JP2003197210A - 燃料改質型燃料電池システムの制御装置 - Google Patents
燃料改質型燃料電池システムの制御装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 負荷の減少時やシステム停止時などで負荷が
急減した場合に発生する余剰改質燃料ガスを、２次電池
の充電を適切に行いながら、燃料消費率や水の消費量を
悪化させることなく、処理できるようにする。 【解決手段】 燃料改質型燃料電池システムの制御装置
において、改質器２３で生成した改質燃料ガス量を推定
する改質燃料ガス量推定手段と、改質燃料ガス量に基づ
いて、その改質燃料ガス量で発電することが可能な電力
を算出する発電可能電力演算手段と、２次電池１１の充
電量を推定する２次電池充電量推定手段と、充電量に基
づいて、２次電池１１の充電限界の範囲内で燃料電池１
０で発電することの許される上限の電力を算出する発電
上限電力算出手段と、発電可能電力と発電上限電力とに
基づいて、燃料電池１０で発電させる電力値を算出する
発電電力算出手段と、を備える。
急減した場合に発生する余剰改質燃料ガスを、２次電池
の充電を適切に行いながら、燃料消費率や水の消費量を
悪化させることなく、処理できるようにする。 【解決手段】 燃料改質型燃料電池システムの制御装置
において、改質器２３で生成した改質燃料ガス量を推定
する改質燃料ガス量推定手段と、改質燃料ガス量に基づ
いて、その改質燃料ガス量で発電することが可能な電力
を算出する発電可能電力演算手段と、２次電池１１の充
電量を推定する２次電池充電量推定手段と、充電量に基
づいて、２次電池１１の充電限界の範囲内で燃料電池１
０で発電することの許される上限の電力を算出する発電
上限電力算出手段と、発電可能電力と発電上限電力とに
基づいて、燃料電池１０で発電させる電力値を算出する
発電電力算出手段と、を備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、燃料改質型燃料
電池システムの制御装置に関する。
電池システムの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池システムの一つとして、燃料改
質型燃料電池システムが知られている。この燃料改質型
燃料電池システムは、メタノールやガソリン等を燃料と
して燃料改質器によって水素リッチな改質燃料ガスを生
成し、この改質燃料ガスと空気を燃料電池に供給して電
力を取り出すものである。
質型燃料電池システムが知られている。この燃料改質型
燃料電池システムは、メタノールやガソリン等を燃料と
して燃料改質器によって水素リッチな改質燃料ガスを生
成し、この改質燃料ガスと空気を燃料電池に供給して電
力を取り出すものである。
【０００３】この燃料改質型燃料電池システムにおいて
は、負荷の減少時やシステム停止時等で負荷が急減した
場合には、燃料改質器の応答が追いつかず、余剰改質燃
料ガスが発生してしまうことがある。
は、負荷の減少時やシステム停止時等で負荷が急減した
場合には、燃料改質器の応答が追いつかず、余剰改質燃
料ガスが発生してしまうことがある。
【０００４】従来、このような余剰改質燃料ガスの処理
方法としては、例えば、燃焼器を設けて余剰改質燃料ガ
スを燃焼処理する方法や、余剰改質燃料ガスによって余
剰電力を発生させて２次電池に充電する方法がある（特
願２０００−５５４８２号、特開２００１−３４８７４
６号公報等）。
方法としては、例えば、燃焼器を設けて余剰改質燃料ガ
スを燃焼処理する方法や、余剰改質燃料ガスによって余
剰電力を発生させて２次電池に充電する方法がある（特
願２０００−５５４８２号、特開２００１−３４８７４
６号公報等）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このように、
余剰改質燃料ガスが発生した場合、余剰改質燃料ガスを
そのまま燃焼処理したのでは、システムの燃料消費率が
悪化する、という問題がある。
余剰改質燃料ガスが発生した場合、余剰改質燃料ガスを
そのまま燃焼処理したのでは、システムの燃料消費率が
悪化する、という問題がある。
【０００６】一方、余剰電力を発生させ２次電池に充電
する場合、２次電池の充電量の上限を超えてしまう恐れ
があるため、十分な充電余裕量を用意しておかなければ
ならない。
する場合、２次電池の充電量の上限を超えてしまう恐れ
があるため、十分な充電余裕量を用意しておかなければ
ならない。
【０００７】また、図１１には、燃料電池システムの負
荷が急減した場合の、要求電力、改質燃料ガス量、発電
電力、２次電池の充電量、燃焼器で燃焼させる改質燃料
ガス量の変化を示す。即ち、（ａ）に示すように要求電
力が急減した場合に、（ｂ）に示すように改質燃料ガス
量は減少遅れを伴って変化するが、（ｃ）に示すように
この改質燃料ガスの余剰分をすべて燃料電池の発電に使
用して、（ｄ）に示すように２次電池の充電量が上限値
を超えたときの例を表す。
荷が急減した場合の、要求電力、改質燃料ガス量、発電
電力、２次電池の充電量、燃焼器で燃焼させる改質燃料
ガス量の変化を示す。即ち、（ａ）に示すように要求電
力が急減した場合に、（ｂ）に示すように改質燃料ガス
量は減少遅れを伴って変化するが、（ｃ）に示すように
この改質燃料ガスの余剰分をすべて燃料電池の発電に使
用して、（ｄ）に示すように２次電池の充電量が上限値
を超えたときの例を表す。
【０００８】このように充電量の上限値を超えた場合に
は、例えば速やかに余剰電力の発生を止めて、余剰改質
燃料ガスを燃焼器にて燃焼させることになるが、余剰改
質燃料ガスの排出に対して、燃料電池の空気極（カソー
ド極）への空気供給量の減少は遅れを伴うために、この
遅れによって燃料電池内（高分子電解質膜内）の水が無
駄に消費（排出）されてしまう、という問題がある。
は、例えば速やかに余剰電力の発生を止めて、余剰改質
燃料ガスを燃焼器にて燃焼させることになるが、余剰改
質燃料ガスの排出に対して、燃料電池の空気極（カソー
ド極）への空気供給量の減少は遅れを伴うために、この
遅れによって燃料電池内（高分子電解質膜内）の水が無
駄に消費（排出）されてしまう、という問題がある。
【０００９】この発明の目的は、燃料改質型燃料電池シ
ステムにおいて、負荷の減少時やシステム停止時などで
負荷が急減した場合に発生する余剰改質燃料ガスを、２
次電池の充電を適切に行いながら、燃料消費率や水の消
費量を悪化させることなく、処理できるようにすること
である。
ステムにおいて、負荷の減少時やシステム停止時などで
負荷が急減した場合に発生する余剰改質燃料ガスを、２
次電池の充電を適切に行いながら、燃料消費率や水の消
費量を悪化させることなく、処理できるようにすること
である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、改質器を
