JP7035964B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.

従来、カソードオフガスを駆動源とする回生器を備えた燃料電池システムが知られている。例えば、特許文献１には、回生器として機能するタービンを備えた燃料電池システムが開示されている。 Conventionally, a fuel cell system equipped with a regenerative device using a cathode off gas as a drive source is known. For example, Patent Document 1 discloses a fuel cell system including a turbine that functions as a regenerative device.

特開２０１５－１７０４４０号公報JP-A-2015-170440

ところで、燃料電池システムは、その稼働状況によっては、少量のカソードオフガスしか得られない場合がある。少量のカソードオフガスしか得られない場合に、回生器にカソードオフガスを供給しても回生の効果を得られないことが想定される。特許文献１では、少量のカソードオフガスしか得られない状況における回生器の駆動については考慮されておらず、回生効率が低い状態で回生器を駆動せざるを得ない場合があった。 By the way, depending on the operating condition of the fuel cell system, only a small amount of cathode off gas may be obtained. When only a small amount of cathode off gas can be obtained, it is assumed that the effect of regeneration cannot be obtained even if the cathode off gas is supplied to the regenerator. In Patent Document 1, the driving of the regenerative device in a situation where only a small amount of cathode off gas can be obtained is not considered, and there is a case where the regenerative device must be driven in a state where the regenerative efficiency is low.

そこで、本明細書開示の燃料電池システムは、カソードオフガスのエネルギを効率よく利用し、燃料電池システムにおける回生効率を向上することを課題とする。 Therefore, it is an object of the fuel cell system disclosed in the present specification to efficiently utilize the energy of the cathode off gas and improve the regeneration efficiency in the fuel cell system.

本明細書に開示された燃料電池システムは、複数の燃料電池スタックを備えた燃料電池システムであって、前記複数の燃料電池スタック毎に設けられ、それぞれ圧縮器が配置された複数のカソードガス供給流路と、前記複数の燃料電池スタック毎に設けられ、それぞれ前記圧縮器と共通する駆動シャフト上に設けられた回生器が配置されると共に、前記回生器へのカソードオフガスの流入を停止する封止弁が設けられた複数のカソードオフガス流路と、前記複数のカソードオフガス流路を前記回生器の上流側で接続する連通流路と、前記連通流路に設けられ、前記連通流路におけるカソードオフガスの流通状態を切り替える切替弁と、前記複数の燃料電池スタックの少なくとも一つの燃料電池スタックから排出されるカソードオフガスの流量が予め定められた閾値よりも少ない場合に、前記切替弁を開弁すると共に、前記封止弁毎に開閉状態を制御して、少なくとも一つの前記回生器を停止させ、前記停止させた回生器以外の回生器へ前記複数の燃料電池スタックから排出されたカソードオフガスを供給する制御部と、を備える。 The fuel cell system disclosed in the present specification is a fuel cell system including a plurality of fuel cell stacks, and a plurality of cathode gas supplies provided for each of the plurality of fuel cell stacks and each having a compressor arranged therein. A regenerator provided in the flow path and each of the plurality of fuel cell stacks and provided on a drive shaft common to the compressor is arranged, and a seal for stopping the inflow of cathode off gas into the regenerator. A plurality of cathode off gas flow paths provided with a stop valve, a communication flow path connecting the plurality of cathode off gas flow paths on the upstream side of the regenerator, and a cathode provided in the communication flow path and in the communication flow path. The switching valve for switching the off-gas flow state and the switching valve are opened when the flow rate of the cathode off-gas discharged from at least one fuel cell stack of the plurality of fuel cell stacks is less than a predetermined threshold value. At the same time, the open / closed state of each of the sealing valves is controlled to stop at least one of the regenerators, and the cathode off gas discharged from the plurality of fuel cell stacks is supplied to the regenerators other than the stopped regenerators. A control unit and a control unit are provided.

本明細書開示の燃料電池システムによれば、カソードオフガスのエネルギを効率よく利用し、燃料電池システムにおける回生効率を向上することができる。 According to the fuel cell system disclosed in the present specification, the energy of the cathode off gas can be efficiently used to improve the regeneration efficiency in the fuel cell system.

図１は第１実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system of the first embodiment. 図２は第１回生器と第２回生器におけるカソードオフガス流量と回生効率の関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the cathode off gas flow rate and the regeneration efficiency in the first regenerative device and the second regenerative device. 図３は第１回生器（第２回生器）にカソードオフガスを集合させた場合の回生効率を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the regeneration efficiency when the cathode off gas is assembled in the first regenerative device (second regenerative device). 図４は第１実施形態の燃料電池システムの制御の一例を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing an example of control of the fuel cell system of the first embodiment. 図５はカソードオフガス流量の算出の一例を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing an example of calculation of the cathode off gas flow rate. 図６は第２実施形態の燃料電池システムの制御の一例を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing an example of control of the fuel cell system of the second embodiment. 図７は第３実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system of the third embodiment. 図８は第３実施形態の燃料電池システムの制御の一例を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing an example of control of the fuel cell system of the third embodiment. 図９は第３実施形態の燃料電池システムにおいて第１回生器にカソードオフガスを集合させた場合の回生効率を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the regeneration efficiency when the cathode off gas is assembled in the first regenerative device in the fuel cell system of the third embodiment.

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, in the drawings, the dimensions, ratios, etc. of each part may not be shown so as to completely match the actual ones. Also, depending on the drawing, details may be omitted.

（第１実施形態）
Ａ．燃料電池システムの全体構成
図１を参照すると、燃料電池システム１は、第１燃料電池系統１００、第２燃料電池系統２００及び制御部としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）２を備える。 (First Embodiment)
A. Overall Configuration of Fuel Cell System With reference to FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a first fuel cell system 100, a second fuel cell system 200, and an ECU (Electronic Control Unit) 2 as a control unit.

第１燃料電池系統１００は、第１燃料電池スタック１０１を備える。第１燃料電池スタック１０１は、燃料電池セルを積層して形成されている。各燃料電池セルは、膜状の電解質と、電解質の一側に形成されたアノード極と、電解質の他側に形成されたカソード極とを備えた膜電極接合体を有する。アノード極及びカソード極は一方ではＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータを介して、例えば、車両駆動用の電気モータに電気的に接続され、他方ではＤＣ／ＤＣコンバータを介して蓄電器に電気的に接続される。なお、図１において、膜電極接合体、ＤＣ／ＤＣコンバータ、インバータ及び蓄電池等の図示は省略されている。 The first fuel cell system 100 includes a first fuel cell stack 101. The first fuel cell stack 101 is formed by stacking fuel cell cells. Each fuel cell has a membrane electrode assembly with a membrane electrolyte, an anode electrode formed on one side of the electrolyte, and a cathode electrode formed on the other side of the electrolyte. The anode and cathode poles are electrically connected to, for example, an electric motor for driving a vehicle via a DC / DC converter and an inverter on the one hand, and electrically to a capacitor via a DC / DC converter on the other hand. .. In FIG. 1, the membrane electrode assembly, DC / DC converter, inverter, storage battery, etc. are not shown.

第１燃料電池スタック１０１内には、アノード極にアノードガスを供給するアノードガス流路１１０と、カソード極にカソードガスを供給するカソードガス流路１２０と、第１燃料電池スタック１０１内に冷却水を供給するための冷却水流路１３０が形成されている。また、第１燃料電池スタック１０１には、第１燃料電池スタック１０１の電流値Ｉを測定する電流計１４０が接続されている。 In the first fuel cell stack 101, an anode gas flow path 110 for supplying the anode gas to the anode electrode, a cathode gas flow path 120 for supplying the cathode gas to the cathode electrode, and cooling water in the first fuel cell stack 101. A cooling water flow path 130 for supplying fuel is formed. Further, an ammeter 140 for measuring the current value I of the first fuel cell stack 101 is connected to the first fuel cell stack 101.

アノードガス流路１１０の入口には、アノードガス供給流路１１１の一端が接続されている。アノードガス供給流路１１１の他端には、アノードガスである水素が貯留された水素タンク１１２が接続されている。アノードガス供給流路には、アノードガス流路１１０へ供給するアノードガス流量を調整するレギュレータ１１３が配置されている。アノードガス流路１１０の出口には、アノードガス流路１１０から排出されるアノードオフガスが流れるアノードオフガス流路１１４が接続されている。 One end of the anode gas supply flow path 111 is connected to the inlet of the anode gas flow path 110. A hydrogen tank 112 in which hydrogen, which is an anode gas, is stored is connected to the other end of the anode gas supply flow path 111. A regulator 113 for adjusting the flow rate of the anode gas supplied to the anode gas flow path 110 is arranged in the anode gas supply flow path. An anode off gas flow path 114 through which the anode off gas discharged from the anode gas flow path 110 flows is connected to the outlet of the anode gas flow path 110.

