特許 6982443 燃料電池システム、燃料電池システムの指示装置、及び燃料電池システムの指示方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6982443

(24)【登録日】2021年11月24日

(45)【発行日】2021年12月17日

(54)【発明の名称】燃料電池システム、燃料電池システムの指示装置、及び燃料電池システムの指示方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04858 20160101AFI20211206BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20211206BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20211206BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/04858

   H01M8/04 Z

   !H01M8/10 101

【請求項の数】11

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-179457(P2017-179457)

(22)【出願日】2017年9月19日

(65)【公開番号】特開2019-57362(P2019-57362A)

(43)【公開日】2019年4月11日

【審査請求日】2020年2月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100124372

【弁理士】

【氏名又は名称】山ノ井 傑

(74)【代理人】

【識別番号】100125151

【弁理士】

【氏名又は名称】新畠 弘之

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100124372

【弁理士】

【氏名又は名称】山ノ井 傑

(74)【代理人】

【識別番号】100125151

【弁理士】

【氏名又は名称】新畠 弘之

(74)【代理人】

【識別番号】100082991

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 泰和

(72)【発明者】

【氏名】友道 啓太

(72)【発明者】

【氏名】坂田 悦朗

【審査官】 西井 香織

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０４３５２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３２７４９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１４９５１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／０５２６３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−３４２４４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１８９２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１２２８６２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１７／０１００６９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−１７８８７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０１３１０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／０４ − ８／０６６８

Ｈ０１Ｍ ８／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素を用いて電力を発生し、特定の負荷時に発電効率が最大になる複数の燃料電池と、前記複数の燃料電池それぞれの発電指示量を指示する指示装置と、
を備え、
前記指示装置は、
前記複数の燃料電池が発電すべき総発電電力を取得する電力取得部と、
前記複数の燃料電池それぞれの発電効率の情報と、前記総発電電力とに基づき、前記複数の燃料電池それぞれの発電指示量を決定する発電電力決定部と、
前記複数の燃料電池それぞれに前記発電指示量を指示する指示部と、
を有し、
前記発電電力決定部は、前記複数の燃料電池それぞれの発電効率が最大となる最大効率電力である共通の第１発電電力に前記複数の燃料電池の全台数を乗算した第２発電電力よりも前記総発電電力が小さい場合に、運転台数に前記第１発電電力を乗算した電力が前記総発電電力よりも小さく且つ最大となる第１運転台数、又は運転台数に前記第１発電電力を乗算した電力が前記総発電電力よりも大きく且つ最小となる第２運転台数の中の発電効率が大きくなる方を、運転台数として決定する、燃料電池システム。

【請求項2】

前記発電電力決定部は、前記総発電電力が前記第２発電電力以上である場合に、前記総発電電力を前記複数の燃料電池の総運転台数で除算した電力を、前記複数の燃料電池それぞれの発電電力に決定する、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項3】

前記発電電力決定部は、前記運転台数を前記第１運転台数に決定した場合に、前記総発電電力から前記第１運転台数に前記第１発電電力を乗算した電力を減算した電力と、前記第１発電電力とを加算した加算電力を、前記発電を行わせる燃料電池の中のいずれか１台の発電電力に決定する、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項4】

前記発電電力決定部は、前記運転台数を前記第１運転台数に決定した場合に、前記総発電電力を前記第１運転台数で除算した電力を、前記発電を行わせる燃料電池それぞれの発電電力に決定する、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項5】

前記発電電力決定部は、前記運転台数を前記第２運転台数に決定した場合に、前記第２運転台数に前記第１発電電力を乗算した電力から前記総発電電力を減算した電力を、前記第１発電電力から更に減算した電力を、前記発電を行わせる燃料電池の中のいずれか１台の発電電力に決定する、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項6】

前記発電電力決定部は、前記運転台数を前記第２運転台数に決定した場合に、前記総発電電力を前記第２運転台数で除算した電力を、前記発電を行わせる燃料電池それぞれの発電電力に決定する、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項7】

前記指示装置は、前記複数の燃料電池それぞれの発電性能を評価する評価部を更に有し、
前記発電電力決定部は、前記発電性能に基づき、前記複数の燃料電池の中から発電に使用する燃料電池を決定する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

