JP2012038457A - Power generation control device for fuel cell, fuel cell power generation system, power generation control method for fuel cell, and program - Google Patents

Power generation control device for fuel cell, fuel cell power generation system, power generation control method for fuel cell, and program Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve efficient operation while suppressing the fuel consumption of a fuel cell.SOLUTION: A power generation control device 1 includes first detection parts 22, 23 which detect output electric power of a fuel cell 13, and a control part 31 which controls a fuel supply amount of the fuel cell 13. The control part 31 makes the first detection parts 22, 23 detect output electric power associated with a plurality of fuel supply amounts, computes ratios of output electric power to respective detected fuel supply amounts as power-fuel ratios C, and selects Cmax with the largest power-fuel ratio among the plurality of fuel supply amounts, thereby making the fuel cell 13 generate electric power with the selected fuel-supply amount.

Description

本発明は、燃料電池の発電制御装置、燃料電池発電システム、燃料電池の発電制御方法、およびプログラムに関する。   The present invention relates to a fuel cell power generation control device, a fuel cell power generation system, a fuel cell power generation control method, and a program.

二酸化炭素の排出量問題、省エネルギー問題などの対策として、燃料電池が注目されている。
燃料電池は、化学反応または酵素の働きにより電気を直接的に発生するため、一般的に発電効率が良いとされている。
また、燃料電池の化学反応後に生成される物質は主に水である。排出物にＮＯｘ成分などが含まれないため、環境にやさしい。 Fuel cells are attracting attention as countermeasures against carbon dioxide emission problems and energy saving problems.
Fuel cells are generally considered to have good power generation efficiency because they generate electricity directly by the action of chemical reactions or enzymes.
The substance produced after the chemical reaction of the fuel cell is mainly water. Since the emissions do not contain NOx components, it is environmentally friendly.

燃料電池には、たとえば固体高分子形燃料電池（PEFC, Polymer Electrolyte Fuel Cell）、りん酸形燃料電池（PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell）、溶融炭酸塩形燃料電池（MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell）、固体酸化物形燃料電池（SOFC, Solid Oxide Fuel Cell）、アルカリ電解質形燃料電池（AFC, Alkaline Fuel Cell）がある。
ＰＥＦＣでは、イオン交換膜に対して水素と酸素とを供給する。イオン交換膜において水素と酸素との化学反応が生じ、電気が発生する。ＰＥＦＣの運転温度は、約１００度と比較的低温である。
他の方式の燃料電池でも、燃料を供給することにより発電する。 Examples of fuel cells include polymer electrolyte fuel cells (PEFCs), phosphoric acid fuel cells (PAFCs), molten carbonate fuel cells (MCFCs), There are solid oxide fuel cells (SOFCs) and alkaline electrolyte fuel cells (AFCs).
In PEFC, hydrogen and oxygen are supplied to the ion exchange membrane. A chemical reaction between hydrogen and oxygen occurs in the ion exchange membrane, and electricity is generated. The operating temperature of PEFC is relatively low, about 100 degrees.
Other types of fuel cells also generate electricity by supplying fuel.

このように燃料電池は、燃料が供給されることにより発電する。
燃料電池は、燃料が継続的に供給されることにより、継続的に発電し続ける。
また、燃料電池の出力電力特性には、通常、ピークがある。
そこで、燃料電池では、燃料電池の出力電力が最大となる動作点をサーチし、その出力電力が最大となる動作点において燃料電池を運転している（特許文献１から３）。 As described above, the fuel cell generates power when the fuel is supplied.
The fuel cell continuously generates power by continuously supplying fuel.
Further, the output power characteristic of the fuel cell usually has a peak.
Therefore, in the fuel cell, the operating point at which the output power of the fuel cell becomes maximum is searched, and the fuel cell is operated at the operating point at which the output power becomes maximum (Patent Documents 1 to 3).

特開２００８−２７００４７号公報JP 2008-270047 A 特開２００５−０６３９０１号公報JP-A-2005-063901 特開２００８−１０２２０号公報JP 2008-10220 A

しかしながら、燃料電池では、燃料電池の出力電力が最大となる動作点での燃料供給量と、一定量の燃料により発電可能な電力（電力量）が最大となる燃料供給量とが異なる。
このため、燃料電池の出力電力が最大となる動作点をサーチし、その動作点で燃料電池を運転させたとしても、燃料電池は、一定量の燃料により発電可能な電力（電力量）を最大とした状態で運転していることにならない。 However, in the fuel cell, the fuel supply amount at the operating point at which the output power of the fuel cell is maximum differs from the fuel supply amount at which the electric power that can be generated by a certain amount of fuel (power amount) is maximum.
For this reason, even if an operating point at which the output power of the fuel cell is maximum is searched and the fuel cell is operated at that operating point, the fuel cell maximizes the power that can be generated with a certain amount of fuel (the amount of power). You are not driving in the state.

また、この一定量の燃料により発電可能な電力（電力量）が最大となる燃料供給量は、たとえば燃料電池が設置された環境（温度、湿度など）に応じて変化する。
たとえば家庭用の燃料電池が屋外に設置されている場合、燃料電池の環境温度は、マイナス数十度からプラス数十度まで変化する。加えて、燃料電池の環境温度は、１日の間で数十度の急激な温度変化が生じることもある。このように環境温度が変化すると、一定量の燃料により発電可能な電力（電力量）が最大となる燃料供給量が変化する。車両用の燃料電池においても、当該燃料供給量が環境の変化に応じて変化する。
よって、出力電力が最大となる燃料供給量に替えて、燃料電池に対して、仮にたとえばある環境（温度）において一定量の燃料により発電可能な電力（電力量）を最大する燃料供給量を固定的に設定したとしても、実際の使用環境下では、燃料電池は、最適な燃料供給量で運転しているとは限らない。環境が随時変化していることからすれば、むしろ、燃料電池は、最適でない燃料供給量で運転している場合が多いと予想される。 In addition, the amount of fuel supply that maximizes the amount of power that can be generated by this fixed amount of fuel (the amount of power) varies depending on, for example, the environment (temperature, humidity, etc.) in which the fuel cell is installed.
For example, when a household fuel cell is installed outdoors, the environmental temperature of the fuel cell changes from minus tens to plus tens of degrees. In addition, the environmental temperature of the fuel cell may undergo a rapid temperature change of several tens of degrees during one day. When the environmental temperature changes in this way, the amount of fuel supply that maximizes the amount of power that can be generated by a certain amount of fuel (power amount) changes. Also in a fuel cell for a vehicle, the fuel supply amount changes according to environmental changes.
Therefore, instead of the fuel supply amount that maximizes the output power, the fuel supply amount that maximizes the power (power amount) that can be generated with a certain amount of fuel in a certain environment (temperature) is fixed to the fuel cell. Even if it is set, the fuel cell is not always operated with the optimum fuel supply amount under the actual use environment. Rather, given that the environment is changing from time to time, it is rather expected that fuel cells are often operating with sub-optimal fuel supplies.

このように燃料電池では、燃料の使用量を抑えて効率的に運転することが求められている。   Thus, fuel cells are required to operate efficiently while reducing the amount of fuel used.

本発明の第１の観点の燃料電池の発電制御装置は、燃料が供給されると発電する燃料電池の発電制御装置であって、燃料電池の出力電力を検出する第１検出部と、燃料電池の燃料供給量を制御する制御部とを有する。そして、制御部は、複数の燃料供給量に関する出力電力を第１検出部に検出させ、検出された各燃料供給量について、燃料供給量に対する出力電力の比を電力燃料比として演算し、複数の燃料供給量のうちで、電力燃料比が最も大きいものを選択し、選択した燃料供給量の下で燃料電池を発電させる。   A power generation control device for a fuel cell according to a first aspect of the present invention is a power generation control device for a fuel cell that generates power when fuel is supplied, the first detection unit detecting output power of the fuel cell, and the fuel cell And a controller for controlling the fuel supply amount. Then, the control unit causes the first detection unit to detect the output power related to the plurality of fuel supply amounts, calculates the ratio of the output power to the fuel supply amount as the power fuel ratio for each detected fuel supply amount, Among the fuel supply amounts, the one having the largest electric power fuel ratio is selected, and the fuel cell is caused to generate electricity under the selected fuel supply amount.

好適には、発電制御装置は、燃料電池の負荷機器へ供給するための電力を蓄積する蓄積部と、燃料電池と蓄積部との間の経路に接続され、燃料電池から出力された電力により蓄積部を充電する変換部と、蓄積部の蓄積電圧を検出する第２検出部とを有し、制御部は、蓄積電圧が第１閾値電圧より下がると、前期燃料電池への燃料供給を開始して燃料電池の発電を開始し、蓄積電圧が第１閾値電圧より高い第２閾値電圧以上になると、燃料電池への燃料供給を止めて燃料電池を停止させ、燃料電池への燃料の供給開始時に、複数の燃料供給量についての出力電力の検出処理、電力燃料比の演算処理、および複数の燃料供給量からの選択処理を実行し、その後の燃料電池の発電においては、当該選択した燃料供給量の下で燃料電池を発電させてもよい。   Preferably, the power generation control device is connected to a storage unit for storing power to be supplied to the load device of the fuel cell and a path between the fuel cell and the storage unit, and is stored by the power output from the fuel cell. A conversion unit that charges the storage unit and a second detection unit that detects a storage voltage of the storage unit, and the control unit starts supplying fuel to the fuel cell in the previous period when the storage voltage falls below the first threshold voltage. When the power generation of the fuel cell is started and the accumulated voltage becomes equal to or higher than the second threshold voltage higher than the first threshold voltage, the fuel supply to the fuel cell is stopped and the fuel cell is stopped, and the fuel supply to the fuel cell is started. , A process for detecting output power for a plurality of fuel supply amounts, a calculation process for power / fuel ratio, and a selection process from the plurality of fuel supply amounts, and in the subsequent power generation of the fuel cell, the selected fuel supply amount Even if the fuel cell generates power under There.

好適には、制御部は、複数の燃料供給量についての出力電力を、最も小さい燃料供給量から順次増加させる順番で、第１検出部に検出させ、各燃料供給量の出力電力を検出する度にその電力燃料比を演算し、演算した電力燃料比が前回の値より下がる場合に、複数の燃料供給量についての出力電力の検出処理を終了して、前回の演算に係る燃料供給量を選択してもよい。   Preferably, the control unit causes the first detection unit to detect the output power for a plurality of fuel supply amounts in order of increasing sequentially from the smallest fuel supply amount, and detects the output power of each fuel supply amount. If the calculated power / fuel ratio falls below the previous value, the output power detection process for multiple fuel supply amounts is terminated and the fuel supply amount for the previous calculation is selected. May be.

好適には、制御部は、複数の燃料供給量のすべてについて出力電力を検出しても、演算した電力燃料比が前回の値より下がらない場合には、最後の検出に用いた燃料供給量を選択してもよい。   Preferably, the control unit detects the fuel supply amount used for the last detection if the calculated power-fuel ratio does not fall below the previous value even if the output power is detected for all of the plurality of fuel supply amounts. You may choose.

好適には、制御部は、選択した燃料供給量の下で燃料電池を発電させている場合に、蓄積電圧が第１閾値電圧より低い第３閾値電圧以下になると、燃料電池の発電を、選択した燃料供給量の下での発電から、燃料電池の出力電力が最大となる燃料供給量の下での発電に切り替えてもよい。   Preferably, the control unit selects the power generation of the fuel cell when the accumulated voltage becomes equal to or lower than a third threshold voltage lower than the first threshold voltage when the fuel cell is generated under the selected fuel supply amount. The power generation under the fuel supply amount may be switched to the power generation under the fuel supply amount that maximizes the output power of the fuel cell.

好適には、制御部は、燃料電池が停止している場合に、蓄積電圧が第１閾値電圧より低い第３閾値電圧以下になると、燃料電池の発電を、燃料電池の出力電力が最大となる燃料供給量の下での燃料電池の発電により開始してもよい。   Preferably, when the fuel cell is stopped, the control unit generates power of the fuel cell and the output power of the fuel cell is maximized when the accumulated voltage is equal to or lower than a third threshold voltage lower than the first threshold voltage. You may start with the power generation of the fuel cell under the fuel supply.

好適には、制御部は、最大の燃料供給量の下で燃料電池を発電させている場合に、蓄積電圧が第１閾値電圧より高い第４閾値電圧以上になると、燃料電池の発電を、当該燃料電池の出力電力が最大となる燃料供給量の下での発電から、選択した燃料供給量の下での発電に切り替えてもよい。   Preferably, when the fuel cell is generated under the maximum fuel supply amount, the control unit generates power from the fuel cell when the accumulated voltage becomes equal to or higher than a fourth threshold voltage higher than the first threshold voltage. It is possible to switch from power generation under the fuel supply amount at which the output power of the fuel cell is maximum to power generation under the selected fuel supply amount.

好適には、発電制御装置は、燃料電池に供給される燃料供給量を検出する第３検出部を有し、制御部は、第３検出部により検出された燃料供給量を用いて電力燃料比を演算してもよい。   Preferably, the power generation control device includes a third detection unit that detects a fuel supply amount supplied to the fuel cell, and the control unit uses the fuel supply amount detected by the third detection unit to perform a power fuel ratio. May be calculated.

本発明の第２の観点の燃料電池発電システムは、燃料が供給されると発電する燃料電池と、燃料電池による発電を制御する発電制御装置とを有する。発電制御装置は、燃料電池の出力電力を検出する第１検出部と、燃料電池の燃料供給量を制御する制御部とを有する。そして、制御部は、複数の燃料供給量に関する出力電力を第１検出部に検出させ、検出された各燃料供給量について、燃料供給量に対する出力電力の比を電力燃料比として演算し、複数の燃料供給量のうちで、電力燃料比が最も大きいものを選択し、選択した燃料供給量の下で燃料電池を発電させる。   A fuel cell power generation system according to a second aspect of the present invention includes a fuel cell that generates power when fuel is supplied, and a power generation control device that controls power generation by the fuel cell. The power generation control device includes a first detection unit that detects output power of the fuel cell, and a control unit that controls the fuel supply amount of the fuel cell. Then, the control unit causes the first detection unit to detect the output power related to the plurality of fuel supply amounts, calculates the ratio of the output power to the fuel supply amount as the power fuel ratio for each detected fuel supply amount, Among the fuel supply amounts, the one having the largest electric power fuel ratio is selected, and the fuel cell is caused to generate electricity under the selected fuel supply amount.

