JPH11144749A - 燃料電池発電制御方法 - Google Patents

燃料電池発電制御方法

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JPH11144749A
JPH11144749A JP9303996A JP30399697A JPH11144749A JP H11144749 A JPH11144749 A JP H11144749A JP 9303996 A JP9303996 A JP 9303996A JP 30399697 A JP30399697 A JP 30399697A JP H11144749 A JPH11144749 A JP H11144749A
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修 山本
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    • 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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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池の頻繁な停止を避けることにより、
長寿命化を図る。 【解決手段】 緊急停止電圧値(Vp)よりも高い値
(Vs)を設定して燃料電池電圧を監視し、燃料電池電
圧がその設定値を越えたら電力調整装置の入力電流を徐
々に低下させることで、緊急停止電圧値を越えないよう
にして頻繁な停止を回避し、長寿命化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、燃料電池発電シ
ステム、特に燃料電池によりモータ等の負荷に電力を供
給する場合の発電制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】燃料電池発電プラントはメタノール,天
然ガス等を水蒸気改質により水素豊富(リッチ)なガス
を生成する改質器、この改質器で得られた水素を燃料と
して発電を行なう燃料電池等からなり、改質器で生成し
た水素は燃料電池の負荷および水蒸気利用率に応じて燃
料電池内部で消費され、余剰の水素はオフガスとして改
質器に導かれて改質器バーナで燃焼され、改質エネルギ
ーとして利用される。
【0003】ところで、燃料電池は水素および酸素を安
定かつ充分に供給していれば一定の特性を維持すること
ができるが、一時的に水素または酸素不足になったり、
過大負荷によって急激に過大電流が流れたり、さらには
電池寿命により特性が低下したりすると電池の出力特性
が低下する、つまりセル電圧が低下する現象が発生す
る。
【0004】燃料電池の出力は、電圧−電流特性によれ
ば電圧はバッテリ(蓄電池)のように化学反応電流では
大きく変化せず、物質移動量に対応する電流で決まるこ
とから、従来はその出力電流を制御するようにしてい
る。図5に従来の一般的な例を示す。つまり、電流調節
器(ACR)201を設けて、検出器10を介して得ら
れる検出電流(出力電流)値Iを、その設定値I0と一
致させるように制御するものである。なお、図5の符号
2は電力調整装置としてのDC/DCチョッパを示す。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】そして、上記のような
従来方式で、異常な電圧低下のまま運転を継続すると、
要求に応じた出力をしようとして電流が増加し、電池の
寿命を早めることになるので、従来は異常な電圧低下が
発生したら、図6のように即刻異常緊急停止をするよう
にしている。すなわち、図6の定出力曲線が緊急停止
電圧値Vpに達したら緊急停止をするものである。ま
た、上記電圧値Vpはかなり低めに設定してあるので
(頻繁な異常停止を避けるため)、電圧低下発生時に大
きなストレスが掛かることになり、さらに電池寿命を縮
めることにもなっている。なお、図6のは電圧−電流
特性を示す。したがって、この発明の課題は、頻繁な異
常停止を避けつつ電池寿命を延ばすことにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
べく、請求項1の発明では、炭化水素系の原燃料を水蒸
気改質して水素豊富なガスを得る改質器と、前記水素豊
富なガスと空気中の酸素により発電する燃料電池と、燃
料を供給する補機と、前記燃料電池で発電した電力の外
部負荷への供給を制御するための電力調整装置とを備
え、前記燃料電池を異常停止させるための第1の設定電
圧値よりも高い第2の電圧値を設定して燃料電池電圧を
監視し、燃料電池電圧が第2の設定電圧値に達したら電
力調整装置の入力電流を徐々に低下させて行くことによ
り、異常停止を回避するようにしている。上記請求項1
の発明では、前記電力調整装置の入力電流値に応じ、前
記改質器への反応ガス供給量を制御することができ(請
求項2の発明)、または、前記電力調整装置の入力電流