【請求項8】

前記指示装置は、前記評価部の性能評価に基づき、前記複数の燃料電池の回復制御を行う回復制御部を更に有する、請求項７に記載の燃料電池システム。

【請求項9】

前記複数の燃料電池のそれぞれは、前記水素と酸素とを用いて発電する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの排熱を少なくとも回収する排熱回収部と、を有し、
前記指示装置は、前記複数の燃料電池の発電効率が最大となるように運転する発電効率モードと、前記複数の燃料電池のそれぞれが有する前記排熱回収部で回収される熱全体の排熱回収効率が最大となるように運転する排熱回収効率モードと、を選択するモード選択部を更に有し、
前記発電電力決定部は、前記発電効率モードが選択された場合には、前記複数の燃料電池それぞれの発電効率の情報に基づき、前記複数の燃料電池それぞれの発電量を決定し、 前記排熱回収効率モードが選択された場合には、前記複数の燃料電池それぞれの排熱回収効率の情報に基づき、前記複数の燃料電池それぞれの発電量を取得する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

【請求項10】

水素を用いて電力を発生し、特定の負荷時に発電効率が最大である複数の燃料電池を有する燃料電池システムの指示装置であって、
前記複数の燃料電池が発電すべき総発電電力を取得する電力取得部と、
前記複数の燃料電池それぞれの発電効率の情報と、前記総発電電力とに基づき、前記複数の燃料電池それぞれの発電指示量を決定する発電電力決定部と、
前記複数の燃料電池それぞれに前記発電指示量を指示する指示部と、
を備え、
前記発電電力決定部は、前記複数の燃料電池それぞれの発電効率が最大となる最大効率電力である共通の第１発電電力に前記複数の燃料電池の全台数を乗算した第２発電電力よりも前記総発電電力が小さい場合に、運転台数に前記第１発電電力を乗算した電力が前記総発電電力よりも小さく且つ最大となる第１運転台数、又は運転台数に前記第１発電電力を乗算した電力が前記総発電電力よりも大きく且つ最小となる第２運転台数の中の発電効率が大きくなる方を、運転台数として決定する、燃料電池システムの指示装置。

【請求項11】

水素を用いて電力を発生し、特定の負荷時に発電効率が最大である複数の燃料電池を有する燃料電池システムの指示方法であって、
前記複数の燃料電池が発電すべき総発電電力を取得する電力取得工程と、
前記複数の燃料電池それぞれの発電効率の情報と、前記総発電電力とに基づき、前記複数の燃料電池それぞれの発電指示量を決定する発電電力決定工程と、
前記複数の燃料電池それぞれに前記発電指示量を指示する指示工程と、
を備え、
前記発電電力決定工程は、前記複数の燃料電池それぞれの発電効率が最大となる最大効率電力である共通の第１発電電力に前記複数の燃料電池の全台数を乗算した第２発電電力よりも前記総発電電力が小さい場合に、運転台数に前記第１発電電力を乗算した電力が前記総発電電力よりも小さく且つ最大となる第１運転台数、又は運転台数に前記第１発電電力を乗算した電力が前記総発電電力よりも大きく且つ最小となる第２運転台数の中の発電効率が大きくなる方を、運転台数として決定する、燃料電池システムの指示方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、燃料電池システム、燃料電池システムの指示装置、及び燃料電池システムの指示方法に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料ガスの有している化学エネルギーを直接電気に変換するシステムとして、燃料電池発電システムが知られている。この燃料電池発電システムは、燃料である水素と酸化剤である酸素とを電気化学的に反応させて、直接電気を取り出すものであり、高い発電効率で電気エネルギーを取り出すことが可能である。この燃料電池システムの中には、複数の燃料電池を連結して発電させる燃料電池システムが知られている。

【0003】

ところが、このような複数の燃料電池を連結して発電させる燃料電池システムでは、複数の燃料電池それぞれの発電電力が同等となるように一般に運転させている。このため、燃料電池システム全体の発電効率が低下してしまう恐れがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭６０−３７６７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、複数の燃料電池により発電させても、発電効率の低下を抑制可能な燃料電池システム、燃料電池システムの指示装置、及び燃料電池システムの指示方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本実施形態に係る燃料電池システムは、複数の燃料電池と、指示装置と、を備える。複数の燃料電池は、水素を用いて電力を発生し、特定の負荷時に発電効率が最大である。指示装置は、複数の燃料電池それぞれの発電指示量を指示する。指示装置は、電力取得部と、発電電力決定部と、指示部と、を有する。電力取得部は、複数の燃料電池が発電すべき総発電電力を取得する。発電電力決定部は、複数の燃料電池それぞれの発電効率の情報と、総発電電力とに基づき、複数の燃料電池それぞれに対する発電指示量を決定する。指示部は、複数の燃料電池それぞれに発電指示量を指示する。

