(57)【要約】      （修正有）【課題】負荷変動が生じた際に、従来に比べ、燃料電池の温度を安定に制御し得る燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システム１００は、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池１と、酸化剤ガスの供給量を調整する酸化剤ガス供給器２と、燃料電池１の温度に基づき酸化剤ガス供給器２からの酸化剤ガスの供給量を制御し、燃料電池１の実際の発電量に応じた燃料電池１の発熱量の変化を考慮して、予め酸化剤ガス供給器２からの酸化剤ガスの供給量を制御する制御器１０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、酸化剤ガスの供給量を調整する酸化剤ガス供給器と、前記燃料電池の温度に基づき前記酸化剤ガス供給器からの酸化剤ガスの供給量を制御し、前記燃料電池の実際の発電量に応じた前記燃料電池の発熱量の変化を考慮して、予め前記酸化剤ガス供給器からの酸化剤ガスの供給量を制御する制御器とを備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御器は、前記燃料電池の経時的な温度変化に応じて、前記酸化剤ガス供給器からの酸化剤ガスの供給量を制御する請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御器は、前記燃料電池の目標発電量と前記実際の発電量の差分を考慮して、予め前記酸化剤ガス供給器からの酸化剤ガスの供給量を制御する請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御器は、前記差分に応じて前記酸化剤ガスの調整量を決定する請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御器は、前記差分が大きいほど、前記酸化剤ガスの調整量が大きくなるように制御する請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
燃料電池で燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電するステップ（ａ）と、前記燃料電池の温度に基づき酸化剤ガス供給器からの酸化剤ガスの供給量を調整するステップ（ｂ）と、
前記燃料電池の実際の発電量に応じた前記燃料電池の発熱量の変化を考慮して予め前記酸化剤ガス供給器からの酸化剤ガスの供給量を調整するステップ（ｃ）と、を備える燃料電池システムの運転方法。
【請求項７】
前記燃料電池の経時的な温度変化に応じて、前記酸化剤ガス供給器からの酸化剤ガスの供給量を調整するステップ（ｄ）を備える請求項６に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項８】
前記ステップ（ｃ）では、前記燃料電池の目標発電量と前記実際の発電量の差分を考慮して、予め前記酸化剤ガス供給器からの酸化剤ガスの供給量を調整する、請求項６又は７に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項９】
前記ステップ（ｃ）では、前記差分に応じて前記酸化剤ガスの調整量を決定する請求項８に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１０】
前記ステップ（ｃ）では、前記差分が大きいほど、前記酸化剤ガスの調整量を大きくする請求項９に記載の燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の温度制御では、発電用の酸化剤ガス(例えば、空気)の供給量を調整する方法が取られる。具体的には、温度検知器での燃料電池の検知温度が、燃料電池の目標温度より高い場合、酸化剤ガス供給量を増やして燃料電池の温度が下がるように酸化剤ガス供給器が制御され、上記の検知温度が、目標温度より低い場合、酸化剤ガス供給量を減らして燃料電池の温度が上がるように酸化剤ガス供給器が制御される。このようにして、燃料電池の検知温度が上記の目標温度と一致するように、温度フィードバック制御が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７７５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１は、燃料電池システムの負荷変動が生じた際に、燃料電池の温度フィードバック制御におけるタイムラグの問題について十分に検討されていない。
