JP2019016572A

JP2019016572A - 燃料電池システムおよびその制御方法

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Publication number: JP2019016572A
Application number: JP2017135205A
Authority: JP
Inventors: 克典矢井; Katsunori Yai
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2017-07-11
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2019-01-31

Abstract

【課題】燃料電池システムにおいて、燃料電池の出力電圧を電圧変換する電圧変換装置の大型化やコストアップを抑制しつつ、当該燃料電池から補機に充分な電力を供給可能とする。【解決手段】燃料電池システムは、アノードガスとカソードガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池により発電された電力を交流電力に変換する電力変換装置と、燃料電池の出力電圧を電圧変換する電圧変換装置と、電圧変換装置により電圧変換された電力により駆動される補機と、燃料電池から電力変換装置に電力が供給され、かつ燃料電池から電圧変換装置を介して補機に電力が供給されている際に、補機に供給される電力の増加に応じて、燃料電池の出力電圧が上昇するように当該燃料電池から電力変換装置に供給される電力を減少させる制御装置とを含む。【選択図】図１

Description

本開示は、アノードガスとカソードガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を含む燃料電池システムおよびその制御方法に関する。

従来、この種の燃料電池システムとして、燃料電池の発電電力を商用電力系統と連系するための交流電力に変換する系統連系用インバータと、商用電力系統から供給される交流電力を補機に供給するために直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、補機に接続された補機電源用ＤＣ／ＤＣコンバータと、補機電源用ＤＣ／ＤＣコンバータへの電力の供給元をＡＣ／ＤＣコンバータと燃料電池とで選択的に切り換える切換回路とを含むものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この燃料電池システムでは、補機への電力の供給元を切換回路によってＡＣ／ＤＣコンバータ側から燃料電池側に切り換える際に、系統連系用インバータの出力電力を減少させることで燃料電池の電圧低下を抑制している。

特許第５６１８８１６号公報

上述のような燃料電池システムでは、燃料電池から補機電源用ＤＣ／ＤＣコンバータを介して補機に電力が供給されている際に当該補機の消費電力が増加すると、内部インピーダンスにより燃料電池の出力電圧が低下し、補機電源用ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力が減少してしまうことがある。このため、上記従来の燃料電池システムでは、燃料電池から補機に充分な電力を供給可能とするために、当該燃料電池の電圧低下を考慮して補機電源用ＤＣ／ＤＣコンバータを設計しなければならず、補機電源用ＤＣ／ＤＣコンバータの大型化やコストアップを招いてしまうおそれがある。

そこで、本開示の発明は、燃料電池システムにおいて、燃料電池の出力電圧を電圧変換する電圧変換装置の大型化やコストアップを抑制しつつ、当該燃料電池から補機に充分な電力を供給可能とすることを主目的とする。

本開示の燃料電池システムは、アノードガスとカソードガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池により発電された電力を交流電力に変換する電力変換装置と、前記燃料電池の出力電圧を電圧変換する電圧変換装置と、前記電圧変換装置により電圧変換された電力により駆動される補機とを含む燃料電池システムにおいて、前記燃料電池から前記電力変換装置に電力が供給され、かつ前記燃料電池から前記電圧変換装置を介して前記補機に電力が供給されている際に、該補機に供給される電力の増加に応じて、前記燃料電池の前記出力電圧が上昇するように該燃料電池から前記電力変換装置に供給される電力を減少させる制御装置を備えるものである。

この燃料電池システムでは、燃料電池から電力変換装置に電力が供給され、かつ燃料電池から電圧変換装置を介して補機に電力が供給されている際に、補機に供給される電力の増加に応じて燃料電池から電力変換装置に供給される電力が減少させられる。これにより、電圧変換装置を流れる電流が予め定められた上限値の範囲内に抑えられたとしても、燃料電池の出力電圧を上昇させて当該燃料電池から補機に充分な電力を供給することが可能となる。そして、この燃料電池システムでは、燃料電池の出力電圧（最低出力電圧）の低下を抑制することができるので、電圧変換装置を流れる電流の上限値を低めに抑えて、当該電圧変換装置の大型化やコストアップを抑制することが可能となる。

