(57)【要約】【課題】劣化が発生した燃料電池スタックをメイン電力調節部から分離して、一部のスタックの性能低下が他の正常スタックに伝播されることを最小化することにより、全体燃料電池システムの寿命短縮および耐久性低下を最小化するとともに、性能が低下して劣化した燃料電池スタックを別に制御してサブ電力調節部を介してサブ負荷に出力を提供することにより、燃料電池システムを効率よく使用することができる、燃料電池システムの制御装置を提供すること。【解決手段】本発明に係る燃料電池システムの制御装置は、複数の燃料電池スタックのうち正常スタックの出力を負荷に供給するメイン電力調節部と、前記複数の燃料電池スタックのうち一つ以上の劣化スタックの出力を負荷に供給するサブ電力調節部と、前記それぞれの燃料電池スタックの出力の接続対象を変更するスイッチング部と、前記それぞれの燃料電池スタックの状態を感知して前記スイッチング部を制御する制御部とを含んでなる。【選択図】図２
2015050183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池スタックのうち正常スタックの出力を負荷に供給するメイン電力調節部と、
前記複数の燃料電池スタックのうち一つ以上の劣化スタックの出力を負荷に供給するサブ電力調節部と、
前記それぞれの燃料電池スタックの出力の接続対象を変更するスイッチング部と、
前記それぞれの燃料電池スタックの状態を感知して前記スイッチング部を制御する制御部とを含んでなることを特徴とする、燃料電池システムの制御装置。
【請求項２】
前記複数の燃料電池スタックの状態を感知して前記複数の燃料電池スタックの状態情報を前記制御部に伝達するスタック状態感知部をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記伝達された燃料電池スタックの状態情報から少なくとも一つの劣化スタックが感知された場合、前記少なくとも一つの劣化スタックの出力を前記メイン電力調節部から分離して前記サブ電力調節部に接続することを特徴とする、請求項２に記載燃料電池システムの制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記伝達された燃料電池スタックの状態情報から少なくとも一つの動作不可能なスタックが感知された場合、前記少なくとも一つの動作不可能なスタックの出力を前記メイン電力調節部から分離することを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項５】
前記メイン電力調節部に出力を提供する正常スタックは前記少なくとも一つの劣化スタックを除いて直列、並列または直並列に再構成されて接続されることを特徴とする、請求項３に記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項６】
前記少なくとも一つの劣化スタックは直列に再構成されて接続されることを特徴とする、請求項３〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項７】
前記スイッチング部は、前記それぞれのスタックの正電圧の供給対象をスイッチングするための正電圧スイッチング部と、前記それぞれのスタックの負電圧の供給対象をスイッチングするための負電圧スイッチング部と、前記劣化スタックを直列に接続して前記サブ電力調節部に前記劣化スタックの出力を提供するための劣化スタック接続スイッチング部とを含むことを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項８】
ｎを２以上の整数とするとき、前記複数のスタックはｎ個のスタックを含み、前記スタック状態感知部はｎ個の分流器を含み、第１〜第ｎ分流器の一端はそれぞれ第１〜第ｎスタックの正極に接続され、
前記正電圧スイッチング部は第１〜第ｎ正電圧スイッチを含み、前記負電圧スイッチング部は第１〜第ｎ負電圧スイッチを含み、前記劣化スタック接続スイッチング部は第１〜第ｎ劣化スタック接続スイッチを含み、
前記第１〜第ｎ正電圧スイッチはそれぞれ共通端子および第１〜第３端子を含み、前記第１〜第ｎ負電圧スイッチはそれぞれ共通端子および第１〜第３端子を含み、前記第１〜第（ｎ−１）劣化スタック接続スイッチは共通端子および第１〜第３端子を含み、前記第ｎ劣化スタック接続スイッチは共通端子、第１端子および第２端子を含み、
前記第１〜第ｎ正電圧スイッチ、前記第１〜第ｎ負電圧スイッチおよび前記第１〜第（ｎ−１）劣化スタック接続スイッチは前記制御部の制御信号に基づいて共通端子を第１端子〜第３端子のいずれか一つに接続し、前記第ｎ劣化スタック接続スイッチは前記制御部の制御信号に基づいて共通端子を第１端子または第２端子に接続することを特徴とする、請求項７に記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項９】
前記第１〜第ｎ正電圧スイッチの共通端子はそれぞれ第１〜第ｎ分流器の他端に接続され、前記第１〜第ｎ正電圧スイッチの第１端子は前記メイン電力調節部の正電圧入力端子に接続され、前記第１〜第ｎ正電圧スイッチの第２端子は開放されており、
前記第１〜第ｎ負電圧スイッチの共通端子はそれぞれ第１〜第ｎスタックの負極に接続され、前記第１〜第ｎ負電圧スイッチの第１端子は前記メイン電力調節部の負電圧入力端子に接続され、前記第１〜第ｎ負電圧スイッチの第２端子は開放されており、
前記第１〜第（ｎ−１）劣化スタック接続スイッチの共通端子はそれぞれ第２〜第ｎ正電圧スイッチの第３端子に接続され、前記第１〜第ｎ劣化スタック接続スイッチの第１端子はそれぞれ第１〜第ｎ負電圧スイッチの第３端子に接続され、前記第２〜第ｎ劣化スタック接続スイッチの第２端子はそれぞれ前記第１〜第（ｎ−１）劣化スタック接続スイッチの共通端子に接続され、前記第１〜第（ｎ−１）劣化スタック接続スイッチの第３端子および前記第ｎ劣化スタック接続スイッチの共通端子は前記サブ電力調節部の負電圧入力端子に接続され、前記第１劣化スタック接続スイッチの第２端子と前記第１正電圧スイッチの第３端子は前記サブ電力調節部の正電圧入力端子に接続されることを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項１０】
前記複数の燃料電池スタックは（ｎ１×１）、（ｎ１×ｎ２）または（ｎ１×ｎ２×ｎ３）のアレイで配列され、前記ｎ１、ｎ２およびｎ３は２以上の整数である、請求項１または２に記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項１１】
前記スタックアレイのスタックは直列、並列、または直並列に接続されることを特徴とする、請求項１０に記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項１２】
