CN116134647A - 气体流量控制装置及方法、以及燃料电池系统 - Google Patents

气体流量控制装置及方法、以及燃料电池系统 Download PDF

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Abstract

实施方式的气体流量控制装置(200)检测从氢再循环管(6)分支并能够将阳极废气的一部分向外部排出的脱气管(8)的状态。并且，气体流量控制装置(200)根据脱气管的状态，从在流量调节喷射器(104)的控制中使用的多个映射中选择一个映射。然后，基于所选择的映射来控制流量调节喷射器(104)的动作，由此，进行含氢气体的流量调节。

Description

气体流量控制装置及方法、以及燃料电池系统
技术领域
本发明的实施方式涉及气体流量控制装置及方法、以及燃料电池系统。
背景技术
一般的固体高分子型的燃料电池具备层叠多个燃料电池单电池而成的单电池层叠体。这样的燃料电池通过使含有氢的燃料气体与含有氧的含氧气体在各单电池层叠体内进行化学反应，从而由燃料气体所具有的化学能生成电能。
燃料电池单电池具有高分子电解质膜和以夹着高分子电解质膜的方式设置的阳极及阴极。在进行发电时，将上述燃料气体供给至阳极，将上述含氧气体供给至阴极。
从阳极排出的燃料气体通常被称为阳极废气。该阳极废气通常包含未反应的氢，因此有时为了有效利用燃料气体而再次供给至燃料电池。
另一方面，若阳极废气的再利用时间为长期，则阳极废气中含有的氮的浓度增加，其结果，有时燃料电池的电压降低。因此，在使阳极废气循环的情况下，有时通过将脱气管与再循环管连接，并根据需要将脱气管的脱气切换阀开放，从而将阳极废气的一部分排出。
在具备上述那样的再循环管以及脱气管的燃料电池系统中，若切换不进行脱气的通常运转的状态和进行脱气的脱气运转的状态，则向燃料电池供给的燃料气体以及阳极废气的流量发生变化。其结果，阳极的压力变动。这样，在压力发生了变化时，通常，为了使变化后的压力恢复到原来的压力而进行燃料气体的流量调节。
然而，在通常运转时和脱气运转时，流路内的压力、流量等运转条件不同，因此有时无法顺畅地进行向原来的压力的控制。
另外，在使燃料电池长时间运转时，以前尽管能够适当地控制压力，但有时也由于某种原因而不能顺畅地进行向期望的压力的控制。这样的现象有在脱气运转时变得显著的倾向。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2020-95800号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
因此，本发明要解决的技术问题在于，提供一种即使在进行了阳极废气的脱气的切换的情况下，也能够将针对燃料电池的气体供给状态迅速且高精度地控制为期望的状态的气体流量控制装置及方法、以及燃料电池系统。
用于解决技术问题的手段
一个实施方式的气体流量控制装置，是燃料电池系统中的气体流量控制装置，该燃料电池系统将由流量调节部进行流量调节后的燃料气体向燃料电池供给，使从所述燃料电池流出的阳极废气在再循环管中在所述流量调节部与所述燃料电池之间循环。该气体流量控制装置具备：检测部，检测从所述再循环管分支并能够将所述阳极废气的一部分向外部排出的脱气管的状态；以及流量调节动作控制部，根据所述检测部检测出的所述脱气管的状态，从在所述流量调节部的控制中使用的多个映射中选择一个映射，基于所选择的所述映射来控制所述流量调节部的动作，从而进行所述燃料气体的流量调节。
一个实施方式的气体流量控制方法，是燃料电池系统中的气体流量控制方法，该燃料电池系统将由流量调节部进行流量调节后的燃料气体向燃料电池供给，使从所述燃料电池流出的阳极废气在再循环管中在所述流量调节部与所述燃料电池之间循环。该方法具备：检测工序，检测从所述再循环管分支并能够将所述阳极废气的一部分向外部排出的脱气管的状态；以及流量调节动作控制工序，根据在所述检测工序中检测出的所述脱气管的状态，从在所述流量调节部的控制中使用的多个映射中选择一个映射，基于所选择的所述映射来控制所述流量调节部的动作，从而进行所述燃料气体的流量调节。
一个实施方式的燃料电池系统，是将由流量调节部进行流量调节后的燃料气体向燃料电池供给，使从所述燃料电池流出的阳极废气在再循环管中在所述流量调节部与所述燃料电池之间循环的燃料电池系统，在所述燃料电池系统中，通过所述的气体流量控制装置来控制所述流量调节部。
发明效果
