JPS63236269A - Control method for fuel cell - Google Patents

Control method for fuel cell

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JPS63236269A
JPS63236269A JP62068769A JP6876987A JPS63236269A JP S63236269 A JPS63236269 A JP S63236269A JP 62068769 A JP62068769 A JP 62068769A JP 6876987 A JP6876987 A JP 6876987A JP S63236269 A JPS63236269 A JP S63236269A
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Japan
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fuel cell
fuel
cell stack
output
stack
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JP62068769A
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Osamu Yamamoto
修 山本
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PURPOSE:To obtain stable power generation efficiently by generating an electric current depending on fuel amount fed to a fuel cell stack. CONSTITUTION:In order to control the output current of a fuel cell depending on the modified gas feed, a central controller 18 controls pumps 3, 5 and a fan 7, consequently an intake of modified raw material, depending on instructions from the outside, which are determined by residual charging amounts detected from a storage battery 19 in series connected to the fuel cell stack 10. The instructions from the outside control the intake of modified raw material, increasing and decreasing when the residual charging amounts of the storage battery are small and large enough to 100%, respectively. By the arrangement, a long life of catalyst and an improved power generation efficiency are achieved, because no excessive fuel is required to waste the energy and, furthermore, no residual fuel overheats the catalyst returning to a modifier 1.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃料電池を用いた発電システムの運転方法、
特に燃料電池の制御方法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention provides a method for operating a power generation system using a fuel cell;
In particular, it relates to a method of controlling a fuel cell.

(従来の技術) 燃料電池を用いた従来の発電システムにおいては、例え
ば炭化水素を改質して得た水素を燃料とする。−例とし
て、メタノールを水蒸気で改質すると、次の反応により
水素が得られる。
(Prior Art) In a conventional power generation system using a fuel cell, hydrogen obtained by reforming hydrocarbons, for example, is used as fuel. - As an example, when methanol is reformed with steam, hydrogen is obtained by the following reaction.

CI+3011 +  t120→ (:02+31−
12この炭酸ガスを含む水素と、空気とをりん酸型燃′
)t−4TL池に送って発電する場合には、この燃料電
池のアノードおよびカソードのそれぞれにおいて次の反
応が起こる。
CI+3011 + t120→ (:02+31-
12 This hydrogen containing carbon dioxide gas and air are combined into a phosphoric acid type fuel.
) When the fuel is sent to a t-4TL pond to generate electricity, the following reactions occur at each of the anode and cathode of this fuel cell.

アノード  112→ 211”+2eカソード  l
/202+2e+211” →H20すなわち、アノー
ドにおいては水素の酸化反応が進み、カソードにおいて
は空気中の酸素の還元反応が進んで全体反応として水素
と酸素との電気化学的反応によって水が得られる。この
反応過程における化学エネルギー変化か電気エネルギー
に変換されて、外部へ電気出力として取り出される。
Anode 112→ 211”+2e cathode l
/202+2e+211" →H20 That is, the oxidation reaction of hydrogen progresses at the anode, and the reduction reaction of oxygen in the air progresses at the cathode, and water is obtained as an overall reaction by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. This reaction The chemical energy changes during the process are converted into electrical energy, which is then taken out as electrical output.

上述の反応で得られる電流は、ファラデーの法則により
、消費される水素および酸素の量に正比例する。
The current obtained in the above reaction is directly proportional to the amount of hydrogen and oxygen consumed, according to Faraday's law.

ここで、水素燃料を得るための原料をメタノールとした
場合のこの種発電システムの構成を第6図に示す。
Here, FIG. 6 shows the configuration of this type of power generation system when methanol is used as the raw material for obtaining hydrogen fuel.

第6図において、1はメタノールを改質して水素を得る
ための改質器である。この改質器1にはメタノールと水
が供給される。すなわち、メタノールは、メタノールタ
ンク2からメタノールポンプ3を通じて、水は水タンク
4から水ポンプ5を通じて、それぞれ改質装置1に供給
される。メタノールと水の供給モル比は、メタノール1
に対して水1.3〜2である。このように、水は理論的
に計算される反応量よりも多く供給されるので、改質反
応の結果書られる改質ガス中には水分が含よれる。
In FIG. 6, 1 is a reformer for reforming methanol to obtain hydrogen. This reformer 1 is supplied with methanol and water. That is, methanol is supplied to the reformer 1 from a methanol tank 2 through a methanol pump 3, and water is supplied from a water tank 4 through a water pump 5, respectively. The molar ratio of methanol and water supplied is methanol 1
water to 1.3 to 2. In this way, water is supplied in an amount greater than the theoretically calculated reaction amount, so that the reformed gas produced as a result of the reforming reaction contains water.

