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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】P2023085957
(43)【公開日】2023-06-21
(54)【発明の名称】燃料電池発電システム
(51)【国際特許分類】
H01M 8/04858 20160101AFI20230614BHJP
H01M 8/04537 20160101ALI20230614BHJP
H01M 8/04746 20160101ALI20230614BHJP
H01M 8/0444 20160101ALI20230614BHJP
H02M 7/48 20070101ALI20230614BHJP
H01M 8/12 20160101ALN20230614BHJP
【ＦＩ】
H01M8/04858
H01M8/04537
H01M8/04746
H01M8/0444
H02M7/48 E
H01M8/12 101
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021200289
(22)【出願日】2021-12-09
(71)【出願人】
【識別番号】000004695
【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(74)【代理人】
【識別番号】110001472
【氏名又は名称】弁理士法人かいせい特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】浅倉 史生
(72)【発明者】
【氏名】黒木 丈二
(72)【発明者】
【氏名】田淵 貴一
【テーマコード（参考）】
5H126
5H127
5H770
【Ｆターム（参考）】
5H126BB06
5H127AA07
5H127AB03
5H127AB08
5H127AB27
5H127AC05
5H127AC15
5H127BA02
5H127BB02
5H127DB14
5H127DB63
5H127DB69
5H127DC02
5H127DC42
5H127DC44
5H127DC45
5H127DC46
5H127DC89
5H770AA01
5H770BA11
5H770CA01
5H770CA04
5H770DA03
5H770HA02W
5H770HA02Y
5H770HA03W
5H770HA03Y
5H770HA04Y
5H770HA06Z
(57)【要約】
【課題】燃料電池の出力制御を行うパワーコンディショナを備える燃料電池発電システムにおいて、燃料電池の電流指令値と実際の出力電流値が解離することを抑制する。
【解決手段】燃料電池１０と、燃料電池制御部１２と、パワーコンディショナ２０とを備える。燃料電池制御部は、燃料電池の目標発電電力である出力電力指令値Ｐ＊と、燃料電池の目標発電電流である電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊を設定し、燃料電池が電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊で発電するために必要な燃料を燃料電池に供給するように燃料供給制御を行う。パワーコンディショナは、最大電力点追従制御を行い、燃料電池が発電する直流電力を交流変換する。パワーコンディショナは、外部からの入力信号に基づいて燃料電池の発電電力を制限するように構成されており、燃料電池制御部は、入力信号として出力電力指令値をパワーコンディショナに送信する。
【選択図】図１
【解決手段】燃料電池１０と、燃料電池制御部１２と、パワーコンディショナ２０とを備える。燃料電池制御部は、燃料電池の目標発電電力である出力電力指令値Ｐ＊と、燃料電池の目標発電電流である電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊を設定し、燃料電池が電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊で発電するために必要な燃料を燃料電池に供給するように燃料供給制御を行う。パワーコンディショナは、最大電力点追従制御を行い、燃料電池が発電する直流電力を交流変換する。パワーコンディショナは、外部からの入力信号に基づいて燃料電池の発電電力を制限するように構成されており、燃料電池制御部は、入力信号として出力電力指令値をパワーコンディショナに送信する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃料が供給されることで発電する燃料電池（１０）と、
前記燃料電池の目標発電電力である出力電力指令値（Ｐ＊）と、前記燃料電池の目標発電電流である電流指令値（Ｉｓｏｆｃ＊）を設定し、前記燃料電池が前記電流指令値（Ｉｓｏｆｃ＊）で発電するために必要な燃料を前記燃料電池に供給するように燃料供給制御を行う燃料電池制御部（１２）と、
前記燃料電池の発電電力が最大となる動作点で前記燃料電池を作動させる最大電力点追従制御を行い、前記燃料電池が発電する直流電力を交流変換するパワーコンディショナ（２０）と、
を備え、
前記パワーコンディショナは、外部からの入力信号に基づいて前記燃料電池の発電電力を制限するように構成されており、
前記燃料電池制御部は、前記入力信号として前記出力電力指令値を前記パワーコンディショナに送信する
燃料電池発電システム。
前記燃料電池の目標発電電力である出力電力指令値（Ｐ＊）と、前記燃料電池の目標発電電流である電流指令値（Ｉｓｏｆｃ＊）を設定し、前記燃料電池が前記電流指令値（Ｉｓｏｆｃ＊）で発電するために必要な燃料を前記燃料電池に供給するように燃料供給制御を行う燃料電池制御部（１２）と、
前記燃料電池の発電電力が最大となる動作点で前記燃料電池を作動させる最大電力点追従制御を行い、前記燃料電池が発電する直流電力を交流変換するパワーコンディショナ（２０）と、
を備え、
前記パワーコンディショナは、外部からの入力信号に基づいて前記燃料電池の発電電力を制限するように構成されており、
前記燃料電池制御部は、前記入力信号として前記出力電力指令値を前記パワーコンディショナに送信する
燃料電池発電システム。
【請求項2】
前記燃料電池制御部は、前記燃料電池の出力電流値（Ｉｓｏｆｃ）と前記電流指令値との差が小さくなるように、前記出力電力指令値を調整する請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項3】
前記燃料電池制御部は、前記燃料電池の出力電力値（Ｐ）と前記出力電力指令値との差が小さくなるように、前記出力電力指令値を調整する請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項4】
前記出力電力値は、前記パワーコンディショナによって交流変換された交流電力である請求項３に記載の燃料電池発電システム。
【請求項5】
前記燃料電池に供給された燃料のうち、発電に用いられることなく前記燃料電池から排出される燃料の濃度を検出する燃料センサ（１５）を備え、
前記燃料電池制御部は、前記燃料電池から排出される燃料の濃度が所定範囲を下回っている場合には、前記電流指令値を増加させ、前記燃料電池から排出される燃料の濃度が所定範囲を上回っている場合には、前記電流指令値を低減させる請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料電池発電システム。
前記燃料電池制御部は、前記燃料電池から排出される燃料の濃度が所定範囲を下回っている場合には、前記電流指令値を増加させ、前記燃料電池から排出される燃料の濃度が所定範囲を上回っている場合には、前記電流指令値を低減させる請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料電池発電システム。
【請求項6】
燃料が供給されることで発電する燃料電池（１０）と、
前記燃料電池の目標発電電力である出力電力指令値（Ｐ＊）と、前記燃料電池の目標発電電流である電流指令値（Ｉｓｏｆｃ＊）を設定し、前記燃料電池が前記電流指令値（Ｉｓｏｆｃ＊）で発電するために必要な燃料を前記燃料電池に供給するように燃料供給制御を行う燃料電池制御部（１２）と、
前記燃料電池が発電する直流電力を交流変換するパワーコンディショナ（２０）と、
を備え、
前記パワーコンディショナは、外部からの入力信号に基づいて前記燃料電池の発電電力を制限するように構成されており、
前記燃料電池制御部は、前記燃料電池の出力特性と前記電流指令値に基づいて、前記燃料電池の目標発電電圧である電圧指令値（Ｖｓｏｆｃ＊）を取得し、前記入力信号として前記電圧指令値を前記パワーコンディショナに送信する
燃料電池発電システム。
