弁を起動シーケンスに基づいて
制御するシーケンス制御部、22はシーケンス制御部の起
動シーケンスに基づいて弁を開閉制御する駆動回路、23
は電池電圧の検出部であり、起動制御回路21,駆動回路2
2,および電圧検出部23は全体として自動起動制御装置を
構成する。第５図は自動起動制御装置の起動シーケンス
を示すタイムチャートであり、以下第４図および第５図
に基づいて燃料電池の起動動作を説明する。起動制御回
路21に時刻t0で起動信号が入力されると、第５図に示す
ように時刻t0で立上がる窒素（N2）系供給弁12の駆動電
圧12Eが出力され、逆止弁18,19を介して燃料室２および
酸化剤室３に窒素が供給され、両室の内圧が安定するに
要する幾分の時間をおいてt1時刻に排出弁駆動電圧13E,
14Eが出力されて燃料室排出弁13および酸化剤室排出弁1
4が開くことにより、燃料系および燃料室中の例えば空
気が窒素に置換され、あとで流入する燃料中の水素
（H2）と酸素との混触が回避される。なお酸化剤室の窒
素置換は必要に応じて行われる。燃料室および燃料系が
安全上問題のない程度に窒素ガスで置換されるに必要な
所定時間（t2‐t1時間）を経過した時刻t2で燃料系，酸
化剤系双方の供給弁駆動電圧10Eおよび11Eが出力される
と、窒素系の圧力が低いために逆止弁18,19は閉じ、燃
料室2,酸化剤室３にそれぞれ燃料（H2），酸化剤（O2）
が流入して置換が行われ、これに伴なって燃料電池本体
１は起電圧Ｖを発生し、窒素からH2，O2への置換の進行
に対応して電池起電圧Ｖが上昇し、やがて規定の開回路
電圧VSに到達する。そこで、電池起電圧Ｖを検出部23で
検出し、この検出電圧をシーケンス制御部21で受け、検
出電圧Ｖが前記開回路電圧VSを超えた時点t3で排出弁駆
動電圧13Eおよび14Eの出力を停止するよう起動シーケン
スが組まれることにより燃料電池の発電運動が可能な状
態となる。
制御するシーケンス制御部、22はシーケンス制御部の起
動シーケンスに基づいて弁を開閉制御する駆動回路、23
は電池電圧の検出部であり、起動制御回路21,駆動回路2
2,および電圧検出部23は全体として自動起動制御装置を
構成する。第５図は自動起動制御装置の起動シーケンス
を示すタイムチャートであり、以下第４図および第５図
に基づいて燃料電池の起動動作を説明する。起動制御回
路21に時刻t0で起動信号が入力されると、第５図に示す
ように時刻t0で立上がる窒素（N2）系供給弁12の駆動電
圧12Eが出力され、逆止弁18,19を介して燃料室２および
酸化剤室３に窒素が供給され、両室の内圧が安定するに
要する幾分の時間をおいてt1時刻に排出弁駆動電圧13E,
14Eが出力されて燃料室排出弁13および酸化剤室排出弁1
4が開くことにより、燃料系および燃料室中の例えば空
気が窒素に置換され、あとで流入する燃料中の水素
（H2）と酸素との混触が回避される。なお酸化剤室の窒
素置換は必要に応じて行われる。燃料室および燃料系が
安全上問題のない程度に窒素ガスで置換されるに必要な
所定時間（t2‐t1時間）を経過した時刻t2で燃料系，酸
化剤系双方の供給弁駆動電圧10Eおよび11Eが出力される
と、窒素系の圧力が低いために逆止弁18,19は閉じ、燃
料室2,酸化剤室３にそれぞれ燃料（H2），酸化剤（O2）
が流入して置換が行われ、これに伴なって燃料電池本体
１は起電圧Ｖを発生し、窒素からH2，O2への置換の進行
に対応して電池起電圧Ｖが上昇し、やがて規定の開回路
電圧VSに到達する。そこで、電池起電圧Ｖを検出部23で
検出し、この検出電圧をシーケンス制御部21で受け、検
出電圧Ｖが前記開回路電圧VSを超えた時点t3で排出弁駆
動電圧13Eおよび14Eの出力を停止するよう起動シーケン
スが組まれることにより燃料電池の発電運動が可能な状
態となる。
従来方法においては、燃料および酸化剤の供給を開始
する時刻t2から、燃料室および酸化剤室の窒素が性能上
問題のない程度に置換される時刻t3までの置換時間を、
電池電圧Ｖが規定の開回路電圧VSに到達したか否かによ
り判断するよう起動シーケンスが組まれていたために、
例えば燃料系，酸化剤系の一部に閉塞が生じて燃料また
は酸化剤の流量が減少するなど装置の異常が発生した場
合には、置換操作が延々と続き、t3時点での発電運転へ
の切換が著しく遅れる不都合が発生する。また、電池の
開回路電圧自体が窒素ガス混入状態でも高い電圧値を示
し、規定の開回路電圧との微少な電圧差により置換完了
か否かを判断することになり、置換完了時点t3の決定が
不正確になり易いという欠点がある。さらに、長期間使
用した燃料電池は徐々に出力電圧が低下することが考え
られるので、このような異常モードに対しては置換完了
時点t3の決定が困難になるケースの発生が予測される。
する時刻t2から、燃料室および酸化剤室の窒素が性能上
問題のない程度に置換される時刻t3までの置換時間を、
