JP2022088948A - 燃料電池システムおよび燃料電池船 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池の発電性能を回復させる回復制御の実行期間であっても、船舶を安定して運航できる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システム５３は、燃料電池５３１と第１制御部１８１と第２制御部１８３とを備える。燃料電池５３１は、船体１に推進力を発生させる推進装置９に電力を供給する。第１制御部１８１は、燃料電池５３１が発電する電力を制御することで、燃料電池５３１の発電性能を回復させる回復制御を実行する。第２制御部１８３は、回復制御の実行期間において、過剰電力吸収制御または不足電力補完制御を実行する。過剰電力吸収制御は、推進装置９に電力を供給することの可能な電力源７に、推進装置９の目標電力に対する燃料電池５３１の過剰電力を吸収させる制御を示す。不足電力補完制御は、電力源７に、目標電力に対する燃料電池の不足電力を補完させる制御を示す。
【選択図】図５

Description

本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池船に関する。

特許文献１に記載されている燃料電池システムは、燃料電池を備える。燃料電池は、燃料を電気化学プロセスによって酸化させることにより、酸化反応に伴って放出されるエネルギーを電気エネルギーに直接変換する発電システムである。燃料電池スタックは、水素イオンを選択的に輸送するための高分子電解質膜の両側面を、多孔質材料から成る一対の電極によって挟持してなる膜－電極アセンブリを有する。一対の電極のそれぞれは、白金系の金属触媒を担持するカーボン粉末を主成分とし、高分子電解質膜に接する触媒層と、触媒層の表面に形成され、通気性と電子導電性とを併せ持つガス拡散層とを有する。

そして、燃料電池システムでは、セル電圧が酸化電圧（約０．７Ｖ～１．０Ｖ）になる運転領域で電池運転を継続すると、触媒層の白金触媒表面への酸化皮膜形成により、白金触媒の有効面積が減少し、触媒層の性能ひいては発電性能が低下することがある。

そこで、燃料電池システムは、リフレッシュ制御を実行する。リフレッシュ制御とは、燃料電池のカソード電位を還元電圧（例えば０．６Ｖ以下）まで引き下げることにより、白金触媒表面から酸化皮膜を除去して発電性能を回復する制御のことである。リフレッシュ制御は、燃料電池の発電効率低下の抑制に不可欠であるが、燃料電池の出力電圧を、本来設定すべき電圧よりも一時的とはいえ相当低い電圧に設定して実行される制御である。

具体的には、燃料電池システムは、車両に搭載される。そして、リフレッシュ制御は、車両のアイドル運転時に実行される。アイドル運転は、起動直後および信号待ちのときのような駐停車時に実行され、ドライバビリティ確保に必要な発電電圧にて燃料電池に発電を行なわせつつ、発電電力をバッテリーに充電する運転である。

国際公開第２０１３／１６４８７３号

ところで、燃料電池では、出力電流の増加とともに、出力電圧が低下する。そして、出力電流と出力電圧との積である発電電力は、特定の出力電圧値においてピーク値を有する。従って、発電電力がピーク値に到達するまでは、発電停止の場合を除き、出力電圧が低い程、発電電力が大きくなる。従って、リフレッシュ制御の実行期間では、燃料電池の発電電力が増大する場合がある。しかしながら、特許文献１に記載されている燃料電池システムでは、リフレッシュ制御は、車両が停止しているアイドル運転時に実行される。従って、リフレッシュ制御に起因する発電電力の増大は、車両の運行に影響を与えない。同様に、発電性能を回復するための他の制御において発電電力が減少した場合でも、発電電力の減少は、車両の運行に影響を与えない。

一方、船舶では、一般的に、港での停泊中を除き、常時一定速度で運航される。従って、車両と異なり、船舶では、リフレッシュ制御の実行期間であっても、常時一定の発電電力の供給が要求される。

換言すれば、船舶では、燃料電池の発電性能を回復させる回復制御の実行期間であっても、常時一定の発電電力の供給が要求される。更に換言すれば、船舶では、安定した運航を実現するために、回復制御の実行期間であっても、常時一定の動力の供給が要求される。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料電池の発電性能を回復させる回復制御の実行期間であっても、船舶を安定して運航できる燃料電池システムおよび燃料電池船を提供することにある。

本発明の一局面によれば、燃料電池システムは、燃料電池と、第１制御部と、第２制御部とを備える。燃料電池は、船体に推進力を発生させる推進装置に電力を供給する。第１制御部は、前記燃料電池が発電する電力を制御することで、前記燃料電池の発電性能を回復させる回復制御を実行する。第２制御部は、前記回復制御の実行期間において、過剰電力吸収制御または不足電力補完制御を実行する。前記過剰電力吸収制御は、前記推進装置に電力を供給することの可能な電力源に、前記推進装置の目標電力に対する前記燃料電池の過剰電力を吸収させる制御を示す。前記不足電力補完制御は、前記電力源に、前記目標電力に対する前記燃料電池の不足電力を補完させる制御を示す。

本発明の燃料電池システムは、第３制御部を更に備えることが好ましい。第３制御部は、前記回復制御が実行される前に、放電制御または充電制御を実行することが好ましい。前記電力源は、蓄電池を含むことが好ましい。前記放電制御は、前記蓄電池が前記過剰電力を蓄電できるように前記蓄電池を放電させる制御を示すことが好ましい。前記充電制御は、前記蓄電池が前記不足電力を給電できるように前記蓄電池を充電する制御を示すことが好ましい。前記回復制御の前記実行期間に実行される前記過剰電力吸収制御では、前記第２制御部は、前記蓄電池に前記過剰電力を蓄電させることが好ましい。前記回復制御の前記実行期間に実行される前記不足電力補完制御では、前記第２制御部は、前記蓄電池に前記不足電力を給電させることが好ましい。

本発明の燃料電池システムは、目標充電率算出部を更に備えることが好ましい。目標充電率算出部は、前記蓄電池が前記過剰電力を蓄電できる第１目標充電率、または、前記蓄電池が前記不足電力を給電できる第２目標充電率を算出することが好ましい。前記目標充電率算出部は、前記過剰電力に対応する過剰電力量の推定値に基づいて前記第１目標充電率を算出し、または、前記不足電力に対応する不足電力量の推定値に基づいて前記第２目標充電率を算出することが好ましい。前記放電制御では、前記第３制御部は、前記第１目標充電率になるように前記蓄電池を放電させることが好ましい。前記充電制御では、前記第３制御部は、前記第２目標充電率になるように前記蓄電池を充電することが好ましい。

本発明の燃料電池システムでは、前記回復制御の前記実行期間において、前記燃料電池の定格電力に対応する定格電圧よりも小さい電圧を前記燃料電池に発生させることで、前記第１制御部は前記回復制御を実行することが好ましい。

本発明の燃料電池システムでは、前記回復制御の前記実行期間において、前記燃料電池の酸化剤利用率を、前記燃料電池が定格電力を発電する時の酸化剤利用率よりも小さくすることで、前記第１制御部は前記回復制御を実行することが好ましい。

本発明の燃料電池システムでは、前記回復制御の前記実行期間において、前記燃料電池のカソード極における酸化剤ガスの圧力を、前記燃料電池が定格電力を発電する時の前記カソード極における前記酸化剤ガスの圧力よりも小さくすることで、前記第１制御部は前記回復制御を実行することが好ましい。

本発明の燃料電池システムでは、前記回復制御の前記実行期間において、前記燃料電池の温度を、前記燃料電池が定格電力を発電する時の前記燃料電池の温度よりも高くすることで、前記第１制御部は前記回復制御を実行することが好ましい。

本発明の燃料電池システムでは、前記回復制御の前記実行期間において、前記燃料電池への燃料ガスの供給を停止するとともに、前記燃料電池のカソード極に不活性ガスを供給することで、前記第１制御部は前記回復制御を実行することが好ましい。

本発明の燃料電池システムでは、前記電力源は、前記燃料電池とは別の燃料電池、蓄電池、または、エンジン発電機を含むことが好ましい。前記回復制御の前記実行期間に実行される前記不足電力補完制御では、前記別の燃料電池、前記蓄電池、または、前記エンジン発電機に、前記不足電力を給電させることが好ましい。

本発明の燃料電池システムでは、前記燃料電池が所定電流値の電流を出力している時に前記燃料電池が発生する電圧が、所定電圧以下である場合に、前記第１制御部は、前記回復制御を実行することが好ましい。

本発明の燃料電池システムでは、前記第１制御部は、所定時間ごとに前記回復制御を実行するか、または、所定距離ごとに前記回復制御を実行することが好ましい。

本発明の他の局面によれば、燃料電池船は、上記燃料電池システムと、前記船体と、前記推進装置と、前記電力源とを備える。

本発明の更に他の局面によれば、燃料電池システムは、燃料電池と、第１制御部と、第２制御部とを備える。燃料電池は、船体に推進力を発生させる推進装置に電力を供給する。第１制御部は、前記燃料電池が発電する電力を制御することで、前記燃料電池の発電性能を回復させる回復制御を実行する。第２制御部は、前記回復制御の前記実行期間において、不足電力補完制御を実行する。前記不足電力補完制御は、前記推進装置に電力または動力を供給することの可能な動力源に、前記推進装置の目標電力に対する前記燃料電池の不足電力を補完する電力または動力を供給させる制御を示す。

本発明によれば、燃料電池の発電性能を回復させる回復制御の実行期間であっても、船舶を安定して運航できる燃料電池システムおよび燃料電池船を提供できる。

本発明の実施形態１に係る燃料電池船の概略構成を示す図である。 実施形態１に係る燃料電池船の燃料電池設備および蓄電池システムを示すブロック図である。 実施形態１に係る燃料電池システムを示すブロック図である。 実施形態１に係る燃料電池のセルを示す斜視図である。 実施形態１に係る制御装置を示すブロック図である。 実施形態１に係る燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。 実施形態１に係る燃料電池システムの制御方法の他の例を示すフローチャートである。 実施形態１に係る燃料電池システムの第１変形例を示すブロック図である。 実施形態１に係る燃料電池の特性を示すグラフである。 実施形態１に係る燃料電池システムの第３変形例を示すブロック図である。 実施形態１に係る燃料電池システムの第６変形例を示すブロック図である。 実施形態１に係る燃料電池システムの第７変形例を示すブロック図である。 実施形態１に係る燃料電池システムの第８変形例を示すブロック図である。 本発明の実施形態２に係る燃料電池船の概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一または相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

（実施形態１）
図１～図７を参照して、本発明の実施形態１に係る燃料電池船１００を説明する。まず、図１を参照して、実施形態１に係る燃料電池船１００を説明する。図１は、燃料電池船１００の概略構成を示す図である。

図１に示すように、燃料電池船１００は、船体１と、キャビン３と、燃料電池設備５と、蓄電池システム７と、推進装置９と、複数の補機１１と、排気ファン１３と、ダクト１５と、制御装置１７とを備える。船体１の上面にはキャビン３が配置される。制御装置１７は、燃料電池設備５、蓄電池システム７、推進装置９、複数の補機１１、および、排気ファン１３を制御する。制御装置１７は、例えば、１つまたは２以上のコンピューターによって構成される。コンピューターは、例えば、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。制御装置１７には、バッテリーから電力が供給される。

燃料電池設備５は、推進装置９、補機１１、および、排気ファン１３に電力を供給する。具体的には、燃料電池設備５は、少なくとも１つの燃料電池システム５３を含む。燃料電池システム５３は、主電源として機能する。燃料電池システム５３は、燃料ガスを消費して電力（具体的には直流電力）を発生する。そして、燃料電池システム５３は、推進装置９、補機１１、および、排気ファン１３に電力を供給する。また、燃料電池システム５３は、蓄電池システム７を充電するための電力を、蓄電池システム７に供給する。なお、燃料電池システム５３からの直流電力（直流出力電圧）が、蓄電池システム７、補機１１、または、排気ファン１３の動作電力（動作電圧）と異なる場合には、例えば、蓄電池システム７、補機１１、または、排気ファン１３の上流側に電力変換器を設置する。電力変換器は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバーターである。

蓄電池システム７は、補助電源として機能する。蓄電池システム７は、燃料電池システム５３によって供給される電力の不足を補うために、蓄電した電力（具体的には直流電力）を、推進装置９、補機１１、および、排気ファン１３に供給する。蓄電池システム７は、制御装置１７に電力を供給してもよい。

蓄電池システム７は、推進装置９に電力を供給することの可能な「電力源」の一例に相当する。

推進装置９は、電力によって駆動され、船体１に推進力を発生させる。推進装置９は、電力変換装置９１と、推進モーター９３と、プロペラ９５とを含む。電力変換装置９１は、燃料電池設備５から供給される電力を、推進モーター９３の規格に応じた電力に変換する。例えば、電力変換装置９１は、直流電力を交流電力に変換する。この場合、例えば、電力変換装置９１は、インバーターを含む。推進モーター９３は、電力変換装置９１から供給される電力（例えば交流電力）によって駆動される。推進モーター９３は、電力負荷の一例である。推進モーター９３が駆動されると、推進モーター９３の回転力がプロペラ９５に伝達される。その結果、プロペラ９５が回転して、船体１に推進力が発生する。

排気ファン１３は、電力によって駆動され、ダクト１５を通して、船体１の内部から外部への排気を行う。なお、燃料電池船１００は、排気ファン１３に代えて、給気ファンを備えていてもよい。給気ファンは、船体１の外部から吸気して、空気を船体１の内部に送出し、通風孔から船体１の外部に排気する。

