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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】P2023007952
(43)【公開日】2023-01-19
(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 8/04858 20160101AFI20230112BHJP
H01M 8/04537 20160101ALI20230112BHJP
H01M 8/04 20160101ALI20230112BHJP
【ＦＩ】
H01M8/04858
H01M8/04537
H01M8/04 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021111132
(22)【出願日】2021-07-02
(71)【出願人】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107641
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 耕一
(74)【代理人】
【識別番号】100202201
【弁理士】
【氏名又は名称】兒島 淳一郎
(72)【発明者】
【氏名】松本 拓
【テーマコード（参考）】
5H127
【Ｆターム（参考）】
5H127AB14
5H127AC05
5H127BA02
5H127BB02
5H127DB66
5H127DC45
(57)【要約】
【課題】燃料電池システムの劣化を抑制することに適した技術を提供する。
【解決手段】
燃料電池システム１００は、複数台の燃料電池５Ａから５Ｊと、制御器８と、を備える。制御器８は、総発電量変更処理を実行する。総発電量変更処理では、複数台の燃料電池５Ａから５Ｊの合計発電電力Ｗｔが変更される。発電電力の変化であって変化前の発電電力及び変化後の発電電力の少なくとも一方が所定電力以上である変化を、特定発電量変化と定義する。複数台の燃料電池５Ａから５Ｊのうち特定発電量変化を呈する燃料電池の台数を、特定台数と定義する。総発電量変更処理において、総発電量変更処理後の複数台の燃料電池５Ａから５Ｊのそれぞれの発電電力が、特定台数に関するルールに従って決定される。
【選択図】図３
【解決手段】
燃料電池システム１００は、複数台の燃料電池５Ａから５Ｊと、制御器８と、を備える。制御器８は、総発電量変更処理を実行する。総発電量変更処理では、複数台の燃料電池５Ａから５Ｊの合計発電電力Ｗｔが変更される。発電電力の変化であって変化前の発電電力及び変化後の発電電力の少なくとも一方が所定電力以上である変化を、特定発電量変化と定義する。複数台の燃料電池５Ａから５Ｊのうち特定発電量変化を呈する燃料電池の台数を、特定台数と定義する。総発電量変更処理において、総発電量変更処理後の複数台の燃料電池５Ａから５Ｊのそれぞれの発電電力が、特定台数に関するルールに従って決定される。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数台の燃料電池と、
制御器と、を備え、
発電電力の変化であって変化前の発電電力及び変化後の発電電力の少なくとも一方が所定電力以上である変化を、特定発電量変化と定義し、
前記複数台の燃料電池のうち前記特定発電量変化を呈する燃料電池の台数を、特定台数と定義したとき、
前記制御器は、前記複数台の燃料電池の合計発電電力を変更する総発電量変更処理であって、前記総発電量変更処理後の前記複数台の燃料電池のそれぞれの発電電力を前記特定台数に関するルールに従って決定する総発電量変更処理を実行する、
燃料電池システム。
制御器と、を備え、
発電電力の変化であって変化前の発電電力及び変化後の発電電力の少なくとも一方が所定電力以上である変化を、特定発電量変化と定義し、
前記複数台の燃料電池のうち前記特定発電量変化を呈する燃料電池の台数を、特定台数と定義したとき、
前記制御器は、前記複数台の燃料電池の合計発電電力を変更する総発電量変更処理であって、前記総発電量変更処理後の前記複数台の燃料電池のそれぞれの発電電力を前記特定台数に関するルールに従って決定する総発電量変更処理を実行する、
燃料電池システム。
【請求項2】
前記合計発電電力の変更を、変更後の前記複数台の燃料電池のそれぞれの発電電力がゼロ又は最大発電電力のいずれかになり、かつ、前記複数台の燃料電池のうち変更後において発電する燃料電池の台数が前記総発電量変更処理後の前記合計発電電力を賄うための最小台数になるように行った場合の前記特定台数を、第１基準台数と定義したとき、
前記総発電量変更処理における前記特定台数は、前記第１基準台数よりも小さい場合がある、
請求項１に記載の燃料電池システム。
前記総発電量変更処理における前記特定台数は、前記第１基準台数よりも小さい場合がある、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項3】
前記合計発電電力の変更を、変更後の前記複数台の燃料電池の発電電力が互いに同一になり、かつ、変更後の前記合計発電電力が前記総発電量変更処理後の前記合計発電電力と同一になるように行った場合の前記特定台数を、第２基準台数と定義したとき、
前記総発電量変更処理における前記特定台数は、前記第２基準台数よりも小さい場合がある、
請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
前記総発電量変更処理における前記特定台数は、前記第２基準台数よりも小さい場合がある、
請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項4】
複数台の燃料電池と、
制御器と、を備え、
発電電力の変化であって変化前の発電電力及び変化後の発電電力の少なくとも一方が所定電力以上である変化を、特定発電量変化と定義し、
前記複数台の燃料電池のうち前記特定発電量変化を呈する燃料電池の台数を、特定台数と定義したとき、
前記制御器は、前記複数台の燃料電池の合計発電電力を変更する総発電量変更処理であって、前記総発電量変更処理における前記特定台数が第１基準台数よりも小さくかつ第２基準台数よりも小さい場合がある総発電量変更処理を実行する、
ここで、前記第１基準台数は、前記合計発電電力の変更を、変更後の前記複数台の燃料電池のそれぞれの発電電力がゼロ又は最大発電電力のいずれかになり、かつ、前記複数台の燃料電池のうち変更後において発電する燃料電池の台数が前記総発電量変更処理後の前記合計発電電力を賄うための最小台数になるように行った場合の前記特定台数であり、
前記第２基準台数は、前記合計発電電力の変更を、変更後の前記複数台の燃料電池の発電電力が互いに同一になり、かつ、変更後の前記合計発電電力が前記総発電量変更処理後の前記合計発電電力と同一になるように行った場合の前記特定台数である、
燃料電池システム。
制御器と、を備え、
発電電力の変化であって変化前の発電電力及び変化後の発電電力の少なくとも一方が所定電力以上である変化を、特定発電量変化と定義し、
前記複数台の燃料電池のうち前記特定発電量変化を呈する燃料電池の台数を、特定台数と定義したとき、
前記制御器は、前記複数台の燃料電池の合計発電電力を変更する総発電量変更処理であって、前記総発電量変更処理における前記特定台数が第１基準台数よりも小さくかつ第２基準台数よりも小さい場合がある総発電量変更処理を実行する、
ここで、前記第１基準台数は、前記合計発電電力の変更を、変更後の前記複数台の燃料電池のそれぞれの発電電力がゼロ又は最大発電電力のいずれかになり、かつ、前記複数台の燃料電池のうち変更後において発電する燃料電池の台数が前記総発電量変更処理後の前記合計発電電力を賄うための最小台数になるように行った場合の前記特定台数であり、
前記第２基準台数は、前記合計発電電力の変更を、変更後の前記複数台の燃料電池の発電電力が互いに同一になり、かつ、変更後の前記合計発電電力が前記総発電量変更処理後の前記合計発電電力と同一になるように行った場合の前記特定台数である、
