(57)【要約】【課題】発電時に一定の直流電流を入力するよう指令制御することにより、燃料電池が劣化し始めている段階で、直流電流値を抑え気味に制御できるので燃料電池への負担を軽くでき、耐久性を向上させることができる。【解決手段】水素生成器１と、水素生成器１で得られた生成ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池４と、起動から発電までの一連の動作を制御する制御器７と、燃料電池４より発生する直流電力を交流電力に変換する直流交流変換器５とを備え、制御器７は発電時、直流交流変換器５において一定の直流電流を入力するよう指令制御することにより、燃料電池４への負担を少しでも軽くし、耐久性を向上させることが可能となる。つまり燃料電池４での発電能力に応じて直流電流を制御できる燃料電池保護制御が可能となる。【選択図】  図１
2004327055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素生成器と、前記水素生成器で得られた生成ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池と、起動から発電までの一連の動作を制御する制御器と、前記燃料電池より発生する直流電力を交流電力に変換する直流交流変換器とを備え、前記制御器は発電時、前記直流交流変換器において一定の直流電流を入力するよう指令制御することを特徴とする燃料電池システムの制御装置。
【請求項２】
制御器は、燃料電池での直流電圧値を考慮して、直流交流変換器において一定の直流電流を入力するよう指令制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項３】
制御器は、直流電流値に上限値を設定し、直流交流変換器において一定の直流電流を入力するよう指令制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項４】
記憶手段を備え、制御器は、直流電流指令値およびその時の入力直流電流値、直流電圧値を前記記憶手段に記憶し、次回はその情報をもとに制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項５】
制御器は、直流電圧値がある一定電圧値以下になった場合は機器を停止することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項６】
報知手段を備え、制御器は機器が停止した場合に報知することを特徴とする請求項５記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項７】
制御器は、直流交流変換器において一定の直流電流を入力するよう指令制御する方式と、一定の交流電力を出力するよう指令制御する方式とを併用することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項８】
２次電池を備え、制御器は直流電圧値が低下時、前記２次電池から電流を補充することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池を用いて発電を行う燃料電池システムの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下に従来の燃料電池システムについて説明する。
【０００３】
図７に従来の燃料電池システムの制御装置のブロック図を示す。図７に示すように、従来この種の燃料電池システムの制御装置は、天然ガスやメタノールなどの原料燃料および水蒸気改質反応に必要な原料水から水素に富んだガスを生成する水素生成器１と、酸化剤ガスとしての空気を供給するためのブロアファンで構成される送風器２と、供給空気を加湿する空気加湿器３と、水素生成器１で得られた生成ガスと送風器２からの酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池４と、燃料電池４にて発電された直流電力を交流２００Ｖに変換する直流交流変換器５と、水素生成器１で得られた生成ガス、送風器２からの酸化剤ガスおよび燃料電池４から、それぞれの熱を回収し給湯する貯湯タンク６と、起動から発電までの一連の動作を制御する制御器７とで構成されている。ここで制御器７は発電時に、直流交流変換器５において一定の交流電力を出力するよう指令を出していた。例えば制御器７が直流交流変換器５において、ＡＣ１２００Ｗの出力を出すような指令をした場合、直流交流変換器５は電力変換効率が仮に８５％とした場合、直流電力として１４１２Ｗを入力する必要があり、燃料電池４がＤＣ５０Ｖで発電している場合、ＤＣ２８．２Ａの直流電流が必要である。これにより直流交流変換器５はＡＣ１２００Ｗ出力が実現できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の従来の構成では、制御器は直流交流変換器において一定の交流電力を出力するよう指令を出しているので、燃料電池の劣化時、つまり燃料電池での直流電圧の低下時には、直流交流変換器への入力電流を増大させてしまうことになり、燃料電池への負担が大きく、さらに寿命を縮めてしまうという問題を有していた。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、燃料電池が劣化し始めている時、つまり燃料電池での直流電圧が低下し始めている段階で、直流電流値を抑え気味に制御して燃料電池への負担を少しでも軽くし、耐久性を向上させることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、制御器は発電時に直流交流変換器において一定の直流電流を入力するよう指令制御するものである。
【０００７】
