JP2010211993A

JP2010211993A - Fuel cell system and control method of fuel cell system

Info

Publication number: JP2010211993A
Application number: JP2009054891A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Masui; 孝年増井
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 2009-03-09
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2010-09-24
Anticipated expiration: 2029-03-09
Also published as: JP5281440B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology of properly controlling a flow of fuel, for a fuel cell system equipped with a fuel cell and a combustion part. <P>SOLUTION: The fuel cell system is provided with a fuel cell, a fuel supply part supplying fuel to the fuel cell, a combustion part for combusting anode exhaust gas exhausted from an anode of the fuel cell, an oxygen concentration detecting part for detecting oxygen concentration in given gas, and a fuel flow control part for controlling a flow of fuel supplied from the fuel supply part to the fuel cell. The fuel flow control part controls the flow of fuel so that a swing amplitude of oxygen concentration in the fuel exhaust gas exhausted from the combustion part detected by the oxygen concentration detecting part lies between a first value and a second value larger than the first. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system.

水素と酸素の電気化学反応によって発電する燃料電池に対して、燃料として水素を供給する場合に、高圧タンク等に貯留された水素を供給する場合や、水素原子を含む燃料を改質して水素を供給する場合がある。後者の場合、例えば、改質燃料（メタノール、エタノールなどのアルコール類、ガソリン、天然ガス、プロパンなどの炭化水素、アルデヒド、アンモニア等）を水や酸素(空気)と共に改質器に供給して、加熱することによって、水素が生成される。従来、燃料電池に供給される燃料の流量を、発電電流の変化や、発電電圧の変化に基づいて算出する技術が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。 When supplying hydrogen as a fuel to a fuel cell that generates electricity through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, when supplying hydrogen stored in a high-pressure tank, etc., or by reforming a fuel containing hydrogen atoms May be supplied. In the latter case, for example, reformed fuel (alcohols such as methanol and ethanol, gasoline, natural gas, hydrocarbons such as propane, aldehyde, ammonia, etc.) is supplied to the reformer together with water and oxygen (air), By heating, hydrogen is produced. Conventionally, a technique for calculating the flow rate of fuel supplied to a fuel cell based on a change in generated current or a change in generated voltage has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 3).

一方、燃料電池と、燃料電池のアノードから排出されるアノード排ガスを燃焼させる燃焼部とを備える燃料電池システムが提案されている。この燃料電池システムにおいて発生される燃焼熱は、例えば、お湯を沸かしたり、上述した改質器により水素を生成するために利用されている。 On the other hand, a fuel cell system including a fuel cell and a combustion unit that combusts anode exhaust gas discharged from the anode of the fuel cell has been proposed. The combustion heat generated in this fuel cell system is used, for example, for boiling hot water or generating hydrogen by the above-described reformer.

特開２００５−４４７０８号公報JP 2005-44708 A 特開２００５−９３２１８号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-93218 特開平１１−４０１７８号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-40178

上述した発電電流や発電電圧の変化に基づいて、燃料電池に供給される燃料の流量を算出する方法では、燃焼器を備える燃料電池システムにおいて、適切に燃料流量を制御できないおそれがある。 In the method of calculating the flow rate of the fuel supplied to the fuel cell based on the change in the generated current and the generated voltage described above, the fuel flow rate may not be appropriately controlled in the fuel cell system including the combustor.

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池と燃焼部とを備える燃料電池システムにおいて、適正に燃料の流量を制御する技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a technique for appropriately controlling the flow rate of fuel in a fuel cell system including a fuel cell and a combustion section. .

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

［適用例１］燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給部と、
前記燃料電池のアノードから排出されるアノード排ガスを燃焼させる燃焼部と、
所定のガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出部と、
前記燃料供給部から前記燃料電池に供給される燃料の流量を制御する燃料流量制御部と、
を備え、
前記燃料流量制御部は、
前記酸素濃度検出部によって検出される、前記燃焼部から排出される燃焼排ガス中の酸素濃度の振動振幅が、第１の値と、前記第１の値よりも大きい第２の値との間に入るように、前記燃料の流量を制御する、燃料電池システム。 Application Example 1 A fuel cell system,
A fuel cell;
A fuel supply unit for supplying fuel to the fuel cell;
A combustion section for burning anode exhaust gas discharged from the anode of the fuel cell;
An oxygen concentration detector for detecting the oxygen concentration in a predetermined gas;
A fuel flow rate control unit for controlling the flow rate of fuel supplied from the fuel supply unit to the fuel cell;
With
The fuel flow rate control unit
Between the first value and the second value larger than the first value, the vibration amplitude of the oxygen concentration in the flue gas exhausted from the combustion unit, detected by the oxygen concentration detection unit. A fuel cell system for controlling the flow rate of the fuel to enter.

燃焼部における燃焼が良好でない（例えば、一部において失火している。）と、燃焼排ガス中の酸素濃度の変動が大きくなると考えられる。これは、燃料電池の全体もしくは一部のセルでの発電不良つまり、セルでの燃料利用率減少に伴う燃焼部全体もしくは燃焼部の一部の空気過剰率が減少することによって生じる。セルが発電不良となるかどうかは、セルへの燃料流量によっても影響される。そのため、燃焼排ガス中の酸素濃度の変動が適切な範囲内になるように、燃料電池に供給する燃料の流量を調節すると、発電不良のセルを良好な発電状態に近づけることができる。すなわち、燃料電池における発電の安定性が向上するような、適正な燃料流量の制御を行うことができる。燃焼ガス中の酸素濃度の変動が大きくなるその他の原因としては、燃焼部自体の劣化等により、安定して燃焼するための空気過剰率が変化した場合が想定される。この場合においても、燃料電池に供給する燃料の流量を調節すると、燃焼部での燃焼が安定する適切な空気過剰率とすることができる。 If the combustion in the combustion section is not good (for example, some misfires), it is considered that the fluctuation of the oxygen concentration in the combustion exhaust gas becomes large. This is caused by power generation failure in the whole or a part of the fuel cell, that is, the excess air ratio of the whole combustion part or a part of the combustion part due to a decrease in the fuel utilization rate in the cell. Whether or not a cell has a power generation failure is also affected by the fuel flow rate to the cell. Therefore, by adjusting the flow rate of the fuel supplied to the fuel cell so that the fluctuation of the oxygen concentration in the combustion exhaust gas falls within an appropriate range, it is possible to bring a cell with poor power generation closer to a good power generation state. That is, it is possible to control the fuel flow rate appropriately so that the stability of power generation in the fuel cell is improved. As another cause of the fluctuation of the oxygen concentration in the combustion gas, it is assumed that the excess air ratio for stable combustion is changed due to deterioration of the combustion part itself or the like. Even in this case, by adjusting the flow rate of the fuel supplied to the fuel cell, it is possible to obtain an appropriate excess air ratio that stabilizes the combustion in the combustion section.

［適用例２］適用例１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料流量制御部は、
前記燃焼排ガス中の酸素濃度の振動振幅が、前記第２の値よりも大きい場合は、前記燃料の流量を増加させ、前記燃焼排ガス中の酸素濃度の振動振幅が、前記第１の値よりも小さい場合は、前記燃料の流量を減少させることとしてもよい。 [Application Example 2] In the fuel cell system according to Application Example 1,
The fuel flow rate control unit
When the vibration amplitude of the oxygen concentration in the flue gas is larger than the second value, the flow rate of the fuel is increased, and the vibration amplitude of the oxygen concentration in the flue gas is larger than the first value. If it is smaller, the fuel flow rate may be reduced.

燃焼排ガス中の酸素濃度の振動振幅が、第２の値よりも大きい場合は、上述したように、燃料電池において発電不良が生じていると考えられる。そのため、燃料の流量を増加させることによって、燃料電池における発電状態が向上される。一方、燃焼排ガス中の酸素濃度の振動振幅が、第１の値よりも小さい場合は、燃料電池における発電状態は良好であると考えられるが、燃料が過剰に供給されている可能性がある。そのため、燃料の流量を減少させることによって、発電効率を向上させるとともに、発電効率を向上させることができる。 When the vibration amplitude of the oxygen concentration in the combustion exhaust gas is larger than the second value, it is considered that a power generation failure has occurred in the fuel cell as described above. Therefore, the power generation state in the fuel cell is improved by increasing the fuel flow rate. On the other hand, when the vibration amplitude of the oxygen concentration in the combustion exhaust gas is smaller than the first value, the power generation state in the fuel cell is considered to be good, but the fuel may be supplied excessively. Therefore, by reducing the fuel flow rate, the power generation efficiency can be improved and the power generation efficiency can be improved.

［適用例３］適用例１または２記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料供給部は、
前記燃焼部における燃焼熱を利用して、前記燃料電池に供給する前記燃料を生成する燃料生成部と、
前記燃料生成部に、前記燃料の生成に用いられる原料を供給する原料供給部と、
を備え、
前記燃料流量制御部は、
前記燃料生成部に供給される前記原料の流量を制御することによって、前記燃料電池に供給される前記燃料流量を制御することとしてもよい。 [Application Example 3] In the fuel cell system according to Application Example 1 or 2,
The fuel supply unit
A fuel generation unit that generates the fuel to be supplied to the fuel cell by using combustion heat in the combustion unit;
A raw material supply unit that supplies the fuel generation unit with a raw material used to generate the fuel;
With
The fuel flow rate control unit
The flow rate of the fuel supplied to the fuel cell may be controlled by controlling the flow rate of the raw material supplied to the fuel generator.

このようにすると、燃料生成部を備える燃料電池システムにおいて、発電の安定性が向上される。 If it does in this way, stability of power generation will be improved in a fuel cell system provided with a fuel generation part.

［適用例４］適用例１ないし３のいずれか１つに記載の上記燃料電池システムにおいて、
前記第１の値および前記第２の値は、前記酸素濃度検出部によって検出される、空気中の酸素濃度の振動振幅に基づいて定められることとしてもよい。 Application Example 4 In the fuel cell system according to any one of Application Examples 1 to 3,
The first value and the second value may be determined based on a vibration amplitude of oxygen concentration in the air detected by the oxygen concentration detection unit.

このようにすると、酸素濃度検出部の経時変化に応じて、第１の値と第２の値を設定することができる。 In this way, the first value and the second value can be set according to the change with time of the oxygen concentration detector.

［適用例５］適用例１ないし４のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、
前記第１の値と前記第２の値とによって規定される範囲は、前記燃焼排ガス中の酸素濃度の絶対値が小さいほど、広く設定されることとしてもよい。 Application Example 5 In the fuel cell system according to any one of Application Examples 1 to 4,
The range defined by the first value and the second value may be set wider as the absolute value of the oxygen concentration in the combustion exhaust gas is smaller.

酸素濃度の絶対値が小さい場合は、振幅の計測精度が低下する。そのため、このようにすると、燃料電池システムの誤動作を抑制することができる。 When the absolute value of the oxygen concentration is small, the amplitude measurement accuracy decreases. Therefore, if it does in this way, the malfunctioning of a fuel cell system can be suppressed.

［適用例６］適用例１ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料流量制御部は、
前記燃焼排ガス中の酸素濃度の振動振幅が、前記第１の値と前記第２の値との間に入るように、前記燃料の流量を制御する場合に、前記燃焼排ガス中の酸素濃度の絶対値が小さいほど、前記燃料の流量の増減割合を小さくすることとしてもよい。 Application Example 6 In the fuel cell system according to any one of Application Examples 1 to 5,
The fuel flow rate control unit
When the flow rate of the fuel is controlled so that the vibration amplitude of the oxygen concentration in the combustion exhaust gas falls between the first value and the second value, the absolute value of the oxygen concentration in the combustion exhaust gas is determined. The smaller the value, the smaller the increase / decrease rate of the fuel flow rate.

上述したように、酸素濃度の絶対値が小さい場合は、振幅の計測精度が低下する。そのため、このようにすると、誤動作を抑制することができる。 As described above, when the absolute value of the oxygen concentration is small, the amplitude measurement accuracy decreases. Therefore, malfunction can be suppressed by doing in this way.

［適用例７］適用例１ないし６のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の出力電流を計測する電流計および前記燃料電池の出力電圧を計測する電圧計の少なくともいずれか一方を備え、
前記燃料流量制御部は、
さらに、
前記電流計によって計測された前記出力電流、または前記電圧計によって計測された出力電圧の振動振幅が、第３の値と、前記第３の値よりも大きい第４の値との間に入るように、前記燃料の流量を制御することとしてもよい。
このようにすると、さらに、発電の安定性が向上される。 Application Example 7 In the fuel cell system according to any one of Application Examples 1 to 6,
Comprising at least one of an ammeter that measures the output current of the fuel cell and a voltmeter that measures the output voltage of the fuel cell;
The fuel flow rate control unit
further,
The oscillation amplitude of the output current measured by the ammeter or the output voltage measured by the voltmeter falls between a third value and a fourth value that is greater than the third value. In addition, the flow rate of the fuel may be controlled.
In this way, the stability of power generation is further improved.

［適用例８］適用例７に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料流量制御部は、
前記電流計によって計測された前記出力電流、または前記電圧計によって計測された出力電圧の振動振幅が、前記第４の値よりも大きい場合は、前記燃料の流量を増加させ、前記電流計によって計測された前記出力電流、または前記電圧計によって計測された出力電圧の振動振幅が、前記第３の値よりも小さい場合は、前記燃料の流量を減少させるこことしてもよい。 [Application Example 8] In the fuel cell system according to Application Example 7,
The fuel flow rate control unit
When the oscillation amplitude of the output current measured by the ammeter or the output voltage measured by the voltmeter is larger than the fourth value, the flow rate of the fuel is increased and measured by the ammeter. When the oscillation amplitude of the output current measured or the output voltage measured by the voltmeter is smaller than the third value, the flow rate of the fuel may be decreased.

