JP2013041783A - Fuel cell system, and method for controlling output of fuel cell - Google Patents

Fuel cell system, and method for controlling output of fuel cell Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system having a method for controlling the output to inhibit the deterioration of a secondary cell capable of being charged and discharged, and a fuel cell, and allow the system to achieve high efficiency.SOLUTION: The fuel cell system comprising a secondary cell 125 capable of being charged and discharged, and a fuel cell 102 for charging the secondary cell 125, comprises control means 127 having the functions of: monitoring the remaining capacity of the secondary cell 125, and starting or stopping the fuel cell 102 according to the remaining capacity; monitoring the voltage of the fuel cell 102; decreasing the output of the fuel cell 102 when the voltage of the fuel cell 102 is lower than a prescribed controlled voltage range; and increasing the output of the fuel cell 102 when the voltage of the fuel cell 102 is higher than the controlled voltage range.

Description

本発明は、液体有機化合物を燃料とする燃料電池システムに関し、より詳細には、燃料電池の出力を制御する技術に関する。   The present invention relates to a fuel cell system using a liquid organic compound as a fuel, and more particularly to a technique for controlling the output of a fuel cell.

液体有機化合物を燃料とする燃料電池には、メタノール、エタノール、ジメチルエーテルなどの液体有機化合物を燃料とする固体高分子形燃料電池がある。これらの固体高分子形燃料電池は、騒音が小さい、運転温度が低い（約７０〜８０℃）、燃料の補給が容易であるなどの特長を有する。そのため、可搬式電源、電気自動車の電源、または電動バイクやアシスト式自転車、さらには医療介護用の車椅子やシニアカーなどの軽車両用電源として、幅広い用途が期待されている。   Fuel cells that use liquid organic compounds as fuel include solid polymer fuel cells that use liquid organic compounds such as methanol, ethanol, and dimethyl ether as fuel. These polymer electrolyte fuel cells have features such as low noise, low operating temperature (about 70 to 80 ° C.), and easy refueling. Therefore, a wide range of applications are expected as a portable power source, a power source for an electric vehicle, or a power source for an electric motorcycle, an assisted bicycle, a light vehicle such as a wheelchair or a senior car for medical care.

これらの燃料電池の中で、メタノールを燃料とする直接メタノール型燃料電池（以下、「ＤＭＦＣ」と称する。）は、改質器を省略できる点、燃料を室温で補給できる点、出力に対する燃料コストがガソリン等よりも安い点、および５０〜７０℃の比較的低温で発電できるので起動時間が短い点などの利点を有している。特に、燃料をポンプ等により強制的に流通させる“アクティブ式”ＤＭＦＣは、数十Ｗから数百Ｗの高い出力が得られ、電子機器や照明器具などの比較的低電力機器の給電に適している。また、セルサイズの大型化や積層セル数の増加により１ｋＷ以上のＤＭＦＣを用いれば、移動体にも適用可能である。   Among these fuel cells, a direct methanol fuel cell using methanol as a fuel (hereinafter referred to as “DMFC”) can omit a reformer, can supply fuel at room temperature, and has a fuel cost with respect to output. Has advantages such as that it is cheaper than gasoline, etc., and that it can generate power at a relatively low temperature of 50 to 70 ° C., so that the startup time is short. In particular, an “active” DMFC that forcibly distributes fuel using a pump or the like can obtain a high output of several tens of watts to several hundreds of watts, and is suitable for feeding relatively low power devices such as electronic devices and lighting fixtures. Yes. In addition, if a DMFC of 1 kW or more is used due to an increase in cell size or an increase in the number of stacked cells, it can also be applied to a moving body.

従来の技術によると、燃料電池を電源装置として構成する場合、特許文献１または２に記載されているように、燃料電池と充放電が可能な二次電池とを併用することがある。   According to the prior art, when a fuel cell is configured as a power supply device, as described in Patent Document 1 or 2, a fuel cell and a secondary battery capable of charging and discharging may be used in combination.

特許文献１には、二次電池の容量に対して所定範囲を設け、二次電池の容量が所定範囲以上の場合は燃料電池の出力を停止することで、二次電池の過充電を防止する例が開示されている。   In Patent Document 1, a predetermined range is provided for the capacity of the secondary battery, and when the capacity of the secondary battery is greater than or equal to the predetermined range, the output of the fuel cell is stopped to prevent overcharge of the secondary battery. An example is disclosed.

また、特許文献２には、二次電池の充電残容量に応じて、効率が高くなるような条件で燃料電池の出力を決定することで、システム総合効率の良い燃料電池システムを提供する例が開示されている。   Patent Document 2 discloses an example of providing a fuel cell system with good overall system efficiency by determining the output of the fuel cell under conditions that increase efficiency according to the remaining charge capacity of the secondary battery. It is disclosed.

特開２００２−３４１７１号公報JP 2002-34171 A 特開平７−２４０２１２号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-240212

本発明により解決する課題は、二次電池の充放電による劣化と燃料電池の急激な負荷変動による劣化を同時に抑制することである。   The problem to be solved by the present invention is to simultaneously suppress deterioration due to charging / discharging of the secondary battery and deterioration due to rapid load fluctuation of the fuel cell.

従来技術では、二次電池の充電残容量に対応して燃料電池の出力を決める運転方法が開示されている。この技術では、二次電池の劣化を抑制することは可能であるものの、急激な負荷変動による燃料電池の劣化を増長する懸念がある。例えば、二次電池の充電容量のある特定値付近で外部の要求出力が変動する場合には、二次電池の充電容量が短時間にこの特定値を上回ったり下回ったりし、燃料電池の出力が短時間で切り替わることが想定される。燃料電池の発電も電気化学的な反応に基づくため、短時間での負荷変動が繰り返されることにより、燃料電池の劣化が進行する可能性が考えられる。   The prior art discloses an operation method for determining the output of the fuel cell corresponding to the remaining charge capacity of the secondary battery. Although it is possible with this technique to suppress the deterioration of the secondary battery, there is a concern that the deterioration of the fuel cell due to a sudden load fluctuation is increased. For example, if the external required output fluctuates near a specific value of the charging capacity of the secondary battery, the charging capacity of the secondary battery will exceed or exceed this specific value in a short time, and the output of the fuel cell will Switching in a short time is assumed. Since the power generation of the fuel cell is also based on an electrochemical reaction, there is a possibility that the deterioration of the fuel cell will progress by repeated load fluctuations in a short time.

したがって、充放電可能な二次電池と燃料電池が電気的に接続された燃料電池システムにおいて、二次電池だけでなく燃料電池の劣化の進行も抑制できる出力制御方法の確立が必要となる。   Therefore, in a fuel cell system in which a chargeable / dischargeable secondary battery and a fuel cell are electrically connected, it is necessary to establish an output control method capable of suppressing the progress of deterioration of not only the secondary battery but also the fuel cell.

本発明の目的は、充放電可能な二次電池と燃料電池の劣化を抑制し、かつ高効率なシステムを実現するための出力制御方法を有する燃料電池システムを提供することである。   An object of the present invention is to provide a fuel cell system having an output control method for suppressing deterioration of a chargeable / dischargeable secondary battery and a fuel cell and realizing a highly efficient system.

