JPH1126002A - 燃料電池の保護制御装置 - Google Patents
燃料電池の保護制御装置Info
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- JPH1126002A JPH1126002A JP9178287A JP17828797A JPH1126002A JP H1126002 A JPH1126002 A JP H1126002A JP 9178287 A JP9178287 A JP 9178287A JP 17828797 A JP17828797 A JP 17828797A JP H1126002 A JPH1126002 A JP H1126002A
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- inverter
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Fuel Cell (AREA)
- Protection Of Static Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池の出力及び電流を自動的に制御し、
常に安全に必要電力或いはそれに近い最大出力を発電制
御できる燃料電池の出力制御装置を提供する。 【解決手段】 出力指令Ｐに対する制限電流Ｉlimit を
予め設定し、運転中の実スタック電圧Ｖａと制限電流Ｉ
limit との積Ｗlimit を演算し、これにインバータ効率
ηをかけてインバータ制限出力Ｗｉを演算し、このイン
バータ制限出力Ｗｉを上限値としてインバータ出力を制
御する。
常に安全に必要電力或いはそれに近い最大出力を発電制
御できる燃料電池の出力制御装置を提供する。 【解決手段】 出力指令Ｐに対する制限電流Ｉlimit を
予め設定し、運転中の実スタック電圧Ｖａと制限電流Ｉ
limit との積Ｗlimit を演算し、これにインバータ効率
ηをかけてインバータ制限出力Ｗｉを演算し、このイン
バータ制限出力Ｗｉを上限値としてインバータ出力を制
御する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は溶融炭酸塩型燃料電池に
係わり、更に詳しくは、溶融炭酸塩型燃料電池の保護制
御装置に関する。
係わり、更に詳しくは、溶融炭酸塩型燃料電池の保護制
御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、図４に模式的
に示すように、薄い平板状の電解質板（タイル）１を燃
料極（アノード）２と空気極（カソード）３の２枚の電
極で挟んで単セル４が構成され、更に複数のセル４と導
電性のバイポーラプレート（セパレータ）５を交互に積
層して高電圧を発生する積層電池（スタック）が構成さ
れる。
に示すように、薄い平板状の電解質板（タイル）１を燃
料極（アノード）２と空気極（カソード）３の２枚の電
極で挟んで単セル４が構成され、更に複数のセル４と導
電性のバイポーラプレート（セパレータ）５を交互に積
層して高電圧を発生する積層電池（スタック）が構成さ
れる。
【０００３】上述した燃料電池のＶ−Ｉ特性は、図５
（Ａ）に示すように、電流を取り出さないＯＣＶ(Open
Circuit Voltage)において電圧Ｖが最大Ｖmax となり、
電流Ｉを増すにつれて内部抵抗等の影響で右下がりの傾
向を示す。更に、燃料電池のＷ−Ｉ特性は、図５（Ｂ）
に示すように、ある電流値Ｉa で最大出力Ｗmax を示
す。
（Ａ）に示すように、電流を取り出さないＯＣＶ(Open
Circuit Voltage)において電圧Ｖが最大Ｖmax となり、
電流Ｉを増すにつれて内部抵抗等の影響で右下がりの傾
向を示す。更に、燃料電池のＷ−Ｉ特性は、図５（Ｂ）
に示すように、ある電流値Ｉa で最大出力Ｗmax を示
す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】燃料電池で発電した直
流電流は、インバータ（直交変換器）により交流出力に
変換され、外部に出力される。インバータは逆変換装置
により制御され、出力指令に応じて燃料電池から取り出
す電流を制御して、所望の出力を得るようになってい
る。
流電流は、インバータ（直交変換器）により交流出力に
変換され、外部に出力される。インバータは逆変換装置
により制御され、出力指令に応じて燃料電池から取り出
す電流を制御して、所望の出力を得るようになってい
る。
【０００５】従って、燃料電池が図５に実線で示す所定
の性能を保持している場合には、かかる出力制御は、図
５（Ｂ）の矢印で示す範囲で行われ、電流を増すほど出
力が増大し、必要な出力を常に維持することができる。
の性能を保持している場合には、かかる出力制御は、図
５（Ｂ）の矢印で示す範囲で行われ、電流を増すほど出
