JPS63213262A - 燃料電池発電システム - Google Patents

燃料電池発電システム

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JPS63213262A
JPS63213262A JP62042631A JP4263187A JPS63213262A JP S63213262 A JPS63213262 A JP S63213262A JP 62042631 A JP62042631 A JP 62042631A JP 4263187 A JP4263187 A JP 4263187A JP S63213262 A JPS63213262 A JP S63213262A
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JP
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fuel
air
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fuel cell
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JP62042631A
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Toshio Kasano
笠野 利夫
Minoru Izumitani
泉谷 稔
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料電池発電システムに関するものである。
〔従来の技術〕
従来の燃料電池発電システムの燃料電池制御装置は特開
昭59−111270号公報に記載されているように、
燃料電池に供給する燃料および空気流量は負荷指令値ま
たは負荷に見合って制御する構成となっており、燃料電
池の空気極〜燃料極間の差圧も各種の圧力あるいは極間
差圧を検出して、差圧調節弁により一定の値以下に制御
する構成となっていた。しかしこの装置は、燃料電池に
供給する燃料、空気の流量調節弁や電池極間差圧を制御
する差圧調節弁には必ず動作遅れが生じるため、負荷急
変時には燃料電池に供給する燃料、空気のガス量が不足
したり、過渡的に発生する極間差圧の抑制が困難である
など負荷あるいは負荷指令急変に対する燃料電池の安定
運転性に関して配慮されていなかった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、負荷あるいは急荷指令値急変時の燃料
電池安定運転性に関して配慮されておらず、急激に負荷
指令値を増加させた場合、電気的には直交変換装置の応
答が早いものの、発電に必要な燃料、空気の供給は流量
調節弁の動作遅れにより不足する可能性がある。また、
何等かに要因で実際の負荷が負荷指令値より増加した場
合、燃料、空気が負荷指令値を基に設定される従来技術
では発電に必要なガス量が不足する可能性がある。
電池の極間差圧に関しても差圧調節弁には動作遅れが生
じるため、各種の圧力あるいは極間差圧によるフィード
バック制御のみでは負荷急変等の過渡的に発生する差圧
抑制が廻しい等、電池性能の急激な劣化につながる問題
点があった。
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、急激な負
荷指令の変化や実負荷の変化に対し燃料。
空気のガス不足を防止すると共に、電池極間差圧を一定
範囲にコントロールして燃料電池の安定運転を可能とし
た燃料電池発電システムを提供することを目的とするも
のである。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、直交変換制御装置と空気、燃料流量制御装
置とをクロスリミット制御で空気、燃料の供給量に対す
る電池内部で消費するガス量の比を一定範囲にコントロ
ールすると共に、空気、燃料の流量の設定値を基に極間
蓋間調節弁のフィードバック制御ループに先行制御を付
加することにより、達成される。
〔作用〕
本発明のクロスリミット制御は次に述べるようなもので
ある。燃料電池に供給される燃料および空気流量の実測
値を計測して各々のガス流量に対して許容上限電流値を
演算し、燃料流量で決まる許容電流値と空気流量で決ま
る許容電流値とを低値選択を行う。この選択された信号
と燃料電池の実測電圧(DC)とを基に許容発電々力を
演算して、この許容発電々力値と直交変換装置に設定さ
れる負荷指令値とを低値選択する。この選択された信号
を直交変換装置の有効電力設定値として与えることによ
り、燃料電池に供給する燃料または空気流量が不足した
場合には発電々力を制限することと、何等かの要因で有
効電力設定値よりも多めの出力がとられた場合を考慮し
、電池電流を基に燃料下限流量値および空気下限流量値
を演算し、これらを負荷指令値から設定される燃料、空
気の流量設定値と各々高値選択して燃料、空気の各々の
高値選択された信号とを各流量制御装置に設定する。こ
のようにすることにより、負荷変化時におけるガス不足
防止が可能となり、ガス不足による電池性能劣化の心配
がない。
また、燃料、空気流量の実測値を計測し、各々のガス流
量に対してH2利用率、02利用率下限値をベースに下
限電流値を演算して高値選択を行う。この選択された信
号と電池電圧実測値とを基に発電々力下限値を演算して
、直交変換装置に設定される負荷指令値と上述の発電名
刀下限値とを高値選択する。この選択された信号を直交
変換装置への有効電力設定値として与えることにより、
燃料、空気どちらも予め設定した利用率の範囲でコント
ロールすることが可能となり、電池に供給するガス量か
ら電池の排ガス量が推定できる。
電池の排ガス量が判ると極間差圧調節弁の弁開度一定状
態で、電池に供給するガス流量を変化させた場合の電池
排ガス量が及ぼす極間差圧への影響が推定できる。この
ためこれをパラメータとして電池に供給されるガス流量
設定値を基に極間差圧制御装置への先行制御を付加する
ことにより、負荷指令急変時の極間差圧を一定範囲に抑
制することが可能となり、燃料電池の安定運転を図るこ
とができる。
〔実施例〕
以下、図示した実施例に基づいて本発明を説明する。第
1図および第2図には本発明の一実施例が示されている