燃料電池システム。
【請求項5】
ａを２以上の自然数と定義したとき、
発電電力の変化であって変化前の発電電力及び変化後の発電電力の両方が前記所定電力よりも小さい変化を、下側発電量変化と定義したとき、
前記総発電量変更処理において、前記複数台の燃料電池のうちａ台の燃料電池が、前記下側発電量変化を、前記下側発電量変化後の前記ａ台の燃料電池のそれぞれの発電電力がゼロよりも大きいという態様で呈する場合、前記下側発電量変化後の前記ａ台の燃料電池の発電電力が互いに同一となる、
請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
発電電力の変化であって変化前の発電電力及び変化後の発電電力の両方が前記所定電力よりも小さい変化を、下側発電量変化と定義したとき、
前記総発電量変更処理において、前記複数台の燃料電池のうちａ台の燃料電池が、前記下側発電量変化を、前記下側発電量変化後の前記ａ台の燃料電池のそれぞれの発電電力がゼロよりも大きいという態様で呈する場合、前記下側発電量変化後の前記ａ台の燃料電池の発電電力が互いに同一となる、
請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項6】
ｂを１以上の自然数と定義し、
発電電力の増加であって増加後の発電電力が前記所定電力以上である増加を、特定発電量増加と定義したとき、
前記総発電量変更処理において、前記複数台の燃料電池のうちｂ台の燃料電池が前記特定発電量増加を呈する場合、前記ｂ台の燃料電池の発電電力が最大発電電力まで増加する、
請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
発電電力の増加であって増加後の発電電力が前記所定電力以上である増加を、特定発電量増加と定義したとき、
前記総発電量変更処理において、前記複数台の燃料電池のうちｂ台の燃料電池が前記特定発電量増加を呈する場合、前記ｂ台の燃料電池の発電電力が最大発電電力まで増加する、
請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項7】
ｃを１以上の自然数と定義し、
発電電力の低下であって低下前の発電電力が前記所定電力以上である低下を、特定発電量低下と定義したとき、
前記総発電量変更処理において、前記複数台の燃料電池のうちｃ台の燃料電池が前記特定発電量低下を呈する場合、前記ｃ台の燃料電池の発電電力がゼロまで低下する、
請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
発電電力の低下であって低下前の発電電力が前記所定電力以上である低下を、特定発電量低下と定義したとき、
前記総発電量変更処理において、前記複数台の燃料電池のうちｃ台の燃料電池が前記特定発電量低下を呈する場合、前記ｃ台の燃料電池の発電電力がゼロまで低下する、
請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項8】
ｄを１以上の自然数と定義し、
発電電力の増加であって増加後の発電電力が前記所定電力以上である増加を、特定発電量増加と定義し、
前記複数台の燃料電池のうち発電電力が最大発電電力よりも小さい燃料電池を、第１電池と定義し、
前記特定発電量変化を経た回数を特定回数と定義したとき、
前記総発電量変更処理において、前記複数台の燃料電池のうちｄ台の燃料電池が前記特定発電量増加を呈する場合、前記ｄ台の燃料電池は、前記総発電量変更処理前において前記特定回数が最も少ない前記第１電池を含む、
請求項１から７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
発電電力の増加であって増加後の発電電力が前記所定電力以上である増加を、特定発電量増加と定義し、
前記複数台の燃料電池のうち発電電力が最大発電電力よりも小さい燃料電池を、第１電池と定義し、
前記特定発電量変化を経た回数を特定回数と定義したとき、
前記総発電量変更処理において、前記複数台の燃料電池のうちｄ台の燃料電池が前記特定発電量増加を呈する場合、前記ｄ台の燃料電池は、前記総発電量変更処理前において前記特定回数が最も少ない前記第１電池を含む、
請求項１から７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項9】
ｅを１以上の自然数と定義し、
発電電力の低下であって低下前の発電電力が前記所定電力以上である低下を、特定発電量低下と定義し、
前記複数台の燃料電池のうち発電電力が前記所定電力以上である燃料電池を、第２電池と定義し、
前記特定発電量変化を経た回数を特定回数と定義したとき、
前記総発電量変更処理において、前記複数台の燃料電池のうちｅ台の燃料電池が前記特定発電量低下を呈する場合、前記ｅ台の燃料電池は、前記総発電量変更処理前において前記特定回数が最も少ない前記第２電池を含む、
請求項１から８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
発電電力の低下であって低下前の発電電力が前記所定電力以上である低下を、特定発電量低下と定義し、
前記複数台の燃料電池のうち発電電力が前記所定電力以上である燃料電池を、第２電池と定義し、
前記特定発電量変化を経た回数を特定回数と定義したとき、
前記総発電量変更処理において、前記複数台の燃料電池のうちｅ台の燃料電池が前記特定発電量低下を呈する場合、前記ｅ台の燃料電池は、前記総発電量変更処理前において前記特定回数が最も少ない前記第２電池を含む、
請求項１から８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項10】
ｆを１以上の自然数と定義し、
ｇを２以上の自然数と定義し、
発電電力の変化であって変化前の発電電力及び変化後の発電電力の両方が前記所定電力よりも小さい変化を、下側発電量変化と定義したとき、
前記総発電量変更処理において、前記複数台の燃料電池のうちｆ台の燃料電池が前記特定発電量変化を呈し、かつ、前記複数台の燃料電池のうちｇ台の燃料電池が前記下側発電量変化を呈する場合がある、
請求項１から９のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
ｇを２以上の自然数と定義し、
発電電力の変化であって変化前の発電電力及び変化後の発電電力の両方が前記所定電力よりも小さい変化を、下側発電量変化と定義したとき、
前記総発電量変更処理において、前記複数台の燃料電池のうちｆ台の燃料電池が前記特定発電量変化を呈し、かつ、前記複数台の燃料電池のうちｇ台の燃料電池が前記下側発電量変化を呈する場合がある、
請求項１から９のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項11】
ｈを１以上の自然数と定義し、
ｉを１以上の自然数と定義したとき、
前記合計発電電力を増加させる前記総発電量変更処理において、前記複数台の燃料電池のうちｈ台の燃料電池の発電電力が前記所定電力未満の値から前記所定電力以上の値へと増加し、かつ、前記複数台の燃料電池のうちｉ台の燃料電池の発電電力が前記所定電力よりも低い値からさらに低下する場合がある、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
ｉを１以上の自然数と定義したとき、
前記合計発電電力を増加させる前記総発電量変更処理において、前記複数台の燃料電池のうちｈ台の燃料電池の発電電力が前記所定電力未満の値から前記所定電力以上の値へと増加し、かつ、前記複数台の燃料電池のうちｉ台の燃料電池の発電電力が前記所定電力よりも低い値からさらに低下する場合がある、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項12】
発電電力の増加であって増加後の発電電力が前記所定電力以上である増加を、特定発電量増加と定義し、