【０００５】
本発明の一態様（aspect）は、このような事情に鑑みてなされたものであり、負荷変動が生じた際に、従来に比べ、燃料電池の温度を安定に制御し得る燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の一態様の燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、酸化剤ガスの供給量を調整する酸化剤ガス供給器と、前記燃料電池の温度に基づき前記酸化剤ガス供給器からの酸化剤ガスの供給量を制御し、前記燃料電池の実際の発電量に応じた前記燃料電池の発熱量の変化を考慮して、予め前記酸化剤ガス供給器からの酸化剤ガスの供給量を制御する制御器とを備える。
【０００７】
また、本発明の一態様の燃料電池システムの運転方法は、燃料電池で燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電するステップ（ａ）と、前記燃料電池の温度に基づき酸化剤ガス供給器からの酸化剤ガスの供給量を調整するステップ（ｂ）と、前記燃料電池の実際の発電量に応じた前記燃料電池の発熱量の変化を考慮して予め前記酸化剤ガス供給器からの酸化剤ガスの供給量を調整するステップ（ｃ）と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様の燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法は、負荷変動が生じた際に、従来に比べ、燃料電池の温度を安定に制御し得る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【図２】図２は、第１実施形態の燃料電池システムの制御系の一例を示す制御フロー図である。
【図３】図３は、第１実施形態の燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】図４は、第２実施形態の燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、燃料電池の温度が所定の目標温度となる酸化剤ガス流量と電流との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
本発明者らは、燃料電池システムの負荷変動が生じた際に、燃料電池の温度フィードバック制御におけるタイムラグの問題について鋭意検討し、以下の知見を得た。
【００１１】
燃料電池の温度制御が行われる熱交換器は、熱容量が大きい空気等の酸化剤ガスを受熱流体に用いる。このため、酸化剤ガスの供給量制御により燃料電池の温度を制御したとしても、一般的に、温度制御の応答速度は遅く、燃料電池の実際の運転温度、つまり、燃料電池システムの運転中の燃料電池の温度を、燃料電池の目標温度に一致させるには、タイムラグが生じやすい。
【００１２】
ところで、燃料電池システムの負荷変動に関わらず、燃料電池の動作温度を一定に維持することは、燃料電池の性能及び耐久性確保において有利であるが、燃料電池システムでは、このような負荷変動に燃料電池の出力を即座に対応させることが要求される。
【００１３】
ここで、負荷変動が比較的小さく、燃料電池の内部の発熱量変化が小さい場合、燃料電池の温度は、さほど変動しない。しかし、負荷変動が大きい場合は、燃料電池の温度が大きく変動する。これは、燃料電池の発電による発熱量変化に起因する現象であり、従来の温度フィードバック制御では、燃料電池の温度変化が検知されたときに、はじめて、酸化剤ガスの供給量の調整が行われる。このため、負荷が急激に変化する等、負荷変動が大きい場合、燃料電池の温度制御に遅れが生じ、短時間に、燃料電池の温度が、大きく変動する可能性がある。この場合、燃料電池の温度が、適温範囲を超えて上昇すること、又は、適温範囲を下回ることで、燃料電池の性能及び耐久性に悪影響を与える場合がある。例えば、燃料電池の温度が低い場合、燃料電池の性能が低下する可能性があり、温度が高い場合、燃料電池が劣化する可能性がある。
