JP5304037B2 - FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM - Google Patents

FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve fuel use efficiency in a fuel cell system. <P>SOLUTION: The fuel cell system for supplying loaded power corresponding to electric power load comprises a fuel cell, a power output section for outputting a cell output of the fuel cell by converting it into a loaded output capable of supplying the power load, and a control section for controlling so as to output the cell output corresponding to requested loaded power corresponding to the power load by the fuel cell. The control section can control the fuel use efficiency by alternatively repeating states of a comparatively large change rate and states of a comparatively small change rate as states of a change rate of the fuel use efficiency in the fuel cell in case when the power load is changed. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムの燃料電池における燃料利用率を制御する技術に関する。   The present invention relates to a technique for controlling a fuel utilization rate in a fuel cell of a fuel cell system.

従来から、燃料電池システムでは、発電効率の向上を目的として、燃料枯渇状態とならない範囲で可能な限り高い燃料利用率で運転するように、燃料利用率を制御することが行われている(例えば、特許文献1参照)。具体的には、予め燃料電池の電流と電圧の関係(「IV特性」と呼ばれる)を温度の関数として実測したデータに基づいて、設定された燃料電池の制御限界(燃料枯渇限界)である電圧下限値を下回らないように燃料利用率を制御する。この燃料利用率の制御は、燃料電池に供給する燃料流量あるいは燃料電池から出力する電流量が制御対象とされる。   2. Description of the Related Art Conventionally, in a fuel cell system, for the purpose of improving power generation efficiency, the fuel utilization rate is controlled so as to operate at the highest possible fuel utilization rate as long as the fuel is not exhausted (for example, , See Patent Document 1). Specifically, a voltage that is a control limit (fuel depletion limit) of the fuel cell set based on data obtained by actually measuring a relationship between the current and voltage of the fuel cell (referred to as “IV characteristic”) as a function of temperature in advance. The fuel utilization rate is controlled so that it does not fall below the lower limit. The control of the fuel utilization rate is controlled by the flow rate of fuel supplied to the fuel cell or the amount of current output from the fuel cell.

特開2007−59359号公報JP 2007-59359 A 特開2003−197232号公報JP 2003-197232 A 特開2005−93111号公報JP 2005-93111 A 特開2005−93218号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-93218 特開2003−282115号公報JP 2003-282115 A 特開平8−7911号公報JP-A-8-7911

ここで、燃料流量制御の場合には、燃料流量制御アクチュエータとしてマスフロー弁(MFC)のような流量制御分解能に優れたものを利用することが好ましい。しかしながら、このような流路制御分解能に優れたものは極めて高価であるため、安価なものを使用したいという要望がある。ところが、このような安価な流量制御アクチュエータは流量制御分解能が低いため、燃料利用率の制御動作中において、一時的に電圧下限値を下回ってしまう可能性が高い、という問題がある。   Here, in the case of fuel flow control, it is preferable to use a fuel flow control actuator having excellent flow control resolution such as a mass flow valve (MFC). However, since such an excellent flow channel control resolution is extremely expensive, there is a demand to use an inexpensive one. However, since such an inexpensive flow control actuator has a low flow control resolution, there is a problem that there is a high possibility that it will temporarily fall below the voltage lower limit during the fuel utilization rate control operation.

また、電流量制御は制御分解能の点では優れるが、システムの応答性を考慮すると、燃料流量制御の場合と同様に、応答性定常負荷あるいは負荷減少時の制御には不向きである、燃料利用率の制御動作中において、一時的に電圧下限値を下回ってしまう可能性が高い、という問題がある。   In addition, current control is excellent in terms of control resolution, but considering the system responsiveness, as with fuel flow control, it is not suitable for responsive steady load or control when the load decreases. During the control operation, there is a problem that there is a high possibility that the voltage will temporarily fall below the lower limit voltage.

したがって、いずれの場合においても、電圧下限値に対してある程度マージンを考慮した制御とせざるを得ず、燃料利用率の点で改善の余地があった。   Therefore, in either case, the control has to be performed in consideration of a certain margin with respect to the voltage lower limit value, and there is room for improvement in terms of the fuel utilization rate.

そこで、本発明は、燃料利用率の向上を図ることが可能な技術を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a technique capable of improving the fuel utilization rate.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
本発明の一形態としては、電力負荷に応じた負荷電力を供給するための燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池の電池出力を前記電力負荷に供給可能な負荷出力に変換して出力する電力出力部と、
前記燃料電池が前記電力負荷に対応する要求負荷電力に応じた電池出力を出力するように制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記電力負荷が変化した場合において、前記燃料電池の出力電圧が前記要求負荷電力に応じて決定される限界出力電圧となるまで、前記燃料電池における燃料利用率の変化率の状態として、比較的大きい変化率の状態と比較的小さい変化率の状態とを交互に繰り返すことにより、前記燃料利用率を徐々に増加させるように制御し、
前記制御部は、
i)前記燃料電池へ供給する燃料量を変化させる燃料量制御と、
ii)前記燃料電池から出力される電流量に対応する前記電力出力部の動作を制御する制御電流量を変化させる電流量制御と、
の少なくとも一方を利用して、前記燃料利用率を変化させる
ことを特徴とする燃料電池システムである。
この形態によれば、前記電力負荷が変化した場合において、前記燃料電池の出力電圧が前記要求負荷電力に応じて決定される限界出力電圧となるまで、燃料利用率を徐々に増加させていくことができるので、燃料利用率の向上を図ることが可能であり、限界出力電圧に対応する高い燃料利用率で動作させることができる。また、燃料量制御あるいは電流量制御によれば、電力負荷の変化率に応じて、容易に燃料利用率を変化させることができ、燃料利用率の向上を図ることが可能である。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
As one form of this invention, it is a fuel cell system for supplying load electric power according to electric power load,
A fuel cell;
A power output unit that converts a battery output of the fuel cell into a load output that can be supplied to the power load and outputs the load output; and
A control unit that controls the fuel cell to output a battery output corresponding to a required load power corresponding to the power load;
With
The controller is
When the power load changes, the change rate of the fuel utilization rate in the fuel cell is relatively large until the output voltage of the fuel cell reaches a limit output voltage determined according to the required load power. By alternately repeating the state of change rate and the state of relatively small change rate, control to gradually increase the fuel utilization rate,
The controller is
i) Fuel amount control for changing the amount of fuel supplied to the fuel cell;
ii) current amount control for changing a control current amount for controlling the operation of the power output unit corresponding to the amount of current output from the fuel cell;
The fuel utilization rate is changed using at least one of
This is a fuel cell system.
According to this aspect, when the power load changes, the fuel utilization rate is gradually increased until the output voltage of the fuel cell reaches a limit output voltage determined according to the required load power. Therefore, it is possible to improve the fuel utilization rate, and it is possible to operate at a high fuel utilization rate corresponding to the limit output voltage. Further, according to the fuel amount control or the current amount control, the fuel utilization rate can be easily changed according to the change rate of the electric power load, and the fuel utilization rate can be improved.

[適用例1]
電力負荷に応じた負荷電力を供給するための燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池の電池出力を前記電力負荷に供給可能な負荷出力に変換して出力する電力出力部と、
前記燃料電池が前記電力負荷に対応する要求負荷電力に応じた電池出力を出力するように制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記電力負荷が変化した場合において、前記燃料電池における燃料利用率の変化率の状態として、比較的大きい変化率の状態と比較的小さい変化率の状態とを交互に繰り返すことにより、前記燃料利用率を制御する
ことを特徴とする燃料電池システム。
このようにすれば、燃料利用率を徐々に変化させていくことができるので、燃料利用率の向上を図ることが可能である。なお、燃料利用率の変化率は、燃料利用率の単位時間あたりの変化量を示しており、正の変化率と負の変化率が存在する。
[Application Example 1]
A fuel cell system for supplying load power corresponding to a power load,
A fuel cell;
A power output unit that converts a battery output of the fuel cell into a load output that can be supplied to the power load and outputs the load output; and
A control unit that controls the fuel cell to output a battery output corresponding to a required load power corresponding to the power load;
With
The controller is
When the power load changes, the fuel utilization rate in the fuel cell is alternately changed between a relatively large change rate state and a relatively small change rate state as the fuel utilization rate change state. The fuel cell system characterized by controlling.
In this way, since the fuel utilization rate can be gradually changed, it is possible to improve the fuel utilization rate. Note that the change rate of the fuel utilization rate indicates the amount of change in the fuel utilization rate per unit time, and there are a positive change rate and a negative change rate.

[適用例2]
適用例1記載の燃料電池システムであって、
前記電力負荷の変化率に応じて、
前記制御部は、
i)前記燃料電池へ供給する燃料量を変化させる燃料量制御と、
ii)前記燃料電池から出力される電流量に対応する前記電力出力部の動作を制御する制御電流量を変化させる電流量制御と、
の少なくとも一方を利用して、前記燃料利用率を変化させる
ことを特徴とする燃料電池システム。
こ燃料量制御あるいは電流量制御によれば、電力負荷の変化率に応じて、容易に燃料利用率を変化させることができ、燃料利用率の向上を図ることが可能である。
[Application Example 2]
A fuel cell system according to Application Example 1,
Depending on the rate of change of the power load,
The controller is
i) Fuel amount control for changing the amount of fuel supplied to the fuel cell;
ii) current amount control for changing a control current amount for controlling the operation of the power output unit corresponding to the amount of current output from the fuel cell;
A fuel cell system, wherein the fuel utilization rate is changed using at least one of the above.
According to this fuel amount control or current amount control, the fuel utilization rate can be easily changed in accordance with the rate of change of the electric power load, and the fuel utilization rate can be improved.

[適用例3]
適用例2記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、
前記燃料電池の出力電圧が前記要求負荷電力に応じて決定される限界出力電圧となるまで前記比較的大きい変化率の状態と比較的小さい変化率の状態とに交互に繰り返す
ことを特徴とする燃料電池システム。
このようにすれば、限界出力電圧に対応する高い燃料利用率で動作させることが可能である。
[Application Example 3]
A fuel cell system according to Application Example 2,
The controller is
The fuel is characterized by alternately repeating the relatively large change rate state and the relatively small change rate state until the output voltage of the fuel cell reaches a limit output voltage determined according to the required load power. Battery system.
In this way, it is possible to operate at a high fuel utilization rate corresponding to the limit output voltage.

[適用例4]
適用例3記載の燃料電池システムであって、
前記比較的大きい変化率の状態は、前記燃料利用率を増加させる状態であり、
前記比較的小さい変化率の状態は、前記燃料利用率を減少させる状態であることを特徴とする燃料電池システム。
このようにすれば、燃料利用率が限界出力電圧に対応する状態を超えてしまう可能性を抑制することができる。
[Application Example 4]
A fuel cell system according to Application Example 3,
The relatively large change rate state is a state of increasing the fuel utilization rate,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the state of the relatively small change rate is a state of decreasing the fuel utilization rate.
In this way, it is possible to suppress the possibility that the fuel utilization rate exceeds the state corresponding to the limit output voltage.