【発明の効果】

【0007】

本発明の効果は、複数の燃料電池により発電させても、発電効率の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態に係る燃料電池システムの概略的な全体構成を示す図。

【図2】燃料電池の詳細な構成を示すブロック図。

【図3】指示装置の構成を示すブロック図。

【図4】燃料電池の発電効率の情報及び排熱回収効率の情報の一例を示す図。

【図5】燃料電池システムの発電処理の一例を示すフローチャート。

【図6】ステップＳ１１０の処理内容を説明するフローチャート。

【図7】図５及び図６のフローチャートにしたがい電指示量を決定した場合の発電効率の例を示す図。

【図8】第２実施形態に係る指示装置のブロック図。

【図9】第２実施形態に係る電力決定部及び評価部の処理例を示すフローチャート。

【図10】第３実施形態に係る指示装置のブロック図。

【図11】第３実施形態に係る電力決定部及びモード選択部の処理例を示すフローチャート。

【図12】排熱回収効率モードにより燃料電池それぞれの発電量を決定した場合の発電効率及び排熱回収効率の例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態に係る距離計測装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。

【0010】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る燃料電池システム１の概略的な全体構成を示す図である。この図１に示すように燃料電池システム１は、複数の燃料電池により発電行い、排熱回収が可能なシステムである。より具体的には、この燃料電池システム１は、複数の燃料電池１０と、指示装置２０と、操作装置２２と、熱交換器３０と、循環水管３２と、を備えて構成されている。

【0011】

燃料電池１０は、水素を用いて電力を発生し、部分負荷時に発電効率が最大となる燃料電池である。この燃料電池１０は、熱回収水管１０２と、を有している。熱回収水管１０２は、循環水管３２に接続され、内部を流れる水により、燃料電池１０の発電により発生した排熱を回収する水管である。

【0012】

指示装置２０は、複数の燃料電池１０それぞれの発電量を指示する。燃料電池１０及び指示装置２０の詳細な構成は後述する。操作装置２２は、例えばパーソナルコンピュータであり、燃料電池１０の発電効率の情報及び排熱回収効率の情報などを保存するとともに、例えば、発電効率の情報及び排熱回収効率の情報、総発電量の情報、モードの選択情報などを指示装置２０に供給する。

【0013】

熱交換器３０は、複数の燃料電池１０から回収した排熱を熱交換により放出する。循環水管３２は、熱交換器３０に接続されその内部を流れる水を熱交換器３０に供給する。ポンプ３４は、循環水管３２に設けられ、循環水管３２の内部の水を循環させる。

【0014】

図２は、燃料電池１０の詳細な構成を示すブロック図である。図１と同等の構成には同一の番号を付して説明を省略する。

【0015】

この図２に示すように、この燃料電池１０は、例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）であり、熱回収水管１０２と、調整弁１０４と、燃料供給配管１０６と、燃料排出配管１０８と、大気供給配管１１０と、大気排出配管１１２と、燃料電池スタック１１４と、熱回収部１１６と、インバータ１１８と、制御部１２０とを備えて構成されている。

【0016】

燃料供給配管１０６は、燃料電池スタック１１４の吸気口に接続されている。この燃料供給配管１０６は、水素ガスを燃料電池スタック１１４のアノード１１４Ａに供給する管である。燃料排出配管１０８は、燃料電池スタック１１４のアノード１１４Ａの排出口に接続されている。この燃料排出配管１０８は、燃料電池スタック１１４のアノード１１４Ａから排出されたガスを排出する。大気供給配管１１０は、燃料電池スタック１１４のカソード１１４Ｂの吸気口に接続され、大気中の酸素ガスをカソード１１４Ｂに供給する。大気排出配管１１２は、燃料電池スタック１１４のカソード１１４Ｂの排出口に接続されている。これにより、カソード１１４Ｂから排出されたガスは、燃料電池１０の外部に排出される。

