JP4664581B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
本発明の他の目的は、燃料電池に供給される燃料と空気の温度差に短時間で応答して燃料温度と空気温度の調節が行われる燃料電池システムを提供することである。
本発明の更に他の目的は、燃料と空気の温度差を低く抑えながらより短い時間で起動する燃料電池システムを提供することである。
こうした反応制御システムは、複数種類の流体が導入される反応ユニットにおいて、それら複数種類の流体の温度差を制御することが望まれる場合に、好適に用いられる。
更に本発明によれば、燃料電池に供給される燃料と空気の温度差に短時間で応答して燃料温度と空気温度の調節が行われる燃料電池システムが提供される。
更に本発明によれば、燃料と空気の温度差を低く抑えながらより短い時間で起動する燃料電池システムが提供される。
図1を参照すると、燃料電池制御システム201の構成が示されている。燃料電池制御システム201は、第1減算器202と、第1フィードバック制御部204と、第2減算器212と、第2フィードバック制御部214とを備えている。燃料電池制御システム201は、SOFC(Solid Oxide Fuel Cell)発電システム206を制御するために用いられる。
図2を参照すると、本発明の実施の第1形態による燃料電池制御システム1の構成が示されている。燃料電池制御システム1は、SOFC発電システム6を制御するために用いられる。
図3を参照すると、第2の参考の形態における燃料電池制御システム21の構成が示されている。燃料電池制御システム21は、SOFC発電システム6を制御するために用いられる。
減算器32は、フィードバック制御部34に接続されている。フィードバック制御部34とフィードフォワード制御部36とは、加算器38に接続されている。加算器38は、SOFC発電システム6に接続されている。
図4を参照すると、本発明の実施の第2形態による燃料電池制御システム41の構成が示されている。燃料電池制御システム1は、SOFC発電システム6を制御するために用いられる。
図5を参照すると、第3の参考の形態による燃料電池制御システム81の構成が示されている。燃料電池制御システム81は、SOFC発電システム6を制御するために用いられる。
図6Aと図6Bとを参照すると、第4の参考の形態における燃料電池制御システムの構成が示されている。図6Aを参照して、第4の参考の形態における燃料電池制御システムは、第3の参考の形態における燃料電池制御システムに加えて、空気側のフィードフォワード制御部86に空気側最適操作信号OPaが入力されており、燃料側のフィードフォワード制御部106に燃料側最適操作信号OPfが入力されている。更に、SOFC発電システム6には計測装置110が設けられており、SOFC発電システムの状態を示す量を測定して現在値PVとして出力している。現在値PVには、SOFC発電システムの各部における温度、流量あるいはガスの組成が含まれる。
こうした燃料電池制御システムによれば、SOFC発電システム6の状態を示す複数のシミュレーションモデルに基づいてフィードフォワード制御が行われるため、SOFC発電システム6が取り得る様々な状態に対応して自動的に制御を行うことが可能になる。
2…目標温度変化率設定部
3…SV値変化率制限回路
4…減算器
5…フィードバック制御部
6…SOFC発電システム
7…第1温度計
8…減算器
13…SV値変化率制限回路
14…減算器
15…フィードバック制御部
17…第2温度計
18…減算器
21…燃料電池制御システム
22…減算器
24…フィードバック制御部
26…フィードフォワード制御部
28…加算器
32…減算器
34…フィードバック制御部
36…フィードフォワード制御部
38…加算器
41…燃料電池制御システム
42…SV値変化率制限回路
44…減算器
46…フィードバック制御部
48…フィードフォワード調節部
50…フィードフォワード制御部
52…加算器
62…SV値変化率制限回路
64…減算器
66…フィードバック制御部
68…フィードフォワード調節部
70…フィードフォワード制御部
72…加算器
81…燃料電池制御システム
82…減算器
84…フィードバック制御部
86…フィードフォワード制御部
88…加算器
94…フィードバック制御部
102…減算器
104…フィードバック制御部
106…フィードフォワード制御部
108…加算器
101…燃料電池制御システム
114…フィードバック制御部
122…減算器
124…フィードバック制御部
126…フィードフォワード制御部
128…加算器
134…フィードバック制御部
142…減算器
144…フィードバック制御部
146…フィードフォワード制御部
148…加算器
152…モデル同定部
154…演算装置
156…記憶装置
158…モデル選択プログラム
160…モデルテーブル
164…最適化計算部
dTa…極間温度差
dTf…極間温度差
Ea…空気側温度偏差
Ef…燃料側温度偏差
FBa、FB1a、FB2a…空気側フィードバック操作量
FBf、FB1f、FB2f…燃料側フィードバック操作量
FFa…空気側フィードフォワード操作量
FFf…燃料側フィードフォワード操作量
M…同定モデル
OPa…空気側最適操作
OPf…燃料側最適操作
PV…現在値
R…目標温度
Ra…変化率制限目標温度
Rf…変化率制限目標温度
RC…温度変化率
S…燃料電池スタック
Sa…空気供給系
Sf…燃料供給系
Ua…空気側操作量
Uf…燃料側操作量
Ya…スタック入口空気側温度
Yf…スタック入口燃料側温度
Claims (3)
- 燃料電池スタックに燃料を供給する燃料供給系と、
前記燃料電池スタックに空気を供給する空気供給系と、
前記燃料の燃料温度の測定値と前記空気の空気温度の測定値の差である極間温度差を計算する減算器と、
当該燃料電池システムの起動時に、前記燃料温度が前記空気温度よりも高く、前記極間温度差が所定の値よりも大きいとき、入力した目標温度よりも単位時間当りの変化率が小さくなるように前記燃料の変化率制限目標温度を計算する燃料温度設定値変化率制限部と、
当該燃料電池システムの起動時に、前記空気温度が前記燃料温度よりも高く、前記極間温度差が所定の値よりも大きいとき、前記入力した目標温度よりも単位時間当りの変化率が小さくなるように前記空気の変化率制限目標温度を計算する空気温度設定値変化率制限部と、
前記燃料温度が前記燃料の変化率制限目標温度に近づくように前記燃料供給系を制御する燃料温度フィードバック制御部と、
前記空気温度が前記空気の変化率制限目標温度に近づくように前記空気供給系を制御する空気温度フィードバック制御部
とを具備する燃料電池システム。 - 請求項1において、
前記燃料電池スタックは、固体酸化物型の燃料電池スタックである
燃料電池システム。 - 請求項1または2において、
前記燃料電池スタックは、平板型の発電セルを積層した構造を含む
燃料電池システム。
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