特開 2024-22207 定置式燃料電池システム

(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】P2024022207

(43)【公開日】2024-02-16

(54)【発明の名称】定置式燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04701 20160101AFI20240208BHJP

   H01M 8/0432 20160101ALI20240208BHJP

   H01M 8/04537 20160101ALI20240208BHJP

   H01M 8/04858 20160101ALI20240208BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20240208BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04701

H01M8/0432

H01M8/04537

H01M8/04858

H01M8/04 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022125622

(22)【出願日】2022-08-05

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(72)【発明者】

【氏名】吉田 智志

【テーマコード（参考）】

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H127AB02

5H127AB03

5H127AC04

5H127BA02

5H127BA22

5H127BA28

5H127BA33

5H127BA57

5H127BA58

5H127BA59

5H127BB02

5H127BB12

5H127BB26

5H127BB37

5H127BB39

5H127BB40

5H127CC07

5H127DB47

5H127DB66

5H127DB68

5H127DB70

5H127DB74

5H127DC45

5H127DC72

5H127DC79

(57)【要約】

【課題】定置式燃料電池システムの騒音を簡易な構成で低減する。
【解決手段】補機の制御量Ｃｎｔと定置式燃料電池システム１の騒音レベルとの対応関係、燃料電池ＦＣの発電電力Ｐｏｗと騒音レベルとの対応関係、または、温度検出部Ｓｔにより検出される温度Ｔと騒音レベルとの対応関係を示すマップを有し、定置式燃料電池システム１の騒音レベルを許容値Ｎｔｈ以下に保とうとする場合、マップを参照して、許容値Ｎｔｈに相当する騒音レベルに対応する制御量Ｃｎｔ、許容値Ｎｔｈに相当する騒音レベルに対応する発電電力Ｐｏｗ、または、許容値Ｎｔｈに相当する騒音レベルに対応する温度Ｔを上限値として設定し、補機の制御量Ｃｎｔ、燃料電池の発電電力Ｐｏｗ、または、温度検出部Ｓｔにより検出される温度Ｔが上限値を超えると、冷却水または燃料電池ＦＣの目標温度を上昇させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池と、
前記燃料電池を冷却する冷却水の温度または前記燃料電池の温度を検出する温度検出部と、
前記燃料電池を発電させる補機と、
前記温度検出部により検出される温度が目標温度に追従するように前記補機の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記補機の制御量と当該定置式燃料電池システムの騒音レベルとの対応関係、前記燃料電池の発電電力と当該定置式燃料電池システムの騒音レベルとの対応関係、または、前記温度検出部により検出される温度と当該定置式燃料電池システムの騒音レベルとの対応関係を示すマップを有し、当該定置式燃料電池システムの騒音レベルを許容値以下に保とうとする場合、前記マップを参照して、前記許容値に相当する騒音レベルに対応する前記制御量、前記許容値に相当する騒音レベルに対応する前記発電電力、または、前記許容値に相当する騒音レベルに対応する前記温度を上限値として設定し、前記補機の制御量、前記燃料電池の発電電力、または、前記温度検出部により検出される温度が前記上限値を超えていると、前記目標温度を上昇させる
ことを特徴とする定置式燃料電池システム。

【請求項2】

請求項１に記載の定置式燃料電池システムであって、
前記制御部は、ユーザの指示に基づいて前記許容値を変更する
ことを特徴とする定置式燃料電池システム。

【請求項3】

請求項２に記載の定置式燃料電池システムであって、
前記制御部は、当該定置式燃料電池システムの外部に設けられる外部端末から送信される指示に基づいて前記許容値を変更する
ことを特徴とする定置式燃料電池システム。

【請求項4】

請求項１～３の何れか１項に記載の定置式燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記目標温度を上昇させた後、前記温度検出部により検出される温度が上昇後の前記目標温度を超えていると、前記燃料電池の発電電力を制限する
ことを特徴とする定置式燃料電池システム。

【請求項5】

請求項１～３の何れか１項に記載の定置式燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記目標温度を上昇させた後、前記燃料電池のインピーダンスが閾値を超えていると、前記目標温度を低下させる
ことを特徴とする定置式燃料電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、定置式燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池システムとして、燃料電池を冷却する冷却水の温度を低下させるファンの騒音を抑えるために、冷却水の温度が上昇すると推定される場合、冷却水の目標温度を予め低下させることでファンの回転数の上昇を抑えるものがある。関連する技術として、特許文献１がある。

【0003】

ところで、燃料電池システムが一定の場所に設置される定置式燃料電池システムとして構成される場合、その定置式燃料電池システムの騒音規制（騒音レベルの許容値）は、国や自治体が定める条例や規則などにより、定置式燃料電池システムの設置場所や一日における時間帯など様々な条件で異なる。例えば、住宅街に設置される場合は工業地帯に設置される場合に比べて騒音レベルの許容値が低い。また、時間帯が深夜である場合は日中に比べて騒音レベルの許容値が低い。