本発明の第３の観点の燃料電池の発電制御方法は、燃料が供給されると発電する燃料電池の発電制御方法であって、燃料電池へ複数の燃料供給量により燃料を供給し、複数の燃料供給量についての燃料電池の出力電力を検出する工程と、検出した複数の燃料供給量について、各々の燃料供給量に対する出力電力の比を電力燃料比として演算する工程と、複数の燃料供給量のうちで、電力燃料比が最も大きいものを選択する工程と、選択した燃料供給量の下で燃料電池を発電させる工程とを有する。   A power generation control method for a fuel cell according to a third aspect of the present invention is a power generation control method for a fuel cell that generates power when fuel is supplied, wherein the fuel cell is supplied with a plurality of fuel supply amounts, A step of detecting the output power of the fuel cell for the fuel supply amount, a step of calculating a ratio of the output power to each fuel supply amount as a power fuel ratio for the detected plurality of fuel supply amounts, and a plurality of fuel supply amounts Among them, the method includes a step of selecting the one having the largest electric power fuel ratio, and a step of generating the fuel cell under the selected fuel supply amount.

本発明の第４の観点のプログラムは、燃料が供給されると発電する燃料電池、燃料電池の出力電力を検出する第１検出部、並びに、燃料電池および第１検出部に接続された制御部を有する発電制御装置における制御部が実行するプログラムである。そして、当該プログラムは、制御部に、燃料電池へ複数の燃料供給量で燃料を供給し、複数の燃料供給量についての燃料電池の出力電力を第１検出部に検出させる手順と、検出した複数の燃料供給量について、各々の燃料供給量に対する出力電力の比を電力燃料比として演算する手順と、複数の燃料供給量のうちで、電力燃料比が最も大きいものを選択する手順と、選択した燃料供給量の下で燃料電池を発電させる手順とを実行させる。   A program according to a fourth aspect of the present invention includes a fuel cell that generates power when fuel is supplied, a first detection unit that detects output power of the fuel cell, and a control unit connected to the fuel cell and the first detection unit. It is the program which the control part in the electric power generation control apparatus which has this. Then, the program supplies the control unit with fuel at a plurality of fuel supply amounts, and causes the first detection unit to detect the output power of the fuel cell for the plurality of fuel supply amounts, and the detected plurality of fuel cells. The procedure for calculating the ratio of the output power to each fuel supply amount as the power fuel ratio, the procedure for selecting the one with the largest power fuel ratio among the plurality of fuel supply amounts, And a procedure for generating power from the fuel cell under a fuel supply amount.

本発明によれば、燃料電池の燃料の使用量を抑えて効率的に運転することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can drive | operate efficiently, suppressing the usage-amount of the fuel of a fuel cell.

図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池発電システムの概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell power generation system according to a first embodiment of the present invention. 図２は、図１の燃料電池の発電特性図である。FIG. 2 is a power generation characteristic diagram of the fuel cell of FIG. 図３は、図１の燃料電池発電システムの状態遷移の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of state transition of the fuel cell power generation system of FIG. 図４は、図３の制御の下で燃料電池発電システムにより実行される制御例のタイミングチャートである。FIG. 4 is a timing chart of a control example executed by the fuel cell power generation system under the control of FIG. 図５は、本発明の第２実施形態に係る燃料電池発電システムの概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a fuel cell power generation system according to the second embodiment of the present invention. 図６は、図５の燃料電池発電システムの燃料消費抑制モードにおけるタイミングチャートである。FIG. 6 is a timing chart in the fuel consumption suppression mode of the fuel cell power generation system of FIG. 図７は、図５の燃料電池発電システムで使用可能な固体高分子型燃料電池の基本特性図である。FIG. 7 is a basic characteristic diagram of a polymer electrolyte fuel cell that can be used in the fuel cell power generation system of FIG. 図８は、負荷機器の消費電力波形の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of a power consumption waveform of the load device. 図９は、一般家庭での１日の負荷電力（消費電力）を１００Ｗ規模に縮小した一例を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an example in which the daily load power (power consumption) in a general household is reduced to a scale of 100W. 図１０は、変形例に係る燃料電池発電システムの概略構成図である。FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a fuel cell power generation system according to a modification.

以下、本発明の実施の形態を図面に関連付けて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池発電システム１の概略構成図である。
図１の燃料電池発電システム１は、燃料電池１３で発電した電力を直流の電力として出力するものであり、たとえば一般家庭に設置される。
図１の燃料電池発電システム１には、直流電圧で動作可能な負荷（負荷機器）１００を接続できる。 <First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell power generation system 1 according to a first embodiment of the present invention.
The fuel cell power generation system 1 in FIG. 1 outputs power generated by the fuel cell 13 as direct current power, and is installed in a general household, for example.
A load (load device) 100 that can be operated with a DC voltage can be connected to the fuel cell power generation system 1 of FIG.

図１の燃料電池発電システム１は、発電系の構成要素として、タンク１１、供給弁１２、燃料電池１３、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４、エネルギー蓄積要素１５を有する。
また、図１の燃料電池発電システム１は、検出制御系の構成要素として、流量センサ２１、ＦＣ出力電圧センサ２２、ＦＣ出力電流センサ２３、出力電圧センサ２４、出力電流センサ２５、マイクロプロセッサ２６を有する。 The fuel cell power generation system 1 of FIG. 1 includes a tank 11, a supply valve 12, a fuel cell 13, a DC / DC converter 14, and an energy storage element 15 as components of the power generation system.
In addition, the fuel cell power generation system 1 of FIG. 1 includes a flow rate sensor 21, an FC output voltage sensor 22, an FC output current sensor 23, an output voltage sensor 24, an output current sensor 25, and a microprocessor 26 as components of a detection control system. Have.

燃料電池１３は、燃料が供給されることで発電する。
燃料電池１３には、たとえば固体高分子形燃料電池（PEFC）がある。固体高分子形燃料電池では、イオン交換膜に対して水素と酸素とが供給されることで、イオン交換膜において水素と酸素との化学反応が生じ、発電する。
固体高分子形燃料電池は、イオン交換膜に対して水素と酸素とが供給され続けることで、発電し続ける。 The fuel cell 13 generates power when fuel is supplied.
Examples of the fuel cell 13 include a polymer electrolyte fuel cell (PEFC). In the polymer electrolyte fuel cell, when hydrogen and oxygen are supplied to the ion exchange membrane, a chemical reaction occurs between the hydrogen and oxygen in the ion exchange membrane to generate power.
The polymer electrolyte fuel cell continues to generate power by continuously supplying hydrogen and oxygen to the ion exchange membrane.

タンク１１は、燃料電池１３へ供給する燃料を収容する。
燃料電池１３が固体高分子形燃料電池（PEFC）である場合、タンク１１には、燃料として水素が収容される。
なお、タンク１１は、ガス供給会社のガス管に接続され、そのガス管から水素を含むガスが供給されてもよい。この場合、ガス管から供給されるガス中の水素が抽出され、この水素がタンク１１に収容される。 The tank 11 stores fuel to be supplied to the fuel cell 13.
When the fuel cell 13 is a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), the tank 11 stores hydrogen as a fuel.
The tank 11 may be connected to a gas pipe of a gas supply company, and a gas containing hydrogen may be supplied from the gas pipe. In this case, hydrogen in the gas supplied from the gas pipe is extracted, and this hydrogen is stored in the tank 11.

供給弁１２は、タンク１１と燃料電池１３とを接続する。
これにより、タンク１１から燃料電池１３までの燃料供給経路が構成される。
供給弁１２は、単に開閉するものであってもよいが、燃料供給量を調整するためには、任意の開口率に制御可能なものが望ましい。
そして、供給弁１２は、マイクロプロセッサ２６から供給量Ｈ（ＳＥＴ）の制御信号が入力されると、それに対応する燃料を供給可能な開口率で開口する。これにより、タンク１１から燃料電池１３へ、制御信号で指定された供給量Ｈ（ＤＴＣＴ）の燃料が供給される。燃料電池１３は、供給された水素量に応じた電力を発電する。
また、供給弁１２が閉じると、燃料電池１３への燃料供給が停止する。これにより、燃料電池１３の発電は停止する。 The supply valve 12 connects the tank 11 and the fuel cell 13.
Thereby, a fuel supply path from the tank 11 to the fuel cell 13 is configured.
The supply valve 12 may be simply opened and closed, but in order to adjust the fuel supply amount, a valve that can be controlled to an arbitrary opening ratio is desirable.
Then, when the control signal of the supply amount H (SET) is input from the microprocessor 26, the supply valve 12 opens at an opening ratio at which the corresponding fuel can be supplied. As a result, the fuel of the supply amount H (DTCT) specified by the control signal is supplied from the tank 11 to the fuel cell 13. The fuel cell 13 generates electric power according to the supplied amount of hydrogen.
Further, when the supply valve 12 is closed, the fuel supply to the fuel cell 13 is stopped. Thereby, the power generation of the fuel cell 13 is stopped.

ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、燃料電池１３に接続される。
エネルギー蓄積要素１５は、たとえば電気二重層キャパシタ、リチウムイオン電池である。
エネルギー蓄積要素１５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４と負荷機器１００との間に接続される。
これにより、燃料電池１３から負荷機器１００までの電力供給経路が構成される。 The DC / DC converter 14 is connected to the fuel cell 13.
The energy storage element 15 is, for example, an electric double layer capacitor or a lithium ion battery.
The energy storage element 15 is connected between the DC / DC converter 14 and the load device 100.
Thereby, a power supply path from the fuel cell 13 to the load device 100 is configured.

ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、マイクロプロセッサ２６からの制御信号の入力に応じて、燃料電池１３の出力電圧（ＦＣ出力電圧ＶＦＣ）を変換する。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１４が生成した電圧によりエネルギー蓄積要素１５が充電される。 The DC / DC converter 14 converts the output voltage (FC output voltage VFC) of the fuel cell 13 in response to the input of a control signal from the microprocessor 26.
The energy storage element 15 is charged by the voltage generated by the DC / DC converter 14.

負荷機器１００には、このエネルギー蓄積要素１５の充電電圧（燃料電池発電システム１の出力電圧ＶＬ）が印加される。
負荷機器１００には、エネルギー蓄積要素１５により平滑化されたＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧が印加される。
たとえばエネルギー蓄積要素１５の充電電圧が不足する場合、制御信号の入力に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、エネルギー蓄積要素１５の充電電圧より高い電圧を生成して出力する。これにより、エネルギー蓄積要素１５は充電される。
この充電動作をエネルギー蓄積要素１５の充電電圧に応じて繰り返すことにより、エネルギー蓄積要素１５の充電電圧を略一定に維持することが可能になる。 A charging voltage of the energy storage element 15 (an output voltage VL of the fuel cell power generation system 1) is applied to the load device 100.
The output voltage of the DC / DC converter 14 smoothed by the energy storage element 15 is applied to the load device 100.
For example, when the charging voltage of the energy storage element 15 is insufficient, the DC / DC converter 14 generates and outputs a voltage higher than the charging voltage of the energy storage element 15 according to the input of the control signal. Thereby, the energy storage element 15 is charged.
By repeating this charging operation according to the charging voltage of the energy storage element 15, the charging voltage of the energy storage element 15 can be maintained substantially constant.

流量センサ２１は、供給弁１２から燃料電池１３までの区間の燃料供給経路に設置される。
流量センサ２１は、燃料供給経路を通じて燃料電池１３へ供給される燃料（水素）の流量Ｈ（ＤＴＣＴ）を検出する。
流量センサ２１は、検出した流量Ｈ（ＤＴＣＴ）を通知する信号をマイクロプロセッサ２６へ出力する。 The flow sensor 21 is installed in the fuel supply path in the section from the supply valve 12 to the fuel cell 13.
The flow rate sensor 21 detects the flow rate H (DTCT) of the fuel (hydrogen) supplied to the fuel cell 13 through the fuel supply path.
The flow rate sensor 21 outputs a signal notifying the detected flow rate H (DTCT) to the microprocessor 26.

ＦＣ出力電圧センサ２２は、燃料電池１３からＤＣ／ＤＣコンバータ１４までの電力供給経路において、燃料電池１３のＦＣ出力電圧ＶＦＣを検出する。
ＦＣ出力電圧センサ２２は、検出したＦＣ出力電圧ＶＦＣを通知する信号をマイクロプロセッサ２６へ出力する。 The FC output voltage sensor 22 detects the FC output voltage VFC of the fuel cell 13 in the power supply path from the fuel cell 13 to the DC / DC converter 14.
The FC output voltage sensor 22 outputs a signal notifying the detected FC output voltage VFC to the microprocessor 26.

ＦＣ出力電流センサ２３は、燃料電池１３からＤＣ／ＤＣコンバータ１４までの電力供給経路において、燃料電池１３のＦＣ出力電流ＩＦＣを検出する。
ＦＣ出力電流センサ２３は、検出したＦＣ出力電流ＩＦＣを通知する信号をマイクロプロセッサ２６へ出力する。 The FC output current sensor 23 detects the FC output current IFC of the fuel cell 13 in the power supply path from the fuel cell 13 to the DC / DC converter 14.
The FC output current sensor 23 outputs a signal notifying the detected FC output current IFC to the microprocessor 26.

出力電圧センサ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４から負荷１００までの電力供給経路において、燃料電池発電システム１の出力電圧ＶＬを検出する。
出力電圧センサ２４は、検出した出力電圧ＶＬを通知する信号をマイクロプロセッサ２６へ出力する。 The output voltage sensor 24 detects the output voltage VL of the fuel cell power generation system 1 in the power supply path from the DC / DC converter 14 to the load 100.
The output voltage sensor 24 outputs a signal notifying the detected output voltage VL to the microprocessor 26.

出力電流センサ２５は、燃料電池１３からＤＣ／ＤＣコンバータ１４までの電力供給経路において、燃料電池発電システム１の出力電流ＩＬを検出する。
出力電流センサ２５は、検出した出力電流ＩＬを通知する信号をマイクロプロセッサ２６へ出力する。 The output current sensor 25 detects the output current IL of the fuel cell power generation system 1 in the power supply path from the fuel cell 13 to the DC / DC converter 14.
The output current sensor 25 outputs a signal notifying the detected output current IL to the microprocessor 26.