本発明による燃料電池システムは、次のような特徴を有する。充放電可能な二次電池と前記二次電池を充電する燃料電池とを備える燃料電池システムにおいて、前記二次電池の残容量を監視し、前記残容量に応じて前記燃料電池を起動または停止する機能と、前記燃料電池の電圧を監視する機能と、前記燃料電池の電圧が予め定めた管理電圧範囲を下回った場合は、前記燃料電池の出力を減らす機能と、前記燃料電池の電圧が前記管理電圧範囲を上回った場合は、前記燃料電池の出力を増やす機能とを有する制御手段を備える。   The fuel cell system according to the present invention has the following features. In a fuel cell system comprising a chargeable / dischargeable secondary battery and a fuel cell for charging the secondary battery, the remaining capacity of the secondary battery is monitored, and the fuel cell is started or stopped according to the remaining capacity A function of monitoring the voltage of the fuel cell, a function of reducing the output of the fuel cell when the voltage of the fuel cell falls below a predetermined management voltage range, and the voltage of the fuel cell Control means having a function of increasing the output of the fuel cell when the voltage range is exceeded.

本発明によれば、二次電池および燃料電池の劣化の進行を抑えることが可能な燃料電池システムと燃料電池の出力制御方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the output control method of a fuel cell system and a fuel cell which can suppress progress of deterioration of a secondary battery and a fuel cell can be provided.

本発明の実施形態による燃料電池システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel cell system by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による燃料電池システムの外観図である。1 is an external view of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態における、燃料電池の出力制御方法を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a fuel cell output control method according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態における、燃料電池の出力の変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the change of the output of a fuel cell in embodiment of this invention. 従来技術による、燃料電池の出力の変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the change of the output of a fuel cell by a prior art.

発明者は、外部からの要求出力が急激に変動する場合でも、二次電池および燃料電池の劣化の進行を抑えることができる燃料電池システムと燃料電池の出力制御方法について鋭意検討し、新規な燃料電池システムと燃料電池の出力制御方法を確立した。   The inventor has eagerly studied a fuel cell system and a fuel cell output control method capable of suppressing the progress of deterioration of the secondary battery and the fuel cell even when the required output from the outside fluctuates abruptly. The battery system and fuel cell output control method were established.

以下に、本発明による燃料電池システムの実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。本実施形態では、燃料電池の一例として、直接メタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ）を例に挙げて説明する。もちろん、本発明はＤＭＦＣ以外の燃料電池にも適用できる。   Embodiments of a fuel cell system according to the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following embodiments. In the present embodiment, a direct methanol fuel cell (DMFC) will be described as an example of a fuel cell. Of course, the present invention can also be applied to fuel cells other than DMFC.

図１は、燃料電池システムの構成を示す図である。本燃料電池システムは、持ち運びが可能な可搬向け電源を想定した一例である。本燃料電池システムは、二次電池１２５を含む電源部と、燃料電池１０２を含む燃料電池部１０１とを備える。燃料電池１０２は、燃料電池部１０１のほぼ中央に位置する。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system. This fuel cell system is an example assuming a portable power source that can be carried. The fuel cell system includes a power supply unit including a secondary battery 125 and a fuel cell unit 101 including a fuel cell 102. The fuel cell 102 is located approximately at the center of the fuel cell unit 101.

上述したように、本実施形態では、燃料電池１０２はＤＭＦＣである。燃料電池１０２の発電に使われる燃料は、メタノールタンク１０３に充填されているメタノールである。メタノールタンク１０３に貯蔵されているメタノールは、１００％のメタノールでも良いが、一般的には、水で希釈されて燃料電池１０２の発電に使われる燃料よりも高濃度のメタノール水溶液が用いられる。その濃度は、概ね４０％以上である。   As described above, in the present embodiment, the fuel cell 102 is a DMFC. The fuel used for power generation of the fuel cell 102 is methanol filled in the methanol tank 103. The methanol stored in the methanol tank 103 may be 100% methanol, but in general, a methanol aqueous solution having a higher concentration than the fuel diluted with water and used for power generation of the fuel cell 102 is used. Its concentration is approximately 40% or more.

メタノールタンク１０３の中から必要量のメタノールが、バルブやポンプからなるメタノール供給手段１０４によって燃料タンク１０８に導入される。メタノール供給手段１０４は、メタノール濃度に応じて動作する。   A required amount of methanol is introduced from the methanol tank 103 into the fuel tank 108 by the methanol supply means 104 including a valve and a pump. The methanol supply means 104 operates according to the methanol concentration.

メタノール濃度を検知する方法には、任意の方法を用いることができる。例えば、光学式、超音波式、弾性表面波式その他の濃度検出素子を用いる方法や、燃料電池１０２の温度、電圧、または電流等を計測し、その計測値から濃度を予測する方法などから、所望のものを選択することができる。本実施形態では、燃料タンク１０８に設けた濃度検出素子１１２を用いた場合を例として説明する。   Any method can be used for detecting the methanol concentration. For example, from a method using an optical, ultrasonic, surface acoustic wave or other concentration detection element, a method of measuring the temperature, voltage, current, etc. of the fuel cell 102 and predicting the concentration from the measured value, etc. The desired one can be selected. In the present embodiment, a case where the concentration detection element 112 provided in the fuel tank 108 is used will be described as an example.

メタノール供給手段１０４の動作方法としては、濃度検出素子１１２で検出したメタノール濃度が予め定めた所定濃度以下になったときに動作させる方法や、濃度検出素子１１２で検出したメタノール濃度と予め定めた所定濃度との差分に応じて供給量を決定する方法がある。これらの制御には、マイコン等で構成された燃料電池自動運転制御機構１２０が用いられる。燃料電池自動運転制御機構１２０は、燃料制御ライン１２２を介してメタノール供給手段１０４と接続される。   As an operation method of the methanol supply means 104, a method of operating when the methanol concentration detected by the concentration detection element 112 is equal to or lower than a predetermined concentration, or a methanol concentration detected by the concentration detection element 112 and a predetermined predetermined value. There is a method of determining the supply amount according to the difference from the concentration. For these controls, a fuel cell automatic operation control mechanism 120 constituted by a microcomputer or the like is used. The fuel cell automatic operation control mechanism 120 is connected to the methanol supply means 104 via the fuel control line 122.

燃料タンク１０８には、メタノールタンク１０３からメタノール供給手段１０４によりメタノールが供給され、冷却水タンク１０６から水供給手段１０７により水が供給される。水供給手段１０７は、水制御ライン１２３を介して接続された燃料電池自動運転制御機構１２０により、水の供給量が制御される。燃料タンク１０８は、所定の濃度範囲に制御されたメタノール水溶液を一時的に貯蔵する機能のほか、メタノールタンク１０３や冷却水タンク１０６からメタノールや水が補充されたときにメタノール濃度を均一にする機能も有する。   Methanol is supplied to the fuel tank 108 from the methanol tank 103 by the methanol supply means 104, and water is supplied from the cooling water tank 106 by the water supply means 107. In the water supply means 107, the amount of water supplied is controlled by an automatic fuel cell operation control mechanism 120 connected via a water control line 123. The fuel tank 108 has a function of temporarily storing a methanol aqueous solution controlled to a predetermined concentration range, and a function of making the methanol concentration uniform when methanol or water is replenished from the methanol tank 103 or the cooling water tank 106. Also have.

また、燃料タンク１０８には、燃料タンク１０８内の燃料の液位を検知することができる液面検知手段１１３が設けられている。液面検知手段１１３により、燃料タンク１０８内の燃料の液位が所定の位置以上または所定の位置未満であるかを判別することができる。液面検知手段１１３が燃料の液位を検知すると、燃料タンク１０８は、例えば、燃料の液位が所定の位置以上であれば「ＨＩＧＨ」、所定の位置未満であれば「ＬＯＷ」というような信号を、濃度信号ライン１２１を介して燃料電池自動運転制御機構１２０へ出力する。このようにして、液面の位置を判別することができる。   In addition, the fuel tank 108 is provided with a liquid level detecting means 113 that can detect the liquid level of the fuel in the fuel tank 108. The liquid level detection means 113 can determine whether the fuel level in the fuel tank 108 is equal to or higher than a predetermined position or less than a predetermined position. When the liquid level detection means 113 detects the fuel level, the fuel tank 108 is, for example, “HIGH” if the fuel level is equal to or higher than a predetermined position, and “LOW” if the fuel level is lower than the predetermined position. The signal is output to the fuel cell automatic operation control mechanism 120 via the concentration signal line 121. In this way, the position of the liquid level can be determined.