値に応じ、前記改質器の改質触媒の温度制御を行なうこ
とができる(請求項3の発明)。
【0007】
【発明の実施の形態】図1はこの発明が実施される燃料
電池発電システムを示す構成図、図2はこの発明による
制御動作を説明するための説明図である。同図1におい
て、1は燃料電池(以下、FCとも略記する)、2は電
力調整装置としてのDC/DCチョッパ、3は補助バッ
テリ、4はモータコントローラ、5は負荷としてのモー
タ(M)、6は原燃料ポンプ、7は空気ブロア、8は改
質器、9は制御装置、10は燃料電池電流の検出器、1
1は燃料電池電圧の検出器、20はチョッパ制御装置で
ある。原燃料ポンプ6や空気ブロア7は、燃料電池1や
改質器8からなる主機に対する補機を形成している。
【0008】すなわち、燃料電池1は炭化水素系の原燃
料を水蒸気改質して水素豊富なガスを生成する改質器8
からの改質ガスと、空気ブロア7からの酸素とにより発
電する。負荷としてのモータ5はその発電電力を受電し
て駆動されるが、このモータ5と燃料電池1との間には
DC/DCチョッパ2が設けられ、チョッパ制御装置2
0によって制御される。制御装置9は検出器10,11
を介して検出される燃料電池1の電流I,電圧Vを監視
しつつシステム全体の制御を行なうもので、原燃料ポン
プ6,空気ブロア7およびチョッパ制御装置20の制御
等も行なう。なお、チョッパ制御装置20を省略して、
制御装置9でその制御をするようにしても良いことは言
うまでもない。
【0009】チョッパ制御装置20は、制御装置9から
与えられる電圧VがFC電圧制限電圧Vsに達したら、
例えばDC/DCチョッパ2を構成するスイッチング素
子のゲート電圧を制御することにより、DC/DCチョ
ッパ2の入力電流を徐々に低下させる。こうすると、電
流制限動作中の定出力曲線は図2に矢印で示すように
逆向きとなり、緊急停止電圧値Vpに達しないようにす
ることができる。また、このような電流制御に合わせて
補機からの反応ガス供給量を制御したり(信号B,P参
照)、改質器8における改質触媒の温度制御をすれば、
電圧抑制作用がより効果的となる。
【0010】図3は制御装置の具体例を示す構成図、図
4は図3における調整係数説明図である。すなわち、制
御装置9に演算部202を設け、従来のような電流調節
器(ACR)201を設けて、検出器10を介して得ら
れる検出電流値Iを、その設定値I0 と一致するように
する制御に加え、演算部202により下記式から補正量
ΔIを求め、この補正量ΔIを考慮して電流制御を行な
うものである。 α=(Vs−V)/(Vs−Vp)・100 (Vs:FC電流制限開始制限電圧、Vp:緊急停止電
圧値) ΔI=K・α・I Kは調整係数で、この係数を適宜に選ぶことで電池電流
の低減率を調整することができる。ΔIとFC電圧の関
係例を図4に示す。
【0011】
【発明の効果】この発明によれば、チョッパ制御装置の
入力電流を制御してその入力電圧を制限するようにした
ので、電池の異常停止を回避でき寿命を延ばすことが可
能となる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明が実施されるシステム構成例図であ
る。
【図2】この発明による制御動作の説明図である。
【図3】この発明による制御部の具体例を示す構成図で
ある。
【図4】図3における調整係数説明図である。
【図5】制御装置の従来例を示す概要図である。
【図6】従来の制御方法説明図である。
【符号の説明】
1…燃料電池、2…DC/DCチョッパ、3…補助バッ
テリ、4…モータコントローラ、5…モータ(M)、6
…原燃料ポンプ、7…空気ブロア、8…改質器、9…制
御装置、10…燃料電池電流検出器、11…燃料電池電
圧検出器、20…チョッパ制御装置、201…電流調節
器(ACR)、202…演算部。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭化水素系の原燃料を水蒸気改質して水
    素豊富なガスを得る改質器と、前記水素豊富なガスと空
    気中の酸素により発電する燃料電池と、燃料を供給する
    補機と、前記燃料電池で発電した電力の外部負荷への供
    給を制御するための電力調整装置とを備え、 前記燃料電池を異常停止させるための第1の設定電圧値
    よりも高い第2の電圧値を設定して燃料電池電圧を監視
    し、燃料電池電圧が第2の設定電圧値に達したら電力調
    整装置の入力電流を徐々に低下させて行くことにより、
    異常停止を回避することを特徴とする燃料電池発電制御
    方法。
  2. 【請求項2】 前記電力調整装置の入力電流値に応じ、
    前記改質器への反応ガス供給量を制御するようにしたこ
    とを特徴とする請求項1に記載の燃料電池発電制御方
    法。
  3. 【請求項3】 前記電力調整装置の入力電流値に応じ、
    前記改質器の改質触媒の温度制御を行なうようにしたこ
    とを特徴とする請求項1に記載の燃料電池発電制御方
    法。
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