JP2011138697A - 燃料電池システム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池システムの安定運転を維持しながら、燃料電池の電圧低下を伴う出力特性の低下を回復させる。
【解決手段】上限値Ｐmaxを下回る範囲内で目標出力P0を設定し、目標出力P0に基づいて燃料電池の出力を制御する燃料電池システムにおいて、燃料電池の電圧Ｖが下限閾値Ｖminより低くなった場合に、電圧回復用の上限値Ｐ0maxを、目標出力P0を初期値として漸減させる。そして、上限値Ｐ0maxを低下させたことによって、電圧Ｖが、下限閾値Ｖminより高い復帰判定閾値Ｖreより高くなり、かつ、その状態が判定時間TMSLを超えて継続した場合に、上限値Ｐ0maxを標準値に向けて徐々に戻すようにする。
【選択図】図４

Description

本発明は、燃料電池システム及びその制御方法に関し、詳しくは、燃料電池の電圧が低下した場合に電圧を回復させる技術に関する。

従来、燃料電池の電圧が、下限閾値を下回った場合に、燃料電池の出力の上限値を下げることで、電圧の回復を図る燃料電池システムがあった（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−０６３８０１号公報

従来、電圧の異常低下時に用いる上限値は予め決められた値であり、目標出力（目標発生電力）が比較的低い状態であっても電圧の確実な回復を図るために、電圧の異常低下時に用いる上限値を、最低出力付近の値に設定する必要が生じる。
しかし、最低出力付近の上限値に基づいて急激に発生出力を制限すると、電圧は直ぐに上昇するものの、燃料電池の出力特性が充分に回復する前に電圧が増大することになってしまう。このため、発生出力を戻したときに電圧が再度低下し、最低出力付近への出力の制限を再び実行する必要が生じ、電圧回復処理を繰り返すことになってしまう。
電圧回復処理を繰り返す、すなわち出力の急激な変化を繰り返すことは、燃料電池システムに用いる水素を生成する水素製造装置に供給される水素原燃料の急激な増減を招き、水素製造装置が安定的に動作することができず、ＣＯ発生量の増大に繋がる。また、ＣＯを含んだ水素リッチガスが燃料電池に供給されると、アノード触媒の劣化により発電性能が更に悪化し、燃料電池システムの安定運転が維持できなくなる。

そこで本発明では、燃料電池システムの安定運転を維持しながら、燃料電池の電圧低下を伴う出力特性の低下を回復させることができる燃料電池システム及びその制御方法を提供することを目的とする。

そのため、請求項１の燃料電池システムは、上限値を下回る範囲内で目標出力を設定し、目標出力に基づいて燃料電池の出力を制御する制御手段と、燃料電池の電圧が下限閾値より低くなった場合に、上限値を、目標出力近傍の値を初期値として漸減させる上限値低下手段と、上限値を低下させたことによって、燃料電池の電圧が、少なくとも下限閾値より高い値になったことを条件に、上限値を標準値に戻す上限値復帰手段と、を含む構成とした。
また、請求項４の燃料電池システムの制御方法は、上限値を下回る範囲内で目標出力を設定し、目標出力に基づいて燃料電池の出力を制御し、燃料電池の電圧が下限閾値より低いか否かを判定し、燃料電池の電圧が下限閾値より低くなった場合に、上限値を、目標出力近傍の値を初期値として漸減させ、上限値を低下させたことによって、燃料電池の電圧が、少なくとも前記下限閾値より高い値になったことを条件に、上限値を標準値に戻すようにした。
かかる構成では、燃料電池の電圧が低下すると、目標出力の上限値を低下させることで電圧の回復を図るが、目標出力近傍の値を初期値として上限値を漸減させることで、上限値の低下による出力抑制を応答良く実現しながら、燃料電池の最大出力を徐々に抑制し、電圧の回復を図る。

請求項１の構成において、請求項２のように、上限値復帰手段が、燃料電池の電圧が下限閾値より高い復帰判定閾値より高い状態が、判定時間を超えて継続した場合に、上限値を標準値に戻すとよい。
また、請求項４の構成において、請求項５のように、上限値を標準値に戻すステップが、燃料電池の電圧が下限閾値より高い復帰判定閾値より高い状態が、判定時間を超えて継続した場合に、上限値を標準値に戻すとよい。
かかる構成では、燃料電池の電圧が、下限閾値より高い復帰判定閾値より高くなり、かつ、復帰判定閾値より高い状態が判定時間を超えて継続し、電圧の回復状態が安定している場合に、上限値を標準値に戻す。