【００１４】
なお、燃料電池のアノードから排出される未利用のアノードオフガスを、燃料電池を加熱する燃焼器で燃焼する場合、燃料電池のアノードへの燃料流量を調節することによっても、燃料電池の温度を制御することができる。しかし、本方法の場合は、燃料電池の寿命及び燃料電池システムの発電効率に対する影響が、酸化剤ガスによる燃料電池の温度制御に比べて大きいという問題がある。
【００１５】
そこで、第１実施形態の燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、酸化剤ガスの供給量を調整する酸化剤ガス供給器と、燃料電池の温度に基づき酸化剤ガス供給器からの酸化剤ガスの供給量を制御し、燃料電池の実際の発電量に応じた燃料電池の発熱量の変化を考慮して、予め酸化剤ガス供給器からの酸化剤ガスの供給量を制御する制御器とを備える。
【００１６】
また、本実施形態の燃料電池システムの運転方法は、燃料電池で燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電するステップ（ａ）と、燃料電池の温度に基づき酸化剤ガス供給器からの酸化剤ガスの供給量を調整するステップ（ｂ）と、燃料電池の実際の発電量に応じた燃料電池の発熱量の変化を考慮して予め酸化剤ガス供給器からの酸化剤ガスの供給量を調整するステップ（ｃ）と、を備える。
【００１７】
以上により、負荷変動が生じた際、燃料電池の温度変化の検知に先立って、燃料電池の実際の発電量に応じた燃料電池の発熱量の変化を考慮して予め酸化剤ガス供給器からの酸化剤ガスの供給量が調整される。つまり、本実施形態では、負荷変動が生じた際、酸化剤ガス流量に対するフィードフォワード制御が実行される。よって、負荷変動が生じた際に、従来に比べ、燃料電池の温度を安定に制御し得る。
【００１８】
（実施例）
第１実施形態の実施例の燃料電池システムは、第１実施形態の燃料電池システムにおいて、制御器は、燃料電池の経時的な温度変化に応じて、酸化剤ガス供給器からの酸化剤ガスの供給量を制御する。
【００１９】
また、第１実施形態の実施例の燃料電池システムの運転方法は、第１実施形態の燃料電池システムの運転方法において、燃料電池の経時的な温度変化に応じて、酸化剤ガス供給器からの酸化剤ガスの供給量を調整するステップ（ｄ）を備える。
【００２０】
以上により、燃料電池の温度フィードバック制御を実行できるので、燃料電池の経時的な温度変化が抑制される。
【００２１】
本実施例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態の燃料電池システムと同様に構成してもよい。
【００２２】
本実施例の燃料電池システムの運転方法は、上記特徴以外は、第１実施形態の燃料電池システムの運転方法と同様であってもよい。
【００２３】
［装置構成］
図１は、第１実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【００２４】
図１に示すように、燃料電池システム１００は、燃料電池１と、酸化剤ガス供給器２と、制御器１０と、を備える。
【００２５】
燃料電池１は、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する。具体的には、燃料電池１は、燃料ガスと酸化剤ガスとが酸化還元反応（以下、発電反応という）することで発電する。燃料電池１の発電により得られた電力は、燃料電池１に設けられた図示しない２つの端子を介して外部負荷へと供給される。これらの端子と外部負荷との間に、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＤＣ／ＡＣインバータ等を設けても構わない。
【００２６】
