(57)【要約】      （修正有）【課題】系統事故などで低下した電圧が回復したときに短時間で出力電力を回復させることができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池セルスタック４と、燃料電池セルスタック４からの発電電力を所定の交流電力に変換するためのパワーコンディショナ６とを具備し、パワーコンディショナ６からの交流電力が商用電源と系統連系された燃料電池システムにおいて、更に、電力消費ヒータ５４と、パワーコンディショナ６からの出力電力を切り換えるための電力切換手段５６とを備えている。商用電源１０側で短絡状態が発生すると、電力切換手段５６が電力消費状態に切り換えられ、パワーコンディショナ６からの出力電力が電力消費ヒータ５４に送給され、この短絡状態が解消されると、電力切換手段が電力出力状態に切り換えられ、パワーコンディショナ６からの出力電力が電力負荷に送給される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックからの発電電力を所定の交流電力に変換するためのパワーコンディショナと、を具備し、前記パワーコンディショナからの交流電力が商用電源と系統連系され、前記パワーコンディショナ及び前記商用電源からの交流電力が電力負荷に供給される燃料電池システムであって、
前記商用電源の短絡状態を検知するための短絡検知手段と、電力を消費するための電力消費ヒータと、前記パワーコンディショナからの出力電力を切り換えるための電力切換手段とを更に備えており、
前記短絡検知手段が前記商用電源の短絡状態を検知すると、前記電力切換手段が電力消費状態に切り換えられ、前記パワーコンディショナからの出力電力が前記電力消費ヒータに送給されて消費され、また前記短絡検知手段が前記商用電源の短絡解消を検知すると、前記電力切換手段が電力出力状態に切り換えられ、前記パワーコンディショナからの出力電力が前記電力負荷に送給されて消費されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記パワーコンディショナは短絡状態を判定する短絡判定手段を含み、前記短絡検知手段は、前記商用電力の電圧を検知する電圧検知手段及び前記商用電力の位相変化を検知する位相検知手段を含み、前記短絡判定手段は、前記商用電力の電圧低下及び位相変化に基づいて短絡状態を判定し、前記商用電力の位相変化がなく電圧が低下したときには三相短絡状態と判定し、前記商用電力の位相変化が生じて電圧が低下したときには二相短絡状態と判定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】
前記短絡判定手段が三相短絡状態と判定した場合、前記パワーコンディショナは前記電力切換手段を三相短絡制御し、前記パワーコンディショナからの出力電力が前記電力消費ヒータで消費され、また前記短絡判定手段が二相短絡状態と判定した場合、前記パワーコンディショナは前記電力切換手段を二相短絡制御し、前記パワーコンディショナからの出力電力が前記電力消費ヒータで消費され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。
【請求項４】
前記パワーコンディショナは、電圧低下時の残電圧を比較する残電圧比較手段を含み、前記短絡判定手段が三相短絡状態と判定した場合、前記残電圧比較手段は第１基準残電圧値と比較し、前記第１基準残電圧値以上のときには、前記パワーコンディショナは前記電力切換手段を第１三相短絡制御し、前記第１基準残電圧値未満のときには、前記パワーコンディショナは前記電力切換手段を第２三相短絡制御す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。
【請求項５】
前記パワーコンディショナは、電圧低下時の残電圧を比較する残電圧比較手段及び位相変化時の変化位相を比較する変化位相比較手段を含み、前記短絡判定手段が二相短絡状態と判定した場合、前記残電圧比較手段は第２基準残電圧値と比較するとともに、前記変化位相比較手段は基準変化位相値と比較し、前記第２残電圧値以上で且つ前記基準変化位相値以下のときには、前記パワーコンディショナは前記電力切換手段を前記二相短絡制御す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。
【請求項６】
