JP3428869B2 - 燃料電池出力変動補償方法 - Google Patents
燃料電池出力変動補償方法Info
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池単独で負
荷に電力を供給する場合に負荷急変時の燃料電池出力電
流変動を抑制するための燃料電池出力変動補償方法に関
するものである。 【０００２】 【従来の技術】「燃料電池給電システム」（特開平７−
１２３６０９）や「燃料電池発電システム用瞬時負荷補
償装置」（電気学会半導体電力変換研究会資料ＳＰＣ−
９３−８５）として提案されている従来の燃料電池出力
変動補償システムの構成を図５に示す。 【０００３】図中、１は燃料電池、２は平滑用コンデン
サ、３はインバータ、４は交流負荷、５は蓄電池、６は
双方向コンバータ、７及び８は電流検出器、９は電圧検
出器、１０２はリミッタ、１０３はＰＷＭ回路、２００
は制御回路、２０１は遅れフィルタ、２０２はＶ′B 調
節回路である。 【０００４】従来の燃料電池出力変動補償システムの動
作を、図面を参照しながら以下に説明する。Ｖ′B 調節
回路２０２は図５の結線上の点９における蓄電池５の出
力電圧Ｖ′B と蓄電池５の出力電圧指令値Ｖ′B * との
偏差を入力とし、Ｖ′B 調節信号Ｖ′B1を出力する。 【０００５】電流検出器８はインバータ３の入力電流Ｉ
O を検出する。インバータ入力電流ＩO は遅れフィルタ
２０１に入力され遅延電流ＩO1を得る。遅延電流ＩO1は
インバータ入力電流ＩO と比較減算され、減算結果はさ
らにＶ′B 調節信号Ｖ′B1と比較減算されて、補償電流
基準Ｉ′COが作られる。補償電流基準Ｉ′COはリミッタ
１０２を介して補償電流指令値Ｉ′C * となり、補償電
流指令値Ｉ′C * と電流検出器７により検出された補償
電流Ｉ′C が一致するようにＰＷＭ回路１０３により双
方向コンバータ６内のスイッチをオンオフさせる。 【０００６】従来の燃料電池出力変動補償システムにお
ける負荷急変時の各部の電流波形を図６に示す。図６は
時刻ｔ1 において交流負荷４の急増にともなってインバ
ータ入力電流ＩO が０からＩ1 に急激に増加した場合を
示している。図中、Ｉ1 は想定される最大の負荷変動が
生じたときのインバータ入力電流ＩO の変動量である。
時刻ｔ1 における燃料電池出力電流Ｉ′FCの増加率が許
容最大増加率となるように遅れフィルタ２０１やＶ′B
調節回路２０２を調整している。図６に示すように、イ
ンバータ入力電流ＩO の急増にともなって燃料電池出力
電流Ｉ′FCは除々に増加し、時刻ｔ2 で燃料電池出力電
流Ｉ′FCとインバータ入力電流ＩO が一致する。時刻ｔ
1 から時刻ｔ2 までは燃料電池出力電流Ｉ′FCとインバ
ータ入力電流ＩO の差の電流が双方向コンバータ６を介
して蓄電池５から放電され、時刻ｔ2 以降は燃料電池出
力電流Ｉ′FCとインバータ入力電流ＩO の差の電流によ
り蓄電池５を充電する。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】従来の燃料電池出力変
動補償システムでは補償電流Ｉ′Ｃの指令値Ｉ′Ｃ ＊を
遅れフィルタを用いて作成しているため、図６に示すよ
うに、時刻ｔ１から時刻ｔ２において燃料電池出力電流
Ｉ′ＦＣの増加率が除々に減少する。したがって、燃料
電池１は許容最大増加率で燃料電池出力電流Ｉ′ＦＣを
増加させることができるにも関わらず許容最大増加率よ
りも小さな増加率で燃料電池出力電流Ｉ′ＦＣを増加さ
せることとなり、時刻ｔ１から時刻ｔ２において燃料電
池１から供給可能な電荷よりも小さな電荷が燃料電池１
から供給される。燃料電池１から供給可能な電荷と実際
に燃料電池１から供給される電荷との差は蓄電池５から
供給されることとなり、その差の分だけ蓄電池容量を大
きく設計しなければならず、蓄電池の価格が増加すると
いう問題があった。本発明は上記の事情に鑑みてなされ
たもので、蓄電装置容量を低減できる燃料電池出力変動
補償方法を提供することを目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、燃料電池から出力される直流電力をインバ