前記燃料電池の目標発電電力である出力電力指令値（Ｐ＊）と、前記燃料電池の目標発電電流である電流指令値（Ｉｓｏｆｃ＊）を設定し、前記燃料電池が前記電流指令値（Ｉｓｏｆｃ＊）で発電するために必要な燃料を前記燃料電池に供給するように燃料供給制御を行う燃料電池制御部（１２）と、
前記燃料電池が発電する直流電力を交流変換するパワーコンディショナ（２０）と、
を備え、
前記パワーコンディショナは、外部からの入力信号に基づいて前記燃料電池の発電電力を制限するように構成されており、
前記燃料電池制御部は、前記燃料電池の出力特性と前記電流指令値に基づいて、前記燃料電池の目標発電電圧である電圧指令値（Ｖｓｏｆｃ＊）を取得し、前記入力信号として前記電圧指令値を前記パワーコンディショナに送信する
燃料電池発電システム。
【請求項7】
前記燃料電池に供給された燃料のうち、発電に用いられることなく前記燃料電池から排出される燃料の濃度を検出する燃料センサ（１５）を備え、
前記燃料電池制御部は、前記燃料電池から排出される燃料の濃度が所定範囲を下回っている場合には、前記電圧指令値を増加させ、前記燃料電池から排出される燃料の濃度が所定範囲を上回っている場合には、前記電圧指令値を低減させる請求項６に記載の燃料電池発電システム。
前記燃料電池制御部は、前記燃料電池から排出される燃料の濃度が所定範囲を下回っている場合には、前記電圧指令値を増加させ、前記燃料電池から排出される燃料の濃度が所定範囲を上回っている場合には、前記電圧指令値を低減させる請求項６に記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、燃料電池が発電した直流電力をパワーコンディショナによって交流電力に変換する燃料電池発電システムに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、燃料電池が発電した直流電力をパワーコンディショナ（以下、「ＰＣＳ（Power Conditioning System）」ともいう）で交流電力に変化する燃料電池発電システムが開示されている。特許文献１の燃料電池発電システムでは、ＰＣＳが燃料電池に過度な電力要求をしないように燃料電池の制御部からＰＣＳの制御部に対して現在の電流指令値を常時出力し、ＰＣＳの制御部は電流指令値に基づいてコンバータ及びインバータを制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１４－７１９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記特許文献１の構成では、ＰＣＳは燃料電池の制御部からの電流指令値に基づいて作動するため、燃料電池専用のＰＣＳが必要となる。
【0005】
一方、汎用の太陽電池用ＰＣＳを燃料電池に用いることが考えられるが、太陽電池用ＰＣＳは燃料電池と独立して最大電力点追従制御（以下、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）」ともいう）を行う。このため、燃料電池の電流指令値と実際の出力電流値が解離し、出力電流が過大になった場合には、燃料電池が劣化、損傷するおそれがある。また、燃料電池への供給ガスが規定量より少ない場合には、燃料電池が劣化、損傷するおそれがあり、供給ガスが規定量より多い場合には、発電効率が低下する。
【0006】
本発明は上記点に鑑み、燃料電池の出力制御を行うパワーコンディショナを備える燃料電池発電システムにおいて、燃料電池の電流指令値と実際の出力電流値が解離することを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の燃料電池発電システムは、燃料電池（１０）と、燃料電池制御部（１２）と、パワーコンディショナ（２０）とを備える。燃料電池は、燃料が供給されることで発電する。燃料電池制御部は、燃料電池の目標発電電力である出力電力指令値（Ｐ＊）と、燃料電池の目標発電電流である電流指令値（Ｉｓｏｆｃ＊）を設定し、燃料電池が電流指令値（Ｉｓｏｆｃ＊）で発電するために必要な燃料を燃料電池に供給するように燃料供給制御を行う。パワーコンディショナは、燃料電池の出力電力が最大となる動作点で燃料電池を作動させる最大電力点追従制御を行い、燃料電池が発電する直流電力を交流変換する。
【0008】
パワーコンディショナは、外部からの入力信号に基づいて燃料電池の発電電力を制限するように構成されており、燃料電池制御部は、入力信号として出力電力指令値をパワーコンディショナに送信する。
【0009】
これにより、燃料電池制御部は、パワーコンディショナによる燃料電池の出力制御を外部からコントロールすることができる。パワーコンディショナは、出力電力指令値に基づいて燃料電池の出力電力抑制制御を行うことができ、ＭＰＰＴ制御を行うパワーコンディショナを備える燃料電池発電システムにおいて、燃料電池の電流指令値と実際の出力電流値が解離することを抑制できる。
【0010】
なお、上記各構成要素の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】第１実施形態の燃料電池発電システムの全体構成図である。
【図2】第１実施形態の燃料電池発電システムの作動を示すフローチャートである。
【図3】第１実施形態の燃料電池の電力と電圧の関係を示すグラフである。
【図4】第１実施形態の燃料電池の電流と電圧の関係を示すグラフである。
【図5】第１実施形態の出力電流値Ｉｓｏｆｃの経時的変化を示すグラフである。
【図6】第１実施形態の比較例における出力電流値Ｉｓｏｆｃの経時的変化を示すグラフである。
【図7】第２実施形態の燃料電池発電システムの作動を示すフローチャートである。
【図8】第２実施形態の燃料電池の電力と電圧の関係を示すグラフである。
【図9】第２実施形態の燃料電池の電流と電圧の関係を示すグラフである。
【図10】第２実施形態の出力電流値Ｉｓｏｆｃの経時的変化を示すグラフである。
【図11】第３実施形態の燃料電池発電システムの全体構成図である。
【図12】第３実施形態の燃料電池発電システムの作動を示すフローチャートである。
【図13】第４実施形態の燃料電池発電システムの全体構成図である。
【図14】第４実施形態の燃料電池発電システムの作動を示すフローチャートである。
【図15】第５実施形態の燃料電池発電システムの全体構成図である。
【図16】第６実施形態の燃料電池発電システムの全体構成図である。
【図17】第６実施形態の燃料電池発電システムの制御ブロック図である。
【図18】第６実施形態の燃料電池発電システムの作動を示すフローチャートである。
【図19】第６実施形態の燃料電池発電システムの電流ばらつきを示す図である。
【図20】第７実施形態の燃料電池発電システムの制御ブロック図である。
【図21】第７実施形態の燃料電池発電システムの作動を示すフローチャートである。
【図22】燃料電池発電システムの変形例を示す全体構成図である。
【図23】燃料電池発電システムの変形例を示す全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【0013】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について説明する。図１に示すように、燃料電池発電システム１は、燃料電池１０、ＰＣＳ２０を備えている。本実施形態の燃料電池発電システム１は、燃料電池１０で発電した直流電力がＰＣＳ２０で交流電力に変換され、負荷３０で消費される。燃料電池発電システム１は例えば工場で用いることができ、負荷３０は例えば工場内の電気機器とすることができる。
以下、本発明の第１実施形態について説明する。図１に示すように、燃料電池発電システム１は、燃料電池１０、ＰＣＳ２０を備えている。本実施形態の燃料電池発電システム１は、燃料電池１０で発電した直流電力がＰＣＳ２０で交流電力に変換され、負荷３０で消費される。燃料電池発電システム１は例えば工場で用いることができ、負荷３０は例えば工場内の電気機器とすることができる。
【0014】
燃料電池１０は、燃料である水素と酸化剤である酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する発電装置である。燃料電池１０は、電解質が一対の電極で挟まれた単セルが複数積層されたスタック構造を備えている。本実施形態では、燃料電池１０として酸素イオン導電性酸化物からなる電解質を使用した固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ、Solid Oxide Fuel Cell）を用いている。
【0015】
燃料電池１０には、燃料供給装置１１から水素が供給される。燃料供給装置１１としては、例えば高圧の水素が充填された水素タンクを用いることができる。燃料供給装置１１から燃料電池１０への水素供給量は、燃料電池制御部１２によって制御される。
