JP6445096B2 - 燃料電池システムおよびその運転方法 - Google Patents
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Description
式2 O2 +4H+ +4e→2H2O (酸化剤極)
2倍以上の水素が無い場合においてインバータ出力や補機動力によって電流を取り出そうとすると、燃料電池の電極が腐食して、燃料電池は非常に大きく劣化する。
図1は、本実施形態の燃料電池システムを示す概略構成図である。
燃料極1と酸化剤極2とを含む単位セルを積層してなる燃料電池スタック3と、
燃料極1に水素含有ガスを供給するための水素供給装置4と、
酸化剤極2に酸化剤ガスを供給するための酸化剤供給装置5と、
燃料電池スタック3から出力された電力を調整するための電力調整機構6と、
抵抗7およびスイッチ8を具備し、スイッチ8を閉じた時に、燃料極1と抵抗7と酸化剤極2との間に電流を流すための電流路を形成して、抵抗7で電力を消費するための電力消費機構9と、
酸化剤極2に連通する空間を密封するための酸化剤極密封弁10と、
水素供給装置4、酸化剤供給装置5、電力調整機構6、スイッチ8および酸化剤極密封弁10の運転を制御するための制御装置11と
を具備している。
したがって、本実施形態のように、酸素供給の停止し、酸化剤極2に連通する空間を密封し、その後、燃料極1と酸化剤極2とを抵抗7で接続して電力を消費することにより、酸化剤極2の電位の上昇が抑制されて、酸化剤極2が高電位となることは抑制される。
酸化剤供給装置5により酸化剤極2に酸化剤ガスが供給され、水素供給装置4により燃料極1に水素含有ガスが供給され、そして、電力調整機構6によって、要求されている電力が電力系統19に出力される。
電力出力の停止が開始されると、まず、系統電力18への電力出力は予め定められた最低値(設定最低値)まで下げられる。それに伴って、水素供給装置4から燃料極1への水素含有ガスの供給量が減少され、補機動力供給装置12が水素供給装置4に供給する電力が下げられる。設定最低値は、例えば、改質器により水素リッチな水素含有ガスを生成するために必要な最低電圧である。
酸化剤供給装置5が停止され、酸化剤の供給が停止されるとともに、酸化剤極密封弁10により酸化剤極2は密封される。
スイッチ8が閉じられて、燃料極1と抵抗7と酸化剤極2との間に電流を流すための電流路が形成される。その結果、燃料電池スタック3で発生した電力は抵抗7で消費され、酸化剤極2に残留した酸素の消費が開始される。
スタック電圧が予め定めた電圧Vc1よりも低いか否かが判断される。電圧Vc1は、例えば、インバータ出力を行える最低スタック電圧である。
ステップS5の判断結果がYesの場合(スタック電圧<Vc1)、インバータ出力装置13は停止される。ステップS5の判断はYesとなるまで繰り返される。
インバータ出力が停止したら、スタック電圧がVc2(<Vc1)よりも低いか否かが判断される。Vc2は、例えば、セル電圧0.6Vに相当するスタック電圧である。
ステップS7の判断結果がYesの場合(スタック電圧<Vc2)、補機動力供給装置12(補機動力の供給)は停止される。その結果、抵抗7のみで電力(酸素)は消費される。ステップS7の判断はYesとなるまで繰り返される。電圧Vc2は、例えば、補機動力供給装置12が補機動力の供給を行うために必要な最低スタック電圧である。
酸素の消費は、電力積算量ではなくて、電流積算量が関係する。酸化剤極2の酸素消費においては、酸素の減少とともに燃料電池の電圧は低下する。図3に示すように、インバータ出力装置13、補機動力供給装置12および抵抗7の三つを用いる場合、補機動力供給装置12および抵抗7の二つを用いる場合や、抵抗7のみを用いる場合よりも大きな電力を燃料電池は出力する。したがって、ステップS5〜8のように、経過時間に対して2段階に電力出力(補機動力+抵抗→抵抗)を変更することによって、より多くの電流を取ることができて、より多くの酸素を消費することができる。
図5は、本実施形態の燃料電池システムを示す概略構成図である。なお、以下の図において、既出の図と対応する部分には既出の図と同一符号を付してあり、詳細な説明は省略する。
ステップS1と同様に、酸化剤および水素含有ガスを供給し、電力調整機構6によって、要求されている電力を電力系統19に出力する。
ステップS2と同様に、系統電力18への出力を設定最低値まで低下させる。それに伴って、水素供給装置4の水素含有ガスの供給量が減少され、補機動力供給装置12の水素供給装置4への電力供給量は減少する。