[適用例5]
適用例3記載の燃料電池システムであって、
前記比較的大きい変化率の状態は、前記燃料利用率を増加させる状態であり、
前記比較的小さい変化率の状態は、前記比較的大きい変化率の状態よりも小さく前記燃料利用率を小さく増加させる状態であることを特徴とする燃料電池システム。
このようにしても、燃料利用率が限界出力電圧に対応する状態を超えてしまう可能性を抑制することができる。
[Application Example 5]
A fuel cell system according to Application Example 3,
The relatively large change rate state is a state of increasing the fuel utilization rate,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the state of the relatively small change rate is a state of increasing the fuel utilization rate smaller than the state of the relatively large change rate.
Even in this case, the possibility that the fuel utilization rate exceeds the state corresponding to the limit output voltage can be suppressed.

[適用例6]
適用例4記載の燃料電池システムであって、
前記電力負荷の変化率が大きいほど、前記比較的小さい変化率の状態における前記燃料利用率の減少量を小さくすることを特徴とする燃料電池システム。
このようにすれば、電力負荷の変化率が大きい場合に、燃料利用率が限界出力電圧に対応する状態になるまでの時間を短縮することができる。なお、電力負荷の変化率は、燃料利用率の単位時間あたりの変化量の大きさを示している。
[Application Example 6]
A fuel cell system according to Application Example 4,
The fuel cell system, wherein the amount of decrease in the fuel utilization rate in the state of the relatively small change rate is reduced as the change rate of the power load is increased.
In this way, when the rate of change of the power load is large, it is possible to shorten the time until the fuel utilization rate becomes a state corresponding to the limit output voltage. The change rate of the power load indicates the magnitude of the change amount per unit time of the fuel utilization rate.

[適用例7]
適用例3ないし適用例6のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記電力負荷の変化率が大きいほど、前記比較的大きい変化率の大きさを小さくすることを特徴とする燃料電池システム。
このようにすれば、燃料利用率が限界出力電圧に対応する状態を超えてしまう可能性を抑制することができる。
[Application Example 7]
The fuel cell system according to any one of Application Example 3 to Application Example 6,
The fuel cell system, wherein the larger the rate of change of the power load, the smaller the magnitude of the relatively large rate of change.
In this way, it is possible to suppress the possibility that the fuel utilization rate exceeds the state corresponding to the limit output voltage.

[適用例8]
適用例3ないし適用例7のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記燃料量制御を利用する場合において、前記比較的大きい変化率の状態と前記比較的小さい変化率の状態とを交互に繰り返すことが停止された時点における前記燃料利用率よりも所定量小さな値を、前記要求負荷電力を含む動作条件に対応する前記燃料利用率として学習記憶することを特徴とすることを特徴とする燃料電池システム。
このようにすれば、燃料利用率が限界出力電圧に対応する状態を超えてしまう可能性を抑制することができる。
[Application Example 8]
The fuel cell system according to any one of Application Example 3 to Application Example 7,
When the fuel amount control is used, a value smaller by a predetermined amount than the fuel utilization rate at the time when the repetition of the relatively large change rate state and the relatively small change rate state is stopped alternately. The fuel cell system is characterized by learning and storing the fuel utilization rate corresponding to the operating condition including the required load power.
In this way, it is possible to suppress the possibility that the fuel utilization rate exceeds the state corresponding to the limit output voltage.

[適用例9]
適用例3ないし適用例7のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記電流量制御を利用する場合において、前記比較的大きい変化率の状態と前記比較的小さい変化率の状態とを交互に繰り返すことが停止された時点における前記制御電流量よりも所定量小さな値を、前記要求負荷電力を含む動作条件に対応する前記制御電流量として学習記憶することを特徴とすることを特徴とする燃料電池システム。
このようにすれば、燃料利用率が限界出力電圧に対応する状態を超えてしまう可能性を抑制することができる。
[Application Example 9]
The fuel cell system according to any one of Application Example 3 to Application Example 7,
When using the current amount control, a value smaller by a predetermined amount than the control current amount at the time when it is stopped to alternately repeat the relatively large change rate state and the relatively small change rate state. A fuel cell system characterized by learning and storing the amount of control current corresponding to an operating condition including the required load power.
In this way, it is possible to suppress the possibility that the fuel utilization rate exceeds the state corresponding to the limit output voltage.

[適用例10]
適用例2ないし適用例5のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記電力負荷の変化率に応じて、前記燃料量制御と、前記電流量制御と、を切り換えることを特徴とする燃料電池システム。
このようにすれば、電力負荷の変化率に応じて、適した制御を選択することができる。
[Application Example 10]
The fuel cell system according to any one of Application Example 2 to Application Example 5,
A fuel cell system, wherein the fuel amount control and the current amount control are switched in accordance with a rate of change of the power load.
If it does in this way, suitable control can be selected according to the rate of change of electric power load.

[適用例11]
適用例10記載の燃料電池システムであって、
前記電力負荷の変化率が所定値以上の場合には前記燃料量制御とし、前記電力負荷の変化率が所定値以下の場合には前記電流量制御とすることを特徴とする燃料電池システム。
このようにすれば、比較的制御精度を要求しない電力負荷の変化率が大きい場合には燃料量制御として高速な制御を実現し、比較的制御精度を要求する電力負荷の変化率が小さい場合には電流量制御として高精度な制御を実現することができる。
[Application Example 11]
A fuel cell system according to Application Example 10,
The fuel cell system is characterized in that the fuel amount control is performed when the rate of change of the power load is equal to or greater than a predetermined value, and the current amount control is performed when the rate of change of the power load is equal to or less than a predetermined value.
In this way, when the change rate of the power load that does not require relatively high control accuracy is large, high-speed control is realized as the fuel amount control, and when the change rate of the power load that requires relatively high control accuracy is small. Can realize highly accurate control as current amount control.

[適用例12]
適用例10記載の燃料電池システムであって、
前記電流量制御の状態において、前記電力負荷の変化率が第1の値以上の場合には前記燃料制御に切り換え、
前記燃料量制御の状態において、前記電力負荷の変化率が前記第1の値よりも小さい第2の値である場合には前記電流制御の状態に切り換える
ことを特徴とする燃料電池システム。
このようにすれば、比較的制御精度を要求しない電力負荷の変化率が大きい場合には燃料量制御として高速な制御を実現し、比較的制御精度を要求する電力負荷の変化率が小さい場合には電流量制御として高精度な制御を実現することができる。また、電流量制御の状態では第1の値をしきい値とし、燃料量制御の状態では第1の値よりも小さい第2の値をしきい値としているので、電流量制御と燃料量制御との切り換えにハンティングが発生することを防止することができる。
[Application Example 12]
A fuel cell system according to Application Example 10,
In the state of current amount control, when the rate of change of the power load is equal to or greater than a first value, switching to the fuel control,
In the fuel amount control state, when the rate of change of the electric power load is a second value smaller than the first value, the fuel cell system is switched to the current control state.
In this way, when the change rate of the power load that does not require relatively high control accuracy is large, high-speed control is realized as the fuel amount control, and when the change rate of the power load that requires relatively high control accuracy is small. Can realize highly accurate control as current amount control. Further, since the first value is a threshold value in the current amount control state and the second value smaller than the first value is a threshold value in the fuel amount control state, the current amount control and the fuel amount control are performed. It is possible to prevent hunting from occurring when switching between and.

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムや燃料電池システムの制御方法などの種々の形態で実現することが可能である。   Note that the present invention can be realized in various forms, for example, in various forms such as a fuel cell system and a control method of the fuel cell system.

本発明の実施の形態を、実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.燃料電池システムの概略構成:
B.第1実施例の制御動作:
C.第2実施例の制御動作:
D.第3実施例の制御動作:
E.第4実施例の制御動作:
F.変形例:
Embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. General configuration of the fuel cell system:
B. Control operation of the first embodiment:
C. Control operation of the second embodiment:
D. Control operation of the third embodiment:
E. Control operation of the fourth embodiment:
F. Variations:

A.燃料電池システムの概略構成:
図1は燃料電池システム1000の概略構成を示すブロック図である。この燃料電池システム1000は、燃料電池100と、電力出力部200と、系統連系インタフェース300と、燃料ポンプ400と、脱硫器500と、蒸発器600と、改質器700と、エアポンプ800と、制御装置900と、を備えている。
A. General configuration of the fuel cell system:
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system 1000. The fuel cell system 1000 includes a fuel cell 100, a power output unit 200, a grid interconnection interface 300, a fuel pump 400, a desulfurizer 500, an evaporator 600, a reformer 700, an air pump 800, And a control device 900.

燃料電池100は、アノードに供給される燃料ガス(水素)と、カソードに供給される酸化ガス(空気に含まれる酸素)との電気化学反応により電力を発生する。この燃料電池100としては、固体高分子型燃料電池等の種々の燃料電池を用いることができる。なお、通常、燃料電池100は、複数のセルを積層したスタック構造とされる。   The fuel cell 100 generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas (hydrogen) supplied to the anode and an oxidizing gas (oxygen contained in air) supplied to the cathode. As this fuel cell 100, various fuel cells such as a polymer electrolyte fuel cell can be used. In general, the fuel cell 100 has a stack structure in which a plurality of cells are stacked.

アノードに供給される燃料ガスは、改質器700において、燃料ポンプ400から送られてくる原燃料を水蒸気改質することにより生成される。改質器700に供給される原燃料は、脱硫器500により硫黄分が除去され、蒸発器600により生成された水蒸気と混合される。また、カソードに供給される酸化ガスは、エアポンプ800からカソードに送られてくる空気に含まれている。   The fuel gas supplied to the anode is generated by steam reforming the raw fuel sent from the fuel pump 400 in the reformer 700. The raw fuel supplied to the reformer 700 is desulfurized by the desulfurizer 500 and mixed with the steam generated by the evaporator 600. Further, the oxidizing gas supplied to the cathode is included in the air sent from the air pump 800 to the cathode.

この改質器700は、改質を実行する改質部710と改質部の温度を改質に適した温度とするための加熱部720とで構成される。加熱部720による改質部710への加熱は、燃料電池100のアノードから排出される燃料ガスと、カソードから排出される酸化ガスとの燃焼により実行される。   The reformer 700 includes a reforming unit 710 for performing reforming and a heating unit 720 for setting the temperature of the reforming unit to a temperature suitable for reforming. Heating of the reforming unit 710 by the heating unit 720 is performed by combustion of the fuel gas discharged from the anode of the fuel cell 100 and the oxidizing gas discharged from the cathode.

電力出力部200は、燃料電池100から出力される直流の電圧V_fcを商用電力と同じ交流の電圧V_ac(=V_inv)に変換して出力する。この電力出力部200は、直流を交流に変換するインバータ(INV)210と、燃料電池100から出力される直流の電圧V_fcを、インバータ210に入力可能な直流の入力電圧V_inv_finに変換するDC/DCコンバータ220と、で構成される。   The power output unit 200 converts the DC voltage V_fc output from the fuel cell 100 into the same AC voltage V_ac (= V_inv) as that of the commercial power and outputs the same. The power output unit 200 includes an inverter (INV) 210 that converts direct current into alternating current, and a DC / DC that converts a direct current voltage V_fc output from the fuel cell 100 into a direct current input voltage V_inv_fin that can be input to the inverter 210. Converter 220.

