(57)【要約】【課題】燃料電池を並列に接続した場合でも、（ダイオードを使用したときのような）出力損失が生じることなく、好適に逆流の発生を防止できる燃料電池システム及びその制御方法を提供すること。【解決手段】第１燃料電池スタック３の出力電圧（第１電圧ＶＡ）と第２燃料電池スタック５の出力電圧（第２電圧ＶＢ）とを測定し、その電圧差ΔＶが、逆電流が発生する判定値ΔＨＶ以上である場合には、逆電流の発生を防止するために、電圧差ΔＶを小さくするための制御を行う。詳しくは、電圧差ΔＶに応じて、高い電圧側の一対のスイッチの切替速度を、低い電圧側の一対のスイッチの切替速度を遅くする（又はディーティ比を小さくする）。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池が電気的に並列に接続されるとともに、前記複数の燃料電池の出力側の接続点を介して電気負荷に対して電力を供給するように構成された燃料電池システムにおいて、
前記複数の燃料電池における各燃料電池の出力電圧をそれぞれ測定する各電圧測定手段と、
前記各燃料電池と前記接続点との間に設けられて、該各燃料電池から前記接続点に対して加えられる電圧をそれぞれ調節する各電圧調節手段と、
前記各電圧測定手段によって測定された前記各燃料電池の出力電圧に基づいて、前記各電圧調節手段のうち少なくとも一つを用いて、該各燃料電池間で逆電流が生じないように、前記各燃料電池から前記接続点に対して加えられる電圧の差を低減する制御を行う逆電流防止制御手段と、
を備え、
前記各電圧調節手段は、前記燃料電池の出力電圧によって電荷が蓄積するコンデンサと、スイッチ動作によって前記コンデンサの電荷の蓄積と放電とを行うスイッチと、を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記各燃料電池から前記接続点に加えられる電圧が等しくなるように、前記各電圧調節手段の動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記各燃料電池から前記接続点に加えられる電圧が等しくなるように、前記各燃料電池に供給する燃料ガス及び酸化剤ガスの供給量の少なくとも一方を調節することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記電気負荷の大きさの変化に応じて、前記スイッチの動作を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記スイッチの開閉動作の周期を調節することにより、前記各燃料電池から前記接続点に加えられる電圧を調節することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記スイッチのオンとオフとを切り替えることによる電圧変化のデューティ比を調節することにより、前記各燃料電池から前記接続点に加えられる電圧を調節することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池の出力電圧が、該燃料電池の性能の劣化を示す所定の閾値を下回った場合には、前記燃料電池から前記接続点に至る回路を切断することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料電池の出力電圧が、前記接続点から前記電気負荷に至る回路の電圧より低くなった場合には、前記燃料電池から前記接続点に至る回路を切断することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
複数の燃料電池が電気的に並列に接続されるとともに、前記複数の燃料電池の出力側の接続点を介して電気負荷に対して電力を供給するように構成された燃料電池システムの制御方法において、
前記複数の燃料電池における各燃料電池の出力電圧をそれぞれ測定する各電圧測定工程と、
前記各電圧測定工程によって測定された前記各燃料電池の出力電圧に基づいて、該各燃料電池間で逆電流が生じないように、前記各燃料電池から前記接続点に対して加えられる電圧を制御する逆電流防止制御工程と、
を有し、
前記逆電流防止制御工程では、前記燃料電池の出力電圧によって電荷が蓄積するコンデンサと、スイッチ動作によって前記コンデンサの電荷の蓄積と放電とを行うスイッチと、を備えた電圧調節手段を用いて、前記制御を行うことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の燃料電池スタック等の燃料電池が電気的に並列に接続された燃料電池システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、固体電解質である固体酸化物層の両面に電極を配した燃料電池セルに対して、酸化剤ガス（通常空気）と燃料ガス（例えば、主に都市ガスを改質した水素）を供給して、発電を行うようになっている。
【０００３】
また、このような燃料電池では、一個の燃料電池セルで得られる電力量は小さいので、セルを複数個使用して燃料電池スタックを構成して大きな電力を得るように設計されている。
【０００４】
また、この種の燃料電池（或いは他の構造の燃料電池）において、燃料電池を電気的に並列に接続する場合には、各燃料電池の個体差により発電電圧が異なるため、そのまま並列接続してしまうと、電圧の高い燃料電池から電圧の低い燃料電池へ電流が逆流してしまうことがある。