含む燃料電池と２次電池、および、燃料電池の排出ガス
を燃焼させる燃焼器を備えた燃料改質型燃料電池システ
ムの制御装置において、前記改質器で生成した改質燃料
ガス量を推定する改質燃料ガス量推定手段と、前記改質
燃料ガス量に基づいて、その改質燃料ガス量で発電する
ことが可能な電力を算出する発電可能電力演算手段と、
前記２次電池の充電量を推定する２次電池充電量推定手
段と、前記充電量に基づいて、前記２次電池の充電限界
の範囲内で前記燃料電池で発電することの許される上限
の電力を算出する発電上限電力算出手段と、前記発電可
能電力と前記発電上限電力とに基づいて、前記燃料電池
で発電させる電力値を算出する発電電力算出手段と、を
備える。
含む燃料電池と２次電池、および、燃料電池の排出ガス
を燃焼させる燃焼器を備えた燃料改質型燃料電池システ
ムの制御装置において、前記改質器で生成した改質燃料
ガス量を推定する改質燃料ガス量推定手段と、前記改質
燃料ガス量に基づいて、その改質燃料ガス量で発電する
ことが可能な電力を算出する発電可能電力演算手段と、
前記２次電池の充電量を推定する２次電池充電量推定手
段と、前記充電量に基づいて、前記２次電池の充電限界
の範囲内で前記燃料電池で発電することの許される上限
の電力を算出する発電上限電力算出手段と、前記発電可
能電力と前記発電上限電力とに基づいて、前記燃料電池
で発電させる電力値を算出する発電電力算出手段と、を
備える。
【００１１】第２の発明は、改質器を含む燃料電池と２
次電池、および、燃料電池の排出ガスを燃焼させる燃焼
器を備えた燃料改質型燃料電池システムの制御装置にお
いて、前記改質器で生成した改質燃料ガス量を推定する
改質燃料ガス量推定手段と、前記改質燃料ガス量に基づ
いて、その改質燃料ガス量で発電することが可能な電力
を算出する発電可能電力演算手段と、電気負荷の消費電
力を算出する消費電力算出手段と、前記２次電池の充電
量を推定する２次電池充電量推定手段と、前記充電量に
基づいて、前記２次電池に入力することの可能な電力を
算出する２次電池入力可能電力算出手段と、前記２次電
池入力可能電力と前記消費電力の和と、前記発電可能電
力とから値の小さい方を選択し、その選択した値を上限
として前記燃料電池で発電させる電力値を算出する発電
電力算出手段と、を備える。
次電池、および、燃料電池の排出ガスを燃焼させる燃焼
器を備えた燃料改質型燃料電池システムの制御装置にお
いて、前記改質器で生成した改質燃料ガス量を推定する
改質燃料ガス量推定手段と、前記改質燃料ガス量に基づ
いて、その改質燃料ガス量で発電することが可能な電力
を算出する発電可能電力演算手段と、電気負荷の消費電
力を算出する消費電力算出手段と、前記２次電池の充電
量を推定する２次電池充電量推定手段と、前記充電量に
基づいて、前記２次電池に入力することの可能な電力を
算出する２次電池入力可能電力算出手段と、前記２次電
池入力可能電力と前記消費電力の和と、前記発電可能電
力とから値の小さい方を選択し、その選択した値を上限
として前記燃料電池で発電させる電力値を算出する発電
電力算出手段と、を備える。
【００１２】第３の発明は、第１、第２の発明におい
て、前記発電電力算出手段の算出値を補正する発電電力
補正手段を備え、前記発電電力補正手段は、前記２次電
池の充電量が充電範囲の上限値に近いほど、前記燃料電
池で発電する電力が小さくなるように減少補正する手段
である。
て、前記発電電力算出手段の算出値を補正する発電電力
補正手段を備え、前記発電電力補正手段は、前記２次電
池の充電量が充電範囲の上限値に近いほど、前記燃料電
池で発電する電力が小さくなるように減少補正する手段
である。
【００１３】第４の発明は、第１、第２の発明におい
て、前記発電電力算出手段の算出値を補正する発電電力
補正手段を備え、前記発電電力補正手段は、前記２次電
池の充電量の増加量が大きいほど、前記燃料電池で発電
する電力が小さくなるように減少補正する手段である。
て、前記発電電力算出手段の算出値を補正する発電電力
補正手段を備え、前記発電電力補正手段は、前記２次電
池の充電量の増加量が大きいほど、前記燃料電池で発電
する電力が小さくなるように減少補正する手段である。
【００１４】第５の発明は、第１、第２の発明におい
て、前記発電電力算出手段の算出値を補正する発電電力
補正手段を備え、前記発電電力補正手段は、前記燃料電
池の空気極側に供給する空気量の応答が遅いほど、前記
燃料電池で発電する電力が小さくなるように減少補正す
る手段である。
て、前記発電電力算出手段の算出値を補正する発電電力
補正手段を備え、前記発電電力補正手段は、前記燃料電
池の空気極側に供給する空気量の応答が遅いほど、前記
燃料電池で発電する電力が小さくなるように減少補正す
る手段である。
【００１５】第６の発明は、第１、第２の発明におい
て、前記発電電力算出手段の算出値を補正する発電電力
補正手段を備え、前記発電電力補正手段は、前記燃焼器
の温度が低いほど、前記燃料電池で発電する電力が小さ
くなるように減少補正する手段である。
て、前記発電電力算出手段の算出値を補正する発電電力
補正手段を備え、前記発電電力補正手段は、前記燃焼器
の温度が低いほど、前記燃料電池で発電する電力が小さ
くなるように減少補正する手段である。
【００１６】第７の発明は、第３〜第６の発明におい
て、前記発電電力補正手段は、電気負荷の消費電力より
も発電可能電力が大きい場合に、補正を許可する手段を
含んでいる。
て、前記発電電力補正手段は、電気負荷の消費電力より
も発電可能電力が大きい場合に、補正を許可する手段を
含んでいる。
【００１７】
【発明の効果】第１の発明にあっては、燃料改質型燃料
電池システムにおいて、燃料改質器において生成される
改質燃料ガス量を推定し、これに基づいて発電すること
ができる電力（発電可能電力）を算出する。一方、２次
電池の充電状態を推定し、これに基づいて２次電池の充
電限界の範囲内で燃料電池で発電することの許される上
限の電力（発電上限電力）を算出する。そして、発電可
能電力と発電上限電力とに基づいて燃料電池の発電電力
を算出するので、燃料電池システムの負荷が急減して、
電気負荷の消費電力が無い場合、２次電池の充電状態に
応じて燃料電池で発電させ、２次電池に的確に充電でき
る。また、余剰分の改質燃料ガス、空気を燃焼器に送る
ことで、２次電池の充電量が上限値に達した場合に、空
気の減少の遅れによって燃料電池内（高分子電解質膜
内）の水が無駄に消費（排出）されることを防止でき
る。
電池システムにおいて、燃料改質器において生成される
改質燃料ガス量を推定し、これに基づいて発電すること
ができる電力（発電可能電力）を算出する。一方、２次
電池の充電状態を推定し、これに基づいて２次電池の充
電限界の範囲内で燃料電池で発電することの許される上
限の電力（発電上限電力）を算出する。そして、発電可
能電力と発電上限電力とに基づいて燃料電池の発電電力
を算出するので、燃料電池システムの負荷が急減して、