根据本发明，即使在进行了阳极废气的脱气的切换的情况下，也能够将针对燃料电池的气体供给状态迅速且高精度地控制为期望的状态。
附图说明
图1是表示具备一个实施方式的气体流量控制装置的燃料电池系统的概略结构的图。
图2是表示一个实施方式的气体流量控制装置的功能结构的框图。
图3是表示一个实施方式的气体流量控制装置中存储的映射的例子的图。
图4是表示一个实施方式的气体流量控制装置的控制模型的一例的框图。
图5是表示一个实施方式的气体流量控制装置的动作的一例的流程图。
图6是说明一个实施方式的气体流量控制装置更新映射的动作的图。
具体实施方式
以下，参照附图对一个实施方式进行详细说明。
图1是表示具备一个实施方式的气体流量控制装置200的燃料电池系统1的概略结构的图。
＜整体结构＞
图1所示的燃料电池系统1，是能够将在发电过程中从燃料电池100的燃料极流出的阳极废气再利用的系统。该燃料电池系统1具备氢气供给管2、氧气供给管4、氢再循环管6、脱气管8、燃料电池100、氢气供给装置102、流量调节喷射器104、再循环鼓风机106、脱气切换阀108、压力传感器110、流量检测部112以及气体流量控制装置200。
氢气供给管2是将燃料电池100的燃料极流路100a(图中“阳极”极流路)的入口部J1与氢气供给装置102连接的配管。氢气供给装置102是供给所储存的燃料气体即含氢气体的装置，例如也可以是氢气瓶等。在本实施方式中，将从氢气供给装置102供给的含氢气体的原来压力即燃料原来压力保持为恒定值。
在氢气供给管2上设置有流量调节喷射器104，流量调节喷射器104对来自氢气供给装置102的含氢气体进行流量调节并向燃料电池100供给。在本实施方式中，含氢气体的供给流量的调节单元是流量调节喷射器104，但也可以使用其他的单元，例如也可以使用流量调节阀等。
流量调节喷射器104能够调节向燃料电池100供给的含氢气体的流量，能够根据燃料电池100的发电量来调整含氢气体的流量。另外，也可以在氢气供给管2中的流量调节喷射器104的上游侧设置有截止阀。
氧气供给管4是与燃料电池100内的氧化剂极流路100b(图中“阴极”极流路)的入口部连接的配管，将含氧气体向燃料电池100的氧化剂极流路100b供给。
氢再循环管6是将燃料电池100内的燃料极流路100a的出口部J2与在氢气供给管2中的流量调节喷射器104与燃料电池100之间设定的合流部J3连接的配管。该氢再循环管6使从燃料极流路100a流出的阳极废气经由氢气供给管2的合流部J3循环，由此，能够再利用阳极废气。
在氢再循环管6上设置有再循环鼓风机106，再循环鼓风机106将阳极废气从燃料电池100引入氢再循环管6，从而阳极废气在氢气供给管2中循环。再循环鼓风机106例如也可以是隔膜式泵、罗茨式泵、涡旋式泵等。
脱气管8是从在氢再循环管6中的再循环鼓风机106与合流部J3之间设定的分支部J4分支的配管。在脱气管8上设置有脱气切换阀108，通过将脱气切换阀108从关闭状态切换为打开状态，能够将阳极废气的一部分从脱气管8向外部排出。
与上述的氢气供给管2和氧气供给管4连接的燃料电池100具有将含氢气体向燃料极(阳极)供给的燃料极流路100a和将含氧气体向氧化剂极(阴极)供给的氧化剂极流路100b，使用向燃料极供给的含氢气体和向氧化剂极供给的含氧气体进行发电。含氧气体例如为大气。在本实施方式中，负载300与燃料电池100连接，能够将燃料电池100发电产生的电能向负载300供给。负载300例如也可以是电动机或蓄电池等。
在此，上述阳极废气是在燃料电池100的发电过程中从燃料极流路100a排出的气体，通常包含未反应的氢气。另一方面，阳极废气中混入向氧化剂极供给的含氧气体中的氮N2。因此，循环中的阳极废气(氢H2+氮N2)的氮浓度随着时间经过而增加，相反地阳极废气中的氢浓度减少。上述的脱气管8是为了通过将杂质浓度上升的阳极废气排出而使向燃料电池100供给的含氢气体的氢浓度恢复而设置的。
另外，压力传感器110检测氢气供给管2中的流量调节喷射器104与燃料电池100之间的流路内的压力。压力传感器110检测氢气供给管2的流路内的含氢气体的压力，并将检测出的信息发送到气体流量控制装置200。
另外，流量检测部112检测在氢气供给管2中流通的含氢气体的流量。详细而言，流量检测部112检测在氢气供给管2中的流量调节喷射器104与合流部J3之间的部分流通的含氢气体的流量。然后，流量检测部112将检测出的含氢气体的流量的信息向气体流量控制装置200发送。在本实施方式中，流量检测部112例如是叶轮式等机械流量计，但流量检测部112也可以由软件构成。在该情况下，例如流量检测部112既可以构成为基于流量调节喷射器104的动作状况(开度、开闭频率)来预测流量，也可以构成为基于压力传感器110的指示值来预测流量。