また、前記制御装置は、前記補機に供給される電流が前記電圧変換装置を流れる電流の許容上限値を上回ると、前記補機に供給される電流が前記許容上限値以下になるように前記電力変換装置の出力電力を減少させるものであってもよい。これにより、電圧変換装置の大型化やコストアップをより良好に抑制しつつ、燃料電池から補機に充分な電力を供給可能となる。

更に、前記制御装置は、前記補機に供給される電流が前記許容上限値以下になると、前記補機に供給される電流が前記許容上限値以上にならないように前記電力変換装置の出力電力を増加させるものであってもよい。これにより、電圧変換装置の保護を図りつつ、補機の消費電力の減少に応じて、燃料電池から電力変換装置と電圧変換装置との双方に適正に電力を供給することが可能となる。

また、前記制御装置は、前記補機に供給される電流が前記許容上限値以下になった後に、前記電圧変換装置の出力電力が前記電力変換装置の出力電力を減少させる直前の前記燃料電池の出力電圧と前記許容上限値との積値未満になった際に、前記電力変換装置の出力電力を減少させる直前に出力していた交流電力を出力するように前記電力変換装置を制御するものであってもよい。かかる態様においても、電圧変換装置の保護を図りつつ、補機の消費電力の減少に応じて、燃料電池から電力変換装置と電圧変換装置との双方に適正に電力を供給することが可能となる。

本開示の燃料電池システムは、アノードガスとカソードガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池により発電された電力を交流電力に変換する電力変換装置と、前記燃料電池の出力電圧を電圧変換する電圧変換装置と、前記電圧変換装置により電圧変換された電力により駆動される補機とを含む燃料電池システムの制御方法において、前記燃料電池から前記電力変換装置に電力が供給され、かつ前記燃料電池から前記電圧変換装置を介して前記補機に電力が供給されている際に、該補機に供給される電力の増加に応じて、前記燃料電池の前記出力電圧が上昇するように該燃料電池から前記電力変換装置に供給される電力を減少させるものである。

この方法によれば、燃料電池の出力電圧を電圧変換する電圧変換装置の大型化やコストアップを抑制しつつ、当該燃料電池から補機に充分な電力を供給することが可能となる。

本開示の燃料電池システムを示す概略構成図である。本開示の燃料電池システムにおいて実行される制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。図２の制御ルーチンが実行される際の補機消費電力、燃料電池の出力電圧および出力電流、電圧変換装置から補機に供給される電流、並びに電力変換装置の出力電力の変化を示すタイムチャートである。本開示の燃料電池システムにおいて実行され得る他の制御ルーチンを例示するフローチャートである。図４の制御ルーチンが実行される際の補機消費電力、燃料電池の出力電圧および出力電流、電圧変換装置から補機に供給される電流、並びに電力変換装置の出力電力の変化を示すタイムチャートである。

次に、図面を参照しながら、本開示の発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本開示の燃料電池システム１０を示す概略構成図である。同図に示す燃料電池システム１０は、住宅等に設置されるコジェレネーションシステムとして構成されている。燃料電池システム１０は、アノードガス（燃料ガス）中の水素とカソードガス（酸化剤ガス）中の酸素との電気化学反応により発電する燃料電池ＦＣを有する発電ユニット２０と、湯水を貯留する貯湯タンク１０１を有する給湯ユニット１００と、システム全体を制御する制御装置５０とを含む。発電ユニット２０は、燃料電池ＦＣに加えて、断熱性材料により形成された箱型のモジュールケースや、気化器、改質器、例えば天然ガスやＬＰガスといった原燃料ガス（原燃料）を気化器に供給するための原燃料ガス供給系統、燃料電池ＦＣにカソードガスとしてのエア（空気）を供給するためのエア供給系統、気化器に改質水を供給するための改質水供給系統等を有する（何れも図示省略）。

更に、発電ユニット２０は、燃料電池ＦＣで発生した排熱を回収するための排熱回収系統２１を有する。排熱回収系統２１は、図１に示すように、給湯ユニット１００の貯湯タンク１０１に接続された循環配管２２と、循環配管２２を流通する湯水と燃料電池ＦＣ（燃焼部）からの燃焼排ガスとを熱交換させる熱交換器２３と、循環配管２２で湯水を循環させる循環ポンプ２４と、循環配管２２に組み込まれたラジエータ２５と、ラジエータ２５にエアを送り込む電動ファン（ラジエータファン）２６とを含む。電動ファン２６を作動させて当該電動ファン２６からラジエータ２５にエアを送り込むことで、循環配管２２を流通する湯水を冷却する（放熱させる）ことができる。これにより、燃料電池ＦＣの運転を停止させることなく、熱交換器２３で湯水を昇温させて燃料電池ＦＣの排熱を継続して回収することが可能となる。