電池電圧Ｖが規定の開回路電圧VSに到達したか否かによ
り判断するよう起動シーケンスが組まれていたために、
例えば燃料系，酸化剤系の一部に閉塞が生じて燃料また
は酸化剤の流量が減少するなど装置の異常が発生した場
合には、置換操作が延々と続き、t3時点での発電運転へ
の切換が著しく遅れる不都合が発生する。また、電池の
開回路電圧自体が窒素ガス混入状態でも高い電圧値を示
し、規定の開回路電圧との微少な電圧差により置換完了
か否かを判断することになり、置換完了時点t3の決定が
不正確になり易いという欠点がある。さらに、長期間使
用した燃料電池は徐々に出力電圧が低下することが考え
られるので、このような異常モードに対しては置換完了
時点t3の決定が困難になるケースの発生が予測される。
この発明の目的は、起動シーケンスに装置の異常を検
出する機能を持たせることにより、装置に異常のない場
合には起動から発電運転への移行が安定かつ迅速に行わ
れ、装置に異常がある場合には発電運転への移行を中断
してトラブルの発生を防止することにある。
出する機能を持たせることにより、装置に異常のない場
合には起動から発電運転への移行が安定かつ迅速に行わ
れ、装置に異常がある場合には発電運転への移行を中断
してトラブルの発生を防止することにある。
上記問題転を解決するために、この発明によれば、電
解液層を挟持する酸化剤電極および燃料電極と、その両
側に配された酸化剤室および燃料室とを有する単位電池
複数個の積層体からなる燃料電池本体と、それぞれ排出
弁を有する前記燃料室および酸化剤室それぞれに供給弁
および圧力調整器を介して燃料および酸化剤を供給する
燃料系および酸化剤系、ならびに両室に供給弁，圧力調
整器，および一対の逆止弁を介して置換ガスを供給する
置換ガス系と、前記各弁を起動シーケンスに基づいて制
御する自動起動制御装置と、前記燃料電池の起電圧検出
部とを具備した燃料電池の自動起動制御方法において、
燃料電池の起動信号に対応して置換ガス系の供給弁およ
び少くとも燃料室側排出弁を開いて、排出ガス中の酸素
濃度が十分に安全な低濃度に低下することを実験的に求
めてあらかじめ設定した所定時間ガス置換を行う第１の
ステップを実行し、ついで前記燃料系および酸化剤系の
供給弁および前記酸化剤室側排出弁を開いて，燃料電池
の開回路電圧が定常値となることを実験的に求めてあら
かじめ設定した所定時間燃料および酸化剤を供給し置換
した後排出弁を閉じる第２のステップを実行し、このス
テップの終了以降直ちに前記起電圧検出部の検出起電圧
を所定の基準電圧と比較して検出起電圧が前記基準電圧
以下であったとき燃料電池の異常と判断して報知信号を
発するとともに少くとも燃料系の供給弁を閉じる第３の
ステップを実施するよう前記起動シーケンスが組まれて
なることとする。
解液層を挟持する酸化剤電極および燃料電極と、その両
側に配された酸化剤室および燃料室とを有する単位電池
複数個の積層体からなる燃料電池本体と、それぞれ排出
弁を有する前記燃料室および酸化剤室それぞれに供給弁
および圧力調整器を介して燃料および酸化剤を供給する
燃料系および酸化剤系、ならびに両室に供給弁，圧力調
整器，および一対の逆止弁を介して置換ガスを供給する
置換ガス系と、前記各弁を起動シーケンスに基づいて制
御する自動起動制御装置と、前記燃料電池の起電圧検出
部とを具備した燃料電池の自動起動制御方法において、
燃料電池の起動信号に対応して置換ガス系の供給弁およ
び少くとも燃料室側排出弁を開いて、排出ガス中の酸素
濃度が十分に安全な低濃度に低下することを実験的に求
めてあらかじめ設定した所定時間ガス置換を行う第１の
ステップを実行し、ついで前記燃料系および酸化剤系の
供給弁および前記酸化剤室側排出弁を開いて，燃料電池
の開回路電圧が定常値となることを実験的に求めてあら
かじめ設定した所定時間燃料および酸化剤を供給し置換
した後排出弁を閉じる第２のステップを実行し、このス
テップの終了以降直ちに前記起電圧検出部の検出起電圧
を所定の基準電圧と比較して検出起電圧が前記基準電圧
以下であったとき燃料電池の異常と判断して報知信号を
発するとともに少くとも燃料系の供給弁を閉じる第３の
ステップを実施するよう前記起動シーケンスが組まれて
なることとする。
上記手段において、燃料室を含む燃料系，酸化剤室を
含む酸化剤系の一方または両方を窒素置換する第１のス
テップと、両系それぞれを燃料ガス置換，酸化剤ガス置
換する第２のステップとにそれぞれ要する置換時間を正
常な状態の燃料電池装置について実験的にあらかじめ求
めた所定時間になるよう起動シーケンスが組まれるとと
もに、第２ステップの終了以降直ちに電池電圧が基準電
圧としての既定の開回路電圧に到達したか否かのチェッ
クを行う第３のステップを実行し、電池電圧が基準電圧
より低い場合には装置に異常が生じたものと判定して報
知信号を発するとともに、燃料ガスを遮断して起動を中
