JP2023132582A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】流量センサや流量スイッチを設けることなく、良好な精度でカソードガスの供給量を制御する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池システムの運転データを検出する検出部を備えたものにおいて、燃料電池システムの運転データを説明変数とすると共にカソードガスの流量を目的変数とした回帰分析により得られる関係を用いて、検出部により検出された運転データに基づいてカソードガスの流量を推定する。そして、推定されたカソードガスの流量が目標流量となるようにカソードガス供給装置を制御する。【選択図】図２

Description

本明細書は、燃料電池システムについて開示する。

従来、この種の燃料電池システムとしては、燃料ガス（アノードガス）に含まれる水素とエア（カソードガス）に含まれる酸素とにより発電する燃料電池と、エア供給管を介して燃料電池にエアを供給するエアブロワと、エア供給管内を流れるエアの流量を検出する流量センサと、を備え、燃料電池を運転するに際して、流量センサにより検出される流量と目標流量との偏差に基づくフィードバック制御によりエアブロワを制御するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、制御ＤＵＴＹとエアの流量との関係が定められたマップを用いて、エア供給装置が供給すべき目標流量に基づいて制御ＤＵＴＹを設定してエアブロワを制御するものにおいて、エアの流量が設定流量以上となると作動してオン信号を出力する流量スイッチを備え、流量スイッチの出力がオフ信号からオン信号に変化したときのエアブロアの制御ＤＵＴＹによりマップを更新するものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１９－４６７０６号公報 特開２０１８－４９７７７号公報

上述した特許文献１記載の燃料電池システムでは、カソードガスの流量を検出するために流量センサを備える必要があるため、システムが複雑化すると共にコスト増を招く。特許文献２記載の燃料電池システムでは、流量スイッチを備えるため、流量センサを設けるものに比して、コストを低減することができるものの、マップの更新等が必要であり、処理が複雑化する。更に、流量スイッチの設定流量付近でエアの流量を制御する場合でしか十分な精度が得られない場合が生じる。

本開示の燃料電池システムは、流量センサや流量スイッチを設けることなく、良好な精度でカソードガスの供給量を制御することを主目的とする。

本開示の燃料電池システムは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本開示の燃料電池システムは、
アノードガスとカソードガスとに基づいて発電する燃料電池を備える燃料電池システムであって、
ポンプにより前記カソードガスを前記燃料電池に供給するカソードガス供給装置と、
前記燃料電池システムの運転データを検出する検出部と、
前記燃料電池システムの運転データを説明変数とすると共に前記カソードガスの流量を目的変数とした回帰分析により得られる関係を用いて、前記検出部により検出された運転データに基づいて前記カソードガスの流量を推定する推定部と、
前記推定部により推定されたカソードガスの流量が目標流量となるように前記カソードガス供給装置を制御する制御部と、
を備えることを要旨とする。

この本開示の燃料電池システムでは、燃料電池システムの運転データを検出する検出部を備え、燃料電池システムの運転データを説明変数とすると共にカソードガスの流量を目的変数とした回帰分析により得られる関係を用いて、検出部により検出された運転データに基づいてカソードガスの流量を推定する。そして、推定されたカソードガスの流量が目標流量となるようにカソードガス供給装置のポンプを制御する。これにより、専用の流量センサや流量スイッチを設けることなく、システムが備えている検出部を用いて、良好な精度でカソードガスの供給量を制御することが可能である。

こうした本開示の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池システムの運転データは、前記ポンプの回転数または前記ポンプのデューティと、前記燃料電池の出力電流または出力電圧と、前記燃料電池システム内の温度とが含まれてもよい。カソードガスの流量と相関が高い運転データを用いることで、良好な精度でアノードガスの流量を推定することができる。

また、本開示の燃料電池システムにおいて、前記推定部は、前記燃料電池システムの運転モード毎にそれぞれ前記回帰分析により得られた複数の関係の中から現在の運転モードに対応する関係を選択し、該選択した関係を用いて前記検出部により検出された運転データに基づいて前記カソードガスの流量を推定してもよい。こうすれば、運転モードに拘わらず良好な精度でカソードガスの流量を推定することができる。この場合、前記運転モードには、負荷に追従するように前記燃料電池を運転する負荷追従運転モードと、前記燃料電池を一定の出力で運転する定負荷運転モードと、が含まれてもよい。

