(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系の原燃料を水蒸気改質して水素豊富なガスを得る改質器と、前記水素豊富なガスと空気中の酸素により発電する燃料電池と、燃料を供給する補機と、前記燃料電池で発電した電力の外部負荷への供給を制御するための電力調整装置とを備え、
前記燃料電池を異常停止させるための第１の設定電圧値よりも高い第２の電圧値を設定して燃料電池電圧を監視し、燃料電池電圧が第２の設定電圧値に達したら電力調整装置の入力電流を徐々に低下させて行くことにより、異常停止を回避することを特徴とする燃料電池発電制御方法。
【請求項２】
前記電力調整装置の入力電流値に応じ、前記改質器への反応ガス供給量を制御するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電制御方法。
【請求項３】
前記電力調整装置の入力電流値に応じ、前記改質器の改質触媒の温度制御を行なうようにしたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池発電システム、特に燃料電池によりモータ等の負荷に電力を供給する場合の発電制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池発電プラントはメタノール，天然ガス等を水蒸気改質により水素豊富（リッチ）なガスを生成する改質器、この改質器で得られた水素を燃料として発電を行なう燃料電池等からなり、改質器で生成した水素は燃料電池の負荷および水蒸気利用率に応じて燃料電池内部で消費され、余剰の水素はオフガスとして改質器に導かれて改質器バーナで燃焼され、改質エネルギーとして利用される。
【０００３】
ところで、燃料電池は水素および酸素を安定かつ充分に供給していれば一定の特性を維持することができるが、一時的に水素または酸素不足になったり、過大負荷によって急激に過大電流が流れたり、さらには電池寿命により特性が低下したりすると電池の出力特性が低下する、つまりセル電圧が低下する現象が発生する。
【０００４】
燃料電池の出力は、電圧−電流特性によれば電圧はバッテリ（蓄電池）のように化学反応電流では大きく変化せず、物質移動量に対応する電流で決まることから、従来はその出力電流を制御するようにしている。
図５に従来の一般的な例を示す。つまり、電流調節器（ＡＣＲ）２０１を設けて、検出器１０を介して得られる検出電流（出力電流）値Ｉを、その設定値Ｉ0 と一致させるように制御するものである。なお、図５の符号２は電力調整装置としてのＤＣ／ＤＣチョッパを示す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そして、上記のような従来方式で、異常な電圧低下のまま運転を継続すると、要求に応じた出力をしようとして電流が増加し、電池の寿命を早めることになるので、従来は異常な電圧低下が発生したら、図６のように即刻異常緊急停止をするようにしている。すなわち、図６の定出力曲線▲２▼が緊急停止電圧値Ｖｐに達したら緊急停止をするものである。また、上記電圧値Ｖｐはかなり低めに設定してあるので（頻繁な異常停止を避けるため）、電圧低下発生時に大きなストレスが掛かることになり、さらに電池寿命を縮めることにもなっている。なお、図６の▲１▼は電圧−電流特性を示す。
したがって、この発明の課題は、頻繁な異常停止を避けつつ電池寿命を延ばすことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決すべく、請求項１の発明では、炭化水素系の原燃料を水蒸気改質して水素豊富なガスを得る改質器と、前記水素豊富なガスと空気中の酸素により発電する燃料電池と、燃料を供給する補機と、前記燃料電池で発電した電力の外部負荷への供給を制御するための電力調整装置とを備え、
前記燃料電池を異常停止させるための第１の設定電圧値よりも高い第２の電圧値を設定して燃料電池電圧を監視し、燃料電池電圧が第２の設定電圧値に達したら電力調整装置の入力電流を徐々に低下させて行くことにより、異常停止を回避するようにしている。