燃料電池の出力電流の振動振幅が、第４の値よりも大きい場合は、燃料電池において発電不良が生じていると考えられる。そのため、燃料の流量を増加させることによって、燃料電池における発電状態が向上される。一方、燃料電池の出力電流の振動振幅が、第３の値よりも小さい場合は、燃料電池における発電状態は良好であると考えられるが、燃料が過剰に供給されている可能性がある。そのため、燃料の流量を減少させることによって、発電効率を向上させるとともに、発電効率を向上させることができる。 When the oscillation amplitude of the output current of the fuel cell is larger than the fourth value, it is considered that a power generation failure has occurred in the fuel cell. Therefore, the power generation state in the fuel cell is improved by increasing the fuel flow rate. On the other hand, when the oscillation amplitude of the output current of the fuel cell is smaller than the third value, it is considered that the power generation state in the fuel cell is good, but there is a possibility that the fuel is supplied excessively. Therefore, by reducing the fuel flow rate, the power generation efficiency can be improved and the power generation efficiency can be improved.

［適用例９］適用例７または８に記載の燃料電池システムにおいて、
前記第３の値と、前記第４の値とによって規定される範囲は、前記出力電流の絶対値が小さいほど、広く設定されることとしてもよい。 [Application Example 9] In the fuel cell system according to Application Example 7 or 8,
The range defined by the third value and the fourth value may be set wider as the absolute value of the output current is smaller.

絶対値が小さい電流を計測する場合は、振幅の計測精度が低下する。そのため、出力電流の絶対値が小さいほど、第３の値と第４の値とで規定される範囲を広く設定することによって、誤動作を抑制することができる。 When a current having a small absolute value is measured, the amplitude measurement accuracy is lowered. For this reason, the smaller the absolute value of the output current is, the wider the range defined by the third value and the fourth value can be set, whereby malfunction can be suppressed.

［適用例１０］適用例７ないし９のいずれか１つに記載の上記燃料電池システムにおいて、
前記出力電流の振動振幅が、前記第３の値と前記第４の値との間に入るように、前記燃料の流量を制御する場合に、前記出力電流の絶対値が小さいほど、前記燃料の流量の増減割合を小さくすることとしてもよい。 [Application Example 10] In the fuel cell system according to any one of Application Examples 7 to 9,
When the flow rate of the fuel is controlled so that the oscillation amplitude of the output current falls between the third value and the fourth value, the smaller the absolute value of the output current, the lower the value of the fuel. The increase / decrease rate of the flow rate may be reduced.

上述したように、絶対値が小さい電流を計測する場合は、振幅の計測精度が低下する。そのため、出力電流の絶対値が小さいほど、燃料の流量の増減割合を小さくすることによって、誤動作を抑制することができる。 As described above, when measuring a current having a small absolute value, the amplitude measurement accuracy is lowered. For this reason, the smaller the absolute value of the output current is, the smaller the increase / decrease rate of the flow rate of the fuel is, so that malfunction can be suppressed.

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムを備えるコージェネレーション、燃料電池システムの制御方法などの形態で実現することが可能である。 The present invention can be realized in various forms, for example, in the form of a cogeneration system including a fuel cell system, a control method for the fuel cell system, and the like.

本発明の第１の実施例としての燃料電池システム１０００の構成を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows roughly the structure of the fuel cell system 1000 as a 1st Example of this invention. 第１の実施例におけるセンサ暖機検出ルーチンを表わすフローチャートである。It is a flowchart showing the sensor warm-up detection routine in a 1st Example. 第１の実施例における燃料流量算出ルーチンを表わすフローチャートである。It is a flowchart showing the fuel flow volume calculation routine in a 1st Example. 第１の実施例における酸素濃度変動値σｏと補正係数Ｋｏとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the oxygen concentration fluctuation value (sigma) o and the correction coefficient Ko in a 1st Example. 第１の実施例における負荷要求ｉ＿ｒｅｑと基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the load request | requirement i_req and basic fuel flow volume Qf_bse in a 1st Example. 本発明の第２の実施例としての燃料電池システム１０００Ａの構成を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows roughly the structure of 1000 A of fuel cell systems as 2nd Example of this invention. 第２の実施例における燃料流量算出ルーチンを表わすフローチャートである。It is a flowchart showing the fuel flow rate calculation routine in a 2nd Example. 第２の実施例における燃料流量算出ルーチンを表わすフローチャートである。It is a flowchart showing the fuel flow rate calculation routine in a 2nd Example. 第２の実施例における補正酸素濃度変動値σｏ＿ｐａと補正係数Ｋｏとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between correction | amendment oxygen concentration fluctuation value (sigma) o_pa and the correction coefficient Ko in a 2nd Example. 第２の実施例における負荷要求ｉ＿ｒｅｑと基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the load request | requirement i_req and basic fuel flow volume Qf_bse in a 2nd Example. 本発明の第３の実施例としての燃料電池システム１０００Ｂの構成を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows roughly the structure of the fuel cell system 1000B as a 3rd Example of this invention. 第３の実施例における燃料流量算出ルーチンの一部を表わすフローチャートである。It is a flowchart showing a part of fuel flow calculation routine in the 3rd example. 第３の実施例における出力電流変動値σｉと補正係数Ｋｉとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the output current fluctuation value (sigma) i and the correction coefficient Ki in a 3rd Example. 変形例の酸素濃度変動値σｏと補正係数Ｋｏとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the oxygen concentration fluctuation value (sigma) o of the modification, and the correction coefficient Ko.

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１の実施例：
Ｂ．第２の実施例：
Ｃ．第３の実施例：
Ｄ．変形例： Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
B. Second embodiment:
C. Third embodiment:
D. Variation:

Ａ．第１の実施例：
図１は、本発明の第１の実施例としての燃料電池システム１０００の構成を概略的に示す説明図である。図１は、本発明の第１の実施例としての燃料電池システム１０００の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１０００は、燃料電池スタック１００と、燃焼部２００と、熱交換器３００と、制御部６００と、を主に備える。 A. First embodiment:
FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of a fuel cell system 1000 as a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 1000 as a first embodiment of the present invention. The fuel cell system 1000 mainly includes a fuel cell stack 100, a combustion unit 200, a heat exchanger 300, and a control unit 600.

本実施例の燃料電池システム１０００は、燃料電池スタック１００から排出されるアノード排ガスと、カソード排ガスとを利用して、燃焼部２００においてアノード排ガスを燃焼させ、燃焼部２００において発生される熱を利用して、熱交換器３００を介して水道水を温めて、ユーザに温水を供給している。 The fuel cell system 1000 of the present embodiment uses the anode exhaust gas discharged from the fuel cell stack 100 and the cathode exhaust gas to burn the anode exhaust gas in the combustion unit 200 and uses the heat generated in the combustion unit 200. Then, the tap water is warmed through the heat exchanger 300, and the hot water is supplied to the user.

燃料電池スタック１００は、燃料ガスとしての水素と、酸化剤ガスとしての空気中の酸素が、各電極において電気化学反応を起こすことによって起電力を得るものである。本実施例において、燃料電池スタック１００は、反応温度が約６００〜１０００℃の固体酸化物型燃料電池（ＳｏｌｉｄＯｘｉｄｅＦｕｅｌＣｅｌｌ；ＳＯＦＣ）である。 The fuel cell stack 100 obtains an electromotive force by causing an electrochemical reaction between hydrogen as a fuel gas and oxygen in the air as an oxidant gas at each electrode. In this embodiment, the fuel cell stack 100 is a solid oxide fuel cell (SOFC) having a reaction temperature of about 600 to 1000 ° C.

燃料ガスとしての水素を燃料電池スタック１００に供給する水素供給系は、水素タンク１０２と、水素供給路１０４と、水素供給路１０４上に設けられる流量調節弁１０６と、を備える。本実施例において、水素タンク１０２は、高圧水素を貯蔵する水素ボンベである。水素タンク１０２に換えて、水素吸蔵合金を内部に備え、水素吸蔵合金に吸蔵させることによって水素を貯蔵するタンクを用いても良い。 A hydrogen supply system that supplies hydrogen as a fuel gas to the fuel cell stack 100 includes a hydrogen tank 102, a hydrogen supply path 104, and a flow rate adjustment valve 106 provided on the hydrogen supply path 104. In this embodiment, the hydrogen tank 102 is a hydrogen cylinder that stores high-pressure hydrogen. Instead of the hydrogen tank 102, a hydrogen storage alloy may be provided inside, and a tank that stores hydrogen by being stored in the hydrogen storage alloy may be used.

水素タンク１０２に貯蔵される水素ガスは、流量調節弁１０６によって所定の流量に調整され、燃料電池スタック１００を構成する各単セルのアノードに燃料ガスとして供給される。後述するように、燃焼部２００から排出される燃焼排ガス中の酸素濃度の変動(振動振幅)に基づいて、流量調節弁１０６が制御される。 The hydrogen gas stored in the hydrogen tank 102 is adjusted to a predetermined flow rate by the flow rate control valve 106 and is supplied as fuel gas to the anode of each single cell constituting the fuel cell stack 100. As will be described later, the flow rate control valve 106 is controlled based on the fluctuation (vibration amplitude) of the oxygen concentration in the combustion exhaust gas discharged from the combustion unit 200.

燃料電池スタック１００のアノード側から排出された排ガス（以下、アノード排ガスともいう。）は、アノード排ガス路１０８を介して、燃焼部２００に供給される。 Exhaust gas discharged from the anode side of the fuel cell stack 100 (hereinafter also referred to as anode exhaust gas) is supplied to the combustion unit 200 via the anode exhaust gas passage 108.

酸化剤ガスとしての空気を燃料電池スタック１００に供給する空気供給系は、空気供給路１１４と、空気供給路１１４上に設けられたエアポンプ１１６と、を備える。エアポンプ１１６は、エアクリーナ(図示しない)を介して外部から取り込んだ空気を、空気供給路１１４を介して酸化剤ガスとして燃料電池スタック１００のカソードに供給する。 An air supply system that supplies air as an oxidant gas to the fuel cell stack 100 includes an air supply path 114 and an air pump 116 provided on the air supply path 114. The air pump 116 supplies air taken from the outside via an air cleaner (not shown) as an oxidant gas to the cathode of the fuel cell stack 100 via the air supply path 114.

燃料電池スタック１００のカソード側から排出された排ガス（以下、カソード排ガスともいう。）は、カソード排ガス路１１８を介して、燃焼部２００に供給される。 Exhaust gas discharged from the cathode side of the fuel cell stack 100 (hereinafter also referred to as cathode exhaust gas) is supplied to the combustion unit 200 via the cathode exhaust gas path 118.

また、燃料電池スタック１００は、その内部に、冷却水が循環する冷却水流路を備えている（図示しない）。燃料電池スタック１００内部に形成される冷却水流路と、ラジエータ（図示しない）との間で冷却水を循環させることによって、燃料電池スタック１００の内部温度は、所定の温度範囲に保たれる。 Further, the fuel cell stack 100 includes a cooling water passage (not shown) through which cooling water circulates. By circulating the cooling water between the cooling water flow path formed inside the fuel cell stack 100 and a radiator (not shown), the internal temperature of the fuel cell stack 100 is maintained within a predetermined temperature range.

燃焼部２００は、グロー着火機構を備え、グロー着火機構に所定の電圧を印加することにより、アノード排ガス路１０８を介して供給されるアノード排ガスと、カソード排ガス路１１８を介して供給されるカソード排ガスとを、燃焼させる。 The combustion unit 200 includes a glow ignition mechanism, and by applying a predetermined voltage to the glow ignition mechanism, the anode exhaust gas supplied via the anode exhaust gas path 108 and the cathode exhaust gas supplied via the cathode exhaust gas path 118. And burn.

燃焼部２００には、燃焼排ガス路２０２が設けられ、燃焼部２００における燃焼後のガスおよび、未燃焼のガスを含む燃焼排ガスが、燃焼排ガス路２０２を介して大気中に放出される。 The combustion unit 200 is provided with a combustion exhaust gas passage 202, and the combustion exhaust gas including the gas after combustion in the combustion unit 200 and the unburned gas is released into the atmosphere through the combustion exhaust gas passage 202.

燃焼排ガス路２０２上には、酸素濃度センサ２０４が設けられる。酸素濃度センサ２０４は、燃焼排ガス中の酸素濃度を検出して、制御部６００に出力する。 An oxygen concentration sensor 204 is provided on the combustion exhaust gas passage 202. The oxygen concentration sensor 204 detects the oxygen concentration in the combustion exhaust gas and outputs it to the control unit 600.

熱交換器３００には、水道水導入路３０２と、温水放出路３０４とが設けられる。熱交換器３００では、水道水導入路３０２を介して導入された水道水を、燃焼部２００における燃焼に伴う燃焼熱によって温めて温水にする。 The heat exchanger 300 is provided with a tap water introduction path 302 and a hot water discharge path 304. In the heat exchanger 300, the tap water introduced through the tap water introduction path 302 is warmed by the combustion heat accompanying combustion in the combustion unit 200 to make warm water.

温水放出路３０４は、図示せざる貯水タンクに接続されている。熱交換器３００によって温められた温水は、温水放出路３０４を介して貯水タンクに貯留される。貯水タンクは、例えば、ユーザの家庭の風呂、シャワー等に接続されており、ユーザからの要求に応じて、貯水タンク内に貯留されている温水が、ユーザに供給される。なお、貯水タンク内の温水が、熱交換器３００に再び導入され、再加熱されるようにしてもよい。例えば、貯水タンク内の温水の温度が低下した場合や、貯水タンク内の温水の温度が、ユーザの要求する温度よりも低い場合等に、好適である。 The hot water discharge path 304 is connected to a water storage tank (not shown). The hot water warmed by the heat exchanger 300 is stored in the water storage tank via the hot water discharge path 304. The water storage tank is connected to, for example, a user's home bath or shower, and hot water stored in the water storage tank is supplied to the user in response to a request from the user. The hot water in the water storage tank may be reintroduced into the heat exchanger 300 and reheated. For example, it is suitable when the temperature of the hot water in the water storage tank is lowered, or when the temperature of the hot water in the water storage tank is lower than the temperature required by the user.