力が増大し、必要な出力を常に維持することができる。
【０００６】しかし、スタック電圧がなんらかの原因
（系統の変動、ＣＯ２濃度の変動）で一時的に下降する
と、これを受けてインバータは交流電力を維持しようと
してスタックからの直流電流を増加させ、これによっ
て、燃料利用率は上昇し、これが更に電圧を降下させる
要因となり、最終的にプラントトリップに至ることがあ
る。
（系統の変動、ＣＯ２濃度の変動）で一時的に下降する
と、これを受けてインバータは交流電力を維持しようと
してスタックからの直流電流を増加させ、これによっ
て、燃料利用率は上昇し、これが更に電圧を降下させる
要因となり、最終的にプラントトリップに至ることがあ
る。
【０００７】特に、燃料電池が劣化すると、図５に破線
で示すような特性に変化するため、性能劣化等で電圧が
低下し、必要電力を取り出すために大きな電流が必要と
なり、それが図５（Ｂ）の電流値Ｉa ′を越えると、電
流を増しても出力が増大せず、また電圧を下げる要因と
なり崩壊的に電流が増加、電圧が低下し、最終的に電池
をトリップさせて劣化を更に加速してしまう問題点があ
った。
で示すような特性に変化するため、性能劣化等で電圧が
低下し、必要電力を取り出すために大きな電流が必要と
なり、それが図５（Ｂ）の電流値Ｉa ′を越えると、電
流を増しても出力が増大せず、また電圧を下げる要因と
なり崩壊的に電流が増加、電圧が低下し、最終的に電池
をトリップさせて劣化を更に加速してしまう問題点があ
った。
【０００８】劣化時の特性は、時々刻々変化し、最大出
力Ｗmax 、及び最大出力が得られる電流値Ｉa ′も、全
く予測ができないため、従来かかる現象を防止すること
が困難であり、劣化した電池の制御は、経験と勘を頼り
に運転員が常時（２４時間）監視する以外に対応策がな
く、その自動化が強く要望されていた。
力Ｗmax 、及び最大出力が得られる電流値Ｉa ′も、全
く予測ができないため、従来かかる現象を防止すること
が困難であり、劣化した電池の制御は、経験と勘を頼り
に運転員が常時（２４時間）監視する以外に対応策がな
く、その自動化が強く要望されていた。
【０００９】本発明は、かかる問題を解決するために創
案されたものである。すなわち本発明の目的は、燃料電
池の出力及び電流を自動的に制御し、常に安全に必要電
力或いはそれに近い最大出力を発電制御できる燃料電池
の保護制御装置を提供することにある。
案されたものである。すなわち本発明の目的は、燃料電
池の出力及び電流を自動的に制御し、常に安全に必要電
力或いはそれに近い最大出力を発電制御できる燃料電池
の保護制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、出力
指令に対する制限電流Ｉlimit を予め設定し、運転中
の実スタック電圧Ｖａと前記制限電流Ｉlimit との積Ｗ
limit を演算し、これにインバータ効率ηをかけてイ
ンバータ制限出力Ｗｉを演算し、該インバータ制限出
力Ｗｉを上限値としてインバータ出力を制御する、こと
を特徴とする燃料電池の保護制御装置が提供される。
指令に対する制限電流Ｉlimit を予め設定し、運転中
の実スタック電圧Ｖａと前記制限電流Ｉlimit との積Ｗ
limit を演算し、これにインバータ効率ηをかけてイ
ンバータ制限出力Ｗｉを演算し、該インバータ制限出
力Ｗｉを上限値としてインバータ出力を制御する、こと
を特徴とする燃料電池の保護制御装置が提供される。
【００１１】上記本発明の燃料電池の保護制御装置によ
れば、スタック電圧がなんらかの原因で一時的に下降し
ても、低下した実スタック電圧Ｖａと制限電流Ｉlimit
に相当するインバータ制限出力Ｗｉを上限値としてイン
バータ出力が制御されるため、直流電流は制限電流Ｉli
mit 以下に抑制される。従って、制限電流Ｉlimit を出
力指令に対する正常時の計画電流より安全範囲に設定し
ておけば、それ以上の電流の取出しが抑制され、これに
より燃料利用率の上昇も抑えられ、電圧降下を抑制し、
プラントトリップを未然に防止することができる。
れば、スタック電圧がなんらかの原因で一時的に下降し
ても、低下した実スタック電圧Ｖａと制限電流Ｉlimit
に相当するインバータ制限出力Ｗｉを上限値としてイン
バータ出力が制御されるため、直流電流は制限電流Ｉli
mit 以下に抑制される。従って、制限電流Ｉlimit を出
力指令に対する正常時の計画電流より安全範囲に設定し
ておけば、それ以上の電流の取出しが抑制され、これに
より燃料利用率の上昇も抑えられ、電圧降下を抑制し、
プラントトリップを未然に防止することができる。
【００１２】また、電池の劣化を見込んだ範囲で制限電
流Ｉlimit の設定を行うことにより、燃料電池が劣化し
ても、性能劣化等に対応する範囲で必要電力を取り出す