発電電力の低下であって低下前の発電電力が前記所定電力以上である低下を、特定発電量低下と定義したとき、
前記複数台の燃料電池のそれぞれにおいて、
触媒を用いて発電が行われ、
前記総発電量変更処理において前記特定発電量増加を呈する燃料電池の前記触媒において酸化反応が生じ、
前記総発電量変更処理において前記特定発電量低下を呈する燃料電池の前記触媒において還元反応が生じる、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
発電電力の低下であって低下前の発電電力が前記所定電力以上である低下を、特定発電量低下と定義したとき、
前記複数台の燃料電池のそれぞれにおいて、
触媒を用いて発電が行われ、
前記総発電量変更処理において前記特定発電量増加を呈する燃料電池の前記触媒において酸化反応が生じ、
前記総発電量変更処理において前記特定発電量低下を呈する燃料電池の前記触媒において還元反応が生じる、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項13】
前記所定電力は、４００Ｗ以上８００Ｗ以下である、
請求項１から１２のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
請求項１から１２のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項14】
複数台の燃料電池を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
発電電力の変化であって変化前の発電電力及び変化後の発電電力の少なくとも一方が所定電力以上である変化を、特定発電量変化と定義し、
前記複数台の燃料電池のうち前記特定発電量変化を呈する燃料電池の台数を、特定台数と定義したとき、
前記複数台の燃料電池の合計発電電力を変更する総発電量変更処理であって、前記総発電量変更処理後の前記複数台の燃料電池のそれぞれの発電電力を前記特定台数に関するルールに従って決定する総発電量変更処理を実行することを含む、
運転方法。
発電電力の変化であって変化前の発電電力及び変化後の発電電力の少なくとも一方が所定電力以上である変化を、特定発電量変化と定義し、
前記複数台の燃料電池のうち前記特定発電量変化を呈する燃料電池の台数を、特定台数と定義したとき、
前記複数台の燃料電池の合計発電電力を変更する総発電量変更処理であって、前記総発電量変更処理後の前記複数台の燃料電池のそれぞれの発電電力を前記特定台数に関するルールに従って決定する総発電量変更処理を実行することを含む、
運転方法。
【請求項15】
複数台の燃料電池を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
発電電力の変化であって変化前の発電電力及び変化後の発電電力の少なくとも一方が所定電力以上である変化を、特定発電量変化と定義し、
前記複数台の燃料電池のうち前記特定発電量変化を呈する燃料電池の台数を、特定台数と定義したとき、
前記複数台の燃料電池の合計発電電力を変更する総発電量変更処理であって、前記総発電量変更処理における前記特定台数が第１基準台数よりも小さくかつ第２基準台数よりも小さくなるように実行されることがある総発電量変更処理を実行することを含む、
ここで、前記第１基準台数は、前記合計発電電力の変更を、変更後の前記複数台の燃料電池のそれぞれの発電電力がゼロ又は最大発電電力のいずれかになり、かつ、前記複数台の燃料電池のうち変更後において発電する燃料電池の台数が前記総発電量変更処理後の前記合計発電電力を賄うための最小台数になるように行った場合の前記特定台数であり、
前記第２基準台数は、前記合計発電電力の変更を、変更後の前記複数台の燃料電池の発電電力が互いに同一になり、かつ、変更後の前記合計発電電力が前記総発電量変更処理後の前記合計発電電力と同一になるように行った場合の前記特定台数である、
運転方法。
発電電力の変化であって変化前の発電電力及び変化後の発電電力の少なくとも一方が所定電力以上である変化を、特定発電量変化と定義し、
前記複数台の燃料電池のうち前記特定発電量変化を呈する燃料電池の台数を、特定台数と定義したとき、
前記複数台の燃料電池の合計発電電力を変更する総発電量変更処理であって、前記総発電量変更処理における前記特定台数が第１基準台数よりも小さくかつ第２基準台数よりも小さくなるように実行されることがある総発電量変更処理を実行することを含む、
ここで、前記第１基準台数は、前記合計発電電力の変更を、変更後の前記複数台の燃料電池のそれぞれの発電電力がゼロ又は最大発電電力のいずれかになり、かつ、前記複数台の燃料電池のうち変更後において発電する燃料電池の台数が前記総発電量変更処理後の前記合計発電電力を賄うための最小台数になるように行った場合の前記特定台数であり、
前記第２基準台数は、前記合計発電電力の変更を、変更後の前記複数台の燃料電池の発電電力が互いに同一になり、かつ、変更後の前記合計発電電力が前記総発電量変更処理後の前記合計発電電力と同一になるように行った場合の前記特定台数である、
運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、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】
燃料電池システムに関し、特許文献１には、電力負荷の要求電力に応じて最小台数の燃料電池で発電することが記載されている。非特許文献１には、Ｐｔストレスを指標とする燃料電池電極触媒の劣化予測について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００４－１７８８７７号公報
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】Ｈｏｎｄａ Ｒ＆Ｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Vｏｌ.２８ Ｎｏ.１(Ａｐｒｉｌ２０１６)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本開示は、燃料電池システムの劣化を抑制することに適した技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示は、
複数台の燃料電池と、
制御器と、を備え、
発電電力の変化であって変化前の発電電力及び変化後の発電電力の少なくとも一方が所定電力以上である変化を、特定発電量変化と定義し、
前記複数台の燃料電池のうち前記特定発電量変化を呈する燃料電池の台数を、特定台数と定義したとき、
前記制御器は、前記複数台の燃料電池の合計発電電力を変更する総発電量変更処理であって、前記総発電量変更処理後の前記複数台の燃料電池のそれぞれの発電電力を前記特定台数に関するルールに従って決定する総発電量変更処理を実行する、
燃料電池システムを提供する。
複数台の燃料電池と、
制御器と、を備え、
発電電力の変化であって変化前の発電電力及び変化後の発電電力の少なくとも一方が所定電力以上である変化を、特定発電量変化と定義し、
前記複数台の燃料電池のうち前記特定発電量変化を呈する燃料電池の台数を、特定台数と定義したとき、
前記制御器は、前記複数台の燃料電池の合計発電電力を変更する総発電量変更処理であって、前記総発電量変更処理後の前記複数台の燃料電池のそれぞれの発電電力を前記特定台数に関するルールに従って決定する総発電量変更処理を実行する、
燃料電池システムを提供する。
【0007】
本開示は、
複数台の燃料電池と、
制御器と、を備え、
発電電力の変化であって変化前の発電電力及び変化後の発電電力の少なくとも一方が所定電力以上である変化を、特定発電量変化と定義し、
前記複数台の燃料電池のうち前記特定発電量変化を呈する燃料電池の台数を、特定台数と定義したとき、