燃料電池１としては、いずれの種類であっても良く、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、又は燐酸形燃料電池等が例示される。また、燃料電池スタックとしては、例えば、平板型セル及びインターコネクタ等の部材を積層した平板型スタックを用いてもいいし、円筒型セル及びインターコネクタ等の部材をバンドル（束にして固定）した円筒型スタックを用いてもいい。
【００２７】
酸化剤ガス供給器２は、酸化剤ガスの供給量を調整する。具体的には、酸化剤ガス供給器２が、酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス供給流路に設けられ、これにより、燃料電池１のカソードに酸化剤ガスが供給される。酸化剤ガスとしては、例えば、空気等の酸素を含むガス、酸素ガス等が例示される。酸化剤ガス供給器２として、例えば、空気を送風する送風機、又は酸素ガスボンベ等が例示される。送風機として、例えば、ファン、ブロア等が例示される。なお、燃料電池１に供給される酸化剤ガスは、発電反応に利用されると同時に、燃料電池１の温度制御のための冷却にも利用される。この場合、酸化剤ガス供給器２からの酸化剤ガスの供給量を調節することで燃料電池１の温度を所定の目標温度となるように調整できる。本制御の詳細は後述する。
【００２８】
一方、燃料電池１のアノードには、水素含有の燃料ガスが供給される。なお、図示しない改質器を用いて、発電原料から上記の燃料ガスが生成される。改質器における改質反応は、いずれの形態であってもよい。例えば、改質反応として、水蒸気改質反応、オートサーマル反応又は部分酸化反応等が例示される。図１には示されていないが、各改質反応において必要となる機器は適宜設けられる。例えば、改質反応が水蒸気改質反応であれば、水蒸気を生成する蒸発器、及び蒸発器に水を供給する水供給器等が設けられる。改質反応が部分酸化、又はオートサーマル反応であれば、更に、空気を供給する空気供給器が設けられる。発電原料としては、例えば、天然ガス又はプロパンガス等の炭化水素系ガス、灯油等の常温で液体の炭化水素系燃料、又はメタノール等の炭化水素以外の有機系燃料等が例示される。また、図示しない原料供給器により、発電原料の流量が調整される。原料供給器は、例えば、昇圧器と流量調整弁により構成されるが、これらのいずれか一方により構成されてもよい。昇圧器は、例えば、定容積型ポンプが用いられるが、これに限定されるものではない。発電原料は、原料供給源より供給される。原料供給源は、所定の供給圧を備えており、例えば、原料ボンベ、原料インフラ等が例示される。
【００２９】
また、燃料電池１から排出されるアノードオフガス及びカソードオフガスを、図示しない燃焼器で燃焼させても構わない。そして、燃焼器を燃料電池１のごく近傍に設けることで燃料電池１を加熱しても構わない。
【００３０】
また、燃料電池１には、図示しない温度検知器が設けられる。温度検知器は、１つ、又は複数設けられ、燃料電池１の温度を検知し、検知温度の信号を制御器１０へと出力する。これにより、燃料電池１の温度が検知される。温度検知器は、燃料電池１の温度を直接的又は間接的に検知できれば、どのような構成であっても構わない。例えば、燃料電池１中に温度検知器を設け、燃料電池１の温度を直接的に検知しても構わないし、燃料電池１の温度と相関する所定の箇所に温度検知器を設け、燃料電池１の温度を間接的に検知しても構わない。温度検知器として、例えば、熱電対、抵抗体等の温度検知素子等が例示される。
【００３１】
図２は、第１実施形態の燃料電池システムの制御系の一例を示す制御フロー図である。
【００３２】
図２に示すように、制御器１０は、燃料電池１の温度に基づき酸化剤ガス供給器２からの酸化剤ガスの供給量を制御する。具体的には、制御器１０は、燃料電池１の経時的な温度変化に応じて、酸化剤ガス供給器２からの酸化剤ガスの供給量を制御する。例えば、制御器１０は、上記温度検知器により燃料電池１の経時的な温度変化を検知し、本温度検知器の検知温度が、燃料電池１の目標温度と一致するような酸化剤ガスの目標流量が導かれる。このような燃料電池１の温度制御は、一般的な温度フィードバック制御方式（ＰＩＤ制御）を想定しており、温度検知器の検知温度に基づいて、酸化剤ガスの流量を調節することで行われる。具体的には、温度検知器の検知温度が、燃料電池１の目標温度より高い場合、酸化剤ガスの供給量を所定量増やし、上記の検知温度が、目標温度より低い場合、所定量減らすことで、この検知温度が、目標温度と一致するように酸化剤ガス供給器２が制御される。これにより、燃料電池１の経時的な温度変化が抑制される。なお、目標温度は、一定の閾値温度だけでなく、燃料電池１の温度の目標範囲であってもよい。
