JPH06338341A - 燃料電池発電設備及びその運転方法 - Google Patents
燃料電池発電設備及びその運転方法Info
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- JPH06338341A JPH06338341A JP5126771A JP12677193A JPH06338341A JP H06338341 A JPH06338341 A JP H06338341A JP 5126771 A JP5126771 A JP 5126771A JP 12677193 A JP12677193 A JP 12677193A JP H06338341 A JPH06338341 A JP H06338341A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】直流負荷と交流負荷とが混在するような負荷に
対し、たとえ燃料電池の特性が経時的に変化しても、構
成機器に過酷な運転状態を強いることなく、かつ高効
率、高信頼度で電力供給が可能なこの種燃料電池発電設
備を提供する。 【構成】複数の燃料電池ＦＣ１よりなる電池発電装置
を、この電池発電装置の発生可能な電気出力が、少なく
とも１台の燃料電池が停止の状態で直流負荷Ｄ１の容量
以上となるように構成するとともに、この直流負荷Ｄ１
に対して定電圧で電力を供給し、かつそのときの余剰電
力を交流負荷ＡＣＬに供給するようにした。
対し、たとえ燃料電池の特性が経時的に変化しても、構
成機器に過酷な運転状態を強いることなく、かつ高効
率、高信頼度で電力供給が可能なこの種燃料電池発電設
備を提供する。 【構成】複数の燃料電池ＦＣ１よりなる電池発電装置
を、この電池発電装置の発生可能な電気出力が、少なく
とも１台の燃料電池が停止の状態で直流負荷Ｄ１の容量
以上となるように構成するとともに、この直流負荷Ｄ１
に対して定電圧で電力を供給し、かつそのときの余剰電
力を交流負荷ＡＣＬに供給するようにした。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料電池発電設備および
その運転方法に係り、特に複数台の燃料電池が並設運転
され、かつ負荷に直流負荷と交流負荷とが混在している
燃料電池発電設備およびその運転方法に関するものであ
る。
その運転方法に係り、特に複数台の燃料電池が並設運転
され、かつ負荷に直流負荷と交流負荷とが混在している
燃料電池発電設備およびその運転方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、燃料と酸化剤とを電気化学
的に反応させて直流の出力電力を得るものであり、他の
電源設備と大きく異なるところは、静止型で効率が高い
こと、それに運転に伴って電解質の減少などにより性能
が変化することである。
的に反応させて直流の出力電力を得るものであり、他の
電源設備と大きく異なるところは、静止型で効率が高い
こと、それに運転に伴って電解質の減少などにより性能
が変化することである。
【０００３】燃料電池より発生した直流電力は、逆変換
装置を用いて交流に変換し、交流負荷に供給するのが一
般的である。
装置を用いて交流に変換し、交流負荷に供給するのが一
般的である。
【０００４】又燃料電池の定格出力を上回る負荷がある
場合には、商用の電力系統と連系し、不足分を系統電力
で賄うようにし、逆に負荷が電池出力を下回った場合に
は、系統側に電力を逆に送電する、いわゆる逆潮流運転
をすることも行われている。
場合には、商用の電力系統と連系し、不足分を系統電力
で賄うようにし、逆に負荷が電池出力を下回った場合に
は、系統側に電力を逆に送電する、いわゆる逆潮流運転
をすることも行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、計算機やＯ
Ａ機器などその内部に半導体をもつ負荷などでは、電源
として直流電源が必要であるが、一般には交流電源を整
流、安定化してこれらの負荷に供給している。そのため
燃料電池の直流電力をこれらの負荷に供給する場合の全
損失は、直流→交流変換の段階で発生する損失と、交流
→直流変換及び安定化の段階で発生する損失の和にな
り、負荷が大きくなると無視できない値となる。
Ａ機器などその内部に半導体をもつ負荷などでは、電源
として直流電源が必要であるが、一般には交流電源を整
流、安定化してこれらの負荷に供給している。そのため
燃料電池の直流電力をこれらの負荷に供給する場合の全
損失は、直流→交流変換の段階で発生する損失と、交流
→直流変換及び安定化の段階で発生する損失の和にな
り、負荷が大きくなると無視できない値となる。
【０００６】一般にビルやホテルなどでは計算機やＯＡ
機器などの直流負荷があり、さらにエレベ−タやポンプ
などの交流負荷も混在している。これらの負荷電力は時
々刻々変化している。また特に計算機やＯＡ機器用の直
流電源は、瞬時といえども停電しないことが望ましいこ