断するようにしたことにより、装置に異常がない場合に
はあらかじめ定まる所定時間で起動操作を終了して速や
かに発電運転を開始できるとともに、装置に異常が生じ
た場合には報知信号により異常が早期に検知され、かつ
圧力の高い窒素系から水素が消費されることにより圧力
の下がった燃料系および燃料室に逆止弁を介して窒素が
供給されるので、起動を中断することによって生ずる酸
化剤系との間の圧力差による電池電極の損傷や両ガスの
混触による危険性が回避される。
含む酸化剤系の一方または両方を窒素置換する第１のス
テップと、両系それぞれを燃料ガス置換，酸化剤ガス置
換する第２のステップとにそれぞれ要する置換時間を正
常な状態の燃料電池装置について実験的にあらかじめ求
めた所定時間になるよう起動シーケンスが組まれるとと
もに、第２ステップの終了以降直ちに電池電圧が基準電
圧としての既定の開回路電圧に到達したか否かのチェッ
クを行う第３のステップを実行し、電池電圧が基準電圧
より低い場合には装置に異常が生じたものと判定して報
知信号を発するとともに、燃料ガスを遮断して起動を中
断するようにしたことにより、装置に異常がない場合に
はあらかじめ定まる所定時間で起動操作を終了して速や
かに発電運転を開始できるとともに、装置に異常が生じ
た場合には報知信号により異常が早期に検知され、かつ
圧力の高い窒素系から水素が消費されることにより圧力
の下がった燃料系および燃料室に逆止弁を介して窒素が
供給されるので、起動を中断することによって生ずる酸
化剤系との間の圧力差による電池電極の損傷や両ガスの
混触による危険性が回避される。
以下この発明方法を実施例に基づいて説明する。
第１図はこの発明方法を説明するための装置を示す制
御および配管系統図、第２図は装置に異常がない場合の
起動シーケンス図、第３図は装置に異常が生じた場合の
起動シーケンス図であり、いずれの場合も従来装置，従
来方法と同じ部分には同一参照符号を付すことにより詳
細な説明を省略する。第１図において、電池の起電圧検
出部23で検出された起電圧23Eはシーケンス制御部31の
出力信号31Eにより電圧比較のタイミングが制御される
判断回路34に入力されて基準電圧VSと比較される。すな
わち、第２図に示すパルスシーケンス図において、起動
信号に基づいて時刻t0で立ち上がるN2供給弁駆動電圧12
Eにより置換ガスとしての窒素が供給され、燃料室，酸
化剤室の圧力上昇した時刻t1で排出弁駆動電圧13E,14E
によって排出弁13および14が開き、燃料室２および酸化
剤室の空気を窒素に置換する第１のステップが実行され
るが、このステップの置換時間t2‐t0の決定は排出弁13
および14から放出される排出ガス中の酸素濃度などを測
定する実験により酸素濃度が十分に安全な低濃度に低下
する時間を求めることにより、あらかじめ定まる所定時
間に決められる。つぎに、時刻t2で燃料系および酸化剤
系の供給弁10および11を開き、窒素を燃料ガスおよび酸
化剤ガスに置換し、時刻t3で排出弁13および14を閉じ
て、燃料電池を発電運転可能状態とする第２のステップ
における置換時間t3‐t2の決定も電池起電圧の経時変化
を測定する実験によってあらかじめ定まる所定時間に設
定され、このようにして決められた時刻t3において排出
弁駆動電圧13E,14Eの出力が停止することによって排出
弁13,14が閉じ、燃料電池本体１は発電運転の待機状態
となる。ここでシーケンス制御部31から判断回路34での
電圧チェックを指令する信号31E（図示せず）が出力さ
れ、第２図の場合VS＜Ｖなる条件が成立しているので判
断回路34からは異常信号34Eは出力されず、駆動回路32
から報知器35に向けて出力される報知信号35Eも零とな
り、燃料電池装置の異常の有無をその起電圧によってチ
ェックする第３のステップを含めた起動シーケンスが完
了する。
御および配管系統図、第２図は装置に異常がない場合の
起動シーケンス図、第３図は装置に異常が生じた場合の
起動シーケンス図であり、いずれの場合も従来装置，従
来方法と同じ部分には同一参照符号を付すことにより詳
細な説明を省略する。第１図において、電池の起電圧検
出部23で検出された起電圧23Eはシーケンス制御部31の
出力信号31Eにより電圧比較のタイミングが制御される
判断回路34に入力されて基準電圧VSと比較される。すな
わち、第２図に示すパルスシーケンス図において、起動
信号に基づいて時刻t0で立ち上がるN2供給弁駆動電圧12
Eにより置換ガスとしての窒素が供給され、燃料室，酸
化剤室の圧力上昇した時刻t1で排出弁駆動電圧13E,14E
によって排出弁13および14が開き、燃料室２および酸化
剤室の空気を窒素に置換する第１のステップが実行され
るが、このステップの置換時間t2‐t0の決定は排出弁13
および14から放出される排出ガス中の酸素濃度などを測
定する実験により酸素濃度が十分に安全な低濃度に低下