前記制御器は、前記複数台の燃料電池の合計発電電力を変更する総発電量変更処理であって、前記総発電量変更処理における前記特定台数が第１基準台数よりも小さくかつ第２基準台数よりも小さい場合がある総発電量変更処理を実行する、
ここで、前記第１基準台数は、前記合計発電電力の変更を、変更後の前記複数台の燃料電池のそれぞれの発電電力がゼロ又は最大発電電力のいずれかになり、かつ、前記複数台の燃料電池のうち変更後において発電する燃料電池の台数が前記総発電量変更処理後の前記合計発電電力を賄うための最小台数になるように行った場合の前記特定台数であり、
前記第２基準台数は、前記合計発電電力の変更を、変更後の前記複数台の燃料電池の発電電力が互いに同一になり、かつ、変更後の前記合計発電電力が前記総発電量変更処理後の前記合計発電電力と同一になるように行った場合の前記特定台数である、
燃料電池システムを提供する。
複数台の燃料電池と、
制御器と、を備え、
発電電力の変化であって変化前の発電電力及び変化後の発電電力の少なくとも一方が所定電力以上である変化を、特定発電量変化と定義し、
前記複数台の燃料電池のうち前記特定発電量変化を呈する燃料電池の台数を、特定台数と定義したとき、
前記制御器は、前記複数台の燃料電池の合計発電電力を変更する総発電量変更処理であって、前記総発電量変更処理における前記特定台数が第１基準台数よりも小さくかつ第２基準台数よりも小さい場合がある総発電量変更処理を実行する、
ここで、前記第１基準台数は、前記合計発電電力の変更を、変更後の前記複数台の燃料電池のそれぞれの発電電力がゼロ又は最大発電電力のいずれかになり、かつ、前記複数台の燃料電池のうち変更後において発電する燃料電池の台数が前記総発電量変更処理後の前記合計発電電力を賄うための最小台数になるように行った場合の前記特定台数であり、
前記第２基準台数は、前記合計発電電力の変更を、変更後の前記複数台の燃料電池の発電電力が互いに同一になり、かつ、変更後の前記合計発電電力が前記総発電量変更処理後の前記合計発電電力と同一になるように行った場合の前記特定台数である、
燃料電池システムを提供する。
【0008】
本開示は、
複数台の燃料電池を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
発電電力の変化であって変化前の発電電力及び変化後の発電電力の少なくとも一方が所定電力以上である変化を、特定発電量変化と定義し、
前記複数台の燃料電池のうち前記特定発電量変化を呈する燃料電池の台数を、特定台数と定義したとき、
前記複数台の燃料電池の合計発電電力を変更する総発電量変更処理であって、前記総発電量変更処理後の前記複数台の燃料電池のそれぞれの発電電力を前記特定台数に関するルールに従って決定する総発電量変更処理を実行することを含む、
運転方法を提供する。
複数台の燃料電池を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
発電電力の変化であって変化前の発電電力及び変化後の発電電力の少なくとも一方が所定電力以上である変化を、特定発電量変化と定義し、
前記複数台の燃料電池のうち前記特定発電量変化を呈する燃料電池の台数を、特定台数と定義したとき、
前記複数台の燃料電池の合計発電電力を変更する総発電量変更処理であって、前記総発電量変更処理後の前記複数台の燃料電池のそれぞれの発電電力を前記特定台数に関するルールに従って決定する総発電量変更処理を実行することを含む、
運転方法を提供する。
【0009】
本開示は、
複数台の燃料電池を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
発電電力の変化であって変化前の発電電力及び変化後の発電電力の少なくとも一方が所定電力以上である変化を、特定発電量変化と定義し、
前記複数台の燃料電池のうち前記特定発電量変化を呈する燃料電池の台数を、特定台数と定義したとき、
前記複数台の燃料電池の合計発電電力を変更する総発電量変更処理であって、前記総発電量変更処理における前記特定台数が第１基準台数よりも小さくかつ第２基準台数よりも小さくなるように実行されることがある総発電量変更処理を実行することを含む、
ここで、前記第１基準台数は、前記合計発電電力の変更を、変更後の前記複数台の燃料電池のそれぞれの発電電力がゼロ又は最大発電電力のいずれかになり、かつ、前記複数台の燃料電池のうち変更後において発電する燃料電池の台数が前記総発電量変更処理後の前記合計発電電力を賄うための最小台数になるように行った場合の前記特定台数であり、
前記第２基準台数は、前記合計発電電力の変更を、変更後の前記複数台の燃料電池の発電電力が互いに同一になり、かつ、変更後の前記合計発電電力が前記総発電量変更処理後の前記合計発電電力と同一になるように行った場合の前記特定台数である、
運転方法を提供する。
複数台の燃料電池を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
発電電力の変化であって変化前の発電電力及び変化後の発電電力の少なくとも一方が所定電力以上である変化を、特定発電量変化と定義し、
前記複数台の燃料電池のうち前記特定発電量変化を呈する燃料電池の台数を、特定台数と定義したとき、
前記複数台の燃料電池の合計発電電力を変更する総発電量変更処理であって、前記総発電量変更処理における前記特定台数が第１基準台数よりも小さくかつ第２基準台数よりも小さくなるように実行されることがある総発電量変更処理を実行することを含む、
ここで、前記第１基準台数は、前記合計発電電力の変更を、変更後の前記複数台の燃料電池のそれぞれの発電電力がゼロ又は最大発電電力のいずれかになり、かつ、前記複数台の燃料電池のうち変更後において発電する燃料電池の台数が前記総発電量変更処理後の前記合計発電電力を賄うための最小台数になるように行った場合の前記特定台数であり、
前記第２基準台数は、前記合計発電電力の変更を、変更後の前記複数台の燃料電池の発電電力が互いに同一になり、かつ、変更後の前記合計発電電力が前記総発電量変更処理後の前記合計発電電力と同一になるように行った場合の前記特定台数である、
運転方法を提供する。
【発明の効果】
【0010】
本開示に係る技術は、燃料電池システムの劣化を抑制することに適している。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】実施の形態１に係る燃料電池システムのシステム構成図
【図2A】実施の形態１の具体例に係る電力負荷の要求電力の変化を示すテーブルデータ
【図2B】実施の形態１の具体例に係る電力負荷の要求電力の変化を示すグラフ
【図3】実施の形態１の具体例に係る要求電力変動ステップごとの燃料電池の発電電力の算出結果を示すテーブルデータ
【図4】参考例１における要求電力変動ステップごとの燃料電池の発電電力の算出結果を示すテーブルデータ
【図5】参考例２における要求電力変動ステップごとの燃料電池の発電電力の算出結果を示すテーブルデータ
【発明を実施するための形態】
【0012】
（本開示の基礎となった知見等）
一例に係る燃料電池は、電解質膜、アノード及びカソードを有する。アノードに、水素含有ガスが供給される。カソードに、酸素含有ガスが供給される。水素含有ガス及び酸化含有ガスの電気化学的反応により、発電が行われる。
一例に係る燃料電池は、電解質膜、アノード及びカソードを有する。アノードに、水素含有ガスが供給される。カソードに、酸素含有ガスが供給される。水素含有ガス及び酸化含有ガスの電気化学的反応により、発電が行われる。
【0013】
一具体例では、燃料電池の電極は、触媒を有する。触媒は、化学反応を促進させる。触媒としては、白金触媒が例示される。
【0014】
燃料電池の電圧が変化すると、燃料電池は劣化しうる。具体的には、燃料電池の電圧上昇が、上昇後の電圧が所定電圧以上である態様で生じると、白金と水によって白金の酸化被膜が形成される。燃料電池の電圧低下が、低下前の電圧が所定電圧以上である態様で生じると、白金の還元反応が生じる。このような酸化還元反応が繰り返されると、白金触媒が劣化し、燃料電池の劣化が進む。
