JP2010257751A - Method of controlling fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To keep a target output by simple control even when voltage drop is caused. <P>SOLUTION: The method of controlling a fuel cell system includes a first step of setting a target output level for a fuel cell module; a second step of supplying fuel gas corresponding to fuel gas data; a third step of producing a current corresponding to the current data; a fourth step of detecting a present output level of the fuel cell module; a fifth step of comparing the present output level with the target output level; a sixth step of adjusting a fuel gas flow rate supplied to the fuel cell module; a seventh step of adjusting current obtaining from the fuel cell module; an eighth step of updating the fuel gas data corresponding to the target output level; and a ninth step of updating the current data corresponding to the target output level. At least any one of the sixth step, seventh step, eighth step or ninth step is carried out based on the comparing result of the fifth step. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を複数積層した燃料電池スタックを有する燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールの発電量を制御する制御装置とを備える燃料電池システムの制御方法に関する。   The present invention provides a fuel cell module having a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells that generate power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas are stacked, and a control device that controls a power generation amount of the fuel cell module. The present invention relates to a battery system control method.

通常、固体酸化物形燃料電池(SOFC)は、固体電解質に酸化物イオン導電体、例えば、安定化ジルコニアを用いており、この固体電解質の両側にアノード電極及びカソード電極を配設した電解質・電極接合体(以下、MEAともいう)を、セパレータ(バイポーラ板)によって挟持している。この燃料電池は、通常、電解質・電極接合体とセパレータとが所定数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。   In general, a solid oxide fuel cell (SOFC) uses an oxide ion conductor, for example, stabilized zirconia, as a solid electrolyte, and an electrolyte / electrode in which an anode electrode and a cathode electrode are disposed on both sides of the solid electrolyte. A joined body (hereinafter also referred to as MEA) is sandwiched between separators (bipolar plates). This fuel cell is normally used as a fuel cell stack in which a predetermined number of electrolyte / electrode assemblies and separators are laminated.

この種の燃料電池スタックでは、発電性能の劣化により出力が低下する場合がある。そこで、電池の特性劣化を抑制するために、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池発電装置が知られている。   In this type of fuel cell stack, the output may decrease due to the degradation of power generation performance. Therefore, in order to suppress deterioration of battery characteristics, for example, a fuel cell power generator disclosed in Patent Document 1 is known.

この燃料電池発電装置は、燃料電池の負荷電流及び電圧を測定し、この測定された負荷電流及び電圧を運転時間に対応させて経時変化として記録し、この経時変化と燃料電池の健全な電池出力経時変化とを比較して燃料電池の状態を評価し、この評価結果に応じて燃料又は酸化剤のうち少なくとも一方の流量を制御している。すなわち、燃料電池の負荷電流及び電圧の測定により、燃料電池の劣化状態、運転状態を検知し、燃料電池に供給する燃料又は酸化剤の反応ガス量を燃料電池の状況に適した量に調整することによって、燃料電池の特性の安定化を図る、としている。   This fuel cell power generator measures the load current and voltage of the fuel cell, records the measured load current and voltage as a change with time corresponding to the operation time, and changes the change with time and the healthy battery output of the fuel cell. The state of the fuel cell is evaluated by comparing the change with time, and the flow rate of at least one of the fuel and the oxidant is controlled according to the evaluation result. That is, by measuring the load current and voltage of the fuel cell, the deterioration state and the operation state of the fuel cell are detected, and the amount of the reaction gas of the fuel or oxidant supplied to the fuel cell is adjusted to an amount suitable for the fuel cell situation This is intended to stabilize the characteristics of the fuel cell.

また、特許文献2に開示されている燃料電池システムは、固体高分子形燃料電池と、燃料供給手段と、酸化剤供給手段と、固体高分子形燃料電池と燃料供給手段と酸化剤供給手段とを制御する制御手段と、を備えている。   Further, a fuel cell system disclosed in Patent Document 2 includes a polymer electrolyte fuel cell, a fuel supply unit, an oxidant supply unit, a polymer electrolyte fuel cell, a fuel supply unit, and an oxidant supply unit. And a control means for controlling.

この燃料電池システムは、固体高分子形燃料電池の開回路電圧を測定する開回路電圧測定手段を備え、制御手段は、開回路電圧に応じて、燃料供給手段又は酸化剤供給手段の少なくとも一方を制御している。具体的には、予め設定された第1の供給量の燃料及び酸化剤が固体高分子形燃料電池へ供給される第1の運転モードと、燃料又は酸化剤の少なくとも一方の供給量を減少させた第2の供給量の燃料及び酸化剤が固体高分子形燃料電池へ供給される第2の運転モードと、を有している。   The fuel cell system includes an open circuit voltage measuring unit that measures an open circuit voltage of the polymer electrolyte fuel cell, and the control unit controls at least one of the fuel supply unit and the oxidant supply unit according to the open circuit voltage. I have control. Specifically, a first operation mode in which a preset first supply amount of fuel and oxidant is supplied to the polymer electrolyte fuel cell, and a supply amount of at least one of fuel or oxidant are reduced. And a second operation mode in which the second supply amount of fuel and oxidant are supplied to the polymer electrolyte fuel cell.

特開平8−96825号公報JP-A-8-96825 特開2007−234347号公報JP 2007-234347 A

しかしながら、上記の特許文献1では、燃料電池の負荷電流及び電圧を経時変化として計測するため、時間計測が必要となっている。しかも、電圧の測定によって燃料電池の劣化状態を検知するため、燃料利用率が大きく変化してしまう場合がある。   However, in Patent Document 1 described above, time measurement is required because the load current and voltage of the fuel cell are measured as changes over time. Moreover, since the deterioration state of the fuel cell is detected by measuring the voltage, the fuel utilization rate may change greatly.

さらに、燃料電池の停止前と再起動後とにおける経時変化を記録するため、起動停止時にのみ燃料電池の劣化を判断することができる。従って、起動停止が少ない燃料電池の場合は、劣化を判断する回数が減少して適切な時期に劣化を判断することができないという問題がある。その上、特許文献1は、最適な反応ガス利用率で運転することを目的としており、使用者が所望する出力の提供や高効率での運転の提供を図ることができない。   Furthermore, since changes with time before and after the fuel cell is stopped are recorded, it is possible to determine the deterioration of the fuel cell only when the fuel cell is stopped. Therefore, in the case of a fuel cell with few start-stops, there is a problem that the number of times of judging deterioration is reduced and deterioration cannot be judged at an appropriate time. In addition, Patent Document 1 aims to operate at an optimum reaction gas utilization rate, and cannot provide the output desired by the user or the operation with high efficiency.

また、上記の特許文献2では、開回路電圧に応じて燃料供給手段又は酸化剤供給手段の少なくとも一方を制御しており、無負荷状態(開回路状態)になければ、劣化を検知することができないという問題がある。   Further, in Patent Document 2 described above, at least one of the fuel supply means or the oxidant supply means is controlled according to the open circuit voltage, and deterioration can be detected if the load is not in a no-load state (open circuit state). There is a problem that you can not.

