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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022153785
(43)【公開日】2022-10-13
(54)【発明の名称】燃料電池システム及びその運転方法
(51)【国際特許分類】
H01M 8/04 20160101AFI20221005BHJP
H01M 8/00 20160101ALI20221005BHJP
H01M 8/249 20160101ALI20221005BHJP
H01M 8/04225 20160101ALI20221005BHJP
H01M 8/04302 20160101ALI20221005BHJP
H01M 8/04858 20160101ALI20221005BHJP
H01M 8/04746 20160101ALI20221005BHJP
H01M 8/04664 20160101ALI20221005BHJP
H01M 8/04313 20160101ALI20221005BHJP
H01M 8/04537 20160101ALI20221005BHJP
H01M 8/10 20160101ALN20221005BHJP
【ＦＩ】
H01M8/04 Z
H01M8/00 A
H01M8/249
H01M8/04 J
H01M8/04225
H01M8/04302
H01M8/04858
H01M8/04746
H01M8/04664
H01M8/04313
H01M8/04537
H01M8/10 101
【審査請求】有
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021056484
(22)【出願日】2021-03-30
(71)【出願人】
【識別番号】000005326
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106002
【弁理士】
【氏名又は名称】正林 真之
(74)【代理人】
【識別番号】100120891
【弁理士】
【氏名又は名称】林 一好
(74)【代理人】
【識別番号】100160794
【弁理士】
【氏名又は名称】星野 寛明
(72)【発明者】
【氏名】山野 尚紀
(72)【発明者】
【氏名】野村 正
(72)【発明者】
【氏名】柳浦 貴志
【テーマコード（参考）】
5H126
5H127
【Ｆターム（参考）】
5H126BB06
5H127AA06
5H127AB14
5H127AB17
5H127AC07
5H127BA02
5H127BA22
5H127BB02
5H127BB37
5H127DA01
5H127DC02
5H127DC22
5H127DC47
5H127DC96
(57)【要約】
【課題】システムを迅速に始動できると共に、システムの構成を簡素化でき、低コスト化が可能な燃料電池システムを提供すること。
【解決手段】複数の燃料電池スタックと、燃料電池スタックの各々に酸化剤ガスを分配して供給する酸化剤ガス流路と、各燃料電池スタックに設けられた送気手段と、を有する第１電力供給システムを備え、複数の燃料電池スタックのうち、少なくとも酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックには、送気手段にバッテリが電気的に接続される、燃料電池システム。
【選択図】図１
【解決手段】複数の燃料電池スタックと、燃料電池スタックの各々に酸化剤ガスを分配して供給する酸化剤ガス流路と、各燃料電池スタックに設けられた送気手段と、を有する第１電力供給システムを備え、複数の燃料電池スタックのうち、少なくとも酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックには、送気手段にバッテリが電気的に接続される、燃料電池システム。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの各々に酸化剤ガスを分配して供給する酸化剤ガス流路と、各燃料電池スタックに設けられた送気手段と、を有する第１電力供給システムを備え、
複数の前記燃料電池スタックのうち、少なくとも前記酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックには、前記送気手段にバッテリが電気的に接続される、燃料電池システム。
複数の前記燃料電池スタックのうち、少なくとも前記酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックには、前記送気手段にバッテリが電気的に接続される、燃料電池システム。
【請求項2】
前記第１電力供給システムと同様の構成を有する第２電力供給システムをさらに備え、
前記バッテリは、前記第２電力供給システムを構成する複数の前記燃料電池スタックのうち、少なくとも前記酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックの前記送気手段と電気的に接続される、請求項１に記載の燃料電池システム。
前記バッテリは、前記第２電力供給システムを構成する複数の前記燃料電池スタックのうち、少なくとも前記酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックの前記送気手段と電気的に接続される、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項3】
前記燃料電池スタックの各々に水素ガスを供給する水素ガス流路をさらに備え、
前記酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックは、前記水素ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックであり、