燃料タンク１０８に収容されているメタノール水溶液の一部は、燃料循環ポンプ１０９によって燃料循環ライン１０５を経由し、燃料電池１０２に供給される。供給された燃料の内、未反応のメタノール水溶液は、燃料循環ライン１０５を経由して再び燃料タンク１０８に戻される。   A part of the aqueous methanol solution stored in the fuel tank 108 is supplied to the fuel cell 102 via the fuel circulation line 105 by the fuel circulation pump 109. Of the supplied fuel, the unreacted aqueous methanol solution is returned again to the fuel tank 108 via the fuel circulation line 105.

燃料電池１０２のアノード上でのメタノール酸化反応によって発生した二酸化炭素は、燃料電池１０２では、溶存あるいは微小な気泡として存在する。この二酸化炭素は、燃料循環ライン１０５を経由して燃料タンク１０８に移り、燃料タンク１０８の気相に大半が放出される。燃料タンク１０８は、気相の圧力が増加すると、上方に設置された気液分離膜１１０を通して、二酸化炭素を燃料電池部１０１の外部に放出する。気液分離膜１１０には、触媒処理反応器を設け、微量の有機物を除去する機構を付与しても良い。   Carbon dioxide generated by the methanol oxidation reaction on the anode of the fuel cell 102 exists in the fuel cell 102 as dissolved or fine bubbles. The carbon dioxide moves to the fuel tank 108 via the fuel circulation line 105, and most of the carbon dioxide is released into the gas phase of the fuel tank 108. When the gas phase pressure increases, the fuel tank 108 releases carbon dioxide to the outside of the fuel cell unit 101 through the gas-liquid separation membrane 110 installed above. The gas-liquid separation membrane 110 may be provided with a mechanism for removing a trace amount of organic substances by providing a catalyst treatment reactor.

空気は、ファンやその他の空気供給手段１１１から燃料電池１０２に供給され、カソード上で水を生成する。   Air is supplied to the fuel cell 102 from a fan or other air supply means 111 to produce water on the cathode.

発電後の排気ガスは、燃料電池部１０１の外部に放出される。排気ガスの出口に気液分離膜と冷却器を設置して、排気ガスから水を回収し、冷却水タンク１０６に戻す方法も採ることができる。   The exhaust gas after power generation is released to the outside of the fuel cell unit 101. A method of installing a gas-liquid separation membrane and a cooler at the outlet of the exhaust gas, collecting water from the exhaust gas, and returning it to the cooling water tank 106 can also be adopted.

濃度検出素子１１２の設置場所は、メタノール水溶液が循環するライン上であれば特に制限はないが、本実施形態では燃料タンク１０８内に設置する。メタノール濃度をより迅速に計測するためには、燃料タンク１０８または燃料タンク１０８に近い場所に濃度検出素子１１２を設置することが望ましい。燃料タンク１０８または燃料タンク１０８に近い場所に濃度検出素子１１２を設けることで、計測の時間遅れを回避し、濃度制御を迅速に行うことができる。このような構成によって、メタノール濃度を調整した燃料を、燃料タンク１０８から燃料電池１０２に供給することができる。   The concentration detection element 112 is not particularly limited as long as it is on the line through which the methanol aqueous solution circulates. However, in the present embodiment, the concentration detection element 112 is installed in the fuel tank 108. In order to measure the methanol concentration more quickly, it is desirable to install the concentration detection element 112 in the fuel tank 108 or a location close to the fuel tank 108. By providing the concentration detection element 112 in the fuel tank 108 or a place close to the fuel tank 108, a measurement time delay can be avoided and concentration control can be performed quickly. With such a configuration, the fuel whose methanol concentration is adjusted can be supplied from the fuel tank 108 to the fuel cell 102.

燃料電池部１０１は、二次電池充電／給電回路１２６を介して二次電池１２５と電気的に接続され、発電で得た電力で二次電池１２５を充電する。燃料電池電力制御回路１２７は、二次電池残容量検出ライン１２８を介して二次電池１２５の充電容量（残容量）を監視し、さらには燃料電池電圧検出ライン１２９を介して燃料電池１０２の電圧を、燃料電池電流検出ライン１３０および電流センサ１２４を介して燃料電池１０２の電流を、それぞれ監視する。燃料電池電力制御回路１２７は、二次電池１２５の充電容量、および燃料電池１０２の電圧と電流についての情報に基づき、燃料電池電力制御ライン１３１を介して二次電池充電／給電回路１２６へ指令を与えることで、燃料電池１０２の起動、発電停止、および出力の制御を行うことができる。   The fuel cell unit 101 is electrically connected to the secondary battery 125 via the secondary battery charging / feeding circuit 126 and charges the secondary battery 125 with the electric power obtained by power generation. The fuel cell power control circuit 127 monitors the charge capacity (remaining capacity) of the secondary battery 125 via the secondary battery remaining capacity detection line 128, and further the voltage of the fuel cell 102 via the fuel cell voltage detection line 129. The current of the fuel cell 102 is monitored via the fuel cell current detection line 130 and the current sensor 124, respectively. The fuel cell power control circuit 127 issues a command to the secondary battery charging / feeding circuit 126 via the fuel cell power control line 131 based on the information about the charging capacity of the secondary battery 125 and the voltage and current of the fuel cell 102. By giving, it is possible to control the start of the fuel cell 102, the stop of power generation, and the output.

図２は、燃料電池システムの外観図である。図２では、二次電池１２５、燃料電池部１０１に含まれる燃料電池１０２、燃料タンク１０８、および燃料電池自動運転制御機構１２０を示している。   FIG. 2 is an external view of the fuel cell system. In FIG. 2, the secondary battery 125, the fuel cell 102 included in the fuel cell unit 101, the fuel tank 108, and the fuel cell automatic operation control mechanism 120 are shown.

図３は、本発明の実施形態による燃料電池システムにおいて、燃料電池の出力制御方法を示すフローチャートである。本実施形態による燃料電池システムにおける燃料電池の出力制御方法の一例について、図３を用いて説明する。   FIG. 3 is a flowchart showing a fuel cell output control method in the fuel cell system according to the embodiment of the present invention. An example of a fuel cell output control method in the fuel cell system according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

以下の説明では、燃料電池の出力とは燃料電池が供給する電力のことであるが、燃料電池が供給する電流を出力としてもよい。   In the following description, the output of the fuel cell refers to the power supplied by the fuel cell, but the current supplied by the fuel cell may be used as the output.

本実施形態では、燃料電池の出力状態のパラメータ（以下、「出力パラメータ」と称する）をＣで表し、出力パラメータがＣのときの燃料電池の出力をＰ（Ｃ）で表す。燃料電池が起動しているが出力していない状態、すなわち二次電池を充電していないようなアイドリング状態をＰ（０）で表し、このときの出力状態をＣ＝０で表す。すなわち、Ｐ（０）＝０である。   In this embodiment, the parameter of the output state of the fuel cell (hereinafter referred to as “output parameter”) is represented by C, and the output of the fuel cell when the output parameter is C is represented by P (C). A state in which the fuel cell is activated but not outputting, that is, an idling state in which the secondary battery is not charged is represented by P (0), and an output state at this time is represented by C = 0. That is, P (0) = 0.

