JP2005044708A - Control device of fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To cut down on waste of a material supplied to a fuel cell and make the fuel cell stably generate power. <P>SOLUTION: The control device of the fuel cell system calculates (a step S1) a material flow volume supplied by a material flow volume calculating means to the fuel cell for generating an electricity volume required of it, lowers the material flow volume (steps S3, 4, 6, 7) by setting a material flow volume lowering limit value and an allowance ratio when an oscillation amplitude of voltage generated or that of current generated is not more than a first given value, and increases the material flow volume when the oscillation amplitude of the voltage generated or that of the current generated is not less than the first given value and a second given value. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池に酸化剤ガス及び燃料ガスを供給することにより、燃料電池を発電させる燃料電池システムの制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a fuel cell system that generates power by supplying an oxidant gas and a fuel gas to the fuel cell.

従来より、燃料電池スタックの水素極に水素ガスを供給すると共に、空気極に空気を供給して、空気極における空気中の酸素と水素極における水素とを電気化学的に反応させて発電させる燃料電池システムの制御装置が知られている。特に、この燃料電池システムの制御装置は、燃料電池スタックにより発電した電力を車両の走行トルクを発生させる駆動モータに供給する車両用のものが開発されている。   Conventionally, a fuel that generates hydrogen gas by supplying hydrogen gas to the hydrogen electrode of the fuel cell stack and supplying air to the air electrode to electrochemically react oxygen in the air at the air electrode and hydrogen at the hydrogen electrode. Battery system control devices are known. In particular, a control device for this fuel cell system has been developed for a vehicle that supplies electric power generated by a fuel cell stack to a drive motor that generates traveling torque of the vehicle.

このような車両用燃料電池スタックとしては、固体高分子型のものが知られている。この固体高分子型の車両用燃料電池スタックは、水素極と空気極の間に膜状の固体高分子を設け、当該固体高分子膜を水素イオン伝導体として機能させる。   As such a vehicle fuel cell stack, a solid polymer type is known. In this solid polymer type vehicle fuel cell stack, a membrane-like solid polymer is provided between a hydrogen electrode and an air electrode, and the solid polymer membrane functions as a hydrogen ion conductor.

この種の燃料電池スタックは、水素極で水素ガスを水素イオンと電子にする反応が行われ、空気極で酸素ガスと水素イオンと電子とから水を生成する反応が行われる。このとき水素イオンは、固体高分子膜を空気極に向かって移動する。このように固体高分子を水素イオンが移動するためには、固体高分子膜が水分を含んでいる必要がある。このため、燃料電池システムの制御装置では、固体高分子膜を加湿して湿潤状態に保持しておく必要があり、燃料電池スタックに供給する水素ガスを加湿装置で加湿して水素極に供給するようにする技術が知られている。   In this type of fuel cell stack, a reaction for converting hydrogen gas into hydrogen ions and electrons is performed at the hydrogen electrode, and a reaction for generating water from oxygen gas, hydrogen ions, and electrons is performed at the air electrode. At this time, hydrogen ions move toward the air electrode through the solid polymer film. Thus, in order for hydrogen ions to move through the solid polymer, the solid polymer film needs to contain moisture. For this reason, in the control device of the fuel cell system, it is necessary to humidify and hold the solid polymer membrane, and the hydrogen gas supplied to the fuel cell stack is humidified by the humidifier and supplied to the hydrogen electrode. Techniques for doing so are known.

このように固体高分子膜を加湿する有効な技術としては、燃料電池スタックで使用されずに排出された水素ガスを燃料電池スタックに再循環して再利用する水素循環形式が知られている。この水素循環形式の燃料電池システムでは、燃料電池スタック外部に接続した負荷で消費する電力を発電させるのに要求される水素量より幾分多めの水素量を水素極に供給し、未使用の水素を水素極出口から排出させ、この排水素（循環水素と記す）を再度、水素極入口に戻して再利用する。ここで、燃料電池スタックから排出された循環水素は、水蒸気を多く含んでいるため、水素タンクからの乾燥している水素と混合されて水素極に供給され、水素極に供給する水素を加湿する。   As an effective technique for humidifying the solid polymer membrane in this way, a hydrogen circulation system is known in which hydrogen gas discharged without being used in the fuel cell stack is recycled to the fuel cell stack and reused. In this hydrogen circulation type fuel cell system, an amount of hydrogen that is somewhat larger than the amount of hydrogen required to generate electric power consumed by a load connected outside the fuel cell stack is supplied to the hydrogen electrode, and unused hydrogen Is discharged from the hydrogen electrode outlet, and this discharged hydrogen (referred to as circulating hydrogen) is returned to the hydrogen electrode inlet for reuse. Here, since the circulating hydrogen discharged from the fuel cell stack contains a large amount of water vapor, it is mixed with the dry hydrogen from the hydrogen tank and supplied to the hydrogen electrode to humidify the hydrogen supplied to the hydrogen electrode. .

このような燃料電池システムにおいて、燃料電池スタックにおける水素極を通過する水素流量は、発電に必要な水素流量に加えて、循環する水素流量が余分に通過することになる。このように燃料電池システムでは、発電に必要な水素流量よりも余分な水素流量を水素極に供給することにより、燃料電池スタックを構成する全てのセルでの発電を効率的に行わせる。   In such a fuel cell system, the hydrogen flow rate that passes through the hydrogen electrode in the fuel cell stack causes an extra hydrogen flow rate to pass through in addition to the hydrogen flow rate required for power generation. In this way, in the fuel cell system, by supplying a hydrogen flow rate that is higher than the hydrogen flow rate necessary for power generation to the hydrogen electrode, power generation is efficiently performed in all the cells constituting the fuel cell stack.

これに対し、要求される発電量に相当する水素流量のみを供給した場合には、水素極側出口付近のセルに効率的に水素が到達しなくなる可能性があり、発電効率が低下する恐れがある。同様に、空気極においても、要求される発電量に相当する酸素流量のみを供給するのではなく、当該発電量に相当する酸素流量よりも少し余分に酸素を供給するようにしている。すなわち、燃料電池システムにおいて、供給ガス量に対する消費ガス量の割合を示す原料ストイキ比は、要求される発電量に相当する水素流量又は酸素流量のみを供給する場合には値が「１」となるが、加湿や発電効率の観点から、通常、値が「１」よりも高い値に制御されている。   On the other hand, when only the hydrogen flow rate corresponding to the required power generation amount is supplied, there is a possibility that hydrogen may not efficiently reach the cells near the hydrogen electrode side outlet, and the power generation efficiency may be reduced. is there. Similarly, not only the oxygen flow rate corresponding to the required power generation amount is supplied to the air electrode, but oxygen is supplied a little more than the oxygen flow rate corresponding to the power generation amount. That is, in the fuel cell system, the raw material stoichiometric ratio indicating the ratio of the consumed gas amount to the supplied gas amount is “1” when only the hydrogen flow rate or the oxygen flow rate corresponding to the required power generation amount is supplied. However, from the viewpoint of humidification and power generation efficiency, the value is normally controlled to a value higher than “1”.

しかし、原料ストイキ比は、システム設計時には最適値であっても、燃料電池スタックの運転状況に対して常に最適値であるとは限らない。このため、燃料電池システムでは、ある程度の余裕率を見込んで原料ストイキ比の値を高めに設定して、燃料電池スタックへの水素及び酸素の供給量を多くしている。   However, even if the raw material stoichiometric ratio is an optimum value at the time of system design, it is not always an optimum value with respect to the operating state of the fuel cell stack. For this reason, in the fuel cell system, the raw material stoichiometric ratio is set to a high value in anticipation of a certain margin, and the amount of hydrogen and oxygen supplied to the fuel cell stack is increased.

このため、従来の燃料電池システムでは、水素等の原料の無駄を生じてしまう。これに対し、燃料電池システムでは、原料の無駄をなくすために、原料ストイキ比の値を「１」に近づけるように原料を低減させると、燃料電池スタックの運転状態（温度、湿度、原料分布など）の変化に対して水素及び酸素の供給量を敏感に変動させる必要があり、ロバスト性が失われ、少しの燃料電池スタックの変化であっても容易に発電電圧が下限値以下まで低下させてしまう。   For this reason, in the conventional fuel cell system, raw materials such as hydrogen are wasted. On the other hand, in the fuel cell system, in order to eliminate waste of the raw material, if the raw material is reduced so that the value of the raw material stoichiometric ratio approaches “1”, the operating state of the fuel cell stack (temperature, humidity, raw material distribution, etc.) ), The supply amount of hydrogen and oxygen must be changed sensitively, the robustness is lost, and even a slight change in the fuel cell stack can easily reduce the generated voltage to below the lower limit. End up.