【0017】

燃料電池スタック１１４は、電解質膜を挟んで設けられたアノード１１４Ａとカソード１１４Ｂとを備えている。すなわち、この燃料電池スタック１１４は、燃料供給配管１０６を介してアノード１１４Ａに供給された水素ガスと、大気供給配管１１０を介してカソード１１４Ｂに供給された大気中の酸素ガスとを用いて発電する。

【0018】

熱回収部１１６は、燃料電池スタック１１４の発電により発生した排熱を回収する。例えば、熱回収部１１６は、熱回収水管１０２の内部を流れる水を介して回収した排熱を熱交換器３０（図１）に供給する。

【0019】

インバータ１１８は、燃料電池スタック１１４の電極に接続され、燃料電池スタック１１４の発電量を調整する。このインバータ１１８、例えば燃料電池スタック１１４が発電した直流電力を交流電力に変換する。つまり、インバータ１１８は、交流電力に変換する電力を調整することにより、燃料電池スタック１１４の発電量を調整する。

【0020】

制御部１２０は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であり、指示装置２０（図１）から指示された発電量の電力をインバータ１１８に発電させる。

【0021】

図３は、指示装置２０の詳細な構成を示すブロック図である。この図３に示すように、本実施形態に係る指示装置２０は、情報取得部２００と、電力取得部２０２と、発電電力決定部２０４と、記憶部２０６と、指示部２０８とを、備えて構成されている。

【0022】

情報取得部２００は、複数の燃料電池１０それぞれの発電効率の情報を取得する。また、情報取得部２００は、複数の燃料電池１０それぞれの排熱回収効率の情報を取得する。例えば、
情報取得部２００は、操作装置２２（図１）から発電効率の情報及び排熱回収効率の情報を取得する。なお、複数の燃料電池１０それぞれの発電効率の情報、及び複数の燃料電池１０それぞれの排熱回収効率の情報を記憶部２０６に予め記憶させておいてもよい。この場合、情報取得部２００は、記憶部２０６に記憶させているこれらの情報を用いて複数の燃料電池１０それぞれの発電効率の情報、及び複数の燃料電池１０それぞれの排熱回収効率の情報を取得してもよい。

【0023】

図４は、燃料電池１０の発電効率の情報及び排熱回収効率の情報の一例を示す図である。横軸は、燃料電池１０の発電量を示し、縦軸は、発電効率と排熱回収効率とを示している。この図４に示すように、この燃料電池１０の発電効率は、特定の負荷時に最大となる。ここで、燃料電池１０の定格は、最大の発電電力を意味し、部分負荷は、発電電力よりも小さい発電電力を意味する。この燃料電池１０の発電効率は、発電電力が増加するにしたがい単調増加し、部分負荷時に最大値を示した後、発電電力が増加するにしたがい単調減少する。一方で、この燃料電池１０の排熱回収効率は、発電電力が増加するにしたがい単調増加する。

【0024】

図３に示すように、電力取得部２０２は、複数の燃料電池１０が発電すべき総発電電力を取得する。この電力取得部２０２は、例えば、複数の燃料電池１０が発電すべき総発電電力を操作装置２２（図１）から取得する。

【0025】

発電電力決定部２０４は、情報取得部２００が取得した複数の燃料電池１０それぞれの発電効率の情報と、電力取得部２０２が取得した複数の燃料電池１０が発電すべき総発電電力とに基づき、運転台数と、複数の燃料電池それぞれに対する発電指示量とを決定する。例えば、発電電力決定部２０４は、（２）式を拘束条件として、（１）式で示す発電効率Ｅを最大とする発電指示量を決定する。

【0026】

【数1】

【数2】

ここでは、Ｖｉは燃料電池ｉの発電指示量を示す表記であり、関数Ｆｉ（Ｖｉ）は燃料電池ｉの発電指示量Ｖｉに対する発電効率を示す関数の表記であり、ｎは複数の燃料電池１０の数を示す表記である。また、Ｔａｌｌは、複数の燃料電池１０が発電すべき総発電電力の表記である。この評価関数Ｅを最大とする発電指示量は、一般的な最適化問題を解く手法を用いて解くことが可能である。また、Ｖｉ＝０の場合は、燃料電池ｉは発電しないことを示している。発電電力決定部２０４の詳細な処理例は後述する。

【0027】

記憶部２０６は、発電電力決定部２０４で決定した運転台数と、複数の燃料電池１０それぞれの発電指示量を記憶する。記憶部３０４は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。