本実施形態では、燃料電池の発電時の出力を、出力の大きさに応じてＰ（１）、Ｐ（２）、およびＰ（３）の３段階に分割し、それぞれの出力状態をＣ＝１、２、および３で表す。燃料電池が定格出力で発電している状態をＣ＝３と設定した。すなわち、Ｐ（３）は定格出力である。   In the present embodiment, the output at the time of power generation of the fuel cell is divided into three stages of P (1), P (2), and P (3) according to the magnitude of the output, and each output state is C = Represented by 1, 2, and 3. The state in which the fuel cell is generating power at the rated output was set as C = 3. That is, P (3) is a rated output.

各々の出力の大きさは、
Ｐ（０）＜Ｐ（１）＜Ｐ（２）＜Ｐ（３）
という関係とした。燃料電池の出力状態間での出力の差、すなわち、Ｐ（３）−Ｐ（２）、Ｐ（２）−Ｐ（１）、およびＰ（１）−Ｐ（０）の値は、等しくても等しくなくてもよい。 The size of each output is
P (0) <P (1) <P (2) <P (3)
The relationship was as follows. The output difference between the output states of the fuel cell, ie, the values of P (3) -P (2), P (2) -P (1), and P (1) -P (0) are equal. May not be equal.

燃料電池の発電時の出力を３段階に分割することで、出力の大きさが短時間のうちに激しく変わることを防ぐことができる。したがって、負荷変動が短時間で繰り返すことを防止でき、燃料電池の劣化の進行を抑制することができる。   By dividing the output during power generation of the fuel cell into three stages, it is possible to prevent the output from changing drastically in a short time. Therefore, it is possible to prevent the load fluctuation from being repeated in a short time, and to suppress the progress of the deterioration of the fuel cell.

本実施形態では、燃料電池の発電時の出力を３段階（すなわち出力Ｐ（１）〜Ｐ（３））に分割した。発電時の出力の分割数は、２以上であればよく、特に制限はない。燃料電池の出力状態を変えたときに出力の変化量（すなわち、出力状態間での出力の差）が小さくなるように分割数を定めて、出力状態を分割すればよい。好ましい分割数は、燃料電池の定格出力にもよるが、燃料電池システムの構成や出力の制御の煩雑さを考慮すると、２〜５である。   In the present embodiment, the output during power generation of the fuel cell is divided into three stages (that is, outputs P (1) to P (3)). The number of output divisions during power generation is not particularly limited as long as it is 2 or more. The output state may be divided by determining the number of divisions so that the amount of change in output (that is, the difference in output between the output states) becomes small when the output state of the fuel cell is changed. Although the preferable number of divisions depends on the rated output of the fuel cell, it is 2 to 5 in consideration of the configuration of the fuel cell system and the complexity of output control.

さらに、本実施形態では、燃料電池の電圧に管理電圧範囲を設定する。管理電圧範囲は、燃料電池の電圧の所定値ＬとＨ（ただしＬ＜Ｈ）により定められ、Ｌ以上Ｈ以下の電圧の範囲である。所定値ＬとＨは、電極の劣化が進行しない電圧の範囲、過渡状態での電圧降下幅、安全率、および燃料電池のスタックのセル数などに応じて、適切に定めることができる。本実施形態による燃料電池システムでは、燃料電池の電圧Ｖが管理電圧範囲内の値になるように、すなわちＬ≦Ｖ≦Ｈとなるように、燃料電池の出力を制御する。   Furthermore, in this embodiment, a management voltage range is set for the voltage of the fuel cell. The management voltage range is determined by predetermined values L and H of the fuel cell voltage (where L <H), and is a voltage range from L to H. The predetermined values L and H can be appropriately determined according to a voltage range in which electrode deterioration does not proceed, a voltage drop width in a transient state, a safety factor, and the number of cells of the fuel cell stack. In the fuel cell system according to the present embodiment, the output of the fuel cell is controlled so that the voltage V of the fuel cell becomes a value within the management voltage range, that is, L ≦ V ≦ H.

具体的には、燃料電池の電圧Ｖが管理電圧範囲を下回った場合（Ｖ＜Ｌ）は、燃料電池の出力を減らして電圧Ｖが所定値Ｌ以上（Ｖ≧Ｌ）となるようにし、電圧Ｖが管理電圧範囲を上回った場合（Ｖ＞Ｈ）は、出力を増やして電圧Ｖが所定値Ｈ以下（Ｖ≦Ｈ）となるようにする。燃料電池の発電時の出力を増減するときは、出力の大きさを１段階ずつ変える。本実施形態では、出力を増やすときはＰ（１）からＰ（２）へ、Ｐ（２）からＰ（３）へと１段階ずつ変え、出力を減らすときはＰ（３）からＰ（２）へ、Ｐ（２）からＰ（１）へと１段階ずつ変える。   Specifically, when the voltage V of the fuel cell falls below the management voltage range (V <L), the output of the fuel cell is reduced so that the voltage V becomes equal to or higher than a predetermined value L (V ≧ L). When V exceeds the management voltage range (V> H), the output is increased so that the voltage V is equal to or lower than a predetermined value H (V ≦ H). When increasing or decreasing the output of the fuel cell during power generation, the output level is changed step by step. In the present embodiment, when increasing the output, change from P (1) to P (2) and from P (2) to P (3) step by step, and to decrease the output, from P (3) to P (2 ), One step at a time from P (2) to P (1).

このようにして、発電時の出力を２段階以上に分割し、適切な管理電圧範囲を設定して電圧Ｖが管理電圧範囲内の値（Ｌ≦Ｖ≦Ｈ）となるように、燃料電池の出力を制御する。この結果、燃料電池の電圧Ｖは、二次電池の残容量が急激に所定値Ａを上回ったり下回ったりする変化を起こした場合でも、急激な変化が緩和されるとともに、電極の劣化を起こさないように管理電圧範囲内に留まるように制御される。このため、二次電池だけでなく燃料電池の劣化を抑制することができる。   In this way, the output during power generation is divided into two or more stages, an appropriate management voltage range is set, and the voltage V is within the management voltage range (L ≦ V ≦ H). Control the output. As a result, even when the voltage V of the fuel cell undergoes a change in which the remaining capacity of the secondary battery suddenly exceeds or falls below the predetermined value A, the rapid change is alleviated and the electrode does not deteriorate. So as to remain within the management voltage range. For this reason, deterioration of not only the secondary battery but also the fuel cell can be suppressed.

また、二次電池の残容量について、所定値Ａを設定する。所定値Ａは、二次電池の満充電容量や燃料電池の定格出力などに応じて定める任意の値とすることができる。本燃料電池システムでは、二次電池の残容量を監視し、二次電池の残容量が所定値Ａ未満になると、燃料電池により二次電池を充電する。   A predetermined value A is set for the remaining capacity of the secondary battery. The predetermined value A can be an arbitrary value determined according to the full charge capacity of the secondary battery or the rated output of the fuel cell. In this fuel cell system, the remaining capacity of the secondary battery is monitored, and when the remaining capacity of the secondary battery becomes less than the predetermined value A, the secondary battery is charged by the fuel cell.

出力パラメータＣ、燃料電池の出力Ｐ（Ｃ）、燃料電池の管理電圧範囲（電圧の所定値ＬとＨ）、および二次電池の残容量の所定値Ａは、予め定めて燃料電池電力制御回路１２７に設定する。燃料電池電力制御回路１２７は、これらの値に基づいて燃料電池の出力を制御する。   The output parameter C, the output P (C) of the fuel cell, the fuel cell management voltage range (predetermined values L and H of the voltage), and the predetermined value A of the remaining capacity of the secondary battery are determined in advance. Set to 127. The fuel cell power control circuit 127 controls the output of the fuel cell based on these values.

