特開 2023-71614 マイクログリッドにおける負荷追従及びバックアップを行うハイブリッド燃料電池システム及びその動作方法

(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】P2023071614

(43)【公開日】2023-05-23

(54)【発明の名称】マイクログリッドにおける負荷追従及びバックアップを行うハイブリッド燃料電池システム及びその動作方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20230516BHJP

   H01M 8/2495 20160101ALI20230516BHJP

   H01M 8/04537 20160101ALI20230516BHJP

   H01M 8/04858 20160101ALI20230516BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20230516BHJP

   H02J 3/28 20060101ALI20230516BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20230516BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 Z

H01M8/2495

H01M8/04 J

H01M8/04537

H01M8/04858

H02J3/38 170

H02J3/28

H01M8/12 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022176838

(22)【出願日】2022-11-04

(31)【優先権主張番号】63/278,409

(32)【優先日】2021-11-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】514116578

【氏名又は名称】ブルーム エネルギー コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】110002354

【氏名又は名称】弁理士法人平和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ピムスヴィースヴィ，プラサド

(72)【発明者】

【氏名】クリシュナダス，ジャヤクマール

(57)【要約】      （修正有）

【課題】可変の負荷需要を管理する、異なるタイプの燃料電池を備える燃料電池システム等の直流（ＤＣ）電源。
【解決手段】燃料電池システムを動作させる方法は、第１のタイプの第１の燃料電池３０２から結合ＤＣバス３１２ａにベースレベルＤＣ電気エネルギーを引き出すことと、結合ＤＣバス３１２ａにおけるＤＣ電圧を測定することと、結合ＤＣバス３１２ａにおけるＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値に不足するか否かを判断することと、結合ＤＣバス３１２ａにおけるＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値に不足することが判断されるのに応答して、第１のタイプとは異なる第２のタイプの第２の燃料電池３０４から可変ＤＣ電気エネルギーを引き出すこととを含む。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のタイプの第１の燃料電池と、
前記第１のタイプとは異なる第２のタイプの第２の燃料電池と、
第１のＤＣバスを介して前記第１の燃料電池に電気的に接続される第１のＤＣ／ＤＣコンバーターと、
第２のＤＣバスを介して前記第２の燃料電池に電気的に接続される第２のＤＣ／ＤＣコンバーターと、
結合ＤＣバスを介して前記第１のＤＣ／ＤＣコンバーター及び前記第２のＤＣ／ＤＣコンバーターに並列して電気的に接続されるＤＣ／ＡＣインバーターと、
を備える、燃料電池システム。

【請求項2】

前記第１の燃料電池は、固体酸化物型燃料電池スタック内に位置する固体酸化物型燃料電池であり、
前記第２の燃料電池は、プロトン交換膜型燃料電池スタック内に位置するプロトン交換膜型燃料電池である、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項3】

前記固体酸化物型燃料電池スタックは、炭化水素燃料源に流体接続され、
前記プロトン交換膜型燃料電池スタックは、水素燃料源又は前記固体酸化物型燃料電池スタックのアノード排気のうちの少なくとも一方に流体接続される、請求項２に記載の燃料電池システム。

【請求項4】

前記プロトン交換膜型燃料電池スタックは、前記固体酸化物型燃料電池スタックの前記アノード排気に流体接続される、請求項３に記載の燃料電池システム。

【請求項5】

前記プロトン交換膜型燃料電池スタックは、アノード排気導管を通して前記固体酸化物型燃料電池スタックの前記アノード排気に直接流体接続されるか、又は水素バッファータンクを通して前記固体酸化物型燃料電池スタックの前記アノード排気に間接的に流体接続される、請求項４に記載の燃料電池システム。

【請求項6】

固体酸化物型燃料電池スタック及びプロトン交換膜型燃料電池スタックが、水素燃料源に流体接続される、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項7】

電気エネルギー貯蔵システムと、前記電気エネルギー貯蔵システムに電気的に接続される第３のＤＣ／ＤＣコンバーターと、を更に備え、
前記ＤＣ／ＡＣインバーターは、前記結合ＤＣバスを介して、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバーター、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバーター、及び前記第３のＤＣ／ＤＣコンバーターに並列して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8】

前記結合ＤＣバスにおけるＤＣ電圧を測定することと、
前記結合ＤＣバスにおける前記ＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値に不足するか否かを判断することと、
前記結合ＤＣバスにおける前記ＤＣ電圧が前記ＤＣ電圧閾値に不足することが判断されるのに応答して、前記第２の燃料電池からＤＣ電気エネルギーを引き出すことと、
を含む動作を実行するコントローラー実行可能命令を有して構成されるコントローラーを更に備える、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項9】

前記結合ＤＣバスにおける前記ＤＣ電圧を測定することは、前記第１の燃料電池からのベースレベルＤＣ電気エネルギーの前記結合ＤＣバスにおける前記ＤＣ電圧を測定することを含み、
前記結合ＤＣバスにおける前記ＤＣ電圧が前記ＤＣ電圧閾値に不足することが判断されるのに応答して、前記第２の燃料電池から前記ＤＣ電気エネルギーを引き出すことは、前記第２の燃料電池から可変レベルＤＣ電気エネルギーを引き出すことを開始することを含む、請求項８に記載の燃料電池システム。

【請求項10】

前記結合ＤＣバスにおける前記ＤＣ電圧を測定することは、前記第１の燃料電池からのベースレベルＤＣ電気エネルギー及び前記第２の燃料電池からの可変レベルＤＣ電気エネルギーの前記結合ＤＣバスにおける前記ＤＣ電圧を測定することを含み、
前記結合ＤＣバスにおける前記ＤＣ電圧が前記ＤＣ電圧閾値に不足することが判断されるのに応答して、前記第２の燃料電池から前記ＤＣ電気エネルギーを引き出すことは、前記第２の燃料電池から引き出す前記可変レベルＤＣ電気エネルギーを増大させることを含む、請求項８に記載の燃料電池システム。

【請求項11】

前記第２の燃料電池から前記ＤＣ電気エネルギーを引き出すことは、前記第２の燃料電池から可変レベルＤＣ電気エネルギーを引き出すことを含み、
前記コントローラーは、
前記結合ＤＣバスにおける前記ＤＣ電圧が前記ＤＣ電圧閾値を超過するか否かを判断することと、
前記結合ＤＣバスにおける前記ＤＣ電圧が前記ＤＣ電圧閾値を超過することが判断されるのに応答して、前記第２の燃料電池から引き出す前記可変レベルＤＣ電気エネルギーを減少させることと、
を更に含む動作を実行するコントローラー実行可能命令を有して更に構成される、請求項８に記載の燃料電池システム。

【請求項12】

前記コントローラーは、
前記結合ＤＣバスにおける前記ＤＣ電圧が前記ＤＣ電圧閾値に等しいか否かを判断することと、
前記結合ＤＣバスにおける前記ＤＣ電圧が前記ＤＣ電圧閾値に等しいことが判断されるのに応答して、前記第２の燃料電池から前記可変レベルＤＣ電気エネルギーを引き出すことを止めることと、
を更に含む動作を実行するコントローラー実行可能命令を有して更に構成される、請求項１１に記載の燃料電池システム。

【請求項13】

前記コントローラーは、
ユーティリティグリッド電力が負荷需要を満たすのに利用可能でないか否か、又は緊急状態が発生しているか否かを判断することと、
前記ユーティリティグリッド電力が前記負荷需要を満たすのに利用可能でない場合、又は前記緊急状態が発生している場合、前記第２の燃料電池を起動して、前記第２の燃料電池からＤＣ電気エネルギーを引き出すことと、
を更に含む動作を実行するコントローラー実行可能命令を有して更に構成される、請求項８に記載の燃料電池システム。

【請求項14】

燃料電池システムを動作させる方法であって、
第１のタイプの第１の燃料電池から結合ＤＣバスにベースレベルＤＣ電気エネルギーを引き出すことと、
前記結合ＤＣバスにおけるＤＣ電圧を測定することと、
前記結合ＤＣバスにおける前記ＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値に不足するか否かを判断することと、
前記結合ＤＣバスにおける前記ＤＣ電圧が前記ＤＣ電圧閾値に不足することが判断されるのに応答して、前記第１のタイプとは異なる第２のタイプの第２の燃料電池から可変ＤＣ電気エネルギーを引き出すことと、
を含む、前記方法。

【請求項15】

前記第１の燃料電池は、固体酸化物型燃料電池スタック内に位置する固体酸化物型燃料電池であり、
前記第２の燃料電池は、プロトン交換膜型燃料電池スタック内に位置するプロトン交換膜型燃料電池である、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記結合ＤＣバスにおける前記ＤＣ電圧を測定することは、前記第１の燃料電池からの前記ベースレベルＤＣ電気エネルギーの前記結合ＤＣバスにおける前記ＤＣ電圧を測定することを含み、
前記結合ＤＣバスにおける前記ＤＣ電圧が前記ＤＣ電圧閾値に不足することが判断されるのに応答して、前記第２の燃料電池から前記可変ＤＣ電気エネルギーを引き出すことは、前記第２の燃料電池から前記可変レベルＤＣ電気エネルギーを引き出すことを開始することを含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記結合ＤＣバスにおける前記ＤＣ電圧を測定することは、前記第１の燃料電池からの前記ベースレベルＤＣ電気エネルギー及び前記第２の燃料電池からの前記可変レベルＤＣ電気エネルギーの前記結合ＤＣバスにおける前記ＤＣ電圧を測定することを含み、
前記結合ＤＣバスにおける前記ＤＣ電圧が前記ＤＣ電圧閾値に不足することが判断されるのに応答して、前記第２の燃料電池から前記可変ＤＣ電気エネルギーを引き出すことは、前記第２の燃料電池から引き出す前記可変レベルＤＣ電気エネルギーを増大させることを含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項18】

前記結合ＤＣバスにおける前記ＤＣ電圧が前記ＤＣ電圧閾値を超過するか否かを判断することと、
前記結合ＤＣバスにおける前記ＤＣ電圧が前記ＤＣ電圧閾値を超過することが判断されるのに応答して、前記第２の燃料電池から引き出す前記可変レベルＤＣ電気エネルギーを減少させることと、
前記結合ＤＣバスにおける前記ＤＣ電圧が前記ＤＣ電圧閾値に等しいか否かを判断することと、
前記結合ＤＣバスにおける前記ＤＣ電圧が前記ＤＣ電圧閾値に等しいことが判断されるのに応答して、前記第２の燃料電池から前記可変レベルＤＣ電気エネルギーを引き出すことを止めることと、
を更に含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項19】

ユーティリティグリッド電力が負荷需要を満たすのに利用可能でないか否か、又は緊急状態が発生しているか否かを判断することと、
前記ユーティリティグリッド電力が前記負荷需要を満たすのに利用可能でない場合、又は前記緊急状態が発生している場合、前記第２の燃料電池を起動して、前記第２の燃料電池から前記可変ＤＣ電気エネルギーを引き出すことと、
を更に含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項20】

前記結合ＤＣバスにおける前記ＤＣ電圧が前記ＤＣ電圧閾値に不足することが判断されるのに応答して、電気エネルギー貯蔵システムからＤＣ電気エネルギーを引き出すことを更に含む、請求項１５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、可変の負荷需要を管理する、異なるタイプの燃料電池を備える燃料電池システム等の直流（ＤＣ）電源に関する。

【背景技術】

【0002】

電気エネルギー発生器システムは、様々な構成を通して可変の負荷をサポートすることができる。これらの電気エネルギー発生器システムは、可変の負荷に対する電力品質を維持するように、電気エネルギー出力を連続的に変動させることが期待される。既知のエネルギー発生器システムは、負荷の可変部分の電気エネルギー出力を提供するために、バッテリ等の非発電型電気エネルギー貯蔵システム、ディーゼル発電機等の燃焼型エネルギー発生器、及び／又は電気ユーティリティグリッド等の外部電気エネルギー源に依拠している。

