TW201238132A - Fuel cell system - Google Patents

Description

201238132 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種燃料電池系統。 【先前技術】 燃料電池系統中所使用之含氫燃料存在性狀（組成及熱 S:等）變化之情形。自先前以來’作為用以應對含氣燃料 之性狀變化之燃料電池系、絶，例如，已知有專利文獻α 專利文獻2中所揭示之燃料電池系統。專利文獻所揭示 之燃料電池系統包括：燃料性狀測量機構，其測量含氫燃 料之性狀及流量；燃料電池判定機構，其判定燃料電池之 狀態；輸出控制機構，其控制燃料電池之輸出；及燃料電 池運轉控制機構，其計算並輸出最佳控制參數。該燃料電 池系統根據含氫燃料之性狀之變化，控制水蒸氣供給量、 燃料供給量、氧化劑供給量、燃料利用率、氧化劑利用 率、電流密度、輸出電壓 '輸出電流之任一者，維持熱自 立狀態。 於專利文獻2中所揭示之燃料電池系統中，針對每複數 個燃料電池設置有一個區域服務器。中央服務器將設定之 燃料電池系統之控制參數傳送至區域服務器。各燃料電池 系統根據傳送至區域服務器之控制參數，進行運轉。控制 參數根據含氫燃料之性狀，變更燃料或水蒸氣或空氣等之 流量。 先前技術文獻 專利文獻 16H85.doc 201238132 專利文獻1:日本專利特開2006-49056號公報 專利文獻2:日本專利特開2003-282116號公報 【發明内容】 發明所欲解決之問題 然而，專利文獻1之燃料電池系統必需用以測量含氫燃 料之性狀之感測器，故而存在用於設置及維修之成本增加 之問題。於專利文獻2之燃料電池系統中，燃料電池系統 之每個製造商或每種機器應管理之控制參數增加。從而， 存在由於資料管理而成本大幅地增加之問題。又，於通信 網絡產生故障之情形時：有燃料電池系統之運轉產生障礙 之可能性》進而，於區域服務器所管理之燃料電池系統群 之中’即便於每個燃料電池系統於含氫燃料之性狀上產生 差之情形時，亦有運轉產生障礙之可能性。從而，要求可 不使用特別之測量機器或通信網絡而應對含氫燃料之性狀 之變化之燃料電池系統。 本發明係為了解決此種課題而完成者，其目的在於提供 一種可不設置特別之機器，而根據含氫燃料之性狀之變化 進行適當之運轉之燃料電池系統。 解決問題之技術手段 本發明之一態樣之燃料電池系統包括：氫產生部，表 用含氫燃料產生含氫氣體；電池堆，其使用含氫氣體遠 發電；電流取得部，其取得電池堆中之發電之電流1 狀態散值取得部，其取得基於電池堆中之發電之發電 數之敎結果的發電狀態判定值；推定值取得部，其取 161185.doc 201238132 相對於電流而預先規定之發電參數之推定值；比較部，其 將發電狀態判定值與推定值進行比較；及供給量調整部， 其根據發電狀態判定值相對於推定值之增減，調整含氫燃 料之供給量》 該燃料電池系統將發電狀態判定值與推定值進行比較， 根據發電狀態判定值相對於推定值之增減，調整含氫燃料 之供給量。發電參數係於燃料電池系統内，因電池堆中之 發電狀態而受到影響者。從而，若其他條件固定，則基於 發電參數之測定結果的發電狀態判定值之變化表示發電中 所使用之含氫燃料之性狀之變化。發電參數之推定值係相 對於電流而預先規定之值，可作為用以判斷性狀變化之基 礎資料而使用。於取得燃料電池系統運轉中之特定之時序 下之電流及發電狀態判定值之情形時，推定值取得部根據 該電流特定推定值，比較部可將該推定值與發電狀態判定 值進行比較。若發電狀態判定值未自成為基礎資料之推定 值變化’則可判斷性狀無變化。另一方面，當發電狀態判 定值自推定值增減之情形時，可判斷性狀有變化。此時， 供給量調整部藉由調整含氫燃料之供給量，可使燃料電池 系統之運轉狀態接近於性狀變化前之狀態。作為發電參 數，可藉由不以含氫燃料之性狀變化為前提之通常之燃料 電池系統内所設置之感測器或機器而測定者，從而燃料電 池系統可不设置特別之機益’而應對性狀變化。藉由上 述’燃料電池系統可不設置特別之機器，而根據含氫燃料 之性狀之變化進行適當之運轉。 161185.doc 201238132 又，燃料電池系統進而句杠·姑 匕括.第一判定部，其判定發電 狀態判定值之變化量大於辑中—m 、’疋之間值之狀態是否持續特定 時間；及第一系統停止部，i 其於藉由第一判定部判定變化 量大於閾值之狀態持續转宝吐M 士 于買将疋時間時，停止系統。