請求項１，２の構成において、請求項３のように、上限値復帰手段が、上限値を標準値に向けて漸増させるとよい。
また、請求項４，５の構成において、請求項６のように、上限値を標準値に戻すステップが、上限値を標準値に向けて漸増させるとよい。
かかる構成では、燃料電池の電圧が回復すると、上限値を標準値に向けて漸増させ、上限値による制限を徐々に緩めることで、目標出力の漸増を許容する。

上記発明によると、電圧低下に対して、目標出力近傍を初期値として上限値を漸減させるから、出力制限を速やかに行いながら、電圧を緩やかに増加させることができるため、燃料電池を充分に回復させることができ、電圧回復処理の繰り返しによって燃料電池システムの安定性が悪化することを防止できる。

実施形態における燃料電池システムを示す構成ブロック図である。 実施形態における制御装置を示す機能ブロック図である。 実施形態における目標出力の設定処理を示すフローチャートである。 実施形態における電圧回復制御を示すフローチャートである。 実施形態の電圧回復制御による上限値の変化を示すタイムチャートである。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、実施形態に係る燃料電池システム１の構成を示すブロック図であり、燃料電池システム１は、例えば家庭用電源（家庭用燃料電池コージェネレーションシステム）として用いるシステムである。
図１に示すように、燃料電池システム１は、水素製造装置１０、燃料電池２０、インバータ３０、制御装置４０、バーナ燃料供給装置５０、水素製造用原料供給装置６０、冷却水供給装置７０、空気供給装置８０、余剰ヒータ９０、及び、各種の計測装置１００，１１０，１２０を備えている。

水素製造装置１０は、水素製造用原料供給装置６０が供給する水素製造用原料を利用して、水素リッチ改質ガスを生成する。水素製造用原料としては、改質により水素を含む改質ガスを得ることができる物質を用いることができ、例えばメタノール，エタノール，ジメチルエーテル，メタン，都市ガス，ＬＰＧ（液化石油ガス）、更には、石油から得たガソリン，ナフサ，灯油，軽油など炭化水素油を用いることができる。
水素製造装置１０は、改質部１１、バーナ１２、シフト部１３、及び、選択酸化部１４を有している。

改質部１１は、改質用水を用いて灯油などの水素製造用原料を改質し、水素リッチ改質ガスを生成する。改質のための改質触媒として、例えばニッケル系、ルテニウム系、ロジウム系等の金属をアルミナやジルコニア等からなる担体に担持させたものを用いる。
バーナ１２は、吸熱反応である改質に必要な熱を供給する。このバーナ１２は、燃料電池システム１の起動時には、バーナ燃料供給装置５０からの燃料を燃焼させ、また、バーナ１２は、燃料電池２０が排出する未反応水素を含む水素含有ガスであるオフガスを燃焼させる。

シフト部１３は、シフト触媒を用いて水性シフト反応により改質ガス中の一酸化炭素ＣＯの濃度を低下させる。シフト触媒としては、例えば、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｒ等をアルミナやジルコニア等からなる担体に担持させたものを用いる。
選択酸化部１４は、選択酸化触媒を用いて選択酸化により改質ガス中の一酸化炭素ＣＯの濃度を更に低下させ、燃料電池２０における発電反応に用いる改質ガス（水素リッチ改質ガス）を生成する。選択酸化触媒として、例えば、Ｐｔ、Ｒｕ等をアルミナやジルコニア等からなる担体に担持させたものを用いる。

空気供給装置８０は、選択酸化部１４における選択酸化反応に必要な酸素源としての空気を、選択酸化部１４に供給する。
冷却水供給装置７０は、発熱反応である水性シフト反応を行うシフト部１３、及び、発熱反応である選択酸化反応を行う選択酸化部１４を冷却するための冷却水を供給する。
燃料電池２０は、例えば、固体高分子形（ＰＥＦＣ）の電池スタックであり、複数の電池セルが積み重ねて構成され、水素製造装置１０が生成した水素リッチ改質ガスを用いて電力を発生し、インバータ３０を介して家庭用の電気機器２００（テレビ、照明、洗濯機、調理機器、暖冷房機器など）へ電力を供給する。