【0015】
ところで、燃料電池システムから取り出したい電力は、ユーザーによって異なる。ユーザーの要望に応えるには、要望に適合した発電電力の燃料電池を開発し、その燃料電池を燃料電池システムに含ませることも考えられる。しかし、様々な発電電力の燃料電池を開発すると、量産効果が得られ難い。そのため、装置メーカーにより、小発電電力の燃料電池を複数台組み合わせることが行われている。このようにして燃料電池システムを作製すれば、装置メーカーは、開発工数を抑えつつ、ユーザーの要望に応えることができる。
【0016】
発明者は、劣化の程度が大きい燃料電池の台数を少なく抑えることに適した技術を検討した。
【0017】
以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、又は、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【0018】
添付図面及び以下の説明は、当事者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。
【0019】
【0020】
［１－１．構成］
図１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１００のシステム構成図である。燃料電池システム１００は、燃料電池５Ａから５Ｊ、水素含有ガス供給経路６、酸素含有ガス供給経路７、制御器８及び電力線１３を備える。
図１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１００のシステム構成図である。燃料電池システム１００は、燃料電池５Ａから５Ｊ、水素含有ガス供給経路６、酸素含有ガス供給経路７、制御器８及び電力線１３を備える。
【0021】
燃料電池５Ａは、電解質膜１Ａ、アノード２Ａ及びカソード３Ａを有する。この説明の「Ａ」を、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」、「Ｅ」、「Ｆ」、「Ｇ」、「Ｈ」、「Ｉ」及び「Ｊ」のうちの任意の１つに読み替えた説明も成立する。
【0022】
水素含有ガス供給源１１から水素含有ガス供給経路６を通じてアノード２Ａから２Ｊに、水素含有ガスが供給される。酸素含有ガス供給源１２から酸素含有ガス供給経路７を通じてカソード３Ａから３Ｊに、酸素含有ガスが供給される。これにより発電が行われる。
【0023】
燃料電池５Ａから５Ｊのそれぞれには、触媒が搭載されている。触媒は、電子を取り出す反応を促進する。具体的には、アノード２Ａから２Ｊ及びカソード３Ａから３Ｊのそれぞれには、触媒が搭載されている。実施の形態１では、触媒は、白金触媒である。
【0024】
制御器８は、燃料電池５Ａから５Ｊのそれぞれを制御する。具体的には、制御器８は、燃料電池５Ａから５Ｊの起動、停止及び発電電力を制御する。また、制御器８は、燃料電池５Ａから５Ｊの合計発電電力Ｗｔを制御する。
【0025】
電力線１３により、燃料電池５Ａから５Ｊと電力負荷１４とが接続されている。燃料電池５Ａから５Ｊのそれぞれで発電した電力が、電力線１３を通じて電力負荷１４に供給される。本実施の形態では、燃料電池５Ａから５Ｊは並列に接続されている。
【0026】
［１－２．動作］
以上のように構成された燃料電池システム１００において、その動作及び作用を説明する。以下の説明では、燃料電池５Ａから５Ｊの「Ａ」から「Ｊ」を省略して燃料電池５と表記する場合がある。この表記を用いた説明は、燃料電池５Ａから５Ｊうちの任意の１つ又は複数に該当しうる。電解質膜１、アノード２及びカソード３についても同様である。
以上のように構成された燃料電池システム１００において、その動作及び作用を説明する。以下の説明では、燃料電池５Ａから５Ｊの「Ａ」から「Ｊ」を省略して燃料電池５と表記する場合がある。この表記を用いた説明は、燃料電池５Ａから５Ｊうちの任意の１つ又は複数に該当しうる。電解質膜１、アノード２及びカソード３についても同様である。
【0027】
以下、燃料電池５の白金触媒が劣化する原因について説明する。
【0028】
燃料電池５に、水素及び酸素が供給される。これにより、以下の化学式１に示す反応が生じる。化学式１の電子が取り出される。こうして、発電が行われる。
化学式１：
Ｐｔ－Ｈ → Ｐｔ＋Ｈ+＋ｅ-
Ｐｔ＋Ｈ+＋ｅ- → Ｐｔ－Ｈ
化学式１：
Ｐｔ－Ｈ → Ｐｔ＋Ｈ+＋ｅ-
Ｐｔ＋Ｈ+＋ｅ- → Ｐｔ－Ｈ
【0029】
燃料電池５の電圧が所定電圧以上のとき、化学式１の電子の移動時に触媒の酸化還元反応が生じ易い。燃料電池５の電圧が所定電圧未満のとき、この酸化還元反応は生じ難い。
【0030】
具体的には、電圧の上昇が、上昇後の電圧が所定電圧以上である態様で生じると、白金と水によって以下の化学式２に示すような酸化反応が生じる。これにより、白金の酸化被膜が形成される。電圧の低下が、低下前の電圧が所定電圧以上である態様で生じると、以下の化学式３に示すような白金の還元反応が生じる。このような酸化還元反応が繰り返されると、白金触媒が劣化し、燃料電池５の劣化が進む。
化学式２：
Ｐｔ＋Ｈ2Ｏ → ＰｔＯ＋２Ｈ+＋２ｅ-
化学式３：
ＰｔＯ＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｐｔ＋Ｈ2Ｏ
化学式２：
Ｐｔ＋Ｈ2Ｏ → ＰｔＯ＋２Ｈ+＋２ｅ-
化学式３：
ＰｔＯ＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｐｔ＋Ｈ2Ｏ
【0031】
上記の文脈において、燃料電池５の電圧は、燃料電池５の発電電圧又は出力電圧である。燃料電池５の電圧は、アノード２及びカソード３間の電位差でありうる。上昇後の電圧が所定電圧以上であるとは、上昇前の電圧が所定電圧未満であるか所定電圧以上であるかを問わない趣旨である。低下前の電圧が所定電圧以上であるとは、低下後の電圧が所定電圧未満であるか所定電圧以上であるかを問わない趣旨である。
【0032】
燃料電池５では、発電電力が増加すると、その出力電圧－出力電流特性に従って出力電圧及び出力電流が変化する。上記の所定電圧に対応する燃料電池５の発電電力である電力Ｗｃが存在する。本実施の形態の燃料電池５では、発電電力が電力Ｗｃ付近の領域では、発電電力が増加すると、出力電圧及び出力電流が増加する。燃料電池５の発電電力が電力Ｗｃ以上のとき、触媒の酸化還元反応が生じ易く、燃料電池５の劣化が進み易い。以下、電力Ｗｃ以上の電力を、所定電力Ｗｄと称することがある。
【0033】
図２Ａは、実施の形態１の具体例に係る電力負荷１４の要求電力（単位：ワット（Ｗ））の変化を示すテーブルデータである。図２Ｂは、実施の形態１の具体例に係る電力負荷１４の要求電力の変化を示すグラフである。図２Ｂの横軸は、要求電力変動ステップである。縦軸は、電力負荷１４の要求電力である。各ステップにおいて、電力負荷１４の要求電力が変化する。制御器８は、電力負荷１４の要求電力に適合するように、燃料電池５Ａから５Ｊのそれぞれの発電電力を制御する。この具体例では、要求電力変動ステップは、電力負荷１４の要求電力が変化するときに生じるステップである。ステップとステップの間の時間間隔は、一定であってもよく、一定でなくてもよい。
【0034】
以下、この具体例に係るパラメータを列記する。この列記において、「変化前」は、要求電力変動ステップにおける、電力負荷１４の要求電力の変化の前を意味する。「変化後」は、同変化の後を意味する。
Ｗｘ：変化前の、電力負荷１４の要求電力
Ｗｙ：変化後の、電力負荷１４の要求電力
Ｎｕｘ：変化前の、発電電力が所定電力Ｗｄ以上の燃料電池５の台数
Ｎｌｘ：変化前の、発電電力がゼロよりも大きく所定電力Ｗｄよりも小さい燃料電池５の台数
Ｎｓｘ：変化前の、発電停止状態の燃料電池５の台数
Ｎｕｙ：変化後の、発電電力が所定電力Ｗｄ以上の燃料電池５の台数
Ｎｌｙ：変化後の、発電電力がゼロよりも大きく所定電力Ｗｄよりも小さい燃料電池５の台数
Ｎｓｙ：変化後の、発電停止状態の燃料電池５の台数
