JP2007194080A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP2007194080A
JP2007194080A JP2006011369A JP2006011369A JP2007194080A JP 2007194080 A JP2007194080 A JP 2007194080A JP 2006011369 A JP2006011369 A JP 2006011369A JP 2006011369 A JP2006011369 A JP 2006011369A JP 2007194080 A JP2007194080 A JP 2007194080A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxidant gas
pressure
fuel cell
gas compressor
oxidant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006011369A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshinao Otake
義直 大竹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2006011369A priority Critical patent/JP2007194080A/en
Publication of JP2007194080A publication Critical patent/JP2007194080A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of conducting stable operation independent of kinds of an oxidant gas compressor. <P>SOLUTION: When the output of a fuel cell stack 5 is dropped, an oxidant gas flow rate and pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 are estimated, and when the oxidant gas flow rate and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 are present in a surging region, an oxidant gas pressure holding valve 3 and an oxidant gas outlet pressure control valve 6 are shut off, the oxidant gas pressure in the fuel cell stack 5 is held, and in this state, operation of the oxidant gas compressor 2 is stopped, and after the stop of the operation of the oxidant gas compressor 2, the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas are estimated, and when the flow rate of the oxidant gas and the the pressure ratio of the oxidant gas compressor are out of the surging region, the oxidant gas pressure holding valve 3 and the oxidant gas outlet pressure control valve 6 are opened, and the operation of the oxidant gas compressor 2 is resumed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は燃料電池システムに係り、特に、酸化剤ガス圧縮機の種類によらず、安定した運転の可能な燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system capable of stable operation regardless of the type of oxidant gas compressor.

燃料電池システムは、燃料電池の燃料極に燃料ガスとして水素を供給し、燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスとして空気を供給し、これら水素と空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電電力を得るものである。このような燃料電池システムは、例えば自動車の動力源等として実用化に大きな期待が寄せられており、現在、実用化に向けての研究開発が盛んに行われている。   The fuel cell system supplies hydrogen as a fuel gas to the fuel electrode of the fuel cell, supplies air as the oxidant gas to the oxidant electrode of the fuel cell, and causes the hydrogen and oxygen in the air to react electrochemically. To obtain generated power. Such a fuel cell system is highly expected to be put into practical use, for example, as a power source for automobiles, and research and development for practical use are being actively carried out.

燃料電池システムに用いられる燃料電池としては。例えば自動車に搭載する上で好適なものとして、固体高分子タイプの燃料電池が知られている。固体高分子タイプの燃料電池は、燃料極と酸化剤極との間に電解質膜として固体高分子膜が設けられたものである。この固体高分子タイプの燃料電池では、固体高分子膜がイオン伝導体として機能し、燃料極で水素が水素イオンと電子とに分離される反応が起き、酸化剤極で空気中の酸素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。   As a fuel cell used in a fuel cell system. For example, a solid polymer type fuel cell is known as being suitable for mounting in an automobile. A solid polymer type fuel cell is provided with a solid polymer membrane as an electrolyte membrane between a fuel electrode and an oxidant electrode. In this solid polymer type fuel cell, the solid polymer membrane functions as an ion conductor, a reaction occurs in which hydrogen is separated into hydrogen ions and electrons at the fuel electrode, and oxygen and hydrogen in the air at the oxidant electrode. A reaction for generating water from ions and electrons is performed.

このような燃料電池システムにおいては、燃料電池の負荷が減少すると、必要とする酸化剤ガス流量が減少して吐出流量が低下するが、この場合、吐出圧力を一定に保持すると、酸化剤ガス圧縮機にサージング現象(酸化剤ガス(空気)が圧縮されない現象)が発生する可能性がある。   In such a fuel cell system, when the load of the fuel cell decreases, the required oxidant gas flow rate decreases and the discharge flow rate decreases. In this case, if the discharge pressure is kept constant, the oxidant gas compression is reduced. A surging phenomenon (a phenomenon in which the oxidant gas (air) is not compressed) may occur in the machine.

このような問題に対処するべく、例えば、特公昭62−60791号公報に開示の「燃料電池発電システムの圧力制御方法」では、燃料電池の負荷電流を検出し、この負荷電流の減少に基づいて酸化剤ガス圧縮機の回転数および酸化剤ガス圧縮機の酸化ガス吐出圧力を低下させて、運転圧力の最適化を図り、酸化剤ガス圧縮機の運転を安定化させる手法が提案されている。
特公昭62−60791号公報
In order to cope with such a problem, for example, in the “pressure control method for a fuel cell power generation system” disclosed in Japanese Patent Publication No. 62-60791, the load current of the fuel cell is detected, and based on the decrease in the load current. There has been proposed a method of stabilizing the operation of the oxidant gas compressor by reducing the rotational speed of the oxidant gas compressor and the oxidant gas discharge pressure of the oxidant gas compressor to optimize the operation pressure.
Japanese Examined Patent Publication No. 62-60791

しかしながら、上述した特許文献1に開示された技術は、負荷電流の減少に基づいて酸化剤ガス圧縮機の回転数および酸化剤ガス圧縮機の酸化ガス吐出圧力を低下させるものであるが、出力低下時には燃料極の燃料ガス圧力が下がるまで、酸化剤ガス圧力を落とすことができなかった。そのため、高圧で低流量での運転が酸化剤ガス圧縮機に要求されることとなり、この運転条件は酸化剤ガス圧縮機にとっては厳しく、酸化剤ガス圧縮機の種類によっては安定した運転が困難で、そのため燃料電池に採用できないものもあった。   However, the technique disclosed in Patent Document 1 described above reduces the rotational speed of the oxidant gas compressor and the oxidant gas discharge pressure of the oxidant gas compressor based on the decrease in load current, but the output decreases. Sometimes the oxidant gas pressure could not be reduced until the fuel gas pressure at the anode decreased. For this reason, an oxidant gas compressor is required to operate at a high pressure and a low flow rate. This operating condition is severe for an oxidant gas compressor, and stable operation is difficult depending on the type of the oxidant gas compressor. For this reason, some fuel cells cannot be used.

また同時に、高圧で低流量での酸化剤ガス圧縮機の運転は、運転効率の悪い運転範囲でもあり、燃料電池システムの運転効率低下の要因ともなっていた。   At the same time, the operation of the oxidant gas compressor at a high pressure and a low flow rate is also in an operating range where the operating efficiency is poor, and has been a factor of a decrease in the operating efficiency of the fuel cell system.

本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、高圧で低流量での酸化剤ガス圧縮機の運転を回避して、酸化剤ガス圧縮機の種類によらず、安定した運転の可能な燃料電池システムを提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, avoids the operation of the oxidant gas compressor at a high pressure and a low flow rate, and operates stably regardless of the type of the oxidant gas compressor. An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of the following.

また本発明の他の目的は、高圧で低流量での酸化剤ガス圧縮機の運転を回避して、運転効率を向上させた燃料電池システムを提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a fuel cell system that improves the operation efficiency by avoiding the operation of the oxidant gas compressor at a high pressure and a low flow rate.

上記目的を解決するため、本発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給により発電を行う燃料電池と、燃料ガス供給弁により燃料ガス圧力を調整しつつ前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、酸化剤ガス圧縮機から供給される酸化剤ガスの圧力を酸化剤ガス圧力保持弁および酸化剤ガス出口調圧弁により調整しつつ前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池の出力低下時に、前記酸化剤ガスの流量と前記酸化剤ガス圧縮機の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機圧力比がそれぞれの所定範囲にあるときに、前記酸化剤ガス圧力保持弁および前記酸化剤ガス出口調圧弁を遮断して前記燃料電池内の酸化剤ガス圧力を保持したまま、前記酸化剤ガス圧縮機の運転を停止する制御手段と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described object, the present invention provides a fuel cell that generates power by supplying fuel gas and oxidant gas, and a fuel gas that supplies fuel gas to the fuel cell while adjusting fuel gas pressure by a fuel gas supply valve. Oxidant gas supply for supplying oxidant gas to the fuel cell while adjusting the pressure of the oxidant gas supplied from the supply means and the oxidant gas compressor with an oxidant gas pressure holding valve and an oxidant gas outlet pressure regulating valve And when the output of the fuel cell is reduced, the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor are estimated, and the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor are When within the predetermined range, the oxidant gas pressure maintaining valve and the oxidant gas outlet pressure regulating valve are shut off, and the oxidant gas compressor is stopped while maintaining the oxidant gas pressure in the fuel cell. Characterized in that it comprises control means for the.

本発明に係る燃料電池システムでは、燃料電池の出力低下時に、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機圧力比がそれぞれの所定範囲(酸化剤ガス圧縮機がサージングを起こす可能性のあるサージング領域)にあるときに、制御手段により、酸化剤ガス圧力保持弁および酸化剤ガス出口調圧弁を遮断して燃料電池内の酸化剤ガス圧力を保持したまま、酸化剤ガス圧縮機の運転を停止するので、高圧で低流量での酸化剤ガス圧縮機の運転を回避して、酸化剤ガス圧縮機の種類によらず、安定した運転を可能とすると共に、運転効率を向上させることができる。   In the fuel cell system according to the present invention, when the output of the fuel cell is reduced, the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor are estimated, and the oxidant gas flow rate and the oxidant gas compressor pressure ratio are estimated. Is in the respective predetermined range (surging region in which the oxidant gas compressor may cause surging), the control means shuts off the oxidant gas pressure holding valve and the oxidant gas outlet pressure regulating valve, and the fuel cell Since the operation of the oxidant gas compressor is stopped while maintaining the oxidant gas pressure inside, the operation of the oxidant gas compressor at a high pressure and a low flow rate is avoided, and depending on the type of the oxidant gas compressor. Therefore, stable operation is possible and operation efficiency can be improved.

以下、本発明の燃料電池システムの実施例1〜実施例4について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, Examples 1 to 4 of the fuel cell system of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明の実施例に係る燃料電池システムの構成図である。本実施例の燃料電池システムは、例えば燃料電池車両の駆動動力源として用いられるものであり、図1に示すように、燃料ガス(水素)および酸化剤ガス(空気)の供給により発電を行う燃料電池スタック5を備える。   FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system of the present embodiment is used as a driving power source of a fuel cell vehicle, for example, and as shown in FIG. 1, a fuel that generates power by supplying fuel gas (hydrogen) and oxidant gas (air). A battery stack 5 is provided.

また、酸化剤ガス供給手段として、酸化剤ガス供給装置1、酸化剤ガス圧縮機2、酸化剤ガス供給流路、酸化剤ガス圧力保持弁3、酸化剤ガス圧力センサ4、酸化剤ガス排気流路および酸化剤ガス出口調圧弁6を備え、燃料ガス供給手段として、燃料ガス供給装置7、燃料ガス供給弁8、燃料ガス供給流路、燃料ガス圧力センサ9および燃料ガス循環流路を備え、さらに、燃料電池スタック5、酸化剤ガス供給手段および燃料ガス供給手段等の各種センサからの検知信号に基づき各構成要素の制御を行うコントローラ10を備えた構成である。   Further, as an oxidant gas supply means, an oxidant gas supply device 1, an oxidant gas compressor 2, an oxidant gas supply channel, an oxidant gas pressure holding valve 3, an oxidant gas pressure sensor 4, an oxidant gas exhaust flow. A fuel gas supply device 7, a fuel gas supply valve 8, a fuel gas supply flow path, a fuel gas pressure sensor 9, and a fuel gas circulation flow path. Furthermore, it is the structure provided with the controller 10 which controls each component based on the detection signal from various sensors, such as the fuel cell stack 5, oxidant gas supply means, and fuel gas supply means.

