JP2013149569A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池の燃料利用率低下による効率の低下や、燃料電池が燃料不足の状態になるのを防止する。
【解決手段】制御装置８００は、発電モジュール３００が生成した直流電力の出力電流Ｉｉｎを燃料制御器２００が発電モジュール３００に供給している燃料の供給量ＦによってＤＣ‐ＤＣコンバータ４００で生成できる最大電流値Ｉｏｕｔ_ｍａｘ以下となるように、出力電流指定値Ｉｏｕｔ_ｒを指定してＤＣ‐ＤＣコンバータ４００を制御する。また、燃料制御器２００が発電モジュール３００に供給する燃料の供給量Ｆを、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００が直流負荷６００、蓄電池７００に出力する負荷電力Ｐｏｕｔの出力電流Ｉｏｕｔ又は出力電圧Ｖｏｕｔを予め定められた値とするのに必要な量にするように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池により負荷に電力を供給する燃料電池システムに関する。

特許文献１には、シミュレーション計算によって、燃料電池の単位時間当たりの発電量を複数段階１〜ｎに変化させた場合の各段階ｉ（１≦ｉ≦ｎ）における単位時間当たりの発電コストを算出し、段階ｉにおける単位時間当たりのエネルギーコストを、蓄電池が充電される場合には単位時間当たりの発電コストから蓄電池の単位時間当たりの充電電力の価値を減算して算出し、蓄電池が放電される場合には単位時間当たりの発電コストに蓄電池の単位時間当たりの放電電力の価値を加算して算出し、単位時間当たりのエネルギーコストが最小となる段階ｋを求め、段階ｋにおける燃料電池の発電状態が実現するように燃料電池システムを制御する技術について開示されている。

特許文献２には、燃料により電力を発生する燃料電池モジュールと、入力した電力を蓄電する蓄電池モジュールと、入力した電力のレベルに基づいて、入力した電力の負荷機器への供給を停止する受電スイッチと、前記レベルに基づいて、燃料電池モジュールにて発生した電力の負荷機器への供給を制御する燃料電池出力制御部と、前記レベルに基づいて、蓄電池モジュールに蓄電された電力の負荷機器への供給を制御する蓄電池出力制御部とを有する電力供給装置について開示されている。

特許第３８０１９１０号公報 特開２００９‐２１９３１０号公報

燃料電池により負荷に電力を供給する燃料電池システムの一構成例を図４に示す。この燃料電池システム１０では、燃料制御器２０は都市ガス等の燃料に接続され、燃料電池で構成される発電モジュール３０に必要な量の燃料を供給する。発電モジュール３０は燃料制御器２０から供給された燃料により発電を行い、直流電力を出力する。発電モジュール３０で生成した直流電力は、インバータ４０により所望の交流電力に変換され、商用系統５０の電力とともに負荷６０に供給される。このようにして、燃料電池で発電した電力を負荷に供給することができる。

このような燃料電池システム１０によれば、交流の負荷６０に電力を供給することができるが、通信装置などの直流の負荷に電力を供給する場合には、整流器で再度直流変換する必要があり、変換時の損失により効率が低下する不具合がある。

また、この燃料電池システム１０では、商用電力系統である商用系統５０を介して電力を供給する方式であることから、負荷電力の増減は商用系統５０からの供給電力の増減で調整することが可能で、燃料電池である発電モジュール３０は常に定格出力で効率よく発電することができる。しかし、例えば商用系統５０のような商用電力系統が整備されていない地域で燃料電池である発電モジュール３０を単独に用い、負荷６０に電力を供給する場合には、負荷６０の消費電力が低下した場合に、供給した燃料に対して消費する電流が少なくなり、燃料利用率低下による効率の低下という不具合が生じる。

また、この場合に、負荷６０の消費電力が増加した場合には、供給した燃料に対して消費する電流が多くなり、発電モジュール３０が燃料不足の状態になり、発電モジュール３０の故障につながるという不具合も生じる。