メタノールの改質反応は、一般に250℃程度の温度で
行なわれる。触媒としてはZnO系あるいはCuO系の
触媒を用い、この改質反応触媒を改質管IA内に充填し
ておき、メタノールと水の混合蒸気をかかる触媒中に通
すことにより改質反応が行われる。また、この改質反応
は吸熱反応であるので、メタノールと水の混合蒸気と触
媒とを加熱して行う。この加熱のための熱は改質器バー
ナ6に燃料を供給して、その燃料を改質器ファン7から
供給される空気中で燃焼させて得る。ここで、燃料は、
たとえば次の3通りの方法によって供給される。第1は
、メタノールタンク2のメタノールをメタノールポンプ
8を通じて供給する方法である。第2は、後述する燃料
電池スタック10が排出するオフガスを供給する方法で
ある。
The methanol reforming reaction is generally carried out at a temperature of about 250°C. A ZnO-based or CuO-based catalyst is used as the catalyst, this reforming reaction catalyst is filled in the reforming tube IA, and the reforming reaction is performed by passing a mixed vapor of methanol and water through the catalyst. . Furthermore, since this reforming reaction is an endothermic reaction, it is carried out by heating the mixed vapor of methanol and water and the catalyst. Heat for this heating is obtained by supplying fuel to the reformer burner 6 and burning the fuel in air supplied from the reformer fan 7. Here, the fuel is
For example, it can be supplied in the following three ways. The first method is to supply methanol from the methanol tank 2 through the methanol pump 8. The second method is to supply off-gas discharged from the fuel cell stack 10, which will be described later.

第3は、上述のメタノールとオフガスとを併用する方イ
去である。
The third method is to use the above-mentioned methanol and off-gas together.

改質器1に供給されたメタノールと水との混合流体は改
質器1内の改質管IA内で蒸発する。この改質管IA内
では、触媒の作用によって、水素と炭酸ガスを含む改質
ガスが生成される。この改質ガスは、燃料電池スタック
10における燃料極(アノード)11のffl+)に設
けられた燃料ガス室12へ送られる。起電反応に関与し
なかった過剰の水素と炭酸ガスおよび水蒸気を含むオフ
ガスは燃料ガス室12から排出され、改質器バーナ6へ
供給される。上述したようにこの燃焼熱は吸熱反応を促
進するための熱となる。
The mixed fluid of methanol and water supplied to the reformer 1 is evaporated in the reforming tube IA in the reformer 1. In the reforming tube IA, reformed gas containing hydrogen and carbon dioxide gas is generated by the action of the catalyst. This reformed gas is sent to a fuel gas chamber 12 provided at an anode (ffl+) of a fuel electrode (anode) 11 in the fuel cell stack 10. Off-gas containing excess hydrogen, carbon dioxide, and water vapor that did not participate in the electromotive reaction is discharged from the fuel gas chamber 12 and supplied to the reformer burner 6. As described above, this combustion heat becomes heat for promoting endothermic reactions.

一方、燃料電池スタック10における空気極(カソード
)13の側の空気室14にはファン15がら空気が供給
され、反応に関与しなかった過剰の空気はスタック10
の外へ排出される。
On the other hand, air is supplied from a fan 15 to the air chamber 14 on the side of the air electrode (cathode) 13 in the fuel cell stack 10, and excess air not involved in the reaction is removed from the stack 10.
is discharged outside.

16は燃料極11と空気極12との間の空所に充填した
電解質である。
16 is an electrolyte filled in the space between the fuel electrode 11 and the air electrode 12.

燃料電池スタック10は燃料極(アノード)11と空気
極(カソード)12の一対をもっている。しかし、一対
の電極をもつ単セルの出力電圧はたかだか17弱であり
、かつ電極の単位面積あたりの出力は数百mA/am2
である。そこで、大面積の単セルを複数個直列に接続し
たスタックを、複数個用い、これらスタックの直列およ
び並列接続を任意所望に組み合わせることによって、大
出力を得ることができる。
The fuel cell stack 10 has a pair of a fuel electrode (anode) 11 and an air electrode (cathode) 12. However, the output voltage of a single cell with a pair of electrodes is only a little less than 17, and the output per unit area of the electrode is several hundred mA/am2.
It is. Therefore, a large output can be obtained by using a plurality of stacks in which a plurality of large-area single cells are connected in series and by arbitrarily combining the series and parallel connections of these stacks.