しかも、開回路電圧に応じて燃料供給手段又は酸化剤供給手段の少なくとも一方を制御するため、実際に使用される閉回路状態での最適な燃料供給手段又は酸化剤供給手段を制御することができないという問題がある。   Moreover, since at least one of the fuel supply means and the oxidant supply means is controlled according to the open circuit voltage, the optimum fuel supply means or oxidant supply means in a closed circuit state that is actually used cannot be controlled. There is a problem.

その上、劣化を検知する状態である開回路状態と、劣化に合わせて実運転する状態である閉回路状態とは、状態に差が生じてしまい、正確に劣化に合わせた実運転が遂行されないおそれがある。   In addition, there is a difference between the open circuit state, which is a state for detecting deterioration, and the closed circuit state, which is a state for actually operating in accordance with the deterioration, and the actual operation according to the deterioration is not performed accurately. There is a fear.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、電圧低下が惹起された際にも、簡単な制御で、目標出力を維持することが可能な燃料電池システムの制御方法を提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and an object of the present invention is to provide a control method of a fuel cell system capable of maintaining a target output with simple control even when a voltage drop is caused. And

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を複数積層した燃料電池スタックを有する燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールの発電量を制御する制御装置とを備える燃料電池システムの制御方法に関するものである。   The present invention provides a fuel cell module having a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells that generate power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas are stacked, and a control device that controls a power generation amount of the fuel cell module. The present invention relates to a battery system control method.

この制御方法は、燃料電池モジュールの目標出力値に対応する燃料ガスデータ及び電流データが予め設定されており、前記燃料電池モジュールの前記目標出力値を設定する第1の工程と、前記第1の工程の設定結果に基づき、前記燃料ガスデータに応じた燃料ガスを供給する第2の工程と、前記第1の工程の設定結果に基づき、前記電流データに応じた電流を得る第3の工程と、前記燃料電池モジュールの現在出力値を検出する第4の工程と、前記目標出力値又は前記目標出力値の規定範囲と前記現在出力値とを比較する第5の工程と、前記燃料電池モジュールに供給する燃料ガス流量を調整する第6の工程と、前記燃料電池モジュールから得る電流を調整する第7の工程と、前記目標出力値に対応する前記燃料ガスデータを更新する第8の工程と、前記目標出力値に対応する前記電流データを更新する第9の工程とを有している。そして、第5の工程の比較結果に基づいて、少なくとも第6の工程、第7の工程、第8の工程又は第9の工程のいずれかを行っている。   In this control method, fuel gas data and current data corresponding to the target output value of the fuel cell module are preset, and the first step of setting the target output value of the fuel cell module; A second step of supplying a fuel gas corresponding to the fuel gas data based on a setting result of the step; a third step of obtaining a current corresponding to the current data based on the setting result of the first step; A fourth step of detecting a current output value of the fuel cell module; a fifth step of comparing the target output value or a specified range of the target output value with the current output value; and A sixth step of adjusting the flow rate of the supplied fuel gas; a seventh step of adjusting a current obtained from the fuel cell module; and an eighth step of updating the fuel gas data corresponding to the target output value. And extent, and a ninth step of updating the current data corresponding to the target output value. Based on the comparison result of the fifth step, at least one of the sixth step, the seventh step, the eighth step, or the ninth step is performed.

また、この制御方法は、第5の工程で、現在出力値が、目標出力値未満又は前記目標出力値の規定範囲未満であると判断された際、第6の工程における燃料電池モジュールに供給する燃料ガス流量の増加を行い、次いで、第7の工程における前記燃料電池モジュールから得る電流の増加を行った後、第4の工程に戻ることが好ましい。   Further, in this control method, when it is determined in the fifth step that the current output value is less than the target output value or less than the specified range of the target output value, the control method supplies the fuel cell module in the sixth step. After increasing the fuel gas flow rate and then increasing the current obtained from the fuel cell module in the seventh step, it is preferable to return to the fourth step.

このため、燃料電池が所望の目標出力値を得ることができない場合に、この燃料電池に供給される燃料ガスを増加させた後、前記燃料電池から取り出される電流を増加させることにより、急激な燃料利用率の変化、特に、燃料利用率の過上昇による燃料枯れが抑制される。従って、燃料電池、具体的には、電解質・電極接合体の劣化が抑制され、燃料電池モジュールの信頼性及び耐久性の向上が図られる。   For this reason, when the fuel cell cannot obtain the desired target output value, the fuel gas supplied to the fuel cell is increased, and then the current taken out from the fuel cell is increased, thereby increasing the rapid fuel consumption. Changes in the utilization rate, in particular, fuel depletion due to an excessive increase in the fuel utilization rate are suppressed. Therefore, the deterioration of the fuel cell, specifically, the electrolyte / electrode assembly is suppressed, and the reliability and durability of the fuel cell module are improved.

さらに、この制御方法は、第5の工程で、現在出力値が、目標出力値超過又は前記目標出力値の規定範囲超過であると判断された際、第7の工程における燃料電池モジュールから得る電流の減少を行い、次いで、第6の工程における前記燃料電池モジュールに供給する燃料ガス流量の減少を行った後、第4の工程に戻ることが好ましい。   Further, in this control method, when it is determined in the fifth step that the current output value exceeds the target output value or exceeds the specified range of the target output value, the current obtained from the fuel cell module in the seventh step It is preferable to reduce the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell module in the sixth step and then return to the fourth step.

これにより、燃料電池の現在出力値が目標出力値を超過している場合には、先ず、燃料電池から取り出される電流を減少させた後、前記燃料電池に供給される燃料ガス流量を減少させるため、急激な燃料利用率の変化、特に、燃料利用率の過上昇による燃料枯れが抑制される。このため、電解質・電極接合体の劣化が抑制され、燃料電池モジュールの信頼性及び耐久性の向上が図られる。   Thus, when the current output value of the fuel cell exceeds the target output value, first, the current taken out from the fuel cell is reduced, and then the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell is reduced. In addition, drastic change in fuel utilization rate, in particular, fuel depletion due to excessive increase in fuel utilization rate is suppressed. For this reason, the deterioration of the electrolyte / electrode assembly is suppressed, and the reliability and durability of the fuel cell module are improved.

さらにまた、この制御方法は、第6の工程及び第7の工程は、燃料利用率が予め設定された規定範囲内にあることを維持された状態で行われることが好ましい。従って、燃料電池モジュールに供給する燃料ガス流量を調整する第6の工程及び前記燃料電池モジュールから得る電流を調整する第7の工程は、燃料利用率が予め設定された規定範囲内にあることを維持された状態で行われるため、急激な燃料利用率の変化、特に燃料利用率の過上昇による燃料枯れが抑制される。これにより、電解質・電極接合体の劣化が抑制され、燃料電池モジュールの信頼性及び耐久性の向上が図られる。   Furthermore, in this control method, it is preferable that the sixth step and the seventh step are performed in a state where the fuel utilization rate is maintained within a preset specified range. Accordingly, in the sixth step of adjusting the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell module and the seventh step of adjusting the current obtained from the fuel cell module, the fuel utilization rate is within a preset specified range. Since the operation is performed in a maintained state, a sudden change in the fuel utilization rate, in particular, fuel depletion due to an excessive increase in the fuel utilization rate is suppressed. Thereby, deterioration of the electrolyte / electrode assembly is suppressed, and the reliability and durability of the fuel cell module are improved.

