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POWER GENERATION CONTROL DEVICE FOR FUEL CELL, FUEL CELL POWER GENERATION SYSTEM, POWER GENERATION CONTROL METHOD FOR FUEL CELL, AND PROGRAM commons achieved

Patent code P120007167
File No. 2010005-KI
Posted date Apr 3, 2012
Application number P2010-175239
Publication number P2012-038457A
Patent number P5972526
Date of filing Aug 4, 2010
Date of publication of application Feb 23, 2012
Date of registration Jul 22, 2016
Inventor
  • (In Japanese)板子 一隆
Applicant
  • (In Japanese)学校法人幾徳学園
Title POWER GENERATION CONTROL DEVICE FOR FUEL CELL, FUEL CELL POWER GENERATION SYSTEM, POWER GENERATION CONTROL METHOD FOR FUEL CELL, AND PROGRAM commons achieved
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve efficient operation while suppressing the fuel consumption of a fuel cell.
SOLUTION: A power generation control device 1 includes first detection parts 22, 23 which detect output electric power of a fuel cell 13, and a control part 31 which controls a fuel supply amount of the fuel cell 13. The control part 31 makes the first detection parts 22, 23 detect output electric power associated with a plurality of fuel supply amounts, computes ratios of output electric power to respective detected fuel supply amounts as power-fuel ratios C, and selects Cmax with the largest power-fuel ratio among the plurality of fuel supply amounts, thereby making the fuel cell 13 generate electric power with the selected fuel-supply amount.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


二酸化炭素の排出量問題、省エネルギー問題などの対策として、燃料電池が注目されている。
燃料電池は、化学反応または酵素の働きにより電気を直接的に発生するため、一般的に発電効率が良いとされている。
また、燃料電池の化学反応後に生成される物質は主に水である。排出物にNOx成分などが含まれないため、環境にやさしい。



燃料電池には、たとえば固体高分子形燃料電池(PEFC, Polymer Electrolyte Fuel Cell)、りん酸形燃料電池(PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell)、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell)、固体酸化物形燃料電池(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell)、アルカリ電解質形燃料電池(AFC, Alkaline Fuel Cell)がある。
PEFCでは、イオン交換膜に対して水素と酸素とを供給する。イオン交換膜において水素と酸素との化学反応が生じ、電気が発生する。PEFCの運転温度は、約100度と比較的低温である。
他の方式の燃料電池でも、燃料を供給することにより発電する。



このように燃料電池は、燃料が供給されることにより発電する。
燃料電池は、燃料が継続的に供給されることにより、継続的に発電し続ける。
また、燃料電池の出力電力特性には、通常、ピークがある。
そこで、燃料電池では、燃料電池の出力電力が最大となる動作点をサーチし、その出力電力が最大となる動作点において燃料電池を運転している(特許文献1から3)。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、燃料電池の発電制御装置、燃料電池発電システム、燃料電池の発電制御方法、およびプログラムに関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
燃料電池の発電電力を変換するDC-DCコンバータと、
前記燃料電池の出力電力を算出する燃料電池・出力電力算出手段と、
前記DC-DCコンバータからの出力電力を蓄積し、負荷機器が接続される電力蓄積要素と、
前記電力蓄積要素の出力電圧を検出する電力蓄積要素・出力電圧検出手段と、
前記燃料電池への燃料供給量を制御して前記燃料電池の発電量を制御し、前記DC-DCコンバータを制御して前記燃料電池の出力電圧を変換して当該変換した電力を電力蓄積要素に蓄積させる、制御部と、
を有する燃料電池の発電制御装置であって、
前記電力蓄積要素の出力電圧が、第3閾値V3<第1閾値(下限値)V1<第4閾値V4<第2閾値(上限値)V2の関係にあり、
前記制御部は、
前記電力蓄積要素の出力電圧が前記第2閾値以上になると、休止モードとして、前記燃料電池への燃料供給を停止し、前記DC/DCコンバータの動作を停止させ、
前記電力蓄積要素の出力電圧が前記第1閾値以下になると、前記燃料電池に燃料の供給を開始し、前記DC/DCコンバータの動作を制御し、
前記電力蓄積要素の出力電圧が前記第1閾値以上前記第2閾値以下のとき、燃料消費抑制モードとして、検出した電力燃料比が最大の電力燃料比で動作するように、前記燃料電池に燃料を供給し、前記DC/DCコンバータの動作を制御し、
前記電力蓄積要素・出力電圧検出手段の検出電圧が前記第1閾値より低い第3閾値以下になると、最大電力モードとして、前記燃料電池が当該燃料電池の最大出力電力点で運転するように、前記燃料電池に燃料を供給し、前記DC/DCコンバータの動作を制御し、
前記制御部は、前記燃料消費抑制モードにおいて、
予め定めた複数の燃料供給量のいずれかで前記燃料電池に燃料が供給されるよう設定し、
前記複数の燃料供給量の各燃料供給量における前記燃料電池・出力電力算出手段で算出した各燃料電池・出力電力を求め、
前記各燃料供給量に対応する前記燃料電池・出力電力算出手段で算出した各燃料電池・出力との比率である複数の電力燃料比を演算し、
前記各電力燃料比のうちで、電力燃料比が最も大きい最大電力燃料比を選択し、
前記選択した最大電力燃料比で動作するように、前記燃料電池に燃料を供給し、前記DC/DCコンバータの動作を制御する、
ことを特徴とする、燃料電池の発電制御装置。