このため、水素及び酸素の原料流量を適当に制御することを目的とした燃料電池システムとしては、例えば下記の特許文献１〜３に記載された技術が知られている。この特許文献１〜３に記載された技術は、燃料電池スタックのセル電圧の変化が許容範囲内になるように原料の流量を制御すると共に、燃料電池スタックの発電電圧が下限値以上になるように原料流量を制御し、更には、燃料電池スタックの発電電圧が低下したら原料流量を増加させる制御を行っている。
特開２００２−２８９２３５号公報 特開２０００−２０８１６１号公報 特開２００２−１６４０６８号公報 For this reason, as a fuel cell system aiming at appropriately controlling the raw material flow rates of hydrogen and oxygen, for example, techniques described in Patent Documents 1 to 3 below are known. In the techniques described in Patent Documents 1 to 3, the flow rate of the raw material is controlled so that the change in the cell voltage of the fuel cell stack falls within an allowable range, and the power generation voltage of the fuel cell stack becomes equal to or higher than the lower limit value. In addition, the flow rate of the raw material is controlled, and further, when the power generation voltage of the fuel cell stack decreases, the flow rate of the raw material is increased.
JP 2002-289235 A JP 2000-208161 A JP 2002-164068 A

しかしながら、燃料電池スタックのセル電圧の変化範囲を検出する技術では、発電電圧の全体的な低下を測定できず、逆に、負荷に供給する電圧を平均値として供給するので、個別のセルの発電電圧の変化範囲を測定できない。このため、各セルのセル電圧のばらつきが許容範囲であっても平均値としての発電電圧が低くなる場合や、発電電圧の平均値が下限電圧以上であっても各セルのセル電圧のばらつきが大きくなる場合などを検出できない。   However, the technology for detecting the change range of the cell voltage of the fuel cell stack cannot measure the overall decrease in the generated voltage, and conversely, the voltage supplied to the load is supplied as an average value. The voltage change range cannot be measured. For this reason, even if the variation in the cell voltage of each cell is within an allowable range, the generated voltage as an average value is low, or even if the average value of the generated voltage is greater than or equal to the lower limit voltage, the variation in the cell voltage of each cell Cannot detect when it grows.

また、従来の燃料電池システムでは、原料の供給量を減少させると発電電圧が低下するが、原料を低減可能幅を示す下限電圧が運転状態に依存するため、原料を低減させるときの下限電圧を検出していない。このため、従来の燃料電池システムでは、原料を可能な限り低減させることができず、原料の無駄を発生させていた。   In addition, in the conventional fuel cell system, when the supply amount of the raw material is decreased, the power generation voltage is lowered.However, since the lower limit voltage indicating the width capable of reducing the raw material depends on the operating state, the lower limit voltage when reducing the raw material is reduced. Not detected. For this reason, in the conventional fuel cell system, the raw material could not be reduced as much as possible, and the raw material was wasted.

更に、従来の燃料電池システムでは、原料を増加させて発電電圧を復帰させるような場合にも、原料を増加して発電電圧が上昇させる程、発電電圧の上昇幅は少なくなる特性が考慮されておらず、原料の増加量が過度に大きくなると、原料の無駄を生じる可能性がある。また、従来の燃料電池システムでは、原料の低減量が過度になるとその後に原料を増加させるに際して原料の無駄を生じたり、原料の低減量が足りなくなるなどの無駄を生じさせてしまう。これは、発電電圧が低い場合には原料の増加量に対して発電電圧も大きく変化するが、発電電圧がある程度高くなると、原料の増加量に対して発電電圧の増加幅の飽和する特性を考慮していないためである。   Furthermore, in the conventional fuel cell system, even when the raw material is increased and the power generation voltage is restored, the increase in the power generation voltage is reduced as the raw material is increased and the power generation voltage is increased. If the amount of increase in the raw material is excessively large, the raw material may be wasted. Further, in the conventional fuel cell system, if the amount of reduction of the raw material becomes excessive, the raw material is wasted when the raw material is increased thereafter, or the raw material is reduced such that the amount of reduction of the raw material is insufficient. This is because when the power generation voltage is low, the power generation voltage also changes greatly with respect to the amount of increase in the raw material. This is because they have not.

また、上述した従来の燃料電池システムでは、原料を可能な限り低減させて燃料電池スタックを発電させるためには、原料の低減幅の限界をコントローラ等の制御装置側にて正確に把握する必要がある。また、従来の燃料電池システムでは、原料の供給量を目標値に制御するとき、原料の供給量を目標値を超えて制御させすぎたり、原料の供給量が目標値に達しないことをなくすために、最適な制御量を算出する必要がある。   Further, in the conventional fuel cell system described above, in order to reduce the raw materials as much as possible and generate the fuel cell stack, it is necessary to accurately grasp the limit of the raw material reduction range on the controller side such as a controller. is there. In addition, in the conventional fuel cell system, when the supply amount of the raw material is controlled to the target value, the supply amount of the raw material is controlled too much beyond the target value, or the supply amount of the raw material does not reach the target value. In addition, it is necessary to calculate an optimal control amount.

そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、燃料電池に供給する原料の無駄を無くすと共に、安定して燃料電池を発電させることができる燃料電池システムの制御装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and provides a control device for a fuel cell system that can eliminate the waste of raw materials supplied to the fuel cell and can stably generate power in the fuel cell. The purpose is to do.

本発明は、原料である燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、当該燃料電池に原料を供給する原料供給手段とを有し、前記燃料電池により発電した発電電力が負荷に取り出される燃料電池システムを制御する制御装置に適用される。本発明に係る燃料電池システムの制御装置は、原料流量算出手段により、燃料電池に要求される発電量を発電させるための燃料電池に供給する原料流量を算出し、原料低減限界算出手段により、燃料電池の発電状態に基づいて、燃料電池に供給する原料流量を低減させる限界値を算出し、原料流量制御手段により、原料流量算出手段により算出した原料流量を、原料低減限界算出手段により算出された限界値に変更するように原料供給手段を制御することにより、原料流量を低減させて、上述の課題を解決する。   The present invention includes a fuel cell that generates power using fuel gas and oxidant gas as raw materials, and raw material supply means for supplying the fuel cells with the raw material, and the generated power generated by the fuel cells is taken out to a load. The present invention is applied to a control device that controls a fuel cell system. The control device of the fuel cell system according to the present invention calculates the raw material flow rate supplied to the fuel cell for generating the power generation amount required for the fuel cell by the raw material flow rate calculation unit, and the raw material reduction limit calculation unit calculates the fuel flow rate. Based on the power generation state of the battery, a limit value for reducing the raw material flow rate supplied to the fuel cell is calculated, and the raw material flow rate calculated by the raw material flow rate calculating means is calculated by the raw material flow rate control means by the raw material reduction limit calculating means. By controlling the raw material supply means so as to change to the limit value, the raw material flow rate is reduced to solve the above-mentioned problems.

本発明に係る燃料電池システムの制御装置によれば、燃料電池の発電状態に基づいて、燃料電池に供給する原料流量を低減させる限界値を算出して原料流量を制御するので、現状の燃料電池の運転状態において可能な限り原料を節約して燃料電池を発電させて負荷に電力供給をすることができる。したがって、この燃料電池システムの制御装置によれば、燃料電池に供給する原料の無駄を無くすと共に、安定して燃料電池を発電させることができる。   According to the control apparatus for a fuel cell system according to the present invention, since the limit value for reducing the raw material flow rate supplied to the fuel cell is calculated on the basis of the power generation state of the fuel cell, the raw material flow rate is controlled. In this operating state, it is possible to save the raw materials as much as possible and generate the fuel cell to supply power to the load. Therefore, according to the control device of this fuel cell system, waste of the raw material supplied to the fuel cell can be eliminated and the fuel cell can be stably generated.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明は、例えば図１に示すように構成された燃料電池システムに適用される。   The present invention is applied to a fuel cell system configured as shown in FIG. 1, for example.

［燃料電池システムの構成］
この燃料電池システムは、当該燃料電池システムの主電源であって、発電反応を発生させるための水素を多量に含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとが供給されることによって発電する燃料電池スタック１を備える。この燃料電池スタック１は、固体高分子電解質を挟んで、酸化剤ガスを供給するカソード極と燃料ガスを供給するアノード極とを対設した燃料電池セル構造体をセパレータで挟持し、セル構造体を複数積層することによって構成されている。すなわち、この燃料電池スタック１による発電は、アノード極にて水素が電子を放出してイオン化し、生成された水素イオン（Ｈ＋）が高分子電解質膜を通過してカソード極に到達し、この水素イオンがカソード極にて酸素と結合して水（Ｈ２Ｏ）を生成することによって行われる。 [Configuration of fuel cell system]
This fuel cell system is a main power source of the fuel cell system, and generates fuel by supplying a fuel gas containing a large amount of hydrogen and an oxidant gas containing oxygen for generating a power generation reaction. 1 is provided. The fuel cell stack 1 includes a fuel cell structure in which a cathode electrode that supplies an oxidant gas and an anode electrode that supplies a fuel gas are sandwiched by a separator with a solid polymer electrolyte interposed therebetween. It is comprised by laminating | stacking multiple. That is, in the power generation by the fuel cell stack 1, hydrogen is released and ionized at the anode electrode, and the generated hydrogen ions (H + ) pass through the polymer electrolyte membrane and reach the cathode electrode. Hydrogen ions are combined with oxygen at the cathode electrode to produce water (H 2 O).

また、この燃料電池システムは、燃料電池スタック１の原料の供給量を制御して、燃料電池スタック１の発電を制御すると共に、燃料電池スタック１からの発電電力によって駆動する負荷２の動作を制御する制御装置３を備える。この制御装置３は、例えば図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部に、燃料電池システムを起動して負荷２に対して電力供給を行う一連の処理手順を記述した燃料電池制御プログラムを格納し、後述する各種センサからの信号を読み込み、当該燃料電池制御プログラムを図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）等によって実行して各部へと指令を送ることにより、各部を制御する。また、本例において、負荷２は、例えば燃料電池システムが車両に搭載された場合には、燃料電池スタック１の発電電力によって車両の走行トルクを発生させる駆動モータが挙げられる。   In addition, this fuel cell system controls the power supply of the fuel cell stack 1 by controlling the supply amount of the raw material of the fuel cell stack 1, and also controls the operation of the load 2 driven by the generated power from the fuel cell stack 1. The control device 3 is provided. The control device 3 stores, for example, a fuel cell control program describing a series of processing procedures for starting the fuel cell system and supplying power to the load 2 in a storage unit such as a ROM (Read Only Memory) (not shown). Each part is controlled by reading signals from various sensors described later, executing the fuel cell control program by a CPU (Central Processing Unit) (not shown) and the like and sending commands to the respective parts. Further, in this example, the load 2 may be a drive motor that generates a running torque of the vehicle by the generated power of the fuel cell stack 1 when the fuel cell system is mounted on the vehicle, for example.