當由於含 氩燃料之性狀變化所造成之 〇每珉之影響，發電狀態判定值超過 想地大幅變化，且該狀熊姓 狀態持續特定時間之情形時，可判斷 ^氮燃料之供給異常°此時’第-系統停止部可停止系 又，燃料電池系統進而包括：第二判定部，其判定發電 狀態判定值之相對於推定值之變化量是否大於特定之間 值；及第二系統停止部，其於藉由第二判定部判定變化量 大於閾值時’停止系統。當由於含氫燃料之性狀變化所造 響’發電狀態判定值超過預想地大幅變化，且該狀 態持續特定時間之情形時，可立即判斷含 常。此時’第二系統停止部可停止系統。 供，，。異 例如’發電參數為電池堆中之堆電壓。相對於特定之電 流之堆電塵根據含氫燃料之組成而變化。又，電池堆係直 ^ 吏用含氮燃料之含氣氣體進行發電，故而堆電壓根據组 、之變化而迅速地變化。從而’藉由使用堆電壓作為發電 參數’燃料電池系統可對含氫燃料之性狀變化，進行響應 性較高之控制。 心 例如’發電參數為基於電池堆之發電之交流電力。交流 電力與堆電壓相同’對於含氫燃料之性狀變化表現出較高 之響應性。進而’燃料電池系統有當含氫燃料為熱量不2 161185.doc 201238132 時，藉由加熱器等抑制熱量不足所造成之影響之情形。於 ，種情形時’即便對電壓之影響較少，熱量不足中之補機 損失亦增加n即便於對電壓之影響較少之情形時， 藉由將父流電力作為發電參數’亦可應對含氫燃料之性狀 變化。從而’#由使用交流電力作為發電參數，燃料電池 系統可對含氩燃料之性狀變化，進行響應性較高之控制。 例如，發電參數為使來自電池堆之廢氣燃燒之廢氣燃燒 孤度 廢氣燃燒溫度受含氫燃料所具有之熱量影響，故而 對性狀變化具有較高之響應性。從而，藉由使用廢氣燃燒 溫度作為發電參數，燃料電池系統可對含氫燃料之性狀變 化’進行響應性較高之控制。 例如，發電參數為電池堆之堆溫度。堆溫度對於含氫燃 料之熱量之細微變動之追隨性較低。即，堆溫度可視作將 含氫燃料之熱量之變動平均化所得之參數。從而，藉由使 用堆溫度作為發電參數，燃料電池系統可不進行測定結果 之平均處理’而應對含氫燃料之性狀變化。 例如，發電參數係系統内之排熱之回收量即排熱回收熱 量。排熱回收熱量受含氫燃料所具有之熱量影響，故而根 據性狀變化而變化。進而，例如，於氣溫較高之環境下’ 熱回收前之熱媒體及熱回收後之熱媒體均溫度上升。又， 於氣溫較低之環境下，熱回收前之熱媒體及熱回收後之熱 媒體均溫度下降。或者，於以熱回收後之熱媒體之溫度藉 由系統變得固定之方式進行控制之情形時，於氣溫較高之 環境下’熱回收前之熱媒體溫度上升，熱媒體流量增加。 161l85.doc 201238132 又’於氣溫較低之環境下，熱回收前之熱媒體溫度下降， 熱媒體流量減少。從而，基於熱回收前之熱媒體與熱回收 後之熱媒體之熱量之差的排熱回收熱量不易受到氣溫之影 響。從而’藉由使用排熱回收熱量作為發電參數，燃料電 池系統可不受氣溫之影響地，應對含氫燃料之性狀變化。 例如’發電參數為回收系統内之排熱之排熱回收器之入 口溫度。排熱回收器受含氫燃料所具有之熱量影響，故而 根據性狀變化而變化。此處，燃料電池系統有具備燃燒觸 媒’作為廢氣燃燒部中之失火等所造成之廢氣之不完全燃 燒之對策之情形。於該情形時，即便廢氣燃燒部中失火， 含氫燃料之熱量亦藉由燃燒觸媒反映於排氣之熱量中。從 而’藉由使用排熱回收器之入口溫度作為發電參數，燃料 電池系統即便於廢氣燃燒部中失火之情形時，亦可應對含 氫燃料之性狀變化。 發明之效果 根據本發明，可不設置特別之機器，而根據含氫燃料之 性狀之變化進行適當之運轉。 【實施方式】 以下，參照圖式，對本發明之較佳實施形態詳細地進行 說明。再者，於各圖中對相同或等效部分標註相同符號， 並省略重複之說明。 [第一實施形態] 如圖丨所示，燃料電池系統丨包括脫硫部2、水汽化部3、 氩產生部4、電㈣5、廢氣燃燒部6、含氫燃料供給部7、 161185.doc 201238132 水供給部8、氧化劑供給部9、功率調節器1 〇、及控制部 11。燃料電池系統1使用含氫燃料及氧化劑，於電池堆5中 進行發電。燃料電池系統1中之電池堆5之種類並不特別限 定，例如’可採用：固體高分子形燃料電池（PEFC : Polymer Electrolyte Fuel Cell)、固體氧化物形燃料電池 (SOFC : Solid Oxide Fuel Cell) ' 磷酸形燃料電池（PAFC : Phosphoric Acid Fuel Cell)、熔融碳酸鹽形燃料電池 (MCFC : Molten Carbonate Fuel Cell)、及其他種類。再 者，根據電池堆5之種類 '含氫燃料之種類、及改質方式 等，亦可適當省略圖1中所示之構成要素。 作為含氫燃料，例如可使用烴系燃料。作為烴系燃料， 可使用为子中含有碳與氫之化合物(亦可含有氧等其他元 素）或該等之混合物。作為烴系燃料，例如，可列舉：烴 類、醇類、醚類、生物燃料，該等烴系燃料可適當使用： 來自先前之石油、煤虔算彳卜 败 寺化石燃枓者、來自合成氣體等合 成系燃料者、來自生質者。 負有具體而言，作為烴類，可列 舉：甲烷、乙烷、丙栌、丁a n , 凡 丁烷、天然氣、LPG(LiqUefied