前記水素ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックと他の燃料電池スタックとの間には、前記水素ガス流路を開放及び閉塞可能な第１開閉弁が設けられる、請求項１に記載の燃料電池システム。
前記酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックは、前記水素ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックであり、
前記水素ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックと他の燃料電池スタックとの間には、前記水素ガス流路を開放及び閉塞可能な第１開閉弁が設けられる、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項4】
前記第１電力供給システムと同様の構成を有する第２電力供給システムをさらに備え、
前記水素ガス流路には、前記水素ガスを前記第１電力供給システムと前記第２電力供給システムとに分配する分配部が設けられ、
前記水素ガス流路における前記分配部の下流側、かつ前記第２電力供給システムの前記水素ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックの上流側には、前記水素ガス流路を開放及び閉塞可能な第２開閉弁が設けられる、請求項３に記載の燃料電池システム。
前記水素ガス流路には、前記水素ガスを前記第１電力供給システムと前記第２電力供給システムとに分配する分配部が設けられ、
前記水素ガス流路における前記分配部の下流側、かつ前記第２電力供給システムの前記水素ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックの上流側には、前記水素ガス流路を開放及び閉塞可能な第２開閉弁が設けられる、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項5】
前記第１電力供給システムと同様の構成を有する第２電力供給システムをさらに備え、
前記第１電力供給システムにおける前記水素ガス流路の最も上流側に位置する燃料電池スタックと他の燃料電池スタックとの間、及び前記第２電力供給システムにおける前記水素ガス流路の最も上流側に位置する燃料電池スタックと他の燃料電池スタックとの間には、前記水素ガス流路を開放及び閉塞可能な第１開閉弁が設けられる、請求項３に記載の燃料電池システム。
前記第１電力供給システムにおける前記水素ガス流路の最も上流側に位置する燃料電池スタックと他の燃料電池スタックとの間、及び前記第２電力供給システムにおける前記水素ガス流路の最も上流側に位置する燃料電池スタックと他の燃料電池スタックとの間には、前記水素ガス流路を開放及び閉塞可能な第１開閉弁が設けられる、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項6】
請求項１又は２の燃料電池システムを用いた運転方法であって、
前記バッテリを用いて前記酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックを起動するとともに、
該燃料電池スタックの発電により得られた電力を、前記燃料電池システムの他の燃料電池スタックの前記送気手段に供給して、前記他の燃料電池スタックを起動させる、燃料電池システムの運転方法。
前記バッテリを用いて前記酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックを起動するとともに、
該燃料電池スタックの発電により得られた電力を、前記燃料電池システムの他の燃料電池スタックの前記送気手段に供給して、前記他の燃料電池スタックを起動させる、燃料電池システムの運転方法。
【請求項7】
請求項２の燃料電池システムを用いた運転方法であって、
前記バッテリを用いて、前記第１電力供給システムにおける前記酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックを起動するとともに、該燃料電池スタックの発電により得られた電力を、前記第２電力供給システムを構成する燃料電池スタックのうち、前記酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される他の燃料電池スタックの送気手段に供給して、前記他の燃料電池スタックを起動させる、燃料電池システムの運転方法。
前記バッテリを用いて、前記第１電力供給システムにおける前記酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックを起動するとともに、該燃料電池スタックの発電により得られた電力を、前記第２電力供給システムを構成する燃料電池スタックのうち、前記酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される他の燃料電池スタックの送気手段に供給して、前記他の燃料電池スタックを起動させる、燃料電池システムの運転方法。
【請求項8】
請求項１又は２の燃料電池システムを用いた運転方法であって、
各燃料電池スタックの劣化度情報及び／又は稼働履歴を含む燃料電池スタック情報を取得するスタック情報取得手段を有し、
前記バッテリは少なくとも２以上の燃料電池スタックに設けられた前記送気手段と電気的に接続されるとともに、前記スタック情報取得手段により取得した前記劣化度情報及び／又は前記稼働履歴に基づいて、前記バッテリから電力供給を行う燃料電池スタックを決定する、燃料電池システムの運転方法。