。第1図に示されているように燃料電池発電システムは
次に述べるように構成されている。燃料と空気との供給
を受けて発電する燃料電池1、空気および燃料流量を調
節する空気、燃料流量調節弁2,3、この流量調節弁2
,3を各々フィードバック制御する空気、燃料流量制御
装置4,5、燃料電池1の空気極6、燃料極7間の差圧
を一定範囲に調節する極間差圧調節弁8等を備えている
。また、この極間差圧調節弁8をフィードバック制御す
る極間差圧制御装置9、極間差圧を検出するセンサー(
極間差圧検出器)10、燃料電池1の出力である直流を
交流に変換する直交変換器11A、この直交変換器11
Aを制御する直交変換制御装置11等を備えている。そ
してまた、燃料電池1に供給する空気、燃料の空気、燃
料流量センサー(空気、燃料流量検出器)12゜13の
信号や電池電圧検出器14、電池電流検出器15の信号
を取込み、オペレータ指示に従い直交変換制御装置11
、各種の流量制御装置4,5、極間差圧制御装置9等を
一括コントロールする主制御装置16等を備えている。
このように構成された燃料電池発電システムで本実施例
では直交変換制御装置11と空気、燃料流量制御装置4
,5とをクロスリミット制御で空気、燃料の供給量に対
する電池内部で消費するガス量の比を一定範囲にコント
ロールすると共に、空気、燃料の流量の設定値を基に相
間差圧調節弁8のフィードバック制御ループに先行制御
を付加した。このようにすることにより急激な負荷指令
の変化や実負荷の変化に対し燃料、空気のガス不足が防
止されると共に、電池極間差圧を一定範囲にコントロー
ルして燃料電池が安定運転されるようになって、急激な
負荷指令の変化や実負荷の変化に対し燃料、空気のガス
不足を防止すると共に、電池極間差圧を一定範囲にコン
トロールして燃料電池の安定運転を可能とした燃料電池
発電システムを得ることができる。
すなわち空気、燃料流量制御装置4,5、極間差圧制御
装置9、直交変換制御装置11を主制御装置16で次に
述べるような制御を行うが、それを第2図により説明す
る。燃料電池1に供給される空気、燃料流量の空気、燃
料流量検出器1?。
13の信号を基に、各々のガス流量で決まる許容上限電
流値を演算器17.18で演算し、空気流量で決まる許
容上限電流値と燃料流量とで決まる許容上限電流値を低
値選択器19で低値選択を行う。この選択された信号と
電池電圧検出器14の信号とを基に演算器2oで許容発
電々力値を演算して、この許容発電々力値と直交変換制
御装置11へ設定される負荷指令値21とを低値選択器
22で低値選択を行う。この選択された信号23を直交
変換制御装置11の有効電力設定値として与えることに
より、燃料電池1(第1図参照)に供給するガス流量が
不足した場合には発電々力を制限することと、また、何
等かに要因で有効電力設定値よりも多めの出力がとられ
た場合を考慮して、電池電流検出器15の信号を基に空
気、燃料の下限流量値を演算器24.25で演算し、こ
れらと負荷指令値21とを基に演算器26で演算される
空気流量設定値と演算器27で演算される燃料流量設定
値との各々に対して高値選択器28゜29により高値選
択を行う。各々高値選択された信号を空気流量制御装置
4や燃料流量制御装置5に設定することにより、負荷変
動時のガス不足防止が可能となり、ガス不足による電池
性能劣化の問題点が解消される。
この他、燃料電池1に供給される空気、燃料の空気、燃
料流量検出器12.13の信号を基に各各のガス流量に
対してH2利用率、02利用率下限値を設定して、これ
らのガス利用率下限値から決まる下限電流値を演算器3
0.31で演算する。
各演算器30.31の出力である下限電流値を高値選択
器32で高値選択を行う。この高値選択された信号と電
池電圧検出器14の信号とを基に演算器33で下限発電
々力値を演算する。この下限発電々力値と直交変換制御
装置11に設定する負荷指令値21とを高値選択器34
で高値選択を行ない、選択された信号を低値選択器22
を介して直交変換制御装置11に設定する。このように
することにより燃料、空気とも予め設定したガス利用率
の範囲でコントロールすることが可能となり。
電池1に供給するガス量から電池1の排ガス量が推定で
きる。電池1の排ガス量が判ると、相間差圧調節弁8の
弁開度一定状態で電池1に供給するガス流量を変化させ
た場合の電池1の排ガス量がおよぼす極間差圧への影響
が推定できるので、これをパラメータとして電池1に供
給されるガス流量設定値を基にした先行制御を極間差圧
制御装置9に付加することにより、負荷指令値21急変
時の極間差圧を一定範囲に抑制することができる。
このように本実施例によれば燃料発電時に燃料。
空気が不足気味になれば燃料、空気のガス利用率上限値
を基に発電々力を制限したり、有効電力設定値よりも発
電々力実測値が増加し燃料、空気が不足気味になれば、
電池電流実測値を基に燃料。
空気流量を増加させることにより、燃料、空気のガス不
足を防止できるので、ガス不足による電池性能劣化の問
題点を解消することができる。また、電池に供給する燃
料、空気流量設定値をベースにした先行制御を極間差圧
制御装置に付加することにより、発電々力を急激に変化
させても極間差圧を一定範囲に抑制することができる。
〔発明の効果〕 上述のように本発明は急激な負荷指令の変化や実負荷の
変化に対して燃料、空気のガス不足が防止されると共に
、電池極間差圧を一定範囲にコントロールして燃料電池
の安定運転ができるようになって、急激な負荷指令の変
化や実負荷の変化に対し燃料、空気のガス不足を防止す
ると共に、電池極間差圧を一定範囲にコントロールして
燃料電池の安定運転を可能とした燃料電池発電システム
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の燃料電池発電システムの一実施例の発
電システムの構成を示す説明図、第2図は同じく一実施
例の制御構成を示す説明図である。 1・・・燃料電池、2・・・空気流量調節弁、3・・・
燃料流量調節弁、4・・・空気流量制御装置、5・・・
燃料流量制御装置、6・・・空気極、7・・・燃料極、
8・・・極間差圧調節弁、9・・・極間差圧制御装置、
10・・・極間差圧検出器、11・・・直交変換制御装
置、11A・・・直交変換器、12・・・空気流量検出
器、13・・・燃料流も1図 手続補正書(自発) 1 昭和62年11月 2−