【０００５】
そこで、この逆流を防止するために、例えば下記特許文献１には、燃料電池の出力側にダイオードを接続する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−５０９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来技術のように、並列に接続した各燃料電池の出力側にダイオードを配置すると、電力損失（出力損失）が発生するという問題があった。
また、燃料電池においては、要求電力に応じた電力を、要求電力の変化速度に応じて適切に出力することが望ましいが、従来技術ではその対応が十分ではない。
【０００８】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、燃料電池を並列に接続した場合でも、（ダイオードを使用したときのような）出力損失が生じることなく、好適に逆電流の発生を防止でき、しかも、要求電力に応じて適切な出力が可能な燃料電池システム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明は、第１態様として、複数の燃料電池が電気的に並列に接続されるとともに、前記複数の燃料電池の出力側の接続点を介して電気負荷に対して電力を供給するように構成された燃料電池システムにおいて、前記複数の燃料電池における各燃料電池の出力電圧をそれぞれ測定する各電圧測定手段と、前記各燃料電池と前記接続点との間に設けられて、該各燃料電池から前記接続点に対して加えられる電圧をそれぞれ調節する各電圧調節手段と、前記各電圧測定手段によって測定された前記各燃料電池の出力電圧に基づいて、前記各電圧調節手段のうち少なくとも一つを用いて、該各燃料電池間で逆電流が生じないように、前記各燃料電池から前記接続点に対して加えられる電圧の差を低減する制御を行う逆電流防止制御手段と、を備え、前記各電圧調節手段は、前記燃料電池の出力電圧によって電荷が蓄積するコンデンサと、スイッチ動作によって前記コンデンサの電荷の蓄積と放電とを行うスイッチと、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本第１態様では、各燃料電池の出力電圧をそれぞれ測定し、この測定された各燃料電池の出力電圧に基づいて、各電圧調節手段の少なくとも一つを用いて、各燃料電池間で逆電流が生じないように、各燃料電池から接続点に対して加えられる電圧の差を低減する（好ましくは差を０にする）制御を行う。
【００１１】
例えば、出力電圧が高い側の燃料電池に対して、それに対応する（コンデンサ及びスイッチを備えた）電圧調節手段によって、電圧を低減する制御を行って、各燃料電池間の電圧差を低減する。
【００１２】
これによって、各料電池間で逆電流が生じるような出力電圧の差（電圧差）がある場合でも、電圧調節手段を用いて、少なくとも一つの燃料電池から接続点に加えられる電圧を、各燃料電池から接続点に加えられる電圧の差が小さくなるように制御できるので、各燃料電池間における逆電流を防止することができる。
【００１３】
また、本第１態様では、上述した逆電流防止制御手段によって逆電流を防止できるので、ダイオードを使用したときのような出力損失の発生がないという利点がある。
更に、本第１態様では、燃料電池の出力電圧によって電荷が蓄積するコンデンサと、スイッチ動作によってコンデンサの電荷の蓄積と放電とを行うスイッチとを有する電圧調節手段を備えているので、上述したスイッチ動作によって、コンデンサの電荷の蓄積と放電とを行うことにより、要求電力に応じた電力を、要求電力の変化速度に応じて適切に出力することができる。
【００１４】
つまり、本第１態様によれば、出力損失を抑え、好適に逆電流の発生を防止するとともに、要求電力に応じた電力を、要求電力の変化速度に応じて適切に出力することができるという顕著な効果を奏する。
【００１５】
（２）本発明では、第２態様として、前記各燃料電池から前記接続点に加えられる電圧の差を低減するように、前記各燃料電池に供給する燃料ガス及び酸化剤ガスの供給量の少なくとも一方を調節することを特徴とする。
【００１６】
本第２態様では、両燃料電池の出力電圧に上述した電圧差がある場合には、燃料電池に供給する燃料ガスや酸化剤ガスの供給量を調節して、前記電位差を低減することができる。
【００１７】
（３）本発明では、第３態様として、前記各燃料電池から前記接続点に加えられる電圧が等しくなるように、前記各燃料電池に供給する燃料ガス及び酸化剤ガスの供給量の少なくとも一方を調節することを特徴とする。
【００１８】
本第３態様は、電位差の制御のより好ましい態様を例示している。
（４）本発明では、第４態様として、前記電気負荷の大きさの変化に応じて、前記スイッチの動作を制御することを特徴とする。
【００１９】
本第４態様では、電気負荷の大きさの変化に応じて、スイッチの動作を制御することにより、電気負荷に加える電圧を調節できるので、電気負荷の変動に応じて好適に対応できる（好適な電圧に設定できる）という利点がある。
【００２０】
（５）本発明では、第５態様として、前記スイッチの開閉動作の周期を調節することにより、前記各燃料電池から前記接続点に加えられる電圧を調節することを特徴とする。
本第５態様では、スイッチの開閉動作によって電圧を調節することを示している。例えばスイッチ動作の周期を長くすることにより、電圧を低下させることができる。
