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燃料電池発電システムおよびその制御方法 コモンズ 実績あり

国内特許コード P120007126
整理番号 2011013-KI
掲載日 2012年3月30日
出願番号 特願2011-289332
公開番号 特開2013-137977
登録番号 特許第6125750号
出願日 平成23年12月28日(2011.12.28)
公開日 平成25年7月11日(2013.7.11)
登録日 平成29年4月14日(2017.4.14)
発明者
  • 板子 一隆
出願人
  • 学校法人幾徳学園
発明の名称 燃料電池発電システムおよびその制御方法 コモンズ 実績あり
発明の概要 【課題】高価な水素センサを用いずに、燃料消費量に対する燃料電池の発電効率の高い燃料電池発電システムを提供する。
【解決手段】マイクロプロセッサ32は、検出モードにおいて、水素センサ14の検出値を読み取り、燃料電池(FC)16における燃料消費量がほぼ一定となることを検出したときの電圧センサ20の検出値を計測し、計測した電圧センサ20の検出値と燃料電池(FC)16の内部電流とを加算して総合燃料電池電流を計算する。さらに、マイクロプロセッサ32は、第2電圧センサ28と第2電流センサ26の検出値から求めた燃料電池(FC)16の出力電力を、総合燃料電池電流で除して効率電圧を求める。マイクロプロセッサ32は、燃料消費抑制モードにおいて、当該効率電圧が最大となるように、DC-DCコンバータ22を制御して追従制御を行う。
【選択図】図3
従来技術、競合技術の概要


燃料電池の実用化が進んでいる。燃料電池の用途としては、たとえば、車両、家庭用電源、ポータブル電源などがあり、下記に例示する利害得失が指摘されている。
たとえば、燃料電池自動車は、電気自動車における諸問題点、たとえば、燃料の一充填当たりの走行可能距離が短い、充填に時間がかかる、車重量が2トンを超えるような大型車への搭載が難しいなどの欠点に対して、充填時間が短く、燃料効率が(ガソリン車と比較して)非常に高いなどの利点を持つ。
富士経済調べによる燃料電池自動車の市場規模として、2015年に5000台を販売、2020年に20万台、2025年に160万台と予測している。
しかしながら、現在、燃料電池自動車には、1)高コスト、2)耐久性が低い、3)低温での作動が難しいという点が指摘されている。
かかる問題を解決する提案が種々提示されている。



特許文献1(特開2008-270047号公報)は、燃料電池の出力電圧Viと出力電流Iiから出力電力Piを求め、出力最大値の前後の離散した値を補間して、真の最大出力電力Pmを求める方法を開示している。



特許文献2(特開2008-10220号公報)は、燃料電池の出力電圧を変動させて燃料電池の出力電圧を計測し、燃料電池出力電力点を求める(電圧可変による最大電力を求める)技術を開示している。



特許文献3(特開2005-235082号公報)は、最大電力を与える目標値から所定量だけ少ない、または、多い電流から、電流を可変して逐次出力電力を計算して前回の出力電力と比較することにより最大電力を求める(電流可変による電力最大値を求める)技術を開示している。



特許文献4(特開2010-033904号公報)は、燃料電池本体が供給セル補助電源の出力電圧が中間値よりも高い場合は燃料優先モードに移行し、中間値より低い場合は出力優先モードに移行させる技術を開示している。



特許文献5(特開2007-250427号公報)は、バッテリ残量が所定量以上のときに通常発電モードから発電休止モードに移行することを開示している。

産業上の利用分野


本発明は、燃料電池発電システムおよびその制御方法に関する。
より特定的には、本発明は、燃料電池の燃料消費量を極力抑え、効率的に運転するための制御方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
燃料供給部の後段に設けられ、供給される燃料の量を検出する燃料検出センサと、
前記燃料供給部から供給された燃料によって発電する燃料電池と、
前記燃料電池の後段に設けられた電圧制御手段と、
前記電圧制御手段の後段に設けられ、負荷に電力を提供する、キャパシタ要素を有するエネルギー蓄積要素と、
前記燃料電池の出力電圧および出力電流を検出する、第1電圧センサおよび第1電流センサと、
前記エネルギー蓄積要素の出力電圧および出力電流を検出する、第2電圧センサおよび第2電流センサと、
前記第1電圧センサおよび第1電流センサ、および、前記第2電圧センサおよび第2電流センサの検出値に基づいて、前記電圧制御手段を制御する、制御手段と
を有し、
燃料消費抑制モード、休止モード、検出モードを反復して動作する、
燃料電池発電システムであって、
前記制御手段は、
前記燃料消費抑制モードにおいて、前記燃料検出センサの検出値を読み取り、前記燃料電池における燃料消費量がほぼ一定となることを検出したとき、前記休止モードに移行し、
前記休止モードにおいて、
前記第1電流センサの検出値を計測し、
計測した前記第1電流センサの検出値と、前記燃料電池の開放状態における燃料消費量とある燃料電池電流に対する燃料消費量とで規定される前記燃料電池の内部電流とを加算して総合燃料電池電流を計算し、
記検出モードにおいて、前記第1電圧センサおよび前記第1電流センサの検出値から求めた前記燃料電池出力電力を、前記総合燃料電池電流で除して効率電圧を求め、最大効率電圧を検出し、
前記燃料消費抑制モードにおいて、当該効率電圧が最大となるように、前記電圧制御手段を追従制御する、
燃料電池発電システム。

【請求項2】
前記燃料検出センサは、低速な水素センサである、
請求項1に記載の燃料電池発電システム。

【請求項3】
前記電圧制御手段は、DC-DCコンバータである、
請求項1または2に記載の燃料電池発電システム。

【請求項4】
燃料供給部の後段に設けられ、供給される燃料の量を検出する燃料検出センサと、前記燃料供給部から供給された燃料によって発電する燃料電池と、前記燃料電池の後段に設けられた電圧制御手段と、前記電圧制御手段の後段に設けられ、負荷に電力を提供する、キャパシタ要素を有するエネルギー蓄積要素と、前記燃料電池の出力電圧および出力電流を検出する、第1電圧センサおよび第1電流センサと、前記エネルギー蓄積要素の出力電圧および出力電流を検出する、第2電圧センサおよび第2電流センサとを有し、燃料消費抑制モード、休止モード、検出モードを反復して動作する、燃料電池発電システムにおける燃料電池発電制御方法であって、
前記燃料消費抑制モードにおいて、前記燃料検出センサの検出値を読み取り、前記燃料電池における燃料消費量がほぼ一定となることを検出したとき、前記休止モードに移行し、
前記休止モードにおいて、
前記第1電流センサの検出値を計測し、
計測した前記第1電流センサの検出値と、前記燃料電池の開放状態における燃料消費量とある燃料電池電流に対する燃料消費量とで規定される前記燃料電池の内部電流とを加算して総合燃料電池電流を計算し、
記検出モードにおいて、前記第1電圧センサおよび前記第1電流センサの検出値から求めた前記燃料電池出力電力を、前記総合燃料電池電流で除して効率電圧を求め、最大効率電圧を検出し、
前記燃料消費抑制モードにおいて、当該効率電圧が最大となるように、前記電圧制御手段を追従制御する、
燃料電池発電制御方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2011289332thum.jpg
出願権利状態 登録
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