【0028】

指示部２０８は、記憶部に記憶された複数の燃料電池１０それぞれに発電指示量を指示する。燃料電池１０の発電を停止させる場合の発電指示量は０である。

【0029】

なお、本実施形態に係る指示装置２０は、例えば、プロセッサにより構成される。ここで、プロセッサという文言は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、或いは、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ： ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ： ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ： ＣＰＬＤ）、及び、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ： ＦＰＧＡ）等の回路を意味する。プロセッサは、記憶部２０６に保存されたプログラムを読み出して実行することにより機能を実現する。なお、記憶部２０６にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成して構わない。

【0030】

ここで、発電電力決定部２０４の詳細な処理例を説明する。この発電電力決定部２０４は、複数の燃料電池１０それぞれの発電効率が最大となる最大効率電力に基づき、複数の燃料電池それぞれの発電指示量を決定する。以下では、計算を高速化するための簡易的な方法を説明する。また、説明を簡単にするために、最大効率電力は、複数の燃料電池１０それぞれで共通の第１発電電力として説明する。

【0031】

発電電力決定部２０４は、第１発電電力に複数の燃料電池１０の全台数を乗算した第２発電電力よりも総発電電力が小さいか否かを判定し、総発電電力が第２発電電力以上の場合に、総発電電力を全台数で除算した均等電力により、複数の燃料電池１０それぞれの発電指示量とする。

【0032】

一方で、発電電力決定部２０４は、第２発電電力よりも総発電電力が小さい場合に、複数の燃料電池１０の中で発電を行わせる運転台数を決定する。より具体的には、発電電力決定部２０４は、運転台数に第１発電電力を乗算した電力が総発電電力よりも小さく且つ最大となる第１運転台数、又は運転台数に第１発電電力を乗算した電力が総発電電力よりも大きく且つ最小となる第２運転台数の中の発電効率が大きくなる方を、運転台数として決定する。例えば、発電電力決定部２０４は、燃料電池１０それぞれの発電指示量が異なる第１発電効率Ｅ１、第２発電効率Ｅ２、第３発電効率Ｅ３、及び第４発電効率Ｅ４を演算し、この四つの発電効率Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４の中で最も高い発電効率を選択し、選択した発電効率を得るための運燃料電池１０それぞれの発電指示量を、最終的な発電指示量として決定する。すなわち、発電電力決定部２０４は、（１）式で示す評価関数を４つの発電効率Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４に限定することで、処理を簡易に高速化する。

【0033】

より詳細に４つの発電効率Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４を説明すると、発電電力決定部２０４は、第１発電効率Ｅ１の演算では、第１運転台数に第１発電電力を乗算した電力と、総発電電力との差分の差分電力を求め、差分電力と第１発電電力とを加算した加算電力を、１台の発電指示量とする。そして、運転させる燃料電池１０の中でこの１台を除く燃料電池１０それぞれの発電指示量を燃料電池１０の発電効率が最大となる第１発電電力とする。

【0034】

第２発電効率Ｅ２の演算では、発電電力決定部２０４は、総発電電力を第１運転台数で除算した均等電力を、発電を行わせる燃料電池それぞれの発電指示量とする。

【0035】

第３発電効率Ｅ３の演算では、第２運転台数に第１発電電力を乗算した電力から総発電電力を減算した電力を、第１発電電力から更に減算した電力を、１台の発電指示量とする。そして、運転させる燃料電池１０の中でこの１台を除く燃料電池１０それぞれの発電指示量を第１発電電力とする。このように、第２運転台数とすると、運転させる燃料電池１０の中で１台を除く燃料電池１０それぞれの発電指示量を燃料電池１０の発電効率が最大となる第１発電電力とすることが可能となる。

【0036】

第４発電効率Ｅ４の演算では、発電電力決定部２０４は、総発電電力を第２運転台数で除算した均等電力を、発電を行わせる燃料電池それぞれの発電指示量とする。

【0037】

例えば、図４に示すように、発電効率は、電力が第１発電電力に達するまで、電力の増加に対して単調増加し、電力が第１発電電力に達した後は単調減少する。これらから分かるように、複数の燃料電池１０の中で運転させる運転台数を第１運転台数、又は第２運転台数とすると、運転させる燃料電池１０全体の発電効率を最大化させることが可能となる。