カソードガス流路１２０の入口には、カソードガス供給流路１２１の一端が接続されている。カソードガス供給流路１２１の他端は、大気開放されており、カソードガス流路１２０に大気を取り込む。カソードガス供給流路１２１には、第１圧縮器１２２ａが配置されている。第１圧縮器１２２ａは、駆動シャフト１２２ｃを介して第１モータ１２２ｂによって駆動され、カソードガスをカソードガス流路へ圧送する。カソードガス流路１２０の出口には、カソードガス流路１２０から排出されるカソードオフガスが流れるカソードオフガス流路１２４が接続されている。カソードオフガス流路１２４には、第１回生器１２２ｄが配置されている。第１回生器１２２ｄは、タービンであり、第１圧縮器１２２ａを駆動する駆動シャフト１２２ｃ上に設けられている。これにより、第１圧縮器１２２ａは、第１モータ１２２ｂと第１回生器１２２ｄの一方又は両方によって駆動される。第１回生器１２２ｄは、第１圧縮器１２２ａの回転を補助する補助動力となる。カソードオフガス流路１２４の第１回生器１２２ｄの下流側には、第１封止弁１２５が設けられている。第１封止弁１２５を閉弁することで、第１回生器１２２ｄへのカソードオフガスの流入を止め、第１回生器１２２ｄを停止することができる。第１回生器１２２ｄには、その回転数を計測する回転数計１２３が設けられている。 One end of the cathode gas supply flow path 121 is connected to the inlet of the cathode gas flow path 120. The other end of the cathode gas supply flow path 121 is open to the atmosphere, and the atmosphere is taken into the cathode gas flow path 120. A first compressor 122a is arranged in the cathode gas supply flow path 121. The first compressor 122a is driven by the first motor 122b via the drive shaft 122c and pumps the cathode gas to the cathode gas flow path. A cathode-off gas flow path 124 through which the cathode-off gas discharged from the cathode gas flow path 120 flows is connected to the outlet of the cathode gas flow path 120. The first generator 122d is arranged in the cathode off gas flow path 124. The first regenerative device 122d is a turbine and is provided on a drive shaft 122c that drives the first compressor 122a. As a result, the first compressor 122a is driven by one or both of the first motor 122b and the first generator 122d. The first generator 122d serves as an auxiliary power to assist the rotation of the first compressor 122a. A first sealing valve 125 is provided on the downstream side of the first generator 122d of the cathode off gas flow path 124. By closing the first sealing valve 125, the inflow of the cathode off gas into the first regenerative device 122d can be stopped, and the first regenerative device 122d can be stopped. The first generator 122d is provided with a rotation speed meter 123 for measuring the rotation speed.

冷却水流路１３０の入口には、冷却水供給流路１３１の一端が接続されている。冷却水供給流路１３１の他端は、第１冷却水チラー１３２に接続されている。冷却水流路１３０の出口には、冷却水排水流路１３３の一端が接続されている。冷却水排水流路１３３の他端は、第１冷却水チラー１３２に接続されている。冷却水は、冷却水流路１３０と第１冷却水チラー１３２との間を循環し、第１燃料電池スタック１０１を冷却する。 One end of the cooling water supply flow path 131 is connected to the inlet of the cooling water flow path 130. The other end of the cooling water supply flow path 131 is connected to the first cooling water chiller 132. One end of the cooling water drainage flow path 133 is connected to the outlet of the cooling water flow path 130. The other end of the cooling water drainage channel 133 is connected to the first cooling water chiller 132. The cooling water circulates between the cooling water flow path 130 and the first cooling water chiller 132 to cool the first fuel cell stack 101.

第２燃料電池系統２００は、第１燃料電池系統１００と同様の構成を有する。すなわち、第２燃料電池系統２００は、第２燃料電池スタック２０１、アノードガス流路２１０、アノードガス供給流路２１１、水素タンク２１２、レギュレータ２１３、アノードオフガス流路２１４を備える。また、第２燃料電池系統２００は、カソードガス流路２２０、カソードガス供給流路２２１、第２圧縮器２２２ａ、第２モータ２２２ｂ、駆動シャフト２２２ｃ、第２回生器２２２ｄ、回転数計２２３、カソードオフガス流路２２４、第２封止弁２２５を備える。さらに、第２燃料電池系統２００は、冷却水流路２３０、冷却水供給流路２３１、第２冷却水チラー２３２、冷却水排水流路２３３を備える。また、第２燃料電池スタック２０１には、第２燃料電池スタック２０１の電流値Ｉを測定する電流計２４０が接続されている。これらの構成要素は、第１燃料電池系統１００において対応する構成要素と共通するので、その詳細な説明は省略する。 The second fuel cell system 200 has the same configuration as the first fuel cell system 100. That is, the second fuel cell system 200 includes a second fuel cell stack 201, an anode gas flow path 210, an anode gas supply flow path 211, a hydrogen tank 212, a regulator 213, and an anode off-gas flow path 214. Further, the second fuel cell system 200 includes a cathode gas flow path 220, a cathode gas supply flow path 221, a second compressor 222a, a second motor 222b, a drive shaft 222c, a second generator 222d, a rotation meter 223, and a cathode. It is provided with an off-gas flow path 224 and a second sealing valve 225. Further, the second fuel cell system 200 includes a cooling water flow path 230, a cooling water supply flow path 231, a second cooling water chiller 232, and a cooling water drainage flow path 233. Further, an ammeter 240 for measuring the current value I of the second fuel cell stack 201 is connected to the second fuel cell stack 201. Since these components are common to the corresponding components in the first fuel cell system 100, detailed description thereof will be omitted.

このように、燃料電池システム１は、第１燃料電池系統１００と第２燃料電池系統２００を備えることで、複数の燃料電池スタック１０１，２０１、複数のカソードガス供給流路１２１，２２１、複数のカソードオフガス流路１２４，２２４を備える。燃料電池システム１は、第１燃料電池系統１００に属するカソードオフガス流路１２４と第２燃料電池系統２００に属するカソードオフガス流路２２４を接続する連通流路１０を備えている。連通流路１０は、カソードオフガス流路１２４の第１回生器１２２ｄの上流側と第２回生器２２２ｄの上流側とを接続している。連通流路１０には、連通流路１０におけるカソードオフガスの流通状態を切り替える切替弁１１が設けられている。切替弁１１が開弁されると、カソードオフガス流路１２４,２２４間でカソードオフガスの流通が可能となり、切替弁１１が閉弁されると、カソードオフガス流路１２４，２２４間でカソードオフガスの流通が遮断される。 As described above, by including the first fuel cell system 100 and the second fuel cell system 200, the fuel cell system 1 includes a plurality of fuel cell stacks 101, 201, a plurality of cathode gas supply channels 121, 221 and a plurality of. The cathode off gas flow path 124, 224 is provided. The fuel cell system 1 includes a communication flow path 10 connecting the cathode off gas flow path 124 belonging to the first fuel cell system 100 and the cathode off gas flow path 224 belonging to the second fuel cell system 200. The communication flow path 10 connects the upstream side of the first regenerative device 122d and the upstream side of the second regenerative device 222d of the cathode off gas flow path 124. The communication flow path 10 is provided with a switching valve 11 for switching the flow state of the cathode off gas in the communication flow path 10. When the switching valve 11 is opened, the cathode off gas can flow between the cathode off gas flow paths 124 and 224, and when the switching valve 11 is closed, the cathode off gas flows between the cathode off gas flow paths 124 and 224. Is blocked.

ＥＣＵ２は、ハードウェア構成として、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を有する演算回路と、プログラムメモリやデータメモリその他のＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等を有する記憶装置等からなるマイクロコンピュータを主に備える。ＥＣＵ４は、機能的に、出力制御部３、カソードガス消費量算出部４、カソードオフガス流量算出部５、回生器作動制御部６、第１圧縮器コントロール部７及び第２圧縮器コントロール部８を有している。 As a hardware configuration, the ECU 2 includes, for example, an arithmetic circuit having a CPU (Central Processing Unit) and a storage device having a program memory, a data memory, a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and the like. Mainly equipped with a microcomputer. The ECU 4 functionally includes an output control unit 3, a cathode gas consumption calculation unit 4, a cathode off gas flow rate calculation unit 5, a regenerative device operation control unit 6, a first compressor control unit 7, and a second compressor control unit 8. Have.