制御部６００は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成されている。制御部６００は、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵ６１０と、燃料流量制御プログラム６２４、マップ６２２、マップ６２３等が格納されたメモリ６２０と、各種の信号を入出力する入出力ポート６３０等を備える。燃料流量制御プログラム６２４には、後述するセンサ暖機検出ルーチンと燃料流量算出ルーチンが含まれる。 The control unit 600 is configured as a logic circuit centered on a microcomputer. The control unit 600 is configured to input / output various signals to / from a CPU 610 that executes predetermined calculations according to a preset control program, a memory 620 that stores a fuel flow control program 624, a map 622, a map 623, and the like. An output port 630 and the like are provided. The fuel flow rate control program 624 includes a sensor warm-up detection routine and a fuel flow rate calculation routine which will be described later.

制御部６００は、上述した酸素濃度センサ２０４の検出信号や、燃料電池スタック１００に対する負荷要求に関する情報などを取得する。そして、取得した情報に基づいて、燃料電池スタック１００に供給される水素の適切な流量を算出し、水素タンク１０２から供給される水素の流量を調節する流量調節弁１０６、に駆動信号を出力する。また、制御部６００は、エアポンプ１１６など、燃料電池スタック１００の発電に関わる各部に駆動信号を出力する。 The control unit 600 acquires a detection signal of the oxygen concentration sensor 204 described above, information on a load request for the fuel cell stack 100, and the like. Then, based on the acquired information, an appropriate flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 100 is calculated, and a drive signal is output to a flow rate adjustment valve 106 that adjusts the flow rate of hydrogen supplied from the hydrogen tank 102. . In addition, the control unit 600 outputs a drive signal to each unit related to power generation of the fuel cell stack 100 such as the air pump 116.

図２は、燃料電池システム１０００が備える制御部６００のＣＰＵ６１０において実行されるセンサ暖機検出ルーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、燃料電池システム１０００が起動されると、実行される。 FIG. 2 is a flowchart showing a sensor warm-up detection routine executed by CPU 610 of control unit 600 provided in fuel cell system 1000. This routine is executed when the fuel cell system 1000 is activated.

燃料電池システム１０００が起動され、本ルーチンが起動されると、ＣＰＵ６１０は、エアポンプ１１６を制御して、空気を供給させて、燃料電池システム１０００の掃気処理を開始する（ステップＳ１０２）。続いて、ＣＰＵ６１０は、酸素濃度センサ２０４に暖機を開始させる(ステップＳ１０４)。そして、ＣＰＵ６１０は、酸素濃度センサ２０４の暖機が完了したか否かを判断して（ステップＳ１０６）、暖機が完了していない場合には（ステップＳ１０６においてＮＯ）、酸素濃度センサ２０４の暖機を継続する(ステップＳ１０４)。すなわち、ＣＰＵ６１０が酸素濃度センサ２０４の暖機が完了したと判断するまで、酸素濃度センサ２０４の暖機は継続される。ＣＰＵ６１０が酸素濃度センサ２０４の暖機か完了したと判断すると（ステップＳ１０６において、ＹＥＳ）、メモリ６２０に記録されているセンサ暖機完了フラグをＯＮにして(ステップＳ１０８)、本ルーチンを終了する。 When the fuel cell system 1000 is activated and this routine is activated, the CPU 610 controls the air pump 116 to supply air and starts the scavenging process of the fuel cell system 1000 (step S102). Subsequently, the CPU 610 causes the oxygen concentration sensor 204 to start warming up (step S104). Then, CPU 610 determines whether or not warming-up of oxygen concentration sensor 204 has been completed (step S106). If warming-up has not been completed (NO in step S106), CPU 610 warms up oxygen concentration sensor 204. The machine continues (step S104). That is, the warming up of the oxygen concentration sensor 204 is continued until the CPU 610 determines that the warming up of the oxygen concentration sensor 204 has been completed. If CPU 610 determines that the oxygen concentration sensor 204 has been warmed up (YES in step S106), the sensor warm-up completion flag recorded in memory 620 is turned ON (step S108), and this routine is terminated.

図３は、燃料電池システム１０００が備える制御部６００のＣＰＵ６１０において実行される燃料流量算出ルーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、燃料電池システム１０００が起動されると実行され、例えば、１００ｍｓ毎に繰り返し実行される。本ルーチンでは、燃焼部２００から排出される燃焼排ガス中の酸素濃度ｏの変動を示す酸素濃度変動値σｏに基づいて、負荷要求ｉ＿ｒｅｑに応じた水素流量（基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅ）を補正して、燃料電池スタック１００に供給する水素の流量（最終燃料流量Ｑｆ＿ｆｉｎ）を算出する。 FIG. 3 is a flowchart showing a fuel flow rate calculation routine executed by CPU 610 of control unit 600 provided in fuel cell system 1000. This routine is executed when the fuel cell system 1000 is activated, and is repeatedly executed, for example, every 100 ms. In this routine, the hydrogen flow rate (basic fuel flow rate Qf_bse) corresponding to the load request i_req is corrected based on the oxygen concentration fluctuation value σo indicating the fluctuation of the oxygen concentration o in the combustion exhaust gas discharged from the combustion unit 200, The flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 100 (final fuel flow rate Qf_fin) is calculated.

図４は、本実施例における酸素濃度変動値σｏと補正係数Ｋｏとの関係を示す図である。補正係数Ｋｏは、燃焼排ガス中の酸素濃度ｏの変動が適切な範囲内になるように、燃料電池スタック１００に供給する水素の流量を補正するための係数である。図示するように、酸素濃度変動値σｏが第１の値ｏ１と第２の値ｏ２との間の値である場合は、Ｋｏ＝１．０である。すなわち、燃料電池スタック１００に供給する水素の流量（基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅ）を補正しない。本実施例において、第１の値ｏ１および第２の値ｏ２は、実験によって予め定められている。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the oxygen concentration fluctuation value σo and the correction coefficient Ko in the present embodiment. The correction coefficient Ko is a coefficient for correcting the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 100 so that the fluctuation of the oxygen concentration o in the combustion exhaust gas falls within an appropriate range. As shown in the drawing, when the oxygen concentration fluctuation value σo is a value between the first value o1 and the second value o2, Ko = 1.0. That is, the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 100 (basic fuel flow rate Qf_bse) is not corrected. In the present embodiment, the first value o1 and the second value o2 are determined in advance by experiments.

本実施例において、図４に示すσｏと補正係数Ｋｏとの関係を表すマップ６２２がメモリ６２０に予め記憶されている。平均酸素濃度ｏｖが所定の値よりも大きい場合には実線のグラフ、平均酸素濃度ｏｖが所定の値よりも小さい場合には破線のグラフを用いて、補正係数Ｋｏが導出される。 In this embodiment, a map 622 representing the relationship between σo and the correction coefficient Ko shown in FIG. 4 is stored in the memory 620 in advance. The correction coefficient Ko is derived using a solid line graph when the average oxygen concentration ov is larger than a predetermined value and a broken line graph when the average oxygen concentration ov is smaller than the predetermined value.

酸素濃度センサ２０４において検出される酸素濃度ｏが小さい場合には、酸素濃度ｏの変動（振幅）の計測精度が低下する。そのため、平均酸素濃度ｏｖが小さい場合に、平均酸素濃度ｏｖが大きい場合と同様に燃料電池スタック１００に供給する水素流量の増減を行うと、燃料電池システム１０００の誤作動が生じるおそれがある。本実施例において、燃料電池スタック１００に供給する水素流量の補正に伴う誤作動を抑制するために、平均酸素濃度ｏｖが小さい場合には、平均酸素濃度ｏｖが大きい場合に比べて、補正係数Ｋｏの値が小さくなるように、マップ６２２が作成されている。なお、本実施例において、例えば、平均酸素濃度ｏｖが１０％以上の場合には「平均酸素濃度ｏｖが大きい」、平均酸素濃度ｏｖが１０％未満の場合には「平均酸素濃度ｏｖが小さい」としている。 When the oxygen concentration o detected by the oxygen concentration sensor 204 is small, the measurement accuracy of the fluctuation (amplitude) of the oxygen concentration o decreases. Therefore, when the average oxygen concentration ov is small, if the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 100 is increased or decreased as in the case where the average oxygen concentration ov is large, the fuel cell system 1000 may malfunction. In this embodiment, in order to suppress malfunction due to correction of the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 100, the correction coefficient Ko is greater when the average oxygen concentration ov is smaller than when the average oxygen concentration ov is large. The map 622 is created so that the value of becomes smaller. In this embodiment, for example, when the average oxygen concentration ov is 10% or more, “the average oxygen concentration ov is large”, and when the average oxygen concentration ov is less than 10%, “the average oxygen concentration ov is small”. It is said.

図４に示すマップ６２２において、補正係数Ｋｏの値は、酸素濃度変動値σｏが第２の値ｏ２よりも大きい場合には大きく、酸素濃度変動値σｏが第１の値ｏ１よりも小さい場合には小さくしている。 In the map 622 shown in FIG. 4, the value of the correction coefficient Ko is large when the oxygen concentration fluctuation value σo is larger than the second value o2, and when the oxygen concentration fluctuation value σo is smaller than the first value o1. Is small.

すなわち、酸素濃度変動値σｏが第２の値ｏ２よりも大きい場合には、負荷要求ｉ＿ｒｅｑに応じた基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅよりも燃料電池スタック１００に供給される水素の流量を増加させることになる。酸素濃度変動値σｏが大きい場合は、燃料電池スタック１００において発電不良（例えば、燃料不足によって発電できないセルがある等）が生じていると考えられるため、燃料電池スタック１００に供給される水素の流量を増加させることにより、燃料電池スタック１００における発電が安定すると考えられる。 That is, when the oxygen concentration fluctuation value σo is larger than the second value o2, the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 100 is increased more than the basic fuel flow rate Qf_bse corresponding to the load request i_req. When the oxygen concentration fluctuation value σo is large, it is considered that a power generation failure (for example, there is a cell that cannot generate power due to a shortage of fuel) occurs in the fuel cell stack 100. Therefore, the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 100 It is considered that the power generation in the fuel cell stack 100 is stabilized by increasing the value of.

一方、酸素濃度変動値σｏが第１の値ｏ１よりも小さい場合には、負荷要求ｉ＿ｒｅｑに応じた基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅよりも燃料電池スタック１００に供給される水素の流量を減少させることになる。酸素濃度変動値σｏが小さい場合は、燃料電池スタック１００における発電状態が良好（安定）しており、燃料電池スタック１００に過剰に燃料(水素)が供給されていると考えられる。そのため、燃料電池スタック１００に供給される水素の流量を減少させることにより、燃料電池スタック１００における発電効率が向上されると考えられる。 On the other hand, when the oxygen concentration fluctuation value σo is smaller than the first value o1, the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 100 is decreased from the basic fuel flow rate Qf_bse corresponding to the load request i_req. When the oxygen concentration fluctuation value σo is small, it is considered that the power generation state in the fuel cell stack 100 is good (stable), and the fuel (hydrogen) is excessively supplied to the fuel cell stack 100. Therefore, it is considered that the power generation efficiency in the fuel cell stack 100 is improved by reducing the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 100.

図５は、入出力ポート６３０を介してＣＰＵ６１０に入力される負荷要求ｉ＿ｒｅｑと基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅとの関係を示す図である。図５に示す基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅは、燃料電池スタック１００の状態（反応温度や劣化の程度等）が理想的な状態にある場合に、負荷要求ｉ＿ｒｅｑを満たす出力を得るのに必要な水素の流量である。本実施例においては、図５に示す基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅに対して、燃料電池スタック１００の運転状態に合わせた補正を行って、燃料電池スタック１００に供給する水素の流量（最終燃料流量Ｑｆ＿ｆｉｎ）を決定する。本実施例において、図５に示す負荷要求ｉ＿ｒｅｑと基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅとの関係を表すマップ６２３がメモリ６２０に予め記憶されている。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the load request i_req input to the CPU 610 via the input / output port 630 and the basic fuel flow rate Qf_bse. The basic fuel flow rate Qf_bse shown in FIG. 5 is the flow rate of hydrogen necessary to obtain an output satisfying the load requirement i_req when the state of the fuel cell stack 100 (reaction temperature, degree of deterioration, etc.) is an ideal state. It is. In this embodiment, the basic fuel flow rate Qf_bse shown in FIG. 5 is corrected in accordance with the operating state of the fuel cell stack 100, and the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 100 (final fuel flow rate Qf_fin) is set. decide. In this embodiment, a map 623 representing the relationship between the load request i_req and the basic fuel flow rate Qf_bse shown in FIG. 5 is stored in the memory 620 in advance.

図３に示すように、燃料電池システム１０００が起動され、本ルーチンが起動されると、ＣＰＵ６１０は、メモリ６２０に記録されているセンサ暖機完了フラグがＯＮか否か判断する（ステップＳ１３０）。センサ暖機完了フラグがＯＦＦの場合は(ステップＳ１３０においてＹＥＳ)、本ルーチンを終了する。 As shown in FIG. 3, when the fuel cell system 1000 is activated and this routine is activated, the CPU 610 determines whether or not the sensor warm-up completion flag recorded in the memory 620 is ON (step S130). If the sensor warm-up completion flag is OFF (YES in step S130), this routine ends.