上記請求項１の発明では、前記電力調整装置の入力電流値に応じ、前記改質器への反応ガス供給量を制御することができ（請求項２の発明）、または、前記電力調整装置の入力電流値に応じ、前記改質器の改質触媒の温度制御を行なうことができる（請求項３の発明）。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明が実施される燃料電池発電システムを示す構成図、図２はこの発明による制御動作を説明するための説明図である。
同図１において、１は燃料電池（以下、ＦＣとも略記する）、２は電力調整装置としてのＤＣ／ＤＣチョッパ、３は補助バッテリ、４はモータコントローラ、５は負荷としてのモータ（Ｍ）、６は原燃料ポンプ、７は空気ブロア、８は改質器、９は制御装置、１０は燃料電池電流の検出器、１１は燃料電池電圧の検出器、２０はチョッパ制御装置である。原燃料ポンプ６や空気ブロア７は、燃料電池１や改質器８からなる主機に対する補機を形成している。
【０００８】
すなわち、燃料電池１は炭化水素系の原燃料を水蒸気改質して水素豊富なガスを生成する改質器８からの改質ガスと、空気ブロア７からの酸素とにより発電する。負荷としてのモータ５はその発電電力を受電して駆動されるが、このモータ５と燃料電池１との間にはＤＣ／ＤＣチョッパ２が設けられ、チョッパ制御装置２０によって制御される。制御装置９は検出器１０，１１を介して検出される燃料電池１の電流Ｉ，電圧Ｖを監視しつつシステム全体の制御を行なうもので、原燃料ポンプ６，空気ブロア７およびチョッパ制御装置２０の制御等も行なう。なお、チョッパ制御装置２０を省略して、制御装置９でその制御をするようにしても良いことは言うまでもない。
【０００９】
チョッパ制御装置２０は、制御装置９から与えられる電圧ＶがＦＣ電圧制限電圧Ｖｓに達したら、例えばＤＣ／ＤＣチョッパ２を構成するスイッチング素子のゲート電圧を制御することにより、ＤＣ／ＤＣチョッパ２の入力電流を徐々に低下させる。こうすると、電流制限動作中の定出力曲線▲３▼は図２に矢印で示すように逆向きとなり、緊急停止電圧値Ｖｐに達しないようにすることができる。
また、このような電流制御に合わせて補機からの反応ガス供給量を制御したり（信号Ｂ，Ｐ参照）、改質器８における改質触媒の温度制御をすれば、電圧抑制作用がより効果的となる。
【００１０】
図３は制御装置の具体例を示す構成図、図４は図３における調整係数説明図である。
すなわち、制御装置９に演算部２０２を設け、従来のような電流調節器（ＡＣＲ）２０１を設けて、検出器１０を介して得られる検出電流値Ｉを、その設定値Ｉ0 と一致するようにする制御に加え、演算部２０２により下記式から補正量ΔＩを求め、この補正量ΔＩを考慮して電流制御を行なうものである。
α＝（Ｖｓ−Ｖ）／（Ｖｓ−Ｖｐ）・１００
（Ｖｓ：ＦＣ電流制限開始制限電圧、Ｖｐ：緊急停止電圧値）
ΔＩ＝Ｋ・α・Ｉ
Ｋは調整係数で、この係数を適宜に選ぶことで電池電流の低減率を調整することができる。ΔＩとＦＣ電圧の関係例を図４に示す。
【００１１】
【発明の効果】
この発明によれば、チョッパ制御装置の入力電流を制御してその入力電圧を制限するようにしたので、電池の異常停止を回避でき寿命を延ばすことが可能となる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明が実施されるシステム構成例図である。
【図２】この発明による制御動作の説明図である。
【図３】この発明による制御部の具体例を示す構成図である。
【図４】図３における調整係数説明図である。
【図５】制御装置の従来例を示す概要図である。
【図６】従来の制御方法説明図である。
【符号の説明】
１…燃料電池、２…ＤＣ／ＤＣチョッパ、３…補助バッテリ、４…モータコントローラ、５…モータ（Ｍ）、６…原燃料ポンプ、７…空気ブロア、８…改質器、９…制御装置、１０…燃料電池電流検出器、１１…燃料電池電圧検出器、２０…チョッパ制御装置、２０１…電流調節器（ＡＣＲ）、２０２…演算部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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