系統連系インタフェース300は、電力出力部200から出力される電力と、商用電力系統からの電力の電力負荷に供給する割合を調整する。なお、燃料電池システム1000から電力系統への電力の送出がなされないように調整する場合には、電力負荷が要求する電力の少なくとも一部が、商用電力系統から送出されるように調整することが好ましい。   The grid interconnection interface 300 adjusts the ratio of the power output from the power output unit 200 and the power supplied from the commercial power grid to the power load. In the case where adjustment is made so that power is not sent from the fuel cell system 1000 to the power system, adjustment may be made so that at least part of the power required by the power load is sent from the commercial power system. preferable.

制御装置900は、燃料ポンプ400に対して燃料量Qf_finを与えることにより燃料ポンプ400の燃料流量を制御する。この燃料量Qf_finは、後述する実施例で説明するように、燃料電池100の平均セル電圧v_dc_fcと、燃料電池100の温度T_fcと、電力負荷が必要とする電力のうち、燃料電池システム1000に対する要求電力P_ac_rqと、に基づいて決定される。   The control device 900 controls the fuel flow rate of the fuel pump 400 by giving the fuel amount Qf_fin to the fuel pump 400. The fuel amount Qf_fin is a request for the fuel cell system 1000 among the average cell voltage v_dc_fc of the fuel cell 100, the temperature T_fc of the fuel cell 100, and the power required by the power load, as will be described in an embodiment described later. It is determined based on the power P_ac_rq.

B.第1実施例の制御動作:
図2は、制御装置900によって実行される第1実施例の制御動作を示す制御フロー図である。第1実施例の制御動作は、制御装置900が、以下で説明するように、電力負荷に変化が発生し、これに応じて電力負荷の要求電力に変化が発生すると、制御サイクル時間trごとに、図2に示した工程S10〜工程S110を実行するものである。これにより、制御装置900は、電力負荷が燃料電池100に要求する要求電力P_ac_rqと、燃料電池100の温度T_fcと、燃料電池100の平均セル電圧v_dc_fcとに基づいて、基準燃料量Qf_bseと、燃料利用率Uf_fb_finとを求め、制御燃料量Qf_finを決定する。そして、制御装置900は、決定した制御燃料量Qf_finの燃料流量となるように燃料ポンプ400の動作を制御する。
B. Control operation of the first embodiment:
FIG. 2 is a control flowchart showing the control operation of the first embodiment executed by the control device 900. In the control operation of the first embodiment, as described below, when the control device 900 changes in the power load and changes in the required power of the power load in response to this, the control device 900 changes every control cycle time tr. , Step S10 to Step S110 shown in FIG. 2 are executed. Thus, the control device 900 determines the reference fuel amount Qf_bse and the fuel based on the required power P_ac_rq requested by the power load to the fuel cell 100, the temperature T_fc of the fuel cell 100, and the average cell voltage v_dc_fc of the fuel cell 100. The utilization rate Uf_fb_fin is obtained, and the control fuel amount Qf_fin is determined. Then, the control device 900 controls the operation of the fuel pump 400 so that the fuel flow rate becomes the determined control fuel amount Qf_fin.

まず、工程S10では、要求電力P_ac_rqに対応する要求電流密度i_rqを求める。ここで、図3は、燃料電池100から出力される電力Pと電流密度iとの関係を示す説明図である。燃料電池100から出力される電流の電流密度iは、例えば、図3に示すように出力される電力Pに応じて変化する。この電流密度iと電力Pとの関係はあらかじめ実測することにより得ることができる。そして、実測された電流密度iと電力Pとの関係は、あらかじめマップやテーブルに記憶されている。ここではマップに記憶されているものとする。したがって、このマップを参照することにより、要求電力P_ac_rqに対応する要求電流密度i_rq(i_rq=map(P_ac_rq))を容易に求めることができる。   First, in step S10, a required current density i_rq corresponding to the required power P_ac_rq is obtained. Here, FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the power P output from the fuel cell 100 and the current density i. The current density i of the current output from the fuel cell 100 varies according to the output power P as shown in FIG. 3, for example. The relationship between the current density i and the power P can be obtained by actually measuring in advance. The relationship between the actually measured current density i and the power P is stored in advance in a map or table. Here, it is assumed that it is stored in the map. Therefore, the required current density i_rq (i_rq = map (P_ac_rq)) corresponding to the required power P_ac_rq can be easily obtained by referring to this map.

工程S20では、要求電流密度i_rqおよび燃料電池100の温度T_fcに基づいて、燃料率制御の基準となる基準電圧v_bseを求める。図4は、燃料電池100の電流密度iに対する出力の電圧vの特性を示す説明図である。燃料電池100の出力電流が電流密度iとなる場合における電圧vは、例えば、図4に示すように、電流密度iおよび温度T_fcに応じて変化する。この電流密度iおよび温度T_fcと電圧vとの関係はあらかじめ実測されてマップあるいはテーブルに記憶されている。ここではマップに記憶されているものとする。したがって、このマップを参照することにより、要求電流密度i_rqおよび温度T_fcに対応する基準電圧v_bse(v_bse=map(i_rq,T_fc)を容易に求めることができる。   In step S20, a reference voltage v_bse serving as a reference for fuel rate control is obtained based on the required current density i_rq and the temperature T_fc of the fuel cell 100. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the characteristics of the output voltage v with respect to the current density i of the fuel cell 100. The voltage v when the output current of the fuel cell 100 becomes the current density i changes according to the current density i and the temperature T_fc, for example, as shown in FIG. The relationship between the current density i, the temperature T_fc, and the voltage v is measured in advance and stored in a map or table. Here, it is assumed that it is stored in the map. Therefore, the reference voltage v_bse (v_bse = map (i_rq, T_fc)) corresponding to the required current density i_rq and the temperature T_fc can be easily obtained by referring to this map.

また、工程S30では、において、要求電流密度i_rqを出力するために十分に必要な燃料として基準燃料量Qf_bseを求める。図5は、燃料電池100の電流密度iと十分に必要な燃料量Qfとの関係を示す説明図である。燃料電池100が電流密度iの出力電流を得るために必要な燃料量Qfは、例えば、図5に示すように電流密度iに応じて変化する。この電流密度iと燃料量Qfとの関係はあらかじめ実測により得ることができる。そして、実測された電流密度iと燃料量Qfとの関係は、あらかじめマップやテーブルに記憶されている。ここではマップに記憶されているものとする。したがって、このマップを参照することにより、要求電流密度i_rqに対応する基準燃料量Qf_bse(Qf_bse=map(i_rq))を容易に求めることができる。   In step S30, a reference fuel amount Qf_bse is obtained as a fuel that is sufficiently necessary to output the required current density i_rq. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the current density i of the fuel cell 100 and the sufficiently required fuel amount Qf. The fuel amount Qf required for the fuel cell 100 to obtain an output current having a current density i varies according to the current density i as shown in FIG. 5, for example. The relationship between the current density i and the fuel amount Qf can be obtained in advance by actual measurement. The relationship between the actually measured current density i and the fuel amount Qf is stored in advance in a map or table. Here, it is assumed that it is stored in the map. Therefore, the reference fuel amount Qf_bse (Qf_bse = map (i_rq)) corresponding to the required current density i_rq can be easily obtained by referring to this map.

さらにまた、工程S40では、要求電流密度i_rqおよび燃料電池100の温度T_fcに基づいて、燃料率制御の基準となる基準燃料利用率Uf_bseを求める。この基準燃料利用率Uf_bseは、最終的に、設定された燃料電池の制御限界(燃料枯渇限界)を示す出力電圧を表す電圧下限値を下回らないようにしつつ、高い燃料利用率で燃料電池を動作させるために、最終的な目標とする燃料利用率よりも低い燃料利用率に設定される。また、この基準燃料利用率Uf_bseは、要求電流密度i_rqおよび燃料電池100の温度T_fcに応じて変化するものであり、あらかじめマップあるいはテーブルに記憶されている。初期時にはあらかじめ実測された標準の値が記憶されており、後述する制御動作時には、制御の結果として学習記憶される。   Furthermore, in step S40, based on the required current density i_rq and the temperature T_fc of the fuel cell 100, a reference fuel utilization rate Uf_bse serving as a reference for fuel rate control is obtained. The reference fuel utilization rate Uf_bse is finally operated at a high fuel utilization rate so that the reference fuel utilization rate Uf_bse does not fall below a voltage lower limit value indicating an output voltage indicating a set control limit (fuel depletion limit) of the fuel cell. Therefore, the fuel utilization rate is set lower than the final target fuel utilization rate. The reference fuel utilization rate Uf_bse varies according to the required current density i_rq and the temperature T_fc of the fuel cell 100, and is stored in advance in a map or table. A standard value actually measured in advance is stored in the initial stage, and is learned and stored as a control result in a control operation described later.

次に、工程S50では、一つ前の制御サイクル時間trにおいて求められた補正燃料利用率Uf_fb_oldに差分変化率dUf_fbを加算することにより補正燃料利用率Uf_fb(Uf_fb=Uf_fb_old+dUf_fb)を求める。なお、差分変化率dU_fbは、期間tsの間、制御サイクル時間trごとに用いられる第1の差分変化率dUf_fb(U)と、期間ts(ts=Tc*tr,Tcは期間tsにおける制御サイクル時間trのサイクル数を表す)の経過後の制御サイクル時間trで用いられる第2の差分変化率dUf_fb(D)とがある。例えば、第1の差分変化率dUf_fb(U)をUf_fb_rとした場合に、第2の差分変化率dUf_fb(D)を(−kd*Uf_fb_t(U))に設定することができる。なお、Uf_fb_t(U)は、期間tsの間に、第1の差分変化率dUf_fb(U)=Uf_fb_rで変化した第1の変化幅(Uf_fb_r*Tc)を示しており、係数kdは、第2の変化幅Uf_fb_t(D)に相当する第2の差分変化率dUf_fb(D)の大きさが、第1の変化幅Uf_fb_t(U)よりも小さい値となるように、1よりも小さい値に設定される。なお、本例では、Kd=0.9とされている。   Next, in step S50, a corrected fuel usage rate Uf_fb (Uf_fb = Uf_fb_old + dUf_fb) is obtained by adding the difference change rate dUf_fb to the corrected fuel usage rate Uf_fb_old obtained in the previous control cycle time tr. Note that the difference change rate dU_fb is the first difference change rate dUf_fb (U) used for each control cycle time tr during the period ts, and the period ts (ts = Tc * tr, Tc is the control cycle time in the period ts. second differential change rate dUf_fb (D) used in the control cycle time tr after elapse of (representing the number of cycles of tr). For example, when the first difference change rate dUf_fb (U) is set to Uf_fb_r, the second difference change rate dUf_fb (D) can be set to (−kd * Uf_fb_t (U)). Uf_fb_t (U) represents the first change width (Uf_fb_r * Tc) that has changed at the first difference change rate dUf_fb (U) = Uf_fb_r during the period ts, and the coefficient kd is the second Is set to a value smaller than 1 so that the second difference change rate dUf_fb (D) corresponding to the change width Uf_fb_t (D) is smaller than the first change width Uf_fb_t (U). Is done. In this example, Kd = 0.9.