マイクロプロセッサ２６には、流量センサ２１、ＦＣ出力電圧センサ２２、ＦＣ出力電流センサ２３、出力電圧センサ２４、出力電流センサ２５が接続され、検出信号が入力される。
また、マイクロプロセッサ２６は、供給弁１２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４に接続され、制御信号を出力する。
マイクロプロセッサ２６は、たとえばＤＳＰ（Digital Signal Processor）であり、内蔵するメモリに記憶されているプログラムを実行することにより、燃料電池発電システム１の動作を制御する。
これにより、マイクロプロセッサ２６に、燃料電池発電システム１の制御部３１が実現される。 The microprocessor 26 is connected to a flow rate sensor 21, an FC output voltage sensor 22, an FC output current sensor 23, an output voltage sensor 24, and an output current sensor 25, and receives a detection signal.
The microprocessor 26 is connected to the supply valve 12 and the DC / DC converter 14 and outputs a control signal.
The microprocessor 26 is, for example, a DSP (Digital Signal Processor), and controls the operation of the fuel cell power generation system 1 by executing a program stored in a built-in memory.
Thereby, the control unit 31 of the fuel cell power generation system 1 is realized in the microprocessor 26.

制御部３１は、たとえば流量センサ２１などの各種センサから入力される信号に基づいて供給弁１２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を制御することにより、燃料電池１３およびＤＣ／ＤＣコンバータ１４の動作を制御する。
たとえば制御部３１は、出力電圧センサ２４の検出電圧ＶＬが所定値（以下、第１閾値Ｖ１という）より下がった場合、供給弁１２を通じた燃料電池１３への燃料供給を開始して燃料電池１３を発電させ、その発電電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１４で変換し、エネルギー蓄積要素１５を充電する。
この場合、制御部３１は、供給弁１２へ燃料供給量の制御信号を出力し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４へ所定の電圧変換動作の制御信号を出力する。
また、出力電圧センサ２４の検出電圧が第１閾値より高い所定値（以下、第２閾値Ｖ２という）以上になると、供給弁１２を通じた燃料電池１３への燃料供給を停止して燃料電池１３およびＤＣ／ＤＣコンバータ１４を停止させ、エネルギー蓄積要素１５の充電を停止する。
この場合、制御部３１は、供給弁１２へ弁を閉じるための制御信号（たとえば燃料供給量を０とする制御信号）を出力し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４へ電圧変換動作を停止させる制御信号を出力する。 The control unit 31 controls the operation of the fuel cell 13 and the DC / DC converter 14 by controlling the supply valve 12 and the DC / DC converter 14 based on signals input from various sensors such as the flow rate sensor 21. .
For example, when the detection voltage VL of the output voltage sensor 24 falls below a predetermined value (hereinafter, referred to as the first threshold value V1), the control unit 31 starts supplying fuel to the fuel cell 13 through the supply valve 12 and starts the fuel cell 13. Is generated, the generated power is converted by the DC / DC converter 14 and the energy storage element 15 is charged.
In this case, the control unit 31 outputs a control signal for the fuel supply amount to the supply valve 12 and outputs a control signal for a predetermined voltage conversion operation to the DC / DC converter 14.
Further, when the detected voltage of the output voltage sensor 24 becomes a predetermined value higher than the first threshold (hereinafter referred to as the second threshold V2) or more, the fuel supply to the fuel cell 13 through the supply valve 12 is stopped, and the fuel cell 13 and The DC / DC converter 14 is stopped, and charging of the energy storage element 15 is stopped.
In this case, the control unit 31 outputs a control signal for closing the valve to the supply valve 12 (for example, a control signal for setting the fuel supply amount to 0), and outputs a control signal for stopping the voltage conversion operation to the DC / DC converter 14. Output.

図２は、図１の燃料電池１３の発電特性図である。
図２の発電特性図は、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）の一例の発電特性図である。
図２の横軸はＦＣ出力電流ＩＦＣである。
縦軸は、ＦＣ出力電圧ＶＦＣおよび電力燃料比Ｃ（＝ＰＦＣ÷Ｈ）である。
図２には、２つの山形の曲線として、ＦＣ出力電力ＰＦＣの特性曲線４１と、電力燃料比Ｃの特性曲線４２とが図示されている。
電力燃料比Ｃが高いほど、同じ出力電力ＰＦＣを得るために必要となる燃料が少なくなる。
また、図２には、燃料電池１３の出力電圧ＶＦＣの特性曲線４３も図示されている。
図２において、ＰＦＣは、燃料電池１３の出力電力ＰＦＣ（＝ＶＦＣ×ＩＦＣ）である。流量Ｈは、燃料電池１３への燃料供給量である。ＰＦＣｍａｘは、最大電力である。Ｃｍａｘは、最大の電力燃料比である。ＰＦＣｏｐは、Ｃｍａｘでの電力である。ＶＦＣｏｐは、ＣｍａｘでのＦＣ出力電圧である。ＩＦＣｏｐは、ＣｍａｘでのＦＣ出力電流である。ＩＦＣｍａｘは、燃料電池１３の運転時の最大電流である。 FIG. 2 is a power generation characteristic diagram of the fuel cell 13 of FIG.
The power generation characteristic diagram of FIG. 2 is a power generation characteristic diagram of an example of a polymer electrolyte fuel cell (PEFC).
The horizontal axis of FIG. 2 is the FC output current IFC.
The vertical axis represents the FC output voltage VFC and the power fuel ratio C (= PFC ÷ H).
In FIG. 2, a characteristic curve 41 of the FC output power PFC and a characteristic curve 42 of the power-fuel ratio C are shown as two mountain-shaped curves.
The higher the power / fuel ratio C, the less fuel is required to obtain the same output power PFC.
FIG. 2 also shows a characteristic curve 43 of the output voltage VFC of the fuel cell 13.
In FIG. 2, PFC is the output power PFC (= VFC × IFC) of the fuel cell 13. The flow rate H is the amount of fuel supplied to the fuel cell 13. PFCmax is the maximum power. Cmax is the maximum power fuel ratio. PFCop is the power at Cmax. VFCop is the FC output voltage at Cmax. IFCop is the FC output current at Cmax. IFCmax is the maximum current during operation of the fuel cell 13.

そして、図２においてＰＦＣｍａｘとＣｍａｘとは異なる動作点となっている。
燃料使用量Ｈに対する燃料電池１３の出力電力ＰＦＣの比の最大点Ｃｍａｘは、最大電力ＰＦＣｍａｘの点と一致しない。
また、燃料電池１３のＦＣ出力電流ＩＦＣを最大とする定電流制御の場合でも、その出力電流が最大となる場合の電力燃料比Ｃは、必ずしも最大の電力燃料比Ｃｍａｘと一致しない。
すなわち、図２の燃料電池１３では、ＰＦＣｍａｘとなる場合のＦＣ出力電圧ＶＦＣおよびＦＣ出力電流ＩＦＣと、Ｃｍａｘとなる場合のＦＣ出力電圧ＶＦＣｏｐおよびＦＣ出力電流ＩＦＣｏｐとは異なっている。
このため、燃料電池１３の最大の出力電力ＰＦＣｍａｘにおいて燃料電池１３を運転させたとしても、燃料電池１３の電力燃料比Ｃは、最大とならない。一定量の燃料により発電可能な電力（電力量）は最大にならない。
なお、最大の出力電力点（ＰＦＣｍａｘまたはＩＦＣｍａｘ）で運転するように燃料電池１３を制御する方式は、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）方式と呼ばれている。 In FIG. 2, PFCmax and Cmax are different operating points.
The maximum point Cmax of the ratio of the output power PFC of the fuel cell 13 to the fuel usage amount H does not coincide with the point of the maximum power PFCmax.
Further, even in the case of constant current control that maximizes the FC output current IFC of the fuel cell 13, the power fuel ratio C when the output current is maximized does not necessarily match the maximum power fuel ratio Cmax.
That is, in the fuel cell 13 of FIG. 2, the FC output voltage VFC and the FC output current IFC when PFCmax is set are different from the FC output voltage VFCop and the FC output current IFCop when Cmax is set.
For this reason, even if the fuel cell 13 is operated at the maximum output power PFCmax of the fuel cell 13, the power fuel ratio C of the fuel cell 13 does not become maximum. The electric power (electric power) that can be generated with a certain amount of fuel is not maximized.
A method for controlling the fuel cell 13 to operate at the maximum output power point (PFCmax or IFCmax) is called an MPPT (Maximum Power Point Tracking) method.

また、図２の発電特性図は、ある環境下における燃料電池１３の特性図である。
燃料電池１３の発電特性は、たとえば温度、湿度、燃料供給量などの環境が変化すると、それに応じて変化する。
このため、仮にたとえばある環境（温度）において一定量の燃料により発電可能な電力（電力量）が最大となる特定の燃料供給量を設定したとしても、実際の使用環境下では、燃料電池１３は、最適な燃料供給量で運転しているとは限らない。
環境が随時変化することからすれば、むしろ、燃料電池１３は、最適でない燃料供給量で運転している場合が多いと予想される。 2 is a characteristic diagram of the fuel cell 13 under a certain environment.
The power generation characteristics of the fuel cell 13 change accordingly when the environment such as temperature, humidity, and fuel supply amount changes.
For this reason, for example, even if a specific fuel supply amount that maximizes the amount of electric power (amount of power) that can be generated by a certain amount of fuel in a certain environment (temperature) is set, the fuel cell 13 does not It is not always the case that the vehicle is operating with the optimum fuel supply amount.
If the environment changes from time to time, it is rather expected that the fuel cell 13 is often operated with a non-optimal fuel supply amount.

また、図２の燃料電池１３では、ＩＦＣｍａｘ以下の電流で運転するように、ＦＣ出力電流ＩＦＣが制限されている。
このため、本実施形態の制御部３１は、ＩＦＣｏｐからＩＦＣｍａｘまでの範囲のＦＣ出力電流ＩＦＣが得られるように燃料電池１３を制御するとよい。
制御部３１は、与えられた環境(温度、湿度、燃料供給状態など)の中で燃料消費を極力抑えるように制御を実行するとよい。 Further, in the fuel cell 13 of FIG. 2, the FC output current IFC is limited so as to be operated at a current equal to or less than IFCmax.
For this reason, the control part 31 of this embodiment is good to control the fuel cell 13 so that FC output current IFC of the range from IFCop to IFCmax is obtained.
The control unit 31 may perform control so as to suppress fuel consumption as much as possible in a given environment (temperature, humidity, fuel supply state, etc.).

たとえば後述する図３に示すように、制御部３１は、燃料電池発電システム１の出力電圧に応じて、燃料電池発電システム１の動作モードを、休止モード５１と、運転モードとの間で切り替える。
運転モードには、最大電力モード５２と、燃料消費抑制モード５３とがある。
最大電力モード５２では、制御部３１は、最大の出力電力点（ＰＦＣｍａｘまたはＩＦＣｍａｘ）で運転するように燃料電池１３を制御する。
燃料消費抑制モード５３では、制御部３１は、Ｃｍａｘで運転するように燃料電池１３を制御する。
このような燃料電池発電システム１では、制御部３１は、通常の運転時には燃料消費抑制モード５３で燃料電池１３を制御すれとよい。 For example, as shown in FIG. 3 to be described later, the control unit 31 switches the operation mode of the fuel cell power generation system 1 between the pause mode 51 and the operation mode according to the output voltage of the fuel cell power generation system 1.
The operation modes include a maximum power mode 52 and a fuel consumption suppression mode 53.
In the maximum power mode 52, the control unit 31 controls the fuel cell 13 to operate at the maximum output power point (PFCmax or IFCmax).
In the fuel consumption suppression mode 53, the control unit 31 controls the fuel cell 13 to operate at Cmax.
In such a fuel cell power generation system 1, the control unit 31 may control the fuel cell 13 in the fuel consumption suppression mode 53 during normal operation.

図３は、燃料電池発電システム１の状態遷移の説明図である。
図３には、燃料電池発電システム１の動作モードとして、休止モード５１、最大電力モード５２、燃料消費抑制モード５３が図示されている。 FIG. 3 is an explanatory diagram of the state transition of the fuel cell power generation system 1.
FIG. 3 shows a pause mode 51, a maximum power mode 52, and a fuel consumption suppression mode 53 as operation modes of the fuel cell power generation system 1.

休止モード５１では、燃料電池１３およびＤＣ／ＤＣコンバータ１４は停止する。
制御部３１は、燃料電池１３およびＤＣ／ＤＣコンバータ１４を停止させる制御信号を出力する。 In the pause mode 51, the fuel cell 13 and the DC / DC converter 14 are stopped.
The control unit 31 outputs a control signal for stopping the fuel cell 13 and the DC / DC converter 14.

最大電力モード５２では、燃料電池１３およびＤＣ／ＤＣコンバータ１４は動作する。
また、燃料電池１３は、その最大電力ＰＦＣｍａｘを出力する状態で動作する。
ただし、図２に示すように、図１の燃料電池１３では、ＩＦＣｍａｘが制限されている。
このため、図１の燃料電池１３では、ＩＦＣｍａｘでの動作が、最大電力を出力する状態である。
制御部３１は、燃料電池１３に対して最大電力を出力させる燃料を供給するように供給弁１２へ制御信号を出力し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４へ動作させる制御信号を出力する。 In the maximum power mode 52, the fuel cell 13 and the DC / DC converter 14 operate.
The fuel cell 13 operates in a state where the maximum power PFCmax is output.
However, as shown in FIG. 2, the IFCmax is limited in the fuel cell 13 of FIG.
For this reason, in the fuel cell 13 of FIG. 1, the operation at IFCmax is a state in which the maximum power is output.
The control unit 31 outputs a control signal to the supply valve 12 so as to supply fuel for outputting the maximum power to the fuel cell 13 and outputs a control signal for operating the DC / DC converter 14.

燃料消費抑制モード５３では、燃料電池１３およびＤＣ／ＤＣコンバータ１４は動作する。
また、燃料電池１３は、電力燃料比Ｃが最大となる状態（図２のＣｍａｘ）で動作する。
制御部３１は、燃料電池１３に対して電力燃料比を最大とする燃料を供給するように供給弁１２へ制御信号を出力し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４へ動作させる制御信号を出力する。 In the fuel consumption suppression mode 53, the fuel cell 13 and the DC / DC converter 14 operate.
The fuel cell 13 operates in a state where the power fuel ratio C is maximized (Cmax in FIG. 2).
The control unit 31 outputs a control signal to the supply valve 12 so as to supply the fuel cell 13 with fuel that maximizes the power-fuel ratio, and outputs a control signal that causes the DC / DC converter 14 to operate.