本実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。 エア供給量制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

本開示を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態の燃料電池システム１０の概略構成図である。本実施形態の燃料電池システム１０は、図示するように、アノードガス中の水素とカソードガス中の酸素との電気化学反応により発電する燃料電池スタック２１を含む発電モジュール２０と、発電モジュール２０にアノードガスの原料となる原燃料ガス（例えば天然ガスやＬＰガス）を供給する原燃料ガス供給装置３０と、発電モジュール２０に原燃料ガスからアノードガスへの改質（水蒸気改質）に必要な改質水を供給する改質水供給装置４０と、発電モジュール２０（燃料電池スタック２１）にカソードガスとしてのエアを供給するエア供給装置５０と、発電モジュール２０において発生した排熱を回収する排熱回収装置６０と、システム全体をコントロールする制御装置１００と、を備える。

発電モジュール２０は、燃料電池スタック２１や、気化器２２、改質器２３、燃焼器２４、複数（２つ）の熱交換器２６，２７を含み、これらは、断熱性を有するモジュールケース２９に収容されている。

燃料電池スタック２１は、酸化ジルコニウム等の電解質と当該電解質を挟持するアノードおよびカソードとをそれぞれ有する複数の固体酸化物形の単セルを備える。各単セルのアノードには、アノードガスが流れるアノードガス通路が接続されている。また、各単セルのカソードには、カソードガスが流れるカソードガス通路が接続されている。燃料電池スタック２１の近傍には、温度センサ１１２が設置されている。温度センサ１１２は、燃料電池スタック２１の温度に相関する温度（スタック相関温度Ｔｓｔ）を検出する。

発電モジュール２０の気化器２２および改質器２３は、モジュールケース２９内の燃料電池スタック２１の上方に間隔をおいて配設される。また、燃料電池スタック２１と気化器２２および改質器２３との間には、燃料電池スタック２１の作動や、気化器２２および改質器２３での反応に必要な熱を発生させる燃焼器２４が配設される。

気化器２２は、燃焼器２４からの熱により原燃料ガス供給装置３０からの原燃料ガスと改質水供給装置４０からの改質水とを加熱し、原燃料ガスを予熱すると共に改質水を蒸発させて水蒸気を生成する。気化器２２により予熱された原燃料ガスは、水蒸気と混合され、その混合ガスは、当該気化器２２から改質器２３に流入する。また、改質器２３の入口付近には、当該改質器２３に流入する混合ガスの温度を検出する温度センサ１１１が設置されている。

改質器２３は、その内部に充填された例えばＲｕ系またはＮｉ系の改質触媒を有し、燃焼器２４からの熱の存在下で、改質触媒による気化器２２からの混合ガスの反応（水蒸気改質反応）によって水素ガスと一酸化炭素とを生成する。更に、改質器２３は、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気との反応（一酸化炭素シフト反応）によって水素ガスと二酸化炭素とを生成する。これにより、改質器２３によって、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の原燃料ガス等を含むアノードガスが生成されることになる。改質器２３により生成されたアノードガスは、アノードガス配管７１を通って各単セルのアノードガス通路へ流入し、アノードに供給される。

また、カソードガスとしてのエアは、カソードガス配管７２を介して各単セルのカソードガス通路へ流入し、カソードに供給される。各単セルのカソードでは、酸化物イオン（Ｏ^2-）が生成され、当該酸化物イオンが電解質を透過してアノードで水素や一酸化炭素と反応することにより電気エネルギが得られる。

