CN103299469A - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池系统，具备：氢产生部，其使用含氢燃料产生含氢气体；电池堆，其使用含氢气体来进行发电；电流获取部，其获取电池堆中的发电的电流；发电状态判定值获取部，其获取基于电池堆中的发电的发电参数的测定结果的发电状态判定值；估计值获取部，其获取相对于电流预先确定的发电参数的估计值；比较部，其将发电状态判定值与估计值进行比较；以及供给量调整部，其根据发电状态判定值相对于估计值的增减，来调整含氢燃料的供给量。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统。
背景技术
燃料电池系统中所使用的含氢燃料存在性状(组成、热量等)变化的情况。以往以来，作为用于应对含氢燃料的性状变化的燃料电池系统，例如已知有专利文献1和专利文献2所示的燃料电池系统。专利文献1所示的燃料电池系统具备：燃料性状测量单元，其测量含氢燃料的性状和流量；燃料电池判定单元，其判定燃料电池的状态；输出控制单元，其控制燃料电池的输出；以及燃料电池运转控制单元，其运算并输出最佳控制参数。该燃料电池系统根据含氢燃料的性状变化来控制水蒸气供给量、燃料供给量、氧化剂供给量、燃料利用率、氧化剂利用率、电流密度、输出电压、输出电流中的任一个，来维持热自立状态。
在专利文献2所示的燃料电池系统中，针对每多个燃料电池设置有一个区域服务器。中心服务器将所设定的燃料电池系统的控制参数发送到区域服务器。各燃料电池系统根据发送到区域服务器的控制参数来进行运转。控制参数根据含氢燃料的性状来变更燃料、水蒸气、空气等的流量。
专利文献1：日本特开2006-49056号公报
专利文献2：日本特开2003-282116号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，专利文献1所涉及的燃料电池系统需要用于测量含氢燃料的性状的传感器，因此存在用于设置、维修的成本增加的问题。在专利文献2所涉及的燃料电池系统中，应该按燃料电池系统的每个制造商、每个机种进行管理的控制参数增加。因而，存在由于数据管理而成本大幅增加的问题。另外，在通信网络产生故障的情况下，存在燃料电池系统的运转产生障碍的可能性。并且，在区域服务器所管理的燃料电池系统群中，在每个燃料电池系统在含氢燃料的性状上产生差的情况下，也存在运转产生障碍的可能性。因而，要求一种不使用特殊的测量设备、通信网络而能够应对含氢燃料的性状变化的燃料电池系统。
本发明是为了解决这种问题而完成的，其目的在于提供一种不设置特殊的设备而能够根据含氢燃料的性状变化来进行适当的运转的燃料电池系统。
用于解决问题的方案
本发明的一个方面所涉及的燃料电池系统具备：氢产生部，其使用含氢燃料产生含氢气体；电池堆，其使用含氢气体来进行发电；电流获取部，其获取电池堆中的发电的电流；发电状态判定值获取部，其获取基于电池堆中的发电的发电参数的测定结果的发电状态判定值；估计值获取部，其获取相对于电流预先确定的发电参数的估计值；比较部，其将发电状态判定值与估计值进行比较；以及供给量调整部，其根据发电状态判定值相对于估计值的增减，来调整含氢燃料的供给量。
该燃料电池系统将发电状态判定值与估计值进行比较，根据发电状态判定值相对于估计值的增减，来调整含氢燃料的供给量。发电参数在燃料电池系统内受电池堆中的发电状态的影响。因而，如果其它条件固定，则基于发电参数的测定结果的发电状态判定值的变化表示发电中所使用的含氢燃料的性状变化。发电参数的估计值是相对于电流预先确定的值，能够用作用于判断性状变化的基础数据。在获取到燃料电池系统运转过程中的规定时机的电流和发电状态判定值的情况下，能够由估计值获取部根据该电流来确定估计值，由比较部将该估计值与发电状态判定值进行比较。如果发电状态判定值未从作为基础数据的估计值发生变化，则能够判断为不存在性状变化。另一方面，在发电状态判定值与估计值相比发生了增减的情况下，能够判断为存在性状变化。此时，能够通过由供给量调整部调整含氢燃料的供给量，来使燃料电池系统的运转状态接近性状变化前的状态。通过将能够由设置于未设想含氢燃料的性状变化的通常的燃料电池系统内的传感器、设备测定出的参数用作发电参数，燃料电池系统无需设置特殊的设备就能够应对性状变化。通过以上，燃料电池系统能够不设置特殊的设备而根据含氢燃料的性状变化来进行适当的运转。