このようなスタックの消費する水素および空気中の酸素
の理論量は、スタック内の単セル数nおよび出力電流T
に正比例する。
The theoretical amount of hydrogen and oxygen in the air consumed by such a stack is determined by the number of single cells in the stack n and the output current T
is directly proportional to

一般に燃料電池発電システムの運転においては、スタッ
クが理論的に消費する水素と酸素の量よりも過剰の水素
と酸素を供給して運転する。水素および酸素それぞれの
供給量に対するそれぞれの消費量の割合を利用率とよぶ
。燃料電池発電システムにおいては、水素利用率が70
〜80%酸素利用率(空気の供給消費の場合は空気利用
率ともよぶ)が50〜60%で運転されている。
In general, a fuel cell power generation system is operated by supplying hydrogen and oxygen in excess of the amounts theoretically consumed by the stack. The ratio of the consumption of hydrogen and oxygen to the supply of each is called the utilization rate. In fuel cell power generation systems, the hydrogen utilization rate is 70%.
~80% Oxygen utilization rate (also called air utilization rate in the case of air supply consumption) is operated at 50-60%.

上述のような発電システムにおいて、改質器1の温度、
水およびメタノールの供給量、スタック10の温度、空
気の供給量が中央コントローラ18によって制御される
。また、スタック10からの出力電圧は中央コントロー
ラ18め制御のもとで、出力コントローラ17によって
制御されて、蓄電池19に供給される。20は蓄電池1
9より給電される負荷である。
In the power generation system as described above, the temperature of the reformer 1,
The water and methanol feed rates, the stack 10 temperature, and the air feed rate are controlled by a central controller 18. Further, the output voltage from the stack 10 is controlled by the output controller 17 under the control of the central controller 18 and is supplied to the storage battery 19. 20 is storage battery 1
This is a load that is supplied with power from 9.

なお、図中に破線で示す信号線は制御信号の授受を行な
う。
Note that the signal lines indicated by broken lines in the figure are used to send and receive control signals.

水素および酸素の利用率の制御は、スタック10の出力
電流を設定し、その設定電流に比例して、改質原料であ
る水とメタノールを改質器1に供給することによって行
なう。
The utilization rates of hydrogen and oxygen are controlled by setting the output current of the stack 10 and supplying water and methanol, which are reforming raw materials, to the reformer 1 in proportion to the set current.

このような制御を行う場合、水およびメタノールがそれ
ぞわのポンプ5および3を通じて改質器1に供給されて
改質ガスとなり、そのガスかスタック10に供給される
までの時間の遅れおよび改質反応温度が適切に制御され
ていないと改質反応が十分に進まない。そのため、上述
の時間の遅れを考慮して燃料電池発電システムの出力を
制御しなければならない。このような制御を行なわない
場合には、たとえば燃料電池起動時あるいは出力増加時
には、スタック10において水素ガス欠となり、発電が
できなくなってしまう。
When performing such control, water and methanol are supplied to the reformer 1 through the respective pumps 5 and 3 to become reformed gas, and there is a time delay and reformation until that gas is supplied to the stack 10. If the reforming reaction temperature is not properly controlled, the reforming reaction will not proceed sufficiently. Therefore, the output of the fuel cell power generation system must be controlled in consideration of the above-mentioned time delay. If such control is not performed, for example, when starting up the fuel cell or increasing output, the stack 10 will run out of hydrogen gas, making it impossible to generate electricity.

このような水素ガス欠は、オフガス中の水素ガス欠をを
引き起こし、そのために改質器バーナ6の失火に到る場
合もあり、改質器1が運転不能となる。
Such a lack of hydrogen gas causes a lack of hydrogen gas in the off-gas, which may lead to a misfire of the reformer burner 6, making the reformer 1 inoperable.