する時間を求めることにより、あらかじめ定まる所定時
間に決められる。つぎに、時刻t2で燃料系および酸化剤
系の供給弁10および11を開き、窒素を燃料ガスおよび酸
化剤ガスに置換し、時刻t3で排出弁13および14を閉じ
て、燃料電池を発電運転可能状態とする第２のステップ
における置換時間t3‐t2の決定も電池起電圧の経時変化
を測定する実験によってあらかじめ定まる所定時間に設
定され、このようにして決められた時刻t3において排出
弁駆動電圧13E,14Eの出力が停止することによって排出
弁13,14が閉じ、燃料電池本体１は発電運転の待機状態
となる。ここでシーケンス制御部31から判断回路34での
電圧チェックを指令する信号31E（図示せず）が出力さ
れ、第２図の場合VS＜Ｖなる条件が成立しているので判
断回路34からは異常信号34Eは出力されず、駆動回路32
から報知器35に向けて出力される報知信号35Eも零とな
り、燃料電池装置の異常の有無をその起電圧によってチ
ェックする第３のステップを含めた起動シーケンスが完
了する。
燃料電池装置に異常があった場合には、第３図にその
状態を示すように、電池起電圧Ｖが基準電圧VSに達しな
いので、異常検出を行う第３のステップにおいてこれを
検知した判断回路34がt3時点またはそれ以後に立上がる
異常信号34Eを出力し、これを受けたシーケンス制御部3
1が燃料系供給弁駆動電圧10Eの停止と、異常報知信号35
Eの出力を駆動回路32に指令するので、駆動電圧10Eはt3
時点で零となり、供給弁10が閉じて燃料室２への燃料の
供給が遮断されるとともに、報知器35が異常の発生を報
知する。また、燃料の供給が遮断されたt3時点以後にお
いては燃料系および燃料室が包蔵する燃料ガス中の含有
水素が消費されるにしたがい電池起電圧およびガス圧が
徐々に低下し、燃料室２のガス圧低下を逆止弁18が感知
して窒素系から燃料系に向けて窒素が供給されるので、
燃料系および燃料室中の滞留ガスは不活性化されて安全
性が保持され、かつ燃料室２と酸化剤室３との間の差圧
が窒素系に対する圧力差（通常200mm水柱以下）に抑え
られ、電極5,6に損傷を与えたり、電解液が燃料室側に
吹き出すなどのトラブルが回避される。したがって異常
の発生原因の調査および修復を早期かつ安全に行うこと
が可能になる。なお、第２ステップ以降直ちにとは、起
動シーケンスの完了遅延が実用上大幅に遅れない範囲内
の速やかな時間を意味し、時間は短い程望ましく、t3時
点と同時も含まれる。また、第２のステップにおける置
換時間（t3‐t2）の決定にあたっては、起動前の電池温
度の影響を受けるので、この点を考慮して複数段階の置
換時間を選択できるようにしておくことが好ましい。
状態を示すように、電池起電圧Ｖが基準電圧VSに達しな
いので、異常検出を行う第３のステップにおいてこれを
検知した判断回路34がt3時点またはそれ以後に立上がる
異常信号34Eを出力し、これを受けたシーケンス制御部3
1が燃料系供給弁駆動電圧10Eの停止と、異常報知信号35
Eの出力を駆動回路32に指令するので、駆動電圧10Eはt3
時点で零となり、供給弁10が閉じて燃料室２への燃料の
供給が遮断されるとともに、報知器35が異常の発生を報
知する。また、燃料の供給が遮断されたt3時点以後にお
いては燃料系および燃料室が包蔵する燃料ガス中の含有
水素が消費されるにしたがい電池起電圧およびガス圧が
徐々に低下し、燃料室２のガス圧低下を逆止弁18が感知
して窒素系から燃料系に向けて窒素が供給されるので、
燃料系および燃料室中の滞留ガスは不活性化されて安全
性が保持され、かつ燃料室２と酸化剤室３との間の差圧
が窒素系に対する圧力差（通常200mm水柱以下）に抑え
られ、電極5,6に損傷を与えたり、電解液が燃料室側に
吹き出すなどのトラブルが回避される。したがって異常
の発生原因の調査および修復を早期かつ安全に行うこと
が可能になる。なお、第２ステップ以降直ちにとは、起
動シーケンスの完了遅延が実用上大幅に遅れない範囲内
の速やかな時間を意味し、時間は短い程望ましく、t3時
点と同時も含まれる。また、第２のステップにおける置
換時間（t3‐t2）の決定にあたっては、起動前の電池温
度の影響を受けるので、この点を考慮して複数段階の置
換時間を選択できるようにしておくことが好ましい。
この発明方法は前述のように、自動起動制御装置を有
する燃料電池装置を起動するにあたり、少くとも燃料室
を含む燃料系の空気を不活性ガスに置換する第１のステ
ップと、この不活性ガスおよび酸化剤室を含む酸化剤系
の空気を燃料ガスおよび酸化剤に置換する第２のステッ
プとの置換時間をあらかじめ定まる所定時間に設定され
た起動シーケンスに基づいて実行して発電運転の待機状
態とし、ついで起電圧検出部の検出電圧が基準電圧より
低いとき燃料電池に異常が生じたものと判定して少くと
も燃料の供給を停止し、報知信号を発する第３のステッ