另外，在本实施方式中，发电过程中的燃料电池100的发电量的信息也被发送到气体流量控制装置200。作为发电量的信息，也可以是燃料电池100的输出电流。
＜气体流量控制装置＞
图2是表示气体流量控制装置200的功能结构的框图。气体流量控制装置200构成为：调节向燃料电池100供给的含氢气体的流量，并将向燃料电池100供给的燃料气体的压力控制为期望的压力。
气体流量控制装置200包含处理器，从存储部202读出并执行所需的程序，由此实现各种功能。存储部202例如由RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、闪存等半导体存储器元件、硬盘、光盘等实现。另外，处理器这样的语句例如是指CPU(CentralProcessing Unit：中央处理单元)、面向特定用途的集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit：ASIC)、可编程逻辑器件(SPLD、CPLD)、现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array：FPGA)等电路。另外，也可以代替在存储部202中保存程序，而构成为在处理器的电路内直接编入程序。
如图2所示，气体流量控制装置200具有上述的存储部202、状态检测部204、流量取得部205、发电量检测部206、压力检测部208、流量调节动作控制部210、阳极废气排出量控制部212、压力控制部214、调谐部216。其中的存储部202以外的功能部通过执行从存储部202调出的程序来实现。
存储部202具有存储各种程序并且保持在流量调节喷射器104的控制等中使用的多个映射的映射保持部202a。
图3示出了存储在映射保持部202a中的映射的例子，具体而言，示出了在流量调节喷射器104的控制中使用的通常用映射Nfm、Nufm、和基准脱气时用映射Dfm、Dufm的例子。通常用映射Nfm、Nufm是在从脱气管8不排出阳极废气的状态即通常运转的情况下使用的映射，基准脱气时用映射Dfm、Dufm是在从脱气管8排出阳极废气的状态即脱气运转的情况下使用的映射。
图3上侧所示的通常用映射Nfm及基准脱气时用映射Dfm确定了在燃料电池100能够发电的发电量与为了在燃料电池100中得到规定的发电量(例如，作为所指定的发电量或设计值而确定的发电量)而由流量调节喷射器104供给的含氢气体的流量之间的关系。
图3下侧所示的通常用映射Nufm及基准脱气时用映射Dufm确定了在燃料电池100中能够发电的发电量与为了在燃料电池100中得到规定的发电量而由流量调节喷射器104供给的含氢气体的燃料利用率之间的关系。在此，燃料利用率是指从流量调节喷射器104供给的含氢气体被使用于燃料电池100的发电的比例。燃料利用率由氢的消耗量/所供给的含氢气体的流量来确定。氢的消耗量能够根据燃料电池100的实际发电量来计算。
在本实施方式中，使用确定了发电量与含氢气体的流量的关系的图3上侧所示的通常用映射Nfm及基准脱气时用映射Dfm进行流量调节喷射器104的控制。即，燃料电池系统1为了得到燃料电池100的某发电量而控制从流量调节喷射器104供给的含氢气体的流量。此时，参照通常用映射Nfm及基准脱气时用映射Dfm。具体而言，在进行使用了基准脱气时用映射Dfm的脱气运转的情况下，如图3所示那样指定了发电量X时，参照通常用映射Dfm而确定流量Y。
如从通常用映射Nfm及基准脱气时用映射Dfm的图示可知，所指定的发电量(换言之，目标的发电量)越大，则从流量调节喷射器104供给的含氢气体的流量被设定得越大。另一方面，在确定了发电量与含氢气体的燃料利用率的关系的图3下侧所示的通常用映射Nufm及基准脱气时用映射Dufm中，在使用通常用映射Nufm的情况下含氢气体的燃料利用率成为大致恒定值，在使用基准脱气时用映射Dufm的情况下，所指定的发电量越大，从流量调节喷射器104供给的含氢气体的燃料利用率设定得越大，以使燃料利用率变大的方式控制流量调节喷射器104。
返回图2，状态检测部204检测脱气管8的状态，具体而言，作为脱气管8的状态，检测从送气管8不排出阳极废气的状态(通常运转)、或者从脱气管8排出阳极废气的状态(脱气运转)。状态检测部204也可以基于开闭脱气管8的脱气切换阀108的状态，检测上述那样的脱气管8的状态。