補機１１は、電力によって駆動する機器であって、推進装置９および制御装置１７と異なる機器である。補機１１は、電力負荷の一例である。補機１１は、例えば、エアコンプレッサー、電磁弁、ポンプ、照明機器、または、空調機器である。ただし、補機１１の種類は特に限定されない。排気ファン１３もまた、補機１１の一例である。

次に、図２を参照して、燃料電池設備５および蓄電池システム７の詳細を説明する。図２は、燃料電池設備５および蓄電池システム７を示すブロック図である。図２に示すように、燃料電池設備５は、複数の燃料電池システム５３と、燃料ガス供給部５１とを含む。燃料ガス供給部５１は、複数の燃料電池システム５３に燃料ガスを供給する。

典型的には、燃料ガスは、水素ガスである。

具体的には、燃料ガス供給部５１は、少なくとも１つの燃料ガスタンク５１１を含む。図２の例では、燃料ガス供給部５１は、複数の燃料ガスタンク５１１を含む。燃料ガスタンク５１１は、燃料ガスを貯留する。

複数の燃料電池システム５３の各々は、燃料電池５３１と、電力変換器５３３とを含む。燃料電池５３１は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力（具体的には直流電力）を発電する。

典型的には、酸化剤ガスは、空気であり、酸化剤は、酸素である。

燃料電池５３１は、電力を、推進装置９、排気ファン１３、および、補機１１に供給する。具体的には、燃料電池５３１は、電力を、電力変換器５３３を介して間接的に、推進装置９、排気ファン１３、および、補機１１に供給する。従って、燃料電池５３１は、電力を、電力変換器５３３に出力する。典型的には、燃料電池５３１は、積層された複数のセル６０（後述の図４）によって構成される燃料電池スタックである。

電力変換器５３３は、燃料電池５３１が発電した電力を変換して、変換後の電力を、推進装置９、排気ファン１３、補機１１、および、蓄電池システム７に供給する。つまり、電力変換器５３３は、燃料電池５３１が発電した電力（電圧値および／または電流値）を調整して、調整後の電力を、推進装置９、排気ファン１３、補機１１、および、蓄電池システム７に供給する。

例えば、電力変換器５３３は、燃料電池５３１が発電した電力（電圧）を昇圧して、昇圧後の電力（電圧）を、推進装置９に供給する。電力変換器５３３は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバーターである。

蓄電池システム７は、ＳＯＣセンサー７１と、蓄電池７３と、電力変換器７５とを含む。ＳＯＣセンサー７１は、蓄電池７３の充電率を示す状態量（例えば、電流および／または電圧）を検出し、検出結果に基づいて得られる蓄電池７３の充電率（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）を示す信号を制御装置１７に出力する。充電率は、蓄電池７３の満充電容量に対する残容量の比率によって表される。

蓄電池７３は、電力を、推進装置９、排気ファン１３、および、補機１１に供給する。具体的には、蓄電池７３は、電力を、電力変換器７５を介して間接的に、推進装置９、排気ファン１３、および、補機１１に供給する。従って、蓄電池７３は、電力を、電力変換器７５に出力する。蓄電池７３は、例えば、リチウム二次電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、または、ニッケル・水素蓄電池である。

電力変換器７５は、蓄電池７３が出力した電力を変換して、変換後の電力を、推進装置９、排気ファン１３、および、補機１１に供給する。つまり、電力変換器７５は、蓄電池７３が出力した電力（電圧値および／または電流値）を調整して、調整後の電力を、推進装置９、排気ファン１３、および、補機１１に供給する。

また、電力変換器７５は、燃料電池システム５３（燃料電池５３１）が発電した電力を変換して、変換後の電力を、蓄電池７３に供給する。つまり、電力変換器７５は、燃料電池システム５３（燃料電池５３１）が出力した電力（電圧値および／または電流値）を調整して、調整後の電力を、蓄電池７３に供給する。その結果、蓄電池７３が充電される。

例えば、電力変換器７５は、蓄電池７３が出力した電力（電圧）を昇圧して、昇圧後の電力（電圧）を、推進装置９に供給する。例えば、電力変換器７５は、燃料電池システム５３（燃料電池５３１）が発電した電力（電圧）を降圧して、降圧後の電力（電圧）を、蓄電池７３に供給する。

制御装置１７は、燃料電池システム５３の出力電力と蓄電池システム７の出力電力との配分を決定し、配分に応じた電力を出力するように、燃料電池システム５３（電力変換器５３３）および蓄電池システム７（電力変換器７５）を制御する。なお、燃料電池船１００は、複数の蓄電池システム７を備えていてもよい。

なお、制御装置１７は、例えば、燃料電池設備５に含まれていてもよく、設置場所は特に限定されない。また、制御装置１７は、例えば、１つの燃料電池システム５３に含まれていてもよいし、各燃料電池システム５３に含まれていてもよい。さらに、例えば、制御装置１７は、蓄電池システム７に含まれていてもよい。

次に、図３を参照して、燃料電池システム５３の詳細を説明する。図３は、燃料電池システム５３を示すブロック図である。図３に示すように、燃料電池システム５３は、燃料電池５３１に加えて、酸化剤ガス流量調整部５３５と、酸化剤ガス分流部５３７と、酸化剤ガス圧力調整部５３９と、遮断部５４２と、燃料ガス圧力調整部５４３と、気液分離部５４５と、オフガス循環部５４７と、排出部５４９と、熱交換器５５７と、冷却媒体分流部５５９と、冷却媒体循環部５６１とを更に含む。なお、酸化剤ガス流量調整部５３５、酸化剤ガス分流部５３７、酸化剤ガス圧力調整部５３９、遮断部５４２、燃料ガス圧力調整部５４３、オフガス循環部５４７、排出部５４９、冷却媒体分流部５５９、および、冷却媒体循環部５６１は、補機１１の一例である。そして、例えば、燃料電池システム５３は、燃料電池システム５３に含まれる各補機１１に電力を供給する。なお、例えば、蓄電池システム７が、燃料電池システム５３に含まれる各補機１１に電力を供給してもよい。

また、燃料電池システム５３は、酸化剤ガス配管５４１と、バイパス配管５４４と、燃料ガス配管５５１と、オフガス循環配管５５３と、第１排出配管５５５と、第２排出配管５５６と、第３排出配管５５８と、第１冷却媒体配管５６３と、バイパス配管５６４と、第２冷却媒体配管５６５とを含む。更に、燃料電池５３１の内部には、燃料ガス、酸化剤ガス、および、第１冷却媒体を流通させるためのマニホールド（不図示）が形成されている。

酸化剤ガス流量調整部５３５は、燃料電池５３１のカソード極６４（後述の図４）に対して酸化剤ガスを供給する。具体的には、酸化剤ガス流量調整部５３５は、燃料電池５３１に供給する酸化剤ガスの流量を調整する。典型的には、酸化剤ガス流量調整部５３５は、エアコンプレッサーであり、酸化剤ガスを昇圧して、昇圧された酸化剤ガスを燃料電池５３１に供給する。

酸化剤ガス配管５４１は、酸化剤ガス流量調整部５３５と燃料電池５３１とを接続し、酸化剤ガス流量調整部５３５から供給される昇圧された酸化剤ガスを、燃料電池５３１のカソード極６４へ案内する。第１排出配管５５５は、燃料電池５３１の内部に設けられたカソード側の排出マニホールド（不図示）に接続され、燃料電池５３１から排出される酸化剤オフガスおよび水を、大気へ案内する。酸化剤オフガスは、カソードからの排気を示す。つまり、酸化剤オフガスは、カソードオフガスである。カソードは、燃料電池５３１のカソード極６４（後述の図４）を示す。

酸化剤ガス分流部５３７は、酸化剤ガス配管５４１に配置される。酸化剤ガス分流部５３７は、酸化剤ガス流量調整部５３５から供給される酸化剤ガスの全体量のうち、酸化剤ガス配管５４１に供給する量と、バイパス配管５４４に供給する量とを調整する。典型的には、酸化剤ガス分流部５３７は、分流弁である。

バイパス配管５４４の一端は酸化剤ガス分流部５３７に接続され、バイパス配管５４４の他端は第１排出配管５５５に接続されている。そして、バイパス配管５４４は、酸化剤ガス分流部５３７を介して酸化剤ガス流量調整部５３５から供給される酸化剤ガスを、燃料電池５３１に供給することなく、第１排出配管５５５へ案内する。

酸化剤ガス圧力調整部５３９は、燃料電池５３１のカソード排出側の圧力（背圧）を調整することで、燃料電池５３１の各セル６０（後述の図４）におけるカソード側圧力を調整する。典型的には、酸化剤ガス圧力調整部５３９は、圧力調整弁である。

遮断部５４２は、燃料ガス配管５５１に配置され、燃料電池５３１への燃料ガスの供給と供給停止とを切り替える。典型的には、遮断部５４２は、遮断弁である。燃料ガス配管５５１は、燃料ガスタンク５１１（図２）に接続される。

燃料ガス圧力調整部５４３は、燃料ガス配管５５１に配置される。燃料ガス圧力調整部５４３は、燃料ガスの圧力を調整することで、燃料電池５３１のアノード極６３（後述の図４）への燃料ガスの供給量を調整する。典型的には、燃料ガス圧力調整部５４３は、インジェクターである。

燃料ガス配管５５１は、燃料ガスタンク５１１からの燃料ガスを燃料電池５３１のアノード極６３に供給する。

気液分離部５４５は、燃料電池５３１から排出された燃料オフガスに含まれる水を分離して、水を第２排出配管５５６に排出する。加えて、気液分離部５４５は、水が分離された後の燃料オフガスである余剰燃料ガスを、オフガス循環配管５５３に排出する。典型的には、気液分離部５４５は、気液分離器である。燃料オフガスは、アノードからの排気を示す。つまり、燃料オフガスは、アノードオフガスである。アノードは、燃料電池５３１のアノード極６３（後述の図４）を示す。

オフガス循環部５４７は、オフガス循環配管５５３に配置される。オフガス循環部５４７は、気液分離部５４５から排出された余剰燃料ガスを、燃料ガス配管５５１に排出する。そして、燃料ガス配管５５１は、余剰燃料ガスを燃料電池５３１に供給する。典型的には、オフガス循環部５４７は、ポンプである。

排出部５４９は、第２排出配管５５６と第３排出配管５５８との境界に配置される。排出部５４９は、気液分離部５４５によって分離された水を第３排出配管５５８に排出する。加えて、排出部５４９は、燃料電池５３１から排出される燃料オフガスの一部、つまり、オフガス循環配管５５３に供給されなかった残りのガスを、第３排出配管５５８に排出する。典型的には、排出部５４９は、パージ弁である。

第３排出配管５５８は、排出部５４９と第１排出配管５５５とを接続し、排出部５４９から排出された水および燃料オフガスを第１排出配管５５５へ案内する。そして、第１排出配管５５５は、水および燃料オフガスを大気へ案内する。

冷却媒体循環部５６１は、第１冷却媒体配管５６３において、第１冷却媒体を循環させる。典型的には、冷却媒体循環部５６１は、ポンプである。第１冷却媒体は、例えば、不凍液である。不凍液は、例えば、水とエチレングリコールとを混合した液体である。なお、例えば、第１冷却媒体は、水でもよい。第１冷却媒体配管５６３は、燃料電池５３１に接続され、燃料電池５３１に第１冷却媒体を供給する。従って、燃料電池５３１は、第１冷却媒体によって冷却される。

バイパス配管５６４は、燃料電池５３１から排出された第１冷却媒体を、熱交換器５５７を介さずに、冷却媒体循環部５６１に案内する。

冷却媒体分流部５５９は、第１冷却媒体配管５６３に配置される。冷却媒体分流部５５９は、燃料電池５３１から排出された第１冷却媒体の全体量のうち、熱交換器５５７に供給する量と、バイパス配管５６４に供給する量とを調整する。典型的には、冷却媒体分流部５５９は、分流弁である。

第２冷却媒体配管５６５には、第２冷却媒体が流れる。第２冷却媒体は、例えば、水（例えば、海水、河川水、または、湖水）である。

熱交換器５５７は、第１冷却媒体と第２冷却媒体との間で熱交換を行うことで、燃料電池５３１の熱を吸収した第１冷却媒体を冷却する。

次に、図４を参照して、燃料電池５３１の詳細を説明する。図４は、燃料電池５３１のセル６０を示す斜視図である。図４に示すように、セル６０は、固体高分子電解質膜６２と、アノード極６３と、カソード極６４と、セパレータ６５と、セパレータ６６とを含む。アノード極６３とカソード極６４とは、固体高分子電解質膜６２を挟む。

固体高分子電解質膜６２は、例えば、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。アノード極６３は、負極（燃料極）である。アノード極６３は、アノード触媒層６３ａおよびガス拡散層６３ｂを含む。カソード極６４は、正極（空気極）である。カソード極６４は、カソード触媒層６４ａおよびガス拡散層６４ｂを含む。

アノード触媒層６３ａおよびカソード触媒層６４ａは、例えば、電極触媒として白金（Ｐｔ）または白金合金を含む。アノード触媒層６３ａおよびカソード触媒層６４ａでは、例えば、白金の粒子または白金合金の粒子が、炭素粉末の担体によって担持されている。ガス拡散層６３ｂ、６４ｂは、通気性と電子導電性とを有し、例えば、炭素繊維によって構成される。