また、この制御方法は、第5の工程で、現在出力値が、目標出力値と等しい又は前記目標出力値の規定範囲内であると判断された際、少なくとも第6の工程又は第7の工程のいずれかで調整が行われた否かを判断することが好ましい。燃料ガス流量の調整及び電流値の調整がなされていない場合には、目標出力値に対応する燃料ガスデータ及び前記目標出力値に対応する電流データを更新する必要がない。このため、燃料電池モジュールに出力低下が惹起しておらず、前記燃料電池モジュールを効率的に発電させることができる。   In the control method, in the fifth step, when it is determined that the current output value is equal to the target output value or within the specified range of the target output value, at least the sixth step or the seventh step. It is preferable to determine whether or not the adjustment is performed in any of the above. When the fuel gas flow rate and the current value are not adjusted, it is not necessary to update the fuel gas data corresponding to the target output value and the current data corresponding to the target output value. For this reason, output reduction is not caused in the fuel cell module, and the fuel cell module can be efficiently generated.

さらに、少なくとも第6の工程又は第7の工程のいずれかで調整が行われたと判断された際、少なくとも第8の工程又は第9の工程のいずれかを行うことが好ましい。目標出力値が得られた後、前記目標出力値に対応する燃料ガスデータ及び電流データが更新されるため、次回以降、同一の目標出力値を得たい場合には、迅速且つ確実に前記目標出力値に応じた燃料ガスの供給及び電流の取り出しを行うことが可能になる。   Furthermore, when it is determined that the adjustment has been performed at least in either the sixth step or the seventh step, it is preferable to perform at least one of the eighth step and the ninth step. After the target output value is obtained, the fuel gas data and the current data corresponding to the target output value are updated. Therefore, if the same target output value is to be obtained from the next time, the target output is quickly and reliably obtained. It becomes possible to supply the fuel gas and take out the current according to the value.

さらにまた、この制御方法では、燃料電池モジュールは、固体酸化物形燃料電池モジュールであることが好ましい。従って、燃料電池は、発生する熱量の多い高温型燃料電池であり、燃料電池システムの耐久性及び寿命を一層向上させることができる。しかも、固体酸化物形燃料電池モジュールに適用することにより、出力変更時の温度低下を抑制することが可能になり、高温な稼動を維持することができる。   Furthermore, in this control method, the fuel cell module is preferably a solid oxide fuel cell module. Therefore, the fuel cell is a high-temperature fuel cell that generates a large amount of heat, and the durability and life of the fuel cell system can be further improved. Moreover, by applying it to the solid oxide fuel cell module, it is possible to suppress a temperature drop when changing the output, and a high temperature operation can be maintained.

本発明によれば、目標出力値と現在出力値との比較結果に基づいて、少なくとも燃料電池モジュールに供給する燃料ガス流量を調整する工程、前記燃料電池モジュールから得る電流を調整する工程、前記目標出力値に対応する燃料ガスデータを更新する工程又は前記目標出力値に対応する電流データを更新する工程のいずれかを行っている。   According to the present invention, based on the comparison result between the target output value and the current output value, at least the step of adjusting the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell module, the step of adjusting the current obtained from the fuel cell module, the target Either the step of updating the fuel gas data corresponding to the output value or the step of updating the current data corresponding to the target output value is performed.

このため、燃料電池が電圧低下により所望の目標出力値が得られない場合にも、燃料ガス流量を調整したり、電流を調整したりすることで、目標出力値を確実に得ることができる。   For this reason, even when the fuel cell cannot obtain a desired target output value due to a voltage drop, the target output value can be reliably obtained by adjusting the fuel gas flow rate or the current.

次いで、目標出力値に対応する燃料ガスデータ、又は、前記目標出力値に対応する電流データの少なくともいずれかが更新されている。従って、次回以降、同一の目標出力値を得る際には、迅速且つ的確に前記目標出力値に応じた燃料ガスの供給及び電流の取り出しを行うことが可能になる。   Next, at least one of the fuel gas data corresponding to the target output value and the current data corresponding to the target output value is updated. Therefore, when the same target output value is obtained after the next time, it becomes possible to quickly and accurately supply the fuel gas and take out the current in accordance with the target output value.

本発明の実施形態に係る制御方法が適用される燃料電池システムの機械系回路を示す概略構成説明図である。It is a schematic structure explanatory view showing a mechanical system circuit of a fuel cell system to which a control method according to an embodiment of the present invention is applied. 前記燃料電池システムの回路図である。It is a circuit diagram of the fuel cell system. 前記制御方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the said control method. 燃料電池モジュールの発電性能の説明図である。It is explanatory drawing of the electric power generation performance of a fuel cell module. 前記燃料電池モジュールの目標出力値に対応する電流値及び燃料ガス流量の説明図である。It is explanatory drawing of the electric current value and fuel gas flow volume corresponding to the target output value of the said fuel cell module. 前記目標出力値の範囲の説明図である。It is explanatory drawing of the range of the said target output value. 前記発電性能の低下状態から出力を増加させる際の説明図である。It is explanatory drawing at the time of increasing an output from the fall state of the said power generation performance. 前記目標出力値に対応する前記電流値及び前記燃料ガス流量の書き換えの説明図である。It is explanatory drawing of rewriting of the said electric current value and the said fuel gas flow volume corresponding to the said target output value.

図1及び図2に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池システム10は、定置用の他、車載用等の種々の用途に用いられている。   As shown in FIG.1 and FIG.2, the fuel cell system 10 which concerns on embodiment of this invention is used for various uses, such as a vehicle-mounted use other than stationary use.

燃料電池システム10は、燃料ガス(水素ガス)と酸化剤ガス(空気)との電気化学反応により発電する燃料電池モジュール(SOFCモジュール)12と、前記燃料電池モジュール12に原燃料(例えば、都市ガス)を供給する原燃料供給装置(燃料ガスポンプを含む)16と、前記燃料電池モジュール12に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置(空気ポンプを含む)18と、前記燃料電池モジュール12に水を供給する水供給装置(水ポンプを含む)20と、前記燃料電池モジュール12で発生した直流電力を要求仕様電力に変換する電力変換装置22と、前記燃料電池モジュール12の発電量を制御する制御装置24とを備える。   The fuel cell system 10 includes a fuel cell module (SOFC module) 12 that generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas (hydrogen gas) and an oxidant gas (air), and a raw fuel (for example, city gas) in the fuel cell module 12. ) 16, an oxidant gas supply device (including an air pump) 18 for supplying the oxidant gas to the fuel cell module 12, and the fuel cell module 12. A water supply device (including a water pump) 20 that supplies water, a power conversion device 22 that converts DC power generated in the fuel cell module 12 into required specification power, and a power generation amount of the fuel cell module 12 are controlled. And a control device 24.