【0016】
図１では図示を省略しているが、燃料電池１０には空気が供給される。燃料電池１０では、水素と空気中の酸素との電気化学反応が起こり電気エネルギが発生する。燃料電池１０に供給された水素のうち、電気化学反応に用いられなかった未反応水素は排ガスとして燃料電池１０から排出される。
【0017】
燃料電池制御部１２から燃料供給装置１１には、燃料電池１０の目標発電電流である電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊が出力される。電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊は、燃料電池１０が電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊を発電するために必要な水素供給量に相当する値である。燃料供給装置１１は、電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊に基づいて燃料電池１０への水素供給量を調整する。つまり、本実施形態では、電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊を用いて燃料電池１０に対する燃料供給制御が行われる。なお、本実施形態において、「＊」が付された符号は、制御対象機器に送信される制御指令値を意味している。
【0018】
燃料電池制御部１２には、電力会社から電力指令値Ｐ０＊が入力可能となっている。電力指令値Ｐ０＊は、電力会社が指定する燃料電池１０の発電量であり、例えば電力会社が燃料電池１０の発電量を制限する場合に、電力会社から燃料電池制御部１２に入力する。
【0019】
燃料電池制御部１２は、電力指令値Ｐ０＊が入力した場合には、電力指令値Ｐ０＊を超えない範囲で出力電力指令値Ｐ＊を決定し、電力指令値Ｐ０＊が入力していない場合には、負荷３０の必要電力等に基づいて出力電力指令値Ｐ＊を決定する。出力電力指令値Ｐ＊は、燃料電池１０の目標発電電力であり、燃料電池制御部１２から後述するＰＣＳ制御部２３に出力される。
【0020】
燃料電池１０の電力供給用の配線には、燃料電池１０の出力電流値Ｉｓｏｆｃを検出するＦＣ出力電流センサ１３と、燃料電池１０の出力電圧値Ｖｓｏｆｃを検出するＦＣ出力電圧センサ１４が設けられている。ＦＣ出力電流センサ１３で検出した出力電流値Ｉｓｏｆｃと、ＦＣ出力電圧センサ１４で検出した出力電圧値Ｖｓｏｆｃは、それぞれ燃料電池制御部１２に入力する。
【0021】
ＰＣＳ２０は、商用系統電源３１に系統連系させるために、燃料電池１０が出力する直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナである。本実施形態では、ＰＣＳ２０として、ＭＰＰＴ制御機能を備える太陽電池用ＰＣＳを用いている。
【0022】
本実施形態のＰＣＳ２０は、燃料電池１０が出力する直流電力を商用系統電源３１と同じ２００Ｖの三相交流電力に変換する。負荷３０には、ＰＣＳ２０または商用系統電源３１のいずれか、あるいはＰＣＳ２０および商用系統電源３１の両方から電力が供給される。
【0023】
ＰＣＳ２０は、コンバータ２１、インバータ２２、ＰＣＳ制御部２３を有している。コンバータ２１は、燃料電池１０が発電する直流電力が入力し、入力した直流電力の電圧を変換して昇圧する。コンバータ２１は、燃料電池１０の出力電圧を変化させることができる。インバータ２２は、コンバータ２１で昇圧された直流電力を交流電力に変換する。ＰＣＳ制御部２３は、コンバータ２１およびインバータ２２の作動を制御する。
【0024】
ＰＣＳ２０は、燃料電池１０の出力電力が最大となる動作点で燃料電池１０を作動させる最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ制御）を行う。ＭＴＴＰ制御では、燃料電池１０の出力電圧を変動させ、出力電圧を変動させる前後の燃料電池の出力電力を比較し、出力電力が最大となるように出力電圧を制御する。
【0025】
ＰＣＳ制御部２３は、外部からの入力信号に基づいて燃料電池１０の発電電力を制限する出力電力抑制制御を行う。ＰＣＳ制御部２３には、入力信号として燃料電池制御部１２から出力電力指令値Ｐ＊が入力する。ＰＣＳ制御部２３は、燃料電池１０の出力電力値Ｐが出力電力指令値Ｐ＊を超えないように、燃料電池１０の出力電力抑制制御を行う。つまり、ＰＣＳ制御部２３による燃料電池１０の出力制御は、外部から制御可能となっている。
【0026】
ＰＣＳ２０には、コンバータ２１に入力する燃料電池の出力電流値Ｉｓｏｆｃを検出するＰＣＳ入力電流センサ２４と、コンバータ２１に入力する燃料電池の出力電圧値Ｖｓｏｆｃを検出するＰＣＳ入力電圧センサ２５が設けられている。ＰＣＳ入力電流センサ２４で検出した出力電流値Ｉｓｏｆｃと、ＰＣＳ入力電圧センサ２５で検出した出力電圧値Ｖｓｏｆｃは、それぞれＰＣＳ制御部２３に入力する。
【0027】
ＰＣＳ２０には、インバータ２２が出力する交流電流値Ｉａｃを検出するＰＣＳ出力電流センサ２６と、インバータ２２が出力する交流電圧値Ｖａｃを検出するＰＣＳ出力電圧センサ２７が設けられている。ＰＣＳ出力電流センサ２６で検出した交流電流値Ｉａｃと、ＰＣＳ出力電圧センサ２７で検出した交流電圧値Ｖａｃは、それぞれＰＣＳ制御部２３に入力する。
【0028】
次に、上記構成を備える燃料電池発電システム１の作動を図２のフローチャートを用いて説明する。図２に示すフローチャートの各処理は、繰り返し実行される。図２に示すフローチャートは、燃料電池制御部１２が行う処理と、ＰＣＳ制御部２３が行う処理が含まれている。図２では、Ｓ１０１、Ｓ１０３は燃料電池制御部１２が行う処理であり、Ｓ１０１、Ｓ１０３以外はＰＣＳ制御部２３が行う処理である。
【0029】
まず、Ｓ１００で、電圧制御値Ｖおよび出力電力値Ｐに、それぞれの前回値Ｖｓ、Ｐｓを設定する。電圧制御値ＶはＰＣＳ２０による燃料電池１０の電圧制御の制御目標値である。出力電力値Ｐは燃料電池１０が発電した直流電力の測定値である。なお、本実施形態において、「ｓ」が付された符号は、図２のフローチャートが一巡する前の処理で用いられた前回値を示している。
【0030】
次に、Ｓ１０１で、電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊、出力電力指令値Ｐ＊を更新するか否かを判定する。電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊、出力電力指令値Ｐ＊の更新は、例えば以下のような場合に行われる。燃料電池１０は、起動時に出力電力が徐々に上昇するため、出力電力の上昇速度に合わせて、電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊および出力電力指令値Ｐ＊を更新し、燃料電池１０への水素供給量を増大させる。あるいは負荷３０の必要電力が変動した場合には、電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊および出力電力指令値Ｐ＊を更新し、燃料電池１０への水素供給量を変動させる。
【0031】
Ｓ１０１で電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊、出力電力指令値Ｐ＊を更新しないと判定された場合には、Ｓ１０２で電圧制御値ＶにΔＶを加算する。ΔＶは、電圧制御値Ｖを増加または減少させる変動値であり、「＋」または「－」の符号が設定されている。ΔＶに「＋」の符号が設定されている場合には、Ｓ１０２で電圧制御値ＶがΔＶだけ増大し、ΔＶに「－」の符号が設定されている場合には、Ｓ１０２で電圧制御値ＶがΔＶだけ減少する。ＰＣＳ２０は、電圧制御値Ｖに基づいてコンバータ２１による燃料電池１０の電圧制御を行う。
【0032】
次に、Ｓ１０３で出力電力値Ｐを測定する。出力電力値Ｐは、ＰＣＳ入力電流センサ２４で検出した出力電流値ＩｓｏｆｃとＰＣＳ入力電圧センサ２５で検出した出力電圧値Ｖｓｏｆｃの積から求めることができる。
【0033】
次に、Ｓ１０４で出力電力値Ｐが出力電力指令値Ｐ＊を下回っているか否かを判定する。Ｓ１０４で出力電力値Ｐが出力電力指令値Ｐ＊を下回っていると判定された場合には、Ｓ１０５で出力電力値Ｐが前回電力値Ｐｓを上回っているか否かを判定する。
【0034】
Ｓ１０５で出力電力値Ｐが前回電力値Ｐｓを上回っていると判定された場合には、最大電力点に到達していないと判断できるので、Ｓ１０６でΔＶの符号を変更せず、そのままとする。一方、Ｓ１０５で出力電力値Ｐが前回電力値Ｐｓを上回っていないと判定された場合には、最大電力点に到達したと判断できるので、Ｓ１０７でΔＶの符号を反転する。つまり、ΔＶの符号が「＋」の場合は「－」に変更し、ΔＶの符号が「－」の場合は「＋」に変更する。