また、燃料電池システム１０は、燃料電池ＦＣの出力端子に接続された第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３１と、燃料電池ＦＣの出力端子に第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３１と並列に接続された第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２と、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３１と共に電力変換装置３５を構成するインバータ３３とを含む。更に、燃料電池システム１０は、燃料電池ＦＣの出力電圧Ｖ１を検出する電圧センサ４０や、燃料電池ＦＣから出力される電流Ｉ１を検出する第１電流センサ４１、燃料電池ＦＣから第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３１に供給される電流Ｉ２を検出する第２電流センサ４２を含む。

第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、図示しないスイッチング素子やトランス等を有し、燃料電池ＦＣからの直流電力（例えばＤＣ１００Ｖ）を所定電圧（例えばＤＣ４００Ｖ）まで昇圧してインバータ３３に供給する。インバータ３３は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３１からの直流電力を交流電力に変換するものであり、当該インバータ３３の出力端子は、系統電源１に接続された電力ライン２に接続されている。これにより、燃料電池ＦＣからの直流電力を電力変換装置３５により交流電力に変換して家電製品等の負荷３に供給することが可能となる。

第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、図示しないスイッチング素子やトランス等を有し、燃料電池ＦＣからの直流電力を所定電圧（例えば、ＤＣ２４Ｖ）まで降圧する。第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２からの電力は、原燃料ガス供給系統、エア供給系統、改質水供給系統等に含まれるバルブやポンプ、ブロワ、排熱回収系統２１の循環ポンプ２４、電動ファン２６といった補機ＡＭに供給される。更に、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、スイッチング素子等を流れる電流が予め定められた許容上限値Ｉｌｉｍ（例えば、１．２Ａ）を超えないようにする図示しない保護回路を内蔵している。本実施形態において、許容上限値Ｉｌｉｍは、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２から出力可能な上限電流値からマージン分を差し引いたものである。そして、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の電源容量は、当該許容上限値Ｉｌｉｍと燃料電池ＦＣの最低出力電圧とから定められる。また、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２からの電力は、図示しない電圧レギュレータ等により降圧されて温度センサ等のセンサ類、制御装置５０等に供給される。

制御装置５０は、ＣＰＵや各種プログラムを記憶するＲＯＭ、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入力ポートおよび出力ポート等を含むコンピュータである。制御装置５０は、無線式または有線式の通信回線を介して接続された図示しないリモコンや電圧センサ４０、第１および第２電流センサ４１，４２といった各種センサ類からの信号等を入力ポートを介して入力する。また、制御装置５０は、電圧センサ４０、第１および第２電流センサ４１，４２からの信号等に基づいて第１および第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３１，３２並びにインバータ３３への制御信号を生成すると共に当該制御信号を出力ポートを介して出力することにより、これらの機器を制御（スイッチング制御）する。更に、制御装置５０は、リモコンや各種センサ類からの信号等に基づいて上記補機ＡＭへの制御信号を生成すると共に当該制御信号を出力ポートを介して出力することにより、該当する補機ＡＭを制御する。

上述のように構成される燃料電池システム１０では、燃料電池ＦＣから出力される直流電力が電力変換装置３５により交流電力に変換されて電力ライン２に供給されると共に、燃料電池ＦＣから出力される直流電力が第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２により降圧されて補機ＡＭに供給される。ただし、例えば排熱回収系統２１の電動ファン２６が作動させられること等により補機ＡＭの消費電力が増加すると、内部インピーダンスにより燃料電池ＦＣの出力電圧が低下し、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の出力電力が減少してしまうことがある。このため、本実施形態の燃料電池システム１０では、燃料電池ＦＣから補機ＡＭに充分な電力を供給可能とするために、インバータ３３が制御装置５０により図３に示す制御ルーチンに従って制御される。