【図面の簡単な説明】

【0003】

【図1】図１は、種々の実施形態を実施するのに好適な種々の実施形態に係る燃料電池システムの斜視図である。

【図2】図２は、種々の実施形態を実施するのに好適な種々の実施形態に係るホットボックスの概略側断面図である。

【図3】図３は、種々の実施形態を実施するのに好適なハイブリッド燃料電池システムの構成要素のブロック図である。

【図4A】図４Ａは、種々の実施形態を実施するのに好適な水素燃料を使用するハイブリッド燃料電池システムの構成要素のブロック図である。

【図4B】図４Ｂは、種々の実施形態を実施するのに好適な水素燃料を使用するハイブリッド燃料電池システムの構成要素のブロック図である。

【図5A】図５Ａは、種々の実施形態を実施するのに好適な炭化水素ガス燃料を使用するハイブリッド燃料電池システムの構成要素のブロック図である。

【図5B】図５Ｂは、種々の実施形態を実施するのに好適な炭化水素ガス燃料を使用するハイブリッド燃料電池システムの構成要素のブロック図である。

【図5C】図５Ｃは、種々の実施形態を実施するのに好適な炭化水素ガス燃料を使用するハイブリッド燃料電池システムの構成要素のブロック図である。

【図5D】図５Ｄは、種々の実施形態を実施するのに好適な炭化水素ガス燃料を使用するハイブリッド燃料電池システムの構成要素のブロック図である。

【図5E】図５Ｅは、種々の実施形態を実施するのに好適な炭化水素ガス燃料を使用するハイブリッド燃料電池システムの構成要素のブロック図である。

【図5F】図５Ｆは、種々の実施形態を実施するのに好適な炭化水素ガス燃料を使用するハイブリッド燃料電池システムの構成要素のブロック図である。

【図5G】図５Ｇは、種々の実施形態を実施するのに好適な炭化水素ガス燃料を使用するハイブリッド燃料電池システムの構成要素のブロック図である。

【図6】図６は、グリッド独立型ハイブリッド燃料電池システムの負荷追従中の時間に対する負荷需要の例示的なプロットである。

【図7】図７は、マイクログリッドバックアップ型ハイブリッド燃料電池システムの負荷追従中の時間に対する負荷需要の例示的なプロットである。

【図8】図８は、マイクログリッドバックアップ型ハイブリッド燃料電池システムの負荷追従中の時間に対する負荷需要の例示的なプロットである。

【図9】図９は、種々の実施形態に係るハイブリッド燃料電池システムの負荷追従及びバックアップの方法のプロセス流れ図である。

【図10】図１０は、種々の実施形態に係るハイブリッド燃料電池システムの負荷追従及びバックアップの方法のプロセス流れ図である。

【発明の概要】

【0004】

１つの実施形態によれば、燃料電池システムを動作させる方法は、第１のタイプの第１の燃料電池から結合ＤＣバスにベースレベルＤＣ電気エネルギーを引き出すことと、結合ＤＣバスにおけるＤＣ電圧を測定することと、結合ＤＣバスにおけるＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値に不足するか否かを判断することと、結合ＤＣバスにおけるＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値に不足することが判断されるのに応答して、第１のタイプとは異なる第２のタイプの第２の燃料電池から可変ＤＣ電気エネルギーを引き出すこととを含む。

【0005】

別の実施形態によれば、燃料電池システムは、第１のタイプの第１の燃料電池と、第１のタイプとは異なる第２のタイプの第２の燃料電池と、第１のＤＣ（直流）バスを介して第１の燃料電池に電気的に接続される第１のＤＣ／ＤＣコンバーターと、第２のＤＣバスを介して第２の燃料電池に電気的に接続される第２のＤＣ／ＤＣコンバーターと、結合ＤＣバスを介して第１のＤＣ／ＤＣコンバーター及び第２のＤＣ／ＤＣコンバーターに並列して電気的に接続されるＤＣ／ＡＣ（交流）インバーターとを備える。

【発明を実施するための形態】

【0006】

添付図面を参照して、種々の実施形態を詳細に説明する。可能な限り、同じ参照符号は、図面全体を通して同じ又は同様の部分を指すのに使用する。特定の例及び実施態様に対する参照は、例示目的でなされ、特許請求の範囲の範囲を制限することは意図していない。

【0007】

本明細書において使用される場合、「貯蔵システム」及び「エネルギー貯蔵システム」という用語は、交換可能に使用され、電気的貯蔵部、機械的貯蔵部、電気機械的貯蔵部、電気化学的貯蔵部、熱的貯蔵部等の、電力に変換することができる任意の形態のエネルギー貯蔵部を指す。例として、バッテリ、コンデンサー、スーパーキャパシター、フライホイール、液体リザーバー、ガスリザーバー等を挙げることができる。いくつかの実施形態において、エネルギー貯蔵システムは、コントローラー及び／又は電気エネルギーバスからの信号に応答して、電気接続装置及び／又は電気エネルギー調整装置等のエネルギー貯蔵システムの電気エネルギー出力を制御するように構成される、任意の組合せの構成要素を備えることができる。

【0008】

本明細書において使用される場合、「電気エネルギー」及び「電気エネルギー出力」という用語は、電圧、電流、又は電力の量を指す。電圧に関して本明細書に記載される例は、特許請求の範囲及び本明細書の範囲をそのようなタイプの電気エネルギー及び電気エネルギー出力に限定しない。

【0009】

種々の実施形態は、ハイブリッド燃料電池システムの負荷追従及びバックアップを行う電気回路、電気部品、及び方法を含む。異なる状況に対して好適な異なる特徴を有する複数のタイプの燃料電池を使用するハイブリッド燃料電池システムは、異なる燃料電池（例えば、固体酸化物型燃料電池等の第１のタイプの燃料電池を含む第１の燃料電池スタック、及びプロトン交換膜型燃料電池等の第２のタイプの燃料電池を含む第２の燃料電池スタック）を異なる方法で制御するように構成することができる。例えば、ハイブリッド燃料電池システムは、一貫した電気エネルギー出力のために第１の燃料電池（例えば、第１のタイプの燃料電池スタック）を制御するとともに、負荷需要が第１の燃料電池システムの一貫した電気エネルギー出力を超過する場合の電気エネルギー出力のために第２の燃料電池（例えば、第２のタイプの燃料電池スタック）を制御するように構成することができる。ハイブリッド燃料電池システムは、第１の燃料電池の一貫した電気エネルギー出力を超過する可変の負荷需要に追従するように、第２の燃料電池を制御するように構成することができる。

【0010】

電気エネルギー発生器システムは、様々な構成を通して可変の負荷をサポートすることができる。これらの電気エネルギー発生器システムは、可変の負荷に対する電力品質を維持するように、電気エネルギー出力を連続的に変動させることが期待される。いくつかの既知のエネルギー発生器システムは、負荷の可変部分の電気エネルギー出力を提供するために、バッテリ等の非発電型電気エネルギー貯蔵システムに依拠している。例えば、グリッド隔離又は並列化マイクログリッドとして構成される電気エネルギー発生器システムは、非発電型電気エネルギー貯蔵システムを使用することにより、負荷の可変部分をサポートするように構成される。非発電型電気エネルギー貯蔵システムは、負荷の可変部分に追従して電気エネルギーを出力する。非発電型電気エネルギー貯蔵システムを組み込むそのような電気エネルギー発生器システムは、電気エネルギー発生器及び非発電型電気エネルギー貯蔵部のサイズを最適化するための現場設計が複雑であること、設備利用率に余裕がない限り、断続的な過負荷に対する柔軟性を欠くこと、非発電型電気エネルギー貯蔵部の電力のラウンドトリップ効率が悪いこと等の問題を抱える。

【0011】

他の既知の電気エネルギー発生器システムは、負荷の可変部分の電気エネルギー出力を提供するために、ディーゼル発電機等の燃焼型エネルギー発生器に依拠する。例えば、グリッド隔離又は並列化マイクログリッドとして構成される電気エネルギー発生器システムは、燃焼型エネルギー発生器を使用することにより、負荷の可変部分をサポートするように構成される。燃焼型エネルギー発生器は、負荷の可変部分に追従して電気エネルギーを出力する。燃焼型エネルギー発生器を組み込むそのような電気エネルギー発生器システムは、燃焼型エネルギー発生器による燃料の燃焼によって発生する排出物による問題を抱える。

【0012】

他の既知の電気エネルギー発生器システムは、負荷の可変部分の電気エネルギー出力を提供するために、電気ユーティリティグリッド等の外部電気エネルギー源に依拠する。例えば、電気エネルギー発生器システムは、負荷の可変部分をサポートするために、電気ユーティリティグリッドに依拠するグリッド並列化マイクログリッドとして構成することができる。しかしながら、電気ユーティリティグリッドが故障した場合又は緊急のグリッド隔離イベント中、電気エネルギー発生器システムは、負荷の可変部分をサポートするために、非発電型電気エネルギー貯蔵システム又は燃焼型エネルギー発生器に依拠しなければならない。グリッドの故障又は隔離が長引く間（例えば、数日～数週間、野火またはハリケーン等の他の天候イベント等に起因した電源遮断イベント）、非発電型電気エネルギー貯蔵システムを備える電気エネルギー発生器システムは、設備コスト及び不動産コストの観点から経済的でない。グリッドの故障又は隔離が長引く間、燃焼型エネルギー発生器を備える電気エネルギー発生器システムは、長引く持続時間にわたって燃焼型エネルギー発生器による燃料の燃焼によって発生する排出物が増大することによる問題を抱える。

【0013】

本明細書における実施形態は、異なる状況に対して好適な異なる特徴を有する複数のタイプの燃料電池を使用するハイブリッド燃料電池システムを実施することにより、負荷の可変部分をサポートするために非発電型電気エネルギー貯蔵システム及び／又は燃焼型エネルギー発生器を使用する既知の電気エネルギー発生器システムに伴う上述の問題に対処する。本システムは、異なる燃料電池を異なる方法で制御するように構成することができる。本発明者らは、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）が、一定の電力出力において高効率及び長寿命をもたらし、したがって、マイクログリッドにおけるベース負荷用途に十分に適することを理解した。これに対して、プロトン交換膜（ＰＥＭ）型燃料電池は、動作温度が低いために、ＳＯＦＣよりも始動が迅速で、負荷追従性が良好であり、マイクログリッドのアイランドモード（ｉｓｌａｎｄｅｄ ｍｏｄｅ）におけるバックアップ電力及び変動負荷に十分に適する。ハイブリッド燃料電池システムは、一貫した電気エネルギー出力のためにＳＯＦＣ（例えば、ＳＯＦＣスタック）を制御するとともに、ＳＯＦＣの一貫した電気エネルギー出力を超過する負荷需要を満たす電気エネルギー出力のためにＰＥＭ燃料電池（例えば、ＰＥＭ燃料電池スタック）を制御するように構成することができる。ハイブリッド燃料電池システムは、ＳＯＦＣの一貫した電気エネルギー出力を超過する可変の負荷需要に追従するように、ＰＥＭ燃料電池を制御するように構成することができる。ＳＯＦＣ及びＰＥＭ燃料電池の双方を使用するハイブリッド燃料電池システムは、負荷のベース部分をサポートするＳＯＦＣ及び負荷の可変部分をサポートするＰＥＭ燃料電池を利用することができ、負荷の可変部分をサポートするために非発電型電気エネルギー貯蔵システム及び／又は燃焼型エネルギー発生器を使用する既知の電気エネルギー発生器システムに勝る優れた性能をもたらすことができる。同様に、ＳＯＦＣを使用して負荷のベース部分をサポートするとともに、ＰＥＭ燃料電池を使用して負荷の可変部分をサポートするハイブリッド燃料電池システムは、ＳＯＦＣ及びＰＥＭ燃料電池を別個に使用する燃料電池システムに勝る優れた性能をもたらすことができる。

【0014】

ＳＯＦＣが、一貫した電気エネルギー出力を提供することができるとともに、ＰＥＭ燃料電池が、ＳＯＦＣの一貫した電気エネルギー出力を超過する可変の負荷需要に追従する電気エネルギー出力を提供することができるように、ハイブリッド燃料電池システムを制御することにより、ハイブリッド燃料電池システムが、様々なグリッド独立、グリッド故障、又はグリッド隔離状況における可変の負荷をサポートすることを可能にすることができる。例えば、ハイブリッド燃料電池システムは、可変の負荷追従及び／又は緊急負荷サポートを可能にするために、グリッド独立マイクログリッド用途において可変の負荷をサポートするように制御することができる。別の例において、ハイブリッド燃料電池システムは、ピークシェービング、グリッド故障バックアップ、及び／又は緊急負荷サポートを可能にするために、グリッド並列マイクログリッド用途において可変の負荷をサポートするように制御することができる。