ことができ、かつ制限電流Ｉlimit （図５（Ｂ）の電流
値Ｉa ′）を越える電流取出しを防止でき、崩壊的な電
流増加を防止することができる。
流Ｉlimit の設定を行うことにより、燃料電池が劣化し
ても、性能劣化等に対応する範囲で必要電力を取り出す
ことができ、かつ制限電流Ｉlimit （図５（Ｂ）の電流
値Ｉa ′）を越える電流取出しを防止でき、崩壊的な電
流増加を防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略す
る。図１は、本発明の保護制御装置を備えた燃料電池発
電設備の構成図である。この図において、６は燃料電
池、７はインバータ回路、８は出力制御装置であり、出
力制御装置８により出力指令に応じた出力指令Ｐとイン
バータ出力指令Ｉを出力し、出力指令Ｐにより燃料電池
の発電出力を制御するようになっている。かかる構成
は、従来と同様である。
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略す
る。図１は、本発明の保護制御装置を備えた燃料電池発
電設備の構成図である。この図において、６は燃料電
池、７はインバータ回路、８は出力制御装置であり、出
力制御装置８により出力指令に応じた出力指令Ｐとイン
バータ出力指令Ｉを出力し、出力指令Ｐにより燃料電池
の発電出力を制御するようになっている。かかる構成
は、従来と同様である。
【００１４】また、本発明の保護制御装置１０は、燃料
電池６の実スタック電圧Ｖａと実直流電流Ｉａを常時計
測し、この計測値からインバータ制限出力Ｗｉをインバ
ータ回路７に出力してインバータの出力を制御するよう
になっている。
電池６の実スタック電圧Ｖａと実直流電流Ｉａを常時計
測し、この計測値からインバータ制限出力Ｗｉをインバ
ータ回路７に出力してインバータの出力を制御するよう
になっている。
【００１５】図２は、出力制御装置８の制御回路図であ
り、図３は保護制御装置１０の制御回路図である。図２
及び図３において、１１ａ〜１１ｄは入力設定器、１２
ａ〜１２ｅは定値設定器、１３ａ〜１３ｂは切換器、１
４ａ〜１４ｄは上限設定器、１５ａは下限設定器、１６
ａは上下限設定器、１７ａは制限器、１８ａは差分回
路、１９ａ〜１９ｃは演算器、２０ａ〜２０ｃは積算器
である。
り、図３は保護制御装置１０の制御回路図である。図２
及び図３において、１１ａ〜１１ｄは入力設定器、１２
ａ〜１２ｅは定値設定器、１３ａ〜１３ｂは切換器、１
４ａ〜１４ｄは上限設定器、１５ａは下限設定器、１６
ａは上下限設定器、１７ａは制限器、１８ａは差分回
路、１９ａ〜１９ｃは演算器、２０ａ〜２０ｃは積算器
である。
【００１６】図２において、ａは電池切断時（解列
時）、ｂは電池使用時を示している。また、図２におけ
る上段は発電出力指令Ｐを出力し、下段はインバータ出
力指令Ｉを出力するようになっている。発電出力指令Ｐ
とインバータ出力指令Ｉは、それぞれ燃料電池の定格出
力に対する比率（％）であり、両者ともインバータ後の
出力である。従って、通常の場合には、発電出力指令Ｐ
とインバータ出力指令Ｉは同一の値となる。
時）、ｂは電池使用時を示している。また、図２におけ
る上段は発電出力指令Ｐを出力し、下段はインバータ出
力指令Ｉを出力するようになっている。発電出力指令Ｐ
とインバータ出力指令Ｉは、それぞれ燃料電池の定格出
力に対する比率（％）であり、両者ともインバータ後の
出力である。従って、通常の場合には、発電出力指令Ｐ
とインバータ出力指令Ｉは同一の値となる。
【００１７】すなわち、図２の上段において、電池使用
時ｂには、入力設定器１１ａによる交流出力目標値
（％）が、入力設定器１１ｂによる出力変化率で制限さ
れ（制限器１７ａによる）、上下限設定器１６ａで上限
値と下限値を制限されて、出力指令（％）として出力さ
れる。この回路構成により、交流出力目標値に対して、
所定の出力変化率と所定の出力制限の下で徐々に出力指
令値Ｐを増減することができる。
時ｂには、入力設定器１１ａによる交流出力目標値
（％）が、入力設定器１１ｂによる出力変化率で制限さ
れ（制限器１７ａによる）、上下限設定器１６ａで上限
値と下限値を制限されて、出力指令（％）として出力さ
れる。この回路構成により、交流出力目標値に対して、
所定の出力変化率と所定の出力制限の下で徐々に出力指
令値Ｐを増減することができる。
【００１８】また、図２の下段において、２つの電池電
圧の低い方を上限値とし（１４ａによる）、これから最
低電圧（１２ｃによる）を差分した電圧から演算器１９
ａで電池出力（％）を求め、この出力と上段からの出力
指令Ｐ（％）の小さい方を上限値とし（１４ｂによ
る）、更に定値設定器１２ｄで設定されたインバータの
下限との大きい方をインバータ出力指令Ｉ（％）として
出力する。従って、この回路構成により、実際の電池電
圧を用いかつインバータの最低条件を満たしてインバー