各単セルにおいて電気化学反応（発電）に使用されなかったアノードガス（以下、「アノードオフガス」という）は、アノードオフガス配管７３を通って凝縮器６２に供給され、凝縮器６２により冷却させられてアノードオフガスに含まれる水蒸気の少なくとも一部が除去された後、アノードオフガス配管７４を通って燃焼器２４に供給される。アノードオフガス配管７３，７４には熱交換器２６が設置され、アノードオフガス配管７４を流れるアノードオフガス（凝縮器６２を通過した後のアノードオフガス）は、熱交換器２６において燃料電池スタック２１からアノードオフガス配管７３を流れる高温のアノードオフガス（凝縮器６２を通過する前のアノードオフガス）との熱交換により昇温させられる。また、各単セルにおいて電気化学反応（発電）に使用されなかったカソードガス（以下、「カソードオフガス」という）は、カソードオフガス配管７５を通って燃焼器２４に供給される。

燃焼器２４に流入したアノードオフガスは、水素や一酸化炭素等の燃料成分を含む可燃性ガスであり、燃焼器２４に流入した酸素を含むカソードオフガスと混合される。そして、燃焼器２４で混合ガスが燃焼することにより、燃料電池スタック２１の作動や、気化器２２での原燃料ガスの予熱や水蒸気の生成、改質器２３での水蒸気改質反応等に必要な熱が発生することになる。また、燃焼器２４では、未燃燃料を含む燃焼排ガスが生成され、当該燃焼排ガスは、燃焼排ガス配管７６を通り、熱交換器２７および燃焼触媒２８を経て外気へ排出される。燃焼触媒２８は、燃焼排ガス中の未燃燃料を再燃焼させるための酸化触媒である。

原燃料ガス供給装置３０は、原燃料ガスを供給する原燃料供給源１と気化器２２とを接続する原燃料ガス供給管３１と、当該原燃料ガス供給管３１に設置された開閉弁（２連弁）３２，３３、ガスポンプ３６および脱硫器３８とを有する。原燃料ガスは、ガスポンプ３６を作動させることで、原燃料供給源１から脱硫器３８を介して気化器２２へと圧送（供給）される。また、原燃料ガス供給管３１には、原燃料ガス供給管３１を流れる原燃料ガスの単位時間当りの流量（ガス流量Ｆｇ）を検出する流量センサ３９が設置されている。

改質水供給装置４０は、改質水を貯留する改質水タンク４２と、改質水タンク４２と気化器２２とを接続する改質水供給管４１と、改質水供給管４１に設置された改質水ポンプ４３と、を有する。改質水タンク４２内の改質水は、改質水ポンプ４３を作動させることで、当該改質水ポンプ４３により気化器２２へと圧送（供給）される。

エア供給装置５０は、モジュールケース２９内に設置されたカソードガス配管７２に接続されるエア供給管５１と、エア供給管５１の入口に設けられたエアフィルタ５２と、エア供給管５１に設置されたエアポンプ５３と、を有する。エアポンプ５３を作動させることで、カソードガスとしてのエアは、エアフィルタ５２を介してエア供給管５１に吸引され、カソードガス配管７２を通って燃料電池スタック２１（カソード）へと圧送（供給）される。カソードガス配管７２を流れるエアは、熱交換器２７において燃焼排ガス配管７６を流れる高温の燃焼排ガスと熱交換されて昇温させられる。なお、エアポンプ５３のポンプモータには、エアポンプ５３の回転数（エアポンプ回転数Ｎａ）を検出するための回転数センサ５４が設置されている。

排熱回収装置６０は、湯水を貯留する貯湯タンク６１と、燃料電池スタック２１からアノードオフガス配管７３を流れるアノードオフガスと湯水とを熱交換してアノードオフガス中に含まれる水蒸気を凝縮させる凝縮器６２と、貯湯タンク６１と凝縮器６２とに接続された循環配管６３と、循環配管６３に組み込まれた循環ポンプ６４と、を有する。貯湯タンク６１内に貯留されている湯水は、循環ポンプ６４を作動させることで、凝縮器６２へと導入され、凝縮器６２でアノードオフガスとの熱交換によって昇温させられた後、貯湯タンク６１へと返送される。