【0004】

そのため、上記燃料電池システムを定置式燃料電池システムとして構成する場合では、設置場所や時間帯などの様々な条件に対する騒音規制に対応するために、冷却水の目標温度を複数用意し、それら複数の目標温度を様々な条件に応じて切り替えていく必要があり、騒音低減のための燃料電池の発電制御が複雑化するおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６－２０７５３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の一側面に係る目的は、簡易な構成で騒音低減が可能な定置式燃料電池システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る一つの形態である定置式燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池を冷却する冷却水の温度または前記燃料電池の温度を検出する温度検出部と、前記燃料電池を発電させる補機と、前記温度検出部により検出される温度が目標温度に追従するように前記補機の動作を制御する制御部とを備える。

【0008】

前記制御部は、前記補機の制御量と当該定置式燃料電池システムの騒音レベルとの対応関係、前記燃料電池の発電電力と当該定置式燃料電池システムの騒音レベルとの対応関係、または、前記温度検出部により検出される温度と当該定置式燃料電池システムの騒音レベルとの対応関係を示すマップを有し、当該定置式燃料電池システムの騒音レベルを許容値以下に保とうとする場合、前記マップを参照して、前記許容値に相当する騒音レベルに対応する前記制御量、前記許容値に相当する騒音レベルに対応する前記発電電力、または、前記許容値に相当する騒音レベルに対応する前記温度を上限値として設定し、前記補機の制御量、前記燃料電池の発電電力、または、前記温度検出部により検出される温度が前記上限値を超えていると、前記目標温度を上昇させる。

【0009】

これにより、補機の制御量、燃料電池の発電電力、または、温度検出部により検出される温度が上限値を超えて定置式燃料電池システムの騒音レベルが許容値を超えそうになる場合に目標温度を上昇させることで、燃料電池の発電電力を増加させることができるため、冷却水の温度を低下させるファンや冷却水を循環させる冷却水ポンプ内のモータの回転数を低下させることができ、定置式燃料電池システムの騒音を低減することができる。また、補機の制御量と定置式燃料電池システムの騒音レベルとの対応関係、燃料電池の発電電力と定置式燃料電池システムの騒音レベルとの対応関係、または、温度検出部により検出される温度と定置式燃料電池システムの騒音レベルとの対応関係を示すマップを参照して許容値に対して上限値を一意に設定することができるため、定置式燃料電池システムの設置場所や時間帯などの様々な条件に対して複数の上限値を用意し、それら複数の上限値を様々な条件に応じて切り替える必要がなく、簡易な構成で定置式燃料電池システムの騒音を低減することができる。

【0010】

また、前記制御部は、ユーザの指示に基づいて前記許容値を変更するように構成してもよい。

【0011】

これにより、定置式燃料電池システムの騒音レベルを、ユーザが希望する騒音レベルに抑えることができる。

【0012】

また、前記制御部は、当該定置式燃料電池システムの外部に設けられる外部端末から送信される指示に基づいて前記許容値を変更するように構成してもよい。

【0013】

これにより、定置式燃料電池システムの騒音レベルを、遠隔地に設置される定置式燃料電池システムまで出向かずに外部端末から送信される騒音レベルに抑えることができる。

【0014】

また、前記制御部は、前記目標温度を上昇させた後、前記温度検出部により検出される温度が上昇後の前記目標温度を超えていると、前記燃料電池の発電電力を制限するように構成してもよい。

【0015】

これにより、燃料電池ＦＣの発熱を抑えることができるため、燃料電池の温度上昇を抑えることができる。また、ファンの回転数やエアコンプレッサ内のモータの回転数など各補機の制御量をそれぞれ低下させることができるため、各補機の騒音を抑制することができる。

【0016】

また、前記制御部は、前記目標温度を上昇させた後、前記燃料電池のインピーダンスが閾値を超えていると、前記目標温度を低下させるように構成してもよい。

【0017】

これにより、燃料電池の目標発電電力が低下するため、エアコンプレッサ内のモータの回転数が低下してエアコンプレッサから燃料電池への酸化剤ガスの供給量が低下し、燃料電池内の乾燥が緩和され燃料電池の電圧低下を抑制することができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、定置式燃料電池システムにおいて簡易な構成で騒音を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】実施形態の定置式燃料電池システムの一例を示す図である。

【図2】記憶部に記憶されているマップの一例を示す図である。

【図3】実施例１における静音運転モード時の制御部の動作を示すフローチャートである。

【図4】実施例２における静音運転モード時の制御部の動作を示すフローチャートである。

【図5】実施例３における静音運転モード時の制御部の動作を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。

【0021】

図１は、実施形態の定置式燃料電池システムの一例を示す図である。

【0022】

図１に示す定置式燃料電池システム１は、例えば、工業用定置式発電機、家庭用定置式発電機、または非常用定置式発電機など、一定の場所に設置され、負荷Ｌｏに一定の電力を供給するものとする。