更に、この燃料電池システムは、燃料電池スタック１が発電するための原料を供給するため、燃料電池スタック１に水素を供給するための水素供給系、燃料電池スタック１に酸素を供給するための空気供給系を備える。なお、図示はしないが、水素供給系及び空気供給系には、燃料電池スタック１に供給する水素及び空気を純水により加湿するための純水加湿系が接続されるものとする。   The fuel cell system further supplies a hydrogen supply system for supplying hydrogen to the fuel cell stack 1 and air for supplying oxygen to the fuel cell stack 1 in order to supply raw materials for the fuel cell stack 1 to generate electricity. A supply system is provided. Although not shown, a pure water humidification system for humidifying hydrogen and air supplied to the fuel cell stack 1 with pure water is connected to the hydrogen supply system and the air supply system.

水素供給系は、燃料電池スタック１と接続された水素供給経路に水素供給装置４及び水素供給バルブ５及び水素供給用アクチュエータ６が設けられて構成されている。このような水素供給系において、水素供給装置４は、燃料電池スタック１に供給する水素流量を調整する水素流量制御弁を備える。また、この水素供給系は、燃料電池スタック１の水素排出側に接続された水素排出経路にパージバルブ７及びパージ用アクチュエータ８が設けられると共に、水素排出経路から分岐して燃料電池スタック１の水素入口に接続された水素循環経路に循環水素ポンプ９が設けられて構成されている。   The hydrogen supply system is configured by providing a hydrogen supply device 4, a hydrogen supply valve 5, and a hydrogen supply actuator 6 in a hydrogen supply path connected to the fuel cell stack 1. In such a hydrogen supply system, the hydrogen supply device 4 includes a hydrogen flow rate control valve that adjusts the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 1. Further, this hydrogen supply system is provided with a purge valve 7 and a purge actuator 8 in a hydrogen discharge path connected to the hydrogen discharge side of the fuel cell stack 1, and is branched from the hydrogen discharge path to be a hydrogen inlet of the fuel cell stack 1. A circulation hydrogen pump 9 is provided in a hydrogen circulation path connected to the.

そして、制御装置３は、燃料電池スタック１を発電させるに際して、燃料電池スタック１に要求される発電量に応じて、水素供給装置４の水素流量制御弁の開度を制御すると共に、水素供給バルブ５を開状態にするように水素供給用アクチュエータ６を制御し、更に燃料電池スタック１から排出された水素を燃料電池スタック１に循環させるように循環水素ポンプ９の回転数を制御する。   The control device 3 controls the opening of the hydrogen flow rate control valve of the hydrogen supply device 4 according to the amount of power required for the fuel cell stack 1 when generating power in the fuel cell stack 1, and also supplies the hydrogen supply valve. 5 is controlled so that the hydrogen supply actuator 6 is opened, and the rotation speed of the circulating hydrogen pump 9 is controlled so that the hydrogen discharged from the fuel cell stack 1 is circulated to the fuel cell stack 1.

また、制御装置３は、例えば燃料電池スタック１内に水分や不純物等が発生して水素極におけるガスを排出する必要がある場合に、パージ用アクチュエータ８を制御することによりパージバルブ７を開状態にする制御をする。   In addition, the control device 3 controls the purge actuator 8 to open the purge valve 7 when, for example, moisture or impurities are generated in the fuel cell stack 1 and the gas at the hydrogen electrode needs to be discharged. To control.

このような水素供給系では、水素供給装置４からの水素及び燃料電池スタック１からの循環水素を混合して燃料電池スタック１に供給することにより、燃料電池スタック１から排出された水素を再利用する。ここで、循環水素は、加湿された状態で燃料電池スタック１に供給されて排出されるために、多くの水蒸気を含んでいる。これにより、循環水素は、水素供給装置４からの水素と混合させることにより、加湿した水素を燃料電池スタック１に供給して、燃料電池スタック１の固体高分子膜を加湿する。   In such a hydrogen supply system, the hydrogen discharged from the fuel cell stack 1 is reused by mixing the hydrogen from the hydrogen supply device 4 and the circulating hydrogen from the fuel cell stack 1 and supplying the mixed hydrogen to the fuel cell stack 1. To do. Here, since the circulating hydrogen is supplied to the fuel cell stack 1 in a humidified state and discharged, it contains a lot of water vapor. Thus, the circulating hydrogen is mixed with hydrogen from the hydrogen supply device 4 to supply the humidified hydrogen to the fuel cell stack 1 and humidify the solid polymer membrane of the fuel cell stack 1.

また、空気供給系は、燃料電池スタック１と接続された空気供給経路に、空気供給装置１０が設けられ、燃料電池スタック１の空気排出側に空気排出経路が設けられて構成されている。この空気供給装置１０は、例えば制御装置３からの制御信号によって回転数が制御されるコンプレッサ等によって構成される。   The air supply system is configured such that an air supply device 10 is provided in an air supply path connected to the fuel cell stack 1 and an air discharge path is provided on the air discharge side of the fuel cell stack 1. The air supply device 10 is configured by, for example, a compressor whose rotation speed is controlled by a control signal from the control device 3.

そして、制御装置３は、燃料電池スタック１を発電させるに際して、燃料電池スタック１に要求される発電量に応じて、空気供給装置１０を構成するコンプレッサの回転数を制御する。   Then, when the fuel cell stack 1 is caused to generate power, the control device 3 controls the rotation speed of the compressor that constitutes the air supply device 10 according to the amount of power required for the fuel cell stack 1.

更にまた、この燃料電池システムにおいて、燃料電池スタック１には、発電電力を消費する負荷２が接続されている。この負荷２は、例えば駆動モータを使用した場合に、燃料電池スタック１からの直流電力を所望の電力に変換するインバータを備え、当該インバータを介して発電電力を駆動モータに供給する。   Furthermore, in this fuel cell system, a load 2 that consumes generated power is connected to the fuel cell stack 1. For example, when a drive motor is used, the load 2 includes an inverter that converts DC power from the fuel cell stack 1 into desired power, and supplies generated power to the drive motor via the inverter.

このとき、制御装置３は、インバータにより変換する電力を設定して、インバータによって燃料電池スタック１からの発電電力を取り出すように制御する。また、制御装置３は、燃料電池スタック１と負荷２とを接続する電力供給ラインに接続された電圧センサ１１及び電流センサ１２により検出した電圧及び電流を示すセンサ信号を読み込んで、インバータの動作を制御する。   At this time, the control device 3 sets power to be converted by the inverter, and controls the inverter to take out the generated power from the fuel cell stack 1. In addition, the control device 3 reads the sensor signals indicating the voltage and current detected by the voltage sensor 11 and the current sensor 12 connected to the power supply line connecting the fuel cell stack 1 and the load 2 and operates the inverter. Control.

更にまた、この燃料電池システムは、燃料電池スタック１の温度を検出する温度センサ１３、燃料電池スタック１を構成する各セルのセル電圧を検出するセル電圧測定装置１４を備える。制御装置３は、詳細は後述するが、水素及び酸素の原料を燃料電池スタック１に供給するに際して、温度センサ１３及びセル電圧測定装置１４からのセンサ信号を読み込んで、水素量及び空気量を制御する原料流量制御処理を行う。   Furthermore, the fuel cell system includes a temperature sensor 13 that detects the temperature of the fuel cell stack 1 and a cell voltage measurement device 14 that detects a cell voltage of each cell constituting the fuel cell stack 1. As will be described in detail later, the control device 3 reads the sensor signals from the temperature sensor 13 and the cell voltage measurement device 14 to control the hydrogen amount and the air amount when supplying the hydrogen and oxygen raw materials to the fuel cell stack 1. A raw material flow rate control process is performed.

［原料流量制御処理］
つぎに、上述した燃料電池システムにおいて、制御装置３により原料（水素、酸素）の流量を制御する原料流量制御処理の処理手順について図２のフローチャートを参照して説明する。この原料流量制御処理は、燃料電池スタック１から取り出す電力に目標値を設定して、当該目標値の電力を負荷２によって取り出す負荷一定制御を行っている場合に行う処理である。 [Raw material flow control processing]
Next, in the fuel cell system described above, the processing procedure of the raw material flow rate control process in which the flow rate of the raw material (hydrogen, oxygen) is controlled by the control device 3 will be described with reference to the flowchart of FIG. This raw material flow rate control process is a process performed when a target value is set for the electric power extracted from the fuel cell stack 1 and a constant load control for extracting the electric power of the target value by the load 2 is performed.

この原料流量制御処理では、先ず、ステップＳ１において、制御装置３により、負荷２に要求される要求負荷電流に応じて、燃料電池スタック１に必要な原料流量を算出する。このとき、制御装置３は、少なくとも必要水素流量を、要求負荷電流を用いたファラデーの法則に基づいて求める。そして、制御装置３は、求めた必要水素流量から、燃料電池スタック１が要求負荷電流を発電させるための必要酸素流量を求めて、必要空気流量を求める。ここで、制御装置３は、空気中の酸素が含まれる割合が予め設定されており、例えば２１％として必要酸素流量を求める。   In this raw material flow rate control process, first, in step S1, the control device 3 calculates the raw material flow rate required for the fuel cell stack 1 according to the required load current required for the load 2. At this time, the control device 3 obtains at least the necessary hydrogen flow rate based on Faraday's law using the required load current. And the control apparatus 3 calculates | requires the required oxygen flow for the fuel cell stack 1 to generate | occur | produce a required load current from the calculated | required required hydrogen flow, and calculates | requires required air flow. Here, the ratio in which oxygen in the air is included is set in advance by the control device 3, and the required oxygen flow rate is obtained, for example, as 21%.