また、凝縮器６２におけるアノードオフガス側の通路出口には、凝縮水配管４４とアノードオフガス配管７４とが接続されており、アノードオフガス中の水蒸気が貯湯タンク６１からの湯水との熱交換により凝縮することにより得られた凝縮水は、凝縮水配管４４を通って改質水タンク４２内に導入される。なお、改質水タンク４２には、凝縮水配管４４を通過した凝縮水を精製する図示しない水精製器が設置されている。また、上述したように、凝縮器６２において水蒸気が除去されたアノードオフガスは、アノードオフガス配管７４を通って燃焼器２４に供給される。

燃料電池スタック２１の出力端子には、パワーコンディショナ８０の入力端子が接続され、当該パワーコンディショナ８０の出力端子は、リレーを介して電力系統２から負荷４への電力ライン３に接続されている。パワーコンディショナ８０は、燃料電池スタック２１から出力された直流電力を所定電圧（例えば、ＤＣ２５０Ｖ～３００Ｖ）の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータや、変換された直流電力を電力系統と連系可能な電圧（例えば、ＡＣ２００Ｖ）の交流電力に変換するインバータを有する。これにより、燃料電池スタック２１からの直流電力を交流電力に変換して家電製品等の負荷４に供給することが可能となる。パワーコンディショナ８０には電源基板８１が接続されている。電源基板８１は、燃料電池スタック２１からの直流電力や電力系統２からの交流電源を低圧の直流電力に変換して、ガスポンプ３６や改質水ポンプ４３、エアポンプ５３、循環ポンプ６４等の補機類、流量センサ３９や回転数センサ５４、温度センサ１１１，１１２，１１５、電流センサ１１３、電圧センサ１１４等のセンサ類、制御装置１００へ供給する。また、パワーコンディショナ８０や電源基板８１等が配置される補機室８２には、当該パワーコンディショナ８０や電源基板８１を冷却するための図示しない冷却ファンと換気ファンとが配置されている。冷却ファンは、パワーコンディショナ８０や電源基板８１の発熱部に空気を送り込んで空気との熱交換により発熱部を冷却する。発熱部を冷却して昇温した空気は、換気ファンにより大気中に排出される。また、補機室８２には、補機室８１の室内温度（システム内温度Ｔｓｙ）を検出するための温度センサ１１５が設置されている。

制御装置１００は、ＣＰＵ１０１を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ１０１の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ１０２と、データを一時的に記憶するＲＡＭ１０３と、図示しない入出力ポートと、を備える。制御装置１００には、燃料電池スタック２１から出力される電流（スタック電流Ｉｓｔ）を検出する電流センサ１１３や、燃料電池スタック２１から出力される電圧（スタック電圧Ｖｓｔ）を検出する電圧センサ１１４、流量センサ３９、回転数センサ５４、温度センサ１１１，１１２，１１５等からの各種検出信号が入力ポートを介して入力されている。また、制御装置１００からは、開閉弁３２，３３のソレノイドや、ガスポンプ３６のポンプモータ、改質水ポンプ４３のポンプモータ、エアポンプ５３のポンプモータ、循環ポンプ６４のポンプモータ、電磁弁８２のソレノイド等への各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。また、制御装置１００には、無線式または有線式の通信回線を介して図示しないリモコンが接続される。制御装置１００は、燃料電池システム１０のユーザにより操作された当該リモコンからの信号に基づいて各種制御を実行する。

次に、こうして構成された燃料電池システム１０の動作について説明する。制御装置１００のＣＰＵ１０１は、システム起動が要求されると、脱硫器３８に燃料成分を吸着させる燃料吸着処理や、発電モジュール２０内をエアの供給によってパージするパージ処理、燃焼器２４に燃料とエアとを供給してその混合ガスを着火させる着火処理、気化器２２に原燃料ガスと改質水とを供給して改質器２３において水蒸気改質反応を生起させる水蒸気改質処理を順次実行してシステムを起動する。