アノード極６３と固体高分子電解質膜６２とカソード極６４とは、膜－電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）６１を構成する。

セパレータ６５とセパレータ６６とは、膜－電極接合体６１を挟む。セパレータ６５、６６は、ガス不透過の導電性部材によって構成される。セパレータ６５は複数の溝６５ａを有する。各溝６５ａは、燃料ガスの流路ＡＮを形成する。燃料ガスは、燃料ガス導入口より導入されて溝６５ａを流れ、燃料ガス排出口から排出される。セパレータ６５は、アノード極６３に対向している。従って、アノード極６３に燃料ガスが供給される。セパレータ６６は複数の溝６６ａを有する。各溝６６ａは、酸化剤ガスの流路ＣＡを形成する。溝６６ａは溝６５ａに対して略直交する。酸化剤ガスは、酸化剤ガス導入口より導入されて溝６６ａを流れ、酸化剤ガス排出口から排出される。セパレータ６６は、カソード極６４に対向している。従って、カソード極６４に酸化剤ガスが供給される。なお、セパレータ６５、６６および流路ＡＮ、ＣＡの構成は、一例であり、燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給できる限りは、特に限定されない。

図３に示す燃料電池５３１は、図４に示すセル６０が複数積層されることで構成されている。

次に、図５を参照して、制御装置１７の詳細を説明する。図５は、制御装置１７を示すブロック図である。図５に示すように、制御装置１７は、制御部１７１と、記憶部１７３とを含む。

制御部１７１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）のようなプロセッサーを含む。記憶部１７３は、記憶装置を含み、データ及びコンピュータープログラムを記憶する。具体的には、記憶部１７３は、半導体メモリーのような主記憶装置と、半導体メモリー、ソリッドステートドライブ、及び／又は、ハードディスクドライブのような補助記憶装置とを含む。記憶部１７３は、リムーバブルメディアを含んでいてもよい。記憶部１７３は、非一時的コンピューター読取可能記憶媒体の一例に相当する。

制御部１７１は、第１制御部１８１と、第２制御部１８３とを含む。制御部１７１は、第３制御部１８５と、目標充電率算出部１８７とを更に含むことが好ましい。具体的には、制御部１７１のプロセッサーが、記憶部１７３の記憶装置に記憶されたコンピュータープログラムを実行することで、第１制御部１８１、第２制御部１８３、第３制御部１８５、および、目標充電率算出部１８７として機能する。

第１制御部１８１は、燃料電池５３１が発電する電力を制御することで、燃料電池５３１の発電性能を回復させる回復制御を実行する。本明細書において、冗長を回避するために、「燃料電池５３１の発電性能を回復させる回復制御」を単に「回復制御」と記載する場合がある。回復制御の詳細は、実施形態１の第１変形例～第９変形例として後述する。

第２制御部１８３は、回復制御の実行期間Ｔにおいて、過剰電力吸収制御を実行する。または、第２制御部１８３は、回復制御の実行期間Ｔにおいて、不足電力補完制御を実行する。

まず、第２制御部１８３による過剰電力吸収制御を説明する。過剰電力吸収制御は、推進装置９に電力を供給することの可能な電力源である蓄電池システム７に、推進装置９の目標電力に対する燃料電池システム５３の過剰電力を吸収させる制御を示す。推進装置９の目標電力は、推進モーター９３の目標回転数を達成するために要求される電力である。例えば、推進装置９の目標電力は、燃料電池設備５の定格電力ＮＰ０に一致する。従って、推進装置９の目標電力は、各燃料電池システム５３が各燃料電池システム５３の定格電力ＮＰ１を出力した状態に対応する。過剰電力は、燃料電池システム５３が発電した電力のうち、推進装置９の目標電力に対して過剰な電力である。第２制御部１８３は、回復制御に起因して燃料電池システム５３の発電電力が増大する場合に、過剰電力吸収制御を実行する。

従って、実施形態１によれば、回復制御に起因して燃料電池システム５３の発電電力が増大した場合でも、過剰電力吸収制御によって、燃料電池システム５３の過剰電力が蓄電池システム７に吸収される。その結果、回復制御の実行期間Ｔにおいて、推進装置９に対して、常時一定の目標電力が供給される。その結果、燃料電池５３１の発電性能を回復させる回復制御の実行期間Ｔであっても、燃料電池船１００を安定して運航できる。

特に、実施形態１では、第３制御部１８５は、回復制御が実行される前に、放電制御を実行する。放電制御は、蓄電池７３が推進装置９の目標電力に対する燃料電池システム５３の過剰電力を蓄電できるように蓄電池７３を放電させる制御を示す。そして、回復制御の実行期間Ｔに実行される過剰電力吸収制御では、第２制御部１８３は、蓄電池システム７の蓄電池７３に燃料電池システム５３の過剰電力を蓄電させる。実施形態１によれば、回復制御の実行前に蓄電池７３に対して放電制御を実行することで、回復制御の実行期間Ｔにおいて、蓄電池７３が燃料電池システム５３の余剰電力を蓄電できない事態を回避できる。

具体的には、目標充電率算出部１８７は、蓄電池７３が燃料電池システム５３の過剰電力を蓄電できる第１目標充電率ＴＣ１を算出する。詳細には、目標充電率算出部１８７は、燃料電池システム５３の過剰電力に対応する過剰電力量の推定値ＰＷ１に基づいて第１目標充電率ＴＣ１を算出する。そして、第３制御部１８５は、放電制御では、第１目標充電率ＴＣ１になるように蓄電池７３を放電させる。従って、実施形態１によれば、蓄電池７３において、燃料電池システム５３の過剰電力を蓄電するための放電を精度良く実行できる。第１目標充電率ＴＣ１の更なる詳細は後述する。

次に、第２制御部１８３による不足電力補完制御を説明する。不足電力補完制御は、電力源である蓄電池システム７に、推進装置９の目標電力に対する燃料電池システム５３の不足電力を補完させる制御を示す。不足電力は、燃料電池システム５３が発電した電力にとって、推進装置９の目標電力に対して不足している電力である。第２制御部１８３は、回復制御に起因して燃料電池システム５３の発電電力が減少する場合に、不足電力補完制御を実行する。

従って、実施形態１によれば、回復制御に起因して燃料電池システム５３の発電電力が減少した場合でも、不足電力補完制御によって、燃料電池システム５３の不足電力が蓄電池システム７によって補完される。その結果、回復制御の実行期間Ｔにおいて、推進装置９に対して、常時一定の目標電力が供給される。よって、燃料電池５３１の発電性能を回復させる回復制御の実行期間Ｔであっても、燃料電池船１００を安定して運航できる。

特に、実施形態１では、第３制御部１８５は、回復制御が実行される前に、充電制御を実行する。充電制御は、蓄電池７３が推進装置９の目標電力に対する燃料電池システム５３の不足電力を給電できるように蓄電池７３を充電する制御を示す。そして、回復制御の実行期間Ｔに実行される不足電力補完制御では、第２制御部１８３は、蓄電池７３に不足電力を給電させる。実施形態１によれば、回復制御の実行前に蓄電池７３に対して充電制御を実行することで、回復制御の実行期間Ｔにおいて、蓄電池７３が燃料電池システム５３の不足電力を推進装置９に給電できない事態を回避できる。

具体的には、目標充電率算出部１８７は、蓄電池７３が推進装置９の目標電力に対する燃料電池システム５３の不足電力を給電できる第２目標充電率ＴＣ２を算出する。詳細には、目標充電率算出部１８７は、燃料電池システム５３の不足電力に対応する不足電力量の推定値ＰＷ２に基づいて第２目標充電率ＴＣ２を算出する。そして、充電制御では、第３制御部１８５は、第２目標充電率ＴＣ２になるように蓄電池７３を充電する。従って、実施形態１によれば、蓄電池７３において、燃料電池システム５３の不足電力を推進装置９に給電するための充電を精度良く実行できる。第２目標充電率ＴＣ２の更なる詳細は後述する。

引き続き図５を参照して、回復制御の開始条件として、第１開始条件～第５開始条件を例示する。

例えば、第１制御部１８１は、第１開始時条件が成立した場合に、つまり、燃料電池５３１が所定電流値の電流を出力している時に燃料電池５３１が発生する電圧が、所定電圧以下である場合に、燃料電池５３１の発電性能を回復させる回復制御を実行する。

第１開始条件における「燃料電池５３１が発生する電圧」は、例えば、積層された全セル６０の平均出力電圧、積層された全セル６０の合計出力電圧、または、１つのセル６０の出力電圧である。また、所定電流値および所定電圧は、例えば、実験的および／または経験的に定められる。

または、例えば、第１制御部１８１は、第２開始条件が成立した場合に、つまり、所定時間ごとに、燃料電池５３１の発電性能を回復させる回復制御を実行する。この場合、回復制御が定期的に実行される。所定時間は、例えば、予定運航時間の「１／Ｎ」である。Ｎは、１より大きい実数である。例えば、Ｎ＝２、である。

または、例えば、第１制御部１８１は、第３開始条件が成立した場合に、つまり、所定距離ごとに、燃料電池５３１の発電性能を回復させる回復制御を実行する。この場合、回復制御が定期的に実行される。所定距離は、例えば、予定航路長の「１／Ｍ」である。Ｍは、１より大きい実数である。例えば、Ｍ＝２、である。

以上、図５を参照して説明したように、第１開始条件、第２開始条件、または、第３開始条件が成立すると、燃料電池５３１の発電性能を回復する回復制御が開始される。従って、燃料電池５３１の発電性能が著しく低下する前に、燃料電池５３１の発電性能を回復できる。その結果、回復制御の実行期間Ｔを短くできる。

また、例えば、第１制御部１８１は、第４開始条件が成立した場合に、つまり、推進装置９の電力負荷が閾値以下の状態になった場合に、燃料電池５３１の発電性能を回復させる回復制御を実行してもよい。推進装置９の電力負荷が閾値以下の状態は、例えば、燃料電池船１００の乗客乗降停泊時における推進装置９の電力負荷の状態、または、燃料電池船１００の貨物荷役停泊時における推進装置９の電力負荷の状態を示す。推進装置９の電力負荷は、例えば、推進モーター９３の回転数によって表される。

更に、例えば、第１制御部１８１は、第５開始条件が成立した場合に、つまり、操作者から回復制御を実行する指示を受け付けた場合に、燃料電池５３１の発電性能を回復させる回復制御を実行してもよい。「回復制御を実行する指示」は、例えば、操作者による操作スイッチの操作によって実行される。

次に、図５および図６を参照して、燃料電池システム５３の制御方法の一例を説明する。図６は、実施形態１に係る燃料電池システム５３の制御方法を示すフローチャートである。図６は、回復制御に起因して燃料電池システム５３の発電電力が増加する場合の制御方法を示している。図６に示すように、制御方法は、ステップＳ１～ステップＳ８を含む。ステップＳ１～ステップＳ８は制御部１７１によって実行される。

図５および図６に示すように、まず、ステップＳ１において、第１制御部１８１は、燃料電池５３１の発電性能を回復させる回復制御の開始条件が成立したか否かを判定する。開始条件は、例えば、第１開始条件～第５開始条件のうちから選択された１以上の開始条件である。

ステップＳ１で開始条件が成立しないと判定された場合（Ｎｏ）、制御はステップＳ１に戻る。

一方、ステップＳ１で開始条件が成立すると判定された場合（Ｙｅｓ）、制御はステップＳ２に進む。

次に、ステップＳ２において、目標充電率算出部１８７は、回復制御の実行期間Ｔにおける燃料電池システム５３の出力電力量の推定値ＰＷ１０を算出する。

次に、ステップＳ３において、目標充電率算出部１８７は、回復制御の実行期間Ｔにおける出力電力量の推定値ＰＷ１０に基づいて、回復制御の実行期間Ｔにおける過剰電力量の推定値ＰＷ１を算出する。過剰電力量は、推進装置９の目標電力に対する燃料電池システム５３の過剰電力に対応する電力量を示す。実行期間Ｔの長さは、予め定められ、記憶部１７３に記憶されている。

具体的には、目標充電率算出部１８７は、回復制御の実行期間Ｔにおける出力電力量の推定値ＰＷ１０から、回復制御の実行期間Ｔと同じ長さの期間における基準電力量ＰＷ２０を減算して、減算結果である差分電力量ＤＦ（＝ＰＷ１０－ＰＷ２０）を得る。基準電力量ＰＷ２０は、燃料電池システム５３が定格電力を発電するときの電力量を示す。差分電力量ＤＦが正の値である場合、差分電力量ＤＦは、回復制御の実行期間Ｔにおける過剰電力量の推定値ＰＷ１を示す。

次に、ステップＳ４において、目標充電率算出部１８７は、回復制御の実行期間Ｔにおける過剰電力量の推定値ＰＷ１に基づいて、第１目標充電率ＴＣ１を算出する。具体的には、目標充電率算出部１８７は、式（１）により、第１目標充電率ＴＣ１を算出する。

ＴＣ１＝［（Ｃｂ×ＳＯＣ＿ＵＬ／１００）－ＰＷ１］／Ｃｂ …（１）
式（１）において、「Ｃｂ」は、蓄電池７３の充電容量（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃａｐａｃｉｔｙ）を示す。「Ｃｂ」の単位は、「ｋＷｈ」である。「ＳＯＣ＿ＵＬ」は、蓄電池７３の充電率の上限値を示す。「ＳＯＣ＿ＵＬ」の単位は「％」である。「ＳＯＣ＿ＵＬ」は、例えば、９５％である。