各燃料電池スタックの劣化度情報及び／又は稼働履歴を含む燃料電池スタック情報を取得するスタック情報取得手段を有し、
前記バッテリは少なくとも２以上の燃料電池スタックに設けられた前記送気手段と電気的に接続されるとともに、前記スタック情報取得手段により取得した前記劣化度情報及び／又は前記稼働履歴に基づいて、前記バッテリから電力供給を行う燃料電池スタックを決定する、燃料電池システムの運転方法。
【請求項9】
請求項３の燃料電池システムを用いた運転方法であって、
前記酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックの起動準備完了情報を取得する起動準備情報取得手段を有し、
前記起動準備完了情報を取得することで、前記第１開閉弁は、前記水素ガス流路の閉塞状態から開放状態へと切り替えられる、燃料電池システムの運転方法。
前記酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックの起動準備完了情報を取得する起動準備情報取得手段を有し、
前記起動準備完了情報を取得することで、前記第１開閉弁は、前記水素ガス流路の閉塞状態から開放状態へと切り替えられる、燃料電池システムの運転方法。
【請求項10】
請求項３の燃料電池システムを用いた運転方法であって、
前記酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックの発電量を取得する発電量取得手段を有し、
前記発電量が所定の条件を満たした場合に、前記第１開閉弁は、前記水素ガス流路の閉塞状態から開放状態へと切り替えられる、燃料電池システムの運転方法。
前記酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックの発電量を取得する発電量取得手段を有し、
前記発電量が所定の条件を満たした場合に、前記第１開閉弁は、前記水素ガス流路の閉塞状態から開放状態へと切り替えられる、燃料電池システムの運転方法。
【請求項11】
請求項４の燃料電池システムを用いた運転方法であって、
前記第１電力供給システムの起動準備完了情報を取得する起動準備情報取得手段を有し、
前記起動準備完了情報を取得することで、前記第２開閉弁は、前記水素ガス流路の閉塞状態から開放状態へと切り替えられる、燃料電池システムの運転方法。
前記第１電力供給システムの起動準備完了情報を取得する起動準備情報取得手段を有し、
前記起動準備完了情報を取得することで、前記第２開閉弁は、前記水素ガス流路の閉塞状態から開放状態へと切り替えられる、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その運転方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、燃料電池を用いた燃料電池システムが知られている。燃料電池システムは、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造を有する燃料電池スタックにより構成される。燃料電池スタックのアノード電極に反応ガスとしての水素ガスを供給し、カソード電極に反応ガスとしての酸素を含む空気を供給すると、電気化学反応により発電が行われる。
【0003】
燃料電池システムを例えば非常用の発電システムとして用いる場合、システムが迅速に始動することが要求される。燃料電池システムの始動性に関する技術として、例えば、大小異なる容量の複数の燃料電池を備える燃料電池発電装置において、小容量の燃料電池に水素を燃焼させる燃焼器を設け、燃焼ガスを利用して暖機運転を行い、低温始動時におけるシステムの起動時間を短縮させた技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００４－３９５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に開示された技術は、暖機運転のための燃焼器を必要とするため、システムの構成が複雑になる。また、複数の燃料電池により燃料電池システムを構成する場合、異なる容量を有する燃料電池により燃料電池システムを構成することは、必ずしもニーズに沿っていない場合がある。
【0006】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、システムを迅速に始動できると共に、システムの構成を簡素化でき、低コスト化が可能な燃料電池システム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】
【0007】
（１） 本発明は、複数の燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの各々に酸化剤ガスを分配して供給する酸化剤ガス流路と、各燃料電池スタックに設けられた送気手段と、を有する第１電力供給システムを備え、複数の前記燃料電池スタックのうち、少なくとも前記酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックには、前記送気手段にバッテリが電気的に接続される、燃料電池システムに関する。
【0008】
（１）の発明によれば、システムを迅速に始動できると共に、システムの構成を簡素化でき、低コスト化が可能な燃料電池システムを提供できる。
【0009】
（２） 前記第１電力供給システムと同様の構成を有する第２電力供給システムをさらに備え、前記バッテリは、前記第２電力供給システムを構成する複数の前記燃料電池スタックのうち、少なくとも前記酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックの前記送気手段と電気的に接続される、（１）に記載の燃料電池システム。
【0010】