【００２１】
（６）本発明では、第６態様として、前記スイッチのオン（接続）とオフ（切断）とを切り替えることによる電圧変化のデューティ比を調節することにより、前記各燃料電池から前記接続点に加えられる電圧を調節することを特徴とする。
【００２２】
本第６態様では、スイッチの開閉動作によって電圧を調節することを示している。例えば周期的に繰り返されるスイッチ動作のオンのデューティ比（１周期におけるオンの期間の割合）を小さくすることによって、電圧を低下させることができる。また、スイッチ動作のオフのデューティ比を大きくすることによって、電圧を低下させることができる。
【００２３】
（７）本発明では、第７態様として、前記燃料電池の出力電圧が、該燃料電池の性能の劣化を示す所定の閾値を下回った場合には、前記燃料電池から前記接続点に至る回路を切断することを特徴とする。
【００２４】
本第７態様では、燃料電池の出力電圧が、燃料電池の性能の劣化を示す所定の閾値を下回った場合（閾値を下回る低電圧となった場合）には、燃料電池から接続点に至る回路を切断するので、性能が劣化した（低電圧の）燃料電池に電流が逆流することを防止できる。
【００２５】
（８）本発明では、第８態様として、前記燃料電池の出力電圧が、前記接続点から前記電気負荷に至る回路の電圧より低くなった場合には、前記燃料電池から前記接続点に至る回路を切断することを特徴とする。
【００２６】
本第８態様では、燃料電池の出力電圧が、接続点から電気負荷に至る回路の電圧より低くなった場合には、燃料電池から接続点に至る回路を切断するので、効果的に逆電流を防止できる。
【００２７】
（９）本発明は、第９態様として、複数の燃料電池が電気的に並列に接続されるとともに、前記複数の燃料電池の出力側の接続点を介して電気負荷に対して電力を供給するように構成された燃料電池システムの制御方法において、前記複数の燃料電池における各燃料電池の出力電圧をそれぞれ測定する各電圧測定工程と、前記各電圧測定工程によって測定された前記各燃料電池の出力電圧に基づいて、該各燃料電池間で逆電流が生じないように、前記各燃料電池から前記接続点に対して加えられる電圧を制御する逆電流防止制御工程と、を有し、前記逆電流防止制御工程では、前記燃料電池の出力電圧によって電荷が蓄積するコンデンサと、スイッチ動作によって前記コンデンサの電荷の蓄積と放電とを行うスイッチと、を備えた電圧調節手段を用いて、前記制御を行うことを特徴とする。
【００２８】
本第９態様では、前記第１態様と同様な効果を奏する。
・ここで、燃料ガスは、酸化剤ガスと反応させて発電を行うめのガスであり、この燃料ガスとしては、水素、還元剤となる炭化水素、水素と炭化水素との混合ガス、及びこれらのガスを所定温度の水中を通過させ加湿した燃料ガス、これらのガスに水蒸気を混合させた燃料ガス等が挙げられる。炭化水素は特に限定されず、例えば、天然ガス、ナフサ、石炭ガス化ガス等が挙げられる。これらの燃料ガスは１種類のみを用いても良いし、２種以上を併用してもよい。また５０体積％以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスを含有してもよい。
【００２９】
・また、酸化剤ガスは、燃料ガスと反応させて発電を行うためのガスであり、酸素を含む空気等のガスであり、この酸化剤ガスとしては、酸素を含む空気等のガスなど、酸素と他の気体との混合ガス等を用いることができる。更に、この混合ガスには、８０体積％以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスを含有してもよい。これらの酸化剤ガスのうち、空気が好ましい。
【００３０】
・なお、燃料電池には、周知の固体電解質体が用いられるが、この固体電解質体は、電池の作動時に燃料極に導入される燃料ガス又は空気極に導入される酸化剤ガスのうちの一方の一部をイオンとして移動させることができるイオン伝導性を有する。このイオンとしては、例えば、酸素イオン等が挙げられる。また、燃料極は、還元剤となる燃料ガスと接触し、セルにおける負電極として機能する。空気極は、酸化剤となる酸化剤ガスと接触し、セルにおける正電極として機能する。
【００３１】
この固体電解質体の材料としては、例えばＺｒＯ２系セラミック、ＬａＧａＯ３系セラミック、ＢａＣｅＯ３系セラミック、ＳｒＣｅＯ３系セラミック、ＳｒＺｒＯ３系セラミック、及びＣａＺｒＯ３系セラミック等など、周知の固体酸化物形燃料電池が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例１の燃料電池システムの回路を示す説明図である。
【図２】実施例１の燃料電池システムの第１燃料電池スタック側の回路を示す説明図である。
【図３】スイッチの切替動作に伴う第１、第２、第５コンデンサの電圧の変化を示すタイミングチャートである。
【図４】デューティ比５０％の場合の各スイッチの動作と、第１、第２コンデンサの電圧、及び第３電圧計測点Ｃの電圧の変化を示すタイミングチャートである。
【図５】デューティ比２５％の場合の各スイッチの動作と、第１、第２コンデンサの電圧、及び第３電圧計測点Ｃの電圧の変化を示すタイミングチャートである。
【図６】デューティ比５０％で切替速度（周期）を変更した場合の各スイッチの動作と、第１、第２コンデンサの電圧、及び第３電圧計測点Ｃの電圧の変化を示すタイミングチャートである。
【図７】実施例１の燃料電池システムの制御処理を示すフローチャートである。