燃料電池スタック5は、燃料ガスである水素が供給される燃料極(アノード)と酸化剤ガスである空気が供給される酸化剤極(カソード)とが電解質を挟んで重ね合わされて発電セルが構成されると共に、複数の発電セルが多段積層されたスタック構造を有しており、水素と空気中の酸素とを基にした電気化学反応により化学エネルギを電気エネルギに変換するものである。この燃料電池スタック5の各発電セルでは、燃料極に供給された水素が水素イオンと電子とに分離される反応が起き、水素イオンは電解質を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させ、酸化剤極にそれぞれ移動する。酸化剤極では、供給された空気中の酸素と電解質を通って移動した水素イオンおよび電子が反応して水が生成され、外部に排出される。   The fuel cell stack 5 includes a fuel cell (anode) supplied with hydrogen as a fuel gas and an oxidant electrode (cathode) supplied with air as an oxidant gas with an electrolyte interposed therebetween to form a power generation cell. In addition, it has a stack structure in which a plurality of power generation cells are stacked in multiple stages, and converts chemical energy into electrical energy by an electrochemical reaction based on hydrogen and oxygen in the air. In each power generation cell of the fuel cell stack 5, a reaction occurs in which hydrogen supplied to the fuel electrode is separated into hydrogen ions and electrons, the hydrogen ions pass through the electrolyte, and the electrons pass through an external circuit to generate power. , Move to the oxidizer electrode. At the oxidizer electrode, hydrogen in the supplied air reacts with hydrogen ions and electrons that have moved through the electrolyte to produce water, which is discharged to the outside.

燃料電池スタック5の電解質としては、高エネルギ密度化、低コスト化、軽量化等を考慮して、例えば固体高分子電解質膜が用いられる。固体高分子電解質膜は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等、イオン(プロトン)伝導性の高分子膜からなるものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。   For example, a solid polymer electrolyte membrane is used as the electrolyte of the fuel cell stack 5 in consideration of high energy density, low cost, light weight, and the like. The solid polymer electrolyte membrane is made of an ion (proton) conductive polymer membrane such as a fluororesin ion exchange membrane, and functions as an ion conductive electrolyte when saturated with water.

燃料電池スタック5で発電を行うには、燃料ガスである水素や酸化剤ガスである空気を各発電セルの燃料極(アノード)や酸化剤極(カソード)に供給する必要があり、燃料電池システムでは、そのための機構として酸化剤ガス供給手段および燃料ガス供給手段が設けられている。   In order to generate power in the fuel cell stack 5, it is necessary to supply hydrogen as fuel gas or air as oxidant gas to the fuel electrode (anode) or oxidant electrode (cathode) of each power generation cell. Then, an oxidant gas supply means and a fuel gas supply means are provided as mechanisms for that purpose.

燃料ガス供給手段では、燃料ガス供給源である水素タンク等の燃料ガス供給装置7から供給される燃料ガスが、燃料ガス供給弁8で減圧され、燃料ガス供給流路およびエゼクタ(図示せず)を通って燃料電池スタック5の燃料極に送り込まれるようになっている。燃料電池スタック5の燃料極圧力は、燃料ガス圧力センサ9によって検出するか、或いは現在取り出している燃料電池スタック5の出力等に基づき予測して、コントローラ10が該検出値または該予測値をフィードバックして燃料ガス供給弁8の動作を制御することで、燃料電池スタック5の燃料極圧力が所望の圧力に保たれる。   In the fuel gas supply means, the fuel gas supplied from the fuel gas supply device 7 such as a hydrogen tank as a fuel gas supply source is decompressed by the fuel gas supply valve 8, and the fuel gas supply flow path and ejector (not shown) The fuel cell stack 5 is fed to the fuel electrode through the fuel cell stack 5. The fuel electrode pressure of the fuel cell stack 5 is detected by the fuel gas pressure sensor 9 or predicted based on the output of the fuel cell stack 5 currently taken out, and the controller 10 feeds back the detected value or the predicted value. Thus, by controlling the operation of the fuel gas supply valve 8, the fuel electrode pressure of the fuel cell stack 5 is maintained at a desired pressure.

また、燃料電池スタック5では、供給された燃料ガスが全て消費されるわけではなく、残った燃料ガス(燃料電池スタック5の燃料極から排出される水素)は、新たに燃料ガス供給装置7から供給されて燃料ガス供給流路を流れる燃料ガスとエゼクタにて混合されて、再度燃料電池スタック5の燃料極に供給される。このため、燃料電池スタック5の燃料極出口側には燃料ガス循環流路が接続されており、燃料電池スタック5の燃料極から排出される燃料ガスが燃料ガス循環流路およびエゼクタを通って燃料電池スタック5に環流されるようになっている。   Further, in the fuel cell stack 5, not all of the supplied fuel gas is consumed, and the remaining fuel gas (hydrogen discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack 5) is newly supplied from the fuel gas supply device 7. The supplied fuel gas flowing through the fuel gas supply channel is mixed with the ejector and supplied again to the fuel electrode of the fuel cell stack 5. For this reason, a fuel gas circulation passage is connected to the fuel electrode outlet side of the fuel cell stack 5, and the fuel gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack 5 passes through the fuel gas circulation passage and the ejector to form a fuel. The battery stack 5 is circulated.

一方、酸化剤ガス供給手段では、酸化剤ガス供給装置1より酸化剤ガスが供給され、酸化剤ガス圧縮機2において圧縮、高圧化された後、酸化剤ガス圧力保持弁3を介して酸化剤ガス供給流路に空気が送り込まれ、燃料電池スタック5の酸化剤極へと供給されるようになっている。   On the other hand, in the oxidant gas supply means, the oxidant gas is supplied from the oxidant gas supply device 1, and after being compressed and increased in pressure by the oxidant gas compressor 2, the oxidant gas is supplied via the oxidant gas pressure holding valve 3. Air is fed into the gas supply flow path and supplied to the oxidant electrode of the fuel cell stack 5.

また、燃料電池スタック5の酸化剤極出口側には、当該燃料電池スタック5から酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排気流路が接続されており、燃料電池スタック5で消費されなかった酸化剤ガス(酸素および空気中の他の成分)は、酸化剤ガス出口調圧弁6および酸化剤ガス排気流路を通して系外に排出されるようになっている。また、燃料電池スタック5の酸化剤極圧力は、酸化剤ガス圧力センサ4によって検出するか、或いは現在取り出している燃料電池スタック5の出力等に基づき予測して、コントローラ10が該検出値または該予測値をフィードバックして酸化剤ガス圧力保持弁3および酸化剤ガス出口調圧弁6の動作を制御することで、燃料電池スタック5の酸化剤極圧力が所望の圧力に保たれる。   Further, an oxidant gas exhaust passage for discharging the oxidant gas from the fuel cell stack 5 is connected to the oxidant electrode outlet side of the fuel cell stack 5, and was not consumed by the fuel cell stack 5. Oxidant gas (oxygen and other components in the air) is discharged out of the system through the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 and the oxidant gas exhaust passage. The oxidant extreme pressure of the fuel cell stack 5 is detected by the oxidant gas pressure sensor 4 or predicted based on the output of the fuel cell stack 5 currently taken out, and the controller 10 detects the detected value or the By feeding back the predicted values and controlling the operations of the oxidant gas pressure holding valve 3 and the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6, the oxidant electrode pressure of the fuel cell stack 5 is maintained at a desired pressure.

なお、冷却機構や加湿手段については、本発明の特徴的部分に直接関係しないために省略している。また、図1は実施例1〜実施例4の各実施例に適用可能な構成を示したもので、実施例1では、酸化剤ガス圧力センサ4および燃料ガス圧力センサ9を利用せず、酸化剤ガス圧力センサ4および燃料ガス圧力センサ9を具備しない構成である。したがって、上述したコントローラ10による燃料ガスおよび酸化剤ガスの圧力制御は予測値に基づいて行われることとなる。   The cooling mechanism and the humidifying means are omitted because they are not directly related to the characteristic part of the present invention. FIG. 1 shows a configuration applicable to each of the first to fourth embodiments. In the first embodiment, the oxidizing gas pressure sensor 4 and the fuel gas pressure sensor 9 are not used, and the oxidation is performed. In this configuration, the agent gas pressure sensor 4 and the fuel gas pressure sensor 9 are not provided. Therefore, the pressure control of the fuel gas and the oxidant gas by the controller 10 described above is performed based on the predicted value.

さらに、コントローラ10は、例えばCPUやROM、RAM、周辺インターフェース等を有するマイクロコンピュータとして構成されており、各種センサの検出値を読み込んで、その検出値に対する判断、演算結果、或いは予測値に基づき、各種制御信号を出力して、燃料電池システムの各部における動作を制御する。   Furthermore, the controller 10 is configured as a microcomputer having, for example, a CPU, a ROM, a RAM, a peripheral interface, and the like, reads the detection values of various sensors, and based on the determination, calculation result, or prediction value for the detection values, Various control signals are output to control the operation of each part of the fuel cell system.

本実施例のコントローラ10における特徴的な制御は、燃料電池スタック5の出力低下時に、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機2の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機2の圧力比がそれぞれの所定範囲にあるときに、酸化剤ガス圧力保持弁3および酸化剤ガス出口調圧弁6を遮断して燃料電池スタック5内の酸化剤ガス圧力を保持したまま、酸化剤ガス圧縮機2の運転を停止し、酸化剤ガス圧縮機2の運転停止後に、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機2の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機圧力比がそれぞれの所定範囲を外れたときに、酸化剤ガス圧力保持弁3および酸化剤ガス出口調圧弁6を開放して、酸化剤ガス圧縮機2の運転を再開する点にある。   The characteristic control in the controller 10 of this embodiment is that the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 are estimated when the output of the fuel cell stack 5 decreases, When the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 is within the predetermined range, the oxidant gas pressure holding valve 3 and the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 are shut off to hold the oxidant gas pressure in the fuel cell stack 5. Then, the operation of the oxidant gas compressor 2 is stopped, and after the operation of the oxidant gas compressor 2 is stopped, the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 are estimated, and the oxidant gas When the gas flow rate and the oxidant gas compressor pressure ratio are out of the predetermined ranges, the oxidant gas pressure holding valve 3 and the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 are opened to operate the oxidant gas compressor 2. The point is to resume.

ここで、酸化剤ガス流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の所定範囲は、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の平面上で酸化剤ガス圧縮機2がサージングを起こす可能性のあるサージング領域である。具体的には、図3および図4の説明図において、(三角形の)領域SAの外部が酸化剤ガス圧縮機2のサージング領域であり、領域SAの内部が酸化剤ガス圧縮機2のサージング領域外で安定した運転が可能な領域である。   Here, the predetermined range of the oxidant gas flow rate and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 is such that the oxidant gas compressor 2 undergoes surging on the plane of the oxidant gas flow rate to the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2. This is a possible surging area. Specifically, in the explanatory diagrams of FIGS. 3 and 4, the outside of the (triangular) area SA is the surging area of the oxidant gas compressor 2, and the inside of the area SA is the surging area of the oxidant gas compressor 2. This is an area where stable operation is possible outside.

次に、以上のように構成される本実施例の燃料電池システムの運転時の動作について、図2〜図4を参照しながら説明する。ここで、図2は実施例1の燃料電池システムにおける運転制御を説明するフローチャートであり、図3および図4は酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の平面上における酸化剤ガス圧縮機2の動作点の推移を説明する説明図である。   Next, the operation at the time of operation of the fuel cell system of the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 2 is a flowchart for explaining operation control in the fuel cell system of the first embodiment, and FIGS. 3 and 4 are oxidant gas on the plane of the ratio of the oxidant gas flow rate to the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the transition of operating points of the compressor 2.

まず、通常オペレーションにおいて燃料電池スタック5の出力低下指示(出力変動)がなされる(ステップS101)と、コントローラ10は、現在の酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機2の圧力比とを推定する(ステップS102)。   First, in response to an output reduction instruction (output fluctuation) of the fuel cell stack 5 in normal operation (step S101), the controller 10 estimates the current flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2. (Step S102).