前記複数の燃料電池スタックは、複数の燃料電池スタックモジュールから構成され、前記複数の燃料電池スタックモジュールのそれぞれは所定数の燃料電池スタックを含み、
前記制御部は、前記燃料電池スタックモジュールの状態を感知して少なくとも一つの劣化スタックモジュールが存在する場合、前記少なくとも一つの劣化スタックモジュールを前記メイン電力調節部から分離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の制御装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記少なくとも一つの劣化スタックモジュールの出力を前記サブ電力調節部に接続することを特徴とする、請求項１２に記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項１４】
燃料電池システムの制御方法において、
制御部が、燃料電池スタックの状態情報から、少なくとも一つの劣化スタックまたは動作不可能なスタックが存在するか否かを判断する段階と、
少なくとも一つの劣化スタックまたは動作不可能なスタックが存在すると判断する場合、スイッチング部を制御して前記少なくとも一つの劣化スタックまたは動作不可能なスタックの出力をメイン電力調節部から分離する段階とを含んでなることを特徴とする、燃料電池システムの制御方法。
【請求項１５】
前記制御部は、前記スイッチング部を制御して前記少なくとも一つの劣化スタックの出力をサブ電力調節部に接続することを特徴とする、請求項１４に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項１６】
前記メイン電力調節部に出力を提供する正常スタックは、前記少なくとも一つの劣化スタックを除いて直列、並列または直並列に再構成されて接続されることを特徴とする、請求項１４に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項１７】
前記サブ電力調節部に出力を提供する劣化スタックは直列に接続されることを特徴とする、請求項１５に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項１８】
前記スイッチング部は、
前記それぞれのスタックの正電圧の供給対象をスイッチングするための正電圧スイッチング部と、
前記それぞれのスタックの負電圧の供給対象をスイッチングするための負電圧スイッチング部と、
前記劣化スタックを直列に接続して前記サブ電力調節部に前記劣化スタックの出力を提供するための劣化スタック接続スイッチング部とを含むことを特徴とする、請求項１７に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項１９】
前記複数の燃料電池スタックは、複数の燃料電池スタックモジュールから構成され、前記複数の燃料電池スタックモジュールのそれぞれは所定数の燃料電池スタックを含み、
前記制御部は、前記燃料電池スタックモジュールの状態を感知して少なくとも一つの劣化スタックモジュールが存在する場合、前記少なくとも一つの劣化スタックモジュールを前記メイン電力調節部から分離することを特徴とする、請求項１４に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項２０】
前記制御部は、前記少なくとも一つの劣化スタックモジュールの出力を前記サブ電力調節部に接続することを特徴とする、請求項１９に記載の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、燃料電池システムの制御装置および制御方法に係り、特に、サブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックは、所望の電気出力を得るために数十〜数百枚の単位燃料電池が積層されて接続された構造を意味する。現在、燃料電池システムの大容量化のためには、上記した燃料電池スタックを複数個接続しなければならない。この際、複数のスタックを互いに直列、並列、または直並列に接続して使用するが、互いに接続されたスタックの少なくとも一つに問題が発生して性能が低下すると、正常スタックに電流負荷が偏ることにより、正常スタックの寿命および耐久性に致命的な影響を及ぼすという問題点があった。
【０００３】
図１は劣化スタックの性能低下が正常スタックに伝播されることを説明するための図である。もし２０Ａ（アンペア）で５０Ｖの作動電圧を有する正常スタックと、２０Ａで４０Ｖの作動電圧を有する劣化スタックとが並列に接続された状態で、４０Ａの負荷を掛ける場合、相対的にスタミナの良い正常スタックに電流が偏る現象が発生する。
図１に示すように、正常スタックは４０Ａ／２＝２０Ａより高い負荷である２２Ａ、４５Ｖの領域で動作して発熱量が増加することにより寿命が短縮され、劣化スタックはその分だけ低い負荷である１８Ａ、４５Ｖの領域で動作する。すなわち、スタックを並列に接続する場合、スタックの電圧は同一になり、スタックの電流−電圧曲線に応じて電流偏りが発生する。よって、スタックを並列に接続して使用する場合、劣化スタックが発生すると、正常スタックに電流負荷が偏って正常スタックの寿命及び耐久性に致命的な影響を及ぼす。
【０００４】
下記の先行技術文献に記載された特許文献は、燃料電池システムに不良または故障が発生した場合、スイッチを用いて電源バスから該当燃料電池システムを接続解除し、二重燃料電池システムを電源バスに接続して負荷に安定な電力を供給する調節可能な燃料電池システムのアレイを有する電源設備を開示している。ところが、下記の特許文献は、不良または故障が発生した燃料電池システムを接続解除し、二重燃料電池システムを接続することだけを開示しており、性能が低下して劣化した燃料電池スタックを別に制御してサブ負荷の電力供給源として使用することは開示していない。
【０００５】