そして、工程S60では、基準燃料利用率Uf_bseに補正燃料利用率Uf_fbを加算して候補燃料利用率Uf_fb_fin_trnを求める。また、工程S70では、工程S60において求めた候補燃料利用率Uf_fb_fin_trnから学習記憶用補正燃料利用率βを減算して、学習記憶の候補となる学習記憶候補燃料利用率Uf_fb_fin_endを求める。なお、βは、例えば、(kc*Uf_fb_t(U))に設定することができる。係数kcは、求められた候補燃料利用率Uf_fb_fin_trnよりも少し減少した燃料利用率を学習記憶する学習記憶候補燃料利用率Uf_fb_fin_endとするために、変化幅Uf_fb_t(U)の(kc*100)%分だけ減少した値を学習記憶用補正燃料利用率βとするための係数である。なお、本例では、kc=0.05とされている。   In step S60, the candidate fuel utilization rate Uf_fb_fin_trn is obtained by adding the corrected fuel utilization rate Uf_fb to the reference fuel utilization rate Uf_bse. In step S70, the learning memory correction fuel utilization rate β is subtracted from the candidate fuel utilization rate Uf_fb_fin_trn obtained in step S60 to obtain a learning memory candidate fuel utilization rate Uf_fb_fin_end that is a candidate for learning memory. Note that β can be set to (kc * Uf_fb_t (U)), for example. The coefficient kc is (kc * 100)% of the change width Uf_fb_t (U) in order to obtain the learning memory candidate fuel utilization rate Uf_fb_fin_end for learning and storing the fuel utilization rate slightly reduced from the obtained candidate fuel utilization rate Uf_fb_fin_trn. This is a coefficient for setting a value that is decreased by the corrected fuel utilization rate β for learning memory. In this example, kc = 0.05.

また、工程S80では、基準電圧v_bseから平均セル電圧v_dc_fcを減算して、基準電圧v_bseからの平均セル電圧v_dc_fcの低下幅dV_fc(=v_bse−v_dc_fc)を求める。なお、基準電圧v_bseは、基準電圧v_bse≧v_dc_fcの関係を保つように設定されている。さらに、工程S90では、基準電圧v_bseに係数αを乗算して、平均セル電圧v_dc_fcの低下の限界幅Vd_bnd(=α*v_bse)を求める。なお、αは燃料電池100における電圧低下限界値を実測することにより適宜決定される。本例では、例えば、α=0.05とされている。   In step S80, the average cell voltage v_dc_fc is subtracted from the reference voltage v_bse to obtain a decrease width dV_fc (= v_bse−v_dc_fc) of the average cell voltage v_dc_fc from the reference voltage v_bse. The reference voltage v_bse is set so as to maintain the relationship of reference voltage v_bse ≧ v_dc_fc. Furthermore, in step S90, the reference voltage v_bse is multiplied by a coefficient α to obtain a limit width Vd_bnd (= α * v_bse) of the decrease in the average cell voltage v_dc_fc. Α is appropriately determined by actually measuring the voltage drop limit value in the fuel cell 100. In this example, for example, α = 0.05.

そして、工程S100では、平均セル電圧v_dc_fcの低下幅dV_fcが低下限界幅Vd_bndよりも小さく、まだ平均セル電圧v_dc_fcが電圧低下限界値まで低下していない場合には、燃料利用率Uf_fb_finとして候補燃料利用率Uf_fb_fin_trnを選択する。一方、平均セル電圧v_dc_fcの低下幅dV_fcが低下限界幅Vd_bndに到達し、平均セル電圧v_dc_fcが電圧低下限界値まで低下した場合には、学習記憶候補燃料利用率Uf_fb_fin_endを選択する。そして、ステップS110において、基準燃料量Qf_fbseを燃料利用率Uf_fb_finで除算することにより、制御燃料量Qf_finを求める。   In step S100, if the decrease width dV_fc of the average cell voltage v_dc_fc is smaller than the decrease limit width Vd_bnd and the average cell voltage v_dc_fc has not yet decreased to the voltage decrease limit value, the candidate fuel utilization is used as the fuel utilization rate Uf_fb_fin. Select the rate Uf_fb_fin_trn. On the other hand, when the decrease width dV_fc of the average cell voltage v_dc_fc reaches the decrease limit width Vd_bnd and the average cell voltage v_dc_fc decreases to the voltage decrease limit value, the learning memory candidate fuel utilization rate Uf_fb_fin_end is selected. In step S110, the control fuel amount Qf_fin is obtained by dividing the reference fuel amount Qf_fbse by the fuel utilization rate Uf_fb_fin.

なお、平均セル電圧v_dc_fcの低下幅dV_fcが低下限界幅Vd_bndに到達し、平均セル電圧v_dc_fcが電圧低下限界値まで低下して、学習記憶候補燃料利用率Uf_fb_fin_endが選択されて学習記憶された時点で、工程S10〜工程S110による制御動作は終了する。そして、学習記憶された学習記憶候補燃料利用率Uf_fb_fin_endをUf_fb_finとして求められた制御燃料量Qf_finによる制御動作が維持される。   When the decrease width dV_fc of the average cell voltage v_dc_fc reaches the decrease limit width Vd_bnd, the average cell voltage v_dc_fc decreases to the voltage decrease limit value, and the learning memory candidate fuel utilization rate Uf_fb_fin_end is selected and stored. Then, the control operation in steps S10 to S110 ends. Then, the control operation based on the control fuel amount Qf_fin obtained by using the learning memory candidate fuel utilization rate Uf_fb_fin_end stored as the learning memory Uf_fb_fin is maintained.

図6は、図2に示した制御フローに従って実行される制御動作の具体例を示す説明図である。図6は、説明を容易にするため、要求電力P_ac_rqがステップ状に変化した場合を例に示している。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing a specific example of the control operation executed in accordance with the control flow shown in FIG. FIG. 6 shows an example in which the required power P_ac_rq changes stepwise for ease of explanation.

要求電力P_ac_rqに変化に応じて、図2に示した制御フローが開始され、上述したように、要求燃料P_ac_rqに応じた要求電流密度i_rqが求められ、制御サイクル時間trごとに、基準電圧v_bseと、基準燃料量Qf_bseと、基準燃料利用率Uf_bseが求められる。なお、要求電力P_ac_rqの変化がステップ状であることを前提としているので、求められるよう要求電流密度i_rqと、基準電圧v_bseと、基準燃料量Qf_bseのいずれの変化もステップ状となる。   The control flow shown in FIG. 2 is started in response to the change in the required power P_ac_rq, and as described above, the required current density i_rq corresponding to the required fuel P_ac_rq is obtained, and for each control cycle time tr, the reference voltage v_bse and The reference fuel amount Qf_bse and the reference fuel utilization rate Uf_bse are obtained. Since it is assumed that the change in the required power P_ac_rq is stepped, any changes in the required current density i_rq, the reference voltage v_bse, and the reference fuel amount Qf_bse are stepped as required.

このとき、燃料利用率Uf_fb_finは第1の差分変化率dUf_fb(U)(=Uf_fb_r)にサイクル数Tcを乗じて得られる第1の変化幅Uf_fb_t(U)の増加と、第2の差分変化率dUf_fb(D)にサイクル数1を乗じて得られる第2の変化幅Uf_fb_t(D)の減少とが繰り返される。ここで、第2の差分変化率dUf_fb(D)に等しい第2の変化幅Uf_fb_t(D)は第1の変化幅Uf_fb_t(U)よりも小さくなるように、Uf_fb_t(U)に1よりも小さい係数Kdを乗じた値に設定される。したがって、燃料利用率Uf_fb_finは、第1の変化幅Uf_fb_t(U)の増加と第2の変化幅Uf_fb_t(D)の減少とを繰り返すことにより、基準燃料利用率Uf_bseから徐々に増加していくことになる。   At this time, the fuel utilization rate Uf_fb_fin is equal to an increase in the first change width Uf_fb_t (U) obtained by multiplying the first difference change rate dUf_fb (U) (= Uf_fb_r) by the cycle number Tc, and the second difference change rate. The decrease in the second change width Uf_fb_t (D) obtained by multiplying dUf_fb (D) by the cycle number 1 is repeated. Here, Uf_fb_t (U) is smaller than 1 so that the second variation width Uf_fb_t (D) equal to the second differential change rate dUf_fb (D) is smaller than the first variation width Uf_fb_t (U). It is set to a value multiplied by the coefficient Kd. Therefore, the fuel utilization rate Uf_fb_fin is gradually increased from the reference fuel utilization rate Uf_bse by repeating the increase in the first variation width Uf_fb_t (U) and the decrease in the second variation width Uf_fb_t (D). become.

そして、制御燃料量Qf_finは、燃料利用率Uf_fb_finの変化に応じた減少と増加を繰り返しながら、基準燃料量Qf_bseから徐々に減少していくことになる。   Then, the control fuel amount Qf_fin gradually decreases from the reference fuel amount Qf_bse while repeatedly decreasing and increasing according to the change in the fuel utilization rate Uf_fb_fin.

また、平均セル電圧v_dc_fcは、燃料利用率Uf_fb_finの変化に応じた減少と増加を繰り返しながら、基準電圧v_bseから徐々に減少していくことになる。そして、平均電圧v_dc_fcの基準電圧v_bseからの低下幅dV_fc(=v_bse−v_dc_fc)が、平均セル電圧v_dc_fcの低下限界幅Vd_bnd(=α*v_bse)に到達し、平均セル電圧v_dc_fcが低下限界値まで低下した場合には、図2に示した制御フローが停止され、燃料利用率Uf_fb_finにおける第1の変化幅Uf_fb_t(U)の増加と第2の変化幅Uf_fb_t(D)の減少とを繰り返す処理が停止される。そして、停止時点における燃料利用率Uf_fb_finの値から学習記憶用補正燃料利用率βを減じた値を、最終的な燃料利用率Uf_fb_finとし、この値を学習記憶する。そして、学習記憶した最終的な燃料利用率Uf_fb_finと基準燃料量Qf_bseとから、最終的な制御燃料量Qf_finが決定され、これに応じた燃料流量となるように燃料ポンプ400の動作が制御されて、燃料電池100の発電動作が実行される。   Further, the average cell voltage v_dc_fc gradually decreases from the reference voltage v_bse while repeatedly decreasing and increasing according to the change in the fuel utilization rate Uf_fb_fin. Then, the decrease width dV_fc (= v_bse−v_dc_fc) of the average voltage v_dc_fc from the reference voltage v_bse reaches the decrease limit width Vd_bnd (= α * v_bse) of the average cell voltage v_dc_fc, and the average cell voltage v_dc_fc reaches the decrease limit value. In the case of a decrease, the control flow shown in FIG. 2 is stopped, and a process of repeatedly increasing the first change width Uf_fb_t (U) and decreasing the second change width Uf_fb_t (D) in the fuel utilization rate Uf_fb_fin. Stopped. Then, the value obtained by subtracting the learning storage correction fuel usage rate β from the value of the fuel usage rate Uf_fb_fin at the time of stopping is used as the final fuel usage rate Uf_fb_fin, and this value is learned and stored. Then, the final control fuel amount Qf_fin is determined from the final fuel utilization rate Uf_fb_fin and the reference fuel amount Qf_bse that have been learned and stored, and the operation of the fuel pump 400 is controlled so that the fuel flow rate according to this is determined. Then, the power generation operation of the fuel cell 100 is performed.