具体的には、制御装置３は、負荷２の要求負荷電流、すなわち負荷電流目標値が設定されると、燃料電池スタック１に供給する必要水素流量、すなわち供給水素流量を、下記の式１に示すように、
負荷電流目標値×（係数）×セル数×水素ストイキ比 （式１）
なる演算を行うことにより求める。ここで、上記式１における係数は、ファラデーの法則によっても求まる値であって、０．００６９６なる数値を使用する（ＮＬ／ｍｉｎへの単位変換を含む。）。 Specifically, when the required load current of the load 2, that is, the load current target value is set, the control device 3 sets the required hydrogen flow rate to be supplied to the fuel cell stack 1, that is, the supplied hydrogen flow rate to the following formula 1. As shown
Load current target value x (coefficient) x number of cells x hydrogen stoichiometric ratio (Equation 1)
Is obtained by performing the following calculation. Here, the coefficient in Equation 1 is a value obtained by Faraday's law, and uses a numerical value of 0.00696 (including unit conversion to NL / min).

また、制御装置３は、負荷２の要求負荷電流、すなわち負荷電流目標値が設定されると、燃料電池スタック１に供給する必要空気流量、すなわち供給空気流量を、下記の式２に示すように、
（係数）＊負荷電流目標値（Ａ）×（セル数／０．２１）×空気ストイキ比 （式２）
なる演算を行うことにより求める。ここで、上記式２における係数は、ファラデーの法則によっても求まる値であって、０．００６９６／２＝ ０．０３４８なる数値を使用する（ＮＬ／ｍｉｎへの単位変換を含む。）。 Further, when the required load current of the load 2, that is, the load current target value is set, the control device 3 indicates the required air flow rate to be supplied to the fuel cell stack 1, that is, the supply air flow rate as shown in Equation 2 below. ,
(Coefficient) * Load current target value (A) x (Number of cells / 0.21) x Air stoichiometric ratio (Formula 2)
Is obtained by performing the following calculation. Here, the coefficient in the above equation 2 is a value obtained by Faraday's law, and uses a numerical value of 0.00696 / 2 = 0.0348 (including unit conversion to NL / min).

ここで、燃料電池システムにおいては、要求負荷電流に相当する原料流量のみを供給すると、燃料電池スタック１内部での原料分布が均一とならず発電効率が低下する。したがって、燃料電池システムでは、要求負荷電流に相当する原料流量よりも多い原料流量を燃料電池スタック１に供給するようにストイキ比が設定されている。このストイキ比は、システムの設計時に実験などによって適当な値が設定されている。   Here, in the fuel cell system, when only the raw material flow rate corresponding to the required load current is supplied, the raw material distribution in the fuel cell stack 1 is not uniform, and the power generation efficiency decreases. Therefore, in the fuel cell system, the stoichiometric ratio is set so that a raw material flow rate larger than the raw material flow rate corresponding to the required load current is supplied to the fuel cell stack 1. This stoichiometric ratio is set to an appropriate value by experiments or the like when designing the system.

しかし、このストイキ比の値が適切であるのはシステム設計時のみであって、燃料電池スタック１の運転状態等によってシステム設計時に設定したストイキ比が適切であるとはかぎらない。したがって、制御装置３では、上述の式１及び式２の演算を行った後に、ストイキ比以上の原料流量を燃料電池スタック１に供給することにより、燃料電池スタック１の運転状態に応じた原料流量とする。   However, the value of the stoichiometric ratio is appropriate only at the time of system design, and the stoichiometric ratio set at the time of system design depending on the operating state of the fuel cell stack 1 or the like is not necessarily appropriate. Therefore, in the control device 3, the raw material flow rate corresponding to the operating state of the fuel cell stack 1 is obtained by supplying the raw material flow rate equal to or higher than the stoichiometric ratio to the fuel cell stack 1 after performing the calculations of the above-described equations 1 and 2. And

これにより、制御装置３では、要求負荷電流に相当する必要な空気流量よりも多い空気流量を燃料電池スタック１に供給して余剰分の空気を排出させるように空気供給装置１０を制御し、要求負荷電流に相当する必要な水素流量よりも多い水素流量を燃料電池スタック１に供給して余剰分の水素を再利用させるように水素供給装置４及び循環水素ポンプ９を制御する。   As a result, the control device 3 controls the air supply device 10 so as to supply the fuel cell stack 1 with an air flow rate higher than the required air flow rate corresponding to the required load current and to discharge excess air. The hydrogen supply device 4 and the circulating hydrogen pump 9 are controlled so that a hydrogen flow rate higher than the necessary hydrogen flow rate corresponding to the load current is supplied to the fuel cell stack 1 to recycle excess hydrogen.

次のステップＳ２において、制御装置３では、電圧センサ１１又は電流センサ１２からのセンサ信号を読み込むことにより、ステップＳ１にて原料流量を制御した後の発電電流又は発電電圧の振動振幅を測定する。なお、本例において、制御装置３は、発電電流の振動振幅値を測定して以下の処理で使用する場合について説明するが、発電電圧の振動振幅を使用しても同様の処理を行うことができる。   In the next step S2, the control device 3 reads the sensor signal from the voltage sensor 11 or the current sensor 12, thereby measuring the oscillation amplitude of the generated current or generated voltage after controlling the raw material flow rate in step S1. In this example, the control device 3 describes the case where the vibration amplitude value of the generated current is measured and used in the following processing. However, the same processing can be performed even if the vibration amplitude of the generated voltage is used. it can.

次のステップＳ３において、制御装置３では、発電電流の振動振幅が、予め設定した第１所定値以上か否かを判定する。ここで、ステップＳ１の制御によって原料を燃料電池スタック１に供給して燃料電池スタック１が安定して発電している状態では、発電電流の振動振幅がほとんど発生せず、更には要求負荷電流に相当する原料流量よりも余分に原料が供給されている場合であっても発電電流の振動振幅がほとんど発生しない。したがって、制御装置３では、発電電流の振動振幅がほとんど発生せずに原料流量の低減が可能か否かを判定するための第１所定値を設定しておき、ステップＳ２にて測定した発電電流の振動振幅と比較する。   In next step S3, the control device 3 determines whether or not the vibration amplitude of the generated current is equal to or greater than a first predetermined value set in advance. Here, in the state in which the raw material is supplied to the fuel cell stack 1 by the control of step S1 and the fuel cell stack 1 is generating power stably, the oscillation amplitude of the generated current hardly occurs, and further, the required load current is achieved. Even when the raw material is supplied in excess of the corresponding raw material flow rate, the vibration amplitude of the generated current hardly occurs. Therefore, the control device 3 sets a first predetermined value for determining whether or not the raw material flow rate can be reduced with almost no vibration amplitude of the generated current, and the generated current measured in step S2 Compare with the vibration amplitude of.

そして、制御装置３では、ステップＳ２にて測定した発電電流の振動振幅が第１所定値以上でないと判定した場合にはステップＳ４に処理を進め、発電電流の振動振幅が第１所定値以上であると判定した場合にはステップＳ５に処理を進める。   When the control device 3 determines that the vibration amplitude of the generated current measured in step S2 is not equal to or greater than the first predetermined value, the process proceeds to step S4, and the vibration amplitude of the generated current is equal to or greater than the first predetermined value. If it is determined that there is, the process proceeds to step S5.

そして、ステップＳ５において、制御装置３では、発電電流の振動振幅が第２所定値以上であるか否かを判定する。ここで、第２所定値は、原料流量が少ないことによって燃料電池スタック１が安定して発電していないことを判定する発電電流の振動振幅が予め設定されている。制御装置３では、発電電流の振動振幅が第２所定値以上であると判定した場合にはステップＳ８に処理を進め、発電電流の振動振幅が第２所定値以上でないと判定した場合には処理を終了する。   In step S5, the control device 3 determines whether or not the vibration amplitude of the generated current is equal to or greater than a second predetermined value. Here, the second predetermined value is set in advance with the oscillation amplitude of the generated current for determining that the fuel cell stack 1 is not generating power stably due to a small raw material flow rate. In the control device 3, when it is determined that the vibration amplitude of the generated current is equal to or greater than the second predetermined value, the process proceeds to step S8, and when it is determined that the vibration amplitude of the generated current is not equal to or greater than the second predetermined value, the process is performed. Exit.

すなわち、制御装置３では、ステップＳ３及びステップＳ５の判定処理を行うことにより、図３の時刻ｔ０〜時刻ｔ１の期間のように、発電電流の振動振幅が第１所定値以下であると判定した場合には原料流量の低減が可能であると判定してステップＳ４に処理を進め、図３の時刻ｔ１〜時刻ｔ２のように発電電流の振動振幅が第１所定値以上であって第２所定値より小さい場合には現状の原料供給状態を維持するために処理を終了し、図３の時刻ｔ２以降のように発電電流の振動振幅が第１所定値及び第２所定値以上である場合には原料が不足していると判定してステップＳ８に処理を進める。   That is, the control device 3 determines that the vibration amplitude of the generated current is equal to or less than the first predetermined value as in the period from time t0 to time t1 in FIG. 3 by performing the determination processing in step S3 and step S5. In this case, it is determined that the raw material flow rate can be reduced, and the process proceeds to step S4. As shown in time t1 to time t2 of FIG. If the value is smaller than the value, the process is terminated in order to maintain the current raw material supply state, and the vibration amplitude of the generated current is equal to or greater than the first predetermined value and the second predetermined value after time t2 in FIG. Determines that the raw material is insufficient, and proceeds to step S8.