タ出力指令（％）が設定される。
圧の低い方を上限値とし（１４ａによる）、これから最
低電圧（１２ｃによる）を差分した電圧から演算器１９
ａで電池出力（％）を求め、この出力と上段からの出力
指令Ｐ（％）の小さい方を上限値とし（１４ｂによ
る）、更に定値設定器１２ｄで設定されたインバータの
下限との大きい方をインバータ出力指令Ｉ（％）として
出力する。従って、この回路構成により、実際の電池電
圧を用いかつインバータの最低条件を満たしてインバー
タ出力指令（％）が設定される。
【００１９】図３（Ａ）は図２で出力されたインバータ
出力指令Ｉ（％）を更に制限する保護制御回路である。
この図において、演算器１９ｂは、図３（Ｂ）に示すよ
うに、出力指令と制限電流Ｉlimit との関係である。出
力指令に対するこの制限電流Ｉlimit は、出力指令に対
する正常時の計画電流より、電池の劣化を見込んだ範囲
で安全範囲に設定しておく。また、演算器１９ｃは、図
３（Ｃ）に示すように、出力指令に対するインバータ効
率ηの関係である。この保護回路により、予め設定した
出力指令に対する制限電流Ｉlimit とインバータの直流
電流設定値との小さい方を上限設定器１４ｃで設定し、
この電流値と、平均電圧とセル積層数をかけた運転中の
実スタック電圧Ｖａとの積Ｗlimit を積算器２０ｂで演
算し、これにインバータ効率ηをかけてインバータ制限
出力Ｗｉを演算し、このインバータ制限出力Ｗｉを上限
値としてインバータ出力を制御することができる。
出力指令Ｉ（％）を更に制限する保護制御回路である。
この図において、演算器１９ｂは、図３（Ｂ）に示すよ
うに、出力指令と制限電流Ｉlimit との関係である。出
力指令に対するこの制限電流Ｉlimit は、出力指令に対
する正常時の計画電流より、電池の劣化を見込んだ範囲
で安全範囲に設定しておく。また、演算器１９ｃは、図
３（Ｃ）に示すように、出力指令に対するインバータ効
率ηの関係である。この保護回路により、予め設定した
出力指令に対する制限電流Ｉlimit とインバータの直流
電流設定値との小さい方を上限設定器１４ｃで設定し、
この電流値と、平均電圧とセル積層数をかけた運転中の
実スタック電圧Ｖａとの積Ｗlimit を積算器２０ｂで演
算し、これにインバータ効率ηをかけてインバータ制限
出力Ｗｉを演算し、このインバータ制限出力Ｗｉを上限
値としてインバータ出力を制御することができる。
【００２０】上述した本発明の燃料電池の出力制御装置
１０によれば、スタック電圧がなんらかの原因で一時的
に下降しても、低下した実スタック電圧Ｖａと制限電流
Ｉlimit に相当するインバータ制限出力Ｗｉを上限値と
してインバータ出力が制御されるため、直流電流は制限
電流Ｉlimit 以下に抑制される。従って、制限電流Ｉli
mit を出力指令に対する正常時の計画電流より安全範囲
に設定しておけば、それ以上の電流の取出しが抑制さ
れ、これにより燃料利用率の上昇も抑えられ、電圧降下
を抑制し、プラントトリップを未然に防止することがで
きる。
１０によれば、スタック電圧がなんらかの原因で一時的
に下降しても、低下した実スタック電圧Ｖａと制限電流
Ｉlimit に相当するインバータ制限出力Ｗｉを上限値と
してインバータ出力が制御されるため、直流電流は制限
電流Ｉlimit 以下に抑制される。従って、制限電流Ｉli
mit を出力指令に対する正常時の計画電流より安全範囲
に設定しておけば、それ以上の電流の取出しが抑制さ
れ、これにより燃料利用率の上昇も抑えられ、電圧降下
を抑制し、プラントトリップを未然に防止することがで
きる。
【００２１】また、電池の劣化を見込んだ範囲で制限電
流Ｉlimit の設定を行うことにより、燃料電池が劣化し
ても、性能劣化等に対応する範囲で必要電力を取り出す
ことができ、かつ制限電流Ｉlimit （図５（Ｂ）の電流
値Ｉa ′）を越える電流取出しを防止でき、崩壊的な電
流増加を防止することができる。
流Ｉlimit の設定を行うことにより、燃料電池が劣化し
ても、性能劣化等に対応する範囲で必要電力を取り出す
ことができ、かつ制限電流Ｉlimit （図５（Ｂ）の電流
値Ｉa ′）を越える電流取出しを防止でき、崩壊的な電
流増加を防止することができる。
【００２２】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。
【００２３】
【発明の効果】上述したように、本発明の燃料電池の出
力制御装置は、燃料電池の出力及び電流を自動的に制御
し、常に安全に必要電力或いはそれに近い最大出力を発
電制御できる、等の優れた効果を有する。
力制御装置は、燃料電池の出力及び電流を自動的に制御
し、常に安全に必要電力或いはそれに近い最大出力を発
電制御できる、等の優れた効果を有する。
【図１】本発明の保護制御装置を用いた燃料電池発電設