前記燃料電池セルスタックは、固体酸化物形のものであり、前記燃料電池セルスタックに関連して、燃料ガスを水蒸気改質するための改質器が設けられ、前記燃料電池セルスタック及び前記改質器とともに前記電力消費ヒータが、高温環境を規定する電池ハウジング内に収容されてい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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、系統事故などで低下した電圧が復帰したときに短時間で出力電力を回復させることができる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料ガスを水蒸気改質する改質器と、改質された改質燃料ガス及び酸化材（例えば、空気中の酸素）との酸化及び還元により発電を行う燃料電池セルスタックと、燃料電池セルスタックからの発電出力を所定の交流電力に変換するためのパワーコンディショナとを備えている。
【０００３】
このような燃料電池システムの出力側は、商用電源に系統連系されて電力負荷に電気的に接続されており、通常の負荷状態においては、燃料電池セルスタックからの発電電力がパワーコンディショナを介して電力負荷に供給され、電力負荷が大きくなると、燃料電池セルスタックからの発電電力に加えて、商業電源からの商用電力が電力負荷に供給される。
【０００４】
燃料電池システムが商用電源に系統連系される場合、系統送電線（商用電力ライン）の事故（例えば、短絡事故）などが発生したときに、送電線側の供給電力（商用電力）の電圧が低下したり、供給電力の周波数変動により位相変動が生じ、このような状態を放置していると、系統全体の電圧・周波数維持に大きな影響を与えるおそれが生じる。
【０００５】
このようなことから、送電線（商用電力ライン）側の供給電力に電圧低下などが生じたときに、燃料電池システムからの出力電力の送給を短時間のうちに停止するとともに、この電圧低下などが解消したときに、燃料電池システムからの出力電力の送給を短時間のうちに復帰させるのが望ましく、このことを実現するために系統連系規程などが規定されており、この規程を実現するためには、電圧低下などが解消したときに短時間（例えば、１秒以内）のうちに燃料電池システムの出力電力を復帰させる（例えば、短絡発生前の８０％以上の出力に回復させる）必要が生じる。
【０００６】
一般的に、燃料電池システムでは、出力電力を上昇させるときには燃料ガスの供給量を増大させればよいが、燃料電池セルスタックス内での燃料切れを起こさないように、例えば数１００Ｗ／分という比較的ゆっくりとした上昇速度で行っている。これは、コントローラから燃料ガス供給手段に、大きな電流を取り出すために必要な燃料ガス流量の指令を与えても、燃料ガス供給流路及び改質器などを通って燃料電池セルスタックス（燃料極側）に到達するまでに時間を要し、この時間的応答遅れがあるためである。
【０００７】
このような時間的遅れを解消するために、例えば、溶融炭酸塩形燃料電池システムにおいて、短時間のうちにカソードガス（例えば空気）中の二酸化炭素の濃度を高めようにした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、燃料電池セルスタックのカソード（空気極）の排出側に設けられたカソード排ガスラインとこのカソードの流入側に設けられたカソードラインとの間に、カソード排ガスを循環させるためのカソードガス循環ラインが設けられ、また改質器の燃焼排ガスを排出するための燃焼排ガスラインとカソードガス循環ラインとの間に、燃焼排ガスを送給する排ガスバイパスラインが設けられている。この燃料電池システムでは、燃焼排ガスラインを流れる燃焼排ガスが排ガスバイパスライン及びカソードガス循環ラインを通してカソードラインに送給され、このように燃焼排ガスを循環させることによって、燃料電池セルスタックのカソード側に供給されるカソードガス中の二酸化炭素の濃度を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３１３９５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、この燃料電池システムでは、改質器の燃焼排ガスを燃料電池セルスタックのカソード側に循環させて燃料電池システムの出力電力を上昇させているが、その出力電力の上昇は、燃料ガスの供給を増大させて行うものであり、それ故に、従来と同様に、燃焼排ガスが燃料電池セルスタックスのカソード側に到達するまでに時間を要し、この時間的応答遅れが生じるという問題がある。そのために、例えば送電線側の商用電力に電圧低下などが解消したときに短時間（例えば、１秒程度）のうちに燃料電池システムの出力電力を復帰させることはできず、このような技術は、燃料電池システムを商用電源に系統連系する場合に適用することができない。
【００１０】
