JPS60253171A - 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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- JPS60253171A JPS60253171A JP59108784A JP10878484A JPS60253171A JP S60253171 A JPS60253171 A JP S60253171A JP 59108784 A JP59108784 A JP 59108784A JP 10878484 A JP10878484 A JP 10878484A JP S60253171 A JPS60253171 A JP S60253171A
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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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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- Y02E60/50—Fuel cells
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- Theoretical Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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。
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。
［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ａｍ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ａｍ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山を
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ｖ１１節することにより、酸化剤極へ供
給する酸化剤の流量を１ｌＪＩＩｌするようにしている
。なお、燃料極には燃料を電池発′１１１凹に見合って
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山を
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ｖ１１節することにより、酸化剤極へ供
給する酸化剤の流量を１ｌＪＩＩｌするようにしている
。なお、燃料極には燃料を電池発′１１１凹に見合って
供給するようにしている。
［背現技術の問題点］
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ＷＩ４触を引起
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１ｆｆｉ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ＷＩ４触を引起
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１ｆｆｉ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−（ち電池
出力′Ｆｉ紅を上限ｊ）Ｊ限電几１？／下に抑制し、７
１池の１１能低下を防止するとバにｙｊ＃の向上を図る
ことが可能＜Ｚ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−（ち電池
出力′Ｆｉ紅を上限ｊ）Ｊ限電几１？／下に抑制し、７
１池の１１能低下を防止するとバにｙｊ＃の向上を図る
ことが可能＜Ｚ燃料電池発電システムを提供することに
ある。
［発明の１１
上記目的を達成するために本発明では、電解質層を挟ん
て燃ＩＩ極および酸化剤（Φの一対の′ｌ４ｔｉをＲ５
づると共に上記燃１１極に燃ｎを：Ｖた上記酸化剤極に
醸化剤を大々供給し５．このとき起こる電気化学的反応
を利用して上記？！ｔｉＩｉ間から電気エネルギーを取
り出す燃料電池と、この燃１１電池で光生じた電気１＞
ルギーを負荷指令値に見合プた電気量に変換する電力変
換装置と、上記酸化剤の供給うｆン上に設けられた調節
弁と、上＆！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ｉ’［池の出力電流
を検出器る′Ｒ電流検出器、この電流検出器により検出
さ４また出力電流の大きさに応じて上記酸化剤の供給流
量指令値を背る演算器、この演算器からの指令流量と上
記流Ｉｌ検出器からの検出Ｒｍとを比較しかっこの比較
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の流山補正手段と
、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［株］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。
て燃ＩＩ極および酸化剤（Φの一対の′ｌ４ｔｉをＲ５
づると共に上記燃１１極に燃ｎを：Ｖた上記酸化剤極に
醸化剤を大々供給し５．このとき起こる電気化学的反応
を利用して上記？！ｔｉＩｉ間から電気エネルギーを取
り出す燃料電池と、この燃１１電池で光生じた電気１＞
ルギーを負荷指令値に見合プた電気量に変換する電力変
換装置と、上記酸化剤の供給うｆン上に設けられた調節
弁と、上＆！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ｉ’［池の出力電流
を検出器る′Ｒ電流検出器、この電流検出器により検出
さ４また出力電流の大きさに応じて上記酸化剤の供給流
量指令値を背る演算器、この演算器からの指令流量と上
記流Ｉｌ検出器からの検出Ｒｍとを比較しかっこの比較
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の流山補正手段と
、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［株］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、Ｎ演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、ファラデ一定数により決定される電気化学
的な理論燃Ｆｌ ｆ／ｉ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、Ｎ演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、ファラデ一定数により決定される電気化学
的な理論燃Ｆｌ ｆ／ｉ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＾
くなると出力電圧が低下し、その程度を比較すると酸化
ｌｐ１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
ｌｐ１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。
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■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！１１２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ＰＩ
Ｄ演算器であり、これらより流量制御手段を構成してい
る。
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■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！１１２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ＰＩ
Ｄ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ＰＩＤｍＩ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Ｐａ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の供給流山補正値を（ｑ、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１ｉ１Ｐ
ｓ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ＰＯ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３
８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。