本発明の目的は、燃料電池の燃料利用率低下による効率の低下や、燃料電池が燃料不足の状態になるのを防止できる燃料電池システムを提供することである。

（１）本発明は、燃料により直流電力を生成する燃料電池と、前記燃料電池に前記燃料を供給する燃料供給部と、を備えている燃料電池システムにおいて、前記燃料電池で生成した直流電力を与えられた出力電圧指定値及び出力電流指定値にそれぞれ基づいた電圧値及び電流値の直流電力に変換して負荷に出力する電力変換部と、前記直流電力の電流値を前記燃料供給部が前記燃料電池に供給している燃料の供給量によって前記電力変換部で生成できる最大電流値以下となるように前記出力電流指定値を指定して前記電力変換部を制御する電力変換制御手段と、前記燃料供給部に燃料供給量指令値を与えることにより前記燃料供給部が前記燃料電池に供給する燃料の供給量を前記電力変換部が前記負荷に出力する直流電力の電圧値又は電流値を予め定められた値とするのに必要な量にするように制御する燃料量制御手段と、を備えていること特徴とする燃料電池システムである。

（２）別の本発明は、（１）の発明において、前記電力変換制御手段は、前記燃料電池が生成する直流電力が定格電力に達した場合には、前記燃料供給量指令値及び前記出力電流指定値をそれぞれ予め定められた値になるように制御する、ことを特徴とするものである。

（３）別の本発明は、（１）の発明において、前記燃料量制御手段は、前記電力変換部から前記負荷に出力している直流電力の電圧が予め定められた電圧に達した後に当該直流電力の電流が減少した場合には、当該直流電力の電流値に応じて当該電流値を出力するために必要な前記燃料の供給量となるように前記燃料供給量指令値を前記燃料供給部に与える、ことを特徴とするものである。

（４）別の本発明は、（１）の発明において、前記燃料量制御手段は、前記電力変換部から前記負荷に出力している直流電力の電流が予め定められた電圧に達した後に当該直流電力の電流が増加し又は当該直流電力の電圧が減少した場合には、前記燃料供給部に供給する燃料を漸次増加させるように前記燃料供給量指令値を当該燃料供給部に与える、ことを特徴とするものである。

（５）別の本発明は、（３）又は（４）の発明において、前記燃料量制御手段は、前記負荷に出力している直流電力の電流の減少又は増加を判断するのに代えて、前記燃料電池から前記電力変換部に出力している直流電力の電流の減少又は増加を判断する、ことを特徴とするものである。

本発明によれば、燃料電池の燃料利用率低下による効率の低下や、燃料電池が燃料不足の状態になるのを防止できる燃料電池システムを提供することができる。

本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの電気的な接続を示すブロック図である。 本発明の一実施形態の燃料電池システムの起動から停止までの各信号のタイミングチャートである。 本発明の一実施形態の燃料電池システムで制御装置が実行する燃料供給量及び出力電流指令値の制御について説明するフローチャートである。 燃料電池により負荷に電力を供給する燃料電池システムの一構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態にかかる燃料電池システム１の電気的な接続を示すブロック図である。燃料電池システム１は、燃料制御器２００と、発電モジュール３００と、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００と、制御装置８００とを備え、直流負荷６００に例えば蓄電池７００を介して接続されている。制御装置８００は、マイクロコンピュータを中心に構成されている。

燃料制御器２００は、燃料供給部となるものであり、発電モジュール３００へ燃料を供給する。その供給量は制御装置８００から入力される燃料供給量指令値Ｆｒに従って制御する。

燃料量センサ２１０は、燃料制御器２００から発電モジュール３００へ供給する燃料の燃料供給量Ｆを検出して制御装置８００に送信する。この例では発電モジュール３００へ供給する燃料は例えばガスであるため、フローセンサを燃料量センサ２１０として用いることができる。

発電モジュール３００は燃料電池であり、燃料制御器２００から供給される燃料で発電を行なって直流電力を生成し、これをＤＣ‐ＤＣコンバータ４００に供給する。

発電モジュール３００から発生する電圧及び電流は、電圧センサ３１０、電流センサ３２０によりＤＣ‐ＤＣコンバータ４００の入力電圧Ｖｉｎ、入力電流Ｉｉｎとして検出され、制御装置８００に入力される。