電池セルは、アノードと、カソードと、アノード及びカソード間に配置した電解質である高分子のイオン交換膜と、を有しており、アノード側に水素リッチ改質ガスを導入させると共に、カソード側に空気を導入させることで、各電池セルにおいて電気化学的な発電反応が行われる。
また、インバータ３０は、燃料電池２０が出力した直流（ＤＣ）電流を交流（ＡＣ）電流に変換する。

尚、燃料電池２０の発生電力が電気機器２００の需要電力に満たない場合は、商用電力系統（電力会社）３００から補助電力を電気機器２００へ供給する。
余剰ヒータ９０（逆潮防止ヒータ）は、電気機器ＥＩの需要電力より燃料電池２０の発生電力が上回った場合に、その余剰電力を利用して、例えば湯を沸かすものであり、余剰ヒータ９０で沸かした湯は図外の貯湯槽に貯められる。また、燃料電池２０が発生する熱で作られる湯も前記貯湯槽に貯められ、前記貯湯槽内の湯は、家庭の風呂や台所などに供給される。

図１に示した例では、余剰ヒータ９０は、インバータ３０からの交流（ＡＣ）電流を電源として用いるが、燃料電池２０が出力した直流（ＤＣ）電流を直接使用する構成とすることができる。
供給電力計測装置１００は、燃料電池２０から電気機器２００へ供給する供給電力Ｐｓを計測し、供給電力Ｐｓの計測値を制御装置４０へ出力する。
また、補助電力計測装置１１０は、商用電力系統（電力会社）３００が電気機器２００に供給する補助電力Ｐｈを計測し、補助電力Ｐｈの計測値を制御装置４０へ出力する。
また、電圧測定装置（電圧計）１２０は、燃料電池２０の電圧Ｖを計測し、電圧Ｖの計測値を制御装置４０へ出力する。

制御装置４０（制御手段）は、燃料電池システムの電子制御を行うデバイスであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力インターフェイスなどを備えたマイクロコンピュータを含み、燃料電池システムの作動を制御する。
制御装置４０は、入出力インターフェイスを介して計測装置１００，１１０，１２０の計測値を入力し、バーナ燃料供給装置５０，水素製造用原料供給装置６０，冷却水供給装置７０，空気供給装置８０などの操作量を演算し、該操作量を、入出力インターフェイスを介して各装置に出力する。

制御装置４０は、図２に示すように、需要電力取得部４１、記憶部４２、目標値設定部４３、発生電力制御部４４及び電圧回復制御部４５としての機能を備えている。
需要電力取得部４１は、計測器１００，１１０から入力した供給電力Ｐｓ及び補助電力Ｐｈの計測値に基づいて、電気機器２００の需要電力（Ｗ）を、供給電力Ｐｓと補助電力Ｐｈとの和として算出し、算出した需要電力のデータを、記憶部４２へ出力する。
記憶部４２は、需要電力取得部４１が出力した需要電力のデータに基づき、過去から現在に至るまでの需要電力の履歴（時刻毎の需要電力データ）を記憶し、記憶している需要電力の履歴を、目標値設定部４３へ出力する。

目標値設定部４３は、記憶部４２から入力した需要電力の履歴に基づいて燃料電池２０の発生電力の目標値である目標出力P0を、余剰電力の発生を抑え、かつ、発生電力の変動が緩やかになるように設定する。具体的には、例えば、過去数分（５〜１５分）内の需要電力の履歴を参照して、その期間における需要電力の最小値を目標出力P0に設定する。
尚、目標値設定部４３は、上限値Ｐmax（最大目標出力）を下回る範囲内で目標出力P0を設定し、前記上限値Ｐmaxの標準値として、燃料電池システム１の最大出力（１００％出力、例えば７５０Ｗ）を設定する。

図３は、前記目標値設定部４３における目標出力P0の演算処理を示すフローチャートであり、まず、ステップＳ６０１では、記憶部４２から需要電力の履歴を読み込み、次のステップＳ６０２では、前記需要電力の履歴に基づいて要求発生出力を演算する。
また、ステップＳ６０３では、燃料電池システム１の最大出力であり、発生出力の上限値Ｐmaxの標準値である７５０Ｗと、後述するように電圧低下時に出力を抑制するために設定される上限値Ｐ0maxとの小さい方を選択し、選択した値を上限値Ｐmaxに設定する。

