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JP5481528B2 - Fuel cell control device - Google Patents
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Description

本発明は、燃料電池を常に安定した状態で運転可能な燃料電池制御装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell control device capable of operating a fuel cell in a stable state at all times.

最近、天然ガスやプロパンガスなどの原燃料から得られる水素と空気中の酸素とを使って発電する燃料電池は、高効率で、環境性に優れ、電気エネルギーと熱エネルギーを同時に利用できることから、家庭への普及が広まってきている。   Recently, fuel cells that generate electricity using hydrogen obtained from raw fuel such as natural gas and propane gas and oxygen in the air are highly efficient, environmentally friendly, and can use both electric energy and thermal energy at the same time. The spread to the home is spreading.

この燃料電池を家庭に設置する場合は、ガス給湯器などと同様に高い信頼性が要求され、多少の外乱があってもシステムの停止に至らないようにすることが重要である。   When this fuel cell is installed in a home, high reliability is required as in a gas water heater, and it is important that the system does not stop even if there is some disturbance.

しかし、燃料電池は、水素と酸素との電気化学反応により直流電力を発生させるシステムであるため、水素の発生に必要な原燃料や水の供給、及び酸素、すなわち空気の供給が少しでも変動すると、燃料電池より発生する直流電圧が大きく低下する特性がある。   However, since a fuel cell is a system that generates DC power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, the supply of raw fuel and water necessary for generating hydrogen and the supply of oxygen, that is, air, may fluctuate even slightly. The direct current voltage generated from the fuel cell is greatly reduced.

従来、燃料電池の直流電圧が低下した場合の対応策として、燃料電池の直流電圧の低下に伴い発生する直流電流の増加を抑えるようにした燃料電池システムの制御装置が提案されている(特許文献1)。   Conventionally, as a countermeasure when the direct current voltage of the fuel cell decreases, a control device for a fuel cell system has been proposed which suppresses an increase in direct current generated with a decrease in the direct current voltage of the fuel cell (Patent Document). 1).

この燃料電池システムの制御装置は、燃料電池より発生する直流電力を交流電力に変換する変換器を燃料電池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することにより、燃料電池への負担を軽減し、耐久性を向上させるようにしたものである。   The control device of this fuel cell system suppresses the direct current value at the stage where the direct current voltage of the fuel cell is starting to decrease at the stage where the direct current power generated from the fuel cell is converted into alternating current power. This reduces the burden on the fuel cell and improves the durability.

特開2004−327055号公報JP 2004-327055 A

しかし、かかる従来の燃料電池システムの制御装置では、燃料電池の経時劣化等による緩やかな電圧低下に対しては燃料電池への影響を低減し、システムの運転を継続することが可能であるが、急激な電圧低下の場合には直流電力を過度に取出すため、燃料電池の特性を劣化させたり、電圧低下により運転継続ができなくなったりして、システムが停止に至る可能性がある。   However, in such a conventional fuel cell system control device, it is possible to reduce the influence on the fuel cell against a gradual voltage drop due to deterioration of the fuel cell over time, etc., and to continue the operation of the system. In the case of a sudden voltage drop, DC power is excessively taken out, so that the characteristics of the fuel cell are deteriorated or the operation cannot be continued due to the voltage drop, and the system may be stopped.

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、燃料電池の急激な電圧低下に対する耐久性に優れ、経時劣化に対しても対応可能な安定した燃料電池制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a stable fuel cell control device that is excellent in durability against rapid voltage drop of a fuel cell and can cope with deterioration with time. With the goal.

本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段により燃料電池制御装置を構成する。   In order to achieve the above object, the present invention constitutes a fuel cell control device by the following means.

請求項1に対応する発明は、水素生成器と、この水素生成器により生成される水素リッチなガスと酸化剤ガスとを反応させて直流電力を発生させる燃料電池スタックと、この燃料電池スタックより発生する直流電力を交流電力に変換して系統へ連系出力する電力変換装置と、発電に必要なプロセス系及び前記電力変換装置を制御する制御手段と、前記燃料電池スタックの発電電圧を測定して前記制御手段に入力する直流電圧計測手段とを備え、前記制御手段は、発電電力指令値により前記電力変換装置を電力制御すると共に、前記直流電圧計測手段で測定された前記燃料電池スタックの発電電圧が設定値より低下すると、運転可能な最低値を発電電力指令値として前記電力変換装置を制御することで前記燃料電池スタックの発電電圧を上昇させるThe invention corresponding to claim 1 includes a hydrogen generator, a fuel cell stack that generates direct-current power by reacting a hydrogen-rich gas generated by the hydrogen generator and an oxidant gas, and the fuel cell stack. A power converter that converts the generated DC power into AC power and outputs it to the grid, a process system necessary for power generation, a control means for controlling the power converter, and a generated voltage of the fuel cell stack. a DC voltage measuring means for inputting to the control means Te, the control means is configured to power control the power conversion device by power generation command value, the power generation of the fuel cell stack measured at the DC voltage measuring means When the voltage drops below the set value, increasing of the power generation voltage of the fuel cell stack by controlling the power converting device operable minimum value as power generation command value That.