以下、図３を用いて、燃料電池の出力制御方法の一例を説明する。燃料電池の出力制御は、燃料電池電力制御回路１２７が実行する。   Hereinafter, an example of a fuel cell output control method will be described with reference to FIG. The fuel cell power control circuit 127 executes output control of the fuel cell.

燃料電池システムの起動後、燃料電池電力制御回路１２７には、二次電池残容量検出ライン１２８を介して、二次電池１２５の残容量信号が入力される（Ｓ１）。   After the activation of the fuel cell system, the remaining capacity signal of the secondary battery 125 is input to the fuel cell power control circuit 127 via the secondary battery remaining capacity detection line 128 (S1).

燃料電池電力制御回路１２７は、入力した残容量信号を基に、二次電池１２５の残容量が所定値Ａ以上か否かを判断する（Ｓ２）。   The fuel cell power control circuit 127 determines whether or not the remaining capacity of the secondary battery 125 is greater than or equal to a predetermined value A based on the input remaining capacity signal (S2).

二次電池１２５の残容量が所定値Ａ以上の場合、燃料電池電力制御回路１２７は、燃料電池電圧検出ライン１２９および燃料電池電流検出ライン１３０を介して、燃料電池１０２が発電して出力しているかを判断する（Ｓ３）。   When the remaining capacity of the secondary battery 125 is equal to or greater than the predetermined value A, the fuel cell power control circuit 127 generates and outputs the fuel cell 102 via the fuel cell voltage detection line 129 and the fuel cell current detection line 130. (S3).

燃料電池１０２が出力している場合は、燃料電池１０２の発電を停止させる（Ｓ４）。   When the fuel cell 102 is outputting, the power generation of the fuel cell 102 is stopped (S4).

Ｓ２において、二次電池１２５の残容量が所定値Ａ未満の場合には、燃料電池電力制御回路１２７は、燃料電池電圧検出ライン１２９および燃料電池電流検出ライン１３０を介して、燃料電池１０２が発電して出力しているかを判断する（Ｓ５）。   In S2, when the remaining capacity of the secondary battery 125 is less than the predetermined value A, the fuel cell power control circuit 127 causes the fuel cell 102 to generate power via the fuel cell voltage detection line 129 and the fuel cell current detection line 130. It is then determined whether it is output (S5).

燃料電池１０２が出力していない場合は、燃料電池を起動させ（Ｓ６）、出力パラメータをＣ＝０とする（Ｓ７）。出力パラメータＣの値は、燃料電池電力制御回路１２７に記憶される。   When the fuel cell 102 is not outputting, the fuel cell is started (S6), and the output parameter is set to C = 0 (S7). The value of the output parameter C is stored in the fuel cell power control circuit 127.

Ｓ５で燃料電池１０２の出力の有無を確認後、またはＳ７で出力パラメータをＣ＝０とした後、燃料電池電力制御回路１２７には、燃料電池１０２の電圧信号が燃料電池電圧検出ライン１２９を介して入力される（Ｓ８）。燃料電池電力制御回路１２７は、入力した電圧信号を基に、燃料電池１０２の電圧Ｖを検知する。   After confirming the presence or absence of the output of the fuel cell 102 in S5 or setting the output parameter to C = 0 in S7, the voltage signal of the fuel cell 102 is sent to the fuel cell power control circuit 127 via the fuel cell voltage detection line 129. (S8). The fuel cell power control circuit 127 detects the voltage V of the fuel cell 102 based on the input voltage signal.

この後、出力パラメータＣの値および燃料電池１０２の電圧Ｖに応じて、燃料電池１０２の発電出力Ｐ（Ｃ）を決定する。Ｓ５で燃料電池１０２が発電して出力している場合には、出力パラメータＣの値は、後述するように１〜３のいずれかに設定されて燃料電池電力制御回路１２７に記憶されている。以下、Ｓ８で燃料電池１０２の電圧信号を入力した後の制御方法について、出力パラメータＣの値毎に説明する。出力パラメータＣの値は、Ｓ９、Ｓ１５、Ｓ２０で判断する。   Thereafter, the power generation output P (C) of the fuel cell 102 is determined according to the value of the output parameter C and the voltage V of the fuel cell 102. When the fuel cell 102 is generating and outputting in S5, the value of the output parameter C is set to any one of 1 to 3 and stored in the fuel cell power control circuit 127 as will be described later. Hereinafter, the control method after inputting the voltage signal of the fuel cell 102 in S8 will be described for each value of the output parameter C. The value of the output parameter C is determined in S9, S15, and S20.

出力パラメータＣ＝３、すなわち燃料電池１０２が定格出力で発電している場合（Ｓ９）は、燃料電池１０２の電圧Ｖが所定値Ｌ以上か否かを判断する（Ｓ１０）。   When the output parameter C = 3, that is, when the fuel cell 102 is generating power at the rated output (S9), it is determined whether or not the voltage V of the fuel cell 102 is equal to or higher than a predetermined value L (S10).

燃料電池１０２の電圧Ｖが所定値Ｌ以上の場合は、燃料電池１０２の出力をＰ（３）、すなわち定格出力としたままで発電を継続する（Ｓ１１）。そして、出力パラメータＣをＣ＝３とし（Ｓ１２）、燃料電池電力制御回路１２７がこれを記憶する。   When the voltage V of the fuel cell 102 is equal to or higher than the predetermined value L, power generation is continued with the output of the fuel cell 102 being P (3), that is, the rated output (S11). Then, the output parameter C is set to C = 3 (S12), and the fuel cell power control circuit 127 stores this.

Ｓ１０で燃料電池１０２の電圧Ｖが所定値Ｌ未満の場合（すなわち電圧Ｖが管理電圧範囲を下回った場合）は、燃料電池１０２の出力をＰ（２）に変更して発電する（Ｓ１３）。そして、出力パラメータＣをＣ＝２とし（Ｓ１４）、燃料電池電力制御回路１２７がこれを記憶する。   When the voltage V of the fuel cell 102 is less than the predetermined value L in S10 (that is, when the voltage V falls below the management voltage range), the output of the fuel cell 102 is changed to P (2) to generate power (S13). Then, the output parameter C is set to C = 2 (S14), and the fuel cell power control circuit 127 stores this.

出力パラメータがＣ＝２の場合（Ｓ１５）は、燃料電池１０２の電圧Ｖが所定値Ｈより大きいか否かを判断する（Ｓ１６）。   When the output parameter is C = 2 (S15), it is determined whether or not the voltage V of the fuel cell 102 is greater than a predetermined value H (S16).

燃料電池１０２の電圧Ｖが所定値Ｈより大きい場合（すなわち電圧Ｖが管理電圧範囲を上回った場合）は、燃料電池１０２の出力をＰ（３）に変更して発電する（Ｓ１１）。そして、出力パラメータＣをＣ＝３とし（Ｓ１２）、燃料電池電力制御回路１２７がこれを記憶する。   When the voltage V of the fuel cell 102 is larger than the predetermined value H (that is, when the voltage V exceeds the management voltage range), power is generated by changing the output of the fuel cell 102 to P (3) (S11). Then, the output parameter C is set to C = 3 (S12), and the fuel cell power control circuit 127 stores this.

Ｓ１６で、燃料電池１０２の電圧Ｖが所定Ｈ以下の場合、燃料電池１０２の電圧Ｖが所定値Ｌ以上か否かを判断する（Ｓ１７）。   If the voltage V of the fuel cell 102 is equal to or lower than the predetermined H in S16, it is determined whether or not the voltage V of the fuel cell 102 is equal to or higher than the predetermined value L (S17).