ここで、燃料電池スタック5から現在取り出している出力が決まっている時点で、燃料電池スタック5入口の圧力、流量は決まっており、また、燃料電池スタック5入口までの各部品の圧損特性も予め分かっているので、酸化剤ガス圧縮機2出口で要求される圧力(圧力比)も計算より算出できる。この時、酸化剤ガスの温度も圧損計算が必要になるが、酸化剤ガス圧縮機2の圧力比から計算できる。つまり、この圧力比、酸化剤ガス圧縮機2出口の温度計算を繰り返し行えば、酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比を計算で予測することが可能となる。   Here, when the output currently taken out from the fuel cell stack 5 is determined, the pressure and flow rate at the inlet of the fuel cell stack 5 are determined, and the pressure loss characteristics of each part up to the inlet of the fuel cell stack 5 are also determined in advance. Since it is known, the pressure (pressure ratio) required at the outlet of the oxidant gas compressor 2 can also be calculated. At this time, the pressure loss calculation of the temperature of the oxidant gas is required, but it can be calculated from the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2. That is, if the pressure ratio and the temperature of the oxidant gas compressor 2 outlet are repeatedly calculated, the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 can be predicted by calculation.

すなわち、酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の推定は、以下の手順に沿って行う。   That is, the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 are estimated according to the following procedure.

手順1:燃料電池スタック5の出力に基づき、所定のマップテーブルを参照して燃料電池スタック5入口の酸化剤ガスの流量(NL/min)および燃料電池スタック5入口の酸化剤ガス要求圧力を求める。 Procedure 1: Based on the output of the fuel cell stack 5, the flow rate (NL / min) of the oxidant gas at the inlet of the fuel cell stack 5 and the required oxidant gas pressure at the inlet of the fuel cell stack 5 are obtained with reference to a predetermined map table. .

手順2:燃料電池スタック5入口の酸化剤ガス要求圧力からおおよその酸化剤ガス圧縮機2の圧力比を計算する。 Procedure 2: The approximate pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 is calculated from the required oxidant gas pressure at the inlet of the fuel cell stack 5.

手順3:おおよその酸化剤ガス圧縮機2の圧力比から酸化剤ガス圧縮機2出口の酸化剤ガス温度を計算する。 Procedure 3: The oxidant gas temperature at the outlet of the oxidant gas compressor 2 is calculated from the approximate pressure ratio of the oxidant gas compressor 2.

手順4:おおよその酸化剤ガス圧縮機2の圧力比および酸化剤ガス圧縮機2出口の酸化剤ガス温度から各部品の圧損を求める。 Procedure 4: The pressure loss of each component is obtained from the approximate pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 and the oxidant gas temperature at the outlet of the oxidant gas compressor 2.

手順5:各部品の圧損に基づき燃料電池スタック5入口の酸化剤ガス圧力を計算し、燃料電池スタック5入口の酸化剤ガス要求圧力と比較する。 Procedure 5: Calculate the oxidant gas pressure at the inlet of the fuel cell stack 5 based on the pressure loss of each component, and compare it with the required oxidant gas pressure at the inlet of the fuel cell stack 5.

手順6:該比較に基づき酸化剤ガス圧縮機2の圧力比を修正し、酸化剤ガス圧縮機2出口の酸化剤ガス温度を計算する。 Procedure 6: Based on the comparison, the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 is corrected, and the oxidant gas temperature at the outlet of the oxidant gas compressor 2 is calculated.

手順7:修正した酸化剤ガス圧縮機2の圧力比および酸化剤ガス圧縮機2出口の酸化剤ガス温度から燃料電池スタック5入口の酸化剤ガス圧力を計算し、燃料電池スタック5入口の酸化剤ガス要求圧力と比較する。 Procedure 7: The oxidant gas pressure at the inlet of the fuel cell stack 5 is calculated from the corrected pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 and the oxidant gas temperature at the outlet of the oxidant gas compressor 2, and the oxidant at the inlet of the fuel cell stack 5 is calculated. Compare with gas demand pressure.

(手順6および手順7を繰り返す。)
このようにして、酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比が推定されると、次に、その酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機2の圧力比がサージング領域(図3の領域SA外の斜線領域)内にあるか否かを判断する(ステップS105)。
(Repeat step 6 and step 7.)
When the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 are estimated in this manner, the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 are then calculated in the surging region (FIG. It is determined whether or not the area is within the hatched area outside area 3 (step S105).

酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の平面上において、酸化剤ガス圧縮機2の動作点(推定した酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比)がサージング領域外(領域SA内)にあるときは、ステップS102に戻って、酸化剤ガス圧縮機2の通常運転を継続する。   On the plane of the pressure ratio of the oxidant gas flow rate to the oxidant gas compressor 2, the operating point of the oxidant gas compressor 2 (the estimated flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2) is the surging region. When it is outside (in the area SA), the process returns to step S102 and the normal operation of the oxidant gas compressor 2 is continued.

また、酸化剤ガス圧縮機2の動作点(推定した酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比)がサージング領域内(領域SA外)にあるときは、酸化剤ガス圧縮機2の運転を停止し(ステップS106)、酸化剤ガス圧力保持弁3および酸化剤ガス出口調圧弁6を遮断して(ステップS107)、燃料電池スタック5内の酸化剤ガス圧力を保持したままとする。   When the operating point of the oxidant gas compressor 2 (the estimated flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2) is within the surging region (outside the region SA), the oxidant gas compressor 2 (Step S106), the oxidant gas pressure holding valve 3 and the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 are shut off (step S107), and the oxidant gas pressure in the fuel cell stack 5 is maintained. .

酸化剤ガス圧縮機2の運転停止後に、図3の破線に示すように、酸化剤ガスの流量が低下し、その後酸化剤ガス圧縮機2の圧力比も低下してくるので、ステップS102と同様に、現在の酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機2の圧力比とを推定する(ステップS108)。   After the operation of the oxidant gas compressor 2 is stopped, the flow rate of the oxidant gas is lowered and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 is also lowered as shown by the broken line in FIG. Then, the current flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 are estimated (step S108).

また、ステップS105と同様に、推定した酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機2の圧力比がサージング領域内(領域SA外)にあるか否かを判断し(ステップS111)、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の平面上において、酸化剤ガス圧縮機2の動作点(推定した酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比)がサージング領域内(領域SA外)にあるときは、ステップS108に戻って、酸化剤ガス圧縮機2の停止状態を継続する。   Similarly to step S105, it is determined whether or not the estimated oxidant gas flow rate and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 are within the surging region (outside the region SA) (step S111). On the plane of the flow ratio to the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2, the operating point of the oxidant gas compressor 2 (the estimated flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2) is within the surging region (region). If it is outside (SA), the process returns to step S108 and the oxidant gas compressor 2 is kept stopped.

また、酸化剤ガス圧縮機2の動作点(推定した酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比)がサージング領域外(領域SA内)にあるときは、酸化剤ガス圧力保持弁3および酸化剤ガス出口調圧弁6を開放して(ステップS112)、酸化剤ガス圧縮機2を起動して運転を再開する(ステップS113)。   When the operating point of the oxidant gas compressor 2 (the estimated flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2) is outside the surging region (inside the region SA), the oxidant gas pressure holding valve 3 and the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 are opened (step S112), the oxidant gas compressor 2 is started and the operation is restarted (step S113).

以上の手順により、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の平面上(図3参照)において、酸化剤ガス圧縮機2の動作点はPQ1から目標とする酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比であるPQtに推移することとなる。   With the above procedure, on the plane of the pressure ratio of the oxidant gas flow rate to the oxidant gas compressor 2 (see FIG. 3), the operating point of the oxidant gas compressor 2 is determined from the PQ1 to the target oxidant gas flow rate and The pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 changes to PQt.

以上説明したように、本実施例の燃料電池システムでは、燃料電池スタック5の出力低下時に、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機2の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機2の圧力比がサージング領域にあるときに、酸化剤ガス圧力保持弁3および酸化剤ガス出口調圧弁6を遮断して燃料電池スタック5内の酸化剤ガス圧力を保持したまま、酸化剤ガス圧縮機2の運転を停止し、酸化剤ガス圧縮機2の運転停止後に、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機2の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機圧力比がサージング領域を外れたときに、酸化剤ガス圧力保持弁3および酸化剤ガス出口調圧弁6を開放して、酸化剤ガス圧縮機2の運転を再開することとしたので、酸化剤ガス圧縮機2がサージングを起こす可能性のあるサージング領域(酸化剤ガス圧縮機2の不安定動作領域または失速領域)にあるときに、高圧で低流量での酸化剤ガス圧縮機の運転を回避して、安定した運転を可能とすると共に、運転効率の悪い状況下での運転を回避して運転効率を向上させることができる。   As described above, in the fuel cell system of the present embodiment, when the output of the fuel cell stack 5 decreases, the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 are estimated, and the flow rate of the oxidant gas When the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 is in the surging region, the oxidant gas pressure holding valve 3 and the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 are shut off to maintain the oxidant gas pressure in the fuel cell stack 5. Then, the operation of the oxidant gas compressor 2 is stopped, and after the operation of the oxidant gas compressor 2 is stopped, the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 are estimated, and the oxidant gas When the gas flow rate and the pressure ratio of the oxidant gas compressor are out of the surging region, the oxidant gas pressure holding valve 3 and the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 are opened, and the operation of the oxidant gas compressor 2 is resumed. Because we decided to do so, oxidant gas compression Avoiding operation of the oxidant gas compressor at a high pressure and a low flow rate when 2 is in a surging region (an unstable operation region or a stall region of the oxidant gas compressor 2) that may cause surging, It is possible to improve the driving efficiency by enabling the stable driving and avoiding the driving under the low driving efficiency.

なお、本実施例では、酸化剤ガス圧縮機2としてターボ型圧縮機を用いており、図3にそのサージング領域を例示したが、リショルム型圧縮機を用いた場合のサージング領域は図4の破線で示した(三角形の)領域SBの外部となる。すなわち図4では、リショルム型圧縮機を用いた場合には、酸化剤ガス圧縮機2の動作点をPQ1からPQtに推移させるとき、酸化剤ガス圧縮機2の動作点はそのサージング領域外で推移させることができるが、ターボ型圧縮機を用いた場合には、酸化剤ガス圧縮機2がサージングを起こす可能性のあるサージング領域を通過することを示している。つまり、本実施例によれば、酸化剤ガス圧縮機2の種類によらず、安定した運転を行うことができる。   In this embodiment, a turbo compressor is used as the oxidant gas compressor 2 and its surging area is illustrated in FIG. 3, but the surging area in the case of using a Rishorum compressor is a broken line in FIG. It is outside the (triangular) area SB indicated by. That is, in FIG. 4, when the Rishorum type compressor is used, when the operating point of the oxidant gas compressor 2 is changed from PQ1 to PQt, the operating point of the oxidant gas compressor 2 changes outside the surging region. However, when a turbo compressor is used, the oxidant gas compressor 2 passes through a surging region where surging may occur. That is, according to the present embodiment, a stable operation can be performed regardless of the type of the oxidant gas compressor 2.

次に、本発明の実施例2に係る燃料電池システムについて説明する。実施例2の燃料電池システムの構成は、実施例1の構成(図1)と同等であり、各構成要素の具体的説明を省略する。   Next, a fuel cell system according to Example 2 of the present invention will be described. The configuration of the fuel cell system of Example 2 is the same as that of Example 1 (FIG. 1), and a specific description of each component is omitted.

ただし、実施例2では、酸化剤ガス圧力センサ4を利用するが燃料ガス圧力センサ9は利用せず、燃料ガス圧力センサ9を具備しない構成である。したがって、コントローラ10による燃料ガスの圧力制御は予測値に基づいて行われることとなる。   However, in Example 2, the oxidant gas pressure sensor 4 is used, but the fuel gas pressure sensor 9 is not used, and the fuel gas pressure sensor 9 is not provided. Therefore, the pressure control of the fuel gas by the controller 10 is performed based on the predicted value.