酸化剤供給装置5が停止され、酸化剤の供給が停止されるとともに、酸化剤極密封弁10により酸化剤極2は密封される。さらに、燃料極1への水素含有ガスの供給も停止される。
ステップS4と同様に、燃料極1と酸化剤極2とは抵抗7により接続される。
燃料電池スタック3の電圧が図示しない電圧計18により計測され、その計測電圧に基づいて燃料電池スタック3の電圧が最低電圧値Vc(例えば、平均セル電圧が0.6V)以上か否かが判断される。
ステップS25の判断結果がYesの場合(スタック電圧≧Vc)、電力出力は継続される。
ステップS25の判断結果がNoの場合(スタック電圧<Vc)、電力出力は停止される。
本実施形態の燃料電池システムは第1の実施形態の燃料電池システムと構成は同じであるが、その運転方法が異なる。
水素供給装置4により水素含有ガスが燃料極1に供給される。
ステップS4と同様に、燃料極1と酸化剤極2とは抵抗7により接続される。
酸化剤極2に酸化剤ガス(空気)が供給され、電力調整機構6により電力の出力が開始される。電力は0から徐々に増加させる。例えば、2分または5分以内で0から250[W]まであげる。
電圧計18によりスタック電圧が計測され、その計測電圧がVc3以上か否かが判断される。ここで、Vc3は、例えば、セル電圧0.8Vに相当する最低スタック電圧である。
ステップS34の判断結果がNoの場合(スタック電圧≧Vc3)、抵抗接続(ステップS33)は継続される。
ステップS34の判断結果がYesの場合(スタック電圧<Vc3)、スタック電圧<Vc4以上か否かが判断される。ここで、Vc4は、例えば、セル電圧が0〜0.6Vに相当するスタック電圧である。
ステップS36の判断結果がYesの場合(スタック電圧<Vc4)、電力出力は停止される。ステップS36の判断はYesとなるまで繰り返される。
Claims (4)
- 燃料極と酸化剤極を含む単位セルを積層してなる燃料電池スタックと、
前記燃料極に水素含有ガスを供給するための水素供給手段と、
前記酸化剤極に酸素含有ガスを供給するための酸素供給手段と、
電力系統へ電力を出力するためのインバータ出力手段と、前記インバータ出力手段に接続し電力を消費する逆潮防止手段と、前記水素供給手段に電力を供給するための補機動力供給手段とを具備し、前記燃料電池スタックから出力された電力を0から徐々に増加するように調整するための電力調整手段と、
抵抗およびスイッチを具備し、前記スイッチを閉じた時に、前記燃料極と前記抵抗と前記酸化剤極との間に電流を流すための電流路を形成して、前記抵抗で電力を消費するための電力消費手段と、
前記燃料電池スタックの電圧を計測するための計測手段と、
前記燃料電池スタックから電力を出力するために、前記水素供給手段を起動し、次に前記スイッチを閉じ、次に前記酸素供給手段および前記電力調整手段を起動するための制御を行い、前記計測手段により計測される前記燃料電池スタックの電圧が所定値を下回った場合に、電力出力の停止を行う制御手段と
を具備してなる燃料電池システム。 - 前記制御手段は、前記計測手段により計測される前記燃料電池スタックの電圧が前記所定値よりも高い別の所定値を下回った場合に、前記抵抗を通じた接続の解除を行う、請求項1に記載の燃料電池システム。
- 燃料極と酸化剤極を含む単位セルを積層してなる燃料電池スタックと、
前記燃料極に水素含有ガスを供給するための水素供給手段と、
前記酸化剤極に酸素含有ガスを供給するための酸素供給手段と、
電力系統へ電力を出力するためのインバータ出力手段と、前記インバータ出力手段に接続し電力を消費する逆潮防止手段と、前記水素供給手段に電力を供給するための補機動力供給手段とを具備し、前記燃料電池スタックから出力された電力を0から徐々に増加するように調整するための電力調整手段と、
抵抗およびスイッチを具備し、前記スイッチを閉じた時に、前記燃料極と前記抵抗と前記酸化剤極との間に電流を流すための電流路を形成して、前記抵抗で電力を消費するための電力消費手段と、
前記燃料電池スタックの電圧を計測するための計測手段と
を具備してなる燃料電池システムの運転方法であって、
前記水素供給手段を起動する工程と、
次に前記スイッチを閉じる工程と、
次に前記酸素供給手段および前記電力調整手段を起動する工程と、
前記計測手段により計測される前記燃料電池スタックの電圧が所定値を下回った場合に、電力出力の停止を行う工程と
を含む燃料電池システムの運転方法。 - 前記計測手段により計測される前記燃料電池スタックの電圧が前記所定値よりも高い別の所定値を下回った場合に、前記抵抗を通じた接続の解除を行う工程をさらに含む、請求項3に記載の燃料電池システムの運転方法。
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