【0023】

また、定置式燃料電池システム１は、燃料電池ＦＣと、燃料タンクＨＴと、主止弁ＳＶと、インジェクタＩＮＪと、気液分離機ＧＬＳと、循環ポンプＨＰと、排気排水弁ＥＤＶと、希釈器ＤＩＬと、エアコンプレッサＡＣＰと、エア調圧弁ＡＲＶと、エアシャット弁ＡＳＶとを備える。

【0024】

また、定置式燃料電池システム１は、ラジエタＲと、ファンＦと、冷却水ポンプＷＰと、インタークーラＩＣと、温度検出部Ｓｔと、電力変換器ＣＮＶと、蓄電装置Ｂと、電流センサＳｉｆと、電圧センサＳｖｆと、ユーザインタフェースＵＩと、記憶部２と、通信機３と、制御部４とを備える。

【0025】

燃料電池ＦＣは、複数の燃料電池セルを積層させて構成される燃料電池スタックであり、燃料ガス（水素ガスなど）に含まれる水素と酸化剤ガス（空気など）に含まれる酸素との電気化学反応により電気を発生させる。なお、燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスが比較的多くなると、燃料電池ＦＣ内（燃料電池セル）が乾燥し易くなる。燃料電池ＦＣ内が乾燥すると、燃料電池ＦＣ（燃料電池セル内の電解質膜）が劣化し燃料電池ＦＣの電圧が低下するおそれがある。

【0026】

燃料タンクＨＴは、燃料ガスの貯蔵容器である。燃料タンクＨＴに貯蔵された燃料ガスは主止弁ＳＶ及びインジェクタＩＮＪを介して燃料電池ＦＣに供給される。

【0027】

主止弁ＳＶは、電磁弁などにより構成され、燃料ガスをインジェクタＩＮＪに供給する。また、主止弁ＳＶは、制御部４の動作制御によりインジェクタＩＮＪへの燃料ガスの供給を遮断する。

【0028】

インジェクタＩＮＪは、燃料電池ＦＣに供給される燃料ガスの圧力が一定になるように燃料ガスの流量を調整する。

【0029】

気液分離機ＧＬＳは、燃料電池ＦＣから排出される燃料ガスと液水とを分離する。

【0030】

循環ポンプＨＰは、気液分離機ＧＬＳにより分離された燃料ガスを燃料電池ＦＣに再度供給する。

【0031】

排気排水弁ＥＤＶは、気液分離機ＧＬＳにより分離された液水を希釈器ＤＩＬに送る。希釈器ＤＩＬに送られた液水は、希釈器ＤＩＬ内のタンクに溜まる。また、燃料電池ＦＣから排出された燃料ガスと酸化剤ガスは希釈器ＤＩＬで合流し、定置式燃料電池システム１の外部に排出される。

【0032】

エアコンプレッサＡＣＰは、定置式燃料電池システム１の周囲に存在する酸化剤ガスを圧縮しインタークーラＩＣ及びエアシャット弁ＡＳＶを介して燃料電池ＦＣに供給する。なお、エアコンプレッサＡＣＰの圧縮率は、燃料電池ＦＣの下流に設けられるエア調圧弁ＡＲＶの開度を調節することで制御される。

【0033】

インタークーラＩＣは、圧縮により高温になった酸化剤ガスをインタークーラＩＣに流れる冷却水と熱交換させる。

【0034】

エアシャット弁ＡＳＶは、制御部４の動作制御により燃料電池ＦＣへの酸化剤ガスの供給を遮断する。

【0035】

エア調圧弁ＡＲＶは、燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの圧力や流量を調整する。

【0036】

ラジエタＲは、燃料電池ＦＣの発熱により温められた冷却水を外気と熱交換させる。

【0037】

ファンＦは、ラジエタＲの放熱量を上昇させる。

【0038】

冷却水ポンプＷＰは、ラジエタＲにより冷却された冷却水をインタークーラＩＣを介して燃料電池ＦＣに供給する。

【0039】

温度検出部Ｓｔは、例えば、サーミスタなどにより構成され、冷却水の温度Ｔを検出し、その検出した温度Ｔを制御部４に送る。なお、温度検出部Ｓｔは燃料電池ＦＣに取り付けられ、燃料電池ＦＣの温度Ｔを検出し、その検出した温度Ｔを制御部４に送るように構成してもよい。

【0040】

なお、ファンＦの騒音レベルは、エアコンプレッサＡＣＰや電力変換器ＣＮＶなどのその他の補機に比べて大きいものとする。また、定置式燃料電池システム１を覆う筐体のうち、エアコンプレッサＡＣＰ近傍の筐体部分は、外部から酸化剤ガスを効率よく取り込むために孔が設けられているものとする。そのため、その孔から外部にファンＦの騒音が漏れないようにエアコンプレッサＡＣＰと離れた位置にファンＦが取り付けられているものとする。