また、実施例2のコントローラ10における特徴的な制御は、燃料電池スタック5の出力低下時に、酸化剤ガス圧力センサ4の検出結果に基づき酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機2の圧力比とを算出して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機2の圧力比がそれぞれの所定範囲にあるときに、酸化剤ガス圧力保持弁3および酸化剤ガス出口調圧弁6を遮断して燃料電池スタック5内の酸化剤ガス圧力を保持したまま、酸化剤ガス圧縮機2の運転を停止し、酸化剤ガス圧縮機2の運転停止後に、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機2の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機圧力比がそれぞれの所定範囲を外れたときに、酸化剤ガス圧力保持弁3および酸化剤ガス出口調圧弁6を開放して、酸化剤ガス圧縮機2の運転を再開する点にある。   The characteristic control in the controller 10 of the second embodiment is that the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 based on the detection result of the oxidant gas pressure sensor 4 when the output of the fuel cell stack 5 decreases. And the oxidant gas pressure holding valve 3 and the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 are shut off when the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 are within the respective predetermined ranges. Then, the operation of the oxidant gas compressor 2 is stopped while the oxidant gas pressure in the fuel cell stack 5 is maintained, and after the operation of the oxidant gas compressor 2 is stopped, the flow rate of the oxidant gas and the oxidant gas compressor 2 and when the oxidant gas flow rate and the oxidant gas compressor pressure ratio deviate from their respective predetermined ranges, the oxidant gas pressure holding valve 3 and the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 Open the oxidant gas pressure There is a point to resume the operation of the machine 2.

なお、酸化剤ガス流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の所定範囲を、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の平面上で酸化剤ガス圧縮機2がサージングを起こす可能性のあるサージング領域(領域SAの外部)とする点は実施例1(図3および図4参照)と同様である。   The oxidant gas compressor 2 may cause surging within a predetermined range of the oxidant gas flow rate and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 on the plane of the oxidant gas flow rate to the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2. The characteristic surging area (outside the area SA) is the same as that of the first embodiment (see FIGS. 3 and 4).

次に、本実施例の燃料電池システムの運転時の動作について、図3および図5を参照しながら説明する。ここで、図5は実施例2の燃料電池システムにおける運転制御を説明するフローチャートである。   Next, the operation at the time of operation of the fuel cell system of the present embodiment will be described with reference to FIG. 3 and FIG. Here, FIG. 5 is a flowchart for explaining operation control in the fuel cell system of the second embodiment.

まず、通常オペレーションにおいて燃料電池スタック5の出力低下指示(出力変動)がなされる(ステップS201)と、コントローラ10は、酸化剤ガス圧力センサ4の検出結果に基づき、現在の酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機2の圧力比とを算出する(ステップS202)。   First, when an output reduction instruction (output fluctuation) of the fuel cell stack 5 is given in normal operation (step S201), the controller 10 determines the current flow rate of the oxidant gas based on the detection result of the oxidant gas pressure sensor 4. The pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 is calculated (step S202).

次に、算出した酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機2の圧力比がサージング領域(図3の領域SA外の斜線領域)内にあるか否かを判断する(ステップS205)。   Next, it is determined whether or not the calculated oxidant gas flow rate and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 are within the surging region (the hatched region outside the region SA in FIG. 3) (step S205).

酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の平面上において、酸化剤ガス圧縮機2の動作点(酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比)がサージング領域外(領域SA内)にあるときは、ステップS202に戻って、酸化剤ガス圧縮機2の通常運転を継続する。   On the plane of the pressure ratio of the oxidant gas flow rate to the oxidant gas compressor 2, the operating point of the oxidant gas compressor 2 (the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2) is outside the surging region ( When in the area SA), the process returns to step S202, and the normal operation of the oxidant gas compressor 2 is continued.

また、酸化剤ガス圧縮機2の動作点(酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比)がサージング領域内(領域SA外)にあるときは、酸化剤ガス圧縮機2の運転を停止し(ステップS206)、酸化剤ガス圧力保持弁3および酸化剤ガス出口調圧弁6を遮断して(ステップS207)、燃料電池スタック5内の酸化剤ガス圧力を保持したままとする。   When the operating point of the oxidant gas compressor 2 (the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2) is within the surging region (outside the region SA), the operation of the oxidant gas compressor 2 is performed. (Step S206), the oxidant gas pressure holding valve 3 and the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 are shut off (step S207), and the oxidant gas pressure in the fuel cell stack 5 is maintained.

酸化剤ガス圧縮機2の運転停止後に、図3の破線に示すように、酸化剤ガスの流量が低下し、その後酸化剤ガス圧縮機2の圧力比も低下してくるので、ステップS202と同様に、酸化剤ガス圧力センサ4の検出結果に基づき、現在の酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機2の圧力比とを算出する(ステップS208)。   After the operation of the oxidant gas compressor 2 is stopped, the flow rate of the oxidant gas is lowered and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 is also lowered thereafter, as shown by the broken line in FIG. Then, based on the detection result of the oxidant gas pressure sensor 4, the current flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 are calculated (step S208).

また、ステップS205と同様に、算出した酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機2の圧力比がサージング領域内(領域SA外)にあるか否かを判断し(ステップS211)、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の平面上において、酸化剤ガス圧縮機2の動作点(酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比)がサージング領域内(領域SA外)にあるときは、ステップS208に戻って、酸化剤ガス圧縮機2の停止状態を継続する。   Similarly to step S205, it is determined whether or not the calculated oxidant gas flow rate and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 are within the surging region (outside the region SA) (step S211). On the plane of the pressure ratio of the flow rate to the oxidant gas compressor 2, the operating point of the oxidant gas compressor 2 (the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2) is within the surging region (outside the region SA). ), The process returns to step S208, and the oxidant gas compressor 2 is stopped.

また、酸化剤ガス圧縮機2の動作点(酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比)がサージング領域外(領域SA内)にあるときは、酸化剤ガス圧力保持弁3および酸化剤ガス出口調圧弁6を開放して(ステップS212)、酸化剤ガス圧縮機2を起動して運転を再開する(ステップS213)。   When the operating point of the oxidant gas compressor 2 (the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2) is outside the surging region (inside the region SA), the oxidant gas pressure holding valve 3 and The oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 is opened (step S212), the oxidant gas compressor 2 is started, and the operation is restarted (step S213).

以上の手順により、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の平面上(図3参照)において、酸化剤ガス圧縮機2の動作点はPQ1から目標とする酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比であるPQtに推移することとなる。   With the above procedure, on the plane of the pressure ratio of the oxidant gas flow rate to the oxidant gas compressor 2 (see FIG. 3), the operating point of the oxidant gas compressor 2 is determined from the PQ1 to the target oxidant gas flow rate and The pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 changes to PQt.

以上説明したように、本実施例の燃料電池システムでは、燃料電池スタック5の出力低下時に、酸化剤ガス圧力センサ4の検出結果に基づき、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機2の圧力比とを算出して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機2の圧力比がサージング領域にあるときに、酸化剤ガス圧力保持弁3および酸化剤ガス出口調圧弁6を遮断して燃料電池スタック5内の酸化剤ガス圧力を保持したまま、酸化剤ガス圧縮機2の運転を停止し、酸化剤ガス圧縮機2の運転停止後に、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機2の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機圧力比がサージング領域を外れたときに、酸化剤ガス圧力保持弁3および酸化剤ガス出口調圧弁6を開放して、酸化剤ガス圧縮機2の運転を再開することとしたので、酸化剤ガス圧縮機2がサージングを起こす可能性のあるサージング領域(酸化剤ガス圧縮機2の不安定動作領域または失速領域)にあるときに、高圧で低流量での酸化剤ガス圧縮機の運転を回避して、酸化剤ガス圧縮機の種類によらず、安定した運転を可能とすると共に、運転効率の悪い状況下での運転を回避して運転効率を向上させることができる。   As described above, in the fuel cell system of this embodiment, when the output of the fuel cell stack 5 decreases, the flow rate of the oxidant gas and the pressure of the oxidant gas compressor 2 are determined based on the detection result of the oxidant gas pressure sensor 4. When the oxidant gas flow rate and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 are in the surging region, the oxidant gas pressure holding valve 3 and the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 are shut off. While maintaining the oxidant gas pressure in the fuel cell stack 5, the operation of the oxidant gas compressor 2 is stopped. After the oxidant gas compressor 2 is stopped, the flow rate of the oxidant gas and the oxidant gas compressor 2 are stopped. When the oxidant gas flow rate and the oxidant gas compressor pressure ratio deviate from the surging region, the oxidant gas pressure holding valve 3 and the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 are opened. The oxidant gas compressor 2 Therefore, when the oxidant gas compressor 2 is in a surging region (an unstable operation region or a stall region of the oxidant gas compressor 2) in which surging may occur, the pressure is high and the flow rate is low. This avoids the operation of the oxidizer gas compressor, enables stable operation regardless of the type of oxidizer gas compressor, and improves operation efficiency by avoiding operation under poor operating efficiency. Can be made.

また、実施例1と比較して、酸化剤ガス圧力センサ4の検出結果に基づき、より正確な酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比を求めることができるので、より正確な制御が可能となり、酸化剤ガス圧縮機2のサージング領域での運転を確実に回避することができると共に、酸化剤ガス圧縮機2の停止時間をより短くして、酸化剤ガス圧縮機2の運転を再開させることができる。   In addition, compared with the first embodiment, more accurate oxidant gas flow rate and pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 can be obtained based on the detection result of the oxidant gas pressure sensor 4, and thus more accurate. It becomes possible to control the operation of the oxidant gas compressor 2 in the surging region, and the operation time of the oxidant gas compressor 2 can be reduced by shortening the stop time of the oxidant gas compressor 2. Can be resumed.

次に、本発明の実施例3に係る燃料電池システムについて説明する。実施例3の燃料電池システムの構成は、実施例1の構成(図1)と同等であり、各構成要素の具体的説明を省略する。   Next, a fuel cell system according to Example 3 of the present invention will be described. The configuration of the fuel cell system of Example 3 is the same as that of Example 1 (FIG. 1), and a specific description of each component is omitted.

ただし、実施例3では、酸化剤ガス圧力センサ4および燃料ガス圧力センサ9を利用し、せず、酸化剤ガス圧力センサ4および燃料ガス圧力センサ9を具備する構成である。したがって、コントローラ10による燃料ガスおよび酸化剤ガスの圧力制御は実測値に基づいて行われることとなる。   However, in the third embodiment, the oxidant gas pressure sensor 4 and the fuel gas pressure sensor 9 are not used, but the oxidant gas pressure sensor 4 and the fuel gas pressure sensor 9 are provided. Therefore, the pressure control of the fuel gas and the oxidant gas by the controller 10 is performed based on the actually measured values.

また、実施例3のコントローラ10における特徴的な制御は、燃料電池スタック5の出力低下時に、酸化剤ガス圧力センサ4および燃料ガス圧力センサ9の検出結果に基づき、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機2の燃料電池スタック5内電解質膜の耐えられる差圧分を考慮した圧力比とを算出して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機2の圧力比がそれぞれの所定範囲にあるときに、酸化剤ガス圧力保持弁3および酸化剤ガス出口調圧弁6を遮断して燃料電池スタック5内の酸化剤ガス圧力を保持したまま、酸化剤ガス圧縮機2の運転を停止し、酸化剤ガス圧縮機2の運転停止後に、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機2の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機圧力比がそれぞれの所定範囲を外れたときに、酸化剤ガス圧力保持弁3および酸化剤ガス出口調圧弁6を開放して、酸化剤ガス圧縮機2の運転を再開する点にある。   The characteristic control in the controller 10 of the third embodiment is that the flow rate of the oxidant gas and the oxidant are determined based on the detection results of the oxidant gas pressure sensor 4 and the fuel gas pressure sensor 9 when the output of the fuel cell stack 5 decreases. The pressure ratio in consideration of the differential pressure that can be withstood by the electrolyte membrane in the fuel cell stack 5 of the gas compressor 2 is calculated, and the oxidant gas flow rate and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 are in respective predetermined ranges. The oxidant gas pressure maintaining valve 3 and the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 are shut off, and the oxidant gas compressor 2 is stopped while maintaining the oxidant gas pressure in the fuel cell stack 5. After the operation of the oxidant gas compressor 2 is stopped, the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 are estimated, and the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor are Out of range Occasionally, opens the oxidant gas pressure holding valve 3 and the oxidant gas outlet regulating valve 6 lies in that to resume the operation of the oxidizing gas compressor 2.

なお、酸化剤ガス流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の所定範囲を、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の平面上で酸化剤ガス圧縮機2がサージングを起こす可能性のあるサージング領域(領域SAの外部)とする点は実施例1(図3および図4参照)と同様である。   The oxidant gas compressor 2 may cause surging within a predetermined range of the oxidant gas flow rate and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 on the plane of the oxidant gas flow rate to the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2. The characteristic surging area (outside the area SA) is the same as that of the first embodiment (see FIGS. 3 and 4).