とは当然である。
機器などの直流負荷があり、さらにエレベ−タやポンプ
などの交流負荷も混在している。これらの負荷電力は時
々刻々変化している。また特に計算機やＯＡ機器用の直
流電源は、瞬時といえども停電しないことが望ましいこ
とは当然である。
【０００７】燃料電池は、運転時間の経過と共に発生可
能な電力が変化する。図５および図６はその変化の状態
を示したもので、図中の曲線ＦＣ１のように運転初期に
は電解質の馴染等により同一ガス流、同一電流にもかか
わらず電圧が上昇し、発生可能な電力がある運転時間ｔ
1まで増加するものもあれば、又曲線ＦＣ２のように運
転初期より単調に減少していくものもある。
能な電力が変化する。図５および図６はその変化の状態
を示したもので、図中の曲線ＦＣ１のように運転初期に
は電解質の馴染等により同一ガス流、同一電流にもかか
わらず電圧が上昇し、発生可能な電力がある運転時間ｔ
1まで増加するものもあれば、又曲線ＦＣ２のように運
転初期より単調に減少していくものもある。
【０００８】そしていずれのものも所定の時間ｔ1後
は、電解質の飛散などにより、同一電流値に対する電圧
が減少し、従って発生可能な電力が減少してくる。また
その減少割合は累計運転時間、容量あるいは製作時のバ
ラツキなどにより電池ごとに異なる。
は、電解質の飛散などにより、同一電流値に対する電圧
が減少し、従って発生可能な電力が減少してくる。また
その減少割合は累計運転時間、容量あるいは製作時のバ
ラツキなどにより電池ごとに異なる。
【０００９】したがって複数の電池を並列接続して負荷
に電力を供給する場合は、その出力分担割合をその時点
で発生可能な電力に常時調整して運転することが必要と
なり、また他の電源設備と同様に燃料電池システムは、
年１回程度の頻度で定期的に健全性を確認し、消耗品補
充などを実施する定検が必要である。
に電力を供給する場合は、その出力分担割合をその時点
で発生可能な電力に常時調整して運転することが必要と
なり、また他の電源設備と同様に燃料電池システムは、
年１回程度の頻度で定期的に健全性を確認し、消耗品補
充などを実施する定検が必要である。
【００１０】以上のことより燃料電池から直流の形で発
生する電力をビルなどで使用するに際し、燃料電池の特
性が経時的に変化しても、構成機器に過酷な運転状態を
強いることなく、かつ高効率、高信頼度で直流交流混在
負荷に安価に供給可能な電力供給方法とその装置が望ま
れていた。
生する電力をビルなどで使用するに際し、燃料電池の特
性が経時的に変化しても、構成機器に過酷な運転状態を
強いることなく、かつ高効率、高信頼度で直流交流混在
負荷に安価に供給可能な電力供給方法とその装置が望ま
れていた。
【００１１】尚直流交流混在負荷に電力を供給するもの
としては、例えば特開平４−１７２９２４号公報に開示
されているように、負荷容量が燃料電池の出力を上回る
ときに交流負荷を商用系統側に切り替えて運転するも
の、また特開平４−２２２４２０号公報のように直流と
交流負荷とに電力を供給している状態で、直流負荷が増
大したとき、予め設定した出力容量以上の負荷の増減に
対して、交流負荷をオン、オフする制御手段を設けるよ
うにしたものがある。
としては、例えば特開平４−１７２９２４号公報に開示
されているように、負荷容量が燃料電池の出力を上回る
ときに交流負荷を商用系統側に切り替えて運転するも
の、また特開平４−２２２４２０号公報のように直流と
交流負荷とに電力を供給している状態で、直流負荷が増
大したとき、予め設定した出力容量以上の負荷の増減に
対して、交流負荷をオン、オフする制御手段を設けるよ
うにしたものがある。
【００１２】さらに、複数台の燃料電池を安定に運転す
るために、予め定められた分担比に応じて負荷分担をす
るよう燃料または空気の流量を制御する特開昭６０−３
７６７３号公報のものがあるが、燃料電池の特性は上述
のように経時的に変化するので、予め定められた分担比
に応じて負荷分担することは、逆変換装置や燃料供給設
備に無理を強いたりすることにつながるので望ましくな
い。
るために、予め定められた分担比に応じて負荷分担をす
るよう燃料または空気の流量を制御する特開昭６０−３
７６７３号公報のものがあるが、燃料電池の特性は上述
のように経時的に変化するので、予め定められた分担比
に応じて負荷分担することは、逆変換装置や燃料供給設
備に無理を強いたりすることにつながるので望ましくな
い。
【００１３】本発明はこれらに鑑みなされたものでその
目的とするところは、直流負荷と交流負荷とが混在する
ような負荷に対し、たとえ燃料電池の特性が経時的に変
化しても、構成機器に過酷な運転状態を強いることな
く、かつ高効率、高信頼度で電力供給が可能なこの種設
備およびその運転方法を提供するにある。
目的とするところは、直流負荷と交流負荷とが混在する
ような負荷に対し、たとえ燃料電池の特性が経時的に変
化しても、構成機器に過酷な運転状態を強いることな
く、かつ高効率、高信頼度で電力供給が可能なこの種設