【0038】

換言すると、第１発電電力に複数の燃料電池１０の全台数を乗算した第２発電電力よりも総発電電力が小さい場合に、（１）、（２）式により最適解を得ると、運転台数は第１運転台数、又は第２運転台数となる。本実施形態に係る発電電力決定部２０４は、発電効率Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４の中で最大の発電効率を選択することで、簡易に演算処理を高速化している。これにより、複数の燃料電池１０全体の発電効率の低下が抑制される。

【0039】

図５は本実施形態に係る燃料電池システム１の発電処理の一例を示すフローチャートである。ここでは、複数の燃料電池１０それぞれの発電性能を同一とし、複数の燃料電池１０の台数を１０台とし、発電効率が最大となる第１発電電力を５０キロワットとし、燃料電池１０の定格電力を１００キロワットとし、燃料電池システム１の定格電力を１０００キロワットとして説明する。

【0040】

この図５に示すように、電力取得部２０２は、操作装置２２から複数の燃料電池１０が発電すべき総発電電力を取得する（ステップＳ１００）。

【0041】

次に、発電電力決定部２０４は、総発電電力が燃料電池システム１の定格電力か否かを判断する（ステップＳ１０２）。総発電電力が燃料電池システム１の定格電力１０００キロワットである場合（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、発電電力決定部２０４は、運転台数を全台数１０とし、複数の燃料電池１０のそれぞれの発電指示量を最大電力１００キロワットに決定する。指示部２０８は、この発電指示量１００キロワットに基づき、１０台の燃料電池１０のそれぞれに最大出力、すなわち定格１００キロワットによる発電を指示し（ステップＳ１０４）、全処理を終了する。

【0042】

一方で、総発電電力が定格電力１０００キロワットでない場合（ステップＳ１０２のＮＯ）、発電電力決定部２０４は、総発電電力が燃料電池１０の発電効率が最大となる第１発電電力５０キロワットに複数の燃料電池１０の台数１０を乗算した第２発電電力５００キロワット以下か否かを判断する（ステップＳ１０６）。例えば、総発電電力が２７０キロワットである場合、総発電電力２７０キロワットは、第２発電電力５００キロワット以下であるので（ステップＳ１０６のＹＥＳ）、発電電力決定部２０４は、総発電電力が２７０キロワットを発電効率が最大となる第１発電電力５０キロワットで除算する（ステップＳ１０８）。総発電電力２７０キロワットを発電効率が最大となる第１発電電力５０キロワットで除算すると５．４であるので、発電電力決定部２０４は、第１運転台数を５台、第２運転台数を６台とする（ステップＳ１１０）。

【0043】

図６は、ステップＳ１１０の処理内容を説明するフローチャートである。この図６に示すように、第１発電効率Ｅ１の演算では、第１運転台数５に第１発電電力５０キロワットを乗算した電力２５０キロワットと総発電電力２７０キロワットとの差分の差分電力２０キロワットと、第１発電電力５０キロワットとを加算した加算電力７０キロワットを、発電を行わせる燃料電池の中のいずれか１台の発電指示量とし、第１発電電力５０キロワットを、発電を行わせる燃料電池の中のいずれか４台の発電指示量とする（ステップＳ１１００）。

【0044】

第２発電効率Ｅ２の演算では、発電電力決定部２０４は、総発電電力２７０キロワットを運転台数５で除算した均等電力５４キロワットを、発電を行わせる燃料電池それぞれの発電指示量とする（ステップＳ１１０２）。

【0045】

第３発電効率Ｅ３の演算では、発電電力決定部２０４は、第２運転台数６に第１発電電力５０キロワットを乗算した電力３００キロワットと総発電電力２７０キロワットとの差分の差分電力３０キロワットを、第１発電電力５０キロワットから減算した減算電力２０キロワットを、発電を行わせる燃料電池の中のいずれか１台の発電指示量とし、第１発電電力５０キロワットを、発電を行わせる燃料電池の中のいずれか５台の発電指示量とする（ステップＳ１１０４）。

【0046】

第４発電効率Ｅ４の演算では、発電電力決定部２０４は、総発電電力２７０キロワットを運転台数６で除算した均等電力４５キロワットを、発電を行わせる燃料電池それぞれの発電指示量とする（ステップＳ１１０６）。この例では、第１発電効率が最も高いので、発電電力決定部２０４は、５台に発電を行わせる。５台中の１台の発電指示量を７０キロワットとし、４台それぞれの発電指示量を燃料電池１０の発電効率が最大となる第１発電電力５０キロワットとする（ステップＳ１１０８）。