燃料電池モジュール12は、複数の固体酸化物形の燃料電池26が鉛直方向に積層される固体酸化物形の燃料電池スタック28を備える。燃料電池26は、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される電解質の両面に、カソード電極及びアノード電極が設けられた電解質・電極接合体(MEA)を備える。電解質・電極接合体は、円板状に形成されるとともに、シールレスタイプの燃料電池を構成する。   The fuel cell module 12 includes a solid oxide fuel cell stack 28 in which a plurality of solid oxide fuel cells 26 are stacked in the vertical direction. The fuel cell 26 includes, for example, an electrolyte / electrode assembly (MEA) in which a cathode electrode and an anode electrode are provided on both surfaces of an electrolyte composed of an oxide ion conductor such as stabilized zirconia. The electrolyte / electrode assembly is formed in a disc shape and constitutes a sealless type fuel cell.

図2に示すように、燃料電池スタック28の中心部には、燃料ガス供給連通孔30が積層方向(矢印A方向)に延在して設けられ、前記燃料ガス供給連通孔30から各燃料電池26のアノード電極に燃料ガスが供給される。   As shown in FIG. 2, a fuel gas supply communication hole 30 is provided at the center of the fuel cell stack 28 so as to extend in the stacking direction (the direction of arrow A), and each fuel cell is extended from the fuel gas supply communication hole 30. Fuel gas is supplied to the 26 anode electrodes.

燃料電池スタック28の中央縁部には、燃料ガス供給連通孔30を中心に同心円上に複数の酸化剤ガス供給連通孔32が設けられ、この酸化剤ガス供給連通孔32から各燃料電池26のカソード電極に空気が供給される。酸化剤ガス供給連通孔32は、アノード電極で使用された燃料ガス及びカソード電極で使用された空気を排出する排ガス連通孔34を兼用する。   A plurality of oxidant gas supply communication holes 32 are provided concentrically around the fuel gas supply communication hole 30 at the center edge of the fuel cell stack 28, and each fuel cell 26 is connected through the oxidant gas supply communication hole 32. Air is supplied to the cathode electrode. The oxidant gas supply communication hole 32 also serves as the exhaust gas communication hole 34 for discharging the fuel gas used in the anode electrode and the air used in the cathode electrode.

図1及び図2に示すように、燃料電池スタック28の積層方向上端側(又は積層方向下端側)には、酸化剤ガスを前記燃料電池スタック28に供給する前に加熱する熱交換器36と、原燃料と水蒸気との混合燃料を生成するために、水を蒸発させる蒸発器38と、前記混合燃料を改質して改質ガスを生成する改質器40とが配設される。   As shown in FIGS. 1 and 2, on the upper end side (or lower end side in the stacking direction) of the fuel cell stack 28, there is a heat exchanger 36 that heats the oxidant gas before supplying it to the fuel cell stack 28. In order to generate a mixed fuel of raw fuel and water vapor, an evaporator 38 that evaporates water and a reformer 40 that reforms the mixed fuel to generate a reformed gas are disposed.

燃料電池スタック28の積層方向下端側(又は積層方向上端側)には、前記燃料電池スタック28を構成する燃料電池26に、積層方向(矢印A方向)に沿って締め付け荷重を付与するための荷重付与機構42が配設される(図2参照)。   On the lower end side (or upper end side in the stacking direction) of the fuel cell stack 28, a load for applying a tightening load along the stacking direction (arrow A direction) to the fuel cells 26 constituting the fuel cell stack 28. An application mechanism 42 is disposed (see FIG. 2).

改質器40は、都市ガス(原燃料)中に含まれるエタン(C26)、プロパン(C38)及びブタン(C410)等の高級炭化水素(C2+)を、主としてメタン(CH4)、水素、COを含む燃料ガスに水蒸気改質するための予備改質器であり、数百℃の作動温度に設定される。 The reformer 40 removes higher hydrocarbons (C 2+ ) such as ethane (C 2 H 6 ), propane (C 3 H 8 ) and butane (C 4 H 10 ) contained in city gas (raw fuel). , A pre-reformer for steam reforming to a fuel gas mainly containing methane (CH 4 ), hydrogen, and CO, and is set to an operating temperature of several hundred degrees Celsius.

燃料電池26は、作動温度が数百℃と高温であり、電解質・電極接合体では、燃料ガス中のメタンが改質されて水素、COが得られ、この水素、COがアノード電極に供給される。   The fuel cell 26 has an operating temperature as high as several hundred degrees Celsius. In the electrolyte / electrode assembly, methane in the fuel gas is reformed to obtain hydrogen and CO, and this hydrogen and CO are supplied to the anode electrode. The

熱交換器36は、燃料電池スタック28から排出される使用済み反応ガス(以下、排ガスともいう)を流すための排ガス通路44と、被加熱流体である空気を排ガスと対向流に流すための空気通路46とを有する。空気通路46の上流側は、空気供給管48に連通するとともに、前記空気通路46の下流側は、燃料電池スタック28の酸化剤ガス供給連通孔32に連通する。   The heat exchanger 36 includes an exhaust gas passage 44 for flowing used reaction gas (hereinafter also referred to as exhaust gas) discharged from the fuel cell stack 28, and air for flowing air, which is a fluid to be heated, in a counterflow with the exhaust gas. And a passage 46. The upstream side of the air passage 46 communicates with the air supply pipe 48, and the downstream side of the air passage 46 communicates with the oxidant gas supply communication hole 32 of the fuel cell stack 28.

蒸発器38には、原燃料通路50と水通路52とが設けられる。原燃料通路50は、原燃料供給装置16に接続されるとともに、改質器40は、燃料ガス供給連通孔30に連通する。水通路52は、水供給装置20に接続される一方、酸化剤ガス供給装置18は、空気供給管48に接続される。   The evaporator 38 is provided with a raw fuel passage 50 and a water passage 52. The raw fuel passage 50 is connected to the raw fuel supply device 16, and the reformer 40 communicates with the fuel gas supply communication hole 30. The water passage 52 is connected to the water supply device 20, while the oxidant gas supply device 18 is connected to the air supply pipe 48.

原燃料供給装置16、酸化剤ガス供給装置18及び水供給装置20は、制御装置24により制御されるとともに、前記制御装置24には、燃料電池スタック28の発電時の電圧及び電流をモニタする電圧・電流モニタ56が電気的に接続される。電力変換装置22には、例えば、商用電源58(又は、負荷や2次電池等)が接続される(図2参照)。   The raw fuel supply device 16, the oxidant gas supply device 18, and the water supply device 20 are controlled by a control device 24, and the control device 24 includes a voltage for monitoring the voltage and current during power generation of the fuel cell stack 28. The current monitor 56 is electrically connected. For example, a commercial power source 58 (or a load, a secondary battery, or the like) is connected to the power conversion device 22 (see FIG. 2).