【0035】
そして、Ｓ１０８で、前回電力値Ｐｓに出力電力値Ｐを設定し、Ｓ１０１に戻る。以上の処理によって、燃料電池発電システム１はＭＰＰＴ制御を行うことができる。
【0036】
次に、Ｓ１０１で電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊、出力電力指令値Ｐ＊を更新すると判定された場合には、Ｓ１０９で電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊等が更新された後の電圧制御値Ｖおよび出力電力値Ｐを、それぞれの前回値Ｖｓ、Ｐｓとして設定し、Ｓ１００の処理に戻る。これにより、前回値Ｖｓ、Ｐｓが現在の電圧制御値Ｖおよび出力電力値Ｐから大きくずれることを抑制できる。
【0037】
次に、Ｓ１０４で、出力電力値Ｐが出力電力指令値Ｐ＊を下回っていないと判定された場合には、Ｓ１１０～Ｓ１１２で燃料電池１０の発電電力を抑制する出力電力抑制制御を行う。
【0038】
Ｓ１１０では、出力電力値Ｐが前回電力値Ｐｓと等しいか否かを判定する。Ｓ１１０で出力電力値Ｐが前回電力値Ｐｓと等しいと判定された場合には、Ｓ１１１で前回電力値Ｐｓに出力電力値Ｐを設定し、Ｓ１０３に戻る。これにより、何らかの要因によって出力電力値Ｐが変動しない限り、電圧制御値Ｖは変更されず、出力電力値Ｐは一定になる。
【0039】
一方、Ｓ１１０で出力電力値Ｐが前回電力値Ｐｓと等しくない、すなわち出力電力値Ｐが出力電力指令値Ｐ＊を上回っていると判定された場合には、Ｓ１１２でΔＶの符号を「－」とし、Ｓ１０１に移行する。これにより、次回のＳ１０２で電圧制御値ＶからΔＶが減算される。
【0040】
【0041】
まず、図２のＳ１０４、Ｓ１１０～Ｓ１１２の出力電力抑制制御を行う場合について説明する。図３に示すように、出力電力指令値Ｐ＊がＰ４とＰ５の間に設定されており、図４に示すように、電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊がＩ４とＩ５の間に設定されているものとする。
【0042】
電圧制御値ＶがＶ０、Ｖ１、Ｖ２・・・の順に変化すると、出力電流値ＩｓｏｆｃはＩ０、Ｉ１、Ｉ２の順に変化し、出力電力値ＰはＰ０、Ｐ１、Ｐ２・・・の順に変化する。そして、出力電力値Ｐが最大電力点Ｐ５に到達した場合には、Ｓ１０４で出力電力値Ｐが出力電力指令値Ｐ＊を下回っていないと判定される。
【0043】
Ｓ１１０では、出力電力値Ｐが前回電力値Ｐｓと等しくない、すなわち出力電力値Ｐが出力電力指令値Ｐ＊を上回っていると判定され、Ｓ１１２でΔＶの符号が「＋」から「－」に反転し、次回のＳ１０２で電圧制御値ＶからΔＶが減算される。これにより、電圧制御値ＶはＶ５からＶ４に移行し、出力電流値ＩｓｏｆｃはＩ５からＩ４に移行し、Ｓ１０３で測定される出力電力値ＰはＰ５からＰ４に移行する。
【0044】
Ｓ１０４では、出力電力値Ｐが出力電力指令値Ｐ＊を下回っていないと判定され、Ｓ１０５では、出力電力値Ｐが前回電力値Ｐｓを上回っていないと判定され、Ｓ１０７でΔＶの符号が「－」から「＋」に反転する。
【0045】
次回のＳ１０２では電圧制御値ＶにΔＶが加算される。これにより、電圧制御値ＶはＶ４からＶ５に移行し、出力電流値ＩｓｏｆｃはＩ４からＩ５に移行し、Ｓ１０３で測定される出力電力値ＰはＰ４からＰ５に移行する。
【0046】
つまり、Ｓ１０４、Ｓ１１０～Ｓ１１２の出力制御処理を行うＭＰＰＴ制御では、出力電力値ＰはＰ４－Ｐ５－Ｐ４の順に変動する。このため、図３に示すように、出力電力値ＰはＰ４とＰ５の間で脈動が生じる。図３、図４に示すように、出力電圧値ＶｓｏｆｃはＶ４とＶ５の間で脈動が生じる。図４、図５に示すように、出力電流値ＩｓｏｆｃはＩ４とＩ５の間で脈動が生じる。
【0047】
次に、図２のＳ１０４、Ｓ１１０～Ｓ１１２の出力電力抑制制御を行わない場合のＭＰＰＴ制御を比較例として説明する。
【0048】
電圧制御値ＶがＶ０、Ｖ１、Ｖ２・・・の順に変化すると、出力電流値ＩｓｏｆｃはＩ０、Ｉ１、Ｉ２の順に変化し、出力電力値ＰはＰ０、Ｐ１、Ｐ２・・・の順に変化する。出力電力値Ｐは、Ｓ１０５の判定処理で出力電力値Ｐが前回値Ｐｓを上回っていないと判定されるまで増大する。
【0049】
出力電力値ＰがＰ５からＰ６に移行した場合に、Ｓ１０５の判定処理で出力電力値Ｐが前回電力値Ｐｓを上回っていないと判定され、Ｓ１０７でΔＶの符号が反転する。これにより、出力電力値ＰはＰ６からＰ５に移行し、さらにＰ４に移行する。
【0050】
出力電力値ＰがＰ５からＰ４に移行した場合に、Ｓ１０５の判定処理で出力電力値Ｐが前回電力値Ｐｓを上回っていないと判定され、Ｓ１０７でΔＶの符号が反転する。これにより、出力電力値ＰはＰ４からＰ５に減少し、さらにＰ６に移行する。
【0051】
つまり、Ｓ１０４、Ｓ１１０～Ｓ１１２の出力制御処理を行わないＭＰＰＴ制御では、出力電力値ＰはＰ４－Ｐ５－Ｐ６－Ｐ５－Ｐ４の順に変動し、出力電力値ＰはＰ４とＰ６の間で脈動が生じる。また、図６に示すように、出力電流値ＩｓｏｆｃはＩ４とＩ６の間で脈動が生じる。
【0052】
以上説明した本実施形態では、燃料電池制御部１２からＰＣＳ制御部２３に出力電力指令値Ｐ＊を送信し、ＰＣＳ制御部２３は出力電力指令値Ｐ＊に基づいて燃料電池１０の出力電力抑制制御を行っている。つまり、燃料電池制御部１２は、ＰＣＳ２０による燃料電池１０の出力制御を外部からコントロールしている。燃料電池１０の出力電力抑制制御では、燃料電池１０の出力電力値Ｐが出力電力指令値Ｐ＊を超えた場合に電圧制御値Ｖを低下させ、燃料電池１０の出力電力値Ｐが出力電力指令値Ｐ＊と一致した場合に出力電力値Ｐを一定にしている。
【0053】
これにより、燃料電池１０の出力電流値Ｉｓｏｆｃの変動幅を小さくして脈動を抑制することができる。この結果、ＭＰＰＴ制御を行うＰＣＳ２０を備える燃料電池発電システム１において、燃料電池１０の電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊と実際の出力電流値Ｉｓｏｆｃが解離することを抑制できる。
【0054】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【0055】
本第２実施形態の燃料電池発電システム１は、図１で説明した上記第１実施形態と同様の構成を備えている。本第２実施形態では、電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊と出力電流値Ｉｓｏｆｃの差が小さくなるように出力電力指令値Ｐ＊を調整している。
【0056】
本第２実施形態の燃料電池発電システム１の作動を図７のフローチャートを用いて説明する。図７のフローチャートは、燃料電池制御部１２が実行する処理である。図７に示す各処理は、上記第１実施形態で図２を用いて説明した各処理と平行して実施される。
【0057】
まず、Ｓ２００で、電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊および出力電力指令値Ｐ＊に、それぞれの前回値Ｉｓｏｆｃｓ＊、Ｐｓ＊を設定し、さらにＦｌａｇに「０」を設定する。Ｆｌａｇは、現在設定されている電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊での燃料電池１０の出力特性において、出力電力値Ｐが最大電力点を超えたか否かを示している。出力電力値Ｐが最大電力点を超えていない場合にはＦｌａｇは「０」に設定され、出力電力値Ｐが最大電力点を超えた場合にはＦｌａｇは「１」に設定される。Ｆｌａｇは、後述のＳ２０６またはＳ２０７で設定される。
【0058】
次に、Ｓ２０１で電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊を更新するか否かを判定する。Ｓ２０１で電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊を更新しないと判定された場合には、Ｓ２０２で出力電力指令値Ｐ＊にΔＰ＊を加算する。ΔＰ＊は、出力電力指令値Ｐ＊を増加または減少させる変動値であり、「＋」または「－」の符号が設定されている。ΔＰ＊に「＋」の符号が設定されている場合には、Ｓ２０２で出力電力指令値Ｐ＊がΔＰ＊だけ増大し、ΔＰ＊に「－」の符号が設定されている場合には、Ｓ２０２で出力電力指令値Ｐ＊がΔＰ＊だけ減少する。
【0059】
Ｓ２０２で設定された出力電力指令値Ｐ＊は、燃料電池制御部１２からＰＣＳ制御部２３に送信される。ＰＣＳ制御部２３では、出力電力指令値Ｐ＊に基づいて燃料電池１０の出力制御を行う。
【0060】
次に、Ｓ２０３で電流値差分ΔＩｓｏｆｃを取得する。Ｓ２０３では、ΔＩｓｏｆｃを出力電流値Ｉｓｏｆｃから電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊を減算した差分の絶対値として算出している。