ータを通して交流電力に変換して交流負荷に電力供給
し、負荷変化時の燃料電池出力電流の変動を、双方向コ
ンバータを通して燃料電池に接続された蓄電池の放電も
しくは充電により補償する燃料電池出力変動補償方法に
おいて、前記インバータの入力電流が前記燃料電池の出
力電流よりも大きいときには前記燃料電池の出力電流が
前記燃料電池の許容する最大の増加率で一定に増加する
ように前記双方向コンバータから前記燃料電池の出力ラ
インに出力される電流の基準を作成し、また、前記イン
バータの入力電流が前記燃料電池の出力電流以下であり
なおかつ前記蓄電装置の出力電圧が前記蓄電装置の出力
電圧指令値よりも小さいときには前記燃料電池の出力電
流が前記燃料電池の許容する最大の増加率で一定に増加
するように前記燃料電池の出力ラインから前記双方向コ
ンバータに入力される電流の基準を作成し、また、前記
インバータの入力電流が前記燃料電池の出力電流以下で
ありなおかつ前記蓄電装置の出力電圧が前記蓄電装置の
出力電圧指令値以上であるときには前記燃料電池の出力
電流と前記インバータの入力電流が一致するように前記
双方向コンバータから前記燃料電池の出力ラインに出力
される電流の基準を作成し、インバータ入力電流Ｉ Ｏ が
燃料電池出力電流Ｉ ＦＣ よりも大きいときには、燃料電
池出力電流Ｉ ＦＣ と燃料電池許容増加電流ΔＩとの和を
燃料電池定格電流Ｉ ＦＣ０ と比較し、Ｉ ＦＣ ＋ΔＩ＜Ｉ
ＦＣ０ であれば、補償電流基準Ｉ Ｃ０ をＩ ０ −（Ｉ ＦＣ
＋ΔＩ）とし、Ｉ ＦＣ ＋ΔＩ≧Ｉ ＦＣ０ であれば、補償
電流基準Ｉ Ｃ０ をＩ ０ −Ｉ ＦＣ とし、前記インバータ入
力電流Ｉ ０ が前記燃料電池出力電流Ｉ ＦＣ よりも小さい
か等しいときには、蓄電池電圧Ｖ Ｂ と蓄電池電圧指令値
Ｖ Ｂ ＊ を比較し、Ｖ Ｂ ＜Ｖ Ｂ ＊ であれば、燃料電池出力
電流Ｉ ＦＣ と燃料電池許容増加電流ΔＩとの和を燃料電
池定格電流Ｉ ＦＣ０ と比較し、Ｉ ＦＣ ＋ΔＩ＜Ｉ ＦＣ０
であれば、補償電流基準Ｉ Ｃ０ をＩ ０ −（Ｉ ＦＣ ＋Δ
Ｉ）とし、Ｉ ＦＣ ＋ΔＩ≧Ｉ ＦＣ０ であれば、補償電流
基準Ｉ Ｃ０ をＩ ０ −Ｉ ＦＣ とし、前記蓄電池電圧Ｖ Ｂ と
前記蓄電池電圧指令値Ｖ Ｂ ＊ を比較し、Ｖ Ｂ ≧Ｖ Ｂ ＊ で
あれば、補償電流基準Ｉ Ｃ０ を０とし、前記補償電流基
準Ｉ Ｃ０ をリミッタを介し て補償電流指令値Ｉ Ｃ ＊ と
し、この補償電流指令値Ｉ Ｃ ＊ と双方向コンバータ出力
補償電流Ｉ Ｃ が一致するようにＰＷＭ回路により双方向
コンバータ内のスイッチをオンオフさせることを特徴と
する。 【０００９】 【００１０】 【００１１】 【００１２】本発明は上記手段により、燃料電池から供
給可能な最大の電荷を燃料電池から取り出すことができ
る。また、蓄電装置の放電後、次の放電に備えて蓄電装
置を急速に充電することができる。 【００１３】 【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態例を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態
例を示す構成説明図である。図において、１０は電流検
出器、１００は制御回路、１０１は補償電流演算回路で
ある。図中、図５と同一部分には、同一の符号を付して
その重複説明を省略する。 【００１４】図２は図１の補償電流演算回路１０１の動
作を示すフローチャートである。図中、ΔＩは制御回路
１００の制御周期１周期の間に燃料電池１から増加させ
ることができる電流の最大値である。 【００１５】本実施形態例の燃料電池出力変動補償シス
テムの動作を、図１及び図２を参照しながら以下に説明
する。補償電流演算回路１０１は、図１の結線上の点９
における蓄電池５の出力電圧ＶB を検出する。 【００１６】電流検出器８はインバータ３の入力電流Ｉ
O を検出する。電流検出器１０は燃料電池１の出力電流
ＩFCを検出する。蓄電池出力電圧ＶB 、インバータ入力
電流ＩO 、および燃料電池出力電流ＩFCは補償電流演算