另外，燃料电池系统可以还具备：第一判定部，其判定发电状态判定值的变化量大于规定阈值的状态是否持续了规定时间；以及第一系统停止部，其在由第一判定部判定为变化量大于阈值的状态持续了规定时间时，将系统停止。在由于含氢燃料的性状变化所造成的影响而发电状态判定值超过预想地大幅变化且该状态持续了规定时间的情况下，能够判断为含氢燃料的供给异常。此时，第一系统停止部能够将系统停止。
另外，燃料电池系统可以还具备：第二判定部，其判定发电状态判定值相对于估计值的变化量是否大于规定阈值；以及第二系统停止部，其在由第二判定部判定为变化量大于阈值时，将系统停止。在由于含氢燃料的性状变化所造成的影响而发电状态判定值超过预想地从估计值大幅变化的情况下，能够立即判断为含氢燃料的供给异常。此时，第二系统停止部能够将系统停止。
例如，发电参数是电池堆中的堆电压。相对于规定电流的堆电压根据含氢燃料的组成而变化。另外，电池堆直接使用由含氢燃料产生的含氢气体进行发电，因此堆电压根据组成的变化而迅速地变化。因而，通过将堆电压用作发电参数，燃料电池系统能够针对含氢燃料的性状变化进行响应性高的控制。
例如，发电参数是基于电池堆的发电的交流电力。交流电力与堆电压同样地，对于含氢燃料的性状变化表现出高响应性。并且，燃料电池系统存在以下情况：在含氢燃料为热量不足的情况下，通过加热器等来抑制热量不足所造成的影响。在这种情况下，即使对电压的影响少，热量不足中的辅机损耗也会增加。因而，即使在对电压的影响少的情况下，通过将交流电力用作发电参数，也能够应对含氢燃料的性状变化。因而，通过将交流电力用作发电参数，燃料电池系统能够针对含氢燃料的性状变化进行响应性高的控制。
例如，发电参数是使来自电池堆的废气(off gas)燃烧的废气燃烧温度。废气燃烧温度受含氢燃料所具有的热量的影响，因此对性状变化具有高响应性。因而，通过将废气燃烧温度用作发电参数，燃料电池系统能够针对含氢燃料的性状变化进行响应性高的控制。
例如，发电参数是电池堆的堆温度。堆温度对于含氢燃料的热量的细微变动的跟踪性低。即，堆温度能够被视作将含氢燃料的热量的变动平均化所得的参数。因而，通过将堆温度用作发电参数，燃料电池系统无需进行测定结果的平均处理就能够应对含氢燃料的性状变化。
例如，发电参数是系统内的排热的回收量即排热回收热量。排热回收热量受含氢燃料所具有的热量的影响，因此根据性状变化而变化。例如，在气温高的环境下，热回收前的热介质和热回收后的热介质均温度上升。另外，在气温低的环境下，热回收前的热介质和热回收后的热介质均温度下降。或者，在热回收后的热介质的温度通过系统被控制成固定的情况下，在气温高的环境下，热回收前的热介质温度上升，热介质流量增加。另外，在气温低的环境下，热回收前的热介质温度下降，热介质流量减少。因而，基于热回收前的热介质与热回收后的热介质的热量之差的排热回收热量难以受到气温的影响。因而，通过将排热回收热量用作发电参数，燃料电池系统能够不受气温的影响地应对含氢燃料的性状变化。
例如，发电参数是对系统内的排热进行回收的排热回收器的入口温度。排热回收器受含氢燃料所具有的热量的影响，因此根据性状变化而变化。在此，燃料电池系统有时具备燃烧催化剂，以作为针对废气燃烧部中失火等所造成的废气的不完全燃烧的对策。在这种情况下，即使废气燃烧部中失火，含氢燃料的热量也通过燃烧催化剂而反映到排气的热量中。因而，通过将排热回收器的入口温度用作发电参数，燃料电池系统即使在废气燃烧部中失火的情况下也能够应对含氢燃料的性状变化。
发明的效果
根据本发明，能够不设置特殊的设备而根据含氢燃料的性状变化来进行适当的运转。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的燃料电池系统的结构的模块结构图。
图2是表示控制部的结构的模块结构图。
图3是表示排热回收器的周边结构的概要图。
图4是表示针对发电参数的估计值的映射的一例。
图5是表示第一实施方式所涉及的燃料电池系统的控制处理的流程图。
图6是表示第二实施方式所涉及的燃料电池系统的控制处理的流程图。
图7是表示第三实施方式所涉及的燃料电池系统的控制处理的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明的优选实施方式。此外，在各图中对相同或相当部分标注相同标记，省略重复的说明。
[第一实施方式]