Petroleum Gas ’液化 田乱）城市煤氣、鄉鎮煤氣、汽 油、石腦油、煤油、輕油。作細 飞 > 罕，由作為醇類，可列舉：甲醇、乙 :物可列舉二曱^作為生物燃料，可列舉: ^ 物乙醇、生物柴油、生物噴氣。 作為氧化劑，例如可使用：咖 由通當之本W士 二乳、純氧氣（亦可含有藉 田通帘之去除方法難 乃柯 脫Μ… 除之雜質）、富氡化空氣。 脫硫4 2進行供給至 Ρ4之含虱燃料之脫硫。脫硫 16118S.doc 201238132 部2具有用以除去含氫燃料中所含有之硫化合物之脫硫觸 媒。作為脫硫部2之脫硫方式，例如採用吸附硫化合物而 將其除去之吸附脫硫方式、或使硫化合物與氫反應而將其 除去之氫化脫硫方式。脫硫部2將已脫硫之含氫燃料向氫 產生部4供給。 水汽化部3對水進行加熱使其汽化，從而生成供給至氫 產生部4之水蒸氣。水汽化部3中之水之加熱既可使用燃料 電池系統1内所產生之熱’例如回收氫產生部4之熱、廢氣 燃燒部6之熱、或排氣之熱等。又，亦可使用另設之加熱 器、燃燒機等其他熱源對水進行加熱。再者，於圖丨中， 作為一例僅記載有自廢氣燃燒部6向氫產生部4供給之熱， 但並不限定於此。水汽化部3將所生成之水蒸氣向氫產生 部4供給。 氫產生部4使用來自脫硫部2之含氫燃料產生富氫氣體。 氫產生部4具有藉由改質觸媒將含氫燃料改質之改質器。 氫產生部4中之改質方式並不特別限定，例如可採用：水 蒸乳改質、部分氧化改質、自熱改質、其他改質方式。再 者’根據電池堆5所要求之富氫氣體之性狀，氫產生部4有 時亦會除藉由改質觸媒進行改質之改質器以之外還具有用 以調整性狀之構成。例如’於電池堆5之類型為固體高分 子形燃料電池（PEFC)或磷酸形燃料電池（PAFC)之情形時， 氫產生部4具有用以除去富氫氣體中之一氧化碳之構成（例 如，轉化反應部、選擇氧化反應部）》氩產生部4將富氫氣 體向電池堆5之陽極12供給。 161185.doc •10· 201238132 電池堆5使用來自氫產生部4之富氫氣體及來自氧化劑供 給部9之氧化劑進行發電。電池堆5包括被供給富氫氣體之 陽極12、被供給氧化劑之陰極13、及配置於陽極12與陰極 13之間之電解質Η。電池堆5經由功率調節器1〇 ,向外部 供給電力。電池堆5將發電中未被使用之富氫氣體及氧化 劑作為廢氣’向廢氣燃燒部6供給。再者，亦可將氮產生 部4所具備之燃燒部（例如，對改質器進行加熱之燃燒器等） 共用作廢氣燃燒部6。 廢氣燃燒部6使自電池堆5供給之廢氣燃燒，藉由廢氣燃 燒部6而產生之熱向氫產生部4供給，用於氫產生部*中之 富氫氣體之產生。 含氫燃料供給部7向脫硫部2供給含氫燃料。水供給部8 向水汽化部3供給水。氧化劑供給部9向電池堆5之陰極工3 供給氧化劑。含氩燃料供給部7、水供給部8 '及氧化劑供 給部9係例如藉由泵而構成，根據來自控制部丨丨之控制信 號而驅動。 功率調節器10配合外部之電力使用狀態調整來自電池堆 5之電力。功率調節器1〇進行例如轉換電壓之處理、或將 直流電力向交流電力轉換之處理。 控制部11進行燃料電池系統丨整體之控制處理。由包括 例如 CPU(Central Processing Unit，十央處理器）、r〇m (Read Only Memory，唯讀記憶體）、RAM(Rand〇m