回路１０１に入力される。 【００１７】補償電流演算回路１０１では、図２に示す
ように、まずインバータ入力電流ＩO と燃料電池出力電
流ＩFCを比較する（Ｓ１）。Ｓ１においてＩO ＞ＩFCで
あれば、燃料電池出力電流ＩFCと燃料電池１の許容増加
電流ΔＩとの和を燃料電池１の定格電流ＩFC0 と比較す
る（Ｓ２）。Ｓ２においてＩFC＋ΔＩ＜ＩFC0 であれ
ば、補償電流基準ＩCOをＩO −（ＩFC＋ΔＩ）とする
（Ｓ３）。Ｓ２においてＩFC＋ΔＩ≧ＩFC0 であれば、
補償電流基準ＩCOをＩO −ＩFCとする（Ｓ４）。Ｓ１に
おいてＩO ≦ＩFCであれば、蓄電池電圧ＶB と蓄電池電
圧指令値ＶB * を比較する（Ｓ５）。Ｓ５においてＶB
＜ＶB * であれば、燃料電池出力電流ＩFCと燃料電池１
の許容増加電流ΔＩとの和を燃料電池１の定格電流Ｉ
FC0 と比較する（Ｓ６）。Ｓ６においてＩFC＋ΔＩ＜Ｉ
FC0 であれば、補償電流基準ＩCOをＩO−（ＩFC＋Δ
Ｉ）とする（Ｓ７）。Ｓ６においてＩFC＋ΔＩ≧ＩFC0
であれば、補償電流基準ＩCOをＩO −ＩFCとする（Ｓ
８）。Ｓ５においてＶB ≧ＶB * であれば、補償電流基
準ＩCOを０とする（Ｓ９）。 【００１８】補償電流基準ＩCOはリミッタ１０２を介し
て補償電流指令値ＩC * となり、補償電流指令値ＩC *
と電流検出器７により検出された補償電流ＩC が一致す
るようにＰＷＭ回路１０３により双方向コンバータ６内
のスイッチをオンオフさせる。 【００１９】負荷急変時の本実施形態例における各部の
電流波形と従来例における各部の電流波形を比較した特
性図を図３に示す。図３は図６と同様に時刻ｔ1 におい
て交流負荷４の急増にともなってインバータ３の入力電
流ＩO が０からＩ1 に急激に増加した場合を示してい
る。その他、図６と同一部分には、同一の符号を使用し
重複説明を省略する。図３に示すように、インバータ入
力電流ＩO の急増にともなって燃料電池出力電流ＩFCは
燃料電池１が許容する最大の増加率で一定に増加し、時
刻ｔ3 で燃料電池出力電流ＩFCとインバータ入力電流Ｉ
O が一致する。時刻ｔ1 から時刻ｔ3 までは燃料電池出
力電流ＩFCとインバータ入力電流ＩO の差の電流が双方
向コンバータ６を介して蓄電池５から放電され、時刻ｔ
3 以降は燃料電池出力電流ＩFCとインバータ入力電流Ｉ
O の差の電流により蓄電池５を充電する。燃料電池出力
電流ＩFCは時刻ｔ3 以降も増加するが、時刻ｔ4 で燃料
電池出力電流ＩFCが燃料電池定格電流ＩFC0 に達するた
め、時刻ｔ4 以降はＩFC0 −Ｉ1 で蓄電池５を充電す
る。時刻ｔ5 には蓄電池電圧ＶB と蓄電池電圧指令値Ｖ
B * が一致するため蓄電池５の充電が完了し、補償電流
ＩC は０となり、燃料電池出力電流ＩFCとインバータ入
力電流ＩO は等しくなる。 【００２０】図３に示すように、本実施形態例では蓄電
池５から放電される電荷が従来例において放電される電
荷よりも斜線で示した部分だけ少ないため、その分の蓄
電池容量を低減することができる。 【００２１】図４は「燃料電池発電システム用瞬時負荷
補償装置」（電気学会半導体電力変換研究会資料ＳＰＣ
−９３−８５）における実験例と本実施形態例とを比較
した特性図である。図４はインバータ入力電流ＩO が６
３Ａから燃料電池定格電流である１２６Ａに急激に増加
した場合を示している。その他、図３と同一部分には、
同一の符号を使用し重複説明を省略する。図４におい
て、斜線ａの部分の面積と斜線ｂの部分の面積の和に対
する斜線ａの部分の面積の比率は約２３％であった。す
なわち、本実施形態例により蓄電池容量を約２３％削減
できることがわかる。なお、本実施形態例で用いた蓄電
池５の代わりに電解コンデンサや電気２重層コンデンサ
を代用できることは言うまでもない。 【００２２】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、蓄電装
置容量を低減できる燃料電池出力変動補償方法を提供す
ることができる。
荷に電力を供給する場合に負荷急変時の燃料電池出力電
流変動を抑制するための燃料電池出力変動補償方法に関