したがって、劣化が発生した燃料電池スタックをメイン電力調節部から分離して、一部のスタックの性能低下が他の正常スタックに伝播されることを最小化することにより、全体燃料電池システムの寿命短縮および耐久性低下を最小化し、性能が低下して劣化した燃料電池スタックを別に制御してサブ電力調節部（ＰＣＳ：Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を介してサブ負荷に出力を提供することにより、燃料電池システムを効率よく使用する、燃料電池システムの制御装置および方法が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００５−５２６３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述した従来の技術の問題点を解決するために創出されたもので、その目的は、劣化が発生した燃料電池スタックをメイン電力調節部から分離して、一部のスタックの性能低下が他の正常スタックに伝播されることを最小化することにより、全体燃料電池システムの寿命短縮および耐久性低下を最小化するとともに、性能が低下して劣化した燃料電池スタックを別に制御してサブ電力調節部（ＰＣＳ：Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を介してサブ負荷に出力を提供することにより、燃料電池システムを効率よく使用することができる、サブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、劣化が発生した燃料電池スタックをメイン電力調節部から分離して、一部のスタックの性能低下が他の正常スタックに伝播されることを最小化することにより、全体燃料電池システムの寿命短縮および耐久性低下を最小化するとともに、性能が低下して劣化した燃料電池スタックを別に制御してサブ電力調節部（ＰＣＳ：Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を介してサブ負荷に出力を提供することにより、燃料電池システムを効率よく使用することができる、サブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を解決するために、本発明の実施例に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置は、複数の燃料電池スタックのうち正常スタックの出力を負荷に供給するメイン電力調節部と、前記複数の燃料電池スタックのうち一つ以上の劣化スタックの出力を負荷に供給するサブ電力調節部と、前記それぞれの燃料電池スタックの出力の接続対象を変更するスイッチング部と、前記それぞれの燃料電池スタックの状態を感知して前記スイッチング部を制御する制御部とを含んでなる。
【００１０】
本発明の実施例に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置は、前記複数の燃料電池スタックの状態を感知して前記複数の燃料電池スタックの状態情報を前記制御部に伝達するスタック状態感知部をさらに含むことができる。
本発明の実施例に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置において、前記制御部は、前記伝達された燃料電池スタックの状態情報から少なくとも一つの劣化スタックが感知された場合、前記少なくとも一つの劣化スタックの出力を前記メイン電力調節部から分離して前記サブ電力調節部に接続することができる。
【００１１】
また、本発明の実施例に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置において、前記制御部は、前記伝達された燃料電池スタックの状態情報から少なくとも一つの動作不可能なスタックが感知された場合、前記少なくとも一つの動作不可能なスタックの出力を前記メイン電力調節部から分離することができる。
また、本発明の実施例に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置において、前記メイン電力調節部に出力を提供する正常スタックは、前記少なくとも一つの劣化スタックを除いて直列、並列、または直並列に再構成されて接続できる。
【００１２】
また、本発明の実施例に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置において、前記少なくとも一つの劣化スタックは直列に再構成されて接続できる。
また、本発明の実施例に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置において、前記スイッチング部は、前記それぞれのスタックの正電圧の供給対象をスイッチングするための正電圧スイッチング部と、前記それぞれのスタックの負電圧の供給対象をスイッチングするための負電圧スイッチング部と、前記劣化スタックを直列に接続して前記サブ電力調節部に前記劣化スタックの出力を提供するための劣化スタック接続スイッチング部とを含むことができる。
【００１３】
また、本発明の実施例に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置において、ｎを２以上の整数とするとき、前記複数のスタックはｎ個のスタックを含み、前記スタック状態感知部はｎ個の分流器を含み、第１〜第ｎ分流器の一端はそれぞれ第１〜第ｎスタックの正極に接続され、前記正電圧スイッチング部は第１〜第ｎ正電圧スイッチを含み、前記負電圧スイッチング部は第１〜第ｎ負電圧スイッチを含み、前記劣化スタック接続スイッチング部は第１〜第ｎ劣化スタック接続スイッチを含み、前記第１〜第ｎ正電圧スイッチはそれぞれ共通端子および第１〜第３端子を含み、前記第１〜第ｎ負電圧スイッチはそれぞれ共通端子および第１〜第３端子を含み、前記第１〜第（ｎ−１）劣化スタック接続スイッチは共通端子および第１〜第３端子を含み、前記第ｎ劣化スタック接続スイッチは共通端子、第１端子および第２端子を含み、前記第１〜第ｎ正電圧スイッチ、前記第１〜第ｎ負電圧スイッチおよび前記第１〜第（ｎ−１）劣化スタック接続スイッチは前記制御部の制御信号に基づいて共通端子を第１端子〜第３端子のいずれか一つに接続し、前記第ｎ劣化スタック接続スイッチは前記制御部の制御信号に基づいて共通端子を第１端子または第２端子に接続することができる。
【００１４】
また、本発明の実施例に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置において、前記第１〜第ｎ正電圧スイッチの共通端子はそれぞれ第１〜第ｎ分流器の他端に接続され、前記第１〜第ｎ正電圧スイッチの第１端子は前記メイン電力調節部の正電圧入力端子に接続され、前記第１〜第ｎ正電圧スイッチの第２端子は開放されており、前記第１〜第ｎ負電圧スイッチの共通端子はそれぞれ第１〜第ｎスタックの負極に接続され、前記第１〜第ｎ負電圧スイッチの第１端子は前記メイン電力調節部の負電圧入力端子に接続され、前記第１〜第ｎ負電圧スイッチの第２端子は開放されており、前記第１〜第（ｎ−１）劣化スタック接続スイッチの共通端子はそれぞれ第２〜第ｎ正電圧スイッチの第３端子に接続され、前記第１〜第ｎ劣化スタック接続スイッチの第１端子はそれぞれ第１〜第ｎ負電圧スイッチの第３端子に接続され、前記第２〜第ｎ劣化スタック接続スイッチの第２端子はそれぞれ前記第１〜第（ｎ−１）劣化スタック接続スイッチの共通端子に接続され、前記第１〜第（ｎ−１）劣化スタック接続スイッチの第３端子および前記第ｎ劣化スタック接続スイッチの共通端子は前記サブ電力調節部の負電圧入力端子に接続され、前記第１劣化スタック接続スイッチの第２端子と前記第１正電圧スイッチの第３端子は前記サブ電力調節部の正電圧入力端子に接続できる。
【００１５】