（２）の発明によれば、複数の電力供給システムを単一のバッテリで始動でき、システムの構成を簡素化できる。
【0011】
（３） 前記燃料電池スタックの各々に水素ガスを供給する水素ガス流路をさらに備え、前記酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックは、前記水素ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックであり、前記水素ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックと他の燃料電池スタックとの間には、前記水素ガス流路を開放及び閉塞可能な第１開閉弁が設けられる、（１）に記載の燃料電池システム。
【0012】
（３）の発明によれば、より迅速に燃料電池システムを起動できる。
【0013】
（４） 前記第１電力供給システムと同様の構成を有する第２電力供給システムをさらに備え、前記水素ガス流路には、前記水素ガスを前記第１電力供給システムと前記第２電力供給システムとに分配する分配部が設けられ、前記水素ガス流路における前記分配部の下流側、かつ前記第２電力供給システムの前記水素ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックの上流側には、前記水素ガス流路を開放及び閉塞可能な第２開閉弁が設けられる、（３）に記載の燃料電池システム。
【0014】
（４）の発明によれば、より迅速に燃料電池システムを起動できる。
【0015】
（５） 前記第１電力供給システムと同様の構成を有する第２電力供給システムをさらに備え、前記第１電力供給システムにおける前記水素ガス流路の最も上流側に位置する燃料電池スタックと他の燃料電池スタックとの間、及び前記第２電力供給システムにおける前記水素ガス流路の最も上流側に位置する燃料電池スタックと他の燃料電池スタックとの間には、前記水素ガス流路を開放及び閉塞可能な第１開閉弁が設けられる、（３）に記載の燃料電池システム。
【0016】
（５）の発明によれば、より迅速に燃料電池システムを起動できる。
【0017】
（６） （１）又は（２）の燃料電池システムを用いた運転方法であって、前記バッテリを用いて前記酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックを起動するとともに、該燃料電池スタックの発電により得られた電力を、前記燃料電池システムの他の燃料電池スタックの前記送気手段に供給して、前記他の燃料電池スタックを起動させる、燃料電池システムの運転方法。
【0018】
（６）の発明によれば、燃料電池システムの構成を簡素化できる。
【0019】
（７） （２）の燃料電池システムを用いた運転方法であって、前記バッテリを用いて、前記第１電力供給システムにおける前記酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックを起動するとともに、該燃料電池スタックの発電により得られた電力を、前記第２電力供給システムを構成する燃料電池スタックのうち、前記酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される他の燃料電池スタックの送気手段に供給して、前記他の燃料電池スタックを起動させる、燃料電池システムの運転方法。
【0020】
（７）の発明によれば、複数の電力供給システムを単一のバッテリで始動でき、システムの構成を簡素化できる。
【0021】
（８） （１）又は（２）の燃料電池システムを用いた運転方法であって、各燃料電池スタックの劣化度情報及び／又は稼働履歴を含む燃料電池スタック情報を取得するスタック情報取得手段を有し、前記バッテリは少なくとも２以上の燃料電池スタックに設けられた前記送気手段と電気的に接続されるとともに、前記スタック情報取得手段により取得した前記劣化度情報及び／又は前記稼働履歴に基づいて、前記バッテリから電力供給を行う燃料電池スタックを決定する、燃料電池システムの運転方法。
【0022】
（８）の発明によれば、燃料電池システムの劣化状態を均一化し、燃料電池システムの耐久性を向上できる。また、燃料電池システムを迅速に起動させることができる。
【0023】
（９） （３）の燃料電池システムを用いた運転方法であって、前記酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックの起動準備完了情報を取得する起動準備情報取得手段を有し、前記起動準備完了情報を取得することで、前記第１開閉弁は、前記水素ガス流路の閉塞状態から開放状態へと切り替えられる、燃料電池システムの運転方法。
【0024】
（９）の発明によれば、１つの燃料電池スタックを起動した後に、他の燃料電池スタックを迅速に起動させることができる。
【0025】
（１０） （３）の燃料電池システムを用いた運転方法であって、前記酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックの発電量を取得する発電量取得手段を有し、前記発電量が所定の条件を満たした場合に、前記第１開閉弁は、前記水素ガス流路の閉塞状態から開放状態へと切り替えられる、燃料電池システムの運転方法。
【0026】
（１０）の発明によれば、１つの燃料電池スタックを起動した後に、他の燃料電池スタックを迅速に起動させることができる。
【0027】
（１１） （４）の燃料電池システムを用いた運転方法であって、前記第１電力供給システムの起動準備完了情報を取得する起動準備情報取得手段を有し、前記起動準備完了情報を取得することで、前記第２開閉弁は、前記水素ガス流路の閉塞状態から開放状態へと切り替えられる、燃料電池システムの運転方法。
【0028】