【００３３】
また、図２に示すように、制御器１０は、酸化剤ガスの検知流量に基づき酸化剤ガス供給器２を制御する。具体的には、酸化剤ガスの目標流量に対して、酸化剤ガス供給器２の出力が設定される。そして、図示しない流量検知器により酸化剤ガスの実際の流量が検知され、流量検知器の検知流量と目標流量との間に差が生じた場合、両者が一致するように酸化剤ガスの流量フィードバック制御が行われる。
【００３４】
また、本実施形態では、制御器１０は、燃料電池１の実際の発電量に応じた燃料電池１の発熱量の変化を考慮して、予め酸化剤ガス供給器２からの酸化剤ガスの供給量を制御する。具体的には、燃料電池１の目標発電量と実際の発電量の差分が生じた場合は（つまり、負荷変動が生じた際に）、燃料電池１の実際の発電量に対応して燃料電池１の発熱量の変化を考慮して、予め酸化剤ガス供給器２からの酸化剤ガスが調整される。例えば、図２に示すように、酸化剤ガスの目標流量を決定する際に、フィードフォワード制御による酸化剤ガスの調整量が、温度フィードバック制御による酸化剤ガスの調整量に加算される。なお、この目標発電量は、制御器１０において、外部からの要求電力に基づき導かれる。
【００３５】
ここで、上記フィードフォワード制御による酸化剤ガスの調整量は、燃料電池１の実際の電流と、本電流に見合った酸化剤ガスの流量の関係から、燃料電池１の電流エリア間の酸化剤ガス流量の変化量より以下の如く導かれる。
【００３６】
燃料電池システム１００では、一般的に、燃料電池１の電流に対して必要な酸化剤ガス流量の下限及び上限が設定されており、その中でも、燃料電池１の温度が所定の目標温度となる燃料電池１の電流と酸化剤ガス流量の関係が存在する。つまり、燃料電池１の或る電流において、本電流に見合った流量の酸化剤ガスが燃料電池１に供給された場合、燃料電池１の温度は、目標温度に安定する。
【００３７】
このように、燃料電池１の温度が目標温度となる燃料電池１の電流と酸化剤ガス流量との関係が示された曲線を、例えば、図５に示すｆ（Ｉ）曲線とする。また、図５のｆ（Ｉ）の曲線に対応して、下記の表１の如く、燃料電池１の電流エリアと酸化剤ガス流量の変化量ΔＱｃとの関係が示されたテーブル（以下、「電流／酸化剤ガス流量テーブル」という）が準備されている。
【００３８】
具体的には、例えば、現在から一制御周期Ｌだけ以前の燃料電池１の電流エリアが、０．１−０．２（Ａ）の範囲であり、現在の燃料電池１の電流エリアが、０．２−０．３（Ａ）の範囲である場合、酸化剤ガス流量の変化量ΔＱｃは、流量ｂから流量ｃへと変化する。つまり、ΔＱｃ（ｔ−Ｌ）として、流量ｂが設定され、ΔＱｃ（ｔ）として、流量ｃが設定される。そして、本実施形態では、かかる変化量ΔＱｃが、フィードフォワード制御による酸化剤ガスの調整量ΔＲ(ＦＦ)として使用される（つまり、ΔＱｃ＝ΔＲ（ＦＦ））。
【００３９】
このようにして、本実施形態では、負荷変動が生じた際、酸化剤ガス流量に対するフィードフォワード制御が実行される。よって、負荷変動が生じた際に、従来に比べ、燃料電池１の温度を安定に制御し得る。
【００４０】
また、フィードフォワード制御による酸化剤ガスの調整量ΔＲ(ＦＦ)を、ｆ（Ｉ）曲線で決定される酸化剤ガス流量から直接に導かずに、電流／酸化剤ガス流量テーブルの変化量ΔＱｃから導いている。これにより、上記フィードフォワード制御による酸化剤ガスの調整量ΔＲ(ＦＦ)は、燃料電池１の個体差によるｆ（Ｉ）曲線のシフト等の影響、又は燃料電池システム１００の環境温度によるｆ（Ｉ）曲線のシフト等の影響を受けにくくなり、適量に設定されやすくなる。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
［動作］
図３は、第１実施形態の燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。なお、以下の動作は、制御器１０の制御プログラムにより行われる。