出力制御部３は、アクセル開度センサ９、レギュレータ１１３，２１３と電気的に接続されている。出力制御部３は、第１圧縮器コントロール部７を介して第１圧縮器１２２ａと電気的に接続され、また、第２圧縮器コントロール部８を介して第２圧縮器２２２ａと電気的に接続されている。出力制御部３は、アクセル開度センサ９の信号に基づいて、燃料電池スタック１０１，２０１に対する要求出力を算出する。そして、出力制御部３は、算出した要求出力に基づいて第１燃料電池スタック１０１及び第２燃料電池スタック２０１に必要なアノードガス供給量が得られるようにレギュレータ１１３，２１３に制御信号を出力する。出力制御部３は、また、第１圧縮器コントロール部７と第２圧縮器コントロール部８に対し、要求出力に基づき第１燃料電池スタック１０１及び第２燃料電池スタック２０１に必要なカソードガス供給量Ｆｉｎ１，２が得られるように制御信号を出力する。第１圧縮器コントロール部７は、第１燃料電池スタック１０１に必要なカソードガス供給量Ｆｉｎ１が得られるように第１モータ１２２ｂの回転数を制御する。同様に、第２圧縮器コントロール部８は、第２燃料電池スタック２０１に必要なカソードガス供給量Ｆｉｎ２が得られるように第２モータ２２２ｂの回転数を制御する。 The output control unit 3 is electrically connected to the accelerator opening sensor 9 and the regulators 113 and 213. The output control unit 3 is electrically connected to the first compressor 122a via the first compressor control unit 7, and is electrically connected to the second compressor 222a via the second compressor control unit 8. Has been done. The output control unit 3 calculates the required output for the fuel cell stacks 101 and 201 based on the signal of the accelerator opening sensor 9. Then, the output control unit 3 outputs a control signal to the regulators 113 and 213 so that the anode gas supply amount required for the first fuel cell stack 101 and the second fuel cell stack 201 can be obtained based on the calculated required output. .. The output control unit 3 also supplies the cathode gas required to the first fuel cell stack 101 and the second fuel cell stack 201 to the first compressor control unit 7 and the second compressor control unit 8 based on the required output. The control signal is output so that Fins 1 and 2 can be obtained. The first compressor control unit 7 controls the rotation speed of the first motor 122b so that the cathode gas supply amount Fin1 required for the first fuel cell stack 101 can be obtained. Similarly, the second compressor control unit 8 controls the rotation speed of the second motor 222b so that the cathode gas supply amount Fin2 required for the second fuel cell stack 201 can be obtained.

カソードガス消費量算出部４は、第１燃料電池スタック１０１におけるカソードガス消費量Ｆｃｏｎ１と、第２燃料電池スタック２０１におけるカソードガス消費量Ｆｃｏｎ２を算出する。カソードガス消費量Ｆｃｏｎ１は第１燃料電池スタック１０１における実際の電流値Ｉを用い、例えば、下記の式１によって算出される。
式１ Ｆｃｏｎ１＝（ｎ×Ｉ×２２．４×６０）／（４×９６５００×０．２１）
ここで、定数「ｎ」は、第１燃料電池スタック１０１が有する燃料電池セルの枚数、定数「２２．４」は、エア量（モル）を体積（リットル）に換算するための係数、定数「６０」は、分を秒に換算するための係数、定数「９６５００」はファラデー定数、定数「０．２１」は空気中の酸素含有率である。電流値Ｉは、電流計１４０によって測定された値が用いられる。カソードガス消費量Ｆｃｏｎ２も同様に算出することができる。 The cathode gas consumption calculation unit 4 calculates the cathode gas consumption Fcon 1 in the first fuel cell stack 101 and the cathode gas consumption Fcon 2 in the second fuel cell stack 201. The cathode gas consumption Fcon1 is calculated by, for example, the following equation 1 using the actual current value I in the first fuel cell stack 101.
Equation 1 Fcon1 = (n × I × 22.4 × 60) / (4 × 96500 × 0.21)
Here, the constant "n" is the number of fuel cell cells of the first fuel cell stack 101, and the constant "22.4" is a coefficient for converting the amount of air (mol) into a volume (liter), and the constant "22.4". "60" is a coefficient for converting minutes into seconds, the constant "96500" is the Faraday constant, and the constant "0.21" is the oxygen content in the air. As the current value I, the value measured by the ammeter 140 is used. The cathode gas consumption Fcon2 can be calculated in the same manner.

カソードオフガス流量算出部５は、第１燃料電池スタック１０１から排出されるカソードオフガス流量Ｆｏｆｆ１と、第２燃料電池スタック２０１から排出されるカソードオフガス流量Ｆｏｆｆ２を算出する。カソードオフガス流量Ｆｏｆｆ１は、第１燃料電池スタック１０１に供給されたカソードガス供給量Ｆｉｎ１から第１燃料電池スタック１０１におけるカソードガス消費量Ｆｃｏｎ１を差し引くことで算出される。カソードオフガス流量Ｆｏｆｆ２は、第２燃料電池スタック２０１に供給されたカソードガス供給量Ｆｉｎ２から第２燃料電池スタック２０１におけるカソードガス消費量Ｆｃｏｎ２を差し引くことで算出される。 The cathode off gas flow rate calculation unit 5 calculates the cathode off gas flow rate Foff1 discharged from the first fuel cell stack 101 and the cathode off gas flow rate Foff2 discharged from the second fuel cell stack 201. The cathode off gas flow rate Foff1 is calculated by subtracting the cathode gas consumption amount Fcon1 in the first fuel cell stack 101 from the cathode gas supply amount Fin1 supplied to the first fuel cell stack 101. The cathode off gas flow rate Foff2 is calculated by subtracting the cathode gas consumption amount Fcon2 in the second fuel cell stack 201 from the cathode gas supply amount Fin2 supplied to the second fuel cell stack 201.

回生器作動制御部６は、回転数計１２３，２２３、第１封止弁１２５、第２封止弁２２５及び切替弁１１と電気的に接続されている。回生器作動制御部６は、カソードオフガス流量算出部５によって算出されたカソードオフガス流量Ｆｏｆｆ１，Ｆｏｆｆ２に基づいて、第１回生器１２２ｄと第２回生器２２２ｄのいずれか一方を作動させるのか、両方を作動させるのかを判断する。そして、その判断結果に基づいて、第１封止弁１２５、第２封止弁２２５及び切替弁１１をどのような状態とするのかを決定する。回転数計１２３，２２３の計測結果は、作動させる回生器を選定する際に考慮される。これらの制御の詳しい内容については、後に説明する。 The regenerative device operation control unit 6 is electrically connected to the rotation speed meters 123, 223, the first sealing valve 125, the second sealing valve 225, and the switching valve 11. The regenerative device operation control unit 6 operates either the first regenerative device 122d or the second regenerative device 222d based on the cathode off gas flow rate Foff1 and Foff2 calculated by the cathode off gas flow rate calculation unit 5, or both. Determine if it works. Then, based on the determination result, it is determined what kind of state the first sealing valve 125, the second sealing valve 225, and the switching valve 11 will be in. The measurement results of the rotation speed meters 123 and 223 are taken into consideration when selecting the regenerative device to be operated. The details of these controls will be described later.

ここで、図２及び図３を参照して、第１回生器１２２ｄ及び第２回生器２２２ｄの特性について説明する。図２を参照すると、第１回生器１２２ｄは、カソードオフガス流量Ｆｏｆｆ１が増えるほど、回生効率が高くなる。すなわち、カソードオフガス流量Ｆｏｆｆ１が増えるほど、第１圧縮器１２２ａの補助動力としての効率が向上する。しかしながら、例えば、図２におけるＦｏｆｆ１ａのように、カソードオフガス流量Ｆｏｆｆ１が閾値Ｆｅｖｅｎよりも少ない場合、第１回生器１２２ｄの回生効率は、０％よりも低くなる。このため、第１回生器１２２ｄは、例えば、図２におけるＦｏｆｆ１ｂのように、カソードオフガス流量Ｆｏｆｆ１が閾値Ｆｅｖｅｎよりも多くなる領域で作動させることが望ましい。閾値Ｆｅｖｅｎは、第１回生器１２２ｄの回生効率がプラスとなる領域とマイナスとなる領域との分岐点となるカソードオフガス流量Ｆｏｆｆ１の値である。閾値Ｆｅｖｅｎは、回生器の仕様に基づいて定まる値である。 Here, the characteristics of the first regenerative device 122d and the second regenerative device 222d will be described with reference to FIGS. 2 and 3. Referring to FIG. 2, the regenerative efficiency of the first regenerative device 122d increases as the cathode off gas flow rate Foff1 increases. That is, as the cathode off gas flow rate Foff1 increases, the efficiency of the first compressor 122a as auxiliary power improves. However, when the cathode off gas flow rate Foff1 is smaller than the threshold value Faben, for example, as in Foff1a in FIG. 2, the regenerative efficiency of the first regenerative device 122d is lower than 0%. Therefore, it is desirable that the first regenerative device 122d be operated in a region where the cathode off gas flow rate Foff1 is larger than the threshold value Faben, for example, as in Foff1b in FIG. The threshold value is the value of the cathode off gas flow rate Foff1 which is a branch point between the region where the regeneration efficiency of the first regenerative device 122d is positive and the region where the regeneration efficiency is negative. The threshold value Feben is a value determined based on the specifications of the regenerative device.