以上説明したように、本実施例の制御動作では、燃料利用率Uf_fb_finを、第1の差分変化率dUf_fb(U)による第1の変化幅Uf_fb_t(U)の増加と第2の差分変化率dUf_fb(D)による第2の変化幅Uf_fb_t(D)の減少とを繰り返して、基準燃料利用率Uf_bseから徐々に増加させるようにすることにより、平均セル電圧v_dc_fcが電圧低下限界値を下回って、燃料利用率が限界値を上回ってしまい、発電性能が低下してしまう可能性を抑制し、燃料利用率の向上を図ることができる。   As described above, in the control operation of this embodiment, the fuel utilization rate Uf_fb_fin is set to increase the first change width Uf_fb_t (U) by the first difference change rate dUf_fb (U) and the second difference change rate dUf_fb. By repeating the decrease in the second change width Uf_fb_t (D) due to (D) and gradually increasing from the reference fuel utilization rate Uf_bse, the average cell voltage v_dc_fc falls below the voltage drop limit value, and the fuel It is possible to suppress the possibility that the utilization rate will exceed the limit value and reduce the power generation performance, and to improve the fuel utilization rate.

なお、燃料利用率Uf_fb_finの差分変化率dUf_fbが本発明の燃料利用率の変化率に相当し、第1の差分変化率dUf_fb(U)は正の変化率であり、第2の差分変化率dUf_fb(D)は負の変化率である。第1の差分変化率dUf_fb(U)の状態が本発明における燃料利用率の比較的大きい変化率の状態に相当し、第2の差分変化率dUf_fb(D)の状態が本発明の燃料利用率の比較的小さい変化率の状態に相当する。   The difference change rate dUf_fb of the fuel use rate Uf_fb_fin corresponds to the change rate of the fuel use rate of the present invention, the first difference change rate dUf_fb (U) is a positive change rate, and the second difference change rate dUf_fb. (D) is a negative rate of change. The state of the first differential change rate dUf_fb (U) corresponds to a state of a relatively large change rate of the fuel utilization rate in the present invention, and the state of the second differential change rate dUf_fb (D) is the fuel utilization rate of the present invention. This corresponds to a relatively small change rate state.

C.第2実施例の制御動作:
図7は、制御装置900によって実行される第2実施例の制御動作を示す制御フロー図である。第2実施例の制御動作は、制御装置900が、以下で説明するように、電力負荷に変化が発生し、これに応じて電力負荷の要求電力に変化が発生すると、制御サイクル時間trごとに、図7に示した工程S210〜工程S300を実行するものである。これにより、制御装置900は、電力負荷が燃料電池100に要求する要求電力P_ac_rqと、燃料電池100の温度T_fcと、燃料電池100の平均セル電圧v_dc_fcとに基づいて、固定の制御燃料量Qf_finと、制御電流I_inv_finとを求める。そして、制御装置900は、求めた制御電流I_inv_finで電力出力部200のインバータ210動作させることにより、燃料電池100からの出力電流を制御し、結果として、燃料電池100における燃料利用率を制御する。
C. Control operation of the second embodiment:
FIG. 7 is a control flowchart showing the control operation of the second embodiment executed by the control device 900. In the control operation of the second embodiment, as will be described below, when the control device 900 changes in the power load and changes in the required power of the power load in response to this, the control device 900 changes every control cycle time tr. , Step S210 to Step S300 shown in FIG. 7 are executed. Thus, the control device 900 determines the fixed control fuel amount Qf_fin based on the required power P_ac_rq requested by the power load to the fuel cell 100, the temperature T_fc of the fuel cell 100, and the average cell voltage v_dc_fc of the fuel cell 100. Then, the control current I_inv_fin is obtained. Then, the control device 900 controls the output current from the fuel cell 100 by operating the inverter 210 of the power output unit 200 with the obtained control current I_inv_fin, and as a result, controls the fuel utilization rate in the fuel cell 100.

まず、工程S210では、要求電力P_ac_rqを得るために必要な標準の要求電流I_rqを求める。ここで、燃料電池100から出力される電流Iは、図3に示した電流密度iと電力Pとの関係と同様に、出力される電力Pに応じて変化する。この電流Iと電力Pとの関係はあらかじめ実測することにより得ることができる。そして、実測された電流Iと電力Pとの関係は、あらかじめマップやテーブルに記憶されている。ここではマップに記憶されているものとする。したがって、このマップを参照することにより、要求電力P_ac_rqに対応する要求電流I_rq(=map(P_ac_rq))を容易に求めることができる。   First, in step S210, a standard required current I_rq necessary for obtaining the required power P_ac_rq is obtained. Here, the current I output from the fuel cell 100 changes according to the output power P, as in the relationship between the current density i and the power P shown in FIG. The relationship between the current I and the power P can be obtained by actually measuring in advance. The relationship between the actually measured current I and power P is stored in advance in a map or table. Here, it is assumed that it is stored in the map. Therefore, the required current I_rq (= map (P_ac_rq)) corresponding to the required power P_ac_rq can be easily obtained by referring to this map.

工程S220では、第1実施例の工程S20と同様に、要求電流I_rqおよび燃料電池100の温度T_fcに基づいて、燃料率制御の基準となる基準電圧v_bseを求める。   In step S220, as in step S20 of the first embodiment, a reference voltage v_bse serving as a reference for fuel rate control is obtained based on the required current I_rq and the temperature T_fc of the fuel cell 100.

また、工程S230では、要求電流I_rqを出力するために必要な燃料として制御燃料量Qf_finを求める。ここで、燃料電池100が電流Iの出力電流を得るために必要な燃料量Qfは、図5に示した電流密度iと燃料量Qfとの関係と同様に、出力される電力Pに応じて変化する。この電流Iと燃料量Qfとの関係は、はあらかじめ実測することにより得ることができる。そして、実測された電流Iと燃料量Qfとの関係は、あらかじめマップやテーブルに記憶されている。ここではマップに記憶されているものとする。したがって、このマップを参照することにより、要求電流I_rqに対応する制御燃料量Qf_fin(Qf_fin=map(i_rq))を容易に求めることができる。   Further, in step S230, the control fuel amount Qf_fin is obtained as the fuel necessary for outputting the required current I_rq. Here, the fuel amount Qf necessary for the fuel cell 100 to obtain the output current of the current I is in accordance with the output power P, as in the relationship between the current density i and the fuel amount Qf shown in FIG. Change. The relationship between the current I and the fuel amount Qf can be obtained by actually measuring in advance. The relationship between the actually measured current I and the fuel amount Qf is stored in advance in a map or table. Here, it is assumed that it is stored in the map. Therefore, the control fuel amount Qf_fin (Qf_fin = map (i_rq)) corresponding to the required current I_rq can be easily obtained by referring to this map.

次に、工程S250では、一つ前の制御サイクル時間trにおいて求められた補正電流I_inv_fb_oldに差分電流dI_fbを加算することにより補正電流I_inv_fb(I_inv_fb=I_inv_fb_old+dI_fb)を求める。なお、差分電流dI_fbは、期間tsの間、制御サイクル時間trごとに用いられる第1の差分電流dI_fb(U)と、期間ts(ts=Tc*tr,Tcは期間tsにおける制御サイクル時間trのサイクル数を表す)の経過後の制御サイクル時間trで用いられる第2の差分電流dI_fb(D)とがある。例えば、第1の差分電流dIf_fb(U)をI_fb_rとした場合に、第2の差分電流dI_fb(D)を(−kd*I_fb_t(U))に設定することができる。なお、I_fb_t(U)は、期間tsの間に、第1の差分電流dI_fb(U)=I_fb_rで変化した第1の変化幅(I_fb_r*Tc)を示しており、係数kdは、第2の変化幅I_fb_t(D)に相当する第2の差分電流dI_fb(D)の大きさが、第1の変化幅I_fb_t(U)よりも小さい値となるように、1よりも小さい値に設定される。なお、本例では、Kd=0.9とされている。   Next, in step S250, the correction current I_inv_fb (I_inv_fb = I_inv_fb_old + dI_fb) is obtained by adding the differential current dI_fb to the correction current I_inv_fb_old obtained in the previous control cycle time tr. Note that the differential current dI_fb is equal to the first differential current dI_fb (U) used for each control cycle time tr during the period ts, and the period ts (ts = Tc * tr, Tc is the control cycle time tr in the period ts. There is a second differential current dI_fb (D) used in the control cycle time tr after elapse of the cycle number). For example, when the first differential current dIf_fb (U) is I_fb_r, the second differential current dI_fb (D) can be set to (−kd * I_fb_t (U)). Note that I_fb_t (U) indicates the first change width (I_fb_r * Tc) changed by the first differential current dI_fb (U) = I_fb_r during the period ts, and the coefficient kd The second differential current dI_fb (D) corresponding to the change width I_fb_t (D) is set to a value smaller than 1 so that the second difference current dI_fb (D) is smaller than the first change width I_fb_t (U). . In this example, Kd = 0.9.

そして、工程S260では、工程S210において求めた要求電流I_rqに工程S250において求めた補正電流I_inv_fbを加算して候補制御電流I_inv_fbを求める。また、工程S270では、要求電流I_rqから学習記憶用補正電流Icを減算して、学習記憶の候補となる学習記憶候補制御電流I_inv_endを求める。なお、Icは、例えば、(kc*I_fb_t(U))に設定することができる。係数kcは、求められた候補制御電流I_inv_trnよりも少し減少した制御電流を学習記憶する学習記憶候補制御電流I_inv_endとするために、変化幅I_fb_t(U)の(kc*100)%分だけ減少した値を学習記憶用補正電流Icとするための係数である。なお、本例では、kc=0.05とされている。   Then, in step S260, the candidate control current I_inv_fb is obtained by adding the correction current I_inv_fb obtained in step S250 to the required current I_rq obtained in step S210. In step S270, a learning memory candidate control current I_inv_end that is a candidate for learning memory is obtained by subtracting the correction current Ic for learning memory from the required current I_rq. Note that Ic can be set to (kc * I_fb_t (U)), for example. The coefficient kc is decreased by (kc * 100)% of the change width I_fb_t (U) to obtain the learning memory candidate control current I_inv_end for learning and storing the control current slightly decreased from the obtained candidate control current I_inv_trn. It is a coefficient for setting the value to the correction current Ic for learning storage. In this example, kc = 0.05.