備の構成図である。
備の構成図である。
【図２】出力制御装置の制御回路図である。
【図３】本発明の保護制御装置の制御回路図である。
【図４】燃料電池の模式的構成図である。
【図５】燃料電池の特性図である。
１ 電解質板（タイル） ２ 燃料極（アノード） ３ 空気極（カソード） ４ 単セル ５ バイポーラプレート（セパレータ） ６ 燃料電池 ７ インバータ回路 ８ 出力制御装置 １０ 保護装置 １１ａ〜１１ｄ 入力設定器 １２ａ〜１２ｅ 定値設定器 １３ａ〜１３ｂ 切換器 １４ａ〜１４ｄ 上限設定器 １５ａ 下限設定器 １６ａ 上下限設定器 １７ａ 制限器 １８ａ 差分回路 １９ａ〜１９ｃ 演算器 ２０ａ〜２０ｃ 積算器
Claims (1)
- 【請求項１】 出力指令に対する制限電流Ｉlimit を予
め設定し、運転中の実スタック電圧Ｖａと前記制限電流
Ｉlimit との積Ｗlimit を演算し、これにインバータ効
率ηをかけてインバータ制限出力Ｗｉを演算し、該イン
バータ制限出力Ｗｉを上限値としてインバータ出力を制
御する、ことを特徴とする燃料電池の保護制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9178287A JPH1126002A (ja) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | 燃料電池の保護制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9178287A JPH1126002A (ja) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | 燃料電池の保護制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1126002A true JPH1126002A (ja) | 1999-01-29 |
Family
ID=16045838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9178287A Pending JPH1126002A (ja) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | 燃料電池の保護制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1126002A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002117885A (ja) * | 2000-09-25 | 2002-04-19 | Sulzer Hexis Ag | 燃料電池の作動方法 |
| KR20030069622A (ko) * | 2002-02-22 | 2003-08-27 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 하이브리드 동력 시스템의 스택 보호장치 |
| WO2005013401A1 (ja) * | 2003-08-01 | 2005-02-10 | Shindengen Electric Manufacturing Co.,Ltd. | 燃料電池を用いた電源装置における燃料電池最適動作点追尾システム、及びこの燃料電池最適動作点追尾システムを備えた電源装置 |
| WO2009066587A1 (ja) * | 2007-11-21 | 2009-05-28 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システム |
| US9034495B2 (en) | 2007-02-05 | 2015-05-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
-
1997
- 1997-07-03 JP JP9178287A patent/JPH1126002A/ja active Pending
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| EP1650820A4 (en) * | 2003-08-01 | 2009-06-03 | Shindengen Electric Mfg | SYSTEM FOR LOCATING OPTIMUM OPERATING POINT OF A FUEL CELL IN AN ENERGY SUPPLY SYSTEM EQUIPPED WITH SUCH A BATTERY, AND POWER SUPPLY DEVICE HAVING SUCH A SYSTEM |
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