そして、ステップＳ６０４では、前記上限値Ｐmaxと需要電力に基づく要求発生出力との小さい方を選択し、選択した値を目標出力P0に設定する。
発生電力制御部４４は、目標値設定部４３から取得した目標出力P0に従って電力を発生するように、燃料電池２０を制御する。具体的には、バーナ燃料供給装置５０、水素製造用原料供給装置６０、冷却水供給装置７０及び空気供給装置８０へ操作信号を出力し、バーナ１２の火力、水素製造用原料の供給量、冷却水の供給量及び空気の供給量を調節することによって、燃料電池２０の発生電力を目標出力P0に制御する。

また、電圧回復制御部４５は、燃料電池２０における電流と電圧との相関特性が悪化するなどして、燃料電池２０が安定して発電することができる電圧の下限閾値Ｖmin（例えば２４Ｖ）を実際の電圧Ｖが下回った場合、電圧を安定発電電圧域にまで回復させる制御を行う。
前記電圧回復制御においては、前記目標出力P0の上限値Ｐmaxを標準値である７５０Ｗよりも低下させることで、目標出力P0をより低く制限し、これによって燃料電池２０から取り出す電流を制限して相対的に電圧Ｖを増加させる。

前記電圧回復制御部４５による電圧回復制御の詳細を、図４のフローチャートに従って説明する。
図４のフローチャートにおいて、まず、ステップＳ５０１では、目標値設定部４３が、上限値Ｐmaxを下回る範囲内で設定した目標出力P0を取得する。
次のステップＳ５０２では、電圧測定装置（電圧計）１２０による燃料電池２０の電圧Ｖの計測値を取得する。

ステップＳ５０３では、ステップＳ５０２で取得した電圧Ｖが、予め記憶した下限閾値Ｖmin（例えば、２４Ｖ）を下回っているか否か（Ｖ＜Ｖminであるか否か）を判定する。
ステップＳ５０３で、電圧Ｖが下限閾値Ｖmin以上（Ｖ≧Ｖmin）であると判定した場合には、ステップＳ５０７へ進み、電圧回復制御中に用いる上限値Ｐ0maxが標準値（例えば７５０Ｗ）よりも小さいか否かを判断する。

上限値Ｐ0maxが標準値以上である場合には、電圧回復制御中でない（上限値を標準値よりも低下させていない）と判断し、ステップＳ５０１へ戻る。即ち、電圧Ｖが下限閾値Ｖmin以上で推移する電圧正常時には、ステップＳ５０１→ステップＳ５０２→ステップＳ５０３→ステップＳ５０７→ステップＳ５０１の処理を繰り返すようになっていて、このとき、目標出力P0は、上限値Ｐmaxの標準値である７５０Ｗ以下に制限される。
一方、ステップＳ５０３で、電圧Ｖが下限閾値Ｖminを下回っている（Ｖ＜Ｖmin）と判定された場合には、ステップＳ５０４へ進み、本ルーチンの前回実行時にステップＳ５０３で電圧Ｖが下限閾値Ｖmin以上であると判断されていて、電圧Ｖが下限閾値Ｖminを下回る状態の判定初回であるか否かを判断する。

そして、初回（図５の時刻ｔ１の時点）であれば、ステップＳ５０５へ進み、今回ステップＳ５０１で読み込んだ目標出力P0を、電圧回復制御中に目標出力P0の制限に用いる上限値Ｐ0maxの初期値として設定する（Ｐ0max＝P0）。
一方、前回も電圧Ｖが下限閾値Ｖminを下回っていると判断していて、電圧Ｖが下限閾値Ｖminを下回る状態が継続している場合には、ステップＳ５０４で初回ではないと判断し、ステップＳ５０６へ進む。

ステップＳ５０６では、上限値Ｐ0maxの前回値Ｐ0maxoldから定数dP1を減算した値を、上限値Ｐ0maxに設定することで、前回値Ｐ0maxoldよりも定数dP1だけ低い値に今回の上限値Ｐ0maxを更新する。
即ち、電圧Ｖが下限閾値Ｖminを下回っている場合、初回判定時の目標出力P0を初期値として、定数dP1ずつ上限値Ｐ0maxを漸減させ、電圧Ｖが下限閾値Ｖmin以上に回復するまでの間（図５の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間）、上限値Ｐ0maxの漸減を継続させるものである。