請求項に対応する発明は、請求項に対応する発明の燃料電池制御装置において、前記制御手段は、回数記録手段を備え、この回数記録手段に直流電圧低下から定常運転状態への復帰の繰返し回数を記録し、その回数が所定回数を超過した場合は、前記電力変換装置に与える発電電力指令値を出力可能な最低値として運転を継続させる。 According to a second aspect of the present invention, in the fuel cell control apparatus according to the first aspect of the present invention, the control means includes a number of times recording means, and the number of times recording means is adapted to recover from a DC voltage drop to a steady operation state. When the number of repetitions is recorded and the number exceeds the predetermined number, the operation is continued with the generated power command value given to the power conversion device as the lowest outputable value.

本発明によれば、燃料電池の急激な電圧低下に対する耐久性に優れ、経時劣化に対しても対応可能な安定したものとなし得る。   According to the present invention, the fuel cell is excellent in durability against a rapid voltage drop, and can be stable so as to cope with deterioration over time.

本発明による燃料電池制御装置の第1の実施形態を示すブロック構成図。1 is a block configuration diagram showing a first embodiment of a fuel cell control device according to the present invention. FIG. 同実施形態における電力変換装置の内部構成を示すブロック回路図。The block circuit diagram which shows the internal structure of the power converter device in the embodiment. 同実施形態におけるスイッチングゲートON/OFF信号と電力変換装置の入力/出力の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the switching gate ON / OFF signal in the same embodiment, and the input / output of a power converter device. 本発明による燃料電池制御装置の第2の実施形態におけるスイッチングゲートON/OFF信号の変化と出力変化の例を示す図。The figure which shows the example of the change of the switching gate ON / OFF signal and output change in 2nd Embodiment of the fuel cell control apparatus by this invention. 本発明による燃料電池制御装置の第3の実施形態を示すブロック構成図。The block block diagram which shows 3rd Embodiment of the fuel cell control apparatus by this invention. 本発明による燃料電池制御装置の第4の実施形態を示すブロック構成図。The block block diagram which shows 4th Embodiment of the fuel cell control apparatus by this invention. 本発明による燃料電池制御装置の第5の実施形態を示すブロック構成図。The block block diagram which shows 5th Embodiment of the fuel cell control apparatus by this invention. 同実施形態における直流電流と直流電圧の関係を示す特性図。The characteristic view which shows the relationship between the direct current and direct-current voltage in the embodiment. 本発明による燃料電池制御装置の第6の実施形態を示すブロック構成図。The block block diagram which shows 6th Embodiment of the fuel cell control apparatus by this invention.

以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は本発明による燃料電池制御装置の第1の実施形態を示すブロック構成図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a fuel cell control device according to the present invention.

図1において、1は天然ガスやプロパンガスなどの原燃料が供給され、原燃料を改質して水素リッチなガスを生成する水素生成器、2は空気を取込む送風機、3は水素生成器1で生成された水素リッチなガスと送風機2により取込んだ空気とが供給され、電気化学反応により電気エネルギーと熱エネルギーを発生する燃料電池スタックで、これらは燃料電池を構成する。   In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a hydrogen generator that is supplied with raw fuel such as natural gas or propane gas, reforms the raw fuel to generate a hydrogen-rich gas, 2 is a blower that takes in air, and 3 is a hydrogen generator. 1 is a fuel cell stack that is supplied with the hydrogen-rich gas generated in 1 and the air taken in by the blower 2 and generates electric energy and thermal energy by an electrochemical reaction, and these constitute a fuel cell.

また、4は燃料電池スタック3で発生した熱エネルギーを回収する温水ラインに接続された貯湯タンク、5は燃料電池スタック3で電気エネルギーとして発生した直流電力が入力され、この直流電力を交流電力に変換する電力変換装置である。   Also, 4 is a hot water storage tank connected to a hot water line that recovers thermal energy generated in the fuel cell stack 3, 5 is input DC power generated as electrical energy in the fuel cell stack 3, and this DC power is converted into AC power. It is the power converter device which converts.

一方、6は制御装置で、この制御装置6は燃料電池スタック3に対して、原燃料、空気、水素リッチなガスなどを供給・制御するために必要な機器類との間で信号の授受を行う機器類制御手段と電力変換装置5の間で信号の授受を行う電力制御手段から構成されているが、ここでは電力変換装置5の間で信号の授受を行う電力制御手段を中心に説明する。   On the other hand, 6 is a control device, and this control device 6 sends and receives signals to and from equipment necessary for supplying and controlling raw fuel, air, hydrogen-rich gas, and the like to the fuel cell stack 3. Although it is comprised from the power control means to perform transmission / reception of the signal between the equipment control means to perform and the power converter device 5, it demonstrates focusing on the power control means to perform transmission / reception of the signal between the power converter devices 5 here. .

また、9はこの制御装置6に燃料電池スタック3と電力変換装置5との間を結ぶ直流ラインに設けられた直流電圧検出手段で、この直流電圧検出手段9により検出された直流電圧信号9aは電力変換装置5及び制御装置6にそれぞれ入力される。   Reference numeral 9 denotes a DC voltage detecting means provided on the DC line connecting the fuel cell stack 3 and the power converter 5 to the control device 6. The DC voltage signal 9a detected by the DC voltage detecting means 9 is Input to the power conversion device 5 and the control device 6 respectively.

ここで、上記電力変換装置5は、図2に示すように直流電力を交流電力に変換する電力変換部5a、この電力変換部5aを制御する制御部5b及び電力変換部5aの入力側に設けられたスイッチング回路5cから構成されている。   Here, as shown in FIG. 2, the power converter 5 is provided on the input side of a power converter 5a that converts DC power into AC power, a controller 5b that controls the power converter 5a, and the power converter 5a. Switching circuit 5c.

また、上記制御装置6は、電力変換装置5の制御部5bに発電電力指令値7を出力すると共に、電力変換装置5のスイッチング回路5cに直流電圧検出手段9により検出された直流電圧信号9aが設定値より低下すると、スイッチングゲートON/OFF信号8を出力する機能を備えている。   The control device 6 outputs the generated power command value 7 to the control unit 5b of the power conversion device 5, and the DC voltage signal 9a detected by the DC voltage detection means 9 is supplied to the switching circuit 5c of the power conversion device 5. When it falls below the set value, it has a function of outputting a switching gate ON / OFF signal 8.

次に上記のように構成された燃料電池制御装置の作用について説明する。   Next, the operation of the fuel cell control device configured as described above will be described.

まず、通常時の作用を述べる。   First, the normal operation will be described.

図1において、天然ガスやプロパンガスなどの原燃料は、水素生成器1で水素リッチなガスに改質され、燃料電池スタック3に供給される。同時に、送風機2により空気が燃料電池スタック3に供給され、水素と空気中の酸素から電気化学反応により電気と熱が発生する。   In FIG. 1, raw fuel such as natural gas or propane gas is reformed into a hydrogen-rich gas by the hydrogen generator 1 and supplied to the fuel cell stack 3. At the same time, air is supplied to the fuel cell stack 3 by the blower 2, and electricity and heat are generated from hydrogen and oxygen in the air by an electrochemical reaction.

この燃料電池スタック3で発生した熱は温水循環ラインを通って回収され、貯湯タンク4に貯えられ、家庭の熱負荷として利用される。   The heat generated in the fuel cell stack 3 is collected through a hot water circulation line, stored in a hot water storage tank 4, and used as a household heat load.

一方、燃料電池スタック3で発生した直流電力は、電力変換装置5により交流電力に変換され、商用電力系統と連系運転し、家庭内の電力負荷で消費される。   On the other hand, the DC power generated in the fuel cell stack 3 is converted into AC power by the power converter 5, operates in an interconnected manner with a commercial power system, and is consumed by a household power load.

発電に際しては、制御装置6の機器類制御手段により適正な量の原燃料と空気の供給、水素生成器1の温度制御、排熱回収、電力変換装置5の出力電力変更など、各機器、プロセス量の制御を行う。   During power generation, each device and process, such as supply of an appropriate amount of raw fuel and air, temperature control of the hydrogen generator 1, exhaust heat recovery, change of output power of the power conversion device 5, etc., by the device control means of the control device 6 Control the amount.

そして、通常運転時の電力変換装置5は、制御装置6より発電電力指令値7を受け取り、制御部5bによる電力変換部5aの制御により発電電力指令値通りの電力制御を行う。   The power conversion device 5 during normal operation receives the generated power command value 7 from the control device 6, and performs power control according to the generated power command value by the control of the power conversion unit 5a by the control unit 5b.

このような制御が行われているとき、原燃料、空気、水素などの変動により急激に燃料電池スタック3より出力される直流電圧が低下すると、制御装置6から電力変換装置5のスイッチング回路5cに図3に示すようなスイッチングゲートON/OFF信号が入力され、間欠的に電力変換部5aへの直流電力の入力が停止する状態となる。   When such control is performed, if the direct-current voltage output from the fuel cell stack 3 suddenly decreases due to fluctuations in raw fuel, air, hydrogen, etc., the control device 6 switches to the switching circuit 5c of the power conversion device 5. A switching gate ON / OFF signal as shown in FIG. 3 is input, and the input of DC power to the power conversion unit 5a is intermittently stopped.

すると、燃料電池スタック3の出力電圧が徐々に上昇し、所定の電圧まで上昇した時点でスイッチングゲートON/OFF信号を常時ONにして通常の運転状態へ復活させる。   Then, the output voltage of the fuel cell stack 3 gradually rises, and when the voltage rises to a predetermined voltage, the switching gate ON / OFF signal is always turned on to restore the normal operation state.

なお、制御部5bより電力変換部5aを制御する電力変換のためのスイッチングゲートパルスは、数kHz〜数十kHzの高速なON/OFF信号であるが、ここでのスイッチングゲートON/OFF信号8は、制御部5bにより電力変換部5aを高速なスイッチングを行う時間をON、行わない時間をOFFとして表現している。   Note that the switching gate pulse for power conversion for controlling the power conversion unit 5a from the control unit 5b is a high-speed ON / OFF signal of several kHz to several tens of kHz, but here the switching gate ON / OFF signal 8 Represents that the time for performing high-speed switching of the power conversion unit 5a by the control unit 5b is ON and the time for not performing the switching is OFF.

このように第1の実施形態によれば、燃料電池スタック3の直流電圧が急激に低下した場合、制御装置6よりスイッチングゲートON/OFF信号8を出力して電力変換装置5のスイッチング回路5cをスイッチング制御することにより、電力変換装置5の入力電流、すなわち燃料電池スタック3の出力電流を抑制することができるので、燃料電池スタック3の直流電圧が上昇する。例えば、スイッチングゲートON/OFFを1ミリ秒周期で実施した場合は、直流電流は1/2に低下し、直流電圧が安定運転可能な電圧まで上昇する。   As described above, according to the first embodiment, when the DC voltage of the fuel cell stack 3 sharply decreases, the switching gate ON / OFF signal 8 is output from the control device 6 and the switching circuit 5c of the power conversion device 5 is activated. By performing the switching control, the input current of the power conversion device 5, that is, the output current of the fuel cell stack 3 can be suppressed, so that the DC voltage of the fuel cell stack 3 increases. For example, when the switching gate ON / OFF is performed at a cycle of 1 millisecond, the direct current decreases to ½, and the direct current voltage increases to a voltage at which stable operation is possible.

このとき、ON/OFF周期を短くしているため、燃料電池スタック3内部での局所的な電気化学反応の促進による水素欠乏、酸素欠乏などは発生せず、燃料電池スタック3の特性に影響を与えることはない。   At this time, since the ON / OFF cycle is shortened, hydrogen deficiency, oxygen deficiency, etc. due to promotion of local electrochemical reaction inside the fuel cell stack 3 do not occur, and the characteristics of the fuel cell stack 3 are affected. Never give.

また、スイッチングゲートON/OFF信号8のON/OFF間隔、周期を変更することにより、あらゆるレベルに燃料電池スタック3の出力電流を変更することが可能である。例えば、1ミリ秒のOFFと3ミリ秒のONを繰返すことにより、燃料電池スタック3の出力電流は変更開始前の75%となる。   Further, the output current of the fuel cell stack 3 can be changed to any level by changing the ON / OFF interval and cycle of the switching gate ON / OFF signal 8. For example, by repeating OFF for 1 millisecond and ON for 3 milliseconds, the output current of the fuel cell stack 3 becomes 75% before the start of the change.

以上は電力変換装置5の制御部5bにより制御される電力変換部5aの入力側にスイッチング回路5cを設ける場合について述べたが、電力変換部5aの出力側にスイッチング回路5cを設けて電力変換装置5の出力電力を制限するようにしても上記と同様の作用効果を得ることができる。   Although the above has described the case where the switching circuit 5c is provided on the input side of the power conversion unit 5a controlled by the control unit 5b of the power conversion device 5, the switching circuit 5c is provided on the output side of the power conversion unit 5a. Even when the output power of 5 is limited, the same effect as described above can be obtained.

また、スイッチングゲートON/OFF信号8は、電力変換装置5の制御部5bに入力し、制御部5b経由でスイッチング回路5cを動作させても同様の作用効果を得ることができる。   The switching gate ON / OFF signal 8 can be input to the control unit 5b of the power converter 5 and the switching circuit 5c can be operated via the control unit 5b to obtain the same effect.

さらに、直流電圧信号9aは、電力変換装置5の制御部5bに入力されていることから、制御装置6の代わりに制御部5bが判断を行い、スイッチング回路5cを動作させても同様の作用効果を得ることができる。   Further, since the DC voltage signal 9a is input to the control unit 5b of the power conversion device 5, the same operation and effect can be achieved even when the control unit 5b makes a determination instead of the control device 6 and operates the switching circuit 5c. Can be obtained.

(第2の実施形態)
図4は本発明による燃料電池制御装置の第2の実施形態を説明するためのスイッチングゲートON/OFF信号を示す図である。なお、燃料電池制御装置の構成は図1と同様なので、ここではその説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a diagram showing a switching gate ON / OFF signal for explaining a second embodiment of the fuel cell control apparatus according to the present invention. Since the configuration of the fuel cell control device is the same as that in FIG. 1, the description thereof is omitted here.

第2の実施形態では、燃料電池スタック3より出力される直流電圧の低下時に制御装置6より電力変換装置5のスイッチング回路5cに出力されるスイッチングゲートON/OFF信号として、ON/OFFの間隔を例えば図4に示すように徐々に変化させて通常の運転状態に復活させるようにしたものである。 In the second embodiment, the ON / OFF interval is set as the switching gate ON / OFF signal output from the control device 6 to the switching circuit 5c of the power conversion device 5 when the DC voltage output from the fuel cell stack 3 decreases. For example, as shown in FIG. 4, it is gradually changed to restore the normal operating state.

すなわち、まず、制御装置6より電力変換装置5のスイッチング回路5cに与えるスッチングゲートON/OFF信号として、図4(a)に示すように1ミリ秒のOFFと1ミリ秒のONを繰返すことにより、燃料電池スタック3の出力電流を変更開始前の50%とし、次に同図(b)に示すように1ミリ秒のOFFと2ミリ秒のONを繰返すことにより、燃料電池スタック3の出力電流を66%とし、その後同図(c)に示すように1ミリ秒のOFFと3ミリ秒のONを繰返すことにより、燃料電池スタック3の出力電流を75%とし、次いで同図(d)に示すように1ミリ秒のOFFと4ミリ秒のONを繰返すことにより、燃料電池スタック3の出力電流を80%とするという具合に変化させて、通常運転に復帰させる。 That is, first, the control device as a S w Tchingugeto ON / OFF signal given to the switching circuit 5c of the power converter 5 from 6, to repeat the 1 millisecond OFF and ON of 1 millisecond as shown in FIG. 4 (a) As a result, the output current of the fuel cell stack 3 is set to 50% before the start of the change, and then, as shown in FIG. The output current is set to 66%, and thereafter, the output current of the fuel cell stack 3 is set to 75% by repeating the OFF for 1 millisecond and the ON for 3 milliseconds as shown in FIG. As shown in (1), the output current of the fuel cell stack 3 is changed to 80% by repeating the OFF of 1 millisecond and the ON of 4 milliseconds, thereby returning to the normal operation.

このようにスイッチングゲートON/OFF信号のON/OFFの間隔を徐々に変化させることにより、通常運転状態に復帰するまでの燃料電池スタック3の発電電力変化が第1の実施形態よりも緩やかとなり、より耐久性を高くすることができる。   By gradually changing the ON / OFF interval of the switching gate ON / OFF signal in this way, the change in the generated power of the fuel cell stack 3 until returning to the normal operation state becomes slower than in the first embodiment, The durability can be further increased.

上記実施形態では、スイッチングゲートON/OFF信号のON/OFFの間隔を変化させたが、ON/OFFの周期を徐々に変更しても同様の効果を得ることができる。   In the above embodiment, the ON / OFF interval of the switching gate ON / OFF signal is changed, but the same effect can be obtained even if the ON / OFF cycle is gradually changed.

(第3の実施形態)
図5は本発明による燃料電池制御装置の第3の実施形態を示すブロック構成図で、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。
(Third embodiment)
FIG. 5 is a block diagram showing a third embodiment of the fuel cell control device according to the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and different parts will be described here.

前述した第1の実施形態又は第2の実施形態において、所定時間内に燃料電池スタック3の直流電圧の低下が所定回数繰返した場合は、一時的ではない何らかの直流電圧低下の原因が発生していることが考えられる。   In the first embodiment or the second embodiment described above, if the decrease in the DC voltage of the fuel cell stack 3 is repeated a predetermined number of times within a predetermined time, a cause of some non-temporary DC voltage decrease has occurred. It is possible that

第3の実施形態では、図5に示すように制御装置6内に燃料電池スタック3の直流電圧の低下発生回数を記録する回数記録手段10を設け、この回数記録手段10に所定時間内に記録された直流電圧の低下発生回数が所定の回数を超えた場合にはスイッチングゲートON/OFF信号8のON/OFF動作を継続させ、燃料電池スタック3の発電出力を低下させた状態で運転を継続させるようにしたものである。   In the third embodiment, as shown in FIG. 5, the control device 6 is provided with a number recording means 10 for recording the number of occurrences of the decrease in the DC voltage of the fuel cell stack 3, and the number recording means 10 records within a predetermined time. When the number of occurrences of the DC voltage drop exceeds a predetermined number, the ON / OFF operation of the switching gate ON / OFF signal 8 is continued, and the operation is continued with the power generation output of the fuel cell stack 3 lowered. It is made to let you.

このような構成の燃料電池制御装置において、急激に燃料電池スタック3の直流電圧が低下すると、第1の実施形態と同様に制御装置6より電力変換装置5のスイッチング回路5cに出力されるスイッチングゲートON/OFF信号により、燃料電池スタック3の直流電圧が設定電圧まで上昇した後は、スイッチングゲートON/OFF信号を常時ONとして、通常の運転状態に復活させる。   In the fuel cell control device having such a configuration, when the direct-current voltage of the fuel cell stack 3 suddenly decreases, the switching gate output from the control device 6 to the switching circuit 5c of the power converter 5 as in the first embodiment. After the DC voltage of the fuel cell stack 3 rises to the set voltage due to the ON / OFF signal, the switching gate ON / OFF signal is always turned on to restore the normal operation state.

その後、再度燃料電池スタック3の直流電圧が設定電圧よりも低下すると、前述同様にスイッチングゲートON/OFF信号のON/OFFにより、燃料電池スタック3の直流電圧が設定電圧まで上昇するという動作を繰返した時点で回数記録手段10により直流電圧の低下回数を記録し、所定時間内に所定回数を超えた場合にスイッチングゲートON/OFF信号のON/OFF動作を継続させ、燃料電池スタック3の発電出力を低下させた状態で運転を継続する。   After that, when the DC voltage of the fuel cell stack 3 drops below the set voltage again, the operation in which the DC voltage of the fuel cell stack 3 rises to the set voltage due to ON / OFF of the switching gate ON / OFF signal is repeated as described above. When the number of times of decrease in the DC voltage is recorded by the number of times recording means 10 and the predetermined number of times is exceeded within a predetermined time, the ON / OFF operation of the switching gate ON / OFF signal is continued, and the power generation output of the fuel cell stack 3 Continue driving in a state where

このようにすれば、所定時間内に直流電圧の低下回数が所定回数を超えた場合にスイッチングゲートON/OFF信号のON/OFF動作を継続させ、燃料電池スタック3の発電出力を低下させた状態で運転を継続することにより無理な出力変動を無くすことが可能となり、燃料電池スタック3や、その他故障箇所への影響を最小限に抑えることができる。   In this way, the ON / OFF operation of the switching gate ON / OFF signal is continued and the power generation output of the fuel cell stack 3 is reduced when the number of DC voltage drops exceeds a predetermined number within a predetermined time. By continuing the operation, it becomes possible to eliminate unreasonable output fluctuations, and to minimize the influence on the fuel cell stack 3 and other failure points.

(第4の実施形態)
図6は本発明による燃料電池制御装置の第4の実施形態を示すブロック構成図で、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is a block diagram showing a fourth embodiment of the fuel cell control apparatus according to the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted, and different parts will be described here.

第4の実施形態では、図6に示すように制御装置6内に燃料電池スタック3の直流電圧が設定値よりも低下し、スイッチングゲートON/OFF信号のON/OFFを開始した時点で時刻計測を開始する時刻計測手段11を設け、この時刻計測手段11による計測時間が所定時間以上経過しても燃料電池スタック3の直流電圧が設定電圧以上の電圧まで上昇しないとき、発電電力指令値7をスイッチングゲートON/OFF信号のON/OFF間隔又は周期から決まる出力低減割合に応じて低下させ、燃料電池スタック3の発電出力を低下させた状態で運転を継続させるようにしたものである。   In the fourth embodiment, as shown in FIG. 6, the time is measured when the DC voltage of the fuel cell stack 3 falls below the set value in the control device 6 and the switching gate ON / OFF signal is turned on / off. When the DC voltage of the fuel cell stack 3 does not rise to a voltage equal to or higher than the set voltage even when the measurement time by the time measurement means 11 has exceeded a predetermined time, the generated power command value 7 is set. The operation is continued in a state in which the power generation output of the fuel cell stack 3 is lowered by lowering it according to the output reduction rate determined from the ON / OFF interval or cycle of the switching gate ON / OFF signal.

このようにすれば、前述した第1の実施形態又は第2の実施形態の動作を継続させることなく、燃料電池スタック3が安定運転可能な出力で運転を継続することができる。また、燃料電池スタック3の直流電圧が経時的に低下してきた場合にも、燃料電池スタック3の出力を下げた状態で安定した運転を継続することができる。   In this way, the operation of the fuel cell stack 3 can be continued with an output capable of stable operation without continuing the operation of the first embodiment or the second embodiment described above. Further, even when the direct current voltage of the fuel cell stack 3 decreases with time, stable operation can be continued with the output of the fuel cell stack 3 lowered.

(第5の実施形態)
図7は本発明による燃料電池制御装置の第5の実施形態を示すブロック構成図で、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。
(Fifth embodiment)
FIG. 7 is a block diagram showing a fifth embodiment of the fuel cell control apparatus according to the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and different parts will be described here.

第5の実施形態では、電力変換装置5にスイッチング回路を設けずに、制御装置6に運転可能な最低出力の発電電力指令値7aを設定し、燃料電池スタック3の直流電圧が設定値より低下すると、制御装置6より電力変換装置5の変換部に運転可能な最低出力とすべき発電電力指令値7aを制御部に与えるようにしたものである。   In the fifth embodiment, the power conversion device 5 is not provided with a switching circuit, and the control device 6 is set with a minimum output power command value 7a that can be operated, and the DC voltage of the fuel cell stack 3 is lower than the set value. Then, the generated power command value 7a that should be the minimum output that can be operated from the control device 6 to the conversion unit of the power conversion device 5 is given to the control unit.

このような構成の燃料電池制御装置において、通常運転時は制御装置6より電力変換装置5の制御部に与えられる発電電力指令値7により指令値通りの電力制御が行われている。   In the fuel cell control device having such a configuration, during normal operation, power control according to the command value is performed by the generated power command value 7 given from the control device 6 to the control unit of the power conversion device 5.

図8は、燃料電池スタック3の直流電流と直流電圧との関係を示す特性図である。   FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the direct current and direct current voltage of the fuel cell stack 3.

いま、電力変換装置5の電力制御により図8の(イ)点で運転を行っているとき、原燃料、空気、水素などの変動により急激に直流電圧が低下すると、運転点が図8の(イ)点から(ロ)点に移行し、直流電圧が低下すると同時に直流電流が増加する。   Now, when the operation is performed at the point (a) in FIG. 8 by the power control of the power converter 5, if the DC voltage is suddenly lowered due to fluctuations in raw fuel, air, hydrogen, etc., the operation point is changed to ( From point a) to point (b), the direct current increases at the same time as the direct current voltage drops.

すると、制御装置6は、図8に示す直流電流―直流電圧の特性において、制御可能な最低出力とする発電電力指令値7aを電力変換装置5に伝送すると、運転点が(ロ)点から(ハ)点に移行する。そして、電圧低下の原因が一時的なものであれば、(ハ)点の最低出力で一定時間運転している間に、運転点が(ハ)点から(ニ)点に移行する。   Then, when the control device 6 transmits the generated power command value 7a, which is the minimum controllable output, to the power conversion device 5 in the DC current-DC voltage characteristics shown in FIG. C) Move to point. If the cause of the voltage drop is temporary, the operating point shifts from point (c) to point (d) while operating for a certain period of time at the minimum output at point (c).

この運転点が(ニ)点に移行してから一定時間経過後、制御装置6から電力変換装置5に伝送される発電電力指令値7を元の値に戻し、(イ)点の運転状態に復活させる。   After a certain period of time has elapsed since this operating point shifted to point (d), the generated power command value 7 transmitted from the control device 6 to the power converter 5 is returned to the original value, and the operating state at point (a) is reached. Revive.

本実施形態によれば、通常運転状態にあるとき、原燃料、空気、水素などの変動により急激に直流電圧が低下しても、発電電力を最低出力まで低下させることにより燃料電池スタック3の直流電圧が上昇するので、継続運転を行うことができる。   According to the present embodiment, when the DC voltage is suddenly reduced due to fluctuations in raw fuel, air, hydrogen, etc., during normal operation, the generated power is reduced to the minimum output to reduce the direct current of the fuel cell stack 3. Since the voltage increases, continuous operation can be performed.

また、一時的な直流電圧の低下であれば、発電電力指令値7を元の値に戻した後も、前回の出力設定値のまま運転を継続することができる。   Further, if the DC voltage is temporarily decreased, the operation can be continued with the previous output set value even after the generated power command value 7 is returned to the original value.

なお、制御可能な最低出力としても、さらに直流電圧が低下する場合は、運転継続が不可能なため、停止することになるが、他の保護システムで検出できなくても自動的に停止に至ることから、安全性の高いシステムとすることができる。   Note that even if the DC voltage drops further, even if it is the lowest controllable output, it will stop because it cannot continue operation, but it will automatically stop even if it cannot be detected by other protection systems. Therefore, it can be set as a highly safe system.

(第6の実施形態)
図9は本発明による燃料電池制御装置の第6の実施形態を示すブロック構成図で、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。
(Sixth embodiment)
FIG. 9 is a block diagram showing a sixth embodiment of the fuel cell control device according to the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and different parts will be described here.

第6の実施形態では、図9に示すように電力変換装置5にスイッチング回路を設けずに、制御装置6に運転可能な最低出力の発電電力指令値7aを設定し、且つ制御装置6内に設定値以下の直流電圧の低下と定常運転状態への復帰との繰返し回数を記録する回数記録手段10を設け、この回数記録手段10に所定時間内に記録された繰返し回数が所定の回数を超えた場合には、制御装置6より運転可能な最低出力となし得る発電電力指令値7aを電力変換装置5の制御部に与えて、燃料電池スタック3の発電出力を最低値として運転を継続させるようにしたものである。   In the sixth embodiment, as shown in FIG. 9, the power conversion device 5 is not provided with a switching circuit, and the control device 6 is set with a minimum output power generation command value 7a that can be operated. A number recording means 10 is provided for recording the number of repetitions of the decrease in the DC voltage below the set value and the return to the steady operation state, and the number of repetitions recorded in the number recording means 10 within a predetermined time exceeds the predetermined number. In such a case, the controller 7 of the power converter 5 is provided with the generated power command value 7a that can be made the minimum output that can be operated from the control device 6, and the operation is continued with the power generation output of the fuel cell stack 3 as the minimum value. It is a thing.

このような構成の燃料電池制御装置において、電力変換装置5の電力制御により通常運転を行っているとき、原燃料、空気、水素などの変動により急激に直流電圧が低下すると、第5の実施形態と同様に発電電力指令値7を制御可能な最低出力として燃料電池スタック3の直流電圧を復活させる。そして、一定時間経過後に元の発電電力指令値7に戻した後、再度直流電圧が設定値以下に低下し、発電電力指令値を運転可能な最低出力まで低下させるという動作を繰返したときに、その発電電力指令値を運転可能な最低出力まで低下させた回数を回数記録手段10に記録し、所定の時間内に最低出力まで低下させた回数が所定の回数を超えたとき、発電電力指令値7aを電力変換装置5に与えて運転可能な最低出力での運転を継続させ、燃料電池スタック3の発電出力を低下させた状態で運転を継続する。   In the fuel cell control device having such a configuration, when the normal operation is performed by the power control of the power conversion device 5, if the direct current voltage is suddenly lowered due to fluctuations in raw fuel, air, hydrogen, etc., the fifth embodiment Similarly, the DC voltage of the fuel cell stack 3 is restored with the generated power command value 7 as the lowest controllable output. Then, after returning to the original generated power command value 7 after a lapse of a certain time, the DC voltage is again lowered below the set value, and when the operation of reducing the generated power command value to the lowest operable output is repeated, The number of times that the generated power command value has been reduced to the minimum operable output is recorded in the frequency recording means 10, and when the number of times the generated power command value has been reduced to the minimum output within a predetermined time exceeds the predetermined number, the generated power command value 7a is given to the power converter 5 to continue the operation at the lowest output that can be operated, and the operation is continued with the power generation output of the fuel cell stack 3 lowered.

本実施形態によれば、第5の実施形態の動作が所定時間内に所定の回数以上繰返した場合は、一時的ではない何らかの直流電圧の低下原因が発生しているものとして、無理な出力変動を止めることにより、燃料電池スタック3や、その他故障箇所への影響を最小限に抑えることができる。さらに、燃料電池スタック3の経時変化により直流電圧が低下してきた場合にも、電力変換装置5の出力を下げて安定した運転を継続することができる。   According to the present embodiment, when the operation of the fifth embodiment is repeated a predetermined number of times within a predetermined time, it is assumed that some cause of a decrease in DC voltage that is not temporary has occurred, and an unreasonable output fluctuation By stopping the operation, the influence on the fuel cell stack 3 and other failure points can be minimized. Furthermore, even when the direct current voltage has decreased due to the change with time of the fuel cell stack 3, the output of the power conversion device 5 can be lowered to continue the stable operation.

1…水素生成器、2…送風機、3…燃料電池スタック、4…貯湯タンク、5…電力変換装置、6…制御装置、7,7a…発電電力指令値、8…スイッチングゲートON/OFF信号、9…直流電圧検出手段、9a…直流電圧検出信号、10…回数記録手段、11…時刻計測手段   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hydrogen generator, 2 ... Blower, 3 ... Fuel cell stack, 4 ... Hot water storage tank, 5 ... Power converter, 6 ... Control apparatus, 7, 7a ... Generated power command value, 8 ... Switching gate ON / OFF signal, DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... DC voltage detection means, 9a ... DC voltage detection signal, 10 ... Count recording means, 11 ... Time measurement means

Claims (2)

水素生成器と、この水素生成器により生成される水素リッチなガスと酸化剤ガスとを反応させて直流電力を発生させる燃料電池スタックと、この燃料電池スタックより発生する直流電力を交流電力に変換して系統へ連系出力する電力変換装置と、発電に必要なプロセス系及び前記電力変換装置を制御する制御手段と、前記燃料電池スタックの発電電圧を測定して前記制御手段に入力する直流電圧計測手段とを備え、
前記制御手段は、発電電力指令値により前記電力変換装置を電力制御すると共に、前記直流電圧計測手段で測定された前記燃料電池スタックの発電電圧が設定値より低下すると、運転可能な最低値を発電電力指令値として前記電力変換装置を制御することで前記燃料電池スタックの発電電圧を上昇させることを特徴とする燃料電池制御装置。
A hydrogen generator, a fuel cell stack that generates direct-current power by reacting a hydrogen-rich gas generated by the hydrogen generator and an oxidant gas, and converts the direct-current power generated from the fuel cell stack into alternating current power A power converter that interconnects and outputs to the grid, a process system necessary for power generation and a control means that controls the power converter, and a DC voltage that measures the power generation voltage of the fuel cell stack and inputs it to the control means Measuring means,
It said control means generating as well as power controlling the power converter by power generation command value, when the generated voltage of the fuel cell stack measured at the DC voltage measuring means is lower than a set value, the operation lowest possible value A fuel cell control device that raises the power generation voltage of the fuel cell stack by controlling the power conversion device as a power command value .
請求項1記載の燃料電池制御装置において、
前記制御手段は、回数記録手段を備え、この回数記録手段に直流電圧低下から定常運転状態への復帰の繰返し回数を記録し、その回数が所定回数を超過した場合は、前記電力変換装置に与える発電電力指令値を出力可能な最低値として運転を継続させることを特徴とする燃料電池制御装置。
The fuel cell control device according to claim 1, wherein
The control means includes a number of times recording means, and records the number of repetitions of the return from the DC voltage drop to the steady operation state in the number of times recording means, and when the number of times exceeds a predetermined number, gives the power converter A fuel cell control device characterized in that the operation is continued with the generated power command value as a minimum value that can be output.
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JPS62259354A (en) * 1986-05-02 1987-11-11 Toshiba Corp Fuel cell power generating system
JPS62278764A (en) * 1986-05-28 1987-12-03 Toshiba Corp Fuel cell power generating plant
JP2004265671A (en) * 2003-02-28 2004-09-24 Hitachi Ltd Fuel cell operation control method and apparatus
JP4704690B2 (en) * 2004-02-06 2011-06-15 株式会社日立製作所 Fuel cell power generation system
JP2006147404A (en) * 2004-11-22 2006-06-08 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system

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