流量取得部205从流量检测部112取得含氢气体的流量的信息。此外，在如上述那样流量检测部112由软件构成的情况下，流量检测部112也可以与流量取得部205一体化。
发电量检测部206基于从发电过程中的燃料电池100发送的发电量的信息，检测燃料电池100的实际发电量。此外，在计算燃料利用率时，例如也可以根据燃料电池100的实际发电量确定燃料消耗量，并将其除以由流量取得部205取得的含氢气体的流量。但是，燃料利用率的计算方法不限于此。
压力检测部208基于来自压力传感器110的信息，检测氢气供给管2中的流量调节喷射器104与燃料电池100之间的流路内的压力。
并且，流量调节动作控制部210根据状态检测部204检测出的脱气管8的状态，从在流量调节喷射器104的控制中使用的多个映射(通常用映射Nfm及基准脱气时用映射Dfm)中选择一个映射，基于所选择的映射来控制流量调节喷射器104的动作，从而进行含氢气体的流量调节。
详细而言，流量调节动作控制部210在处于不从脱气管8排出阳极废气的状态即通常运转的情况下选择通常用映射Nfm，在处于从脱气管8排出阳极废气的状态即脱气运转的情况下选择基准脱气时用映射Dfm。而且，流量调节动作控制部210根据所选择的通常用映射Nfm或基准脱气时用映射Dfm、例如所指定的燃料电池100的发电量，确定含氢气体的流量来控制流量调节喷射器104。
接着，阳极废气排出量控制部212通过控制再循环鼓风机106来控制来自燃料电池100的阳极废气的排出量。详细而言，阳极废气排出量控制部212基于在存储部202的映射保持部202a中存储的鼓风机控制映射来调节再循环鼓风机106的控制量。
鼓风机控制映射例如确定了再循环鼓风机106的风量(转速)相对于燃料电池100的某发电量的关系。另外，本实施方式中的阳极废气排出量控制部212通过映射控制来控制再循环鼓风机106，但也可以通过PID控制等进行控制。
另外，压力控制部214通过基于压力检测部208检测出的压力与目标压力的差值的控制，在本例中，通过PID控制，以使压力检测部208检测出的压力与目标压力一致的方式控制流量调节喷射器104的动作。上述目标压力根据燃料电池100的发电量而确定，目标压力与发电量的关系也可以预先存储于存储部202。
在此，本实施方式中的流量调节喷射器104通过基于流量调节动作控制部210的映射控制和基于压力控制部214的PID控制进行流量调整。图4是表示针对流量调节喷射器104的气体流量控制装置200的控制模型的一例的框图。
如图4所示，在流量调节喷射器104的控制时，向流量调节动作控制部210输入燃料电池100的发电量及脱气管8的状态的信息。另一方面，向压力控制部214输入基于燃料电池100的发电量的目标压力的信息。然后，流量调节动作控制部210对流量调节动作控制部210进行基于所选择的映射的前馈控制。另外，压力控制部214对流量调节动作控制部210进行基于目标压力与检测压力的差分的基于PID的反馈控制。即，在本实施方式中，通过进行与脱气管8的状态变化对应的前馈控制，来提高控制的响应性。
以下，对调谐部216进行说明。调谐部216对基准脱气时用映射Dfm(或Dufm)的特性进行调谐。调谐部216在脱气运转时，在相对于由发电量检测部206检测的燃料电池100的实际发电量而言根据基准脱气时用映射Dfm来确定的含氢气体的流量(或燃料利用率)与由流量检测部112得到的实际的含氢气体的流量(或燃料利用率)之差为预先确定的调谐开始基准值以上的情况下，开始调谐动作。
由于基准脱气时用映射Dfm与基准脱气时用映射Dufm的调谐步骤相同，因此以下对与在本实施方式中使用的基准脱气时用映射Dfm有关的调谐动作进行说明。
当调谐动作开始时，调谐部216使对当前指定的燃料电池100的发电量的控制动作停止，但维持脱气运转。之后，调谐部216指定多个发电量，使流量调节动作控制部210实施基于与各发电量对应的基准脱气时用映射Dfm的流量控制。
然后，调谐部216针对所指定的各发电量，取得相对于由发电量检测部206检测出的燃料电池100的实际发电量而言根据基准脱气时用映射Dfm来确定的含氢气体的流量与实际的含氢气体的流量之差。然后，调谐部216基于所取得的多个上述流量的差来变更基准脱气时用映射Dfm，由此生成新的脱气时用映射。
作为调谐动作，在实施向负载300所要求的燃料电池100的发电量的控制动作的同时，仅在实施脱气运转的时刻，取得相对于由发电量检测部206检测出的燃料电池100的实际发电量而言根据基准脱气时用映射Dfm来确定的含氢气体的流量与实际的含氢气体的流量之差，在能够取得所指定的各发电量的差之后，调谐部216基于所取得的多个上述流量的差来变更基准脱气时用映射Dfm，由此生成新的脱气时用映射。