【００４３】
燃料電池システム１００は、燃料電池１で燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電し、酸化剤ガス供給器２からの酸化剤ガスの供給量が燃料電池１の温度に基づき調整される。
【００４４】
ここで、燃料電池システム１００の負荷変動が生じた際、燃料電池１の温度変化の検知に先立って、燃料電池１の実際の発電量に応じた燃料電池１の発熱量の変化を考慮して、予め酸化剤ガス供給器２からの酸化剤ガスの供給量が調整される。
【００４５】
まず、図３に示すように、ステップＳ２０１で、負荷変動が生じたか否かが判定される。具体的には、燃料電池１の目標発電量に対応する交流電力の目標値[ＰＲ（ｔ）]と、燃料電池１の実際の発電量に対応する交流電力の指令値[ＰＤ（ｔ）]との差がゼロであるか否かが判定される。
【００４６】
ステップＳ２０１において、上記の差がゼロの場合は、負荷変動が生じていないと判定される。この場合、酸化剤ガス流量に対するフィードフォワード制御を行わずに、ステップＳ２０６で、燃料電池１の温度フィードバック制御が行われる。具体的には、図示しない温度検知器の検知温度が、燃料電池１の目標温度と一致するように、温度フィードバック制御による酸化剤ガスの調整量ΔＲ（ＦＢ）が導かれる。つまり、酸化剤ガスの目標流量Ｑ（ｔ）は、一制御周期Ｌだけ以前の酸化剤ガスの目標流量Ｑ（ｔ−Ｌ）に、温度フィードバック制御による酸化剤ガスの調整量ΔＲ（ＦＢ）を加算した流量となる。これにより、燃料電池１の経時的な温度変化に応じて、酸化剤ガス供給器２からの酸化剤ガスの供給量を制御できる。よって、燃料電池１の経時的な温度変化が抑制される。また、ステップＳ２０６では、酸化剤ガスの流量フィードバック制御も行われる。具体的には、図示しない流量検知器の検知流量が、酸化剤ガスの供給量と一致するように酸化剤ガス供給器２が制御される。
【００４７】
ステップＳ２０１において、上記の差がゼロでない場合、負荷変動が生じたと判定される。この場合、以下のステップＳ２０２−ステップＳ２０５において、酸化剤ガス流量に対するフィードフォワード制御が行われる。
【００４８】
ステップＳ２０２では、負荷が上昇する方向か否かが判定される。具体的には、交流電力の目標値[ＰＲ（ｔ）]と交流電力の指令値[ＰＤ（ｔ）]との差がゼロよりも大きいか否かが判定される。
【００４９】
ステップＳ２０２において、上記の差がゼロよりも大きい場合（つまり、[ＰＲ（ｔ）]＞[ＰＤ（ｔ）]の場合）、負荷が上昇する方向に負荷変動が生じていると判定される。この場合、負荷が上昇する場合の電流／酸化剤ガス流量テーブルが、フィードフォワード制御に使用される（ステップＳ２０３）。これにより、ステップＳ２０５で、フィードフォワード制御による酸化剤ガスの調整量ΔＲ（ＦＦ）が決定される。具体的には、燃料電池１の実際の発電量に対応する現在の燃料電池１の電流が、図示しない電流検知器により検知される。そして、本電流検知器での検知電流に対応する電流エリアの酸化剤ガス流量の変化量ΔＱｃが、ステップＳ２０３の電流／酸化剤ガス流量テーブルから導かれる。すると、フィードフォワード制御による酸化剤ガスの調整量ΔＲ（ＦＦ）が、この変化量ΔＱｃとして特定される（つまり、ΔＲ（ＦＦ）＝ΔＱｃ）。
【００５０】
ステップＳ２０２において、上記の差がゼロよりも大きくない場合（つまり、[ＰＲ（ｔ）]＜[ＰＤ（ｔ）]の場合）、負荷が下降する方向に負荷変動が生じていると判定される。この場合、負荷が下降する場合の電流／酸化剤ガス流量テーブルが、フィードフォワード制御に使用される（ステップＳ２０４）。これにより、ステップＳ２０５で、フィードフォワード制御による酸化剤ガスの調整量ΔＲ（ＦＦ）が決定される。具体的には、燃料電池１の実際の発電量に対応する現在の燃料電池１の電流が、図示しない電流検知器により検知される。そして、本電流検知器での検知電流に対応する電流エリアの酸化剤ガス流量の変化量ΔＱｃが、ステップＳ２０４の電流／酸化剤ガス流量テーブルから導かれる。すると、フィードフォワード制御による酸化剤ガスの調整量ΔＲ（ＦＦ）が、この変化量ΔＱｃとして特定される（つまり、ΔＲ（ＦＦ）＝ΔＱｃ）。