如图1所示，燃料电池系统1具备脱硫部2、水汽化部3、氢产生部4、电池堆(cell stack)5、废气燃烧部6、含氢燃料供给部7、水供给部8、氧化剂供给部9、功率调节器(power conditioner)10以及控制部11。燃料电池系统1使用含氢燃料和氧化剂在电池堆5中进行发电。燃料电池系统1中的电池堆5的种类并没有特别限定，例如能够采用固体高分子型燃料电池(PEFC：PolymerElectrolyte Fuel Cell)、固体氧化物型燃料电池(SOFC：Solid Oxide Fuel Cell)、磷酸型燃料电池(PAFC：Phosphoric Acid Fuel Cell)、熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC：Molten Carbonate Fuel Cell)以及其它种类。此外，根据电池堆5的种类、含氢燃料的种类以及重整方式等，也可以适当省略图1所示的结构要素。
作为含氢燃料，例如可以使用烃系燃料。作为烃系燃料，可以使用分子中含有碳和氢的化合物(也可含有氧等其它元素)或它们的混合物。作为烃系燃料，例如可以列举出烃类、醇类、醚类、生物燃料，这些烃系燃料能够适当使用以往的来自石油、煤炭等化石燃料之物、来自合成气体等合成系燃料之物、来自生物质之物。具体地说，作为烃类，可以列举出甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、天然气、LPG(Liquefied Petroleum Gas，液化石油气)、城市煤气、乡镇煤气、汽油、石脑油、煤油、轻油。作为醇类，可以列举出甲醇、乙醇。作为醚类，可以列举出二甲醚。作为生物燃料，可以列举出生物气体、生物乙醇、生物柴油、生物喷气。
作为氧化剂，例如可以使用空气、纯氧气(也可以含有以通常的去除方法难以去除的杂质)、富氧空气。
脱硫部2对向氢产生部4供给的含氢燃料进行脱硫。脱硫部2具有用于去除含氢燃料中含有的硫化合物的脱硫催化剂。作为脱硫部2的脱硫方式，例如采用吸附硫化合物来将其去除的吸附脱硫方式、使硫化合物与氢反应来将其去除的氢化脱硫方式。脱硫部2将已脱硫的含氢燃料向氢产生部4供给。
水汽化部3对水进行加热来使其汽化，由此生成向氢产生部4供给的水蒸气。水汽化部3中的水的加热可以使用燃料电池系统1内所产生的热，例如对氢产生部4的热、废气燃烧部6的热、或排气的热进行回收等。另外，也可以使用另设的加热器、燃烧机(burner)等其它热源对水进行加热。此外，在图1中，作为一例仅记载了从废气燃烧部6向氢产生部4供给的热，但并不限定于此。水汽化部3将所生成的水蒸气向氢产生部4供给。
氢产生部4使用来自脱硫部2的含氢燃料产生富氢气体。氢产生部4具有利用重整催化剂将含氢燃料重整的重整器。氢产生部4中的重整方式并没有特别限定，例如能够采用：水蒸气重整、部分氧化重整、自热重整、其它重整方式。此外，根据电池堆5所要求的富氢气体的性状，氢产生部4有时也会除利用重整催化剂进行重整的重整器以外还具有用于调整性状的结构。例如，在电池堆5的类型为固体高分子型燃料电池(PEFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)的情况下，氢产生部4具有用于去除富氢气体中的一氧化碳的结构(例如转化反应部、选择氧化反应部)。氢产生部4将富氢气体向电池堆5的负极(anode)12供给。
电池堆5使用来自氢产生部4的富氢气体和来自氧化剂供给部9的氧化剂进行发电。电池堆5具备被供给富氢气体的负极12、被供给氧化剂的正极(cathode)13以及配置在负极12与正极13之间的电解质14。电池堆5经由功率调节器10向外部供给电力。电池堆5将未使用于发电的富氢气体和氧化剂作为废气向废气燃烧部6供给。此外，也可以将氢产生部4所具备的燃烧部(例如对重整器进行加热的燃烧器等)共用作废气燃烧部6。
废气燃烧部6使从电池堆5供给的废气燃烧。由废气燃烧部6产生的热被供给到氢产生部4，用于氢产生部4中的富氢气体的产生。
含氢燃料供给部7向脱硫部2供给含氢燃料。水供给部8向水汽化部3供给水。氧化剂供给部9向电池堆5的正极13供给氧化剂。含氢燃料供给部7、水供给部8以及氧化剂供给部9例如由泵构成，根据来自控制部11的控制信号而驱动。
功率调节器10根据外部的电力使用状态调整来自电池堆5的电力。功率调节器10例如进行转换电压的处理、将直流电力转换为交流电力的处理。