次に、本実施例の燃料電池システムの運転時の動作について、図3および図6を参照しながら説明する。ここで、図6は実施例3の燃料電池システムにおける運転制御を説明するフローチャートである。   Next, the operation at the time of operation of the fuel cell system of the present embodiment will be described with reference to FIG. 3 and FIG. Here, FIG. 6 is a flowchart for explaining operation control in the fuel cell system of the third embodiment.

まず、通常オペレーションにおいて燃料電池スタック5の出力低下指示(出力変動)がなされる(ステップS301)と、コントローラ10は、酸化剤ガス圧力センサ4および燃料ガス圧力センサ9の検出結果に基づき、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機2の燃料電池スタック5内電解質膜の耐えられる差圧分を考慮した圧力比とを算出する(ステップS302およびS303)。   First, when the output reduction instruction (output fluctuation) of the fuel cell stack 5 is given in the normal operation (step S301), the controller 10 determines the oxidant based on the detection results of the oxidant gas pressure sensor 4 and the fuel gas pressure sensor 9. A gas flow rate and a pressure ratio in consideration of the differential pressure that can be withstood by the electrolyte membrane in the fuel cell stack 5 of the oxidant gas compressor 2 are calculated (steps S302 and S303).

次に、算出した酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機2の圧力比(差圧分考慮)がサージング領域(図3の領域SA外の斜線領域)内にあるか否かを判断する(ステップS305)。   Next, it is determined whether or not the calculated oxidant gas flow rate and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 (considering the differential pressure) are within the surging region (the shaded region outside the region SA in FIG. 3) ( Step S305).

酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の平面上において、酸化剤ガス圧縮機2の動作点(酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比(差圧分考慮))がサージング領域外(領域SA内)にあるときは、ステップS302に戻って、酸化剤ガス圧縮機2の通常運転を継続する。   On the plane of the pressure ratio of the oxidant gas flow rate to the oxidant gas compressor 2, the operating point of the oxidant gas compressor 2 (the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 (considering the differential pressure)) ) Is outside the surging area (in the area SA), the process returns to step S302 and the normal operation of the oxidant gas compressor 2 is continued.

また、酸化剤ガス圧縮機2の動作点(酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比(差圧分考慮))がサージング領域内(領域SA外)にあるときは、酸化剤ガス圧縮機2の運転を停止し(ステップS306)、酸化剤ガス圧力保持弁3および酸化剤ガス出口調圧弁6を遮断して(ステップS307)、燃料電池スタック5内の酸化剤ガス圧力を保持したままとする。   When the operating point of the oxidant gas compressor 2 (the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 (considering the differential pressure)) is within the surging region (outside the region SA), the oxidant The operation of the gas compressor 2 is stopped (step S306), the oxidant gas pressure holding valve 3 and the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 are shut off (step S307), and the oxidant gas pressure in the fuel cell stack 5 is held. Keep it.

酸化剤ガス圧縮機2の運転停止後に、図3の破線に示すように、酸化剤ガスの流量が低下し、その後酸化剤ガス圧縮機2の圧力比も低下してくるので、ステップS302およびS303と同様に、酸化剤ガス圧力センサ4および燃料ガス圧力センサ9の検出結果に基づき、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機2の燃料電池スタック5内電解質膜の耐えられる差圧分を考慮した圧力比とを算出する(ステップS308およびS309)。   After the operation of the oxidant gas compressor 2 is stopped, the flow rate of the oxidant gas is lowered and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 is also lowered thereafter, as shown by the broken line in FIG. Similarly, based on the detection results of the oxidant gas pressure sensor 4 and the fuel gas pressure sensor 9, the flow rate of the oxidant gas and the differential pressure that can be withstood by the electrolyte membrane in the fuel cell stack 5 of the oxidant gas compressor 2 are considered. The calculated pressure ratio is calculated (steps S308 and S309).

また、ステップS305と同様に、算出した酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機2の圧力比(差圧分考慮)がサージング領域内(領域SA外)にあるか否かを判断し(ステップS311)、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の平面上において、酸化剤ガス圧縮機2の動作点(酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比(差圧分考慮))がサージング領域内(領域SA外)にあるときは、ステップS308に戻って、酸化剤ガス圧縮機2の停止状態を継続する。   Similarly to step S305, it is determined whether or not the calculated oxidant gas flow rate and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 (considering the differential pressure) are within the surging region (outside the region SA) (step 305). S311), on the plane of the pressure ratio of the oxidant gas flow rate to the oxidant gas compressor 2, the operating point of the oxidant gas compressor 2 (the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 (differential pressure) Is taken into the surging area (outside the area SA), the process returns to step S308 and the oxidant gas compressor 2 is kept stopped.

また、酸化剤ガス圧縮機2の動作点(酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比(差圧分考慮))がサージング領域外(領域SA内)にあるときは、酸化剤ガス圧力保持弁3および酸化剤ガス出口調圧弁6を開放して(ステップS312)、酸化剤ガス圧縮機2を起動して運転を再開する(ステップS313)。   When the operating point of the oxidant gas compressor 2 (the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 (considering the differential pressure)) is outside the surging region (inside the region SA), the oxidant The gas pressure holding valve 3 and the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 are opened (step S312), the oxidant gas compressor 2 is started, and the operation is restarted (step S313).

以上の手順により、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の平面上(図3参照)において、酸化剤ガス圧縮機2の動作点はPQ1から目標とする酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比であるPQtに推移することとなる。   With the above procedure, on the plane of the pressure ratio of the oxidant gas flow rate to the oxidant gas compressor 2 (see FIG. 3), the operating point of the oxidant gas compressor 2 is determined from the PQ1 to the target oxidant gas flow rate and The pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 changes to PQt.

以上説明したように、本実施例の燃料電池システムでは、燃料電池スタック5の出力低下時に、酸化剤ガス圧力センサ4および燃料ガス圧力センサ9の検出結果に基づき、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機2の燃料電池スタック5内電解質膜の耐えられる差圧分を考慮した圧力比とを算出して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機2の圧力比がサージング領域にあるときに、酸化剤ガス圧力保持弁3および酸化剤ガス出口調圧弁6を遮断して燃料電池スタック5内の酸化剤ガス圧力を保持したまま、酸化剤ガス圧縮機2の運転を停止し、酸化剤ガス圧縮機2の運転停止後に、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機2の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機圧力比がサージング領域を外れたときに、酸化剤ガス圧力保持弁3および酸化剤ガス出口調圧弁6を開放して、酸化剤ガス圧縮機2の運転を再開することとしたので、酸化剤ガス圧縮機2がサージングを起こす可能性のあるサージング領域(酸化剤ガス圧縮機2の不安定動作領域または失速領域)にあるときに、高圧で低流量での酸化剤ガス圧縮機の運転を回避して、酸化剤ガス圧縮機の種類によらず、安定した運転を可能とすると共に、運転効率の悪い状況下での運転を回避して運転効率を向上させることができる。   As described above, in the fuel cell system of this embodiment, when the output of the fuel cell stack 5 decreases, the flow rate of the oxidant gas and the oxidant are determined based on the detection results of the oxidant gas pressure sensor 4 and the fuel gas pressure sensor 9. The pressure ratio in consideration of the differential pressure that can be withstood by the electrolyte membrane in the fuel cell stack 5 of the gas compressor 2 is calculated, and the oxidant gas flow rate and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 are in the surging region. Sometimes, the operation of the oxidant gas compressor 2 is stopped while the oxidant gas pressure maintaining valve 3 and the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 are shut off and the oxidant gas pressure in the fuel cell stack 5 is maintained. After the operation of the oxidant gas compressor 2 is stopped, the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 are estimated, and the oxidant gas flow rate and the oxidant gas compressor pressure ratio are out of the surging region. When the acid Since the oxidant gas pressure holding valve 3 and the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 are opened and the operation of the oxidant gas compressor 2 is resumed, surging that may cause the oxidant gas compressor 2 to perform surging. Avoid operating the oxidant gas compressor at high pressure and low flow rate when it is in the region (unstable operating region or stalled region of the oxidant gas compressor 2), regardless of the type of oxidant gas compressor In addition to enabling stable operation, it is possible to improve operation efficiency by avoiding operation under conditions where operation efficiency is poor.

また、実施例1および実施例2と比較して、燃料ガス圧力センサ9の検出結果に基づき、より燃料電池スタック5内電解質膜の耐えられる差圧分を考慮した酸化剤ガス圧縮機2の圧力比を求め、燃料電池スタック6内電解質膜の耐えられる差圧分を見込んで、酸化剤ガス圧縮機2の運転を再開させることで、より実態に即した制御が可能となり、酸化剤ガス圧縮機2のサージング領域での運転を確実に回避することができると共に、酸化剤ガス圧縮機2の停止時間をより短くして、酸化剤ガス圧縮機2の運転を再開させることができる。   Compared with the first and second embodiments, the pressure of the oxidant gas compressor 2 in consideration of the differential pressure that the electrolyte membrane in the fuel cell stack 5 can withstand based on the detection result of the fuel gas pressure sensor 9. The ratio is obtained, the differential pressure that can be withstood by the electrolyte membrane in the fuel cell stack 6 is anticipated, and the operation of the oxidant gas compressor 2 is restarted. The operation in the surging region of 2 can be reliably avoided, and the stop time of the oxidant gas compressor 2 can be shortened and the operation of the oxidant gas compressor 2 can be restarted.

次に、本発明の実施例4に係る燃料電池システムについて説明する。実施例4の燃料電池システムの構成は、実施例1の構成(図1)と同等であり、各構成要素の具体的説明を省略する。   Next, a fuel cell system according to Example 4 of the present invention will be described. The configuration of the fuel cell system of Example 4 is the same as that of Example 1 (FIG. 1), and a specific description of each component is omitted.

ただし、実施例4では、酸化剤ガス圧力センサ4および燃料ガス圧力センサ9を利用し、せず、酸化剤ガス圧力センサ4および燃料ガス圧力センサ9を具備する構成である。したがって、コントローラ10による燃料ガスおよび酸化剤ガスの圧力制御は実測値に基づいて行われることとなる。   However, in Example 4, the oxidant gas pressure sensor 4 and the fuel gas pressure sensor 9 are not used, but the oxidant gas pressure sensor 4 and the fuel gas pressure sensor 9 are provided. Therefore, the pressure control of the fuel gas and the oxidant gas by the controller 10 is performed based on the actually measured values.

また、実施例3と同様に、燃料電池スタック5の出力低下時に、酸化剤ガス圧力センサ4および燃料ガス圧力センサ9の検出結果に基づき、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機2の燃料電池スタック5内電解質膜の耐えられる差圧分を考慮した圧力比とを算出して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機2の圧力比がそれぞれの所定範囲にあるときに、酸化剤ガス圧力保持弁3および酸化剤ガス出口調圧弁6を遮断して燃料電池スタック5内の酸化剤ガス圧力を保持したまま、酸化剤ガス圧縮機2の運転を停止し、酸化剤ガス圧縮機2の運転停止後に、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機2の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機圧力比がそれぞれの所定範囲を外れたときに、酸化剤ガス圧力保持弁3および酸化剤ガス出口調圧弁6を開放して、酸化剤ガス圧縮機2の運転を再開するが、実施例4のコントローラ10における特徴的な制御は、酸化剤ガス圧縮機2の運転停止中に出力要求が変更されたとき、酸化剤ガス圧力保持弁3、酸化剤ガス出口調圧弁6および燃料ガス供給弁8の開度を調整して、酸化剤ガス圧縮機2の運転を再開する点にある。   Similarly to the third embodiment, when the output of the fuel cell stack 5 decreases, the flow rate of the oxidant gas and the fuel of the oxidant gas compressor 2 are determined based on the detection results of the oxidant gas pressure sensor 4 and the fuel gas pressure sensor 9. The pressure ratio in consideration of the differential pressure that can be withstood by the electrolyte membrane in the battery stack 5 is calculated, and when the oxidant gas flow rate and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 are in the respective predetermined ranges, oxidation is performed. The operation of the oxidant gas compressor 2 is stopped while the oxidant gas pressure maintaining valve 3 and the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 are shut off and the oxidant gas pressure in the fuel cell stack 5 is maintained, and the oxidant gas compressor is stopped. 2 when the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 are estimated and the oxidant gas flow rate and the oxidant gas compressor pressure ratio deviate from their predetermined ranges. In addition, the oxidant gas pressure holding valve 3 The oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 is opened, and the operation of the oxidant gas compressor 2 is resumed. The characteristic control in the controller 10 of the fourth embodiment is performed while the oxidant gas compressor 2 is stopped. When the output request is changed, the opening degree of the oxidant gas pressure holding valve 3, the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 and the fuel gas supply valve 8 is adjusted, and the operation of the oxidant gas compressor 2 is resumed. is there.