【請求項2】
 
前記各燃料供給量は、前記燃料電池の出力電流の0から運転時の最大電流までの範囲を、複数に分割した前記燃料電池の出力電流に対応した各燃料供給量である、
請求項1に記載の燃料電池の発電制御装置。

【請求項3】
 
前記制御部は、前記燃料消費抑制モードにおいて、前記燃料電池に前記複数の各燃料供給量の燃料が供給されるよう設定したとき、ある燃料供給量から次の燃料供給量切り換えたとき、燃料供給量が安定するまでの間、変化している前記燃料電池の燃料電池・出力電力に追従させて前記DC-DCコンバータの動作を制御する、
請求項1または2に記載の燃料電池の発電制御装置。

【請求項4】
 
前記制御部は、前記複数の燃料供給量の全てについて前記出力電力を検出しても、演算した前記電力燃料比が前回の値より下がらない場合には、最後の検出に用いた燃料供給量を前記最大電力燃料比として選択する、
請求項1~3のいずれかに記載の燃料電池の発電制御装置。

【請求項5】
 
前記制御部は、選択した前記燃料供給量の下で前記燃料電池を発電させている場合に、前記電力蓄積要素の出力電圧が前記第1閾値より低い前記第3閾値以下になると、前記燃料電池の発電のための燃料供給量を、選択した前記燃料供給量の下での発電のための燃料供給量から、前記燃料電池の出力電力が最大となる燃料供給量の下での発電のための燃料供給量に切り替える、
請求項2から4のいずれか一項記載の燃料電池の発電制御装置。

【請求項6】
 
燃料タンクから燃料が供給されて発電する燃料電池と、
前記燃料電池による発電を制御する発電制御装置と、
負荷機器と
を有する燃料電池発電システムであって、
前記発電制御装置は、
燃料電池の発電電力を変換するDC-DCコンバータと、
前記燃料電池の出力電力を算出する燃料電池・出力電力算出手段と、
前記DC-DCコンバータからの出力電力を蓄積し、負荷機器が接続される電力蓄積要素と、
前記電力蓄積要素の出力電圧を検出する電力蓄積要素・出力電圧検出手段と、
前記燃料電池への燃料供給量を制御して前記燃料電池の発電量を制御し、前記DC-DCコンバータを制御して前記燃料電池の出力電圧を変換して当該変換した電力を電力蓄積要素に蓄積させる、制御部と、
を有し、
前記電力蓄積要素の出力電圧が、第3閾値V3<第1閾値(下限値)V1<第4閾値V4<第2閾値(上限値)V2の関係にあり、
前記制御部は、
前記電力蓄積要素の出力電圧が前記第2閾値以上になると、休止モードとして、前記燃料電池への燃料供給を停止し、前記DC/DCコンバータの動作を停止させ、
前記電力蓄積要素の出力電圧が前記第1閾値以下になると、前記燃料電池に燃料の供給を開始し、前記DC/DCコンバータの動作を制御し、
前記電力蓄積要素の出力電圧が前記第1閾値以上前記第2閾値以下のとき、燃料消費抑制モードとして、検出した電力燃料比が最大の電力燃料比で動作するように、前記燃料電池に燃料を供給し、前記DC/DCコンバータの動作を制御し、
前記電力蓄積要素・出力電圧検出手段の検出電圧が前記第1閾値より低い第3閾値以下になると、最大電力モードとして、前記燃料電池が当該燃料電池の最大出力電力点で運転するように、前記燃料電池に燃料を供給し、前記DC/DCコンバータの動作を制御し、
前記制御部は、前記燃料消費抑制モードにおいて、
予め定めた複数の燃料供給量のいずれかで前記燃料電池に燃料が供給されるよう設定し、
前記複数の燃料供給量の各燃料供給量における前記燃料電池・出力電力算出手段で算出した各燃料電池・出力電力を求め、
前記各燃料供給量に対応する前記燃料電池・出力電力算出手段で算出した各燃料電池・出力との比率である複数の電力燃料比を演算し、
前記各電力燃料比のうちで、電力燃料比が最も大きい最大電力燃料比を選択し、
前記選択した最大電力燃料比で動作するように、前記燃料電池に燃料を供給し、前記DC/DCコンバータの動作を制御する、
燃料電池発電システム。