Ｐｕｘ：変化前の、発電電力が所定電力Ｗｄ以上の燃料電池５の発電電力
Ｐｌｘ：変化前の、発電電力がゼロよりも大きく所定電力Ｗｄよりも小さい燃料電池５の発電電力
Ｐｕｙ：変化後の、発電電力が所定電力Ｗｄ以上の燃料電池５の発電電力
Ｐｌｙ：変化後の、発電電力がゼロよりも大きく所定電力Ｗｄよりも小さい燃料電池５の発電電力
Ｗｘ：変化前の、電力負荷１４の要求電力
Ｗｙ：変化後の、電力負荷１４の要求電力
Ｎｕｘ：変化前の、発電電力が所定電力Ｗｄ以上の燃料電池５の台数
Ｎｌｘ：変化前の、発電電力がゼロよりも大きく所定電力Ｗｄよりも小さい燃料電池５の台数
Ｎｓｘ：変化前の、発電停止状態の燃料電池５の台数
Ｎｕｙ：変化後の、発電電力が所定電力Ｗｄ以上の燃料電池５の台数
Ｎｌｙ：変化後の、発電電力がゼロよりも大きく所定電力Ｗｄよりも小さい燃料電池５の台数
Ｎｓｙ：変化後の、発電停止状態の燃料電池５の台数
Ｐｕｘ：変化前の、発電電力が所定電力Ｗｄ以上の燃料電池５の発電電力
Ｐｌｘ：変化前の、発電電力がゼロよりも大きく所定電力Ｗｄよりも小さい燃料電池５の発電電力
Ｐｕｙ：変化後の、発電電力が所定電力Ｗｄ以上の燃料電池５の発電電力
Ｐｌｙ：変化後の、発電電力がゼロよりも大きく所定電力Ｗｄよりも小さい燃料電池５の発電電力
【0035】
制御器８は、要求電力変動ステップごとに、複数台の燃料電池５の合計発電電力Ｗｔを変更する。燃料電池５の劣化は、燃料電池５の発電電力が以下の条件１を満たすように変化するときに生じ易い。このことは、要求電力変動ステップにおいて条件１を満たす変化を呈する燃料電池５の台数が少なくなるようようにすれば、劣化の程度が大きい燃料電池５の台数を少なく抑えることができることを意味する。
条件１：変化前及び変化後の少なくとも一方の発電電力が所定電力Ｗｄ以上である
条件１：変化前及び変化後の少なくとも一方の発電電力が所定電力Ｗｄ以上である
【0036】
この具体例の要求電力変動ステップでは、複数台の燃料電池５のそれぞれの発電電力は、以下の条件が満たされるように決定される。
・発電電力Ｐｕｘ及びＰｕｙは必ず燃料電池５の最大発電電力である
・変化前及び変化後の少なくとも一方の発電電力が所定電力Ｗｄ以上である態様で発電電力が変化する燃料電池５の台数を少なくする
・発電電力が所定電力Ｗｄよりも低い値からゼロよりも大きい値に低下する燃料電池５が２台以上存在する場合、要求電力変動ステップ後における当該２台以上の燃料電池５の発電電力を互いに同一にする
・燃料電池５の発電電力を所定電力Ｗｄ以上の値から低下させる場合には、当該燃料電池５の発電を停止させる
・発電電力Ｐｕｘ及びＰｕｙは必ず燃料電池５の最大発電電力である
・変化前及び変化後の少なくとも一方の発電電力が所定電力Ｗｄ以上である態様で発電電力が変化する燃料電池５の台数を少なくする
・発電電力が所定電力Ｗｄよりも低い値からゼロよりも大きい値に低下する燃料電池５が２台以上存在する場合、要求電力変動ステップ後における当該２台以上の燃料電池５の発電電力を互いに同一にする
・燃料電池５の発電電力を所定電力Ｗｄ以上の値から低下させる場合には、当該燃料電池５の発電を停止させる
【0037】
この具体例に係る要求電力変動ステップでは、図２Ａ及び図２Ｂのデータから、要求電力Ｗｘ及び要求電力Ｗｙを決定する。そして、以下の数式１、数式２、数式３及び数式４に基づいて、台数Ｎｕｙ、台数Ｎｌｙ、台数Ｎｓｙ及び発電電力Ｐｌｙを演算する。台数Ｎｕｘ、台数Ｎｌｘ、台数Ｎｓｘ及び発電電力Ｐｌｘは、要求電力変動ステップ前の値であるため既知である。また、発電電力Ｐｕｘ及びＰｕｙは必ず燃料電池５の最大発電電力であるため既知である。数式２は、台数Ｎｕｙと台数Ｎｕｘとの差分の絶対値が最小となるように台数Ｎｕｙを決定するための数式である。数式３は、発電電力Ｐｌｙが所定電力Ｗｄ未満の範囲で最大になるように発電電力Ｐｌｙを決定するための数式である。ここで、数式２は、数式３よりも優先されるものとする。
数式１：
（Ｐｕｙ×Ｎｕｙ）＋（Ｐｌｙ×Ｎｌｙ）＋（０×Ｎｓｙ）＝（Ｗｙ－Ｗｘ）＋（Ｐｕｘ×Ｎｕｘ）＋（Ｐｌｘ×Ｎｕｘ）＋（０×Ｎｓｘ）
数式２：
Ｎｕｙ＝Ｍｉｎ|Ｎｕｙ－Ｎｕｘ|
数式３：
Ｐｌｙ＝Ｍａｘ（Ｐｌｙ＜Ｗｄ）
数式４：
Ｎｕｘ＋Ｎｌｘ＋Ｎｓｘ＝１０
Ｎｕｙ＋Ｎｌｙ＋Ｎｓｙ＝１０
数式１：
（Ｐｕｙ×Ｎｕｙ）＋（Ｐｌｙ×Ｎｌｙ）＋（０×Ｎｓｙ）＝（Ｗｙ－Ｗｘ）＋（Ｐｕｘ×Ｎｕｘ）＋（Ｐｌｘ×Ｎｕｘ）＋（０×Ｎｓｘ）
数式２：
Ｎｕｙ＝Ｍｉｎ|Ｎｕｙ－Ｎｕｘ|
数式３：
Ｐｌｙ＝Ｍａｘ（Ｐｌｙ＜Ｗｄ）
数式４：
Ｎｕｘ＋Ｎｌｘ＋Ｎｓｘ＝１０
Ｎｕｙ＋Ｎｌｙ＋Ｎｓｙ＝１０
【0038】
具体的に、この具体例では、以下のように数値を設定した。
・所定電力Ｗｄ＝６０１Ｗ
・最大発電電力Ｎｕｘ＝１０００Ｗ
・最大発電電力Ｎｕｙ＝１０００Ｗ
・所定電力Ｗｄ＝６０１Ｗ
・最大発電電力Ｎｕｘ＝１０００Ｗ
・最大発電電力Ｎｕｙ＝１０００Ｗ
【0039】
図３は、実施の形態１の具体例に係る要求電力変動ステップごとの燃料電池５の発電電力の算出結果を示すテーブルデータである。図３のデータは、電力負荷１４の要求電力が図２Ａ及び図２Ｂに示すように変化した場合のものである。特定台数Ｎｄは、各要求電力変動ステップにおける、変化前及び変化後の少なくとも一方の発電電力が所定電力Ｗｄ以上である態様で発電電力が変化する燃料電池５の台数である。積算特定台数Ｎｔは、特定台数Ｎｄの要求電力変動ステップ０からの積算値である。図３において、燃料電池５Ａから５Ｊのマスの図示右側のマスの数値は、燃料電池５Ａから５Ｊの発電電力であり、その単位はワット（Ｗ）である。合計発電電力Ｗｔの単位はワット（Ｗ）である。特定台数Ｎｄ及び積算特定台数Ｎｔの単位は台である。これらの点は、図４及び図５においても同様である。
【0040】
図４は、参考例１における要求電力変動ステップごとの燃料電池５の発電電力の算出結果を示すテーブルデータである。参考例１では、複数台の燃料電池５は、発電停止状態と、最大発電電力＝１０００Ｗで発電する状態と、のいずれかをとる。各要求電力変動ステップにおいて、複数台の燃料電池５の合計発電電力Ｗｔの変更を、変更後において複数台の燃料電池５のうち発電する燃料電池５の台数が最小になるように行う。図４の要求電力変動ステップ１２の合計発電電力Ｗｔ＝２０００Ｗは、図２Ａ及び図２Ｂに示す要求電力＝１８００Ｗよりも大きい。また、図４の要求電力変動ステップ１４の合計発電電力Ｗｔ＝３０００Ｗは、図２Ａ及び図２Ｂに示す要求電力＝２４００Ｗよりも大きい。合計発電電力Ｗｔのうち余剰分は、例えば、蓄電池に蓄えられる。
【0041】
図５は、参考例２における要求電力変動ステップごとの燃料電池５の発電電力の算出結果を示すテーブルデータである。参考例２では、各要求電力変動ステップにおいて、複数台の燃料電池５の合計発電電力Ｗｔの変更を、変更後の複数台の燃料電池５の発電電力が互いに同一になるように行う。
【0042】
図３の要求電力変動ステップ１４における積算特定台数Ｎｔは、２６台である。図４の同積算特定台数Ｎｔは、３３台である。図５の同積算特定台数Ｎｔは、１００台である。図３の積算特定台数Ｎｔを図４の積算特定台数Ｎｔで割って得られるパーセンテージは、２６÷３３≒７８．８％である。図３の積算特定台数Ｎｔを図５の積算特定台数Ｎｔで割って得られるパーセンテージは、２６÷１００＝２６％である。
【0043】
［１－３．効果等］
実施の形態１について、総発電量変更処理、特定発電量変化、下側発電量変化、特定発電量増加、特定発電量低下、第１電池、第２電池、特定台数、特定回数、第１基準台数及び第２基準台数という用語を用いてさらに説明する。
実施の形態１について、総発電量変更処理、特定発電量変化、下側発電量変化、特定発電量増加、特定発電量低下、第１電池、第２電池、特定台数、特定回数、第１基準台数及び第２基準台数という用語を用いてさらに説明する。
【0044】