Memory，隨機存取記憶體）、及輸入輸出介面而構成之裝 置所構成。控制部11與含氫燃料供給部7、水供給部8、氧 161185.doc 11 201238132 化劑供給部9、功率調節器10、以及未圖示之感測器或補 機電性地連接。控制部丨1取得燃料電池系統丨内產生一 種信號’並且向燃料電池系統〗内之各機 之各 n <谷機态輸出控制信 說0 本實施形態之燃料電池系統丨可根據含氫燃料之性狀變 化，進行適當之運轉。控制仙可根據含氫燃料之性狀變 化，進行適當之控制處理。如圓2所示，控制部丨丨包括電 流取得部101、發電狀態判定值取得部1〇2、推定值取得部 103、比較判定部（比較部、第一判定部、第二岁^ 部)104、系統停止部(第一系統停止部、第二系統停： 部）1〇5、及調整部（供給量調整部）1〇6。 控制部11之電流取得部1〇1具有取得電池堆5中之發電之 電流之功能。控制部1丨之電流取得部1〇1藉由測定電池堆5 中之發電之掃描電流，取得電流。控制部^之電流取得部 101根據來自功率調節器10之測定部16之檢測結果，測定 掃描電流。控制部11之發電狀態判定值取得部1〇2具有取 得基於電池堆5中之發電之發電參數之測定結果的發電狀 態判定值之功能。控制部U之發電狀態判定值取得部1〇2 接收來自配置於燃料電池系統1内之各測量點之感測器或 -測量器之檢測信號《控制部丨丨之發電狀態判定值取得部 102根據所接收之檢測信號，取得發電狀態判定值。 發電參數之值依電池堆5中之發電狀態而變化。電池堆5 中之發電狀態係會受含氫燃料之組成或熱量（即性狀）影響 者。從而，於其他條件固定之情形時，發電參數之值之變 161185.doc •12· 201238132 化表示含氫燃料之性狀之變化。較佳為採用可藉由不以含 氫燃料之性狀變化為前提之通常之燃料電池系統上所設置 之範圍内之感測器或機II *測定者，作為發電參數。 發電狀態判定值係根據發電參數之測定結果而獲得之 ，。發電狀態判定值係可藉由與相對於發電參數而預先規 定之推定值進行比較，判定電池堆5之發電狀態之值。作 為發電狀態判定值，既可使用發電參數之測定值本身，亦 可使用對測定值進行平均處理所得之值，A 了便於比較亦 可使用對測定值進行計算處理所得之值。 具體而言，作為發電參數，可使用電池堆5中之堆電 壓控制。p 11可根據來自功率調節器i 〇之測定部^之檢測 、（果’取得堆電壓。相對於特定之掃摇電流之堆電壓根據 含氫燃料m成而變化。又’電池堆5係直接使用含氣燃 ;斗產生之田氫氣體進行發電者，故而堆電壓根據組成之變 化迅速地變化。從而’ #由使用堆電壓作為發電參數，控 制部11可針對含氫燃料之性狀變化，進行響應性較高之控 制。 作為發電參數，可使用基於電池堆5之發電之交流 電力。控制部11可根據來自功率調節HU)之測定部16之檢 ^。果传交流電力。交流電力與堆電壓相同，對於含 V.、’、料之J·生狀變化表現出較高之響應性。&而，燃料電池 土統1有當含氫燃料為熱量不足時，ϋ由加熱器等抑制熱 炎斤k成之t響之情形。於此種情形時，即便對電壓 之知響較&量不足中之補機損失亦增加。從而，即便 161185.doc 201238132 於對電壓之影響較少之情形時，藉由將交流電力作為發電 參數，亦可應對含氫燃料之性狀變化。從而，藉由使用交 流電力作為發電參數，控制部丨丨可對含氫燃料之性狀變 化，進行響應性較高之控制。 又，作為發電參數，可使用廢氣燃燒溫度❶控制部丨丨根 據來自測定廢氣燃燒部6之燃燒溫度之溫度感測器17之檢 測結果，取得廢氣燃燒溫度。廢氣燃燒溫度受含氫燃料所 具有之熱量影響，故而對性狀變化具有較高之響應性。從 而藉由使用廢氣燃燒溫度作為發電參數，控制部11可對 含氫燃料之性狀變化，進行響應性較高之控制。 又，作為發電參數，可使用電池堆5之堆溫度。控制部 η可根據來自測定電池堆5之堆溫度之溫度感測器18之檢 測結果，取得堆溫度。堆溫度對於含氫燃料之熱量之細微 變動之追隨性較低。即，堆溫度可視作將含氫燃料之熱量 之變動平均化所得之參數。從而，藉由使用堆溫度作為發 電參數，控制部1 1可不進行測定結果之平均處理而應對 含氫燃料之性狀變化。 又作為發電參數，可使用系統内之排熱之回收量即排 熱回收熱量。如圖3所示，控制部11可根據來自測定排熱 f收熱量之測定部19之檢測結果，取得排熱回收量。測定 部19可根據相對於排熱回收器20之熱媒體之流量及溫度， 疋排熱回收量。排熱回收器2〇藉由流入之熱媒體wi回 收排氣之熱，將變成高溫之熱媒體”2向熱利用部（未圖示） 供、’°。排熱回收熱量受含氫燃料所具有之熱量影響，故而 161185.doc 201238132 根據性狀變化而變化。進而，例如，於氣溫較高之環境 下，熱回收前之熱媒體W1及熱回收後之熱媒體W2均溫度 上升。又，於氣溫較低之環境下，熱回收前之熱媒體wi 及熱回收後之熱媒體W2均溫度下降。又，於熱回收後之 熱媒體W2之溫度藉由系統得到控制之情形時，隨著溫度 之改變熱媒體之流量F變化。於該情形時，例如，於氣溫 較高之環境下，熱回收前之熱媒體W1之溫度上升，熱媒 體流量F增加。