システム起動が完了すると、ＣＰＵ１０１は、システムに要求される要求出力に応じた電流（電流指令Ｉｒｅｑ）が燃料電池スタック２１から出力されるよう原燃料ガス、改質水およびエアの供給量を制御して発電を開始する。原燃料ガスの供給量の制御は、燃料利用率Ｕｆが目標利用率Ｕｆｔａｇに一致するように電流指令Ｉｒｅｑに応じたガス流量を目標ガス流量Ｆｇｔａｇに設定し、流量センサ３９により検出されるガス流量Ｆｇが設定した目標ガス流量Ｆｇｔａｇに一致するようにフィードバック制御によりガスポンプ３６を制御することにより行なわれる。改質水の供給量の制御は、改質器２３におけるスチームカーボン比ＳＣ（原燃料ガス中の炭化水素に含まれる炭素と水蒸気改質のために添加される水蒸気とのモル比）が目標比ＳＣｔａｇに一致するように目標ガス流量Ｆｇｔａｇに基づいて目標改質水流量Ｆｗｔａｇを設定し、設定した目標改質水流量Ｆｗｔａｇの改質水が供給されるよう改質水ポンプ４３を制御することにより行なわれる。エアの供給量の制御は、温度センサ１１２により検出される温度（スタック相関温度）Ｔｓｔが目標温度Ｔｓｔｔａｇに一致するようにフィードバック制御により目標エア流量Ｆａｔａｇを設定し、設定した目標エア流量Ｆａｔａｇのエアが供給されるようエアポンプ５３を制御することにより行なわれる。

システム停止が要求されると、ＣＰＵ９１は、温度センサ１１２により検出されるスタック相関温度Ｔｓｔが停止許可温度以下になるまで、高温雰囲気下において燃料電池スタック２１（電極）が酸化劣化しない程度の流量を目標ガス流量Ｆｇｔａｇに設定してガスポンプ３６を制御すると共に燃料電池スタック２１を冷却するのに必要な流量を目標エア流量Ｆａｔａｇに設定してエアポンプ５３を制御する。そして、スタック相関温度Ｔｓｔが停止許可温度以下になると、ガスポンプ３６やエアポンプ５３を停止して、システムを停止させる。

続いて、図２は、制御装置１００のＣＰＵ１０１により実行されるエア供給量制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、発電中に所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎や数十ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

エア供給量制御ルーチンが実行されると、制御装置１００のＣＰＵ１０１は、まず、燃料電池システム１０の現在の運転モードを取得する（ステップＳ１００）。運転モードとしては、本実施形態では、負荷追従運転モードと、定負荷運転モードと、が含まれる、負荷追従運転モードは、負荷に追従するように要求出力を設定し、設定した要求出力が燃料電池スタック２１から出力されるように電流指令Ｉｒｅｑを設定して運転制御するモードである。定負荷運転モードは、要求出力を一定の出力（例えば、定格出力）に設定し、設定した要求出力が燃料電池スタック２１から出力されるように電流指令Ｉｒｅｑを設定して運転制御するモードである。

続いて、ＣＰＵ１０１は、各種センサから燃料電池システム１０の運転データを取得する（ステップＳ１１０）。運転データとしては、本実施形態では、回転数センサ５４からのエアポンプ回転数Ｎａや、電流センサ１１３からのスタック電流Ｉｓｔ、温度センサ１１２からのスタック相関温度Ｔｓｔ、温度センサ１１５からのシステム内温度Ｔｓｙが含まれる。

次に、ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０３に予め記憶された複数の回帰式の中からステップＳ１００で取得した運転データに対応した回帰式を選択し（ステップＳ１２０）、選択した回帰式を用いてステップＳ１１０で取得した運転データに基づいてエア供給管５１を流れるエアの質量流量（エア流量Ｆａ）を推定する（ステップＳ１３０）。回帰式の一例を次式（１）に示す。式（１）中の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ並びに定数ｅは、エアポンプ回転数Ｎａとスタック電流Ｉｓｔとスタック相関温度Ｔｓｔとシステム内温度Ｔｓｙとを説明変数とすると共にエア流量Ｆａを目的変数とした重回帰分析により得られるものである。ここで、エアポンプ回転数Ｎａは、単位時間当りに供給されるエアの体積流量と強い相関を示し、スタック電流Ｉｓｔは、発電モジュール２０内の圧力状態（エア供給管５１内のエアの圧力）と強い相関を示し、スタック温度Ｔｓｔやシステム内温度Ｔｓｙは、エア供給管５１内のエアの温度と強い相関を示す。このため、これらの運転データを説明変数として用いて重回帰分析することにより、専用の流量センサを設置することなく、回帰式を用いて運転データからエア流量Ｆａを推定することができる。ＲＯＭ１０３に記憶された複数の回帰式は、燃料電池システム１０の出荷前に、運転モード毎に取得された運転データとそのときのエア流量とを教師データとして重回帰分析により得られたものであり、運転モードに対応付けられている。運転モード毎にそれぞれ異なる回帰式を用いてエア流量Ｆａを推定することにより、運転モードに拘わらずエア流量Ｆａの推定精度をより向上させることができる。