電気負荷の消費電力が無い場合、２次電池の充電状態に
応じて燃料電池で発電させ、２次電池に的確に充電でき
る。また、余剰分の改質燃料ガス、空気を燃焼器に送る
ことで、２次電池の充電量が上限値に達した場合に、空
気の減少の遅れによって燃料電池内（高分子電解質膜
内）の水が無駄に消費（排出）されることを防止でき
る。
【００１８】第２の発明にあっては、電気負荷の消費電
力を算出し、２次電池入力可能電力と消費電力の和と、
発電可能電力とから値の小さい方を選択し、その選択し
た値を上限として燃料電池の発電電力を算出するので、
燃料電池システムの負荷が急減した場合、２次電池に充
電可能な範囲で、余剰改質燃料ガスによって発生した余
剰電力を充電することできる。また、余剰分の改質燃料
ガス、空気を燃焼器に送ることで、２次電池の充電量が
上限値に達した場合に、空気の減少の遅れによって燃料
電池内（高分子電解質膜内）の水が無駄に消費（排出）
されることを防止できる。
力を算出し、２次電池入力可能電力と消費電力の和と、
発電可能電力とから値の小さい方を選択し、その選択し
た値を上限として燃料電池の発電電力を算出するので、
燃料電池システムの負荷が急減した場合、２次電池に充
電可能な範囲で、余剰改質燃料ガスによって発生した余
剰電力を充電することできる。また、余剰分の改質燃料
ガス、空気を燃焼器に送ることで、２次電池の充電量が
上限値に達した場合に、空気の減少の遅れによって燃料
電池内（高分子電解質膜内）の水が無駄に消費（排出）
されることを防止できる。
【００１９】第３の発明にあっては、２次電池の充電量
が充電範囲の上限値に近いほど、燃料電池で発電する電
力が小さくなるように燃料電池の発電電力を減少補正す
るので、その減少補正分を含めた余剰分の改質燃料ガ
ス、空気を燃焼器に送ることで、燃料電池内（高分子電
解質膜内）の水が無駄に消費（排出）されることを防止
できる。また、２次電池の充電量が上限に達する前から
余剰改質燃料ガスの燃焼を開始することによって、短時
間で余剰改質燃料ガスの燃焼を完了する必要がないた
め、燃焼器の温度上昇を抑えることができ、また、燃焼
器の容量を小さくすることができる。
が充電範囲の上限値に近いほど、燃料電池で発電する電
力が小さくなるように燃料電池の発電電力を減少補正す
るので、その減少補正分を含めた余剰分の改質燃料ガ
ス、空気を燃焼器に送ることで、燃料電池内（高分子電
解質膜内）の水が無駄に消費（排出）されることを防止
できる。また、２次電池の充電量が上限に達する前から
余剰改質燃料ガスの燃焼を開始することによって、短時
間で余剰改質燃料ガスの燃焼を完了する必要がないた
め、燃焼器の温度上昇を抑えることができ、また、燃焼
器の容量を小さくすることができる。
【００２０】第４の発明にあっては、２次電池の充電量
の増加量が大きいほど、燃料電池で発電する電力が小さ
くなるように燃料電池の発電電力を減少補正するので、
２次電池の充電量が上限に達するまでに余剰電力を緩や
かに減らすことができる。また、燃料電池に供給する空
気量を緩やかに変化させることが可能となり、したがっ
て２次電池の充電量が上限に達したときに、空気の減少
の遅れに伴って燃料電池内（高分子電解質膜内）の水が
無駄に消費（排出）されることを防止できる。また、２
次電池の充電量が上限に達する前から余剰改質燃料ガス
の燃焼を開始することによって、短時間で余剰改質燃料
ガスの燃焼を完了する必要がないため、燃焼器の温度上
昇を抑えることができ、また、燃焼器の容量を小さくす
ることができる。
の増加量が大きいほど、燃料電池で発電する電力が小さ
くなるように燃料電池の発電電力を減少補正するので、
２次電池の充電量が上限に達するまでに余剰電力を緩や
かに減らすことができる。また、燃料電池に供給する空
気量を緩やかに変化させることが可能となり、したがっ
て２次電池の充電量が上限に達したときに、空気の減少
の遅れに伴って燃料電池内（高分子電解質膜内）の水が
無駄に消費（排出）されることを防止できる。また、２
次電池の充電量が上限に達する前から余剰改質燃料ガス
の燃焼を開始することによって、短時間で余剰改質燃料
ガスの燃焼を完了する必要がないため、燃焼器の温度上
昇を抑えることができ、また、燃焼器の容量を小さくす
ることができる。
【００２１】第５の発明にあっては、燃料電池の空気極
側に供給する空気量の応答が遅いほど、燃料電池で発電
する電力が小さくなるように燃料電池の発電電力を減少
補正するので、供給空気量の応答が遅い運転条件におい
て、２次電池の充電量の上限に達したときに減少させな
くてはならない発電量を小さくすることができる。した
がって、２次電池の充電量が上限に達したときに、空気
の減少の遅れに伴って燃料電池内（高分子電解質膜内）
の水が無駄に消費（排出）されることを防止できる。ま
た、２次電池の充電量が上限に達する前から余剰改質燃
料ガスの燃焼を開始することによって、短時間で余剰改
質燃料ガスの燃焼を完了する必要がないため、燃焼器の
温度上昇を抑えることができ、また、燃焼器の容量を小
さくすることができる。
側に供給する空気量の応答が遅いほど、燃料電池で発電
する電力が小さくなるように燃料電池の発電電力を減少
補正するので、供給空気量の応答が遅い運転条件におい
て、２次電池の充電量の上限に達したときに減少させな
くてはならない発電量を小さくすることができる。した
がって、２次電池の充電量が上限に達したときに、空気
の減少の遅れに伴って燃料電池内（高分子電解質膜内）
の水が無駄に消費（排出）されることを防止できる。ま
た、２次電池の充電量が上限に達する前から余剰改質燃
料ガスの燃焼を開始することによって、短時間で余剰改
質燃料ガスの燃焼を完了する必要がないため、燃焼器の
温度上昇を抑えることができ、また、燃焼器の容量を小
さくすることができる。
【００２２】第６の発明にあっては、燃焼器の温度が低
いほど、燃料電池で発電する電力が小さくなるように燃
料電池の発電電力を減少補正するので、燃焼器の温度が
低い場合ほど、燃焼器で燃焼させる改質燃料ガスを増加
させて、燃焼器の温度を適正温度に維持することができ
る。
いほど、燃料電池で発電する電力が小さくなるように燃
料電池の発電電力を減少補正するので、燃焼器の温度が
低い場合ほど、燃焼器で燃焼させる改質燃料ガスを増加
させて、燃焼器の温度を適正温度に維持することができ
る。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
に基づいて説明する。
【００２４】図１は本発明の実施の形態の燃料電池シス
テムを示すブロック図である。
テムを示すブロック図である。
【００２５】図１に示す実施の形態の燃料電池スタック
１０は、電気自動車のバッテリ（２次電池）１１を充電
するために車両の適宜箇所に搭載され、電力制御器１２
を介して電気自動車のモータ１３を間接的または直接的
に駆動する。この電力制御器１２は、バッテリ１１に充