次に、ステップＳ５において、第３制御部１８５は、ＳＯＣセンサー７１が検出した充電率を監視しながら、放電制御を実行して、第１目標充電率ＴＣ１になるように蓄電池７３を放電させる。なお、放電制御では、例えば、蓄電池７３の充電率が、蓄電池７３の充電率の下限値ＳＯＣ＿ＬＬ以上である限りは、第１目標充電率ＴＣ１より小さくなってもよい。

次に、ステップＳ６とステップＳ８とが並行して実行される。

すなわち、ステップＳ６において、第１制御部１８１は、燃料電池５３１が発電する電力を制御することで、燃料電池５３１の発電性能を回復させる回復制御を実行する。

一方、ステップＳ８において、第２制御部１８３は、過剰電力吸収制御を実行する。

ステップＳ６の次のステップＳ７において、第１制御部１８１は、回復制御の終了条件が成立したか否かを判定する。終了条件は、予め定められた実行期間Ｔだけ回復制御を実行したことである。

ステップＳ７で終了条件が成立しないと判定された場合（Ｎｏ）は、制御はステップＳ６に戻る。その結果、回復制御が継続される。

一方、ステップＳ７で終了条件が成立したと判定された場合（Ｙｅｓ）、制御は、ステップＳ１に進むとともに、ステップＳ８が終了する。

以上、図６を参照して説明したように、制御部１７１は、ステップＳ１～ステップＳ８を繰り返す。また、制御部１７１は、図２に示す複数の燃料電池システム５３ごとに、個別に制御方法（ステップＳ１～ステップＳ８）を実行する。この場合、例えば、１つの制御部１７１が、複数の燃料電池システム５３に対して制御方法（ステップＳ１～ステップＳ８）を実行する。または、例えば、複数の燃料電池システム５３のそれぞれに対応して複数の制御部１７１が設けられ、各制御部１７１が、対応する燃料電池システム５３に対して制御方法（ステップＳ１～ステップＳ８）を実行する。この場合、例えば、複数の燃料電池システム５３のそれぞれに対応して複数の制御装置１７が設けられる。

なお、例えば、航行中の負荷変動等の影響を受けて、回復制御の実行期間Ｔ内に過剰電力吸収制御によって蓄電池７３の充電率が上限値になった場合は、第１制御部１８１は、ステップＳ６の回復制御を終了するとともに、第２制御部１８３は、ステップＳ８の過剰電力吸収制御を終了する。または、例えば、回復制御の実行期間Ｔ内に過剰電力吸収制御によって蓄電池７３の充電率が上限値になった場合は、上限値を超えた分の電力は、抵抗器等で熱に変換して、放熱する。

次に、図５および図７を参照して、燃料電池システム５３の制御方法の他の例を説明する。図７は、実施形態１に係る燃料電池システム５３の制御方法を示すフローチャートである。図７は、回復制御に起因して燃料電池システム５３の発電電力が減少する場合の制御方法を示している。図７に示すように、制御方法は、ステップＳ１１～ステップＳ１８を含む。ステップＳ１１～ステップＳ１８は制御部１７１によって実行される。

図５および図７に示すように、まず、ステップＳ１１において、第１制御部１８１は、燃料電池５３１の発電性能を回復させる回復制御の開始条件が成立したか否かを判定する。開始条件は、例えば、第１開始条件～第５開始条件のうちから選択された１以上の開始条件である。

ステップＳ１１で開始条件が成立しないと判定された場合（Ｎｏ）、制御はステップＳ１１に戻る。

一方、ステップＳ１１で開始条件が成立すると判定された場合（Ｙｅｓ）、制御はステップＳ１２に進む。

次に、ステップＳ１２において、目標充電率算出部１８７は、回復制御の実行期間Ｔにおける燃料電池システム５３の出力電力量の推定値ＰＷ１０を算出する。

次に、ステップＳ１３において、目標充電率算出部１８７は、回復制御の実行期間Ｔにおける出力電力量の推定値ＰＷ１０に基づいて、回復制御の実行期間Ｔにおける不足電力量の推定値ＰＷ２を算出する。不足電力量は、推進装置９の目標電力に対する燃料電池システム５３の不足電力に対応する電力量を示す。実行期間Ｔの長さは、予め定められ、記憶部１７３に記憶されている。

具体的には、目標充電率算出部１８７は、回復制御の実行期間Ｔにおける出力電力量の推定値ＰＷ１０から、回復制御の実行期間Ｔと同じ長さの期間における基準電力量ＰＷ２０を減算して、減算結果である差分電力量ＤＦ（＝ＰＷ１０－ＰＷ２０）を得る。差分電力量ＤＦが負の値である場合、差分電力量ＤＦの絶対値は、回復制御の実行期間Ｔにおける不足電力量の推定値ＰＷ２を示す。

次に、ステップＳ１４において、目標充電率算出部１８７は、回復制御の実行期間Ｔにおける不足電力量の推定値ＰＷ２に基づいて、第２目標充電率ＴＣ２を算出する。具体的には、目標充電率算出部１８７は、式（２）により、第２目標充電率ＴＣ２を算出する。

ＴＣ２＝［（Ｃｂ×ＳＯＣ＿ＬＬ／１００）＋ＰＷ２］／Ｃｂ …（２）
式（２）において、「Ｃｂ」は、蓄電池７３の充電容量（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃａｐａｃｉｔｙ）を示す。「Ｃｂ」の単位は、「ｋＷｈ」である。「ＳＯＣ＿ＬＬ」は、蓄電池７３の充電率の下限値を示す。「ＳＯＣ＿ＬＬ」の単位は「％」である。「ＳＯＣ＿ＬＬ」は、例えば、５％である。

次に、ステップＳ１５において、第３制御部１８５は、ＳＯＣセンサー７１が検出した充電率を監視しながら、充電制御を実行して、第２目標充電率ＴＣ２になるように蓄電池７３を充電する。なお、充電制御では、例えば、蓄電池７３の充電率が、蓄電池７３の充電率の上限値ＳＣＣ＿ＵＬ以下である限りは、第１目標充電率ＴＣ１より大きくなってもよい。

次に、ステップＳ１６とステップＳ１８とが並行して実行される。

すなわち、ステップＳ１６において、第１制御部１８１は、燃料電池５３１が発電する電力を制御することで、燃料電池５３１の発電性能を回復させる回復制御を実行する。

一方、ステップＳ１８において、第２制御部１８３は、不足電力補完制御を実行する。

ステップＳ１６の次のステップＳ１７において、第１制御部１８１は、回復制御の終了条件が成立したか否かを判定する。終了条件は、予め定められた実行期間Ｔだけ回復制御を実行したことである。

ステップＳ７で終了条件が成立しないと判定された場合（Ｎｏ）は、制御はステップＳ１６に戻る。その結果、回復制御が継続される。

一方、ステップＳ１７で終了条件が成立したと判定された場合（Ｙｅｓ）、制御は、ステップＳ１１に進むとともに、ステップＳ１８が終了する。

以上、図７を参照して説明したように、制御部１７１は、ステップＳ１１～ステップＳ１８を繰り返す。また、制御部１７１は、図２に示す複数の燃料電池システム５３ごとに、個別に制御方法（ステップＳ１１～ステップＳ１８）を実行する。この場合、例えば、１つの制御部１７１が、複数の燃料電池システム５３に対して制御方法（ステップＳ１１～ステップＳ１８）を実行する。または、例えば、複数の燃料電池システム５３のそれぞれに対応して複数の制御部１７１が設けられ、各制御部１７１が、対応する燃料電池システム５３に対して制御方法（ステップＳ１１～ステップＳ１８）を実行する。この場合、例えば、複数の燃料電池システム５３のそれぞれに対応して複数の制御装置１７が設けられる。

なお、例えば、航行中の負荷変動等の影響を受けて、回復制御の実行期間Ｔ内に不足電力補完制御によって蓄電池７３の充電率が下限値になった場合は、第１制御部１８１は、ステップＳ１６の回復制御を終了するとともに、第２制御部１８３は、ステップＳ１８の不足電力補完制御を終了する。

ここで、図５に示す制御部１７１は、図６に示す制御方法と図７に示す制御方法との双方を実行可能に構成されていてもよいし、図６に示す制御方法と図７に示す制御方法とのうちの一方だけを実行可能に構成されていてもよい。

また、本明細書（実施形態１および実施形態２を含む。）では、過剰電力吸収制御、不足電力補完制御、放電制御、および、充電制御に関する説明（図６、図７における燃料電池システム５３の制御方法の説明を含む。）において、「燃料電池システム５３」を「燃料電池５３１」と読み替えることができる。なぜなら、直接的には、燃料電池システム５３（具体的には電力変換器５３３）が、電力を、推進装置９、排気ファン１３、および、補機１１に供給するが、間接的には、燃料電池５３１が、電力を、電力変換器５３３を介して、推進装置９、排気ファン１３、および、補機１１に供給するからである。また、燃料電池システム５３は電力変換器５３３を備えていなくてもよいからである。

例えば、過剰電力吸収制御は、推進装置９に電力を供給することの可能な電力源である蓄電池システム７に、推進装置９の目標電力に対する燃料電池５３１の過剰電力を吸収させる制御を示す。例えば、不足電力補完制御は、推進装置９に電力を供給することの可能な電力源である蓄電池システム７に、推進装置９の目標電力に対する燃料電池５３１の不足電力を補完させる制御を示す。例えば、放電制御は、蓄電池７３が推進装置９の目標電力に対する燃料電池５３１の過剰電力を蓄電できるように蓄電池７３を放電させる制御を示す。例えば、充電制御は、蓄電池７３が推進装置９の目標電力に対する燃料電池５３１の不足電力を給電できるように蓄電池７３を充電する制御を示す。

次に、図８～図１３を参照して、燃料電池５３１の発電性能を回復させる回復制御を実行するための第１変形例～第９変形例を説明する。第１変形例～第９変形例では、理解の容易のために、１つの燃料電池システム５３に着目する。また、第１変形例～第９変形例において、数値を使用した例示では、簡単のために、燃料電池システム５３の電力変換器５３３を考慮せず、かつ、燃料電池設備５が１つの燃料電池システム５３を有する。また、簡単のために、推進装置９の目標電力に対する過剰電力および不足電力に着目し、特に明示しない限り補機１１を考慮しない。

第１変形例～第９変形例では、２種類の回復制御が説明される。２種類の回復制御のうち、１つの回復制御は、リフレッシュ制御であり、他の１つの回復制御は、排水制御である。第１変形例～第３変形例における回復制御は、リフレッシュ制御であり、第４変形例～第９変形例における回復制御は、排水制御である。

リフレッシュ制御とは、カソード極６４の電位を、酸化被膜が還元される還元電圧（例えば０．６Ｖ以下）まで低下させることにより、白金を含むカソード触媒層６４ａから酸化皮膜を除去して燃料電池５３１の発電性能を回復する制御のことである。

排水制御とは、カソード極６４で生成されてカソード極６４に滞留する水分、および、カソード極６４から固体高分子電解質膜６２を通ってアノード極６３に滞留する水分を、直接的または間接的に排出することにより、フラッディングを抑制して燃料電池５３１の発電性能を回復する制御のことである。フラッディングとは、カソード極６４またはアノード極６３に水分が滞留して流路を閉塞する現象のことである。フラッディングは、燃料電池５３１の発電性能を低下させる。

（第１変形例）
図５、図８および図９を参照して、実施形態１の燃料電池システム５３の第１変形例を説明する。第１変形例では、燃料電池５３１の出力電流値を増加させることでリフレッシュ制御を実行する。以下、第１変形例に係る燃料電池システム５３が、図３に示す燃料電池システム５３と異なる点を主に説明する。

図８は、実施形態１の第１変形例に係る燃料電池システム５３を示すブロック図である。図８に示すように、燃料電池システム５３は、電流計５６７と、電圧計５６９とを更に備える。

電流計５６７は、燃料電池５３１が出力する出力電流を検出して、出力電流の電流値（以下、「出力電流値」と記載）を示す信号を制御装置１７（図５）に出力する。

電圧計５６９は、燃料電池５３１が出力する出力電圧を検出して、出力電圧の電圧値（以下、「出力電圧値」と記載）を示す信号を制御装置１７（図５）に出力する。「燃料電池５３１が出力する出力電圧」は、積層された全セル６０の合計出力電圧である。なお、電圧計５６９は、１つのセル６０が出力する電圧（以下、「セル電圧」と記載）を検出して、セル電圧の電圧値（以下、「セル電圧値」と記載）を示す信号を制御装置１７に出力してもよい。

図５および図８に示すように、回復制御の実行期間Ｔにおいて、第１制御部１８１は、燃料電池５３１の出力電圧値を監視しながら、燃料電池５３１の定格電力に対応する定格電圧よりも小さい電圧を燃料電池５３１に発生させることで、回復制御（リフレッシュ制御）を実行する。従って、カソード極６４のカソード触媒層６４ａから酸化被膜を除去できる。その結果、燃料電池５３１の発電性能を回復できる。第１変形例では、「燃料電池５３１の定格電力に対応する定格電圧よりも小さい電圧」は、０Ｖよりも大きい。