（１１）の発明によれば、より迅速に燃料電池システムを起動でき、１つの燃料電池スタックを起動した後に、他の燃料電池スタックを迅速に起動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図2】本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図3】本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。
【0031】
《第１実施形態》
＜燃料電池システム＞
図１は、本実施形態に係る燃料電池システムの構成を模式的に示す図である。本実施形態に係る燃料電池システム１は、第１電力供給システムＧ１と、第２電力供給システムＧ２と、蓄圧水素タンク３と、により構成される。燃料電池システム１を構成する電力供給システムの数は、特に限定されず、３つ以上の電力供給システムであってもよい。
＜燃料電池システム＞
図１は、本実施形態に係る燃料電池システムの構成を模式的に示す図である。本実施形態に係る燃料電池システム１は、第１電力供給システムＧ１と、第２電力供給システムＧ２と、蓄圧水素タンク３と、により構成される。燃料電池システム１を構成する電力供給システムの数は、特に限定されず、３つ以上の電力供給システムであってもよい。
【0032】
（第１電力供給システム、第２電力供給システム）
［燃料電池スタック］
第１電力供給システムＧ１及び第２電力供給システムＧ２は、それぞれ複数の燃料電池スタックＳ１～Ｓ５、及びＳ６～Ｓ１０を有して構成される。各電力供給システムを構成する燃料電池スタックの数は、上記に特に限定されない。各燃料電池スタックの構成は、特に限定されないが、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造を有する。各燃料電池セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）をセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、例えば、アノード電極（陰極）及びカソード電極（陽極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。アノード電極側に形成されたアノード流路に水素ガスが供給され、カソード電極側に形成されたカソード流路に酸化剤ガスとしての酸素を含んだ空気が供給されると、これらの電気化学反応により発電する。発電された電力は、外部負荷Ｏに対して出力される。
［燃料電池スタック］
第１電力供給システムＧ１及び第２電力供給システムＧ２は、それぞれ複数の燃料電池スタックＳ１～Ｓ５、及びＳ６～Ｓ１０を有して構成される。各電力供給システムを構成する燃料電池スタックの数は、上記に特に限定されない。各燃料電池スタックの構成は、特に限定されないが、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造を有する。各燃料電池セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）をセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、例えば、アノード電極（陰極）及びカソード電極（陽極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。アノード電極側に形成されたアノード流路に水素ガスが供給され、カソード電極側に形成されたカソード流路に酸化剤ガスとしての酸素を含んだ空気が供給されると、これらの電気化学反応により発電する。発電された電力は、外部負荷Ｏに対して出力される。
【0033】
［酸化剤ガス流路］
第１電力供給システムＧ１及び第２電力供給システムＧ２は、各電力供給システムを構成する複数の燃料電池スタックに対して酸化剤ガスを分配して供給する酸化剤ガス流路である、供給管路Ｌ１１及びＬ２１、並びに酸化剤ガスが排出される排出管路Ｌ１２及びＬ２２を有する。本実施形態において、供給管路Ｌ１１及びＬ２１、並びに排出管路Ｌ１２及びＬ２２は、それぞれ独立した流路である。上記供給管路及び排出管路は、図１に示すように、それぞれ複数の燃料電池スタックに連通する流路が統合されたトーナメント構造を有する。酸化剤ガスは、各燃料電池スタックに設けられる送気手段であるエアポンプ（ＡＰ）により、供給管路Ｌ１１及びＬ２１を通じて、各燃料電池スタックに供給される。各燃料電池スタック内で電気化学反応に用いられた酸化剤ガスは、排出管路Ｌ１２及びＬ２２を通じて、外部に排出される。供給管路Ｌ１１及びＬ２１の上流側には、空気浄化装置１１及び２１が設けられていてもよい。
第１電力供給システムＧ１及び第２電力供給システムＧ２は、各電力供給システムを構成する複数の燃料電池スタックに対して酸化剤ガスを分配して供給する酸化剤ガス流路である、供給管路Ｌ１１及びＬ２１、並びに酸化剤ガスが排出される排出管路Ｌ１２及びＬ２２を有する。本実施形態において、供給管路Ｌ１１及びＬ２１、並びに排出管路Ｌ１２及びＬ２２は、それぞれ独立した流路である。上記供給管路及び排出管路は、図１に示すように、それぞれ複数の燃料電池スタックに連通する流路が統合されたトーナメント構造を有する。酸化剤ガスは、各燃料電池スタックに設けられる送気手段であるエアポンプ（ＡＰ）により、供給管路Ｌ１１及びＬ２１を通じて、各燃料電池スタックに供給される。各燃料電池スタック内で電気化学反応に用いられた酸化剤ガスは、排出管路Ｌ１２及びＬ２２を通じて、外部に排出される。供給管路Ｌ１１及びＬ２１の上流側には、空気浄化装置１１及び２１が設けられていてもよい。
【0034】