控制部11进行燃料电池系统1整体的控制处理。例如由构成为包括CPU(Central Processing Unit：中央处理器)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)以及输入输出接口的设备来构成控制部11。控制部11与含氢燃料供给部7、水供给部8、氧化剂供给部9、功率调节器10、其它未图示的传感器、辅机之间电连接。控制部11获取燃料电池系统1内产生的各种信号，并且向燃料电池系统1内的各设备输出控制信号。
本实施方式所涉及的燃料电池系统1能够根据含氢燃料的性状变化来进行适当的运转。控制部11能够根据含氢燃料的性状变化来进行适当的控制处理。如图2所示，控制部11具备电流获取部101、发电状态判定值获取部102、估计值获取部103、比较判定部(比较部、第一判定部、第二判定部)104、系统停止部(第一系统停止部、第二系统停止部)105以及调整部(供给量调整部)106。
控制部11的电流获取部101具有获取电池堆5中的发电的电流的功能。控制部11的电流获取部101通过测定电池堆5中的发电的扫描电流来获取电流。控制部11的电流获取部101根据来自功率调节器10的测定部16的检测结果来测定扫描电流。控制部11的发电状态判定值获取部102具有获取基于电池堆5中的发电的发电参数的测定结果的发电状态判定值的功能。控制部11的发电状态判定值获取部102接收来自配置在燃料电池系统1内的各测量点处的传感器、测量器的检测信号。控制部11的发电状态判定值获取部102根据所接收的检测信号来获取发电状态判定值。
发电参数的值根据电池堆5中的发电状态而变化。电池堆5中的发电状态受含氢燃料的组成、热量(即性状)的影响。因而，在其它条件固定的情况下，发电参数的值的变化表示含氢燃料的性状变化。优选的是，将能够由设置于不以含氢燃料的性状变化为前提的通常的燃料电池系统的范围的传感器、设备测定出的参数用作发电参数。
发电状态判定值是根据发电参数的测定结果而获得的值。发电状态判定值是能够通过与针对发电参数预先确定的估计值进行比较来判定电池堆5的发电状态的值。作为发电状态判定值，既可以使用发电参数的测定值本身，也可以使用对测定值进行平均处理所得的值，还可以使用以便于比较的方式对测定值进行运算处理所得的值。
具体地说，作为发电参数，能够使用电池堆5中的堆电压。控制部11能够根据来自功率调节器10的测定部16的检测结果来获取堆电压。相对于规定扫描电流的堆电压根据含氢燃料的组成而变化。另外，电池堆5是直接使用由含氢燃料产生的富氢气体来进行发电的，因此堆电压根据组成的变化而迅速地变化。因而，通过将堆电压用作发电参数，控制部11能够针对含氢燃料的性状变化进行响应性高的控制。
另外，作为发电参数，能够使用基于电池堆5的发电的交流电力。控制部11能够根据来自功率调节器10的测定部16的检测结果来获取交流电力。交流电力与堆电压同样地，对于含氢燃料的性状变化表现出高响应性。并且，燃料电池系统1存在以下情况：在含氢燃料为热量不足的情况下，利用加热器等来抑制热量不足所造成的影响。在这种情况下，即使对电压的影响少，热量不足中的辅机损耗也会增加。因而，即使在对电压的影响少的情况下，通过将交流电力用作发电参数，也能够应对含氢燃料的性状变化。因而，通过将交流电力用作发电参数，控制部11能够针对含氢燃料的性状变化进行响应性高的控制。
另外，作为发电参数，能够使用废气燃烧温度。控制部11根据来自对废气燃烧部6的燃烧温度进行测定的温度传感器17的检测结果来获取废气燃烧温度。废气燃烧温度受含氢燃料所具有的热量的影响，因此对于性状变化具有高响应性。因而，通过将废气燃烧温度用作发电参数，控制部11能够针对含氢燃料的性状变化进行响应性高的控制。
另外，作为发电参数，能够使用电池堆5的堆温度。控制部11能够根据来自对电池堆5的堆温度进行测定的温度传感器18的检测结果来获取堆温度。堆温度对于含氢燃料的热量的细微变动的跟踪性低。即，堆温度能够被视作将含氢燃料的热量变动平均化所得的参数。因而，通过将堆温度用作发电参数，控制部11无需进行测定结果的平均处理就能够应对含氢燃料的性状变化。