【0015】

ハイブリッド燃料電池システムの制御は、ＳＯＦＣ及びＰＥＭ燃料電池の双方からの直流電気エネルギーを伝送するように構成される結合ＤＣバスにおける、直流（ＤＣ）電圧またはＤＣ電圧に基づくことができる。結合ＤＣバスは、ＤＣ電気エネルギーを負荷に伝送することができる。ＡＣ（交流）／ＤＣインバーターは、結合ＤＣバスからＤＣ電気エネルギーを受け取り、ＤＣ電気エネルギーをＡＣ電気エネルギーに変換し、ＡＣ電気エネルギーを負荷に伝送することができる。ＡＣ／ＤＣインバーターは、結合ＤＣバスにおけるＤＣ電圧が閾値に不足することが判断されるのに応答して、ＰＥＭ燃料電池からＤＣ電気エネルギーを引き出すように制御することができる。ＡＣ／ＤＣインバーターは、結合ＤＣバスにおけるＤＣ電圧が、閾値を上回る負荷の負荷需要の可変部分を満たすか否かが判断されるのに応答して、ＰＥＭ燃料電池から引き出すＤＣ電気エネルギーを増減するように制御することができる。ＡＣ／ＤＣインバーターは、結合ＤＣバスにおけるＤＣ電圧が閾値を超過しないことが判断されるのに応答して、ＰＥＭ燃料電池からＤＣ電気エネルギーを引き出すことを止めるように制御することができる。

【0016】

図１は、米国特許第８，４４０，３６２号により完全に記載されているモジュール式燃料電池システムを含む１つの電気エネルギー発生器の一例を示している。この米国特許は、モジュール式燃料電池システムの記載に関して参照により本明細書に援用する。このモジュール式システムは、上述の及び米国特許第９，１９０，６９３号に記載のモジュール及び構成要素を含むことができる。この米国特許は、モジュール式燃料電池システムの記載に関して参照により本明細書に援用する。燃料電池システム筐体１０のモジュール式設計は、柔軟なシステムの設置及び動作を提供する。

【0017】

モジュール式燃料電池システム筐体１０は、複数のパワーモジュールハウジング１２（燃料電池パワーモジュール構成要素を収容する）と、１つ以上の燃料入力（すなわち、燃料処理）モジュールハウジング１６と、１つ以上の電力調整（すなわち、電気出力）モジュールハウジング１８とを含む。例えば、システム筐体は、２個～３０個のパワーモジュール、例えば６個～１２個のパワーモジュール等の任意の所望の数のモジュールを含むことができる。図１は、共通のベース２０上に、６つのパワーモジュール（６つのモジュールを横１列に重ねたもの）と、１つの燃料処理モジュールと、１つの電力調整モジュールとを含むシステム筐体１０を示している。各モジュールは、各自のキャビネット又はハウジングを備えることができる。代替的に、電力調整モジュールと燃料処理モジュールとを組み合わせて、１つのキャビネット又はハウジング１４内に位置する単一の入力／出力モジュールにすることができる。簡潔にするために、各ハウジング１２、１４、１６、１８は、以下では「モジュール」と称する。

【0018】

１列のパワーモジュール１２が示されているが、システムは、２列以上のモジュール１２を備えてもよい。例えば、システムは、背中合わせに重ねられた２列のパワーモジュールを備えてもよい。

【0019】

各パワーモジュール１２は、１つ以上のホットボックス１３を収容するように構成される。各ホットボックスは、導電性インターコネクトプレートによって分離されるセラミック酸化物電解質を有する固体酸化物型燃料電池の１つ以上のスタック又はカラム等の、燃料電池の１つ以上のスタック又はカラム（明確にするため図示せず）を収容する。ＰＥＭ、溶融炭酸塩、リン酸等の他のタイプの燃料電池を使用することもできる。

【0020】

モジュール式燃料電池システム筐体１０は、１つ以上の入力又は燃料処理モジュール１６も含む。このモジュール１６は、脱硫床等の、燃料の前処理に使用される構成要素を収容するキャビネットを備える。燃料処理モジュール１６は、異なるタイプの燃料を処理するように設計することができる。例えば、ディーゼル燃料処理モジュール、天然ガス燃料処理モジュール、及びエタノール燃料処理モジュールを同じ又は別個のキャビネット内に設けることができる。特定の燃料に合わせて調整された異なる床組成を各モジュール内に設けることができる。処理モジュール（複数の場合もある）１６は、パイプラインから供給される天然ガス、圧縮天然ガス、メタン、プロパン、液体石油ガス、ガソリン、ディーゼル、家庭用暖房油、灯油、ＪＰ－５、ＪＰ－８、航空燃料、水素、アンモニア、エタノール、メタノール、合成ガス、バイオガス、バイオディーゼル、及び他の好適な炭化水素又は水素含有燃料から選択される燃料のうちの少なくとも１つを処理することができる。所望の場合、燃料処理モジュール１６内に改質器１７を配置してもよい。代替的に、改質器１７を燃料電池スタック（複数の場合もある）と熱的に統合することが望ましい場合、別個の改質器１７をそれぞれのパワーモジュール１２内の各ホットボックス１３内に配置することができる。さらに、内部改質型燃料電池が使用される場合、外部の改質器１７を完全に省くことができる。

【0021】

モジュール式燃料電池システム筐体１０は、１つ以上の電力調整モジュール１８も含む。電力調整モジュール１８は、燃料電池スタックによって発生したＤＣ電力をＡＣ電力に変換する構成要素、グリッドに出力されるＡＣ電力用の電気コネクタ、電気的過渡現象を管理する回路、システムコントローラー（例えば、コンピューター又は専用の制御ロジックデバイス又は回路）を収容するキャビネットを備える。電力調整モジュール１８は、燃料電池モジュールからのＤＣ電力を異なるＡＣ電圧及び周波数に変換するように設計することができる。２０８Ｖ、６０Ｈｚ；４８０Ｖ、６０Ｈｚ；４１５Ｖ、５０Ｈｚ及び他の一般的な電圧及び周波数用の設計を提供することができる。

【0022】

燃料処理モジュール１６及び電力調整モジュール１８は、１つの入力／出力キャビネット１４内に収容してもよい。単一の入力／出力キャビネット１４が設けられる場合、モジュール１６及び１８は、キャビネット１４内で上下方向に（例えば、燃料処理モジュール１６の脱硫キャニスター／床の上に電力調整モジュール１８の構成要素）又は横並びで配置することができる。

【0023】

図１の例示的な実施形態に示されているように、６つのパワーモジュール１２の１列に対して１つの入力／出力キャビネット１４が設けられ、６つのパワーモジュール１２は、入力／出力モジュール１４の片側に直線的に横並びで配置される。モジュールの列は、例えば、システムが電力を提供する建造物に隣接して（例えば、モジュールのキャビネットの背面が建造物の壁に面するように）位置決めすることができる。１列のパワーモジュール１２が示されているが、システムは、２列以上のモジュール１２を備えてもよい。例えば、上述のように、システムは、背中合わせに重ねられた２列のパワーモジュールを備えてもよい。

【0024】

パワーモジュール１２及び入力／出力モジュール１４のそれぞれは、モジュールの内部構成要素に（例えば、メンテナンス、修理、交換等のために）アクセスすることを可能にするドア３０（例えば、ハッチ、アクセスパネル等）を備える。１つの実施形態によれば、モジュール１２及び１４は、各キャビネットの片面にのみドア３０を有する直線的な配列で配置され、システムの連続する列を端同士当接させて設置することが可能になる。このようにして、燃料電池筐体１０のサイズ及び容量は、既存のモジュール１２及び１４並びにベース２０を再配置する必要を最小限にしながら、追加のモジュール１２又は１４及びベース２０によって調整することができる。所望の場合、モジュール１４へのドア３０は、キャビネットの前面ではなく側面に配置してもよい。

【0025】

図２は、燃料電池スタック又はカラム４０を備える燃料電池システムホットボックス１３の平面図を示している。ホットボックス１３は、燃料電池スタック又はカラム４０を備えるように示されている。ただし、ホットボックス１３は、スタック又はカラム４０を２つ以上備えることができる。スタック又はカラム４０は、互いに重ねられ、電気的に接続される燃料電池４５を含むことができ、燃料電池４５間にはインターコネクト５０が配置されている。スタック又はカラムにおける最初の燃料電池及び最後の燃料電池４５は、それぞれのエンドプレート６０とインターコネクト５０との間に配置される。エンドプレート６０は、燃料電池スタック又はカラム４０の電気出力に電気的に接続される。ホットボックス１３は、燃料導管、空気導管、シール、電気接点等の他の構成要素を備えることができ、バランスオブプラント構成要素を含む燃料電池システムに組み込むことができる。燃料電池４５は、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）又はスカンジア安定化ジルコニア（ＳＳＺ）等のセラミック電解質と、ニッケル－ＹＳＺ、Ｎｉ－ＳＳＺ、又はニッケル－サマリアドープセリア（ＳＤＣ）サーメット等のアノード電極と、ランタンストロンチウムマンガナイト（ＬＳＭ）等のカソード電極とを含む固体酸化物型燃料電池とすることができる。インターコネクト５０及び／又はエンドプレート６０は、任意の好適なガス不透過性の導電性材料、例えばクロム－鉄合金、例えば、４ｗｔ％～６ｗｔ％の鉄と残部のクロムとを含有する合金を含むことができる。インターコネクト５０は、隣り合う燃料電池４５を電気的に接続し、燃料及び空気が燃料電池４５に到達するためのチャネルを提供する。

【0026】

図３は、種々の実施形態を実施するのに好適なハイブリッド燃料電池システム３００を示している。図１～図３を参照すると、ハイブリッド燃料電池システム３００は、ＤＣ電気エネルギーを発生させて、負荷（図示せず）をサポートするように構成されるＳＯＦＣスタック３０２及びＰＥＭ燃料電池スタック（簡潔にするために、本明細書において「ＰＥＭスタック」と称する）３０４を備えることができる。ＳＯＦＣスタック３０２は、図１に示されている１つ以上のパワーモジュール１２内に位置することができ、一方、ＰＥＭスタック３０４は、図１に示されている１つ以上の他のパワーモジュール１２内に位置することができる。代替的に、ＳＯＦＣスタック３０２及びＰＥＭスタック３０４は、異なる列内及び／又は異なるベース上に位置する異なるパワーモジュール１２内に位置してもよい。代替的に、ＳＯＦＣスタック３０２及びＰＥＭスタック３０４が同じパワーモジュール１２内に位置してもよい。システム３００は、複数のＳＯＦＣスタック３０２及び／又は複数のＰＥＭスタック３０４を備えることができることを理解すべきである。

【0027】

ハイブリッド燃料電池システム３００は、任意の数及び組合せのＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａ、３０８ｂ及び少なくとも１つのＤＣ／ＡＣインバーター３１０等の様々な電力調整要素を備えることができる。ＳＯＦＣスタック３０２は、ＤＣバス３１２ａを介してＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａに電気的に接続することができる。ＰＥＭスタック３０４は、ＤＣバス３１２ｂを介してＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂに電気的に接続することができる。ＤＣバス３１２ａ、３１２ｂは、ＳＯＦＣスタック３０２からＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａに、及びＰＥＭスタック３０４からＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂに、ＤＣ電気エネルギーを伝送するように構成することができる。ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａ、３０８ｂは、結合ＤＣバス３１４を介してＤＣ／ＡＣインバーター３１０に電気的に接続することができる。結合ＤＣバス３１４は、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａ、３０８ｂからのＤＣ電気エネルギーをＤＣ／ＡＣインバーター３１０に伝送するように構成することができる。

【0028】

ハイブリッド燃料電池システム３００は、任意選択として、電気エネルギー貯蔵システム３０６を備えることができる。例えば、電気エネルギー貯蔵システム３０６は、電気的貯蔵部、機械的貯蔵部、電気機械的貯蔵部、電気化学的貯蔵部、熱的貯蔵部等を含むことができる。例として、バッテリ、コンデンサー、スーパーキャパシター、フライホイール、液体リザーバー、ガスリザーバー等を挙げることができる。ハイブリッド燃料電池システム３００は、任意の数及び組合せのＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｃ等の様々な追加の任意選択の電力調整要素を備えることができる。電気エネルギー貯蔵システム３０６は、ＤＣバス３１２ｃを介してＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｃに電気的に接続することができる。ＤＣバス３１２ｃは、電気エネルギー貯蔵システム３０６からのＤＣ電気エネルギーをＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｃに伝送するように構成することができる。ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｃは、結合ＤＣバス３１４を介してＤＣ／ＡＣインバーター３１０に電気的に接続することができる。結合ＤＣバス３１４は、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｃからのＤＣ電気エネルギーをＤＣ／ＡＣインバーター３１０に伝送するように構成することができる。

【0029】

ハイブリッド燃料電池システム３００は、ＳＯＦＣスタック３０２、ＰＥＭスタック３０４、電気エネルギー貯蔵システム３０６、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａ～３０８ｃ、ＤＣ／ＡＣインバーター３１０、ＤＣバス３１２ａ～３１２ｃ、及び／又は結合ＤＣバス３１４に（例えば、有線及び／又は無線データ接続を介して）通信接続される、任意の数及び組合せのコントローラー３２０（例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、マイクロコントローラー、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又は他の任意のソフトウェアプログラマブルプロセッサ）を備えることができる。例えば、１つ以上のコントローラー３２０は、ＳＯＦＣスタック３０２、ＰＥＭスタック３０４、電気エネルギー貯蔵システム３０６、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａ～３０８ｃ、及び／又はＤＣ／ＡＣインバーター３１０に通信接続されるとともに、それらの外部にある、ハイブリッド燃料電池システム３００の構成要素とすることができる。別の例として、１つ以上のコントローラー３２０は、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａ～３０８ｃ及び／又はＤＣ／ＡＣインバーター３１０に通信接続されるとともに、それらと一体である、ハイブリッド燃料電池システム３００の構成要素とすることができる。１つ以上のコントローラー３２０は、ＳＯＦＣスタック３０２、ＰＥＭスタック３０４、電気エネルギー貯蔵システム３０６、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａ～３０８ｃ、及び／又はＤＣ／ＡＣインバーター３１０に制御信号を提供する、及び／又はそれらの機能を直接制御するように構成することができる。１つ以上のコントローラー３２０は、ＳＯＦＣスタック３０２、ＰＥＭスタック３０４、電気エネルギー貯蔵システム３０６、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａ～３０８ｃ、及び／又はＤＣ／ＡＣインバーター３１０から、ＤＣバス３１２ａ～３１２ｃ及び／又は結合ＤＣバス３１４におけるＤＣ電圧を示すように構成される信号を受信するように構成することができる。１つ以上のコントローラー３２０は、ＳＯＦＣスタック３０２、ＰＥＭスタック３０４、電気エネルギー貯蔵システム３０６、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａ～３０８ｃ、ＤＣ／ＡＣインバーター３１０、ＤＣバス３１２ａ～３１２ｃ、及び／又は結合ＤＣバス３１４において、ＤＣバス３１２ａ～３１２ｃ及び／又は結合ＤＣバス３１４におけるＤＣ電圧を直接測定するように構成することができる。

【0030】

ＳＯＦＣスタック３０２は、ＤＣバス３１２ａを介してＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａにＤＣ電気エネルギーを提供するように構成することができる。ＳＯＦＣスタック３０２は、ハイブリッド燃料電池システム３００が配備される負荷のベースレベル負荷需要によって決定され得るベースレベルスタックＤＣ電気エネルギーを提供するようなサイズであるとともに、別様にそのように構成することができる。ベースレベルスタックＤＣ電気エネルギーは、ベースレベル負荷需要をサポートするのに必要なＤＣ電圧の量として構成することができる。任意選択として、ＳＯＦＣスタック３０２によって出力されるＤＣ電圧の量は、ベースレベルスタックＤＣ電気エネルギー等の一定量のＤＣ電圧となるように制御することができる。ＳＯＦＣスタック３０２によって出力されるＤＣ電圧の量は、コントローラー３２０によって制御することができる。

【0031】

ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａは、結合ＤＣバス３１４を介してＤＣ／ＡＣインバーター３１０にＤＣ電気エネルギー（例えば、ＤＣ電力）を提供するように構成することができる。ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａは、ハイブリッド燃料電池システム３００が配備される負荷のベースレベル負荷需要によって決定され得るベースレベル調整済みＤＣ電気エネルギーを提供するように構成することができる。ベースレベル調整済みＤＣ電気エネルギーは、ベースレベル負荷需要をサポートするのに必要なＤＣ電圧の量として構成することができる。ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａによって出力されるＤＣ電圧の量は、ベースレベル調整済みＤＣ電気エネルギー等の一定量のＤＣ電圧となるように制御することができる。ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａによって出力されるＤＣ電圧の量は、コントローラー３２０によって制御することができる。

【0032】

ＰＥＭスタック３０４は、ＤＣバス３１２ｂを介してＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂにＤＣ電気エネルギー（例えば、ＤＣ電力）を提供するように構成することができる。ＰＥＭスタック３０４は、ハイブリッド燃料電池システム３００が配備される負荷の可変レベル負荷需要によって決定され得る可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーを提供するようなサイズであるとともに、別様にそのように構成することができる。可変レベル負荷需要は、ハイブリッド燃料電池システム３００が配備される負荷のベースレベル負荷需要に付加される、或るレベルの負荷需要とすることができる。可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーは、可変レベル負荷需要をサポートするのに必要なＤＣ電圧の量として構成することができる。ＰＥＭスタック３０４によって出力されるＤＣ電圧の量は、可変レベルスタックＤＣ電気エネルギー等の可変量のＤＣ電圧として制御することができる。ＰＥＭスタック３０４によって出力されるＤＣ電圧の量は、コントローラー３２０によって制御することができる。

【0033】

ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂは、結合ＤＣバス３１４を介してＤＣ／ＡＣインバーター３１０にＤＣ電気エネルギーを提供するように構成することができる。ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂは、ハイブリッド燃料電池システム３００が配備される負荷の可変レベル負荷需要によって決定され得る可変レベル調整済みＤＣ電気エネルギーを提供するように構成することができる。可変レベル調整済みＤＣ電気エネルギーは、可変レベル負荷需要をサポートするのに必要なＤＣ電圧の量として構成することができる。ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂによって出力されるＤＣ電圧の量は、可変レベル調整済みＤＣ電気エネルギー等の可変量のＤＣ電圧として制御することができる。ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂによって出力されるＤＣ電圧の量は、コントローラー３２０によって制御することができる。

【0034】

ＤＣ／ＡＣインバーター３１０は、ＡＣ電気エネルギー（例えば、ＡＣ電力）を負荷に提供するように構成することができる。ＤＣ／ＡＣインバーター３１０は、ハイブリッド燃料電池システム３００が配備される負荷の負荷需要をサポートするために、ＡＣ電気エネルギーを提供するように構成することができる。負荷需要は、限定はしないが、ベースレベル負荷需要及び可変レベル負荷需要を含む任意のレベルの負荷需要とすることができる。ＤＣ／ＡＣインバーター３１０は、負荷需要に関連して結合ＤＣバス３１４からＤＣ電気エネルギーを引き出し、ＤＣ電気エネルギーをＡＣ電気エネルギーに変換し、ＡＣバスによってハイブリッド燃料電池システム３００に電気的に接続可能とすることができる負荷にＡＣ電気エネルギーを提供することができる。ＤＣ／ＡＣインバーター３１０は、負荷需要における対応する増減に応答して、結合ＤＣバス３１４から引き出すＤＣ電気エネルギーを増減させることができる。負荷需要は、ベースレベル負荷需要と可変レベル負荷需要との組合せとして構成することができる。例えば、可変レベル負荷需要の増大によって負荷需要が増大することに応答して、ＤＣ／ＡＣインバーター３１０は、結合ＤＣバス３１４から引き出すＤＣ電気エネルギーを増大させることができる。可変レベル負荷需要の減少によって負荷需要が減少することに応答して、ＤＣ／ＡＣインバーター３１０は、結合ＤＣバス３１４から引き出すＤＣ電気エネルギーを減少させることができる。ＤＣ／ＡＣインバーター３１０によって引き出されるＤＣ電気エネルギーの量は、コントローラー３２０によって制御することができる。

【0035】

コントローラー３２０は、結合ＤＣバス３１４においてＤＣ電圧を測定するように構成することができる。例えば、コントローラー３２０は、コントローラー３２０に結合ＤＣバス３１４におけるＤＣ電圧を示すように構成される、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａ、３０８ｂ及び／又はＤＣ／ＡＣインバーター３１０からの信号を受信することができる。別の例において、コントローラー３２０は、結合ＤＣバス３１４において直接ＤＣ電圧を測定することができる。コントローラー３２０は、結合ＤＣバス３１４におけるＤＣ電圧をＤＣ電圧閾値と比較することができる。例えば、ＤＣ電圧閾値は、所定のＤＣ電圧目標とすることができる。結合ＤＣバス３１４におけるＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値に不足する場合、コントローラー３２０は、結合ＤＣバス３１４におけるＤＣ電圧が不十分であることを判断することができる。結合ＤＣバス３１４におけるＤＣ電圧の不足は、ハイブリッド燃料電池システム３００が配備される負荷が、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａを介してＳＯＦＣスタック３０２からのベースレベルスタックＤＣ電気エネルギーによって提供することができるものを上回る量のＡＣ電気エネルギーを要求することによって発生し得る。したがって、可変レベル負荷需要は、負荷需要の一部として含まれ得る。例えば、可変レベル負荷需要が増大すると、ＤＣ／ＡＣインバーター３１０によって引き出されるＤＣ電気エネルギーの増大、及び結合ＤＣバス３１４におけるＤＣ電圧の減少を引き起こす場合がある。コントローラー３２０は、少なくともＤＣ電圧閾値を達成するように、結合ＤＣバス３１４におけるＤＣ電圧を増大させることができる。結合ＤＣバス３１４における電圧の増大は、実際、負荷需要をサポートするのに十分であり得る。コントローラー３２０は、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂに合図を送る及び／又はＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂを直接制御して、ＤＣバス３１２ｂを介してＰＥＭスタック３０４からＤＣ電気エネルギーを引き出すことを開始させることができる。コントローラー３２０は、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂに合図を送る及び／又はＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂを直接制御して、結合ＤＣバス３１４におけるＤＣ電圧が少なくともＤＣ電圧閾値を達成するのに十分であるように、或る量のＤＣ電気エネルギーを引き出させることができる。ＰＥＭスタック３０４からＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂによって引き出されるＤＣ電気エネルギーの量は、結合ＤＣバス３１４におけるＤＣ電圧の不足を補って、少なくともＤＣ電圧閾値を達成するのに十分であり得る。したがって、実際、ＰＥＭスタック３０４からＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂによって引き出されるＤＣ電気エネルギーの量は、負荷需要の可変レベル負荷需要部分をサポートするのに十分であり得る。ＰＥＭスタック３０４がオフの場合、ＰＥＭスタック３０４は、コントローラー３２０の信号に応答して、及び／又はＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂによって電力が引き出されるのに応答して再始動することができる。ＰＥＭスタック３０４はＳＯＦＣスタック３０２よりも迅速に再始動することができるため、ＰＥＭスタック３０４を使用して、ＤＣ電圧閾値、つまりは負荷需要を満たすのに必要な追加のＤＣ電気エネルギー（すなわち、電力）を迅速に提供することができる。

【0036】

ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂがＰＥＭスタック３０４からＤＣ電気エネルギーを引き出している間、結合ＤＣバス３１４におけるＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値に不足する場合、コントローラー３２０は、結合ＤＣバス３１４におけるＤＣ電圧が不十分であることを判断することができる。結合ＤＣバス３１４におけるＤＣ電圧の不足は、負荷が、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａを介してＳＯＦＣスタック３０２からのベースレベルスタックＤＣ電気エネルギーによって提供されるもの、及びＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂを介してＰＥＭスタック３０４からの可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーによって提供されるものを上回る量のＡＣ電気エネルギーを要求することによって発生し得る。コントローラー３２０は、少なくともＤＣ電圧閾値を達成するように、結合ＤＣバス３１４におけるＤＣ電圧を増大させるように構成することができる。結合ＤＣバス３１４における電圧の増大は、実際、負荷需要の可変レベル負荷需要部分の増大を含み得る、負荷需要の増大をサポートするのに十分であり得る。例えば、可変レベル負荷需要が増大すると、ＤＣ／ＡＣインバーター３１０によって引き出されるＤＣ電気エネルギーの増大、及び結合ＤＣバス３１４におけるＤＣ電圧の減少を引き起こす場合がある。コントローラー３２０は、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂに合図を送る及び／又はＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂを直接制御して、ＤＣバス３１２ｂを介してＰＥＭスタック３０４から引き出すＤＣ電気エネルギーを増大させることができる。コントローラー３２０は、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂに合図を送る及び／又はＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂを直接制御して、結合ＤＣバス３１４におけるＤＣ電圧が少なくともＤＣ電圧閾値を達成するのに十分であるように、或る量のＤＣ電気エネルギーを引き出させることができる。ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂによってＰＥＭスタック３０４から引き出されるＤＣ電気エネルギーの量は、実際、負荷需要の可変レベル負荷需要部分をサポートするのに十分であり得る。

【0037】

これに対して、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂがＰＥＭスタック３０４からＤＣ電気エネルギーを引き出している間、結合ＤＣバス３１４におけるＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値を超過する場合、コントローラー３２０は、結合ＤＣバス３１４におけるＤＣ電圧が過剰であることを判断することができる。結合ＤＣバス３１４におけるＤＣ電圧の過剰は、負荷が、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａを介してＳＯＦＣスタック３０２からのベースレベルスタックＤＣ電気エネルギーによって提供されるもの、及びＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂを介してＰＥＭスタック３０４からの可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーによって提供されるものを下回る量のＡＣ電気エネルギーを要求することによって発生し得る。コントローラー３２０は、ＤＣ電圧閾値を達成するように、結合ＤＣバス３１４におけるＤＣ電圧を減少させるように構成することができる。結合ＤＣバス３１４における電圧の減少は、実際、負荷需要の可変レベル負荷需要部分の減少を含み得る、負荷需要の減少をサポートするのに十分であり得る。例えば、可変レベル負荷需要が減少すると、ＤＣ／ＡＣインバーター３１０によって引き出されるＤＣ電気エネルギーの減少、及び結合ＤＣバス３１４におけるＤＣ電圧の増大を引き起こす場合がある。コントローラー３２０は、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂに合図を送る及び／又はＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂを直接制御して、ＤＣバス３１２ｂを介してＰＥＭスタック３０４から引き出すＤＣ電気エネルギーを減少及び／又は停止させることができる。コントローラー３２０は、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂに合図を送る及び／又はＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂを直接制御して、結合ＤＣバス３１４におけるＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値を達成するのに十分であるように、或る量のＤＣ電気エネルギーを引き出させる又はＤＣ電気エネルギーを引き出すことを停止させることができる。ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂによってＰＥＭスタック３０４から引き出されるＤＣ電気エネルギーの量は、実際、負荷需要の可変レベル負荷需要部分をサポートするのに十分であり得る。可変レベル負荷需要は、負荷需要がベースレベル負荷需要とおおよそ等しいか又はベースレベル負荷需要よりも小さくなり得るレベルまで減少する場合があり、その結果、結合ＤＣバス３１４におけるＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値とおおよそ等しいか又はＤＣ電圧閾値よりも大きくなり得るように、結合ＤＣバス３１４からＤＣ／ＡＣインバーター３１０によって引き出されるＤＣ電気エネルギーが減少する場合がある。そのような点において、コントローラー３２０は、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂに合図を送る及び／又はＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂを直接制御して、ＰＥＭスタック３０４からＤＣバス３１２ｂを介してＤＣ電気エネルギーを引き出すことを止めさせることができる。そのような点において、実際、負荷需要は、ＰＥＭスタック３０４からの可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーを伴わずに、ＳＯＦＣスタック３０２からのベースレベルスタックＤＣ電気エネルギーによってサポートすることができる。

【0038】

任意選択の電気エネルギー貯蔵システム３０６は、任意選択のＤＣバス３１２ｃを介して任意選択のＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｃにＤＣ電気エネルギーを提供するように構成することができる。任意選択の電気エネルギー貯蔵システム３０６は、ハイブリッド燃料電池システム３００が配備される負荷に提供されるＡＣ電気エネルギーの量及び／又は質を改変するように構成することができる、貯蔵システムＤＣ電気エネルギーを提供するようなサイズであるとともに、別様にそのように構成することができる。貯蔵システムＤＣ電気エネルギーは、ＡＣ電気エネルギーの量及び／又は質を改変するのに必要な量のＤＣ電圧を提供するように構成することができる。例えば、ＳＯＦＣスタック３０２及びＰＥＭスタック３０４によって出力される電気エネルギーの組合せが、ＤＣ電圧閾値に達することができない場合、貯蔵システム３０６からインバーター３１０に追加の電気エネルギー（すなわち、電力）が提供される。代替的に、ＳＯＦＣスタック３０２及び／又はＰＥＭスタック３０４が（例えば、整備のため又は燃料不足に起因して）オフラインにされる場合、貯蔵システム３０６からインバーター３１０に電気エネルギーが提供される。電気エネルギー貯蔵システム３０６によって出力されるＤＣ電圧の量は、貯蔵システムＤＣ電気エネルギー等の或る量のＤＣ電圧として制御することができる。電気エネルギー貯蔵システム３０６によって出力されるＤＣ電圧の量は、コントローラー３２０によって制御することができる。

【0039】

ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｃは、結合ＤＣバス３１４を介してＤＣ／ＡＣインバーター３１０にＤＣ電気エネルギーを提供するように構成することができる。ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｃは、貯蔵システム調整済みＤＣ電気エネルギーを提供するように構成することができる。貯蔵システム調整済みＤＣ電気エネルギーは、ＡＣ電気エネルギーの量及び／又は質を改変するのに必要な量のＤＣ電圧として構成することができる。ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｃによって出力されるＤＣ電圧の量は、貯蔵システム調整済みＤＣ電気エネルギー等の或る量のＤＣ電圧として制御することができる。ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｃによって出力されるＤＣ電圧の量は、コントローラー３２０によって制御することができる。

【0040】

図４Ａ及び図４Ｂは、種々の実施形態を実施するのに好適な水素燃料を使用するハイブリッド燃料電池システム４００ａ、４００ｂを示している。図１～図４Ｂを参照すると、ハイブリッド燃料電池システム４００ａ、４００ｂは、図３を参照して記載したように、ＳＯＦＣスタック３０２、ＰＥＭスタック３０４、並びに、任意の数及び組合せのＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａ、３０８ｂ及びＤＣ／ＡＣインバーター３１０等の様々な電気エネルギー調整要素を含む、ハイブリッド燃料電池システム３００の任意の数及び組合せの構成要素を備えることができる。ＳＯＦＣスタック３０２は、ＤＣバス３１２ａを介してＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａに電気的に接続することができる。ＰＥＭスタック３０４は、ＤＣバス３１２ｂを介してＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂに電気的に接続することができる。ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａ、３０８ｂは、結合ＤＣバス３１４を介してＤＣ／ＡＣインバーター３１０に電気的に接続することができる。ハイブリッド燃料電池システム４００ａ、４００ｂは、任意選択として、電気エネルギー貯蔵システム３０６と、任意の数及び組合せのＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｃ等の様々な任意選択の電気エネルギー調整要素とを備えることができる。電気エネルギー貯蔵システム３０６は、ＤＣバス３１２ｃを介してＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｃに電気的に接続することができる。ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｃは、結合ＤＣバス３１４を介してＤＣ／ＡＣインバーター３１０に電気的に接続することができる。ハイブリッド燃料電池システム４００ａ、４００ｂは、ＳＯＦＣスタック３０２、ＰＥＭスタック３０４、電気エネルギー貯蔵システム３０６、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａ～３０８ｃ、ＤＣ／ＡＣインバーター３１０、ＤＣバス３１２ａ～３１２ｃ、及び／又は結合ＤＣバス３１４に通信接続される、任意の数及び組合せのコントローラー３２０を備えることができる。

【0041】

ハイブリッド燃料電池システム４００ａ、４００ｂは、１つ以上の水素燃料源に流体接続可能とすることができる。具体的には、ハイブリッド燃料電池システム４００ａ、４００ｂのＳＯＦＣスタック３０２及び／又はＰＥＭスタック３０４のうちの少なくとも一方は、１つ以上の水素燃料源に流体接続可能とすることができる。例えば、ＳＯＦＣスタック３０２及びＰＥＭスタック３０４は、水素燃料貯蔵槽（例えば、水素ガス貯蔵タンク）等の外部水素燃料源３２２に流体接続することができる。水素燃料源は、水素圧送ステーションにおいて充填された後、発電現場に配送される水素タンク（例えば、シリンダー）を含むことができ、及び／又は発電現場において水素タンカートラックによって充填することができる。ＳＯＦＣスタック３０２及びＰＥＭスタック３０４は、水素燃料源３２２から水素を受け取り、その水素を使用して、ベースレベルスタックＤＣ電気エネルギー及び可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーを発生させることができる。ＳＯＦＣスタック３０２及びＰＥＭスタック３０４は、流体接続可能な水素燃料源から一定及び／又は可変の割合で水素を受け取る又は吸入することができる。例えば、ＳＯＦＣスタック３０２は、流体接続可能な水素燃料源から一定の割合で水素を受け取ることができ、ＰＥＭスタック３０４は、流体接続可能な水素燃料源から可変の割合で水素を受け取ることができる。

【0042】

ハイブリッド燃料電池システム４００ａに関する図４Ａに示されている１つの実施形態において、ＳＯＦＣスタック３０２及びＰＥＭスタック３０４は、それぞれの水素燃料導管（例えば、パイプ等）３２４ａ及び３２４ｂを介して外部水素燃料源３２２に別個に流体接続することができる。

【0043】

ハイブリッド燃料電池システム４００ｂに関する図４Ｂに示されている別の実施形態において、ＳＯＦＣスタック３０２は、水素燃料導管３２４を介して外部水素燃料源３２２に流体接続することができる。一方、ＰＥＭスタック３０４は、外部水素燃料源３２２に直接接続されない。代わりに、ＰＥＭスタック３０４の燃料入口が、ＳＯＦＣスタックのアノード排気から水素を受け取るように、排気導管３２６を介してＳＯＦＣスタック３０２のアノード排気に流体接続される。ＳＯＦＣスタック３０２は、アノード電極において燃料入口流として水素を受け取り、カソード電極において空気を受け取るとともに、アノード電極からアノード排気流として、水と未使用の水素との混合物を出力することができる。その後、アノード排気流は、排気導管３２６を介してＰＥＭスタック３０４の燃料入口に燃料として提供される。

【0044】

図５Ａ～図５Ｇは、種々の実施形態を実施するのに好適な炭化水素燃料（例えば、天然ガス、純粋メタン、ペンタン、バイオガス等）を使用するハイブリッド燃料電池システム５００ａ～５００ｇを示している。図１～図５Ｇを参照すると、ハイブリッド燃料電池システム５００ａ～５００ｇは、図３を参照して記載したように、ＳＯＦＣスタック３０２、ＰＥＭスタック３０４、並びに、任意の数及び組合せのＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａ、３０８ｂ及びＤＣ／ＡＣインバーター３１０等の様々な電気エネルギー調整要素を含む、ハイブリッド燃料電池システム３００の任意の数及び組合せの構成要素を備えることができる。ＳＯＦＣスタック３０２は、ＤＣバス３１２ａを介してＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａに電気的に接続することができる。ＰＥＭスタック３０４は、ＤＣバス３１２ｂを介してＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂに電気的に接続することができる。ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａ、３０８ｂは、結合ＤＣバス３１４を介してＤＣ／ＡＣインバーター３１０に電気的に接続することができる。ハイブリッド燃料電池システム５００ａ～５００ｇは、任意選択として、電気エネルギー貯蔵システム３０６と、任意の数及び組合せのＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｃ等の様々な任意選択の電気エネルギー調整要素とを備えることができる。電気エネルギー貯蔵システム３０６は、ＤＣバス３１２ｃを介してＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｃに電気的に接続することができる。ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｃは、結合ＤＣバス３１４を介してＤＣ／ＡＣインバーター３１０に電気的に接続することができる。ハイブリッド燃料電池システム５００ａ～５００ｇは、ＳＯＦＣスタック３０２、ＰＥＭスタック３０４、電気エネルギー貯蔵システム３０６、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａ～３０８ｃ、ＤＣ／ＡＣインバーター３１０、ＤＣバス３１２ａ～３１２ｃ、及び／又は結合ＤＣバス３１４に通信接続される、任意の数及び組合せのコントローラー３２０を備えることができる。

【0045】

ハイブリッド燃料電池システム５００ａ～５００ｇは、１つ以上の炭化水素燃料源に流体接続可能とすることができる。具体的には、ハイブリッド燃料電池システム５００ａ～５００ｇのＳＯＦＣスタック３０２は、炭化水素燃料導管５２４を介して１つ以上の外部炭化水素燃料源５２２に流体接続することができ、一方、ＰＥＭスタックは、ＳＯＦＣスタック３０２のアノード排気及び／又は外部水素燃料源３２２に流体接続される。炭化水素燃料源５２２は、都市天然ガスライン等のガスパイプライン、及び／又はガス若しくは液体燃料タンク等の炭化水素燃料貯蔵槽を含むことができる。炭化水素燃料源５２２は、炭化水素燃料導管５２４を介してＳＯＦＣスタック３０２の燃料入口に、天然ガス、メタン、バイオガス、プロパン等のガス又は液体燃料を提供することができる。