するものである。 【０００２】 【従来の技術】「燃料電池給電システム」（特開平７−
１２３６０９）や「燃料電池発電システム用瞬時負荷補
償装置」（電気学会半導体電力変換研究会資料ＳＰＣ−
９３−８５）として提案されている従来の燃料電池出力
変動補償システムの構成を図５に示す。 【０００３】図中、１は燃料電池、２は平滑用コンデン
サ、３はインバータ、４は交流負荷、５は蓄電池、６は
双方向コンバータ、７及び８は電流検出器、９は電圧検
出器、１０２はリミッタ、１０３はＰＷＭ回路、２００
は制御回路、２０１は遅れフィルタ、２０２はＶ′B 調
節回路である。 【０００４】従来の燃料電池出力変動補償システムの動
作を、図面を参照しながら以下に説明する。Ｖ′B 調節
回路２０２は図５の結線上の点９における蓄電池５の出
力電圧Ｖ′B と蓄電池５の出力電圧指令値Ｖ′B * との
偏差を入力とし、Ｖ′B 調節信号Ｖ′B1を出力する。 【０００５】電流検出器８はインバータ３の入力電流Ｉ
O を検出する。インバータ入力電流ＩO は遅れフィルタ
２０１に入力され遅延電流ＩO1を得る。遅延電流ＩO1は
インバータ入力電流ＩO と比較減算され、減算結果はさ
らにＶ′B 調節信号Ｖ′B1と比較減算されて、補償電流
基準Ｉ′COが作られる。補償電流基準Ｉ′COはリミッタ
１０２を介して補償電流指令値Ｉ′C * となり、補償電
流指令値Ｉ′C * と電流検出器７により検出された補償
電流Ｉ′C が一致するようにＰＷＭ回路１０３により双
方向コンバータ６内のスイッチをオンオフさせる。 【０００６】従来の燃料電池出力変動補償システムにお
ける負荷急変時の各部の電流波形を図６に示す。図６は
時刻ｔ1 において交流負荷４の急増にともなってインバ
ータ入力電流ＩO が０からＩ1 に急激に増加した場合を
示している。図中、Ｉ1 は想定される最大の負荷変動が
生じたときのインバータ入力電流ＩO の変動量である。
時刻ｔ1 における燃料電池出力電流Ｉ′FCの増加率が許
容最大増加率となるように遅れフィルタ２０１やＶ′B
調節回路２０２を調整している。図６に示すように、イ
ンバータ入力電流ＩO の急増にともなって燃料電池出力
電流Ｉ′FCは除々に増加し、時刻ｔ2 で燃料電池出力電
流Ｉ′FCとインバータ入力電流ＩO が一致する。時刻ｔ
1 から時刻ｔ2 までは燃料電池出力電流Ｉ′FCとインバ
ータ入力電流ＩO の差の電流が双方向コンバータ６を介
して蓄電池５から放電され、時刻ｔ2 以降は燃料電池出
力電流Ｉ′FCとインバータ入力電流ＩO の差の電流によ
り蓄電池５を充電する。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】従来の燃料電池出力変
動補償システムでは補償電流Ｉ′Ｃの指令値Ｉ′Ｃ ＊を
遅れフィルタを用いて作成しているため、図６に示すよ
うに、時刻ｔ１から時刻ｔ２において燃料電池出力電流
Ｉ′ＦＣの増加率が除々に減少する。したがって、燃料
電池１は許容最大増加率で燃料電池出力電流Ｉ′ＦＣを
増加させることができるにも関わらず許容最大増加率よ
りも小さな増加率で燃料電池出力電流Ｉ′ＦＣを増加さ
せることとなり、時刻ｔ１から時刻ｔ２において燃料電
池１から供給可能な電荷よりも小さな電荷が燃料電池１
から供給される。燃料電池１から供給可能な電荷と実際
に燃料電池１から供給される電荷との差は蓄電池５から
供給されることとなり、その差の分だけ蓄電池容量を大
きく設計しなければならず、蓄電池の価格が増加すると
いう問題があった。本発明は上記の事情に鑑みてなされ
たもので、蓄電装置容量を低減できる燃料電池出力変動
補償方法を提供することを目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、燃料電池から出力される直流電力をインバ
ータを通して交流電力に変換して交流負荷に電力供給
し、負荷変化時の燃料電池出力電流の変動を、双方向コ
ンバータを通して燃料電池に接続された蓄電池の放電も
しくは充電により補償する燃料電池出力変動補償方法に
おいて、前記インバータの入力電流が前記燃料電池の出
力電流よりも大きいときには前記燃料電池の出力電流が