燃料電池１０２の電圧Ｖが所定値Ｌ以上の場合は、燃料電池１０２の出力をＰ（２）としたままで発電を継続する（Ｓ１３）。そして、出力パラメータＣをＣ＝２とし（Ｓ１４）、燃料電池電力制御回路１２７がこれを記憶する。   When the voltage V of the fuel cell 102 is equal to or higher than the predetermined value L, power generation is continued with the output of the fuel cell 102 being P (2) (S13). Then, the output parameter C is set to C = 2 (S14), and the fuel cell power control circuit 127 stores this.

Ｓ１７で、燃料電池１０２の電圧Ｖが所定値Ｌ未満の場合（すなわち電圧Ｖが管理電圧範囲を下回った場合）は、燃料電池１０２の出力をＰ（１）に変更して発電する（Ｓ１８）。そして、出力パラメータＣをＣ＝１とし（Ｓ１９）、燃料電池電力制御回路１２７がこれを記憶する。   When the voltage V of the fuel cell 102 is less than the predetermined value L in S17 (that is, when the voltage V falls below the management voltage range), the output of the fuel cell 102 is changed to P (1) to generate power (S18). . Then, the output parameter C is set to C = 1 (S19), and the fuel cell power control circuit 127 stores this.

出力パラメータがＣ＝１の場合（Ｓ２０）は、燃料電池１０２の電圧Ｖが所定値Ｈより大きいか否かを判断する（Ｓ２１）。   When the output parameter is C = 1 (S20), it is determined whether or not the voltage V of the fuel cell 102 is greater than a predetermined value H (S21).

燃料電池１０２の電圧Ｖが所定値Ｈより大きい場合（すなわち電圧Ｖが管理電圧範囲を上回った場合）は、燃料電池１０２の出力をＰ（２）に変更して発電する（Ｓ１３）。そして、出力パラメータＣをＣ＝２とし（Ｓ１４）、燃料電池電力制御回路１２７がこれを記憶する。   When the voltage V of the fuel cell 102 is larger than the predetermined value H (that is, when the voltage V exceeds the management voltage range), power is generated by changing the output of the fuel cell 102 to P (2) (S13). Then, the output parameter C is set to C = 2 (S14), and the fuel cell power control circuit 127 stores this.

Ｓ２１で、燃料電池１０２の電圧Ｖが所定値Ｈ以下の場合は、燃料電池１０２の出力をＰ（１）としたままで発電を継続する（Ｓ１８）。そして、出力パラメータＣをＣ＝１とし（Ｓ１９）、燃料電池電力制御回路１２７がこれを記憶する。   If the voltage V of the fuel cell 102 is equal to or lower than the predetermined value H in S21, power generation is continued with the output of the fuel cell 102 kept at P (1) (S18). Then, the output parameter C is set to C = 1 (S19), and the fuel cell power control circuit 127 stores this.

出力パラメータがＣ＝０の場合、すなわちＳ２０でＣ＝１でない場合は、燃料電池１０２の出力をＰ（１）に変更して発電する（Ｓ１８）。そして、出力パラメータＣをＣ＝１とし（Ｓ１９）、燃料電池電力制御回路１２７がこれを記憶する。   When the output parameter is C = 0, that is, when C = 1 is not 1 in S20, the output of the fuel cell 102 is changed to P (1) to generate power (S18). Then, the output parameter C is set to C = 1 (S19), and the fuel cell power control circuit 127 stores this.

以上説明したＳ９〜Ｓ２１の処理後、すなわち燃料電池１０２の出力Ｐ（Ｃ）および出力パラメータＣの値を決定した後、再びＳ１の処理を行う。   After the processes of S9 to S21 described above, that is, after the values of the output P (C) and the output parameter C of the fuel cell 102 are determined, the process of S1 is performed again.

以上のようにして燃料電池の出力を制御すると、燃料電池は、出力と電圧の急激な変化が緩和され、劣化を抑制できる。さらに、燃料電池の出力状態に応じて、効率が高くなるように燃料電池の出力を決定することができる。   When the output of the fuel cell is controlled as described above, the rapid change in the output and voltage is alleviated and the fuel cell can suppress deterioration. Furthermore, the output of the fuel cell can be determined so as to increase the efficiency according to the output state of the fuel cell.

（実施例）
図４は、本発明の実施形態による燃料電池システムにおける、燃料電池の出力の変化の一例を示す図である。図４には、二次電池の残容量が所定値Ａの近傍の値を変化した場合に、図３に示した出力制御方法に従って本燃料電池システムが動作したときの燃料電池の出力の変化を例示している。 (Example)
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a change in the output of the fuel cell in the fuel cell system according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 shows the change in the output of the fuel cell when the fuel cell system is operated according to the output control method shown in FIG. 3 when the remaining capacity of the secondary battery changes in the vicinity of the predetermined value A. Illustrated.

メタノールタンク１０３に濃度が９０％のメタノール水溶液を投入し、本燃料電池システムを起動したところ、燃料電池１０２の出力の時間変化は、図４のような挙動を示した。図４において、Ｐ（０）＝０Ｗ、Ｐ（１）＝２５Ｗ、Ｐ（２）＝６５Ｗ、Ｐ（３）＝１００Ｗである。   When an aqueous methanol solution having a concentration of 90% was introduced into the methanol tank 103 and the present fuel cell system was started, the time change of the output of the fuel cell 102 showed the behavior as shown in FIG. In FIG. 4, P (0) = 0W, P (1) = 25W, P (2) = 65W, and P (3) = 100W.

二次電池１２５の残容量が所定値Ａ未満となると、燃料電池１０２に燃料（メタノール）および空気が供給されて発電を開始し、時間ｔ１にて出力２５Ｗ（Ｐ（１））で発電した。このとき、図３のフローチャートでは、Ｓ２、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ１８、およびＳ１９の処理が実行された。時間ｔ１からｔ２では、燃料電池１０２の電圧Ｖは、管理電圧範囲内の値（すなわちＬ≦Ｖ≦Ｈ）となっている。   When the remaining capacity of the secondary battery 125 became less than the predetermined value A, fuel (methanol) and air were supplied to the fuel cell 102 to start power generation, and power was generated at an output of 25 W (P (1)) at time t1. At this time, in the flowchart of FIG. 3, the processes of S2, S6, S7, S18, and S19 are executed. From time t1 to t2, the voltage V of the fuel cell 102 is a value within the management voltage range (that is, L ≦ V ≦ H).

時間ｔ２で、燃料電池１０２の電圧Ｖが所定値Ｈより大きくなると（すなわち電圧Ｖが管理電圧範囲を上回ると）、燃料電池１０２の出力は６５Ｗ（Ｐ（２））となる。このとき、図３のフローチャートでは、Ｓ２１、Ｓ１３、およびＳ１４の処理が実行された。時間ｔ２からｔ３では、燃料電池１０２の電圧Ｖは、管理電圧範囲内の値（すなわちＬ≦Ｖ≦Ｈ）となっている。   When the voltage V of the fuel cell 102 becomes larger than the predetermined value H at time t2 (that is, when the voltage V exceeds the management voltage range), the output of the fuel cell 102 becomes 65 W (P (2)). At this time, the processes of S21, S13, and S14 are executed in the flowchart of FIG. From time t2 to t3, the voltage V of the fuel cell 102 is a value within the management voltage range (that is, L ≦ V ≦ H).