在如上述那样生成新的脱气时用映射时，在本实施方式中，在相对于实际的发电量而言根据基准脱气时用映射Dfm来确定的含氢气体的流量为比实际的含氢气体的流量小的倾向的情况下，例如在使流量增加的方向上变更基准脱气时用映射Dfm。另一方面，在相对于实际的发电量而根据基准脱气时用映射Dfm来确定的含氢气体的流量为比实际的含氢气体的流量大的倾向的情况下，例如在使流量减少的方向上变更基准脱气时用映射Dfm。
然后，在如以上那样生成新的脱气时用映射之后，调谐部216判定基准脱气时用映射Dfm与新的脱气时用映射的变化量是否超过第一基准、是否超过比第一基准大的第二基准、以及是否超过比第二基准大的第三基准。变化量与基准的比较例如可以通过对关于多个发电量的流量的差的平均值和与其对应的基准进行比较来进行，也可以通过对关于多个发电量的流量的差的累积值和与其对应的基准进行比较来进行。
并且，在基准脱气时用映射Dfm与新的脱气时用映射的变化量不超过第一基准的情况下，调谐部216维持现有的基准脱气时用映射Dfm。另一方面，在变化量超过第一基准且不超过第二基准的情况下，调谐部216将新的脱气时用映射设定为新的基准脱气时用映射Dfm。
另外，在基准脱气时用映射Dfm与新的脱气时用映射的变化量超过第二基准且不超过第三基准的情况下，调谐部216维持现有的基准脱气时用映射Dfm，并且对阳极废气排出量控制部212的控制量进行调谐。此时，调谐部216通过调谐上述的鼓风机控制映射来调谐阳极废气排出量控制部212的控制量。
鼓风机控制映射的调谐通过在维持脱气运转的同时例如逐渐变更鼓风机控制映射来进行，在满足规定的条件时完成。该规定的条件例如也可以是相对于燃料电池100的实际的发电量而言根据基准脱气时用映射Dfm来确定的含氢气体的流量与实际的含氢气体的流量之差小于比上述调谐开始基准值小的规定值的条件。
而且，若如上述那样鼓风机控制映射的调谐结束，则被调谐后的鼓风机控制映射作为新的鼓风机控制映射而被保持于存储部202。所保持的新的鼓风机控制映射在之后的脱气运转时被阳极废气排出量控制部212使用。另外，该新的鼓风机控制映射也可以在通常运转时使用。而且，本实施方式的方式中的调谐部216，之后在阳极废气排出量控制部212使用新的鼓风机控制映射进行控制且流量调节动作控制部210使用现有的基准脱气时用映射Dfm进行控制的状态下，再次进行针对基准脱气时用映射Dfm的上述调谐动作。
即，在鼓风机控制映射的调谐后，调谐部216针对所指定的各发电量，再次取得相对于由发电量检测部206检测出的燃料电池100的实际发电量而言根据基准脱气时用映射Dfm来确定的含氢气体的流量与实际的含氢气体的流量之差。而且，调谐部216基于所取得的多个上述流量的差来变更基准脱气时用映射Dfm，由此生成新的脱气时用映射，将基准脱气时用映射Dfm与新的脱气时用映射的变化量再次与第一基准～第三基准进行比较。
另一方面，在基准脱气时用映射Dfm与新的脱气时用映射的变化量超过了第三基准的情况下，调谐部216显示警告和/或使燃料电池系统1停止。在本实施方式中显示警告。
另外，调谐部216在如上所述那样流量的差成为调谐开始基准值以上的情况下，开始以上说明的调谐动作，另一方面，具有即使在流量之差不超过调谐开始基准值的情况下也对映射进行微调整的调谐功能。
具体而言，调谐部216即使在流量之差小于调谐开始基准值的情况下，也记录相对于由发电量检测部206检测出的燃料电池100的实际发电量而言根据基准脱气时用映射Dfm来确定的含氢气体的流量与实际的含氢气体的流量之差。而且，在所记录的多个上述差的个数成为规定个数以上时，调谐部216基于所记录的多个上述差来变更基准脱气时用映射Dfm，由此生成新的脱气时用映射，将新的脱气时用映射设定为新的基准脱气时用映射Dfm。
以上那样的调谐部216是为了在脱气运转时将阳极的压力控制为期望的压力时的响应性以及精度降低时使燃料电池系统1恢复到能够实施适当的控制的状态而设置的。通过这样的调谐部216，能够实现燃料电池系统1的可靠性的提高。
＜动作＞
接着，对气体流量控制装置200的动作的一例进行说明。图5是表示气体流量控制装置200的动作的一例的流程图。在此，对从通常运转切换为脱气运转后的气体流量控制装置200的动作的一例进行说明。