【図８】実施例２の燃料電池システムの制御処理を示すフローチャートである。
【図９】実施例３の燃料電池システムの制御処理を示すフローチャートである。
【図１０】実施例４の燃料電池システムの制御処理を示すフローチャートである。
【図１１】実施例５の燃料電池システムの回路を示す説明図である。
【図１２】実施例５の燃料電池システムの制御処理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】
【００３３】
以下、本発明が適用された燃料電池システムとして、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を用いた燃料電池システムの実施例について、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００３４】
ａ）まず、本実施例の燃料電池システムの構成について説明する。
図１に模式的に示す様に、本実施例の燃料電池システム１は、主として、第１燃料電池スタック３と、第１燃料電池スタック３に電気的に並列に接続された第２燃料電池スタック５と、第１燃料電池スタック３の出力側から（両燃料電池スタック３、５が並列に接続される）接続点７に至る第１回路９と、第２燃料電池スタック５の出力側から接続点７に至る第２回路１１と、接続点７から負荷（電気負荷）１３に至る第３回路１５と、燃料電池システム１の動作を制御する制御装置１７と、を備えている。
【００３５】
また、第１回路９には、第１ａ接点１ａ及び第１ｂ接点１ｂを有する第１スイッチ２１と、同様な第２ａ接点２ａ及び第２ｂ接点２ｂを有する第２スイッチ２３とが設けられている。第１スイッチ２１の第１ａ接点１ａと第２スイッチ２３の第２ａ接点２ａとは、第１分路２５によって接続され、第１スイッチ２１の第１ｂ接点１ｂと第２スイッチ２３の第２ｂ接点２ｂとは、第２分路２７によって接続されている。
【００３６】
更に、第１分路２５には第１コンデンサ２９の一端が接続され、第２分路２７には第２コンデンサ３１の一端が接続されている。なお、両コンデンサ２９、３１の他端はアースされている。
【００３７】
同様に、第２回路１１には、第３ａ接点３ａ及び第３ｂ接点３ｂを有する第３スイッチ３３と、第４ａ接点４ａ及び第４ｂ接点４ｂを有する第４スイッチ３５とが設けられている。第３スイッチ３３の第３ａ接点３ａと第４スイッチ２３の第４ａ接点４ａとは、第３分路３７によって接続され、第３スイッチ３３の第３ｂ接点１ｂと第４スイッチ３５の第４ｂ接点４ｂとは、第４分路３９によって接続されている。
【００３８】
更に、第３分路３７には第３コンデンサ４１の一端が接続され、第４分路３９には第４コンデンサ４３の一端が接続されている。なお、両コンデンサ４１、４３の他端はアースされている。
【００３９】
なお、負荷１３と並列に第５コンデンサ４５が接続されている。また、第１〜第４スイッチ２１、２３、３３、３５には、制御装置１７からの制御信号を受けて、第１〜第４スイッチ２１、２３、３３、３５（詳しくは各接点）を開閉するための駆動部（図示せず）が設けられている。
【００４０】
なお、図示しないが、例えば負荷１３が交流によって作動する電気機器の場合には、接続点７と負荷１３との間に、直流を交流に変換する出力変換装置（コンバータ）を配置する。
【００４１】
以下、各構成について更に詳しく説明する。
前記第１、第２燃料電池スタック３、５は、図示しないが、板状の燃料電池セルが、その板厚方向に複数積層された発電部である。なお、燃料電池セルは、周知のように、板状の固体電解質体（固体酸化物体）の各主面に燃料極と空気極とが形成されるとともに、燃料極側に燃料ガス（例えば都市ガス）が供給される燃料ガス流路と、空気極側に酸化剤ガス（例えば空気）が供給される空気流路と設けられたものである。
【００４２】
この第１、第２燃料電池スタック３、５（詳しくは各燃料電池セル）では、外部から燃料極に供給された燃料ガスと空気極に供給された酸化剤ガスとが電気化学反応することによって、発電を行って、その電力を負荷１３に供給することができる。
【００４３】
なお、燃料ガスとして改質が必要な都市ガス等を用いる場合には、燃料ガスと改質水とを改質器（図示せず）に供給し、この改質器にて水素リッチの燃料ガスに改質し、この改質された燃料ガスを燃料ガス流路に供給する。
【００４４】
前記制御装置１７は、図示しないが、周知のＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵ等を有するマイクロコンピュータを備えた電子制御装置である。
この制御装置１７では、第１燃料電池スタック３と第１スイッチ２１との間の回路の第１電圧計測点Ａにおける第１電圧ＶＡと、第２燃料電池スタック５と第３スイッチ３３との第２電圧計測点Ｂにおける第２電圧ＶＢと、接続点７と負荷１３との間の回路の第３電圧計測点Ｃにおける第３電圧ＶＣとが入力するように構成されている。
【００４５】
また、制御装置１７からは、第１〜第４スイッチ２１、２３、３３、３５（詳しくは各接点）の開閉（オン・オフ）の動作を制御する制御信号が出力されるように構成されている。
【００４６】
ｂ）次に、本実施例の燃料電池システム１の基本的な動作について説明する。