図1及び図2に示すように、燃料電池システム10は、原燃料供給装置16から蒸発器38に供給される原燃料(燃料ガス)の流量を検出する第1流量センサ62a、酸化剤ガス供給装置18から熱交換器36に供給される空気(酸化剤ガス)の流量を検出する第2流量センサ62b、及び水供給装置20から前記蒸発器38に供給される水の流量を検出する第3流量センサ62cを備える。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell system 10 includes a first flow rate sensor 62a that detects the flow rate of raw fuel (fuel gas) supplied from the raw fuel supply device 16 to the evaporator 38, and oxidant gas supply. A second flow rate sensor 62b that detects the flow rate of air (oxidant gas) supplied from the device 18 to the heat exchanger 36, and a third flow rate that detects the flow rate of water supplied from the water supply device 20 to the evaporator 38. A flow sensor 62c is provided.

第1〜第3流量センサ62a、62b及び62cは、制御装置24に接続される。制御装置24は、原燃料供給装置16からの燃料ガスの供給量、酸化剤ガス供給装置18からの空気の供給量及び水供給装置20からの水の供給量を制御する機能も有するとともに、燃料電池スタック28の電流を調整する機能を有する。   The first to third flow rate sensors 62 a, 62 b and 62 c are connected to the control device 24. The control device 24 has a function of controlling the supply amount of fuel gas from the raw fuel supply device 16, the supply amount of air from the oxidant gas supply device 18, and the supply amount of water from the water supply device 20. It has a function of adjusting the current of the battery stack 28.

このように構成される燃料電池システム10の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell system 10 configured as described above will be described below.

図1及び図2に示すように、原燃料供給装置16の駆動作用下に、原燃料通路50には、例えば、都市ガス(CH4、C26、C38、C410を含む)等の原燃料が供給される。一方、水供給装置20の駆動作用下に、水通路52には、水が供給されるとともに、空気供給管48には、酸化剤ガス供給装置18を介して酸化剤ガスである、例えば、空気が供給される。 As shown in FIGS. 1 and 2, under the driving action of the raw fuel supply device 16, for example, city gas (CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , C 4 H 10) is provided in the raw fuel passage 50. And other raw fuel is supplied. On the other hand, under the driving action of the water supply device 20, water is supplied to the water passage 52, and oxidant gas is supplied to the air supply pipe 48 via the oxidant gas supply device 18. Is supplied.

蒸発器38では、原燃料に水蒸気が混在されて混合燃料が得られ、この混合燃料は、改質器40に供給される。混合燃料は、改質器40内で水蒸気改質され、C2+の炭化水素が除去(改質)されてメタンを主成分とする燃料ガス(改質ガス)が得られる。この燃料ガスは、燃料電池スタック28の燃料ガス供給連通孔30に供給される。 In the evaporator 38, steam is mixed with the raw fuel to obtain a mixed fuel, and this mixed fuel is supplied to the reformer 40. The mixed fuel is steam reformed in the reformer 40 to remove (reform) C 2+ hydrocarbons to obtain a fuel gas (reformed gas) mainly composed of methane. This fuel gas is supplied to the fuel gas supply passage 30 of the fuel cell stack 28.

一方、空気供給管48から熱交換器36に供給される空気は、この熱交換器36の空気通路46に沿って移動する際、排ガス通路44に沿って移動する後述する排ガスとの間で熱交換が行われ、所望の温度に予め加温されている。熱交換器36で加温された空気は、燃料電池スタック28の酸化剤ガス供給連通孔32に供給される。   On the other hand, when the air supplied from the air supply pipe 48 to the heat exchanger 36 moves along the air passage 46 of the heat exchanger 36, the air is heated between the exhaust gas that moves along the exhaust gas passage 44, which will be described later. Exchange is performed and preheated to the desired temperature. The air heated by the heat exchanger 36 is supplied to the oxidant gas supply communication hole 32 of the fuel cell stack 28.

従って、各燃料電池26のアノード電極に燃料ガスが供給されるとともに、カソード電極に空気が供給され、化学反応により発電が行われる。反応に使用された燃料ガス及び空気を含む排ガスは、オフガスとして排ガス通路44を介して燃料電池スタック28から排出される。   Therefore, fuel gas is supplied to the anode electrode of each fuel cell 26 and air is supplied to the cathode electrode, and power generation is performed by a chemical reaction. The exhaust gas containing the fuel gas and air used for the reaction is discharged from the fuel cell stack 28 through the exhaust gas passage 44 as an off gas.

次いで、本実施形態に係る制御方法について、図3に示すフローチャートに沿って説明する。   Next, the control method according to the present embodiment will be described along the flowchart shown in FIG.

先ず、燃料電池モジュール12の発電性能(出力と発電効率との関係)は、図4に示すように、燃料ガス流量の割合によって設定されている。そして、例えば、目標出力値が設定される一方、制御装置24には、図5に示すように、目標出力値に対する電流値及び燃料ガス流量のマップが記憶されている。   First, the power generation performance (relationship between output and power generation efficiency) of the fuel cell module 12 is set by the ratio of the fuel gas flow rate as shown in FIG. For example, while the target output value is set, the control device 24 stores a map of the current value and the fuel gas flow rate with respect to the target output value, as shown in FIG.

そこで、本実施形態に係る制御方法について、以下に説明する。   Therefore, the control method according to the present embodiment will be described below.

この制御方法は、燃料電池モジュール12の目標出力値に対応する燃料ガスデータ及び電流データが予め設定されており、前記燃料電池モジュール12の前記目標出力値を設定する第1の工程と、前記第1の工程の設定結果に基づき、前記燃料ガスデータに応じた燃料ガスを供給する第2の工程と、前記第1の工程の設定結果に基づき、前記電流データに応じた電流を得る第3の工程と、前記燃料電池モジュール12の現在出力値を検出する第4の工程と、前記目標出力値又は前記目標出力値の規定範囲と前記現在出力値とを比較する第5の工程と、前記燃料電池モジュール12に供給する燃料ガス流量を調整する第6の工程と、前記燃料電池モジュール12から得る電流を調整する第7の工程と、前記目標出力値に対応する前記燃料ガスデータを更新する第8の工程と、前記目標出力値に対応する前記電流データを更新する第9の工程とを有している。   In this control method, fuel gas data and current data corresponding to the target output value of the fuel cell module 12 are preset, and the first step of setting the target output value of the fuel cell module 12; A second step of supplying fuel gas corresponding to the fuel gas data based on the setting result of the first step; and a third step of obtaining a current corresponding to the current data based on the setting result of the first step. A fourth step of detecting a current output value of the fuel cell module 12, a fifth step of comparing the target output value or a specified range of the target output value with the current output value, and the fuel A sixth step of adjusting a flow rate of the fuel gas supplied to the battery module 12, a seventh step of adjusting a current obtained from the fuel cell module 12, and the fuel gas device corresponding to the target output value. It has a eighth step of updating the data, and a ninth step of updating the current data corresponding to the target output value.

そして、第5の工程の比較結果に基づいて、少なくとも第6の工程、第7の工程、第8の工程又は第9の工程のいずれかを行っている。   Based on the comparison result of the fifth step, at least one of the sixth step, the seventh step, the eighth step, or the ninth step is performed.

具体的には、図3のフローチャートに示すように、燃料電池システム10では、制御装置24により燃料電池モジュール12の目標出力値(電圧×電流)が設定される(ステップS1)。   Specifically, as shown in the flowchart of FIG. 3, in the fuel cell system 10, the target output value (voltage × current) of the fuel cell module 12 is set by the control device 24 (step S1).