また、工程S280では、第1実施例の工程S80と同様に、基準電圧v_bseから平均セル電圧v_dc_fcを減算して、基準電圧v_bseからの平均セル電圧v_dc_fcの低下幅dV_fc(=v_bse−v_dc_fc)を求める。なお、基準電圧v_bseは、基準電圧v_bse≧v_dc_fcの関係を保つように設定されている。さらに、工程S290では、第1実施例の工程S90と同様に、基準電圧v_bseに係数αを乗算して、平均セル電圧v_dc_fcの低下の限界幅Vd_bnd(=α*v_bse)を求める。なお、αは燃料電池100における電圧低下限界値を実測することにより適宜決定される。本例では、例えば、α=0.05とされている。   In step S280, as in step S80 of the first embodiment, the average cell voltage v_dc_fc is subtracted from the reference voltage v_bse to obtain a decrease width dV_fc (= v_bse−v_dc_fc) of the average cell voltage v_dc_fc from the reference voltage v_bse. Ask. The reference voltage v_bse is set so as to maintain the relationship of reference voltage v_bse ≧ v_dc_fc. Further, in step S290, as in step S90 of the first embodiment, the reference voltage v_bse is multiplied by a coefficient α to obtain a limit width Vd_bnd (= α * v_bse) of the decrease in the average cell voltage v_dc_fc. Α is appropriately determined by actually measuring the voltage drop limit value in the fuel cell 100. In this example, for example, α = 0.05.

そして、工程S300では、平均セル電圧v_dc_fcの低下幅dV_fcが低下限界幅Vd_bndよりも小さく、まだ平均セル電圧v_dc_fcが電圧低下限界値まで低下していない場合には、制御電流I_inv_finとして候補制御電流I_inv_trnを選択する。一方、平均セル電圧v_dc_fcの低下幅dV_fcが低下限界幅Vd_bndに到達し、平均セル電圧v_dc_fcが電圧低下限界値まで低下した場合には、学習記憶候補制御電流I_inv_endを選択する。   In step S300, when the decrease width dV_fc of the average cell voltage v_dc_fc is smaller than the decrease limit width Vd_bnd and the average cell voltage v_dc_fc has not yet decreased to the voltage decrease limit value, the control current I_inv_fin is set as the candidate control current I_inv_trn. Select. On the other hand, when the decrease width dV_fc of the average cell voltage v_dc_fc reaches the decrease limit width Vd_bnd and the average cell voltage v_dc_fc decreases to the voltage decrease limit value, the learning memory candidate control current I_inv_end is selected.

なお、平均セル電圧v_dc_fcの低下幅dV_fcが低下限界幅Vd_bndに到達し、平均セル電圧v_dc_fcが電圧低下限界値まで低下して、学習記憶候補制御電流I_inv_endが選択されて学習記憶された時点で、工程S210〜工程S300による制御動作は終了する。そして、学習記憶された学習記憶候補制御電流I_inv_endを制御電流I_inv_finとして、燃料電池100の制御動作が維持される。   When the decrease width dV_fc of the average cell voltage v_dc_fc reaches the decrease limit width Vd_bnd, the average cell voltage v_dc_fc decreases to the voltage decrease limit value, and the learning memory candidate control current I_inv_end is selected and stored. The control operation in steps S210 to S300 ends. Then, the control operation of the fuel cell 100 is maintained with the learning memory candidate control current I_inv_end stored as the learning current as the control current I_inv_fin.

図8は、図7に示した制御フローに従って実行される制御動作の具体例を示す説明図である。図8は、図6と同様に、説明を容易にするため、要求電力P_ac_rqがステップ状に変化した場合を例に示している。   FIG. 8 is an explanatory diagram showing a specific example of the control operation executed according to the control flow shown in FIG. FIG. 8 shows, as an example, a case where the required power P_ac_rq changes in a stepped manner for ease of explanation, as in FIG.

要求電力P_ac_rqに変化に応じて、図2に示した制御フローが開始され、上述したように、要求燃料P_ac_rqに応じた基準電流としての要求電流I_rqが求められ、制御サイクル時間trごとに、基準電圧v_bseと、制御燃料量Qf_finと、が求められる。なお、要求電力P_ac_rqの変化がステップ状であることを前提としているので、求められる要求電流I_rqと、基準電圧v_bseと、制御燃料量Qf_finのいずれの変化もステップ状となる。   The control flow shown in FIG. 2 is started in response to the change in the required power P_ac_rq, and as described above, the required current I_rq as the reference current corresponding to the required fuel P_ac_rq is obtained, and the reference current I_rq is determined for each control cycle time tr. The voltage v_bse and the control fuel amount Qf_fin are obtained. Since it is assumed that the change in the required power P_ac_rq is stepped, any changes in the required current I_rq, the reference voltage v_bse, and the control fuel amount Qf_fin that are obtained are stepped.

このとき、制御電流I_inv_finは第1の差分電流dI_fb(U)(=I_fb_r)にサイクル数Tcを乗じて得られる第1の変化幅I_fb_t(U)の増加と、第2の差分電流dI_fb(D)にサイクル数1を乗じて得られる第2の変化幅I_fb_t(D)の減少とが繰り返される。ここで、第2の差分電流dI_fb(D)に等しい第2の変化幅I_fb_t(D)は第1の変化幅I_fb_t(U)よりも小さくなるように、I_fb_t(U)に1よりも小さい係数Kdを乗じた値に設定される。したがって、制御電流I_inv_finは、第1の変化幅I_fb_t(U)の増加と第2の変化幅I_fb_t(D)の減少とを繰り返すことにより、基準電流としての要求電流I_bseから徐々に増加していくことになる。   At this time, the control current I_inv_fin is obtained by increasing the first change width I_fb_t (U) obtained by multiplying the first differential current dI_fb (U) (= I_fb_r) by the cycle number Tc and the second differential current dI_fb (D ) Is repeatedly multiplied by the number of cycles 1 to decrease the second variation width I_fb_t (D). Here, I_fb_t (U) is a coefficient smaller than 1 so that the second variation width I_fb_t (D) equal to the second differential current dI_fb (D) is smaller than the first variation width I_fb_t (U). Set to a value multiplied by Kd. Therefore, the control current I_inv_fin gradually increases from the required current I_bse as the reference current by repeating the increase in the first change width I_fb_t (U) and the decrease in the second change width I_fb_t (D). It will be.

ここで、制御電流I_inv_finが徐々に増加すると、燃料電池100からの出力電流は、制御電流I_inv_finの変化に追従して増加することになり、燃料電池100で消費される燃料量が徐々に増加することになる。一方、燃料電池100に供給される燃料量は、制御燃料量Qf_finで表されるように、一定である。この結果、燃料電池100における燃料利用率Uf_fbは、制御電流I_inv_finの変化に追従して増加することになる。   Here, when the control current I_inv_fin gradually increases, the output current from the fuel cell 100 increases following the change in the control current I_inv_fin, and the amount of fuel consumed by the fuel cell 100 gradually increases. It will be. On the other hand, the amount of fuel supplied to the fuel cell 100 is constant as represented by the control fuel amount Qf_fin. As a result, the fuel utilization rate Uf_fb in the fuel cell 100 increases following the change in the control current I_inv_fin.

また、平均セル電圧v_dc_fcは、制御電流I_inv_finの変化、すなわち、燃料利用率Uf_fbの変化に応じた減少と増加を繰り返しながら、基準電圧v_bseから徐々に減少していくことになる。そして、平均電圧v_dc_fcの基準電圧v_bseからの低下幅dV_fc(=v_bse−v_dc_fc)が、平均セル電圧v_dc_fcの低下限界幅Vd_bnd(=α*v_bse)に到達し、平均セル電圧v_dc_fcが低下限界値まで低下した場合には、図7に示した制御フローが停止され、制御電流I_inv_finにおける第1の変化幅I_fb_t(U)の増加と第2の変化幅I_fb_t(D)の減少とを繰り返す処理が停止される。そして、停止時点における制御電流I_inv_finの値から学習記憶用補正電流Icを減じた値を、最終的な制御電流I_inv_finとし、この値を学習記憶する。そして、学習記憶した最終的な制御電流I_inv_finに基づいて、燃料電池100からの出力電流が制御されることにより、燃料電池100における燃料消費量が制御されて、燃料電池100の発電動作が実行される。   In addition, the average cell voltage v_dc_fc gradually decreases from the reference voltage v_bse while repeatedly decreasing and increasing according to the change in the control current I_inv_fin, that is, the change in the fuel utilization rate Uf_fb. Then, the decrease width dV_fc (= v_bse−v_dc_fc) of the average voltage v_dc_fc from the reference voltage v_bse reaches the decrease limit width Vd_bnd (= α * v_bse) of the average cell voltage v_dc_fc, and the average cell voltage v_dc_fc reaches the decrease limit value. When the voltage decreases, the control flow shown in FIG. 7 is stopped, and the process of repeating the increase in the first change width I_fb_t (U) and the decrease in the second change width I_fb_t (D) in the control current I_inv_fin is stopped. Is done. Then, a value obtained by subtracting the learning storage correction current Ic from the value of the control current I_inv_fin at the stop point is set as a final control current I_inv_fin, and this value is learned and stored. Then, the output current from the fuel cell 100 is controlled based on the final control current I_inv_fin that has been learned and stored, whereby the fuel consumption in the fuel cell 100 is controlled and the power generation operation of the fuel cell 100 is executed. The

以上説明したように、本実施例の制御動作では、燃料電池100からの出力電流に対応するインバータ210の制御電流I_inv_finを、第1の差分変化率dI_fb(U)による第1の変化幅I_fb_t(U)の増加と第2の差分変化率dI_fb(D)による第2の変化幅I_fb_t(D)の減少とを繰り返して、基準制御電流である要求電流I_rqから徐々に増加させることにより、基準電流としての要求電流I_rqから徐々に増加させるようにして、間接的に燃料利用率の増加と減少とを繰り返して実質的に燃料利用率を徐々に増加させるように制御することができ、平均セル電圧v_dc_fcが電圧低下限界値を下回って、燃料利用率が限界値を上回ってしまい、発電性能が低下してしまう可能性を抑制し、燃料利用率の向上を図ることができる。   As described above, in the control operation of the present embodiment, the control current I_inv_fin of the inverter 210 corresponding to the output current from the fuel cell 100 is converted into the first change width I_fb_t (by the first difference change rate dI_fb (U). U) and a decrease in the second change width I_fb_t (D) due to the second differential change rate dI_fb (D) are repeated, and the reference current is gradually increased from the required current I_rq. The average cell voltage can be controlled so that the fuel utilization rate is gradually increased by gradually increasing and decreasing the fuel utilization rate indirectly by gradually increasing the required current I_rq as It is possible to suppress the possibility that v_dc_fc falls below the voltage drop limit value, the fuel utilization rate exceeds the limit value, and the power generation performance falls. It is possible to improve the use rate.