【0061】
次に、Ｓ２０４でＦｌａｇ＝０であるか否かを判定する。Ｓ２０４では、Ｓ２０２で出力電力指令値Ｐ＊を変化させた後に出力電力値Ｐが最大電力点に到達しておらず、後述のＳ２０８でΔＰ＊の符号を変化させる処理が行われていない場合に、Ｆｌａｇ＝０であると判定される。
【0062】
Ｓ２０４でＦｌａｇ＝０である、すなわち出力電力値Ｐが最大電力点を超えていないと判定された場合には、Ｓ２０５で電流値差分ΔＩｓｏｆｃと前回値ΔＩｓｏｆｃｓを比較する。前回値ΔＩｓｏｆｃｓは、図７のフローチャートが一巡する前の処理で用いられた電流値差分ΔＩｓｏｆｃの前回値であり、Ｓ２０２で出力電力指令値Ｐ＊を変化させる前の値である。
【0063】
出力電流値Ｉｓｏｆｃが電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊に近づいている場合には、電流値差分ΔＩｓｏｆｃは前回値ΔＩｓｏｆｃｓよりも小さくなる。出力電流値Ｉｓｏｆｃが電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊から遠ざかっている場合には、電流値差分ΔＩｓｏｆｃは前回値ΔＩｓｏｆｃｓよりも大きくなる。
【0064】
出力電力値Ｐが最大電力点を超えていない場合には、電流値差分ΔＩｓｏｆｃは前回値ΔＩｓｏｆｃｓよりも減少し、出力電力値Ｐが最大電力点を超えた場合には、電流値差分ΔＩｓｏｆｃは前回値ΔＩｓｏｆｃｓよりも増大する。電流値差分ΔＩｓｏｆｃと前回値ΔＩｓｏｆｃｓを比較することで、出力電力値Ｐが現在の電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊で得られる最大電力点を超えたか否かを判定することができる。
【0065】
Ｓ２０５で電流値差分ΔＩｓｏｆｃが前回値ΔＩｓｏｆｃｓより小さいと判定された場合には、ΔＰ＊の符号をそのまま変更せず、Ｆｌａｇに「０」を設定する。一方、Ｓ２０５で電流値差分ΔＩｓｏｆｃが前回値ΔＩｓｏｆｃｓより大きいと判定された場合には、ΔＰ＊の符号を反転させ、Ｆｌａｇに「１」を設定する。
【0066】
そして、Ｓ２０８で、前回電力指令値Ｐｓ＊に出力電力指令値Ｐ＊を設定し、前回電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊に電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊を設定し、Ｓ２０１に戻る。
【0067】
次に、Ｓ２０１で電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊を更新すると判定された場合には、Ｓ２０９で更新後の電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊を前回値Ｉｓｏｆｃｓ＊に設定し、更新後の出力電力指令値Ｐ＊を前回値Ｐｓ＊に設定する。これにより、前回値Ｉｓｏｆｃｓ＊、Ｐｓ＊が現在の電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊および出力電力指令値Ｐ＊から大きくずれることを抑制できる。
【0068】
次に、Ｓ２０４でＦｌａｇ＝０ではない、すなわち出力電力値Ｐが最大電力点を超えていると判定された場合には、Ｓ２１０でΔＩｓｏｆｃが所定値以下であるかを判定する。所定値は、出力電流値Ｉｓｏｆｃと電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊の差の許容値であり、任意に設定することができる。
【0069】
Ｓ２１０でΔＩｓｏｆｃが所定値以下であると判定された場合には、Ｓ２１１でΔＰ＊に「０」を設定し、Ｓ２０１に戻る。これにより、次回以降のＳ２０２で出力電力指令値Ｐ＊が変更されず、出力電力指令値Ｐ＊は一定になる。
【0070】
一方、Ｓ２１０でΔＩｓｏｆｃが所定値以下でないと判定された場合には、Ｓ２１２でΔＰ＊を１／２倍し、Ｆｌａｇに「０」を設定し、Ｓ２０１に戻る。これにより、Ｓ２０２での出力電力指令値Ｐ＊の変動幅を小さくすることができる。
【0071】
【0072】
図８に示すように、出力電力指令値Ｐ＊が出力電力値Ｐ４とＰ５の間に設定されており、図９に示すように、電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊が出力電流値Ｉ４とＩ５の間に設定されているものとする。本第２実施形態のＳ２１０～Ｓ２１２の制御処理が実行されることで、出力電力指令値Ｐ＊は徐々にＰ４またはＰ５といった電力制御点に近づいていき、脈動を小さくすることができる。また、図９、図１０に示すように、出力電流値ＩｓｏｆｃはＩ４またはＩ５に近づいていき、脈動を小さくすることができる。
【0073】
以上説明した本第２実施形態では、電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊と出力電流値Ｉｓｏｆｃの差が小さくなるように出力電力指令値Ｐ＊を調整している。具体的には、出力電力指令値Ｐ＊を変動させ、電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊と出力電流値Ｉｓｏｆｃの差が拡大した場合に、出力電力値Ｐが最大電力点を超えたと判断し、出力電力指令値Ｐ＊の変動幅を小さくしている。これにより、出力電力指令値Ｐ＊をいずれかの電力制御点に近づけることができる。この結果、電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊と出力電流値Ｉｓｏｆｃの差を小さくすることができる。
【0074】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【0075】
図１１に示すように、本第３実施形態の燃料電池発電システム１では、ＰＣＳ２０の電力供給用の配線に、出力電流センサ３２と出力電圧センサ３３が設けられている。出力電流センサ３２は、ＰＣＳ２０が出力する交流電流値Ｉａｃを検出する。出力電圧センサ３３は、ＰＣＳ２０が出力する交流電圧値Ｖａｃを検出する。出力電流センサ３２で検出した交流電流値Ｉａｃと、出力電圧センサ３３で検出した交流電圧値Ｖａｃは、それぞれ燃料電池制御部１２に入力する。
【0076】
次に、本第３実施形態の燃料電池発電システム１の作動を図１２のフローチャートを用いて説明する。図１２のフローチャートは、燃料電池制御部１２が実行する処理である。図１２において、Ｓ２００～Ｓ２１２の処理は上記第２実施形態と同一であるので説明を省略する。
【0077】
本第３実施形態では、Ｓ２０３でΔＩｓｏｆｃを算出した後、Ｓ２１３で電力値差分ΔＰを取得する。Ｓ２１３では、ΔＰをＰＣＳ２０の出力電力値Ｐから出力電力指令値Ｐ＊を減算した差分の絶対値として算出している。ＰＣＳ２０の出力電力値Ｐは、出力電流センサ３２で検出した交流電流値Ｉａｃと出力電圧センサ３３で検出した交流電圧値Ｖａｃの積から得られる交流電力である。
【0078】
次に、Ｓ２１４でΔＰが所定値以下であるかを判定する。所定値は、出力電力値Ｐと出力電力指令値Ｐ＊の差の許容値であり、任意に設定することができる。
【0079】
Ｓ２１４でΔＰが所定値以下であると判定された場合には、Ｓ２０４の処理に移行する。一方、Ｓ２１４でΔＰが所定値以下ではないと判定された場合には、出力電力値Ｐに対して出力電力指令値Ｐ＊が高すぎると判断できる。そこで、Ｓ２１５で出力電力指令値Ｐ＊および電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊を低減し、Ｓ２０１の処理に移行する。Ｓ２０１では、Ｉｓｏｆｃ＊が更新されたと判定されるので、Ｓ２０９の処理が行われる。
【0080】
以上説明した本第３実施形態では、出力電力値Ｐと出力電力指令値Ｐ＊の差であるΔＰが小さくなるように、出力電力指令値Ｐ＊および電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊を調整している。これにより、燃料電池１０の発電状態に応じて出力電力指令値Ｐ＊および電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊を適切に修正することができる。
【0081】
燃料電池１０は、出力電力指令値Ｐ＊や電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊の変更後、出力電力値Ｐや出力電流値Ｉｓｏｆｃが変動するのに時間がかかることが一般的である。これに対し、ＰＣＳ２０は、変更された出力電力指令値Ｐ＊に基づいて燃料電池１０の電圧制御を行うため、出力電力指令値Ｐ＊と出力電力値Ｐの差分が大きくなることがある。このため、ΔＰに基づいて出力電力指令値Ｐ＊を修正することで、燃料電池１０の発電状態に対応してＰＣＳ２０による燃料電池１０の電圧制御を行うことができる。