また、上述の水素ガス欠よりも程度の軽いガス欠の場合
は、スタック10のガス欠には到らないまでもオフガス
欠乏に到る。そのために、改質器Iの温度が低下し、改
質ガス量が減少して、いずれは燃料電池発電システムの
運転停止に到ることになる。
Furthermore, in the case of a gas shortage that is milder than the above-mentioned hydrogen gas shortage, an off-gas shortage occurs even if the stack 10 does not run out of gas. Therefore, the temperature of the reformer I decreases, the amount of reformed gas decreases, and eventually the fuel cell power generation system will stop operating.

さらに、出力低下時あるいは出力停止時には、改質ガス
量が過剰になり、このためにオフガス量が過剰になりて
改質器1の温度がオーバーすることがある。
Furthermore, when the output is reduced or stopped, the amount of reformed gas becomes excessive, which may cause the amount of off-gas to become excessive and the temperature of the reformer 1 to exceed.

以上のような欠点を克服するために、従来は燃料電池の
運転を次のような方法で制御していた。
In order to overcome the above-mentioned drawbacks, the operation of fuel cells has conventionally been controlled by the following method.

第7図は燃料電池出力電流(FC電流)および改質ガス
供給量の各々の時間変化を示すタイムチャートである。
FIG. 7 is a time chart showing temporal changes in the fuel cell output current (FC current) and the amount of reformed gas supplied.

図中、50はFC電流の経時変化を示し、51は改質ガ
ス供給量の経時変化を示す。Δtは改質ガス供給量の変
更時点とFC出力電力設定変更時点の制御遅れを示す。
In the figure, 50 indicates a change in the FC current over time, and 51 indicates a change in the amount of reformed gas supplied over time. Δt indicates a control delay between the time of changing the reformed gas supply amount and the time of changing the FC output power setting.

Δtは数分のオーダーである。Δt is on the order of a few minutes.

第7図に示すように、従来は、出力電流を増加させるに
あたって、出力電流を増加させるのに先立りて、まず、
改質器バーナー6の燃料であるメタノールを燃焼させる
。ついで、改質原料の水とメタノールを増加させ、遅れ
時間Δtをとって出力電流を増加させる。出力電流を減
少させる場合には、増加させる場合とは逆に、まず出力
電流を減少させてから、改質器1の出力を下げるという
方法を採っていた。
As shown in FIG. 7, conventionally, when increasing the output current, first, before increasing the output current,
Methanol, which is the fuel in the reformer burner 6, is combusted. Next, water and methanol as reforming raw materials are increased, and a delay time Δt is set to increase the output current. When decreasing the output current, the method used is to first decrease the output current and then lower the output of the reformer 1, contrary to the case where the output current is increased.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、上述のような従来の燃料電池発電システ
ムの運転制御方法においては、改質器バーナで燃焼され
る燃料を過剰に必要とするので、エネルギーが無駄にな
るという欠点があった。しかもまた、過剰の燃料を燃焼
させるので、改質器が加熱して改質触媒を劣化させてし
まい、そのために、改質反応が正常に進まなくなるおそ
れがあるという欠点があった。
However, in the conventional operation control method of a fuel cell power generation system as described above, an excessive amount of fuel is required to be burned in the reformer burner, which has the disadvantage of wasting energy. Moreover, since excess fuel is combusted, the reformer heats up and the reforming catalyst deteriorates, resulting in the problem that the reforming reaction may not proceed normally.

そこで、本発明の目的は、上述の欠点を除去し、効率良
く燃料電池発電システムを運転することのできる燃料電
池制御方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell control method that eliminates the above-mentioned drawbacks and allows efficient operation of a fuel cell power generation system.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

かかる目的を達成するために、本発明は、改質された燃
料を供給される燃料電池スタックを有する燃料電池を制
御するにあたり、燃料電池スタックの出力電流を燃料の
供給量に追従させて変化さげることを特徴とする。
In order to achieve such an object, the present invention, when controlling a fuel cell having a fuel cell stack supplied with reformed fuel, changes the output current of the fuel cell stack in accordance with the amount of fuel supplied. It is characterized by

(作用) 本発明においては、燃料電池スタックに供給される燃料
量に追従して電流を出力することにより、安定した発電
出力が効率よく得られる。
(Function) In the present invention, stable power generation output can be efficiently obtained by outputting current in accordance with the amount of fuel supplied to the fuel cell stack.