なお、制御電流I_inv_finにおける差分変化率は、本実施例においては実質的に燃料利用率の変化率に相当し、第1の差分変化率dI_fb(U)は正の変化率であり、第2の差分変化率dI_fb(D)は負の変化率である。第1の差分変化率dIf_fb(U)の状態が本発明における燃料利用率の比較的大きい変化率の状態に相当し、第2の差分変化率dI_fb(D)の状態が本発明の燃料利用率の比較的小さい変化率の状態に相当する。   The difference change rate in the control current I_inv_fin substantially corresponds to the change rate of the fuel utilization rate in the present embodiment, the first difference change rate dI_fb (U) is a positive change rate, and the second change rate The difference change rate dI_fb (D) is a negative change rate. The state of the first differential change rate dIf_fb (U) corresponds to the state of a relatively large change rate of the fuel utilization rate in the present invention, and the state of the second differential change rate dI_fb (D) is the fuel utilization rate of the present invention. This corresponds to a relatively small change rate state.

D.第3実施例の制御動作:
図9は、制御装置900によって実行される第3実施例の制御動作の具体例を示す説明図である。なお、第3実施例の制御フローは、基本的に第1実施例の制御フローと同様に、燃料量を制御することにより燃料利用率を制御するものである。第1実施例においては、図6に示したように、燃料量の増減を繰り返すことによって、正の変化率である第1の差分変化率による燃料利用率の増加の状態と負の変化率である第2の差分変化率による燃料利用率の減少の状態を繰り返して、燃料利用率を変化させる場合を例に説明したが、図9に示した本実施例のように、正の変化率である第1の差分変化率による燃料利用率の増加の状態と、第1の差分変化率より小さい正の変化率である第2の差分変化率による燃料利用率の増加の状態と、を繰り返して変化させるようにしてもよい。このようにしても、燃料利用率を除々に増加させるように制御することができるので、平均セル電圧v_dc_fcが電圧低下限界値を下回って、燃料利用率が限界値を上回ってしまい、発電性能が低下してしまう可能性を抑制し、燃料利用率の向上を図ることができる。
D. Control operation of the third embodiment:
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a specific example of the control operation of the third embodiment executed by the control device 900. Note that the control flow of the third embodiment basically controls the fuel utilization rate by controlling the amount of fuel, similarly to the control flow of the first embodiment. In the first embodiment, as shown in FIG. 6, by repeatedly increasing and decreasing the fuel amount, the fuel utilization rate increases and the negative rate of change due to the first differential rate of change, which is a positive rate of change. Although the case where the fuel utilization rate is changed by repeating the state of decrease in the fuel utilization rate due to a certain second difference change rate has been described as an example, as in the present embodiment shown in FIG. The state of increase in the fuel utilization rate due to a certain first difference change rate and the state of increase in the fuel utilization rate due to the second difference change rate that is a positive change rate smaller than the first difference change rate are repeated. It may be changed. Even in this case, since the fuel utilization rate can be controlled to gradually increase, the average cell voltage v_dc_fc falls below the voltage drop limit value, the fuel utilization rate exceeds the limit value, and the power generation performance is reduced. It is possible to suppress the possibility of a decrease and improve the fuel utilization rate.

なお、本実施例において、第1の差分変化率は正の変化率であり、第2の差分変化率は第1の差分変化率よりも小さい正の変化率である。第1の差分変化率の状態が本発明における燃料利用率の比較的大きい変化率の状態に相当し、第2の差分変化率の状態が本発明の燃料利用率の比較的小さい変化率の状態に相当する。   In the present embodiment, the first difference change rate is a positive change rate, and the second difference change rate is a positive change rate that is smaller than the first difference change rate. The state of the first differential change rate corresponds to a state of a relatively large change rate of the fuel utilization rate in the present invention, and the state of the second differential change rate is a state of a relatively small change rate of the fuel utilization rate of the present invention. It corresponds to.

なお、本実施例では、第1実施例に対応する燃料量制御の場合を例に説明したが、第2実施例に対応する電流量制御の場合に同様に適用することが可能である。   In this embodiment, the fuel amount control corresponding to the first embodiment has been described as an example. However, the present embodiment can be similarly applied to the current amount control corresponding to the second embodiment.

E.第4実施例の制御動作:
図10は、制御装置900によって実行される第4実施例の制御動作を示すフローチャートである。第3実施例の制御動作は、制御装置900が、以下で説明するように、第1実施例で説明した燃料量を制御すること(燃料量制御)によって燃料利用率を制御する制御動作(以下、「燃料量制御系」と呼ぶ)と、第2実施例で説明したインバータの制御電流量を制御すること(電流量制御)によって燃料利用率を制御する制御動作(以下、「電流量制御系」と呼ぶ)と、を切り換えるものである。なお、それぞれの制御動作は第1実施例および第2実施例で説明した動作と同じである。
E. Control operation of the fourth embodiment:
FIG. 10 is a flowchart showing the control operation of the fourth embodiment executed by the control device 900. In the control operation of the third embodiment, the control device 900 controls the fuel usage rate by controlling the fuel amount described in the first embodiment (fuel amount control), as will be described below. , Referred to as “fuel amount control system”) and a control operation for controlling the fuel utilization rate by controlling the control current amount of the inverter described in the second embodiment (current amount control) (hereinafter referred to as “current amount control system”). ")." Each control operation is the same as the operation described in the first and second embodiments.

図9に示した制御動作は、各制御サイクルtrにおいて、図2に示した燃料量制御の制御フローあるいは図7に示した電流量制御の制御フローが開始される前に実行され、いずれか一方の制御動作が選択されて、選択された制御動作が実行される。   The control operation shown in FIG. 9 is executed in each control cycle tr before the fuel amount control control flow shown in FIG. 2 or the current amount control control flow shown in FIG. 7 is started. Is selected and the selected control operation is executed.

まず、現在の出力負荷電力P_invと要求電力P_ac_rqとの電力差分Pd(=P_ac_rq−P_inv)を求める(ステップS310)。出力負荷電力P_invは、電力出力部200から出力されて系統連系インタフェース300に入力される出力電圧V_invおよび出力電流I_invをモニタすることにより求めることができる。   First, a power difference Pd (= P_ac_rq−P_inv) between the current output load power P_inv and the required power P_ac_rq is obtained (step S310). The output load power P_inv can be obtained by monitoring the output voltage V_inv and the output current I_inv output from the power output unit 200 and input to the grid interconnection interface 300.

そして、現在選択設定されている制御動作が電流量制御系である場合には(ステップS320:Y)、電力差分Pdがしきい値th1以上であるか否か判断する(ステップS330)。ここで、電力差分Pdがしきい値th1以上でない場合、すなわち、電力差分Pdがしきい値th1よりも小さい場合には(ステップS330:N)、電流制御系のまま制御動作を実行することとする。一方、電力差分Pdがしきい値th1以上の場合には(ステップS330:Y)、燃料量制御系に切り換えて(ステップS340)、制御動作を実行することとする。   When the control operation currently selected and set is the current amount control system (step S320: Y), it is determined whether or not the power difference Pd is equal to or greater than the threshold value th1 (step S330). Here, when the power difference Pd is not equal to or greater than the threshold value th1, that is, when the power difference Pd is smaller than the threshold value th1 (step S330: N), the control operation is executed with the current control system maintained. To do. On the other hand, when the power difference Pd is greater than or equal to the threshold th1 (step S330: Y), the control operation is executed by switching to the fuel amount control system (step S340).

一方、現在選択設定されている制御動作が燃料量制御系である場合には(ステップS320:N)、電力差分Pdがしきい値th2以下であるか否か判断する(ステップS350)。なお、第2のしきい値th2は、第1のしきい値th1よりも小さい値に設定されている。例えば、第1のしきい値th1を燃料電池100の定格出力の10%とし、第2のしきい値th2を定格出力の5%とする。ここで、電力差分Pdがしきい値th2以下でない場合、すなわち、電力差分Pdがしきい値th2よりも大きい場合には(ステップS350:N)、燃料量制御系のまま制御動作を実行することとする。一方、電力差分Pdがしきい値th2以下の場合には(ステップS350:Y)、燃料量制御系から電流量制御系に切り換えて(ステップS360)、制御動作を実行することとする。   On the other hand, when the control operation currently selected and set is the fuel amount control system (step S320: N), it is determined whether or not the power difference Pd is equal to or less than the threshold value th2 (step S350). The second threshold th2 is set to a value smaller than the first threshold th1. For example, the first threshold th1 is 10% of the rated output of the fuel cell 100, and the second threshold th2 is 5% of the rated output. Here, when the power difference Pd is not less than or equal to the threshold value th2, that is, when the power difference Pd is larger than the threshold value th2 (step S350: N), the control operation is executed with the fuel amount control system kept. And On the other hand, when the power difference Pd is less than or equal to the threshold th2 (step S350: Y), the control is performed by switching from the fuel amount control system to the current amount control system (step S360).

以上説明したように、本実施例の制御動作では、現在の出力負荷電力P_invと要求負荷電力P_ac_rqとの電力差分Pdが大きい場合には、燃料量制御系を用いて燃料利用率を制御し、電力差分Pdが小さい場合には、電流量制御系を用いて燃料利用率を制御している。ここで、電流量制御は、燃料量制御に比べて高精度な制御が可能であるのに対して、応答遅れの問題があり、負荷変動が大きい場合に対して高速な追従には不向きである。一方、燃料量制御は、利用する燃料ポンプの分解能が低い場合には高精度な制御には不向きである。従って、本実施例の場合には、第2実施例のように電流制御系のみの場合に比べて高速に制御可能であり、第1実施例のように燃料量制御系のみの場合に比べて高精度な制御が可能となる。   As described above, in the control operation of the present embodiment, when the power difference Pd between the current output load power P_inv and the required load power P_ac_rq is large, the fuel usage rate is controlled using the fuel amount control system, When the power difference Pd is small, the fuel usage rate is controlled using the current amount control system. Here, while the current amount control can be performed with higher accuracy than the fuel amount control, there is a problem of response delay, and it is not suitable for high-speed tracking when the load fluctuation is large. . On the other hand, the fuel amount control is not suitable for highly accurate control when the resolution of the fuel pump to be used is low. Therefore, in the case of this embodiment, it is possible to control at a higher speed than in the case of only the current control system as in the second embodiment, and in comparison with the case of using only the fuel amount control system as in the first embodiment. High-precision control is possible.

また、第2のしきい値th2を第1のしきい値th1よりも小さい値に設定してヒステリシスを設けたことにより、電流量制御系から燃料量制御系への切り換えと、燃料量制御系から電流量制御系への切り換えとで、ハンティングが発生することを防止することができる。   Further, by setting the second threshold th2 to a value smaller than the first threshold th1 and providing hysteresis, switching from the current amount control system to the fuel amount control system, and the fuel amount control system Hunting can be prevented by switching from the current amount control system to the current amount control system.