【0041】

また、ファンＦやエアコンプレッサＡＣＰなどの各補機は、冷却水または燃料電池ＦＣの温度Ｔが目標温度Ｔｔに追従するように動作が制御されるものとする。例えば、目標温度Ｔｔが大きくなるほど、ファンＦや冷却水ポンプＷＰ内のモータの回転数が小さくなるものとする。そのため、目標温度Ｔｔを上昇させることで、定置式燃料電池システム１の騒音を低減することができる。

【0042】

電力変換器ＣＮＶは、燃料電池ＦＣの後段に接続され、燃料電池ＦＣから出力される電圧を所定の電圧に変換する。また、電力変換器ＣＮＶから出力される電力は、負荷Ｌｏや蓄電装置Ｂの他に、ファンＦ、エアコンプレッサＡＣＰ、冷却水ポンプＷＰ、循環ポンプＨＰ、主止弁ＳＶ、エアシャット弁ＡＳＶ、及びエア調圧弁ＡＲＶなどの各補機に供給される。

【0043】

蓄電装置Ｂは、リチウムイオンキャパシタなどにより構成され、電力変換器ＣＮＶと負荷Ｌｏとの間に接続されている。

【0044】

電力変換器ＣＮＶから出力される電力と、各補機に供給される合計電力との差に相当する供給電力が、負荷Ｌｏから要求される要求電力より大きい場合、その供給電力のうちの要求電力に相当する電力が負荷Ｌｏに供給されるとともに残りの電力が蓄電装置Ｂに供給される。電力変換器ＣＮＶから蓄電装置Ｂに電力が供給されると、蓄電装置Ｂが充電され蓄電装置Ｂの充電量Ｃが増加する。また、電力変換器ＣＮＶから出力される電力と、各補機に供給される合計電力との差に相当する供給電力が、負荷Ｌｏから要求される要求電力より小さい場合、その供給電力が負荷Ｌｏに供給されるとともに足りない分の電力が蓄電装置Ｂから負荷Ｌｏに供給される。蓄電装置Ｂから負荷Ｌｏに電力が供給されると、蓄電装置Ｂが放電され蓄電装置Ｂの充電量Ｃが減少する。なお、充電量Ｃとは、蓄電装置Ｂの充電率［％］（蓄電装置Ｂの満充電容量に対する残容量の割合）、または、蓄電装置Ｂに電流が流れていないときの蓄電装置Ｂの開回路電圧［Ｖ］、または、蓄電装置Ｂに電流が流れているときの蓄電装置Ｂの閉回路電圧［Ｖ］、または、蓄電装置Ｂに流れる電流の積算値［Ａｈ］などとする。

【0045】

電流センサＳｉｆは、シャント抵抗やホール素子などにより構成され、燃料電池ＦＣから電力変換器ＣＮＶに流れる電流Ｉｆｃを検出し、その検出した電流Ｉｆｃを制御部４に送る。

【0046】

電圧センサＳｖｆは、分圧抵抗などにより構成され、燃料電池ＦＣの電圧Ｖｆｃを検出し、その検出した電圧Ｖｆｃを制御部４に送る。

【0047】

ユーザインタフェースＵＩは、例えば、タッチパネルディスプレイなどにより構成され、ユーザや管理者などから指示（ユーザや管理者などが希望する定置式燃料電池システム１の運転モードや定置式燃料電池システム１の騒音レベルの許容値など）が入力されると、その入力された指示を制御部４に送る。また、ユーザインタフェースＵＩは、ユーザに情報（現在の運転モードや現在の騒音レベル）を表示する。

【0048】

記憶部２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などにより構成され、後述するマップなどを記憶している。

【0049】

ここで、図２は、記憶部に記憶されているマップの一例を示す図である。

【0050】

図２（ａ）に示す二次元座標の横軸は補機の制御量Ｃｎｔを示し、縦軸は定置式燃料電池システム１の騒音レベルを示し、実線は補機の制御量Ｃｎｔと定置式燃料電池システム１の騒音レベルとの対応関係を示すマップＭ１を示している。図２（ａ）に示すマップＭ１では、補機の制御量Ｃｎｔが大きくなるほど、定置式燃料電池システム１の騒音レベルが大きくなる。

【0051】

例えば、マップＭ１は、実験やシミュレーションなどにより予め求めたファンＦの回転数と定置式燃料電池システム１の騒音レベルとの対応関係を示し、ファンＦの回転数が大きくなるほど、ファンＦから発生する騒音が大きくなり定置式燃料電池システム１の騒音レベルが大きくなるものとする。

【0052】

または、マップＭ１は、実験やシミュレーションなどにより予め求めたエアコンプレッサＡＣＰ内のモータの回転数と定置式燃料電池システム１の騒音レベルとの対応関係を示し、エアコンプレッサＡＣＰ内のモータの回転数が大きくなるほど、エアコンプレッサＡＣＰから発生する騒音が大きくなり定置式燃料電池システム１の騒音レベルが大きくなるものとする。