センサ暖機完了フラグがＯＮの場合には（ステップＳ１３０においてＹＥＳ）、酸素濃度センサ２０４によって検出される、燃焼部２００からの燃焼排ガス中の酸素濃度ｏをメモリ６２０に記憶し、ｎ＝ｎ＋１にカウントアップする(ステップＳ１３２)。そして、ＣＰＵ６１０は、酸素濃度検出サンプリング数ｎ≧酸素濃度検出最大サンプリング数ｎ＿ｔｒｇか否か判断する（ステップＳ１３４）。本実施例において、酸素濃度検出最大サンプリング数ｎ＿ｔｒｇ=２５０である。酸素濃度検出サンプリング数ｎ＜ｎ＿ｔｒｇの場合は（ステップＳ１３４において、ＮＯ）、本ルーチンを終了する。 When the sensor warm-up completion flag is ON (YES in step S130), the oxygen concentration o in the combustion exhaust gas from the combustion unit 200 detected by the oxygen concentration sensor 204 is stored in the memory 620, and n = n + 1 is set. Count up (step S132). Then, the CPU 610 determines whether or not the oxygen concentration detection sampling number n ≧ the oxygen concentration detection maximum sampling number n_trg (step S134). In this embodiment, the maximum oxygen concentration detection sampling number n_trg = 250. If the oxygen concentration detection sampling number n <n_trg (NO in step S134), this routine ends.

すなわち、燃焼排ガス中の酸素濃度ｏのサンプリング数が２５０になるまでは、酸素濃度センサ２０４において検出された燃焼排ガス中の酸素濃度ｏは、メモリ６２０に蓄積される。 That is, until the sampling number of the oxygen concentration o in the combustion exhaust gas reaches 250, the oxygen concentration o in the combustion exhaust gas detected by the oxygen concentration sensor 204 is accumulated in the memory 620.

酸素濃度検出サンプリング数ｎ≧ｎ＿ｔｒｇの場合は（ステップＳ１３４において、ＹＥＳ）、酸素濃度変動値σｏと平均酸素濃度ｏｖを算出する（ステップＳ１３６）。 When the oxygen concentration detection sampling number n ≧ n_trg (YES in step S134), the oxygen concentration fluctuation value σo and the average oxygen concentration ov are calculated (step S136).

酸素濃度変動値σｏは、以下の（式１）によって算出される。

The oxygen concentration fluctuation value σo is calculated by the following (Equation 1).

その後、最も以前に計測した酸素濃度ｏをクリアして、ｎ＝ｎ−１にする（ステップＳ１３８）。例えば、ｎ＝２５０になるまでは、１００ｍｓ毎に、ステップＳ１３２が行われ、ｎ＝０〜２４９について、酸素濃度センサ２０４において検出された酸素濃度が蓄積される。ｎ＝２５０になり、ｎ＝０〜２４９について、酸素濃度変動値σｏと平均酸素濃度ｏｖが算出されると、メモリ６２０に蓄積されたｎ＝０の酸素濃度がクリアされて、ｎ＝２４９とされる。 Thereafter, the most recently measured oxygen concentration o is cleared, and n = n−1 is set (step S138). For example, until n = 250, step S132 is performed every 100 ms, and the oxygen concentration detected by the oxygen concentration sensor 204 is accumulated for n = 0 to 249. When n = 250 and the oxygen concentration fluctuation value σo and the average oxygen concentration ov are calculated for n = 0 to 249, the oxygen concentration of n = 0 accumulated in the memory 620 is cleared, and n = 249. Is done.

ＣＰＵ６１０は、ステップＳ１３６において算出された酸素濃度変動値σｏと平均酸素濃度ｏｖとを用いて、マップ６２２を参照して、補正係数Ｋｏを導出する（ステップＳ１４０） The CPU 610 derives a correction coefficient Ko with reference to the map 622 using the oxygen concentration fluctuation value σo and the average oxygen concentration ov calculated in step S136 (step S140).

ＣＰＵ６１０は、入力された負荷要求ｉ＿ｒｅｑに応じた基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅを、マップ６２３を参照して、導出する（ステップＳ１４４）。最後に、ステップＳ１４０で導出された補正係数Ｋｏと、ステップＳ１４４で導出された基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅとに基づいて、最終燃料流量Ｑｆ_ｆｉｎを算出して（ステップＳ１４６）、本ルーチンを終了する。 The CPU 610 derives the basic fuel flow rate Qf_bse corresponding to the input load request i_req with reference to the map 623 (step S144). Finally, a final fuel flow rate Qf_fin is calculated based on the correction coefficient Ko derived in step S140 and the basic fuel flow rate Qf_bse derived in step S144 (step S146), and this routine ends.

ＣＰＵ６１０は、このようにして算出された最終燃料流量Ｑｆ_ｆｉｎになるように、流量調節弁１０６を制御する。 The CPU 610 controls the flow rate adjustment valve 106 so that the final fuel flow rate Qf_fin calculated in this way is obtained.

例えば、燃焼部２００における燃焼が良好でない（例えば、一部において失火している。）と、燃焼排ガス中の酸素濃度ｏの変動が大きくなると考えられる。一方、燃料電池スタック１００において発電不良が生じると、燃料電池スタック１００の温度が低下する。その結果、燃料電池スタック１００から排出される排ガスを燃焼する燃焼部２００の温度も低下して、燃焼部２００の燃焼不良が生じると考えられる。すなわち、燃料電池スタック１００において、発電不良が生じている場合には、燃焼排ガス中の酸素濃度ｏの変動が大きくなると考えられる。 For example, if the combustion in the combustion section 200 is not good (for example, some misfires), it is considered that the fluctuation of the oxygen concentration o in the combustion exhaust gas becomes large. On the other hand, when a power generation failure occurs in the fuel cell stack 100, the temperature of the fuel cell stack 100 decreases. As a result, it is considered that the temperature of the combustion unit 200 that combusts the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 100 also decreases, resulting in poor combustion of the combustion unit 200. That is, when the power generation failure occurs in the fuel cell stack 100, it is considered that the fluctuation of the oxygen concentration o in the combustion exhaust gas becomes large.

本実施例の燃料電池システム１０００では、燃焼部２００から排出される燃焼排ガス中の酸素濃度ｏの変動（酸素濃度変動値σｏ）に基づいて、負荷要求ｉ＿ｒｅｑに応じた水素流量（基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅ）を、補正係数Ｋｏを用いて補正して、最終燃料流量Ｑｆ＿ｆｉｎを算出している。補正係数Ｋｏは、燃焼排ガス中の酸素濃度ｏの変動が適切な範囲内になるように、燃料電池スタック１００に供給する水素の流量を補正するための係数である。燃料電池システム１０００では、補正後の最終燃料流量Ｑｆ＿ｆｉｎになるように、燃料電池スタック１００に供給される水素流量を制御しているため、燃焼排ガス中の酸素濃度ｏの変動が適切な範囲内になる。すなわち、燃料電池スタック１００における発電の安定性および発電効率が向上される。本実施例の燃料電池システム１０００によれば、燃料電池スタック１００における発電の安定性と発電効率とを両立するような、適正な燃料流量（水素流量）の制御を行うことができる。 In the fuel cell system 1000 of the present embodiment, the hydrogen flow rate (basic fuel flow rate Qf_bse) corresponding to the load request i_req based on the fluctuation of oxygen concentration o (oxygen concentration fluctuation value σo) in the flue gas discharged from the combustion unit 200 ) Is corrected using a correction coefficient Ko to calculate the final fuel flow rate Qf_fin. The correction coefficient Ko is a coefficient for correcting the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 100 so that the fluctuation of the oxygen concentration o in the combustion exhaust gas falls within an appropriate range. In the fuel cell system 1000, since the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 100 is controlled so that the corrected final fuel flow rate Qf_fin is obtained, the fluctuation of the oxygen concentration o in the combustion exhaust gas is within an appropriate range. Become. That is, the power generation stability and power generation efficiency in the fuel cell stack 100 are improved. According to the fuel cell system 1000 of the present embodiment, an appropriate fuel flow rate (hydrogen flow rate) can be controlled so as to achieve both the stability of power generation in the fuel cell stack 100 and the power generation efficiency.

Ｂ．第２の実施例：
図６は、本発明の第２の実施例としての燃料電池システム１０００Ａの構成を概略的に示す説明図である。本実施例の燃料電池システム１０００Ａが、第１の実施例の燃料電池システム１０００と異なる点は、主に、改質器４００を備える点と、燃料流量の制御において、同一酸素濃度雰囲気における酸素濃度センサ出力の変化も考慮する点である。図６において、第１の実施例における燃料電池システム１０００と同様の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。 B. Second embodiment:
FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of a fuel cell system 1000A as a second embodiment of the present invention. The difference between the fuel cell system 1000A of the present embodiment and the fuel cell system 1000 of the first embodiment is that the reformer 400 is mainly provided and the oxygen concentration in the same oxygen concentration atmosphere in the control of the fuel flow rate. It is also a point to consider changes in sensor output. In FIG. 6, the same components as those of the fuel cell system 1000 in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

本実施例の燃料電池システム１０００Ａにおいて、燃料電池スタック１００から排出されるアノード排ガスと、カソード排ガスとを利用して、燃焼部２００においてアノード排ガスを燃焼させる。燃焼部２００において発生される熱を利用して、改質器４００において水素を含む燃料ガスを生成して、燃料電池スタック１００に供給する。一方、燃焼部２００から排出される燃焼排ガスの熱を利用して、熱交換器３００を介して水道水を温めて、ユーザに温水を供給している。 In the fuel cell system 1000A of the present embodiment, the anode exhaust gas is burned in the combustion unit 200 using the anode exhaust gas discharged from the fuel cell stack 100 and the cathode exhaust gas. Using the heat generated in the combustion unit 200, a fuel gas containing hydrogen is generated in the reformer 400 and supplied to the fuel cell stack 100. On the other hand, the tap water is heated through the heat exchanger 300 using the heat of the combustion exhaust gas discharged from the combustion unit 200, and the hot water is supplied to the user.

改質器４００は、混合部（図示しない）と改質部（図示しない）を備える。改質燃料タンク４０２（後述する）から供給される改質燃料と、改質水タンク５００（後述する）から供給される水とは、混合部において混合され、気化される。以下、混合部において混合され、気化されたガスを、「混合ガス」と称する。改質部は、改質反応を促進する改質触媒（図示しない）を備える。混合部で生成された混合ガスが改質部に導入されると、改質触媒によって改質反応が進行し、水素を含む燃料ガスが生成される。この改質反応は吸熱反応であるため、入熱が必要であり、本実施例では、燃焼部２００における燃焼反応によって発生する熱を利用している。上記改質触媒は、改質反応に用いる改質燃料に応じて適宜決定される。なお、改質器４００において生成され、燃料電池スタック１００に供給される燃料ガスには、水素以外に、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）、メタン（ＣＨ₄）、および未反応の改質燃料が含まれる。 The reformer 400 includes a mixing unit (not shown) and a reforming unit (not shown). The reformed fuel supplied from the reformed fuel tank 402 (described later) and the water supplied from the reformed water tank 500 (described later) are mixed and vaporized in the mixing unit. Hereinafter, the gas mixed and vaporized in the mixing section is referred to as “mixed gas”. The reforming unit includes a reforming catalyst (not shown) that promotes the reforming reaction. When the mixed gas generated in the mixing section is introduced into the reforming section, the reforming reaction proceeds by the reforming catalyst, and a fuel gas containing hydrogen is generated. Since this reforming reaction is an endothermic reaction, heat input is required, and in this embodiment, heat generated by the combustion reaction in the combustion unit 200 is used. The reforming catalyst is appropriately determined according to the reformed fuel used for the reforming reaction. The fuel gas generated in the reformer 400 and supplied to the fuel cell stack 100 includes carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO ₂ ), methane (CH ₄ ), and unreacted in addition to hydrogen. Of reformed fuel.

改質燃料としてのメタノールを改質器４００に供給する改質燃料供給系は、改質燃料タンク４０２と、改質燃料供給路４０４と、改質燃料供給路４０４上に設けられる流量調節弁４０６と、を備える。改質燃料タンク４０２は、改質燃料としてのメタノールを、液体で貯蔵している。なお、改質燃料は、メタノールに限定されず、炭化水素（ガソリン、灯油、天然ガスなど。）、アルコール類（エタノール、メタノールなど。）、アルデヒド、アンモニアなどを用いてもよい。 A reformed fuel supply system that supplies methanol as the reformed fuel to the reformer 400 includes a reformed fuel tank 402, a reformed fuel supply path 404, and a flow rate adjustment valve 406 provided on the reformed fuel supply path 404. And comprising. The reformed fuel tank 402 stores methanol as a reformed fuel as a liquid. The reformed fuel is not limited to methanol, and hydrocarbons (gasoline, kerosene, natural gas, etc.), alcohols (ethanol, methanol, etc.), aldehydes, ammonia, etc. may be used.

改質燃料タンク４０２に貯蔵されるメタノールは、流量調節弁４０６によって所定の流量に調整され、改質燃料供給路４０４を介して改質器４００に供給される。後述するように、燃焼部２００から排出される燃焼排ガス中の酸素濃度の変動(振動振幅)に基づいて、流量調節弁４０６が制御される。 The methanol stored in the reformed fuel tank 402 is adjusted to a predetermined flow rate by the flow rate control valve 406 and supplied to the reformer 400 via the reformed fuel supply path 404. As will be described later, the flow rate adjustment valve 406 is controlled based on the fluctuation (vibration amplitude) of the oxygen concentration in the combustion exhaust gas discharged from the combustion unit 200.

改質器４００で生成された水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、および未反応の改質燃料（メタノール）を含む燃料ガスは、燃料供給路４０８を介して、燃料電池スタック１００のアノードに供給される。 The fuel gas containing hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, methane, and unreacted reformed fuel (methanol) generated in the reformer 400 is supplied to the anode of the fuel cell stack 100 via the fuel supply path 408. Supplied.