なお、第２回生器２２２ｄは、第１回生器１２２ｄと同一物であり、同一の特性を有している。このため、例えば、図２におけるＦｏｆｆ２ａのように、カソードオフガス流量Ｆｏｆｆ２が閾値Ｆｅｖｅｎよりも少ない場合、第２回生器２２２ｄの回生効率は、０％よりも低くなる。このため、第２回生器２２２ｄは、例えば、図２におけるＦｏｆｆ２ｂのように、カソードオフガス流量Ｆｏｆｆ２が閾値Ｆｅｖｅｎよりも多くなる領域で作動させることが望ましい。 The second regenerative device 222d is the same as the first regenerative device 122d and has the same characteristics. Therefore, for example, when the cathode off gas flow rate Foff2 is smaller than the threshold value Faben as in Foff2a in FIG. 2, the regenerative efficiency of the second regenerator 222d is lower than 0%. Therefore, it is desirable that the second regenerative device 222d be operated in a region where the cathode off gas flow rate Foff2 is larger than the threshold value Feben, for example, as in Foff2b in FIG.

そこで、本実施形態の燃料電池システム１は、図３に示すように、カソードオフガス流量Ｆｏｆｆ１とカソードオフガス流量Ｆｏｆｆ２を合流させ、いずれか一方の回生器を駆動し、他方の回生器を停止させる。例えば、燃料電池システム１は、カソードオフガス流量Ｆｏｆｆ１とカソードオフガス流量Ｆｏｆｆ２を合流させて第１回生器１２２ｄへ供給することで、第１回生器１２２ｄを駆動し、第２回生器２２２ｄを停止させる。これにより、第１回生器１２２ｄをカソードオフガス流量が閾値Ｆｅｖｅｎよりも多い領域で作動させることができ、回生効率を向上させることができる。なお、作動させる回生器は、第２回生器２２２ｄであってもよい。燃料電池システム１は、回生器の回生効率を高めるためにいずれの回生器を選択してもよいが、回生器のメンテナンス時期や交換時期を考慮して作動させる回生器を選定することが望ましい。作動させる回生器の選定については、後に説明する。 Therefore, in the fuel cell system 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 3, the cathode off gas flow rate Foff1 and the cathode off gas flow rate Foff2 are merged to drive one of the regenerative devices and stop the other regenerative device. For example, the fuel cell system 1 drives the first regenerative device 122d and stops the second regenerative device 222d by merging the cathode off gas flow rate Foff 1 and the cathode off gas flow rate Foff 2 and supplying the fuel cell system 1 to the first regenerative device 122d. As a result, the first regenerative device 122d can be operated in a region where the cathode off gas flow rate is larger than the threshold value Feben, and the regeneration efficiency can be improved. The regenerative device to be operated may be the second regenerative device 222d. For the fuel cell system 1, any regenerative device may be selected in order to increase the regenerative efficiency of the regenerative device, but it is desirable to select a regenerative device to be operated in consideration of the maintenance time and replacement time of the regenerative device. The selection of the regenerative device to be operated will be described later.

Ｂ．回生器作動制御
つぎに、図４及び図５を参照して、燃料電池システム１において行われる回生器作動制御の一例について説明する。回生器作動制御は、回生器作動制御部６によって行われる。図４を参照すると、回生器作動制御部６は、ステップＳ１において、第１燃料電池スタック１０１から排出されたカソードオフガス流量Ｆｏｆｆ１を取得する。カソードオフガス流量Ｆｏｆｆ１は、図５に示すフローチャートに基づいて算出される。ステップＳ２１では、カソードガス供給量Ｆｉｎ１が算出される。カソードガス供給量Ｆｉｎ１は、出力制御部３が算出した要求出力に基づいて算出される。ステップＳ２２では、カソードオフガス流量算出部５によってカソードガス消費量Ｆｃｏｎ１が算出される。カソードガス消費量Ｆｃｏｎ１は、例えば、上述の式１によって算出される。ステップＳ２３では、カソードオフガス流量算出部５によってカソードオフガス流量Ｆｏｆｆ１が算出される。カソードオフガス流量Ｆｏｆｆ１は、カソードガス供給量Ｆｉｎ１からカソードガス消費量Ｆｃｏｎ１を差し引くことで算出される。回生器作動制御部６は、算出されたカソードオフガス流量Ｆｏｆｆ１を取得する。 B. Regenerative device operation control Next, an example of the regenerative device operation control performed in the fuel cell system 1 will be described with reference to FIGS. 4 and 5. The regenerative device operation control is performed by the regenerative device operation control unit 6. Referring to FIG. 4, the regenerative device operation control unit 6 acquires the cathode off gas flow rate Foff1 discharged from the first fuel cell stack 101 in step S1. The cathode off gas flow rate Foff1 is calculated based on the flowchart shown in FIG. In step S21, the cathode gas supply amount Fin1 is calculated. The cathode gas supply amount Fin1 is calculated based on the required output calculated by the output control unit 3. In step S22, the cathode gas consumption amount Fcon1 is calculated by the cathode off gas flow rate calculation unit 5. The cathode gas consumption Fcon1 is calculated by, for example, the above equation 1. In step S23, the cathode off gas flow rate Foff1 is calculated by the cathode off gas flow rate calculation unit 5. The cathode off gas flow rate Foff1 is calculated by subtracting the cathode gas consumption amount Fcon1 from the cathode gas supply amount Fin1. The regenerative device operation control unit 6 acquires the calculated cathode off gas flow rate Foff1.

再び図４に戻って、ステップＳ２では、回生器作動制御部６は、ステップＳ１で取得したカソードオフガス流量Ｆｏｆｆ１が予め定められた閾値Ｆｅｖｅｎよりも少ないか否かを判断する。ステップＳ２でＮＯと判断したときは、ステップＳ３へ進む。 Returning to FIG. 4 again, in step S2, the regenerative device operation control unit 6 determines whether or not the cathode off gas flow rate Foff1 acquired in step S1 is smaller than the predetermined threshold value Feben. If NO is determined in step S2, the process proceeds to step S3.

回生器作動制御部６は、ステップＳ３において、第２燃料電池スタック２０１から排出されたカソードオフガス流量Ｆｏｆｆ２を取得する。カソードオフガス流量Ｆｏｆｆ２は、ステップＳ１におけるカソードオフガス流量Ｆｏｆｆ１と同様に取得される。ステップＳ３に引き続いて行われるステップＳ４では、回生器作動制御部６は、ステップＳ３で取得したカソードオフガス流量Ｆｏｆｆ２が予め定められた閾値Ｆｅｖｅｎよりも少ないか否かを判断する。 In step S3, the regenerative device operation control unit 6 acquires the cathode off gas flow rate Foff2 discharged from the second fuel cell stack 201. The cathode off gas flow rate Foff2 is acquired in the same manner as the cathode off gas flow rate Foff1 in step S1. In step S4, which is performed following step S3, the regenerative device operation control unit 6 determines whether or not the cathode off gas flow rate Foff2 acquired in step S3 is smaller than the predetermined threshold value Feben.

回生器作動制御部６は、ステップＳ４でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ５を実行する。なお、回生器作動制御部６は、ステップＳ２でＹＥＳと判定した場合にもステップＳ５を実行する。すなわち、第１燃料電池スタック１０１のカソードオフガス流量Ｆｏｆｆ１と第２燃料電池スタック２０１のカソードオフガス流量Ｆｏｆｆ２の少なくともいずれか一方が閾値Ｆｅｖｅｎよりも少ない場合には、ステップＳ５を実行する。 When the regenerative device operation control unit 6 determines YES in step S4, the regenerative device operation control unit 6 executes step S5. The regenerative device operation control unit 6 also executes step S5 when it is determined to be YES in step S2. That is, when at least one of the cathode off gas flow rate Foff1 of the first fuel cell stack 101 and the cathode off gas flow rate Foff2 of the second fuel cell stack 201 is less than the threshold value Feben, step S5 is executed.