図３の制御ルーチンの開始に際して、制御装置５０（図示しないＣＰＵ）は、まず、電圧センサ４０からの燃料電池ＦＣの出力電圧Ｖ１や、第１および第２電流センサ４１，４２からの電流Ｉ１，Ｉ２を取得する（ステップＳ１００）。次いで、制御装置５０は、ステップＳ１００にて取得した電流Ｉ１から電流Ｉ２を減じることにより、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２から補機ＡＭに供給される電流Ｉ３を算出し（ステップＳ１１０）、算出した電流Ｉ３が第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２における上記許容上限値Ｉｌｉｍを上回っているか否かを判定する（ステップＳ１２０）。ステップＳ１２０にて電流Ｉ３が許容上限値Ｉｌｉｍ以下であると判定した場合（ステップＳ１２０：ＮＯ）、制御装置５０は、インバータ３３への電力指令値Ｐ２＊を設定すると共に（ステップＳ１２２）、インバータ３３の出力電力Ｐ２が電力指令値Ｐ２＊になるように当該電力指令値Ｐ２＊に基づいてインバータ３３等をスイッチング制御する（ステップＳ１２４）。

ステップＳ１２２において、燃料電池システム１０から系統電源１側への逆潮流が許容されている場合、電力指令値Ｐ２＊は、予め定められた一定の基準電力Ｐ２ｒｅｆ（例えば、７００Ｗ）に設定される。また、燃料電池システム１０から系統電源１側への逆潮流が許容されていない場合、電力指令値Ｐ２＊は、負荷３の消費電力に応じて設定される基準電力Ｐ２ｒｅｆ（例えば、５００Ｗまたは６００Ｗ）に設定される。そして、制御装置５０は、ステップＳ１２４の処理が完了した時点で本ルーチンを一旦終了させ、予め定められた時間が経過した段階で再度ステップＳ１００以降の処理を開始する。

一方、ステップＳ１２０にて補機ＡＭに供給される電流Ｉ３が許容上限値Ｉｌｉｍを上回っていると判定された場合（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、燃料電池ＦＣの出力電圧Ｖ１の低下により補機ＡＭに充分な電力を供給し得なくなるおそれがある。このため、ステップＳ１２０にて肯定判定を行った場合、制御装置５０は、第１カウンタｎ１（初期値：０）をインクリメントし（ステップＳ１３０）、当該第１カウンタｎ１の値に応じたインバータ３３の電力指令値Ｐ２＊を設定する（ステップＳ１４０）。ステップＳ１４０において、制御装置５０は、上述の基準電力Ｐ２ｒｅｆから予め定められたインバータ３３の出力電力Ｐ２の第１変化量ΔＰ１（正の一定値）と第１カウンタｎ１との積値を減じることにより電力指令値Ｐ２＊を設定する。更に、制御装置５０は、インバータ３３の出力電力Ｐ２が電力指令値Ｐ２＊になるように当該電力指令値Ｐ２＊に基づいてインバータ３３等をスイッチング制御すると共に、所定時間Ｔが経過するまで待機する（ステップＳ１５０）。

ステップＳ１５０にて所定時間Ｔだけ待機した後、制御装置５０は、再度、電圧センサ４０からの燃料電池ＦＣの出力電圧Ｖ１や、第１および第２電流センサ４１，４２からの電流Ｉ１，Ｉ２を取得し（ステップＳ１６０）、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２から補機ＡＭに供給される電流Ｉ３を算出する（ステップＳ１７０）。更に、制御装置５０は、ステップＳ１７０にて算出した電流Ｉ３が第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２における許容上限値Ｉｌｉｍ以下であるか否かを判定し（ステップＳ１８０）、電流Ｉ３が許容上限値Ｉｌｉｍを上回っていると判定した場合（ステップＳ１８０：ＮＯ）、再度ステップＳ１３０〜Ｓ１８０の処理を実行する。これにより、ステップＳ１８０にて電流Ｉ３が許容上限値Ｉｌｉｍを上回っていると判定される間、時間の経過と共にインバータ３３の電力指令値Ｐ２＊が小さく設定されることで燃料電池ＦＣから電力変換装置３５すなわちインバータ３３に供給される電力が減少し、それに伴って燃料電池ＦＣの出力電圧Ｖ１を上昇させることができる。