備およびその運転方法を提供するにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は複数の
燃料電池よりなる電池発電装置を、この電池発電装置の
発生可能な電気出力が、少なくとも１台の燃料電池が停
止の状態で直流負荷の容量以上となるように構成すると
ともに、この直流負荷に対して定電圧で電力を供給し、
かつそのときの余剰電力を交流負荷に供給するようにな
し所期の目的を達成するようにしたものである。
燃料電池よりなる電池発電装置を、この電池発電装置の
発生可能な電気出力が、少なくとも１台の燃料電池が停
止の状態で直流負荷の容量以上となるように構成すると
ともに、この直流負荷に対して定電圧で電力を供給し、
かつそのときの余剰電力を交流負荷に供給するようにな
し所期の目的を達成するようにしたものである。
【００１５】
【作用】すなわちこのような燃料電池発電設備である
と、燃料電池は交流負荷容量には無関係に最大直流負荷
容量とその時点で発生可能な最大出力電力の間で運転点
を任意に選択することができることになる。
と、燃料電池は交流負荷容量には無関係に最大直流負荷
容量とその時点で発生可能な最大出力電力の間で運転点
を任意に選択することができることになる。
【００１６】すなわち換言すれば直流、交流負荷容量が
電池側の都合とは無関係にかってに変化しても、電池は
それ自身が制御可能な範囲で出力を制御できることにな
り、したがって直流負荷と交流負荷とが混在するような
負荷に対し、たとえ燃料電池の特性が経時的に変化して
も、構成機器に過酷な運転状態を強いることなく、かつ
高効率、高信頼度で電力供給が可能となるのである。
電池側の都合とは無関係にかってに変化しても、電池は
それ自身が制御可能な範囲で出力を制御できることにな
り、したがって直流負荷と交流負荷とが混在するような
負荷に対し、たとえ燃料電池の特性が経時的に変化して
も、構成機器に過酷な運転状態を強いることなく、かつ
高効率、高信頼度で電力供給が可能となるのである。
【００１７】
【実施例】以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細
に説明する。図１にはその装置の一つの例がブロック線
図で示されている。
に説明する。図１にはその装置の一つの例がブロック線
図で示されている。
【００１８】図中ＦＣ１〜ＦＣｎはｎ台の燃料電池であ
り、このＮｎ台の燃料電池により電池発電装置が形成さ
れている。この燃料電池は酸化剤供給口Ａと燃料供給口
Ｆ、それに弁Ｖ１１〜Ｖｎ２を有しており、この弁によ
り酸化剤および燃料の量が調節される。
り、このＮｎ台の燃料電池により電池発電装置が形成さ
れている。この燃料電池は酸化剤供給口Ａと燃料供給口
Ｆ、それに弁Ｖ１１〜Ｖｎ２を有しており、この弁によ
り酸化剤および燃料の量が調節される。
【００１９】燃料電池の電気出力側に接続されているＣ
１及びＣ２は順変換装置で、この出力側には直流負荷Ｄ
１，Ｄ２が接続されている。
１及びＣ２は順変換装置で、この出力側には直流負荷Ｄ
１，Ｄ２が接続されている。
【００２０】ＣＴＬは電気出力に応じて弁Ｖ１１〜Ｖｎ
２を制御する制御装置、Ｉは逆変換装置、Ｓ１，Ｓ２は
遮断器、ＡＣＬは交流負荷である。
２を制御する制御装置、Ｉは逆変換装置、Ｓ１，Ｓ２は
遮断器、ＡＣＬは交流負荷である。
【００２１】本実施例における電力供給システムは、複
数の独立な燃料電池ＦＣ１〜ＦＣｎが並列接続され、こ
れらの発生可能な電気出力の合計が１台停止時でも直流
負荷Ｄ１，Ｄ２の容量を上回るように形成される。そし
て１台の制御装置ＣＴＬの出力指令により全体の電池出
力が制御されている。
数の独立な燃料電池ＦＣ１〜ＦＣｎが並列接続され、こ
れらの発生可能な電気出力の合計が１台停止時でも直流
負荷Ｄ１，Ｄ２の容量を上回るように形成される。そし
て１台の制御装置ＣＴＬの出力指令により全体の電池出
力が制御されている。
【００２２】燃料電池の発電効率は、一般に図４に示す
ように電気出力増大と共に大きくなり、ある値以上に出
力電力が大きくなると、効率が低下してくる特性を有し
ており、この出力−効率曲線に基づいて出力を制御する
ことにより、一定の範囲で効率も制御できる。
ように電気出力増大と共に大きくなり、ある値以上に出
力電力が大きくなると、効率が低下してくる特性を有し
ており、この出力−効率曲線に基づいて出力を制御する
ことにより、一定の範囲で効率も制御できる。
【００２３】次にこのように構成された本発明装置の動
作について説明する。
作について説明する。
【００２４】燃料電池ＦＣ１〜ＦＣｎは、既に機器の昇
温が完了しシステム内のプロセス機器が所定の動作に入
って出力運転状態にあるものとする。
温が完了しシステム内のプロセス機器が所定の動作に入
って出力運転状態にあるものとする。
【００２５】順変換装置は、負荷の所要電圧レベルや容
量に応じて複数個設置されており、需要家は負荷の所要
入力電圧に応じて例えば順変換装置Ｃ１，Ｃ２のいずれ