そして、図３に示すように、出力電圧センサ２４の検出電圧ＶＬが上限値（第２閾値Ｖ２）以上になると、燃料電池発電システム１の動作モードは、最大電力モード５２または燃料消費抑制モード５３から、休止モード５１へ移行する。
休止モード５１において出力電圧センサ２４の検出電圧ＶＬが下限値（第１閾値Ｖ１）以下になると、燃料電池発電システム１の動作モードは、燃料消費抑制モード５３となる。
休止モード５１において出力電圧センサ２４の検出電圧ＶＬが下限値より低い第３閾値Ｖ３以下になると、燃料電池発電システム１の動作モードは、最大電力モード５２となる。
燃料消費抑制モード５３での動作中に、出力電圧センサ２４の検出電圧ＶＬが第３閾値Ｖ３以下になると、燃料電池発電システム１の動作モードは、最大電力モード５２となる。
最大電力モード５２での動作中に、出力電圧センサ２４の検出電圧ＶＬが、第１閾値Ｖ１と第２閾値Ｖ２との間の第４閾値Ｖ４になると、燃料電池発電システム１の動作モードは、燃料消費抑制モード５３となる。
これにより、燃料電池発電システム１は、燃料消費を極力抑えた高効率な運転を実現する。
なお、燃料電池発電システム１の燃料効率を高めるためには、負荷１００の平均電力が図２のＰＦＣｏｐ以下となるように燃料電池１３の定格を設定することが望ましい。 As shown in FIG. 3, when the detection voltage VL of the output voltage sensor 24 becomes equal to or higher than the upper limit value (second threshold value V2), the operation mode of the fuel cell power generation system 1 is the maximum power mode 52 or the fuel consumption suppression mode 53. , Transition to the sleep mode 51.
When the detection voltage VL of the output voltage sensor 24 becomes equal to or lower than the lower limit value (first threshold value V1) in the pause mode 51, the operation mode of the fuel cell power generation system 1 becomes the fuel consumption suppression mode 53.
When the detection voltage VL of the output voltage sensor 24 becomes equal to or lower than the third threshold value V3 lower than the lower limit value in the pause mode 51, the operation mode of the fuel cell power generation system 1 becomes the maximum power mode 52.
If the detection voltage VL of the output voltage sensor 24 becomes equal to or lower than the third threshold value V3 during the operation in the fuel consumption suppression mode 53, the operation mode of the fuel cell power generation system 1 becomes the maximum power mode 52.
When the detection voltage VL of the output voltage sensor 24 becomes the fourth threshold value V4 between the first threshold value V1 and the second threshold value V2 during the operation in the maximum power mode 52, the operation mode of the fuel cell power generation system 1 is The fuel consumption suppression mode 53 is set.
Thereby, the fuel cell power generation system 1 realizes highly efficient operation with the fuel consumption suppressed as much as possible.
In order to increase the fuel efficiency of the fuel cell power generation system 1, it is desirable to set the rating of the fuel cell 13 so that the average power of the load 100 is equal to or less than the PFCop in FIG.

次に、燃料消費抑制モード５３での動作を詳しく説明する。
図４は、図３の制御の下で燃料電池発電システム１により実行される制御例のタイミングチャートである。
図４（Ａ）は、電力燃料比Ｃ（＝ＰＦＣ÷Ｈ）の波形である。
図４（Ｂ）は、燃料電池１３のＦＣ出力電圧ＶＦＣの波形である。
図４（Ｃ）は、燃料電池１３のＦＣ出力電流ＩＦＣの波形である。
図４において、時間は左から右に経過している。 Next, the operation in the fuel consumption suppression mode 53 will be described in detail.
FIG. 4 is a timing chart of a control example executed by the fuel cell power generation system 1 under the control of FIG.
FIG. 4A shows a waveform of the power fuel ratio C (= PFC ÷ H).
FIG. 4B is a waveform of the FC output voltage VFC of the fuel cell 13.
FIG. 4C shows the waveform of the FC output current IFC of the fuel cell 13.
In FIG. 4, time passes from left to right.

図４のタイミングチャートは、休止モード５１から燃料消費抑制モード５３となり、燃料消費抑制モード５３から最大電力モード５２となる場合の例である。
出力電圧センサ２４により検出される燃料電池発電システム１の出力電圧ＶＬが第１閾値Ｖ１以下になると、制御部３１により、燃料電池発電システム１は、休止モード５１から燃料消費抑制モード５３となる。
燃料消費抑制モード５３での動作中に負荷電力が急増するなどして燃料電池発電システム１の出力電圧ＶＬが第３閾値Ｖ３以下になると、燃料電池発電システム１は、燃料消費抑制モード５３から最大電力モード５２となる。 The timing chart of FIG. 4 is an example when the fuel consumption suppression mode 53 is switched from the pause mode 51 and the maximum power mode 52 is switched from the fuel consumption suppression mode 53.
When the output voltage VL of the fuel cell power generation system 1 detected by the output voltage sensor 24 becomes equal to or lower than the first threshold value V1, the control unit 31 causes the fuel cell power generation system 1 to enter the fuel consumption suppression mode 53 from the pause mode 51.
When the output voltage VL of the fuel cell power generation system 1 falls below the third threshold value V3 due to a sudden increase in load power during the operation in the fuel consumption suppression mode 53, the fuel cell power generation system 1 starts from the fuel consumption suppression mode 53 to the maximum. The power mode 52 is entered.

そして、制御部３１は、燃料消費抑制モード５３を開始する場合、まず、電力燃料比が最大（Ｃｍａｘ）となる燃料供給量のサーチ処理を実行する。
燃料供給量のサーチ処理では、制御部３１は、複数の燃料供給量Ｈ（ＳＥＴ）を供給弁１２に順番に設定する。
図２の燃料電池１３の場合、このスキャンに係る複数の燃料供給量は、たとえば燃料電池１３のＦＣ出力電流ＩＦＣの範囲、すなわち０からＩＦＣｍａｘまでの範囲を段階的に分割するように離散した複数の燃料供給量である。
これに対して、たとえば燃料電池１３が、図２の最大出力電力ＰＦＣｍａｘに対応するＦＣ出力電流ＩＦＣを出力可能である場合には、後述するスキャンに係る複数の燃料供給量は、たとえば０から最大出力電力ＰＦＣｍａｘに対応するＦＣ出力電流までの範囲を段階的に分割するように離散した複数の燃料供給量とするとよい。 When starting the fuel consumption suppression mode 53, the control unit 31 first executes a search process for a fuel supply amount at which the power-fuel ratio becomes maximum (Cmax).
In the fuel supply amount search process, the control unit 31 sequentially sets a plurality of fuel supply amounts H (SET) in the supply valve 12.
In the case of the fuel cell 13 of FIG. 2, the plurality of fuel supply amounts related to this scan are discrete, for example, so as to divide the range of the FC output current IFC of the fuel cell 13, that is, the range from 0 to IFCmax stepwise. The amount of fuel supply.
On the other hand, for example, when the fuel cell 13 can output the FC output current IFC corresponding to the maximum output power PFCmax in FIG. It is preferable to use a plurality of discrete fuel supply amounts so as to divide the range up to the FC output current corresponding to the output power PFCmax stepwise.

また、複数の燃料供給量を順番に設定するにあたり、制御部３１は、値「０」の燃料供給量から、燃料供給量を段階的に増加させる順番で、複数の燃料供給量Ｈ（ＳＥＴ）を設定する。
図４では、タイミングＴ１からＴ４において、４段階の燃料供給量Ｈ（ＳＥＴ）が供給弁１２に順番に設定されている。
タイミングＴ１からＴ４において、燃料供給量Ｈ（ＳＥＴ）は、段階的に増えている。
供給弁１２は、制御信号により設定された燃料供給量Ｈ（ＳＥＴ）により、燃料電池１３へ燃料を供給する。
流量センサ２１は、各燃料供給量の設定に基づいて実際に燃料電池１３へ供給されている燃料供給量Ｈ（ＤＴＣＴ）を流量により検出し、制御部３１へ出力する。 Further, when setting the plurality of fuel supply amounts in order, the control unit 31 increases the fuel supply amount stepwise from the fuel supply amount of the value “0” in the order of increasing the fuel supply amount H (SET). Set.
In FIG. 4, four stages of fuel supply amounts H (SET) are set in the supply valve 12 in order from timing T1 to T4.
From timing T1 to T4, the fuel supply amount H (SET) increases stepwise.
The supply valve 12 supplies fuel to the fuel cell 13 with the fuel supply amount H (SET) set by the control signal.
The flow sensor 21 detects the fuel supply amount H (DTCT) actually supplied to the fuel cell 13 based on the setting of each fuel supply amount, and outputs the detected fuel supply amount H (DTCT) to the control unit 31.

制御部３１は、新たな燃料供給量を設定すると、実際に燃料電池１３に対する供給量が安定すると予測される期間を待つ。
図４で言えば、たとえばＴ１からＴ２までの期間を待つ。
この待ち時間は、燃料電池１３の発電量などに応じて異なるものであるが、たとえば数秒から数十秒程度の時間である。燃料電池１３では、水素などの流体を供給する必要があるため、流量を制御をしてからその流量に安定するまでに時間がかかる。 When the new fuel supply amount is set, the control unit 31 waits for a period during which the supply amount to the fuel cell 13 is actually expected to be stable.
In FIG. 4, for example, a period from T1 to T2 is waited.
The waiting time varies depending on the amount of power generated by the fuel cell 13, and is, for example, about several seconds to several tens of seconds. Since it is necessary to supply a fluid such as hydrogen in the fuel cell 13, it takes time until the flow rate is stabilized after the flow rate is controlled.

燃料の流量が安定すると、燃料電池１３は、その安定した流量の水素と酸素との化学反応により、水素の供給量に応じたＦＣ出力電圧ＶＦＣおよびＦＣ出力電流ＩＦＣを出力する。
このＦＣ出力電圧ＶＦＣおよびＦＣ出力電流ＩＦＣは、燃料供給量Ｈ（ＳＥＴ）が段階的に制御されることにより、段階的に変化する。 When the fuel flow rate is stabilized, the fuel cell 13 outputs the FC output voltage VFC and the FC output current IFC corresponding to the supply amount of hydrogen by a chemical reaction between the hydrogen and oxygen at the stable flow rate.
The FC output voltage VFC and the FC output current IFC change stepwise as the fuel supply amount H (SET) is controlled stepwise.

このように燃料の供給量を停止した状態から段階的に増やすことで、燃料電池１３に対する燃料供給量を段階的に増やすことができる。
また、各燃料供給量において、前回の燃料供給量との差分を最小限に抑えることができるため、各回において供給量が安定化するまでの時間が短くなる。
その分、早期の検出および次段階への切替が可能である。サーチ期間が短縮される。 Thus, the fuel supply amount to the fuel cell 13 can be increased stepwise by increasing the fuel supply amount stepwise from the stopped state.
In addition, since the difference from the previous fuel supply amount can be minimized in each fuel supply amount, the time until the supply amount stabilizes each time is shortened.
Accordingly, early detection and switching to the next stage are possible. The search period is shortened.

燃料供給量が安定するまでの待ち期間において、制御部３１は、検出されているＦＣ出力電圧ＶＦＣおよびＦＣ出力電流ＩＦＣに基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を制御する。
制御部３１は、変化しているＦＣ出力電圧ＶＦＣおよびＦＣ出力電流ＩＦＣに追従させて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の動作を制御する。 In the waiting period until the fuel supply amount is stabilized, the control unit 31 controls the DC / DC converter 14 based on the detected FC output voltage VFC and FC output current IFC.
The control unit 31 controls the operation of the DC / DC converter 14 by following the changing FC output voltage VFC and FC output current IFC.

燃料供給量が安定するまでの待ち期間が経過すると、制御部３１は、各種のセンサの検出値を取得する（タイミングＴ２からＴ５）。
そして、制御部３１は、燃料電池１３のＦＣ出力電圧ＶＦＣとＦＣ出力電流ＩＦＣとを乗算し、燃料電池１３の出力電力ＰＦＣを演算する。
また、制御部３１は、燃料電池１３の出力電力ＰＦＣを、流量センサ２１により検出された燃料供給量Ｈ（ＤＴＣＴ）で除算し、電力燃料比Ｃを演算する。 When a waiting period until the fuel supply amount stabilizes, the control unit 31 acquires detection values of various sensors (timing T2 to T5).
Then, the control unit 31 calculates the output power PFC of the fuel cell 13 by multiplying the FC output voltage VFC of the fuel cell 13 by the FC output current IFC.
Further, the control unit 31 divides the output power PFC of the fuel cell 13 by the fuel supply amount H (DTCT) detected by the flow sensor 21 to calculate the power fuel ratio C.

また、２段階目以降の燃料供給量の検出タイミングＴ３からＴ５では、制御部３１は、新たに演算した電力燃料比Ｃを、前回の値と比較する。
制御部３１は、新たに演算した電力燃料比Ｃが前回の値より下がるか否かを判断する。
たとえば図４のタイミングＴ３では、新たに演算した電力燃料比Ｃが前回の値より大きいため、制御部３１は、新たに演算した電力燃料比Ｃが前回の値より下がらないと判断する。
新たに演算した電力燃料比Ｃが前回の値より下がらないと判断した場合、制御部３１は、次の燃料供給量を設定し、同様の処理を繰り返す。
また、タイミングＴ４でも、新たに演算した電力燃料比Ｃが前回の値より大きいため、制御部３１は、新たに演算した電力燃料比が前回の値より下がらないと判断する。
新たに演算した電力燃料比Ｃが前回の値より下がらないと判断した場合、制御部３１は、次の燃料供給量を設定し、同様の処理を繰り返す。
このように制御部３１は、新たに演算した電力燃料比Ｃが前回の値より下がると判断するまで、複数の燃料供給量のうちの次の燃料供給量を設定し、検出判定処理を繰り返す。 In addition, at the detection timings T3 to T5 of the fuel supply amount after the second stage, the control unit 31 compares the newly calculated electric power fuel ratio C with the previous value.
The control unit 31 determines whether or not the newly calculated power fuel ratio C falls below the previous value.
For example, at timing T3 in FIG. 4, since the newly calculated power fuel ratio C is larger than the previous value, the control unit 31 determines that the newly calculated power fuel ratio C does not fall below the previous value.
When it is determined that the newly calculated electric power fuel ratio C does not fall below the previous value, the control unit 31 sets the next fuel supply amount and repeats the same processing.
Also at timing T4, since the newly calculated power / fuel ratio C is larger than the previous value, the control unit 31 determines that the newly calculated power / fuel ratio does not fall below the previous value.
When it is determined that the newly calculated electric power fuel ratio C does not fall below the previous value, the control unit 31 sets the next fuel supply amount and repeats the same processing.
In this way, the control unit 31 sets the next fuel supply amount among the plurality of fuel supply amounts and repeats the detection determination process until it is determined that the newly calculated power-fuel ratio C is lower than the previous value.