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ＰＩＤｍＩ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Ｐａ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の供給流山補正値を（ｑ、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１ｉ１Ｐ
ｓ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ＰＯ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３
８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まる
。
ｌＸＮＸ３６００Ｘ２２．４
４Ｘ９６５００Ｘ１０００Ｘ０．２１Ｘ７７ここで、Ｆ
二酸化剤の供給流山（Ｎｍ／Ｈ）、Ｉ：電池出力電流＜
Ａ）、Ｎ：燃料電池直列接続個数、η二酸化剤利用率で
あり、またファラデ一定数を９６５００ （ｃ／ｍｏ
ｌ ）、酸化剤中（７）ＩＩ素濃度０．２１とする。
二酸化剤の供給流山（Ｎｍ／Ｈ）、Ｉ：電池出力電流＜
Ａ）、Ｎ：燃料電池直列接続個数、η二酸化剤利用率で
あり、またファラデ一定数を９６５００ （ｃ／ｍｏ
ｌ ）、酸化剤中（７）ＩＩ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。
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８点（負荷指令値ＰＯ：
Ｐ日）にて運転している時に負荷指令１１Ｐｏ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Ｐａ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０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。
Ｐ日）にて運転している時に負荷指令１１Ｐｏ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Ｐａ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０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、ＰＩＤ８ＩＩ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ＰＩ 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４
０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、ＰＩ
Ｄ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。
に実出力電力が一致しない。そこで、ＰＩＤ８ＩＩ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ＰＩ 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４
０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、ＰＩ
Ｄ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１
０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１１１２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１
６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鍬能付
きのＰ Ｉ ＤｗＡｌｌｉ ２４ 、 コ（ＤｆＡＷＪ
指令Ｗａ正値２６ ト負荷指令設定器２８からの負荷指
令値としての電力指令１１Ｐｎ 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、上記減算器２２からの偏差信号２
３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ｌ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Ｐ
Ｏ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Ｐ
ＩＤ演算器３７よりなる第２の流量補正手段と、上記第
１および第２の各供給流量補正値３３および３つを加算
し、その加算信号を上記供給流量補正値１４として上記
演算器１１へ与える加算器４０とから構成したものであ
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１
０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１１１２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１
６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鍬能付
きのＰ Ｉ ＤｗＡｌｌｉ ２４ 、 コ（ＤｆＡＷＪ
指令Ｗａ正値２６ ト負荷指令設定器２８からの負荷指
令値としての電力指令１１Ｐｎ 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、上記減算器２２からの偏差信号２
３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ｌ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Ｐ
Ｏ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Ｐ
ＩＤ演算器３７よりなる第２の流量補正手段と、上記第
１および第２の各供給流量補正値３３および３つを加算
し、その加算信号を上記供給流量補正値１４として上記
演算器１１へ与える加算器４０とから構成したものであ
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、
負荷変化過渡時の電圧上限抑制制御についても、まず応
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
■ｍ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。
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、
負荷変化過渡時の電圧上限抑制制御についても、まず応
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
■ｍ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、上記実施例では供給流層指令値１２を補正する手段
として第１および第２の２つの流量補正手段を備えたが
、第１または第２のいずれか一方のみを設けて構成する
ようにしても同様の効果が得られるものである。
として第１および第２の２つの流量補正手段を備えたが
、第１または第２のいずれか一方のみを設けて構成する
ようにしても同様の効果が得られるものである。
また、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。
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。
さらに、上記実施例では負荷指令値を電力指令値として
与え、かつ電気量検出器として電力検出器を用いたが、
負荷指令値を電圧指令値あるいは電流指令値として与え
、かつ電気量検出器として電圧検出器あるいは電流検出
器を用いるようにしてもよいものであ−る。
与え、かつ電気量検出器として電力検出器を用いたが、
負荷指令値を電圧指令値あるいは電流指令値として与え
、かつ電気量検出器として電圧検出器あるいは電流検出
器を用いるようにしてもよいものであ−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図は本発明の詳細な説明するための図、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、１
３．１６，２２．３５・・・減算器、１９．２４，３１
．３７・・・ＰＩＤ演算器、２１・・・電圧検出器、２
５．３２．３８・・・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。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第２図 第３図 第４図 第５図 Ｉｔ ’ＩＬ’Ａ５’；１２力電乱
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図は本発明の詳細な説明するための図、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、１
３．１６，２２．３５・・・減算器、１９．２４，３１
．３７・・・ＰＩＤ演算器、２１・・・電圧検出器、２