第１電力供給システムＧ１を構成する複数の燃料電池スタックのうち、少なくとも、酸化剤ガス流路である供給管路Ｌ１１と最も上流側で接続される燃料電池スタックＳ１のエアポンプ１２には、バッテリとしてのＩＰＵ１０が電気的に接続される。ＩＰＵ１０とエアポンプ１２との間に設けられるスイッチＳＷ１を動作させることで、ＩＰＵ１０からエアポンプ１２に対して電力を供給できる。これにより、ＩＰＵ１０を、酸化剤ガスが最も早く流れてくる燃料電池スタックＳ１のエアポンプ１２に対して電力を供給可能に構成することで、燃料電池システム１を迅速に起動できる。ＩＰＵ１０又は燃料電池スタックＳ１は、図１に示すように、第２電力供給システムＧ２を構成する複数の燃料電池スタックのうち、酸化剤ガス流路である供給管路Ｌ２１と最も上流側で接続される燃料電池スタックＳ６のエアポンプに対しても、スイッチＳＷ２を介して電力を供給可能であってもよい。これにより、ＩＰＵ１０又は燃料電池スタックＳ１で発電された電力を用いて、第２電力供給システムＧ２を起動させることができる。
【0035】
燃料電池スタックＳ１と、第１電力供給システムＧ１を構成する他の燃料電池スタックＳ２～Ｓ５及びこれに備えられるエアポンプとは、図１中に破線で示す電気回路Ｅ１により電気的に接続されている。これにより、燃料電池スタックＳ１により発電された電力を、他の燃料電池スタックに備えられるエアポンプに対して供給できる。これにより、各燃料電池スタック毎にＩＰＵを設ける必要がなくなるので、システムの構成を簡素化できる。同様に、燃料電池スタックＳ６と、第２電力供給システムＧ２を構成する他の燃料電池スタックＳ７～Ｓ１０及びこれに備えられるエアポンプとは、電気的に接続されていてもよい。
【0036】
第１電力供給システムＧ１を構成する燃料電池スタックＳ１～Ｓ５と、第２電力供給システムＧ２を構成する燃料電池スタックＳ６～Ｓ１０及びこれに備えられるエアポンプとは、図１に示すように、スイッチＳＷ３を介して電気的に接続されていてもよい。これにより、第１電力供給システムＧ１を構成する各燃料電池スタックを起動させた後に、第２電力供給システムＧ２を構成する各燃料電池スタックを起動するといった運転方法が可能となる。
【0037】
［水素ガス流路］
第１電力供給システムＧ１及び第２電力供給システムＧ２は、各電力供給システムを構成する複数の燃料電池スタックに対して水素ガスを分配して供給する水素ガス流路Ｌ３を有する。本実施形態において、水素ガス流路Ｌ３は、分配部Ｃを有し、第１電力供給システムＧ１及び第２電力供給システムＧ２に対して水素ガスを供給する共通の流路である。水素ガス流路Ｌ３は、図１に示すように、それぞれ複数の燃料電池スタックに連通する流路が統合されたトーナメント構造を有する。水素ガス流路Ｌ３の上流側には、蓄圧水素タンク３が接続されている。各燃料電池スタックに対して、蓄圧水素タンク３から供給される水素ガスは、各燃料電池スタックに設けられるポンプ１３により各燃料電池スタックに供給される。
第１電力供給システムＧ１及び第２電力供給システムＧ２は、各電力供給システムを構成する複数の燃料電池スタックに対して水素ガスを分配して供給する水素ガス流路Ｌ３を有する。本実施形態において、水素ガス流路Ｌ３は、分配部Ｃを有し、第１電力供給システムＧ１及び第２電力供給システムＧ２に対して水素ガスを供給する共通の流路である。水素ガス流路Ｌ３は、図１に示すように、それぞれ複数の燃料電池スタックに連通する流路が統合されたトーナメント構造を有する。水素ガス流路Ｌ３の上流側には、蓄圧水素タンク３が接続されている。各燃料電池スタックに対して、蓄圧水素タンク３から供給される水素ガスは、各燃料電池スタックに設けられるポンプ１３により各燃料電池スタックに供給される。
【0038】
第１電力供給システムＧ１を構成する複数の燃料電池スタックのうち、酸化剤ガス流路である供給管路Ｌ１１と最も上流側で接続される燃料電池スタックＳ１は、水素ガス流路Ｌ３と最も上流側で接続される燃料電池スタックでもあることが好ましい。即ち、第１電力供給システムＧ１を構成する複数の燃料電池スタックの１つである、燃料電池スタックＳ１に対して酸化剤ガス及び水素ガスが最も早く供給されることが好ましい。
【0039】
燃料電池システム１は、上記以外に、各燃料電池スタックの劣化度情報及び／又は稼働履歴を含む燃料電池スタック情報を取得するスタック情報取得手段を有していてもよい。また、燃料電池システム１は、酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックＳ１の起動準備完了情報を取得する起動準備情報取得手段を有していてもよい。起動準備完了情報は、例えば、燃料電池スタックに水素濃度センサを設け、燃料電池セル内の水素濃度を測定又は推定することにより得られる。また、燃料電池システム１は、燃料電池スタックＳ１の発電量を取得する発電量取得手段を有していてもよい。
【0040】
＜燃料電池システムの運転方法＞
燃料電池システム１の運転方法は、燃料電池スタックＳ１のエアポンプ１２に対してＩＰＵ１０から電力を供給し、燃料電池スタックＳ１内に酸化剤ガスを供給すると共に、水素ガス流路Ｌ３を介して燃料電池スタックＳ１内に水素ガスを供給し、燃料電池スタックＳ１を優先的かつ迅速に起動させる。次に、燃料電池スタックＳ１の発電により得られた電力を、他の燃料電池スタックＳ２～Ｓ５のエアポンプに供給して、他の燃料電池スタックＳ２～Ｓ５を起動させる。これにより、燃料電池システム１を迅速に起動させ、その後は必要な電力に応じて起動させる燃料電池スタック数を決定できる。
燃料電池システム１の運転方法は、燃料電池スタックＳ１のエアポンプ１２に対してＩＰＵ１０から電力を供給し、燃料電池スタックＳ１内に酸化剤ガスを供給すると共に、水素ガス流路Ｌ３を介して燃料電池スタックＳ１内に水素ガスを供給し、燃料電池スタックＳ１を優先的かつ迅速に起動させる。次に、燃料電池スタックＳ１の発電により得られた電力を、他の燃料電池スタックＳ２～Ｓ５のエアポンプに供給して、他の燃料電池スタックＳ２～Ｓ５を起動させる。これにより、燃料電池システム１を迅速に起動させ、その後は必要な電力に応じて起動させる燃料電池スタック数を決定できる。