【0046】

図５Ａ～図５Ｃに示されている例において、燃料入口ＰＥＭスタック３０４は、ＳＯＦＣスタック３０２のアノード排気に流体接続される。ＳＯＦＣアノード排気は、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２、及びＨ２Ｏ（及び未使用の炭化水素燃料）の混合物を含み得る。電気化学式水素ポンプ（図示せず）等の水素ポンプを使用して、ＳＯＦＣアノード排気からの水素（及び任意選択として水蒸気）を上記混合物から分離し、ＰＥＭスタック３０４に供給するために使用することができる。ＳＯＦＣアノード排気内の水素の利用率に基づき、ＳＯＦＣスタック定格のおよそ３０％～およそ４０％をＰＥＭスタック３０４において達成することができる。

【0047】

図５Ａに示されている例において、ＰＥＭスタック３０４は、排気導管３２６及び排気導管３２６上に位置する水素バッファータンク５０２を介して、ＳＯＦＣスタック３０２のＳＯＦＣアノード排気から水素を受け取ることができる。水素は、水素バッファータンク５０２内に一時的に貯蔵し、その後、ＰＥＭスタックの動作中にＰＥＭスタック３０４に提供することができる。水素バッファータンク５０２内に貯蔵された水素からは、水蒸気（すなわち、水分）を除去することができる。

【0048】

図５Ｂに示されている例において、ＰＥＭスタック３０４は、水素バッファータンク５０２を使用せずに、ＳＯＦＣスタック３０２から直接排気導管３２６を介して、ＳＯＦＣアノード排気から水素を受け取ることができる。水素ポンプは、ＳＯＦＣスタック３０２のアノード排気からＰＥＭスタック３０４の燃料入口に水素及び水蒸気の双方（すなわち、加湿水素）を提供することができる。

【0049】

図５Ｃに示されている例において、ＰＥＭスタック３０４は、水素バッファータンク５０２を含む第１の排気導管３２６ａを介してＳＯＦＣスタック３０２のＳＯＦＣアノード排気から、及び第２の排気導管３２６ｂを介してＳＯＦＣスタック３０２から直接、水素を受け取ることができる。この場合、水素バッファータンク５０２は、第２のアノード排気導管３２６ｂがＰＥＭスタック３０４に加湿水素燃料を供給している間、第２の排気導管３２６ｂが、ＰＥＭスタックによって必要とされる十分な水素燃料を供給することができない場合、ＰＥＭスタック３０４によって必要とされる追加の水素燃料を供給することができる。

【0050】

図５Ｄ～図５Ｇに示されている例において、ＰＥＭスタック３０４は、外部水素燃料源３２２に流体接続される。図５Ｄに示されている例において、ＰＥＭスタック３０４は、水素燃料導管３２４ｂを介して水素貯蔵タンク３２２から水素を受け取る。この例では、ＰＥＭスタック３０４は、ＳＯＦＣスタック３０２のアノード排気に流体接続されない。図５Ｅに示されている例において、ＰＥＭスタック３０４は、ＳＯＦＣスタック３０２から直接アノード排気導管３２６を介して、及び水素貯蔵タンク３２２から水素燃料導管３２４ｂを介して、ＳＯＦＣスタック３０２のＳＯＦＣアノード排気から水素を受け取ることができる。図５Ｆに示されている例において、ＰＥＭスタック３０４は、水素バッファータンク５０２及び導管３２６を介して、並びに水素貯蔵タンク３２２から導管３２４ｂを介して、ＳＯＦＣスタック３０２のＳＯＦＣアノード排気から水素を受け取ることができる。図５Ｇに示されている例において、ＰＥＭスタック３０４は、水素バッファータンク５０２及び導管３２６ａを介してＳＯＦＣスタック３０２のＳＯＦＣアノード排気から、ＳＯＦＣスタック３０２から直接導管３２６ｂを介してＳＯＦＣアノード排気から、並びに水素貯蔵タンク３２２から導管３２４ｂを介して、水素を受け取ることができる。

【0051】

図６は、グリッド独立型ハイブリッド燃料電池システム（例えば、図３～図５Ｇにおけるハイブリッド燃料電池システム３００、４００ａ、４００ｂ、５００ａ～５００ｇ）の負荷追従中の時間に対する負荷需要の例示的なプロット６００を示している。図１～図６を参照すると、ハイブリッド燃料電池システムは、少なくともＤＣバス（例えば、図３～図５Ｇにおける結合ＤＣバス３１４）におけるＤＣ電圧閾値を達成するのに十分なＤＣ電気エネルギーを発生させることができる。ＤＣ電圧閾値は、所定のＤＣ電圧目標とすることができる。例えば、ＤＣ電圧閾値は、ハイブリッド燃料電池システムが配備される負荷の負荷需要をサポートするのに十分なＤＣ電圧とすることができる。負荷需要は、ベースレベル負荷需要６０２部分を含むことができ、ＤＣ電気エネルギーは、ＳＯＦＣスタック３０２によって発生するベースレベルスタックＤＣ電気エネルギーと、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａによって出力されるベースレベル調整済みＤＣ電気エネルギーとを含むことができ、これらは、ベースレベル負荷需要６０２をサポートするのに十分であり得る。負荷需要は、可変レベル負荷需要６０４部分を含むことができ、ＤＣ電気エネルギーは、ＰＥＭスタック３０４によって発生する可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーと、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂによって出力される可変レベル調整済みＤＣ電気エネルギーとを含むことができ、これらは、可変レベル負荷需要６０４をサポートするのに十分であり得る。ベースレベル負荷需要６０２は、負荷需要閾値６０６に不足するか又は等しい負荷需要の一部とすることができる。可変レベル負荷需要６０４は、負荷需要閾値６０６を超過する負荷需要の一部とすることができる。

【0052】

ＳＯＦＣスタック３０２は、一定出力のベースレベルスタックＤＣ電気エネルギーを発生させることができ、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａは、少なくともＤＣ電圧閾値を達成するのに十分であり得る一定出力のベースレベル調整済みＤＣ電気エネルギー出力を生成することができる。実際、ベースレベル調整済みＤＣ電気エネルギーは、ベースレベル負荷需要６０２をサポートするのに十分であり得る。ＰＥＭスタック３０４は、或る出力の可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーを発生させることができ、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂは、可変レベル負荷需要６０４が存在する間に少なくともＤＣ電圧閾値を達成するのに十分であり得る或る出力の可変レベル調整済みＤＣ電気エネルギー出力を生成することができる。実際、可変レベル調整済みＤＣ電気エネルギーは、可変レベル負荷需要６０４をサポートするのに十分であり得る。可変レベルスタックＤＣ電気エネルギー及び／又は可変レベル調整済みＤＣ電気エネルギーは、時間に伴う可変レベル負荷需要６０４における変動に対応して、少なくともＤＣ電圧閾値を達成するように同じ時間にわたって変動する。

【0053】

ＤＣ／ＡＣインバーター３１０は、負荷需要をサポートするために、ベースレベル調整済みＤＣ電力から逆変換されたＡＣ電力を出力することができる。ＤＣ／ＡＣインバーター３１０は、負荷需要が、負荷需要閾値６０６を超過する負荷需要をもたらす可変レベル負荷需要６０４部分を含む場合、負荷需要をサポートするために、ベースレベル調整済みＤＣ電力及び可変レベル調整済みＤＣ電力から逆変換されたＡＣ電力を出力することもできる。いくつかの例において、ＤＣ／ＡＣインバーター３１０は、負荷需要が、負荷需要閾値６０６を超過する負荷需要をもたらす可変レベル負荷需要６０４部分を含む場合、負荷需要をサポートするために、ベースレベル調整済みＤＣ電力、可変レベル調整済みＤＣ電力、及び電気エネルギー貯蔵システム３０６によって生成される貯蔵システムＤＣ電気エネルギーから逆変換されたＡＣ電力を更に出力することができる。

【0054】

図７は、マイクログリッドバックアップ型ハイブリッド燃料電池システム（例えば、図３～図５Ｇにおけるハイブリッド燃料電池システム３００、４００ａ、４００ｂ、５００ａ～５００ｇ）の負荷追従中の時間に対する負荷需要の例示的なプロット７００を示している。図１～図７を参照すると、ハイブリッド燃料電池システムは、少なくともＤＣバス（例えば、図３～図５Ｇにおける結合ＤＣバス３１４）におけるＤＣ電圧閾値を達成するのに十分なＤＣ電気エネルギーを発生させることができる。ＤＣ電圧閾値は、所定のＤＣ電圧目標とすることができる。例えば、ＤＣ電圧閾値は、ハイブリッド燃料電池システムが配備される負荷の負荷需要をサポートするのに十分なＤＣ電圧とすることができる。負荷需要は、ベースレベル負荷需要６０２部分を含むことができ、ＤＣ電気エネルギーは、ＳＯＦＣスタック３０２によって発生するベースレベルスタックＤＣ電気エネルギーと、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａによって出力されるベースレベル調整済みＤＣ電気エネルギーとを含むことができ、これらは、少なくともＤＣ電圧閾値を達成するのに十分であり得る。実際、ベースレベル調整済みＤＣ電気エネルギーは、図６を参照して本明細書に記載されるように、ベースレベル負荷需要６０２をサポートするのに十分であり得る。負荷需要は、可変レベル負荷需要７０４部分を含むことができ、電気ユーティリティグリッドは、可変レベル負荷需要７０４をサポートするのに十分なＡＣ電気エネルギーを提供することができる。可変レベル負荷需要７０４は、負荷需要閾値６０６を超過する負荷需要の一部とすることができる。

【0055】

しかしながら、いくつかの例において、電気ユーティリティグリッドは、可変レベル負荷需要７０４をサポートするのに十分なＡＣ電気エネルギーを提供することができない場合がある。例えば、第１の時間７０８と第２の時間７１０との間の期間において、電気ユーティリティグリッドは、可変レベル負荷需要７０４の一部をサポートするのに十分なＡＣ電気エネルギーを提供することができない場合がある。グリッドによって提供されない可変レベル負荷需要部分は、図７において要素７１２として示されている。この場合、ＰＥＭスタック３０４が起動され、バックアップ電源として使用され、ＤＣ電気エネルギーは、ＰＥＭスタック３０４によって発生する可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーと、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂによって出力される可変レベル調整済みＤＣ電気エネルギーとを含むことができ、これらは、可変レベル負荷需要部分７１２が存在する間に少なくともＤＣ電圧閾値を達成するのに十分であり得る。実際、可変レベル調整済みＤＣ電気エネルギーは、可変レベル負荷需要部分７１２をサポートするのに十分であり得る。可変レベルスタックＤＣ電気エネルギー及び／又は可変レベル調整済みＤＣ電気エネルギーは、時間に伴う可変レベル負荷需要部分７１２における変動に対応して、少なくともＤＣ電圧閾値を達成するように同じ時間にわたって変動する。例えば、上記時間は、電気ユーティリティグリッドが可変レベル負荷需要部分７１２をサポートするのに十分なＡＣ電気エネルギーを提供することができない場合がある、第１の時間７０８と第２の時間７１０との間の期間とすることができる。

【0056】

ＤＣ／ＡＣインバーター３１０は、負荷需要をサポートするために、ベースレベル調整済みＤＣ電力から逆変換されたＡＣ電力を出力することができる。ＤＣ／ＡＣインバーター３１０は、負荷需要が、負荷需要閾値６０６を超過する負荷需要をもたらす可変レベル負荷需要部分７１２を含む場合、負荷需要をサポートするために、ベースレベル調整済みＤＣ電力及び可変レベル調整済みＤＣ電力から逆変換されたＡＣ電力を出力することもできる。いくつかの例において、ＤＣ／ＡＣインバーター３１０は、負荷需要が、負荷需要閾値６０６を超過する負荷需要をもたらす可変レベル負荷需要部分７１２を含む場合、負荷需要をサポートするために、ベースレベル調整済みＤＣ電力、可変レベル調整済みＤＣ電力、及び電気エネルギー貯蔵システム３０６によって生成される貯蔵システムＤＣ電気エネルギーから逆変換されたＡＣ電力を更に出力することができる。