【0053】

または、マップＭ１は、実験やシミュレーションなどにより予め求めた電力変換器ＣＮＶの出力電力と定置式燃料電池システム１の騒音レベルとの対応関係を示し、電力変換器ＣＮＶの出力電力が大きくなるほど、電力変換器ＣＮＶ内のスイッチング素子から発生するスイッチングノイズが大きくなり定置式燃料電池システム１の騒音レベルが大きくなるものとする。

【0054】

または、マップＭ１は、実験やシミュレーションなどにより予め求めた冷却水ポンプＷＰ内のモータの回転数と定置式燃料電池システム１の騒音レベルとの対応関係を示し、冷却水ポンプＷＰ内のモータの回転数が大きくなるほど、冷却水ポンプＷＰから発生する騒音が大きくなり定置式燃料電池システム１の騒音レベルが大きくなるものとする。

【0055】

または、マップＭ１は、実験やシミュレーションなどにより予め求めた循環ポンプＨＰ内のモータの回転数と定置式燃料電池システム１の騒音レベルとの対応関係を示し、循環ポンプＨＰ内のモータの回転数が大きくなるほど、循環ポンプＨＰから発生する騒音が大きくなり、定置式燃料電池システム１の騒音レベルが大きくなるものとする。

【0056】

なお、燃料電池ＦＣの発電電力が大きくなるほど、ファンＦの回転数、エアコンプレッサＡＣＰ内のモータの回転数、電力変換器ＣＮＶの出力電力、冷却水ポンプＷＰ内のモータの回転数、及び循環ポンプＨＰ内のモータの回転数がそれぞれ大きくなり、ファンＦ、エアコンプレッサＡＣＰ、電力変換器ＣＮＶ、冷却水ポンプＷＰ、及び循環ポンプＨＰのそれぞれの騒音が大きくなるものとする。

【0057】

また、温度検出部Ｓｔにより検出される温度Ｔが大きくなるほど、ファンＦの回転数、エアコンプレッサＡＣＰ内のモータの回転数、電力変換器ＣＮＶの出力電力、冷却水ポンプＷＰ内のモータの回転数、及び循環ポンプＨＰ内のモータの回転数がそれぞれ大きくなり、ファンＦ、エアコンプレッサＡＣＰ、電力変換器ＣＮＶ、冷却水ポンプＷＰ、及び循環ポンプＨＰのそれぞれの騒音が大きくなるものとする。

【0058】

また、ファンＦの騒音＞エアコンプレッサＡＣＰの騒音＞電力変換器ＣＮＶの騒音＞冷却水ポンプＷＰの騒音または循環ポンプＨＰの騒音となる場合、定置式燃料電池システム１の騒音レベルを低減するために、ファンＦやエアコンプレッサＡＣＰの騒音を特に抑制することは有効である。

【0059】

また、図２（ｂ）に示す二次元座標の横軸は燃料電池ＦＣの発電電力Ｐｏｗを示し、縦軸は定置式燃料電池システム１の騒音レベルを示し、実線は燃料電池ＦＣの発電電力Ｐｏｗと定置式燃料電池システム１の騒音レベルとの対応関係を示すマップＭ２を示している。図２（ｂ）に示すマップＭ２では、発電電力Ｐｏｗが大きくなるほど、ファンＦの騒音、エアコンプレッサＡＣＰの騒音、電力変換器ＣＮＶの騒音、冷却水ポンプＷＰの騒音、及び循環ポンプＨＰの騒音がそれぞれ大きくなり定置式燃料電池システム１の騒音レベルが大きくなる。

【0060】

また、図２（ｃ）に示す二次元座標の横軸は温度検出部Ｓｔにより検出される温度Ｔを示し、縦軸は定置式燃料電池システム１の騒音レベルを示し、実線は温度検出部Ｓｔにより検出される温度Ｔと定置式燃料電池システム１の騒音レベルとの対応関係を示すマップＭ３を示している。図２（ｃ）に示すマップＭ３では、温度Ｔが大きくなるほど、定置式燃料電池システム１の騒音レベルが大きくなる。

【0061】

記憶部２には、マップＭ１～Ｍ３のうちの少なくとも１つのマップが記憶されているものとする。

【0062】

また、図１に示す通信機３は、ＬＡＮ（Local Area Network）やＷＡＮ（Wide Area Network）などの通信ネットワークを介して外部端末ＵＮに接続され、外部端末ＵＮと制御部４との間で送受信されるデータの変換を行う通信インタフェース回路である。

【0063】

制御部４は、マイクロコンピュータなどにより構成される。

【0064】

また、制御部４は、ユーザや管理者などからの指示や時間帯により、燃料電池ＦＣの運転モードを、通常運転モードから静音運転モードに、または、静音運転モードから通常運転モードに切り替える。

【0065】

また、制御部４は、通常運転モード時または静音運転モード時、燃料電池スタックＦＣＳを発電させているとき、蓄電装置Ｂの充電量Ｃに応じて目標発電電力Ｐｔを段階的に変化させる。