５．３２．３８・・・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。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第２図 第３図 第４図 第５図 Ｉｔ ’ＩＬ’Ａ５’；１２力電乱
Claims (2)
- （１）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前記燃料極に燃料をまた前記酸化
剤極に酸化剤を夫々供給し、このとき起こる電気化学的
反応を利用して前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、前記酸化剤の供給ライン上に設けられた調節弁と、
前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、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山指令値を得る演
算器、この演算器からの指令流量と前記流量検出器から
の検出流量とを比較しかつこの比較結果に基づいて前記
調節弁へその弁開度をｍ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、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供給流量補
正値を得る流量補正手段とを備えて成り、前記流量補正
手段の供給流量補正値を前記供給流量指令値へその補正
値として与えることを特徴とする燃料電池発電システム
。 - （２）Ｎ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前記燃料極に燃料をまた前記酸化
剤極に酸化剤を夫々供給し、このとき起こる電気化学的
反応を利用して前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口に変換する電力変換装置
と、前記酸化剤の供給ライン上に設けられた調節弁と、
前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、前記燃料電池の出力′Ｒ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山指令値を１ｑ
る演ｎ器、およびこの演算器からの指令流のと前記流量
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
づいて前記調節弁へその弁開度を調節１べき調節信号を
与える手段よりなる流山制御手段と、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この電気量検出器からの電力検出
値と前記負荷指令値とを比較しかつこの比較結果に基づ
いて供給流量補正値を得る流量補正手段とを備えて成り
、前記流量補正手段の供給流量補正値を前記供給流量指
令値へその補正値として与えることを特徴とする燃料電
池発電システム。 〈３）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前記燃料極に燃料をまた前記酸化
剤極に酸化剤を人々供給し、このとき起こる電気化学的
反応を利用して前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−に変換する電力変換装置
と、前記酸化剤の供給ライン上に設けられた調節弁と、
前記酸化剤の供給ラインを流れる酸化剤の流山を検出す
る流量検出器と、前記燃料電池の出力Ｎ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得る演
算器、およびこの演算器からの指令流量と前記流量検出
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
て前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ｌ Ｉ ＩＩＪ ｍ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
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、前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、
前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前記負荷
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
、前記第１および第２の各供給流量補正値を前記供給流
量指令値へその補正値として与え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 |
|---|---|---|---|
| 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 true JPS60253171A (ja) | 1985-12-13 |
| JPH071700B2 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 (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6310474A (ja) * | 1986-07-01 | 1988-01-18 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池発電システム |
| JP2006032168A (ja) * | 2004-07-16 | 2006-02-02 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2006509348A (ja) * | 2002-12-06 | 2006-03-16 | デスビエンス，ドナルド，ジェイ | 付加的な機能のコントロールによる、集積された燃料電池の電力調整 |
| JP2006185750A (ja) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 燃料電池発電システムの運転方法及び燃料電池発電システム |
| JP2008117788A (ja) * | 2007-12-25 | 2008-05-22 | Ballard Power Syst Inc | 燃料電池の制御装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5003980B2 (ja) | 2007-05-29 | 2012-08-22 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5553876A (en) * | 1978-10-13 | 1980-04-19 | United Technologies Corp | Method of lowering output power of fuel battery |
| 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
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5553876A (en) * | 1978-10-13 | 1980-04-19 | United Technologies Corp | Method of lowering output power of fuel battery |
| 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 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6310474A (ja) * | 1986-07-01 | 1988-01-18 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池発電システム |
| JP2006509348A (ja) * | 2002-12-06 | 2006-03-16 | デスビエンス，ドナルド，ジェイ | 付加的な機能のコントロールによる、集積された燃料電池の電力調整 |
| JP4756155B2 (ja) * | 2002-12-06 | 2011-08-24 | フェアチャイルド セミコンダクター コーポレイション | 付加的な機能のコントロールによる、集積された燃料電池の電力調整 |
| JP2006032168A (ja) * | 2004-07-16 | 2006-02-02 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2006185750A (ja) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 燃料電池発電システムの運転方法及び燃料電池発電システム |
| JP2008117788A (ja) * | 2007-12-25 | 2008-05-22 | Ballard Power Syst Inc | 燃料電池の制御装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH071700B2 (ja) | 1995-01-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |