JP2735396B2

JP2735396B2 - 燃料電池発電装置の起動方法

Info

Publication number: JP2735396B2
Application number: JP3028169A
Authority: JP
Inventors: 和美福本; 正昭松本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-02-22
Filing date: 1991-02-22
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2013-04-02
Also published as: JPH04267066A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、燃料電池発電装置の
起動方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は例えば特開昭64-12465号公報に示
された従来の燃料電池発電装置の起動回路を示す構成図
である。図５において、(1) は燃料電池本体、(6) は燃
料電池本体(1) に接続されたインバータ、(11)はインバ
ータ(6) に接続された出力変圧器、(12)は出力変圧器(1
1)に接続された系統併入用スイッチ、(13)はスイッチ(1
2)が接続された電力系統であり、インバータ(6) の出力
変圧器(11)と系統併入用スイッチ(12)との間に起動回路
(30)が並列接続されており、この起動回路(30)は起動用
抵抗器(32)と、これを単に入切りするための起動用抵抗
器用スイッチ(31)から構成される。

【０００３】次に図５の動作について説明する。燃料電
池本体(1) に燃料供給を始め、燃料電池出力電圧が上昇
してきたとき、その出力電圧を制限するためにスイッチ
(31)により起動用抵抗器(32)を接続し、インバータ(6)
を動作させる。ここでインバータ(6) はそれ自身がもつ
電圧制御機能により起動用抵抗器(32)に印加される電圧
を調整し、その消費電力を増減する。こうすることによ
り起動時の燃料電池電圧を許容レベル以下に保ち、燃料
電池本体(1) に急変を与えることなく連続的に電圧制御
を行うものである。

【０００４】また図６は特開昭61-157270号公報に示さ
れた従来の燃料電池発電装置の起動回路を示す構成図で
ある。図６において、(1) は燃料電池本体、(2) は燃
料、(3) は空気、(4) は燃料電池本体(1)の直流出力、
(21)は保全用抵抗器、(22)は保全用抵抗器用スイッチ、
(23)は直流遮断器、(6) はインバータ、(11)は出力変圧
器、(12)は系統併入用スイッチ、(13)は電力系統であ
る。

【０００５】次に図６の動作を、空気供給量の上昇に伴
う電池直流出力電圧と直流出力電流の時間的変化の関係
を示す図７を参照しながら説明する。燃料(2) 、空気
(3) の供給を開始すると、燃料電池本体(1) の直流出力
電圧Ｖ_STK が上昇し始める。そして、直流出力電圧Ｖ
_STK がある電圧値Ｖ₁ に達すると保全用抵抗器用スイッ
チ(22)を投入して保全用抵抗器(21)が終端される。一
方、空気の増量に従って直流出力電圧Ｖ_STK がさらに上
昇し、燃料電池本体(1) は保全用抵抗器(21)にインバー
タ(6) の無負荷運転時の損失分に相当する電力を供給す
るまでになる。次に、電流出力電圧Ｖ_STK がインバータ
(6) の動作電圧Ｖ_INに達すると略同時に、直流遮断器(2
3)を投入すると共に保全用抵抗器(21)を解放する。これ
により、インバータ(6) は燃料電池本体(1) より供給さ
れる電力で無負荷運転状態になり、燃料電池本体(1) の
直流出力電流は変化することなく、保全用抵抗器(２１)
の回路からインバータ(6) にその電流流路が切替わ
る。次に系統用併入用スイッチ(12)を投入し、空気の増
量に伴って燃料電池本体(1) の直流出力は交流に変換さ
れ電力系統(13)に供給されることになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の燃料電池発電装
置の起動回路は以上のように構成されており、その起動
方法としては直流出力電圧を許容レベルの上限値以下に
保つことのみに注目しており、許容レベルの下限値につ
いては特に注目されておらず例えば燃料電池本体の各セ
ルの電圧分布が図８や図２に示すように全てのセルで電
圧がまだ十分に確立していない場合でもインバータが起
動され、負荷運転に入り、電池に悪影響を与えるという
問題点があった。また、起動用抵抗器や保全用抵抗器、
およびそれらのスイッチ類が必要でコストがかかり、装
置が大形化し、制御も複雑になり、またスイッチの入切
りの際に電池負荷に急変を生じることもあり電池に悪影
響を与えるなどの問題点もあった。

【０００７】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、燃料電池に悪影響を与えること
なくインバータを起動し、スムースに負荷運転に入るこ
とができ、しかも装置の小形化、コストの低減、制御の
簡略化が図れる燃料電池発電装置の起動方法を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る燃
料電池発電装置の起動方法は、空気と燃料が供給される
とともに直流電力を発生する燃料電池本体と、この燃料
電池本体で発生した直流出力を交流出力に変換するイン
バータとからなる燃料電池発電装置において、上記燃料
電池本体からの直流出力電圧値を監視し、該直流出力電
圧値がスタックの電圧分布が一様となる最小のセル電圧
である電圧許容下限値を越えた時点で上記インバータを
起動し、発振させて負荷運転に移行するものである。ま
た、請求項２の発明に係る燃料電池発電装置の起動方法
は、空気と燃料が供給されるとともに直流電力を発生す
る燃料電池本体と、この燃料電池本体で発生した直流出
力を交流出力に変換するインバータとからなる燃料電池
発電装置において、上記燃料電池本体からの直流出力電
圧値を監視し、該直流出力電圧がスタックの電圧分布が
一様となる最小のセル電圧である電圧許容下限値と電圧
許容上限値との間の所定値に達した時点で上記インバー
タを起動し、発振させて負荷運転に移行するものであ
る。また、請求項３の発明に係る燃料電池発電装置の起
動方法は、空気と燃料が供給されるとともに直流電力を
発生する燃料電池本体と、この燃料電池本体で発生した
直流出力を交流出力に変換するインバータとからなる燃
料電池発電装置において、発電装置起動時に上記燃料電
池本体から直流出力電圧が出始めてからの時間を監視
し、該直流出力電圧が出始めてからスタックの電圧分布
が一様となる最小のセル電圧である電圧許容下限値を越
える所定値に達するまでの時間後に、上記インバータを
起動し、発振させて負荷運転に移行するものである。

【０００９】

【作用】この発明においては、燃料電池本体の各電極
にガス欠や出力電流の急変などによる悪影響を与えるこ
とがなくなる。また、起動用抵抗器，保全用抵抗器とい
ったものを使用しないので、その分装置が小形化し、コ
ストが低減され、制御が簡略化される。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１はこの発明の一実施例を示す構成図である。
図１において、(1)〜(4),(6)は上記従来装置と同様であ
る。本実施例では制御器(5) を設け、直流出力(4) の直
流電圧を制御器(5) へ伝える直流電圧信号線(7) と、制
御器(5) よりインバータ(6) の制御を行うためのインバ
ータ制御器信号線(8) を配置する。(9) はインバータ
(6) から出す交流出力である。

【００１１】次に図１の動作について図３を参照し乍ら
説明する。燃料電池本体(1) に燃料(2) 、空気(3) を供
給し始めると直流出力(4) の電圧が上昇してくる。この
直流出力電圧は直流電圧信号線(7) により制御器(5) へ
伝えられ監視される。この電圧が所定値Ｖ_t に達した
ら、制御器(5) からインバータ制御信号線(8)を通し、
制御信号をインバータ(6) に送り、インバータ(6) を起
動、発振し、交流出力(9)を出す。

【００１２】また、他の実施例では、図４に示すよう
に、直流出力電圧を制御器(5) で検知してから時間を制
御器(5) 内でカウントしｔ時間後にインバータ制御信号
線(8)を通し制御信号をインバータ(6) に送り、インバ
ータ(6) を起動、発振し交流出力(9) を出す。なお、系
統電圧条件とマッチングするまでの発生電力は、図示し
ない燃料電池発電装置内の蒸気発生用水加熱用電気ヒー
タにて消費される。

【００１３】660 セルを含む燃料電池の実験例で説明を
加える。この例では、燃料先行して燃料と空気を電池本
体へ供給した。この時の直流出力電圧の変化と電池本体
スタックの電圧分布の変化を図２に時系列的に示した。
直流出力電圧が検出された時点を時刻０とし、時刻ａ点
では一部のセルでは、十分な電圧が確立しているが一部
のセルでは供給ガスが十分に到達していない。（このａ
時点のセル電圧分布図はガスの供給条件が異なる場合と
して図８に示すような形状になることもある。）また、
時刻ｔ点では電池本体内の全てのセルに供給ガスが達し
スタックの電圧分布は一様となる。スタックの電圧分布
が一様となる最小のセル電圧は電圧許容下限値ｖ₀ （直
流出力電圧ではＶ₀ ）である。さらに時間が経過し時刻
ｃ点では各セル電圧は電圧許容上限ｖ₁（直流出力電圧
ではＶ₁ ）を越える。このため直流出力電圧Ｖ₀ とＶ₁
の間Ｖ_t＝約510Ｖでインバータの起動、発振をし、負荷
運転に入った。Ｖ₁ は通常単セル電圧の許容上限0.8Ｖ
×全セル数で約530Ｖである。一方Ｖ₀はガス供給量や供
給系の構造に依存し、本例では510Ｖより十分低くなる
よう調整した。

【００１４】また他の実施例では直流出力電圧検出点の
電圧を10ＶとしてＶ₀ を越えるＶ_t＝約510Ｖに達する
までの時間ｔを求め、直流出力電圧検出時点から時間を
監視して所定時間が経過したら制御器からインバータを
起動、発振し、負荷運転に入る。

【００１５】なお、上記各実施例ではインバータの制御
を制御器を介して行ったが、インバータ独自に直流出力
電圧検出機能やタイマー機能を持たせ本体制御器と独立
して制御させることもできる。この時、上記各実施例と
同様の効果を奏すると共に本体制御プログラムより独立
して制御されるので短時間で制御される効果もある。ま
た、他の実施例で時間ｔの起点時刻を直流出力電圧検出
時点としたがガス導入開始時点に取ることもでき、上記
各実施例と同様の効果を奏する。

【００１６】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、燃料電
池の直流出力電圧が負荷をとり始めるのに十分な値にま
で確立した後にインバータを起動するようにしたので、
燃料電池本体の電極にガス欠などの悪影響を与えること
なく燃料電池発電装置を起動することができ、しかもま
た、装置の小形化、コストダウン、制御の簡略化を図る
ことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例が適用される燃料電池発電
装置を示す構成図である。

【図２】実験例における直流出力電圧と、電池本体スタ
ックの電圧分布の変化よりインバータ起動、発振のタイ
ミングを説明するための時系列図である。

【図３】この発明による発電装置起動時の直流出力電圧
と交流出力電圧の時系列図である。

【図４】この発明の他の実施例による発電装置起動時の
直流出力電圧と交流出力電圧の時系列図である。

【図５】従来の燃料電池発電装置の起動回路を示す構成
図である。

【図６】別の従来例の燃料電池発電装置の起動回路を示
す構成図である。

【図７】別の従来例における空気供給量の上昇に伴う電
池出力電圧と直流出力電流の時間的変化の関係を示す図
である。

【図８】従来例の問題点の一例を示す起動時のある時点
における燃料電池スタックの電圧分布を表す図である。

【符号の説明】

１燃料電池本体２燃料３空気４直流出力５制御器６インバータ９交流出力

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】空気と燃料が供給されるとともに直流電
力を発生する燃料電池本体と、この燃料電池本体で発生
した直流出力を交流出力に変換するインバータとからな
る燃料電池発電装置において、上記燃料電池本体からの直流出力電圧値を監視し、該直
流出力電圧値がスタックの電圧分布が一様となる最小の
セル電圧である電圧許容下限値を越えた時点で上記イン
バータを起動し、発振させて負荷運転に移行することを
特徴とする燃料電池発電装置の起動方法。
【請求項２】空気と燃料が供給されるとともに直流電
力を発生する燃料電池本体と、この燃料電池本体で発生
した直流出力を交流出力に変換するインバータとからな
る燃料電池発電装置において、上記燃料電池本体からの直流出力電圧値を監視し、該直
流出力電圧がスタックの電圧分布が一様となる最小のセ
ル電圧である電圧許容下限値と電圧許容上限値との間の
所定値に達した時点で上記インバータを起動し、発振さ
せて負荷運転に移行することを特徴とする燃料電池発電
装置の起動方法。
【請求項３】空気と燃料が供給されるとともに直流電
力を発生する燃料電池本体と、この燃料電池本体で発生
した直流出力を交流出力に変換するインバータとからな
る燃料電池発電装置において、発電装置起動時に上記燃料電池本体から直流出力電圧が
出始めてからの時間を監視し、該直流出力電圧が出始め
てからスタックの電圧分布が一様となる最小のセル電圧
である電圧許容下限値を越える所定値に達するまでの時
間後に、上記インバータを起動し、発振させて負荷運転
に移行することを特徴とする燃料電池発電装置の起動方
法。