かを選択して負荷を接続し、この負荷に直流電力を供給
する。
量に応じて複数個設置されており、需要家は負荷の所要
入力電圧に応じて例えば順変換装置Ｃ１，Ｃ２のいずれ
かを選択して負荷を接続し、この負荷に直流電力を供給
する。
【００２６】一方逆変換装置Ｉは、逆変換後の出力と商
用系統の周波数、電圧が同一となるよう制御し、しゃ断
器Ｓ１及びＳ２を投入して系統連系運転状態にある。
用系統の周波数、電圧が同一となるよう制御し、しゃ断
器Ｓ１及びＳ２を投入して系統連系運転状態にある。
【００２７】このとき逆変換装置Ｉは、その時点の発生
可能な電池合計出力電力を上限値として、次式に従う電
力を出力するよう制御する。
可能な電池合計出力電力を上限値として、次式に従う電
力を出力するよう制御する。
【００２８】
【数１】 逆変換装置出力電力＝（出力電力設定値−直流負荷電力）………（１） すなわち出力電力設定値に対する制御を行うのは、逆変
換装置Ｉの出力電力のみで、直流側は制御しない。
換装置Ｉの出力電力のみで、直流側は制御しない。
【００２９】ここで出力電力設定値の上限値となる発生
可能な電池合計出力電力Ｐｘを定める要素として、本発
明装置では次の二つのことを考慮する。
可能な電池合計出力電力Ｐｘを定める要素として、本発
明装置では次の二つのことを考慮する。
【００３０】一つは順変換及び逆変換装置の許容電力の
和Ｐｃ＋Ｐｉ＝Ｐｘ１であり、二つ目は電池に燃料や空
気などを供給するプロセス機器の定格容量で定まるＰｘ
２である。この中でＰｘ１は、設計当初の容量値として
与え、経時変化はしないものとして取り扱う。次にＰｘ
２はプロセス機器の定格容量は一定でかつ経時変化もし
ないものと考えてもよいが、前述のように電池の特性が
経時変化するため、それを考慮してつぎのように決定す
る。
和Ｐｃ＋Ｐｉ＝Ｐｘ１であり、二つ目は電池に燃料や空
気などを供給するプロセス機器の定格容量で定まるＰｘ
２である。この中でＰｘ１は、設計当初の容量値として
与え、経時変化はしないものとして取り扱う。次にＰｘ
２はプロセス機器の定格容量は一定でかつ経時変化もし
ないものと考えてもよいが、前述のように電池の特性が
経時変化するため、それを考慮してつぎのように決定す
る。
【００３１】Ｐｘ２を決定する必要のある場合として、
システムの起動時の場合と運転中の場合の二つがある。
システムの起動時の場合と運転中の場合の二つがある。
【００３２】まず起動時については、電池の起動過程に
おいて燃料電池ＦＣ１〜ＦＣｎの機器昇温が完了し、バ
ルブＶ１１〜Ｖｎ２の開度を所定開度とし、電池から内
部の補機動力を供給している待機運転状態に移行させ
て、それに相当する電流Ｉｓが流れるように一定の燃料
及び空気を供給する。
おいて燃料電池ＦＣ１〜ＦＣｎの機器昇温が完了し、バ
ルブＶ１１〜Ｖｎ２の開度を所定開度とし、電池から内
部の補機動力を供給している待機運転状態に移行させ
て、それに相当する電流Ｉｓが流れるように一定の燃料
及び空気を供給する。
【００３３】その結果電池はそれまでの累積運転時間や
バラツキなどにより、そのときの燃料及び空気流量に対
して運転開始初期の電流Ｉｓから変化する。このときの
各電池の出力電流を電流検出器ＡＤ１〜ＡＤｎで測定
し、制御装置内部に記憶していた初期値からの変化量を
計算して、当該電池の特性変化による出力補正係数α１
〜αｎを次式から求める。
バラツキなどにより、そのときの燃料及び空気流量に対
して運転開始初期の電流Ｉｓから変化する。このときの
各電池の出力電流を電流検出器ＡＤ１〜ＡＤｎで測定
し、制御装置内部に記憶していた初期値からの変化量を
計算して、当該電池の特性変化による出力補正係数α１
〜αｎを次式から求める。
【００３４】
【数２】 ｉ番目電池のαｉ（ｔ）＝ （運転時間ｔにおける電流値）／（運転初期の電流値）………（２） このαｉ（ｔ）が、αｉ（ｔ）＞１のときは、最大許容
出力は前述のＰｘ１と定め、αｉ（ｔ）＜１のときは、
たとえば次式（３）による近似をしてＰｘ２を定める。
出力は前述のＰｘ１と定め、αｉ（ｔ）＜１のときは、
たとえば次式（３）による近似をしてＰｘ２を定める。
【００３５】
【数３】
【００３６】次に、電池を一定出力で運転している場合
は、その時点の燃料または空気流量に対して、運転初期
の電流値とその時点の電流値が判るので上記（２）、
（３）式により、電力補正値αｉ（ｔ）を決定できる。
は、その時点の燃料または空気流量に対して、運転初期
の電流値とその時点の電流値が判るので上記（２）、
（３）式により、電力補正値αｉ（ｔ）を決定できる。
【００３７】このようにしてＰｘを決定した後は、制御
装置にそれを設定し、（１）式の演算をしながら逆変換
装置の出力を制御する。
装置にそれを設定し、（１）式の演算をしながら逆変換
装置の出力を制御する。
【００３８】今、ある点を運転点として上記の制御をし
ながら運転している状態から、電池側の出力指令とは独
立に直流負荷が増減した場合について動作を説明する
と、それぞれの燃料電池の出力電流値を電流検出器ＡＤ