これにより、制御装置３では、発電電流の振動振幅が第１所定値以下でもなく、第２所定値以上でもなく、第１所定値と第２所定値との間の発電電流の振動振幅である場合には、現状を維持するようにして原料流量を増減させる制御のハンチングを防止する。   Thereby, in the control device 3, the vibration amplitude of the generated current is not less than the first predetermined value, not more than the second predetermined value, and is the vibration amplitude of the generated current between the first predetermined value and the second predetermined value. In this case, hunting of control for increasing or decreasing the raw material flow rate is prevented so as to maintain the current state.

ステップＳ４において、制御装置３では、ステップＳ３にて発電電流の振動振幅が第１所定値以上ではないので、原料流量を低減する限界値を設定する処理をする。   In step S4, since the vibration amplitude of the generated current is not greater than or equal to the first predetermined value in step S3, the control device 3 performs a process of setting a limit value for reducing the raw material flow rate.

ここで、制御装置３では、負荷２に目標値となる電力を設定して負荷２によって目標値通りの電力を燃料電池スタック１から取り出す場合、図４に示すように、原料流量を低減して、当該原料流量に対する発電量の限界に近づくと、発電電圧が低下すると共に当該発電電圧の低下分に相当する値だけ発電電流が上昇する。これに応じ、制御装置３では、発電電流の上昇を検出すると、原料流量を増加させることによって、発電電流が上昇して発電電圧が低下し、原料流量を低下させる。このように、制御装置３では、発電電流の上昇と低下との繰り返しに併せて、原料流量を増加させる制御と、原料流量を低下させる制御とを繰り返す。   Here, in the control device 3, when the target power is set for the load 2 and the power corresponding to the target value is taken out from the fuel cell stack 1 by the load 2, the raw material flow rate is reduced as shown in FIG. 4. When approaching the limit of the power generation amount relative to the raw material flow rate, the power generation voltage decreases and the power generation current increases by a value corresponding to the decrease in the power generation voltage. In response to this, when detecting an increase in the generated current, the control device 3 increases the raw material flow rate, thereby increasing the generated current, decreasing the generated voltage, and reducing the raw material flow rate. As described above, the control device 3 repeats the control for increasing the raw material flow rate and the control for reducing the raw material flow rate in association with the repetition of the increase and decrease of the generated current.

したがって、このステップＳ４において、制御装置３では、発電電流の増加幅及び低下幅を大きくして、予め設定した振幅値とするように原料流量の低下幅を設定して、原料流量を低減する限界値（以下、原料流量低減限界値と呼ぶ。）を設定する。そして、制御装置３では、ステップＳ４の処理を行うと、ステップＳ６に処理を進める。   Therefore, in this step S4, the control device 3 increases the increase width and the decrease width of the generated current, sets the decrease width of the raw material flow rate so as to have a preset amplitude value, and limits the reduction of the raw material flow rate. A value (hereinafter referred to as a raw material flow rate reduction limit value) is set. And in the control apparatus 3, if the process of step S4 is performed, a process will be advanced to step S6.

ステップＳ６において、制御装置３では、ステップＳ４にて設定した原料流量低減限界値を高くして、負荷２から目標とする電力を確実に取り出すための余裕率を設定する。このとき、制御装置３では、温度センサ１３からのセンサ信号を読み込み、燃料電池スタック１の動作温度が低いほど余裕率を大きくし、且つセル電圧測定装置１４からのセンサ信号を読み込み、各セル電圧の差（ばらつき）が大きいほど余裕率を大きくし、且つステップＳ２にて測定した発電電流の振幅が大きいほど余裕率を大きくする。   In step S <b> 6, the control device 3 increases the raw material flow rate reduction limit value set in step S <b> 4 and sets a margin rate for reliably taking out target power from the load 2. At this time, the control device 3 reads the sensor signal from the temperature sensor 13, increases the margin rate as the operating temperature of the fuel cell stack 1 is lower, and reads the sensor signal from the cell voltage measurement device 14 to The margin ratio is increased as the difference (variation) is increased, and the margin ratio is increased as the amplitude of the generated current measured in step S2 is increased.

ここで、原料流量を原料流量低減限界値の近くまで低減すると多少の燃料電池スタック１の運転環境に変化があった場合でも容易に発電電圧が下限値を超えるようになり、燃料電池スタック１の運転環境に対してのロバスト性能が低下する。また、燃料電池スタック１の運転温度が低く発電効率が低下しているときや、或いは異なるセル間におけるセル電圧の差（ばらつき）が大きく燃料電池スタック１内の原料到達分布があるような場合には、さらに顕著に燃料電池スタック１の運転環境に対してのロバスト性能が低下する。このような状態では、上述の各種センサが取り付けられていない部位の微妙な変化や、各種センサで計測できない微妙な変化により発電電圧が容易に下限値を超えるようになる。したがって、制御装置３では、発電電圧が下限値を超えないように、原料流量低減限界値に対して余裕率を設定して、実際の原料低減限界値を多少高めにする。   Here, if the raw material flow rate is reduced to near the raw material flow rate reduction limit value, even if there is a slight change in the operating environment of the fuel cell stack 1, the generated voltage easily exceeds the lower limit value. Robust performance against the driving environment is reduced. Further, when the operating temperature of the fuel cell stack 1 is low and the power generation efficiency is lowered, or when the difference (variation) in cell voltage between different cells is large and there is a raw material arrival distribution in the fuel cell stack 1 Further, the robust performance with respect to the operating environment of the fuel cell stack 1 is significantly reduced. In such a state, the generated voltage easily exceeds the lower limit due to a subtle change in a portion where the above-described various sensors are not attached or a subtle change that cannot be measured by the various sensors. Therefore, the control device 3 sets a margin rate for the raw material flow rate reduction limit value so that the generated voltage does not exceed the lower limit value, and slightly increases the actual raw material reduction limit value.

具体的には、制御装置３では、図５及び図６に示すようなマップデータを予め実験等により求めて記憶しておく。そして、制御装置３では、各セル電圧のばらつきが大きいほど図５のマップデータを参照して余裕率を指数関数的に高くするように設定し、更には燃料電池スタック１の動作温度が高いほど図６のマップデータを参照して余裕率を指数関数的に低くするように設定する。また、制御装置３では、図示はしないが、発電電流の振動振幅又は発電電圧の振動振幅に対する余裕率の変化を示すマップデータを記憶しておき、当該マップデータに基づいて余裕率を設定する。   Specifically, in the control device 3, map data as shown in FIG. 5 and FIG. 6 is obtained in advance through experiments or the like and stored. Then, the control device 3 sets the margin rate to be exponentially increased with reference to the map data of FIG. 5 as the variation in the cell voltages increases, and further, as the operating temperature of the fuel cell stack 1 increases. With reference to the map data in FIG. 6, the margin ratio is set to be lowered exponentially. In addition, although not shown in the figure, the control device 3 stores map data indicating changes in the margin ratio with respect to the oscillation amplitude of the generated current or the oscillation amplitude of the generated voltage, and sets the margin ratio based on the map data.

なお、制御装置３では、上述したいように燃料電池スタック１の動作温度、セル電圧のばらつき及び発電電流の振動振幅に基づいて余裕率を設定する場合について説明したが、何れかをパラメータとして使用して余裕率を求めても良い。また、制御装置３では、複数のパラメータを使用して余裕率を設定する場合には、先ず何れかのパラメータに基づいて余裕率を設定し、当該設定した余裕率を他のパラメータに基づいて変化させる処理をする。更に、制御装置３では、燃料電池スタック１を構成する固体高分子膜の加湿状態を検出する湿度センサを水素極、空気極に設けている場合には、当該湿度センサからのセンサ信号を読み込み、湿度が低いほど余裕率を大きくするようにしても良い。   In the control device 3, as described above, the case where the margin ratio is set based on the operating temperature of the fuel cell stack 1, the variation in the cell voltage, and the vibration amplitude of the generated current has been described. The margin rate may be obtained. In addition, when setting the margin rate using a plurality of parameters, the control device 3 first sets the margin rate based on one of the parameters, and changes the set margin rate based on other parameters. To process. Furthermore, in the control apparatus 3, when the humidity sensor which detects the humidification state of the solid polymer film which comprises the fuel cell stack 1 is provided in the hydrogen electrode and the air electrode, the sensor signal from the said humidity sensor is read, The margin rate may be increased as the humidity is lower.

次のステップＳ７において、制御装置３では、上述したように原料流量を増減させている制御周期において、現在燃料電池スタック１に供給している原料流量から低下させる原料低減量を算出する。   In the next step S7, the control device 3 calculates a raw material reduction amount that is reduced from the raw material flow rate currently supplied to the fuel cell stack 1 in the control cycle in which the raw material flow rate is increased or decreased as described above.

ここで、燃料電池システムにおいて、図７（ｂ）に示すように原料流量を変化させた場合、図７（ａ）に示すように、発電電圧が低い時には変化が大きく、発電電圧が高い場合には変化が小さいという特性がある。すなわち、燃料電池システムでは、同じ分だけ原料流量を増減させても発電電圧によって電圧変化分が異なり、原料流量が所定量Ａ以上となると、原料流量の変化が電圧変化にほとんど寄与しない状態となる。したがって、燃料電池システムでは、原料流量が所定量Ａ以上としても発電電圧が上昇せずに、原料の無駄が発生することになる。   Here, in the fuel cell system, when the raw material flow rate is changed as shown in FIG. 7B, the change is large when the generated voltage is low and the generated voltage is high as shown in FIG. 7A. Has a characteristic that the change is small. That is, in the fuel cell system, even if the raw material flow rate is increased or decreased by the same amount, the voltage change differs depending on the power generation voltage, and when the raw material flow rate exceeds the predetermined amount A, the change in the raw material flow rate hardly contributes to the voltage change. . Therefore, in the fuel cell system, even if the raw material flow rate is equal to or greater than the predetermined amount A, the generated voltage does not increase and the raw material is wasted.