これにより、燃料電池が劣化し始めている段階、つまり燃料電池での直流電圧が低下し始めている段階で、直流電流値が低めに制御され、燃料電池への負担を少しでも軽くし、耐久性を向上させることが可能となる。つまり燃料電池での発電能力に応じて直流電流を制御できる燃料電池保護制御が可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、水素生成器と、水素生成器で得られた生成ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池と、起動から発電までの一連の動作を制御する制御器と、燃料電池より発生する直流電力を交流電力に変換する直流交流変換器とを備え、制御器は発電時、直流交流変換器において一定の直流電流を入力するよう指令制御する構成としたものであり、燃料電池が劣化し始めている段階、つまり燃料電池での直流電圧が低下し始めている段階で、入力直流電流値が低めに制御され、燃料電池への負担が軽いやさしい制御をして、燃料電池の耐久性を向上させることが可能となる。つまり燃料電池での発電能力に応じて直流電流を制御できる燃料電池保護制御が可能となる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の制御器を、燃料電池での直流電圧値を考慮して、直流交流変換器において一定の直流電流を入力するよう指令制御する構成としたものであり、直流電圧値の情報をもとに、直流電流一定制御ができれば、燃料電池での直流電圧値が十分高い場合は、結果的に交流発電電力の出力一定制御が可能となる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の制御器を、直流電流値に上限値を設定し、直流交流変換器において一定の直流電流を入力するよう指令制御する構成としたものであり、燃料電池の特性や劣化状況に応じて、燃料電池からの直流電流値に上限を設定しておけば、たとえ直流電流制御中に電流値が増大しても、上限以上には上がらないため、燃料電池への負担が軽減され、耐久性を向上させることが可能となる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の制御装置に加え、記憶手段を備え、制御器は、直流電流指令値およびその時の入力直流電流値、直流電圧値を記憶手段に記憶し、次回はその情報をもとに制御する構成としたものであり、運転の度に直流電流指令値およびその時の入力直流電流値、直流電圧値を記憶手段に記憶しておけば、次回の発電時にその情報をもとに制御が出来、燃料電池の劣化の推移も把握できるので、燃料電池の劣化度合いを予測した燃料電池保護制御が可能となる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の制御器を、直流電圧値がある一定電圧値以下になった場合は機器を停止する構成としたものであり、燃料電池の劣化が進行し、直流電圧値がある一定電圧以下となり、発電を続行できない状態となった場合は、即機器を停止することにより安全性を高めることが出来る。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の制御装置に加え、報知手段を備え、制御器は機器が停止した場合に報知する構成としたものであり、燃料電池の劣化が進行し、機器が停止した場合等に異常報知することにより、使用者に燃料電池の交換時期を知らせることが可能となる。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の制御器を、直流交流変換器において一定の直流電流を入力するよう指令制御する方式と、一定の交流電力を出力するよう指令制御する方式とを併用する構成としたものであり、燃料電池での発電状態が良好で高い直流電圧を出力している場合は交流出力電力一定制御をして、電力負荷追従制御を実現し、寿命や故障等により燃料電池が劣化して直流電圧が低下してきた場合は、燃料電池からの直流電流出力一定制御に切り替えて、燃料電池への負担が軽く、より実用に近い制御を実現できる。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の制御装置に加え、２次電池を備え、制御器は直流電圧値が低下時、２次電池から電流を補充する構成としたものであり、燃料電池での発電状態が良好で高い直流電圧を出力している場合に２次電池に電力を蓄積しておき、燃料電池が劣化し直流電圧値が低下し始めた段階で、それまでの２次電池に蓄積されていた電力から、不足分の直流電流を補充して、燃料電池への負担を軽くし、寿命を延長させる制御が可能となる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１において、図７で示した従来の燃料電池システムの制御装置と同じ機能を有するものについては同一符号を付与しており、これらの機能の詳細は図７に準ずるものとする。
【００１８】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の燃料電池システムの制御装置の構成図である。制御器７は直流交流変換器５へ入力直流電流指令を出力するものである。
【００１９】
以上の構成において、燃料電池４が劣化し始めている段階、つまり燃料電池４での直流電圧が低下し始めている段階で、入力直流電流値が低めに制御され、燃料電池４への負担が軽いやさしい制御をして、燃料電池の耐久性を向上させることが可能となる。
【００２０】
例えば燃料電池４において、定格ＤＣ５０Ｖで発電している状態からＤＣ４０Ｖまで低下している段階で、定格ＡＣ１２００Ｗを出力しようとした場合、電力変換効率８５％では１４１２Ｗを燃料電池４から入力する必要があるので、直流電流を３５Ａに増加させてしまうことになる。ここでは２８Ａ〜最大３０Ａ程度までの入力電流で制御して、燃料電池４の劣化を少しでも小さくするものである。
【００２１】
つまり燃料電池４での発電能力に応じて入力直流電流を制御できる燃料電池保護制御が可能となる。
【００２２】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２の燃料電池システムの制御装置の構成図である。制御器７は、燃料電池４での直流電圧値を考慮して、直流交流変換器５において一定の直流電流を入力するよう指令制御する構成としている。直流交流変換器５において、燃料電池４での直流電圧値の情報を入力して、その情報をもとに定格ＤＣ５０ＶのところＤＣ４６Ｖ程度まで低下するまでは、最大３０Ａまで直流電流を増加させて制御する。