なお、第１、第２スイッチ２１、２３を用いた制御と、第３、第４スイッチ３３、３５を用いた制御とは、基本的に同様であるので、ここでは、図２に示す様に、第１、第２スイッチ２１、２３を用いた第１燃料電池スタック３から負荷１３に至る回路を例に挙げて、第１燃料電池スタック３から接続点７側に加えられる電圧を調節する制御について説明する。
【００４７】
＜基本的な動作＞
第１燃料電池スタック３の発電時に、第１スイッチ２１の第１ａ接点をオン（接続）、第１ｂ接点をオフ（切断）するとともに、第２スイッチ２３の第２ａ接点をオフ、第２ｂ接点をオンすると、第１コンデンサ２９（Ｃ１）が充電される。次に、第１ａ接点をオフし、第２ａ接点をオンすると、第１コンデンサ２９は放電を開始し、負荷１３及び第５コンデンサ４５（Ｃ５）に電荷を供給する。
【００４８】
同様に、第１スイッチ２１の第１ａ接点をオフ、第１ｂ接点をオンするとともに、第２スイッチ２３の第２ａ接点をオン、第２ｂ接点をオフすると、第２コンデンサ３１（Ｃ２）が充電される。次に、第１ｂ接点をオフし、第２ｂ接点をオンすると、第２コンデンサ３１は放電を開始し、負荷１３及び第５コンデンサ４５に電荷を供給する。
【００４９】
図３に、上述した各スイッチ２１、２３（詳しくは各接点）のオン、オフの動作によって生じる第１、第２、第５コンデンサ２９、３１、４５の電圧変化を示すが、各スイッチ２１、２３のオン、オフの動作を繰り返すことによって、第５コンデンサ４５の電圧が徐々に増加する。
【００５０】
なお、図３の縦軸に、第１、第２、第５コンデンサ２９、３１、４５（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ５）の各電圧（第１ＣＶ、第２ＣＶ、第５ＣＶ）を示し、横軸にスイッチ動作（各スイッチ２１、２３のオン（ＯＮ）・オフ（ＯＦＦ））を示す。
【００５１】
＜電圧を調節する制御＞
第１燃料電池スタック３から接続点７側に加えられる電圧を制御する場合には、各スイッチ２１、２３（詳しくは各接点）をオン、オフする周期やデューティ比を調節する。
【００５２】
例えば、図４に（通電がオンの場合の）デューティ比を５０％として、各スイッチ（ＳＷ）２１、２３の各接点１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂをオン、オフした場合には、例えば同図示すように、第１コンデンサ（Ｃ１）２９の電圧と、第２コンデンサ（Ｃ２）３１の電圧と、第３電圧計測点Ｃにおける電圧（例えば１０Ｖ）とが得られる。
【００５３】
ここで、図５に示すように、各スイッチ２１、２３（詳しくはその接点）のオン、オフのデューティ比を２５％とすると、各コンデンサ２９、３１に充電される電荷が少ないので、第３電圧計測点Ｃにおける電圧が（例えば８Ｖに）低下する。
【００５４】
また、図６に示すように、各スイッチ２１、２３のオン、オフのデューティ比は５０％のままで、各スイッチ２１、２３のオン、オフの切替速度を遅くする（周期を長くすると）、各コンデンサ２９、３１に充電される電荷が少ないので、第３電圧計測点Ｃにおける電圧が（例えば９Ｖに）低下する。
【００５５】
このように、各スイッチ２１、２３をオン、オフする周期を長くしたり、（オンの）デューティ比を小さくすることによって、第１燃料電池スタック３から接続点７側に加えられる電圧を低減することができる。
【００５６】
ｃ）次に、制御装置１７にて実施される制御処理について説明する。
本処理は、第１、第２燃料電池スタック３、５間で電流の逆流が生じないように、第１、第２燃料電池スタック３、５から接続点７側に出力される電圧の差が小さくなるように、第１〜第４スイッチ２１、２３、３３、３５の動作（切替速度又はデューティ比）を制御するものである。
【００５７】
なお、第１燃料電池スタック３の出力側の一対のスイッチ２１、２３（詳しくは各接点）における切替速度又はデューティ比は同じであり、第２燃料電池スタック５の出力側の一対のスイッチ３３、３５（詳しくは各接点）における切替速度又はデューティ比も同じである（以下同様）。
【００５８】
図７のフローチャートに示すように、ステップ（Ｓ）１００では、第１燃料電池スタック３の出力電圧と第２燃料電池スタック５の出力電圧を測定する。具体的には、第１電圧計測点Ａの第１電圧ＶＡと第２電圧計測点Ｂの第２電圧ＶＢを取得する。
【００５９】
続くステップ１１０では、第１電圧ＶＡと第２電圧ＶＢとの差（電圧差）ΔＶが、逆電流が発生する判定値ΔＨＶ以上であるか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ１２０に進み、一方否定判断されると一旦本処理を終了する。
【００６０】
なお、本実施例の燃料電池システム１のような回路では、例えば各燃料電池スタック３、５の劣化の状態の違いにより、所定以上の大きな電圧差ΔＶとなると逆電流が発生する恐れがあるので、逆電流が発生しないように判定値ΔＨＶを設定している。
【００６１】
ステップ１２０では、第１電圧ＶＡと第２電圧ＶＢとの電位差ΔＶが、逆電流が発生する判定値ΔＨＶ以上であるので、逆電流の発生を防止するために、電圧差ΔＶを小さくするように（好ましくは電圧差ΔＶを無くするように）、前記第１〜第４スイッチ２１、２３、３３、３５の動作を制御し、一旦本処理を終了する。
【００６２】
具体的には、第１電圧ＶＡ及び第２電圧ＶＢの電圧のうち、高い方の電圧を低い方の電圧に合わせるように制御する。