電された電力を取り出してモータ１３に供給したり、燃
料電池スタック１０で生成された電力をバッテリ１１に
充電したり、あるいは燃料電池スタック１０で生成され
た電力をそのままモータ１３へ供給したりする。
１０は、電気自動車のバッテリ（２次電池）１１を充電
するために車両の適宜箇所に搭載され、電力制御器１２
を介して電気自動車のモータ１３を間接的または直接的
に駆動する。この電力制御器１２は、バッテリ１１に充
電された電力を取り出してモータ１３に供給したり、燃
料電池スタック１０で生成された電力をバッテリ１１に
充電したり、あるいは燃料電池スタック１０で生成され
た電力をそのままモータ１３へ供給したりする。
【００２６】燃料電池スタック１０は、燃料極（アノー
ド極）（−）に水素リッチガスが供給される一方、空気
極（カソード極）（＋）にコンプレッサ２１からの空気
が供給され、触媒の存在下において電池反応が生じ、こ
れにより発電を行う。この燃料極および空気極に供給さ
れて余剰となった水素ガスおよび空気は燃焼器２２に送
られて処理される。
ド極）（−）に水素リッチガスが供給される一方、空気
極（カソード極）（＋）にコンプレッサ２１からの空気
が供給され、触媒の存在下において電池反応が生じ、こ
れにより発電を行う。この燃料極および空気極に供給さ
れて余剰となった水素ガスおよび空気は燃焼器２２に送
られて処理される。
【００２７】燃料電池スタック１０の燃料極に供給すべ
き水素リッチガスは、改質器２３によって生成すること
ができる。本例の改質システム２０は、メタノールと過
剰量の水とからなる混合液体燃料（以下、改質原料とも
いう。）が収容された燃料タンク２４と、改質器２３
と、一酸化炭素除去器２５と、燃焼器２２とを備えてい
る。
き水素リッチガスは、改質器２３によって生成すること
ができる。本例の改質システム２０は、メタノールと過
剰量の水とからなる混合液体燃料（以下、改質原料とも
いう。）が収容された燃料タンク２４と、改質器２３
と、一酸化炭素除去器２５と、燃焼器２２とを備えてい
る。
【００２８】改質器２３には、燃料タンク２４内の改質
原料がポンプ２６を用いて送られる一方で、コンプレッ
サ２１から酸化剤としての空気が送られる。そして、気
化された改質原料を改質触媒の存在下において改質反応
させ、水素と二酸化炭素を含む改質ガスを生成する。
原料がポンプ２６を用いて送られる一方で、コンプレッ
サ２１から酸化剤としての空気が送られる。そして、気
化された改質原料を改質触媒の存在下において改質反応
させ、水素と二酸化炭素を含む改質ガスを生成する。
【００２９】改質器２３の下流に設けられた一酸化炭素
除去器２５は、コンプレッサ２１からの空気を導入する
ことで改質ガスに含まれた一酸化炭素を選択酸化させ、
燃料電池スタック１０の被毒の原因となる一酸化炭素の
濃度を低減させるものである。こうして水素リッチとな
った改質ガスは燃料電池スタック１０の燃料極へ供給さ
れる。
除去器２５は、コンプレッサ２１からの空気を導入する
ことで改質ガスに含まれた一酸化炭素を選択酸化させ、
燃料電池スタック１０の被毒の原因となる一酸化炭素の
濃度を低減させるものである。こうして水素リッチとな
った改質ガスは燃料電池スタック１０の燃料極へ供給さ
れる。
【００３０】燃焼器２２では、燃料電池スタック１０で
余剰となった改質ガスおよび空気を燃焼触媒の存在下に
おいて燃焼させ、このときの燃焼エネルギーを改質器２
３へ供給することで排ガス処理と同時に改質反応を促進
させる機能を有する。
余剰となった改質ガスおよび空気を燃焼触媒の存在下に
おいて燃焼させ、このときの燃焼エネルギーを改質器２
３へ供給することで排ガス処理と同時に改質反応を促進
させる機能を有する。
【００３１】改質器２３内には温度センサＴ１、改質器
２３の出口配管には温度センサＴ２、一酸化炭素除去器
２５内には温度センサＴ３、一酸化炭素除去器２５の出
口配管には温度センサＴ４がそれぞれ設けられ、これら
の検出信号は改質器制御装置３０へ送出される。燃料電
池スタック１０の燃料極の出口配管には圧力センサＰ１
が設けられ、この検出信号は電力制御装置のスタック制
御器３１へ送出される。
２３の出口配管には温度センサＴ２、一酸化炭素除去器
２５内には温度センサＴ３、一酸化炭素除去器２５の出
口配管には温度センサＴ４がそれぞれ設けられ、これら
の検出信号は改質器制御装置３０へ送出される。燃料電
池スタック１０の燃料極の出口配管には圧力センサＰ１
が設けられ、この検出信号は電力制御装置のスタック制
御器３１へ送出される。
【００３２】また、燃料電池スタック１０の燃料極の出
口配管ならびに空気極の出口配管には、それぞれ制御弁
１４，１５が設けられる。
口配管ならびに空気極の出口配管には、それぞれ制御弁
１４，１５が設けられる。
【００３３】改質器制御装置３０は、アクセル等のよう
な外部負荷に応じた指令信号に応答して、改質器２３へ
の燃料タンク２４からの改質原料の投入量、コンプレッ
サ２１からの空気供給量を制御して、燃料電池スタック
１０へ供給すべき水素リッチガスの生成量を制御するも
のである。
な外部負荷に応じた指令信号に応答して、改質器２３へ
の燃料タンク２４からの改質原料の投入量、コンプレッ
サ２１からの空気供給量を制御して、燃料電池スタック
１０へ供給すべき水素リッチガスの生成量を制御するも
のである。
【００３４】電力制御装置のスタック制御器３１は、水
素リッチガスの生成量、バッテリ１１の充電余裕量、モ
ータ１３等の電気負荷に基づいて、燃料電池スタック１
０で発電させる電力値を算出、制御するものである。ま
た、電力制御装置のスタック制御器３１は、制御弁１
４，１５を介して、燃料電池スタック１０で余剰となっ
て燃焼器２２に送る水素ガス量、空気量を制御する。
素リッチガスの生成量、バッテリ１１の充電余裕量、モ
ータ１３等の電気負荷に基づいて、燃料電池スタック１
０で発電させる電力値を算出、制御するものである。ま
た、電力制御装置のスタック制御器３１は、制御弁１
４，１５を介して、燃料電池スタック１０で余剰となっ
て燃焼器２２に送る水素ガス量、空気量を制御する。
【００３５】電力制御装置のバッテリ監視器３２は、バ
ッテリ１１の充電量（蓄電量）、充電余裕量（バッテリ
１１の充電量に対して、あとどれだけ充電できるかの
量）を監視するものである。このバッテリ１１の充電
量、充電余裕量は、例えば予め実験的に求めたバッテリ
容量と、充放電時の電流を積算して得られる積算値（＝
Σ（Ｉ×ｔ）：Ｉは電流値、ｔは時間）から算出する方
法や、開放端電圧との関係から算出する方法等、公知の
方法を採用することができる。
ッテリ１１の充電量（蓄電量）、充電余裕量（バッテリ
１１の充電量に対して、あとどれだけ充電できるかの
量）を監視するものである。このバッテリ１１の充電
量、充電余裕量は、例えば予め実験的に求めたバッテリ
容量と、充放電時の電流を積算して得られる積算値（＝
Σ（Ｉ×ｔ）：Ｉは電流値、ｔは時間）から算出する方