ここで、変更された要求出力に基づき予測される酸化剤ガス圧力が現在の燃料電池スタック5の酸化剤極の酸化剤ガス圧力よりも高い場合は、酸化剤ガス圧力保持弁3、酸化剤ガス出口調圧弁6および燃料ガス供給弁8の開度を調整しながら、酸化剤ガス圧縮機2を通常運転状態に戻す。   Here, when the oxidant gas pressure predicted based on the changed required output is higher than the oxidant gas pressure at the oxidant electrode of the current fuel cell stack 5, the oxidant gas pressure holding valve 3, the oxidant gas While adjusting the opening degree of the outlet pressure regulating valve 6 and the fuel gas supply valve 8, the oxidant gas compressor 2 is returned to the normal operation state.

また、変更された要求出力に基づき予測される酸化剤ガス圧力が現在の燃料電池スタック5の酸化剤極の酸化剤ガス圧力よりも低く、該要求出力が当初目標とした要求出力よりも大きい場合は、現在の酸化剤ガス圧縮機2の圧力比のままで且つ所定範囲を外れる最低酸化剤ガス流量で酸化剤ガス圧縮機2の運転を再開するように、酸化剤ガス圧力保持弁3、酸化剤ガス出口調圧弁6および燃料ガス供給弁8の開度を調整する。   Further, when the oxidant gas pressure predicted based on the changed required output is lower than the oxidant gas pressure at the oxidant electrode of the current fuel cell stack 5, and the required output is larger than the initial target required output. The oxidant gas pressure holding valve 3, oxidation is performed so that the operation of the oxidant gas compressor 2 is resumed at the minimum oxidant gas flow rate that remains at the current pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 and out of the predetermined range. The opening degree of the agent gas outlet pressure regulating valve 6 and the fuel gas supply valve 8 is adjusted.

さらに、変更された要求出力に基づき予測される酸化剤ガス圧力が現在の燃料電池スタック5の酸化剤極の酸化剤ガス圧力よりも低く、該要求出力が当初目標とした要求出力よりも小さい場合は、所定範囲を外れる酸化剤ガス圧縮機2の圧力比で酸化剤ガス圧縮機2の運転を再開するように、酸化剤ガス圧力保持弁3、酸化剤ガス出口調圧弁6および燃料ガス供給弁8の開度を調整する。   Further, when the oxidant gas pressure predicted based on the changed required output is lower than the oxidant gas pressure at the oxidant electrode of the current fuel cell stack 5, and the required output is smaller than the initial target required output. Oxidant gas pressure holding valve 3, oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 and fuel gas supply valve so as to restart the operation of oxidant gas compressor 2 at a pressure ratio of oxidant gas compressor 2 outside the predetermined range. Adjust the opening of 8.

なお、酸化剤ガス流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の所定範囲を、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の平面上で酸化剤ガス圧縮機2がサージングを起こす可能性のあるサージング領域(図9における領域SAの外部)とする点は実施例1(図3および図4参照)と同様である。   The oxidant gas compressor 2 may cause surging within a predetermined range of the oxidant gas flow rate and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 on the plane of the oxidant gas flow rate to the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2. The characteristic surging region (outside the region SA in FIG. 9) is the same as that of the first embodiment (see FIGS. 3 and 4).

次に、本実施例の燃料電池システムの運転時の動作について、図7、図8および図9を参照しながら説明する。ここで、図7および図8は実施例3の燃料電池システムにおける運転制御を説明するフローチャートであり、図9は酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の平面上における酸化剤ガス圧縮機2の動作点の推移を説明する説明図である。   Next, the operation at the time of operation of the fuel cell system of the present embodiment will be described with reference to FIG. 7, FIG. 8, and FIG. 7 and 8 are flowcharts for explaining the operation control in the fuel cell system of the third embodiment. FIG. 9 is an oxidant gas on the plane of the ratio of the oxidant gas flow rate to the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the transition of operating points of the compressor 2.

まず、通常オペレーションにおいて燃料電池スタック5の出力低下指示(出力変動)がなされる(ステップS401)と、コントローラ10は、酸化剤ガス圧力センサ4および燃料ガス圧力センサ9の検出結果に基づき、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機2の燃料電池スタック5内電解質膜の耐えられる差圧分を考慮した圧力比とを算出する(ステップS402およびS403)。   First, when an output reduction instruction (output fluctuation) of the fuel cell stack 5 is given in normal operation (step S401), the controller 10 determines the oxidant based on the detection results of the oxidant gas pressure sensor 4 and the fuel gas pressure sensor 9. A gas flow rate and a pressure ratio in consideration of the differential pressure that can be withstood by the electrolyte membrane in the fuel cell stack 5 of the oxidant gas compressor 2 are calculated (steps S402 and S403).

次に、目標出力に変動があるか否かを判断し(ステップS404)、目標出力に変動がある場合には、図8に示す出力変動オペレーション中止の処理に移行し(ステップS415)、目標出力に変動がない場合には、実施例3と同様にステップS405に進む。   Next, it is determined whether or not there is a change in the target output (step S404). If there is a change in the target output, the process shifts to a process for canceling the output fluctuation operation shown in FIG. 8 (step S415), and the target output. If there is no change, the process proceeds to step S405 as in the third embodiment.

ステップS405では、算出した酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機2の圧力比(差圧分考慮)がサージング領域(図9の領域SA外の斜線領域)内にあるか否かを判断する。   In step S405, it is determined whether or not the calculated oxidant gas flow rate and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 (considering the differential pressure) are within the surging area (the hatched area outside the area SA in FIG. 9). .

酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の平面上において、酸化剤ガス圧縮機2の動作点(酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比(差圧分考慮))がサージング領域外(領域SA内)にあるときは、ステップS402に戻って、酸化剤ガス圧縮機2の通常運転を継続する。   On the plane of the pressure ratio of the oxidant gas flow rate to the oxidant gas compressor 2, the operating point of the oxidant gas compressor 2 (the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 (considering the differential pressure)) ) Is outside the surging area (in the area SA), the process returns to step S402 and the normal operation of the oxidant gas compressor 2 is continued.

また、酸化剤ガス圧縮機2の動作点(酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比(差圧分考慮))がサージング領域内(領域SA外)にあるときは、酸化剤ガス圧縮機2の運転を停止し(ステップS406)、酸化剤ガス圧力保持弁3および酸化剤ガス出口調圧弁6を遮断して(ステップS407)、燃料電池スタック5内の酸化剤ガス圧力を保持したままとする。   When the operating point of the oxidant gas compressor 2 (the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 (considering the differential pressure)) is within the surging region (outside the region SA), the oxidant The operation of the gas compressor 2 is stopped (step S406), the oxidant gas pressure holding valve 3 and the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 are shut off (step S407), and the oxidant gas pressure in the fuel cell stack 5 is held. Keep it.

酸化剤ガス圧縮機2の運転停止後に、図9の破線に示すように、酸化剤ガスの流量が低下し、その後酸化剤ガス圧縮機2の圧力比も低下してくるので、ステップS402およびS403と同様に、酸化剤ガス圧力センサ4および燃料ガス圧力センサ9の検出結果に基づき、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機2の燃料電池スタック5内電解質膜の耐えられる差圧分を考慮した圧力比とを算出する(ステップS408およびS409)。   After the operation of the oxidant gas compressor 2 is stopped, the flow rate of the oxidant gas is lowered and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 is also lowered thereafter, as shown by the broken line in FIG. Similarly, based on the detection results of the oxidant gas pressure sensor 4 and the fuel gas pressure sensor 9, the flow rate of the oxidant gas and the differential pressure that can be withstood by the electrolyte membrane in the fuel cell stack 5 of the oxidant gas compressor 2 are considered. The calculated pressure ratio is calculated (steps S408 and S409).

また、ステップS405と同様に、算出した酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機2の圧力比(差圧分考慮)がサージング領域内(領域SA外)にあるか否かを判断し(ステップS411)、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の平面上において、酸化剤ガス圧縮機2の動作点(酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比(差圧分考慮))がサージング領域内(領域SA外)にあるときは、ステップS408に戻って、酸化剤ガス圧縮機2の停止状態を継続する。   Further, similarly to step S405, it is determined whether or not the calculated oxidant gas flow rate and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 (considering the differential pressure) are within the surging region (outside the region SA) (step 405). S411), on the plane of the pressure ratio of the oxidant gas flow rate to the oxidant gas compressor 2, the operating point of the oxidant gas compressor 2 (the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 (differential pressure) Is taken into the surging area (outside the area SA), the process returns to step S408 and the oxidant gas compressor 2 is kept stopped.

また、酸化剤ガス圧縮機2の動作点(酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比(差圧分考慮))がサージング領域外(領域SA内)にあるときは、酸化剤ガス圧力保持弁3および酸化剤ガス出口調圧弁6を開放して(ステップS412)、酸化剤ガス圧縮機2を起動して運転を再開する(ステップS413)。   When the operating point of the oxidant gas compressor 2 (the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 (considering the differential pressure)) is outside the surging region (inside the region SA), the oxidant The gas pressure holding valve 3 and the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 are opened (step S412), the oxidant gas compressor 2 is started, and the operation is restarted (step S413).

以上の手順により、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の平面上(図9参照)において、酸化剤ガス圧縮機2の動作点はPQ1から目標とする酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比であるPQtに推移することとなる。   With the above procedure, on the plane of the pressure ratio of the oxidant gas flow rate to the oxidant gas compressor 2 (see FIG. 9), the operating point of the oxidant gas compressor 2 is determined from the PQ1 to the target oxidant gas flow rate and The pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 changes to PQt.

次に、ステップS404において目標出力に変動がある場合に行われる、出力変動オペレーション中止の処理について、図8を参照して説明する。   Next, the process of canceling the output fluctuation operation that is performed when the target output fluctuates in step S404 will be described with reference to FIG.

目標出力に変動がある場合、まず、目標出力に対する酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機2の圧力比を演算する(ステップS502)。   If the target output varies, first, the oxidant gas flow rate with respect to the target output and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 are calculated (step S502).

次に、変更された要求出力に基づき予測される酸化剤ガス圧力が、現在の酸化剤ガス圧力センサ4の検出結果に基づく燃料電池スタック5の酸化剤極の酸化剤ガス圧力よりも高いか否かを判断する(ステップS503)。   Next, whether or not the oxidant gas pressure predicted based on the changed required output is higher than the oxidant gas pressure of the oxidant electrode of the fuel cell stack 5 based on the detection result of the current oxidant gas pressure sensor 4. Is determined (step S503).

変更された要求出力に基づき予測される酸化剤ガス圧力が現在の燃料電池スタック5の酸化剤極の酸化剤ガス圧力よりも高い場合は、酸化剤ガス圧力保持弁3、酸化剤ガス出口調圧弁6および燃料ガス供給弁8の開度を調整しながら(ステップS504)、酸化剤ガス圧縮機2を起動して(ステップS505)、通常運転状態に戻す(ステップS506)。   When the oxidant gas pressure predicted based on the changed required output is higher than the oxidant gas pressure at the oxidant electrode of the current fuel cell stack 5, the oxidant gas pressure holding valve 3, the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 and the opening degree of the fuel gas supply valve 8 (step S504), the oxidant gas compressor 2 is started (step S505) and returned to the normal operation state (step S506).