また、本発明の実施例に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置において、前記複数の燃料電池スタックは、（ｎ１×１）、（ｎ１×ｎ２）または（ｎ１×ｎ２×ｎ３）のアレイで配列され、ここで、ｎ１、ｎ２およびｎ３は２以上の整数でありうる。
【００１６】
また、本発明の実施例に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置において、前記スタックアレイのスタックは直列、並列、または直並列に接続できる。
また、本発明の実施例に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置において、 前記複数の燃料電池スタックは、複数の燃料電池スタックモジュールから構成され、前記複数の燃料電池スタックモジュールのそれぞれは所定数の燃料電池スタックを含み、
前記制御部は、前記燃料電池スタックモジュールの状態を感知して少なくとも一つの劣化スタックモジュールが存在する場合、前記少なくとも一つの劣化スタックモジュールを前記メイン電力調節部から分離することができる。
【００１７】
また、本発明の実施例に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置において、前記制御部は、前記少なくとも一つの劣化スタックモジュールの出力を前記サブ電力調節部に接続することができる。
【００１８】
本発明の実施例に係る燃料電池システムの制御方法は、制御部が、燃料電池スタックの状態情報から、少なくとも一つの劣化スタックまたは動作不可能なスタックが存在するか否かを判断する段階と、少なくとも一つの劣化スタックまたは動作不可能なスタックが存在すると判断する場合、スイッチング部を制御して前記少なくとも一つの劣化スタックまたは動作不可能なスタックの出力をメイン電力調節部から分離する段階とを含む。
本発明の実施例に係る燃料電池システムの制御方法において、前記制御部は、前記スイッチング部を制御して前記少なくとも一つの劣化スタックの出力をサブ電力調節部に接続することができる。
【００１９】
また、本発明の実施例に係る燃料電池システムの制御方法において、前記メイン電力調節部に出力を提供する正常スタックは、前記少なくとも一つの劣化スタックを除いて直列、並列、または直並列に再構成されて接続できる。
また、本発明の実施例に係る燃料電池システムの制御方法において、前記サブ電力調節部に出力を提供する劣化スタックは直列に接続できる。
【００２０】
また、本発明の実施態様に係る燃料電池システムの制御方法において、前記スイッチング部は、前記それぞれのスタックの正電圧の供給対象をスイッチングするための正電圧スイッチング部と、前記それぞれのスタックの負電圧の供給対象をスイッチングするための負電圧スイッチング部と、前記劣化スタックを直列に接続して前記サブ電力調節部に前記劣化スタックの出力を提供するための劣化スタック接続スイッチング部とを含むことができる。
また、本発明の実施例に係る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スタックは、複数の燃料電池スタックモジュールから構成され、前記複数の燃料電池スタックモジュールのそれぞれは所定数の燃料電池スタックを含み、前記制御部は、前記燃料電池スタックモジュールの状態を感知して少なくとも一つの劣化スタックモジュールが存在する場合、前記少なくとも一つの劣化スタックモジュールを前記メイン電力調節部から分離することができる。
また、本発明の実施態様に係る燃料電池システムの制御方法において、前記制御部は、前記少なくとも一つの劣化スタックモジュールの出力を前記サブ電力調節部に接続することができる。
【００２１】
本発明の特徴および利点は添付図面に基づく以下の詳細な説明からさらに明白になるであろう。
これに先立ち、本明細書および請求の範囲に使用された用語または単語は、通常的かつ辞典的な意味で解釈されてはならず、発明者が自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に基づき、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されなければならない。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、劣化が発生した燃料電池スタックをメイン電力調節部から分離して、一部のスタックの性能低下が他の正常スタックに伝播されることを最小化することにより、全体燃料電池システムの寿命短縮および耐久性低下を最小化することができるとともに、性能が低下して劣化した燃料電池スタックを別に制御してサブ電力調節部（ＰＣＳ）を介してサブ負荷に出力を提供することにより、燃料電池システムを効率よく使用することができる。また、動作不可能なスタックを燃料電池システムから分離することにより、全体燃料電池システムの寿命短縮および耐久性低下を最小化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】劣化スタックの性能低下が正常スタックに伝播されることを説明するための図である。
【図２】正常発電状態にある本発明の一実施例に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置を示すブロック図である。
【図３】劣化スタック発生の際に発電例にある本発明の実施態様に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置を示すブロック図である。
【図４】劣化スタックおよび動作不可能なスタック発生の際に発電状態にある本発明の実施例に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置を示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施例に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御方法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】
【００２４】
本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は添付図面に係る以下の詳細な説明および好適な実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付するに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、「第１」、「第２」などの用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別するために用いられるものであり、構成要素が前記用語によって限定されるものではない。以下、本発明を説明するにあたり、本発明の要旨を不明瞭にする可能性がある係る公知技術についての詳細な説明は省略する。