また、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００から発生する電圧及び電流は電圧センサ３３０、電流センサ３４０によりＤＣ‐ＤＣコンバータ４００の出力電圧Ｖｏｕｔ、出力電流Ｉｏｕｔとして検出され、制御装置８００に入力される。

ここで、ある時間ｔにおける発電モジュール３００に必要な単位時間当たりの燃料供給量Ｆについて説明する。単位時間当たりの燃料供給量Ｆは以下のような式（１）で表される。
Ｆ＝Ｋ×Ｉ×Ｃ …… （１）

ここで、Ｋは発電モジュール３００の単一のセルに１Ａの電流を流すのに必要な単位時間当たりの燃料を表わす化学定数、Ｉは時間ｔに発電モジュール３００から出力される電流を、Ｃはセル数である。ここで、燃料の種類を変えずに発電を行う場合、化学定数Ｋは一定であり、またセル数Ｃも燃料電池システム１を構築した後は不変で一定であるため、上記（１）式より燃料消費量は発電モジュール３００から出力される電流Ｉに依存することになる。上記のように発電モジュール３００から出力される電流Ｉは、本実施形態においてはＤＣ‐ＤＣコンバータ４００に入力される電流Ｉｉｎを示していることから、式（１）は以下のような式（２）に置き換えられる。
Ｆ＝Ｋ´×Ｉｉｎ …… （２）

ここで、Ｋ´は定数であり、“Ｋ´＝Ｋ×Ｃ”である。また、入力電流Ｉｉｎと出力電流Ｉｏｕｔには以下の式（３）のような関係がある。
Ｉｉｎ×Ｖｉｎ＝Ｉｏｕｔ×Ｖｏｕｔ＋Ｐｌｏｓｓ
＝Ｐｏｕｔ＋Ｐｌｏｓｓ …… （３）

ここで、Ｐｏｕｔは負荷電力、すなわち、直流負荷６００と蓄電池７００に供給される電力の和であり、“Ｐｏｕｔ＝Ｉｏｕｔ×Ｖｏｕｔ”である。また、ＰｌｏｓｓはＤＣ‐ＤＣコンバータ４００での電力変換時に発生する損失電力である。式（３）において一定の入力電圧Ｖｉｎ及び出力電圧Ｖｏｕｔの状態においては、負荷電力Ｐｏｕｔは出力電流Ｉｏｕｔに比例する。このため、負荷電力Ｐｏｕｔに対応する出力電流Ｉｏｕｔが判明すれば入力電流Ｉｉｎも判明する。よって、計測された出力電流Ｉｏｕｔに従って必要十分の燃料供給量Ｆを供給することで、負荷電力Ｐｏｕｔの低下時の発電効率低下を抑制し、あるいは、負荷電力Ｐｏｕｔの増加時の発電モジュール３００の故障を防止することができる。また、出力電流Ｉｏｕｔの代わりにＤＣ‐ＤＣコンバータ４００の入力電流Ｉｉｎに従って必要十分の燃料供給を行うことで、発電効率低下を抑制し、あるいは発電モジュール３００の故障を防止することもできる。燃料制御器２００に対する燃料供給量指令値Ｆｒは、式（２）と（３）を組み合わせることによって得られる以下の式（４）又は（４）´によって求められる。
Ｆｒ＝Ｋ´×Ｉｉｎ …… （４）
Ｆｒ＝Ｋ´×(Ｉｏｕｔ×Ｖｏｕｔ＋Ｐｌｏｓｓ)／Ｖｉｎ …… （４）´

ここで、出力電流Ｉｏｕｔに従って燃料供給量Ｆを制御する場合には式（４）´を、入力電流Ｉｉｎに従って燃料供給量Ｆを制御する場合には式（４）を用いればよい。なお、実際に設定する燃料供給量指令値は、式（４）又は（４）´で求めたＦｒに予め定められた値を加算又は乗算して、やや大きめの値とすることにより、システムの不安定な動作を避けることができる。