本発明の目的は、系統事故などで低下した電圧が回復したときに短時間で出力電力を回復させることができる燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の請求項１に記載の燃料電池システムは、燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックからの発電電力を所定の交流電力に変換するためのパワーコンディショナと、を具備し、前記パワーコンディショナからの交流電力が商用電源と系統連系され、前記パワーコンディショナ及び前記商用電源からの交流電力が電力負荷に供給される燃料電池システムであって、
前記商用電源の短絡状態を検知するための短絡検知手段と、電力を消費するための電力消費ヒータと、前記パワーコンディショナからの出力電力を切り換えるための電力切換手段とを更に備えており、
前記短絡検知手段が前記商用電源の短絡状態を検知すると、前記電力切換手段が電力消費状態に切り換えられ、前記パワーコンディショナからの出力電力が前記電力消費ヒータに送給されて消費され、また前記短絡検知手段が前記商用電源の短絡解消を検知すると、前記電力切換手段が電力出力状態に切り換えられ、前記パワーコンディショナからの出力電力が前記電力負荷に送給されて消費されることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項２に記載の燃料電池システムでは、前記パワーコンディショナは短絡状態を判定する短絡判定手段を含み、前記短絡検知手段は、前記商用電力の電圧を検知する電圧検知手段及び前記商用電力の位相変化を検知する位相検知手段を含み、前記短絡判定手段は、前記商用電力の電圧低下及び位相変化に基づいて短絡状態を判定し、前記商用電力の位相変化がなく電圧が低下したときには三相短絡状態と判定し、前記商用電力の位相変化が生じて電圧が低下したときには二相短絡状態と判定することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項３に記載の燃料電池システムでは、前記短絡判定手段が三相短絡状態と判定した場合、前記パワーコンディショナは前記電力切換手段を三相短絡制御し、前記パワーコンディショナからの出力電力が前記電力消費ヒータで消費され、また前記短絡判定手段が二相短絡状態と判定した場合、前記パワーコンディショナは前記電力切換手段を二相短絡制御し、前記パワーコンディショナからの出力電力が前記電力消費ヒータで消費されることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項４に記載の燃料電池システムでは、前記パワーコンディショナは、電圧低下時の残電圧を比較する残電圧比較手段を含み、前記短絡判定手段が三相短絡状態と判定した場合、前記残電圧比較手段は第１基準残電圧値と比較し、前記第１基準残電圧値以上のときには、前記パワーコンディショナは前記電力切換手段を第１三相短絡制御し、前記第１基準残電圧値未満のときには、前記パワーコンディショナは前記電力切換手段を第２三相短絡制御することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項５に記載の燃料電池システムでは、前記パワーコンディショナは、電圧低下時の残電圧を比較する残電圧比較手段及び位相変化時の変化位相を比較する変化位相比較手段を含み、前記短絡判定手段が二相短絡状態と判定した場合、前記残電圧比較手段は第２基準残電圧値と比較するとともに、前記変化位相比較手段は基準変化位相値と比較し、前記第２残電圧値以上で且つ前記基準変化位相値以下のときには、前記パワーコンディショナは前記電力切換手段を前記二相短絡制御することを特徴とする。
【００１６】
更に、本発明の請求項６に記載の燃料電池システムでは、前記燃料電池セルスタックは、固体酸化物形のものであり、前記燃料電池セルスタックに関連して、燃料ガスを水蒸気改質するための改質器が設けられ、前記燃料電池セルスタック及び前記改質器とともに前記電力消費ヒータが、高温環境を規定する電池ハウジング内に収容されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の請求項１に記載の燃料電池システムによれば、電力を消費するための電力消費ヒータ及びパワーコンディショナからの出力電力を切り換えるための電力切換手段が設けられ、短絡検知手段が商用電源の短絡状態を検知すると、電力切換手段が電力消費状態に切り換えられるので、短時間（例えば、０．３秒以下の時間）のうちにパワーコンディショナからの出力電力を電力消費ヒータに送給して消費することができ、これによって、パワーコンディショナから電力負荷への電力供給を短時間で一時的に停止させ、商用電源の電圧低下に伴う影響を回避させることができる。また、短絡検知手段が商用電源の短絡解消を検知すると、電力切換手段が電力出力状態に切り換えられるので、短時間（例えば、１．０秒以下の時間）のうちにパワーコンディショナからの出力電力をほぼ元の状態（例えば、短絡発生前の８０％以上の出力状態）に復帰させて電力負荷に供給することができ、これによって、商用電源の短絡解消に伴う影響を回避させることができる。尚、この電力消費ヒータとしては、燃料ガスを点火するための点火ヒータを用いるようにしてもよく、或いは電力消費専用のヒータを設けるようにしてもよい。