【００２５】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施態様を詳細に説明する。
図２は正常発電状態にある本発明の一実施例に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置を示すブロック図、図３は劣化スタック発生の際に発電状態にある本発明の実施例に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置を示すブロック図、図４は劣化スタックおよび動作不可能なスタック発生の際に発電状態にある本発明の実施例に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置を示すブロック図、図５は本発明の一実施例に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御方法を示すフローチャートである。
【００２６】
次に、図２〜図５を参照して、本発明の一実施例に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置および制御方法について説明する。
図２に示した本発明の一実施態様に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置は、第１〜第６燃料電池スタックＳＴＫ１〜ＳＴＫ６のうち正常スタックの出力をメイン負荷に供給するメイン電力調節部２００と、前記第１〜第６燃料電池スタックＳＴＫ１〜ＳＴＫ６のうち一つ以上の劣化スタックの出力をサブ負荷に供給するサブ電力調節部２０２と、前記第１〜第６燃料電池スタックＳＴＫ１〜ＳＴＫ６それぞれの出力の接続対象を変更するスイッチング部２０６、２０８、２１０と、前記第１〜第６燃料電池スタックＳＴＫ１〜ＳＴＫ６の状態を感知して前記スイッチング部２０６、２０８、２１０を制御する制御部２０４と、前記第１〜第６燃料電池スタックＳＴＫ１〜ＳＴＫ６の状態を感知してスタックの状態情報を前記制御部２０４に伝達するスタック状態感知部であって、前記第１〜第６燃料電池スタックＳＴＫ１〜ＳＴＫ６に流れる電流を感知する第１〜第６分流器Ｒ１〜Ｒ６とを含んでなる。
【００２７】
前記スイッチング部２０６、２０８、２１０は、前記第１〜第６燃料電池スタックＳＴＫ１〜ＳＴＫ６の正電圧（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｖｏｌｔａｇｅ）の供給対象をスイッチングするための正電圧スイッチング部２０６、前記第１〜第６燃料電池スタックＳＴＫ１〜ＳＴＫ６の負電圧（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｖｏｌｔａｇｅ）の供給対象をスイッチングするための負電圧スイッチング部２０８、および劣化スタックを直列に接続して前記サブ電力調節部２０２に劣化スタックの出力を提供するための劣化スタック接続スイッチング部２１０を含む。
前記第１〜第６分流器Ｒ１〜Ｒ６のそれぞれの一端は、第１〜第６スタックＳＴＫ１〜ＳＴＫ６のそれぞれの正極に接続されている。
【００２８】
前記正電圧スイッチング部２０６は第１〜第６正電圧スイッチＰＳＷ１〜ＰＳＷ６を含み、前記負電圧スイッチング部２０８は第１〜第６負電圧スイッチＮＳＷ１〜ＮＳＷ６を含み、前記劣化スタック接続スイッチング部２１０は第１〜第６劣化スタック接続スイッチＤＳＷ１〜ＤＳＷ６を含む。
前記第１〜第６正電圧スイッチＰＳＷ１〜ＰＳＷ６はそれぞれ共通端子Ｐ１＿０〜Ｐ６＿０、第１端子Ｐ１＿１〜Ｐ６＿１、第２端子Ｐ１＿２〜Ｐ６＿２および第３端子Ｐ１＿３〜Ｐ６＿３を含む。
前記第１〜第６負電圧スイッチＮＳＷ１〜ＮＳＷ６はそれぞれ共通端子Ｎ１＿０〜Ｎ６＿０、第１端子Ｎ１＿１〜Ｎ６＿１、第２端子Ｎ１＿２〜Ｎ６＿２および第３端子Ｎ１＿３〜Ｎ６＿３を含む。
前記第１〜第５劣化スタック接続スイッチＤＳＷ１〜ＤＳＷ５はそれぞれ共通端子Ｄ１＿０〜Ｄ５＿０、第１端子Ｄ１＿１〜Ｄ５＿１、第２端子Ｄ１＿２〜Ｄ５＿２および第３端子Ｄ１＿３〜Ｄ５＿３を含み、前記第６劣化スタック接続スイッチＤＳＷ６は共通端子Ｄ６＿０、第１端子Ｄ６＿１および第２端子Ｄ６＿２を含む。
【００２９】
前記第１〜第６正電圧スイッチＰＳＷ１〜ＰＳＷ６、前記第１〜第６負電圧スイッチＮＳＷ１〜ＮＳＷ６および前記第１〜第５劣化スタック接続スイッチＤＳＷ１〜ＤＳＷ５は、制御信号に基づいて共通端子を第１端子〜第３端子のいずれか一つに電気的に接続するＳＰＴＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ Ｔｒｉｐｌｅ Ｔｈｒｏｗ）スイッチであり、前記第６劣化スタック接続スイッチＤＳＷ６は共通端子を第１端子または第２端子に電気的に接続するＳＰＤＴ（Ｓｉｇｌｅ Ｐｏｌｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｔｈｒｏｗ）スイッチである。ところが、本発明の第１〜第６正電圧スイッチＰＳＷ１〜ＰＳＷ６、第１〜第６負電圧スイッチＮＳＷ１〜ＮＳＷ６および第１〜第６劣化スタック接続スイッチＤＳＷ１〜ＤＳＷ６は、これに限定されず、同一の機能を行う他の構成要素を含むことができる。
【００３０】
前記第１〜第６正電圧スイッチＰＳＷ１〜ＰＳＷ６、前記第１〜第６負電圧スイッチＮＳＷ１〜ＮＳＷ６および前記第１〜第５劣化スタック接続スイッチＤＳＷ１〜ＤＳＷ５は、それぞれ前記制御部２０４の制御信号ＰＣ１〜ＰＣ６、ＮＣ１〜ＮＣ６、ＤＣ１〜ＤＣ５に基づいてそれぞれの共通端子を第１端子〜第３端子のいずれか一つに接続し、前記第６劣化スタック接続スイッチＤＳＷ６は前記制御部２０４の制御信号ＤＣ６に基づいて共通端子Ｄ６＿０を第１端子Ｄ６＿１または第２端子Ｄ６＿２に接続する。
前記第１〜第６正電圧スイッチＰＳＷ１〜ＰＳＷ６の共通端子Ｐ１＿０〜Ｐ６＿０はそれぞれ第１〜第６分流器Ｒ１〜Ｒ６の他端に接続され、前記第１〜第６正電圧スイッチＰＳＷ１〜ＰＳＷ６の第１端子Ｐ１＿１〜Ｐ６＿１は前記メイン電力調節部２００の正電圧入力端子ＭＰＩに接続され、前記第１〜第６正電圧スイッチＰＳＷ１〜ＰＳＷ６の第２端子Ｐ１＿２〜Ｐ６＿２は開放されている。
【００３１】
前記第１〜第６負電圧スイッチＮＳＷ１〜ＮＳＷ６の共通端子Ｎ１＿０〜Ｎ６＿０はそれぞれ第１〜第６スタックＳＴＫ１〜ＳＴＫ６の負極に接続され、前記第１〜第６負電圧スイッチＮＳＷ１〜ＮＳＷ６の第１端子Ｎ１＿１〜Ｎ６＿１は前記メイン電力調節部２００の負電圧入力端子ＭＭＩに接続され、前記第１〜第６負電圧スイッチＮＳＷ１〜ＮＳＷ６の第２端子Ｎ１＿２〜Ｎ６＿２は開放されている。
【００３２】