１〜ＡＤｎで、また出力電圧値を検出器ＶＤで検出し、
制御装置内部で（１）式の演算を実行する。そして逆変
換装置Ｉに出力電力の増減指令を与え、逆変換装置Ｉは
それに応じて交流出力値を（１）式に従って変更する。
ながら運転している状態から、電池側の出力指令とは独
立に直流負荷が増減した場合について動作を説明する
と、それぞれの燃料電池の出力電流値を電流検出器ＡＤ
１〜ＡＤｎで、また出力電圧値を検出器ＶＤで検出し、
制御装置内部で（１）式の演算を実行する。そして逆変
換装置Ｉに出力電力の増減指令を与え、逆変換装置Ｉは
それに応じて交流出力値を（１）式に従って変更する。
【００３９】この場合、発生可能な合計電力が直流負荷
容量を上回るようにしてあり、かつ直流負荷の増減分を
交流負荷で補うのみであるため、電池出力は変化しな
い。
容量を上回るようにしてあり、かつ直流負荷の増減分を
交流負荷で補うのみであるため、電池出力は変化しな
い。
【００４０】また、逆に交流負荷が増減しても、逆変換
装置の出力は（１）式で与えられる値に制御されるのみ
であるため、電池出力は変化しない。そして逆に電池側
から発生電力を変更するときは、発電電力がＰｘ以下で
あれば、制御装置の出力電力設定値に従い（１）式の演
算結果により、弁Ｖ１１〜Ｖｎ２の開度を制御して、発
生電力を設定値に等しくなるよう制御する。
装置の出力は（１）式で与えられる値に制御されるのみ
であるため、電池出力は変化しない。そして逆に電池側
から発生電力を変更するときは、発電電力がＰｘ以下で
あれば、制御装置の出力電力設定値に従い（１）式の演
算結果により、弁Ｖ１１〜Ｖｎ２の開度を制御して、発
生電力を設定値に等しくなるよう制御する。
【００４１】本発明装置の動作は以上の通りであるが、
交流負荷ＡＣＬの負荷容量が（１）式で与えられる電力
よりも大きいときは、不足分は商用系統１３から供給さ
れ、逆に小さいときは余剰分を商用系統１３に送電す
る。
交流負荷ＡＣＬの負荷容量が（１）式で与えられる電力
よりも大きいときは、不足分は商用系統１３から供給さ
れ、逆に小さいときは余剰分を商用系統１３に送電す
る。
【００４２】したがって燃料電池は、交流負荷容量には
無関係に、最大直流負荷容量、その時点で発生可能な最
大出力電力の間で運転点を任意に選択することができる
ことになる。逆に云えば、直流、交流負荷容量が電池側
の都合とは無関係にかってに変化しても、電池はそれ自
身が制御可能な範囲で出力を制御できることになるので
ある。
無関係に、最大直流負荷容量、その時点で発生可能な最
大出力電力の間で運転点を任意に選択することができる
ことになる。逆に云えば、直流、交流負荷容量が電池側
の都合とは無関係にかってに変化しても、電池はそれ自
身が制御可能な範囲で出力を制御できることになるので
ある。
【００４３】本発明の装置は以上のように動作するた
め、燃料電池の特性が経時的に変化しても構成機器に過
酷な運転状態を強いることなく、各電池の出力を定格点
に保持することが可能であり、また直流負荷容量に対す
る最大定格出力を適切に選定することにより、図４に示
した効率最大点に出力を制御して、全体を効率最大点に
保持させることも可能である。
め、燃料電池の特性が経時的に変化しても構成機器に過
酷な運転状態を強いることなく、各電池の出力を定格点
に保持することが可能であり、また直流負荷容量に対す
る最大定格出力を適切に選定することにより、図４に示
した効率最大点に出力を制御して、全体を効率最大点に
保持させることも可能である。
【００４４】次に燃料電池の定期検査などが必要になっ
た場合について説明する。本発明装置では、少なくとも
１台の燃料電池が停止、または待機運転状態（外部に電
力を出力していない運転状態）にあっても、設備容量を
直流負荷容量以上となるよう定めているため、例えば最
大容量の１台が停止状態になっても、（２），（３）式
に従いその時点の発生可能な合計電力を定め交流負荷へ
の供給電力を制御するので、直流負荷に電力を供給する
ことは何ら問題ない。
た場合について説明する。本発明装置では、少なくとも
１台の燃料電池が停止、または待機運転状態（外部に電
力を出力していない運転状態）にあっても、設備容量を
直流負荷容量以上となるよう定めているため、例えば最
大容量の１台が停止状態になっても、（２），（３）式
に従いその時点の発生可能な合計電力を定め交流負荷へ
の供給電力を制御するので、直流負荷に電力を供給する
ことは何ら問題ない。
【００４５】なお以上の説明では複数の電池を１台の制
御装置で制御するよう説明してきたが、常にこのように
しなければならないわけではなく、例えば個別制御装置
を各燃料電池に持たせ、１台の統括制御装置を別設置す
ることもできる。
御装置で制御するよう説明してきたが、常にこのように
しなければならないわけではなく、例えば個別制御装置
を各燃料電池に持たせ、１台の統括制御装置を別設置す
ることもできる。
【００４６】また順変換装置Ｃ１、Ｃ２としては、従来