在从通常运转切换为脱气运转的情况下，将切换为脱气运转的意思的信息从状态检测部204向流量调节动作控制部210发送。由此，在步骤S101中，首先，流量调节动作控制部210从通常用映射Nfm切换并选择基准脱气时用映射Dfm。
然后，在步骤S102中，流量调节动作控制部210根据基准脱气时用映射Dfm和燃料电池100的发电量的信息，来确定含氢气体的流量。
接着，在步骤S103中，流量调节动作控制部210控制流量调节喷射器104的动作，以使流量调节喷射器104以在步骤S102中确定的含氢气体的流量供给含氢气体。
另外，在步骤S104中，压力控制部214控制流量调节喷射器104的动作，以使压力检测部208检测出的压力与目标压力一致。
之后，在步骤S105中，发电量检测部206检测发电过程中的燃料电池100的当前的发电量，并且流量取得部205从流量检测部112取得含氢气体的流量。
接着，在步骤S106中，调谐部216运算相对于由发电量检测部206检测出的燃料电池100的实际发电量而言根据基准脱气时用映射Dfm来确定的含氢气体的流量与实际的含氢气体的流量之差。
然后，在步骤S107中，调谐部216判定在步骤S106中运算出的差是否为调谐开始基准值以上。在步骤S107的判定中，在差小于调谐开始基准值的情况下(否)，判定为基准脱气时用映射Dfm没有异常，处理转移到步骤S108。
然后，在步骤S108中，调谐部216记录相对于由发电量检测部206检测出的燃料电池100的实际发电量而言根据基准脱气时用映射Dfm来确定的含氢气体的流量与实际的含氢气体的流量之差。
接着，在步骤S109中，调谐部216判定在步骤S108中记录的差的个数是否为规定个数以上。在步骤S109的判定中，在步骤S108中记录的差的个数小于规定个数的情况下(否)，处理转移到步骤S110。
然后，在步骤S110中，监视向通常运转的切换，在没有向通常运转的切换的情况下，处理返回到步骤S101。在检测到向通常运转的切换的情况下，停止脱气运转(结束)。
另外，在步骤S109的判定中，在步骤S108中记录的差的个数为规定个数以上的情况下(是)，处理转移到步骤S111。
在该步骤S111中，调谐部216基于在步骤S108中记录的差来变更基准脱气时用映射Dfm，由此生成新的脱气时用映射，将新的脱气时用映射设定(更新)为新的基准脱气时用映射Dfm。之后，在步骤S110中，监视向通常运转的切换，在没有向通常运转的切换的情况下，处理返回到步骤S101。此时，在步骤S101中，使用新的基准脱气时用映射Dfm。
另一方面，在步骤S107中，在判定为差在调谐开始基准值以上的情况下，判定为基准脱气时用映射Dfm存在异常，处理从步骤S108转移到步骤S112。然后，调谐部216开始积极的调谐动作。
在调谐动作时，首先，在步骤S112中，调谐部216针对所指定的多个发电量，取得相对于由发电量检测部206检测出的燃料电池100的实际发电量而言根据基准脱气时用映射Dfm来确定的含氢气体的流量与实际的含氢气体的流量之差。即，燃料电池100被控制为多个发电量，取得各发电量的状态(流量的差)。
接着，在步骤S113中，调谐部216基于在步骤S112中取得的多个上述流量的差来变更基准脱气时用映射Dfm，从而生成新的脱气时用映射。
然后，在步骤S114中，调谐部216判定基准脱气时用映射Dfm与新的脱气时用映射的变化量是否超过第一基准。在步骤S114的判定中，在变化量不超过第一基准的情况下(否)，判定为基准脱气时用映射Dfm没有异常，处理转移到步骤S110，返回到调谐动作前的状态。
另一方面，在步骤S114的判定中，变化量超过了第一基准的情况下(是)，处理转移到步骤S115，调谐部216判定变化量是否超过第二基准。
然后，在步骤S115的判定中，变化量不超过第二基准的情况下(否)，调谐部216在步骤S116中将新的脱气时用映射设定为新的基准脱气时用映射Dfm。之后，处理转移到步骤S110，返回到调谐动作前的状态。
另一方面，在步骤S115的判定中，变化量超过第二基准的情况下(是)，调谐部216在步骤S117中判定变化量是否超过第三基准。
在步骤S117的判定中变化量不超过第三基准的情况下(否)，调谐部216在步骤S118中调谐阳极废气排出量控制部212的控制量(鼓风机控制映射)。之后，调谐部216返回到步骤S112，再次进行用于生成新的脱气时用映射的动作。
另一方面，在步骤S117的判定中变化量超过了第三基准的情况下(是)，调谐部216在步骤S119中显示警告，之后，转移到步骤S110，返回到调谐动作前的状态。在步骤S117的判定中变化量超过第三基准的情况下，判定为当前的基准脱气时用映射Dfm的异常显著。因此，步骤S119的警告显示例如以促使系统停止的目的进行。
