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FUEL CELL POWER GENERATION SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF commons achieved

Patent code P120007126
File No. 2011013-KI
Posted date Mar 30, 2012
Application number P2011-289332
Publication number P2013-137977A
Patent number P6125750
Date of filing Dec 28, 2011
Date of publication of application Jul 11, 2013
Date of registration Apr 14, 2017
Inventor
  • (In Japanese)板子 一隆
Applicant
  • (In Japanese)学校法人幾徳学園
Title FUEL CELL POWER GENERATION SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF commons achieved
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell power generation system, in which power generation efficiency of a fuel cell with respect to a fuel consumption amount is high, without using an expensive hydrogen sensor.
SOLUTION: In a detection mode, a microprocessor 32 reads a detection value of a hydrogen sensor 14, measures a detection value of a voltage sensor 20 at the time when it is detected that a fuel consumption amount at a fuel cell (FC) 16 is almost constant, and calculates a total fuel cell current by adding the measured detection value of the voltage sensor 20 and an internal current of the fuel cell (FC) 16 to each other. Also, the microprocessor 32 obtains an efficiency voltage by dividing output power of the fuel cell (FC) 16 obtained from detection values of a second voltage sensor 28 and a second current sensor 26 by the total fuel cell current. In a fuel consumption suppression mode, the microprocessor 32 performs follow-up control by controlling a DC-DC converter 22 so that the efficiency voltage becomes the maximum.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


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。

Field of industrial application (In Japanese)


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。

Scope of claims (In Japanese)
【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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2011289332thum.jpg
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