【0082】
また、本第３実施形態では、燃料電池１０の出力電力値ＰとしてＰＣＳ２０が出力する交流電力を用いている。このため、ＰＣＳ２０における電力損失等を考慮して出力電力指令値Ｐ＊の調整を行うことができる。
【0083】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
次に、本発明の第４実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【0084】
図１３に示すように、本第４実施形態の燃料電池発電システム１には、燃料電池１０の発電後の排ガスに含まれる水素の濃度を検出する水素センサ１５が設けられている。水素センサ１５は、燃料電池１０に供給された水素のうち、発電に用いられることなく燃料電池１０から排出される水素の濃度を検出する。水素センサ１５で検出した水素濃度は、燃料電池制御部１２に入力する。なお、水素センサ１５は、本発明の燃料センサに相当している。
【0085】
次に、本第４実施形態の燃料電池発電システム１の作動を図１４のフローチャートを用いて説明する。図１４のフローチャートは、燃料電池制御部１２が実行する処理である。図１２において、Ｓ２００～Ｓ２１２の処理は上記第２実施形態と同一であり、Ｓ２１３～Ｓ２１５の処理は上記第３実施形態と同一であるので説明を省略する。
【0086】
図１４に示すように、本第４実施形態では、Ｓ２０１で電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊を更新しないと判定された場合に、Ｓ２１６で水素センサ１５で検出した水素濃度が所定範囲内であるか否かを判定する。「所定範囲」は、燃料電池１０が電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊を発電するために必要な量の水素が供給された場合の排ガスに含まれる水素濃度の範囲である。
【0087】
Ｓ２１６で水素濃度が所定範囲内であると判定された場合には、燃料電池１０への水素供給量が正常であると判断でき、Ｓ２０２の処理に移行する。一方、Ｓ２１６で水素濃度が所定範囲内でないと判定された場合には、Ｓ２１７で電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊および出力電力指令値Ｐ＊を調整し、Ｓ２０２の処理に移行する。
【0088】
Ｓ２１７では、水素濃度に基づいて電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊および出力電力指令値Ｐ＊の増減が行われる。
【0089】
水素濃度が所定範囲よりも高い場合には、燃料電池１０への水素供給量が過剰であり、電気化学反応に用いられない水素が多いと判断できるので、燃料電池１０への水素供給量を減少させるために電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊または出力電力指令値Ｐ＊を低減する。これにより、燃料電池１０への水素供給量を低減させ、燃料電池１０の発電効率を向上させることができる。
【0090】
水素濃度が所定範囲よりも低い場合には、燃料電池１０への水素供給量が不足しており、燃料電池１０が酸化して劣化するおそれがあると判断できるので、供給水素ガスを増加させるために電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊または出力電力指令値Ｐ＊を増大する。これにより、燃料電池１０への水素供給量を増大することができる。
【0091】
以上説明した本第４実施形態では、燃料電池１０の排ガス中の水素濃度に基づいて電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊を調整している。これにより、燃料電池１０の発電状態に応じて電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊および出力電力指令値Ｐ＊を適切に調整することができる。
【0092】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
次に、本発明の第５実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【0093】
図１５に示すように、本第５実施形態の燃料電池発電システム１では、ＦＣ出力電流センサ１３およびＦＣ出力電圧センサ１４が設けられていない。燃料電池制御部１２には、ＰＣＳ制御部２３から、ＰＣＳ入力電流センサ２４で検出した出力電流値Ｉｓｏｆｃと、ＰＣＳ入力電圧センサ２５で検出した出力電圧値Ｖｓｏｆｃが送信される。燃料電池制御部１２は、ＰＣＳ制御部２３から受信した出力電流値Ｉｓｏｆｃおよび出力電圧値Ｖｓｏｆｃを用いて各種制御を行う。
【0094】
以上説明した本第５実施形態によれば、ＰＣＳ２０が出力電流値Ｉｓｏｆｃおよび出力電圧値Ｖｓｏｆｃを外部の燃料電池制御部１２に送信することで、ＦＣ出力電流センサ１３およびＦＣ出力電圧センサ１４を省略することができる。これにより、燃料電池発電システム１の構成を簡素化することができる。
【0095】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
次に、本発明の第６実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【0096】
図１６に示すように、本第６実施形態の燃料電池発電システム１では、燃料電池制御部１２からＰＣＳ制御部２３に電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊が送信される。電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊は、燃料電池１０の目標発電電圧である。ＰＣＳ制御部２３は、外部から電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊を受信した場合には、ＭＰＰＴ制御を停止し、電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊に基づいて燃料電池１０の出力電圧値Ｖｓｏｆｃが一定になるように制御する電圧一定制御を行う。
【0097】
次に、図１７の制御ブロック図を用いて燃料電池制御部１２が電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊を取得する手順を説明する。
【0098】
まず、燃料電池制御部１２は燃料電池１０の電流と電圧の関係を示す出力特性を取得する。燃料電池１０の出力特性は、燃料電池１０の電流と電圧を変数とした回帰直線として得られる。
【0099】
燃料電池１０の出力特性は、ＦＣ出力電流センサ１３で検出した出力電流値ＩｓｏｆｃおよびＦＣ出力電圧センサ１４で検出した出力電圧値Ｖｓｏｆｃを用いて回帰計算を行うことで取得することができる。あるいは、燃料電池１０の出力特性が判明している場合には、燃料電池１０の電流および電圧を測定することなく、予め設定された出力特性を用いてもよい。
【0100】
燃料電池１０の出力特性は燃料電池１０の温度によって変動するため、燃料電池制御部１２は温度設定値Ｔ（ｉ）＊での出力特性を取得する。温度設定値Ｔ（ｉ）＊は、燃料電池１０の運転温度として設定される値である。燃料電池１０の運転温度は燃料供給量などに応じて変動するため、温度設定値Ｔ（ｉ）＊は電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊に基づいて設定できる。なお、Ｔ（ｉ）＊のｉは自然数であり、例えばＴ（１）＊＝６００℃、Ｔ（２）＊＝６５０℃、Ｔ（３）＊＝７００℃、・・・のように設定することができる。
【0101】
燃料電池制御部１２は、電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊と燃料電池１０の出力特性を用いて暫定電圧指令値Ｖｓｏｆｃ（Ｔ（ｉ）＊）＊を算出する。さらに燃料電池制御部１２は、暫定電圧指令値Ｖｓｏｆｃ（Ｔ（ｉ）＊）＊と、出力電流値Ｉｓｏｆｃおよび電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊の差を補正するためのＰＩ制御の補正項を加算することで、電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊を算出する。
【0102】
【0103】