時間ｔ３で、燃料電池１０２の電圧Ｖが所定値Ｈより大きくなると（すなわち電圧Ｖが管理電圧範囲を上回ると）、燃料電池１０２は、定格出力の１００Ｗ（Ｐ（３））で発電した。このとき、図３のフローチャートでは、Ｓ１６、Ｓ１１、およびＳ１２の処理が実行された。時間ｔ３からｔ４では、燃料電池１０２の電圧Ｖは、管理電圧範囲内の値（すなわちＬ≦Ｖ≦Ｈ）となっている。   When the voltage V of the fuel cell 102 becomes greater than the predetermined value H at time t3 (that is, when the voltage V exceeds the management voltage range), the fuel cell 102 generates power at a rated output of 100 W (P (3)). At this time, the processes of S16, S11, and S12 were executed in the flowchart of FIG. From time t3 to t4, the voltage V of the fuel cell 102 is a value within the management voltage range (that is, L ≦ V ≦ H).

時間ｔ４で、二次電池１２５の残容量が所定値Ａに達すると、燃料電池１０２は発電を停止した（出力はＰ（０）＝０Ｗ）。このとき、図３のフローチャートでは、Ｓ２、Ｓ３、およびＳ４の処理が実行された。   When the remaining capacity of the secondary battery 125 reaches a predetermined value A at time t4, the fuel cell 102 stops generating power (output is P (0) = 0 W). At this time, the processes of S2, S3, and S4 were executed in the flowchart of FIG.

再び二次電池１２５の残容量が所定値Ａ未満になると、燃料電池１０２は発電を開始し、時間ｔ５〜ｔ８で、時間ｔ１〜ｔ４と同じ動作を繰り返した。   When the remaining capacity of the secondary battery 125 again becomes less than the predetermined value A, the fuel cell 102 starts power generation, and repeats the same operation from time t1 to t4 at time t5 to t8.

その後、二次電池１２５の残容量が所定値Ａ未満になると、燃料電池１０２は発電を開始し、出力は時間ｔ９〜ｔ１５にて変化した。時間ｔ９〜ｔ１１での出力の変化は、時間ｔ１〜ｔ３での出力の変化と同じなので、説明を省略する。   Thereafter, when the remaining capacity of the secondary battery 125 became less than the predetermined value A, the fuel cell 102 started to generate power, and the output changed from time t9 to t15. The change in output from time t9 to t11 is the same as the change in output from time t1 to t3, and thus the description thereof is omitted.

時間ｔ１２で、燃料電池１０２の電圧Ｖが所定値Ｌ未満になると（すなわち電圧Ｖが管理電圧範囲を下回ると）、燃料電池１０２の出力は６５Ｗ（Ｐ（２））となる。このとき、図３のフローチャートでは、Ｓ１０、Ｓ１３、およびＳ１４の処理が実行された。時間ｔ１２からｔ１３では、燃料電池１０２の電圧Ｖは、管理電圧範囲内の値（すなわちＬ≦Ｖ≦Ｈ）となっている。   When the voltage V of the fuel cell 102 becomes less than the predetermined value L at time t12 (that is, when the voltage V falls below the management voltage range), the output of the fuel cell 102 becomes 65 W (P (2)). At this time, the processes of S10, S13, and S14 are executed in the flowchart of FIG. From time t12 to t13, the voltage V of the fuel cell 102 is a value within the management voltage range (that is, L ≦ V ≦ H).

時間ｔ１３で、燃料電池１０２の電圧Ｖが所定値Ｌ未満になると（すなわち電圧Ｖが管理電圧範囲を下回ると）、燃料電池１０２の出力は２５Ｗ（Ｐ（１））となる。このとき、図３のフローチャートでは、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８およびＳ１９の処理が実行された。時間ｔ１３からｔ１４では、燃料電池１０２の電圧Ｖは、管理電圧範囲内の値（すなわちＬ≦Ｖ≦Ｈ）となっている。   When the voltage V of the fuel cell 102 becomes less than the predetermined value L at time t13 (that is, when the voltage V falls below the management voltage range), the output of the fuel cell 102 becomes 25 W (P (1)). At this time, the processes of S16, S17, S18, and S19 are executed in the flowchart of FIG. From time t13 to t14, the voltage V of the fuel cell 102 is a value within the management voltage range (that is, L ≦ V ≦ H).

時間ｔ１４で、燃料電池１０２の電圧Ｖが所定値Ｈより大きくなると（すなわち電圧Ｖが管理電圧範囲を上回ると）、燃料電池１０２の出力は６５Ｗ（Ｐ（２））となる。このとき、図３のフローチャートでは、Ｓ２１、Ｓ１３、およびＳ１４の処理が実行された。時間ｔ１４からｔ１５では、燃料電池１０２の電圧Ｖは、管理電圧範囲内の値（すなわちＬ≦Ｖ≦Ｈ）となっている。   When the voltage V of the fuel cell 102 becomes larger than the predetermined value H at time t14 (that is, when the voltage V exceeds the management voltage range), the output of the fuel cell 102 becomes 65 W (P (2)). At this time, the processes of S21, S13, and S14 are executed in the flowchart of FIG. From time t14 to t15, the voltage V of the fuel cell 102 is a value within the management voltage range (that is, L ≦ V ≦ H).

時間ｔ１５で、二次電池１２５の残容量が所定値Ａに達すると、燃料電池１０２は発電を停止した（出力はＰ（０）＝０Ｗ）。このとき、図３のフローチャートでは、Ｓ２、Ｓ３、およびＳ４の処理が実行された。   When the remaining capacity of the secondary battery 125 reaches a predetermined value A at time t15, the fuel cell 102 stops generating power (output is P (0) = 0 W). At this time, the processes of S2, S3, and S4 were executed in the flowchart of FIG.

（比較例）
図５は、従来の燃料電池システムにおける、燃料電池の出力の変化の一例を示す図である。図５には、二次電池の残容量が所定値Ａの近傍の値を変化した場合に、従来技術と同様な出力制御方法に従って燃料電池システムが動作したときの燃料電池の出力の変化を例示している。 (Comparative example)
FIG. 5 is a diagram showing an example of a change in the output of the fuel cell in the conventional fuel cell system. FIG. 5 exemplifies a change in the output of the fuel cell when the fuel cell system is operated according to the same output control method as in the prior art when the remaining capacity of the secondary battery changes in the vicinity of the predetermined value A. doing.

二次電池の残容量が所定値Ａ未満になると、燃料電池は、時間ｔ１’にて定格出力（１００Ｗ）で発電を開始した。   When the remaining capacity of the secondary battery became less than the predetermined value A, the fuel cell started power generation at the rated output (100 W) at time t1 '.

時間ｔ２’で、二次電池の残容量が所定値Ａに達すると、燃料電池は発電を停止した（出力は０Ｗ）。   When the remaining capacity of the secondary battery reaches a predetermined value A at time t <b> 2 ′, the fuel cell stops power generation (output is 0 W).

再び二次電池の残容量が所定値Ａ未満になると、燃料電池は定格出力で（１００Ｗ）発電を開始し、時間ｔ３’〜ｔ４’およびｔ５’〜ｔ６’で、時間ｔ１’〜ｔ２’と同じ動作を繰り返した。   When the remaining capacity of the secondary battery again becomes less than the predetermined value A, the fuel cell starts power generation at the rated output (100 W), and at times t3 ′ to t4 ′ and t5 ′ to t6 ′, times t1 ′ to t2 ′ The same operation was repeated.

燃料電池の起動と発電停止は、外部からの要求電力にもよるが、数分単位でなされる場合がある。比較例のように短い時間間隔で起動と発電停止を繰り返すと、急激な電位変化により燃料電池は徐々に性能が劣化する。本発明は、このような急激な電位変化を緩和するように出力を制御することで、燃料電池の性能劣化を抑制することができる。   The fuel cell activation and power generation stop may be made in units of several minutes depending on the required power from the outside. When the start and stop of power generation are repeated at short time intervals as in the comparative example, the performance of the fuel cell gradually deteriorates due to a rapid potential change. The present invention can suppress the deterioration of the performance of the fuel cell by controlling the output so as to alleviate such a rapid potential change.