制御装置24は、図5に示すように、予め記憶されているマップから目標出力値(要求出力値)(Pr8)に対応する燃料ガス流量(Qf8)を設定するとともに(ステップS2)、前記目標出力値に対応する電流値(I8)を設定する(ステップS3)。従って、燃料電池モジュール12では、ステップS2により設定された燃料ガス流量に調整された燃料ガスが供給されるとともに、ステップS3により設定された電流が取り出される。なお、ステップS2とステップS3とは、逆の順序で行ってもよい。   As shown in FIG. 5, the control device 24 sets the fuel gas flow rate (Qf8) corresponding to the target output value (required output value) (Pr8) from the map stored in advance (step S2), and the target A current value (I8) corresponding to the output value is set (step S3). Therefore, in the fuel cell module 12, the fuel gas adjusted to the fuel gas flow rate set in step S2 is supplied, and the current set in step S3 is taken out. Note that step S2 and step S3 may be performed in the reverse order.

次に、ステップS4に進み、制御装置24は、燃料電池モジュール12の現在出力値(電圧×電流)(FC出力値)を検出する。この検出された燃料電池モジュール12の現在出力値は、目標出力値の規定範囲(又は目標出力値)と比較される(ステップS5)。   Next, it progresses to step S4 and the control apparatus 24 detects the present output value (voltage x electric current) (FC output value) of the fuel cell module 12. FIG. The detected current output value of the fuel cell module 12 is compared with a specified range (or target output value) of the target output value (step S5).

その際、燃料電池モジュール12の目標出力値が、例えば、1000Wである場合、係数αは、図6に示すように設定される。ここで、α=0.05は、応答性を優先した場合であり、α=0.01は、正確性を優先した場合である。また、その他では、現在出力値の最大値(MAX)が目標出力値に設定されている。過出力(逆潮流含む)を防止するためである。   At this time, when the target output value of the fuel cell module 12 is 1000 W, for example, the coefficient α is set as shown in FIG. Here, α = 0.05 is a case where priority is given to responsiveness, and α = 0.01 is a case where priority is given to accuracy. In other cases, the maximum value (MAX) of the current output value is set as the target output value. This is to prevent excessive output (including reverse power flow).

ステップS5で、現在出力値が、目標出力値の規定範囲未満又は目標出力値の規定範囲超過であると判断されると(ステップS5中、NO)、ステップS6に進んで、前記現在出力値が目標出力値未満であるか否かが判断される。   If it is determined in step S5 that the current output value is less than the specified range of the target output value or exceeds the specified range of the target output value (NO in step S5), the process proceeds to step S6, where the current output value is It is determined whether it is less than the target output value.

燃料電池モジュール12の現在出力値が、目標出力値未満であると判断されると(ステップS6中、YES)、ステップS7に進んで、燃料ガスの流量が増加される。さらに、燃料ガスの流量が増加された後、ステップS8に進んで、燃料電池モジュール12から取り出される電流が増加される。   If it is determined that the current output value of the fuel cell module 12 is less than the target output value (YES in step S6), the process proceeds to step S7, and the flow rate of the fuel gas is increased. Further, after the flow rate of the fuel gas is increased, the process proceeds to step S8, and the current taken out from the fuel cell module 12 is increased.

具体的には、図7に示すように、初期運転ポイントP1では、要求出力値を満たしており、劣化等によって出力及び効率が低下して劣化運転ポイントP2に至る。このため、燃料利用率Ufが一定に維持された状態で、燃料電池モジュール12に供給される燃料ガス流量が増加されるとともに、前記燃料電池モジュール12から得られる電流値が増加される。従って、劣化抑制運転ポイントP3に調整され、所望の要求出力値(目標出力値)が得られる。   Specifically, as shown in FIG. 7, at the initial operation point P1, the required output value is satisfied, and the output and efficiency decrease due to deterioration or the like, and reach the deterioration operation point P2. For this reason, while the fuel utilization rate Uf is maintained constant, the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell module 12 is increased, and the current value obtained from the fuel cell module 12 is increased. Therefore, it is adjusted to the deterioration suppression operation point P3, and a desired required output value (target output value) is obtained.

上記のステップS7及びステップS8の調整が行われると、ステップS9に進む。燃料ガス流量及び電流の調整が実施されているため、調整実施フラグがオンされた後、ステップS4に戻される。   If adjustment of said step S7 and step S8 is performed, it will progress to step S9. Since the fuel gas flow rate and the current are adjusted, the adjustment execution flag is turned on, and then the process returns to step S4.

一方、ステップS6において、現在出力値が目標出力値超過であると判断されると(ステップS6中、NO)、ステップS10に進んで、先ず、燃料電池モジュール12から得られる電流が減少される。次いで、燃料電池モジュール12に供給される燃料ガス流量が減少された後(ステップS11)、ステップS9に進む。   On the other hand, if it is determined in step S6 that the current output value exceeds the target output value (NO in step S6), the process proceeds to step S10, and first, the current obtained from the fuel cell module 12 is decreased. Next, after the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell module 12 is reduced (step S11), the process proceeds to step S9.

また、ステップS5において、現在出力値が目標出力値の規定範囲内にあると判断されると(ステップS5中、YES)、ステップS12に進んで、調整実施フラグがオンであるか否かが判断される。調整実施フラグがオンであると判断されると(ステップS12中、YES)、すなわち、ステップS7及びステップS8の調整処理又はステップS10及びステップS11の調整処理がなされたと判断すると、ステップS13に進んで、目標出力値に対応する燃料ガスデータが更新される。   If it is determined in step S5 that the current output value is within the specified range of the target output value (YES in step S5), the process proceeds to step S12 to determine whether or not the adjustment execution flag is on. Is done. If it is determined that the adjustment execution flag is ON (YES in step S12), that is, if it is determined that the adjustment process of step S7 and step S8 or the adjustment process of step S10 and step S11 has been performed, the process proceeds to step S13. The fuel gas data corresponding to the target output value is updated.

さらに、ステップS14に進み、目標出力値に対応する電流データが更新される。具体的には、図8に示すように、要求出力値Pr8に対して、燃料ガス流量がQf8からQf8+Qfαに書き換えられる一方、電流値がI8からI8+Iαに書き換えられる。上記の書き換え処理が終了すると、ステップS15に進んで、調整実施フラグがオフされる。   In step S14, the current data corresponding to the target output value is updated. Specifically, as shown in FIG. 8, the fuel gas flow rate is rewritten from Qf8 to Qf8 + Qfα with respect to the required output value Pr8, while the current value is rewritten from I8 to I8 + Iα. When the rewriting process is completed, the process proceeds to step S15, and the adjustment execution flag is turned off.

この場合、本実施形態では、目標出力値と現在出力値との比較結果に基づいて、少なくとも燃料電池モジュール12に供給する燃料ガス流量を調整する工程、前記燃料電池モジュール12から得られる電流を調整する工程、前記目標出力値に対応する燃料ガスデータを更新する工程又は前記目標出力値に対応する電流データを更新する工程のいずれかを行っている。   In this case, in this embodiment, based on the comparison result between the target output value and the current output value, at least the step of adjusting the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell module 12 and the current obtained from the fuel cell module 12 are adjusted. A process of updating fuel gas data corresponding to the target output value, or a process of updating current data corresponding to the target output value.