例えば、高い電圧に該当する燃料電池スタックの両スイッチの切替速度を、低い電圧に該当する燃料電池スタックの両スイッチの切替速度よりも遅くする（周期を長くする）。これによって、高い方の電圧を低くして低い電圧に合わせることができる。
【００６３】
或いは、高い電圧に該当する燃料電池スタックの両スイッチのオン、オフのデューティ比を、低い電圧に該当する燃料電池スタックの両スイッチのオン、オフのデューティ比よりも小さくする。これによって、高い方の電圧を低くして低い電圧に合わせることができる。
【００６４】
なお、どの程度の切替速度（又はデューティ比）にすればどの程度電圧を下げられるかは、予め実験等によって調べて、そのデータ（例えば電圧と切替速度又はデューティ比との関係のデータ）を制御装置１７のＲＯＭ等にマップなどとして記憶しておき、測定によって得られた電圧に応じて、適宜切替速度又はデューティ比を設定すればよい。
【００６５】
ｄ）次に、本実施例の効果について説明する。
本実施例では、第１燃料電池スタック３の出力電圧（第１電圧ＶＡ）と第２燃料電池スタック５の出力電圧（第２電圧ＶＢ）とを測定し、その電圧差ΔＶが、逆電流が発生する判定値ΔＨＶ以上である場合には、逆電流の発生を防止するために、電圧差ΔＶを小さくするための制御を行う。詳しくは、電圧差ΔＶに応じて、高い電圧側の一対のスイッチの切替速度（又はデューティ比）を遅くしている（又はディーティ比を小さくしている）。
【００６６】
これによって、第１燃料電池スタック３から接続点７に出力される電圧と第２燃料電池スタック５から接続点７に出力される電圧との電圧差ΔＶを、逆電流が生じない程度まで小さくできるので、逆電流の発生を効果的に防止できるという顕著な効果を奏する。
【００６７】
また、本実施例では、従来のように、ダイオードを使用して逆電流の発生を防止するものではないので、ダイオードを使用した場合のような出力損失がないという効果がある。
更に、本実施例では、各スイッチ２１、２３、３３、３５の切替速度やデューティ比を調節することによって、接続点７にそれぞれ加える電圧を、容易に且つ速やかに制御できるので、負荷１３の要求電力が変化した場合でも、その要求電力に応じて速やかに負荷１３の供給する電圧を調節できるという利点がある。
【００６８】
例えば負荷１３の要求電力が低下した場合には、両燃料電池スタック３、５の各スイッチ２１、２３、３３、３５の切替速度を遅くして（又はデュ−ティ比を小さくして）、負荷１３に加える電圧を低下させることができる。
【実施例２】
【００６９】
次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な内容については、その説明は省略する。
なお、実施例２と実施例１とはハード構成は同じであるので、ハード構成の各部材の番号は、実施例１と同じものを使用する。
【００７０】
前記実施例１では、電圧差ΔＶを低減するように、各スイッチ２１、２３、３３、３５の切替速度又はデューティ比を制御したが、本実施例２では、更に、各燃料電池スタック３、５の出力電圧自体も制御する。
【００７１】
具体的には、まず、各燃料電池スタック３、５の出力電圧を調節するように、各燃料電池スタック３、５に供給する燃料ガス及び酸化剤ガス（必要に応じて改質水）の供給量を調節し、その後、実施例１と同様な制御を行う。
【００７２】
例えば第１燃料電池スタック３の出力電圧を低減したい場合には、第１燃料電池スタック３に供給する燃料ガス及び酸化剤ガス（必要に応じて改質水）の供給量を低減する。
次に、本実施例２における制御処理を、図８に基づいて説明する。
【００７３】
図８に示すように、ステップ２００では、第１燃料電池スタック３の出力電圧と第２燃料電池スタック５の出力電圧を測定する。具体的には、第１電圧計測点Ａの第１電圧ＶＡと第２電圧計測点Ｂの第２電圧ＶＢを取得する。
【００７４】
続くステップ２１０では、第１電圧ＶＡと第２電圧ＶＢとの差（電圧差）ΔＶが、逆電流が発生する判定値ΔＨＶ以上であるか否かを判定する。ここで、肯定判断されると判定されるとステップ２２０に進み、一方否定判断されると一旦本処理を終了する。
【００７５】
ステップ２２０では、第１電圧ＶＡと第２電圧ＶＢとの電位差ΔＶが、逆電流が発生する判定値ΔＨＶ以上であるので、逆電流の発生を防止するために、電圧差ΔＶを小さくするように、電圧を調節したい側（例えば電圧の高い側）の燃料電池スタックに供給する燃料ガス及び酸化剤ガス（必要に応じて改質水）の供給量を調節（例えば低減する）する。
【００７６】
そして、上述のように燃料ガス及び酸化剤ガス等の供給量を調節することによって、電位差ΔＶを小さくした後に、前記実施例１のように、各スイッチ２１、２３、３３、３５の動作を制御して、一層電位差ΔＶを小さく（好ましくはゼロ）する制御を行う。
【００７７】
なお、燃料ガス及び酸化剤ガス等によって調節できる電圧（従って電圧差）やスイッチ２１、２３、３３、３５の動作によって調節できる電圧（従って電圧差）は、予め実験等によって分かっているので、どちらの制御をどの程度行うことによって、どの程度電圧（従って電圧差）を調節するかを予め決めておけばよい。
【００７８】
本実施例２では、各燃料電池スタック３、５の出力電圧自体を制御するとともに、前記実施例１のように、各スイッチ２１、２３、３３、３５の動作を制御して、電位差ΔＶを低減するので、一層好適に電流の逆流を防止することができるという利点がある。
【実施例３】
【００７９】
次に、実施例３について説明するが、前記実施例１と同様な内容については、その説明は省略する。