法や、開放端電圧との関係から算出する方法等、公知の
方法を採用することができる。
【００３６】次に、動作について説明する。
【００３７】図２、図３は、本発明の制御装置（電力制
御装置）の動作を示すフローチャートである。なお、こ
れは所定の制御周期で実行する。
御装置）の動作を示すフローチャートである。なお、こ
れは所定の制御周期で実行する。
【００３８】図２のステップ１では、改質原料の投入量
Ｑｆ[l／sec]に対して、下式を用いて改質燃料ガス（水
素）の生成量Ｑｈ[mol／sec]を推定（算出）する。下式
において、Ｋｒは改質原料１[l]から生成することがで
きる改質燃料ガス量[mol]に相当する係数であり、ηｒ
は改質器２３の効率をあらわす係数である。また、Ｔｒ
は改質器２３の応答時定数[sec]であり、ｓはラプラス
演算子である。
Ｑｆ[l／sec]に対して、下式を用いて改質燃料ガス（水
素）の生成量Ｑｈ[mol／sec]を推定（算出）する。下式
において、Ｋｒは改質原料１[l]から生成することがで
きる改質燃料ガス量[mol]に相当する係数であり、ηｒ
は改質器２３の効率をあらわす係数である。また、Ｔｒ
は改質器２３の応答時定数[sec]であり、ｓはラプラス
演算子である。
【００３９】Ｑｈ＝Ｑｆ×Ｋｒ×ηｒ／（Ｔｒｓ＋１）
ステップ２では、推定した改質燃料ガス量Ｑｈに基づい
て燃料電池スタック１０から取り出すことが可能な電流
Ｉｈ[A]を下式に従って算出する。
て燃料電池スタック１０から取り出すことが可能な電流
Ｉｈ[A]を下式に従って算出する。
【００４０】Ｉｈ＝Ｑｈ／（２×Ｆ×Ｓｒ）
ここで、Ｆはファラデー定数であり、Ｓｒは燃料電池ス
タック１０の水素過剰率である。
タック１０の水素過剰率である。
【００４１】そして、燃料電池スタック１０で発電する
ことが可能な電力Ｐｈ[kW]を下式に従って算出する。
ことが可能な電力Ｐｈ[kW]を下式に従って算出する。
【００４２】Ｐｈ＝Ｉｈ×Ｅｈ
ここで、Ｅｈは燃料電池スタック１０の電圧であり、取
り出し電流Ｉｈに基づいて、例えば図４に示す特性をも
つテーブルデータを参照することによって算出する。
り出し電流Ｉｈに基づいて、例えば図４に示す特性をも
つテーブルデータを参照することによって算出する。
【００４３】ステップ３では、電力制御装置のバッテリ
監視器３２において、バッテリ１１の充電余裕量Ｗｂ[k
Wh]を推定（算出）する。バッテリ１１の充電余裕量の
推定方法は前述した通りである。
監視器３２において、バッテリ１１の充電余裕量Ｗｂ[k
Wh]を推定（算出）する。バッテリ１１の充電余裕量の
推定方法は前述した通りである。
【００４４】ステップ４では、まず、バッテリ１１に入
力することが可能な電力Ｐｂ[kW]を算出する。この演算
は、バッテリ１１の充電余裕量Ｗｂ[kWh]に基づいて、
例えば、図５に示した特性のテーブルデータを参照する
ことによって行なう。
力することが可能な電力Ｐｂ[kW]を算出する。この演算
は、バッテリ１１の充電余裕量Ｗｂ[kWh]に基づいて、
例えば、図５に示した特性のテーブルデータを参照する
ことによって行なう。
【００４５】次に、電気負荷の消費電力を算出する。電
気負荷の消費電力として、電気自動車を駆動するための
モータ１３の消費電力Ｐｍ[kW]を下式に従って算出す
る。
気負荷の消費電力として、電気自動車を駆動するための
モータ１３の消費電力Ｐｍ[kW]を下式に従って算出す
る。
【００４６】Ｐｍ＝Ｉｍ×Ｅｍ
ここで、Ｉｍはモータ１３に流れる電流[A]であり、Ｅ
ｍはモータ１３の電圧[V]である。
ｍはモータ１３の電圧[V]である。
【００４７】そして、バッテリ１１に入力することが可
能な電力Ｐｂ[kW]と、モータ１３の消費電力Ｐｍ[kW]を
加算して、燃料電池スタック１０の発電上限電力Ｐmax
[kW]を算出する。
能な電力Ｐｂ[kW]と、モータ１３の消費電力Ｐｍ[kW]を
加算して、燃料電池スタック１０の発電上限電力Ｐmax
[kW]を算出する。
【００４８】モータ１３の消費電力Ｐｍ[kW]が無いとき
は、バッテリ１１に入力することが可能な電力Ｐｂ[kW]
が、バッテリ１１の充電限界の範囲内で燃料電池スタッ
ク１０で発電することの許される上限の電力つまり燃料
電池スタック１０の発電上限電力Ｐmax[kW]となる。
は、バッテリ１１に入力することが可能な電力Ｐｂ[kW]
が、バッテリ１１の充電限界の範囲内で燃料電池スタッ
ク１０で発電することの許される上限の電力つまり燃料
電池スタック１０の発電上限電力Ｐmax[kW]となる。
【００４９】ステップ５では、図３に示したフローチャ
ートに従って燃料電池スタック１０で発電させる電力Ｐ
ｇ[kW]の算出を行なう。
ートに従って燃料電池スタック１０で発電させる電力Ｐ
ｇ[kW]の算出を行なう。
【００５０】まず、ステップ１１において、燃料電池ス
タック１０で発電することが可能な電力Ｐｈ[kW]と燃料
電池スタック１０の発電上限電力Ｐmax[kW]から値の小
さいものを選択し、その値を燃料電池スタック１０の発
電電力の基準値Ｐｇ０[kW]とする。
タック１０で発電することが可能な電力Ｐｈ[kW]と燃料
電池スタック１０の発電上限電力Ｐmax[kW]から値の小
さいものを選択し、その値を燃料電池スタック１０の発
電電力の基準値Ｐｇ０[kW]とする。
【００５１】そして、ステップ１２において、燃料電池
スタック１０の発電可能電力Ｐｈ[kW]とモータ１３の消
費電力Ｐｍ[kW]の大小を比較する。
スタック１０の発電可能電力Ｐｈ[kW]とモータ１３の消
費電力Ｐｍ[kW]の大小を比較する。
【００５２】燃料電池スタック１０の発電可能電力Ｐｈ
[kW]の方が大きい場合には、ステップ１３、１４におい
て減少補正係数αを算出して、発電電力基準値Ｐｇ０[k
W]を減少補正して発電電力Ｐｇ[kW]を算出する。
[kW]の方が大きい場合には、ステップ１３、１４におい
て減少補正係数αを算出して、発電電力基準値Ｐｇ０[k
W]を減少補正して発電電力Ｐｇ[kW]を算出する。
【００５３】この減少補正係数αは、図２のステップ４
で推定したバッテリ１１の充電余裕量Ｗｂ[kWh]に基づ
いて、図６に示すようなテーブルデータを参照して、算
出する。つまり、バッテリ１１の充電量が充電範囲の上
限値に近いほど、燃料電池スタック１０で発電する電力
Ｐｇ[kW]が小さくなるように減少補正する。
で推定したバッテリ１１の充電余裕量Ｗｂ[kWh]に基づ
いて、図６に示すようなテーブルデータを参照して、算
出する。つまり、バッテリ１１の充電量が充電範囲の上
限値に近いほど、燃料電池スタック１０で発電する電力
Ｐｇ[kW]が小さくなるように減少補正する。
【００５４】一方、燃料電池スタック１０の発電可能電
力Ｐｈ[kW]の方が小さい場合には、ステップ１５におい
て発電電力基準値Ｐｇ０[kW]の減少補正を行なわずに、
その発電可能電力Ｐｈ[kW]を発電電力Ｐｇ[kW]にする。
力Ｐｈ[kW]の方が小さい場合には、ステップ１５におい