前記燃料電池の許容する最大の増加率で一定に増加する
ように前記双方向コンバータから前記燃料電池の出力ラ
インに出力される電流の基準を作成し、また、前記イン
バータの入力電流が前記燃料電池の出力電流以下であり
なおかつ前記蓄電装置の出力電圧が前記蓄電装置の出力
電圧指令値よりも小さいときには前記燃料電池の出力電
流が前記燃料電池の許容する最大の増加率で一定に増加
するように前記燃料電池の出力ラインから前記双方向コ
ンバータに入力される電流の基準を作成し、また、前記
インバータの入力電流が前記燃料電池の出力電流以下で
ありなおかつ前記蓄電装置の出力電圧が前記蓄電装置の
出力電圧指令値以上であるときには前記燃料電池の出力
電流と前記インバータの入力電流が一致するように前記
双方向コンバータから前記燃料電池の出力ラインに出力
される電流の基準を作成し、インバータ入力電流Ｉ Ｏ が
燃料電池出力電流Ｉ ＦＣ よりも大きいときには、燃料電
池出力電流Ｉ ＦＣ と燃料電池許容増加電流ΔＩとの和を
燃料電池定格電流Ｉ ＦＣ０ と比較し、Ｉ ＦＣ ＋ΔＩ＜Ｉ
ＦＣ０ であれば、補償電流基準Ｉ Ｃ０ をＩ ０ −（Ｉ ＦＣ
＋ΔＩ）とし、Ｉ ＦＣ ＋ΔＩ≧Ｉ ＦＣ０ であれば、補償
電流基準Ｉ Ｃ０ をＩ ０ −Ｉ ＦＣ とし、前記インバータ入
力電流Ｉ ０ が前記燃料電池出力電流Ｉ ＦＣ よりも小さい
か等しいときには、蓄電池電圧Ｖ Ｂ と蓄電池電圧指令値
Ｖ Ｂ ＊ を比較し、Ｖ Ｂ ＜Ｖ Ｂ ＊ であれば、燃料電池出力
電流Ｉ ＦＣ と燃料電池許容増加電流ΔＩとの和を燃料電
池定格電流Ｉ ＦＣ０ と比較し、Ｉ ＦＣ ＋ΔＩ＜Ｉ ＦＣ０
であれば、補償電流基準Ｉ Ｃ０ をＩ ０ −（Ｉ ＦＣ ＋Δ
Ｉ）とし、Ｉ ＦＣ ＋ΔＩ≧Ｉ ＦＣ０ であれば、補償電流
基準Ｉ Ｃ０ をＩ ０ −Ｉ ＦＣ とし、前記蓄電池電圧Ｖ Ｂ と
前記蓄電池電圧指令値Ｖ Ｂ ＊ を比較し、Ｖ Ｂ ≧Ｖ Ｂ ＊ で
あれば、補償電流基準Ｉ Ｃ０ を０とし、前記補償電流基
準Ｉ Ｃ０ をリミッタを介し て補償電流指令値Ｉ Ｃ ＊ と
し、この補償電流指令値Ｉ Ｃ ＊ と双方向コンバータ出力
補償電流Ｉ Ｃ が一致するようにＰＷＭ回路により双方向
コンバータ内のスイッチをオンオフさせることを特徴と
する。 【０００９】 【００１０】 【００１１】 【００１２】本発明は上記手段により、燃料電池から供
給可能な最大の電荷を燃料電池から取り出すことができ
る。また、蓄電装置の放電後、次の放電に備えて蓄電装
置を急速に充電することができる。 【００１３】 【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態例を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態
例を示す構成説明図である。図において、１０は電流検
出器、１００は制御回路、１０１は補償電流演算回路で
ある。図中、図５と同一部分には、同一の符号を付して
その重複説明を省略する。 【００１４】図２は図１の補償電流演算回路１０１の動
作を示すフローチャートである。図中、ΔＩは制御回路
１００の制御周期１周期の間に燃料電池１から増加させ
ることができる電流の最大値である。 【００１５】本実施形態例の燃料電池出力変動補償シス
テムの動作を、図１及び図２を参照しながら以下に説明
する。補償電流演算回路１０１は、図１の結線上の点９
における蓄電池５の出力電圧ＶB を検出する。 【００１６】電流検出器８はインバータ３の入力電流Ｉ
O を検出する。電流検出器１０は燃料電池１の出力電流
ＩFCを検出する。蓄電池出力電圧ＶB 、インバータ入力
電流ＩO 、および燃料電池出力電流ＩFCは補償電流演算
回路１０１に入力される。 【００１７】補償電流演算回路１０１では、図２に示す
ように、まずインバータ入力電流ＩO と燃料電池出力電
流ＩFCを比較する（Ｓ１）。Ｓ１においてＩO ＞ＩFCで
あれば、燃料電池出力電流ＩFCと燃料電池１の許容増加
電流ΔＩとの和を燃料電池１の定格電流ＩFC0 と比較す
る（Ｓ２）。Ｓ２においてＩFC＋ΔＩ＜ＩFC0 であれ
ば、補償電流基準ＩCOをＩO −（ＩFC＋ΔＩ）とする