熱交換器３００Ａには、燃焼排ガス路２０２と、排ガス放出路２０６と、水道水導入路３０２と、温水放出路３０４と、が接続されている。本実施例において、熱交換器３００Ａは、燃焼部２００から排出される燃焼排ガスの熱を利用して、水道水を温めている。すなわち、燃焼排ガス路２０２を介して熱交換器３００Ａに導入される燃焼排ガスは、熱交換器３００Ａ内で水道水に熱を奪われて、低温の燃焼排ガスとなって、排ガス放出路２０６を介して大気中に放出される。 A combustion exhaust gas path 202, an exhaust gas discharge path 206, a tap water introduction path 302, and a hot water discharge path 304 are connected to the heat exchanger 300A. In the present embodiment, the heat exchanger 300A warms the tap water by using the heat of the combustion exhaust gas discharged from the combustion unit 200. That is, the combustion exhaust gas introduced into the heat exchanger 300A through the combustion exhaust gas path 202 is deprived of heat by the tap water in the heat exchanger 300A to become a low-temperature combustion exhaust gas, and passes through the exhaust gas discharge path 206. Released into the atmosphere.

改質器４００に、改質反応に利用される水（以下、「改質水」ともいう。）を供給するための改質水供給系は、凝縮器５０４と、凝縮水路５０６と、改質水タンク５００と、改質水供給路５０８と、改質水ポンプ５１０と、を備える。凝縮器５０４は、排ガス放出路２０６上に設けられ、熱交換器３００Ａにおいて冷却された燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮する。凝縮器５０４には、凝縮水路５０６が接続され、凝縮器５０４にて凝縮された液水（以下、「凝縮水」ともいう。）が、凝縮水路５０６を介して改質水タンク５００に貯留される。改質水タンク５００に貯留された凝縮水（改質水）は、改質水ポンプ５１０によって、改質水供給路５０８を介して改質燃料供給路４０４に導入される。このようにして、改質燃料としてのメタノールと、改質水とが、ともに改質器４００に供給される。 A reforming water supply system for supplying water used for the reforming reaction (hereinafter also referred to as “reforming water”) to the reformer 400 includes a condenser 504, a condensing water channel 506, reforming, and the like. A water tank 500, a reforming water supply path 508, and a reforming water pump 510 are provided. The condenser 504 is provided on the exhaust gas discharge path 206 and condenses water vapor contained in the combustion exhaust gas cooled in the heat exchanger 300A. A condenser water channel 506 is connected to the condenser 504, and liquid water condensed in the condenser 504 (hereinafter also referred to as “condensed water”) is stored in the reformed water tank 500 through the condensed water channel 506. The Condensed water (reformed water) stored in the reformed water tank 500 is introduced into the reformed fuel supply path 404 via the reformed water supply path 508 by the reformed water pump 510. In this way, methanol as reformed fuel and reformed water are both supplied to the reformer 400.

制御部６００Ａにおいて、メモリ６２０に記憶されている燃料流量制御プログラム６２４Ａと、マップ６２２Ａと、マップ６２３Ａと、が主に、第１の実施例における制御部６００と異なる。燃料流量制御プログラム６２４Ａには、第１の実施例において述べたセンサ暖機検出ルーチン(図２)と、後述する燃料流量算出ルーチン(図７，８)が含まれる。センサ暖機検出ルーチンについては、第１の実施例と同様であるため、説明を省略する。 In the control unit 600A, the fuel flow rate control program 624A, the map 622A, and the map 623A stored in the memory 620 are mainly different from the control unit 600 in the first embodiment. The fuel flow rate control program 624A includes the sensor warm-up detection routine (FIG. 2) described in the first embodiment and a fuel flow rate calculation routine (FIGS. 7 and 8) described later. Since the sensor warm-up detection routine is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

本実施例の燃料電池システム１０００Ａでは、第１の実施例と異なり、改質器４００で生成された水素を含む燃料ガスが燃料電池スタック１００に供給される。そのため、制御部６００は、酸素濃度センサ２０４によって検出される酸素濃度の変動に基づいて、燃料電池スタック１００に供給される燃料ガスの適切な流量（最終燃料流量Ｑｆ＿ｆｉｎ）を算出し、算出された最終燃料流量Ｑｆ＿ｆｉｎの燃料ガスが改質器４００において生成されるように、流量調節弁４０６を制御する。その結果、燃料電池スタック１００に供給される燃料ガスの流量（以下、「燃料流量」ともいう。）が、酸素濃度センサ２０４によって検出される酸素濃度の変動に基づいて制御される。 In the fuel cell system 1000A of this embodiment, unlike the first embodiment, fuel gas containing hydrogen generated by the reformer 400 is supplied to the fuel cell stack 100. Therefore, the control unit 600 calculates an appropriate flow rate (final fuel flow rate Qf_fin) of the fuel gas supplied to the fuel cell stack 100 based on the fluctuation of the oxygen concentration detected by the oxygen concentration sensor 204. The flow rate adjustment valve 406 is controlled so that the fuel gas of the final fuel flow rate Qf_fin is generated in the reformer 400. As a result, the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell stack 100 (hereinafter also referred to as “fuel flow rate”) is controlled based on the fluctuation of the oxygen concentration detected by the oxygen concentration sensor 204.

図７、８は、燃料電池システム１０００Ａが備える制御部６００ＡのＣＰＵ６１０において実行される燃料流量算出ルーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、燃料電池システム１０００Ａが起動されると実行され、例えば、１００ｍｓ毎に繰り返し実行される。本ルーチンでは、燃焼部２００から排出される燃焼排ガス中の酸素濃度ｏの変動を示す燃焼排ガス中酸素濃度変動値σｏ＿ｐに基づいて、負荷要求ｉ＿ｒｅｑに応じた燃料流量（基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅ）を補正して、燃料電池スタック１００に供給する燃料流量（最終燃料流量Ｑｆ＿ｆｉｎ）を算出する。 7 and 8 are flowcharts showing a fuel flow rate calculation routine executed by the CPU 610 of the control unit 600A provided in the fuel cell system 1000A. This routine is executed when the fuel cell system 1000A is activated, and is repeatedly executed, for example, every 100 ms. In this routine, the fuel flow rate (basic fuel flow rate Qf_bse) corresponding to the load request i_req is corrected based on the oxygen concentration fluctuation value σo_p in the combustion exhaust gas indicating the fluctuation of the oxygen concentration o in the combustion exhaust gas discharged from the combustion unit 200. Then, the fuel flow rate (final fuel flow rate Qf_fin) supplied to the fuel cell stack 100 is calculated.

本実施例における燃料流量算出ルーチンが、第１の実施例と異なる点は、空気中の酸素濃度ｏ＿ａを考慮して、補正係数Ｋｏを導出している点である。以下、空気中の酸素濃度ｏ＿ａの変動を示す空気中酸素濃度変動値σｏ＿ａを考慮して補正された燃焼排ガス中の酸素濃度の変動値を、「補正酸素濃度変動値σｏ＿ｐａ」と称する。補正酸素濃度変動値σｏ＿ｐａ＝燃焼排ガス中の酸素濃度変動値σｏ＿ｐ−空気中の酸素濃度変動値σｏ＿ａである。 The fuel flow rate calculation routine in this embodiment is different from that in the first embodiment in that a correction coefficient Ko is derived in consideration of the oxygen concentration o_a in the air. Hereinafter, the fluctuation value of the oxygen concentration in the combustion exhaust gas corrected in consideration of the air oxygen concentration fluctuation value σo_a indicating the fluctuation of the oxygen concentration o_a in the air is referred to as “corrected oxygen concentration fluctuation value σo_pa”. The corrected oxygen concentration fluctuation value σo_pa = the oxygen concentration fluctuation value σo_p in the combustion exhaust gas−the oxygen concentration fluctuation value σo_a in the air.

図９は、本実施例における補正酸素濃度変動値σｏ＿ｐａと補正係数Ｋｏとの関係を示す図である。補正係数Ｋｏは、補正酸素濃度変動値σｏ＿ｐａが適切な範囲内になるように、燃料電池スタック１００に供給する水素の流量を補正するための係数である。本実施例において、図９に示す補正酸素濃度変動値σｏ＿ｐａと補正係数Ｋｏとの関係を表すマップ６２２Ａがメモリ６２０に予め記憶されている。第１の実施例と同様に、平均酸素濃度ｏｖが所定の値よりも大きい場合には実線のグラフ、平均酸素濃度ｏｖが所定の値よりも小さい場合には破線のグラフを用いて、補正係数Ｋｏが導出される。 FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the corrected oxygen concentration fluctuation value σo_pa and the correction coefficient Ko in the present embodiment. The correction coefficient Ko is a coefficient for correcting the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 100 so that the corrected oxygen concentration fluctuation value σo_pa falls within an appropriate range. In this embodiment, a map 622A representing the relationship between the corrected oxygen concentration fluctuation value σo_pa and the correction coefficient Ko shown in FIG. 9 is stored in the memory 620 in advance. As in the first embodiment, the correction coefficient is calculated using a solid line graph when the average oxygen concentration ov is larger than a predetermined value and a broken line graph when the average oxygen concentration ov is smaller than the predetermined value. Ko is derived.

図１０は、入出力ポート６３０を介してＣＰＵ６１０に入力される負荷要求ｉ＿ｒｅｑと基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅとの関係を示す図である。本実施例において、図１０に示す負荷要求ｉ＿ｒｅｑと基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅとの関係を表すマップ６２３Ａがメモリ６２０に予め記憶されている。 FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the load request i_req input to the CPU 610 via the input / output port 630 and the basic fuel flow rate Qf_bse. In the present embodiment, a map 623A representing the relationship between the load request i_req and the basic fuel flow rate Qf_bse shown in FIG.

図７に示すように、燃料電池システム１０００Ａが起動され、本ルーチンが起動されると、ＣＰＵ６１０は、メモリ６２０に記録されているセンサ暖機完了フラグがＯＮか否か判断する（ステップＵ１１２）。センサ暖機完了フラグがＯＦＦの場合は(ステップＵ１１２においてＮＯ)、本ルーチンを終了する。 As shown in FIG. 7, when the fuel cell system 1000A is activated and this routine is activated, the CPU 610 determines whether or not the sensor warm-up completion flag recorded in the memory 620 is ON (step U112). If the sensor warm-up completion flag is OFF (NO in step U112), this routine ends.

センサ暖機完了フラグがＯＮの場合には（ステップＵ１１２においてＹＥＳ）、ＣＰＵ６１０は、メモリ６２０に記録されているσｏ＿ａ計算完了フラグがＯＮか否か判断する(ステップＵ１１４)。燃料電池システム１０００Ａの起動時、σｏ＿ａ計算完了フラグはＯＦＦである。ステップＵ１１４において、σｏ＿ａ計算完了フラグがＯＦＦであると判断されると、ＣＰＵ６１０は、酸素濃度センサ２０４によって検出される、燃焼排ガス路２０２中を流れるガス中の酸素濃度ｏをメモリ６２０に記憶し、ｎ＝ｎ＋１にカウントアップする(ステップＵ１１６)。 When the sensor warm-up completion flag is ON (YES in step U112), CPU 610 determines whether or not the σo_a calculation completion flag recorded in memory 620 is ON (step U114). When the fuel cell system 1000A is activated, the σo_a calculation completion flag is OFF. When it is determined in step U114 that the σo_a calculation completion flag is OFF, the CPU 610 stores the oxygen concentration o in the gas flowing in the combustion exhaust gas path 202 detected by the oxygen concentration sensor 204 in the memory 620, Count up to n = n + 1 (step U116).

本実施例における燃料電池システム１０００Ａにおいて、σｏ＿ａ計算完了フラグがＯＮになるまでは、燃料電池スタック１００に水素は供給されず、装置掃気エア（空気）が供給されている。その結果、燃焼排ガス路２０２内を、空気が流通するため、酸素濃度センサ２０４は、空気中の酸素濃度を検出する。そして、ＣＰＵ６１０は、酸素濃度検出サンプリング数ｎ≧酸素濃度検出最大サンプリング数ｎ＿ｔｒｇか否か判断する（ステップＵ１１８）。本実施例において、第１の実施例と同様に、酸素濃度検出最大サンプリング数ｎ＿ｔｒｇ=２５０である。酸素濃度検出サンプリング数ｎ＜ｎ＿ｔｒｇの場合は（ステップＵ１１８において、ＮＯ）、本ルーチンを終了する。 In the fuel cell system 1000A in the present embodiment, hydrogen is not supplied to the fuel cell stack 100 until the σo_a calculation completion flag is turned on, and device scavenging air (air) is supplied. As a result, since air flows through the combustion exhaust gas path 202, the oxygen concentration sensor 204 detects the oxygen concentration in the air. Then, the CPU 610 determines whether or not the oxygen concentration detection sampling number n ≧ the oxygen concentration detection maximum sampling number n_trg (step U118). In the present embodiment, the oxygen concentration detection maximum sampling number n_trg = 250 as in the first embodiment. If the oxygen concentration detection sampling number n <n_trg (NO in step U118), this routine ends.

すなわち、酸素濃度ｏのサンプリング数が２５０になるまでは、酸素濃度センサ２０４において検出された空気中の酸素濃度ｏは、メモリ６２０に蓄積される。 That is, the oxygen concentration o in the air detected by the oxygen concentration sensor 204 is accumulated in the memory 620 until the sampling number of the oxygen concentration o reaches 250.

酸素濃度検出サンプリング数ｎ≧ｎ＿ｔｒｇの場合は（ステップＵ１１８において、ＹＥＳ）、空気中酸素濃度変動値σｏ＿ａを算出する（ステップＵ１２０）。 When the oxygen concentration detection sampling number n ≧ n_trg (YES in step U118), an air oxygen concentration fluctuation value σo_a is calculated (step U120).

空気中酸素濃度変動値σｏ＿ａは、上記した（式１）によって、第１の実施例において、燃焼排ガス中の酸素濃度変動値σｏを算出した場合と同様に算出される。 The oxygen concentration fluctuation value σo_a in the air is calculated in the same manner as in the case where the oxygen concentration fluctuation value σo in the combustion exhaust gas is calculated in the first embodiment by (Equation 1) described above.