另外，作为发电参数，能够使用系统内的排热的回收量即排热回收热量。如图3所示，控制部11能够根据来自对排热回收热量进行测定的测定部19的检测结果来获取排热回收量。测定部19能够根据对于排热回收器20的热介质的流量和温度来测定排热回收量。排热回收器20利用流入的热介质W1回收排气的热，将变成高温的热介质W2向热利用部(未图示)供给。排热回收热量受含氢燃料所具有的热量的影响，因此根据性状变化而变化。并且，例如，在气温高的环境下，热回收前的热介质W1和热回收后的热介质W2均温度上升。另外，在气温低的环境下，热回收前的热介质W1和热回收后的热介质W2均温度下降。另外，在热回收后的热介质W2的温度被系统控制的情况下，不是温度发生变化，取而代之地热介质的流量F发生变化。在这种情况下，例如，在气温高的环境下，热回收前的热介质W1的温度上升，热介质流量F增加。另外，在气温低的环境下，热回收前的热介质W1的温度下降，热介质流量F减少。因而，基于热介质W1与热介质W2的热量之差的排热回收热量难以受到气温的影响。因而，通过将排热回收热量用作发电参数，控制部11能够不受气温的影响地应对含氢燃料的性状变化。
另外，作为发电参数，能够使用对系统内的排热进行回收的排热回收器20的入口温度。如图3所示，控制部11能够根据来自对排热回收器20的入口温度进行测定的温度传感器21的检测结果来获取入口温度。排热回收器20受含氢燃料所具有的热量的影响，因此根据性状变化而变化。在此，燃料电池系统1有时具备燃烧催化剂，以作为针对废气燃烧部6中失火等所造成的废气的不完全燃烧的对策。在这种情况下，即使废气燃烧部6中失火，含氢燃料的热量也通过燃烧催化剂而反映到排气的热量中。因而，通过将排热回收器20的入口温度用作发电参数，即使在废气燃烧部6中失火的情况下，控制部11也能够应对含氢燃料的性状变化。
控制部11的估计值获取部103具有获取相对于电流预先确定的发电参数的估计值的功能。估计值是在作为基础的规定条件下相对于电流预先确定的值。优选的是，将估计值设定为例如在燃料电池系统1的运转中关于燃料的性状、燃料利用率、燃料供给量、其它参数处于理想条件下时的值。估计值是通过控制部11内的运算处理而估计出的值，例如，既可以是作为映射、表格预先存储在控制部11中来在规定的时机读出的值，或者也可以是通过进行规定计算而算出的值。在将堆电压用作发电参数的情况下，估计值绘制出例如图4的Xs所示的曲线。图4所示的估计值Xs表示关于燃料的性状、燃料利用率、燃料供给量、其它参数处于能够最佳地运转燃料电池系统1的条件下时的扫描电流与堆电压的关系。控制部11的估计值获取部103也可以与燃料电池系统1的运转中的各条件(例如燃料、水、氧化剂的供给量等)相应地将估计值的映射、表格事先存储多个，根据控制处理时的运转条件来读出适当的映射、表格。在将堆电压以外的参数用作发电参数的情况下，使用关于各发电参数相对于电流预先确定的估计值。
控制部11的比较判定部104具有将发电状态判定值与估计值进行比较的功能。控制部11的比较判定部104读出估计值并与所获取的发电状态判定值进行比较，该估计值是根据与燃料电池系统1运转有关的条件和所获取的电流而得到的。在发电状态判定值从估计值增加的情况下，控制部11的比较判定部104判断为由于性状变化而含氢燃料的每单位量的热量或发电量增加。另外，在发电状态判定值从估计值减少的情况下，控制部11的比较判定部104判断为由于性状变化而含氢燃料的每单位量的热量或发电量减少。控制部11的系统停止部105具有在规定时机进行燃料电池系统1的系统停止的功能。
控制部11的调整部106具有根据发电状态判定值相对于估计值的增减来调整含氢燃料的供给量的功能。控制部11的调整部106在发电状态判定值从估计值增加的情况下，使含氢燃料的供给量减少。控制部11的调整部106通过使供给量减少来进行控制使得发电状态判定值接近估计值。控制部11的调整部106将以使供给量减少的方式设定的控制信号输出到含氢燃料供给部7。控制部11的调整部106在发电状态判定值从估计值减少的情况下，使含氢燃料的供给量增加。控制部11的调整部106通过使供给量增加来进行控制使得发电状态判定值接近估计值。控制部11的调整部106将以使供给量增加的方式设定的控制信号输出到含氢燃料供给部7。控制部11的调整部106使用追加或削减供给量的状态的控制信号，进行之后的系统控制。控制部11的调整部106也可以对估计值设定上限值、下限值等阈值，在超过阈值的情况下，调整含氢燃料的供给量。或者，控制部11的调整部106还可以在每次发电状态判定值从估计值变化时调整供给量。
接着，参照图5来说明本实施方式所涉及的燃料电池系统1的控制处理的一例。图5所示的处理是监视含氢燃料的性状变化并且在发生性状变化的情况下执行应对该性状变化的控制的处理。在图5所示的例子中，将堆电压用作发电参数，将平均处理后的堆电压的测定值用作发电状态判定值。图5所示的处理在控制部11中在规定时机反复执行。