なお、実施例３と実施例１とはハード構成は同じであるので、ハード構成の各部材の番号は、実施例１と同じものを使用する。
【００８０】
２個の燃料電池スタック３、５が同じように性能低下を示す場合もあれば、どちらかが性能低下を示す場合もある。そこで、本実施例３では、例えば第１燃料電池スタック３のみが性能劣化した場合は、第１スイッチ２１と第２スイッチ２３とを切断する。即ち、両スイッチ２１、２３の全ての接点を開とする。
【００８１】
この場合、性能劣化していない第２燃料電池スタック５は通常の出力電圧が得られるように発電が可能であるので、要求出力を全て賄えないにしても、長期間にわたる発電が可能になる。
【００８２】
次に、本実施例３における制御処理を、図９に基づいて説明する。
図９に示すように、ステップ３００では、第１燃料電池スタック３の出力電圧と第２燃料電池スタック５の出力電圧を測定する。
【００８３】
続くステップ３１０では、第１燃料電池スタック３の出力電圧が、（正常時の性能以下の）性能低下を示す所定の判定値を下回るか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ３３０に進み、一方否定判断されるとステップ３２０に進む。
【００８４】
ステップ３３０では、第１燃料電池スタック３の出力電圧が異常（性能劣化を示す電圧）であるので、対応する一対のスイッチ２１、２３を切断し、一旦本処理を終了する。
一方ステップ３２０では、第２燃料電池スタック５の出力電圧が、性能低下を示す所定の判定値を下回るか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ３４０に進み、一方否定判断されると一旦本処理を終了する。
【００８５】
ステップ３４０では、第２燃料電池スタック５の出力電圧が異常（性能劣化を示す電圧）であるので、対応する一対のスイッチ３３、３５を切断し、一旦本処理を終了する。
なお、両方の燃料電池スタック３、５の出力電圧が判定値を下回った場合には、どちらか一方（例えば電圧が高い側）の燃料電池スタックの出力電圧を供給するように対応する各スイッチをオンする。
【００８６】
本処理によって、低電圧となった燃料電池スタックの出力側の回路を切断するので、この燃料電池スタック側への電流の逆流を防止することができる。
【実施例４】
【００８７】
次に、実施例４について説明するが、前記実施例１と同様な内容については、その説明は省略する。
なお、実施例４と実施例１とはハード構成は同じであるので、ハード構成の各部材の番号は、実施例１と同じものを使用する。
【００８８】
本実施例４では、各燃料電池スタック３、５への逆電流を防止するために、各燃料電池スタック５、７の出力電圧が接続点７側の電圧よりも高い電圧となるように、各スイッチ２１、２３、３３、３５の動作の制御と、燃料ガス、酸化剤ガス、改質水の供給量の制御を行う。
【００８９】
この場合、各燃料電池スタック３、５が正常に作動している場合には、第１電圧ＶＡ＝第２電圧ＶＢ＞第３電圧ＶＣ、第１電圧ＶＡ＞第２電圧ＶＢ＞第３電圧ＶＣ、第２電圧ＶＢ＞第１電圧ＶＡ＞第３電圧ＶＣのうち、いずれかの関係となる。
【００９０】
ここで、第１電圧ＶＡ又は第２電圧ＶＢ＜第３電圧ＶＣとなった場合には、低くなった燃料電池スタックの一対のスイッチを切断し、電圧が低い側の燃料電池スタックへの逆電流を防止する。
【００９１】
次に、本実施例４における制御処理を、図１０に基づいて説明する。
図１０に示すように、ステップ４００では、第１燃料電池スタック３の出力電圧と第２燃料電池スタック５の出力電圧と接続点７側の電圧とを測定する。
【００９２】
続くステップ４１０では、第１燃料電池スタック３の出力電圧が、接続点７側の電圧を下回るか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ４３０に進み、一方否定判断されるとステップ４２０に進む。
【００９３】
ステップ４３０では、第１燃料電池スタック３の出力電圧が、接続点７側の電圧を下回るので、一対のスイッチ２１、２３を切断し、一旦本処理を終了する。
一方、ステップ４２０では、第２燃料電池スタック５の出力電圧が、接続点７側の電圧を下回るか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ４４０に進み、一方否定判断されると一旦本処理を終了する。
【００９４】
ステップ４４０では、第２燃料電池スタック５の出力電圧が、接続点７側の電圧を下回るので、一対のスイッチ３３、３５を切断し、一旦本処理を終了する。
なお、両方の燃料電池スタック３、５の出力電圧が判定値を下回った場合には、どちらか一方（例えば電圧が高い側）の燃料電池スタックの出力電圧を供給するように該当する一対のスイッチをオンする。
【００９５】
本処理によって、接続点７側の電圧よりも低電圧となった燃料電池スタックの出力側の回路を切断するので、この燃料電池スタック側への電流の逆流を防止することができる。
【実施例５】
【００９６】
次に、実施例５について説明するが、前記実施例１と同様な内容については、その説明は省略する。
図１１は前記図１を簡易化したものであり、同図に示すように、本実施例５の燃料電池システム５１は、前記実施例１と同様に、２個の燃料電池スタック５７、５９が並列に接続されるとともに、第１、第２燃料電池スタック５７、５９の出力側に、それぞれ第１、第２スイッチ制御回路６１、６３が配置され、各スイッチ制御回路６１、６３の出力側は接続点６５にて接続され、接続点７には負荷６７が接続されている。