て発電電力基準値Ｐｇ０[kW]の減少補正を行なわずに、
その発電可能電力Ｐｈ[kW]を発電電力Ｐｇ[kW]にする。
【００５５】なお、電気負荷としてモータ１３のほか
に、電気自動車に備えられているエアコンやラジエータ
ファン等の電気負荷を加えてよい。
に、電気自動車に備えられているエアコンやラジエータ
ファン等の電気負荷を加えてよい。
【００５６】このような構成により、燃料電池システム
の負荷が急減して、余剰改質燃料ガスが発生した場合
（燃料電池スタック１０の発電可能電力Ｐｈ[kW]＞モー
タ１３の消費電力Ｐｍ[kW]）、余剰改質燃料ガスによっ
て燃料電池スタック１０で発電が行われると共に、この
場合モータ１３の消費電力Ｐｍ[kW]が無いときは、バッ
テリ１１の充電限界の範囲内で燃料電池スタック１０で
発電することの許される上限の電力を燃料電池スタック
１０の発電電力基準値Ｐｇ０[kW]にして、これをバッテ
リ１１の充電量が充電範囲の上限値に近いほど減少補正
して、燃料電池スタック１０で発電させる電力Ｐｇ[kW]
を求め、この発電電力Ｐｇ[kW]を得るように、その減少
補正分を含めた余剰分の水素ガス、空気が燃焼器２２に
送られる。
の負荷が急減して、余剰改質燃料ガスが発生した場合
（燃料電池スタック１０の発電可能電力Ｐｈ[kW]＞モー
タ１３の消費電力Ｐｍ[kW]）、余剰改質燃料ガスによっ
て燃料電池スタック１０で発電が行われると共に、この
場合モータ１３の消費電力Ｐｍ[kW]が無いときは、バッ
テリ１１の充電限界の範囲内で燃料電池スタック１０で
発電することの許される上限の電力を燃料電池スタック
１０の発電電力基準値Ｐｇ０[kW]にして、これをバッテ
リ１１の充電量が充電範囲の上限値に近いほど減少補正
して、燃料電池スタック１０で発電させる電力Ｐｇ[kW]
を求め、この発電電力Ｐｇ[kW]を得るように、その減少
補正分を含めた余剰分の水素ガス、空気が燃焼器２２に
送られる。
【００５７】これにより、バッテリ１１の充電状態に応
じて燃料電池スタック１０で発電させ、バッテリ１１に
的確に充電できる。また、バッテリ１１の充電量が充電
範囲の上限値に近いほど燃料電池スタック１０で発電さ
せる電力Ｐｇ[kW]が減少補正され、その減少補正分を含
めた余剰分の水素ガス、空気が燃焼器２２に送られるの
で、例えばバッテリ１１の充電量が上限値に達した後に
余剰の水素ガス、空気が燃焼器２２に送られるものに比
べて、空気の減少が遅れるようなことがなく、その遅れ
によって燃料電池内（高分子電解質膜内）の水が無駄に
消費（排出）されることを防止できる。
じて燃料電池スタック１０で発電させ、バッテリ１１に
的確に充電できる。また、バッテリ１１の充電量が充電
範囲の上限値に近いほど燃料電池スタック１０で発電さ
せる電力Ｐｇ[kW]が減少補正され、その減少補正分を含
めた余剰分の水素ガス、空気が燃焼器２２に送られるの
で、例えばバッテリ１１の充電量が上限値に達した後に
余剰の水素ガス、空気が燃焼器２２に送られるものに比
べて、空気の減少が遅れるようなことがなく、その遅れ
によって燃料電池内（高分子電解質膜内）の水が無駄に
消費（排出）されることを防止できる。
【００５８】また、この場合モータ１３の消費電力Ｐｍ
[kW]が有るときは、バッテリ１１に入力することが可能
な電力Ｐｂ[kW]とモータ１３の消費電力Ｐｍ[kW]とを加
算した燃料電池スタック１０の発電上限電力Ｐmax[kW]
と、燃料電池スタック１０の発電可能電力Ｐｈ[kW]とか
ら値の小さいものを燃料電池スタック１０の発電電力基
準値Ｐｇ０[kW]に選択して、これをバッテリ１１の充電
量が充電範囲の上限値に近いほど減少補正して、燃料電
池スタック１０で発電させる電力Ｐｇ[kW]を求め、この
発電電力Ｐｇ[kW]を得るように、その減少補正分を含め
た余剰分の水素ガス、空気が燃焼器２２に送られる。
[kW]が有るときは、バッテリ１１に入力することが可能
な電力Ｐｂ[kW]とモータ１３の消費電力Ｐｍ[kW]とを加
算した燃料電池スタック１０の発電上限電力Ｐmax[kW]
と、燃料電池スタック１０の発電可能電力Ｐｈ[kW]とか
ら値の小さいものを燃料電池スタック１０の発電電力基
準値Ｐｇ０[kW]に選択して、これをバッテリ１１の充電
量が充電範囲の上限値に近いほど減少補正して、燃料電
池スタック１０で発電させる電力Ｐｇ[kW]を求め、この
発電電力Ｐｇ[kW]を得るように、その減少補正分を含め
た余剰分の水素ガス、空気が燃焼器２２に送られる。
【００５９】これにより、バッテリ１１に充電可能な範
囲で、余剰改質燃料ガスによって発生した余剰電力を充
電することできる。また、バッテリ１１の充電量が充電
範囲の上限値に近いほど燃料電池スタック１０で発電さ
せる電力Ｐｇ[kW]が減少補正され、その減少補正分を含
めた余剰分の水素ガス、空気が燃焼器２２に送られるの
で、モータ１３の消費電力Ｐｍ[kW]が無いときと同様
に、例えばバッテリ１１の充電量が上限値に達した後に
空気の減少の遅れによって燃料電池内（高分子電解質膜
内）の水が無駄に消費（排出）されることを防止でき
る。
囲で、余剰改質燃料ガスによって発生した余剰電力を充
電することできる。また、バッテリ１１の充電量が充電
範囲の上限値に近いほど燃料電池スタック１０で発電さ
せる電力Ｐｇ[kW]が減少補正され、その減少補正分を含
めた余剰分の水素ガス、空気が燃焼器２２に送られるの
で、モータ１３の消費電力Ｐｍ[kW]が無いときと同様
に、例えばバッテリ１１の充電量が上限値に達した後に
空気の減少の遅れによって燃料電池内（高分子電解質膜
内）の水が無駄に消費（排出）されることを防止でき
る。
【００６０】図７は、本例における、燃料電池システム
の負荷が急減した場合の、要求電力（モータ１３の消費
電力Ｐｍ[kW]）、改質燃料ガス量、発電電力、バッテリ
１１の充電量、燃焼器２２で燃焼させる改質燃料ガス量
の変化を示したグラフである。バッテリ１１に充電可能
な範囲で、余剰改質燃料ガスを発電に使用するので、バ
ッテリ１１の充電量がその上限を超えることが無いよう
にしながら、余剰改質燃料ガスのもつエネルギーをバッ
テリ１１に蓄えることができる。また、バッテリ１１の
充電量が充電範囲の上限値に近いほど燃料電池スタック
１０で発電させる電力Ｐｇ[kW]が減少補正され、その減
少補正分を含めた余剰分の水素ガス、空気が燃焼器２２
に送られることによって、燃料電池内（高分子電解質膜
内）の水が無駄に消費（排出）されることを防止でき
る。また、バッテリ１１の充電量が上限に達する前から
余剰改質燃料ガスの燃焼を開始するので、短時間で余剰
改質燃料ガスの燃焼を完了する必要がないため、燃焼器
２２の温度上昇を抑えることができ、また、燃焼器２２
の容量を小さくすることができる。
の負荷が急減した場合の、要求電力（モータ１３の消費
電力Ｐｍ[kW]）、改質燃料ガス量、発電電力、バッテリ
１１の充電量、燃焼器２２で燃焼させる改質燃料ガス量