F.変形例:
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
F. Variations:
In addition, elements other than the elements claimed in the independent claims among the constituent elements in each of the above embodiments are additional elements and can be omitted as appropriate. The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

(1)上記第1実施例では第1の差分変化率dUf_fb(U)を固定とし、第2実施例では第1の差分変化率dI_fb(U)を固定として説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、電力負荷の変化の大きさに応じて、第1の差分変化率の大きさを変化させるようにしてもよい。特に、電力負荷の変化の大きさが大きいほど、第1の差分変化率の大きさを小さくすることが好ましい。このようにすれば、燃料利用率の変化の度合いをより小さくすることができるので、平均セル電圧v_dc_fcが電圧低下限界値を下回って、燃料利用率が限界値を上回ってしまい、発電性能が低下してしまう可能性をより抑制することができる。 (1) In the first embodiment, the first difference change rate dUf_fb (U) is fixed. In the second embodiment, the first difference change rate dI_fb (U) is fixed. However, the present invention is not limited to this. For example, the magnitude of the first difference change rate may be changed according to the magnitude of the change in the power load. In particular, it is preferable to reduce the magnitude of the first difference change rate as the magnitude of the change in the power load increases. In this way, since the degree of change in the fuel utilization rate can be further reduced, the average cell voltage v_dc_fc falls below the voltage drop limit value, the fuel utilization rate rises above the limit value, and the power generation performance decreases. It is possible to further suppress the possibility of doing so.

(2)上記第1実施例では第2の差分変化率dUf_fb(D)による第2の変化幅Uf_fb_t(D)を固定とし、第2実施例では第2の差分変化率dI_fb(D)による第2の変化幅I_fb_t(D)を固定として説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、電力負荷の変化の大きさに応じて、第2の差分変化率の大きさを変化させるようにしてもよい。特に、電力負荷の変化の大きさが大きいほど、第2の差分変化率の大きさを小さくして第2の変化幅を小さくすることが好ましい。このようにすれば、燃料利用率の変化の度合いを大きくすることができるので、限界の燃料利用率に到達する時間を短縮することができる。 (2) In the first embodiment, the second change width Uf_fb_t (D) based on the second differential change rate dUf_fb (D) is fixed, and in the second embodiment, the second differential change rate dI_fb (D) is used. The change width I_fb_t (D) of 2 has been described as being fixed. However, the present invention is not limited to this. For example, the magnitude of the second difference change rate is changed according to the magnitude of the change in the power load. It may be. In particular, as the magnitude of the change in the power load is larger, it is preferable to reduce the magnitude of the second difference change rate to reduce the second change width. In this way, since the degree of change in the fuel utilization rate can be increased, the time required to reach the limit fuel utilization rate can be shortened.

燃料電池システム1000の概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 1000. FIG. 制御装置900によって実行される第1実施例の制御動作を示す制御フロー図である。FIG. 6 is a control flow diagram showing a control operation of the first embodiment executed by the control device 900. 燃料電池100から出力される電力Pと電流密度iとの関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the electric power P output from the fuel cell 100, and the current density i. 燃料電池100の電流密度iに対する出力の電圧vの特性を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing characteristics of output voltage v with respect to current density i of fuel cell 100. 燃料電池100の電流密度iと十分に必要な燃料量Qfとの関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the current density i of the fuel cell 100, and sufficient fuel quantity Qf. 図2に示した制御フローに従って実行される制御動作の具体例を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a specific example of a control operation executed according to the control flow shown in FIG. 2. 制御装置900によって実行される第2実施例の制御動作を示す制御フロー図である。It is a control flowchart which shows the control action of 2nd Example performed by the control apparatus 900. 図7に示した制御フローに従って実行される制御動作の具体例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the specific example of the control action performed according to the control flow shown in FIG. 制御装置900によって実行される第3実施例の制御動作の具体例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the specific example of the control action of 3rd Example performed by the control apparatus. 制御装置900によって実行される第4実施例の制御動作を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a control operation of a fourth embodiment executed by the control device 900.

符号の説明Explanation of symbols

100…燃料電池
200…電力出力部
210…インバータ
210動作…インバータ
300…系統連系インタフェース
400…燃料ポンプ
500…脱硫器
600…蒸発器
700…改質器
710…改質部
720…加熱部
800…エアポンプ
900…制御装置
1000…燃料電池システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Fuel cell 200 ... Electric power output part 210 ... Inverter 210 operation | movement ... Inverter 300 ... Grid connection interface 400 ... Fuel pump 500 ... Desulfurizer 600 ... Evaporator 700 ... Reformer 710 ... Reformer 720 ... Heating part 800 ... Air pump 900 ... Control device 1000 ... Fuel cell system

Claims (11)

電力負荷に応じた負荷電力を供給するための燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池の電池出力を前記電力負荷に供給可能な負荷出力に変換して出力する電力出力部と、
前記燃料電池が前記電力負荷に対応する要求負荷電力に応じた電池出力を出力するように制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記電力負荷が変化した場合において、前記燃料電池の出力電圧が前記要求負荷電力に応じて決定される限界出力電圧となるまで、前記燃料電池における燃料利用率の変化率の状態として、比較的大きい変化率の状態と比較的小さい変化率の状態とを交互に繰り返すことにより、前記燃料利用率を徐々に増加させるように制御し、
前記制御部は、
i)前記燃料電池へ供給する燃料量を変化させる燃料量制御と、
ii)前記燃料電池から出力される電流量に対応する前記電力出力部の動作を制御する制御電流量を変化させる電流量制御と、
の少なくとも一方を利用して、前記燃料利用率を変化させる
ことを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell system for supplying load power corresponding to a power load,
A fuel cell;
A power output unit that converts a battery output of the fuel cell into a load output that can be supplied to the power load and outputs the load output; and
A control unit that controls the fuel cell to output a battery output corresponding to a required load power corresponding to the power load;
With
The controller is
When the power load changes, the change rate of the fuel utilization rate in the fuel cell is relatively large until the output voltage of the fuel cell reaches a limit output voltage determined according to the required load power. By alternately repeating the state of change rate and the state of relatively small change rate , control to gradually increase the fuel utilization rate ,
The controller is
i) Fuel amount control for changing the amount of fuel supplied to the fuel cell;
ii) current amount control for changing a control current amount for controlling the operation of the power output unit corresponding to the amount of current output from the fuel cell;
The fuel cell system , wherein the fuel utilization rate is changed using at least one of the above .
請求項記載の燃料電池システムであって、
前記比較的大きい変化率の状態は、前記燃料利用率を増加させる状態であり、
前記比較的小さい変化率の状態は、前記燃料利用率を減少させる状態であることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1 , wherein
The relatively large change rate state is a state of increasing the fuel utilization rate,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the state of the relatively small change rate is a state of decreasing the fuel utilization rate.
請求項記載の燃料電池システムであって、
前記比較的大きい変化率の状態は、前記燃料利用率を増加させる状態であり、
前記比較的小さい変化率の状態は、前記比較的大きい変化率の状態よりも前記燃料利用率を小さく増加させる状態であることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1 , wherein
The relatively large change rate state is a state of increasing the fuel utilization rate,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the relatively small change rate state is a state in which the fuel utilization rate is increased smaller than the relatively large change rate state.
請求項記載の燃料電池システムであって、
前記電力負荷の変化率が大きいほど、前記比較的小さい変化率の状態における前記燃料利用率の減少量を小さくすることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 2 , wherein
The fuel cell system, wherein the amount of decrease in the fuel utilization rate in the state of the relatively small change rate is reduced as the change rate of the power load is increased.
請求項ないし請求項のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記電力負荷の変化率が大きいほど、前記比較的大きい変化率の状態における前記燃料利用率の増加量を小さくすることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4,
The fuel cell system characterized in that, as the rate of change of the power load is larger, the amount of increase in the fuel utilization rate in the state of the relatively large rate of change is reduced.
請求項ないし請求項のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記燃料量制御を利用する場合において、前記比較的大きい変化率の状態と前記比較的小さい変化率の状態とを交互に繰り返すことが停止された時点における前記燃料利用率よりも所定量小さな値を、前記要求負荷電力を含む動作条件に対応する前記燃料利用率として学習記憶することを特徴とすることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5,
When the fuel amount control is used, a value smaller by a predetermined amount than the fuel utilization rate at the time when the repetition of the relatively large change rate state and the relatively small change rate state is stopped alternately. The fuel cell system is characterized by learning and storing the fuel utilization rate corresponding to the operating condition including the required load power.
請求項ないし請求項のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記電流量制御を利用する場合において、前記比較的大きい変化率の状態と前記比較的小さい変化率の状態とを交互に繰り返すことが停止された時点における前記制御電流量よりも所定量小さな値を、前記要求負荷電力を含む動作条件に対応する前記制御電流量として学習記憶することを特徴とすることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5,
When using the current amount control, a value smaller by a predetermined amount than the control current amount at the time when it is stopped to alternately repeat the relatively large change rate state and the relatively small change rate state. A fuel cell system characterized by learning and storing the amount of control current corresponding to an operating condition including the required load power.
請求項ないし請求項のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記電力負荷の変化率に応じて、前記燃料量制御と、前記電流量制御と、を切り換えることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
A fuel cell system, wherein the fuel amount control and the current amount control are switched in accordance with a rate of change of the power load.
請求項記載の燃料電池システムであって、
前記電力負荷の変化率が所定値以上の場合には前記燃料量制御とし、前記電力負荷の変化率が所定値以下の場合には前記電流量制御とすることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 8 , wherein
The fuel cell system is characterized in that the fuel amount control is performed when the rate of change of the power load is equal to or greater than a predetermined value, and the current amount control is performed when the rate of change of the power load is equal to or less than a predetermined value.
請求項記載の燃料電池システムであって、
前記電流量制御の状態において、前記電力負荷の変化率が第1の値以上の場合には前記燃料制御に切り換え、
前記燃料量制御の状態において、前記電力負荷の変化率が前記第1の値よりも小さい第2の値である場合には前記電流制御の状態に切り換える
ことを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 8 , wherein
In the state of current amount control, when the rate of change of the power load is equal to or greater than a first value, switching to the fuel control,
In the fuel amount control state, when the rate of change of the electric power load is a second value smaller than the first value, the fuel cell system is switched to the current control state.
燃料電池を用い、電力負荷に応じた負荷電力を供給するための燃料電池システムの制御方法であって、
前記電力負荷が変化した場合において、前記燃料電池の出力電圧が前記要求負荷電力に応じて決定される限界出力電圧となるまで、前記燃料電池における燃料利用率の変化率の状態を、比較的大きい変化率の状態と比較的小さい変化率の状態とに交互に繰り返すことにより、前記燃料利用率を徐々に増加させるように制御し、
i)前記燃料電池へ供給する燃料量を変化させる燃料量制御と、
ii)前記燃料電池から出力される電流量に対応する前記電力出力部の動作を制御する制御電流量を変化させる電流量制御と、
の少なくとも一方を利用して、前記燃料利用率を変化させる
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
A control method of a fuel cell system for using a fuel cell to supply load power corresponding to an electric load,
When the power load changes , the fuel cell change rate state in the fuel cell is relatively large until the output voltage of the fuel cell reaches a limit output voltage determined according to the required load power. By alternately repeating a change rate state and a relatively small change rate state, the fuel utilization rate is controlled to gradually increase ,
i) Fuel amount control for changing the amount of fuel supplied to the fuel cell;
ii) current amount control for changing a control current amount for controlling the operation of the power output unit corresponding to the amount of current output from the fuel cell;
A fuel cell system control method , wherein the fuel utilization rate is changed using at least one of the above .
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