ステップＳ５では、回生器作動制御部６は、カソードオフガス流量Ｆｏｆｆ１とカソードオフガス流量Ｆｏｆｆ２とを合算した値が閾値Ｆｅｖｅｎ以上であるか否かを判断する。ステップＳ５でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ６へ進む。ステップＳ６では、回生器作動制御部６は、切替弁１１を開弁する。これにより、連通流路１０を通じて第１燃料電池系統１００のカソードオフガス流路１２４と第２燃料電池系統２００のカソードオフガス流路２２４とが連通状態とされる。 In step S5, the regenerative device operation control unit 6 determines whether or not the total value of the cathode off gas flow rate Foff1 and the cathode off gas flow rate Foff2 is equal to or greater than the threshold value Feben. If YES is determined in step S5, the process proceeds to step S6. In step S6, the regenerative device operation control unit 6 opens the switching valve 11. As a result, the cathode off gas flow path 124 of the first fuel cell system 100 and the cathode off gas flow path 224 of the second fuel cell system 200 are brought into a communication state through the communication flow path 10.

ステップＳ６に引き続いて行われるステップＳ７では、回生器作動制御部６は、第１回生器１２２ｄの総回転数であるＮｔｕｒｂ１が、第２回生器２２２ｄの総回転数であるＮｔｕｒｂ２よりも多いか否かを判断する。ここで総回転数とは、第１回生器１２２ｄや第２回生器２２２ｄが新品の状態やオーバーホールされた状態からの積算された回転数である。積算された回転数は、回転数計１２３，２２３によって計測されている。ステップＳ７でＮｔｕｒｂ１とＮｔｕｒｂ２を比較しているのは、作動させる回生器を選定するためである。その際、使用頻度が低い回生器を選定し、使用頻度が低い回生器を優先的に稼働させることで第１回生器１２２ｄと第２回生器２２２ｄの使用頻度を近づけることができる。第１回生器１２２ｄと第２回生器２２２ｄの使用頻度を近づけ、平準化することで、第１回生器１２２ｄと第２回生器２２２ｄのメンテナンス時期や交換時期を一致させることができる。 In step S7, which is performed following step S6, the regenerative device operation control unit 6 determines whether or not Nturb1 which is the total rotation speed of the first regenerative device 122d is higher than Nturb2 which is the total rotation speed of the second regenerative device 222d. Judge. Here, the total rotation speed is the integrated rotation speed from the state where the first regenerative device 122d and the second regenerative device 222d are new or overhauled. The integrated rotation speed is measured by the rotation speed meters 123 and 223. The reason why Nturb1 and Nturb2 are compared in step S7 is to select a regenerative device to be operated. At that time, by selecting a regenerative device with a low frequency of use and preferentially operating the regenerative device with a low frequency of use, the frequency of use of the first regenerative device 122d and the second regenerative device 222d can be brought close to each other. By bringing the frequency of use of the 1st regenerative device 122d and the 2nd regenerative device 222d close to each other and leveling them, the maintenance time and the replacement time of the 1st regenerative device 122d and the 2nd regenerative device 222d can be matched.

回生器作動制御部６は、ステップＳ７でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ８へ進み、第１封止弁１２５を閉弁する。ステップＳ７でＹＥＳと判断したときは、第１回生器１２２ｄの使用頻度が高い場合であるので、第１回生器１２２ｄを停止させるために第１封止弁１２５を閉弁する。これにより、第１燃料電池スタック１０１から排出されたカソードオフガス流量が連通流路１０を通じて第２回生器２２２ｄへ流れ込む。この結果、第２回生器２２２ｄは、図３で示すように閾値Ｆｅｖｅｎよりも多いＦｏｆｆ１＋Ｆｏｆｆ２で駆動され、回生効率が向上する。また、この際、使用頻度が高い第１回生器１２２ｄを停止させた状態で第２回生器２２２ｄを作動させるため、両者の使用頻度を平準化することができる。 When the regenerative device operation control unit 6 determines YES in step S7, the regenerative device operation control unit 6 proceeds to step S8 and closes the first sealing valve 125. If YES is determined in step S7, the frequency of use of the first regenerative device 122d is high, so the first sealing valve 125 is closed in order to stop the first regenerative device 122d. As a result, the flow rate of the cathode off gas discharged from the first fuel cell stack 101 flows into the second generator 222d through the communication flow path 10. As a result, the second regenerative device 222d is driven by Foff1 + Foff2, which is larger than the threshold value Feben, as shown in FIG. 3, and the regenerative efficiency is improved. Further, at this time, since the second regenerative device 222d is operated with the first regenerative device 122d, which is frequently used, stopped, the frequency of use of both can be equalized.

回生器作動制御部６は、ステップＳ８に引き続いて行われるステップＳ９において、それまでのＮｔｕｒｂ２の値に今回の回生器作動制御によって駆動された第２回生器２２２ｄの回転数を加算し、加算された値を新たなＮｔｕｒｂ２として記録を更新する。ステップＳ９の後、一連の処理は、リターンとなり、ステップＳ１からの処理を繰り返す。 In step S9, which is performed following step S8, the regenerative device operation control unit 6 adds the rotation speed of the second regenerative device 222d driven by the current regenerative device operation control to the value of Nturb2 up to that point, and is added. The new value is set as a new Nturb2 and the record is updated. After step S9, the series of processes becomes a return, and the processes from step S1 are repeated.

一方、回生器作動制御部６は、ステップＳ７でＮＯと判断したときは、ステップＳ１０へ進み、第２封止弁２２５を閉弁する。ステップＳ７でＮＯと判断したときは、第２回生器２２２ｄの使用頻度が高い場合であるので、第２回生器２２２ｄを停止させるために第２封止弁２２５を閉弁する。これにより、第２燃料電池スタック２０１から排出されたカソードオフガス流量が連通流路１０を通じて第１回生器１２２ｄへ流れ込む。この結果、第１回生器１２２ｄは、図３で示すように閾値Ｆｅｖｅｎよりも多いＦｏｆｆ１＋Ｆｏｆｆ２で駆動され、回生効率が向上する。また、第２回生器２２２ｄを停止させた状態で第１回生器１２２ｄを作動させるため、両者の使用頻度を平準化することができる。 On the other hand, when the regenerative device operation control unit 6 determines NO in step S7, it proceeds to step S10 and closes the second sealing valve 225. When NO is determined in step S7, the second regenerative device 222d is used frequently, so the second sealing valve 225 is closed in order to stop the second regenerative device 222d. As a result, the flow rate of the cathode off gas discharged from the second fuel cell stack 201 flows into the first generator 122d through the communication flow path 10. As a result, as shown in FIG. 3, the first regenerative device 122d is driven by Foff1 + Foff2, which is larger than the threshold value Feben, and the regenerative efficiency is improved. Further, since the first regenerative device 122d is operated with the second regenerative device 222d stopped, the frequency of use of both can be equalized.

回生器作動制御部６は、ステップＳ１０に引き続いて行われるステップＳ１１において、それまでのＮｔｕｒｂ１の値に今回の回生器作動制御によって駆動された第１回生器１２２ｄの回転数を加算し、加算された値を新たなＮｔｕｒｂ１として記録を更新する。ステップＳ１１の後、一連の処理は、リターンとなり、ステップＳ１からの処理を繰り返す。 In step S11, which is performed following step S10, the regenerative device operation control unit 6 adds the rotation speed of the first regenerative device 122d driven by the current regenerative device operation control to the value of Nturb1 up to that point, and is added. The new value is set as a new Nturb1 and the record is updated. After step S11, the series of processes becomes a return, and the processes from step S1 are repeated.

つぎに、回生器作動制御部６がステップＳ４でＮＯと判断し、ステップＳ１２へ進んだ場合について説明する。ステップＳ４でＮＯと判断された場合は、カソードオフガス流量Ｆｏｆｆ１とカソードオフガス流量Ｆｏｆｆ２のいずれもが閾値Ｆｅｖｅｎよりも多い場合である。この場合、第１回生器１２２ｄはＦｏｆｆ１のみによる駆動であっても、回生効率が０％よりも高い側で作動することができ、同様に、第２回生器２２２ｄはＦｏｆｆ２のみによる駆動であっても、回生効率が０％よりも高い側で作動することができる。このため、回生器作動制御部６は、ステップＳ１２において、切替弁１１を閉弁し、第１封止弁１２５と第２封止弁２２５をそれぞれ開弁する。これにより、第１回生器１２２ｄと第２回生器２２２ｄがそれぞれ作動する。 Next, a case where the regenerative device operation control unit 6 determines NO in step S4 and proceeds to step S12 will be described. When NO is determined in step S4, both the cathode off gas flow rate Foff1 and the cathode off gas flow rate Foff2 are larger than the threshold value Feben. In this case, even if the first regenerative device 122d is driven only by Foff 1, the regenerative device 122d can be operated on the side where the regenerative efficiency is higher than 0%. Similarly, the second regenerative device 222d is driven only by Foff 2. However, it can operate on the side where the regeneration efficiency is higher than 0%. Therefore, in step S12, the regenerative device operation control unit 6 closes the switching valve 11 and opens the first sealing valve 125 and the second sealing valve 225, respectively. As a result, the first regenerative device 122d and the second regenerative device 222d operate, respectively.