そして、図４のタイミングＴ５に示すように、新たに演算した電力燃料比Ｃが前回の値より下がる場合、制御部３１は、電力燃料比が最大（Ｃｍａｘ）となる燃料供給量のサーチ処理を終了する。
具体的には、制御部３１は、複数の燃料供給量についての出力電力の検出を終了する。
また、制御部３１は、前回の演算に係る燃料供給量Ｈ（ＳＥＴ）を、電力燃料比が最大（Ｃｍａｘ）となる燃料供給量として選択する。
その後の追従動作期間では、制御部３１は、このサーチ処理により選択した燃料供給量Ｈ（ＳＥＴ）を用いて燃料電池１３を動作させる。 Then, as shown at timing T5 in FIG. 4, when the newly calculated electric power fuel ratio C falls below the previous value, the control unit 31 performs a search process for the fuel supply amount at which the electric power fuel ratio becomes maximum (Cmax). finish.
Specifically, the control unit 31 ends detection of output power for a plurality of fuel supply amounts.
Further, the control unit 31 selects the fuel supply amount H (SET) related to the previous calculation as the fuel supply amount at which the power fuel ratio becomes maximum (Cmax).
In the subsequent follow-up operation period, the control unit 31 operates the fuel cell 13 using the fuel supply amount H (SET) selected by the search process.

これに対して、たとえば複数の燃料供給量のすべてについてサーチ処理を実行し終えたとしても、演算した電力燃料比Ｃが前回の値より下がることがない場合が考えられる。
この場合には、制御部３１は、たとえば最後の検出に用いた燃料供給量を選択する。
そして、制御部３１は、複数の燃料供給量についての出力電力の検出を終了する。
この場合、その後の追従動作期間では、制御部３１は、この検出処理により選択した燃料供給量Ｈ（ＳＥＴ）を用いて燃料電池１３を動作させる。 On the other hand, for example, even if the search process has been completed for all of the plurality of fuel supply amounts, there may be a case where the calculated electric power fuel ratio C does not fall below the previous value.
In this case, the control unit 31 selects the fuel supply amount used for the last detection, for example.
And the control part 31 complete | finishes the detection of the output electric power about several fuel supply amount.
In this case, in the subsequent follow-up operation period, the control unit 31 operates the fuel cell 13 using the fuel supply amount H (SET) selected by this detection process.

また、図２の電力特性図では、ＩＦＣｏｐよりＩＦＣｍａｘが右側にある。すなわちＣｍａｘよりもＰＦＣｍａｘが右側にある。
このため、制御部３１は、追従動作期間において、出力電圧ＶＬと出力電流ＩＬとを常に検出し、負荷電力ＰＬを監視する。
そして、たとえば負荷電力ＰＬ（＝Ｖｌ×ＩＬ）がある設定値を超えた場合、制御部３１は、動作モードを燃料消費抑制モード５３から最大電力モード５２に切り替える。
具体的にはたとえば、燃料電池発電システム１の出力電圧ＶＬが負荷電力の急増などにより第３閾値Ｖ３より下がると、制御部３１は、動作モードを燃料消費抑制モード５３から最大電力モード５２に切り替える。
制御部３１は、最大電力となる燃料供給量を供給弁１２へ指示する。
図２の場合、制御部３１は、ＩＦＣｍａｘとなる燃料供給量を供給弁１２へ指示する。
また、制御部３１は、検出されているＦＣ出力電圧ＶＦＣおよびＦＣ出力電流ＩＦＣに基づいて、その変化に追従するようにＤＣ／ＤＣコンバータ１４を制御する。 In the power characteristic diagram of FIG. 2, IFCmax is on the right side of IFCop. That is, PFCmax is on the right side of Cmax.
Therefore, the control unit 31 constantly detects the output voltage VL and the output current IL during the follow-up operation period, and monitors the load power PL.
For example, when the load power PL (= Vl × IL) exceeds a certain set value, the control unit 31 switches the operation mode from the fuel consumption suppression mode 53 to the maximum power mode 52.
Specifically, for example, when the output voltage VL of the fuel cell power generation system 1 falls below the third threshold value V3 due to a sudden increase in load power, the control unit 31 switches the operation mode from the fuel consumption suppression mode 53 to the maximum power mode 52. .
The control unit 31 instructs the supply valve 12 on the fuel supply amount that is the maximum power.
In the case of FIG. 2, the control unit 31 instructs the supply valve 12 of a fuel supply amount that becomes IFCmax.
Further, the control unit 31 controls the DC / DC converter 14 so as to follow the changes based on the detected FC output voltage VFC and FC output current IFC.

以上のように、第１実施形態では、制御部３１は、燃料消費抑制モード５３の開始時に電力燃料比を最大（Ｃｍａｘ）とする燃料供給量Ｈ（ＳＥＴ）を選択し、燃料消費抑制モード５３における燃料供給量を、その選択した燃料供給量Ｈ（ＳＥＴ）とする。
よって、第１実施形態では、一定量の燃料により発電可能な電力（電力量）を最大とした状態で燃料電池１３を運転することができる。
燃料の使用量を最小限に抑え、効率的に運転することができる。
特に、流量センサ２１により実際に供給されている燃料供給量Ｈ（ＤＴＣＴ）を検出し、その検出された燃料供給量Ｈ（ＤＴＣＴ）を用いて電力燃料比Cを演算している。
このため、設定値Ｈ（ＳＥＴ）を演算に用いる場合より、正確な電力燃料比を演算できる。燃料供給量の設定値Ｈ（ＳＥＴ）と検出値Ｈ（ＤＴＣＴ）との誤差を含まない正確な演算ができる。 As described above, in the first embodiment, the control unit 31 selects the fuel supply amount H (SET) that maximizes the power fuel ratio (Cmax) at the start of the fuel consumption suppression mode 53, and the fuel consumption suppression mode 53. Is the selected fuel supply amount H (SET).
Therefore, in the first embodiment, the fuel cell 13 can be operated in a state in which the electric power (electric power amount) that can be generated with a certain amount of fuel is maximized.
It is possible to operate efficiently while minimizing the amount of fuel used.
In particular, the fuel supply amount H (DTCT) actually supplied by the flow rate sensor 21 is detected, and the electric power fuel ratio C is calculated using the detected fuel supply amount H (DTCT).
For this reason, an accurate electric power fuel ratio is computable rather than the case where set value H (SET) is used for a calculation. Accurate calculation that does not include an error between the set value H (SET) and the detected value H (DTCT) of the fuel supply amount can be performed.

第１実施形態では、負荷機器１００と燃料電池１３との間にＤＣ／ＤＣコンバータ１４およびエネルギー蓄積要素１５を設けている。
これにより、第１実施形態では、燃料電池１３を間欠的に発電させながら、負荷機器１００へ安定した電力を供給することができる。
また、第１実施形態では、この燃料電池１３を間欠的に動作させることを利用し、各燃料消費抑制モード５３での発電期間の開始時に、最適な電力燃料比（Ｃｍａｘ）が得られる燃料供給量を選択している。
よって、第１実施形態では、燃料電池１３の環境が変化したとしても、その環境の変化にかかわらず、変化する各々の環境下において最適な燃料供給量で燃料電池１３を運転することができる。
燃料電池１３は、休止モード５１から繰り返し復旧することにより、常に最適な燃料供給量で運転できる。
また、第１実施形態では、電力燃料比Ｃを演算するための複数の燃料供給量による運転を、燃料電池１３を動作させる必要がある燃料消費抑制モード５３において実行している。
これにより、その計測中に発電される電力についても、エネルギー蓄積要素１５の充電に用いることができる。
環境に応じた最適な電力燃料比（Ｃｍａｘ）を得るための運転により生成される電力を無駄にしない。 In the first embodiment, a DC / DC converter 14 and an energy storage element 15 are provided between the load device 100 and the fuel cell 13.
Thereby, in 1st Embodiment, stable electric power can be supplied to the load apparatus 100, generating the fuel cell 13 intermittently.
Further, in the first embodiment, the fuel cell 13 is operated intermittently, and the fuel supply that provides the optimum power fuel ratio (Cmax) at the start of the power generation period in each fuel consumption suppression mode 53 is obtained. The amount is selected.
Therefore, in the first embodiment, even if the environment of the fuel cell 13 changes, the fuel cell 13 can be operated with an optimal fuel supply amount in each changing environment regardless of the change in the environment.
The fuel cell 13 can always be operated with an optimal fuel supply amount by repeatedly recovering from the pause mode 51.
In the first embodiment, the operation with a plurality of fuel supply amounts for calculating the power fuel ratio C is performed in the fuel consumption suppression mode 53 in which the fuel cell 13 needs to be operated.
Thereby, the electric power generated during the measurement can also be used for charging the energy storage element 15.
The electric power generated by the operation for obtaining the optimum electric power fuel ratio (Cmax) according to the environment is not wasted.

第１実施形態では、電力燃料比が最大（Ｃｍａｘ）となることを判断するために必要となる複数の燃料供給量について計測したら、それ以降の計測を中断する。
このため、燃料供給量の制御可能な範囲のすべてについて計測することなく、早期に検出動作を中断することができる。
検出のための電力燃料比Ｃが高くない状態での運転時間を短縮し、燃料消費を抑制できる。
また、第１実施形態では、停止した状態から検出を開始するにあたり、少ない燃料供給量（具体的には「０」）から順次増加させる順番で検出している。
これにより、各燃料供給量への安定化時間を最小限にできる。
その結果、第１実施形態では、複数の燃料供給量について検出するためのトータルの検出期間を、実質的に短縮することができる。
必要最小限の短い時間で一連の検出処理を終了することができる。 In 1st Embodiment, if it measures about several fuel supply amount required in order to judge that an electric power fuel ratio becomes the maximum (Cmax), the subsequent measurement will be interrupted.
For this reason, the detection operation can be interrupted at an early stage without measuring all of the controllable range of the fuel supply amount.
The operation time in a state where the power-fuel ratio C for detection is not high can be shortened, and fuel consumption can be suppressed.
In the first embodiment, when the detection is started from the stopped state, the detection is performed in the order of increasing sequentially from a small fuel supply amount (specifically “0”).
Thereby, the stabilization time to each fuel supply amount can be minimized.
As a result, in the first embodiment, the total detection period for detecting a plurality of fuel supply amounts can be substantially shortened.
A series of detection processes can be completed in a minimum necessary short time.

第１実施形態では、複数の燃料供給量において極大となる最適な電力燃料比（Ｃｍａｘ）が得られない環境であっても、その極大値（Ｃｍａｘ）に最も近い効率で発電することができる。
すなわち、複数の燃料供給量が設定される燃料供給量の制御可能な範囲において利用可能な最も高い電力燃料比で発電が可能となる。 In the first embodiment, even in an environment where an optimum electric power fuel ratio (Cmax) that is maximal among a plurality of fuel supply amounts cannot be obtained, it is possible to generate power with the efficiency closest to the maximal value (Cmax).
That is, it is possible to generate power at the highest power fuel ratio that can be used within a controllable range of the fuel supply amount in which a plurality of fuel supply amounts are set.

第１実施形態では、休止モード５１または燃料消費抑制モード５３中に出力電圧ＶＬが低下すると、最大電力モード５２となる。
よって、燃料電池１３の最大出力を用いて、出力電圧ＶＬを維持することができる。
そして、通常は燃料消費抑制モード５３での運転とすることで、高効率と高負荷運転とを高度なレベルで両立できる。 In the first embodiment, when the output voltage VL decreases during the pause mode 51 or the fuel consumption suppression mode 53, the maximum power mode 52 is set.
Therefore, the output voltage VL can be maintained using the maximum output of the fuel cell 13.
In general, the operation in the fuel consumption suppression mode 53 can achieve both high efficiency and high load operation at a high level.

第１実施形態では、出力電圧ＶＬが第１閾値電圧Ｖ１より高い第４閾値電圧Ｖ４以上となるまで最大電力モード５２を継続する。
これにより、最大電力モード５２から燃料消費抑制モード５３へ復帰した直後に、出力電圧ＶＬが第１閾値電圧Ｖ１以下となり難くできる。
最大電力モード５２と燃料消費抑制モード５３との間で、頻繁なモード切替が発生しないようにできる。 In the first embodiment, the maximum power mode 52 is continued until the output voltage VL becomes equal to or higher than the fourth threshold voltage V4 higher than the first threshold voltage V1.
As a result, immediately after returning from the maximum power mode 52 to the fuel consumption suppression mode 53, the output voltage VL can hardly become the first threshold voltage V1 or less.
It is possible to prevent frequent mode switching between the maximum power mode 52 and the fuel consumption suppression mode 53.

＜第２実施形態＞
図５は、本発明の第２実施形態に係る燃料電池発電システム１の概略構成図である。
図５の燃料電池発電システム１は、燃料電池１３で発電した電力を交流の電力として出力するものであり、たとえば一般家庭に設置される。
図５の燃料電池発電システム１には、交流電圧で動作可能な負荷（負荷機器）１００を接続できる。図５の燃料電池発電システム１は、交流の電力系統に接続してもよい。
なお、第２実施形態の以下の説明では、第１実施形態の構成要素との対応関係を明確にするために、同様の機能を果たす構成要素には第１実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。 Second Embodiment
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the fuel cell power generation system 1 according to the second embodiment of the present invention.
The fuel cell power generation system 1 in FIG. 5 outputs power generated by the fuel cell 13 as AC power, and is installed in, for example, a general household.
The fuel cell power generation system 1 of FIG. 5 can be connected to a load (load device) 100 that can operate with an AC voltage. The fuel cell power generation system 1 of FIG. 5 may be connected to an AC power system.
In the following description of the second embodiment, in order to clarify the correspondence with the components of the first embodiment, components having the same functions are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment. The description is omitted.

図５の燃料電池発電システム１は、発電系の構成要素として、ＰＥＦＣ装置６１、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ１４−１、電気二重層キャパシタ１５−１、インバータ６２を有する。
昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ１４−１、電気二重層キャパシタ１５−１、およびインバータ６２は、ＰＥＦＣ装置６１から負荷機器１００までの電力供給経路に対して、その順番に接続される。 The fuel cell power generation system 1 of FIG. 5 includes a PEFC device 61, a step-up DC / DC converter 14-1, an electric double layer capacitor 15-1, and an inverter 62 as components of the power generation system.
The step-up DC / DC converter 14-1, the electric double layer capacitor 15-1, and the inverter 62 are connected in that order to the power supply path from the PEFC device 61 to the load device 100.