【0041】
燃料電池システム１の運転方法は、燃料電池スタックＳ１を起動させた後に、燃料電池スタックＳ１の発電により得られた電力を、第２電力供給システムＧ２を構成する複数の燃料電池スタックのうち、酸化剤ガス流路である供給管路Ｌ２１と最も上流側で接続される燃料電池スタックＳ６のエアポンプに対して供給し、燃料電池スタックＳ６を起動させてもよい。また、燃料電池スタックＳ６を起動させた後に、燃料電池スタックＳ６の発電により得られた電力を、第２電力供給システムＧ２を構成する他の燃料電池スタックＳ７～Ｓ１０のエアポンプに対して供給して、他の燃料電池スタックＳ７～Ｓ１０を起動させてもよい。若しくは、第１電力供給システムＧ１を起動させた後に、第１電力供給システムの発電により得られた電力を用いて、第２電力供給システムＧ２を構成する各燃料電池スタックを起動させてもよい。これにより、必要な電力に応じて起動させる燃料電池スタック数を決定できる。
【0042】
《第２実施形態》
＜燃料電池システム＞
次に、第２実施形態に係る燃料電池システム１ａについて、燃料電池システム１ａの構成を模式的に示した図２を用いて説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同様の構成については、図面に同じ符号を付してその説明を省略する場合がある。
＜燃料電池システム＞
次に、第２実施形態に係る燃料電池システム１ａについて、燃料電池システム１ａの構成を模式的に示した図２を用いて説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同様の構成については、図面に同じ符号を付してその説明を省略する場合がある。
【0043】
［バッテリ（ＩＰＵ）］
図２に示すように、第１電力供給システムＧ１を構成する複数の燃料電池スタックＳ１～Ｓ５、及び第２電力供給システムＧ２を構成する複数の燃料電池スタックＳ６～Ｓ１０のエアポンプには、バッテリとしてのＩＰＵ１０ａがそれぞれ電気的に接続される。ＩＰＵ１０ａは、２以上の上記エアポンプと接続されていればよいが、全ての燃料電池スタックのエアポンプと接続されることが好ましい。ＩＰＵ１０ａと各エアポンプとの間に設けられるスイッチＳＷを動作させることで、ＩＰＵ１０ａから各エアポンプに対して電力を供給できる。燃料電池システム１ａは、各燃料電池スタックの劣化度情報及び／又は稼働履歴を含む燃料電池スタック情報を取得するスタック情報取得手段（図示せず）を有することが好ましい。
図２に示すように、第１電力供給システムＧ１を構成する複数の燃料電池スタックＳ１～Ｓ５、及び第２電力供給システムＧ２を構成する複数の燃料電池スタックＳ６～Ｓ１０のエアポンプには、バッテリとしてのＩＰＵ１０ａがそれぞれ電気的に接続される。ＩＰＵ１０ａは、２以上の上記エアポンプと接続されていればよいが、全ての燃料電池スタックのエアポンプと接続されることが好ましい。ＩＰＵ１０ａと各エアポンプとの間に設けられるスイッチＳＷを動作させることで、ＩＰＵ１０ａから各エアポンプに対して電力を供給できる。燃料電池システム１ａは、各燃料電池スタックの劣化度情報及び／又は稼働履歴を含む燃料電池スタック情報を取得するスタック情報取得手段（図示せず）を有することが好ましい。
【0044】
＜燃料電池システムの運転方法＞
燃料電池システム１ａの運転方法は、スタック情報取得手段により取得した劣化度情報及び／又は稼働履歴に基づいて、ＩＰＵ１０ａから電力供給を行う燃料電池スタックの優先順位を決定する。具体的には、例えば、記憶装置に予め記憶されている各燃料電池スタックの総発電時間に基づいて、各燃料電池スタックの劣化度及び／又は稼働履歴を比較し、最も劣化度合いが低い燃料電池スタックから順に、ＩＰＵ１０ａから電力供給を行う燃料電池スタックの優先順位を決定する。これにより、各燃料電池スタックの劣化度合いを均一化させることができるので、燃料電池システム１の耐久性を向上できる。上記以外に、最も劣化度合いが低い燃料電池スタックをＩＰＵ１０ａから電力供給を行う最も優先順位の高い燃料電池スタックとしてもよい。これにより、燃料電池システム１の起動時間を最短とすることができる。
燃料電池システム１ａの運転方法は、スタック情報取得手段により取得した劣化度情報及び／又は稼働履歴に基づいて、ＩＰＵ１０ａから電力供給を行う燃料電池スタックの優先順位を決定する。具体的には、例えば、記憶装置に予め記憶されている各燃料電池スタックの総発電時間に基づいて、各燃料電池スタックの劣化度及び／又は稼働履歴を比較し、最も劣化度合いが低い燃料電池スタックから順に、ＩＰＵ１０ａから電力供給を行う燃料電池スタックの優先順位を決定する。これにより、各燃料電池スタックの劣化度合いを均一化させることができるので、燃料電池システム１の耐久性を向上できる。上記以外に、最も劣化度合いが低い燃料電池スタックをＩＰＵ１０ａから電力供給を行う最も優先順位の高い燃料電池スタックとしてもよい。これにより、燃料電池システム１の起動時間を最短とすることができる。
【0045】
【0046】
［水素ガス流路］
本実施形態に係る水素ガス流路Ｌ３は、第１電力供給システムＧ１における水素ガス流路Ｌ３と最も上流側で接続される燃料電池スタックＳ１と、他の燃料電池スタックＳ２～Ｓ５との間に、水素ガス流路Ｌ３を開放及び閉塞可能な第１開閉弁Ｖ１が設けられる。同様に、第２電力供給システムＧ２における水素ガス流路Ｌ３と最も上流側で接続される燃料電池スタックＳ６と、他の燃料電池スタックＳ７～Ｓ１０との間に、水素ガス流路Ｌ３を開放及び閉塞可能な第１開閉弁Ｖ２が設けられる。