したがって、制御装置３では、図７に示すような特性から、図８に示すように、発電電圧に対する原料流量の変化（感度）の関係、すなわち現在の発電電圧からどの程度発電電圧が変化をするかを示す原料電圧感度関数を求めて予め記憶しておく。そして、制御装置３では、このステップＳ７において、原料電圧感度関数を用いて、原料流量を変化させた場合の発電電圧の変化を予測し、低減させる原料流量を算出する。これにより、制御装置３では、算出した原料流量とするように空気供給装置１０、水素供給装置４及び循環水素ポンプ９を制御して、原料流量を低減させる。   Therefore, in the control device 3, as shown in FIG. 8, from the characteristics shown in FIG. 7, the change in the flow rate (sensitivity) of the raw material flow rate relative to the generated voltage, that is, how much the generated voltage changes from the current generated voltage. A raw material voltage sensitivity function indicating this is obtained and stored in advance. In step S7, the control device 3 uses the raw material voltage sensitivity function to predict a change in the generated voltage when the raw material flow rate is changed, and calculates a raw material flow rate to be reduced. Thereby, in the control apparatus 3, the air supply apparatus 10, the hydrogen supply apparatus 4, and the circulation hydrogen pump 9 are controlled so that it may become the calculated raw material flow volume, and a raw material flow volume is reduced.

一方、発電電流の振動振幅が第１所定値以上及び第２所定値以上である場合のステップＳ８において、制御装置３は、発電電流の振動振幅が大きいので原料流量を増加するために、ステップＳ７と同様に、原料電圧感度関数を用いて原料流量を増加させる。これにより、制御装置３では、ステップＳ７の制御によって原料流量を低減させて、当該原料流量の低減量が多すぎた場合であっても、ステップＳ８の制御によって算出した原料流量とするように空気供給装置１０、水素供給装置４及び循環水素ポンプ９を制御して、原料流量を回復させる。   On the other hand, in step S8 when the vibration amplitude of the generated current is not less than the first predetermined value and not less than the second predetermined value, the control device 3 increases the raw material flow rate because the vibration amplitude of the generated current is large. In the same manner as described above, the material flow rate is increased using the material voltage sensitivity function. Thereby, in the control apparatus 3, even if it is a case where the raw material flow rate is reduced by the control of step S7 and the reduction amount of the raw material flow rate is too large, the air flow rate is set so as to be the raw material flow rate calculated by the control of step S8. The supply device 10, the hydrogen supply device 4, and the circulating hydrogen pump 9 are controlled to restore the raw material flow rate.

なお、上述した原料流量制御処理では、ステップＳ２にて発電電流の振動振幅又は発電電圧の振動振幅を用いて原料流量の増減を判定しているが、これに限らず、空気極出口に酸素濃度センサを設け、当該センサにより検出した酸素濃度が高い場合には原料流量を低減させ、酸素濃度が低い場合には原料流量を増加させても良い。更に、空気極出口に空気流量センサを設け、当該センサにより検出した空気流量が高い場合には原料流量を低減させ、空気流量が低い場合には原料流量を増加させても良い。   In the raw material flow rate control process described above, the increase / decrease in the raw material flow rate is determined using the vibration amplitude of the generated current or the vibration amplitude of the generated voltage in step S2. However, the present invention is not limited to this. A sensor may be provided, and the raw material flow rate may be reduced when the oxygen concentration detected by the sensor is high, and the raw material flow rate may be increased when the oxygen concentration is low. Furthermore, an air flow rate sensor may be provided at the air electrode outlet, the raw material flow rate may be reduced when the air flow rate detected by the sensor is high, and the raw material flow rate may be increased when the air flow rate is low.

このような原料流量制御処理を行う制御装置３は、その機能ブロックを図９に示すように、ステップＳ１〜ステップＳ３，ステップＳ５の処理を行うことにより燃料電池スタック１の運転状態に基づいて原料流量を算出する原料流量算出部２１を構成し、ステップＳ４の処理を行うことにより原料流量低減限界値を設定する原料流量低減限界検出部２２を構成し、更にはステップＳ７及びステップＳ８の処理を行うことにより原料流量を算出して各部に制御信号を送る原料流量変更部２３を構成する。   As shown in FIG. 9, the control device 3 that performs such a raw material flow rate control process performs the processes of step S1 to step S3 and step S5 based on the operating state of the fuel cell stack 1, as shown in FIG. The raw material flow rate calculation unit 21 for calculating the flow rate is configured, and the raw material flow rate reduction limit detection unit 22 for setting the raw material flow rate reduction limit value is set by performing the process of step S4. Further, the processing of steps S7 and S8 is performed. By doing this, the raw material flow rate changing unit 23 is configured to calculate the raw material flow rate and send a control signal to each part.

また、この制御装置３は、その機能ブロックを図１０に示すように、燃料電池スタック１から目標値となる電圧を取り出すように負荷２を制御する負荷制御部２４を構成し、ステップＳ２の処理を行うことにより発電電流又は発電電圧に基づいて発電電流の振動振幅又は発電電圧の振動振幅を検出する振動振幅検出部２５を構成し、更にはステップＳ６の処理を行うことにより発電電流の振動振幅又は発電電圧の振動振幅、各セル電圧のばらつき、燃料電池スタック１の動作温度又は固体高分子膜の湿度に基づいて余裕率を算出する余裕率算出部２６を構成する。   Further, as shown in FIG. 10, the control device 3 configures a load control unit 24 that controls the load 2 so as to extract a voltage that is a target value from the fuel cell stack 1. Is configured to detect the vibration amplitude of the generated current or the vibration amplitude of the generated voltage based on the generated current or generated voltage, and further, the vibration amplitude of the generated current is performed by performing the process of step S6. Alternatively, the margin ratio calculation unit 26 that calculates the margin ratio based on the vibration amplitude of the generated voltage, the variation in each cell voltage, the operating temperature of the fuel cell stack 1 or the humidity of the solid polymer film is configured.

［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した燃料電池システムによれば、燃料電池スタック１の発電状態に基づいて、燃料電池スタック１に供給する原料流量を低減させる原料流量低減限界値を算出して原料流量を制御するので、現状の燃料電池スタック１の運転状態において可能な限り原料を節約して燃料電池スタック１を発電させて負荷２に電力供給をすることができる。したがって、この燃料電池システムによれば、燃料電池スタック１に供給する原料の無駄を無くすと共に、安定して燃料電池スタック１を発電させることができる。 [Effect of the embodiment]
As described in detail above, according to the fuel cell system to which the present invention is applied, the raw material flow rate reduction limit value for reducing the raw material flow rate supplied to the fuel cell stack 1 is calculated based on the power generation state of the fuel cell stack 1. Since the raw material flow rate is controlled, the raw material can be saved as much as possible in the current operation state of the fuel cell stack 1 to generate power in the fuel cell stack 1 and supply power to the load 2. Therefore, according to this fuel cell system, waste of the raw material supplied to the fuel cell stack 1 can be eliminated, and the fuel cell stack 1 can be stably generated.

また、この燃料電池システムによれば、現状の燃料電池スタック１の運転状態として燃料電池スタック１から負荷２に取り出される発電電流の変化又は発電電圧の変化に基づいて原料流量低減限界値を算出するので、例えば図３に示すように発電電流の振動振幅又は発電電圧の振動振幅が大きくなって発電電流又は発電電圧の変化から燃料電池スタック１が不安定な発電をしないように、原料流量を低減させる原料流量低減限界値を設定することができる。すなわち、この燃料電池システムによれば、発電電流の振動振幅又は発電電圧の振動振幅を大きくしないように原料流量低減限界値を高めに設定して、原料流量を低減させる制御を実現することができる。   Further, according to this fuel cell system, the raw material flow rate reduction limit value is calculated based on the change in the generated current or the generated voltage taken out from the fuel cell stack 1 to the load 2 as the current operating state of the fuel cell stack 1. Therefore, for example, as shown in FIG. 3, the raw material flow rate is reduced so that the vibration amplitude of the generated current or the generated vibration amplitude of the generated voltage is increased and the fuel cell stack 1 does not generate unstable power from the change of the generated current or generated voltage. The raw material flow rate reduction limit value to be set can be set. That is, according to this fuel cell system, it is possible to realize a control for reducing the raw material flow rate by setting the raw material flow rate reduction limit value to be higher so as not to increase the vibration amplitude of the generated current or the vibration amplitude of the generated voltage. .

更に、燃料電池システムによれば、図４に示すように負荷２によって燃料電池スタック１から一定の電力を取り出すように制御して、原料流量を増減させている場合に、発電電流の振動振幅又は発電電圧の振動振幅に基づいて、原料流量低減限界値を算出するので、発電電流又は発電電圧を減少させてから増加させるポイントにおいて原料流量を原料流量低減限界値とすることができ、確実に原料流量を原料流量低減限界値に制御することができる。   Furthermore, according to the fuel cell system, when the raw material flow rate is increased / decreased by controlling the load 2 to take out constant power from the fuel cell stack 1 as shown in FIG. Since the raw material flow rate reduction limit value is calculated based on the vibration amplitude of the generated voltage, the raw material flow rate can be made the raw material flow rate reduction limit value at a point where the generated current or the generated voltage is decreased and then increased. The flow rate can be controlled to the raw material flow rate reduction limit value.