(実施例) 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第2図は燃料電池スタックの出力電圧Vと出力電流Iの
関係を表わすI−V曲線を示す。30゜31.32は燃
料利用率かそれぞれ異なる1−V曲線を示す。これら曲
線のうちI−V曲線32の場合に最も燃料利用率か高い
。30A、3IA、32Aは、最低電圧曲線36とI 
−V曲線30.31.32とのそれぞれの交点x、y、
zよりも高電圧である曲線部分を示す。これら曲線部分
は第3図に示される燃料利用率曲線のフラット部分で得
えられる。30B、31B。
FIG. 2 shows an IV curve representing the relationship between the output voltage V and the output current I of the fuel cell stack. 30°31.32 shows 1-V curves with different fuel utilization rates. Among these curves, the IV curve 32 has the highest fuel utilization rate. 30A, 3IA, 32A are the lowest voltage curves 36 and I
- respective intersections x, y with V curve 30.31.32,
Indicates the portion of the curve that is at a higher voltage than z. These curved portions result from the flat portion of the fuel utilization curve shown in FIG. 30B, 31B.

32Bは上述の交点x、y、zよりも低電圧である曲線
部分を示す。これらの曲線部分は、第3図の特性曲線3
3.34.35のフラット部分から電圧が急激に低下す
る部分に相当する。
32B indicates a curved portion having a lower voltage than the above-mentioned intersections x, y, and z. These curved portions correspond to characteristic curve 3 in Fig. 3.
This corresponds to the part where the voltage suddenly drops from the flat part of 3.34.35.

第3図は燃料利用率特性を示す。ここで、33.34.
35はそれぞれ異なる燃料供給量のときの、燃料利用率
とスタックの出力電圧との関係を示す。燃料利用率は燃
料の理論的消費量と供給量との比であり、1より小さい
値となる。燃料の理論的消費量は出力電流の電気士から
計算される。しかし、実際には、燃料内の未反応ガス成
分または電極構造に起因して、燃料が反応サイトすなわ
ちアノードへ拡散する力が低下する。そこで、燃料利用
率か75%以下である場合にスタックからの安定した電
気出力を得るためには、燃料利用率が75%以下のとき
は燃料の理論的消費量の13倍以上を供給しなければな
らない。
Figure 3 shows the fuel utilization characteristics. Here, 33.34.
35 shows the relationship between the fuel utilization rate and the output voltage of the stack at different fuel supply amounts. The fuel utilization rate is the ratio between the theoretical consumption amount and the supply amount of fuel, and is a value smaller than 1. The theoretical consumption of fuel is calculated from the electrician's output current. However, in reality, due to unreacted gas components within the fuel or electrode structure, the ability of the fuel to diffuse to the reaction site, ie, the anode, is reduced. Therefore, in order to obtain stable electrical output from the stack when the fuel utilization rate is 75% or less, at least 13 times the theoretical fuel consumption must be supplied when the fuel utilization rate is 75% or less. Must be.

以上かられかるように、第2図のI−V曲線および第3
図の燃料利用率曲線は、いずれも燃料供給量すなわち改
質ガス供給量によって変化するので、この特性を利用す
ることによって、燃料電池スタックの出力電流を改質ガ
ス供給量に追従させることかできる。すなわち、第2図
のI−V曲線30よりも数V低い最低電圧曲線36を設
け、運転中に燃料電池スタックの電圧が最低電圧曲線3
6よりも低下した場合は、燃料スタック電流を下げるこ
とによって最低電圧曲線36以上の燃料電池スタック電
圧を保持する。逆に、改質ガス供給量が増加した場合は
燃料電池スタック電流が増加する。
As can be seen from the above, the IV curve in Figure 2 and the
The fuel utilization rate curves in the figure all change depending on the fuel supply amount, that is, the reformed gas supply amount, so by using this characteristic, it is possible to make the output current of the fuel cell stack follow the reformed gas supply amount. . That is, a minimum voltage curve 36 is provided that is several volts lower than the IV curve 30 in FIG.
6, the fuel cell stack voltage is maintained at the lowest voltage curve 36 or higher by lowering the fuel stack current. Conversely, when the amount of reformed gas supplied increases, the fuel cell stack current increases.

そこで本発明では、燃料電池出力電流を、改質ガス供給
量に追従させて燃料電池スタックを11□1」御する。
Therefore, in the present invention, the fuel cell stack is controlled by 11□1 by making the fuel cell output current follow the amount of reformed gas supplied.