【0066】

また、制御部４は、通常運転モード時または静音運転モード時、温度検出部Ｓｔにより検出される温度Ｔが目標温度Ｔｔに追従するように、目標発電電力Ｐｔを変化させる。なお、目標温度Ｔｔは、通常運転モード時において、燃料電池ＦＣの発電電力Ｐｏｗが目標発電電力Ｐｔに追従しているときに温度検出部Ｓｔにより検出される温度Ｔとする。

【0067】

例えば、目標温度Ｔｔを目標温度Ｔｔより大きい目標温度Ｔｔ１に上昇させた場合、制御部４は、温度検出部Ｓｔにより検出される温度Ｔが目標温度Ｔｔ１に追従するように、目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔより大きい目標発電電力Ｐｔ１に増加させる。すると、制御部４は、燃料電池ＦＣの発電電力Ｐｏｗが目標発電電力Ｐｔ１に追従するように、各補機の負荷（エアコンプレッサＡＣＰ内のモータの回転数など）を増加させる。

【0068】

また、目標温度Ｔｔを目標温度Ｔｔより小さい目標温度Ｔｔ２に低下させた場合、制御部４は、温度検出部Ｓｔにより検出される温度Ｔが目標温度Ｔｔ２に追従するように、目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔ１より小さい目標発電電力Ｐｔ２に低下させる。すると、制御部４は、燃料電池ＦＣの発電電力Ｐｏｗが目標発電電力Ｐｔ２に追従するように、各補機の負荷（エアコンプレッサＡＣＰ内のモータの回転数など）を低下させる。

【0069】

また、制御部４は、静音運転モード時、定置式燃料電池システム１の騒音レベルが許容値以下に保たれるように、補機の動作（目標発電電力Ｐｔ）を制御する。なお、許容値は、例えば、ユーザや管理者などにより予め決められている任意の値であり、国や自治体が定める条例や規則などにより、定置式燃料電池システム１の設置場所や一日における時間帯などに応じて決められている値とする。

【0070】

また、制御部４は、定置式燃料電池システム１の騒音レベルの許容値をユーザインタフェースＵＩから受け取る。これにより、定置式燃料電池システム１の騒音レベルを、ユーザが希望する騒音レベルに抑えることができる。

【0071】

または、制御部４は、定置式燃料電池システム１の騒音レベルの許容値を外部端末ＵＮから通信機３を介して受信する。これにより、定置式燃料電池システム１の騒音レベルを、遠隔地に設置される定置式燃料電池システム１まで出向かずに外部端末ＵＮから送信される騒音レベルに抑えることができる。

【0072】

＜実施例１＞
図３は、実施例１における静音運転モード時の制御部４の動作を示すフローチャートである。

【0073】

まず、制御部４は、上限値を設定する（ステップＳ１０１）。

【0074】

次に、制御部４は、補機の制御量ＣｎｔがステップＳ１０１で設定した上限値を超えていると、または、燃料電池ＦＣの発電電力ＰｏｗがステップＳ１０１で設定した上限値を超えていると、または、温度検出部Ｓｔにより検出される温度ＴがステップＳ１０１で設定した上限値を超えていると（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、目標温度Ｔｔを上昇させる（ステップＳ１０３）。例えば、制御部４は、目標温度Ｔｔを目標温度Ｔｔ１に上昇させる。このように、目標温度Ｔｔを上昇させると、ファンＦの回転数や冷却水ポンプＷＰ内のモータの回転数を低下させることができるため、各補機のうちで騒音レベルが比較的大きいファンＦの騒音を抑制することができ定置式燃料電池システム１の騒音を低減することができる。

【0075】

そして、制御部４は、温度検出部Ｓｔにより検出される温度Ｔが目標温度Ｔｔを超えていると（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、燃料電池ＦＣの発電電力Ｐｏｗを制限する（ステップＳ１０５）。このように、燃料電池ＦＣの発電電力Ｐｏｗを制限すると、燃料電池ＦＣの発熱を抑えることができるため、燃料電池ＦＣの温度上昇を抑えることができる。また、ファンＦの回転数、エアコンプレッサＡＣＰ内のモータの回転数、電力変換器ＣＮＶの出力電力、冷却水ポンプＷＰ内のモータの回転数、及び循環ポンプＨＰ内のモータの回転数がそれぞれ低下するため、ファンＦ、エアコンプレッサＡＣＰ、電力変換器ＣＮＶ、冷却水ポンプＷＰ、及び循環ポンプＨＰの騒音を抑制することができる。

【0076】

なお、制御部４は、補機の制御量ＣｎｔがステップＳ１０１で設定した上限値を超えていない場合、燃料電池ＦＣの発電電力ＰｏｗがステップＳ１０１で設定した上限値を超えていない場合、もしくは、温度検出部Ｓｔにより検出される温度ＴがステップＳ１０１で設定した上限値を超えていない場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、または、温度検出部Ｓｔにより検出される温度Ｔが目標温度Ｔｔを超えていない場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、目標温度Ｔｔを上昇させないとともに燃料電池ＦＣの発電電力Ｐｏｗを制限しない。