以上の手順により、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の平面上(図9参照)において、酸化剤ガス圧縮機2の動作点PQcで目標出力に変動が発生し、酸化剤ガス圧縮機2の動作点はPQ1から変更された要求出力に対して目標とする動作点(酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比)PQf1に推移することとなる。   With the above procedure, the target output fluctuates at the operating point PQc of the oxidant gas compressor 2 on the plane of the pressure ratio of the oxidant gas flow rate to the oxidant gas compressor 2 (see FIG. 9). The operating point of the gas compressor 2 changes to a target operating point (the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2) PQf1 with respect to the required output changed from PQ1.

また、ステップS503において、変更された要求出力に基づき予測される酸化剤ガス圧力が現在の燃料電池スタック5の酸化剤極の酸化剤ガス圧力よりも低い場合には、該要求出力が当初目標とした要求出力よりも大きいか否かを判断する(ステップS511)。   In step S503, when the oxidant gas pressure predicted based on the changed required output is lower than the oxidant gas pressure of the oxidant electrode of the current fuel cell stack 5, the required output is set to the initial target. It is determined whether the output is larger than the requested output (step S511).

該要求出力が当初目標とした要求出力よりも大きい場合は、現在の酸化剤ガス圧縮機2の圧力比のままで且つサージング領域(領域SA外)を外れる最低酸化剤ガス流量で酸化剤ガス圧縮機2の運転を再開するように、酸化剤ガス圧力保持弁3、酸化剤ガス出口調圧弁6および燃料ガス供給弁8の開度を調整し(ステップS512およびS513)、通常運転状態に戻す(ステップS514)。   When the required output is larger than the initial target required output, the oxidant gas compression is performed at the minimum oxidant gas flow rate that remains at the current pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 and that is outside the surging region (outside the region SA). The opening degree of the oxidant gas pressure holding valve 3, the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 and the fuel gas supply valve 8 is adjusted so as to resume the operation of the machine 2 (steps S512 and S513), and the normal operation state is restored ( Step S514).

以上の手順により、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の平面上(図9参照)において、酸化剤ガス圧縮機2の動作点PQcで目標出力に変動が発生し、その時の酸化剤ガス圧縮機2の圧力比のままで酸化剤ガスの流量のみ増大して、サージング領域(領域SA外)を外れる最低酸化剤ガス流量で酸化剤ガス圧縮機2の運転が再開されて、酸化剤ガス圧縮機2の動作点はPQ1から変更された要求出力に対して目標とする動作点(酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比)PQf2に推移することとなる。   With the above procedure, the target output fluctuates at the operating point PQc of the oxidant gas compressor 2 on the plane of the pressure ratio of the oxidant gas flow rate to the oxidant gas compressor 2 (see FIG. 9). The operation of the oxidant gas compressor 2 is resumed at the lowest oxidant gas flow rate that increases only the flow rate of the oxidant gas while maintaining the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 and deviates from the surging region (outside the region SA). The operating point of the oxidant gas compressor 2 changes to a target operating point (the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2) PQf2 with respect to the required output changed from PQ1.

また、ステップS511において、該要求出力が当初目標とした要求出力よりも小さい場合は、ステップS402およびS403と同様に、酸化剤ガス圧力センサ4および燃料ガス圧力センサ9の検出結果に基づき、酸化剤ガスの流量と酸化剤ガス圧縮機2の燃料電池スタック5内電解質膜の耐えられる差圧分を考慮した圧力比とを算出する(ステップS521およびS522)。   In step S511, if the required output is smaller than the initial target output, the oxidant is detected based on the detection results of the oxidant gas pressure sensor 4 and the fuel gas pressure sensor 9 as in steps S402 and S403. A gas flow rate and a pressure ratio in consideration of the differential pressure that can be withstood by the electrolyte membrane in the fuel cell stack 5 of the oxidant gas compressor 2 are calculated (steps S521 and S522).

また、目標出力に変動があるか否かを判断し(ステップS523)、目標出力に変動がある場合には、再び出力変動オペレーション中止処理の先頭(ステップS502)に戻り、目標出力に変動がない場合にはステップS524に進む。   Further, it is determined whether or not there is a change in the target output (step S523). If there is a change in the target output, the process returns to the beginning of the output change operation stop process (step S502) again, and there is no change in the target output. In that case, the process proceeds to step S524.

ステップS524では、ステップS405と同様に、算出した酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機2の圧力比(差圧分考慮)がサージング領域内(領域SA外)にあるか否かを判断し、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の平面上において、酸化剤ガス圧縮機2の動作点(酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比(差圧分考慮))がサージング領域内(領域SA外)にあるときは、ステップS521に戻って、酸化剤ガス圧縮機2の停止状態を継続する。   In step S524, as in step S405, it is determined whether or not the calculated oxidant gas flow rate and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 (considering the differential pressure) are within the surging region (outside the region SA). On the plane of the pressure ratio of the oxidant gas flow rate to the oxidant gas compressor 2, the operating point of the oxidant gas compressor 2 (the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 (considering the differential pressure) )) Is within the surging area (outside the area SA), the process returns to step S521 and the oxidant gas compressor 2 is stopped.

また、酸化剤ガス圧縮機2の動作点(酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比(差圧分考慮))がサージング領域外(領域SA内)にあるときは、酸化剤ガス圧力保持弁3および酸化剤ガス出口調圧弁6を開放して(ステップS525)、酸化剤ガス圧縮機2を起動して運転を再開する(ステップS526)。   When the operating point of the oxidant gas compressor 2 (the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 (considering the differential pressure)) is outside the surging region (inside the region SA), the oxidant The gas pressure holding valve 3 and the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 are opened (step S525), the oxidant gas compressor 2 is started and the operation is restarted (step S526).

以上の手順により、酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の平面上(図9参照)において、酸化剤ガス圧縮機2の動作点PQcで目標出力に変動が発生し、その後燃料電池スタック5の酸化剤極の酸化剤ガス圧力が低下して、サージング領域(領域SA外)を外れる酸化剤ガス圧縮機2の圧力比で酸化剤ガス圧縮機2の運転が再開されて、酸化剤ガス圧縮機2の動作点はPQ1から変更された要求出力に対して目標とする動作点(酸化剤ガスの流量および酸化剤ガス圧縮機2の圧力比)PQf3に推移することとなる。   With the above procedure, the target output fluctuates at the operating point PQc of the oxidant gas compressor 2 on the plane of the pressure ratio of the oxidant gas flow rate to the oxidant gas compressor 2 (see FIG. 9), and then the fuel The oxidant gas pressure at the oxidant electrode of the battery stack 5 decreases, and the operation of the oxidant gas compressor 2 is restarted at the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 out of the surging region (outside the region SA). The operating point of the oxidant gas compressor 2 changes to a target operating point (the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2) PQf3 with respect to the required output changed from PQ1.

以上説明したように、本実施例の燃料電池システムでは、酸化剤ガス圧縮機2の運転停止中に出力要求が変更されたとき、酸化剤ガス圧力保持弁3、酸化剤ガス出口調圧弁6および燃料ガス供給弁8の開度を調整して、酸化剤ガス圧縮機2の運転を再開することとし、酸化剤ガス圧縮機2の運転停止中に出力要求が変更された場合に運転再開を指示できる構成であるので、酸化剤ガス圧縮機2停止中でも再度運転を再開できる。   As described above, in the fuel cell system of this embodiment, when the output request is changed while the oxidant gas compressor 2 is stopped, the oxidant gas pressure holding valve 3, the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6, and The operation of the oxidant gas compressor 2 is resumed by adjusting the opening degree of the fuel gas supply valve 8 and an instruction to resume operation is given when the output request is changed while the oxidant gas compressor 2 is stopped. Since it is the structure which can be performed, operation | movement can be restarted again even if the oxidizing gas compressor 2 stops.

また、本実施例の燃料電池システムでは、変更された要求出力に基づき予測される酸化剤ガス圧力が現在の燃料電池スタック5の酸化剤極の酸化剤ガス圧力よりも高い場合は、酸化剤ガス圧力保持弁3、酸化剤ガス出口調圧弁6および燃料ガス供給弁8の開度を調整しながら、酸化剤ガス圧縮機2を通常運転状態に戻すこととしたので、酸化剤ガス圧縮機2停止中でも運転を再開することができる。   Further, in the fuel cell system of the present embodiment, when the oxidant gas pressure predicted based on the changed required output is higher than the oxidant gas pressure of the oxidant electrode of the current fuel cell stack 5, the oxidant gas Since the oxidant gas compressor 2 is returned to the normal operation state while adjusting the opening degree of the pressure holding valve 3, the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 and the fuel gas supply valve 8, the oxidant gas compressor 2 is stopped. In particular, driving can be resumed.

また、本実施例の燃料電池システムでは、変更された要求出力に基づき予測される酸化剤ガス圧力が現在の燃料電池スタック5の酸化剤極の酸化剤ガス圧力よりも低く、該要求出力が当初目標とした要求出力よりも大きい場合は、現在の酸化剤ガス圧縮機2の圧力比のままで且つ所定範囲を外れる最低酸化剤ガス流量で酸化剤ガス圧縮機2の運転を再開するように、酸化剤ガス圧力保持弁3、酸化剤ガス出口調圧弁6および燃料ガス供給弁8の開度を調整することとしたので、酸化剤ガス圧縮機2停止中でも運転を再開して、酸化剤ガス圧縮機2の通常運転モードに戻ることができる。   Further, in the fuel cell system of this embodiment, the oxidant gas pressure predicted based on the changed required output is lower than the oxidant gas pressure of the oxidant electrode of the current fuel cell stack 5, and the required output is initially When it is larger than the target required output, the operation of the oxidant gas compressor 2 is resumed at the minimum oxidant gas flow rate that remains at the current pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 and out of the predetermined range. Since the opening degree of the oxidant gas pressure holding valve 3, the oxidant gas outlet pressure regulating valve 6 and the fuel gas supply valve 8 is adjusted, the operation is restarted even when the oxidant gas compressor 2 is stopped, and the oxidant gas compression is performed. The machine 2 can return to the normal operation mode.

さらに、本実施例の燃料電池システムでは、変更された要求出力に基づき予測される酸化剤ガス圧力が現在の燃料電池スタック5の酸化剤極の酸化剤ガス圧力よりも低く、該要求出力が当初目標とした要求出力よりも小さい場合は、所定範囲を外れる酸化剤ガス圧縮機2の圧力比で酸化剤ガス圧縮機2の運転を再開するように、酸化剤ガス圧力保持弁3、酸化剤ガス出口調圧弁6および燃料ガス供給弁8の開度を調整することとしたので、酸化剤ガス圧縮機2停止中でも運転を再開して、酸化剤ガス圧縮機2の通常運転モードに戻ることができる。   Furthermore, in the fuel cell system of the present embodiment, the oxidant gas pressure predicted based on the changed required output is lower than the oxidant gas pressure of the oxidant electrode of the current fuel cell stack 5, and the required output is initially When the output is smaller than the target required output, the oxidant gas pressure holding valve 3 and the oxidant gas are restarted so that the operation of the oxidant gas compressor 2 is resumed at the pressure ratio of the oxidant gas compressor 2 outside the predetermined range. Since the opening degree of the outlet pressure regulating valve 6 and the fuel gas supply valve 8 is adjusted, the operation can be resumed even when the oxidant gas compressor 2 is stopped, and the normal operation mode of the oxidant gas compressor 2 can be returned. .