本発明制御方法を実施して運転を行なう燃料電池発電シ
ステムの実施例を第1図に示す。図中、第6図と同様の
個所には同一の符合を付す。第1図において、21は燃
料電池の出力電圧を検出する電圧測定器、たとえは電圧
計であって、燃料極11と空気極13との間の電圧vr
cを検出する。その検出゛電圧を中央コントローラ18
に供給する。
FIG. 1 shows an embodiment of a fuel cell power generation system operated by implementing the control method of the present invention. In the figure, the same parts as in FIG. 6 are given the same reference numerals. In FIG. 1, 21 is a voltage measuring device, for example a voltmeter, for detecting the output voltage of the fuel cell, and is the voltage vr between the fuel electrode 11 and the air electrode 13.
Detect c. The detected voltage is detected by the central controller 18.
supply to.

燃料電池の出力電流が改質ガス供給量に追従するように
制御するために、中央コントローラ18は、燃料電池ス
タック10と並列に接続された8Ti池19から検出し
た充電量の残量により決められる外部指令に応じて、ポ
ンプ3および5、およびファン7を制御して、改質原料
投入二を制御する。この外部指令は、蓄電池19の充電
量の残量が少ないときは、投入原料を増加し、充電量が
100%に近いときは没入原料量を少なくするように制
御を行なう。
In order to control the output current of the fuel cell to follow the reformed gas supply amount, the central controller 18 determines the amount of charge remaining in the 8Ti pond 19 connected in parallel with the fuel cell stack 10. Pumps 3 and 5 and fan 7 are controlled in accordance with external commands to control reforming raw material input. This external command controls to increase the input raw material when the remaining charge of the storage battery 19 is small, and to decrease the input raw material amount when the charge is close to 100%.

燃料電池出力電流は中央コントローラ18により制御さ
れる出力コントローラ17によって改質量に追従した値
に設定される。ここで、電圧測定?’521 、中央コ
ントローラ18、出力コントローラ17は閉ループを形
成し、電圧測定器21で測定された燃料電池出力電圧V
FCは、中央コントローラ18にフィードバックされて
、出力コントローラ17を制御する。
The fuel cell output current is set by an output controller 17 controlled by a central controller 18 to a value that follows the reformed amount. Is the voltage measured here? '521, the central controller 18 and the output controller 17 form a closed loop, and the fuel cell output voltage V measured by the voltage measuring device 21
The FC is fed back to the central controller 18 to control the output controller 17.

第4図は本発明における制御形態の一例を示すタイムチ
ャートを示す。ここで、燃料電池の出力電流40を改質
ガス供給量41に追従させる。第4図において、Δtは
、改質器1に最初に改質原料が没入された後に燃料電池
スタックlo内に燃料が入るまでの時間遅れである。
FIG. 4 shows a time chart showing an example of a control form in the present invention. Here, the output current 40 of the fuel cell is made to follow the reformed gas supply amount 41. In FIG. 4, Δt is the time delay from when the reforming raw material is first introduced into the reformer 1 until the fuel enters the fuel cell stack lo.

第5図は第4図のタイムチャートに沿った制御を実行す
るために中央コントローラ18内に予め記憶しておく制
御手順の一例を示すフローチャートである。ここでは、
設定車流値を得るための出力コントローラ17における
燃料電池出力電流FCの増減がIAの場合を例にとって
説明する。
FIG. 5 is a flowchart showing an example of a control procedure that is stored in advance in the central controller 18 in order to execute control in accordance with the time chart shown in FIG. here,
An example will be explained in which the increase/decrease in the fuel cell output current FC in the output controller 17 for obtaining the set vehicle flow value is IA.

まず、ステップS1において、燃料電池出力電圧VFC
が、予め設定した最低電圧VDよりも犬であるか否かを
判定する。V 、、< V 、である場合は、ステップ
S2に進み、ここで、出力コントローラ17は燃料電池
出力電流FCをIA減少させてから、再びステップSl
へ進む。他方、ステップSlにおいて、VFC≧Voで
ある場合には、ステップS3に進み、ここでvrcが最
高出力電圧Vpよりも小であるか否かを判定する。vr
c≧Voである場合にはステップS4に進ん′で、出力
コントローラ17はFC電流をIA増加させ、ついで、
再びステップS1へ戻る。ステップs3において、vr
cくVPである場合には、ステップS5に進み、ここで
、FC電流を増減することなしに保持し、その後、ステ
ップs1へ戻る。以上のような制御手順によって中央コ
ントローラ18により出力コントローラ17を制御し、
それによりFC電流を制御することによって、VPCは
VDとV、の間に入るように制御される。
First, in step S1, the fuel cell output voltage VFC
However, it is determined whether or not it is a dog based on a preset minimum voltage VD. If V, , < V, the process proceeds to step S2, where the output controller 17 decreases the fuel cell output current FC by IA, and then returns to step S1.
Proceed to. On the other hand, in step Sl, if VFC≧Vo, the process proceeds to step S3, where it is determined whether vrc is smaller than the maximum output voltage Vp. vr
If c≧Vo, the process advances to step S4, where the output controller 17 increases the FC current by IA, and then
Return to step S1 again. In step s3, vr
If it is less than VP, the process proceeds to step S5, where the FC current is maintained without increasing or decreasing, and then the process returns to step s1. The output controller 17 is controlled by the central controller 18 according to the control procedure as described above,
By controlling the FC current thereby, VPC is controlled to be between VD and V.