回生器作動制御部６は、ステップＳ１２に引き続いて行われるステップＳ１３において、それまでのＮｔｕｒｂ１の値に今回の回生器作動制御によって駆動された第１回生器１２２ｄの回転数を加算し、加算された値を新たなＮｔｕｒｂ１として記録を更新する。また、回生器作動制御部６は、それまでのＮｔｕｒｂ２の値に今回の回生器作動制御によって駆動された第２回生器２２２ｄの回転数を加算し、加算された値を新たなＮｔｕｒｂ２として記録を更新する。ステップＳ１３の後、一連の処理は、リターンとなり、ステップＳ１からの処理を繰り返す。 In step S13, which is performed following step S12, the regenerative device operation control unit 6 adds the rotation speed of the first regenerative device 122d driven by the current regenerative device operation control to the value of Nturb1 up to that point, and is added. The new value is set as a new Nturb1 and the record is updated. Further, the regenerative device operation control unit 6 adds the rotation speed of the second regenerative device 222d driven by the current regenerative device operation control to the value of the previous Nturb2, and records the added value as a new Nturb2. Update. After step S13, the series of processes becomes a return, and the processes from step S1 are repeated.

このように、本実施形態の燃料電池システム１は、第１燃料電池スタック１０１から排出されたカソードオフガス流量と第２燃料電池スタック２０１から排出されたカソードオフガス流量を合算して用いることができる。この結果、カソードオフガスのエネルギを効率よく利用し、燃料電池システム１における回生効率を向上することができる。 As described above, the fuel cell system 1 of the present embodiment can be used by adding up the cathode off gas flow rate discharged from the first fuel cell stack 101 and the cathode off gas flow rate discharged from the second fuel cell stack 201. As a result, the energy of the cathode off gas can be efficiently used, and the regeneration efficiency in the fuel cell system 1 can be improved.

なお、本実施形態では、回生器作動制御部６は、ステップＳ５でＮＯと判断した場合、すなわち、Ｆｏｆｆ１とＦｏｆｆ２を合算してもＦｅｖｅｎをよりも少ない場合にもステップＳ１２及びステップＳ１３を行う。ステップＳ５を経由してステップＳ１２を行う場合、第１回生器１２２ｄと第２回生器２２２ｄは、いずれも閾値Ｆｅｖｅｎよりも少ないカソードオフガス流量で駆動される。このように、ステップＳ５でＮＯと判断される場合には、第１回生器１２２ｄと第２回生器２２２ｄの双方が依然として少ないカソードオフガス流量で駆動された状態となっている。このような状態を改善する態様については、以下の第２実施形態において説明する。 In this embodiment, the regenerative device operation control unit 6 performs steps S12 and S13 even when it is determined to be NO in step S5, that is, when Foff1 and Foff2 are added together and the number of Feben is smaller than that of Feven. When step S12 is performed via step S5, both the first regenerative device 122d and the second regenerative device 222d are driven with a cathode off gas flow rate smaller than the threshold value Feben. As described above, when NO is determined in step S5, both the first regenerative device 122d and the second regenerative device 222d are still driven with a small cathode off gas flow rate. A mode for improving such a state will be described in the second embodiment below.

（第２実施形態）
つぎに、図６を参照しつつ、第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態の燃料電池システム１とハード構成は共通しており、回生器作動制御の一部が異なっている。 (Second Embodiment)
Next, the second embodiment will be described with reference to FIG. The second embodiment has the same hardware configuration as the fuel cell system 1 of the first embodiment, and a part of the regenerative device operation control is different.

図６に示したフローチャートを図４に示したフローチャートと比較すると、図６に示したフローチャートでは、ステップＳ５が削除され、制御が簡略化されている。ステップＳ５の削除により、第２実施形態では、ステップＳ２又はステップＳ４でＹＥＳと判断された場合には、Ｆｏｆｆ１＋Ｆｏｆｆ２が閾値Ｆｅｖｅｎよりも多いか少ないかに拘わらず、ステップＳ６～ステップＳ１１が行われる。 Comparing the flowchart shown in FIG. 6 with the flowchart shown in FIG. 6, step S5 is deleted and the control is simplified in the flowchart shown in FIG. By deleting step S5, in the second embodiment, if it is determined to be YES in step S2 or step S4, steps S6 to S11 are performed regardless of whether Foff1 + Foff2 is more or less than the threshold value Feben.

このため、第１実施形態のステップＳ５において、回生器作動制御部６がＮＯと判断したときのように、Ｆｏｆｆ１＋Ｆｏｆｆ２が閾値Ｆｅｖｅｎよりも少ない場合も想定されるが、この場合であっても、選定された一つの回生器を駆動するカソードオフガス流量は増える。この結果、選定された一つの回生器をより回生効率が高い領域で作動させることができるようになる。 Therefore, it is assumed that Foff1 + Foff2 is less than the threshold value Feben, as in the case where the regenerative device operation control unit 6 determines NO in step S5 of the first embodiment, but even in this case, the selection is made. The cathode off gas flow rate that drives one regenerative device is increased. As a result, one selected regenerative device can be operated in a region where the regenerative efficiency is higher.

（第３実施形態）
つぎに、図７から図９を参照して、第３実施形態の燃料電池システム５１について説明する。第３実施形態の燃料電池システム５１は、第１実施形態の燃料電池システム１の構成に加えて、第３燃料電池系統３００を備えている。第３燃料電池系統３００は、第１燃料電池系統１００や第２燃料電池系統２００と同様の構成を有する。すなわち、第３燃料電池系統３００は、第３燃料電池スタック３０１、アノードガス流路３１０、アノードガス供給流路３１１、水素タンク３１２、レギュレータ３１３、アノードオフガス流路３１４を備える。また、第３燃料電池系統３００は、カソードガス流路３２０、カソードガス供給流路３２１、第３圧縮器３２２ａ、第３モータ３２２ｂ、駆動シャフト３２２ｃ、第３回生器３２２ｄ、回転数計３２３、カソードオフガス流路３２４、第３封止弁３２５を備える。さらに、第３燃料電池系統３００は、冷却水流路３３０、冷却水供給流路３３１、第３冷却水チラー３３２、冷却水排水流路３３３を備える。また、第３燃料電池スタック３０１には、第３燃料電池スタック３０１の電流値Ｉを測定する電流計３４０が接続されている。また、これに伴って、ＥＣＵ２内に第３圧縮器コントロール部５２が設けられている。これらの構成要素は、第１燃料電池系統１００、第２燃料電池系統２００において対応する構成要素と共通するので、その詳細な説明は省略する。 (Third Embodiment)
Next, the fuel cell system 51 of the third embodiment will be described with reference to FIGS. 7 to 9. The fuel cell system 51 of the third embodiment includes a third fuel cell system 300 in addition to the configuration of the fuel cell system 1 of the first embodiment. The third fuel cell system 300 has the same configuration as the first fuel cell system 100 and the second fuel cell system 200. That is, the third fuel cell system 300 includes a third fuel cell stack 301, an anode gas flow path 310, an anode gas supply flow path 311, a hydrogen tank 312, a regulator 313, and an anode off gas flow path 314. Further, the third fuel cell system 300 includes a cathode gas flow path 320, a cathode gas supply flow path 321, a third compressor 322a, a third motor 322b, a drive shaft 322c, a third generator 322d, a rotation meter 323, and a cathode. It is provided with an off-gas flow path 324 and a third sealing valve 325. Further, the third fuel cell system 300 includes a cooling water flow path 330, a cooling water supply flow path 331, a third cooling water chiller 332, and a cooling water drainage flow path 333. Further, an ammeter 340 for measuring the current value I of the third fuel cell stack 301 is connected to the third fuel cell stack 301. Along with this, a third compressor control unit 52 is provided in the ECU 2. Since these components are common to the corresponding components in the first fuel cell system 100 and the second fuel cell system 200, detailed description thereof will be omitted.