本明細書において、燃料電池５３１の定格電力は、燃料電池５３１に対して予め定められている。そして、燃料電池５３１の定格電圧および定格電流は、それぞれ、通常運転時に燃料電池５３１が定格電力を発電する時の燃料電池５３１の出力電圧および出力電流であり、予め定められている。通常運転は、燃料電池５３１の発電性能が、低下していない状態か、または、低下していても許容範囲内の状態での運転を示す。例えば、通常運転は、燃料電池５３１の初期状態または回復制御後の状態での運転である。

ここで、発電電力がピーク値に到達するまでは、燃料電池５３１では、出力電流値が大きくなる程、出力電圧値が小さくなる。

そこで、例えば、回復制御の実行期間Ｔにおいて、第１制御部１８１は、燃料電池５３１の出力電流値および出力電圧値を監視しながら、出力電流値を制御することで、燃料電池５３１の平均セル電圧値を目標セル電圧値に設定する。具体的には、回復制御の実行期間Ｔにおいて、第１制御部１８１は、回復制御の実行前よりも出力電流値を増加させることで、燃料電池５３１の平均セル電圧値を目標セル電圧値に設定する。この場合、例えば、第１制御部１８１は、定格電力発電時よりも出力電流値を増加させる。

平均セル電圧値は、燃料電池５３１の出力電圧値をセル６０の個数Ｑで除することによって得られる。Ｑは２以上の整数を示す。目標セル電圧値は、カソード触媒層６４ａの酸化被膜が還元される還元電圧値を示し、回復制御の実行前よりも小さいセル電圧値である。第１変形例では、目標セル電圧値は０Ｖよりも大きい。目標セル電圧値は、例えば、予め定められる。燃料電池５３１の平均セル電圧値を目標セル電圧値に設定することで、カソード触媒層６４ａから酸化被膜を除去できて、燃料電池５３１の発電性能を回復できる。

なお、例えば、回復制御の実行期間Ｔにおいて、第１制御部１８１は、燃料電池５３１の出力電流値および出力電圧値を監視しながら、出力電流値を制御することで、出力電圧値を目標電圧値に設定してもよい。目標電圧値は、回復制御の実行前よりも小さな電圧値を示す。第１変形例では、目標電圧値は０Ｖよりも大きい。目標電圧値は、例えば、予め定められる。

ここで、燃料電池５３１の出力電流値の制御方法の第１例および第２例を説明する。

第１例では、第１制御部１８１は、燃料電池５３１の出力電流値を監視しながら、複数の補機１１のうちの１以上の補機１１の電力負荷を制御することで、燃料電池５３１の出力電流値を制御する。より具体的には、第１制御部１８１は、複数の補機１１のうちの１以上の補機１１の電力負荷を、回復制御の実行前よりも大きくすることで、燃料電池５３１の出力電流値を増加する。なお、補機１１の電力負荷が大きい程、燃料電池５３１の出力電流値が大きくなる。

第２例では、第１制御部１８１は、燃料電池５３１の出力電流値を監視しながら、燃料電池システム５３（燃料電池５３１）の出力電力と蓄電池システム７（蓄電池７３）の出力電力との配分を調整することで、燃料電池５３１の出力電流値を制御する。より具体的には、第１制御部１８１は、燃料電池５３１の出力電流値を監視しながら、燃料電池システム５３（燃料電池５３１）の出力電力の配分を、回復制御の実行前よりも大きくすることで、燃料電池５３１の出力電流値を増加する。なお、燃料電池システム５３（燃料電池５３１）の出力電力の配分が大きい程、燃料電池５３１の出力電流値が大きくなる。また、第１制御部１８１は、電力変換器５３３および／または電力変換器７５を制御することで、燃料電池システム５３（燃料電池５３１）の出力電力と蓄電池システム７（蓄電池７３）の出力電力との配分を調整する。

次に、図９を参照して、具体例を挙げながら、発電性能の回復制御を説明する。図９は、燃料電池５３１の特性を示すグラフである。左縦軸は、燃料電池５３１の平均セル電圧値（Ｖ）を示し、右縦軸は、燃料電池５３１の出力電力（ｋＷ）を示し、横軸は、燃料電池５３１の出力電流値（Ａ）を示す。また、図９において、直線Ｖ１は、燃料電池５３１の発電性能が低下する前の通常状態での平均セル電圧値を示す。直線Ｖ２は、燃料電池５３１の発電性能が低下した状態での平均セル電圧値を示す。曲線Ｗ１は、燃料電池５３１の発電性能が低下する前の通常状態での出力電力を示す。曲線Ｗ２は、燃料電池５３１の発電性能が低下した状態での出力電力を示す。なお、図９では、出力電力がピークに到達する前の状態が示されている。

図９に示すように、出力電流値が大きくなる程、直線Ｖ１、Ｖ２に示す平均セル電圧値が小さくなる。また、出力電流値が大きくなる程、曲線Ｗ１、Ｗ２に示す出力電力が大きくなる。

ポイントＰ１１、Ｐ１２および［表１］に示されるように、燃料電池５３１の通常状態において、出力電流値が４００Ａ（＝定格電流）のときに、出力電力が１５０ｋＷ（＝定格電力）であり、平均セル電圧値が０．７５Ｖ（＝定格セル電圧）である。つまり、ポイントＰ１１、Ｐ１２および［表１］は、通常運転時の定格出力を示している。

そして、出力電流値が４００Ａのときに、燃料電池５３１の発電性能が低下して、平均セル電圧値の低下率が通常運転時の３．２％以上になった場合、つまり、平均セル電圧値が０．７１Ｖ以下になった場合、ポイントＰ２１、Ｐ２２および［表２］に示されるように、第１制御部１８１は、１５０ｋＷの出力電力を維持するために、出力電流値を４００Ａから４２０Ａに増加させる。平均セル電圧値の閾値である「０．７１Ｖ」は、予め定められる。

更に、平均セル電圧値の低下率が通常運転時の３．２％以上になった場合、つまり、平均セル電圧値が０．７１Ｖ以下になった場合、ポイントＰ３１、Ｐ３２および［表３］に示されるように、第１制御部１８１は、出力電流値を８４９Ａに増加して、予め定められた実行期間Ｔである「０．５ｈ（時間）」だけ、平均セル電圧値を０．５Ｖに設定するとともに、出力電力を２１２ｋＷに設定する。つまり、第１制御部１８１は、発電性能の回復制御を実行する。平均セル電圧の目標セル電圧値である「０．７１Ｖ」、および、実行期間Ｔである「０．５ｈ」は、予め定められる。

ただし、回復制御を実行する前に、目標充電率算出部１８７は、第１目標充電率ＴＣ１を算出する。具体的には、ポイントＰ３１、Ｐ３２および［表３］に示されるように、回復制御の実行期間Ｔでは、燃料電池５３１は、定格電力（＝１５０ｋＷ）よりも大きい電力「２１２ｋＷ」を発電することが要求される。従って、簡易な算出方法では、回復制御の実行期間Ｔにおける燃料電池５３１の出力電力量の推定値ＰＷ１０は、回復制御開始時のポイントＰ３１の出力電力（＝２１２ｋＷ）に、実行期間Ｔ（＝０．５ｈ）を乗じることで得られる。つまり、推定値ＰＷ１０は、２１２ｋＷ×０．５ｈ＝１０６ｋＷｈ、である。なお、推定値ＰＷ１０は電圧回復速度に依存するため、推定値ＰＷ１０の精密な算出方法は後述する。ただし、第１変形例～第９変形例では、説明を簡略にするために、簡易な算出方法によって推定値ＰＷ１０を算出する。一方、回復制御の実行期間Ｔと同じ長さの期間における定格電力に対応する基準電力量ＰＷ２０は、［表１］を参照して、１５０ｋＷ×０．５ｈ＝７５ｋＷｈ、である。従って、出力電力量の推定値ＰＷ１０と基準電力量ＰＷ２０との差分電力量ＤＦは、１０６ｋＷｈ－７５ｋＷｈ＝３１ｋＷｈ、である。差分電力量ＤＦが正の値であるため、差分電力量ＤＦは、回復制御の実行期間Ｔにおける過剰電力量の推定値ＰＷ１を示す。

そこで、回復制御の実行期間Ｔでは、３１ｋＷｈの過剰電力量を蓄電池７３に蓄電することが要求される。従って、目標充電率算出部１８７は、過剰電力量の推定値ＰＷ１（＝３１ｋＷｈ）に基づいて、３１ｋＷｈを充電可能な第１目標充電率ＴＣ１を算出する（式（１））。そして、第３制御部１８５は、ＳＯＣセンサー７１から取得した蓄電池７３の充電率を監視しながら、第１目標充電率ＴＣ１になるように蓄電池７３に対する放電制御を実行する。

更に、蓄電池７３の充電率が第１目標充電率ＴＣ１に到達した後に、実行期間Ｔである０．５ｈだけ、第１制御部１８１は回復制御を実行するとともに、第２制御部１８３が過剰電力吸収制御を実行する。

その結果、ポイントＰ４１、Ｐ４２および［表４］に示されるように、回復制御の終了時点では、出力電力が２２３ｋＷになり、平均セル電圧値が０．５３Ｖになる。

ここで、回復制御の実行期間Ｔにおける燃料電池５３１の出力電力量の推定値ＰＷ１０の精密な算出方法を説明する。回復制御の実行期間Ｔでは、カソード触媒層６４ａから酸化被膜が除去されていくため、出力電力が上昇する。従って、精密な算出方法では、回復制御の実行期間Ｔにおける出力電力量の推定値ＰＷ１０は、回復制御開始時のポイントＰ３１の出力電力（＝２１２ｋＷ）と、回復制御終了時のポイントＰ４１の出力電力（＝２２３ｋＷｈ）との中間値に、実行期間Ｔ（＝０．５ｈ）を乗じることで得られる。つまり、推定値ＰＷ１０は、（（２１２ｋＷｈ＋２２３ｋＷｈ）／２）×０．５ｈ＝１０９ｋＷｈ、である。

（第２変形例）
図５および図８を参照して、実施形態１の燃料電池システム５３の第２変形例を説明する。第２変形例では、燃料電池５３１の出力電圧値を略０（ゼロ）Ｖにすることでリフレッシュ制御を実行する。第２変形例に係る燃料電池システム５３の構成は、図８に示す第１変形例と同様である。以下、第２変形例に係る燃料電池システム５３が、第１変形例に係る燃料電池システム５３と異なる点を主に説明する。

図５および図８に示すように、回復制御の実行期間Ｔにおいて、第１制御部１８１は、燃料電池５３１の出力電圧値を監視しながら、燃料電池５３１の定格電力に対応する定格電圧よりも小さい電圧を燃料電池５３１に発生させることで、回復制御（リフレッシュ制御）を実行する。第２変形例では、「燃料電池５３１の定格電力に対応する定格電圧よりも小さい電圧」は、略０（ゼロ）Ｖである。つまり、第２変形例では、回復制御の実行期間Ｔにおいて、第１制御部１８１は、燃料電池５３１の出力電圧値を略０（ゼロ）Ｖにすることで、回復制御（リフレッシュ制御）を実行する。従って、カソード極６４の電位が還元電圧よりも小さくなって、カソード触媒層６４ａから酸化被膜を除去できる。その結果、燃料電池５３１の発電性能を回復できる。

具体的には、回復制御の実行期間Ｔにおいて、第１制御部１８１は、燃料電池システム５３の一部の動作を停止して、カソード極６４とアノード極６３との間に起電力が発生しない状態にすることで、燃料電池５３１の出力電圧値を略０（ゼロ）Ｖにする。例えば、回復制御の実行期間Ｔにおいて、第１制御部１８１は、カソード極６４およびその近傍の酸素濃度を略ゼロにすることで、燃料電池５３１の出力電圧値を略０（ゼロ）Ｖにする。この場合、第１制御部１８１は、少なくとも酸化剤ガス流量調整部５３５を停止して、カソード極６４への酸化剤ガスの供給を停止する。

次に、具体例を挙げながら、発電性能の回復制御を説明する。第２変形例における回復制御の開始条件および通常運転は、第１変形例における回復制御の開始条件および通常運転と同じであり、適宜説明を省略する。

平均セル電圧値が０．７１Ｖ以下になった場合、第１制御部１８１は、予め定められた実行期間Ｔである「０．１ｈ（時間）」だけ、平均セル電圧値を０Ｖに設定するとともに、出力電力を０ｋＷに設定する。つまり、第１制御部１８１は、発電性能の回復制御を実行する。実行期間Ｔである「０．１ｈ」は、予め定められる。

ただし、回復制御を実行する前に、目標充電率算出部１８７は、第２目標充電率ＴＣ２を算出する。具体的には、回復制御の実行期間Ｔでは、燃料電池５３１の発電電力はゼロである。従って、回復制御の実行期間Ｔにおける燃料電池５３１の出力電力量の推定値ＰＷ１０は、０ｋＷ×０．１ｈ＝０ｋＷｈ、である。一方、回復制御の実行期間Ｔと同じ長さの期間における定格電力に対応する基準電力量ＰＷ２０は、［表１］を参照して、１５０ｋＷ×０．１ｈ＝１５ｋＷｈ、である。従って、出力電力量の推定値ＰＷ１０と基準電力量ＰＷ２０との差分電力量ＤＦは、０ｋＷｈ－１５ｋＷｈ＝－１５ｋＷｈ、である。差分電力量ＤＦが負の値であるため、差分電力量ＤＦの絶対値は、回復制御の実行期間Ｔにおける不足電力量の推定値ＰＷ２を示す。