又，於氣溫較低之環境下，熱回收前之熱 媒體W1之溫度下降，熱媒體流量F減少。從而，基於熱媒 體W1與熱媒體W2之熱量之差之排熱回收熱量不易受到氣 溫之影響。從而，藉由使用排熱回收熱量作為發電參數， 控制邛11可不艾軋溫之影響地，應對含氫燃料之性狀變 化。 又，作為發電參數，可使用回收系統内之排熱之排熱回 收益20之入口溫度。如圖3所示，控制部11可根據來自測 疋排熱回收器20之入口溫度之溫度感測器21之檢測結果， 取得入口溫度。排熱回收器2〇會因受到含氫燃料所具有之 熱量影響，而根據性狀變化產生變化。此處，燃料電池系 統1有具備燃燒觸媒，作為廢氣燃燒部6中之失火等所造成 之廢氣之不完全燃燒之對策之情形。於該情形時，即便廢 氣燃燒部6中失火，含氫燃料之熱量亦會藉由燃燒觸媒反 映於排氣之熱量中。從而，藉由使用排熱回收器2〇之入口 溫度作為發電參數，即便於廢氣燃燒部6中失火之情形 時，控制部11亦可應對含氫燃料之性狀變化。 161185.doc •15· 201238132 控制部u之推定值取得部1G3具有取得相對於電流而預 先規定之發電參數之推定值之功能。推定值係於成為基礎 之特定之條件下，相對於電流而預先規定之值。推定值較 佳設定為例如於燃料電池系統丨之運轉中，關於燃料之性 狀、燃料利用率、燃料供給量、其他參數，處於理想之條 件下之It形時之值。推定值係藉由控制部丨1内之計算處理 而推定之值’例如’既可為作為映射或表 制，…以特定之時序讀出之值，或者亦可為藉：進： 特疋之計算而算出之值。於使用堆電壓作為發電參數之情 形時，推定值'綠製例如圖4iXs所示之曲線。圖4所示之推 定值Xs表示關於燃料之性狀、燃料利用率、燃料供給量、 其他參數，處於可最佳地運轉燃料電池系統丨之條件下之 情形時的掃描電流與堆電壓之關係。控制部u之推定值取 得部103與燃料電池系統丨之運轉中之各條件（例如，燃 料、水、氧化劑之供給量等）對應地，儲存複數個推定值 之映射或表格，亦可根據控制處理時之運轉條件讀出適當 之映射或表格。於使用堆電壓以外者作為發電參數之情形 時，對各發電參數，使用相對於電流而預先規定之推定 值。 控制部11之比較判定部i 〇 4具有將發電狀態判定值與推 定值進行比較之功能。控制部丨丨之比較判定部1〇4讀出與 關於燃料電池系統1之運轉之條件及所取得之電流對應之 推定值，並與取得之發電狀態判定值進行比較。於發電狀 態判定值自推定值增加之情形時，控制部丨丨之比較判定部 161185.doc •16- 201238132 m藉由性狀變化’判斷含氫燃料之每單位量之熱量或發 電量增加。又’於發電狀態判定值自推定值減少之情形 時控制部11之比較判定部104藉由性狀變化，判斷含氫 燃料之每單位量之熱量或發電量減少。控制部^丄之系統停 止部105具有以特定之時序進行燃料電池系以之系統停止 之功能。 控制部11之調整部106具有根據發電狀態判定值相對於 推定值之增減，調整含氫燃料之供給量之功能。控制部。 之調整部106於發電狀態判定值自推定值增加之情形時’ 使含氫燃料之供給量減少。控制部丨丨之調整部t 〇6以藉由 使供給量減少，發電狀態判定值接近於推定值之方式^行 控制。控制部11之調整部106將以供給量減少之方式設定 之控制信號輸出至含氫燃料供給部7。控制部丨丨之調整部 106於發電狀態判定值自推定值減少之情形時，使含氫燃 料之供給量增加。控制部11之調整部1〇6藉由使供給量增 加，以發電狀態判定值接近於推定值之方式進行控制。控 制部11之調整部10 6將以供給量增加之方式設定之控制信 號輸出至含氫燃料供給部7。控制部11之調整部1〇6使用追 加或減扣供給量之狀態之控制信號，進行其後之系統# 制。控制部11之調整部106對推定值設定上限值或下限^ 等之閾值，於超過閾值之情形時’亦可調整含氫燃料之供 給量《或者，控制部11之調整部106亦可每當發電狀雜判 定值自推定值變化時調整供給量。 其次’參照圖5 ’對本實施形態之燃料電池系統1之控制 161185.doc •17- 201238132 處理之一例進行說明。圖5所示之處理係監視含氫燃料之 性狀變化，並且於性狀變化產生之情形時，執行應對該性 狀變化之控制之處理。於圖5所示之例中，使用堆電壓作 為發電參數’使用經過平均處理之堆電壓之測定值作為發 電狀態判定值。圖5所示之處理於控制部11中以特定之時 序反覆執行。 如圖5所示，控制部11之電流取得部ι〇1測定掃描電流工 (步驟S10) ’並且發電狀態判定值取得部1〇2測定堆電壓e (步驟S20)。