燃料電池システム５１は、燃料電池システム１と同様に連通流路１０を備える。但し、燃料電池システム５１の連通流路１０は、第１燃料電池系統１００のカソードオフガス流路１２４、第２燃料電池系統２００のカソードオフガス流路２２４、第３燃料電池系統３００のカソードオフガス流路３２４を接続している。連通流路１０には、カソードオフガス流路１２４とカソードオフガス流路２２４との間に切替弁１１が設けられ、カソードオフガス流路２２４とカソードオフガス流路３２４との間に切替弁５３が設けられている。切替弁５３は、切替弁１１と同様に回生器作動制御部６に電気的に接続されている。 The fuel cell system 51 includes a communication flow path 10 like the fuel cell system 1. However, the communication flow path 10 of the fuel cell system 51 is the cathode off gas flow path 124 of the first fuel cell system 100, the cathode off gas flow path 224 of the second fuel cell system 200, and the cathode off gas flow path of the third fuel cell system 300. 324 is connected. The communication flow path 10 is provided with a switching valve 11 between the cathode off gas flow path 124 and the cathode off gas flow path 224, and a switching valve 53 is provided between the cathode off gas flow path 224 and the cathode off gas flow path 324. ing. The switching valve 53 is electrically connected to the regenerative device operation control unit 6 like the switching valve 11.

図８を参照すると、ステップＳ１からステップＳ４は、第１実施形態と共通するので詳細な説明は省略する。回生器作動制御部６は、ステップＳ４でＮＯと判断したとき、ステップＳ３１へ進む。 With reference to FIG. 8, since steps S1 to S4 are common to the first embodiment, detailed description thereof will be omitted. When the regenerative device operation control unit 6 determines NO in step S4, the regenerative device operation control unit 6 proceeds to step S31.

回生器作動制御部６は、ステップＳ３１において、第３燃料電池スタック３０１から排出されたカソードオフガス流量Ｆｏｆｆ３を取得する。カソードオフガス流量Ｆｏｆｆ３は、ステップＳ１におけるカソードオフガス流量Ｆｏｆｆ１と同様に取得される。ステップＳ３１に引き続いて行われるステップＳ３２では、回生器作動制御部６は、ステップＳ３１で取得したカソードオフガス流量Ｆｏｆｆ３が予め定められた閾値Ｆｅｖｅｎよりも少ないか否かを判断する。 In step S31, the regenerative device operation control unit 6 acquires the cathode off gas flow rate Foff3 discharged from the third fuel cell stack 301. The cathode off gas flow rate Foff3 is acquired in the same manner as the cathode off gas flow rate Foff1 in step S1. In step S32, which is performed following step S31, the regenerative device operation control unit 6 determines whether or not the cathode off gas flow rate Foff3 acquired in step S31 is smaller than the predetermined threshold value Feben.

回生器作動制御部６は、ステップＳ３２でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ３３を実行する。なお、回生器作動制御部６は、ステップＳ２やステップＳ４でＹＥＳと判定した場合にもステップＳ３３を実行する。すなわち、カソードオフガス流量Ｆｏｆｆ１、カソードオフガス流量Ｆｏｆｆ２及びカソードオフガス流量Ｆｏｆｆ３の少なくともいずれか一つが閾値Ｆｅｖｅｎよりも少ない場合には、ステップＳ３３を実行する。 When the regenerative device operation control unit 6 determines YES in step S32, the regenerative device operation control unit 6 executes step S33. The regenerative device operation control unit 6 also executes step S33 when it is determined to be YES in step S2 or step S4. That is, when at least one of the cathode off gas flow rate Foff1, the cathode off gas flow rate Foff2, and the cathode off gas flow rate Foff3 is less than the threshold value Feben, step S33 is executed.

ステップＳ３３では、回生器作動制御部６は、Ｆｏｆｆ１、Ｆｏｆｆ２、Ｆｏｆｆ３を合算した値が閾値Ｆｅｖｅｎ以上であるか否かを判断する。ステップＳ３３でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ３４へ進む。ステップＳ３４では、回生器作動制御部６は、切替弁１１及び切替弁５３を開弁する。これにより、連通流路１０を通じて第１燃料電池系統１００のカソードオフガス流路１２４と、第２燃料電池系統２００のカソードオフガス流路２２４と、第３燃料電池系統３００のカソードオフガス流路３２４が連通状態とされる。 In step S33, the regenerative device operation control unit 6 determines whether or not the total value of Foff1, Foff2, and Foff3 is equal to or greater than the threshold value Feben. If YES is determined in step S33, the process proceeds to step S34. In step S34, the regenerative device operation control unit 6 opens the switching valve 11 and the switching valve 53. As a result, the cathode off gas flow path 124 of the first fuel cell system 100, the cathode off gas flow path 224 of the second fuel cell system 200, and the cathode off gas flow path 324 of the third fuel cell system 300 are communicated through the communication flow path 10. It is considered to be in a state.

回生器作動制御部６は、ステップＳ３４に引き続いて行われるステップＳ３５を行う。ステップＳ３５では、回生器作動制御部６は、第１回生器１２２ｄの総回転数であるＮｔｕｒｂ１、第２回生器２２２ｄの総回転数であるＮｔｕｒｂ２、第３回生器３２２ｄの総回転数であるＮｔｕｒｂ３の大小関係を判定する。これにより、総回転数が最も少ない回生器を選定する。なお、Ｎｔｕｒｂ３は、Ｎｔｕｒｂ１やＮｔｕｒｂ２と同様に、第３回生器３２２ｄの総回転数であり、第３回生器３２２ｄが新品の状態やオーバーホールされた状態からの積算された回転数である。積算される回転数は、回転数計３２３によって計測されている。このように使用頻度が低い圧縮器を選定し、使用頻度が低い圧縮器を優先的に稼働させることで３つの圧縮器の使用頻度を近づけることができる。 The regenerative device operation control unit 6 performs step S35 which is performed following step S34. In step S35, the regenerative device operation control unit 6 includes Nturb1, which is the total rotation speed of the first regenerative device 122d, Nturb2, which is the total rotation speed of the second regenerative device 222d, and Nturb3, which is the total rotation speed of the third regenerative device 322d. Judge the magnitude relationship of. As a result, the regenerative device with the lowest total number of revolutions is selected. Note that Nturb3 is the total number of rotations of the third regenerative device 322d, like Nturb1 and Nturb2, and is the total number of rotations of the third regenerative device 322d from a new state or an overhauled state. The integrated rotation speed is measured by the rotation speed meter 323. By selecting a compressor with a low frequency of use and preferentially operating the compressor with a low frequency of use in this way, the frequency of use of the three compressors can be brought close to each other.

燃料電池システム５１は、回生器の回生効率を高めるためにいずれの回生器を選択してもよい。しかしながら、好ましくは、このように３つの圧縮器の使用頻度を近づけ、平準化することで、第１圧縮器１２２ａ、第２圧縮器２２２ａ及び第３圧縮器３２２ａのメンテナンス時期や交換時期を一致させることが望ましい。 For the fuel cell system 51, any regenerative device may be selected in order to increase the regenerative efficiency of the regenerative device. However, preferably, the frequency of use of the three compressors is brought close to each other and leveled, so that the maintenance time and the replacement time of the first compressor 122a, the second compressor 222a and the third compressor 322a are matched. Is desirable.

回生器作動制御部６は、ステップＳ３５に引き続いて行うステップＳ３６において、選定された回生器が属する系統以外の系統に属する封止弁を閉弁する。例えば、ステップＳ３５で第１回生器１２２ｄが選定された場合、第１封止弁１２５は開弁され、第２燃料電池系統２００に属する第２封止弁２２５と第３燃料電池系統３００に属する第３封止弁３２５が閉弁される。選定された回生器に第１燃料電池スタック１０１、第２燃料電池スタック２０１及び第３燃料電池スタック３０１から排出されたカソードオフガス流量が流れ込む。この結果、選定された回生器は、図９で示すように閾値Ｆｅｖｅｎよりも多いＦｏｆｆ１＋Ｆｏｆｆ２＋Ｆｏｆｆ３で駆動され、回生効率が向上する。 The regenerative device operation control unit 6 closes the sealing valve belonging to a system other than the system to which the selected regenerative device belongs in step S36 following step S35. For example, when the first generator 122d is selected in step S35, the first sealing valve 125 is opened and belongs to the second sealing valve 225 belonging to the second fuel cell system 200 and the third fuel cell system 300. The third sealing valve 325 is closed. The cathode off gas flow rate discharged from the first fuel cell stack 101, the second fuel cell stack 201, and the third fuel cell stack 301 flows into the selected regenerator. As a result, the selected regenerative device is driven by Foff1 + Foff2 + Foff3, which is larger than the threshold value Feben as shown in FIG. 9, and the regenerative efficiency is improved.

回生器作動制御部６は、ステップＳ３６に引き続いて行われるステップＳ３７において、選択された回生器のそれまでのＮｔｕｒｂの値に今回の回生器作動制御によって駆動された回生器の回転数を加算し、加算された値を新たなＮｔｕｒｂとして記録を更新する。ステップＳ３７の後、一連の処理は、リターンとなり、ステップＳ１からの処理を繰り返す。 In step S37, which is performed following step S36, the regenerative device operation control unit 6 adds the rotation speed of the regenerative device driven by the current regenerative device operation control to the previous Nturbb value of the selected regenerative device. , The added value is set as a new Nturb and the record is updated. After step S37, the series of processes becomes a return, and the processes from step S1 are repeated.