本実施形態に係る水素ガス流路Ｌ３は、第１電力供給システムＧ１における水素ガス流路Ｌ３と最も上流側で接続される燃料電池スタックＳ１と、他の燃料電池スタックＳ２～Ｓ５との間に、水素ガス流路Ｌ３を開放及び閉塞可能な第１開閉弁Ｖ１が設けられる。同様に、第２電力供給システムＧ２における水素ガス流路Ｌ３と最も上流側で接続される燃料電池スタックＳ６と、他の燃料電池スタックＳ７～Ｓ１０との間に、水素ガス流路Ｌ３を開放及び閉塞可能な第１開閉弁Ｖ２が設けられる。
【0047】
本実施形態に係る水素ガス流路Ｌ３は、上記に加えて、水素ガス流路Ｌ３における分配部Ｃの下流側、かつ第２電力供給システムＧ２の水素ガス流路Ｌ３と最も上流側で接続される燃料電池スタックＳ６の上流側に、水素ガス流路Ｌ３を開放及び閉塞可能な第２開閉弁Ｖ３が設けられる。
【0048】
本実施形態に係る第１開閉弁Ｖ１及びＶ２、並びに第２開閉弁Ｖ３の構成は、水素ガス流路Ｌ３だけでなく、酸化剤流路である供給管路Ｌ１１及びＬ２１、並びに燃料電池スタックを冷却する冷媒が流通する冷媒流路に対しても、同様の第１開閉弁、第２開閉弁の構成を適用できる。上記酸化剤流路及び冷媒流路は、水素ガス流路Ｌ３と同様に、複数の燃料電池スタックに連通する流路が統合されたトーナメント構造を有する。
【0049】
燃料電池システム１ｂは、酸化剤ガス流路と最も上流側で接続される燃料電池スタックＳ１の起動準備完了情報を取得する起動準備情報取得手段（図示せず）、及び燃料電池スタックＳ１の発電量を取得する発電量取得手段（図示せず）のうち、少なくともいずれかを有していることが好ましい。
【0050】
＜燃料電池システムの運転方法＞
燃料電池システム１ｂの運転方法は、燃料電池スタックＳ１のエアポンプ１２に対してＩＰＵ１０から電力を供給し、燃料電池スタックＳ１内に酸化剤ガスを供給すると共に、第１開閉弁Ｖ１及びＶ２、並びに第２開閉弁Ｖ３を閉塞した状態で、水素ガス流路Ｌ３を介して燃料電池スタックＳ１内に水素ガスを供給し、燃料電池スタックＳ１を優先的に起動させる。これにより、他の燃料電池スタックに対する水素ガスの供給が停止されるので、燃料電池スタックＳ１に通じる水素ガス流路Ｌ３により迅速に水素ガスが充填される。従って、燃料電池スタックＳ１をより迅速に起動することができる。
燃料電池システム１ｂの運転方法は、燃料電池スタックＳ１のエアポンプ１２に対してＩＰＵ１０から電力を供給し、燃料電池スタックＳ１内に酸化剤ガスを供給すると共に、第１開閉弁Ｖ１及びＶ２、並びに第２開閉弁Ｖ３を閉塞した状態で、水素ガス流路Ｌ３を介して燃料電池スタックＳ１内に水素ガスを供給し、燃料電池スタックＳ１を優先的に起動させる。これにより、他の燃料電池スタックに対する水素ガスの供給が停止されるので、燃料電池スタックＳ１に通じる水素ガス流路Ｌ３により迅速に水素ガスが充填される。従って、燃料電池スタックＳ１をより迅速に起動することができる。
【0051】
燃料電池システム１ｂの運転方法は、燃料電池スタックＳ１を起動させた後に、起動準備情報取得手段によって得られる起動準備完了情報、及び発電量取得手段によって得られる燃料電池スタックＳ１の発電量のうち、少なくともいずれかの情報に基づいて、第１開閉弁Ｖ１を閉塞状態から開放状態へと切り替える。具体的には、例えば、燃料電池セル内の水素濃度や燃料電池スタックＳ１の発電量が予め定められた閾値を超える等、所定の条件を満たした場合に、第１開閉弁Ｖ１を閉塞状態から開放状態へと切り替える。そして、他の燃料電池スタックＳ２～Ｓ５に対して水素ガス流路Ｌ３を介して水素ガスが供給される。これにより、燃料電池スタックＳ１を起動させた後に、迅速に他の燃料電池スタックＳ２～Ｓ５を起動させることが可能となる。
【0052】
燃料電池システム１ｂの運転方法は、上記以外に、第１開閉弁Ｖ１を閉塞状態から開放状態へと切り替える際の条件を、第２開閉弁Ｖ３に適用してもよい。これにより、燃料電池スタックＳ１を起動させた後に、迅速に第２電力供給システムにおける燃料電池スタックＳ６を起動させることができる。更に、その後燃料電池スタックＳ６の起動状態を、発電量などの情報に基づいて確認し、第１開閉弁Ｖ１及びＶ２を閉塞状態から開放状態へと切り替えてもよい。これにより、燃料電池スタックＳ１及びＳ６以外の他の燃料電池スタックを迅速に起動することが可能となる。
【0053】
酸化剤流路及び冷媒流路に対し、第１開閉弁、第２開閉弁が設けられる場合、酸化剤流路及び冷媒流路に設けられた第１開閉弁、第２開閉弁の動作は、水素ガス流路Ｌ３における第１開閉弁、第２開閉弁の動作と同じタイミングで動作させてもよいし、それぞれ独立させて動作させてもよい。例えば、酸化剤流路、冷媒流路に対してそれぞれ酸化剤ガス、冷媒が流通するよりも先に、水素ガス流路Ｌ３に対して水素が流通するように、第１開閉弁及び第２開閉弁を動作させることも可能である。
【0054】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。例えば、第３実施形態に係る第１開閉弁及び第２開閉弁を有する水素ガス流路Ｌ３の構成を、第２実施形態に係る燃料電池システムと組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【0055】
１、１ａ、１ｂ 燃料電池システム
１０、１０ａ ＩＰＵ（バッテリ）
１２ エアポンプ（送気手段）
Ｓ１～Ｓ１０ 燃料電池スタック
Ｌ１１、Ｌ２１ 供給管路（酸化剤ガス流路）
Ｌ３ 水素ガス流路
Ｇ１ 第１電力供給システム
Ｇ２ 第２電力供給システム
Ｖ１、Ｖ２ 第１開閉弁
Ｖ３ 第２開閉弁
１０、１０ａ ＩＰＵ（バッテリ）
１２ エアポンプ（送気手段）
Ｓ１～Ｓ１０ 燃料電池スタック
Ｌ１１、Ｌ２１ 供給管路（酸化剤ガス流路）
Ｌ３ 水素ガス流路
Ｇ１ 第１電力供給システム
Ｇ２ 第２電力供給システム
Ｖ１、Ｖ２ 第１開閉弁
Ｖ３ 第２開閉弁
【図1】
【図2】
【図3】