これにより、燃料電池26が電圧低下により所望の目標出力値が得られない場合にも、燃料ガス流量を調整したり、電流を調整したりすることで、目標出力値を確実に得ることができる。   Thereby, even when the fuel cell 26 cannot obtain a desired target output value due to a voltage drop, the target output value can be reliably obtained by adjusting the fuel gas flow rate or adjusting the current. .

次いで、目標出力値に対応する燃料ガスデータ又は前記目標出力値に対応する電流データの少なくともいずれかが更新されている。このため、次回以降、同一の目標出力値を得る際には、迅速且つ的確に前記目標出力値に対応した燃料ガスの供給及び電流の取り出しを行うことが可能になるという効果が得られる。   Next, at least one of the fuel gas data corresponding to the target output value and the current data corresponding to the target output value is updated. For this reason, when the same target output value is obtained after the next time, it is possible to quickly and accurately supply the fuel gas corresponding to the target output value and extract the current.

また、現在出力値が、目標出力値未満であると判断された際(ステップS6中、YES)、燃料電池モジュール12に供給する燃料ガス流量の増加を行い(ステップS7)、次いで、前記燃料電池モジュール12から得る電流の増加を行った後(ステップS8)、ステップS9からステップS4に戻されている。   When it is determined that the current output value is less than the target output value (YES in step S6), the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell module 12 is increased (step S7), and then the fuel cell After increasing the current obtained from the module 12 (step S8), the process returns from step S9 to step S4.

従って、目標出力値に相当する燃料ガスを供給し、且つ電流を引き出しても、燃料電池26が電圧低下により所望の出力値が得られなかった際には、先ず、供給する燃料ガス流量を増加させた後、取り出す電流を増加させている。これにより、急激な燃料利用率の変化、特に、燃料利用率の過上昇による燃料枯れが抑制され、電解質・電極接合体の劣化が抑制されるため、燃料電池モジュール12の信頼性及び耐久性が向上するという利点がある。   Accordingly, if the fuel cell 26 cannot supply a desired output value due to a voltage drop even if the fuel gas corresponding to the target output value is supplied and the current is drawn, the flow rate of the supplied fuel gas is first increased. Then, the current to be taken out is increased. As a result, a rapid change in the fuel utilization rate, in particular, fuel depletion due to an excessive increase in the fuel utilization rate is suppressed, and deterioration of the electrolyte / electrode assembly is suppressed. Therefore, the reliability and durability of the fuel cell module 12 are improved. There is an advantage of improvement.

さらに、現在出力値が、目標出力値超過であると判断された際(ステップS6中、NO)、先ず、燃料電池モジュール12から得る電流の減少を行い(ステップS10)、次いで、前記燃料電池モジュール12に供給する燃料ガス流量の減少を行った後(ステップS11)、ステップS9からステップS4に戻されている。   Further, when it is determined that the current output value exceeds the target output value (NO in step S6), first, the current obtained from the fuel cell module 12 is reduced (step S10), and then the fuel cell module. After the flow rate of the fuel gas supplied to 12 is reduced (step S11), the process returns from step S9 to step S4.

このため、目標出力値に相当する燃料ガス流量の供給及び電流値の取り出しを行っても、燃料電池26が現在出力値>目標出力値となった場合には、取り出す電流を減少させてから、供給する燃料ガスを減少させている。従って、急激な燃料利用率の変化、特に、燃料利用率の過上昇による燃料枯れが抑制され、電解質・電極接合体の劣化が抑制されて、燃料電池モジュール12の信頼性及び耐久性が向上する。   For this reason, even if the fuel gas flow rate corresponding to the target output value is supplied and the current value is extracted, if the current output value> the target output value of the fuel cell 26, the current to be extracted is reduced, The fuel gas supplied is reduced. Therefore, a rapid change in the fuel utilization rate, particularly fuel depletion due to an excessive increase in the fuel utilization rate is suppressed, deterioration of the electrolyte / electrode assembly is suppressed, and the reliability and durability of the fuel cell module 12 are improved. .

さらにまた、燃料電池モジュール12に供給する燃料ガス流量を調整する工程及び前記燃料電池モジュール12から得る電流を調整する工程は、燃料利用率が、予め設定された規定範囲内にあることを維持された状態で行われている。具体的には、一般的な燃料電池システム10における燃料利用率(Uf)の範囲は、10%〜80%の範囲である。   Furthermore, the step of adjusting the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell module 12 and the step of adjusting the current obtained from the fuel cell module 12 maintain that the fuel utilization rate is within a preset specified range. It is done in the state. Specifically, the range of the fuel utilization rate (Uf) in the general fuel cell system 10 is in the range of 10% to 80%.

本実施形態では、第6の工程及び第7の工程において、応答性を重視する際には、燃料利用率の規定範囲を±5%に設定する一方、耐久性を重視する際には、燃料利用率の規定範囲を±1%に設定している。これにより、燃料ガス流量の調整工程及び電流の調整工程において、急激な燃料利用率の変化、特に燃料利用率の過上昇による燃料枯れが抑制される。このため、電解質・電極接合体の劣化が抑制されて、燃料電池モジュール12の信頼性及び耐久性が向上する。   In the present embodiment, in the sixth step and the seventh step, when emphasizing responsiveness, the specified range of the fuel utilization rate is set to ± 5%, while when emphasizing durability, the fuel is used. The specified range of usage rate is set to ± 1%. As a result, in the fuel gas flow rate adjustment step and the current adjustment step, a sudden change in the fuel usage rate, in particular, fuel depletion due to an excessive increase in the fuel usage rate is suppressed. For this reason, deterioration of the electrolyte / electrode assembly is suppressed, and the reliability and durability of the fuel cell module 12 are improved.

また、現在出力値が、目標出力値と等しいと判断された際(ステップS5中、YES)、少なくとも第6の工程又は第7の工程のいずれかで調整が行われたか否かが判断される(ステップS12)。すなわち、燃料ガス流量の調整及び電流の調整が行われていない場合には、いずれの調整も不要であり、目標出力値に対応する燃料ガスデータ及び前記目標出力値に対応する電流データを更新することはない。従って、燃料電池モジュール12に出力低下が惹起されておらず、前記燃料電池モジュール12を効率的に発電させることができる。   Further, when it is determined that the current output value is equal to the target output value (YES in step S5), it is determined whether or not adjustment has been performed at least in either the sixth step or the seventh step. (Step S12). That is, when the fuel gas flow rate adjustment and the current adjustment are not performed, neither adjustment is necessary, and the fuel gas data corresponding to the target output value and the current data corresponding to the target output value are updated. There is nothing. Therefore, the output of the fuel cell module 12 is not reduced, and the fuel cell module 12 can efficiently generate power.