また、ステップＳ１８０にて電流Ｉ３が許容上限値Ｉｌｉｍ以下であると判定すると、制御装置５０は、所定時間Ｔだけ待機した後（ステップＳ１９０）、第２カウンタｎ２（初期値：０）をインクリメントする（ステップＳ２００）。更に、制御装置５０は、上記基準電力Ｐ２ｒｅｆに予め定められたインバータ３３の出力電力Ｐ２の第２変化量ΔＰ２（正の一定値、ΔＰ２＜ΔＰ１）と第２カウンタｎ２との積値を加算することにより電力指令値Ｐ２＊を設定する（ステップＳ２１０）。そして、制御装置５０は、インバータ３３の出力電力Ｐ２が電力指令値Ｐ２＊になるように当該電力指令値Ｐ２＊に基づいてインバータ３３等をスイッチング制御すると共に、所定時間Ｔが経過するまで待機する（ステップＳ２２０）。これにより、燃料電池ＦＣから電力変換装置３５すなわちインバータ３３に供給される電流Ｉ２を増加させると共に、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２から補機ＡＭに供給される電流Ｉ３を減少させることができる。

ステップＳ２２０にて所定時間Ｔだけ待機した後、制御装置５０は、再度、電圧センサ４０からの燃料電池ＦＣの出力電圧Ｖ１や、第１および第２電流センサ４１，４２からの電流Ｉ１，Ｉ２を取得し（ステップＳ２３０）、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２から補機ＡＭに供給される電流Ｉ３（＝Ｉ１−Ｉ２）を算出する（ステップＳ２４０）。更に、制御装置５０は、ステップＳ２４０にて算出した電流Ｉ３が第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の許容上限値Ｉｌｉｍ未満であるか否かを判定し（ステップＳ２５０）、電流Ｉ３が許容上限値Ｉｌｉｍ以上であると判定した場合（ステップＳ２５０：ＮＯ）、再度ステップＳ１９０〜Ｓ２５０の処理を実行する。これにより、燃料電池ＦＣから電力変換装置３５すなわちインバータ３３に供給される電流Ｉ２をより増加させると共に、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２から補機ＡＭに供給される電流Ｉ３をより減少させることができる。そして、ステップＳ２５０にて電流Ｉ３が許容上限値Ｉｌｉｍ未満であると判定した場合（ステップＳ２５０：ＹＥＳ）、制御装置５０は、第１および第２カウンタｎ１，ｎ２をリセットし（ステップＳ２６０）、本ルーチンを一旦終了させる。

上述のような制御ルーチンが実行される結果、図３に示すように、補機ＡＭの消費電力が増加して第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２から補機ＡＭに供給される電流Ｉ３が高まり、図２のステップＳ１２０にて当該電流Ｉ３が第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の許容上限値Ｉｌｉｍを上回ったと判定されると（図３における時刻ｔ１）、ステップＳ１８０にて電流Ｉ３が許容上限値Ｉｌｉｍ以下になったと判定されるまでステップＳ１３０〜Ｓ１７０の処理が繰り返し実行され、電流Ｉ３が許容上限値Ｉｌｉｍ以下になるようにインバータ３３（電力変換装置３５）の出力電力Ｐ２が減少させられる。これにより、ステップＳ１８０にて電流Ｉ３が許容上限値Ｉｌｉｍを上回っていると判定される間、時間の経過と共に燃料電池ＦＣから電力変換装置３５すなわちインバータ３３に供給される電力が減少し、それに伴って燃料電池ＦＣの出力電圧Ｖ１が上昇していくことになる。

このように、燃料電池システム１０では、燃料電池ＦＣから電力変換装置３５すなわちインバータ３３に電力が供給され、かつ燃料電池ＦＣから第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２を介して補機ＡＭに電力が供給されている際に、補機ＡＭに供給される電力の増加に応じて燃料電池ＦＣから電力変換装置３５に供給される電力が減少させられる。この結果、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２を流れる電流Ｉ３が保護回路により許容上限値Ｉｌｉｍの範囲内に抑えられたとしても、燃料電池ＦＣの出力電圧Ｖ１を上昇させて当該燃料電池ＦＣから補機ＡＭに充分な電力を供給することが可能となる。そして、燃料電池システム１０では、燃料電池ＦＣの出力電圧Ｖ１すなわち設計上の最低出力電圧の低下を抑制することができるので、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２を流れる電流の許容上限値Ｉｌｉｍを低めに抑えて、当該第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の大型化やコストアップを良好に抑制することが可能となる。