【0047】

図５に示すように、指示部２０８は、これらの発電指示量５０キロワットの発電を４台の燃料電池１０に指示し、発電指示量７０キロワットによる発電を１台の燃料電池１０に指示し（ステップＳ１１２）、全処理を終了する。

【0048】

一方で、総発電電力が第２発電電力５００キロワット以下でない場合（ステップＳ１０６のＮＯ）、例えば、総発電電力が７００キロワットである場合、発電電力決定部２０４は、運転台数を全台数の１０台とする（ステップＳ１１４）。次に、発電電力決定部２０４は、総発電電力７００キロワットを全台数の１０で除算して、全燃料電池１０それぞれの発電指示量を７０キロワットとする（ステップＳ１１６）。そして、指示部２０８は、これらの発電指示量７０キロワットによる発電を１０台の燃料電池１０に指示し（ステップＳ１１８）、全処理を終了する。

【0049】

このように、発電電力決定部２０４は、燃料電池１０の発電効率が最大となる第１発電電力効率の情報と、複数の燃料電池１０が発電すべき総発電電力に基づき、運転台数及び発電指示量を決定する。

【0050】

図７は、図５及び図６のフローチャートにしたがい運転台数及び発電指示量を決定した場合の発電効率と排熱回収効率の例を示す図である。横軸は、複数の燃料電池１０が発電すべき総発電電力を示し、縦軸は、発電効率と排熱回収効率を示している。丸印の点線は、複数の燃料電池１０に均等に発電を指示した場合の発電効率を示し、丸印の実線は、図５及び図６のフローチャートにしたがい運転台数及び発電指示量を決定した場合の発電効率を示している。□印の点線は、複数の燃料電池１０に均等に発電を指示した場合の排熱回収効率を示し、□印の実線は、図５及び図６のフローチャートにしたがい運転台数及び発電指示量を決定した場合の排熱回収効率を示している。この図７に示すように、上述の第１発電電力に複数の燃料電池１０の全台数を乗算した第２発電電力よりも総発電電力が小さい領域において、従来のように複数の燃料電池１０に均等に発電を指示した場合の発電効率より高くなる。また、排熱回収効率も複数の燃料電池１０に均等に発電を指示した場合よりも高くなる。

【0051】

以上のように本実施形態に係る燃料電池システム１によれば、発電電力決定部２０４が複数の燃料電池１０それぞれの発電効率の情報と、複数の燃料電池１０が発電すべき総発電電力とに基づき、複数の燃料電池１０それぞれに対する発電指示量を決定することとした。これにより、複数の燃料電池１０に総発電電力を発電させる際に、複数の燃料電池１０全体の発電効率をより高くすることが可能となる。

【0052】

（第２実施形態）
第２実施形態に係る燃料電池システム１は、指示装置２０が更に評価部２１０と回復制御部２１２を更に備える点で第２実施形態に係る燃料電池システム１と相違する。他の構成は第１実施形態と同等なので説明を省略する。

【0053】

図８は、第２実施形態に係る指示装置２０のブロック図である。この図８に示すように、評価部２１０は、複数の燃料電池１０それぞれの発電性能を評価する。より具体的には、評価部２１０は、発電時の電圧と電流の関係を示すＩ−Ｖ特性を複数の燃料電池１０それぞれから取得し評価する。例えば、Ｉ−Ｖ特性において、所定の電圧に対して電流の値が低くなる程、燃料電池１０の性能が低下していることを示す。

【0054】

回復制御部２１２は、評価部２１０の性能評価に基づき、複数の燃料電池１０の回復制御を行う。より具体的には、回復制御部２１２は、評価部２１０の性能評価により、性能が低下した燃料電池１０の発電時電流の上昇を抑制しつつ、発電時電圧を上昇させる制御を行う。これにより、性能が低下した燃料電池１０の性能を回復させることが可能となる。

【0055】

図９は、第２実施形態に係る発電電力決定部２０４及び評価部２１０の処理例を示すフローチャートである。図５と同等の処理は、同一の番号を付して説明を省略する。図９に示すように、発電指示量を指示する場合に、まず、評価部２１０は、複数の燃料電池１０それぞれのＩ−Ｖ特性を取得する（ステップＳ２００）。