如图5所示，控制部11的电流获取部101测定扫描电流I(步骤S10)，并且发电状态判定值获取部102测定堆电压E(步骤S20)。控制部11的电流获取部101和发电状态判定值获取部102对在S10和S20中测定出的扫描电流I和堆电压E进行平均处理(步骤S30)。接着，控制部11的发电状态判定值获取部102获取发电状态判定值X1(步骤S40)。控制部11的发电状态判定值获取部102获取在S30中平均处理后的堆电压E的测定值作为发电状态判定值X1。
接着，控制部11的估计值获取部103获取相对于扫描电流I的发电参数的估计值Xs(步骤S50)。控制部11的估计值获取部103获取相对于S30中平均处理后的扫描电流I的测定值的、堆电压的估计值Xs。在图4的例子中，控制部11的估计值获取部103相对于扫描电流I1，将点Ps处的堆电压确定为估计值Xs。
接着，控制部11的比较判定部104将发电状态判定值X1与估计值Xs进行比较，并且根据比较结果来调整含氢燃料的供给量。具体地说，控制部11的比较判定部104判定发电状态判定值X1是否大于针对估计值Xs设定的上限阈值Xmax(步骤S60)。在图4的例子中，在发电状态判定值X1为点P1、P2的堆电压的情况下，控制部11的比较判定部104判定为发电状态判定值X1为上限阈值Xmax以下。另一方面，在发电状态判定值X1为点P3的堆电压的情况下，控制部11的比较判定部104判定为发电状态判定值X1大于上限阈值Xmax。控制部11的比较判定部104在S60中判定为发电状态判定值X1大于上限阈值Xmax的情况下，进行使含氢燃料的供给量减少的处理(步骤S70)。在S70之后，控制部11转移至系统停止判定处理(步骤S100)。
控制部11的比较判定部104在S60中判定为发电状态判定值X1为上限阈值Xmax以下的情况下，判定发电状态判定值X1是否小于针对估计值Xs设定的下限阈值Xmin(步骤S80)。在图4的例子中，当发电状态判定值X1为点P1、P3的堆电压的情况下，控制部11的比较判定部104判定为发电状态判定值X1为下限阈值Xmin以上。另一方面，当发电状态判定值X1为点P2的堆电压的情况下，控制部11的比较判定部104判定为发电状态判定值X1小于下限阈值Xmin。控制部11的调整部106在S80中判定为发电状态判定值X1小于下限阈值Xmin的情况下，进行使含氢燃料的供给量增加的处理(步骤S90)。在S90之后，控制部11转移至系统停止判定处理(步骤S100)。控制部11在S80中判定为发电状态判定值X1为下限阈值Xmin以上的情况下，不调整含氢燃料的供给量而转移至系统停止判定处理(步骤S100)。在图4的例子中，在发电状态判定值X1为点P1的堆电压的情况下，控制部11不调整含氢燃料的供给量而转移至S100。
控制部11的比较判定部104判定是否存在与系统停止有关的指令(步骤S100)。具体地说，控制部11的比较判定部104判定是否存在来自外部的系统停止指令、联锁(interlock)的系统停止指令。控制部11的系统停止部105在S100中判定为存在系统停止指令的情况下进行系统停止处理(步骤S110)，结束图5所示的处理。控制部11的比较判定部104在S100中判定为不存在系统停止指令的情况下，结束图5所示的处理，在规定时机再次从S10、S20开始处理。
图5所示的控制处理既可以在燃料电池系统1的运转过程中始终执行，也可设置规定期间而定期地执行。在始终执行的情况下，控制部11与燃料电池系统1运转的条件相应地将估计值的映射、表格事先存储多个，由此，在运转过程中变更条件而进行控制的情况下也能够监视性状变化。在定期地执行的情况下，以使每次控制处理时的运转的条件固定的方式进行控制，由此能够减少要事先存储的估计值的映射、表格。