ここで、■2および■。は、燃料利用率70〜90%程
度の範囲内で決める。すなわち、VPは燃料利用率が7
0%に近い側であって発電効率によって決める。一方、
voは燃料利用率の高い側で決める。この高利用率の決
定にあたっては、燃料電池内での未反応改質ガスは改質
器バーナーの燃料として、つまり改質エネルギーとして
再利用されるので、少なくともそれに必要な量を理論的
消費量に加算した供給量から電圧VPに対応する利用率
を決める。
Here, ■2 and ■. is determined within a range of about 70 to 90% fuel utilization. In other words, VP has a fuel utilization rate of 7.
It is close to 0% and is determined by power generation efficiency. on the other hand,
vo is determined based on the higher fuel utilization rate. In determining this high utilization rate, the unreacted reformed gas in the fuel cell is reused as fuel for the reformer burner, that is, as reforming energy, so at least the amount necessary for this is calculated as the theoretical consumption. The utilization rate corresponding to the voltage VP is determined from the added supply amount.

なお、燃料電池スタック10の出力は、供給される燃料
の組成などによっても大きく影響される。たとえば、改
質触媒の劣化が引き起こす、改質率の低下に起因する水
素供給量の低下があげられる。また、改質原料にメタノ
ールを用いる場合は、H2およびCO2と共にcoも発
生し、これらが燃料電池において消費されないで戻って
くると、TL極触媒の被毒になるCO含有二が多くなる
。しかし、本発明実施例では、燃料電池スタック10に
供給される水素ガスに見合う分だけしか発電を行なわな
いように制御を行なっているので、燃料電池スタック1
0がガス欠になるということは起こらない。
Note that the output of the fuel cell stack 10 is also greatly influenced by the composition of the supplied fuel. For example, there is a decrease in the amount of hydrogen supplied due to a decrease in the reforming rate caused by deterioration of the reforming catalyst. Furthermore, when methanol is used as a reforming raw material, co is also generated along with H2 and CO2, and if these are returned without being consumed in the fuel cell, the amount of CO that poisons the TL electrode catalyst increases. However, in the embodiment of the present invention, control is performed so that power is generated only for the amount of hydrogen gas supplied to the fuel cell stack 10.
0 will never run out of gas.