【0077】

ここで、例えば、図２（ａ）に示すマップＭ１が記憶部２に記憶され、ユーザや管理者などの指示により設定される騒音レベルの許容値が許容値Ｎｔｈである場合を想定する。

【0078】

この場合、制御部４は、静音運転モード時、図２（ａ）に示すマップＭ１を参照して、許容値Ｎｔｈに相当する騒音レベルに対応する制御量Ｃｎｔαを上限値として設定する。

【0079】

次に、制御部４は、ファンＦの回転数が制御量Ｃｎｔαを超えていると、目標温度Ｔｔを目標温度Ｔｔ１に上昇させる。

【0080】

そして、制御部４は、温度検出部Ｓｔにより検出される温度Ｔが目標温度Ｔｔ１を超えていると、目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔ１に増加させる。

【0081】

または、図２（ｂ）に示すマップＭ２が記憶部２に記憶され、ユーザや管理者などの指示により設定される騒音レベルの許容値が許容値Ｎｔｈである場合を想定する。

【0082】

この場合、制御部４は、図２（ｂ）に示すマップＭ２を参照して、許容値Ｎｔｈに相当する騒音レベルに対応する発電電力Ｐｏｗαを上限値として設定する。

【0083】

次に、制御部４は、電流Ｉｆｃと電圧Ｖｆｃとの乗算値である発電電力Ｐｏｗが発電電力Ｐｏｗαを超えていると、目標温度Ｔｔを目標温度Ｔｔ１に上昇させる。

【0084】

そして、制御部４は、温度検出部Ｓｔにより検出される温度Ｔが目標温度Ｔｔ１を超えていると、目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔ１に増加させる。

【0085】

または、図２（ｃ）に示すマップＭ３が記憶部２に記憶され、ユーザや管理者などの指示により設定される騒音レベルの許容値が許容値Ｎｔｈである場合を想定する。

【0086】

この場合、制御部４は、図２（ｃ）に示すマップＭ３を参照して、許容値Ｎｔｈに相当する騒音レベルに対応する温度Ｔαを上限値として設定する。

【0087】

次に、制御部４は、温度検出部Ｓｔにより検出される温度Ｔが温度Ｔαを超えていると、目標温度Ｔｔを目標温度Ｔｔ１に上昇させる。

【0088】

そして、制御部４は、温度検出部Ｓｔにより検出される温度Ｔが目標温度Ｔｔ１を超えていると、目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔ１に増加させる。

【0089】

実施例１における定置式燃料電池システム１によれば、補機の制御量Ｃｎｔと定置式燃料電池システム１の騒音レベルとの対応関係を示すマップＭ１、燃料電池ＦＣの発電電力Ｐｏｗと定置式燃料電池システム１の騒音レベルとの対応関係を示すマップＭ２、または、温度検出部Ｓｔにより検出される温度Ｔと定置式燃料電池システム１の騒音レベルとの対応関係を示すマップＭ３を参照して許容値に対して上限値を容易に設定することができるため、定置式燃料電池システム１の設置場所や時間帯などの様々な条件に対して複数の上限値を用意し、それら複数の上限値を様々な条件に応じて切り替える必要がなく、簡易な構成で定置式燃料電池システム１の騒音を低減することができる。

【0090】

また、実施例１における定置式燃料電池システム１によれば、マップＭ１～Ｍ３を用いて許容値に対応する上限値を一意に求めることができるため、ユーザや管理者などの仕様に応じた設計変更を少なくすることができ、製造コストを低減することができる。

【0091】

＜実施例２＞
図４は、実施例２における静音運転モード時の制御部４の動作を示すフローチャートである。なお、図４に示すステップＳ１０１～Ｓ１０５は、図３に示すステップＳ１０１～Ｓ１０５と同じであるため、その説明を省略する。

【0092】

制御部４は、目標温度Ｔｔを上昇させた後（ステップＳ１０３）、燃料電池ＦＣのインピーダンスを算出し（ステップＳ２０１）、ステップＳ２０１で算出したインピーダンスが閾値を超えていると（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、目標温度Ｔｔを低下させる（ステップＳ２０３）。なお、閾値は、実験やシミュレーションなどによって予め求められる値であって、例えば、燃料電池ＦＣ内の乾燥による燃料電池ＦＣの劣化により燃料電池ＦＣの最大電圧が定格電圧より低下し始めるときの燃料電池ＦＣのインピーダンスとする。

【0093】

例えば、制御部４は、電気化学インピーダンス法や交流インピーダンス法などの周知のインピーダンス計算方法を用いて、燃料電池ＦＣのインピーダンスを算出する。

【0094】

また、制御部４は、ステップＳ２０１で算出したインピーダンスが閾値を超えている場合、目標温度Ｔｔを目標温度Ｔｔ２に低下させる。なお、目標温度Ｔｔ２は、実験やシミュレーションなどによって予め求められる値であってもよいし、閾値とステップＳ２０１で算出したインピーダンスとの差分により求められる値であってもよい。