【0056】

次に、評価部２１０は、複数の燃料電池１０それぞれのＩ−Ｖ特性に基づき、複数の燃料電池１０それぞれの評価を行い、評価が高い順に複数の燃料電池１０の優先度を高くする（ステップＳ２０２）。次に、発電電力決定部２０４は、発電に使用する燃料電池を、優先度が高い順に選択する（ステップＳ２０４）。指示部２０８は、選択した燃料電池に指示量を指示する（ステップＳ１１２）。

【0057】

以上のように本実施形態に係る燃料電池システム２によれば、発電電力決定部２０４が、評価部２１０が評価した燃料電池１０の発電性能に基づき、複数の燃料電池１０の中から発電に使用する燃料電池を決定することとした。これにより、複数の燃料電池１０の中かから発電効率の高い順に燃料電池１０を選択して使用可能となり、複数の燃料電池１０全体の発電効率をより高くすることが可能となる。

【0058】

（第３実施形態）
第３実施形態に係る燃料電池システム１は、指示装置２０が更にモード選択部２１４を更に備える点で第２実施形態に係る燃料電池システム１と相違する。他の構成は第２実施形態と同等なので説明を省略する。

【0059】

図１０は、第３実施形態に係る指示装置２０のブロック図である。この図１０に示すように、モード選択部２１４は、操作装置２２からの操作に基づき、複数の燃料電池１０の発電効率が最大となるように運転する発電効率モードと、複数の燃料電池１０の排熱回収効率が最大となるように運転する排熱回収効率モードと、を選択する。

【0060】

図１１は、第３実施形態に係る発電電力決定部２０４及びモード選択部２１４の処理例を示すフローチャートである。図５と同等の処理は、同一の番号を付して説明を省略する。図１１に示すように、まず、モード選択部２１４は、操作装置２２からモード選択指示を取得する（ステップＳ３００）。

【0061】

次に、モード選択部２１４は、操作装置２２からのモード選択指示が、発電効率モードであるか否かを判断し（ステップＳ３０２）、発電効率モードが選択された場合であれば（ステップＳ３０２のＹＥＳ）、発電電力決定部２０４は、ステップＳ１０８からの処理を行う。

【0062】

一方で、発電効率モードが選択されていない場合であれば（ステップＳ３０２のＮＯ）、発電電力決定部２０４は、複数の燃料電池１０それぞれの排熱回収効率の情報に基づき、複数の燃料電池１０それぞれの発電指示量を決定し（ステップＳ３０６）、処理全体を終了する。
（ステップＳ３０４）

【0063】

図１２は、排熱回収効率モードにより燃料電池１０それぞれの発電量を決定した場合の発電効率及び排熱回収効率の例を示す図である。横軸は、複数の燃料電池１０が発電すべき総発電電力を示し、縦軸は、発電効率と排熱回収効率とを示している。

【0064】

□印で示す実線は、排熱回収効率モードにより発電指示量を決定した場合の発電効率の例を示し、□印で示す点線は、複数の燃料電池１０に均等に発電を指示した場合の排熱回収効率を示している。丸印で示す実線は、排熱回収効率モードにより発電指示量を決定した場合の発電効率の例を示し、丸印で示す点線が、複数の燃料電池１０に均等に発電を指示した場合の発電効率を示している。この図１２に示すように、熱回収効率は総発電電力の全領域にわたり改善されている。一方で、発電効率は、総発電電力が相対的に小さな領域において、従来のように複数の燃料電池１０に均等に発電を指示した場合の発電効率より高くなる。

【0065】

以上のように本実施形態に係る燃料電池システム２によれば、発電電力決定部２０４が、モード選択部２１４により選択されたモードにしたがい複数の燃料電池１０それぞれの発電指示量を決定することとした。これにより、複数の燃料電池１０が発電すべき総発電電力が同一であっても、発電効率を優先する発電と、排熱回収効率を優先する発電とを選択可能となる。

【0066】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0067】

１：燃料電池システム、１０：燃料電池、２０：指示装置、１１４：燃料電池スタック、１１６：熱回収部、２００：情報取得部、２０２：電力取得部、２０４：発電電力決定部、２０８：指示部、２１０：評価部、２１２：回復制御部、２１４：モード選択部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】