また、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００の動作中に負荷電力Ｐｏｕｔが増加又は減少することがあり得るため、本実施形態の燃料電池システム１では、制御装置８００は、発電モジュール３００の起動時及び停止時を除いて、その時点での燃料供給量Ｆで賄うことが可能な出力電流Ｉｏｕｔの最大値Ｉｏｕｔ_ｍａｘを常に計算して、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００の出力電流指令値Ｉｏｕｔ_ｒとして設定する。これにより、負荷側で短絡事故を生じた場合などでも、発電モジュール３００の故障を防ぐことができる。燃料供量Ｆで供給可能な出力電流の最大値Ｉｏｕｔ_ｍａｘは、式（２）と（３）を組み合わせることによって得られる以下の式（５）によって求められる。
Ｉｏｕｔ_ｍａｘ＝［（Ｆ×Ｖｉｎ／Ｋ´）−Ｐｌｏｓｓ］／Ｖｏｕｔ
…… （５）

ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００は、発電モジュール３００から供給される直流電流を所望の電圧の直流電力に変換する。具体的には例えば、制御装置８００から入力される出力電圧指令値Ｖｏｕｔ_r又は出力電流指令値Ｉｏｕｔ_rに従って、出力電流Ｉｏｕｔが出力電流指令値Ｉｏｕｔ_r以下で、かつ、出力電圧Ｖｏｕｔが出力電圧指令値Ｖｏｕｔ_rと等しい状態、又は、出力電圧Ｖｏｕｔが出力電圧指令値Ｖｏｕｔ_r以下で、かつ、出力電流Ｉｏｕｔが出力電流指令値Ｉｏｕｔ_rと等しい状態となるように、すなわち、“（Ｉｏｕｔ_r×Ｖｏｕｔ／Ｉｏｕｔ）≧Ｖｏｕｔ_r”の場合には、“Ｉｏｕｔ≦Ｉｏｕｔ_r”かつ“Ｖｏｕｔ=Ｖｏｕｔ_r”となり、“（Ｉｏｕｔ_r×Ｖｏｕｔ／Ｉｏｕｔ）≦Ｖｏｕｔ_r”の場合には、“Ｖｏｕｔ≦Ｖｏｕｔ_r”かつ“Ｉｏｕｔ=Ｉｏｕｔ_r”となるように、出力電圧Ｖｏｕｔ及び出力電流Ｉｏｕｔを制御する機能を有する。

制御装置８００は、前述のとおり、発電モジュール３００の起動時及び停止時を除いて、その時点での燃料供給量Ｆで賄うことが可能な出力電流Ｉｏｕｔの最大値Ｉｏｕｔ_ｍａｘを常に計算して、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００の出力電流指令値Ｉｏｕｔ_ｒとして設定する。また、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００は、前述のとおり、出力電流Ｉｏｕｔが出力電流指令値Ｉｏｕｔ_r以下となるように、又は、出力電流Ｉｏｕｔが出力電流指令値Ｉｏｕｔ_rと等しい状態となるように、出力電流Ｉｏｕｔを制御する機能を有する。これにより、制御装置８００は、発電モジュール３００が生成した直流電力の電流値である出力電流Ｉｉｎを燃料制御器２００が発電モジュール３００に供給している燃料の供給量ＦによってＤＣ‐ＤＣコンバータ４００で生成できる最大電流値である最大値Ｉｏｕｔ_ｍａｘ以下となるように、出力電流指定値Ｉｏｕｔ_ｒを指定してＤＣ‐ＤＣコンバータ４００を制御する。この制御では、電流センサ３４０で出力電流Ｉｏｕｔをモニタして、出力電流Ｉｏｕｔが最大値Ｉｏｕｔ_ｍａｘ以下となるように制御している。これにより電力変換制御手段を実現している。