前記第１〜第５劣化スタック接続スイッチＤＳＷ１〜ＤＳＷ５の共通端子Ｄ１＿０〜Ｄ５＿０はそれぞれ第〜第６正電圧スイッチＰＳＷ２〜ＰＳＷ６の第３端子Ｐ２＿３〜Ｐ６＿３に接続され、前記第１〜第６劣化スタック接続スイッチＤＳＷ１〜ＤＳＷ６の第１端子Ｄ１＿１〜Ｄ６＿１はそれぞれ第１〜第６負電圧スイッチＮＳＷ１〜ＮＳＷ６の第３端子Ｎ１＿３〜Ｎ６＿３に接続される。
前記第２〜第６劣化スタック接続スイッチＤＳＷ２〜ＤＳＷ６の第２端子Ｄ２＿２〜Ｄ６＿２はそれぞれ前記第１〜第５劣化スタック接続スイッチＤＳＷ１〜ＤＳＷ５の共通端子Ｄ１＿０〜Ｄ５＿０に接続され、前記第１〜第５劣化スタック接続スイッチＤＳＷ１〜ＤＳＷ５の第３端子Ｄ１＿３〜Ｄ５＿３および前記第６劣化スタック接続スイッチＤＳＷ６の共通端子Ｄ６＿０は前記サブ電力調節部２０２の負電圧入力端子ＳＭＩに接続され、前記第１劣化スタック接続スイッチＤＳＷ１の第２端子Ｄ１＿２と第１正電圧スイッチＰＳＷ１の第３端子Ｐ１＿３は前記サブ電力調節部２０２の正電圧入力端子ＳＰＩに接続されている。
【００３３】
上記において、接続は電気的な接続を意味するが、本発明はこれに限定されない。また、図２に示した本発明の一実施例に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置は、第１〜第６スタックＳＴＫ１〜ＳＴＫ６の６つのスタックを制御するが、本発明はこれに限定されず、ｎを２以上の整数とするとき、第１〜第ｎスタックＳＴＫ１〜ＳＴＫｎのｎ個のスタックを制御することができる（図示せず）。この場合、図２に示したスイッチング部２０６、２０８、２１０の構成は第１〜第ｎスタックＳＴＫ１〜ＳＴＫｎの出力の接続対象を変更するようにさらに拡張できる。
【００３４】
すなわち、前記正電圧スイッチング部２０６は第１〜第ｎ正電圧スイッチＰＳＷ１〜ＰＳＷｎを含み、前記負電圧スイッチング部２０８は第１〜第ｎ負電圧スイッチＮＳＷ１〜ＮＳＷｎを含み、前記劣化スタック接続スイッチング部２１０は第１〜第ｎ劣化スタック接続スイッチＤＳＷ１〜ＤＳＷｎを含むことにより、第１〜第ｎスタックＳＴＫ１〜ＳＴＫｎの出力の接続対象を変更するように構成できる。
また、第１〜第ｎ正電圧スイッチＰＳＷ１〜ＰＳＷｎ、第１〜第ｎ負電圧スイッチＮＳＷ１〜ＮＳＷｎおよび第１〜第ｎ劣化スタック接続スイッチＤＳＷ１〜ＤＳＷｎはそれぞれ前記制御部２０４の制御信号ＰＣ１〜ＰＣｎ、ＮＣ１〜ＮＣｎ、ＤＣ１〜ＤＣｎに基づいて制御できる。
【００３５】
また、図２に示した本発明の一実施態様に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置は、ｎ１、ｎ２およびｎ３を２以上の整数とするとき、（ｎ１×１）、（ｎ１×ｎ２）または（ｎ１×ｎ２×ｎ３）のアレイで配列されて直列、並列または直並列に接続されている複数の燃料電池スタックそれぞれを制御することができる（図示せず）。この場合、図２に示したスイッチング部２０６、２０８、２１０の構成は直列、並列または直並列に接続されている（ｎ１×１）個のスタック、（ｎ１×ｎ２）個のスタックまたは（ｎ１×ｎ２×ｎ３）個のスタックの出力の接続対象を変更するようにさらに拡張できる。
【００３６】
また、図２に示した本発明の一実施態様に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置は、第１〜第６スタックＳＴＫ１〜ＳＴＫ６と第１〜第６負電圧スイッチＮＳＷ１〜ＮＳＷ６との間にそれぞれ直列に接続された第１ｂ〜第６ｂスタックＳＴＫ１ｂ〜ＳＴＫ６ｂ（図示せず）をさらに含むことができる。
【００３７】
また、図２では制御部２０４およびスイッチング部２０６、２０８、２１０によって複数の燃料電池スタックそれぞれの接続が制御されるが、本発明は、これに限定されず、所定数の燃料電池スタックから一つの燃料電池スタックモジュールを構成して複数の燃料電池スタックから複数の燃料電池スタックモジュールを構成することにより、制御部２０４およびスイッチング部２０６、２０８、２１０によって複数の燃料電池スタックモジュールそれぞれの接続が制御できる。制御部２０４は、上述のように構成された複数の燃料電池スタックモジュールの状態を感知して少なくとも一つの劣化スタックモジュールが存在する場合、少なくとも一つの劣化スタックモジュールを前記メイン電力調節部２００から分離して前記サブ電力調節部２０２に接続することができる。すなわち、制御部２０４は複数の燃料電池スタックをモジュール別に構成してモジュール間の接続を制御することができる。
【００３８】
次に、上述のように構成された本発明の実施例に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御装置の動作について説明する。
【００３９】
正常スタックのみある場合の動作
図２において、制御部２０４は、第１〜第６分流器Ｒ１〜Ｒ６を介して得られる第１スタック〜第６スタックＳＴＫ１〜ＳＴＫ６に流れる電流に基づいて、性能が低下する劣化スタックが存在するか否かを判断する。
図２では全てのスタックが正常的に動作しているため、制御部２０４は、スイッチング部２０６、２０８、２１０に制御信号ＰＣ１〜ＰＣ６、ＮＣ１〜ＮＣ６、ＤＣ１〜ＤＣ６を出力し、第１スタック〜第６スタックＳＴＫ１〜ＳＴＫ６の出力を並列に接続してメイン電力調節部２００に第１スタック〜第６スタックＳＴＫ１〜ＳＴＫ６の出力を供給する。
【００４０】
劣化スタックが存在する場合の動作
図３は劣化スタックが存在する場合の動作を示すもので、制御部２０４は、第１〜第６分流器Ｒ１〜Ｒ６を介して得られる第１スタック〜第６スタックＳＴＫ１〜ＳＴＫ６に流れる電流に基づいて、性能が低下する少なくとも一つの劣化スタックが存在するか否かを判断する。図３において、制御部２０４は、第１スタックＳＴＫ１および第５スタックＳＴＫ５を介して流れる電流の大きさが正常状態の電流の大きさより小さいか或いはスタック間の電流バラツキが発生したため、第１スタックＳＴＫ１および第５スタックＳＴＫ５を劣化スタックとして判断する。
制御部２０４は、第１正電圧スイッチＰＳＷ１および第１負電圧スイッチＮＳＷ１を制御して、劣化スタックである第１スタックＳＴＫ１をメイン電力調節部２００から分離し、第５正電圧スイッチＰＳＷ５および第５負電圧スイッチＮＳＷ５を制御して、劣化スタックである第５スタックＳＴＫ５をメイン電力調節部２００から分離することにより、劣化スタックたる第１スタックＳＴＫ１および第５スタックＳＴＫ５の性能低下が正常スタックたる第２〜第４スタックＳＴＫ２〜ＳＴＫ４および第６スタックＳＴＫ６に伝播されることを防止する。
【００４１】
前記動作を詳細に説明すると、制御部２０４は、適切な制御信号ＰＣ１を第１正電圧スイッチＰＳＷ１に印加して第１正電圧スイッチＰＳＷ１の共通端子Ｐ１＿０を第３端子Ｐ１＿３に電気的に接続する。また、制御部２０４は、適切な制御信号ＮＣ１を第１負電圧スイッチＮＳＷ１に印加して第１負電圧スイッチＮＳＷ１の共通端子Ｎ１＿０を第３端子Ｎ１＿３に電気的に接続する。