在此，图6是概念性地说明气体流量控制装置200更新映射的动作的一例的图。在图6中，具体而言，概念性地表示在图5中的步骤S112～S116中进行的动作的例子。
如图6的(A)所示，在气体流量控制装置200中，预先保存有通常用映射Nfm及基准脱气时用映射Dfm。
当调谐动作开始时，如图6的(B)所示，针对多个发电量，取得相对于由发电量检测部206检测出的燃料电池100的实际发电量而言根据基准脱气时用映射Dfm来确定的含氢气体的流量与实际的含氢气体的流量之差。在图6的(B)中，由发电量检测部206检测出的燃料电池100的实际发电量与相对于此而根据基准脱气时用映射Dfm来确定的含氢气体的流量之间的关系用实线连接。另一方面，图6的(B)中的○表示实际的含氢气体的流量。另外，图6的(B)中的Δ表示流量之差的示意图。
而且，在图6的(C)中示出了通过基于调谐部216取得的多个流量之差变更基准脱气时用映射Dfm而生成的新的脱气时用映射。并且，在基准脱气时用映射Dfm与新的脱气时用映射的变化量超过第一基准且小于第二基准时，如图6的(D)所示，将新的脱气时用映射设定为新的基准脱气时用映射Dfm。
如以上说明的那样，本实施方式的气体流量控制装置200根据送气管8的状态，切换选择在流量调节喷射器104的控制中使用的通常运转用映射Nfm和基准脱气时用映射Dfm，基于所选择的映射来控制流量调节喷射器104的动作。由此，即使在进行了阳极废气的脱气的切换的情况下，也能够将相对于燃料电池100的气体供给状态迅速且高精度地控制为期望的状态。
另外，通过调谐部216能够适当地调谐基准脱气时用映射Dfm，因此在脱气运转时的压力控制的响应性以及精度降低时，能够恢复到能够实施适当的控制的状态。由此，能够提高燃料电池系统1的可靠性。
以上，对一个实施方式进行了说明，但上述实施方式是作为例子而提出的，并不意图限定发明的范围。该新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。上述的实施方式及其他的变形包含在发明的范围或主旨内，并且包含在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。

Claims (16)

1.一种气体流量控制装置，是燃料电池系统中的气体流量控制装置，该燃料电池系统将由流量调节部进行流量调节后的燃料气体向燃料电池供给，使从所述燃料电池流出的阳极废气在再循环管中在所述流量调节部与所述燃料电池之间循环，该气体流量控制装置具备：
检测部，检测从所述再循环管分支并能够将所述阳极废气的一部分向外部排出的脱气管的状态；以及
流量调节动作控制部，根据所述检测部检测出的所述脱气管的状态，从在所述流量调节部的控制中使用的多个映射中选择一个映射，基于所选择的所述映射来控制所述流量调节部的动作，从而进行所述燃料气体的流量调节。
2.根据权利要求1所述的气体流量控制装置，其中，
所述映射确定所述燃料电池的发电量与所述流量调节部所供给的所述燃料气体的流量之间的关系，或者确定所述燃料电池的发电量与所述流量调节部所供给的所述燃料气体的燃料利用率之间的关系。
3.根据权利要求1或2所述的气体流量控制装置，其中，
所述检测部基于开闭所述脱气管的脱气切换阀的状态，而检测所述脱气管的状态。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的气体流量控制装置，其中，
所述检测部检测从所述脱气管不排出所述阳极废气的状态、或者从所述脱气管排出所述阳极废气的状态，作为所述脱气管的状态。
5.根据权利要求4所述的气体流量控制装置，其中，
所述多个映射包含：通常用映射，在为从所述脱气管不排出所述阳极废气的状态的情况下使用；以及基准脱气时用映射，在为从所述脱气管排出所述阳极废气的状态的情况下使用，
所述气体流量控制装置还具备调谐部，该调谐部对所述基准脱气时用映射的特性进行调谐，
所述调谐部进行如下动作：
在所述脱气管的状态为排出所述阳极废气的状态时，使用所述基准脱气时用映射，通过所述流量调节动作控制部控制所述流量调节部；
针对多个发电量，取得相对于在发电过程中检测出的所述燃料电池的实际发电量而言根据所述基准脱气时用映射来确定的所述燃料气体的流量或燃料利用率与实际的所述燃料气体的流量或燃料利用率之差；
通过基于所取得的多个所述差来变更所述基准脱气时用映射从而生成新的脱气时用映射，在所述基准脱气时用映射与所述新的脱气时用映射的变化量超过了第一基准的情况下，将所述新的脱气时用映射设定为新的基准脱气时用映射。