まず、Ｓ３００で電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊、温度設定値Ｔ（ｉ）＊を設定し、Ｓ３０１でこれらの設定値（Ｉｓｏｆｃ＊、Ｔ（ｉ）＊）が変更されたか否かを判定する。
【0104】
Ｓ３０１で設定値が変更されていないと判定された場合は、Ｓ３００の処理に戻る。一方、Ｓ３０１で設定値が変更されたと判定された場合は、Ｓ３０２でＦＣ出力電流センサ１３を用いて出力電流値Ｉｓｏｆｃを検出する。
【0105】
次に、Ｓ３０３で温度設定値Ｔ（ｉ）＊を用いて燃料電池１０の出力特性を取得する。続いて、Ｓ３０４で電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊を用いて燃料電池１０の出力特性から暫定電圧指令値Ｖｓｏｆｃ（Ｔ（ｉ）＊）＊を算出する。Ｖｓｏｆｃ（Ｔ（ｉ）＊）＊は、Ｔ（ｉ）＊における燃料電池１０の出力特性を示す回帰直線として得られる。Ｓ３０４では、以下の数式（１）によって暫定電圧指令値Ｖｓｏｆｃ（Ｔ（ｉ）＊）＊を算出できる。
【0106】
Ｖｓｏｆｃ（Ｔ（ｉ）＊）＊＝ａ（Ｔ（ｉ）＊）×Ｉｓｏｆｃ＊ ＋ ｂ（Ｔ（ｉ）＊）…（１）
数式（１）において、ａ（Ｔ（ｉ）＊）は回帰直線の傾きであり、ｂ（Ｔ（ｉ）＊）は回帰直線の切片である。
数式（１）において、ａ（Ｔ（ｉ）＊）は回帰直線の傾きであり、ｂ（Ｔ（ｉ）＊）は回帰直線の切片である。
【0107】
次に、Ｓ３０５で電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊を算出する。Ｓ３０５では、以下の数式（２）によって電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊を算出できる。
【0108】
Ｖｓｏｆｃ＊＝Ｖｓｏｆｃ（Ｔ（ｉ）＊）＊ ＋ ＰＩ制御補正項…（２）
暫定電圧指令値Ｖｓｏｆｃ（Ｔ（ｉ）＊）＊は、燃料電池１０の出力特性と電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊から求まるフィードフォワード項である。ＰＩ制御補正項は、出力電流値Ｉｓｏｆｃと電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊の差を補正するためのＰＩ制御の補正項である。
暫定電圧指令値Ｖｓｏｆｃ（Ｔ（ｉ）＊）＊は、燃料電池１０の出力特性と電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊から求まるフィードフォワード項である。ＰＩ制御補正項は、出力電流値Ｉｓｏｆｃと電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊の差を補正するためのＰＩ制御の補正項である。
【0109】
燃料電池制御部１２は、以上の各処理を実行することで得られた電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊をＰＣＳ制御部２３に送信する。電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊を受信したＰＣＳ制御部２３は、燃料電池１０が出力する出力電圧値Ｖｓｏｆｃが電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊となるように、燃料電池１０の電圧一定制御を行う。
【0110】
次に、図１９を用いて本第６実施形態の電圧一定制御を行った場合の燃料電池１０の電流のばらつきについて説明する。図１９では、横軸が燃料電池１０の出力電力値Ｐであり、縦軸がＰＣＳ２０に入力する出力電流値Ｉｓｏｆｃである。
【0111】
図１９では、本第６実施形態の電流ばらつきを「×」で示している。図１９では比較のために、ＭＰＰＴ制御のみを行った場合の電流ばらつきを「□」で示し、第１実施形態の出力電力抑制制御を行った場合の電流ばらつきを「〇」で示している。
【0112】
図１９に示すように、ＭＰＰＴ制御のみを行った場合には、出力電流値のばらつきが大きくなっている。ＰＣＳ制御部２３が取得する燃料電池１０の出力電力値Ｐは、センサ誤差等によってばらつくことがある。ＭＰＰＴ制御では、ばらついた出力電力値Ｐに基づいて燃料電池１０の出力制御を行うため、燃料電池１０の電流および電圧の変動が大きくなりやすい。
【0113】
これに対し、第１実施形態の出力電力抑制制御を行った場合には、ＭＰＰＴ制御のみを行った場合よりも、出力電流値のばらつきが小さくなっている。さらに本第６実施形態の電圧一定制御を行った場合には、第１実施形態の出力電力抑制制御を行った場合よりも出力電流値のばらつきが小さくなっており、ほぼ一定になっている。
【0114】
以上説明した第６実施形態では、燃料電池制御部１２からＰＣＳ制御部２３に電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊を送信することで、ＰＣＳ制御部２３はＭＰＰＴ制御を行わず、電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊に基づいて電圧一定制御を行う。これにより、燃料電池１０の電流ばらつきを抑制でき、出力電流値Ｉｓｏｆｃが電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊から乖離することを抑制できる。
【0115】
また、本第６実施形態では、燃料電池１０の出力特性と電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊から得られた暫定電圧指令値Ｖｓｏｆｃ（Ｔ（ｉ）＊）＊と、出力電流値Ｉｓｏｆｃと電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊から得られたＰＩ制御補正項を用いて電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊を算出している。これにより、燃料電池１０の出力特性と、出力電流値Ｉｓｏｆｃと電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊との差を考慮して、電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊を適切に算出することができる。
【0116】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
次に、本発明の第７実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【0117】
図２０に示すように、本第７実施形態の燃料電池発電システム１には、燃料電池１０の温度測定値Ｔを検出する温度センサ１６が設けられている。温度センサ１６によって検出された燃料電池１０の温度測定値Ｔは、燃料電池制御部１２に入力する。
【0118】
本第７実施形態では、燃料電池１０の温度測定値Ｔに基づいて燃料電池１０の出力特性を補正する。温度測定値Ｔが温度設定値Ｔ（ｉ）＊と温度設定値Ｔ（ｉ＋１）＊との間にある場合に、Ｔ（ｉ）＊とＴ（ｉ＋１）＊における燃料電池１０の出力特性を示す回帰直線を用いて線形補間し、温度測定値Ｔにおける燃料電池１０の出力特性を取得する。例えばＴ（ｉ）＊＝６００℃、Ｔ（ｉ＋１）＊＝６５０℃、Ｔ＝６３０℃の場合に、６００℃と６５０℃における燃料電池１０の出力特性を示す回帰直線を用いて線形補間し、６３０℃における燃料電池１０の出力特性を取得する。
【0119】
【0120】
まず、Ｓ４００で電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊、温度設定値Ｔ（ｉ）＊を設定し、Ｓ４０１でこれらの設定値（Ｉｓｏｆｃ＊、Ｔ（ｉ）＊）が変更されたか否かを判定する。
【0121】
Ｓ４０１で設定値が変更されていないと判定された場合は、Ｓ４００の処理に戻る。一方、Ｓ４０１で設定値が変更されたと判定された場合は、Ｓ４０２で温度センサ１６を用いて燃料電池１０の温度測定値Ｔを検出する。続いて、Ｓ４０３でＦＣ出力電流センサ１３を用いて出力電流値Ｉｓｏｆｃを検出し、ＦＣ出力電圧センサ１４を用いて出力電圧値Ｖｓｏｆｃを検出する。
【0122】
次に、Ｓ４０４で温度測定値Ｔが温度設定値Ｔ（ｉ）＊とＴ（ｉ＋１）＊の間であるか否かを判定する。例えばＴ（ｉ）＊＝６００℃、Ｔ（ｉ＋１）＊＝６５０℃であれば、温度測定値Ｔが６００℃と６５０℃の間であるか否かを判定すればよい。
【0123】
Ｓ４０４で温度測定値ＴがＴ（ｉ）＊とＴ（ｉ＋１）＊の間でないと判定された場合には、Ｓ４０２の処理に戻る。一方、温度測定値ＴがＴ（ｉ）＊とＴ（ｉ＋１）＊の間であると判定された場合には、Ｓ４０５でＴ（ｉ）＊およびＴ（ｉ＋１）＊における燃料電池１０の出力特性を取得する。
【0124】