また、図５の燃料電池発電システム１は、検出制御系の構成要素として、ＦＣ出力電圧センサ２２、ＦＣ出力電流センサ２３、コンバータ出力電圧センサ７１、出力電圧センサ２４、出力電流センサ２５、およびこれらが接続されたＤＳＰ制御ボード７２を有する。
また、図５には、光電変換回路７３、ゲートドライバ７４、パージ制御回路７５が図示されている。 Further, the fuel cell power generation system 1 of FIG. 5 includes, as constituent elements of the detection control system, an FC output voltage sensor 22, an FC output current sensor 23, a converter output voltage sensor 71, an output voltage sensor 24, an output current sensor 25, and these. Has a DSP control board 72 connected thereto.
FIG. 5 also shows a photoelectric conversion circuit 73, a gate driver 74, and a purge control circuit 75.

ＰＥＦＣ装置６１は、図１のタンク１１、供給弁１２、燃料電池１３、流量センサ２１を有する。
電気二重層キャパシタ１５−１は、エネルギー蓄積要素１５の一種である。
ＦＣ出力電圧センサ２２は、ＰＥＦＣ装置６１の出力電圧を検出する。
ＦＣ出力電流センサ２３は、ＰＥＦＣ装置６１の出力電流を検出する。
コンバータ出力電圧センサ７１は、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ１４−１の出力電圧を検出する。
出力電圧センサ２４は、インバータ６２の出力電圧を検出する。
出力電流センサ２５は、インバータ６２の出力電流を検出する。
ＤＳＰ制御ボード７２は、マイクロプロセッサ２６を有する。
マイクロプロセッサ２６がプログラムを実行することにより、制御部３１が実現される。 The PEFC device 61 includes the tank 11, the supply valve 12, the fuel cell 13, and the flow sensor 21 of FIG.
The electric double layer capacitor 15-1 is a kind of energy storage element 15.
The FC output voltage sensor 22 detects the output voltage of the PEFC device 61.
The FC output current sensor 23 detects the output current of the PEFC device 61.
Converter output voltage sensor 71 detects the output voltage of step-up DC / DC converter 14-1.
The output voltage sensor 24 detects the output voltage of the inverter 62.
The output current sensor 25 detects the output current of the inverter 62.
The DSP control board 72 has the microprocessor 26.
The control unit 31 is realized by the microprocessor 26 executing the program.

パージ制御回路７５は、ＰＥＦＣ装置６１のタンク１１、燃料電池１３などから、残留水などを排出するための制御回路である。
タンク１１、燃料電池１３などは、水分過多となることにより、劣化したり、出力が低下したりする。
パージ処理により不要な空気、ガス並びに水分を外気に放出させることにより、これらの弊害の発生を防止できる。
具体的にはたとえば、燃料電池１３の水素排出口に電磁弁を設け、この電磁弁の開閉をＤＳＰで制御すればよい。 The purge control circuit 75 is a control circuit for discharging residual water and the like from the tank 11 and the fuel cell 13 of the PEFC device 61.
The tank 11, the fuel cell 13 and the like are deteriorated or output is decreased due to excessive water.
By discharging unnecessary air, gas, and moisture to the outside air by the purge process, it is possible to prevent the occurrence of these harmful effects.
Specifically, for example, an electromagnetic valve may be provided at the hydrogen discharge port of the fuel cell 13, and the opening and closing of the electromagnetic valve may be controlled by the DSP.

昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ１４−１は、コイル８１、ダイオード８２、キャパシタ８３、ＭＯＳＦＥＴ８４を有する。
コイル８１の一端は、ＰＥＦＣ装置６１に接続される。
ダイオード８２のアノードは、コイル８１の他端に接続される。
ダイオード８２のカソードは、電気二重層キャパシタ１５−１の一端（プラス側）に接続される。
これにより、コイル８１およびダイオード８２は、ＰＥＦＣ装置６１から電気二重層キャパシタ１５−１までの電力供給経路の一方の電力線９１において直列に接続される。 The step-up DC / DC converter 14-1 includes a coil 81, a diode 82, a capacitor 83, and a MOSFET 84.
One end of the coil 81 is connected to the PEFC device 61.
The anode of the diode 82 is connected to the other end of the coil 81.
The cathode of the diode 82 is connected to one end (plus side) of the electric double layer capacitor 15-1.
Thereby, the coil 81 and the diode 82 are connected in series in one power line 91 of the power supply path from the PEFC device 61 to the electric double layer capacitor 15-1.

キャパシタ８３の一端は、ダイオード８２のカソードから電気二重層キャパシタ１５−１までの一方の電力線９１に接続される。
キャパシタ８３の他端は、他方の電力線９２に接続される。
これにより、キャパシタ８３は、ＰＥＦＣ装置６１から電気二重層キャパシタ１５−１までの電力供給経路に並列に接続される。 One end of the capacitor 83 is connected to one power line 91 from the cathode of the diode 82 to the electric double layer capacitor 15-1.
The other end of the capacitor 83 is connected to the other power line 92.
Thereby, the capacitor 83 is connected in parallel to the power supply path from the PEFC device 61 to the electric double layer capacitor 15-1.

ＭＯＳＦＥＴ８４のソースは、コイル８１とダイオード８２との間において一方の電力線９１に接続される。
ドレインは、他方の電力線９２に接続される。
ゲートは、ゲートドライバ７４に接続される。
ゲートドライバ７４は、光電変換回路７３に接続される。
光電変換回路７３は、ＤＳＰ制御ボード７２に接続される。 The source of the MOSFET 84 is connected to one power line 91 between the coil 81 and the diode 82.
The drain is connected to the other power line 92.
The gate is connected to the gate driver 74.
The gate driver 74 is connected to the photoelectric conversion circuit 73.
The photoelectric conversion circuit 73 is connected to the DSP control board 72.

ＤＳＰ制御ボード７２は、たとえばパルス幅変調されたオンオフの光信号を出力する。
光電変換回路７３は、光パルス信号を電気パルス信号へ変換する。
ゲートドライバ７４は、電気パルス信号に基づいてＭＯＳＦＥＴ８４をオンオフ制御する。
たとえばゲートドライバ７４は、電気パルス信号が入力される場合、そのパルス幅の期間でＭＯＳＦＥＴ８４をオン状態に制御し、それ以外の期間でオフ状態に制御する。 The DSP control board 72 outputs, for example, an on / off optical signal subjected to pulse width modulation.
The photoelectric conversion circuit 73 converts the optical pulse signal into an electric pulse signal.
The gate driver 74 controls on / off of the MOSFET 84 based on the electric pulse signal.
For example, when an electric pulse signal is input, the gate driver 74 controls the MOSFET 84 to be in an on state during the period of the pulse width, and controls it to be in an off state during other periods.

ＭＯＳＦＥＴ８４がオン状態とオフ状態との間で切り替えられることにより、コイル８１には、電圧が誘導される。
また、ＭＯＳＦＥＴ８４がオフ状態である場合に、ＰＥＦＣ装置６１のＦＣ出力電圧にコイル８１の誘導電圧を加算した電圧がダイオード８２およびキャパシタ８３の直列回路に印加される。
これにより、キャパシタ８３は、ＦＣ出力電圧より高い電圧に充電される。
また、ダイオード８２が直列に接続されているため、キャパシタ８３の充電電圧が高い場合でも、キャパシタ８３からＰＥＦＣ装置６１側へ電流が流れない。
このため、たとえば電力燃料比が最大となる運転のためにＰＥＦＣ装置６１のＦＣ出力電圧が低くなったとしても、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ１４−１は、所望の高い電圧を出力することができる。
電気二重層キャパシタ１５−１を所望の電圧に充電し、その電圧に維持することができる。 A voltage is induced in the coil 81 by switching the MOSFET 84 between the on state and the off state.
Further, when the MOSFET 84 is in the off state, a voltage obtained by adding the induction voltage of the coil 81 to the FC output voltage of the PEFC device 61 is applied to the series circuit of the diode 82 and the capacitor 83.
Thereby, the capacitor 83 is charged to a voltage higher than the FC output voltage.
Further, since the diodes 82 are connected in series, even when the charging voltage of the capacitor 83 is high, no current flows from the capacitor 83 to the PEFC device 61 side.
For this reason, for example, even if the FC output voltage of the PEFC device 61 is lowered due to an operation that maximizes the power-fuel ratio, the step-up DC / DC converter 14-1 can output a desired high voltage. .
The electric double layer capacitor 15-1 can be charged to a desired voltage and maintained at that voltage.

図６は、第２実施形態における燃料消費抑制モード５３の動作を示すタイミングチャートである。
図６（Ａ）は、燃料電池１３のＦＣ出力電圧ＶＦＣの波形である。
図６（Ｂ）は、燃料電池１３のＦＣ出力電流ＩＦＣの波形である。
図６（Ｃ）は、燃料の流量に対する電力の比を示す電力燃料比Ｃ（＝ＰＦＣ÷Ｈ）の波形である。
図６において、時間は左から右に経過している。 FIG. 6 is a timing chart showing the operation of the fuel consumption suppression mode 53 in the second embodiment.
FIG. 6A shows the waveform of the FC output voltage VFC of the fuel cell 13.
FIG. 6B is a waveform of the FC output current IFC of the fuel cell 13.
FIG. 6C shows a waveform of a power fuel ratio C (= PFC ÷ H) indicating a ratio of power to fuel flow rate.
In FIG. 6, time passes from left to right.

燃料消費抑制モード５３では、制御部３１は、まず、電力燃料比Ｃが最大となる燃料供給量のサーチ処理を実行する。
サーチ処理において、制御部３１は、水素消費の過渡応答に基づいて選定した時間間隔（たとえば２０［ｓ］）で燃料電池１３への燃料供給量Ｈ（ＳＥＴ）を段階的に変化させ、図２の燃料消費特性曲線をゆっくりスキャン（ソフトスキャン）する（タイミングＴ１１からＴ１７）。
タイミングＴ１１からＴ１７の各段階において、制御部３１は、燃料電池１３のＦＣ出力電圧ＶＦＣ［Ｖ］、燃料電池１３のＦＣ出力電流ＩＦＣ［Ａ］、並びに燃料供給量の検出流量Ｈ［ｌ／ｍｉｎ］を各センサで検出し、これらをＤＳＰで演算処理して、電力燃料比Ｃ［Ｗ／ｌ／ｍｉｎ］を求める。
図６ではＴ１２からＴ１５までの各タイミングでは、電力燃料比Ｃは、段階的に上昇している。
Ｔ１６のタイミングでは、電力燃料比Ｃは、前回の値より減少している。
この電力燃料比Ｃの減少を検出することで、制御部３１は、電力燃料比Ｃが最大となる燃料供給量を選択する。
具体的には、制御部３１は、前回の燃料供給量Ｈ（ＳＥＴ）を選択する。
そして、タイミングＴ１７において、制御部３１は、選択した燃料供給量Ｈ（ＳＥＴ）を設定する。
このため、検出期間に続く追従期間では、燃料電池１３は、電力燃料比Ｃが最大となる状態で発電し続ける。 In the fuel consumption suppression mode 53, the control unit 31 first executes a fuel supply amount search process that maximizes the power-fuel ratio C.
In the search process, the control unit 31 changes the fuel supply amount H (SET) to the fuel cell 13 in a stepwise manner at a time interval (for example, 20 [s]) selected based on the transient response of hydrogen consumption, and FIG. The fuel consumption characteristic curve is slowly scanned (soft scan) (timing T11 to T17).
At each stage from timing T11 to T17, the control unit 31 detects the FC output voltage VFC [V] of the fuel cell 13, the FC output current IFC [A] of the fuel cell 13, and the detected flow rate H [l / min of the fuel supply amount]. ] Are detected by each sensor, and these are arithmetically processed by the DSP to obtain the power fuel ratio C [W / l / min].
In FIG. 6, at each timing from T12 to T15, the electric power fuel ratio C increases stepwise.
At the timing of T16, the power fuel ratio C is decreased from the previous value.
By detecting the decrease in the power fuel ratio C, the control unit 31 selects the fuel supply amount that maximizes the power fuel ratio C.
Specifically, the control unit 31 selects the previous fuel supply amount H (SET).
At timing T17, the control unit 31 sets the selected fuel supply amount H (SET).
For this reason, in the follow-up period following the detection period, the fuel cell 13 continues to generate power in a state where the power-fuel ratio C is maximized.

これに対して、たとえば燃料電池１３が出力可能な所定の電圧範囲（燃料供給量の範囲）についてスキャンを終了したとしても、演算した電力燃料比Ｃが前回の値より下がらない場合には、制御部３１は、最後の検出に用いた燃料供給量を選択する。
また、制御部３１は、複数の燃料供給量についてのサーチ処理を終了する。
この場合のその後の追従動作期間では、制御部３１は、このサーチ処理により選択した燃料供給量Ｈ（ＳＥＴ）を用いて燃料電池１３を動作させる。 On the other hand, for example, even if the scan is finished for a predetermined voltage range (fuel supply amount range) that the fuel cell 13 can output, if the calculated power fuel ratio C does not fall below the previous value, the control is performed. The unit 31 selects the fuel supply amount used for the last detection.
Further, the control unit 31 ends the search process for a plurality of fuel supply amounts.
In the subsequent follow-up operation period in this case, the control unit 31 operates the fuel cell 13 using the fuel supply amount H (SET) selected by the search process.

図７は、図５の燃料電池発電システム１で使用可能な固体高分子型燃料電池の基本特性図である。
図７の固体高分子型燃料電池は、定格出力電力が１００Ｗであり、０から１０Ａまでの範囲のＦＣ出力電流を出力可能である。
図７の横軸は、ＦＣ出力電流である。
縦軸は、ＦＣ出力電圧、ＦＣ出力電力、電力燃料比である。
そして、図７には、ＦＣ出力電圧の特性曲線１１１、ＦＣ出力電力の特性曲線１１２、電力燃料比の特性曲線１１３が図示されている。
図７の特性曲線１１１に示すように、固体高分子型燃料電池のＦＣ出力電圧は、ＦＣ出力電流ＩＦＣの増加に伴い減少する。 FIG. 7 is a basic characteristic diagram of a polymer electrolyte fuel cell that can be used in the fuel cell power generation system 1 of FIG.
The solid polymer fuel cell of FIG. 7 has a rated output power of 100 W and can output an FC output current in the range of 0 to 10 A.
The horizontal axis in FIG. 7 is the FC output current.
The vertical axis represents FC output voltage, FC output power, and power fuel ratio.
FIG. 7 shows a characteristic curve 111 of the FC output voltage, a characteristic curve 112 of the FC output power, and a characteristic curve 113 of the power / fuel ratio.
As shown by the characteristic curve 111 in FIG. 7, the FC output voltage of the polymer electrolyte fuel cell decreases as the FC output current IFC increases.