(発明の効果) 以上説明したように、本発明においては、燃料電池スタ
ックに供給される燃料に見合う分だけの電流を出力し、
また燃料利用率をたとえば70〜90%に設定して発電
を行っている。したがって、本発明によれは、過剰の燃
料を必要としないので、エネルギーが無駄にならず、し
かも余剰の燃料が改質器に戻って触媒温度を過熱するこ
ともないので触媒の寿命が長く、ひいては、発電効率の
向上にも寄与する効果がある。
(Effects of the Invention) As explained above, in the present invention, a current corresponding to the amount of fuel supplied to the fuel cell stack is output,
Further, power generation is performed with the fuel utilization rate set to, for example, 70 to 90%. Therefore, according to the present invention, no excess fuel is required, so no energy is wasted, and the excess fuel does not return to the reformer and overheat the catalyst, resulting in a long catalyst life. In turn, this has the effect of contributing to improving power generation efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明を実施する燃料電池発電システムの実施
例を示すブロック図、 第2図は燃料電池スタックからの出力電流と出力電圧と
の関係を示す特性図、 第3図は燃料利用率特性を示す特性図、第4図は本発明
における燃料電池出力電流および改質ガス供給量の時間
変化を示すタイムチャート、 第5図は第4図示の制御形態を実行するための制御手順
の一例を示すフローチャート、第6図は従来の燃料電池
発電システムの構成例を示すブロック図、 第7図は従来の運転方法における燃料電池出力電流およ
び改質ガス供給量の時間変化を示すタイムチャートであ
る。 1・・・改質器、 IA・・・改質管、 2・・・メタノールタンク、 3・・・メタノールポンプ、 4・・・水タンク、 5・・・水ポンプ、 6・・・改質器バーナ、 7・・・改質器ファン、 8・・・メタノールポンプ、 10・・・燃料電池スタック、 11・・・燃料極(アノード)、 12・・・燃料ガス室、 13・・・空気極(カソード)、 14・・・空気室、 15・・・ファン、 16・・・電解質、 17・・・出力コントローラ、 18・・・中央コントローラ、 19・・・蓄電池、 20・・・負荷、 21・・・電圧測定器。 丈然4環2スタックのtカミ5Lと出力電h−Q才寺・
ト生ロ第2図 燃料庫り用4工特小生〔コ 第3図 、杢4ト明の隼り′af’升三懸を示すクイムチヤード
第4図 奎た明+:’b’アろ隼゛J荏p+1頃のフローチャー
ト第5図
Fig. 1 is a block diagram showing an embodiment of a fuel cell power generation system implementing the present invention, Fig. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the output current and output voltage from the fuel cell stack, and Fig. 3 is the fuel utilization rate. A characteristic diagram showing the characteristics, FIG. 4 is a time chart showing temporal changes in the fuel cell output current and reformed gas supply amount in the present invention, and FIG. 5 is an example of a control procedure for executing the control form shown in FIG. 4. 6 is a block diagram showing a configuration example of a conventional fuel cell power generation system. FIG. 7 is a time chart showing temporal changes in fuel cell output current and reformed gas supply amount in a conventional operating method. . 1... Reformer, IA... Reforming pipe, 2... Methanol tank, 3... Methanol pump, 4... Water tank, 5... Water pump, 6... Reforming 7... Reformer fan, 8... Methanol pump, 10... Fuel cell stack, 11... Fuel electrode (anode), 12... Fuel gas chamber, 13... Air Pole (cathode), 14... Air chamber, 15... Fan, 16... Electrolyte, 17... Output controller, 18... Central controller, 19... Storage battery, 20... Load, 21... Voltage measuring device. Jōran 4-ring 2-stack t-kami 5L and output power h-Q Saiji・
Figure 2: 4-engine special grade for fuel storage Figure 3, Quimchard Figure 4 showing ``af'' masu sankake +: 'b' Aro Hayabusa Figure 5: Flowchart around ゛J荏p+1

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)改質された燃料を供給される燃料電池スタックを有
する燃料電池を制御するにあたり、前記燃料電池スタッ
クの出力電流を前記燃料の供給量に追従させて変化させ
ることを特徴とする燃料電池制御方法。 2)特許請求の範囲第1項記載の方法において、前記燃
料電池スタックの出力電圧が、予め設定された燃料電池
スタックの最低電圧以下にならないように制御すること
を特徴とする燃料電池制御方法。 3)特許請求の範囲第1項または第2項に記載の方法に
おいて、前記燃料電池スタックの燃料利用率を70〜9
0%に保持することを特徴とする燃料電池制御方法。 4)特許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれかの項
に記載の燃料電池制御方法において、前記燃料電池と並
列接続されるバックアップ電池の充電量に応じて、前記
燃料電池スタックへの燃料の供給量を設定することを特
徴とする燃料電池制御方法。
[Claims] 1) In controlling a fuel cell having a fuel cell stack supplied with reformed fuel, the output current of the fuel cell stack is changed to follow the supply amount of the fuel. Characteristic fuel cell control method. 2) A fuel cell control method according to claim 1, characterized in that the output voltage of the fuel cell stack is controlled so as not to fall below a preset minimum voltage of the fuel cell stack. 3) In the method according to claim 1 or 2, the fuel utilization rate of the fuel cell stack is set to 70 to 9.
A fuel cell control method characterized by maintaining the fuel cell at 0%. 4) In the fuel cell control method according to any one of claims 1 to 3, the fuel cell stack is controlled depending on the amount of charge of a backup battery connected in parallel with the fuel cell. A fuel cell control method characterized by setting a fuel supply amount.
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