【0095】

一般に、燃料電池ＦＣ内の水分量が小さくなるほど、すなわち、燃料電池ＦＣ内が乾燥するほど、燃料電池ＦＣのインピーダンスが大きくなる。そのため、燃料電池ＦＣのインピーダンスが比較的大きい場合、燃料電池ＦＣ内が乾燥していると推定することができる。

【0096】

また、目標温度Ｔｔを上昇させたとき、負荷Ｌｏから要求される要求電力が比較的大きい場合、エアコンプレッサＡＣＰから燃料電池ＦＣへの酸化剤ガスの目標供給量が増加するため、燃料電池ＦＣ内が乾燥し易くなる。

【0097】

そこで、実施例２における制御部４では、燃料電池ＦＣのインピーダンスが閾値を超えている場合、目標温度Ｔｔを低下させている。これにより、燃料電池ＦＣの目標発電電力Ｐｔが低下するため、エアコンプレッサＡＣＰ内のモータの回転数が低下してエアコンプレッサＡＣＰから燃料電池ＦＣへの酸化剤ガスの供給量が低下し、燃料電池ＦＣ内の乾燥が緩和され燃料電池ＦＣの劣化による燃料電池ＦＣの電圧低下を抑制することができる。また、目標温度Ｔｔを低下させることで、燃料電池ＦＣの目標発電電力Ｐｔが低下するため、エアコンプレッサＡＣＰだけでなく他の各補機も低負荷になるため、定置式燃料電池システム１の騒音を低減することができる。

【0098】

＜実施例３＞
図５は、実施例３における静音運転モード時の制御部４の動作を示すフローチャートである。なお、図５に示すステップＳ１０１～Ｓ１０５、Ｓ２０３は、図４に示すステップＳ１０１～Ｓ１０５、Ｓ２０３と同じであるため、その説明を省略する。

【0099】

制御部４は、目標温度Ｔｔを上昇させた後（ステップＳ１０３）、エアコンプレッサＡＣＰ内のモータの回転数が上限値を超えていると（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）、目標温度Ｔｔを低下させ（ステップＳ２０３）、温度検出部Ｓｔにより検出される温度Ｔが、ステップＳ２０３で低下させた目標温度Ｔｔを超えているか否かを判断する（ステップＳ１０４）。例えば、制御部４は、エアコンプレッサＡＣＰ内のモータの回転数が上限値を超えていると、目標温度Ｔｔを目標温度Ｔｔ２に低下させる。なお、制御部４は、図２（ａ）に示すマップＭ１を参照し、許容値Ｎｔｈに相当する騒音レベルに対応する制御量Ｃｎｔα（エアコンプレッサＡＣＰ内のモータの回転数）を上限値として設定する。

【0100】

また、制御部４は、エアコンプレッサＡＣＰ内のモータの回転数が上限値を超えていない場合（ステップＳ３０１：Ｎｏ）、目標温度Ｔｔを低下させず、温度検出部Ｓｔにより検出される温度Ｔが、ステップＳ２０１で上昇させた目標温度Ｔｔを超えているか否かを判断する（ステップＳ１０４）。

【0101】

目標温度Ｔｔを上昇させたとき、負荷Ｌｏから要求される要求電力が比較的大きい場合、エアコンプレッサＡＣＰから燃料電池ＦＣへの酸化剤ガスの目標供給量が増加するため、エアコンプレッサＡＣＰ内のモータの回転数が大きくなりエアコンプレッサＡＣＰの騒音が大きくなることが懸念される。

【0102】

そこで、実施例３における制御部４では、目標温度Ｔｔを上昇させた後、エアコンプレッサＡＣＰ内のモータの回転数が上限値を超えていると、目標温度Ｔｔを低下させている。これにより、エアコンプレッサＡＣＰ内のモータの回転数が低下してエアコンプレッサＡＣＰの騒音を抑制することができ定置式燃料電池システム１の騒音を低減することができる。

【0103】

なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

【符号の説明】

【0104】

１ 燃料電池システム
２ 記憶部
３ 通信機
４ 制御部
Ｌｏ 負荷
ＦＣ 燃料電池
ＨＴ 燃料タンク
ＳＶ 主止弁
ＩＮＪ インジェクタ
ＧＬＳ 気液分離機
ＨＰ 循環ポンプ
ＥＤＶ 排気排水弁
ＤＩＬ 希釈器
ＡＣＰ エアコンプレッサ
ＡＲＶ エア調圧弁
ＡＳＶ エアシャット弁
Ｒ ラジエタ
Ｆ ファン
ＷＰ ウォータポンプ
ＩＣ インタークーラ
ＣＮＶ 電力変換器
Ｂ 蓄電装置
Ｓｉｆ 電流センサ
Ｓｖｆ 電圧センサ
ＵＮ 外部端末

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】