また、制御装置８００は、燃料制御器２００に燃料供給量指令値Ｆｒを与えることにより、燃料制御器２００が発電モジュール３００に供給する燃料の供給量Ｆを、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００が直流負荷６００、蓄電池７００に出力する直流電力である負荷電力Ｐｏｕｔの出力電流Ｉｏｕｔ又は出力電圧Ｖｏｕｔを予め定められた値とするのに必要な量にするように制御する。この制御では、電流センサ３４０による出力電流Ｉｏｕｔ又は電圧センサ３３０による出力電圧Ｖｏｕｔをモニタし、また、燃料量センサ２１０により燃料の供給量Ｆをモニタして、供給量Ｆが、直流負荷６００、蓄電池７００に出力する負荷電力Ｐｏｕｔの出力電流Ｉｏｕｔ又は出力電圧Ｖｏｕｔを予め定められた値とするのに必要な量にするように制御している。これにより燃料量制御手段を実現している。

以下では、制御装置８００が実行する制御内容の詳細について説明する。以下に説明するのは、燃料電池システム１の起動から停止までに制御装置８００が実行する制御内容についてである。図２は、本実施形態の燃料電池システム１の起動から停止までの各信号のタイミングチャートである。図３は、本実施形態の燃料電池システム１で制御装置８００が実行する燃料供給量Ｆ及び出力電流指令値Ｉｏｕｔ_rの制御について説明するフローチャートである。

以下に説明する制御は、燃料量センサ２１０、電圧センサ３１０、電流センサ３２０、電圧センサ３３０、及び電流センサ３４０で検出する燃料供給量Ｆ、入力電圧Ｖｉｎ、入力電流Ｉｉｎ、出力電圧Ｖｏｕｔ、及び出力電流Ｉｏｕｔなどのデータに基づいて、燃料供給量Ｆ、出力電流指令値Ｉｏｕｔ_r、出力電圧指令値Ｖｏｕｔ_rなどを制御するものである。

まず、燃料電池システム１の起動の際には、制御装置８００から起動に必要な燃料Ｆ０を燃料供給量指令値Ｆｒとして燃料制御器２００に入力し(ステップＳ１)、燃料制御器２００から燃料供給指令値Ｆｒに従った燃料供給量Ｆの燃料が発電モジュール３００に供給されて、発電モジュール３００は起動し（ＦＣ起動）、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００の入力電圧Ｖｉｎが上昇する。このとき、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００は停止しているため、入力電圧Ｖｉｎは発電モジュール３００の開回路電圧Ｖｏｐｅｎに達したところで一定となる(ステップＳ２のＹ)。

入力電圧Ｖｉｎが発電モジュール３００の開回路電圧Ｖｏｐｅｎに達し(ステップＳ２のＮ)、発電モジュール３００の起動が終了したところで、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００を起動する（コンバータ起動）。このとき、制御装置８００により燃料供給量指令値Ｆｒはあらかじめ設定した増加幅ｄｆＦで徐々に上昇される(ステップＳ４)。これと同時に、制御装置８００は燃料供給量指令値Ｆｒの増加に従った燃料供給量Ｆの増加を感知し、当該燃料供給量Ｆにて供給可能なＤＣ‐ＤＣコンバータ４００の出力電流の最大値Ｉｏｕｔ_maxを式（５）によって計算して、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００の出力電流指令値Ｉｏｕｔ_rとして設定する(ステップＳ４)。これにより、出力電流指令値Ｉｏｕｔ_rも徐々に増加することとなる。また、出力電圧指令値Ｖｏｕｔ_rは蓄電池７００の浮動充電電圧Ｖｆｌｏａｔに設定しておく(ステップＳ３)。

制御装置８００は、燃料供給量Ｆがあらかじめ設定した定格量Ｆｐ０に達したところで(ステップＳ５のＮ)、燃料供給指令値Ｆｒを一定に保ち、また、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００の出力電流指令値Ｉｏｕｔ_rも一定（Ｉｐ０）に保つように制御する(ステップＳ６)。このとき、蓄電池７００の充電が未完了であり、出力電圧Ｖｏｕｔが蓄電池７００の浮動充電電圧Ｖｆｌｏａｔに達さなかった場合には、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００は定電流出力動作（図２の左から１番目の「ＣＣモード」）となり、出力電流Ｉｏｕｔによって直流負荷６００の消費電流及び蓄電池７００の充電電流が賄われ、蓄電池７００の電圧の上昇に従い、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００の出力電圧Ｖｏｕｔが徐々に上昇する。