その後、ＣＰＵ６１０は、ｎ＝０として(ステップＵ１２２)、メモリ６２０に記憶されているσｏ＿ａ計算完了フラグをＯＮにして（ステップＵ１２４）、本ルーチンを終了する。このようにして、空気中酸素濃度変動値σｏ＿ａが算出される。 Thereafter, the CPU 610 sets n = 0 (step U122), turns on the σo_a calculation completion flag stored in the memory 620 (step U124), and ends this routine. In this way, the air oxygen concentration fluctuation value σo_a is calculated.

本実施例において、σｏ＿ａ計算完了フラグがＯＮにされると、燃料電池スタック１００に水素が供給され、燃料電池の運転が開始される。 In this embodiment, when the σo_a calculation completion flag is turned ON, hydrogen is supplied to the fuel cell stack 100, and the operation of the fuel cell is started.

ステップＵ１１４において、σｏ＿ａ計算完了フラグがＯＮであると判断されると、ＣＰＵ６１０は、ステップＵ１３２（図８）へ進む。ステップＵ１３２において、ＣＰＵ６１０は、酸素濃度センサ２０４によって検出される、燃焼部２００からの燃焼排ガス中の酸素濃度ｏをメモリ６２０に記憶し、ｎ＝ｎ＋１にカウントアップする(ステップＵ１３２)。そして、ＣＰＵ６１０は、酸素濃度検出サンプリング数ｎ≧酸素濃度検出最大サンプリング数ｎ＿ｔｒｇか否か判断する（ステップＵ１３４）。本実施例において、酸素濃度検出最大サンプリング数ｎ＿ｔｒｇ=２５０である。酸素濃度検出サンプリング数ｎ＜ｎ＿ｔｒｇの場合は（ステップＵ１３４において、ＮＯ）、本ルーチンを終了する。 If it is determined in step U114 that the σo_a calculation completion flag is ON, the CPU 610 proceeds to step U132 (FIG. 8). In step U132, the CPU 610 stores the oxygen concentration o in the combustion exhaust gas from the combustion unit 200 detected by the oxygen concentration sensor 204 in the memory 620, and counts up to n = n + 1 (step U132). Then, the CPU 610 determines whether or not the oxygen concentration detection sampling number n ≧ the oxygen concentration detection maximum sampling number n_trg (step U134). In this embodiment, the maximum oxygen concentration detection sampling number n_trg = 250. If the oxygen concentration detection sampling number n <n_trg (NO in step U134), this routine ends.

酸素濃度検出サンプリング数ｎ≧ｎ＿ｔｒｇの場合は（ステップＵ１３４において、ＹＥＳ）、燃焼排ガス中酸素濃度変動値σｏ＿ｐと燃焼排ガス中の平均酸素濃度ｏｖを算出する（ステップＵ１３８）。燃焼排ガス中酸素濃度変動値σｏ＿ｐは、上記した（式１）によって算出される。 If the oxygen concentration detection sampling number n ≧ n_trg (YES in step U134), the combustion exhaust gas oxygen concentration fluctuation value σo_p and the combustion exhaust gas average oxygen concentration ov are calculated (step U138). The oxygen concentration fluctuation value σo_p in the combustion exhaust gas is calculated by the above (Equation 1).

その後、ＣＰＵ６１０は、最も以前に計測した燃焼排ガス中の酸素濃度ｏをクリアして、ｎ＝ｎ−１にする（ステップＵ１４０）。ＣＰＵ６１０は、ステップＵ１３８において算出された酸素濃度変動値σｏ＿ｐと、ステップＵ１２０において算出されたσｏ＿ａとを用いて、補正酸素濃度変動値σｏ＿ｐａを算出する。そして、補正酸素濃度変動値σｏ＿ｐａと平均酸素濃度ｏｖとを用いて、マップ６２２Ａを参照して、補正係数Ｋｏを導出する（ステップＵ１４４）。 Thereafter, the CPU 610 clears the oxygen concentration o in the combustion exhaust gas measured most recently and sets n = n−1 (step U140). The CPU 610 calculates the corrected oxygen concentration fluctuation value σo_pa using the oxygen concentration fluctuation value σo_p calculated in step U138 and the σo_a calculated in step U120. Then, using the corrected oxygen concentration fluctuation value σo_pa and the average oxygen concentration ov, the correction coefficient Ko is derived with reference to the map 622A (step U144).

ＣＰＵ６１０は、入力された負荷要求ｉ＿ｒｅｑに応じた基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅを、マップ６２３Ａを参照して、導出する（ステップＵ１４６）。最後に、ステップＵ１４４で導出された補正係数Ｋｏと、ステップＵ１４６で導出された基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅとに基づいて、最終燃料流量Ｑｆ_ｆｉｎを算出して（ステップＵ１４８）、本ルーチンを終了する。 The CPU 610 derives the basic fuel flow rate Qf_bse corresponding to the input load request i_req with reference to the map 623A (step U146). Finally, a final fuel flow rate Qf_fin is calculated based on the correction coefficient Ko derived in step U144 and the basic fuel flow rate Qf_bse derived in step U146 (step U148), and this routine is terminated.

電池スタック１００に供給される燃料ガスの流量が、上述のとおりに算出された最終燃料流量Ｑｆ_ｆｉｎになるように、ＣＰＵ６１０は、流量調節弁４０６を調節して、改質燃料タンク４０２から改質器４００に供給される改質燃料の流量を制御する。 The CPU 610 adjusts the flow rate adjustment valve 406 so that the flow rate of the fuel gas supplied to the battery stack 100 becomes the final fuel flow rate Qf_fin calculated as described above, and the reformer is changed from the reformed fuel tank 402 to the reformer. The flow rate of the reformed fuel supplied to 400 is controlled.

以上説明したように、本実施例における燃料電池システム１０００Ａでは、補正酸素濃度変動値σｏ＿ｐａ（燃焼排ガス中酸素濃度変動値σｏ＿ｐから空気中酸素濃度変動値σｏ＿ａを引いた値）に基づいて、補正係数Ｋｏを導出している。すなわち、酸素濃度センサ２０４の経時変化が考慮されるため、酸素濃度センサ２０４の経時変化にかかわらず、燃料電池スタック１００に供給される燃料流量を適切に制御することができる。 As described above, in the fuel cell system 1000A according to the present embodiment, the correction coefficient based on the corrected oxygen concentration fluctuation value σo_pa (the value obtained by subtracting the oxygen concentration fluctuation value σo_a in air from the oxygen concentration fluctuation value σo_p in the combustion exhaust gas). Ko is derived. That is, since the change with time of the oxygen concentration sensor 204 is taken into account, the flow rate of the fuel supplied to the fuel cell stack 100 can be appropriately controlled regardless of the change with time of the oxygen concentration sensor 204.

また、上述のとおり、本実施例における燃料電池システム１０００Ａは、改質器４００を備え、改質器４００により生成される燃料ガスが燃料電池スタック１００に供給される。燃料ガスには、水素以外に、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、および未反応の改質燃料（メタノール）が含まれ、水素だけでなく、一酸化炭素、メタン、およびメタノールも燃料電池スタック１００における発電に用いられて消費される。そして、燃料電池スタック１００において消費されなかった水素、一酸化炭素、メタン、およびメタノールが燃焼部２００に供給されて、燃焼される。 Further, as described above, the fuel cell system 1000A in the present embodiment includes the reformer 400, and the fuel gas generated by the reformer 400 is supplied to the fuel cell stack 100. In addition to hydrogen, the fuel gas includes carbon monoxide, carbon dioxide, methane, and unreacted reformed fuel (methanol), and not only hydrogen but also carbon monoxide, methane, and methanol include the fuel cell stack 100. Used for power generation in Then, hydrogen, carbon monoxide, methane, and methanol that have not been consumed in the fuel cell stack 100 are supplied to the combustion unit 200 and burned.

一酸化炭素、メタン、およびメタノールの燃焼範囲は、水素の燃焼範囲に比べて狭い。そのため、第１の実施例と比較して、燃焼部２００において、燃焼不良が生じる可能性が大きくなる。上述のとおり、改質器４００における改質反応は吸熱反応であるため、燃焼部２００において燃焼不良が生じると、改質反応不良が生じて、発電性能（安定した発電、発電効率）が低下するおそれがある。すなわち、第１の実施例のように、燃料電池スタック１００に供給する燃料ガスとして、水素のみを供給する場合に対して、燃焼部２００における燃焼状態（燃焼不良）が、燃料電池の発電性能（発電の安定性、発電効率）に及ぼす影響が大きい。 The combustion range of carbon monoxide, methane, and methanol is narrow compared to the combustion range of hydrogen. Therefore, as compared with the first embodiment, the combustion part 200 is more likely to cause a combustion failure. As described above, since the reforming reaction in the reformer 400 is an endothermic reaction, if a combustion failure occurs in the combustion unit 200, a reforming reaction failure occurs, and power generation performance (stable power generation, power generation efficiency) decreases. There is a fear. That is, as in the first embodiment, when only hydrogen is supplied as the fuel gas supplied to the fuel cell stack 100, the combustion state (combustion failure) in the combustion unit 200 is the power generation performance of the fuel cell ( The impact on power generation stability and power generation efficiency is large.

そのため、本実施例における燃料電池システム１０００Ａのように、燃焼排ガス中の酸素濃度の変動値に基づいて、改質器４００に供給される改質燃料の流量が制御されると、発電の安定性および発電効率が向上される。すなわち、本発明を、第２の実施例に示すような、改質器から供給されるガスを用いる燃料電池システムに適用すると、第１の実施例に示すような、純水素が供給される燃料電池システムに適用するよりも、顕著な効果を得ることができる。 Therefore, when the flow rate of the reformed fuel supplied to the reformer 400 is controlled based on the fluctuation value of the oxygen concentration in the combustion exhaust gas as in the fuel cell system 1000A in the present embodiment, the stability of power generation And the power generation efficiency is improved. That is, when the present invention is applied to a fuel cell system using a gas supplied from a reformer as shown in the second embodiment, a fuel supplied with pure hydrogen as shown in the first embodiment. A significant effect can be obtained as compared with application to a battery system.

Ｃ．第３の実施例：
図１１は、本発明の第３の実施例としての燃料電池システム１０００Ｂの構成を概略的に示す説明図である。本実施例の燃料電池システム１０００Ｂが、第２の実施例の燃料電池システム１０００Ａと異なる点は、主に、燃料電池スタック１００の出力電流を計測する電流計１１０を備えると共に、燃料流量の制御において、燃料電池スタック１００における出力電流を考慮する点である。図１１において、第２の実施例における燃料電池システム１０００Ａと同様の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。 C. Third embodiment:
FIG. 11 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of a fuel cell system 1000B as a third embodiment of the present invention. The difference between the fuel cell system 1000B of the present embodiment and the fuel cell system 1000A of the second embodiment is that the fuel cell system 1000B mainly includes an ammeter 110 that measures the output current of the fuel cell stack 100 and controls the fuel flow rate. In other words, the output current in the fuel cell stack 100 is taken into consideration. In FIG. 11, the same components as those of the fuel cell system 1000A in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

本実施例において、改質燃料タンク４０２に貯蔵されるメタノールの改質器４００への供給流量は、後述するように、燃焼部２００から排出される燃焼排ガス中の酸素濃度の変動値および燃料電池スタック１００における出力電流に基づいて、制御される。その結果、第２の実施例と同様に、燃料電池スタック１００に供給される燃料流量が制御される。 In the present embodiment, the supply flow rate of methanol stored in the reformed fuel tank 402 to the reformer 400 is, as will be described later, the fluctuation value of the oxygen concentration in the combustion exhaust gas discharged from the combustion unit 200 and the fuel cell. Control is based on the output current in the stack 100. As a result, similarly to the second embodiment, the flow rate of fuel supplied to the fuel cell stack 100 is controlled.

図１２は、燃料電池システム１０００Ｂが備える制御部６００ＢのＣＰＵ６１０において実行される燃料流量算出ルーチンの一部を表わすフローチャートである。本ルーチンは、第２の実施例における燃料流量算出ルーチン（図７，８）の図８の工程を図１２の工程に置き換えたものである。そのため、本実施例において、本ルーチンにおける前半の工程(図７)の図示および説明を省略する。本実施例における燃料流量算出ルーチンが、第２の実施例と異なる点は、燃料電池スタック１００における出力電流ｉの変動を考慮して、水素流量（最終燃料流量Ｑｆ＿ｆｉｎ）を算出している点である。以下、燃料電池スタック１００における出力電流ｉの変動を、「出力電流変動値σｉ」と称する。 FIG. 12 is a flowchart showing a part of a fuel flow rate calculation routine executed by CPU 610 of control unit 600B provided in fuel cell system 1000B. This routine is obtained by replacing the process of FIG. 8 of the fuel flow rate calculation routine (FIGS. 7 and 8) in the second embodiment with the process of FIG. Therefore, in the present embodiment, illustration and description of the first half step (FIG. 7) in this routine are omitted. The fuel flow rate calculation routine in this embodiment is different from the second embodiment in that the hydrogen flow rate (final fuel flow rate Qf_fin) is calculated in consideration of the fluctuation of the output current i in the fuel cell stack 100. is there. Hereinafter, the fluctuation of the output current i in the fuel cell stack 100 is referred to as “output current fluctuation value σi”.

図１３は、本実施例における出力電流変動値σｉと補正係数Ｋｉとの関係を示す図である。補正係数Ｋｉは、出力電流変動値σｉが適切な範囲内になるように、燃料電池スタック１００に供給する水素の流量を補正するための係数である。 FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the output current fluctuation value σi and the correction coefficient Ki in the present embodiment. The correction coefficient Ki is a coefficient for correcting the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 100 so that the output current fluctuation value σi is within an appropriate range.