また、制御部２０４は、適切な制御信号ＰＣ５を第５正電圧スイッチＰＳＷ５に印加して第５正電圧スイッチＰＳＷ５の共通端子Ｐ５＿０を第３端子Ｐ５＿３に電気的に接続する。また、制御部２０４は、適切な制御信号ＮＣ５を第５負電圧スイッチＮＳＷ５に印加して第５負電圧スイッチＮＳＷ５の共通端子Ｎ５＿０を第３端子Ｎ５＿３に電気的に接続する。
【００４２】
これにより、劣化スタックである第１スタックＳＴＫ１および第５スタックＳＴＫ５は、メイン電力調節部２００の正電圧入力端子ＭＰ１から分離されるため、劣化スタックたる第１スタックＳＴＫ１および第５スタックＳＴＫ５の性能低下が正常スタックたる第２〜第４スタックＳＴＫ２〜ＳＴＫ４および第６スタックＳＴＫ６へ伝播されることを防止することができる。
【００４３】
一方、制御部２０４は、第１〜第６劣化スタック接続スイッチＤＳＷ１〜ＤＳＷ６を制御して劣化スタックたる第１スタックＳＴＫ１および第５スタックＳＴＫ５を直列に接続し、直列に接続された劣化スタックたる第１スタックＳＴＫ１および第５スタックＳＴＫ５をサブ電力調節部２０２に接続することにより、劣化した第１スタックＳＴＫ１および第５スタックＳＴＫ５の出力をサブ電力調節部２０２に提供する。
【００４４】
前記動作を詳細に説明すると、制御部２０４は、適切な制御信号ＤＣ１およびＤＣ５を第１および第５劣化スタック接続スイッチＤＳＷ１およびＤＳＷ５に印加して第１および第５劣化スタック接続スイッチＤＳＷ１およびＤＳＷ５それぞれの共通端子Ｄ１＿０およびＤ５＿０を第１端子Ｄ１＿１およびＤ５＿１に電気的に接続する。また、制御部２０４は、適切な制御信号ＤＣ２〜ＤＣ４を第２〜第４劣化スタック接続スイッチＤＳＷ２〜ＤＳＷ４に印加して第２〜第４劣化スタック接続スイッチＤＳＷ２〜ＤＳＷ４それぞれの共通端子Ｄ２＿０〜Ｄ４＿０を第２端子Ｄ２＿２〜Ｄ４＿２に電気的に接続する。また、制御部２０４は、適切な制御信号ＤＣ６を第６劣化スタック接続スイッチＤＳＷ６に印加して第６劣化スタック接続スイッチＤＳＷ６の共通端子Ｄ６＿０を第２端子Ｄ６＿２に電気的に接続する。
【００４５】
したがって、劣化スタックである第１スタックＳＴＫ１および第５スタックＳＴＫ５はサブ電力調節部２０２と直列に接続される。
前述のようにスタックの出力の接続対象を変更すると、メイン電力調節部２００は、配列に接続された正常スタックたる第２〜第４スタックＳＴＫ２〜ＳＴＫ４および第６スタックＳＴＫ６から正常的に電力の提供を受けることができ、サブ電力調節部２０２は、直列に接続された劣化スタックたる第１スタックＳＴＫ１および第５スタックＳＴＫ５から電力の提供を受けることができる。
【００４６】
また、並列に接続された正常スタックたる第２〜第４スタックＳＴＫ２〜ＳＴＫ４および第６スタックＳＴＫ６の出力は、メイン電力調節部２００を介してメイン負荷２１２を動作させることに用いられる。
また、直列に接続された劣化スタックたる第１スタックＳＴＫ１および第５スタックＳＴＫ５の出力は、電圧を考慮してサブ電力調節部２０２を介してサブ負荷２１４のように部分負荷を動作させることに用いられる。劣化した第１スタックＳＴＫ１および第５スタックＳＴＫ５は、直列に接続されて一定の負荷電流で動作し、互いに性能低下による影響は受けないので、劣化の速度を最大限遅らせることができる。
【００４７】
劣化スタックおよび動作不可能なスタックが存在する場合の動作
図４は劣化スタックおよび動作不可能なスタックが存在する場合の動作を示すもので、制御部２０４は、第１〜第６分流器Ｒ１〜Ｒ６を介して得られる第１スタック〜第６スタックＳＴＫ１〜ＳＴＫ６に流れる電流に基づいて、性能が低下する少なくとも一つの劣化スタックまたは動作不可能なスタックが存在するか否かを判断する。図４において、制御部２０４は、第１スタックＳＴＫ１および第４スタックＳＴＫ４を介して流れる電流の大きさが正常状態の電流の大きさより小さいか或いはスタック間の電流バラツキが発生したため、第１スタックＳＴＫ１および第４スタックＳＴＫ４を劣化スタックとして判断する。また、第５スタックＳＴＫ５を介して流れる電流の大きさが所定の大きさ未満であるため、第５スタックＳＴＫ５を動作不可能なスタックとして判断する。
【００４８】
制御部２０４は、第１正電圧スイッチＰＳＷ１および第１負電圧スイッチＮＳＷ１を制御して劣化スタックたる第１スタックＳＴＫ１をメイン電力調節部２００から分離し、第４正電圧スイッチＰＳＷ４および第４負電圧スイッチＮＳＷ４を制御して劣化スタックたる第４スタックＳＴＫ４をメイン電力調節部２００から分離することにより、劣化スタックたる第１スタックＳＴＫ１および第４スタックＳＴＫ４の性能低下が正常スタックたる第２スタックＳＴＫ２、第３スタックＳＴＫ３および第６スタックＳＴＫ６へ伝播されることを防止する。また、制御部２０４は、第５正電圧スイッチＰＳＷ５および第５負電圧スイッチＮＳＷ５を制御し、動作不可能なスタックたる第５スタックＳＴＫ５をメイン電力調節部２００から分離する。
【００４９】
前記動作を詳細に説明すると、制御部２０４は、適切な制御信号ＰＣ１を第１正電圧スイッチＰＳＷ１に印加して第１正電圧スイッチＰＳＷ１の共通端子Ｐ１＿０を第３端子Ｐ１＿３に電気的に接続する。また、制御部２０４は、適切な制御信号ＮＣ１を第１負電圧スイッチＮＳＷ１に印加して第１負電圧スイッチＮＳＷ１の共通端子Ｎ１＿０を第３端子Ｎ１＿３に電気的に接続する。
【００５０】
また、制御部２０４は、適切な制御信号ＰＣ４を第４正電圧スイッチＰＳＷ４に印加して第４正電圧スイッチＰＳＷ４の共通端子Ｐ４＿０を第３端子Ｐ４＿３に電気的に接続する。また、制御部２０４は、適切な制御信号ＮＣ４を第４負電圧スイッチＮＳＷ４に印加して第４負電圧スイッチＮＳＷ４の共通端子Ｎ４＿０を第３端子Ｎ４＿３に電気的に接続する。
これにより、劣化スタックたる第１スタックＳＴＫ１および第４スタックＳＴＫ４は、メイン電力調節部２００から分離されるため、劣化スタックたる第１スタックＳＴＫ１および第４スタックＳＴＫ４の性能低下が正常スタックたる第２、第３および第６スタックＳＴＫ２、ＳＴＫ３およびＳＴＫ６へ伝播されることを防止することができる。
【００５１】
また、制御部２０４は、適切な制御信号ＰＣ５を第５正電圧スイッチＰＳＷ５に印加して第５正電圧スイッチＰＳＷ５の共通端子Ｐ５＿０を第２端子Ｐ５＿２に電気的に接続する。また、制御部２０４は、適切な制御信号ＮＣ５を第５負電圧スイッチＮＳＷ５に印加して第５負電圧スイッチＮＳＷ５の共通端子Ｎ５＿０を第２端子Ｎ５＿２に電気的に接続する。第５正電圧スイッチＰＳＷ５の第２端子Ｐ５＿２と第５負電圧スイッチＮＳＷ５の第２端子Ｎ５＿２はいずれの他の構成要素とも接続されずに開放されているため、動作不可能なスタックたる第５スタックＳＴＫ５は、メイン電力調節部２００から分離されるうえ、サブ電力調節部２０２からも分離される。よって、動作不可能なスタックたる第５スタックＳＴＫ５が全体燃料電池システムに影響を及ぼすことを防止することにより、全体燃料電池システムの寿命短縮および耐久性低下を最小化することができる。