総発電量変更処理は、複数台の燃料電池５の合計発電電力Ｗｔを変更する処理である。総発電量変更処理は、上述の要求電力変動ステップに対応しうる。電力負荷１４の要求電力は、変更されうる。変更後の電力負荷１４の要求電力が賄われるように、総発電量変更処理により、総発電量変更処理後の合計発電電力Ｗｔが決定されうる。
【0045】
特定発電量変化は、発電電力の変化であって変化前の発電電力及び変化後の発電電力の少なくとも一方が所定電力Ｗｄ以上である変化である。下側発電量変化は、発電電力の変化であって変化前の発電電力及び変化後の発電電力の両方が所定電力Ｗｄよりも小さい変化である。
【0046】
特定発電量増加は、発電電力の増加であって増加後の発電電力が所定電力Ｗｄ以上である増加である。ここで、増加後の発電電力が所定電力Ｗｄ以上であるとは、増加前の発電電力が所定電力Ｗｄ未満であるか所定電力Ｗｄ以上であるかを問わない趣旨である。
【0047】
特定発電量低下は、発電電力の低下であって低下前の発電電力が所定電力Ｗｄ以上である低下である。ここで、低下前の発電電力が所定電力Ｗｄ以上であるとは、低下後の発電電力が所定電力Ｗｄ未満であるか所定電力Ｗｄ以上であるかを問わない趣旨である。
【0048】
第１電池は、複数台の燃料電池５のうち発電電力が最大発電電力よりも小さい燃料電池５である。第２電池は、複数台の燃料電池５のうち発電電力が所定電力Ｗｄ以上である燃料電池５である。
【0049】
特定台数は、複数台の燃料電池５のうち特定発電量変化を呈する燃料電池５の台数である。
【0050】
特定回数は、特定発電量変化を経た回数である。具体的に、特定回数は、１つの燃料電池５に関してカウントされるものである。特定回数は、典型的には、燃料電池５の触媒あるいは該触媒を含む要素が交換されることなく燃料電池５に保持される期間にわたり、カウントされる回数である。触媒を含む要素は、例えば、スタックである。
【0051】
第１基準台数は、複数台の燃料電池５の合計発電電力Ｗｔの変更を、第１条件及び第２条件を満たすように行った場合（具体的には、総発電量変更処理により行う代わりに、第１条件及び第２条件を満たすように行った場合）の特定台数である。第１条件は、変更後の複数台の燃料電池５のそれぞれの発電電力が、ゼロ又は最大発電電力のいずれかになるという条件である。第２条件は、複数台の燃料電池５のうち変更後において発電する燃料電池５の台数が、総発電量変更処理後の合計発電電力Ｗｔを賄うための最小台数になるという条件である。総発電量変更処理後の合計発電電力Ｗｔを賄うとは、総発電量変更処理後の合計発電電力Ｗｔと同一の合計発電電力Ｗｔが得られる形態を包含する。図２及び図４に関連付けて例示すると、総発電量変更処理後の合計発電電力Ｗｔを賄うとは、図４の例のステップ１から１１及び１３のような、電力負荷１４の要求電力と同一の合計発電電力Ｗｔが得られる形態を包含する。総発電量変更処理後の合計発電電力Ｗｔを賄うとは、総発電量変更処理後の合計発電電力Ｗｔよりも大きい合計発電電力Ｗｔが得られる形態を包含する。図２及び図４に関連付けて例示すると、総発電量変更処理後の合計発電電力Ｗｔを賄うとは、図４の例のステップ１２及び１４のような、電力負荷１４の要求電力よりも大きい合計発電電力Ｗｔが得られる形態を包含する。発電する燃料電池５とは、発電電力がゼロよりも大きい燃料電池５を意味する。第１基準台数の考え方は、図４から理解されよう。
【0052】
第２基準台数は、複数台の燃料電池５の合計発電電力Ｗｔの変更を、第３条件及び第４条件を満たすように行った場合（具体的には、総発電量変更処理により行う代わりに、第３条件及び第４条件を満たすように行った場合）の特定台数である。第３条件は、変更後の複数台の燃料電池５の発電電力が互いに同一になるという条件である。第４条件は、変更後の合計発電電力Ｗｔが総発電量変更処理後の合計発電電力Ｗｔと同一になるという条件である。第２基準台数の考え方は、図５から理解されよう。
【0053】
実施の形態１では、制御器８は、総発電量変更処理を実行する。総発電量変更処理において、総発電量変更処理後の複数台の燃料電池５のそれぞれの発電電力が、特定台数に関するルールに従って決定される。この構成によれば、特定台数が小さくなるようにルールを設定することにより、燃料電池システム１００の劣化を抑制することができる。具体的には、劣化の程度が大きい燃料電池５の台数を少なく抑えることができる。
【0054】
特定台数に関するルールは、例えば、関数及びテーブルからなる群より選択される少なくとも１つを含む。特定台数に関する関数は、例えば、上記の数式２である。
【0055】
実施の形態１では、総発電量変更処理における特定台数は、第１基準台数よりも小さい場合がある。具体的には、総発電量変更処理における特定台数は、総発電量変更処理前の複数台の燃料電池５のそれぞれの発電電力及び総発電量変更処理後に得られるべき合計発電電力Ｗｔによっては、第１基準台数よりも小さい。
【0056】
以下、図３の要求電力変動ステップを総発電量変更処理に読み替え、例示的な説明を行う。この例では、総発電量変更処理２の実行前において、燃料電池５Ａから５Ｊの発電電力は、６００Ｗである（図３の要求電力変動ステップ１の列参照）。総発電量変更処理２は、燃料電池５Ａから５Ｃの発電電力を１０００Ｗにし、燃料電池５Ｄから５Ｊの発電電力を５７１Ｗにする（図３の要求電力変動ステップ２の列参照）。総発電量変更処理２における特定台数は、３台である（図３の要求電力変動ステップ２の特定台数Ｎｄ参照）。これに対し、燃料電池５Ａから５Ｊの発電電力が６００Ｗである状態から、複数台の燃料電池５の合計発電電力Ｗｔの変更を、第１条件及び第２条件を満たすように行うとする。この場合、燃料電池５Ａから５Ｊのうちの７台の発電電力が１０００Ｗとなり、３台の発電電力が０Ｗとなり、特定台数は７台となる。このように、実施の形態１では、総発電量変更処理における特定台数が、第１基準台数よりも小さい場合がある。
【0057】
実施の形態１では、総発電量変更処理における特定台数は、第２基準台数よりも小さい場合がある。具体的には、総発電量変更処理における特定台数は、総発電量変更処理前の複数台の燃料電池５のそれぞれの発電電力及び総発電量変更処理後に得られるべき合計発電電力Ｗｔによっては、第２基準台数よりも小さい。
【0058】
以下、図３の要求電力変動ステップを総発電量変更処理に読み替え、例示的な説明を行う。この例では、図３の総発電量変更処理２の実行前において、燃料電池５Ａから５Ｊの発電電力は、６００Ｗである。総発電量変更処理２は、燃料電池５Ａから５Ｃの発電電力を１０００Ｗにし、燃料電池５Ｄから５Ｊの発電電力が５７１Ｗにし、特定台数を３台にする。これに対し、燃料電池５Ａから５Ｊの発電電力が６００Ｗである状態から、複数台の燃料電池５の合計発電電力Ｗｔの変更を、第３条件及び第４条件を満たすように行うとする。この場合、燃料電池５Ａから５Ｊの発電電力が７００Ｗとなり、特定台数は１０台となる。このように、実施の形態１では、総発電量変更処理における特定台数が、第２基準台数よりも小さい場合がある。
【0059】
実施の形態１では、総発電量変更処理における特定台数は、第１基準台数よりも小さく、かつ、第２基準台数よりも小さい場合がある。ここで、「特定台数は、第１基準台数よりも小さく、かつ、第２基準台数よりも小さい場合がある」とは、特定台数が第１基準台数よりも小さいという条件と特定台数が第２基準台数よりも小さいという条件の両方が成立する場合があるということである。
【0060】
ａを２以上の自然数と定義する。実施の形態１では、総発電量変更処理において、複数台の燃料電池５のうちａ台の燃料電池が、下側発電量変化を、下側発電量変化後のａ台の燃料電池５のそれぞれの発電電力がゼロよりも大きいという態様で呈する場合、下側発電量変化後のａ台の燃料電池の発電電力が互いに同一となる。この構成によれば、下側発電量変化後においてａ台の燃料電池５に発電電力にバラツキがある場合に比べ、発電効率が向上しうる。詳細には、実施の形態１の燃料電池５では、発電電力がある程度小さい領域では、発電電力が低下すると、出力電圧が上昇し、出力電流が低下する。発電電力がある程度低い領域では、出力電圧が高く出力電流が低いほうが、燃料電池５での発電に必要な水素含有ガスの流量が小さくて済む傾向にある。上記構成によれば、ａ台の燃料電池５に発電電力が高い燃料電池５が含まれ難く、そのため、燃料電池システム１００の発電効率が向上しうる。