（Ｓ３）。Ｓ２においてＩFC＋ΔＩ≧ＩFC0 であれば、
補償電流基準ＩCOをＩO −ＩFCとする（Ｓ４）。Ｓ１に
おいてＩO ≦ＩFCであれば、蓄電池電圧ＶB と蓄電池電
圧指令値ＶB * を比較する（Ｓ５）。Ｓ５においてＶB
＜ＶB * であれば、燃料電池出力電流ＩFCと燃料電池１
の許容増加電流ΔＩとの和を燃料電池１の定格電流Ｉ
FC0 と比較する（Ｓ６）。Ｓ６においてＩFC＋ΔＩ＜Ｉ
FC0 であれば、補償電流基準ＩCOをＩO−（ＩFC＋Δ
Ｉ）とする（Ｓ７）。Ｓ６においてＩFC＋ΔＩ≧ＩFC0
であれば、補償電流基準ＩCOをＩO −ＩFCとする（Ｓ
８）。Ｓ５においてＶB ≧ＶB * であれば、補償電流基
準ＩCOを０とする（Ｓ９）。 【００１８】補償電流基準ＩCOはリミッタ１０２を介し
て補償電流指令値ＩC * となり、補償電流指令値ＩC *
と電流検出器７により検出された補償電流ＩC が一致す
るようにＰＷＭ回路１０３により双方向コンバータ６内
のスイッチをオンオフさせる。 【００１９】負荷急変時の本実施形態例における各部の
電流波形と従来例における各部の電流波形を比較した特
性図を図３に示す。図３は図６と同様に時刻ｔ1 におい
て交流負荷４の急増にともなってインバータ３の入力電
流ＩO が０からＩ1 に急激に増加した場合を示してい
る。その他、図６と同一部分には、同一の符号を使用し
重複説明を省略する。図３に示すように、インバータ入
力電流ＩO の急増にともなって燃料電池出力電流ＩFCは
燃料電池１が許容する最大の増加率で一定に増加し、時
刻ｔ3 で燃料電池出力電流ＩFCとインバータ入力電流Ｉ
O が一致する。時刻ｔ1 から時刻ｔ3 までは燃料電池出
力電流ＩFCとインバータ入力電流ＩO の差の電流が双方
向コンバータ６を介して蓄電池５から放電され、時刻ｔ
3 以降は燃料電池出力電流ＩFCとインバータ入力電流Ｉ
O の差の電流により蓄電池５を充電する。燃料電池出力
電流ＩFCは時刻ｔ3 以降も増加するが、時刻ｔ4 で燃料
電池出力電流ＩFCが燃料電池定格電流ＩFC0 に達するた
め、時刻ｔ4 以降はＩFC0 −Ｉ1 で蓄電池５を充電す
る。時刻ｔ5 には蓄電池電圧ＶB と蓄電池電圧指令値Ｖ
B * が一致するため蓄電池５の充電が完了し、補償電流
ＩC は０となり、燃料電池出力電流ＩFCとインバータ入
力電流ＩO は等しくなる。 【００２０】図３に示すように、本実施形態例では蓄電
池５から放電される電荷が従来例において放電される電
荷よりも斜線で示した部分だけ少ないため、その分の蓄
電池容量を低減することができる。 【００２１】図４は「燃料電池発電システム用瞬時負荷
補償装置」（電気学会半導体電力変換研究会資料ＳＰＣ
−９３−８５）における実験例と本実施形態例とを比較
した特性図である。図４はインバータ入力電流ＩO が６
３Ａから燃料電池定格電流である１２６Ａに急激に増加
した場合を示している。その他、図３と同一部分には、
同一の符号を使用し重複説明を省略する。図４におい
て、斜線ａの部分の面積と斜線ｂの部分の面積の和に対
する斜線ａの部分の面積の比率は約２３％であった。す
なわち、本実施形態例により蓄電池容量を約２３％削減
できることがわかる。なお、本実施形態例で用いた蓄電
池５の代わりに電解コンデンサや電気２重層コンデンサ
を代用できることは言うまでもない。 【００２２】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、蓄電装
置容量を低減できる燃料電池出力変動補償方法を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例を示す構成説明図であ
る。 【図２】本発明に係る補償電流演算回路の動作の一例を
示すフローチャートである。 【図３】負荷急変時の本発明の実施形態例における各部
の電流波形と従来例における各部の電流波形を比較した
特性図である。 【図４】従来の燃料電池出力変動補償システムにおける
実験例と本発明の実施形態例とを比較した特性図であ
る。 【図５】従来例の燃料電池出力変動補償システムを示す