そこで、回復制御の実行期間Ｔでは、１５ｋＷｈの不足電力量を蓄電池７３から推進装置９に給電することが要求される。従って、目標充電率算出部１８７は、不足電力量の推定値ＰＷ２（＝１５ｋＷｈ）に基づいて、１５ｋＷｈを給電可能な第２目標充電率ＴＣ２を算出する。そして、第３制御部１８５は、第２目標充電率ＴＣ２になるように蓄電池７３に対する充電制御を実行する。

更に、蓄電池７３の充電率が第２目標充電率ＴＣ２に到達した後に、実行期間Ｔである０．１ｈだけ、第１制御部１８１は回復制御を実行するとともに、第２制御部１８３が不足電力補完制御を実行する。

（第３変形例）
図５および図１０を参照して、実施形態１の燃料電池システム５３の第３変形例を説明する。第３変形例では、酸化剤ガスの流量を低下させることでリフレッシュ制御を実行する。以下、第３変形例に係る燃料電池システム５３が、第１変形例に係る燃料電池システム５３と異なる点を主に説明する。

図１０は、実施形態１の第３変形例に係る燃料電池システム５３を示すブロック図である。図１０に示すように、燃料電池システム５３は、流量計５７１を更に備える。

流量計５７１は、酸化剤ガス流量調整部５３５が燃料電池５３１に向けて供給する酸化剤ガスの流量を計測して、流量を示す信号を制御装置１７（図５）に出力する。

図５および図１０に示すように、回復制御の実行期間Ｔにおいて、第１制御部１８１は、燃料電池５３１の出力電圧値を監視しながら、燃料電池５３１の定格電力に対応する定格電圧よりも小さい電圧を燃料電池５３１に発生させることで、回復制御（リフレッシュ制御）を実行する。この点は、第１変形例と同様である。

具体的には、回復制御の実行期間Ｔにおいて、第１制御部１８１は、燃料電池５３１の出力電流値および出力電圧値ならびに酸化剤ガスの流量を監視しながら、出力電流値を定格電流に維持しつつ、酸化剤ガスの供給流量を回復制御の実行前よりも低下させることで、平均セル電圧値を目標セル電圧値に設定する。この場合、例えば、第１制御部１８１は、燃料電池５３１の定格電力発電時よりも酸化剤ガスの供給流量を低下させる。目標セル電圧値は、回復制御の実行前よりも小さな電圧値を示し、０Ｖよりも大きい。目標セル電圧値は、例えば、予め定められる。

なお、回復制御の実行期間Ｔにおいて、第１制御部１８１は、出力電流値を定格電流に維持しつつ、酸化剤ガスの流量を回復制御の実行前よりも低下させることで、出力電圧値を目標電圧値に設定してもよい。目標電圧値は、回復制御の実行前よりも小さな電圧値を示し、０Ｖよりも大きい。目標電圧値は、例えば、予め定められる。

ここで、燃料電池５３１に供給する酸化剤ガスの流量を低下させると、酸化剤利用率が大きくなる。酸化剤利用率＝（燃料電池５３１の発電反応で消費される酸化剤の流量）／（カソード極６４に供給する酸化剤の流量）、である。酸化剤ガスは空気であるため、酸化剤ガスの流量を低下させると、カソード極６４に供給する酸化剤（酸素）の流量も低下する。その結果、酸化剤利用率が大きくなる。

燃料電池５３１に供給する酸化剤ガスの流量を低下させることは、酸化剤利用率を大きくすることと同義である。従って、第３変形例では、回復制御の実行期間Ｔにおいて、第１制御部１８１は、燃料電池５３１の酸化剤利用率を、回復制御の実行前よりも大きくすることで、回復制御を実行する。この場合、例えば、第１制御部１８１は、燃料電池５３１の酸化剤利用率を、燃料電池５３１の定格電力発電時の酸化剤利用率よりも大きくする。

ここで、酸化剤ガスの流量の調整方法を説明する。第１制御部１８１は、酸化剤ガス流量調整部５３５を制御することで、燃料電池５３１への酸化剤ガスの供給量が調整する。例えば、第１制御部１８１は、燃料電池５３１への酸化剤ガスの供給量が低下するように、酸化剤ガス流量調整部５３５を制御する。

次に、具体例を挙げながら、発電性能の回復制御を説明する。第３変形例における回復制御の開始条件および通常運転は、第１変形例における回復制御の開始条件および通常運転と同じであり、適宜説明を省略する。

平均セル電圧値が０．７１Ｖ以下になった場合、第１制御部１８１は、出力電流値を定格電流（［表１］）である「４００Ａ」に維持しつつ、燃料電池５３１へ供給する酸化剤ガスの流量を低下させることで、予め定められた実行期間Ｔである「０．５ｈ（時間）」だけ、平均セル電圧値を０．５Ｖに設定する。つまり、第１制御部１８１は、発電性能の回復制御を実行する。平均セル電圧の目標セル電圧値である「０．５Ｖ」、および、実行期間Ｔである「０．５ｈ」は、予め定められる。

ただし、回復制御を実行する前に、目標充電率算出部１８７は、第２目標充電率ＴＣ２を算出する。具体的には、回復制御の実行期間Ｔにおける燃料電池５３１の出力電圧の推定値は、簡易な算出方法によれば、平均セル電圧値×セル６０の総数＝０．５Ｖ×５００＝２５０Ｖ、である。従って、回復制御の実行期間Ｔにおける燃料電池５３１の出力電力の推定値は、出力電圧の推定値×出力電流値＝２５０Ｖ×４００Ａ＝１００ｋＷ、である。その結果、回復制御の実行期間Ｔ（＝０．５ｈ）における燃料電池５３１の出力電力量の推定値ＰＷ１０は、１００ｋＷ×０．５ｈ＝５０ｋＷｈ、である。

一方、回復制御の実行期間Ｔと同じ長さの期間における定格電力に対応する基準電力量ＰＷ２０は、［表１］を参照して、１５０ｋＷ×０．５ｈ＝７５ｋＷｈ、である。従って、出力電力量の推定値ＰＷ１０と基準電力量ＰＷ２０との差分電力量ＤＦは、５０ｋＷｈ－７５ｋＷｈ＝－２５ｋＷｈ、である。差分電力量ＤＦが負の値であるため、差分電力量ＤＦの絶対値は、回復制御の実行期間Ｔにおける不足電力量の推定値ＰＷ２を示す。

そこで、回復制御の実行期間Ｔでは、２５ｋＷｈの不足電力量を蓄電池７３から推進装置９に給電することが要求される。従って、目標充電率算出部１８７は、不足電力量の推定値ＰＷ２（＝２５ｋＷｈ）に基づいて、２５ｋＷｈを給電可能な第２目標充電率ＴＣ２を算出する。そして、第３制御部１８５は、第２目標充電率ＴＣ２になるように蓄電池７３に対する充電制御を実行する。

更に、蓄電池７３の充電率が第２目標充電率ＴＣ２に到達した後に、実行期間Ｔである「０．５ｈ」だけ、第１制御部１８１は回復制御を実行するとともに、第２制御部１８３が不足電力補完制御を実行する。

（第４変形例）
図５および図１０を参照して、実施形態１の燃料電池システム５３の第４変形例を説明する。第４変形例では、酸化剤ガスの流量を増加させることで排水制御を実行する。第４変形例に係る燃料電池システム５３の構成は、図１０に示す第３変形例と同様である。以下、第４変形例に係る燃料電池システム５３が、第３変形例に係る燃料電池システム５３と異なる点を主に説明する。

図５および図１０に示すように、回復制御の実行期間Ｔにおいて、第１制御部１８１は、燃料電池５３１の出力電圧値および出力電流値ならびに酸化剤ガスの流量を監視しながら、燃料電池５３１の酸化剤利用率を、燃料電池５３１が定格電力を発電する時の酸化剤利用率よりも小さくすることで、回復制御（排水制御）を実行する。従って、カソード極６４およびアノード極６３に滞留する水分が除去されて、フラッディングを抑制できる。その結果、燃料電池５３１の発電性能を回復できる。

具体的には、回復制御の実行期間Ｔにおいて、第１制御部１８１は、燃料電池５３１の出力電流値および酸化剤ガスの流量を監視しながら、出力電流値を定格電流に維持しつつ、酸化剤ガスの流量を回復制御の実行前よりも増加させる。酸化剤ガスの流量が増加するため、酸化剤ガスによって、カソード極６４およびアノード極６３に滞留する水分を効果的に除去できる。その結果、フラッディングを抑制できて、燃料電池５３１の発電性能を回復できる。この場合、例えば、第１制御部１８１は、酸化剤ガスの流量を、定格電力発電時の流量よりも増加させる。なお、酸化剤ガスによってカソード極６４における水分含有量が低下すると、固体高分子電解質膜６２を通ってアノード極６３からカソード極６４に水が移動する。つまり、アノード極６３に滞留する水分が、酸化剤ガスによって間接的に排水される。

なお、燃料電池５３１に供給する酸化剤ガスの流量を増加させると、酸化剤利用率が小さくなる。酸化剤利用率＝（燃料電池５３１の発電反応で消費される酸化剤の流量）／（カソード極６４に供給する酸化剤の流量）、である。酸化剤ガスは空気であるため、酸化剤ガスの流量を増加させると、カソード極６４に供給する酸化剤（酸素）の流量も増加する。その結果、酸化剤利用率が小さくなる。

ここで、酸化剤ガスの流量の調整方法を説明する。例えば、第１制御部１８１は、燃料電池５３１への酸化剤ガスの供給量が増加するように、酸化剤ガス流量調整部５３５を制御する。その結果、酸化剤利用率が小さくなる。

次に、具体例を挙げながら、発電性能の回復制御を説明する。第４変形例における回復制御の開始条件および通常運転は、第１変形例における回復制御の開始条件および通常運転と同じであり、適宜説明を省略する。

平均セル電圧値が０．７１Ｖ以下になった場合、第１制御部１８１は、出力電流値を定格電流（［表１］）である４００Ａに維持しつつ、燃料電池５３１へ供給する酸化剤ガスの流量を増加させることで（つまり、酸化剤利用率を小さくすることで）、予め定められた実行期間Ｔである「０．１ｈ（時間）」だけ、燃料電池５３１を運転する。その結果、運転中に平均セル電圧値が上昇し、平均セル電圧値が最終的に０．７６Ｖに到達する。つまり、第１制御部１８１は、発電性能の回復制御を実行する。なお、回復制御では、酸化剤利用率が低下した状態であるため、同じ電流値「４００Ａ」において、平均セル電圧値は、０．７５Ｖから０．７６Ｖに上昇している。実行期間Ｔである「０．１ｈ」は、予め定められる。

ただし、回復制御を実行する前に、目標充電率算出部１８７は、第２目標充電率ＴＣ２を算出する。具体的には、回復制御開始時では、平均セル電圧値の低下率（３．２％）を考慮すると、平均セル電圧値は、０．７６Ｖ－０．７６Ｖ×０．０３２＝０．７４Ｖ、である。そして、回復制御の実行期間Ｔにおける燃料電池５３１の出力電圧の推定値は、簡易な算出方法によれば、平均セル電圧値×セル６０の総数＝０．７４Ｖ×５００＝３７０Ｖ、である。従って、回復制御の実行期間Ｔにおける燃料電池５３１の出力電力の推定値は、出力電圧の推定値×出力電流値＝３７０Ｖ×４００Ａ＝１４８ｋＷ、である。また、酸化剤ガスの流量を増加するために、酸化剤ガス流量調整部５３５の消費電力が、１０ｋＷから２０ｋＷに増加する。従って、回復制御の実行期間Ｔにおいて、燃料電池５３１から推進装置９に供給できる電力が低下する。具体的には、実行期間Ｔでは、燃料電池５３１の出力電圧は、２ｋＷ減少し、酸化剤ガス流量調整部５３５の消費電力が１０ｋＷ増加する。従って、実行期間Ｔでは、燃料電池５３１から推進装置９に給電できる電力は、定格電力１５０ｋＷに対して１２ｋＷだけ減少する。従って、実行期間Ｔでは、不足電力量の推定値ＰＷ２は、１２ｋＷ×０．１ｈ＝１．２ｋＷｈ、である。

そこで、回復制御の実行期間Ｔでは、１．２ｋＷｈの不足電力量を蓄電池７３から推進装置９に給電することが要求される。従って、目標充電率算出部１８７は、不足電力量の推定値ＰＷ２（＝１．２ｋＷｈ）に基づいて、１．２ｋＷｈを給電可能な第２目標充電率ＴＣ２を算出する。そして、第３制御部１８５は、第２目標充電率ＴＣ２になるように蓄電池７３に対する充電制御を実行する。

更に、蓄電池７３の充電率が第２目標充電率ＴＣ２に到達した後に、実行期間Ｔである「０．１ｈ」だけ、第１制御部１８１は回復制御を実行するとともに、第２制御部１８３が不足電力補完制御を実行する。

（第５変形例）
図５および図１０を参照して、実施形態１の燃料電池システム５３の第５変形例を説明する。第５変形例では、燃料電池５３１の出力電流値を低下させることで排水制御を実行する。第５変形例に係る燃料電池システム５３の構成は、図１０に示す第３変形例と同様である。以下、第５変形例に係る燃料電池システム５３が、第３変形例に係る燃料電池システム５３と異なる点を主に説明する。