Fa＝a×Na＋b×Ist＋c×Tst＋d×Tsy＋e …（１）

ＣＰＵ１０１は、エア流量Ｆａを推定すると、推定したエア流量Ｆａが目標エア流量Ｆａｔａｇに一致するようにエア流量Ｆａと目標エア流量Ｆａｔａｇとの偏差に基づくフィードバック制御によりエアポンプ５３のデューティを設定し（ステップＳ１２０）、設定したデューティでエアポンプ５３のポンプモータを制御する（ステップＳ１３０）。

ＣＰＵ１０１は、こうしてエアポンプ５３を制御すると、システムが停止されたか否かを判定する（ステップＳ１６０）。ＣＰＵ１０１は、システムが停止されていないと判定すると、ステップＳ１００に戻って、運転データに基づいてエア流量Ｆａを推定すると共に推定したエア流量Ｆａに基づいてエアポンプ５３を制御するステップＳ１００～Ｓ１５０の処理を繰り返し実行する。一方、ＣＰＵ１０１は、システムが停止されたと判定すると、エアポンプ５３の制御を停止して（ステップＳ１７０）、エア供給量制御ルーチンを終了する。

以上説明した本実施形態の燃料電池システム１０では、 燃料電池システム２１の運転データを説明変数とすると共にエア流量Ｆａを目的変数とした重回帰分析により得られる関係を用いて、運転データに基づいてエア流量Ｆａを推定する。そして、推定されたエア流量Ｆａが目標エア流量Ｆａｔａｇとなるようにエア供給装置５０のエアポンプ５３を制御する。運転データとして、エア流量Ｆａと相関が強いデータである、エアポンプ５３の回転数Ｎａやスタック電流Ｉｓｔ、スタック相関温度Ｔｓｔ、システム内温度Ｔｓｙを用いることで、エア流量Ｆａをより正確に推定することができ、エア供給管５１に流量センサや流量スイッチを設けることなく、良好な精度でエアの供給量を制御することができる。

また、本実施形態の燃料電池システム１０では、運転モード（負荷追従運転モードや定負荷運転モード）に応じて複数の回帰式の中からいずれかを選択し、選択した回帰式を用いて運転データからエア流量Ｆａを推定する。これにより、運転モードに拘わらず良好な精度でエア流量Ｆａを推定することができる。

上述した実施形態では、燃料電池システム１０の運転データとして、エアポンプ回転数Ｎａとスタック電流Ｉｓｔとスタック相関温度Ｔｓｔとシステム内温度Ｔｓｙとを説明変数として用いて重回帰分析により得られる回帰式を用いてエア流量Ｆａを推定するものとした。しかし、上記運転データの一部は省略されてもよい。また、エアポンプ回転数Ｎａに代えてエアポンプ５３の制御に用いられたデューティと補機類（エアポンプ５３）への電源電圧とを運転データとして用いてもよい。更に、スタック電流Ｉｓｔに代えてスタック電圧Ｖｓｔやパワーコンディショナ８０の出力状態（出力電力や出力電流）を運転データとして用いてもよい。