ここで、前記定数dP1は、目標出力P0の急減によるシステム安定性の低下を回避しつつ、電圧Ｖの回復を可及的速やかに得られるような値として、予め適合されている。
上記のステップＳ５０５及びステップＳ５０６は、電圧Ｖが下限閾値Ｖminより低くなった場合に、上限値Ｐ0maxを、目標出力P0を初期値として漸減させる上限値低下手段を構成する。

ステップＳ５０３で電圧Ｖが下限閾値Ｖminを下回っていると初めて判定されてから、ステップＳ５０７で上限値Ｐ0maxが標準値よりも小さいと判断されている間が、電圧回復制御中であり、その間は、目標出力P0を上限値Ｐ0max以下に制限する。
そして、需要電力から要求される出力が、前記上限値Ｐ0maxを上回る値である場合には、目標出力P0に上限値Ｐ0maxを設定し、上限値Ｐ0maxを上回る目標出力P0が設定されることを回避する。換言すれば、需要電力から要求される出力を、前記上限値Ｐ0max以下に制限することで、電圧の回復を図る。

従って、電圧Ｖが下限閾値Ｖminを下回っていると初めて判断された時点から需要電力の履歴に基づく要求出力が、例えば一定であれば、図５に示すように、上限値Ｐ0maxを漸減させている間は上限値Ｐ0max＝目標出力P0となり、上限値Ｐ0maxの漸減に応じて目標出力P0がより小さい値に制限される。
目標出力P0の減少に対し、燃料電池２０から取り出す電流をより低く制限して出力を低下させるから、相対的に電圧が増大することになる。即ち、需要電力が一定で燃料電池２０に要求される出力（電力）が一定であっても、電圧Ｖが下限閾値Ｖminを下回ると、上限値Ｐ0maxを漸減させることによって目標出力P0を強制的に低下させることで、電圧を増大させ、電圧Ｖが下限閾値Ｖminを下回る状態から回復させる。

尚、上限値Ｐ0maxによる制限中（電圧回復制御中）に、需要電力が低下し、上限値Ｐ0maxを下回る要求発生出力が演算された場合には、この上限値Ｐ0maxを下回る目標出力P0に基づいて燃料電池２０の出力を制御する。
上記のようにして設定した上限値Ｐ0maxに基づき目標出力P0を制限した結果、電圧Ｖが下限閾値Ｖmin以上になると、ステップＳ５０７に進み、Ｐ0max＜標準値であるか否かを判断するが、電圧Ｖが下限閾値Ｖmin以上に回復した直後は、Ｐ0max＜標準値であり、ステップＳ５０７からステップＳ５０８へ進む。

ステップＳ５０８では、電圧Ｖが下限閾値Ｖminよりも高い復帰判定閾値Ｖre（Ｖmin＜Ｖre）よりも高いか否かを判断する。
そして、電圧Ｖが下限閾値Ｖmin以上になったものの、復帰判定閾値Ｖre以下である場合、即ち、Ｖmin≦Ｖ≦Ｖreである間（図５の時刻ｔ２から時刻ｔ３の間）は、ステップＳ５０９へ進み、電圧Ｖが復帰判定閾値Ｖreよりも高い状態の継続時間を計測するためのタイマＴＭ１による計測時間を０にリセットした後、ステップＳ５０１へ戻る。

一方、電圧Ｖが下限閾値Ｖminを下回る状態から下限閾値Ｖmin以上にまで上昇し、更に、下限閾値Ｖminよりも高い復帰判定閾値Ｖreを越えると（図５の時刻ｔ３の時点）、ステップＳ５１０へ進み、タイマＴＭ１＞０であるか否か、換言すれば、タイマＴＭ１による時間計測が開始されているか否かを判断する。
ここで、タイマＴＭ１＞０でないと判断され、ＴＭ１＝０である場合には、ステップＳ５１１へ進み、タイマＴＭ１による時間計測を開始させる。

ステップＳ５１１でタイマＴＭ１による時間計測を開始させると、次回ステップＳ５１０に進んだときに、タイマＴＭ１＞０であると判断されることで、ステップＳ５１２へ進むことになる。
ステップＳ５１２では、前記タイマＴＭ１による計測時間、換言すれば、電圧Ｖが復帰判定閾値Ｖreよりも高い状態の継続時間が、判定時間ＴＭＳＬよりも長くなっているか否かを判別する。