控制部11之電流取得部1 〇丨及發電狀態判定值 取得部102進行於S10及S20中測出之掃描電流I及堆電壓E 之平均處理（步驟S30)。其次’控制部1丨之發電狀態判定值 取得部102取得發電狀態判定值X1(步驟S4〇)。控制部^之 發電狀態判定值取得部1 〇2取得於S30中經過平均處理之堆 電壓E之測定值作為發電狀態判定值X1。 其次’控制部11之推定值取得部1 〇3取得相對於掃描電 流I之發電參數之推定值Xs(步驟S50) ^控制部^之推定值 取得部103取得相對於S30中經過平均處理之掃描電流！之 測定值的堆電壓之推定值Xs。於圖4之例中，控制部11之 推定值取得部103相對於掃描電流II，將點ps之堆電壓特定 為推定值Xs。 其次’控制部11之比較判定部1〇4將發電狀態判定值XI 與推定值Xs進行比較，並且根據比較結果調整含氫燃料之 供給量。具體而言’控制部丨丨之比較判定部104判定發電 狀態判定值XI是否大於相對於推定值Xs而設定之上限閾值 161185.doc -18· 201238132

Xmax(步驟S60)。於圖4之例中，當發電狀態判定值χι為點 P1、P2之堆電壓之情形時’控制部i丨之比較判定部1 〇4判 定發電狀態判定值XI為上限閾值Xmax以下。另一方面，當 發電狀態判定值X1為點P3之堆電壓之情形時，控制部丨i之 比較判定部104判定發電狀態判定值χι大於上限閾值 Xmax。控制部11之比較判定部1〇4當於S6〇中，判定發電狀 態判定值XI大於上限閾值Xmax之情形時，進行使含氫燃料 之供給量減少之處理（步驟S70)。於S70之後，控制部"移 至系統停止判定處理（步驟S 1 〇〇；)。 控制部11之比較判定部i 04當於S60中，判定發電狀態判 定值XI為上限閾值Xmax以下之情形時，判定發電狀態判定 值XI疋否小於相對於推定值Xs而設定之下限閾值步 驟S80)。於圖4之例中，當發電狀態判定值幻為點&、& 之堆電壓之情形時，控制部1丨之比較判定部i 判定發電 狀態判定值XI為下限閾值X_以上。另一方面，當發電狀 態判定值XI為點P2之堆電壓之情形時，控制部丨〗之比較判 定部1〇4判定發電狀態判定值χι小於下限閾值。控制 部U之調整部1〇6當於S80中，判定發電狀態判定值幻小於 下限閾值Xmin之情形時，進行使含氫燃料之供給量增加之 處理（步驟S90)。於S90之後，控制部丨丨移至系統停止判定 處理（步驟S100)。控制部11當於S8〇中，判定發電狀態判 定值XI為下限閾值Xmin以上之情形時，並不調整含氫燃料 之供給量，移至系統停止判定處理（步驟sl〇〇)。於圖4之 例中¥發電狀態判疋值X1為點P1之堆電遷之情形時，於 161185.doc 19· 201238132 制部η並不調整含氫燃料之供給量，而移至_〇。 控制部11之比較判定部1G 4判定關於系統停止之指令之 有無（步驟謂）。具體而言，控制_之比較判定部ι〇4判 定來自外部之系統停止指令、或内鎖之系統停止指令之有 無。控制部11之系統停止部105當於S100中，判定有系統 亭止才曰7之清形時進行系統停止處理（步驟sii〇)，结束圖5 2示之處理°控制部11之比較判定部m當於S1咐，判 定無系統停止指令之情形時，結束圖5所示之處理，並以 特定之時序再次自S10、S20起開始處理。 圖5所示之控制處理既可於燃料電池系統！之運轉中長期 行亦可认置特定之期間而定期地執行。於長期執行之 情形時，控制糾與燃料電池系Μ之運轉之條件對應地 儲存複數個推定值之映射或表格，藉此可於運轉中變更條 件而進行控制之情形時亦監視性狀變化。於定期地執行之 情形時，以使每次控制處理時之運轉之條件固定之方式進 行控制，藉此可減少儲存之推定值之映射或表格。 藉由上述’燃料電池系統發電狀態判定值與推定值 進订比較’根據發電狀態判定值相對於推定值之增減，調 整含氫燃料之供給量。發電參數係於燃料電池系統… 會因電池堆5中之發電狀態而受到影響者。從而，若其他 =固定’則發電狀態判定值之變化表示發電中所使用之 料之性狀之變化。發電參數之推定值係相對於電流 =先規定之值，可作為用以判斷性狀變化之基礎資料而 使用。於取得燃料電池系統1運轉中之特定之時序之電流 161185.doc -20- 201238132 及發電狀態判定值之情形時’控制部11可根據該電流特定 推定值’並將該推定值與發電狀態判定值進行比較。若發 電狀態判定值未自成為基礎資料之推定值變化，則可判斷 無性狀變化。另一方面，當發電狀態判定值自推定值增減 之情形時’則可判斷有性狀變化。