更にまた、この燃料電池システムによれば、発電電流の振動振幅又は発電電圧の振動振幅と、燃料電池スタック１の動作状態とに基づいて、原料流量低減限界値を高くする程度を示す余裕率を算出するので、原料流量を原料流量低減限界値よりも高くすることができ、燃料電池スタック１の発電に影響する環境の変化に対してロバスト性を保持することができる。したがって、この燃料電池システムによれば、例えば燃料電池スタック１の運転状態を検出するに際してノイズ等により原料流量低減限界値の設定に誤差が発生した場合であっても、原料流量を実際の限界値以下にすることを防止することができる。また、この燃料電池システムによれば、原料流量を下限値から増加させる場合に、制御の遅れにより実際の原料流量の変更に遅れが発生する場合であっても、原料流量を実際の限界値以下とすることを確実に防止することができる。   Furthermore, according to this fuel cell system, the margin ratio indicating the degree to which the raw material flow rate reduction limit value is increased based on the vibration amplitude of the generated current or the vibration amplitude of the generated voltage and the operating state of the fuel cell stack 1 is increased. Since the calculation is performed, the raw material flow rate can be made higher than the raw material flow rate reduction limit value, and robustness can be maintained against environmental changes that affect the power generation of the fuel cell stack 1. Therefore, according to this fuel cell system, even when an error occurs in the setting of the raw material flow rate reduction limit value due to noise or the like when detecting the operating state of the fuel cell stack 1, the raw material flow rate is set to the actual limit value. The following can be prevented. Further, according to this fuel cell system, when the raw material flow rate is increased from the lower limit value, the raw material flow rate is less than the actual limit value even if the actual raw material flow rate is changed due to a delay in control. Can be reliably prevented.

更にまた、この燃料電池システムによれば、発電電流の振動振幅又は発電電圧の振動振幅が大きいほど余裕率を大きくする処理をするので、原料流量を大幅に低減させたときに実際の原料流量の変更に遅れが発生した場合であっても、実際の原料流量が限界値以下となることを防止することができる。また、この燃料電池システムによれば、燃料電池スタック１の動作温度が低いほど余裕率を大きくするので、燃料電池スタック１の動作温度が低く燃料電池スタック１の発電状態が不安定となりやすい場合に、実際の原料流量が限界値以下となることを防止することができる。更に、この燃料電池システムによれば、各セルの各セル電圧のばらつきが大きいほど余裕率を大きくするので、燃料電池スタック１内の原料の分布状態にばらつきがあるような場合に、発電電圧を下限以下にしないようにすることができる。更にまた、この燃料電池システムによれば、燃料電池スタック１の加湿が少ないほど余裕率を大きくするので、固体高分子膜の加湿が少なく、少ない環境に変化によって発電電圧が下限以下となるような状況であっても、発電電圧を下限以下にしないようにすることができる。   Furthermore, according to this fuel cell system, since the margin ratio is increased as the oscillation amplitude of the generated current or the oscillation amplitude of the generated voltage is larger, the actual raw material flow rate is reduced when the raw material flow rate is greatly reduced. Even when there is a delay in the change, it is possible to prevent the actual raw material flow rate from becoming below the limit value. Further, according to this fuel cell system, since the margin ratio increases as the operating temperature of the fuel cell stack 1 decreases, the operating temperature of the fuel cell stack 1 is low and the power generation state of the fuel cell stack 1 tends to become unstable. Thus, it is possible to prevent the actual raw material flow rate from becoming the limit value or less. Further, according to this fuel cell system, since the margin ratio is increased as the variation in the cell voltage of each cell increases, the generated voltage is reduced in the case where the distribution state of the raw materials in the fuel cell stack 1 varies. It can be made not to be below the lower limit. Furthermore, according to this fuel cell system, since the margin ratio is increased as the humidification of the fuel cell stack 1 decreases, the solid polymer membrane is less humidified, and the generated voltage becomes lower than the lower limit due to a change in a small environment. Even in the situation, the generated voltage can be prevented from being lower than the lower limit.

更にまた、この燃料電池システムによれば、原料流量低減限界値に基づいて原料流量を変更する場合に、現在の発電電圧に応じた原料流量の変化量に対する発電電圧の変化量を示す原料電圧感度関数に基づいて増減させる原料流量を算出して、原料流量を変更するので、原料流量の変化に対して発電電圧が大幅に変化して限界を超えることなく、原料流量の変化を過度に行うことを防止することができると共に、原料流量を低下させるときに流量の変化量が不足することを防止することができる。   Furthermore, according to this fuel cell system, when the raw material flow rate is changed based on the raw material flow rate reduction limit value, the raw material voltage sensitivity indicating the change amount of the generated voltage with respect to the change amount of the raw material flow rate according to the current generated voltage. Since the raw material flow rate is calculated based on the function and the raw material flow rate is changed, the power generation voltage changes significantly with respect to the raw material flow rate change, and the raw material flow rate changes excessively without exceeding the limit. It is possible to prevent the amount of change in the flow rate from becoming insufficient when the raw material flow rate is reduced.

更にまた、この燃料電池システムによれば、現在の発電電圧に応じた原料電圧感度関数を用いて原料流量を変更するので、原料流量を変化させたときの発電電圧の変化を予測して、原料を増減操作する場合の行き過ぎを防止することができ、原料流量の変化に対して発電電圧が大幅に変化して限界を超えることなく、原料流量の変化を過度に行うことを防止することができると共に、原料流量を低下させるときに流量の変化量が不足することを防止することができる。   Furthermore, according to this fuel cell system, since the raw material flow rate is changed using the raw material voltage sensitivity function corresponding to the current generated voltage, the change in the generated voltage when the raw material flow rate is changed is predicted, and the raw material flow rate is changed. When the operation is increased / decreased, it is possible to prevent overshooting, and it is possible to prevent excessive changes in the raw material flow rate without causing the generated voltage to change significantly and exceeding the limit with respect to changes in the raw material flow rate. At the same time, it is possible to prevent the change amount of the flow rate from being insufficient when the raw material flow rate is lowered.

更にまた、この燃料電池システムによれば、原料流量を低減させたことにより、燃料電池スタック１から排出される空気流量、又は排出された空気に含まれる酸素濃度が所定値より低くなった場合に、当該低減させた原料流量を原料流量低減限界値とするので、実際に燃料電池スタック１で行われる発電反応によって消費される空気や酸素の変化に応じて原料流量低減限界値を設定することができ、簡単に正確な原料流量低減限界値を設定することができる。   Furthermore, according to this fuel cell system, when the raw material flow rate is reduced, the air flow rate discharged from the fuel cell stack 1 or the oxygen concentration contained in the discharged air becomes lower than a predetermined value. Since the reduced raw material flow rate is used as the raw material flow rate reduction limit value, the raw material flow rate reduction limit value can be set according to changes in air and oxygen consumed by the power generation reaction actually performed in the fuel cell stack 1. It is possible to easily set an accurate raw material flow rate reduction limit value.

すなわち、この燃料電池システムにおいては、空気流量を低減した場合、燃料電池スタック１の発電反応でほとんどの酸素が消費されると排空気中の成分のほとんどが窒素になり、その場合、排空気中の酸素濃度が低下する。これに対し、燃料電池スタック１内部の酸素分布を均一に保って発電反応を効率的にするには、要求される発電量よりも余分の空気を燃料電池スタック１に供給する必要があり、排空気中の酸素濃度を所定値以上に保つ必要がある。したがって、燃料電池システムによれば、このような発電反応の特性を利用して、原料流量低減限界値を設定して原料流量を制御することができる。   That is, in this fuel cell system, when the air flow rate is reduced, when most of the oxygen is consumed in the power generation reaction of the fuel cell stack 1, most of the components in the exhausted air become nitrogen. The oxygen concentration of the water decreases. On the other hand, in order to keep the oxygen distribution inside the fuel cell stack 1 uniform and to make the power generation reaction efficient, it is necessary to supply the fuel cell stack 1 with more air than the required power generation amount. It is necessary to keep the oxygen concentration in the air above a predetermined value. Therefore, according to the fuel cell system, it is possible to control the raw material flow rate by setting the raw material flow rate reduction limit value by using such power generation reaction characteristics.

更にまた、この燃料電池システムによれば、燃料電池スタック１から取り出される発電電流の振動振幅又は発電電圧の振動振幅が第２所定値内となるように原料流量を増減させると共に、燃料電池スタック１から排出された空気流量、又は排出された空気に含まれる酸素濃度が所定の範囲内となるように原料流量を増減させるので、原料流量を原料流量低減限界値にまで低下させて原料を節約することができると共に、原料を原料流量低減限界値以下に低減することなく、更には、発電電圧を下限以下とすることを防止することができる。   Furthermore, according to this fuel cell system, the raw material flow rate is increased or decreased so that the oscillation amplitude of the generated current or the oscillation amplitude of the generated voltage taken out from the fuel cell stack 1 falls within the second predetermined value, and the fuel cell stack 1 Since the raw material flow rate is increased or decreased so that the oxygen flow rate discharged from the air or the oxygen concentration contained in the discharged air falls within the predetermined range, the raw material flow rate is reduced to the raw material flow rate reduction limit value to save the raw material. In addition, it is possible to prevent the power generation voltage from being lower than the lower limit without reducing the raw material below the raw material flow rate reduction limit value.

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。   The above-described embodiment is an example of the present invention. For this reason, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made depending on the design and the like as long as the technical idea according to the present invention is not deviated from this embodiment. Of course, it is possible to change.