6.根据权利要求5所述的气体流量控制装置，其中，
所述调谐部在所述基准脱气时用映射与所述新的脱气时用映射的变化量超过比所述第一基准大的第二基准的情况下，对阳极废气排出量控制部的控制量进行调谐，该阳极废气排出量控制部对从所述燃料电池流出的所述阳极废气的排出量进行控制。
7.根据权利要求6所述的气体流量控制装置，其中，
所述阳极废气排出量控制部通过控制将所述阳极废气引入所述再循环管的再循环鼓风机来控制所述阳极废气的排出量。
8.根据权利要求7所述的气体流量控制装置，其中，
所述阳极废气排出量控制部基于鼓风机控制映射来调节所述再循环鼓风机的控制量，
所述调谐部通过对所述鼓风机控制映射进行调谐，从而对所述阳极废气排出量控制部的控制量进行调谐，
由所述调谐部进行了调谐后的所述鼓风机控制映射作为新的鼓风机控制映射被保持。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的气体流量控制装置，其中，
所述调谐部对所述阳极废气排出量控制部的控制量进行调谐后进行如下处理：
针对多个发电量，再次取得相对于在发电过程中检测出的所述燃料电池的实际发电量而言根据所述基准脱气时用映射来确定的所述燃料气体的流量或燃料利用率与实际的所述燃料气体的流量或燃料利用率之差；
通过基于所取得的多个所述差来变更所述基准脱气时用映射，从而生成新的脱气时用映射。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的气体流量控制装置，其中，
在所述脱气管的状态为排出所述阳极废气的状态时，在所述燃料电池进行发电之时，在相对于在发电过程中检测到的所述燃料电池的实际发电量而言根据所述基准脱气时用映射来确定的所述燃料气体的流量或燃料利用率与实际的所述燃料气体的流量或燃料利用率之差为调谐开始基准值以上的情况下，所述调谐部开始调谐动作。
11.根据权利要求10所述的气体流量控制装置，其中，
即使在相对于在发电过程中检测出的所述燃料电池的实际发电量而言根据所述基准脱气时用映射来确定的所述燃料气体的流量或燃料利用率与实际的所述燃料气体的流量或燃料利用率之差小于所述调谐开始基准值的情况下，所述调谐部也进行如下处理：
在多个点记录相对于在发电过程中检测出的所述燃料电池的实际发电量而言根据所述基准脱气时用映射来确定的所述燃料气体的流量或燃料利用率与实际的所述燃料气体的流量或燃料利用率之差；
在所记录的多个所述差的个数成为规定个数以上时，基于所记录的多个所述差变更所述基准脱气时用映射，从而生成新的脱气时用映射。
12.根据权利要求6所述的气体流量控制装置，其中，
在所述基准脱气时用映射与所述新的脱气时用映射的变化量超过比所述第二基准大的第三基准的情况下，所述调谐部显示警告和/或使所述燃料电池系统停止。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的气体流量控制装置，其中，还具备：
压力检测部，检测所述流量调节部与所述燃料电池之间的流路内的压力；以及
压力控制部，通过基于所述压力检测部检测出的压力与目标压力的差分而进行的PID控制，控制所述流量调节部的动作，以使所述压力检测部检测出的压力与所述目标压力一致。
14.根据权利要求13所述的气体流量控制装置，其中，
所述目标压力根据所述燃料电池的发电量而确定。
15.一种气体流量控制方法，是燃料电池系统中的气体流量控制方法，该燃料电池系统将由流量调节部进行流量调节后的燃料气体向燃料电池供给，使从所述燃料电池流出的阳极废气在再循环管中在所述流量调节部与所述燃料电池之间循环，该气体流量控制方法具备：
检测工序，检测从所述再循环管分支并能够将所述阳极废气的一部分向外部排出的脱气管的状态；以及
流量调节动作控制工序，根据在所述检测工序中检测出的所述脱气管的状态，从在所述流量调节部的控制中使用的多个映射中选择一个映射，基于所选择的所述映射来控制所述流量调节部的动作，从而进行所述燃料气体的流量调节。
16.一种燃料电池系统，是将由流量调节部进行流量调节后的燃料气体向燃料电池供给，使从所述燃料电池流出的阳极废气在再循环管中在所述流量调节部与所述燃料电池之间循环的燃料电池系统，在所述燃料电池系统中，通过权利要求1至14中任一项所述的气体流量控制装置来控制所述流量调节部。
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