から使用されている図２に示すような回路が適用可能で
ある。この回路は図３に示すように電圧を制御すると
き、図２のトランジスタＴＲをオン、オフし、そのデユ
テイを制御する。本発明ではこれを複数個設け、所要電
圧が異なる負荷に電力を供給するとき、直流負荷電力制
御はせず、定電圧制御をするのみであるため、全体の直
流発生電力のバランス制御が不必要となる。
から使用されている図２に示すような回路が適用可能で
ある。この回路は図３に示すように電圧を制御すると
き、図２のトランジスタＴＲをオン、オフし、そのデユ
テイを制御する。本発明ではこれを複数個設け、所要電
圧が異なる負荷に電力を供給するとき、直流負荷電力制
御はせず、定電圧制御をするのみであるため、全体の直
流発生電力のバランス制御が不必要となる。
【００４７】このため、複数個の順変換装置は各々独立
に定電圧制御をすることが可能であり、一方の回路のト
ランジスタがオンのときは他方のトランジスタがオフと
なるよう、また純変換装置をさらに多数個設置するとき
も、それらが同一位相でオン、オフしないよう、スイッ
チングタイミングが相互に相補的になるよう制御する。
に定電圧制御をすることが可能であり、一方の回路のト
ランジスタがオンのときは他方のトランジスタがオフと
なるよう、また純変換装置をさらに多数個設置するとき
も、それらが同一位相でオン、オフしないよう、スイッ
チングタイミングが相互に相補的になるよう制御する。
【００４８】これにより電池から出力される直流電流の
リップル率を減少させ、電池の寿命を長くしてシステム
を高信頼化することも可能である。
リップル率を減少させ、電池の寿命を長くしてシステム
を高信頼化することも可能である。
【００４９】
【発明の効果】以上述べてきたように本発明は、複数の
燃料電池よりなる電池発電装置を、この電池発電装置の
発生可能な電気出力が、少なくとも１台の燃料電池が停
止の状態で直流負荷の容量以上となるように構成すると
ともに、この直流負荷に対して定電圧で電力を供給し、
かつそのときの余剰電力を交流負荷に供給するようにな
したから、直流、交流負荷容量が電池側の都合とは無関
係にかってに変化しても、電池はそれ自身が制御可能な
範囲で出力を制御できることになり、したがって直流負
荷と交流負荷とが混在するような負荷に対し、たとえ燃
料電池の特性が経時的に変化しても、構成機器に過酷な
運転状態を強いることなく、かつ高効率、高信頼度で電
力供給が可能なこの種燃料電池発電設備を得ることがで
きる。
燃料電池よりなる電池発電装置を、この電池発電装置の
発生可能な電気出力が、少なくとも１台の燃料電池が停
止の状態で直流負荷の容量以上となるように構成すると
ともに、この直流負荷に対して定電圧で電力を供給し、
かつそのときの余剰電力を交流負荷に供給するようにな
したから、直流、交流負荷容量が電池側の都合とは無関
係にかってに変化しても、電池はそれ自身が制御可能な
範囲で出力を制御できることになり、したがって直流負
荷と交流負荷とが混在するような負荷に対し、たとえ燃
料電池の特性が経時的に変化しても、構成機器に過酷な
運転状態を強いることなく、かつ高効率、高信頼度で電
力供給が可能なこの種燃料電池発電設備を得ることがで
きる。
【図１】本発明の燃料電池発電設備の一実施例を示すブ
ロック線図である。
ロック線図である。
【図２】本発明の燃料電池発電設備に採用される順変換
装置の一実施例を示す線図である。
装置の一実施例を示す線図である。
【図３】本発明の燃料電池発電設備に採用される順変換
装置の動作を説明する曲線図である。
装置の動作を説明する曲線図である。
【図４】燃料電池の電気出力と効率との関係を示す曲線
図である。
図である。
【図５】燃料電池特性の経時変化を示す曲線図である。
【図６】燃料電池の電圧と電流との経時変化の関係を示
す曲線図である。
す曲線図である。
【符号の説明】 ＦＣ１〜ＦＣｎ…燃料電池、Ｃ１，Ｃ２…順変換装置、
Ｄ１，Ｄ２…直流負荷、ＣＴＬ…制御装置、Ｉ…逆変換
装置、Ｓ１，Ｓ２…遮断器、ＡＣＬ…交流負荷ＡＤ１，
ＡＤ２…電流検出器、ＶＤ…電圧検出器。
Ｄ１，Ｄ２…直流負荷、ＣＴＬ…制御装置、Ｉ…逆変換
装置、Ｓ１，Ｓ２…遮断器、ＡＣＬ…交流負荷ＡＤ１，
ＡＤ２…電流検出器、ＶＤ…電圧検出器。
Claims (10)
- 【請求項１】 複数台の燃料電池が接続された電池発電
装置を備え、該電池発電装置から直流負荷と交流負荷が
混在する負荷に電力を供給するようになした燃料電池発
電設備において、 前記電池発電装置を、該電池発電装置の発生可能な電気
出力が、少なくとも１台の燃料電池が停止の状態で前記
直流負荷の容量以上となるように構成するとともに、該
直流負荷に対して定電圧で電力を供給し、かつそのとき
の余剰電力を前記交流負荷に供給するようにしたことを
特徴とする燃料電池発電設備。 - 【請求項２】 複数台の燃料電池が並列接続された電池
発電装置を備え、該電池発電装置から直流負荷と交流負
荷が混在する負荷に電力を供給するようになした燃料電