１０１…燃料電池部、１０２…燃料電池、１０３…メタノールタンク、１０４…メタノール供給手段、１０５…燃料循環ライン、１０６…冷却水タンク、１０７…水供給手段、１０８…燃料タンク、１０９…燃料循環ポンプ、１１０…気液分離膜、１１１…空気供給手段、１１２…濃度検出素子、１１３…液面検知手段、１２０…燃料電池自動運転制御機構、１２１…濃度信号ライン、１２２…燃料制御ライン、１２３…水制御ライン、１２４…電流センサ、１２５…二次電池、１２６…二次電池充電／給電回路、１２７…燃料電池電力制御回路、１２８…二次電池残容量検出ライン、１２９…燃料電池電圧検出ライン、１３０…燃料電池電流検出ライン、１３１…燃料電池電力制御ライン。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Fuel cell part, 102 ... Fuel cell, 103 ... Methanol tank, 104 ... Methanol supply means, 105 ... Fuel circulation line, 106 ... Cooling water tank, 107 ... Water supply means, 108 ... Fuel tank, 109 ... Fuel circulation pump DESCRIPTION OF SYMBOLS 110 ... Gas-liquid separation membrane, 111 ... Air supply means, 112 ... Concentration detection element, 113 ... Liquid level detection means, 120 ... Fuel cell automatic operation control mechanism, 121 ... Concentration signal line, 122 ... Fuel control line, 123 ... Water control line 124 ... Current sensor 125 ... Secondary battery 126 ... Secondary battery charging / feeding circuit 127 ... Fuel cell power control circuit 128 ... Secondary battery remaining capacity detection line 129 ... Fuel cell voltage detection line , 130: Fuel cell current detection line, 131: Fuel cell power control line.

Claims (6)

充放電可能な二次電池と前記二次電池を充電する燃料電池とを備える燃料電池システムにおいて、
前記二次電池の残容量を監視し、前記残容量に応じて前記燃料電池を起動または停止する機能と、
前記燃料電池の電圧を監視する機能と、
前記燃料電池の電圧が予め定めた管理電圧範囲を下回った場合は、前記燃料電池の出力を減らす機能と、
前記燃料電池の電圧が前記管理電圧範囲を上回った場合は、前記燃料電池の出力を増やす機能と、
を有する制御手段を備えることを特徴とする燃料電池システム。 In a fuel cell system comprising a chargeable / dischargeable secondary battery and a fuel cell for charging the secondary battery,
A function of monitoring the remaining capacity of the secondary battery and starting or stopping the fuel cell according to the remaining capacity;
A function of monitoring the voltage of the fuel cell;
When the voltage of the fuel cell falls below a predetermined management voltage range, the function of reducing the output of the fuel cell;
When the voltage of the fuel cell exceeds the management voltage range, the function of increasing the output of the fuel cell;
A fuel cell system comprising control means having 充放電可能な二次電池と前記二次電池を充電する燃料電池とを備える燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の発電時の出力が、出力の大きさに応じて２段階以上に分割されて設定され、
前記二次電池の残容量を監視し、前記残容量に応じて前記燃料電池を起動または停止する機能と、
前記燃料電池の電圧を監視する機能と、
前記燃料電池の発電時の出力が最小の段階以外の場合であり、前記燃料電池の電圧が予め定めた管理電圧範囲を下回った場合は、前記燃料電池の出力を１段階小さくする機能と、
前記燃料電池の発電時の出力が最大の段階以外の場合であり、前記燃料電池の電圧が前記管理電圧範囲を上回った場合は、前記燃料電池の出力を１段階大きくする機能と、
を有する制御手段を備えることを特徴とする燃料電池システム。 In a fuel cell system comprising a chargeable / dischargeable secondary battery and a fuel cell for charging the secondary battery,
The output during power generation of the fuel cell is set by being divided into two or more stages according to the magnitude of the output,
A function of monitoring the remaining capacity of the secondary battery and starting or stopping the fuel cell according to the remaining capacity;
A function of monitoring the voltage of the fuel cell;
A function of reducing the output of the fuel cell by one step when the output of the fuel cell is other than the minimum level and the voltage of the fuel cell falls below a predetermined management voltage range;
A function of increasing the output of the fuel cell by one step when the output of the fuel cell is outside the maximum stage and the voltage of the fuel cell exceeds the management voltage range;
A fuel cell system comprising control means having 前記燃料電池は、メタノールを主成分とした水溶液を燃料として用いる請求項１または２記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the fuel cell uses an aqueous solution mainly composed of methanol as a fuel. 充放電可能な二次電池と前記二次電池を充電する燃料電池とを備える燃料電池システムで用いる燃料電池の出力制御方法において、
前記二次電池の残容量を監視し、
前記残容量に応じて前記燃料電池を起動または停止し、
前記燃料電池の電圧を監視し、
前記燃料電池の電圧が予め定めた管理電圧範囲を下回った場合は、前記燃料電池の出力を減らし、
前記燃料電池の電圧が前記管理電圧範囲を上回った場合は、前記燃料電池の出力を増やす、
ことを特徴とする燃料電池の出力制御方法。 In a fuel cell output control method used in a fuel cell system comprising a chargeable / dischargeable secondary battery and a fuel cell for charging the secondary battery,
Monitoring the remaining capacity of the secondary battery;
Start or stop the fuel cell according to the remaining capacity,
Monitoring the voltage of the fuel cell;
If the fuel cell voltage falls below a predetermined management voltage range, reduce the output of the fuel cell,
When the voltage of the fuel cell exceeds the management voltage range, increase the output of the fuel cell,
An output control method for a fuel cell. 充放電可能な二次電池と前記二次電池を充電する燃料電池とを備える燃料電池システムで用いる燃料電池の出力制御方法において、
前記燃料電池の発電時の出力を、出力の大きさに応じて２段階以上に分割し、
前記二次電池の残容量を監視し、
前記残容量に応じて前記燃料電池を起動または停止し、
前記燃料電池の電圧を監視し、
前記燃料電池の発電時の出力が最小の段階以外の場合であり、前記燃料電池の電圧が予め定めた管理電圧範囲を下回った場合は、前記燃料電池の出力を１段階小さくし、
前記燃料電池の発電時の出力が最大の段階以外の場合であり、前記燃料電池の電圧が前記管理電圧範囲を上回った場合は、前記燃料電池の出力を１段階大きくする、
ことを特徴とする燃料電池の出力制御方法。 In a fuel cell output control method used in a fuel cell system comprising a chargeable / dischargeable secondary battery and a fuel cell for charging the secondary battery,
Dividing the output of the fuel cell during power generation into two or more stages according to the magnitude of the output,
Monitoring the remaining capacity of the secondary battery;
Start or stop the fuel cell according to the remaining capacity,
Monitoring the voltage of the fuel cell;
When the output of the fuel cell during power generation is other than the minimum stage, and when the voltage of the fuel cell falls below a predetermined management voltage range, the output of the fuel cell is reduced by one stage,
When the output of the fuel cell during power generation is other than the maximum stage, and when the voltage of the fuel cell exceeds the management voltage range, the output of the fuel cell is increased by one stage.
An output control method for a fuel cell. 前記燃料電池の燃料として、メタノールを主成分とした水溶液を用いる請求項４または５記載の燃料電池の出力制御方法。   The fuel cell output control method according to claim 4 or 5, wherein an aqueous solution containing methanol as a main component is used as a fuel of the fuel cell.
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