構成説明図である。 【図６】従来例における負荷急変時の各部の電流波形を
示す特性図である。 【符号の説明】 １ 燃料電池 ２ 平滑用コンデンサ ３ インバータ ４ 交流負荷 ５ 蓄電池 ６ 双方向コンバータ ７、８、１０ 電流検出器 ９ 電圧検出器 １００、２００ 制御回路 １０１ 補償電流演算回路 １０２ リミッタ １０３ ＰＷＭ回路 ２０１ 遅れフィルタ ２０２ Ｖ′B 調節回路
る。 【図２】本発明に係る補償電流演算回路の動作の一例を
示すフローチャートである。 【図３】負荷急変時の本発明の実施形態例における各部
の電流波形と従来例における各部の電流波形を比較した
特性図である。 【図４】従来の燃料電池出力変動補償システムにおける
実験例と本発明の実施形態例とを比較した特性図であ
る。 【図５】従来例の燃料電池出力変動補償システムを示す
構成説明図である。 【図６】従来例における負荷急変時の各部の電流波形を
示す特性図である。 【符号の説明】 １ 燃料電池 ２ 平滑用コンデンサ ３ インバータ ４ 交流負荷 ５ 蓄電池 ６ 双方向コンバータ ７、８、１０ 電流検出器 ９ 電圧検出器 １００、２００ 制御回路 １０１ 補償電流演算回路 １０２ リミッタ １０３ ＰＷＭ回路 ２０１ 遅れフィルタ ２０２ Ｖ′B 調節回路
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(56)参考文献 特開 平７−123609（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 8/04
H01M 8/06
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 燃料電池から出力される直流電力をイン
バータを通して交流電力に変換して交流負荷に電力供給
し、負荷変化時の燃料電池出力電流の変動を、双方向コ
ンバータを通して燃料電池に接続された蓄電池の放電も
しくは充電により補償する燃料電池出力変動補償方法に
おいて、 前記インバータの入力電流が前記燃料電池の出力電流よ
りも大きいときには前記燃料電池の出力電流が前記燃料
電池の許容する最大の増加率で一定に増加するように前
記双方向コンバータから前記燃料電池の出力ラインに出
力される電流の基準を作成し、また、前記インバータの
入力電流が前記燃料電池の出力電流以下でありなおかつ
前記蓄電装置の出力電圧が前記蓄電装置の出力電圧指令
値よりも小さいときには前記燃料電池の出力電流が前記
燃料電池の許容する最大の増加率で一定に増加するよう
に前記燃料電池の出力ラインから前記双方向コンバータ
に入力される電流の基準を作成し、また、前記インバー
タの入力電流が前記燃料電池の出力電流以下でありなお
かつ前記蓄電装置の出力電圧が前記蓄電装置の出力電圧
指令値以上であるときには前記燃料電池の出力電流と前
記インバータの入力電流が一致するように前記双方向コ
ンバータから前記燃料電池の出力ラインに出力される電
流の基準を作成し、 インバータ入力電流Ｉ Ｏ が燃料電池出力電流Ｉ ＦＣ より
も大きいときには、燃料電池出力電流Ｉ ＦＣ と燃料電池
許容増加電流ΔＩとの和を燃料電池定格電流Ｉ ＦＣ０ と
比較し、Ｉ ＦＣ ＋ΔＩ＜Ｉ ＦＣ０ であれば、補償電流基
準Ｉ Ｃ０ をＩ ０ −（Ｉ ＦＣ ＋ΔＩ）とし、Ｉ ＦＣ ＋ΔＩ
≧Ｉ ＦＣ０ であれば、補償電流基準Ｉ Ｃ０ をＩ ０ −Ｉ
ＦＣ とし、前記インバータ入力電流Ｉ ０ が前記燃料電池
出力電流Ｉ ＦＣ よりも小さいか等しいときには、蓄電池
電圧Ｖ Ｂ と蓄電池電圧指令値Ｖ Ｂ ＊ を比較し、Ｖ Ｂ ＜Ｖ
Ｂ ＊ であれば、燃料電池出力電流Ｉ ＦＣ と燃料電池許容
増加電流ΔＩとの和を燃料電池定格電流Ｉ ＦＣ０ と比較
し、Ｉ ＦＣ ＋ΔＩ＜Ｉ ＦＣ０ であれば、補償電流基準Ｉ
Ｃ０ をＩ ０ −（Ｉ ＦＣ ＋ΔＩ）とし、Ｉ ＦＣ ＋ΔＩ≧Ｉ
ＦＣ０ であれば、補償電流基準Ｉ Ｃ０ をＩ ０ −Ｉ ＦＣ と
し、前記蓄電池電圧Ｖ Ｂ と前記蓄電池電圧指令値Ｖ Ｂ ＊
を比較し、Ｖ Ｂ ≧Ｖ Ｂ ＊ であれば、補償電流基準Ｉ Ｃ０
を０とし 、前記補償電流基準Ｉ Ｃ０ をリミッタを介して補償電流指