本発明の実施例に係る燃料電池システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 実施例1の燃料電池システムにおける運転制御を説明するフローチャートである。3 is a flowchart for explaining operation control in the fuel cell system according to the first embodiment. 酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の平面上における酸化剤ガス圧縮機2の動作点の推移を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining transition of the operating point of the oxidant gas compressor 2 on the plane of the pressure ratio of the oxidant gas flow rate to the oxidant gas compressor 2. 酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の平面上における酸化剤ガス圧縮機2の動作点の推移を説明する説明図(型別)である。FIG. 6 is an explanatory diagram (by type) illustrating the transition of the operating point of the oxidant gas compressor 2 on the plane of the pressure ratio of the oxidant gas flow rate to the oxidant gas compressor 2. 実施例2の燃料電池システムにおける運転制御を説明するフローチャートである。6 is a flowchart illustrating operation control in the fuel cell system according to the second embodiment. 実施例3の燃料電池システムにおける運転制御を説明するフローチャートである。6 is a flowchart illustrating operation control in the fuel cell system of Example 3. 実施例4の燃料電池システムにおける運転制御を説明するフローチャート(その1)である。7 is a flowchart (No. 1) for explaining operation control in the fuel cell system of Embodiment 4. 実施例4の燃料電池システムにおける運転制御を説明するフローチャート(その2)である。10 is a flowchart (part 2) illustrating operation control in the fuel cell system of Example 4. 実施例4の酸化剤ガス流量対酸化剤ガス圧縮機2の圧力比の平面上における酸化剤ガス圧縮機2の動作点の推移を説明する説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining the transition of the operating point of the oxidant gas compressor 2 on the plane of the pressure ratio of the oxidant gas flow rate to the oxidant gas compressor 2 of Example 4;

符号の説明Explanation of symbols

1 酸化剤ガス供給装置
2 酸化剤ガス圧縮機
3 酸化剤ガス圧力保持弁
4 酸化剤ガス圧力センサ
5 燃料電池スタック
6 酸化剤ガス出口調圧弁
7 燃料ガス供給装置
8 燃料ガス供給弁
9 燃料ガス圧力センサ
10 コントローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oxidant gas supply device 2 Oxidant gas compressor 3 Oxidant gas pressure holding valve 4 Oxidant gas pressure sensor 5 Fuel cell stack 6 Oxidant gas outlet pressure regulating valve 7 Fuel gas supply device 8 Fuel gas supply valve 9 Fuel gas pressure Sensor 10 Controller

Claims (9)

燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給により発電を行う燃料電池と、
燃料ガス供給弁により燃料ガス圧力を調整しつつ前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
酸化剤ガス圧縮機から供給される酸化剤ガスの圧力を酸化剤ガス圧力保持弁および酸化剤ガス出口調圧弁により調整しつつ前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料電池の出力低下時に、前記酸化剤ガスの流量と前記酸化剤ガス圧縮機の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機圧力比がそれぞれの所定範囲にあるときに、前記酸化剤ガス圧力保持弁および前記酸化剤ガス出口調圧弁を遮断して前記燃料電池内の酸化剤ガス圧力を保持したまま、前記酸化剤ガス圧縮機の運転を停止する制御手段と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that generates power by supplying fuel gas and oxidant gas;
Fuel gas supply means for supplying fuel gas to the fuel cell while adjusting fuel gas pressure by a fuel gas supply valve;
An oxidant gas supply means for supplying an oxidant gas to the fuel cell while adjusting the pressure of the oxidant gas supplied from the oxidant gas compressor by an oxidant gas pressure holding valve and an oxidant gas outlet pressure regulating valve;
When the output of the fuel cell is reduced, the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor are estimated, and the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor are within respective predetermined ranges. Control means for shutting down the operation of the oxidant gas compressor while maintaining the oxidant gas pressure in the fuel cell by shutting off the oxidant gas pressure holding valve and the oxidant gas outlet pressure regulating valve at a certain time When,
A fuel cell system comprising:
前記制御手段は、前記酸化剤ガス圧縮機の運転停止後に、前記酸化剤ガスの流量と前記酸化剤ガス圧縮機の圧力比とを推定して、該酸化剤ガス流量および該酸化剤ガス圧縮機圧力比がそれぞれの所定範囲を外れたときに、前記酸化剤ガス圧力保持弁および前記酸化剤ガス出口調圧弁を開放して、前記酸化剤ガス圧縮機の運転を再開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。   The control means estimates the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor after the operation of the oxidant gas compressor is stopped, and the oxidant gas flow rate and the oxidant gas compressor are estimated. The operation of the oxidant gas compressor is resumed by opening the oxidant gas pressure holding valve and the oxidant gas outlet pressure regulating valve when the pressure ratio is out of a predetermined range. Item 4. The fuel cell system according to Item 1. 前記酸化剤ガス供給手段は、前記燃料電池の酸化剤極入口に酸化剤ガス圧力センサを有し、
前記制御手段は、前記酸化剤ガス圧力センサの検出結果に基づき前記酸化剤ガス流量および前記酸化剤ガス圧縮機の圧力比を算出することを特徴とする請求項1または請求項2の何れか1項に記載の燃料電池システム。
The oxidant gas supply means has an oxidant gas pressure sensor at the oxidant electrode inlet of the fuel cell,
3. The control unit according to claim 1, wherein the control unit calculates the flow rate of the oxidant gas and the pressure ratio of the oxidant gas compressor based on a detection result of the oxidant gas pressure sensor. The fuel cell system according to item.
前記燃料ガス供給手段は、前記燃料電池の燃料極入口に燃料ガス圧力センサを有し、
前記制御手段は、前記燃料ガス圧力センサの検出結果に基づき、前記酸化剤ガス圧縮機の圧力比を前記燃料電池内電解質膜の耐えられる差圧分を考慮した圧力比として算出することを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の燃料電池システム。
The fuel gas supply means has a fuel gas pressure sensor at the fuel electrode inlet of the fuel cell,
The control means calculates a pressure ratio of the oxidant gas compressor as a pressure ratio considering a differential pressure that can be withstood by the electrolyte membrane in the fuel cell, based on a detection result of the fuel gas pressure sensor. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3.
前記酸化剤ガス流量および前記酸化剤ガス圧縮機圧力比の所定範囲は、前記酸化剤ガス流量対前記酸化剤ガス圧縮機圧力比の平面上で前記酸化剤ガス圧縮機がサージングを起こす可能性のあるサージング領域であることを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の燃料電池システム。   The predetermined range of the oxidant gas flow rate and the oxidant gas compressor pressure ratio may cause the oxidant gas compressor to surging on a plane of the oxidant gas flow rate to the oxidant gas compressor pressure ratio. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein the fuel cell system is a surging region. 前記制御手段は、前記酸化剤ガス圧縮機の運転停止中に出力要求が変更されたとき、前記酸化剤ガス圧力保持弁、前記酸化剤ガス出口調圧弁および前記燃料ガス供給弁の開度を調整して、前記酸化剤ガス圧縮機の運転を再開することを特徴とする請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の燃料電池システム。   The control means adjusts the opening degrees of the oxidant gas pressure holding valve, the oxidant gas outlet pressure regulating valve, and the fuel gas supply valve when an output request is changed while the oxidant gas compressor is stopped. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein the operation of the oxidant gas compressor is resumed. 前記制御手段は、変更された要求出力に基づき予測される酸化剤ガス圧力が現在の燃料電池の酸化剤極の酸化剤ガス圧力よりも高い場合は、前記酸化剤ガス圧力保持弁、前記酸化剤ガス出口調圧弁および前記燃料ガス供給弁の開度を調整しながら、前記酸化剤ガス圧縮機を通常運転状態に戻すことを特徴とする請求項6に記載の燃料電池システム。   When the oxidant gas pressure predicted based on the changed required output is higher than the oxidant gas pressure at the oxidant electrode of the current fuel cell, the control means is configured to provide the oxidant gas pressure holding valve, the oxidant The fuel cell system according to claim 6, wherein the oxidant gas compressor is returned to a normal operation state while adjusting an opening degree of a gas outlet pressure regulating valve and the fuel gas supply valve. 前記制御手段は、変更された要求出力に基づき予測される酸化剤ガス圧力が現在の燃料電池の酸化剤極の酸化剤ガス圧力よりも低く、該要求出力が当初目標とした要求出力よりも大きい場合は、現在の酸化剤ガス圧縮機圧力比のままで且つ前記所定範囲を外れる最低酸化剤ガス流量で前記酸化剤ガス圧縮機の運転を再開するように、前記酸化剤ガス圧力保持弁、前記酸化剤ガス出口調圧弁および前記燃料ガス供給弁の開度を調整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。   The control means is configured such that the oxidant gas pressure predicted based on the changed demand output is lower than the oxidant gas pressure at the oxidant electrode of the current fuel cell, and the demand output is larger than the originally desired demand output. The oxidant gas pressure holding valve, the oxidant gas pressure holding valve, so as to restart the operation of the oxidant gas compressor at a minimum oxidant gas flow rate that remains at the current oxidant gas compressor pressure ratio and is out of the predetermined range. The fuel cell system according to claim 6, wherein the opening degree of the oxidant gas outlet pressure regulating valve and the fuel gas supply valve is adjusted. 前記制御手段は、変更された要求出力に基づき予測される酸化剤ガス圧力が現在の燃料電池の酸化剤極の酸化剤ガス圧力よりも低く、該要求出力が当初目標とした要求出力よりも小さい場合は、前記所定範囲を外れる酸化剤ガス圧縮機圧力比で前記酸化剤ガス圧縮機の運転を再開するように、前記酸化剤ガス圧力保持弁、前記酸化剤ガス出口調圧弁および前記燃料ガス供給弁の開度を調整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。   The control means is configured such that the oxidant gas pressure predicted based on the changed required output is lower than the oxidant gas pressure of the oxidant electrode of the current fuel cell, and the required output is smaller than the initial target required output. The oxidant gas pressure holding valve, the oxidant gas outlet pressure regulating valve, and the fuel gas supply so as to resume the operation of the oxidant gas compressor at an oxidant gas compressor pressure ratio outside the predetermined range. The fuel cell system according to claim 6, wherein the opening of the valve is adjusted.
JP2006011369A 2006-01-19 2006-01-19 Fuel cell system Pending JP2007194080A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006011369A JP2007194080A (en) 2006-01-19 2006-01-19 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006011369A JP2007194080A (en) 2006-01-19 2006-01-19 Fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007194080A true JP2007194080A (en) 2007-08-02

Family

ID=38449609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006011369A Pending JP2007194080A (en) 2006-01-19 2006-01-19 Fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007194080A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2013051394A1 (en) * 2011-10-03 2015-03-30 日産自動車株式会社 Control device for fuel cell system
JPWO2016013320A1 (en) * 2014-07-24 2017-04-27 日産自動車株式会社 FUEL CELL SYSTEM AND PRESSURE LOSS ESTIMATION METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM
JP2017130430A (en) * 2016-01-22 2017-07-27 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2013051394A1 (en) * 2011-10-03 2015-03-30 日産自動車株式会社 Control device for fuel cell system
US9401519B2 (en) 2011-10-03 2016-07-26 Nissan Motor Co., Ltd. Control device for fuel cell system
JPWO2016013320A1 (en) * 2014-07-24 2017-04-27 日産自動車株式会社 FUEL CELL SYSTEM AND PRESSURE LOSS ESTIMATION METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM
JP2017130430A (en) * 2016-01-22 2017-07-27 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3509147B1 (en) Power supply system and voltage control method for fuel cell
JP5083587B2 (en) Fuel cell system and temperature adjustment method thereof
JP5576902B2 (en) Fuel cell system and operation method thereof
EP2192647B1 (en) Fuel cell system
JP4993293B2 (en) Fuel cell system and moving body
US10193168B2 (en) Fuel cell system
JP2009016117A (en) Fuel cell system and its control method
US8080342B2 (en) Fuel cell system
JP2007220538A (en) Fuel cell system
JP2007220625A (en) Fuel cell system
JP2007141779A (en) Fuel cell system
JPWO2008007690A1 (en) Fuel cell system
JP2007005000A (en) Control method for fuel cell system
JP2007194080A (en) Fuel cell system
JP4372523B2 (en) Fuel cell control device
JP2016152227A (en) Fuel battery system
JP2005116402A (en) Starting method of fuel cell system
EP1427047A1 (en) Method for controlling flow rate of oxidizer in fuel cell system
JP2006344401A (en) Fuel cell system
JP4731804B2 (en) Discharge method of fuel cell system
US20080152969A1 (en) Detecting and controlling a fuel-rich condition of a reactor in a fuel cell system
JP2003197210A (en) Control equipment of fuel reforming fuel cell system
JP2006339103A (en) Fuel cell system
JP5119568B2 (en) Fuel cell system control apparatus and fuel cell system control method
JP2016149260A (en) Fuel battery system