【００５２】
一方、制御部２０４は、第１〜第６劣化スタック接続スイッチＤＳＷ１〜ＤＳＷ６を制御し、劣化した第１スタックＳＴＫ１および第４スタックＳＴＫ４を直列に接続し、直列に接続された劣化スタックたる第１スタックＳＴＫ１および第４スタックＳＴＫ４をサブ電力調節部２０２に接続し、劣化した第１スタックＳＴＫ１および第４スタックＳＴＫ４の出力をサブ電力調節部２０２に提供する。
前記動作を詳細に説明すると、制御部２０４は、適切な制御信号ＤＣ１およびＤＣ４をそれぞれ第１および第４劣化スタック接続スイッチＤＳＷ１およびＤＳＷ４に印加して第１および第４劣化スタック接続スイッチＤＳＷ１およびＤＳＷ４それぞれの共通端子Ｄ１＿０およびＤ４＿０を第１端子Ｄ１＿１およびＤ４＿１に電気的に接続する。
【００５３】
また、制御部２０４は、適切な制御信号ＤＣ２、ＤＣ３およびＤＣ５をそれぞれ第２、第３および第５劣化スタック接続スイッチＤＳＷ２、ＤＳＷ３、ＤＳＷ５に印加して第２、第３および第５劣化スタック接続スイッチＤＳＷ２、ＤＳＷ３、ＤＳＷ５それぞれの共通端子Ｄ２＿０、Ｄ３＿０、Ｄ５＿０を第２端子Ｄ２＿２、Ｄ３＿２、Ｄ５＿２に電気的に接続する。
また、制御部２０４は、適切な制御信号ＤＣ６を第６劣化スタック接続スイッチＤＳＷ６に印加して第６劣化スタック接続スイッチＤＳＷ６の共通端子Ｄ６＿０を第２端子Ｄ６＿２に電気的に接続する。
【００５４】
したがって、劣化スタックたる第１スタックＳＴＫ１および第４スタックＳＴＫ４は、サブ電力調節部２０２と直列に接続される。
上述のようにスタックの出力の接続対象を変更すると、メイン電力調節部２００は、並列に接続された正常スタックたる第２スタックＳＴＫ２、第３スタックＳＴＫ３および第６スタックＳＴＫ６から正常的に電力の提供を受けることができ、サブ電力調節部２０２は、直列に接続された劣化スタックたる第１スタックＳＴＫ１および第４スタックＳＴＫ４から電力の提供を受けることができる。
また、並列に接続された正常スタックたる第２スタックＳＴＫ２、第３スタックＳＴＫ３および第６スタックＳＴＫ６の出力は、メイン電力調節部２００を介してメイン負荷２１２を動作させることに用いられる。
【００５５】
また、直列に接続された劣化スタックたる第１スタックＳＴＫ１および第４スタックＳＴＫ４の出力は、電圧を考慮してサブ電力調節部２０２を介してサブ負荷２１４のように部分負荷を動作させることに用いられる。劣化した第１スタックＳＴＫ１および第４スタックＳＴＫ４は、直列に接続されて一定の負荷電流で動作し、互いに性能低下による影響は受けないので、劣化の速度を最大限遅らせることができる。
【００５６】
サブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御方法
図５は本発明の一実施例に係るサブ電力調節部を用いた燃料電池システムの制御方法を示すフローチャートである。
図５を参照すると、段階Ｓ５００で、制御部２０４は、第１スタック〜第６スタックＳＴＫ１〜ＳＴＫ６の状態を感知し、すなわち、第１スタック〜第６スタックＳＴＫ１〜ＳＴＫ６の状態情報から、少なくとも一つの劣化スタックまたは動作不可能なスタックが存在するか否かを判断する。
段階Ｓ５００で少なくとも一つの劣化スタックが存在すると判断する場合、段階Ｓ５０２で、制御部２０４はスイッチング部２０６、２０８、２１０を制御して少なくとも一つの劣化スタックをメイン電力調節部２００から分離し、少なくとも一つの劣化スタックをサブ電力調節部２０２に直列に接続する。
段階Ｓ５００で少なくとも一つの動作不可能なスタックが存在すると判断する場合、段階Ｓ５０４で、制御部２０４は、スイッチング部２０６、２０８、２１０を制御して少なくとも一つの動作不可能なスタックをメイン電力調節部２００およびサブ電力調節部２０２から分離して孤立させる。
【００５７】
したがって、少なくとも一つの劣化スタックおよび動作不可能なスタックが正常スタックに影響を及ぼすことを防止することができるため、燃料電池システムの寿命短縮および耐久性低下を最小化することができる。また、劣化スタックを直列に接続してサブ電力調節部に出力を提供するため、燃料電池システムを効率よく使用することができる。
【００５８】
本明細書で論議された方法は、適用例に応じて様々な手段を用いて実現できる。例えば、これらの方法はハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアまたはこれらの任意の組み合わせで実現できる。ハードウェアを伴う具現例において、制御回路または制御部は、一つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣｓ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰｓ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡｓ）、プロセッサ、制御器、マイクロ制御器、マイクロプロセッサ、電子装置、本明細書で論議された機能を実行するように設計された他の電子ユニット、またはこれらの組み合わせで実現できる。
【００５９】
以上、本発明を具体的な実施例によって詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものである。本発明は、これに限定されず、本発明の技術的思想内で当該分野における通常の知識を有する者によって様々な変形および改良が可能なのは明白であるというべきである。
本発明の単純な変形又は変更はいずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は添付された特許請求の範囲によって明確になるであろう。
【符号の説明】
【００６０】
２００    メイン電力調節部
２０２    サブ電力調節部
２０４    制御部
２０６    正電圧スイッチング部
２０８    負電圧スイッチング部
２１０    劣化スタック接続スイッチング部
２１２    メイン負荷
２１４    サブ負荷
ＰＳＷ１〜ＰＳＷ６    第１〜第６正電圧スイッチ
ＮＳＷ１〜ＮＳＷ６    第１〜第６負電圧スイッチ
ＤＳＷ１〜ＤＳＷ６    第１〜第６劣化スタック接続スイッチ
ＳＴＫ１〜ＳＴＫ６    第１〜第６スタック
Ｒ１〜Ｒ６    第１〜第６分流器
【図１】
2015050183.tif 000003
【図２】
2015050183.tif 000004
【図３】
2015050183.tif 000005
【図４】
2015050183.tif 000006
【図５】
2015050183.tif 000007