本発明を適用した制御装置を含む燃料電池システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the fuel cell system containing the control apparatus to which this invention is applied. 本発明を適用した制御装置により行う原料流量制御処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the raw material flow control process performed with the control apparatus to which this invention is applied. 発電電流の振動振幅又は発電電圧の振動振幅と、第１所定値及び第２所定値との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the vibration amplitude of a generated current or the vibration amplitude of a generated voltage, and a 1st predetermined value and a 2nd predetermined value. 一定電力が燃料電池スタックから負荷によって取り出されるときの発電電流、発電電圧及び原料流量の変化を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the change of a generated current, a generated voltage, and a raw material flow rate when fixed electric power is taken out from a fuel cell stack by load. セル電圧のばらつきと、余裕率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the dispersion | variation in a cell voltage, and a margin rate. 燃料電池スタックの動作温度と、余裕率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the operating temperature of a fuel cell stack, and a margin rate. 原料流量の変化に対する発電電圧の変化を説明するための図であって、（ａ）は発電電圧の時間的変化を示し、（ｂ）は原料流量の時間的変化を示す。It is a figure for demonstrating the change of the generated voltage with respect to the change of a raw material flow rate, Comprising: (a) shows the time change of a generated voltage, (b) shows the time change of a raw material flow rate. 発電電圧と、原料流量を変化させたときの発電電圧の変化感度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a generated voltage and the change sensitivity of the generated voltage when changing a raw material flow rate. 原料流量制御処理を行うことにより実現される制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the functional structure of the control apparatus implement | achieved by performing raw material flow control processing. 原料流量制御処理を行うことにより実現される制御装置の機能的な他の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows another functional structure of the control apparatus implement | achieved by performing raw material flow control processing.

符号の説明Explanation of symbols

１ 燃料電池スタック
２ 負荷
３ 制御装置
４ 水素供給装置
５ 水素供給バルブ
６ 水素供給用アクチュエータ
７ パージバルブ
８ パージ用アクチュエータ
９ 循環水素ポンプ
１０ 空気供給装置
１１ 電圧センサ
１２ 電流センサ
１３ 温度センサ
１４ セル電圧測定装置
２１ 原料流量算出部
２２ 原料流量低減限界検出部
２３ 原料流量変更部
２４ 負荷制御部
２５ 振動振幅検出部
２６ 余裕率算出部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell stack 2 Load 3 Control apparatus 4 Hydrogen supply apparatus 5 Hydrogen supply valve 6 Hydrogen supply actuator 7 Purge valve 8 Purge actuator 9 Circulating hydrogen pump 10 Air supply apparatus 11 Voltage sensor 12 Current sensor 13 Temperature sensor 14 Cell voltage measurement apparatus 21 Raw material flow rate calculation unit 22 Raw material flow rate reduction limit detection unit 23 Raw material flow rate change unit 24 Load control unit 25 Vibration amplitude detection unit 26 Margin rate calculation unit

Claims (9)

原料である燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、当該燃料電池に原料を供給する原料供給手段とを有し、前記燃料電池により発電した発電電力が負荷に取り出される燃料電池システムを制御する燃料電池システムの制御装置であって、
前記燃料電池に要求される発電量を発電させるための前記燃料電池に供給する原料流量を算出する原料流量算出手段と、
前記燃料電池の発電状態に基づいて、前記燃料電池に供給する原料流量を低減させる限界値を算出する原料低減限界算出手段と、
前記原料流量算出手段により算出した原料流量を、前記原料低減限界算出手段により算出された限界値に変更するように前記原料供給手段を制御する原料流量制御手段と
を備えることを特徴とする燃料電池システムの制御装置。 A fuel cell system having a fuel cell that generates power using fuel gas and oxidant gas that are raw materials, and raw material supply means for supplying raw materials to the fuel cells, and the generated power generated by the fuel cells is taken out to a load A fuel cell system control device for controlling
A raw material flow rate calculating means for calculating a raw material flow rate to be supplied to the fuel cell for generating a power generation amount required for the fuel cell;
Based on the power generation state of the fuel cell, raw material reduction limit calculation means for calculating a limit value for reducing the flow rate of the raw material supplied to the fuel cell;
And a raw material flow rate control means for controlling the raw material supply means so as to change the raw material flow rate calculated by the raw material flow rate calculation means to a limit value calculated by the raw material reduction limit calculation means. System control unit. 前記原料低減限界算出手段は、前記燃料電池から前記負荷に取り出される発電電流の変化又は発電電圧の変化に基づいて、前記限界値を算出することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの制御装置。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the raw material reduction limit calculation unit calculates the limit value based on a change in a generated current or a change in a generated voltage extracted from the fuel cell to the load. Control device. 前記原料流量制御手段は、前記燃料電池から目標となる電力を取り出すように前記負荷を制御すると共に、前記負荷に取り出される発電電流又は発電電圧の増減に応じて、前記限界値以上となる範囲内で原料流量を増減させるように前記原料供給手段を制御し、
前記原料低減限界算出手段は、発電電流の振動振幅又は発電電圧の振動振幅に基づいて、前記限界値を算出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システムの制御装置。 The raw material flow rate control means controls the load so as to extract target power from the fuel cell, and within a range that is equal to or greater than the limit value according to increase or decrease in generated current or generated voltage extracted to the load. The raw material supply means is controlled to increase or decrease the raw material flow rate at
3. The control apparatus for a fuel cell system according to claim 1, wherein the raw material reduction limit calculation means calculates the limit value based on a vibration amplitude of a generated current or a vibration amplitude of a generated voltage. . 前記原料低減限界算出手段は、前記発電電流の振動振幅又は発電電圧の振動振幅と、前記燃料電池の動作状態とに基づいて、前記限界値を高くする程度を示す余裕率を算出することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システムの制御装置。   The raw material reduction limit calculating means calculates a margin ratio indicating a degree of increasing the limit value based on the vibration amplitude of the generated current or the vibration amplitude of the generated voltage and the operating state of the fuel cell. The control device for a fuel cell system according to claim 3. 前記原料低減限界算出手段は、前記発電電流の振動振幅又は発電電圧の振動振幅が大きいほど前記余裕率を大きくする処理と、前記燃料電池の動作温度が低いほど前記余裕率を大きくする処理、又は前記燃料電池を構成する各セルの各セル電圧のばらつきが大きいほど前記余裕率を大きくする処理、又は前記燃料電池の加湿が少ないほど前記余裕率を大きくする処理とを行って、前記余裕率を算出することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システムの制御装置。   The raw material reduction limit calculating means is configured to increase the margin rate as the oscillation amplitude of the generated current or the oscillation amplitude of the generated voltage increases, and to increase the margin rate as the operating temperature of the fuel cell decreases, or The process of increasing the margin rate as the variation in the cell voltage of each cell constituting the fuel cell increases, or the process of increasing the margin rate as the fuel cell is less humidified, 5. The fuel cell system control device according to claim 4, wherein the control device calculates the fuel cell system. 前記原料流量制御手段は、前記限界値に基づいて原料流量を変更する場合に、前記燃料電池から前記負荷に印加している発電電圧に応じた原料流量の変化量に対する発電電圧の変化量の比に基づいて、増減させる原料流量を算出して、原料流量を変更することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの制御装置。   When the raw material flow rate control means changes the raw material flow rate based on the limit value, the ratio of the change amount of the generated voltage to the change amount of the raw material flow rate according to the generated voltage applied from the fuel cell to the load. 2. The fuel cell system control device according to claim 1, wherein the flow rate of the raw material to be increased or decreased is calculated based on the flow rate to change the raw material flow rate. 前記原料流量制御手段は、前記燃料電池から前記負荷に印加している発電電圧に応じた原料流量の変化量に対する発電電圧の変化量の比を求める関数を用いて、原料流量を変更することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システムの制御装置。   The raw material flow rate control means changes the raw material flow rate using a function for obtaining a ratio of a change amount of the power generation voltage to a change amount of the raw material flow rate according to the power generation voltage applied from the fuel cell to the load. The control device for a fuel cell system according to claim 6. 前記原料低減限界算出手段は、原料流量を低減させたことにより、前記燃料電池から排出された酸化剤ガス流量が所定値よりも低くなった場合、又は排出された酸化剤ガスに含まれる酸素濃度が所定値より低くなった場合に、当該低減させた原料流量を限界値とすることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの制御装置。   The raw material reduction limit calculating means reduces the raw material flow rate, so that the oxidant gas flow rate discharged from the fuel cell becomes lower than a predetermined value, or the oxygen concentration contained in the discharged oxidant gas 2. The fuel cell system control device according to claim 1, wherein when the value becomes lower than a predetermined value, the reduced raw material flow rate is set as a limit value. 前記原料流量変更手段は、前記燃料電池から取り出される発電電流の振動振幅又は発電電圧の振動振幅が所定の範囲内となるように原料流量を増減させると共に、前記燃料電池から排出された酸化剤ガス流量が所定の範囲内、又は排出された酸化剤ガスに含まれる酸素濃度が所定の範囲内となるように原料流量を増減させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの制御装置。
The raw material flow rate changing means increases or decreases the raw material flow rate so that the oscillation amplitude of the generated current or the oscillation amplitude of the generated voltage taken out from the fuel cell is within a predetermined range, and the oxidant gas discharged from the fuel cell. 2. The control apparatus for a fuel cell system according to claim 1, wherein the flow rate of the raw material is increased or decreased so that the flow rate is within a predetermined range or the oxygen concentration contained in the discharged oxidant gas is within the predetermined range. .
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