また、燃料電池システム１０では、図２のステップＳ１８０にて電流Ｉ３が許容上限値Ｉｌｉｍ以下になったと判定されると（図３における時刻ｔ２）、ステップＳ１９０〜Ｓ２５０の処理が実行され、図３に示すように、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２から補機ＡＭに供給される電流Ｉ３が許容上限値Ｉｌｉｍ以上にならないようにインバータ３３（電力変換装置３５）の出力電力Ｐ２が増加させられる。これにより、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の保護を図りつつ、補機ＡＭの消費電力の減少に応じて、燃料電池ＦＣから電力変換装置３５と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２との双方に適正に電力を供給することが可能となる。

図４は、上記燃料電池システム１０において、燃料電池ＦＣから補機ＡＭに充分な電力を供給可能とするために制御装置５０により実行され得る他の制御ルーチンを例示するフローチャートである。なお、図４の制御ルーチンのステップのうち、図３の制御ルーチンのステップと同一のものには同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図４の制御ルーチンが実行され、ステップＳ１２０にて第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２から補機ＡＭに供給される電流Ｉ３が許容上限値Ｉｌｉｍを上回っていると判定した場合（ステップＳ１２０：ＮＯ）、制御装置５０は、ステップＳ１００にて取得した燃料電池ＦＣの出力電圧Ｖ１に電流Ｉ２を乗じることにより、その時点でのインバータ３３の出力電力Ｐ２を算出する（ステップＳ１２６）。更に、制御装置５０は、ステップＳ１００にて取得した燃料電池ＦＣの出力電圧Ｖ１を電圧Ｖ１_mとしてＲＡＭに格納（記憶）すると共に、ステップＳ１２６にて算出したインバータ３３の出力電力Ｐ２を電力Ｐ２_mとしてＲＡＭに格納（記憶）する（ステップＳ１２８）。そして、制御装置５０は、ステップＳ１８０にて電流Ｉ３が許容上限値Ｉｌｉｍ以下になったと判定するまで、ステップＳ１３０〜Ｓ１７０の処理を繰り返し実行する。

また、ステップＳ１８０にて電流Ｉ３が許容上限値Ｉｌｉｍ以下であると判定すると、制御装置５０は、所定時間Ｔだけ待機した後（ステップＳ１９０）、再度、電圧センサ４０からの燃料電池ＦＣの出力電圧Ｖ１や、第１および第２電流センサ４１，４２からの電流Ｉ１，Ｉ２を取得する（ステップＳ２０５）。更に、制御装置５０は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２から補機ＡＭに供給される電流Ｉ３（＝Ｉ１−Ｉ２）を算出し（ステップＳ２１５）、当該電流Ｉ３をステップＳ２０５にて取得した燃料電池ＦＣの出力電圧Ｖ１に乗じることにより第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の出力電力Ｐ３を算出する（ステップＳ２２５）。また、制御装置５０は、上述の電圧Ｖ１_mに第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２における許容上限値Ｉｌｉｍを乗じることにより第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２における電力リミット値Ｐ３ｌｉｍを算出する（ステップＳ２３５）。そして、制御装置５０は、ステップＳ２２５に算出した出力電力Ｐ３がステップＳ２３５にて算出した電力リミット値Ｐ３ｌｉｍ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２４５）。

ステップＳ２４５にて出力電力Ｐ３が電力リミット値Ｐ３ｌｉｍ以上であると判定した場合（ステップＳ２４５：ＮＯ）、制御装置５０は、再度ステップＳ１８０〜Ｓ２４５の処理を実行する。また、ステップＳ２４５にて出力電力Ｐ３が電力リミット値Ｐ３ｌｉｍ未満であると判定した場合（ステップＳ２４５：ＹＥＳ）、制御装置５０は、第１カウンタｎ１をリセットすると共に、ステップＳ１２８にて記憶した電力Ｐ２_mをインバータ３３の電力指令値Ｐ２＊に設定し、更に、当該インバータ３３等をスイッチング制御し（ステップＳ２５５）、本ルーチンを一旦終了させる。なお、ステップＳ１８０〜Ｓ２４５の処理が実行される間、インバータ３３は、出力電力Ｐ２がステップＳ１８０にて肯定判定がなされる直前に設定された電力指令値Ｐ２＊になるように制御される。