【００９７】
なお、このスイッチ制御回路６１、６３の構成は、前記実施例１の各スイッチやコンデンサ等によって構成される回路と同じであるので、その説明は省略する。
この燃料電池システム５１を制御する制御装置６９には、各燃料電池スタック５７、５９の出力電圧（第１電圧計測点Ａ（Ａ点）の第１電圧ＶＡ、第２電圧計測点Ｂ（Ｂ点）の第２電圧ＶＢ）及び電流と、接続点７側の電圧（第３電圧計測点Ｃ（Ｃ点）の第３電圧ＶＣ）とが入力される。また、この制御装置６９からは、各スイッチ制御回路６１、６３に対してその動作を制御する制御信号が出力される。
【００９８】
本実施例５は、初期電圧（負荷への電流供給前）が、「第１燃料電池スタック５７の出力電圧＞第２燃料電池スタック５９の電圧」の場合の負荷６７への電流供給開始手順（シーケンス）を示したものである。
【００９９】
本実施例５における制御処理を、図１２に基づいて説明する。
図１２に示すように、ステップ５００では、第１スイッチ制御回路６１によって、第１燃料電池スタック５７を負荷６７と接続する。なお、デューティ比は５０％とする。
【０１００】
続くステップ５１０では、Ｂ点の電圧とＣ点の電圧とを比較する。ここで、「Ｂ点の電圧＞Ｃ点の電圧」の場合にはステップ５２０に進み、一方「Ｂ点の電圧≦Ｃ点の電圧」の場合にはステップ５３０に進む。
【０１０１】
ステップ５２０では、第２スイッチ制御回路６３によって、第２燃料電池スタック５９を負荷６７と接続する。そして、オンとするディーテュ比（オンデューティ）を徐々に増やす制御を行う。例えばオンデューティを０〜５０％に増加させる。
【０１０２】
一方、ステップ５３０では、第１スイッチ制御回路６１によって、デューティ比や周期（周波数）を変更し、第１燃料電池スタックの出力を抑え、「Ｂ点の電圧＞Ｃ点の電圧」となるように調節し、ステップ５２０に進む。
【０１０３】
ステップ５２０に続くステップ５４０では、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点における電圧（ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ）を計測し、ＶＡ＝ＶＢ＞ＶＣ、ＶＡ＞ＶＢ＞ＶＣ、ＶＢ＞ＶＡ＞ＶＣのうちのいずれかの関係を成立させつつ、両燃料電池スタック５７、５９から最も効率良く電流を供給できる状態になる様に制御する。
【０１０４】
具体的には、燃料流量、スタック温度、スタック出力から、燃料電池スタック５７、５９の状態（性能及び劣化の具合）を判断し、各燃料電池スタック５７、５９からの出力を調節し、一旦本処理を終了する。
【０１０５】
本実施例５では、上述した制御処理行うことによって、燃料電池システム５１の初期動作における逆電流の発生を好適に防止することができる。
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
【０１０６】
（１）例えば、前記各実施例では、２個の燃料電池スタックを並列に接続した例を説明したが、本発明はそれに限定されることなく、３個以上の燃料電池スタックを並列に接続した場合にも適用できる。
【０１０７】
具体的には、各燃料電池スタックの出力電圧を測定し、その出力電圧を揃えるように（例えば高い電圧を低めるように）、前記各実施例と同様にして、スイッチの切替速度やデューティ比を調整する制御を行えばよい。
【０１０８】
（２）また、前記実施例１では、高い電圧側の燃料電池スタックの回路に設けられたスイッチを制御して、電圧を低下させて、電位差を小さくするようにしたが、逆に、低い電圧側の燃料電池スタックの回路に設けられたスイッチを制御して、電圧を上昇させて、電位差を小さくするようにしてもよい。
【０１０９】
或いは、高い電圧側の燃料電池スタックの回路に設けられたスイッチを制御して、電圧を若干低下させるとともに、低い電圧側の燃料電池スタックの回路に設けられたスイッチを制御して、電圧を若干上昇させることによって、電位差を小さくするようにしてもよい。
【０１１０】
（３）更に、各実施例の制御内容を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１１１】
１、５１…燃料電池システム
３、５、５７、５９…燃料電池スタック
７、６５…接続点
１３、６７…負荷
１７、６９…制御装置
２１、２３、３３、３５…スイッチ
２９、３１、４１、４３、４５…コンデンサ
６１、６３…スイッチ制御回路
【図１】
2015032368.tif 000003
【図２】
2015032368.tif 000004
【図３】
2015032368.tif 000005
【図７】
2015032368.tif 000006
【図８】
2015032368.tif 000007
【図９】
2015032368.tif 000008
【図１０】
2015032368.tif 000009
【図１１】
2015032368.tif 000010
【図１２】
2015032368.tif 000011
【図４】
2015032368.tif 000012
【図５】
2015032368.tif 000013
【図６】
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