そして、電圧Ｖが復帰判定閾値Ｖreよりも高い状態の継続時間が判定時間ＴＭＳＬ以下であれば（図５の時刻ｔ３から時刻ｔ４の間）、ステップＳ５０１に戻り、判定時間ＴＭＳＬよりも長くなると、上限値Ｐ0maxの標準値に向けての復帰条件が成立したと判断して、ステップＳ５１３へ進む。
尚、タイマＴＭ１による計測時間が判定時間ＴＭＳＬよりも長くなる前に、電圧Ｖが復帰判定閾値Ｖre以下に戻ってしまった場合には、ステップＳ５０９へ進むことで、タイマＴＭ１による計測時間が０にリセットされ、電圧Ｖが再度復帰判定閾値Ｖreを越えてから新たに時間計測が行われるようにしてある。

ステップＳ５１３では、前回の上限値Ｐ0maxoldに定数dP2を加算した値を、今回の上限値Ｐ0maxに設定する。
即ち、タイマＴＭ１による計測時間が判定時間ＴＭＳＬよりも長くなり、電圧Ｖが復帰判定閾値Ｖreよりも高い状態の継続時間が判定時間ＴＭＳＬを越えると、そのときの上限値Ｐ0maxから定数dP2（dP2≦dP1）ずつ上限値Ｐ0maxを漸増させる処理を繰り返し、上限値Ｐ0maxを、電圧正常時に用いる標準値に近づける。

上記ステップＳ５１３は、上限値Ｐ0maxを低下させたことによって、電圧Ｖが、少なくとも前記下限閾値Ｖminより高い値になったことを条件に、前記上限値を標準値に戻す上限値復帰手段を構成する。
ステップＳ５１３で上限値Ｐ0maxを漸増させる処理を行うと、ステップＳ５０１へ戻り、ステップＳ５０７で上限値Ｐ0max＜標準値であると判断される間（図５の時刻ｔ４から時刻ｔ６の間）は、ステップＳ５１３の漸増処理を繰り返し、上限値Ｐ0maxを標準値にまで増加させる。

そして、上限値Ｐ0max≧標準値になるまで、上限値Ｐ0maxを増加させると、ステップＳ５１７でＰ0max＜標準値ではないと判断されることで電圧回復制御を終了させ、標準値（７５０Ｗ）を上限値Ｐmaxとして目標出力P0を制限する、電圧正常状態での出力制御に戻る。
前記上限値Ｐ0maxは、電圧Ｖが下限閾値Ｖminを下回る状態で漸減されるが、電圧Ｖが下限閾値Ｖmin以上になった後、ステップＳ５１３へ進むまでの間（漸増処理開始までの間）、電圧Ｖが下限閾値Ｖmin以上になる直前の値を保持する。

上記の電圧回復制御では、電圧Ｖの異常低下（Ｖ＜Ｖmin）を判断したときの目標出力P0を初期値として上限値Ｐ0maxを漸減し、この上限値Ｐ0maxで目標出力P0を制限するので、電圧回復のための出力抑制を応答良く実行させながら、発生出力を徐々により低いレベルに抑制できる。従って、燃料電池２０の出力特性を充分に回復させながら、電圧を上昇させることができ、上限値による制限と制限解除とが繰り返されてしまうことを回避できる。
また、上限値Ｐ0maxを漸減させ、上限値Ｐ0maxを下回る領域での目標出力P0の可変設定を許容するので、需要電力の低下に対して目標出力P0を低下させることができ、余剰電力の発生を回避できる。

また、上限値Ｐ0maxを標準値に戻す処理への移行判断するための電圧レベルである復帰判定閾値Ｖreを、電圧低下を判定するための電圧レベルである下限閾値Ｖminよりも高く設定し、かつ、電圧Ｖが復帰判定閾値Ｖreを越える状態が一定時間継続してから、上限値Ｐ0maxを標準値に戻すので、電圧の回復状態を的確に判断でき、電圧の変動に伴って電圧低下・回復の判定がハンチングすることを防止できる。
また、電圧Ｖが復帰した後に、上限値Ｐ0maxを標準値に向けて漸増させるので、目標出力P0が急増して、燃料電池システムの運転安定性が損なわれることを防止することができる。