【００５１】
また、本例では、負荷変動が生じた際、ステップＳ２０６において、酸化剤ガスの目標流量Ｑ（ｔ）は、一制御周期Ｌだけ以前の酸化剤ガスの目標流量Ｑ（ｔ−Ｌ）に、フィードバック制御による酸化剤ガスの調整量ΔＲ（ＦＢ）とともに、フィードフォワード制御による酸化剤ガスの調整量ΔＲ（ＦＦ）が加算される。つまり、この場合、目標流量Ｑ（ｔ）は、以下の式（１）及び式（２）で定式化される。
【００５２】
Ｑ（ｔ）＝Ｑ（ｔ−Ｌ)＋ΔＲ（ＦＢ）＋ΔＲ（ＦＦ）・・・式（１）
ΔＲ（ＦＦ）＝ΔＱｃ・・・式（２）
このように、本実施形態では、以上の動作を、一制御周期Ｌ毎に実行することで、従来に比べ、燃料電池１の温度を安定に制御し得る。具体的には、燃料電池１の目標発電量と実際の発電量の差が生じた場合に（つまり、負荷変動が生じる際に）、上記酸化剤ガス流量の変化量ΔＱｃをフィードフォワード制御による酸化剤ガスの調整量ΔＲ（ＦＦ）とし、これがフィードバック制御による酸化剤ガスの調整量ΔＲ(ＦＢ)に加算される。これにより、従来に比べ、燃料電池１の温度を安定に制御し得る。
【００５３】
なお、以上の燃料電池システム１００の動作は、例示であって、本例に限定されない。例えば、負荷が上昇する方向に変化する場合も下降する方向に変化する場合も同様の電流／酸化剤ガス流量テーブルを使用できるのであれば、ステップＳ２０２の判定ステップ等が不要となる。
【００５４】
（第２実施形態）
第２実施形態の燃料電池システムは、第１実施形態又は第１実施形態の実施例の燃料電池システムにおいて、制御器は、燃料電池の目標発電量と実際の発電量の差分を考慮して、予め酸化剤ガス供給器からの酸化剤ガスの供給量を制御する。
【００５５】
また、第２実施形態の燃料電池システムの運転方法は、第１実施形態又は第１実施形態の実施例の燃料電池システムの運転方法において、上記のステップ（ｃ）では、燃料電池の目標発電量と実際の発電量の差分を考慮して、予め酸化剤ガス供給器からの酸化剤ガスの供給量を調整する。
【００５６】
以上により、負荷変動が生じた際、このような差分を考慮せずに酸化剤ガスの供給量を調整する場合に比べ、燃料電池の温度を安定に制御し得る。
【００５７】
本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態又は第１実施形態の実施例の燃料電池システムと同様に構成してもよい。
【００５８】
本実施形態の燃料電池システムの運転方法は、上記特徴以外は、第１実施形態又は第１実施形態の実施例の燃料電池システムの運転方法と同様であってもよい。
【００５９】
（第１実施例）
第２実施形態の第１実施例の燃料電池システムは、第２実施形態の燃料電池システムにおいて、制御器は、燃料電池の目標発電量と実際の発電量の差分に応じて酸化剤ガスの調整量を決定する。
【００６０】
また、第２実施形態の第１実施例の燃料電池システムの運転方法は、第２実施形態の燃料電池システムの運転方法において、上記のステップ（ｃ）では、燃料電池の目標発電量と実際の発電量の差分に応じて酸化剤ガスの調整量を決定する。
【００６１】
以上により、負荷変動が生じた際、燃料電池の目標発電量と実際の発電量の差分に応じて、酸化剤ガスの調整量を決定するので、このような差分に寄らずに酸化剤ガスの調整量を決定する場合に比べ、燃料電池の温度を安定に制御し得る。
【００６２】
本実施例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第２実施形態の燃料電池システムと同様に構成してもよい。
【００６３】
本実施例の燃料電池システムの運転方法は、上記特徴以外は、第２実施形態の燃料電池システムの運転方法と同様であってもよい。
【００６４】
（第２実施例）
第２実施形態の第２実施例の燃料電池システムは、第２実施形態の第１実施例の燃料電池システムにおいて、制御器は、燃料電池の目標発電量と実際の発電量の差分が大きいほど、酸化剤ガスの調整量が大きくなるように制御する。
【００６５】