図５および図１０に示すように、回復制御の実行期間Ｔにおいて、第１制御部１８１は、燃料電池５３１の出力電圧値および出力電流値ならびに酸化剤ガスの流量を監視しながら、酸化剤利用率を、燃料電池５３１が定格電力を発電する時の酸化剤利用率よりも小さくすることで、回復制御（排水制御）を実行する。この点は、第４変形例と同様である。

具体的には、回復制御の実行期間Ｔにおいて、第１制御部１８１は、燃料電池５３１の出力電流値および酸化剤ガスの流量を監視しながら、回復制御の実行前の流量に酸化剤ガスの流量を維持しつつ、燃料電池５３１の出力電流値を、回復制御の実行前よりも低下させることで、酸化剤利用率を、燃料電池５３１が定格電力を発電する時の酸化剤利用率よりも小さくする。この場合、例えば、第１制御部１８１は、燃料電池５３１の出力電流値を、定格電力発電時の電流値よりも低下させる。燃料電池５３１の出力電流値が低下してカソード極６４で生成される水量が低下する一方で、酸化剤ガス流量（空気流量）は維持される。その結果、カソード極６４およびその近傍の酸化剤ガスの露点（水分含有量）が低下して、フラッディングを抑制できる。よって、燃料電池５３１の発電性能を回復できる。

ここで、燃料電池５３１の出力電流値の制御方法の第１例および第２例を説明する。第１例では、第１制御部１８１は、複数の補機１１のうちの１以上の補機１１の電力負荷を、回復制御の実行前よりも小さくすることで、燃料電池５３１の出力電流値を低下させる。第２例では、第１制御部１８１は、燃料電池システム５３（燃料電池５３１）の出力電力の配分を、回復制御の実行前よりも小さくすることで、燃料電池５３１の出力電流値を低下させる。

次に、具体例を挙げながら、発電性能の回復制御を説明する。第５変形例における回復制御の開始条件および通常運転は、第１変形例における回復制御の開始条件および通常運転と同じであり、適宜説明を省略する。

平均セル電圧値が０．７１Ｖ以下になった場合、第１制御部１８１は、出力電流値を定格電流である「４００Ａ」から「３００Ａ」に低下させつつ、燃料電池５３１へ供給する酸化剤ガスの流量を維持することで（つまり、酸化剤利用率を小さくすることで）、予め定められた実行期間Ｔである０．１ｈ（時間）だけ、燃料電池５３１を運転する。その結果、運転中に平均セル電圧値が上昇し、平均セル電圧値が最終的に０．８１Ｖに到達する。つまり、第１制御部１８１は、発電性能の回復制御を実行する。なお、回復制御では、酸化剤利用率が低下した状態であるため、同じ電流値「３００Ａ」において、平均セル電圧値は、０．８０Ｖから０．８１Ｖに上昇している。実行期間Ｔである「０．１ｈ」は、予め定められる。

ただし、回復制御を実行する前に、目標充電率算出部１８７は、第２目標充電率ＴＣ２を算出する。具体的には、回復制御開始時では、平均セル電圧値の低下率（３．２％）を考慮すると、平均セル電圧値は、０．８１Ｖ－０．８１Ｖ×０．０３２＝０．７８Ｖ、である。そして、回復制御の実行期間Ｔにおける燃料電池５３１の出力電圧の推定値は、簡易な算出方法によれば、平均セル電圧値×セル６０の総数＝０．７８Ｖ×５００＝３９０Ｖ、である。従って、回復制御の実行期間Ｔにおける燃料電池５３１の出力電力の推定値は、出力電圧の推定値×出力電流値＝３９０Ｖ×３００Ａ＝１１７ｋＷ、である。また、酸化剤ガスの流量は維持されているため、酸化剤ガス流量調整部５３５の消費電力は一定である。

従って、実行期間Ｔでは、燃料電池５３１が給電できる電力は、定格電力に対して、３３ｋＷ（＝１５０ｋＷ－１１７ｋＷ）だけ低下する。つまり、実行期間Ｔでは、不足電力量の推定値ＰＷ２は、３３ｋＷ×０．１ｈ＝３．３ｋＷｈ、である。

そこで、回復制御の実行期間Ｔでは、３．３ｋＷｈの不足電力量を蓄電池７３から推進装置９に給電することが要求される。従って、目標充電率算出部１８７は、不足電力量の推定値ＰＷ２（＝３．３ｋＷｈ）とに基づいて、３．３ｋＷｈを給電可能な第２目標充電率ＴＣ２を算出する。そして、第３制御部１８５は、第２目標充電率ＴＣ２になるように蓄電池７３に対する充電制御を実行する。

更に、蓄電池７３の充電率が第２目標充電率ＴＣ２に到達した後に、実行期間Ｔである「０．１ｈ」だけ、第１制御部１８１は回復制御を実行するとともに、第２制御部１８３が不足電力補完制御を実行する。

（第６変形例）
図５および図１１を参照して、実施形態１の燃料電池システム５３の第６変形例を説明する。第６変形例では、酸化剤ガスの圧力を低下させることで排水制御を実行する。以下、第６変形例に係る燃料電池システム５３が、第３変形例に係る燃料電池システム５３と異なる点を主に説明する。

図１１は、実施形態１の第６変形例に係る燃料電池システム５３を示すブロック図である。図１１に示すように、燃料電池システム５３は、圧力計５７７を更に備える。

圧力計５７７は、燃料電池５３１のカソード極６４の入口近傍の酸化剤ガスの圧力を計測して、圧力を示す信号を制御装置１７（図５）に出力する。

図５および図１１に示すように、回復制御の実行期間Ｔにおいて、第１制御部１８１は、カソード極６４の入口近傍の酸化剤ガスの圧力を監視しながら、燃料電池５３１のカソード極６４における酸化剤ガスの圧力を、燃料電池５３１が定格電力を発電する時のカソード極６４における酸化剤ガスの圧力よりも小さくすることで、回復制御（排水制御）を実行する。つまり、カソード極６４における酸化剤ガスの圧力が低下すると、酸化剤ガスの質量流量当たりの水分含有量が増大する。従って、カソード極６４に滞留した水分が水蒸気として流路に移動し易くなる。その結果、フラッディングを抑制できて、燃料電池５３１の発電性能を回復できる。

具体的には、回復制御の実行期間Ｔにおいて、第１制御部１８１は、燃料電池５３１の出力電流値および酸化剤ガスの圧力を監視しながら、回復制御の実行前の値に燃料電池５３１の出力電流値を維持しつつ、カソード極６４における酸化剤ガスの圧力を、回復制御の実行前よりも低下させる。この場合、第１制御部１８１は、カソード極６４における酸化剤ガスの圧力が低下するように、酸化剤ガス流量調整部５３５および／または酸化剤ガス圧力調整部５３９を制御する。

次に、具体例を挙げながら、発電性能の回復制御を説明する。第６変形例における回復制御の開始条件および通常運転は、第１変形例における回復制御の開始条件および通常運転と同じであり、適宜説明を省略する。

平均セル電圧値が０．７１Ｖ以下になった場合、第１制御部１８１は、出力電流値を定格電流である「４００Ａ」に維持したまま、カソード極６４における酸化剤ガスの圧力を低下させて、予め定められた実行期間Ｔである「０．１ｈ（時間）」だけ、燃料電池５３１を運転する。その結果、運転中に平均セル電圧値が上昇し、平均セル電圧値が最終的に０．７２Ｖに到達する。つまり、第１制御部１８１は、発電性能の回復制御を実行する。なお、回復制御では、酸素分圧低下および水蒸気分圧比増大のため、同じ電流値「４００Ａ」において、平均セル電圧値は、０．７５Ｖから０．７２Ｖに低下している。実行期間Ｔである「０．１ｈ」は、予め定められる。

ただし、回復制御を実行する前に、目標充電率算出部１８７は、第２目標充電率ＴＣ２を算出する。具体的には、回復制御開始時では、平均セル電圧値の低下率（３．２％）を考慮すると、平均セル電圧値は、０．７２Ｖ－０．７２Ｖ×０．０３２＝０．７０Ｖ、である。そして、回復制御の実行期間Ｔにおける燃料電池５３１の出力電圧の推定値は、簡易な算出方法によれば、平均セル電圧値×セル６０の総数＝０．７０Ｖ×５００＝３５０Ｖ、である。従って、回復制御の実行期間Ｔにおける燃料電池５３１の出力電力の推定値は、出力電圧の推定値×出力電流値＝３５０Ｖ×４００Ａ＝１４０ｋＷ、である。また、酸化剤ガスの圧力を低下させるため、酸化剤ガス流量調整部５３５の消費電力が、１０ｋＷから８ｋＷに減少する。従って、回復制御の実行期間Ｔにおいて、燃料電池５３１から推進装置９に供給できる電力が低下する。具体的には、実行期間Ｔでは、燃料電池５３１の出力電力は、１０ｋＷ減少し、酸化剤ガス流量調整部５３５の消費電力が２ｋＷ減少する。従って、実行期間Ｔでは、燃料電池５３１が推進装置９に給電できる電力は、定格電力１５０ｋＷに対して１２ｋＷだけ減少する。その結果、実行期間Ｔでは、不足電力量の推定値ＰＷ２は、１２ｋＷ×０．１ｈ＝１．２ｋＷｈ、である。

そこで、回復制御の実行期間Ｔでは、１．２ｋＷｈの不足電力量を蓄電池７３から推進装置９に給電することが要求される。従って、目標充電率算出部１８７は、不足電力量の推定値ＰＷ２（＝１．２ｋＷｈ）に基づいて、１．２ｋＷｈを給電可能な第２目標充電率ＴＣ２を算出する。そして、第３制御部１８５は、第２目標充電率ＴＣ２になるように蓄電池７３に対する充電制御を実行する。

更に、蓄電池７３の充電率が第２目標充電率ＴＣ２に到達した後に、実行期間Ｔである０．１ｈだけ、第１制御部１８１は回復制御を実行するとともに、第２制御部１８３が不足電力補完制御を実行する。

なお、回復制御の実行期間Ｔにおいて、第１制御部１８１は、カソード極６４に対して、排気ファン１３によって排気を行ってもよい。

（第７変形例）
図５および図１２を参照して、実施形態１の燃料電池システム５３の第７変形例を説明する。第７変形例では、燃料電池５３１の温度を上昇させることで排水制御を実行する。以下、第７変形例に係る燃料電池システム５３が、第１変形例に係る燃料電池システム５３と異なる点を主に説明する。

図１２は、第７変形例に係る燃料電池システム５３を示すブロック図である。図１２に示すように、燃料電池システム５３は、温度計５８１を更に備える。燃料電池システム５３は、温度計５７９を更に備えていてもよい。

温度計５７９は、燃料電池５３１における第１冷却媒体の入口側において、第１冷却媒体の温度を検出して、入口側温度を示す信号を制御装置１７（図５）に出力する。

温度計５８１は、燃料電池５３１における第１冷却媒体の出口側において、第１冷却媒体の温度を検出して、出口側温度を示す信号を制御装置１７（図５）に出力する。

図５および図１２に示すように、回復制御の実行期間Ｔにおいて、第１制御部１８１は、第１冷却媒体の入口側温度および出口側温度を監視しながら、燃料電池５３１の温度を、燃料電池５３１が定格電力を発電する時の燃料電池５３１の温度よりも高くすることで、回復制御（排水制御）を実行する。従って、カソード極６４における酸化剤ガスの飽和水蒸気圧が増大する。その結果、カソード極６４に滞留した水分が水蒸気として流路に移動し易くなる。よって、フラッディングを抑制できて、燃料電池５３１の発電性能を回復できる。なお、例えば、第１制御部１８１は、第１冷却媒体の出口側温度を監視しながら、燃料電池５３１の温度を、燃料電池５３１が定格電力を発電する時の燃料電池５３１の温度よりも高くすることで、回復制御（排水制御）を実行してもよい。

具体的には、回復制御の実行期間Ｔにおいて、第１制御部１８１は、第１冷却媒体の入口側温度および出口側温度を監視しながら、冷却媒体分流部５５９を制御して、熱交換器５５７を経由しない第１冷却媒体の量を増加する。つまり、バイパス配管５６４に流入する第１冷却媒体の量を増加する。その結果、燃料電池５３１に流入する第１冷却媒体の冷却効果が低下して、燃料電池５３１の温度が上昇する。詳細には、第１制御部１８１は、冷却媒体分流部５５９における流量分配比率を切り替えて、熱交換器５５７へ流入する第１冷却媒体の流量を低減し、バイパス配管５６４へ流入する第１冷却媒体の流量を増加する。なお、例えば、熱交換器５５７を流れる第２冷却媒体の流量を低減することで、つまり、第２冷却媒体を供給するポンプ（例えば海水ポンプ）の流量を低減することで、燃料電池５３１の温度を上昇させてもよい。

次に、具体例を挙げながら、発電性能の回復制御を説明する。第７変形例における回復制御の開始条件および通常運転は、第１変形例における回復制御の開始条件および通常運転と同じであり、適宜説明を省略する。

平均セル電圧値が０．７１Ｖ以下になった場合、第１制御部１８１は、出力電流値を定格電流である「４００Ａ」に維持したまま、燃料電池５３１の温度を上昇させて、予め定められた実行期間Ｔである「０．１ｈ（時間）」だけ、燃料電池５３１を運転する。その結果、運転中に平均セル電圧値が上昇し、平均セル電圧値が最終的に０．７８Ｖに到達する。つまり、第１制御部１８１は、発電性能の回復制御を実行する。なお、回復制御では、電解質イオン伝導度増大のため、同じ電流値「４００Ａ」において、平均セル電圧値は、０．７５Ｖから０．７８Ｖに上昇している。実行期間Ｔである「０．１ｈ」は、予め定められる。