【００２３】
つまり燃料電池４での直流電圧値が十分高い場合は、結果的に出力の交流発電電力一定制御が可能となる。もしＤＣ４５Ｖ以下に低下した場合は、直流電流ＤＣ３０Ａで制御を行うことにより、燃料電池４での負担を軽く出来る。
【００２４】
また、制御器７は、直流電流値に上限値を設定し、直流交流変換器５において一定の直流電流を入力するよう指令制御する構成としており、燃料電池４の特性や劣化状況に応じて、例えば定格ＡＣ出力１２００Ｗ、電力変換効率８５％、直流電圧ＤＣ４０Ｖとして、上限の直流電流値をＤＣ３５Ａと設定しておけば、たとえ直流電流制御中に電流値が増大しても、上限値以上には上がらないため、燃料電池への負担が軽いやさしい制御が可能となる。
【００２５】
（実施例３）
図３は本発明の実施例３の燃料電池システムの制御装置の構成図である。記憶手段８を備え、制御器７は、直流電流指令値およびその時の入力直流電流値、直流電圧値を記憶手段８に記憶し、次回はその情報をもとに制御する構成としている。直流電流指令値およびその時の燃料電池４での直流電圧値、入力直流電流値を記憶する記憶手段８を設け、運転の度に直流電流指令値およびその時の入力直流電流値、直流電圧値の情報を記憶手段８に記憶しておけば、次回の発電時には初期からの制御ではなく、前回の情報をもとに制御が出来、燃料電池４の劣化の推移も把握できるので、燃料電池の劣化度合いを予測した燃料電池保護制御が可能となる。
【００２６】
また、制御器７は、直流電圧値がある一定電圧値以下になった場合は機器を停止する構成としており、燃料電池４の劣化が進行し、直流電圧値が例えばＤＣ３５Ｖ以下となれば、直流電流値をＤＣ４０Ａ程度まで引っ張らないと発電を続行できない状態となったり、また直流電流値がＤＣ１５Ａ程度に制御してもＡＣ４００Ｗ以下の出力しか発電できないため、即機器を停止する。
【００２７】
これは燃料電池４の劣化だけでなく、水素生成器１やその他の補機類の故障も考えられるため、燃料電池システムとして安全性を高めることが出来る。
【００２８】
（実施例４）
図４は本発明の実施例４の燃料電池システムの制御装置の構成図である。報知手段９を備え、制御器７は機器が停止した場合に報知する構成としている。報知手段９は、制御器７の制御により機器の異常を報知するためのブザー、スピーカやＬＥＤ、液晶、蛍光表示素子等の表示装置で構成される。
【００２９】
燃料電池４の劣化が進行した場合や、水素生成器１の異常、またその他の補機類の故障などにより機器が停止した場合は、報知手段９により異常報知することにより、使用者に燃料電池その他の機器の交換時期を知らせることが可能となる。
【００３０】
（実施例５）
図５は本発明の実施例５の燃料電池システムの制御装置の構成図である。制御器７は、直流交流変換器５において一定の直流電流を入力するよう指令制御する方式と、一定の交流電力を出力するよう指令制御する方式とを併用するための指令切換手段１０を設けた構成としている。制御器７からの指令を指令切換手段１０において、燃料電池４での発電状況により指令方式を切り換えて、燃料電池４での発電状態が良好で高い直流電圧を出力している場合は交流出力電力一定制御をしても大きな直流電流を増加させる必要がないので、燃料電池４へは負担がかからず、電力負荷追従制御を実現できるが、寿命や故障等により燃料電池４が劣化して直流電圧が低下してきた場合、例えばＤＣ４０Ｖ以下となった場合は、ＤＣ３５Ａ以上の直流電流を増加させる必要が出てくるので、燃料電池４からの直流電流出力一定制御に切り替えて、ＤＣ３５Ａ以下で制御するようにして、燃料電池４への負担が軽いやさしい、より実用に近い制御を実現できるものである。
【００３１】
（実施例６）
図６は本発明の実施例６の燃料電池システムの制御装置の構成図である。２次電池１１を備え、制御器７は直流電圧値が低下時、２次電池１１から電流を補充する構成としている。２次電池１１は蓄電池やバッテリー等で構成され、燃料電池４での発電状態が良好で高い直流電圧を出力している場合には、制御器７の制御により燃料電池４から２次電池１１に電力を蓄積しておき、燃料電池４が劣化し直流電圧値が低下し始めた段階で、それまでの２次電池１１に蓄積されていた電力から、不足分の直流電流を補充するようにする。
【００３２】
これにより燃料電池４から過度の直流電流を増加させる必要がなくなるので、燃料電池４への負担を軽くし、寿命を延長させる制御が可能となるものである。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、発電時に直流交流変換器において、一定の直流電流を入力するよう指令制御することにより、燃料電池への負担が軽いやさしい制御をして、燃料電池の耐久性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における燃料電池システムの制御装置の構成図
【図２】本発明の実施例２における燃料電池システムの制御装置の構成図
【図３】本発明の実施例３における燃料電池システムの制御装置の構成図
【図４】本発明の実施例４における燃料電池システムの制御装置の構成図
【図５】本発明の実施例５における燃料電池システムの制御装置の構成図
【図６】本発明の実施例６における燃料電池システムの制御装置の構成図
【図７】従来の燃料電池システムの制御装置のブロック構成図
【符号の説明】
１  水素生成器
４  燃料電池
５  直流交流変換器
７  制御器
８  記憶手段
９  報知手段
１１  ２次電池
【図１】
2004327055.tif 000003
【図２】
2004327055.tif 000004
【図３】
2004327055.tif 000005
【図４】
2004327055.tif 000006
【図５】
2004327055.tif 000007
【図６】
2004327055.tif 000008
【図７】
2004327055.tif 000009