第２実施形態の第２実施例の燃料電池システムの運転方法は、第２実施形態の第１実施例の燃料電池システムの運転方法において、上記のステップ（ｃ）では、燃料電池の目標発電量と実際の発電量の差分が大きいほど、酸化剤ガスの調整量を大きくする。
【００６６】
以上により、燃料電池の目標発電量と実際の発電量の差分が大きいほど、酸化剤ガスの調整量を大きくできるので、このような制御を行わない場合に比べ、燃料電池の温度を安定に制御し得る。
【００６７】
本実施例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第２実施形態の第１実施例の燃料電池システムと同様に構成してもよい。
【００６８】
本実施例の燃料電池システムの運転方法は、上記特徴以外は、第２実施形態の第１実施例の燃料電池システムの運転方法と同様であってもよい。
【００６９】
［装置構成］
本実施形態の燃料電池システム１００の装置構成は、第１実施形態の燃料電池システム１００と同様であるので説明を省略する。
【００７０】
［動作］
図４は、第２実施形態の燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。なお、以下の動作は、制御器１０の制御プログラムにより行われる。
【００７１】
図４のステップＳ２０１−ステップＳ２０４、ステップＳ２０６は、第１実施形態の燃料電池システム１００の動作と同様であるので説明を省略する。
【００７２】
ステップＳ２０１において、負荷変動が生じたと判定された場合、ステップＳ３０１で、燃料電池１の目標発電量と実際の発電量の差分（[ＰＲ（ｔ）]−[ＰＤ（ｔ）]の絶対値）に相当する負荷変動の大きさの係数Ｋが導出される。つまり、係数Ｋは、燃料電池１の目標発電量と実際の発電量の差分に相当する負荷変動の大きさによって導かれる値である。負荷変動量が大きいほど、係数Ｋは大きく、負荷変動量が少ないほど係数Ｋは小さい。なお、係数Ｋは、燃料電池システム１００の構成又は動作条件等に対応して適宜の値を設定しても構わない。例えば、負荷変動量が３００Ｗであれば、係数Ｋを３に設定し、負荷変動量が１００Ｗであれば、係数Ｋを１に設定してもよい。なお、これらの数値は、例示であって、本例に限定されない。
【００７３】
ここで、本実施形態では、燃料電池１の目標発電量と実際の発電量の差分（[ＰＲ（ｔ）]−[ＰＤ（ｔ）]の絶対値）を考慮して、予め酸化剤ガス供給器２からの酸化剤ガスの供給量が制御される。つまり、本差分に応じて酸化剤ガスの調整量が決定される。具体的には、上記差分が大きいほど、フィードフォワード制御による酸化剤ガスの調整量ΔＲ（ＦＦ）が大きくなるように、酸化剤ガス供給器２が制御される。例えば、ステップＳ３０２で、フィードフォワード制御による酸化剤ガスの調整量ΔＲ（ＦＦ）は、酸化剤ガス流量の変化量ΔＱｃに係数Ｋを乗じた値であり、以下の式（３）で定式化される。
【００７４】
ΔＲ（ＦＦ）＝Ｋ×ΔＱｃ・・・式（３）
これにより、負荷変動が生じた際、上記差分を考慮せずに酸化剤ガスの供給量を調整する場合に比べ、燃料電池１の温度を安定に制御し得る。つまり、負荷変動が生じた際、上記差分に応じて、酸化剤ガスの調整量ΔＲ（ＦＦ）を決定するので、このような差分に寄らずに酸化剤ガスの調整量を決定する場合に比べ、燃料電池１の温度を安定に制御し得る。例えば、燃料電池１の目標発電量と実際の発電量の差分が大きいほど、係数Ｋが大きくなる。その結果、酸化剤ガスの調整量ΔＲ（ＦＦ）を大きくできるので、かかる制御を行わない場合に比べ、燃料電池１の温度を安定に制御し得る。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の一態様は、負荷変動が生じた際に、従来に比べ、燃料電池の温度を安定に制御し得る。よって、本発明の一態様は、例えば、燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法等に利用できる。
【符号の説明】
【００７６】
１  燃料電池
２  酸化剤ガス供給器
１０  制御器
１００  燃料電池システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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