【0057】

図８は、マイクログリッドバックアップ型ハイブリッド燃料電池システム（例えば、図３～図５Ｇにおけるハイブリッド燃料電池システム３００、４００ａ、４００ｂ、５００ａ～５００ｇ）の負荷追従中の時間に対する負荷需要の例示的なプロット８００を示している。図１～図８を参照すると、ハイブリッド燃料電池システムは、少なくともＤＣバス（例えば、図３～図５Ｇにおける結合ＤＣバス３１４）におけるＤＣ電圧閾値を達成するのに十分なＤＣ電気エネルギーを発生させることができる。ＤＣ電圧閾値は、所定のＤＣ電圧目標とすることができる。例えば、ＤＣ電圧閾値は、ハイブリッド燃料電池システムが配備される負荷の負荷需要をサポートするのに十分なＤＣ電圧とすることができる。負荷需要は、ベースレベル負荷需要６０２部分を含むことができ、ＤＣ電気エネルギーは、ＳＯＦＣスタック３０２によって発生するベースレベルスタックＤＣ電気エネルギーと、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａによって出力されるベースレベル調整済みＤＣ電気エネルギーとを含むことができ、これらは、少なくともＤＣ電圧閾値を達成するのに十分であり得る。実際、ベースレベル調整済みＤＣ電気エネルギーは、図６を参照して本明細書に記載されるように、ベースレベル負荷需要６０２をサポートするのに十分であり得る。負荷需要は、可変レベル負荷需要８０４部分を含むことができ、ＤＣ電気エネルギーは、ＰＥＭスタック３０４によって発生する可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーと、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂによって出力される可変レベル調整済みＤＣ電気エネルギーとを含むことができ、これらは、可変レベル負荷需要８０４が存在する間に少なくともＤＣ電圧閾値を達成するのに十分であり得る。実際、可変レベル調整済みＤＣ電気エネルギーは、可変レベル負荷需要８０４をサポートするのに十分であり得る。可変レベル負荷需要８０４は、負荷需要閾値６０６を超過する負荷需要の一部とすることができる。

【0058】

いくつかの例において、スケジュールされた又はイベントに基づく緊急システム起動に起因して、負荷需要は、可変レベル負荷需要８０４の量だけ増大する場合がある。スケジュールされた緊急システム起動は、例えば、メンテナンス及び試験のために実施され得る。イベントに基づく緊急システム起動は、例えば、緊急基準に基づいて、例えば、火災の検出によって火災抑制システムが起動される、天候イベントによる電力損失によってバックアップ電力システムが起動される等に基づいて実施され得る。ＰＥＭスタック３０４は、或る出力の可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーを生成することができ、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂは、可変レベル負荷需要８０４が存在する間に少なくともＤＣ電圧閾値を達成するのに十分であり得る或る出力の可変レベル調整済みＤＣ電気エネルギー出力を生成することができる。実際、可変レベル調整済みＤＣ電気エネルギーは、可変レベル負荷需要８０４をサポートするのに十分であり得る。可変レベルスタックＤＣ電気エネルギー及び／又は可変レベル調整済みＤＣ電気エネルギーは、時間に伴う可変レベル負荷需要８０４における変動に対応して、少なくともＤＣ電圧閾値を達成するように同じ時間にわたって変動する。例えば、可変レベル負荷需要８０４は、緊急システムに給電するために素早くランプアップし、又は緊急システムを停止するためにランプダウンする場合がある。例えば、可変レベル負荷需要８０４は、緊急システムの動作のためのランプアップとランプダウンとの間で可変又は一定であり得る。緊急システムの動作のためのランプアップとランプダウンとの間の時間量は、異なる状況に対して数秒～数週間まで変動し得る。緊急システムの起動は、負荷需要が可変レベル負荷需要８０４の量だけ負荷需要閾値６０６を超過する誘因となる場合があり、ＤＣバスにおける電圧に影響を与え、ＰＥＭスタック３０４に、少なくともＤＣ電圧閾値を達成するのをサポートするのに十分であり得る可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーの出力を発生させることができる。

【0059】

ＤＣ／ＡＣインバーター３１０は、負荷需要をサポートするために、ベースレベル調整済みＤＣ電力から逆変換されたＡＣ電力を出力することができる。ＤＣ／ＡＣインバーター３１０は、負荷需要が、負荷需要閾値６０６を超過する負荷需要をもたらす可変レベル負荷需要８０４を含む場合、負荷需要をサポートするために、ベースレベル調整済みＤＣ電力及び可変レベル調整済みＤＣ電力から逆変換されたＡＣ電力を出力することもできる。いくつかの例において、ＤＣ／ＡＣインバーター３１０は、負荷需要が、負荷需要閾値６０６を超過する負荷需要をもたらす可変レベル負荷需要８０４を含む場合、負荷需要をサポートするために、ベースレベル調整済みＤＣ電力、可変レベル調整済みＤＣ電力、及び電気エネルギー貯蔵システム３０６によって生成される貯蔵システムＤＣ電気エネルギーから逆変換されたＡＣ電力を更に出力することができる。

【0060】

図９は、種々の実施形態に係るハイブリッド燃料電池システムの負荷追従及びバックアップの方法のプロセス流れ図である。図１～図９を参照すると、方法９００は、任意の数又は組合せのＳＯＦＣスタック３０２、ＰＥＭスタック３０４、電気エネルギー貯蔵システム３０６、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａ～３０８ｃ、ＤＣ／ＡＣインバーター３１０、ＤＣバス３１２ａ～３１２ｃ、及び／又は結合ＤＣバス３１４から信号を受信するように構成される１つ以上のコントローラー３２０を使用して実施することができる。方法９００は、任意の数及び組合せのＳＯＦＣスタック３０２、ＰＥＭスタック３０４、電気エネルギー貯蔵システム３０６、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａ～３０８ｃ、及び／又はＤＣ／ＡＣインバーター３１０に対して制御信号を送信するように構成される１つ以上のコントローラー３２０を使用して実施することができる。代替的な構成を包含するように、方法９００を実施するハードウェアは、本明細書において「制御装置」と称する。任意の数及び組合せのブロック９０２～９１６は、周期的に、反復的に、若しくは連続的に、及び／又は他の任意のブロック９０２～９１６と同時に実施することができる。

【0061】

ブロック９０２において、制御装置は、燃料ハイブリッド燃料電池システム（例えば、図３～図５Ｇにおけるハイブリッド燃料電池システム３００、４００ａ、４００ｂ、５００ａ～５００ｇ）の第１の燃料電池（例えば、図３～図５ＧにおけるＳＯＦＣスタック３０２）からＤＣ電気エネルギーを引き出すことができる。制御装置は、第１の燃料電池及び／又は第１のＤＣ／ＤＣコンバーター（例えば、図３～図５ＧにおけるＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａ）に、或る量（例えば、設定点）のベースレベルスタックＤＣ電気エネルギーを出力する及び／又は引き出すことを指示するように構成される信号を提供することができる。制御装置は、第１の燃料電池及び／又は第１のＤＣ／ＤＣコンバーターの機能を直接制御して、ベースレベルスタックＤＣ電気エネルギーを出力させる及び／又は引き出させることができる。ベースレベルスタックＤＣ電気エネルギーは、例えば、ハイブリッド燃料電池システムが配備される負荷のベースレベル負荷需要に基づいて予め決定することができる。

【0062】

ブロック９０４において、制御装置は、結合ＤＣバス（例えば、図３～図５Ｇにおける結合ＤＣバス３１４）にＤＣ電気エネルギー（すなわち、電力）を提供することができる。制御装置は、第１のＤＣ／ＤＣコンバーター（例えば、図３～図５ＧにおけるＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａ）に、或る量（例えば、設定点）のベースレベル調整済みＤＣ電気エネルギーを結合ＤＣバスに出力することを指示するように構成される信号を提供することができる。制御装置は、第１のＤＣ／ＤＣコンバーターの機能を直接制御して、ベースレベル調整済みＤＣ電気エネルギーを出力させることができる。ベースレベル調整済みＤＣ電気エネルギーは、例えば、ハイブリッド燃料電池システム（例えば、図３～図５Ｇにおけるハイブリッド燃料電池システム３００、４００ａ、４００ｂ、５００ａ～５００ｇ）が配備される負荷のベースレベル負荷需要に基づいて、予め決定することができる。

【0063】

ブロック９０６において、制御装置は、結合ＤＣバス（例えば、図３～図５Ｇにおける結合ＤＣバス３１４）のＤＣ電圧を測定することができる。制御装置は、ＤＣ／ＤＣコンバーター（例えば、図３～図５ＧにおけるＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ａ～３０８ｃ）及び／又はＤＣ／ＡＣインバーター（例えば、図３～図５ＧにおけるＤＣ／ＡＣインバーター３１０）から、結合ＤＣバスにおけるＤＣ電圧を制御装置に示すように構成される信号を受信することができる。制御装置は、ＤＣ／ＤＣコンバーター、ＤＣ／ＡＣインバーター、及び／又は結合ＤＣバスにおいて、結合ＤＣバスにおけるＤＣ電圧を直接測定するように構成することができる。

【0064】

判断ブロック９０８において、制御装置は、ＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値に不足するか否かを判断することができる。ＤＣ電圧閾値は、結合ＤＣバス（例えば、図３～図５Ｇにおける結合ＤＣバス３１４）におけるＤＣ電圧閾値を表すことができる。ＤＣ電圧閾値は、所定のＤＣ電圧目標とすることができる。例えば、ＤＣ電圧閾値は、ハイブリッド燃料電池システム（例えば、図３～図５Ｇにおけるハイブリッド燃料電池システム３００、４００ａ、４００ｂ、５００ａ～５００ｇ）が配備される負荷に十分な電圧に基づくことができる。制御装置は、ブロック９０６において測定されたＤＣ電圧をＤＣ電圧閾値と比較することができる。ＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値に不足しない（すなわち、判断ブロック９０８＝「Ｎｏ」）ことが判断されるのに応答して、制御装置は、ブロック９０６において結合ＤＣバスのＤＣ電圧を測定することができる。

【0065】

ＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値に不足する（すなわち、判断ブロック９０８＝「Ｙｅｓ」）ことが判断されるのに応答して、制御装置は、ブロック９１０において、第２の燃料電池（例えば、図３～図５ＧにおけるＰＥＭスタック３０４）からＤＣ電気エネルギーを引き出すことができる。第２の燃料電池から引き出すＤＣ電気エネルギーの管理は、図１０を参照して方法１０００に関して更に記載される。制御装置は、ブロック９０６における、結合ＤＣバスのＤＣ電圧の測定を繰り返すことができる。

【0066】

図７を参照して上述した代替的な実施形態において、制御装置は、第２の燃料電池からＤＣ電力を引き出す前にユーティリティグリッド電力が利用可能でないか否かを判断することもできる。図８を参照して上述した代替的な実施形態において、制御装置は、第２の燃料電池からＤＣ電力を引き出す前に、緊急事態（例えば、グリッド故障又はメンテナンス要求）が生じたか否かを判断することもできる。

【0067】

ブロック９１２において、制御装置は、結合ＤＣバス（例えば、図３～図５Ｇにおける結合ＤＣバス３１４）からＤＣ電気エネルギーを引き出すことができる。制御装置は、ＤＣ／ＡＣインバーター（例えば、図３～図５ＧにおけるＤＣ／ＡＣインバーター３１０）に、或る量（例えば、設定点）のＤＣ電気エネルギーを結合ＤＣバスから引き出すことを指示するように構成される信号を提供することができる。制御装置は、ＤＣ／ＡＣインバーターの機能を直接制御して、ＤＣ電気エネルギーを引き出させることができる。ＤＣ電気エネルギーの量は、ハイブリッド燃料電池システム（例えば、図３～図５Ｇにおけるハイブリッド燃料電池システム３００、４００ａ、４００ｂ、５００ａ～５００ｇ）が配備される負荷のベースレベル負荷需要及び／又は可変レベル負荷需要に基づくことができる。

【0068】

ブロック９１４において、制御装置は、ＤＣ電気エネルギーをＡＣ電気エネルギーに変換することができる。制御装置は、ＤＣ／ＡＣインバーター（例えば、図３～図５ＧにおけるＤＣ／ＡＣインバーター３１０）に、ＤＣ電気エネルギーをＡＣ電気エネルギーに変換するためのパラメーターを示すように構成される信号を提供することができる。制御装置は、ＤＣ／ＡＣインバーターの機能を直接制御して、ＤＣ電気エネルギーをＡＣ電気エネルギーに変換させることができる。例えば、制御装置は、電圧、電流、電力等のＡＣ電気エネルギーの特徴を示す又は制御することができる。ＡＣ電気エネルギーの特徴は、ベースレベル負荷需要及び／又は可変レベル負荷需要を含む、ハイブリッド燃料電池システム（例えば、図３～図５Ｇにおけるハイブリッド燃料電池システム３００、４００ａ、４００ｂ、５００ａ～５００ｇ）が配備される負荷に基づくことができる。ブロック９１６において、制御装置は、ＡＣ電気エネルギーを出力することができる。ＡＣ電気エネルギーは、ハイブリッド燃料電池システム（例えば、図３～図５Ｇにおけるハイブリッド燃料電池システム３００、４００ａ、４００ｂ、５００ａ～５００ｇ）及びハイブリッド燃料電池システムが配備される負荷に電気的に接続可能なＡＣバスに出力することができる。