プを実行するよう構成した。その結果、第３のステップ
が燃料電池の異常の早期検出手段として機能し、燃料系
および酸化剤系の閉塞によるガス不足，燃料電池の老化
など起電圧低下要因が報知信号によって早期に検知さ
れ、かつ燃料供給の停止により安全性が保持されるで、
電池起電圧のレベルによって起動シーケンスの完了を決
める従来技術で問題となった装置の故障によって起動シ
ーケンスの完了が延々と伸びてしまうという欠点が排除
され、起動シーケンスの組み方の改良により大がかりな
故障監視装置を必要とせずに故障の早期発見，自動監視
機能を有する燃料電池の自動起動制御装置を提供するこ
とができる。
する燃料電池装置を起動するにあたり、少くとも燃料室
を含む燃料系の空気を不活性ガスに置換する第１のステ
ップと、この不活性ガスおよび酸化剤室を含む酸化剤系
の空気を燃料ガスおよび酸化剤に置換する第２のステッ
プとの置換時間をあらかじめ定まる所定時間に設定され
た起動シーケンスに基づいて実行して発電運転の待機状
態とし、ついで起電圧検出部の検出電圧が基準電圧より
低いとき燃料電池に異常が生じたものと判定して少くと
も燃料の供給を停止し、報知信号を発する第３のステッ
プを実行するよう構成した。その結果、第３のステップ
が燃料電池の異常の早期検出手段として機能し、燃料系
および酸化剤系の閉塞によるガス不足，燃料電池の老化
など起電圧低下要因が報知信号によって早期に検知さ
れ、かつ燃料供給の停止により安全性が保持されるで、
電池起電圧のレベルによって起動シーケンスの完了を決
める従来技術で問題となった装置の故障によって起動シ
ーケンスの完了が延々と伸びてしまうという欠点が排除
され、起動シーケンスの組み方の改良により大がかりな
故障監視装置を必要とせずに故障の早期発見，自動監視
機能を有する燃料電池の自動起動制御装置を提供するこ
とができる。
第１図はこの発明の実施例方法を説明するための制御回
路を含む配管系統図、第２図および第３図は実施例方法
を示す起動シーケンス図、第４図は従来装置を示す配管
系統図、第５図は従来装置における起動シーケンス図で
ある。 １……燃料電池本体、２……燃料室、３……酸化剤室、
（7,10,15,2）……燃料系、（8,11,16,3）……酸化剤
系、（9,12,17,18,19）……置換ガス系、10,11,12……
供給弁、13,14……排出弁、23……起電圧検出部、21,31
……シーケンス制御部、22,32……駆動回路、35……報
知器、Ｖ……起電圧、VS……基準電圧、10E,11E,12E,13
E,14E……駆動電圧、35E……異常報知信号。
路を含む配管系統図、第２図および第３図は実施例方法
を示す起動シーケンス図、第４図は従来装置を示す配管
系統図、第５図は従来装置における起動シーケンス図で
ある。 １……燃料電池本体、２……燃料室、３……酸化剤室、
（7,10,15,2）……燃料系、（8,11,16,3）……酸化剤
系、（9,12,17,18,19）……置換ガス系、10,11,12……
供給弁、13,14……排出弁、23……起電圧検出部、21,31
……シーケンス制御部、22,32……駆動回路、35……報
知器、Ｖ……起電圧、VS……基準電圧、10E,11E,12E,13
E,14E……駆動電圧、35E……異常報知信号。
Claims (1)
- 【請求項１】電解液層を挟持する酸化剤電極および燃料
電極と、その両側に配された酸化剤室および燃料室とを
有する単位電池複数個の積層体からなる燃料電池本体
と、それぞれ排出弁を有する前記燃料室および酸化剤室
それぞれに供給弁および圧力調整器を介して燃料および
酸化剤を供給する燃料系および酸化剤系、ならびに両室
に供給弁，圧力調整器，および一対の逆止弁を介して置
換ガスを供給する置換ガス系と、前記各弁を起動シーケ
ンスに基づいて制御する自動起動制御装置と、前記燃料
電池の起電圧検出部とを具備した燃料電池の自動起動制
御方法において、燃料電池の起動信号に対応して置換ガ
ス系の供給弁および少くとも燃料室側排出弁を開いて，
排出ガス中の酸素濃度が十分に安全な低濃度に低下する
ことを実験的に求めてあらかじめ設定した所定時間ガス
置換を行う第１のステップを実行し、ついで前記燃料系
および酸化剤系の供給弁および前記酸化剤室側排出弁を
開いて，燃料電池の開回路電圧が定常値となることを実
験的に求めてあらかじめ設定した所定時間燃料および酸
化剤を供給し置換した後排出弁を閉じる第２のステップ
を実行し、このステップの終了以降直ちに前記起電圧検
出部の検出起電圧を所定の基準電圧と比較して検出起電
圧が前記基準電圧以下であったとき燃料電池の異常と判
断して報知信号を発するとともに少くとも燃料系の供給
弁を閉じる第３のステップを実施するよう前記起動シー
ケンスが組まれてなることを特徴とする燃料電池の自動