上述した実施形態では、ＣＰＵ１０１は、負荷追従運転モードと定負荷運転モードとを含む運転モードに応じて用いる回帰式（関係）を選択し、選択した回帰式を用いてエア流量Ｆａを推定するものとした。しかし、運転モードとして、起動状態（例えば着火処理）中を含み、現在の運転モードが起動状態中の場合には、起動状態中に対応した回帰式を用いてエア流量Ｆａを推定してもよい。また、運転モードとして、停止状態中を含み、現在の運転モードが停止状態中の場合には、停止状態中に対応した回帰式を用いてエア流量Ｆａを推定してもよい。また、運転モードに拘わらず共通の回帰式（関係）を用いてエア流量Ｆａを推定してもよい。

実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施形態では、燃料電池スタック２１が本開示の「燃料電池」に相当し、エア供給装置５０が「カソードガス供給装置」に相当し、回転数センサ５４や電流センサ１１３、温度センサ１１２，１１５等が「検出部」に相当し、エア供給量制御ルーチンのステップＳ１００～Ｓ１３０の処理を実行する制御装置１００のＣＰＵ１０１が「推定部」に相当し、エア供給量制御ルーチンのステップＳ１４０，Ｓ１５０の処理を実行する制御装置１００のＣＰＵ１０１が「制御部」に相当する。

なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本開示を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、燃料電池システムの製造産業などに利用可能である。

１ 原燃料供給源、２ 電力系統、３ 電力ライン、４ 負荷、１０ 燃料電池システム、２０ 発電モジュール、２１ 燃料電池スタック、２２ 気化器、２３ 改質器、２４ 燃焼器、２６，２７ 熱交換器、２８ 燃焼触媒、２９ モジュールケース、３０ 原燃料ガス供給装置、３１ 原燃料ガス供給管、３２，３３ 開閉弁、３６ ガスポンプ、３８ 脱硫器、３９ 流量センサ、４０ 改質水供給装置、４１ 改質水供給管、４２ 改質水タンク、４３ 改質水ポンプ、４４ 凝縮水配管、５０ エア供給装置、５１ エア供給管、５２ エアフィルタ、５３ エアポンプ、６０ 排熱回収装置、６１ 貯湯タンク、６２ 凝縮器、６３ 循環配管、６４ 循環ポンプ、７１ アノードガス配管、７２ カソードガス配管、７３，７４ アノードオフガス配管、７５ カソードオフガス配管、７６ 燃焼排ガス配管、８０ パワーコンディショナ、８１ 電源基板、１００ 制御装置、１０１ ＣＰＵ、１０２ ＲＯＭ、１０３ ＲＡＭ、１１１，１１２，１１５ 温度センサ、１１３ 電流センサ、１１４ 電圧センサ。

Claims (4)

1. アノードガスとカソードガスとに基づいて発電する燃料電池を備える燃料電池システムであって、
   ポンプにより前記カソードガスを前記燃料電池に供給するカソードガス供給装置と、
   前記燃料電池システムの運転データを検出する検出部と、
   前記燃料電池システムの運転データを説明変数とすると共に前記カソードガスの流量を目的変数とした回帰分析により得られる関係を用いて、前記検出部により検出された運転データに基づいて前記カソードガスの流量を推定する推定部と、
   前記推定部により推定されたカソードガスの流量が目標流量となるように前記カソードガス供給装置を制御する制御部と、
   を備える燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
   前記燃料電池システムの運転データは、前記ポンプの回転数または前記ポンプのデューティと、前記燃料電池の出力電流または出力電圧と、前記燃料電池システム内の温度とが含まれる、
   燃料電池システム。
3. 請求項１または２に記載の燃料電池システムであって、
   前記推定部は、前記燃料電池システムの運転モード毎にそれぞれ前記回帰分析により得られた複数の関係の中から現在の運転モードに対応する関係を選択し、該選択した関係を用いて前記検出部により検出された運転データに基づいて前記カソードガスの流量を推定する、
   燃料電池システム。
4. 請求項３に記載の燃料電池システムであって、
   前記運転モードには、負荷に追従するように前記燃料電池を運転する負荷追従運転モードと、前記燃料電池を一定の出力で運転する定負荷運転モードと、が含まれる、
   燃料電池システム。

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