つぎに、回生器作動制御部６がステップＳ３２でＮＯと判断し、ステップＳ３８へ進んだ場合について説明する。ステップＳ３２でＮＯと判断された場合は、カソードオフガス流量Ｆｏｆｆ１、カソードオフガス流量Ｆｏｆｆ２及びカソードオフガス流量Ｆｏｆｆ３のいずれもが閾値Ｆｅｖｅｎよりも多い場合である。この場合、第１回生器１２２ｄはＦｏｆｆ１のみによる駆動であっても、回生効率が０％よりも高い側で作動することができ、同様に、第２回生器２２２ｄはＦｏｆｆ２のみによる駆動であっても、回生効率が０％よりも高い側で作動することができる。また、第３回生器３２２ｄはＦｏｆｆ３のみによる駆動であっても、回生効率が０％よりも高い側で作動することができる。このため、回生器作動制御部６は、ステップＳ３８において、切替弁１１，５３を閉弁し、第１封止弁１２５、第２封止弁２２５及び第３封止弁３２５をそれぞれ開弁する。これにより、第１回生器１２２ｄ、第２回生器２２２ｄ及び第３回生器３２２ｄがそれぞれ作動する。 Next, a case where the regenerative device operation control unit 6 determines NO in step S32 and proceeds to step S38 will be described. When NO is determined in step S32, all of the cathode off gas flow rate Foff1, the cathode off gas flow rate Foff2, and the cathode off gas flow rate Foff3 are larger than the threshold value Feben. In this case, even if the first regenerative device 122d is driven only by Foff 1, the regenerative device 122d can be operated on the side where the regenerative efficiency is higher than 0%. Similarly, the second regenerative device 222d is driven only by Foff 2. However, it can operate on the side where the regeneration efficiency is higher than 0%. Further, the third regenerative device 322d can be operated on the side where the regenerative efficiency is higher than 0% even if it is driven only by Foff3. Therefore, in step S38, the regenerative device operation control unit 6 closes the switching valves 11 and 53, and opens the first sealing valve 125, the second sealing valve 225, and the third sealing valve 325, respectively. .. As a result, the first regenerative device 122d, the second regenerative device 222d, and the third regenerative device 322d operate, respectively.

回生器作動制御部６は、ステップＳ３８に引き続いて行われるステップＳ３９において、それまでのＮｔｕｒｂ１の値に今回の回生器作動制御によって駆動された第１回生器１２２ｄの回転数を加算し、加算された値を新たなＮｔｕｒｂ１として記録を更新する。また、回生器作動制御部６は、それまでのＮｔｕｒｂ２の値に今回の回生器作動制御によって駆動された第２回生器２２２ｄの回転数を加算し、加算された値を新たなＮｔｕｒｂ２として記録を更新する。さらに、回生器作動制御部６は、それまでのＮｔｕｒｂ３の値に今回の回生器作動制御によって駆動された第３回生器３２２ｄの回転数を加算し、加算された値を新たなＮｔｕｒｂ３として記録を更新する。ステップＳ３９の後、一連の処理は、リターンとなり、ステップＳ１からの処理を繰り返す。 In step S39, which is performed following step S38, the regenerative device operation control unit 6 adds the rotation speed of the first regenerative device 122d driven by the current regenerative device operation control to the value of Nturb1 up to that point, and is added. The new value is set as a new Nturb1 and the record is updated. Further, the regenerative device operation control unit 6 adds the rotation speed of the second regenerative device 222d driven by the current regenerative device operation control to the value of the previous Nturb2, and records the added value as a new Nturb2. Update. Further, the regenerative device operation control unit 6 adds the rotation speed of the third regenerative device 322d driven by the current regenerative device operation control to the value of the previous Nturb 3 and records the added value as a new Nturb 3. Update. After step S39, the series of processes becomes a return, and the processes from step S1 are repeated.

なお、３つの燃料電池系統を備えた場合であっても、第２実施形態のように、ステップＳ３３を削除し、制御を簡略化してもよい。 Even when the three fuel cell systems are provided, the step S33 may be deleted to simplify the control as in the second embodiment.

第３実施形態であっても、第１実施形態や第２実施形態と同様に、カソードオフガスのエネルギを効率よく利用し、燃料電池システム１における回生効率を向上することができる。 Even in the third embodiment, similarly to the first embodiment and the second embodiment, the energy of the cathode off gas can be efficiently used to improve the regeneration efficiency in the fuel cell system 1.

なお、このように、３つの燃料電池系統を備えた場合であっても、実施形態１や実施形態２と同様の制御を行うことができる。燃料電池系統の数は、これらに限定されず、４つ以上であってもよい。 As described above, even when the three fuel cell systems are provided, the same control as in the first and second embodiments can be performed. The number of fuel cell systems is not limited to these, and may be four or more.

上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。 The above-described embodiment is merely an example for carrying out the present invention, the present invention is not limited thereto, and various modifications of these examples are within the scope of the present invention, and further, the present invention. It is self-evident from the above description that various other embodiments are possible within the scope.

１、５１ 燃料電池システム
２ ＥＣＵ
３ 出力制御部
１０ 連通流路
１１ 切替弁
１０１ 第１燃料電池スタック
１２２ａ 第１圧縮器
１２２ｄ 第１回生器
１２４ カソードオフガス流路
１２５ 第１封止弁
２００ 第２燃料電池系統
２０１ 第２燃料電池スタック
２２２ａ 第２圧縮器
２２２ｄ 第２回生器
２２４ カソードオフガス流路
２２５ 第２封止弁
３００ 第３燃料電池系統
３０１ 第３燃料電池スタック
３２２ａ 第３圧縮器
３２２ｄ 第３回生器
３２４ カソードオフガス流路
３２５ 第３封止弁 1,51 Fuel cell system 2 ECU
3 Output control unit 10 Communication flow path 11 Switching valve 101 1st fuel cell stack 122a 1st compressor 122d 1st generator 124 Cathode off gas flow path 125 1st sealing valve 200 2nd fuel cell system 201 2nd fuel cell stack 222a 2nd compressor 222d 2nd generator 224 cathode off gas flow path 225 2nd sealing valve 300 3rd fuel cell system 301 3rd fuel cell stack 322a 3rd compressor 322d 3rd generator 324 cathode off gas flow path 325th 3 Seal valve

Claims (1)

複数の燃料電池スタックを備えた燃料電池システムであって、
前記複数の燃料電池スタック毎に設けられ、それぞれ圧縮器が配置された複数のカソードガス供給流路と、
前記複数の燃料電池スタック毎に設けられ、それぞれ前記圧縮器と共通する駆動シャフト上に設けられた回生器が配置されると共に、前記回生器へのカソードオフガスの流入を停止する封止弁が設けられた複数のカソードオフガス流路と、
前記複数のカソードオフガス流路を前記回生器の上流側で接続する連通流路と、
前記連通流路に設けられ、前記連通流路におけるカソードオフガスの流通状態を切り替える切替弁と、
前記複数の燃料電池スタックの少なくとも一つの燃料電池スタックから排出されるカソードオフガスの流量が予め定められた閾値よりも少ない場合に、前記切替弁を開弁すると共に、前記封止弁毎に開閉状態を制御して、少なくとも一つの前記回生器を停止させ、前記停止させた回生器以外の回生器へ前記複数の燃料電池スタックから排出されたカソードオフガスを供給する制御部と、
を備えた燃料電池システム。 A fuel cell system with multiple fuel cell stacks
A plurality of cathode gas supply channels provided for each of the plurality of fuel cell stacks and each having a compressor arranged therein.
A regenerative device provided for each of the plurality of fuel cell stacks and provided on a drive shaft common to the compressor is provided, and a sealing valve for stopping the inflow of cathode off gas into the regenerative device is provided. With multiple cathode off gas channels
A communication flow path connecting the plurality of cathode off gas flow paths on the upstream side of the regenerative device, and a communication flow path.
A switching valve provided in the communication flow path to switch the flow state of the cathode off gas in the communication flow path,
When the flow rate of the cathode off gas discharged from at least one fuel cell stack of the plurality of fuel cell stacks is less than a predetermined threshold value, the switching valve is opened and the sealing valve is opened and closed. To stop at least one of the regenerators and supply the cathode off gas discharged from the plurality of fuel cell stacks to the regenerators other than the stopped regenerators.
Fuel cell system with.
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