ただし、回復制御を実行する前に、目標充電率算出部１８７は、第１目標充電率ＴＣ１を算出する。具体的には、回復制御開始時では、平均セル電圧値の低下率（３．２％）を考慮すると、平均セル電圧値は、０．７８Ｖ－０．７８Ｖ×０．０３２＝０．７６Ｖ、である。そして、回復制御の実行期間Ｔにおける燃料電池５３１の出力電圧の推定値は、簡易な算出方法によれば、平均セル電圧値×セル６０の総数＝０．７６Ｖ×５００＝３８０Ｖ、である。従って、回復制御の実行期間Ｔにおける燃料電池５３１の出力電力の推定値は、出力電圧の推定値×出力電流値＝３８０Ｖ×４００Ａ＝１５２ｋＷ、である。また、燃料電池５３１の温度を上げるための消費電力増加はほぼ無い。なぜなら、冷却媒体循環部５６１の消費電力は数百Ｗ程度だからである。また、冷却媒体分流部５５９での流量分配比率を変更するだけで、燃料電池５３１の温度を上昇できるからである。

従って、回復制御の実行期間Ｔにおいて、燃料電池５３１から供給できる電力が増大する。具体的には、実行期間Ｔでは、燃料電池５３１の出力電圧は、２ｋＷ増加する。従って、実行期間Ｔでは、過剰電力量の推定値ＰＷ１は、２ｋＷ×０．１ｈ＝０．２ｋＷｈ、である。

そこで、回復制御の実行期間Ｔでは、０．２ｋＷｈの過剰電力量を蓄電池７３に充電することが要求される。従って、目標充電率算出部１８７は、過剰電力量の推定値ＰＷ２（＝０．２ｋＷｈ）に基づいて、０．２ｋＷｈを充電可能な第１目標充電率ＴＣ１を算出する。そして、第３制御部１８５は、第１目標充電率ＴＣ１になるように蓄電池７３に対する放電制御を実行する。

更に、蓄電池７３の充電率が第１目標充電率ＴＣ１に到達した後に、実行期間Ｔである０．１ｈだけ、第１制御部１８１は回復制御を実行するとともに、第２制御部１８３が過剰電力吸収制御を実行する。

（第８変形例）
図５および図１３を参照して、実施形態１の燃料電池システム５３の第８変形例を説明する。第８変形例では、窒素パージを実行することで排水制御を実行する。以下、第８変形例に係る燃料電池システム５３が、第１変形例に係る燃料電池システム５３と異なる点を主に説明する。

図１３は、第８変形例に係る燃料電池システム５３を示すブロック図である。図１３に示すように、燃料電池システム５３は、不活性ガス供給部５７３と、不活性ガス配管５７５とを更に備える。不活性ガス供給部５７３は、不活性ガス配管５７５を通して、不活性ガスを燃料電池５３１（具体的にはカソード極６４）に供給する。詳細には、不活性ガス供給部５７３は、不活性ガスを貯留するタンクと、不活性ガスの供給と供給停止とを切り替える遮断弁とを含む。典型的には、不活性ガスは、窒素ガスである。

図５および図１３に示すように、回復制御の実行期間Ｔにおいて、第１制御部１８１は、燃料電池５３１への燃料ガスの供給を停止するとともに、カソード極６４に不活性ガスを供給することで、回復制御（排水制御）を実行する。従って、カソード極６４に滞留する水分が不活性ガスによって除去される。その結果、フラッディングを抑制できて、燃料電池５３１の発電性能を回復できる。この場合、例えば、第１制御部１８１は、燃料電池５３１への酸化剤ガスの供給を停止する。

具体的には、回復制御の実行期間Ｔにおいて、第１制御部１８１は、遮断部５４２を制御することで、燃料電池５３１への燃料ガスの供給を停止する。加えて、回復制御の実行期間Ｔにおいて、第１制御部１８１は、不活性ガス供給部５７３を制御することで、カソード極６４に不活性ガスを供給する。

（第９変形例）
図２を参照して、実施形態１の燃料電池システム５３の第９変形例を説明する。第９変形例では、不足電力補完制御において別の燃料電池５３１を利用する点で、図１～図７を参照して説明した実施形態１と主に異なる。

すなわち、不足電力補完制御で利用される電力源は、回復制御の対象である燃料電池５３１とは別の燃料電池５３１を含む燃料電池システム５３である。例えば、図２に示すように、複数の燃料電池システム５３のうち、ある燃料電池システム５３の燃料電池５３１が回復制御の対象である場合、別の燃料電池システム５３が、不足電力補完制御で利用される電力源になる。従って、回復制御の実行期間Ｔに実行される不足電力補完制御では、回復制御の対象である燃料電池５３１とは別の燃料電池５３１を含む燃料電池システム５３に不足電力を給電させる。

また、燃料電池船１００がエンジン発電機を備える場合は、不足電力補完制御で利用される電力源は、エンジン発電機であってもよい。エンジン発電機は、エンジンによって発電する。従って、この場合、回復制御の実行期間Ｔに実行される不足電力補完制御では、エンジン発電機に、不足電力を給電させる。

（実施形態２）
図５および図１４を参照して、本発明の実施形態２に係る燃料電池船１００Ａを説明する。実施形態２では、燃料電池５３１の不足電力をエンジン９７の動力によって補完する点で、実施形態２は実施形態１と主に異なる。実施形態２に係る燃料電池船１００は、エンジン９７と推進モーター９３とによって推進力が与えられるハイブリッド船である。以下、実施形態２が実施形態１と異なる点を主に説明する。

図１４は、実施形態２に係る燃料電池船１００Ａの概略構成を示す図である。図１４に示すように、燃料電池船１００は、電力源７Ａおよび推進装置９Ａを備える。電力源７Ａは、推進装置９Ａに電力を供給することが可能である。電力源７Ａは、例えば、エンジン発電機、または、蓄電池システム７である。電力源７Ａは、推進装置９Ａに電力を供給することの可能な「動力源」の一例である。

推進装置９Ａは、電力変換装置９１、推進モーター９３およびプロペラ９５に加えて、エンジン９７および切替機構９９を更に含む。エンジン９７は、例えば、ディーゼルエンジンである。エンジン９７は、推進装置９Ａに動力を供給することの可能な「動力源」の一例である。

切替機構９９は、エンジン９７の動力に基づく回転力をプロペラ９５に伝達する状態と、推進モーター９３の回転力をプロペラ９５に伝達する状態とを切り替える。切替機構９９は、例えば、クラッチ機構である。

図５に示すように、第１制御部１８１は、燃料電池５３１が発電する電力を制御することで、燃料電池５３１の発電性能を回復させる回復制御を実行する。第２制御部１８３は、回復制御の実行期間Ｔにおいて、不足電力補完制御を実行する。不足電力補完制御は、推進装置９Ａに動力を供給することの可能な動力源であるエンジン９７に、推進装置９Ａの目標電力に対する燃料電池システム５３（例えば、燃料電池５３１）の不足電力を補完する動力を供給させる制御を示す。

従って、実施形態２によれば、回復制御に起因して燃料電池システム５３の発電電力が減少した場合でも、不足電力補完制御によって、燃料電池システム５３の不足電力に相当する動力がエンジン９７によって補完される。その結果、回復制御の実行期間Ｔにおいて、推進装置９Ａに対して、常時一定の目標電力が供給される。よって、燃料電池５３１の発電性能を回復させる回復制御の実行期間Ｔであっても、燃料電池船１００を安定して運航できる。その他、実施形態２は、実施形態１と同様の効果を有する。

また、不足電力補完制御は、推進装置９Ａに電力を供給することの可能な電力源７Ａに、推進装置９Ａの目標電力に対する燃料電池システム５３（例えば、燃料電池５３１）の不足電力を補完する電力を供給させる制御であってもよい。

以上、図面を参照して本発明の実施形態及び実施例について説明した。ただし、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施できる。また、上記の実施形態に開示される複数の構成要素は適宜改変可能である。例えば、ある実施形態に示される全構成要素のうちのある構成要素を別の実施形態の構成要素に追加してもよく、または、ある実施形態に示される全構成要素のうちのいくつかの構成要素を実施形態から削除してもよい。

また、図面は、発明の理解を容易にするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の厚さ、長さ、個数、間隔等は、図面作成の都合上から実際とは異なる場合もある。また、上記の実施形態で示す各構成要素の構成は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池船に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。

１ 船体
７ 蓄電池システム（電力源）
７Ａ 電力源（動力源）
９、９Ａ 推進装置
９７ エンジン（動力源）
１８１ 第１制御部
１８３ 第２制御部
１８５ 第３制御部
１８７ 目標充電率算出部
５３１ 燃料電池
１００、１００Ａ 燃料電池船

Claims (13)

1. 船体に推進力を発生させる推進装置に電力を供給する燃料電池と、
   前記燃料電池が発電する電力を制御することで、前記燃料電池の発電性能を回復させる回復制御を実行する第１制御部と、
   前記回復制御の実行期間において、過剰電力吸収制御または不足電力補完制御を実行する第２制御部と
   を備え、
   前記過剰電力吸収制御は、前記推進装置に電力を供給することの可能な電力源に、前記推進装置の目標電力に対する前記燃料電池の過剰電力を吸収させる制御を示し、
   前記不足電力補完制御は、前記電力源に、前記目標電力に対する前記燃料電池の不足電力を補完させる制御を示す、燃料電池システム。
2. 前記回復制御が実行される前に、放電制御または充電制御を実行する第３制御部を更に備え、
   前記電力源は、蓄電池を含み、
   前記放電制御は、前記蓄電池が前記過剰電力を蓄電できるように前記蓄電池を放電させる制御を示し、
   前記充電制御は、前記蓄電池が前記不足電力を給電できるように前記蓄電池を充電する制御を示し、
   前記回復制御の前記実行期間に実行される前記過剰電力吸収制御では、前記第２制御部は、前記蓄電池に前記過剰電力を蓄電させ、
   前記回復制御の前記実行期間に実行される前記不足電力補完制御では、前記第２制御部は、前記蓄電池に前記不足電力を給電させる、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記蓄電池が前記過剰電力を蓄電できる第１目標充電率、または、前記蓄電池が前記不足電力を給電できる第２目標充電率を算出する目標充電率算出部を更に備え、
   前記目標充電率算出部は、前記過剰電力に対応する過剰電力量の推定値に基づいて前記第１目標充電率を算出し、または、前記不足電力に対応する不足電力量の推定値に基づいて前記第２目標充電率を算出し、
   前記放電制御では、前記第３制御部は、前記第１目標充電率になるように前記蓄電池を放電させ、
   前記充電制御では、前記第３制御部は、前記第２目標充電率になるように前記蓄電池を充電する、請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記回復制御の前記実行期間において、前記燃料電池の定格電力に対応する定格電圧よりも小さい電圧を前記燃料電池に発生させることで、前記第１制御部は前記回復制御を実行する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
5. 前記回復制御の前記実行期間において、前記燃料電池の酸化剤利用率を、前記燃料電池が定格電力を発電する時の酸化剤利用率よりも小さくすることで、前記第１制御部は前記回復制御を実行する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
6. 前記回復制御の前記実行期間において、前記燃料電池のカソード極における酸化剤ガスの圧力を、前記燃料電池が定格電力を発電する時の前記カソード極における前記酸化剤ガスの圧力よりも小さくすることで、前記第１制御部は前記回復制御を実行する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
7. 前記回復制御の前記実行期間において、前記燃料電池の温度を、前記燃料電池が定格電力を発電する時の前記燃料電池の温度よりも高くすることで、前記第１制御部は前記回復制御を実行する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
8. 前記回復制御の前記実行期間において、前記燃料電池への燃料ガスの供給を停止するとともに、前記燃料電池のカソード極に不活性ガスを供給することで、前記第１制御部は前記回復制御を実行する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
9. 前記電力源は、前記燃料電池とは別の燃料電池、蓄電池、または、エンジン発電機を含み、
   前記回復制御の前記実行期間に実行される前記不足電力補完制御では、前記別の燃料電池、前記蓄電池、または、前記エンジン発電機に、前記不足電力を給電させる、請求項１に記載の燃料電池システム。
10. 前記燃料電池が所定電流値の電流を出力している時に前記燃料電池が発生する電圧が、所定電圧以下である場合に、前記第１制御部は、前記回復制御を実行する、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
11. 前記第１制御部は、所定時間ごとに前記回復制御を実行するか、または、所定距離ごとに前記回復制御を実行する、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
12. 請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の燃料電池システムと、
    前記船体と、
    前記推進装置と、
    前記電力源と
    を備える、燃料電池船。
13. 船体に推進力を発生させる推進装置に電力を供給する燃料電池と、
    前記燃料電池が発電する電力を制御することで、前記燃料電池の発電性能を回復させる回復制御を実行する第１制御部と、
    前記回復制御の前記実行期間において、不足電力補完制御を実行する第２制御部と
    を備え、
    前記不足電力補完制御は、前記推進装置に電力または動力を供給することの可能な動力源に、前記推進装置の目標電力に対する前記燃料電池の不足電力を補完する電力または動力を供給させる制御を示す、燃料電池システム。

Images