起動制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62312571A JPH088111B2 (ja) | 1987-12-10 | 1987-12-10 | 燃料電池の自動起動制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62312571A JPH088111B2 (ja) | 1987-12-10 | 1987-12-10 | 燃料電池の自動起動制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01154469A JPH01154469A (ja) | 1989-06-16 |
| JPH088111B2 true JPH088111B2 (ja) | 1996-01-29 |
Family
ID=18030819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62312571A Expired - Lifetime JPH088111B2 (ja) | 1987-12-10 | 1987-12-10 | 燃料電池の自動起動制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH088111B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009031444A1 (ja) * | 2007-09-03 | 2009-03-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池の運転方法 |
| WO2009057534A1 (ja) * | 2007-10-30 | 2009-05-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システム、および、燃料電池システムの起動制御方法 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4372235B2 (ja) * | 1996-08-29 | 2009-11-25 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムおよび電気自動車 |
| JP4892779B2 (ja) * | 2000-12-27 | 2012-03-07 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムの起動制御装置 |
| US6979503B2 (en) * | 2003-04-04 | 2005-12-27 | Texaco Inc. | Method and apparatus for burst disk identification |
| JP2005044687A (ja) * | 2003-07-24 | 2005-02-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池システムの制御装置 |
| JP2007018992A (ja) * | 2005-06-07 | 2007-01-25 | Ricoh Co Ltd | 燃料電池システム及び燃料電池システムの稼動制御方法 |
| EP1843422B1 (en) * | 2006-04-06 | 2010-11-17 | STMicroelectronics Srl | Method and circuit for managing a start-up phase of at least a micro fuel cell to be connected to a load |
| JP4924910B2 (ja) * | 2010-02-26 | 2012-04-25 | Ｔｏｔｏ株式会社 | 燃料電池装置 |
| JP7499001B2 (ja) * | 2020-12-03 | 2024-06-13 | ヤンマーホールディングス株式会社 | 燃料電池船 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5822864B2 (ja) * | 1973-09-29 | 1983-05-11 | 松下電器産業株式会社 | ネンリヨウデンチセイギヨソウチ |
| JPS55154075A (en) * | 1979-05-21 | 1980-12-01 | Hitachi Ltd | Automatic starting method for fuel battery |
| JPS58164167A (ja) * | 1982-03-25 | 1983-09-29 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 燃料電池発電システムの運転方法 |