通过以上，燃料电池系统1将发电状态判定值与估计值进行比较，根据发电状态判定值相对于估计值的增减来调整含氢燃料的供给量。发电参数在燃料电池系统1内受电池堆5中的发电状态的影响。因而，如果其它条件固定，则发电状态判定值的变化表示发电中所使用的含氢燃料的性状变化。发电参数的估计值是相对于电流预先确定的值，能够用作用于判断性状变化的基础数据。在获取到燃料电池系统1运转过程中的规定时机的电流和发电状态判定值的情况下，控制部11能够根据该电流来确定估计值，将该估计值与发电状态判定值进行比较。如果发电状态判定值未从作为基础数据的估计值变化，则能够判断为不存在性状变化。另一方面，在发电状态判定值从估计值增减的情况下，能够判断为存在性状变化。此时，控制部11能够通过调整含氢燃料的供给量来使燃料电池系统1的运转状态接近性状变化前的状态。由此，燃料电池系统1能够与性状变化前同样地在对燃料电池系统1而言最佳的运转状态下继续运转。通过将能够由设置于不以含氢燃料的性状变化为前提的通常的燃料电池系统内的传感器、设备测定出的参数用作发电参数，燃料电池系统1无需设置特殊的设备就能够应对性状变化。通过以上，能够不设置特殊的设备而根据含氢燃料的性状变化来进行适当的运转。
[第二实施方式]
参照图6来说明本发明的第二实施方式所涉及的燃料电池系统1。在第二实施方式所涉及的燃料电池系统中，控制部11的比较判定部104具有判定发电状态判定值的变化量大于规定阈值的状态是否持续了规定时间的功能。在由于含氢燃料的性状变化所造成的影响而发电状态判定值超过预想地大幅变化且该状态持续了规定时间的情况下，控制部11的比较判定部104判断为含氢燃料的供给异常。控制部11的系统停止部105具有在判定为变化量大于阈值的状态持续了规定时间时将系统停止的功能。
图6是表示第二实施方式所涉及的燃料电池系统1的控制处理的一例的流程图。首先，控制部11的发电状态判定值获取部102获取前次的控制处理中所获取的发电状态判定值记作前次值X2，以作为用于获得发电状态判定值的变化量的值(步骤S120)。此外，在为初次的控制处理而不存在前次值的情况下，将初始值X0用作前次值X2。接着，执行与第一实施方式相同的S10～S50的处理。在S50之后，控制部11的比较判定部104判定发电状态判定值X1的变化量大于阈值Y1的状态是否持续了规定时间(步骤S130)。此处的变化量是指发电状态判定值X1与前次值X2之差的绝对值。此外，作为变化量，只要表示发电状态判定值X1的变化程度即可，可以使用任何值。例如，也可以使用发电状态判定值X1相对于前次值X2的变化率。
控制部11的比较判定部104在S130中判定为变化量大于阈值Y1的状态持续了规定时间的情况下，判断为产生了含氢燃料的供给异常，系统停止部105将系统停止(S110)。在系统停止后，图6所示的控制处理结束。
控制部11的比较判定部104在S130中判定为变化量大于阈值Y1的状态未持续规定时间的情况下，判断为发电状态判定值X1的变化量小，未产生供给异常。或者，控制部11的比较判定部104判断为只不过是由于测定值的振动等而发电状态判定值X1瞬间地变化，并未产生供给异常。此时，控制部11执行与第一实施方式相同的S60～S90。在执行S60～S90之后，将发电状态判定值X1设定为前次值X2(步骤S140)。此处所设定的前次值X2在下次的控制处理的S120中使用。此外，控制部11也可以在判断为性状变化产生变化并在S70、S90中调整了燃料供给量的情况下，再次重新获取调整后的发电状态判定值X1，并将重新获取的发电状态判定值X1设定为前次值X2。
在S140之后，控制部11执行与第一实施方式相同的S100、S110。控制部11在S100中判定为存在系统停止指令的情况下进行系统停止处理(步骤S110)，结束图6所示的处理。控制部11在S100中判定为不存在系统停止指令的情况下结束图6所示的处理，并在规定时机再次从S10、S20开始处理。
[第三实施方式]
参照图7来说明本发明的第三实施方式所涉及的燃料电池系统1。在第三实施方式所涉及的燃料电池系统中，控制部11的比较判定部104具有判定发电状态判定值相对于估计值的变化量是否大于规定阈值的功能。在由于含氢燃料的性状变化所造成的影响而发电状态判定值超过预想地从估计值大幅变化的情况下，控制部11的比较判定部104能够立即判断为含氢燃料的供给异常。控制部11的系统停止部105具有在判定为变化量大于阈值时将系统停止的功能。
图7是表示第三实施方式所涉及的燃料电池系统1的控制处理的一例的流程图。首先，控制部11执行与第一实施方式相同的S10～S50。在S50之后，控制部11的比较判定部104判定发电状态判定值X1相对于估计值Xs的变化量是否大于阈值Y2(步骤S160)。此处的变化量是指发电状态判定值X1与估计值Xs之差的绝对值。此外，作为变化量，只要表示发电状态判定值X1相对于估计值Xs的变化程度即可，可以使用任何值。例如，也可以使用发电状态判定值X1从估计值Xs的变化率。