さらに、少なくとも第6の工程又は第7の工程のいずれかで調整が行われたと判断された際には、少なくとも第8の工程(燃料ガスデータの更新)又は第9の工程(電流データの更新)のいずれかが行われている。これにより、次回以降、同一の目標出力値を得たい場合に、迅速且つ的確に前記目標出力値に応じた燃料ガスの供給及び電流の取り出しを行うことが可能になる。   Further, when it is determined that the adjustment has been performed at least in either the sixth step or the seventh step, at least the eighth step (update of fuel gas data) or the ninth step (update of current data). ) One of them has been done. Thereby, when it is desired to obtain the same target output value from the next time, it becomes possible to quickly and accurately supply the fuel gas and take out the current according to the target output value.

さらにまた、燃料電池モジュール12は、固体酸化物形燃料電池モジュールである。このため、燃料電池26は、発生する熱量の多い高温型燃料電池であり、燃料電池システム10の耐久性及び寿命を一層向上させることができる。しかも、固体酸化物形燃料電池モジュールに適用することにより、出力変更時の温度低下を抑制することができ、高温な稼動を維持することが可能になる。   Furthermore, the fuel cell module 12 is a solid oxide fuel cell module. For this reason, the fuel cell 26 is a high-temperature fuel cell that generates a large amount of heat, and can further improve the durability and life of the fuel cell system 10. In addition, when applied to the solid oxide fuel cell module, it is possible to suppress a temperature drop when the output is changed, and it is possible to maintain a high temperature operation.

10…燃料電池システム 12…燃料電池モジュール
16…原燃料供給装置 18…酸化剤ガス供給装置
20…水供給装置 22…電力変換装置
24…制御装置 26…燃料電池
28…燃料電池スタック 36…熱交換器
38…蒸発器 40…改質器
56…電圧・電流モニタ 62a〜62c…流量センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system 12 ... Fuel cell module 16 ... Raw fuel supply device 18 ... Oxidant gas supply device 20 ... Water supply device 22 ... Power converter 24 ... Control device 26 ... Fuel cell 28 ... Fuel cell stack 36 ... Heat exchange Unit 38 ... Evaporator 40 ... Reformer 56 ... Voltage / current monitor 62a to 62c ... Flow sensor

Claims (7)

燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を複数積層した燃料電池スタックを有する燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュールの発電量を制御する制御装置と、
を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池モジュールの目標出力値に対応する燃料ガスデータ及び電流データが予め設定されており、
前記燃料電池モジュールの前記目標出力値を設定する第1の工程と、
前記第1の工程の設定結果に基づき、前記燃料ガスデータに応じた燃料ガスを供給する第2の工程と、
前記第1の工程の設定結果に基づき、前記電流データに応じた電流を得る第3の工程と、
前記燃料電池モジュールの現在出力値を検出する第4の工程と、
前記目標出力値又は前記目標出力値の規定範囲と前記現在出力値とを比較する第5の工程と、
前記燃料電池モジュールに供給する燃料ガス流量を調整する第6の工程と、
前記燃料電池モジュールから得る電流を調整する第7の工程と、
前記目標出力値に対応する前記燃料ガスデータを更新する第8の工程と、
前記目標出力値に対応する前記電流データを更新する第9の工程と、
を有し、
前記第5の工程の比較結果に基づいて、少なくとも前記第6の工程、前記第7の工程、前記第8の工程又は前記第9の工程のいずれかを行うことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
A fuel cell module having a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells that generate electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas are stacked; and
A control device for controlling the power generation amount of the fuel cell module;
A control method for a fuel cell system comprising:
Fuel gas data and current data corresponding to the target output value of the fuel cell module are preset,
A first step of setting the target output value of the fuel cell module;
A second step of supplying a fuel gas corresponding to the fuel gas data based on the setting result of the first step;
A third step of obtaining a current corresponding to the current data based on the setting result of the first step;
A fourth step of detecting a current output value of the fuel cell module;
A fifth step of comparing the target output value or a specified range of the target output value with the current output value;
A sixth step of adjusting the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell module;
A seventh step of adjusting a current obtained from the fuel cell module;
An eighth step of updating the fuel gas data corresponding to the target output value;
A ninth step of updating the current data corresponding to the target output value;
Have
A fuel cell system comprising: performing at least one of the sixth step, the seventh step, the eighth step, or the ninth step based on a comparison result of the fifth step. Control method.
請求項1記載の制御方法において、前記第5の工程で、前記現在出力値が、前記目標出力値未満又は前記目標出力値の規定範囲未満であると判断された際、
前記第6の工程における前記燃料電池モジュールに供給する前記燃料ガス流量の増加を行い、次いで、前記第7の工程における前記燃料電池モジュールから得る前記電流の増加を行った後、前記第4の工程に戻ることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
In the control method according to claim 1, when it is determined in the fifth step that the current output value is less than the target output value or less than a specified range of the target output value.
After increasing the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell module in the sixth step and then increasing the current obtained from the fuel cell module in the seventh step, the fourth step A control method for a fuel cell system, wherein
請求項1又は2記載の制御方法において、前記第5の工程で、前記現在出力値が、前記目標出力値超過又は前記目標出力値の規定範囲超過であると判断された際、
前記第7の工程における前記燃料電池モジュールから得る前記電流の減少を行い、次いで、前記第6の工程における前記燃料電池モジュールに供給する前記燃料ガス流量の減少を行った後、前記第4の工程に戻ることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
In the control method according to claim 1 or 2, when it is determined in the fifth step that the current output value exceeds the target output value or exceeds a specified range of the target output value.
The current obtained from the fuel cell module in the seventh step is reduced, and then the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell module in the sixth step is reduced, and then the fourth step. A control method for a fuel cell system, wherein
請求項1〜3のいずれか1項に記載の制御方法において、前記第6の工程及び前記第7の工程は、燃料利用率が予め設定された規定範囲内にあることを維持された状態で行われることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。   The control method according to any one of claims 1 to 3, wherein the sixth step and the seventh step are performed in a state where the fuel utilization rate is maintained within a preset specified range. A control method for a fuel cell system, which is performed. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の制御方法において、前記第5の工程で、前記現在出力値が、前記目標出力値と等しい又は前記目標出力値の規定範囲内であると判断された際、
少なくとも前記第6の工程又は前記第7の工程のいずれかで調整が行われた否かを判断することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
5. The control method according to claim 1, wherein in the fifth step, the current output value is determined to be equal to or within a specified range of the target output value. When
A method for controlling a fuel cell system, comprising: determining whether or not adjustment has been performed in at least one of the sixth step and the seventh step.
請求項5記載の制御方法において、少なくとも前記第6の工程又は前記第7の工程のいずれかで調整が行われたと判断された際、
少なくとも前記第8の工程又は前記第9の工程のいずれかを行うことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
In the control method according to claim 5, when it is determined that adjustment is performed at least in any of the sixth step and the seventh step,
A control method for a fuel cell system, wherein at least one of the eighth step and the ninth step is performed.
請求項1〜6のいずれか1項に記載の制御方法において、前記燃料電池モジュールは、固体酸化物形燃料電池モジュールであることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。   The control method according to any one of claims 1 to 6, wherein the fuel cell module is a solid oxide fuel cell module.
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