| JPS6054176A (ja) * | 1983-09-01 | 1985-03-28 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 積層燃料電池の安全保護装置 |
-
1987
- 1987-12-10 JP JP62312571A patent/JPH088111B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009031444A1 (ja) * | 2007-09-03 | 2009-03-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池の運転方法 |
| JP2009059669A (ja) * | 2007-09-03 | 2009-03-19 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池の運転方法 |
| WO2009057534A1 (ja) * | 2007-10-30 | 2009-05-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システム、および、燃料電池システムの起動制御方法 |
| JP2009110806A (ja) * | 2007-10-30 | 2009-05-21 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム、および、燃料電池システムの起動制御方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01154469A (ja) | 1989-06-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4806989B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| US7833670B2 (en) | Fuel cell system and method of shutting down the same | |
| US7581431B2 (en) | Gas leak detection device and method for same | |
| JP4852917B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP4617675B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| KR102614135B1 (ko) | 연료전지의 공기 공급 제어방법 및 제어시스템 | |
| JP2015097218A (ja) | 燃料電池スタックの動作停止方法 | |
| JPH088111B2 (ja) | 燃料電池の自動起動制御方法 | |
| KR101886522B1 (ko) | 연료전지 시스템의 시동 제어 장치 및 방법 | |
| JP2007035446A (ja) | 燃料電池システムおよびガス漏れ検知装置 | |
| JP7119716B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2002313403A (ja) | 燃料電池システムの生成水排出方法 | |
| CN110534770B (zh) | 燃料电池系统 | |
| US10978724B2 (en) | Method and system for removing residual water in fuel cell stack | |
| JP3879429B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2004179114A (ja) | 燃料電池システムの機能維持方法 | |
| JP2003331889A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2006134647A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2005325950A (ja) | ガス供給装置 | |
| JP2005197211A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2007109529A (ja) | 燃料電池発電システムの制御方法 | |
| JP4211000B2 (ja) | ガス漏れ判定装置 | |
| JP5418872B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JPS61116764A (ja) | 燃料電池装置 | |
| JP2025133327A (ja) | 燃料電池システム |