【0061】
ｂを１以上の自然数と定義する。実施の形態１では、総発電量変更処理において、複数台の燃料電池５のうちｂ台の燃料電池５が特定発電量増加を呈する場合、ｂ台の燃料電池５の発電電力が最大発電電力まで増加する。この構成によれば、上記の場合においてｂ台の燃料電池５の発電電力が最大発電電力未満の値までしか増加しない構成に比べ、ｂ台の燃料電池５以外の燃料電池５が特定発電量増加を呈し難い。この構成は、典型的には、合計発電電力Ｗｔを増加させる総発電量変更処理で採用される。
【0062】
ｃを１以上の自然数と定義する。実施の形態１では、総発電量変更処理において、複数台の燃料電池５のうちｃ台の燃料電池５が特定発電量低下を呈する場合、ｃ台の燃料電池５の発電電力がゼロまで低下する。この構成によれば、上記の場合においてｃ台の燃料電池５の発電電力がゼロよりも大きい値までしか低下しない構成に比べ、ｃ台の燃料電池５以外の燃料電池５が特定発電量低下を呈し難い。この構成は、例えば、合計発電電力Ｗｔを低下させる総発電量変更処理で採用される。なお、燃料電池５の発電電力がゼロであるとは、燃料電池５が停止している状態を包含する趣旨である。
【0063】
ｄを１以上の自然数と定義する。実施の形態１では、総発電量変更処理において、複数台の燃料電池５のうちｄ台の燃料電池５が特定発電量増加を呈する場合、ｄ台の燃料電池５は、総発電量変更処理前において特定回数が最も少ない第１電池を含む。この構成によれば、特定の燃料電池５が偏って劣化することを回避し難い。
【0064】
ｅを１以上の自然数と定義する。実施の形態１では、総発電量変更処理において、複数台の燃料電池５のうちｅ台の燃料電池５が特定発電量低下を呈する場合、ｅ台の燃料電池は、総発電量変更処理前において特定回数が最も少ない第２電池を含む。この構成によれば、特定の燃料電池５が偏って劣化することを回避し難い。
【0065】
ｆを１以上の自然数と定義する。ｇを２以上の自然数と定義する。実施の形態１では、総発電量変更処理において、複数台の燃料電池５のうちｆ台の燃料電池５が特定発電量変化を呈し、かつ、複数台の燃料電池５のうちｇ台の燃料電池が下側発電量変化を呈する場合がある。この現象は、燃料電池システム１００の劣化が抑制されるように燃料電池システム１００が運転される場合に生じうる現象である。例えば、図３の要求電力変動ステップ２、５、１２、１３及び１４を参照されたい。具体的には、総発電量変更処理前の複数台の燃料電池５のそれぞれの発電電力及び総発電量変更処理後に得られるべき合計発電電力Ｗｔによっては、総発電量変更処理において、この現象が現れうる。
【0066】
ｈを１以上の自然数と定義する。ｉを１以上の自然数と定義する。実施の形態１では、合計発電電力Ｗｔを増加させる総発電量変更処理において、複数台の燃料電池５のうちｈ台の燃料電池５の発電電力が所定電力Ｗｄ未満の値から所定電力Ｗｄ以上の値へと増加し、かつ、複数台の燃料電池５のうちｉ台の燃料電池５の発電電力が所定電力Ｗｄよりも低い値からさらに低下する場合がある。この現象は、燃料電池システム１００の劣化が抑制されるように燃料電池システム１００が運転される場合に生じうる現象である。例えば、図３の要求電力変動ステップ２を参照されたい。具体的には、総発電量変更処理前の複数台の燃料電池５のそれぞれの発電電力及び総発電量変更処理後に得られるべき合計発電電力Ｗｔによっては、総発電量変更処理において、この現象が現れうる。
【0067】
所定電力Ｗｄは、ゼロよりも大きく複数台の燃料電池５のそれぞれの最大発電電力よりも小さい電力でありうる。複数台の燃料電池５の最大発電電力にバラツキがある場合、所定電力Ｗｄは、ゼロよりも大きく、かつ、それらの最大発電電力のうちの最小値よりも小さい電力でありうる。所定電力Ｗｄは、電力Ｗｃ以上の電力でありうる。
【0068】
所定電力Ｗｄは、例えば、４００Ｗ以上８００Ｗ以下である。所定電力Ｗｄは、５００Ｗ以上７００Ｗ以下であってもよく、６００Ｗ以上７００Ｗ未満であってもよい。燃料電池５の最大発電電力は、例えば、８００Ｗ以上１２００Ｗ以下である。燃料電池５の最大発電電力は、９００Ｗ以上１１００Ｗ以下であってもよく、１０００Ｗ以上１１００Ｗ未満であってもよい。
【0069】
実施の形態１では、複数台の燃料電池５のそれぞれにおいて、触媒を用いて発電が行われ、総発電量変更処理において特定発電量増加を呈する燃料電池５の触媒において酸化反応が生じ、総発電量変更処理において特定発電量低下を呈する燃料電池５の触媒において還元反応が生じる。
【0070】
実施の形態１の運転方法は、総発電量変更処理を実行することを含む。総発電量変更処理では、総発電量変更処理後の複数台の燃料電池５のそれぞれの発電電力が、特定台数に関するルールに従って決定される。この構成によれば、特定台数が小さくなるようにルールを設定することにより、燃料電池システム１００の劣化を抑制することができる。
【0071】
実施の形態１の運転方法は、総発電量変更処理を実行することを含む。総発電量変更処理は、総発電量変更処理における特定台数が第１基準台数よりも小さくかつ第２基準台数よりも小さくなるように実行されることがある。
【0072】
コンピュータによる実行時において、上記運転方法をコンピュータに実行させる指示を備えた、コンピュータプログラムを実現可能である。上記コンピュータプログラムが記録された、コンピュータ読出可能な非一過性の記録媒体を実現可能である。記録媒体は、オフラインの記録媒体であってもよく、オンライン上の記録媒体であってもよい。オフラインの記録媒体は、例えば、ＨＤＤ、ＳＤカード、ＵＳＢメモリ等の半導体記録媒体、フレキシブルディスク等の磁気記録媒体、ＭＯ等の光磁気記録媒体、ＣＤ、ＤＶＤ等の光学記録媒体、等である。オンライン上の記録媒体は、例えば、クラウドサーバー、ＦＴＰサーバー、ネットワークストレージ等である。
【0073】
上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略等を行うことができる。
【0074】
例えば、触媒は、白金触媒ではない触媒であってもよい。白金触媒ではない触媒も、白金触媒と同様のメカニズムで劣化しうる。また、白金触媒ではない触媒の劣化も、白金触媒と同様にして抑制されうる。触媒の種類に応じた所定電圧、電力Ｗｃ及び所定電力Ｗｄが存在しうる。
【0075】
燃料電池５の台数は、特に限定されない。電解質膜１、アノード２及びカソード３についても同様である。
【0076】
自然数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ及びｉは、１以上の自然数と定義されてもよく、２以上の自然数と定義されてもよく、３以上の自然数と定義されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0077】
本開示は、複数台の燃料電池を含む燃料電池システムに適用可能である。本開示に係る技術によれば、燃料電池の劣化を抑えることができ、耐久性を向上させた燃料電池システムを実現することができる。
【符号の説明】
【0078】
１Ａ～１Ｊ 電解質膜
２Ａ～３Ｊ アノード
３～３Ｊ カソード
５Ａ～５Ｊ 燃料電池
６ 水素含有ガス供給経路
７ 酸素含有ガス供給経路
８ 制御器
１１ 水素含有ガス供給源
１２ 酸素含有ガス供給源
１３ 電力線
１４ 電力負荷
１００ 燃料電池システム
２Ａ～３Ｊ アノード
３～３Ｊ カソード
５Ａ～５Ｊ 燃料電池
６ 水素含有ガス供給経路
７ 酸素含有ガス供給経路
８ 制御器
１１ 水素含有ガス供給源
１２ 酸素含有ガス供給源
１３ 電力線
１４ 電力負荷
１００ 燃料電池システム
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5】