池発電設備において、 前記電池発電装置を、該電池発電装置のその時点におけ
る発生可能な電気出力が、少なくとも１台の燃料電池が
停止若しくは待機の状態で前記直流負荷の容量以上とな
るように構成するとともに、該直流負荷に対して一定の
電力を供給し、かつそのときの余剰電力を逆変換装置に
より交流に変換し、交流負荷または商用系統に供給する
ようにしたことを特徴とする燃料電池発電設備。 - 【請求項３】 複数台の燃料電池が並列接続された電池
発電装置と、 該電池発電装置の直流出力電圧を負荷が要求する定電圧
に変換する順変換装置と、 前記電池発電装置の直流出力電圧を交流電圧に変換する
逆変換装置と、 該逆変換装置の出力を商用系統と同期連系させるための
連系手段と、を備え、前記電池発電装置から直流負荷と
交流負荷が混在する負荷に電力を供給するように形成さ
れている燃料電池発電設備において、 前記電池発電装置を、該電池発電装置のその時点におけ
る発生可能な電気出力が、少なくとも１台の燃料電池が
停止若しくは待機の状態で前記直流負荷の容量以上とな
るように構成するとともに、該直流負荷に対しては前記
順変換装置を介して一定の電圧を供給し、 かつ交流負荷若しくは商用系統に対しては、その時点に
おける電池発電装置の発生可能な電力を限度としての余
剰電力を、前記逆変換装置により交流に変換して供給す
るようにしたことを特徴とする燃料電池発電設備。 - 【請求項４】 前記順変換装置が複数個設けられ、かつ
夫々は異なる出力電圧を有するように形成されてなる請
求項３記載の燃料電池発電設備。 - 【請求項５】 前記順変換装置はその出力電圧値により
流通角を制御するチョッパ方式であり、かつそのスイッ
チング状態が相補的に制御されてなる請求項３記載の燃
料電池発電設備。 - 【請求項６】 夫々酸化剤および燃料が制御供給される
複数台の燃料電池が並列接続された電池発電装置と、 該電池発電装置の直流出力電圧を負荷が要求する定電圧
に変換する順変換装置と、 前記電池発電装置の直流出力電圧を交流電圧に変換する
逆変換装置と、を備え、前記電池発電装置から直流負荷
と交流負荷が混在する負荷に電力を供給するように形成
されている燃料電池発電設備において、 前記電池発電装置を、該電池発電装置のその時点におけ
る発生可能な電気出力が、少なくとも１台の燃料電池が
停止若しくは待機の状態で前記直流負荷の容量以上とな
るように構成するとともに、該直流負荷に対しては前記
順変換装置を介して一定の電圧を供給し、 かつ交流負荷に対しては、その時点における電池発電装
置の発生可能な電力を限度としての余剰電力から供給す
るようにしたことを特徴とする燃料電池発電設備。 - 【請求項７】 前記電池発電装置の酸化剤および燃料供
給量を制御する装置に、前記余剰電力が交流負荷より大
きい値となるとき、この値がほぼ零になるよう複数の燃
料電池の効率最大点を各々の出力−効率曲線より求め、
燃料供給量の減少量を配分するように制御する酸化剤燃
料制御装置を設けてなる請求項５記載の燃料電池発電設
備。 - 【請求項８】 複数台の燃料電池が並列接続された電池
発電装置と、 該電池発電装置の直流出力電圧を負荷が要求する定電圧
に変換する順変換装置と、 前記電池発電装置の直流出力電圧を交流電圧に変換する
逆変換装置と、を備え、前記電池発電装置から直流負荷
と交流負荷が混在する負荷に電力を供給するように形成
されている燃料電池発電設備において、 前記電池発電装置を、該電池発電装置の発生可能な電気
出力が、少なくとも１台の燃料電池が停止の状態で前記
直流負荷の容量以上となるように構成するとともに、該
直流負荷に対しては前記順変換装置による定電圧で電力
を供給し、かつそのときの余剰電力を前記逆変換装置に
より交流に変換し、前記交流負荷に供給するようにした
ことを特徴とする燃料電池発電設備の運転方法。 - 【請求項９】 前記余剰電力が交流負荷より大きい値と
なるとき、この値がほぼ零になるよう複数の燃料電池の
効率最大点を各々の出力−効率曲線より求め、燃料供給
量の減少量を配分するように制御してなる請求項８記載
の燃料電池発電設備の運転方法。 - 【請求項１０】 前記各燃料電池のその時点における発
生可能な電力を、同一燃料または酸化剤流量に対する各
燃料電池の電圧−電流値から出力補正係数として求め、
出力補正係数≧１のときは順変換及び逆変換装置の許容
電力の和となし、出力補正係数＜１のときは該出力補正
係数に応じて発生可能な各燃料電池電力を推定し、制御
装置の出力電力設定値とするようにした請求項８記載の
燃料電池発電設備の運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5126771A JPH06338341A (ja) | 1993-05-28 | 1993-05-28 | 燃料電池発電設備及びその運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5126771A JPH06338341A (ja) | 1993-05-28 | 1993-05-28 | 燃料電池発電設備及びその運転方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06338341A true JPH06338341A (ja) | 1994-12-06 |