【0069】

図１０は、種々の実施形態に係るハイブリッド燃料電池システムの負荷追従及びバックアップの方法のプロセス流れ図である。

【0070】

図１０におけるブロック１００２は、図９におけるブロック９１０に対応し、ここでは、制御装置は、燃料ハイブリッド燃料電池システム（例えば、図３～図５Ｇにおけるハイブリッド燃料電池システム３００、４００ａ、４００ｂ、５００ａ～５００ｇ）の第２の燃料電池（例えば、図３～図５ＧにおけるＰＥＭスタック３０４）からＤＣ電気エネルギーを引き出すことができる。制御装置は、第２の燃料電池及び／又は第２のＤＣ／ＤＣコンバーター（例えば、図３～図５ＧにおけるＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂ）に、或る量（例えば、設定点）の可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーを出力する及び／又は引き出すことを指示するように構成される信号を提供することができる。制御装置は、第２の燃料電池及び／又は第２のＤＣ／ＤＣコンバーターの機能を直接制御して、可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーを出力させる及び／又は引き出させることができる。可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーは、ブロック９０６において測定されたＤＣ電圧とＤＣ電圧閾値との比較に基づいて決定することができる。例えば、可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーは、ブロック９０６において測定されたＤＣ電圧とＤＣ電圧閾値との間の差として決定することができる。

【0071】

判断ブロック１００４において、制御装置は、ＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値に不足するか否かを判断することができる。ＤＣ電圧閾値は、結合ＤＣバス（例えば、図３～図５Ｇにおける結合ＤＣバス３１４）におけるＤＣ電圧閾値を表すことができる。ＤＣ電圧閾値は、所定のＤＣ電圧目標とすることができる。例えば、ＤＣ電圧閾値は、ハイブリッド燃料電池システム（例えば、図３～図５Ｇにおけるハイブリッド燃料電池システム３００、４００ａ、４００ｂ、５００ａ～５００ｇ）が配備される負荷に十分な電圧に基づくことができる。制御装置は、図９を参照して記載した方法９００のブロック９０６において測定されたＤＣ電圧をＤＣ電圧閾値と比較することができる。ブロック９０６は、周期的に、反復的に、若しくは連続的に、及び／又は任意の数及び組合せのブロック１００２～１０１４と同時に実施し、判断ブロック１００４において、制御装置が更新されたＤＣ電圧測定値を利用可能となるようにすることができる。

【0072】

ＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値に不足する（すなわち、判断ブロック１００４＝「Ｙｅｓ」）ことが判断されるのに応答して、制御装置は、ブロック１０１４において、燃料ハイブリッド燃料電池システム（例えば、図３～図５Ｇにおけるハイブリッド燃料電池システム３００、４００ａ、４００ｂ、５００ａ～５００ｇ）の第２の燃料電池（例えば、図３～図５ＧにおけるＰＥＭスタック３０４）から引き出すＤＣ電気エネルギーを増大させることができる。制御装置は、第２の燃料電池及び／又は第２のＤＣ／ＤＣコンバーター（例えば、図３～図５ＧにおけるＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂ）に、出力する及び／又は引き出す可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーを増大させる量（例えば、設定点）を示すように構成される信号を提供することができる。制御装置は、第２の燃料電池及び／又は第２のＤＣ／ＤＣコンバーターの機能を直接制御して、増大した可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーを出力させる及び／又は引き出させることができる。可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーの増大は、例えば、ブロック９０６において測定されたＤＣ電圧とＤＣ電圧閾値との比較に基づいて決定することができる。例えば、可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーは、ブロック９０６において測定されたＤＣ電圧とＤＣ電圧閾値との間の差として決定することができる。可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーの増大は、ＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値に不足しないように繰り返しの増大を実施することができる事前設定量等によって、予め決定することができる。制御装置は、判断ブロック１００４における、ＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値に不足するか否かの判断を繰り返すことができる。

【0073】

ＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値に不足しない（すなわち、判断ブロック１００４＝「Ｎｏ」）ことが判断されるのに応答して、制御装置は、判断ブロック１００６において、ＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値を超過するか否かを判断することができる。制御装置は、図９を参照して記載した方法９００のブロック９０６において測定されたＤＣ電圧をＤＣ電圧閾値と比較することができる。ブロック９０６は、周期的に、反復的に、若しくは連続的に、及び／又は任意の数及び組合せのブロック１００２～１０１４と同時に実施し、判断ブロック１００６において、制御装置が更新されたＤＣ電圧測定値を利用可能となるようにすることができる。ＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値を超過しない（すなわち、判断ブロック１００６＝「Ｎｏ」）ことが判断されるのに応答して、制御装置は、判断ブロック１００４における、ＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値に不足するか否かの判断を繰り返すことができる。

【0074】

ＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値を超過する（すなわち、判断ブロック１００６＝「Ｙｅｓ」）ことが判断されるのに応答して、制御装置は、ブロック１００８において、燃料ハイブリッド燃料電池システム（例えば、図３～図５Ｇにおけるハイブリッド燃料電池システム３００、４００ａ、４００ｂ、５００ａ～５００ｇ）の第２の燃料電池（例えば、図３～図５ＧにおけるＰＥＭスタック３０４）から引き出すＤＣ電気エネルギーを減少させることができる。制御装置は、第２の燃料電池及び／又は第２のＤＣ／ＤＣコンバーター（例えば、図３～図５ＧにおけるＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂ）に、出力する及び／又は引き出す可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーを減少させる量（例えば、設定点）を示すように構成される信号を提供することができる。制御装置は、第２の燃料電池及び／又は第２のＤＣ／ＤＣコンバーターの機能を直接制御して、減少した可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーを出力させる及び／又は引き出させることができる。可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーの減少は、例えば、ブロック９０６において測定されたＤＣ電圧とＤＣ電圧閾値との比較に基づいて決定することができる。例えば、可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーの減少は、ブロック９０６において測定されたＤＣ電圧とＤＣ電圧閾値との間の差として決定することができる。可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーの減少は、ＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値を超過しないように繰り返しの減少を実施することができる事前設定量等によって、予め決定することができる。

【0075】

判断ブロック１０１０において、制御装置は、ＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値に等しいか否かを判断することができる。制御装置は、図９を参照して記載した方法９００のブロック９０６において測定されたＤＣ電圧をＤＣ電圧閾値と比較することができる。ＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値に等しくない（例えば、判断ブロック１０１０＝「Ｎｏ」）ことが判断されるのに応答して、制御装置は、判断ブロック１００４における、ＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値に不足するか否かの判断を繰り返すことができる。

【0076】

ＤＣ電圧がＤＣ電圧閾値に等しい（例えば、判断ブロック１０１０＝「Ｙｅｓ」）ことが判断されるのに応答して、制御装置は、ブロック１０１２において、燃料ハイブリッド燃料電池システム（例えば、図３～図５Ｇにおけるハイブリッド燃料電池システム３００、４００ａ、４００ｂ、５００ａ～５００ｇ）の第２の燃料電池（例えば、図３～図５ＧにおけるＰＥＭスタック３０４）からＤＣ電気エネルギーを引き出すことを止めることができる。制御装置は、第２の燃料電池及び／又は第２のＤＣ／ＤＣコンバーター（例えば、図３～図５ＧにおけるＤＣ／ＤＣコンバーター３０８ｂ）に、可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーを出力する及び／又は引き出すことを止めることを指示するように構成される信号を提供することができる。制御装置は、第２の燃料電池及び／又は第２のＤＣ／ＤＣコンバーターの機能を直接制御して、可変レベルスタックＤＣ電気エネルギーを出力する及び／又は引き出すことを止めさせることができる。

【0077】

開示の態様の上述の記載は、当業者が本発明を実施又は使用することを可能にするために提供される。これらの態様に対する様々な変更が当業者には容易に明らかとなり、本明細書において定義される一般的な原則は、本発明の範囲から逸脱することなく、他の態様にも当てはまり得る。したがって、本発明は、本明細書に示されている態様に限定されることを意図されず、本明細書に開示される原則及び新規の特徴と一貫して最も広い範囲を与えられるものとする。

【0078】

上述の方法の説明及び図は、単に説明のための例として提供され、種々の実施形態のステップを提示されている順序で実行しなければならないことを要求又は含意するように意図されない。当業者には理解されるように、上述の実施形態におけるステップの順序は、任意の順序で実行することができる。さらに、「その後（ｔｈｅｒｅａｆｔｅｒ）」、「次いで（ｔｈｅｎ）」、「次に（ｎｅｘｔ）」等の用語は、ステップの順序を限定するように意図されない。これらの用語は、方法の説明を通じて読み手に手引きを与えるために使用されているにすぎない。

【0079】

例示的な実施形態を説明するために１つ以上の図が使用されている。図の使用は、実行される動作の順序に関して限定的なものとして意図されない。例示的な実施形態の上述の記載は、例示及び説明のために提示されている。これは、開示されている正確な形態に関して網羅的又は限定的なものとして意図されず、変更及び変形を、上記教示に照らして可能であるか又は開示の実施形態の実施から得ることができる。本発明の範囲は、本明細書に添付される特許請求の範囲及びその均等物によって規定されることが意図される。

【0080】

本明細書に記載される制御装置及びコントローラー３２０を含む制御要素は、特定の機能を実行するための命令がプログラムされているプログラム可能なプロセッサ、メモリ、及び他の構成要素を含むコンピューティングデバイス（コンピューター等）を使用して実施することができるか、又は特定の機能を実行するように設計されるプロセッサ内に実装することができる。プロセッサは、ソフトウェア命令（アプリケーション）によって、本明細書に記載される種々の実施形態の機能を含む様々な機能を実行するように構成することができる、任意のプログラム可能なマイクロプロセッサ、マイクロコンピューター、又は単数若しくは複数のマルチプロセッサチップとすることができる。いくつかのコンピューティングデバイスにおいて、複数のプロセッサを設けることができる。通常、ソフトウェアアプリケーションは、アクセス及びプロセッサ内にロードされる前に、内部メモリに記憶することができる。いくつかのコンピューティングデバイスにおいて、プロセッサは、アプリケーションソフトウェア命令を記憶するのに十分な内部メモリを備えることができる。

【0081】

本明細書に開示される実施形態に関連して記載される様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、及びアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピューターソフトウェア、又はその双方の組合せとして実施することができる。ハードウェア及びソフトウェアのこの互換性を明確に説明するために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、及びステップを、その機能性の観点から上記に概説した。そのような機能性がハードウェアとして実施されるか又はソフトウェアとして実施されるかは、特定の用途及びシステム全体に課される設計上の制約に左右される。当業者は、特定の用途ごとに様々な方法で記載の機能性を実施することができるが、そのような実施の決定は、本発明の範囲からの逸脱をもたらすものと解釈すべきではない。

【0082】

本明細書に開示される態様に関連して記載される様々な例示的なロジック、論理ブロック、モジュール、及び回路を実装するように使用されるハードウェアは、本明細書に記載の機能を実行するように設計される汎用プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は他のプログラマブルロジックデバイス、ディスクリートゲート若しくはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェアコンポーネント、又はこれらの任意の組合せとすることができる又はそれらを含むことができる制御装置を用いて実施又は実行することができる。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサとすることができるが、代替形態において、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラー、マイクロコントローラー、又はステートマシンとすることができる。プロセッサは、コンピューティングデバイスの組合せとして、例えば、ＤＳＰ及びマイクロプロセッサ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連動する１つ以上のマイクロプロセッサ、又は他の任意のそのような構成の組合せとして実施することもできる。代替的に、いくつかのブロック又は方法は、所与の機能に特有の回路部によって実行してもよい。

【0083】

開示の実施形態の上述の記載は、当業者が記載の実施形態のうちの任意のものを実施又は使用することを可能にするために提供される。これらの実施形態に対する様々な変更が当業者には容易に明らかとなり、本明細書において定義される一般的な原則は、本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態にも当てはまり得る。したがって、特許請求の範囲は、本明細書に示されている実施形態に限定されることを意図されず、特許請求の範囲の文言並びに本明細書に開示される原則及び新規の特徴と一貫して最も広い範囲を与えられるものとする。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】

【図5F】

【図5G】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【外国語明細書】