また、ＦＣ出力電力ＰＦＣは、特性曲線１１２に示すように、ＦＣ出力電流ＩＦＣの増加に伴い増加する。
そして、電力燃料比Ｃは、特性曲線１１３に示すように、ＦＣ出力電流ＩＦＣが０から１．５Ａまでの範囲で急激に上昇し、１．５Ａにおいてピーク（最大値）となり、１．５から１０Ａまでの範囲で緩やかに降下する。
このため、図７の固体高分子型燃料電池では、燃料消費抑制モード５３においてはＦＣ出力電流ＩＦＣが約１．５Ａとなる燃料供給量で燃料電池１３を動作させるのが望ましい。
なお、燃料電池１３の燃料効率は、一般的に、ＦＣ出力電力ＰＦＣが増加するほど、悪化する傾向にある。
たとえばＦＣ出力電流が２倍になると、必要とされる燃料供給量は２倍以上になる。
また、図７において、斜面ハッチングを付した範囲が、平均電力制御対象範囲である。図７の場合、ＦＣ出力電流ＩＦＣが０から１．５Ａまでの範囲が、これに相当している。 Further, the FC output power PFC increases as the FC output current IFC increases as indicated by the characteristic curve 112.
Then, as shown in the characteristic curve 113, the power-fuel ratio C increases rapidly when the FC output current IFC ranges from 0 to 1.5A, and reaches a peak (maximum value) at 1.5A. It descends slowly in the range up to 10A.
Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell of FIG. 7, it is desirable to operate the fuel cell 13 with a fuel supply amount at which the FC output current IFC is about 1.5 A in the fuel consumption suppression mode 53.
The fuel efficiency of the fuel cell 13 generally tends to deteriorate as the FC output power PFC increases.
For example, when the FC output current is doubled, the required fuel supply amount is doubled or more.
In FIG. 7, the range with slope hatching is the average power control target range. In the case of FIG. 7, the FC output current IFC ranges from 0 to 1.5 A.

図８は、負荷機器１００の消費電力波形の説明図である。
横軸は、時間である。縦軸は、電力である。
図８には、Ａ波形と、Ｂ波形とが図示されている。
Ａ波形は、ピーク電力を８０Ｗ、平均電力を２０Ｗ、周期１２０秒とする負荷電力の波形である。
Ｂ波形は、ピーク電力を４０Ｗ、平均電力を２０Ｗ、周期１２０秒とする負荷電力の波形である。
Ａ波形とＢ波形とでは、周期が同一であるものの、ピーク電力および平均電力が異なる。 FIG. 8 is an explanatory diagram of a power consumption waveform of the load device 100.
The horizontal axis is time. The vertical axis is power.
FIG. 8 shows an A waveform and a B waveform.
The A waveform is a load power waveform with a peak power of 80 W, an average power of 20 W, and a period of 120 seconds.
The B waveform is a load power waveform having a peak power of 40 W, an average power of 20 W, and a period of 120 seconds.
The A waveform and the B waveform have the same period, but have different peak power and average power.

Figure 2012038457
Figure 2012038457

表１は、図７の固体高分子型燃料電池に対して、図８の波形で電力を消費する負荷機器１００を接続した場合の燃料消費量の実験結果の一例である。   Table 1 shows an example of a result of an experiment of fuel consumption when a load device 100 that consumes power with the waveform of FIG. 8 is connected to the polymer electrolyte fuel cell of FIG.

そして、表１の上段に示すように、Ｂ波形の負荷機器１００を図７の固体高分子型燃料電池に直結した場合、水素（燃料）の消費量は、２．９８２リットルになる。
これに対して、Ｂ波形の負荷機器１００と図７の固体高分子型燃料電池との間に図５の回路を接続した場合、水素（燃料）の消費量は、２．９３０リットルに減る。
このように、第２実施形態では、燃料電池１３に負荷１００を直結した場合に比べて、水素（燃料）の消費量を１．７４％も低減できる。 As shown in the upper part of Table 1, when the load device 100 having a B waveform is directly connected to the polymer electrolyte fuel cell of FIG. 7, the consumption of hydrogen (fuel) is 2.982 liters.
On the other hand, when the circuit of FIG. 5 is connected between the load device 100 having the B waveform and the polymer electrolyte fuel cell of FIG. 7, the consumption of hydrogen (fuel) is reduced to 2.930 liters.
Thus, in the second embodiment, the hydrogen (fuel) consumption can be reduced by 1.74% compared to the case where the load 100 is directly connected to the fuel cell 13.

また、表１の下段に示すように、Ａ波形の負荷機器１００を図７の固体高分子型燃料電池に対して直結した場合、水素（燃料）の消費量は、３．６９５リットルになる。
これに対して、Ａ波形の負荷機器１００と図７の固体高分子型燃料電池との間に図５の回路を接続した場合、水素（燃料）の消費量は、２．９５７リットルになる。
水素（燃料）の消費量は、直結した場合に比べて、実に２０．０％も低減される。 Further, as shown in the lower part of Table 1, when a load device 100 having an A waveform is directly connected to the polymer electrolyte fuel cell of FIG. 7, the consumption of hydrogen (fuel) is 3.695 liters.
On the other hand, when the circuit of FIG. 5 is connected between the load device 100 having the A waveform and the polymer electrolyte fuel cell of FIG. 7, the consumption of hydrogen (fuel) is 2.957 liters.
The consumption of hydrogen (fuel) is actually reduced by 20.0% compared to the case of direct connection.

以上のように、第２実施形態の燃料電池発電システム１では、燃料消費量を効果的に削減できる。
特に、第２実施形態の燃料電池発電システム１では、表１から明らかなように、負荷１００のピーク電流が高いほど、または負荷１００のピーク電力と平均電力との差が大きいほど、燃料消費量についての高い削減効果が得られる。 As described above, in the fuel cell power generation system 1 of the second embodiment, the fuel consumption can be effectively reduced.
In particular, in the fuel cell power generation system 1 of the second embodiment, as is apparent from Table 1, the higher the peak current of the load 100 or the greater the difference between the peak power of the load 100 and the average power, the greater the fuel consumption. High reduction effect can be obtained.

図９は、一般家庭での１日の負荷電力（消費電力）を１００Ｗ規模に縮小した一例を示す図である。
横軸は、時刻である。縦軸は、負荷電力である。
この縮小した規模での負荷電力パターンは、一般的に、０Ｗから数十Ｗの範囲で変動する。
また、朝方、夕方、夜中にピーク電力が発生する。 FIG. 9 is a diagram illustrating an example in which the daily load power (power consumption) in a general household is reduced to a scale of 100W.
The horizontal axis is time. The vertical axis represents load power.
The load power pattern at this reduced scale generally varies in the range of 0 W to several tens of watts.
In addition, peak power is generated in the morning, evening, and midnight.

Figure 2012038457
Figure 2012038457

表２は、図９の負荷電力パターンの下で、図７の固体高分子型燃料電池を用いた場合の燃料（水素）消費量である。
表２において「ＭＰＰＴ制御」は、固体高分子型燃料電池による発電をする場合に最大電力点をサーチし、そのサーチした最大電力によるＭＰＰＴ方式により発電する場合である。この場合の燃料（水素）消費量は、３５１リットルになる。
提案方式「Ａ方式」および「Ｂ方式」は、基本的に、燃料消費抑制方式で負荷電力を監視する例である。
そして、提案方式「Ｂ方式」では、監視する負荷電力が、電力燃料比Ｃｍａｘでの電力ＰＦＣｏｐより小さい場合には常に電力燃料比Ｃｍａｘで動作させ、電力ＰＣｏｐより大きくなった場合にはＭＰＰＴ方式に切り替える。この場合の燃料（水素）消費量は、２８６リットルになる。
これに対して、提案方式「Ａ方式」では、監視する負荷電力が、電力燃料比Ｃｍａｘでの電力ＰＦＣｏｐより小さい場合には常に電力燃料比Ｃｍａｘで動作させ、電力ＰＣｏｐより大きくなった場合には、燃料電池の出力電力を負荷電力より１０％程度高い電力で制御する方式に切り替える。この場合の燃料（水素）消費量は、２３９リットルになる。
このように「Ａ方式」は、「Ｂ方式」と比べて、常に電力燃料比Ｃが高いところで動作するように制御する。このため、「Ａ方式」は、「Ｂ方式」と比べても消費電力を抑えることができる。 Table 2 shows fuel (hydrogen) consumption when the polymer electrolyte fuel cell of FIG. 7 is used under the load power pattern of FIG.
In Table 2, “MPPT control” refers to a case where the maximum power point is searched when power is generated by the polymer electrolyte fuel cell and power is generated by the MPPT method using the searched maximum power. In this case, the fuel (hydrogen) consumption is 351 liters.
The proposed methods “A method” and “B method” are basically examples of monitoring load power by a fuel consumption suppression method.
In the proposed method “B method”, when the load power to be monitored is smaller than the power PFCop at the power fuel ratio Cmax, the operation is always performed at the power fuel ratio Cmax, and when the load power becomes larger than the power PCop, the MPPT method is used. Switch. In this case, the fuel (hydrogen) consumption is 286 liters.
On the other hand, in the proposed method “A method”, when the load power to be monitored is smaller than the power PFCop at the power fuel ratio Cmax, the operation is always performed at the power fuel ratio Cmax, and when the load power becomes larger than the power PCop. Then, the output power of the fuel cell is switched to a method of controlling by about 10% higher than the load power. In this case, the fuel (hydrogen) consumption is 239 liters.
In this way, the “A method” is controlled so that it always operates at a higher power fuel ratio C than the “B method”. For this reason, the “A method” can suppress power consumption even compared to the “B method”.

そして、燃料消費抑制方式で負荷電力を監視する「Ａ方式」では、「ＭＰＰＴ制御」と比べて水素消費量が６８％に低下する。実に３０％以上の削減効果がある。
また、「Ａ方式」は、「Ｂ方式」と比べても水素消費量において１３％以上の削減効果がある。
このように燃料消費抑制方式で負荷電力を監視することにより、従来の方式に比べて燃料（水素）を効率的に利用できる。
以上のように、燃料消費抑制方式で負荷電力を監視する方式を採用する第２実施形態の燃料電池発電システム１は、一般家庭などの実社会において現実的に利用される場合に、従来の制御方式に比べて燃料消費量についての高い削減効果が得られる。 In the “A method” in which the load power is monitored by the fuel consumption suppression method, the hydrogen consumption is reduced to 68% as compared with “MPPT control”. There is a reduction effect of 30% or more.
In addition, the “A method” has an effect of reducing hydrogen consumption by 13% or more compared to the “B method”.
Thus, by monitoring the load power by the fuel consumption suppression method, the fuel (hydrogen) can be used more efficiently than the conventional method.
As described above, the fuel cell power generation system 1 according to the second embodiment that employs the method of monitoring the load power by the fuel consumption suppression method is a conventional control method when actually used in the real world such as a general household. Compared to the above, a high reduction effect on fuel consumption can be obtained.

以上の各実施形態は、本発明の好適な実施形態の例であるが、本発明は、これに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更または変形が可能である。   Each of the above embodiments is an example of a preferred embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to this, and various changes or modifications can be made without departing from the scope of the invention. .

たとえば上記各実施形態は、一般家庭に設置される定置型の燃料電池発電システム１の例である。
この他にも例えば、燃料電池発電システム１は、自動車、電車、航空機、衛星などの移動体に設置されるものであってもよい。
移動体に設置される燃料電池発電システム１に本発明を適用することにより、移動体に積載された燃料を長持ちさせることができ、移動距離を伸ばすことができる。 For example, each of the above embodiments is an example of a stationary fuel cell power generation system 1 installed in a general household.
In addition to this, for example, the fuel cell power generation system 1 may be installed in a moving body such as an automobile, a train, an aircraft, and a satellite.
By applying the present invention to the fuel cell power generation system 1 installed on the moving body, the fuel loaded on the moving body can be prolonged and the moving distance can be extended.

上記実施形態では、燃料電池１３と負荷機器１００との間の電力供給経路に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４とエネルギー蓄積要素１５とを接続している。
この他にもたとえば、燃料電池１３と負荷機器１００との間の電力供給経路に、抵抗素子などの定電流制御素子とエネルギー蓄積要素１５とを接続してもよい。
この場合でも、本発明の方式で燃料電池１３を運転することにより、燃料消費量を減らすことができる。 In the above embodiment, the DC / DC converter 14 and the energy storage element 15 are connected to the power supply path between the fuel cell 13 and the load device 100.
In addition to this, for example, a constant current control element such as a resistance element and the energy storage element 15 may be connected to a power supply path between the fuel cell 13 and the load device 100.
Even in this case, the fuel consumption can be reduced by operating the fuel cell 13 according to the method of the present invention.

図１０は、燃料電池１３と負荷機器１００との間の電力供給経路に、抵抗素子１２１とエネルギー蓄積要素１５とを接続した燃料電池発電システム１の概略構成図である。
図１０の燃料電池発電システム１は、負荷変動をエネルギー蓄積要素１５で吸収し、抵抗素子１２１で燃料電池１３の電流を略一定に保つように動作する。
このため、図１０の変形例の燃料電池発電システム１における燃料電池１３のエネルギー効率は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４とエネルギー蓄積要素１５とを用いた場合に比べて、必ずしも良いとは言えない。 FIG. 10 is a schematic configuration diagram of the fuel cell power generation system 1 in which the resistance element 121 and the energy storage element 15 are connected to the power supply path between the fuel cell 13 and the load device 100.
The fuel cell power generation system 1 of FIG. 10 operates so that the load fluctuation is absorbed by the energy storage element 15 and the current of the fuel cell 13 is kept substantially constant by the resistance element 121.
For this reason, the energy efficiency of the fuel cell 13 in the fuel cell power generation system 1 of the modified example of FIG. 10 is not necessarily better than when the DC / DC converter 14 and the energy storage element 15 are used.