令値Ｉ Ｃ ＊ とし、この補償電流指令値Ｉ Ｃ ＊ と双方向コ
ンバータ出力補償電流Ｉ Ｃ が一致するようにＰＷＭ回路
により双方向コンバータ内のスイッチをオンオフさせる
ことを特徴とする燃料電池出力変動補償方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22958497A JP3428869B2 (ja) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | 燃料電池出力変動補償方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22958497A JP3428869B2 (ja) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | 燃料電池出力変動補償方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1167253A JPH1167253A (ja) | 1999-03-09 |
| JP3428869B2 true JP3428869B2 (ja) | 2003-07-22 |
Family
ID=16894481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22958497A Expired - Fee Related JP3428869B2 (ja) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | 燃料電池出力変動補償方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3428869B2 (ja) |
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| JP5017760B2 (ja) * | 2000-11-28 | 2012-09-05 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池の出力特性推定装置および出力特性推定方法、燃料電池システムおよびこれを搭載する車両、燃料電池出力制御方法並びに記憶媒体 |
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| JP4397739B2 (ja) | 2004-06-03 | 2010-01-13 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池車両の電圧状態設定方法 |
| JP4564940B2 (ja) * | 2005-06-30 | 2010-10-20 | パナソニック株式会社 | 電子機器並びに該電子機器に用いられる電池パック及び負荷装置 |
| KR101511580B1 (ko) * | 2008-12-26 | 2015-04-14 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 연료전지 시스템의 백업을 위한 전력조절장치 및 전력조절방법 |
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| JP5929337B2 (ja) * | 2012-03-09 | 2016-06-01 | アイシン精機株式会社 | 燃料電池システム、および燃料電池システムの制御装置 |
| KR101691007B1 (ko) * | 2014-11-28 | 2016-12-29 | 삼성중공업 주식회사 | 전원제어장치 |
-
1997
- 1997-08-26 JP JP22958497A patent/JP3428869B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1167253A (ja) | 1999-03-09 |
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