Family
ID=14943526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5126771A Pending JPH06338341A (ja) | 1993-05-28 | 1993-05-28 | 燃料電池発電設備及びその運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06338341A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004525594A (ja) * | 2001-02-13 | 2004-08-19 | ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー | 確実な電力を重要な負荷に供給するシステム |
| WO2004082052A1 (ja) * | 2003-03-10 | 2004-09-23 | The Japan Research Institute, Limited | 電力供給システム |
| JP2005063901A (ja) * | 2003-08-19 | 2005-03-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電源装置 |
| US6981379B2 (en) | 2003-07-23 | 2006-01-03 | The Japan Research Institute, Limited | Power supply system |
| WO2006006222A1 (ja) * | 2004-07-09 | 2006-01-19 | Kajima Corporation | システム全体の電力消費の変動が小さくなる燃料電池システム、燃料電池システム制御方法および建造物 |
| JP2008091351A (ja) * | 2007-12-27 | 2008-04-17 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池システム |
| CN100399614C (zh) * | 2004-04-21 | 2008-07-02 | 三星Sdi株式会社 | 燃料电池*** |
-
1993
- 1993-05-28 JP JP5126771A patent/JPH06338341A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004525594A (ja) * | 2001-02-13 | 2004-08-19 | ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー | 確実な電力を重要な負荷に供給するシステム |
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| US6981379B2 (en) | 2003-07-23 | 2006-01-03 | The Japan Research Institute, Limited | Power supply system |
| JP2005063901A (ja) * | 2003-08-19 | 2005-03-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電源装置 |
| JP4583010B2 (ja) * | 2003-08-19 | 2010-11-17 | パナソニック株式会社 | 電源装置の制御方法 |
| CN100399614C (zh) * | 2004-04-21 | 2008-07-02 | 三星Sdi株式会社 | 燃料电池*** |
| US8133627B2 (en) | 2004-04-21 | 2012-03-13 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Fuel cell system |
| WO2006006222A1 (ja) * | 2004-07-09 | 2006-01-19 | Kajima Corporation | システム全体の電力消費の変動が小さくなる燃料電池システム、燃料電池システム制御方法および建造物 |
| JP2008091351A (ja) * | 2007-12-27 | 2008-04-17 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池システム |
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