図示するように、出力電流変動値σｉが第３の値ｉ１と第４の値ｉ２との間の値である場合は、Ｋｉ＝１．０である。すなわち、燃料電池スタック１００に供給する燃料ガスの流量（基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅ）を補正しない。本実施例において、第３の値ｉ１および第４の値ｉ２は、実験によって予め定められている。 As shown in the figure, Ki = 1.0 when the output current fluctuation value σi is a value between the third value i1 and the fourth value i2. That is, the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell stack 100 (basic fuel flow rate Qf_bse) is not corrected. In the present embodiment, the third value i1 and the fourth value i2 are predetermined by experiment.

本実施例において、図１３に示す出力電流変動値σｉと補正係数Ｋｉとの関係を表すマップ６２５がメモリ６２０に予め記憶されている。平均出力電流ｉｖが所定の値よりも大きい場合には実線のグラフ、平均出力電流ｉｖが所定の値よりも小さい場合には破線のグラフを用いて、補正係数Ｋｉが導出される。 In this embodiment, a map 625 representing the relationship between the output current fluctuation value σi and the correction coefficient Ki shown in FIG. 13 is stored in the memory 620 in advance. The correction coefficient Ki is derived using a solid line graph when the average output current iv is larger than a predetermined value and a broken line graph when the average output current iv is smaller than the predetermined value.

電流計１１０において検出される出力電流ｉが小さい場合には、出力電流ｉの変動（振幅）の計測精度が低下する。そのため、平均出力電流ｉｖが小さい場合に、平均出力電流ｉｖが大きい場合と同様に燃料電池スタック１００に供給する水素流量の増減を行うと、燃料電池スタック１００の誤作動が生じるおそれがある。本実施例において、燃料電池スタック１００に供給する水素流量の補正に伴う誤作動を抑制するために、平均出力電流ｉｖが小さい場合には、平均出力電流ｉｖが大きい場合に比べて、補正係数Ｋｉの値が小さくなるように、マップ６２５が作成されている。なお、本実施例において、例えば、平均出力電流ｉｖが１０Ａ以上の場合には「平均出力電流ｉｖが大きい」、平均出力電流ｉｖが１０Ａ未満の場合には「平均出力電流ｉｖが小さい」としている。 When the output current i detected by the ammeter 110 is small, the measurement accuracy of the fluctuation (amplitude) of the output current i decreases. Therefore, when the average output current iv is small, if the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 100 is increased or decreased as in the case where the average output current iv is large, the fuel cell stack 100 may malfunction. In this embodiment, in order to suppress malfunction due to correction of the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 100, the correction coefficient Ki is greater when the average output current iv is smaller than when the average output current iv is large. The map 625 is created so that the value of becomes smaller. In this embodiment, for example, “average output current iv is large” when the average output current iv is 10 A or more, and “average output current iv is small” when the average output current iv is less than 10 A. .

図１３に示すマップ６２５において、補正係数Ｋｉの値は、出力電流変動値σｉが第４の値ｉ２よりも大きい場合には大きく、出力電流変動値σｉが第３の値ｉ１よりも小さい場合には小さくしている。 In the map 625 shown in FIG. 13, the value of the correction coefficient Ki is large when the output current fluctuation value σi is larger than the fourth value i2, and when the output current fluctuation value σi is smaller than the third value i1. Is small.

すなわち、出力電流変動値σｉが第４の値ｉ２よりも大きい場合には、負荷要求ｉ＿ｒｅｑに応じた基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅよりも燃料電池スタック１００に供給される燃料ガスの流量を増加させることになる。出力電流変動値σｉが大きい場合は、燃料電池スタック１００において発電不良（例えば、燃料不足によって発電できないセルがある等）が生じていると考えられるため、燃料電池スタック１００に供給される燃料ガスの流量を増加させることにより、燃料電池スタック１００における発電が安定すると考えられる。 That is, when the output current fluctuation value σi is larger than the fourth value i2, the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell stack 100 is increased more than the basic fuel flow rate Qf_bse corresponding to the load request i_req. . When the output current fluctuation value σi is large, it is considered that a power generation failure (for example, there is a cell that cannot generate power due to a shortage of fuel) occurs in the fuel cell stack 100. Therefore, the fuel gas supplied to the fuel cell stack 100 It is considered that the power generation in the fuel cell stack 100 is stabilized by increasing the flow rate.

一方、出力電流変動値σｉが第３の値ｉ１よりも小さい場合には、負荷要求ｉ＿ｒｅｑに応じた基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅよりも燃料電池スタック１００に供給される燃料ガスの流量を減少させることになる。出力電流変動値σｉが小さい場合は、燃料電池スタック１００における発電状態が良好（安定）しており、燃料電池スタック１００に過剰に燃料が供給されていると考えられる。そのため、燃料電池スタック１００に供給される水素の流量を減少させることにより、燃料電池スタック１００における発電効率が向上されると考えられる。 On the other hand, when the output current fluctuation value σi is smaller than the third value i1, the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell stack 100 is decreased from the basic fuel flow rate Qf_bse corresponding to the load request i_req. . When the output current fluctuation value σi is small, the power generation state in the fuel cell stack 100 is good (stable), and it is considered that excessive fuel is supplied to the fuel cell stack 100. Therefore, it is considered that the power generation efficiency in the fuel cell stack 100 is improved by reducing the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 100.

本実施例において、第２の実施例と同様に、図９，１０に示すマップ６２２Ａ，６２３Ａもメモリ６２０に予め記憶されている。 In this embodiment, as in the second embodiment, maps 622A and 623A shown in FIGS. 9 and 10 are also stored in the memory 620 in advance.

本ルーチンは、燃料電池システム１０００Ｂが起動されると実行され、例えば、１００ｍｓ毎に繰り返し実行される。燃料電池システム１０００Ｂが起動され、本ルーチンが起動されると、ＣＰＵ６１０は、図７に示すステップＵ１１２〜Ｕ１２４を実行する。 This routine is executed when the fuel cell system 1000B is activated, and is repeatedly executed, for example, every 100 ms. When the fuel cell system 1000B is activated and this routine is activated, the CPU 610 executes steps U112 to U124 shown in FIG.

ＣＰＵ６１０は、ステップＵ１１４において、σｏ＿ａ計算完了フラグがＯＮであると判断すると、ステップＴ１３２（図１２）へ進む。ステップＴ１３２において、ＣＰＵ６１０は、電流計１１０によって燃料電池スタック１００の出力電流ｉを検出するとともに、酸素濃度センサ２０４によって燃焼部２００からの燃焼排ガス中の酸素濃度ｏを検出する。そして、それぞれの検出結果をメモリ６２０に記憶し、ｎ＝ｎ＋１にカウントアップする(ステップＴ１３２)。その後、ＣＰＵ６１０は、酸素濃度検出サンプリング数ｎ≧酸素濃度検出最大サンプリング数ｎ＿ｔｒｇか否か判断する（ステップＴ１３４）。 When CPU 610 determines in step U114 that the σo_a calculation completion flag is ON, it proceeds to step T132 (FIG. 12). In step T132, the CPU 610 detects the output current i of the fuel cell stack 100 with the ammeter 110, and detects the oxygen concentration o in the combustion exhaust gas from the combustion unit 200 with the oxygen concentration sensor 204. Then, the respective detection results are stored in the memory 620 and counted up to n = n + 1 (step T132). Thereafter, the CPU 610 determines whether or not the oxygen concentration detection sampling number n ≧ the oxygen concentration detection maximum sampling number n_trg (step T134).

本実施例において、酸素濃度検出最大サンプリング数ｎ＿ｔｒｇ=２５０である。酸素濃度検出サンプリング数ｎ＜ｎ＿ｔｒｇの場合は（ステップＴ１３４において、ＮＯ）、本ルーチンを終了する。なお、本実施例において、出力電流ｉの検出は、酸素濃度ｏの検出と同時に行われているため、酸素濃度検出サンプリング数ｎ＝電流検出サンプリング数である。 In this embodiment, the maximum oxygen concentration detection sampling number n_trg = 250. If the oxygen concentration detection sampling number n <n_trg (NO in step T134), this routine ends. In this embodiment, since the output current i is detected simultaneously with the detection of the oxygen concentration o, the oxygen concentration detection sampling number n = the current detection sampling number.

すなわち、燃焼排ガス中の酸素濃度ｏのサンプリング数ｎが２５０になるまでは、電流計１１０において検出された出力電流ｉと、酸素濃度センサ２０４において検出された燃焼排ガス中の酸素濃度ｏは、メモリ６２０に蓄積される。 That is, until the sampling number n of the oxygen concentration o in the combustion exhaust gas reaches 250, the output current i detected by the ammeter 110 and the oxygen concentration o detected in the combustion exhaust gas by the oxygen concentration sensor 204 are stored in the memory. 620 is accumulated.

酸素濃度検出サンプリング数ｎ≧ｎ＿ｔｒｇの場合は（ステップＴ１３４において、ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１０は、出力電流変動値σｉと平均出力電流ｉｖを算出する（ステップＴ１３８）。そして、燃焼排ガス中酸素濃度変動値σｏ＿ｐと燃焼排ガス中の平均酸素濃度ｏｖを算出する（ステップＴ１３８）。 When oxygen concentration detection sampling number n ≧ n_trg (YES in step T134), CPU 610 calculates output current fluctuation value σi and average output current iv (step T138). Then, an oxygen concentration fluctuation value σo_p in the combustion exhaust gas and an average oxygen concentration ov in the combustion exhaust gas are calculated (step T138).

燃焼排ガス中酸素濃度変動値σｏ＿ｐは、上記した（式１）によって算出される。出力電流変動値σｉは、以下の（式２）によって算出される。

The oxygen concentration fluctuation value σo_p in the combustion exhaust gas is calculated by the above (Equation 1). The output current fluctuation value σi is calculated by the following (Formula 2).

その後、ＣＰＵ６１０は、最も以前に計測した出力電流ｉと酸素濃度ｏをクリアして、ｎ＝ｎ−１にする（ステップＴ１４０）。ＣＰＵ６１０は、ステップＴ１３６において算出された出力電流変動値σｉと、平均出力電流ｉｖとを用いて、マップ６２５(図１３)を参照して、補正係数Ｋｉを導出する（ステップＴ１４２）。続いて、ＣＰＵ６１０は、第２の実施例と同様に、ステップＴ１３８において算出された酸素濃度変動値σｏ＿ｐと、ステップＴ１２０において算出されたσｏ＿ａとを用いて、補正酸素濃度変動値σｏ＿ｐａを算出する。そして、補正酸素濃度変動値σｏ＿ｐａと平均酸素濃度ｏｖとを用いて、マップ６２２Ａ(図９)を参照して、補正係数Ｋｏを導出する（ステップＴ１４４）。 Thereafter, the CPU 610 clears the output current i and the oxygen concentration o that were measured most recently and sets n = n−1 (step T140). The CPU 610 derives a correction coefficient Ki with reference to the map 625 (FIG. 13) using the output current fluctuation value σi calculated in step T136 and the average output current iv (step T142). Subsequently, as in the second embodiment, the CPU 610 calculates the corrected oxygen concentration fluctuation value σo_pa using the oxygen concentration fluctuation value σo_p calculated in step T138 and the σo_a calculated in step T120. Then, using the corrected oxygen concentration fluctuation value σo_pa and the average oxygen concentration ov, the correction coefficient Ko is derived with reference to the map 622A (FIG. 9) (step T144).

ＣＰＵ６１０は、入力された負荷要求ｉ＿ｒｅｑに応じた基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅを、マップ６２３Ａ(図１０)を参照して、導出する（ステップＴ１４６）。最後に、ステップＴ１４２で導出された補正係数Ｋｉと、ステップＴ１４４で導出された補正係数Ｋｏと、ステップＴ１４６で導出された基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅとに基づいて、最終燃料流量Ｑｆ_ｆｉｎを算出して（ステップＴ１４８）、本ルーチンを終了する。 The CPU 610 derives the basic fuel flow rate Qf_bse corresponding to the input load request i_req with reference to the map 623A (FIG. 10) (step T146). Finally, a final fuel flow rate Qf_fin is calculated based on the correction coefficient Ki derived in step T142, the correction coefficient Ko derived in step T144, and the basic fuel flow rate Qf_bse derived in step T146 (step T148), this routine is finished.

電池スタック１００に供給される水素の流量が、上述のとおりに算出された最終燃料流量Ｑｆ_ｆｉｎになるように、ＣＰＵ６１０は、流量調節弁４０６を調節して、改質燃料タンク４０２から改質器４００に供給される改質燃料の流量を制御する。 The CPU 610 adjusts the flow rate adjustment valve 406 so that the flow rate of hydrogen supplied to the battery stack 100 becomes the final fuel flow rate Qf_fin calculated as described above, and the reformer 400 is changed from the reformed fuel tank 402. The flow rate of the reformed fuel supplied to is controlled.

例えば、燃料電池スタック１００の一部において発電不良が生じると、出力電流ｉの変動が大きくなると考えられる。本実施例における補正係数Ｋｉは、出力電流ｉの変動が適切な範囲内になるように、燃料電池スタック１００に供給する水素の流量を補正するための係数である。 For example, when power generation failure occurs in a part of the fuel cell stack 100, it is considered that the fluctuation of the output current i increases. The correction coefficient Ki in the present embodiment is a coefficient for correcting the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 100 so that the fluctuation of the output current i falls within an appropriate range.