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、燃料と空気との供給を受けて発電する燃料電池と、
    前記燃料および空気の流量を調節する空気、燃料流量調
    節弁と、これらの流量調節弁を夫々フィードバック制御
    する空気、燃料流量制御装置と、前記燃料電池の空気極
    と燃料極との間の差圧を一定範囲に制御し、かつ前記燃
    料極の出口部に設けられる極間差圧調節弁と、前記空気
    極、燃料極間の差圧を検出する極間差圧検出器の信号を
    フィードバック量として取込み、前記極間差圧調節弁を
    制御する相間差圧制御装置と、前記燃料電池の出力の直
    流を交流に変換する直交変換器およびこの直交変換器を
    制御する直交変換制御装置と、前記燃料電池へ供給され
    る空気、燃料の流量検出器の信号および電池電圧検出器
    、電池電流検出器の信号を取込み、オペレータ指示に従
    つて前記直交変換制御装置、空気、燃料流量制御装置、
    相間差圧制御装置を一括コントロールする主制御装置と
    を備えた燃料電池発電システムにおいて、前記直交変換
    制御装置と空気、燃料流量制御装置とをクロスリミット
    制御で前記空気、燃料の供給量に対する電池内部で消費
    するガス量の比を一定範囲にコントロールすると共に、
    前記空気、燃料の流量の設定値を基に前記極間差圧調節
    弁のフィードバック制御ループに先行制御を付加したこ
    とを特徴とする燃料電池発電システム。
JP62042631A 1987-02-27 1987-02-27 燃料電池発電システム Pending JPS63213262A (ja)

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Cited By (5)

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