の変化を示したグラフである。バッテリ１１に充電可能
な範囲で、余剰改質燃料ガスを発電に使用するので、バ
ッテリ１１の充電量がその上限を超えることが無いよう
にしながら、余剰改質燃料ガスのもつエネルギーをバッ
テリ１１に蓄えることができる。また、バッテリ１１の
充電量が充電範囲の上限値に近いほど燃料電池スタック
１０で発電させる電力Ｐｇ[kW]が減少補正され、その減
少補正分を含めた余剰分の水素ガス、空気が燃焼器２２
に送られることによって、燃料電池内（高分子電解質膜
内）の水が無駄に消費（排出）されることを防止でき
る。また、バッテリ１１の充電量が上限に達する前から
余剰改質燃料ガスの燃焼を開始するので、短時間で余剰
改質燃料ガスの燃焼を完了する必要がないため、燃焼器
２２の温度上昇を抑えることができ、また、燃焼器２２
の容量を小さくすることができる。
【００６１】図８、図９、図１０は、燃料電池スタック
１０で発電させる電力Ｐｇ[kW]の減少補正係数αの算出
方法の第２、第３、第４の実施の形態を示す。
１０で発電させる電力Ｐｇ[kW]の減少補正係数αの算出
方法の第２、第３、第４の実施の形態を示す。
【００６２】図８のものは、バッテリ１１の充電余裕量
の変化量に基づいて減少補正係数αを設定するもので、
バッテリ１１の充電余裕量Ｗｂ[kWh]の変化量△Ｗｂ[kW
h／sec]を算出して、この変化量△Ｗｂ[kWh／sec]に基
づいて、図８に示すように設定してあるテーブルデータ
を参照して、減少補正係数αを求める。即ち、バッテリ
１１の充電量の増加量が大きいほど、燃料電池スタック
１０で発電する電力Ｐｇ[kW]が小さくなるように減少補
正する。
の変化量に基づいて減少補正係数αを設定するもので、
バッテリ１１の充電余裕量Ｗｂ[kWh]の変化量△Ｗｂ[kW
h／sec]を算出して、この変化量△Ｗｂ[kWh／sec]に基
づいて、図８に示すように設定してあるテーブルデータ
を参照して、減少補正係数αを求める。即ち、バッテリ
１１の充電量の増加量が大きいほど、燃料電池スタック
１０で発電する電力Ｐｇ[kW]が小さくなるように減少補
正する。
【００６３】これによれば、バッテリ１１の充電量が上
限に達するまでに余剰電力を緩やかに減らすことができ
る。また、燃料電池に供給する空気量を緩やかに変化さ
せることが可能となり、したがってバッテリ１１の充電
量が上限に達したときに、空気の減少の遅れに伴って燃
料電池内（高分子電解質膜内）の水が無駄に消費（排
出）されることを防止できる。また、バッテリ１１の充
電量が上限に達する前から余剰改質燃料ガスの燃焼を開
始するので、短時間で余剰改質燃料ガスの燃焼を完了す
る必要がないため、燃焼器２２の温度上昇を抑えること
ができ、また、燃焼器２２の容量を小さくすることがで
きる。
限に達するまでに余剰電力を緩やかに減らすことができ
る。また、燃料電池に供給する空気量を緩やかに変化さ
せることが可能となり、したがってバッテリ１１の充電
量が上限に達したときに、空気の減少の遅れに伴って燃
料電池内（高分子電解質膜内）の水が無駄に消費（排
出）されることを防止できる。また、バッテリ１１の充
電量が上限に達する前から余剰改質燃料ガスの燃焼を開
始するので、短時間で余剰改質燃料ガスの燃焼を完了す
る必要がないため、燃焼器２２の温度上昇を抑えること
ができ、また、燃焼器２２の容量を小さくすることがで
きる。
【００６４】図９のものは、燃料電池スタック１０の空
気極（カソード極）に供給する空気量の応答時定数τ[s
ec]に基づいて、図９に示すように設定してあるテーブ
ルデータを参照して、減少補正係数αを算出する。即
ち、供給空気量の応答時定数τ[sec]が遅いほど、燃料
電池スタック１０で発電する電力Ｐｇ[kW]が小さくなる
ように減少補正する。ここで、空気量の応答時定数τは
燃料電池の運転圧力や、供給空気量に応じて変化するの
で、これらの条件に対する応答時定数の変化を実験的に
求めて、テーブルデータや３次元マップデータなどを用
いて応答時定数τ[sec]を算出することができる。
気極（カソード極）に供給する空気量の応答時定数τ[s
ec]に基づいて、図９に示すように設定してあるテーブ
ルデータを参照して、減少補正係数αを算出する。即
ち、供給空気量の応答時定数τ[sec]が遅いほど、燃料
電池スタック１０で発電する電力Ｐｇ[kW]が小さくなる
ように減少補正する。ここで、空気量の応答時定数τは
燃料電池の運転圧力や、供給空気量に応じて変化するの
で、これらの条件に対する応答時定数の変化を実験的に
求めて、テーブルデータや３次元マップデータなどを用
いて応答時定数τ[sec]を算出することができる。
【００６５】これによれば、供給空気量の応答が遅い運
転条件において、バッテリ１１の充電量が上限に達した
ときに減少させなくてはならない発電量を小さくするこ
とができる。したがって、バッテリ１１の充電量が上限
に達したときに、空気の減少の遅れに伴って燃料電池内
（高分子電解質膜内）の水が無駄に消費（排出）される
ことを防止できる。また、バッテリ１１の充電量が上限
に達する前から余剰改質燃料ガスの燃焼を開始するの
で、短時間で余剰改質燃料ガスの燃焼を完了する必要が
ないため、燃焼器２２の温度上昇を抑えることができ、
また、燃焼器２２の容量を小さくすることができる。
転条件において、バッテリ１１の充電量が上限に達した
ときに減少させなくてはならない発電量を小さくするこ
とができる。したがって、バッテリ１１の充電量が上限
に達したときに、空気の減少の遅れに伴って燃料電池内
（高分子電解質膜内）の水が無駄に消費（排出）される
ことを防止できる。また、バッテリ１１の充電量が上限
に達する前から余剰改質燃料ガスの燃焼を開始するの
で、短時間で余剰改質燃料ガスの燃焼を完了する必要が
ないため、燃焼器２２の温度上昇を抑えることができ、
また、燃焼器２２の容量を小さくすることができる。
【００６６】図１０のものは、燃焼器２２の温度Ｔｂ[d
egC]に基づいて、図１０に示すようなテーブルデータを
参照して、減少補正係数αを算出する。即ち、燃焼器２
２の温度Ｔｂ[degC]が低いほど、燃料電池スタック１０
で発電する電力Ｐｇ[kW]が小さくなるように減少補正す
る。したがって、燃焼器の温度が低い場合ほど、燃焼器
で燃焼させる改質燃料ガスを増加させて、燃焼器の温度
を適正温度に維持することができる。
egC]に基づいて、図１０に示すようなテーブルデータを
参照して、減少補正係数αを算出する。即ち、燃焼器２
２の温度Ｔｂ[degC]が低いほど、燃料電池スタック１０
で発電する電力Ｐｇ[kW]が小さくなるように減少補正す
る。したがって、燃焼器の温度が低い場合ほど、燃焼器
で燃焼させる改質燃料ガスを増加させて、燃焼器の温度
を適正温度に維持することができる。
【図１】第１の実施の形態を示す燃料電池システムのブ
ロック図である。
ロック図である。
【図２】制御内容を示すフローチャートである。