尚、上限値Ｐ0maxを漸減するときの初期値は、そのときの目標出力P0の近傍値であれば良く、例えば、初期値を目標出力P0×係数α（例えば、0.8＜α＜1.0）や目標出力P0−dP1×ｎ（例えば、ｎ＝１〜３）に設定することができる。
また、上記実施形態では、電圧Ｖが復帰判定閾値Ｖreを越える状態が一定時間ＴＭＳＬ継続してから、上限値Ｐ0maxを標準値に戻したが、前記継続時間の判定を省略し、電圧Ｖが復帰判定閾値Ｖreを越えた時点で、上限値Ｐ0maxを標準値Ｐmaxに戻す処理を開始させることができ、更には、電圧Ｖが下限閾値Ｖmin以上になった時点、或いは、電圧Ｖが下限閾値Ｖmin以上の状態が一定時間継続した時点で、上限値Ｐ0maxを標準値Ｐmaxに戻す処理を開始させることができる。

また、上限値Ｐ0maxを標準値に向けて漸増させている途中で、上限値Ｐ0maxが需要電力に応じた要求を超えた場合、その時点（図５の時刻ｔ５）で、上限値Ｐ0maxをステップ的に標準値に戻してもよい。
また、上限値Ｐ0maxの漸減処理における下限値を予め設定し、上限値Ｐ0maxを下限値にまで低下させても電圧Ｖを下限閾値Ｖmin以上に回復させることができなかった場合には、システムを停止させるように構成することができる。

また、電圧Ｖが復帰判定閾値Ｖreを越える状態の継続時間の判定に用いる判定時間ＴＭＳＬを、電圧Ｖが復帰判定閾値Ｖreを越えたときの上昇速度や、電圧Ｖの回復に要した時間、即ち、電圧Ｖが下限閾値Ｖmin以上に戻るまでに要した時間や、下限閾値Ｖmin以上になってから復帰判定閾値Ｖreを越えるまでの時間などに応じて、可変に設定することができ、この場合、前記上昇速度が遅いほど、また、電圧Ｖの回復に要した時間が長いほど、判定時間ＴＭＳＬをより長く設定するとよい。

１…燃料電池システム、１０…水素製造装置、２０…燃料電池、３０…インバータ、４０…制御装置（制御手段、上限値低下手段、上限値復帰手段）、５０…バーナ燃料供給装置、６０…水素製造用原料供給装置、７０…冷却水供給装置、８０…空気供給装置、９０…余剰ヒータ、１００…供給電力計測装置、１１０…補助電力計測装置、１２０…電圧測定装置（電圧計）

Claims (6)

1. 上限値を下回る範囲内で目標出力を設定し、前記目標出力に基づいて燃料電池の出力を制御する制御手段と、
   前記燃料電池の電圧が下限閾値より低くなった場合に、前記上限値を、前記目標出力近傍の値を初期値として漸減させる上限値低下手段と、
   前記上限値を低下させたことによって、前記燃料電池の電圧が、少なくとも前記下限閾値より高い値になったことを条件に、前記上限値を標準値に戻す上限値復帰手段と、
   を含む燃料電池システム。
2. 前記上限値復帰手段が、前記燃料電池の電圧が前記下限閾値より高い復帰判定閾値より高い状態が、判定時間を超えて継続した場合に、前記上限値を標準値に戻す請求項１記載の燃料電池システム。
3. 前記上限値復帰手段が、前記上限値を前記標準値に向けて漸増させる請求項１又は２記載の燃料電池システム。
4. 上限値を下回る範囲内で目標出力を設定し、
   前記目標出力に基づいて燃料電池の出力を制御し、
   前記燃料電池の電圧が下限閾値より低いか否かを判定し、
   前記燃料電池の電圧が下限閾値より低くなった場合に、前記上限値を、前記目標出力近傍の値を初期値として漸減させ、
   前記上限値を低下させたことによって、前記燃料電池の電圧が、少なくとも前記下限閾値より高い値になったことを条件に、前記上限値を標準値に戻す燃料電池システムの制御方法。
5. 前記上限値を標準値に戻すステップが、前記燃料電池の電圧が前記下限閾値より高い復帰判定閾値より高い状態が、判定時間を超えて継続した場合に、前記上限値を標準値に戻す請求項４記載の燃料電池システムの制御方法。
6. 前記上限値を標準値に戻すステップが、前記上限値を前記標準値に向けて漸増させる請求項４又は５記載の燃料電池システムの制御方法。

Images