図４の制御ルーチンが実行された場合、図５に示すように、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２から補機ＡＭに供給される電流Ｉ３が許容上限値Ｉｌｉｍ以下になった後に（図５における時刻ｔ２）、当該第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の出力電力Ｐ３がインバータ３３（電力変換装置３５）の出力電力Ｐ２を減少させる直前（図５における時刻ｔ１）の燃料電池ＦＣの出力電圧Ｖ１と許容上限値Ｉｌｉｍとの積値である電力リミット値Ｐ３ｌｉｍ未満になった際に（図５における時刻ｔ３）、インバータ３３の出力電力Ｐ２を減少させる直前に出力していた電力Ｐ２_mを出力するようにインバータ３３（電力変換装置３５）が制御される。このような制御を実行しても、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の保護を図りつつ、補機ＡＭの消費電力の減少に応じて、燃料電池ＦＣから電力変換装置３５と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２との双方に適正に電力を供給することが可能となる。

以上説明したように、本開示の燃料電池システム１０では、燃料電池ＦＣから電力変換装置３５すなわちインバータ３３に電力が供給され、燃料電池ＦＣから第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２を介して補機ＡＭに電力が供給されている際に、補機ＡＭに供給される電力の増加に応じて、燃料電池ＦＣの出力電圧Ｖ１が上昇するように当該燃料電池ＦＣから電力変換装置３５（インバータ３３）に供給される電力が減少させられる。これにより、燃料電池ＦＣの出力電圧Ｖ１を電圧変換する第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の大型化やコストアップを抑制しつつ、当該燃料電池ＦＣから補機ＡＭに充分な電力を供給することが可能となる。

なお、本開示の発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記実施形態は、あくまで発明の概要の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、発明の概要の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。

本開示の発明は、燃料電池システムの製造産業等において利用可能である。

１系統電源、２電力ライン、３負荷、１０燃料電池システム、２０発電ユニット、２１排熱回収系統、２２循環配管、２３熱交換器、２４循環ポンプ、２５ラジエータ、２６電動ファン、３１第１ＤＣ／ＤＣコンバータ、３２第２ＤＣ／ＤＣコンバータ、３３インバータ、３５電力変換装置、４０電圧センサ、４１第１電流センサ、４２第２電流センサ、５０制御装置、１００給湯ユニット、１０１貯湯タンク、ＡＭ補機、ＦＣ燃料電池。

Claims

アノードガスとカソードガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池により発電された電力を交流電力に変換する電力変換装置と、前記燃料電池の出力電圧を電圧変換する電圧変換装置と、前記電圧変換装置により電圧変換された電力により駆動される補機とを含む燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池から前記電力変換装置に電力が供給され、かつ前記燃料電池から前記電圧変換装置を介して前記補機に電力が供給されている際に、該補機に供給される電力の増加に応じて、前記燃料電池の前記出力電圧が上昇するように該燃料電池から前記電力変換装置に供給される電力を減少させる制御装置を備える燃料電池システム。
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御装置は、前記補機に供給される電流が前記電圧変換装置を流れる電流の許容上限値を上回ると、前記補機に供給される電流が前記許容上限値以下になるように前記電力変換装置の出力電力を減少させる燃料電池システム。
請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御装置は、前記補機に供給される電流が前記許容上限値以下になると、前記補機に供給される電流が前記許容上限値以上にならないように前記電力変換装置の出力電力を増加させる燃料電池システム。
請求項２に記載の燃料処理システムにおいて、
前記制御装置は、前記補機に供給される電流が前記許容上限値以下になった後に、前記電圧変換装置の出力電力が前記電力変換装置の出力電力を減少させる直前の前記燃料電池の出力電圧と前記許容上限値との積値未満になった際に、前記電力変換装置の出力電力を減少させる直前に出力していた交流電力を出力するように前記電力変換装置を制御する燃料電池システム。
アノードガスとカソードガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池により発電された電力を交流電力に変換する電力変換装置と、前記燃料電池の出力電圧を電圧変換する電圧変換装置と、前記電圧変換装置により電圧変換された電力により駆動される補機とを含む燃料電池システムの制御方法において、
前記燃料電池から前記電力変換装置に電力が供給され、かつ前記燃料電池から前記電圧変換装置を介して前記補機に電力が供給されている際に、該補機に供給される電力の増加に応じて、前記燃料電池の前記出力電圧が上昇するように該燃料電池から前記電力変換装置に供給される電力を減少させる燃料電池システムの制御方法。