その後、出力電圧Ｖｏｕｔが蓄電池７００の浮動充電電圧Ｖｆｌｏａｔに達すると(ステップＳ７のＮ)、制御装置８００は、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００を蓄電池７００の浮動充電電圧Ｖｆｌｏａｔでの定電圧出力動作（図２の左から１番目の「ＣＶモード」）とする(ステップＳ８)。この運転モードでは、蓄電池７００が満充電に近づくにつれ、蓄電池７００の充電電流が徐々に低下するため、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００の出力電流Ｉｏｕｔも徐々に低下する。この場合に制御装置８００は、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００の出力電流Ｉｏｕｔを検出することにより、出力電流Ｉｏｕｔの低下を感知し、出力電流Ｉｏｕｔを供給するに必要十分な燃料供給量を式（４）又は（４）´によって計算して、燃料供給量指令値Ｆｒとして燃料制御器２００に入力する(ステップＳ８)。これにより、燃料制御器２００は燃料供給量指令値Ｆｒに従って燃料供給量Ｆを適正な量に制御する。

蓄電池７００が満充電となった後、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００の出力電流Ｉｏｕｔの増加又は出力電圧Ｖｏｕｔの低下を検出した場合には、直流負荷６００の等価抵抗Ｒｌｏａｄが小さくなり、消費電力が増加したと考えられるため、制御装置８００は、燃料供給量指令値Ｆｒを増加幅ｄｆＦで漸次増加させながら、その時点の燃料供給量Ｆにて供給可能なＤＣ‐ＤＣコンバータ４００の出力電流の最大値Ｉｏｕｔ_maxを式（５）によって計算して、出力電流値指令値Ｉｏｕｔ_rとしてＤＣ‐ＤＣコンバータ４００に入力する(ステップＳ１０)。これにより、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００の出力電流指令値Ｉｏｕｔ_rも燃料供給量Ｆに対応して増加することとなる。

燃料供給量Ｆが増加し、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００の出力電圧Ｖｏｕｔが蓄電池７００の浮動充電電圧Ｖｆｌｏａｔに達する前に(ステップＳ９のＹ)、燃料供給量Ｆがあらかじめ設定した定格量Ｆｐ０に達した場合には(ステップＳ１１のＮ)、その時点で燃料供給量指令値Ｆｒを一定に保つと同時に、制御装置８００から指令されるＤＣ‐ＤＣコンバータ４００の出力電流指令値Ｉｏｕｔ_rも一定（Ｉｐ０）とされ、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００は定電流動作（図２の左から２番目の「ＣＣモード」）となる(ステップＳ１２)。

その後、蓄電池７００が再び満充電となり、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００の出力電圧Ｖｏｕｔが蓄電池７００の浮動充電電圧Ｖｆｌｏａｔに達した場合には(ステップＳ１３のＮ)、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００は蓄電池７００の浮動充電電圧Ｖｆｌｏａｔでの定電圧動作（図２の左から２番目の「ＣＶモード」）となる(ステップＳ８)。

もしくは燃料供給量Ｆが増加し、その量があらかじめ設定した定格量Ｆｐ０に達する前に(ステップＳ１１のＹ)、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００の出力電圧Ｖｏｕｔが蓄電池７００の浮動充電電圧Ｖｆｌｏａｔに達した場合には(ステップＳ９のＮ)、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００は蓄電池７００の浮動充電電圧Ｖｆｌｏａｔでの定電圧動作（図２の左から３番目の「ＣＶモード」）となる(ステップＳ８)。

蓄電池７００が満充電となった後、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００の出力電流Ｉｏｕｔの低下を検知した場合には、直流負荷６００の等価抵抗Ｒｌｏａｄが大きくなり、消費電力が減少したと考えられるため、制御装置８００は、検出された出力電流Ｉｏｕｔを供給するに必要十分な燃料供給量を式（４）又は（４）´によって計算して、燃料制御器２００に入力する燃料供給量指令値Ｆｒを計算で得られた値まで低下させる。このとき、燃料供給量指令値Ｆｒは、増加させる場合と同様に、徐々に低下させるようにしてもよい。燃料制御器２００は燃料供給量指令値Ｆｒに従って燃料供給量Ｆを適正な量に制御する。