【請求項7】
 
発電制御装置を用いて燃料が供給されると発電する燃料電池の発電制御を行う燃料電池の制御方法であって、
当該発電制御装置は、
燃料電池の発電電力を変換するDC-DCコンバータと、
前記燃料電池の出力電力を算出する燃料電池・出力電力算出手段と、
前記DC-DCコンバータからの出力電力を蓄積し、負荷機器が接続される電力蓄積要素と、
前記電力蓄積要素の出力電圧を検出する電力蓄積要素・出力電圧検出手段と
を有し、
前記燃料電池への燃料供給量を制御して前記燃料電池の発電量を制御し、前記DC-DCコンバータを制御して前記燃料電池の出力電圧を変換して当該変換した電力を電力蓄積要素に蓄積させ、
前記電力蓄積要素の出力電圧が、第3閾値V3<第1閾値(下限値)V1<第4閾値V4<第2閾値(上限値)V2の関係にあり、
当該制御方法は、
前記電力蓄積要素の出力電圧が前記第2閾値以上になると、休止モードとして、前記燃料電池への燃料供給を停止し、前記DC/DCコンバータの動作を停止させ、
前記電力蓄積要素の出力電圧が前記第1閾値以下になると、前記燃料電池に燃料の供給を開始し、前記DC/DCコンバータの動作を制御し、
前記電力蓄積要素の出力電圧が前記第1閾値以上前記第2閾値以下のとき、燃料消費抑制モードとして、検出した電力燃料比が最大の電力燃料比で動作するように、前記燃料電池に燃料を供給し、前記DC/DCコンバータの動作を制御し、
前記電力蓄積要素・出力電圧検出手段の検出電圧が前記第1閾値より低い第3閾値以下になると、最大電力モードとして、前記燃料電池が当該燃料電池の最大出力電力点で運転するように、前記燃料電池に燃料を供給し、前記DC/DCコンバータの動作を制御し、
前記燃料消費抑制モードにおいて、
予め定めた複数の燃料供給量のいずれかで前記燃料電池に燃料が供給されるよう設定し、
前記複数の燃料供給量の各燃料供給量における前記燃料電池・出力電力算出手段で算出した各燃料電池・出力電力を求め、
前記各燃料供給量に対応する前記燃料電池・出力電力算出手段で算出した各燃料電池・出力との比率である複数の電力燃料比を演算し、
前記各電力燃料比のうちで、電力燃料比が最も大きい最大電力燃料比を選択し、
前記選択した最大電力燃料比で動作するように、前記燃料電池に燃料を供給し、前記DC/DCコンバータの動作を制御する、
制御方法。

【請求項8】
 
発電制御装置を用いて燃料が供給されると発電する燃料電池の発電制御を、コンピュータに実行させるプログラムであって、
当該発電制御装置は、
燃料電池の発電電力を変換するDC-DCコンバータと、
前記燃料電池の出力電力を算出する燃料電池・出力電力算出手段と、
前記DC-DCコンバータからの出力電力を蓄積し、負荷機器が接続される電力蓄積要素と、
前記電力蓄積要素の出力電圧を検出する電力蓄積要素・出力電圧検出手段と
を有し、
前記燃料電池への燃料供給量を制御して前記燃料電池の発電量を制御し、前記DC-DCコンバータを制御して前記燃料電池の出力電圧を変換して当該変換した電力を電力蓄積要素に蓄積させ、
前記電力蓄積要素の出力電圧が、第3閾値V3<第1閾値(下限値)V1<第4閾値V4<第2閾値(上限値)V2の関係にあり、
当該プログラムは、
前記電力蓄積要素の出力電圧が前記第2閾値以上になると、休止モードとして、前記燃料電池への燃料供給を停止し、前記DC/DCコンバータの動作を停止させ、
前記電力蓄積要素の出力電圧が前記第1閾値以下になると、前記燃料電池に燃料の供給を開始し、前記DC/DCコンバータの動作を制御し、
前記電力蓄積要素の出力電圧が前記第1閾値以上前記第2閾値以下のとき、燃料消費抑制モードとして、検出した電力燃料比が最大の電力燃料比で動作するように、前記燃料電池に燃料を供給し、前記DC/DCコンバータの動作を制御し、
前記電力蓄積要素・出力電圧検出手段の検出電圧が前記第1閾値より低い第3閾値以下になると、最大電力モードとして、前記燃料電池が当該燃料電池の最大出力電力点で運転するように、前記燃料電池に燃料を供給し、前記DC/DCコンバータの動作を制御し、
前記燃料消費抑制モードにおいて、
予め定めた複数の燃料供給量のいずれかで前記燃料電池に燃料が供給されるよう設定し、
前記複数の燃料供給量の各燃料供給量における前記燃料電池・出力電力算出手段で算出した各燃料電池・出力電力を求め、
前記各燃料供給量に対応する前記燃料電池・出力電力算出手段で算出した各燃料電池・出力との比率である複数の電力燃料比を演算し、
前記各電力燃料比のうちで、電力燃料比が最も大きい最大電力燃料比を選択し、
前記選択した最大電力燃料比で動作するように、前記燃料電池に燃料を供給し、前記DC/DCコンバータの動作を制御する、
諸手順を、コンピュータに実行させるプログラム。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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