此時，控制部U可藉由 調整含氫燃料之供給量，使燃料電池系統1之運轉狀態接 近於性狀變化刖之狀態β從而，燃料電池系統1可與性狀 變化前相同地於對燃料電池系統i而言最佳之運轉狀態 下，繼續運轉。作為發電參數，使用可藉由未預想到含氫 燃料之性狀變化的通常之燃料電池系統内所設置之感測器 或機器而測定者，藉此燃料電池系統1可並不設置特別之 機器而應對性狀變化。藉由上述，可不設置特別之機器， 而根據含氫燃料之性狀之變化進行適當之運轉。 [第二實施形態] 參照圖6 ’對本發明之第二實施形態之燃料電池系統1進 订說明。於第二實施形態之燃料電池系統中，控制部11之 比較判定部104具有判定發電狀態判定值之變化量大於特 疋之間值之狀態是否持續特定時間之功能。當由於含氫燃 料之性狀變化所造成之影響使得發電狀態判定值超過預想 也大巾田變大’且該狀態持續特定時間之情形時，控制部u 之比較判定部104判斷含氫燃料之供給異常。控制部丨丨之 系統停止部105具有於判定變化量大於閾值之狀態持續特 定時間時，停止系統之功能。 圖6係表示第二實施形態之燃料電池系統1之控制處理之 】61185.d〇< •21 - 201238132 一例的流程圓。首先，控制部丨！之發電狀態判定值取得部 102取得刖次之控制處理中所取得之發電狀態判定值記作 月'J次值X2，作為用以獲得發電狀態判定值之變化量之值 (步驟S120)。再者，於為初次之控制處理即不存在前次值 之情形時，將初始值X0作為前次值χ2而使用。其次，執 行與第一實施形態相同之sl〇〜S5〇之處理。於S5〇之後，控 制部11之比較判定部104判定發電狀態判定值χι之變化量 大於閾值Y1之狀態是否持續特定時間（步驟S130)。此處之 變化量係指發電狀態判定值χι與前次值χ2之差之絕對 值。再者，作為變化量，只要為表示發電狀態判定值χΐ2 變化之程度者可使用任何值。例如，亦可使用發電狀態判 定值XI自前次值Χ2之變化率。 控制部11之比較判定部1 〇4當於s 13 0中判定變化量大於 閾值Υ1之狀態持續特定時間之情形時，判斷產生有含氫燃 料之供給異常，系統停止部i 〇5停止系統（s丨i 〇)。於系統停 止後’圖6所示之控制處理結束。 控制部11之比較判定部1 〇4當於s 13 0中判定變化量大於 閾值Y1之狀態未持續特定時間之情形時，判斷發電狀態判 定值XI之變化量較小，且未產生供給異常。或者，控制部 11之比較判定部104判斷由於測定值之振動等發電狀態判 定值X1不過係瞬間地變化，並未產生供給異常。此時，控 制部11執行與第一實施形態相同之S60〜S9〇。於執行 S60〜S90之後，將發電狀態判定值χι設定為前次值χ2(步 驟S140)❶此處所設定之前次值χ2可於下次之控制處理之 161185.doc •22- 201238132 〇中使用再者，控制部11亦可為於判斷性狀變化產生 變化並於S70、S90中調整燃料供給量之情形時，再次重新 取得調整後之發電狀態骸值XI，並將重新取得之發電狀 態判定值XI設定為前次值Χ2。 於S 140之後，控制部u執行與第一實施形態相同之 sioo、siio。控制部u當於sl〇〇中判定有系统停止指令 之情形時，進行系統停止處理（步驟su〇)，結束圖6所示之 處理。控㈣部11當於S1〇〇中’ #|J定無系統停止指令之情形 時，結束圖6所示之處理，並以特定之時序再次自si〇、 S20起開始處理。 [第三實施形態] 參照圖7，對本發明之第三實施形態之燃料電池系統1進 行說明。於第三實施形態之燃料電池系統中，控制部丨丨之 比較判定部1 04具有判定發電狀態判定值相對於推定值之 變化量是否大於特定之閾值之功能。當由於含氫燃料之性 狀變化所造成之影響使得發電狀態判定值超過預想地自推 疋值大幅變化之情形時’控制部丨丨之比較判定部1 〇4可立 即判斷含氫燃料之供給異常。控制部i i之系統停止部105 具有於判定變化量大於閾值時，停止系統之功能。 圖7係表示第三實施形態之燃料電池系統1之控制處理之 一例的流程圖。首先，控制部丨丨執行與第一實施形態相同 之S10〜S50。於S50之後，控制部U之比較判定部104判定 發電狀態判定值XI相對於推定值\之變化量是否大於閾值 Y2(步驟S160)。此處之變化量係指發電狀態判定值χι與推 161185.doc •23· 201238132 疋值xs之差之絕對值。再者，作為變化量，只要為表示發 電狀態判定值X1相對於推定值Xs之變化之程度者則可使用 任何值。