控制部11的比较判定部104在S130中判定为变化量大于阈值Y2的情况下判断为产生了含氢燃料的供给异常，系统停止部105将系统停止(S110)。在系统停止后，图7所示的控制处理结束。
控制部11的比较判定部104在S160中判定为变化量为阈值Y2以下的情况下判断为未产生供给异常。此时，控制部11执行与第一实施方式相同的S60～S90。在执行S60～S90之后，控制部11执行与第一实施方式相同的S100、S110。控制部11在S100中判定为存在系统停止指令的情况下进行系统停止处理(步骤S110)，结束图7所示的处理。控制部11在S100中判定为不存在系统停止指令的情况下，结束图7所示的处理，并在规定时机再次从S10、S20开始处理。
以上，说明了本发明的优选实施方式，但本发明所涉及的燃料电池系统并不限定于实施方式所涉及的上述燃料电池系统1。
例如，在图4～图7所示的例子中，说明了将堆电压用作发电参数的情况，但也可以使用其它发电参数进行控制处理。另外，燃料电池系统也可以进行将第二实施方式和第三实施方式进行组合所得的控制处理。由此，能够更加可靠地监视含氢燃料的供给异常。
产业上的可利用性
本发明能够用于燃料电池系统。
附图标记说明
1：燃料电池系统；4：氢产生部；5：电池堆；11：控制部；101：电流获取部；102：发电状态判定值获取部；103：估计值获取部；104：比较判定部(比较部、第一判定部、第二判定部)；105：系统停止部(第一系统停止部、第二系统停止部)；106：调整部(供给量调整部)。

Claims (9)

1.一种燃料电池系统，具备：
氢产生部，其使用含氢燃料产生含氢气体；
电池堆，其使用上述含氢气体来进行发电；
电流获取部，其获取上述电池堆中的发电的电流；
发电状态判定值获取部，其获取基于上述电池堆中的发电的发电参数的测定结果的发电状态判定值；
估计值获取部，其获取相对于上述电流预先确定的上述发电参数的估计值；
比较部，其将上述发电状态判定值与上述估计值进行比较；以及
供给量调整部，其根据上述发电状态判定值相对于上述估计值的增减，来调整上述含氢燃料的供给量。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还具备：
第一判定部，其判定上述发电状态判定值的变化量大于规定阈值的状态是否持续了规定时间；以及
第一系统停止部，其在由上述第一判定部判定为上述变化量大于上述阈值的状态持续了规定时间时，将系统停止。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还具备：
第二判定部，其判定上述发电状态判定值相对于上述估计值的变化量是否大于规定阈值；以及
第二系统停止部，其在由上述第二判定部判定为上述变化量大于上述阈值时，将系统停止。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
上述发电参数是上述电池堆中的堆电压。
5.根据权利要求1～3中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
上述发电参数是基于上述电池堆的发电的交流电力。
6.根据权利要求1～3中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
上述发电参数是使来自上述电池堆的废气燃烧的废气燃烧温度。
7.根据权利要求1～3中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
上述发电参数是上述电池堆的堆温度。
8.根据权利要求1～3中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
上述发电参数是系统内的排热的回收量即排热回收热量。
9.根据权利要求1～3中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
上述发电参数是对系统内的排热进行回收的排热回收器的入口温度。
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
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Application publication date: 20130911