【図３】制御内容を示すフローチャートである。
【図４】燃料電池の電圧を算出するためのテーブルデー
タの特性を示す図である。
タの特性を示す図である。
【図５】２次電池に入力することが可能な電力を算出す
るためのテーブルデータの特性を示す図である。
るためのテーブルデータの特性を示す図である。
【図６】燃料電池の発電電力を補正する係数を算出する
ためのテーブルデータの特性を示す図である。
ためのテーブルデータの特性を示す図である。
【図７】燃料電池システムの負荷が急減した場合の、要
求電力、改質燃料ガス量、発電電力、２次電池の充電
量、燃焼器で燃焼させる改質燃料ガス量の変化を示した
グラフである。
求電力、改質燃料ガス量、発電電力、２次電池の充電
量、燃焼器で燃焼させる改質燃料ガス量の変化を示した
グラフである。
【図８】第２の実施の形態の燃料電池の発電電力を補正
する係数を算出するためのテーブルデータの特性を示す
図である。
する係数を算出するためのテーブルデータの特性を示す
図である。
【図９】第３の実施の形態の燃料電池の発電電力を補正
する係数を算出するためのテーブルデータの特性を示す
図である。
する係数を算出するためのテーブルデータの特性を示す
図である。
【図１０】第４の実施の形態の燃料電池の発電電力を補
正する係数を算出するためのテーブルデータの特性を示
す図である。
正する係数を算出するためのテーブルデータの特性を示
す図である。
【図１１】従来の、燃料電池システムの負荷が急減した
場合の、要求電力、改質燃料ガス量、発電電力、２次電
池の充電量、燃焼器で燃焼させる改質燃料ガス量の変化
を示したグラフである。
場合の、要求電力、改質燃料ガス量、発電電力、２次電
池の充電量、燃焼器で燃焼させる改質燃料ガス量の変化
を示したグラフである。
１０ 燃料電池スタック
１１ バッテリ（２次電池）
１３ モータ
１４，１５ 制御弁
２１ コンプレッサ
２２ 燃焼器
２３ 改質器
２４ 燃料タンク
３０ 改質器制御装置
３１ スタック制御器
３２ バッテリ監視器
Claims (7)
- 【請求項１】 改質器を含む燃料電池と２次電池、およ
び、燃料電池の排出ガスを燃焼させる燃焼器を備えた燃
料改質型燃料電池システムの制御装置において、 前記改質器で生成した改質燃料ガス量を推定する改質燃
料ガス量推定手段と、 前記改質燃料ガス量に基づいて、その改質燃料ガス量で
発電することが可能な電力を算出する発電可能電力演算
手段と、 前記２次電池の充電量を推定する２次電池充電量推定手
段と、 前記充電量に基づいて、前記２次電池の充電限界の範囲
内で前記燃料電池で発電することの許される上限の電力
を算出する発電上限電力算出手段と、 前記発電可能電力と前記発電上限電力とに基づいて、前
記燃料電池で発電させる電力値を算出する発電電力算出
手段と、を備えることを特徴とする燃料改質型燃料電池
システムの制御装置。 - 【請求項２】 改質器を含む燃料電池と２次電池、およ
び、燃料電池の排出ガスを燃焼させる燃焼器を備えた燃
料改質型燃料電池システムの制御装置において、 前記改質器で生成した改質燃料ガス量を推定する改質燃
料ガス量推定手段と、 前記改質燃料ガス量に基づいて、その改質燃料ガス量で
発電することが可能な電力を算出する発電可能電力演算
手段と、 電気負荷の消費電力を算出する消費電力算出手段と、 前記２次電池の充電量を推定する２次電池充電量推定手
段と、 前記充電量に基づいて、前記２次電池に入力することの
可能な電力を算出する２次電池入力可能電力算出手段
と、 前記２次電池入力可能電力と前記消費電力の和と、前記
発電可能電力とから値の小さい方を選択し、その選択し
た値を上限として前記燃料電池で発電させる電力値を算
出する発電電力算出手段と、を備えることを特徴とした
燃料改質型燃料電池システムの制御装置。 - 【請求項３】 前記発電電力算出手段の算出値を補正す
る発電電力補正手段を備え、前記発電電力補正手段は、
前記２次電池の充電量が充電範囲の上限値に近いほど、
前記燃料電池で発電する電力が小さくなるように減少補
正する手段であることを特徴とする請求項１または２に
記載の燃料改質型燃料電池システムの制御装置。 - 【請求項４】 前記発電電力算出手段の算出値を補正す
る発電電力補正手段を備え、前記発電電力補正手段は、
前記２次電池の充電量の増加量が大きいほど、前記燃料
電池で発電する電力が小さくなるように減少補正する手
段であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃
料改質型燃料電池システムの制御装置。 - 【請求項５】 前記発電電力算出手段の算出値を補正す
る発電電力補正手段を備え、前記発電電力補正手段は、
前記燃料電池の空気極側に供給する空気量の応答が遅い
ほど、前記燃料電池で発電する電力が小さくなるように
減少補正する手段であることを特徴とする請求項１また
は２に記載の燃料改質型燃料電池システムの制御装置。 - 【請求項６】 前記発電電力算出手段の算出値を補正す
る発電電力補正手段を備え、前記発電電力補正手段は、
前記燃焼器の温度が低いほど、前記燃料電池で発電する
電力が小さくなるように減少補正する手段であることを
特徴とする請求項１または２に記載の燃料改質型燃料電
池システムの制御装置。 - 【請求項７】 前記発電電力補正手段は、電気負荷の消
費電力よりも発電可能電力が大きい場合に、補正を許可
する手段を含んでいることを特徴とする請求項３〜６の
いずれか１つに記載の燃料改質型燃料電池システムの制
御装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001391171A JP3698101B2 (ja) | 2001-12-25 | 2001-12-25 | 燃料改質型燃料電池システムの制御装置 |
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| JP2001391171A JP3698101B2 (ja) | 2001-12-25 | 2001-12-25 | 燃料改質型燃料電池システムの制御装置 |
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|---|---|
| JP2003197210A true JP2003197210A (ja) | 2003-07-11 |
| JP3698101B2 JP3698101B2 (ja) | 2005-09-21 |
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-
2001
- 2001-12-25 JP JP2001391171A patent/JP3698101B2/ja not_active Expired - Fee Related
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