例如，亦可使用發電狀態判定值XI自推定值乂5之 變化率。 s 控制部11之比較判定部104當於S130中判定變化量大於 閾值Y2之情形時，判斷產生有含氫燃料之供給異常，系統 停止部105停止系統（S110)。於系統停止後，圖7所示之控 制處理結束。 控制部11之比較判定部104當於S16〇中判定變化量為閾 值Y2以下之情形時，判斷未產生供給異常。此時，控制部 11執行與第一實施形態相同之S60〜S90。於執行S60〜S90之 後’控制部11執行與第一實施形態相同之sl〇〇、sll〇。控 制4 11 4於S100中，判定有系統停止指令之情形時進行系 統停止處理（步驟si10)，結束圖7所示之處理。控制部η當 於S 100中’判定無系統停止指令之情形時，結束圖7所示 之處理’並以特定之時序再次自S10、S2〇起開始處理。 以上’對本發明之較佳實施形態進行了說明，但本發明 之燃料電池系統並不限定於實施形態之上述燃料電池系統 1 ° 例如，於圖4〜圖7所示之例中，對使用堆電壓作為發電 參數之情形進行了說明，但亦可使用其他發電參數進行控 制處理。又，燃料電池系統亦可進行組合有第二實施形態 及第二貫施形態之控制處理。藉此’可更加瑞實地監視含 氫燃料之供給異常。 161185.doc •24· 201238132 產業上之可利用性 本發明可用於燃料電池系統。 【圖式簡單說明】 圖1係表示本發明之第一實施形態之燃料電池系統之構 成的方塊構成圖。 圖2係表示控制部之構成之方塊構成圖。 圖3係表示排熱回收器之周邊構成之概略圖。 例 圖4係表示相對於發電參數之推定值之映射之一 之 圖5係表示第一實施形態之燃料電池系統之控制處理 流程圖 理之 圖6係表示第二實施形態之燃料電池系統之控制處 流程圖。 圖7係表示第三實施形態之燃料電池系 流程圖。 統之控制處理 之 【主要元件符號說明】 1 2 3 4 5 6 7 8 9 燃料電池系統 脫硫部 水汽化部 氫產生部 電池堆 廢氣燃燒部 含氫燃料供給部 水供給部 氧化劑供給部 161185.doc •25· 201238132 10 功率調節器 11 控制部 12 陽極 13 陰極 14 電解質 16 測定部 17 溫度感測器 18 溫度感測器 19 測定部 20 排熱回收器 21 溫度感測器 101 電流取得部 102 發電狀態判定值取得部 103 推定值取得部 104 比較判定部（比較部、第一判定部 部） 105 系統停止部（第一系統停止部、第 部） 106 調整部（供給量調整部） 第二判定 系統停止 161185.doc -26-

Claims (1)

1. 201238132 七、申請專利範圍： 1 · 一種燃料電池系統，其包括： 氫產生部’其使用含氫燃料產生含氫氣體； 電池堆’其使用上述含氫氣體進行發電； 電流取得部’其取得上述電池堆中發電之電流； 發電狀態判定值取得部，其取得基於上述電池堆中發 電之發電參數之測定結果的發電狀態判定值； 推定值取得部，其取得相對於上述電流而預先規定之 上述發電參數之推定值； 比較部，其將上述發電狀態判定值與上述推定值進行 比較；及 供給量調整部，其根據上述發電狀態判定值相對於上 述推疋值之增減，調整上述含氫燃料之供給量。 2. 如請求項1記載之燃料電池系統，其進而包括：第一判 定部，其判定上述發電狀態判定值之變化量大於特定之 間值之狀態是否持續特定時間；及 第-系統停止部，其於藉由上述第一判定部，判定上 述變化量大於上述閾值之狀態持續特定時間時，使系統 停止。 3. 如請求項1之燃料電池系統，其進而包括：第二判定 部’其判定上述發電狀態判定值之相對於±述敎值之 變化量是否大於特定之閾值；及 第二系統停止部，其於藉由上述第二判定部，判定上 述變化量大於上述閾值時，使系統停止。 161185.doc 201238132 4. 5. 6. 如》月求項1至3中任一項之燃料電 參數為上述電池堆中之堆電^ U其中上违發電 如凊求項1至3中任—項之燃料電池系統，其中上述發電 參數為基於上述電池堆之發電之交流電力。 如請求項1至3中任一項之燃料電池系統，其中上述發電

   參數為使來自上述電池堆之廢氣燃燒之廢氣燃燒溫度。 如請求項1至3中任一項之燃料電池系統，其，上述發電 參數為上述電池堆之堆溫度。 8.如請求項1至3中任一項之燃料電池系統，其中上述發電 參數係系統内之排熱之回收量即排熱回收熱量。 9·如請求項1至3中任一項之燃料電池系統，其中上述發電 參數為回收系統内之排熱之排熱回收器之入口溫度。 161185.doc