上記実施形態では、電力燃料比の最大値Ｃｍａｘをサーチする場合に、制御部３１は、最小の燃料供給量から段階的に供給量を増加している。
この他にもたとえば、制御部３１は、最大の燃料供給量から段階的に供給量を減少させてもよい。
また、制御部３１は、温度センサなどの検出に基づいて環境変化の大小を判断し、環境変化が大きい場合にはすべての燃料供給量についてのサーチ制御を実行し、環境変化が小さい場合には前回使用した燃料供給量およびその前後の一部の燃料供給量についてのサーチ制御を実行してもよい。 In the above embodiment, when searching for the maximum value Cmax of the electric power fuel ratio, the control unit 31 increases the supply amount stepwise from the minimum fuel supply amount.
In addition to this, for example, the control unit 31 may decrease the supply amount stepwise from the maximum fuel supply amount.
Further, the control unit 31 determines the magnitude of the environmental change based on detection by a temperature sensor or the like, and executes search control for all fuel supply amounts if the environmental change is large, and if the environmental change is small. Search control for the fuel supply amount used last time and a part of the fuel supply amount before and after the fuel supply amount may be executed.

上記実施形態では、制御部３１は、休止モード５１から燃料消費抑制モード５３へ復旧する場合に、燃料供給量のサーチ処理を実行している。
この他にもたとえば、制御部３１は、最大電力モード５２から燃料消費抑制モード５３へ移行する場合、燃料消費抑制モード５３から休止モード５１へ移行する場合などにおいて、燃料供給量をサーチしてもよい。
また、制御部３１は、休止モード５１から復旧する度に毎回サーチするのではなく、たとえば環境変化の大小や復旧回数などに応じて、複数回に１回の割合でサーチを実行してもよい。
たとえば、制御部３１は、燃料消費抑制モード５３への復旧回数をカウントしたり、最後にサーチしてからの経過時間を計測したり、時刻を参照したりして、複数回に１回の割合でサーチを実行すればよい。
この場合、その複数回の期間において、制御部３１は、最後にサーチした最新の燃料供給量を共通に使用すればよい。 In the above-described embodiment, the control unit 31 executes the fuel supply amount search process when recovering from the pause mode 51 to the fuel consumption suppression mode 53.
In addition to this, for example, the control unit 31 may search for the fuel supply amount when shifting from the maximum power mode 52 to the fuel consumption suppression mode 53 or when shifting from the fuel consumption suppression mode 53 to the suspension mode 51. Good.
In addition, the control unit 31 may execute a search at a rate of once per a plurality of times, for example, depending on the magnitude of the environmental change, the number of times of recovery, or the like, instead of searching every time the recovery from the hibernation mode 51 is performed. .
For example, the control unit 31 counts the number of times of restoration to the fuel consumption suppression mode 53, measures the elapsed time since the last search, refers to the time, etc. The search can be executed with.
In this case, in the plurality of periods, the control unit 31 may use the latest fuel supply amount searched last in common.

１…燃料電池発電システム（発電制御装置）、１３…燃料電池、２２…ＦＣ出力電圧センサ（第１検出部）、１４…ＤＣ／ＤＣコンバータ（変換部）、１５…エネルギー蓄積要素（蓄積部）、２１…流量センサ（第３検出部）、２３…ＦＣ出力電流センサ（第１検出部）、２４…出力電圧センサ（第２検出部）、３１…制御部、１００…負荷機器、Ｖ１…第１閾値電圧、Ｖ３…第３閾値電圧、Ｖ４…第４閾値電圧、Ｃ…電力燃料比 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell power generation system (electric power generation control apparatus), 13 ... Fuel cell, 22 ... FC output voltage sensor (1st detection part), 14 ... DC / DC converter (conversion part), 15 ... Energy storage element (storage part) , 21 ... Flow rate sensor (third detection unit), 23 ... FC output current sensor (first detection unit), 24 ... Output voltage sensor (second detection unit), 31 ... Control unit, 100 ... Load device, V1 ... First 1 threshold voltage, V3 ... 3rd threshold voltage, V4 ... 4th threshold voltage, C ... power fuel ratio

Claims (11)

燃料が供給されると発電する燃料電池の発電制御装置であって、
前記燃料電池の出力電力を検出する第１検出部と、
前記燃料電池の燃料供給量を制御する制御部と
を有し、
前記制御部は、
複数の燃料供給量に関する前記出力電力を前記第１検出部に検出させ、
検出された各前記燃料供給量について、燃料供給量に対する出力電力の比を電力燃料比として演算し、
前記複数の燃料供給量のうちで、前記電力燃料比が最も大きいものを選択し、
選択した前記燃料供給量の下で前記燃料電池を発電させる
燃料電池の発電制御装置。 A power generation control device for a fuel cell that generates power when fuel is supplied,
A first detector for detecting the output power of the fuel cell;
A control unit for controlling the fuel supply amount of the fuel cell,
The controller is
Causing the first detection unit to detect the output power related to a plurality of fuel supply amounts;
For each detected fuel supply amount, the ratio of the output power to the fuel supply amount is calculated as the power fuel ratio,
Of the plurality of fuel supply amounts, select the one with the largest electric power fuel ratio,
A power generation control device for a fuel cell that causes the fuel cell to generate power under the selected fuel supply amount. 前記燃料電池の負荷機器へ供給するための電力を蓄積する蓄積部と、
前記燃料電池と前記蓄積部との間の経路に接続され、前記燃料電池から出力された電力により前記蓄積部を充電する変換部と、
前記蓄積部の蓄積電圧を検出する第２検出部と
を有し、
前記制御部は、
前記蓄積電圧が第１閾値電圧より下がると、前期燃料電池への燃料供給を開始して前記燃料電池の発電を開始し、
前記蓄積電圧が前記第１閾値電圧より高い第２閾値電圧以上になると、前記燃料電池への燃料供給を止めて前記燃料電池を停止させ、
前記燃料電池への燃料の供給開始時に、前記複数の燃料供給量についての出力電力の検出処理、前記電力燃料比の演算処理、および前記複数の燃料供給量からの選択処理を実行し、その後の前記燃料電池の発電においては、当該選択した前記燃料供給量の下で前記燃料電池を発電させる
請求項１記載の燃料電池の発電制御装置。 An accumulation unit for accumulating electric power to be supplied to the load device of the fuel cell;
A conversion unit connected to a path between the fuel cell and the storage unit, and charging the storage unit with electric power output from the fuel cell;
A second detection unit for detecting a storage voltage of the storage unit,
The controller is
When the accumulated voltage falls below the first threshold voltage, fuel supply to the fuel cell in the previous period is started and power generation of the fuel cell is started,
When the accumulated voltage is equal to or higher than a second threshold voltage higher than the first threshold voltage, the fuel cell is stopped by stopping the fuel supply to the fuel cell,
At the start of fuel supply to the fuel cell, output power detection processing for the plurality of fuel supply amounts, calculation processing of the power / fuel ratio, and selection processing from the plurality of fuel supply amounts are performed, and thereafter The power generation control device for a fuel cell according to claim 1, wherein the power generation of the fuel cell causes the fuel cell to generate power under the selected fuel supply amount. 前記制御部は、
前記複数の燃料供給量についての前記出力電力を、最も小さい燃料供給量から順次増加させる順番で、前記第１検出部に検出させ、
各燃料供給量の前記出力電力を検出する度にその電力燃料比を演算し、
演算した前記電力燃料比が前回の値より下がる場合に、前記複数の燃料供給量についての出力電力の検出処理を終了して、前回の演算に係る燃料供給量を選択する
請求項１または２記載の燃料電池の発電制御装置。 The controller is
The output power of the plurality of fuel supply amounts is detected by the first detection unit in order of increasing sequentially from the smallest fuel supply amount,
Every time the output power of each fuel supply amount is detected, the power / fuel ratio is calculated,
3. The output power detection process for the plurality of fuel supply amounts is terminated and the fuel supply amount related to the previous calculation is selected when the calculated power-fuel ratio falls below the previous value. Fuel cell power generation control device. 前記制御部は、
前記複数の燃料供給量のすべてについて前記出力電力を検出しても、演算した前記電力燃料比が前回の値より下がらない場合には、最後の検出に用いた燃料供給量を選択する
請求項３記載の燃料電池の発電制御装置。 The controller is
The fuel supply amount used for the last detection is selected when the output power ratio is not lower than the previous value even if the output power is detected for all of the plurality of fuel supply amounts. The fuel cell power generation control device described. 前記制御部は、
選択した前記燃料供給量の下で前記燃料電池を発電させている場合に、前記蓄積電圧が前記第１閾値電圧より低い第３閾値電圧以下になると、前記燃料電池の発電を、選択した前記燃料供給量の下での発電から、燃料電池の出力電力が最大となる燃料供給量の下での発電に切り替える
請求項２から４のいずれか一項記載の燃料電池の発電制御装置。 The controller is
In the case where the fuel cell is generating power under the selected fuel supply amount, when the accumulated voltage is equal to or lower than a third threshold voltage lower than the first threshold voltage, the fuel cell is selected to generate power. The power generation control device for a fuel cell according to any one of claims 2 to 4, wherein power generation under a supply amount is switched to power generation under a fuel supply amount at which the output power of the fuel cell is maximized. 前記制御部は、
前記燃料電池が停止している場合に、前記蓄積電圧が前記第１閾値電圧より低い第３閾値電圧以下になると、前記燃料電池の発電を、燃料電池の出力電力が最大となる燃料供給量の下での前記燃料電池の発電により開始する
請求項２から５のいずれか一項記載の燃料電池の発電制御装置。 The controller is
When the fuel cell is stopped, if the accumulated voltage is equal to or lower than a third threshold voltage lower than the first threshold voltage, the fuel cell is configured to generate power at a fuel supply amount that maximizes the output power of the fuel cell. The fuel cell power generation control device according to any one of claims 2 to 5, wherein the fuel cell power generation control device starts with power generation of the fuel cell below. 前記制御部は、
最大の前記燃料供給量の下で前記燃料電池を発電させている場合に、前記蓄積電圧が前記第１閾値電圧より高い第４閾値電圧以上になると、前記燃料電池の発電を、当該燃料電池の出力電力が最大となる燃料供給量の下での発電から、選択した前記燃料供給量の下での発電に切り替える
請求項５または６記載の燃料電池の発電制御装置。 The controller is
When the fuel cell is generating power under the maximum fuel supply amount, if the accumulated voltage is equal to or higher than a fourth threshold voltage higher than the first threshold voltage, the fuel cell generates power. The power generation control device for a fuel cell according to claim 5 or 6, wherein power generation under a fuel supply amount at which output power is maximized is switched to power generation under the selected fuel supply amount. 前記燃料電池に供給される燃料供給量を検出する第３検出部を有し、
前記制御部は、
前記第３検出部により検出された燃料供給量を用いて前記電力燃料比を演算する
請求項１から７のいずれか一項記載の燃料電池の発電制御装置。 A third detector for detecting the amount of fuel supplied to the fuel cell;
The controller is
The power generation control device for a fuel cell according to any one of claims 1 to 7, wherein the electric power fuel ratio is calculated using a fuel supply amount detected by the third detection unit. 燃料が供給されると発電する燃料電池と、
前記燃料電池による発電を制御する発電制御装置と
を有する燃料電池発電システムであって、
前記発電制御装置は、
前記燃料電池の出力電力を検出する第１検出部と、
前記燃料電池の燃料供給量を制御する制御部と
を有し、
前記制御部は、
複数の燃料供給量に関する前記出力電力を前記第１検出部に検出させ、
検出された各前記燃料供給量について、燃料供給量に対する出力電力の比を電力燃料比として演算し、
前記複数の燃料供給量のうちで、前記電力燃料比が最も大きいものを選択し、
選択した前記燃料供給量の下で前記燃料電池を発電させる
燃料電池発電システム。 A fuel cell that generates electricity when supplied with fuel;
A fuel cell power generation system comprising: a power generation control device that controls power generation by the fuel cell;
The power generation control device
A first detector for detecting the output power of the fuel cell;
A control unit for controlling the fuel supply amount of the fuel cell,
The controller is
Causing the first detection unit to detect the output power related to a plurality of fuel supply amounts;
For each detected fuel supply amount, the ratio of the output power to the fuel supply amount is calculated as the power fuel ratio,
Of the plurality of fuel supply amounts, select the one with the largest electric power fuel ratio,
A fuel cell power generation system that generates power from the fuel cell under the selected fuel supply amount. 燃料が供給されると発電する燃料電池の発電制御方法であって、
前記燃料電池へ複数の燃料供給量により燃料を供給し、前記複数の燃料供給量についての前記燃料電池の出力電力を検出する工程と、
検出した前記複数の燃料供給量について、各々の燃料供給量に対する出力電力の比を電力燃料比として演算する工程と、
前記複数の燃料供給量のうちで、前記電力燃料比が最も大きいものを選択する工程と、
選択した前記燃料供給量の下で前記燃料電池を発電させる工程と
を有する燃料電池の発電制御方法。 A power generation control method for a fuel cell that generates power when fuel is supplied,
Supplying fuel to the fuel cell by a plurality of fuel supply amounts, and detecting output power of the fuel cell for the plurality of fuel supply amounts;
Calculating a ratio of output power to each fuel supply amount as a power fuel ratio for the plurality of detected fuel supply amounts;
Selecting the one with the largest electric power fuel ratio among the plurality of fuel supply amounts;
And a power generation control method for the fuel cell, comprising: generating the fuel cell with the selected fuel supply amount. 燃料が供給されると発電する燃料電池、前記燃料電池の出力電力を検出する第１検出部、並びに、前記燃料電池および前記第１検出部に接続された制御部を有する発電制御装置における前記制御部が実行するプログラムであって、
前記制御部に、
前記燃料電池へ複数の燃料供給量で燃料を供給し、前記複数の燃料供給量についての前記燃料電池の出力電力を前記第１検出部に検出させる手順と、
検出した前記複数の燃料供給量について、各々の燃料供給量に対する出力電力の比を電力燃料比として演算する手順と、
前記複数の燃料供給量のうちで、前記電力燃料比が最も大きいものを選択する手順と、
選択した前記燃料供給量の下で前記燃料電池を発電させる手順と
を実行させるプログラム。 The control in a power generation control device including a fuel cell that generates power when fuel is supplied, a first detection unit that detects output power of the fuel cell, and a control unit connected to the fuel cell and the first detection unit Is a program executed by
In the control unit,
Supplying fuel to the fuel cell with a plurality of fuel supply amounts, and causing the first detection unit to detect output power of the fuel cell for the plurality of fuel supply amounts;
A procedure for calculating a ratio of output power to each fuel supply amount as a power fuel ratio for the detected plurality of fuel supply amounts;
A procedure for selecting the one having the largest electric power fuel ratio among the plurality of fuel supply amounts;
A program for executing the procedure of generating power from the fuel cell under the selected fuel supply amount.
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