燃料電池システム１からの電力供給を停止する場合には、制御装置８００はＤＣ‐ＤＣコンバータ４００の出力電流指令値Ｉｏｕｔ_rをゼロとし、出力電流Ｉｏｕｔがゼロになった時点でＤＣ‐ＤＣコンバータ４００の動作が停止する。制御装置８００は、燃料供給量指令値Ｆｒを徐々に低下させ、発電モジュール３００が待機状態を保てる燃料Ｆ１が供給されるように制御する（ＦＣ停止）。

なお、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００の動作状態に関わらず、制御装置８００が出力電圧Ｖｏｕｔまたは出力電流Ｉｏｕｔの異常な値を検知した場合は、制御装置８００は、出力電圧指令値Ｖｏｕｔ_r又は出力電流指令値Ｉｏｕｔ_rをゼロとして、ＤＣ‐ＤＣコンバータ４００の動作を停止させる。

以上説明した燃料電池システム１によれば、燃料電池である発電モジュール３００の燃料利用率低下による効率の低下や、発電モジュール３００が燃料不足の状態になるのを防止できる。

なお、以上の説明では、制御装置８００が行う燃料供給量指令値Ｆｒの制御を電流センサ３４０で検出する出力電流Ｉｏｕｔの値に基づいて行っている例を示しているが、出力電流Ｉｏｕｔに代えて電流センサ３２０で検出する入力電流Ｉｉｎの値に基づいて制御するようにしてもよい。

１ 燃料電池システム
２００ 燃料制御器
３００ 発電モジュール
４００ ＤＣ‐ＤＣコンバータ
８００ 制御装置

Claims (5)

1. 燃料により直流電力を生成する燃料電池と、前記燃料電池に前記燃料を供給する燃料供給部と、を備えている燃料電池システムにおいて、
   前記燃料電池で生成した直流電力を与えられた出力電圧指定値及び出力電流指定値にそれぞれ基づいた電圧値及び電流値の直流電力に変換して負荷に出力する電力変換部と、
   前記直流電力の電流値を前記燃料供給部が前記燃料電池に供給している燃料の供給量によって前記電力変換部で生成できる最大電流値以下となるように前記出力電流指定値を指定して前記電力変換部を制御する電力変換制御手段と、
   前記燃料供給部に燃料供給量指令値を与えることにより前記燃料供給部が前記燃料電池に供給する燃料の供給量を前記電力変換部が前記負荷に出力する直流電力の電圧値又は電流値を予め定められた値とするのに必要な量にするように制御する燃料量制御手段と、
   を備えていること特徴とする燃料電池システム。
2. 前記電力変換制御手段は、前記燃料電池が生成する直流電力が定格電力に達した場合には、前記燃料供給量指令値及び前記出力電流指定値をそれぞれ予め定められた値になるように制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記燃料量制御手段は、前記電力変換部から前記負荷に出力している直流電力の電圧が予め定められた電圧に達した後に当該直流電力の電流が減少した場合には、当該直流電力の電流値に応じて当該電流値を出力するために必要な前記燃料の供給量となるように前記燃料供給量指令値を前記燃料供給部に与える、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
4. 前記燃料量制御手段は、前記電力変換部から前記負荷に出力している直流電力の電流が予め定められた電圧に達した後に当該直流電力の電流が増加し又は当該直流電力の電圧が減少した場合には、前記燃料供給部に供給する燃料を漸次増加させるように前記燃料供給量指令値を当該燃料供給部に与える、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
5. 前記燃料量制御手段は、前記負荷に出力している直流電力の電流の減少又は増加を判断するのに代えて、前記燃料電池から前記電力変換部に出力している直流電力の電流の減少又は増加を判断する、ことを特徴とする請求項３又は４に記載の燃料電池システム。
   

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