次に、Ｓ４０６で電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊を用いて燃料電池１０の出力特性から暫定電圧指令値Ｖｓｏｆｃ（Ｔ（ｉ）＊）＊、Ｖｓｏｆｃ（Ｔ（ｉ＋１）＊）＊を算出する。Ｖｓｏｆｃ（Ｔ（ｉ）＊）＊は、Ｔ（ｉ）＊における燃料電池１０の出力特性を示す回帰直線として得られる。Ｖｓｏｆｃ（Ｔ（ｉ＋１）＊）＊は、Ｔ（ｉ＋１）＊における燃料電池１０の出力特性を示す回帰直線として得られる。
【0125】
Ｓ４０６では、以下の数式（１）、（１ａ）によって暫定電圧指令値Ｖｓｏｆｃ（Ｔ（ｉ）＊）＊、Ｖｓｏｆｃ（Ｔ（ｉ＋１）＊）＊を算出できる。
【0126】
Ｖｓｏｆｃ（Ｔ（ｉ）＊）＊＝ａ（Ｔ（ｉ）＊）×Ｉｓｏｆｃ＊ ＋ ｂ（Ｔ（ｉ）＊）…（１）
Ｖｓｏｆｃ（Ｔ（ｉ＋１）＊）＊＝ａ（Ｔ（ｉ＋１）＊）×Ｉｓｏｆｃ＊ ＋ ｂ（Ｔ（ｉ＋１）＊）…（１ａ）
数式（１）、（１ａ）において、ａ（Ｔ（ｉ）＊）、ａ（Ｔ（ｉ＋１）＊）は回帰直線の傾きであり、ｂ（Ｔ（ｉ）＊）、ｂ（Ｔ（ｉ＋１）＊）は回帰直線の切片である。
Ｖｓｏｆｃ（Ｔ（ｉ＋１）＊）＊＝ａ（Ｔ（ｉ＋１）＊）×Ｉｓｏｆｃ＊ ＋ ｂ（Ｔ（ｉ＋１）＊）…（１ａ）
数式（１）、（１ａ）において、ａ（Ｔ（ｉ）＊）、ａ（Ｔ（ｉ＋１）＊）は回帰直線の傾きであり、ｂ（Ｔ（ｉ）＊）、ｂ（Ｔ（ｉ＋１）＊）は回帰直線の切片である。
【0127】
次に、Ｓ４０７でＴ（ｉ）＊およびＴ（ｉ＋１）＊における回帰直線で線形補間して暫定電圧指令値Ｖｓｏｆｃ（Ｔ）＊を算出する。Ｓ４０７では、以下の数式（３）によって暫定電圧指令値Ｖｓｏｆｃ（Ｔ）＊を算出できる。
【0128】
Ｖｓｏｆｃ（Ｔ）＊＝（（Ｖｓｏｆｃ（Ｔ（ｉ＋１）＊）＊－Ｖｓｏｆｃ（Ｔ（ｉ）＊）＊）／（Ｔ（ｉ＋１）＊－Ｔ（ｉ）＊））×（Ｔ－Ｔ（ｉ）＊）＋Ｖｓｏｆｃ（Ｔ（ｉ）＊）＊…（３）
次に、Ｓ４０８で電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊を算出する。Ｓ４０８では、以下の数式（２）によって電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊を算出できる。
次に、Ｓ４０８で電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊を算出する。Ｓ４０８では、以下の数式（２）によって電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊を算出できる。
【0129】
Ｖｓｏｆｃ＊＝Ｖｓｏｆｃ（Ｔ）＊ ＋ ＰＩ制御補正項…（２）
暫定電圧指令値Ｖｓｏｆｃ（Ｔ）＊は、燃料電池１０の出力特性と電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊から求まるフィードフォワード項である。ＰＩ制御補正項は、出力電流値Ｉｓｏｆｃと電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊の差を補正するためのＰＩ制御の補正項である。
暫定電圧指令値Ｖｓｏｆｃ（Ｔ）＊は、燃料電池１０の出力特性と電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊から求まるフィードフォワード項である。ＰＩ制御補正項は、出力電流値Ｉｓｏｆｃと電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊の差を補正するためのＰＩ制御の補正項である。
【0130】
燃料電池制御部１２は、以上の各処理を実行することで得られた電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊をＰＣＳ制御部２３に送信する。電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊を受信したＰＣＳ制御部２３は、燃料電池１０が出力する出力電圧値Ｖｓｏｆｃが電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊となるように、燃料電池１０の電圧制御を行う。
【0131】
以上説明した第７実施形態では、燃料電池１０の温度測定値Ｔが温度設定値Ｔ（ｉ）＊とＴ（ｉ＋１）＊の間である場合に、Ｔ（ｉ）＊とＴ（ｉ＋１）＊の回帰直線を用いた線形補間によって、温度測定値Ｔにおける暫定電圧指令値Ｖｓｏｆｃ（Ｔ）＊を算出している。これにより、燃料電池１０の温度測定値Ｔに基づいて、電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊をより適切な値に設定することができる。
【0132】
（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
【0133】
例えば、上記各実施形態では、燃料電池１０として固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）を用いたが、これに限らず、燃料電池１０として溶融塩酸型燃料電池（ＭＣＦＣ、Molten Carbonate Fuel Cell）、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ、Phosphoric Acid Fuel Cell）、アルカリ水溶液型燃料電池（ＡＦＣ、Alkaline Fuel Cell）等を用いてもよい。
【0134】
また、上記各実施形態では、ＰＣＳ２０として太陽電池用ＰＣＳを用いたが、異なる種類のＰＣＳを用いてもよい。
【0135】
例えばＰＣＳ２０として、図２２に示すＨＥＭＳ（Home Energy Management Service）のバッテリに充放電可能な蓄電池用ＰＣＳを用いてもよい。上記各実施形態のＰＣＳ２０のコンバータ２１は昇圧機能を備えていたのに対し、図２２に示す蓄電池用のＰＣＳ２０の昇降圧コンバータ３４は入力した直流電力を昇圧および降圧させる機能を備えている。
【0136】
また、ＰＣＳ２０として、図２３に示す風力発電用ＰＣＳを用いてもよい。図２３に示すように、風力発電用のＰＣＳ２０には、風力発電機１６が発電した交流電力を直流電力に変換するＡＣ－ＤＣコンバータ３５が設けられている。ＡＣ－ＤＣコンバータ３５から出力された直流電力はインバータ２２に入力し、交流電力に変換される。
【0137】
また、上記各実施形態では、ＰＣＳ２０が燃料電池１０の出力電力を三相交流電力に変換するように構成したが、これに限らず、ＰＣＳ２０が燃料電池１０の出力電力を単相交流電力に変換するようにしてもよい。
【0138】
また、上記各実施形態では、電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊を用いて燃料電池１０に対する燃料供給制御を行うように構成したが、電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊に代えて、電力指令値Ｗｓｏｆｃ＊を用いて燃料電池１０に対する燃料供給制御を行ってもよい。電力指令値Ｗｓｏｆｃ＊は、燃料電池１０が電力指令値Ｗｓｏｆｃ＊を発電するために必要な水素供給量に相当する値である。燃料供給装置１１は、電力指令値Ｗｓｏｆｃ＊に基づいて燃料電池１０への水素供給量を調整することができる。
【0139】
また、上記第４実施形態では、水素センサ１５で検出した燃料電池１０の排ガス中の水素濃度に基づいて電流指令値Ｉｓｏｆｃ＊または出力電力指令値Ｐ＊を増減するようにしたが、この構成を燃料電池制御部１２からＰＣＳ制御部２３に電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊を送信する上記第６、第７実施形態に適用してもよい。
【0140】
具体的には、水素センサ１５で検出した水素濃度が所定範囲よりも高い場合には、電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊または出力電力指令値Ｐ＊を低減することで、燃料電池１０への水素供給量を低減させることができる。また、水素濃度が所定範囲よりも低い場合には、電圧指令値Ｖｓｏｆｃ＊または出力電力指令値Ｐ＊を増大することで、燃料電池１０への水素供給量を増大することができる。
【符号の説明】
【0141】
１０ 燃料電池
１２ 燃料電池制御部
１５ 水素センサ（燃料センサ）
２０ ＰＣＳ（パワーコンディショナ）
２１ コンバータ
２２ インバータ
２３ ＰＣＳ制御部
１２ 燃料電池制御部
１５ 水素センサ（燃料センサ）
２０ ＰＣＳ（パワーコンディショナ）
２１ コンバータ
２２ インバータ
２３ ＰＣＳ制御部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】