本実施例における燃料電池システム１０００Ｂでは、燃焼排ガス中の酸素濃度および燃料電池スタック１００の出力電流、それぞれの変動値が所定の範囲内になるように、負荷要求ｉ＿ｒｅｑに応じた燃料流量（基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅ）を補正して、最終燃料流量Ｑｆ＿ｆｉｎを算出している。したがって、改質器４００を備える燃料電池システム１０００Ｂにおいて、発電の安定性および発電効率がさらに向上される。
Ｄ．変形例： In the fuel cell system 1000B in the present embodiment, the fuel flow rate (basic fuel) corresponding to the load request i_req is set so that the oxygen concentration in the combustion exhaust gas, the output current of the fuel cell stack 100, and the fluctuation values thereof are within a predetermined range. The final fuel flow rate Qf_fin is calculated by correcting the flow rate Qf_bse). Therefore, in the fuel cell system 1000B including the reformer 400, the power generation stability and power generation efficiency are further improved.
D. Variation:

なお、この発明は上述の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。 In addition, this invention is not restricted to the above-mentioned Example and embodiment, It can implement in a various aspect in the range which does not deviate from the summary, For example, the following deformation | transformation is also possible.

（１）上記第１の実施例におけるマップ６２２において、Ｋｏ＝１．０となる酸素濃度変動値σｏの範囲（第１の値ｏ１〜第２の値ｏ２）は、平均酸素濃度ｏｖが大きい場合と、平均酸素濃度ｏｖが小さい場合とで、一致していた。しかしながら、平均酸素濃度ｏｖが大きい場合と、平均酸素濃度ｏｖが小さい場合とで、Ｋｏ＝１．０となる酸素濃度変動値σｏの範囲を変えてもよい。例えば、図１４は、変形例の酸素濃度変動値σｏと補正係数Ｋｏとの関係を示す図である。図１４では、平均酸素濃度ｏｖが小さい場合は、Ｋｏ＝１．０となる酸素濃度変動値σｏの範囲を、平均酸素濃度ｏｖが大きい場合よりも広く設定されている。酸素濃度センサ２０４において検出される酸素濃度ｏが小さい場合には、酸素濃度ｏの変動（振幅）の計測精度が低下する。平均酸素濃度ｏｖが小さい場合に、酸素濃度変動値σｏの適正な範囲（すなわち、Ｋｏ＝１．０となる酸素濃度変動値σｏの範囲）を、広く設定することにより、燃料電池システム１０００の誤作動が生じるおそれを低減することができる。 (1) In the map 622 in the first embodiment, the range of the oxygen concentration fluctuation value σo where Ko = 1.0 (the first value o1 to the second value o2) is when the average oxygen concentration ov is large. And the case where the average oxygen concentration ov is small. However, the range of the oxygen concentration fluctuation value σo at which Ko = 1.0 may be changed depending on whether the average oxygen concentration ov is large or the average oxygen concentration ov is small. For example, FIG. 14 is a diagram illustrating the relationship between the oxygen concentration variation value σo and the correction coefficient Ko in the modification. In FIG. 14, when the average oxygen concentration ov is small, the range of the oxygen concentration fluctuation value σo where Ko = 1.0 is set wider than when the average oxygen concentration ov is large. When the oxygen concentration o detected by the oxygen concentration sensor 204 is small, the measurement accuracy of the fluctuation (amplitude) of the oxygen concentration o decreases. When the average oxygen concentration ov is small, an appropriate range of the oxygen concentration fluctuation value σo (that is, a range of the oxygen concentration fluctuation value σo where Ko = 1.0) is set wide, so that the error of the fuel cell system 1000 can be reduced. The possibility that the operation may occur can be reduced.

同様に、Ｋｉ＝１．０となる出力電流変動値σｉの範囲（第３の値ｉ１〜第４の値ｉ２）は、平均出力電流ｉｖが大きい場合と、平均出力電流ｉｖが小さい場合とで、変えてもよい。出力電圧を用いて制御を行う場合についても同様である。 Similarly, the range of the output current fluctuation value σi where Ki = 1.0 (the third value i1 to the fourth value i2) is when the average output current iv is large and when the average output current iv is small. , You may change. The same applies to the case where control is performed using the output voltage.

（２）上記実施例において、平均酸素濃度ｏｖの大小、平均出力電流ｉｖの大小に応じて、燃料流量の増減割合を変えているが、平均酸素濃度ｏｖの大小、平均出力電流ｉｖの大小に関わらず、燃料流量の増減割合を同じにしてもよい。また、平均酸素濃度ｏｖの大小、平均出力電流ｉｖの大小の判断基準は、上記実施例に限定されない。 (2) In the above embodiment, the rate of increase / decrease in the fuel flow rate is changed according to the average oxygen concentration ov and the average output current iv, but the average oxygen concentration ov and the average output current iv are increased or decreased. Regardless, the increase / decrease rate of the fuel flow rate may be the same. The criteria for determining the average oxygen concentration ov and the average output current iv are not limited to the above embodiment.

（３）上記実施例において、燃焼部２００による発熱を利用して水道水を温水にするシステムと、燃焼部２００による発熱を利用して改質器４００により水素を生成するシステムとを例示したが、本発明は、上記実施例に限定されず、燃料電池と燃焼部を備える種々の燃料電池システムにおいて適用することができる。 (3) In the above embodiment, a system for heating tap water using the heat generated by the combustion unit 200 and a system for generating hydrogen by the reformer 400 using the heat generated by the combustion unit 200 are illustrated. The present invention is not limited to the above embodiment, and can be applied to various fuel cell systems including a fuel cell and a combustion section.

（４）上記実施例において、燃料電池スタック１００としてＳＯＦＣを用いているが、例えば、固体高分子電解質型燃料電池、水素分離膜型燃料電池等、種々の燃料電池を用いることができる。 (4) Although the SOFC is used as the fuel cell stack 100 in the above embodiment, various fuel cells such as a solid polymer electrolyte fuel cell and a hydrogen separation membrane fuel cell can be used.

（５）補正係数Ｋｏと酸素濃度変動値σｏとの関係、および補正係数Ｋｉと出力電流変動値σｉとの関係は、上記実施例に図示した関係に限定されない。例えば、上記第１の実施例における図４において、酸素濃度変動値σｏが第２の値ｏ２より大きい場合に、補正係数Ｋｏは直線的に増加しているが、曲線的に増加してもよいし、増減してもよい。基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅに対して、補正係数Ｋｏを用いて補正を施すことにより、酸素濃度変動値σｏが第１の値ｏ１と第２の値ｏ２との間になるような関係であればよい。また、基本燃料流量Ｑｆ＿ｂｓｅに対して、補正係数Ｋｉを用いて補正を施すことにより、出力電流変動値σｉが第３の値ｉ１と第４の値ｉ２との間になるような関係であればよい。 (5) The relationship between the correction coefficient Ko and the oxygen concentration variation value σo and the relationship between the correction coefficient Ki and the output current variation value σi are not limited to the relationships illustrated in the above embodiments. For example, in FIG. 4 in the first embodiment, when the oxygen concentration fluctuation value σo is larger than the second value o2, the correction coefficient Ko increases linearly, but may increase in a curved line. However, it may be increased or decreased. The basic fuel flow rate Qf_bse only needs to have a relationship such that the oxygen concentration fluctuation value σo is between the first value o1 and the second value o2 by performing correction using the correction coefficient Ko. If the relationship is such that the output current fluctuation value σi is between the third value i1 and the fourth value i2 by correcting the basic fuel flow rate Qf_bse using the correction coefficient Ki. Good.

（６）上記第３の実施例において、燃焼排ガス中酸素濃度変動値σｏ＿ｐと、燃料電池スタックの出力電流変動値σｉとに基づいて、燃料流量を制御する例を示したが、電流計１１０に換えて電圧計を備える構成にして、燃焼排ガス中酸素濃度変動値σｏ＿ｐと、燃料電池スタックの出力電圧の変動値とに基づいて、燃料流量を制御する構成にしてもよい。また、電流計１１０と電圧計を両方備える構成にしてもよい。 (6) In the third embodiment, the example in which the fuel flow rate is controlled based on the fluctuation concentration value σo_p of the combustion exhaust gas oxygen concentration and the output current fluctuation value σi of the fuel cell stack has been shown. Alternatively, a configuration including a voltmeter may be used to control the fuel flow rate based on the variation value σo_p of the oxygen concentration in the combustion exhaust gas and the variation value of the output voltage of the fuel cell stack. Moreover, you may make it the structure provided with both the ammeter 110 and a voltmeter.

１００…燃料電池スタック
１０２…水素タンク
１０４…水素供給路
１０６…流量調節弁
１０８…アノード排ガス路
１１０…電流計
１１４…空気供給路
１１６…エアポンプ
１１８…カソード排ガス路
２００…燃焼部
２０２…燃焼排ガス路
２０４…酸素濃度センサ
２０６…排ガス放出路
３００、３００Ａ…熱交換器
３０２…水道水導入路
３０４…温水放出路
４００…改質器
４０２…改質燃料タンク
４０４…改質燃料供給路
４０６…流量調節弁
４０８…燃料供給路
５００…改質水タンク
５０４…凝縮器
５０６…凝縮水路
５０８…改質水供給路
５１０…改質水ポンプ
６００、６００Ａ、６００Ｂ…制御部
６１０…ＣＰＵ
６２０…メモリ
６２２、６２２Ａ、６２３、６２３Ａ、６２５…マップ
６２４、６２４Ａ…燃料流量制御プログラム
６３０…入出力ポート
１０００、１０００Ａ、１０００Ｂ…燃料電池システム DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Fuel cell stack 102 ... Hydrogen tank 104 ... Hydrogen supply path 106 ... Flow control valve 108 ... Anode exhaust gas path 110 ... Ammeter 114 ... Air supply path 116 ... Air pump 118 ... Cathode exhaust gas path 200 ... Combustion part 202 ... Combustion exhaust gas path 204 ... Oxygen concentration sensor 206 ... Exhaust gas discharge path 300, 300A ... Heat exchanger 302 ... Tap water introduction path 304 ... Hot water discharge path 400 ... Reformer 402 ... Reformed fuel tank 404 ... Reformed fuel supply path 406 ... Flow rate adjustment Valve 408 ... Fuel supply path 500 ... Reformed water tank 504 ... Condenser 506 ... Condensed water path 508 ... Reformed water supply path 510 ... Reformed water pump 600, 600A, 600B ... Control unit 610 ... CPU
620: Memory 622, 622A, 623, 623A, 625 ... Map 624, 624A ... Fuel flow control program 630 ... Input / output port 1000, 1000A, 1000B ... Fuel cell system

Claims

A fuel cell system,
A fuel cell;
A fuel supply unit for supplying fuel to the fuel cell;
A combustion section for burning anode exhaust gas discharged from the anode of the fuel cell;
An oxygen concentration detector for detecting the oxygen concentration in a predetermined gas;
A fuel flow rate control unit for controlling the flow rate of fuel supplied from the fuel supply unit to the fuel cell;
With
The fuel flow rate control unit
Between the first value and the second value larger than the first value, the vibration amplitude of the oxygen concentration in the flue gas exhausted from the combustion unit, detected by the oxygen concentration detection unit. A fuel cell system for controlling the flow rate of the fuel to enter.

The fuel cell system according to claim 1, wherein
The fuel flow rate control unit
When the vibration amplitude of the oxygen concentration in the flue gas is larger than the second value, the flow rate of the fuel is increased, and the vibration amplitude of the oxygen concentration in the flue gas is larger than the first value. A fuel cell system that reduces the flow rate of the fuel when it is small.

The fuel cell system according to claim 1 or 2,
The fuel supply unit
A fuel generation unit that generates the fuel to be supplied to the fuel cell by using combustion heat in the combustion unit;
A raw material supply unit that supplies the fuel generation unit with a raw material used to generate the fuel;
With
The fuel flow rate control unit
A fuel cell system that controls the flow rate of the fuel supplied to the fuel cell by controlling the flow rate of the raw material supplied to the fuel generator.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
The fuel cell system, wherein the first value and the second value are determined based on a vibration amplitude of oxygen concentration in air detected by the oxygen concentration detection unit.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein
The range defined by the first value and the second value is set wider as the absolute value of the oxygen concentration in the combustion exhaust gas is smaller.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5,
The fuel flow rate control unit
When the flow rate of the fuel is controlled so that the vibration amplitude of the oxygen concentration in the combustion exhaust gas falls between the first value and the second value, the absolute oxygen concentration in the combustion exhaust gas A fuel cell system in which the smaller the value, the smaller the rate of increase / decrease in the fuel flow rate.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6,
Comprising at least one of an ammeter that measures the output current of the fuel cell and a voltmeter that measures the output voltage of the fuel cell;
The fuel flow rate control unit
further,
The oscillation amplitude of the output current measured by the ammeter or the output voltage measured by the voltmeter falls between a third value and a fourth value that is greater than the third value. And a fuel cell system for controlling the flow rate of the fuel.

The fuel cell system according to claim 7, wherein
The fuel flow rate control unit
When the oscillation amplitude of the output current measured by the ammeter or the output voltage measured by the voltmeter is larger than the fourth value, the flow rate of the fuel is increased and measured by the ammeter. The fuel cell system reduces the flow rate of the fuel when the output amplitude of the output current or the oscillation amplitude of the output voltage measured by the voltmeter is smaller than the third value.

The fuel cell system according to claim 7 or 8,
The range defined by the third value and the fourth value is set wider as the absolute value of the output current is smaller.

The fuel cell system according to any one of claims 7 to 9,
The fuel flow rate control unit
When the flow rate of the fuel is controlled so that the oscillation amplitude of the output current falls between the third value and the fourth value, the smaller the absolute value of the output current, the lower the value of the fuel. A fuel cell system that reduces the rate of change in flow rate.

A control method for a fuel cell system, comprising: a fuel cell; and a combustion unit that combusts anode exhaust gas discharged from the anode of the fuel cell,
(A) acquiring oxygen concentration in the combustion exhaust gas discharged from the combustion section;
(B) The vibration amplitude of the oxygen concentration in the combustion exhaust gas obtained in the step (a) is between the first value and the second value larger than the first value. Controlling the flow rate of fuel supplied to the fuel cell;
A control method for a fuel cell system.