【００１８】
また、本発明の請求項２に記載の燃料電池システムによれば、パワーコンディショナは短絡状態を判定する短絡判定手段を含み、短絡検知手段は商用電力の電圧を検知する電圧検知手段及びその位相変化を検知する位相検知手段を含んでいるので、電圧検知手段及び位相検知手段の検知信号に基づいて短絡状態を検知することができる。また、短絡判定手段は、商用電力の位相変化がなく電圧が低下したときには三相短絡状態と判定し、商用電力の位相変化が生じて電圧が低下したときには二相短絡状態と判定するので、三相短絡及び二相短絡に応じて電力切換手段を制御することができる。
【００１９】
また、本発明の請求項３に記載の燃料電池システムによれば、三相短絡状態の場合、パワーコンディショナは電力切換手段を三相短絡制御し、また二相短絡状態の場合、パワーコンディショナは電力切換手段を二相短絡制御するので、これら短絡状態が生じた場合においてもパワーコンディショナからの出力電力の商用電源への影響を回避することができる。
【００２０】
また、本発明の請求項４に記載の燃料電池システムによれば、三相短絡状態の場合、残電圧比較手段が第１基準残電圧値（例えば、２０％）と比較し、第１基準残電圧値以上のときには電力切換手段を第１三相短絡制御し、また第１基準残電圧値未満のときには電力切換手段を第２三相短絡制御するので、残電圧に対応して電力切換手段を所要の通りに制御してパワーコンディショナのからの出力電力の商用電源への影響を回避することができる。
【００２１】
また、本発明の請求項５に記載の燃料電池システムによれば、二相短絡状態の場合、残電圧比較手段は第２基準残電圧値（例えば、５２％）と比較するとともに、変化位相比較手段は基準変化位相値（例えば、４１度）と比較し、第２残電圧値以上で且つ基準変化位相値以下のときには電力切換手段を二相短絡制御するので、このような場合におけるパワーコンディショナからの出力電力の商用電源への影響を回避することができる。
【００２２】
更に、本発明の請求項６に記載の燃料電池システムによれば、固体酸化物形の燃料電池セルスタックを用いた燃料電池システムに好都合に適用することができ、この燃料電池システムにおいては、電力消費ヒータは、燃料電池セルスタック及び改質器が配設される高温環境の電池ハウジング内に収容される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に従う燃料電池システムの一実施形態を簡略的に示すブロック図。
【図２】図１の燃料電池システムの制御系を簡略的に示すブロック図。
【図３】図２の制御系による制御の流れを示すフローチャート。
【図４】図３の制御における三相短絡制御の流れを示すフローチャート。
【図５】図３の制御における二相短絡制御の流れを示すフローチャート。
【図６】第１三相短絡制御におけるパワーコンディショナからの出力電力と時間との関係を示す図。
【図７】第２三相短絡制御におけるパワーコンディショナからの出力電力と時間との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う燃料電池システムの一実施形態について説明する。
【００２５】
図１及び図２において、図示の燃料電池システム２は、燃料電池セルスタック４と、この燃料電池セルスタック４からの発電電力を所定の交流電力に変換して出力するためのパワーコンディショナ６とを備えている。パワーコンディショナ６の出力側は商用電源１０に系統連系され、このパワーコンディショナ６が電力出力ライン８及び負荷電力ライン１２を介して電力負荷１４に接続されるとともに、商用電源１０（商用三相交流電源）が商用電力ライン１５及び負荷電力ライン１２を介して電力負荷１４に接続される。
【００２６】
燃料電池セルスタック４は、例えば固体酸化物形のものから構成され、図示していないが、固体電解質と、固体電解質の片側に設けられた燃料極と、固体電解質の他側に設けられた空気極とを備え、固体電解質として例えばイットリアをドープしたジルコニアが用いられる。燃料極は改質された燃料ガスを酸化し、また空気極は酸化材としての空気中の酸素を還元し、燃料極側の酸化及び空気極側の還元による発電反応により発電が行われ、この燃料電池セルスタック４からの発電電力が発電電力ライン１６を通してパワーコンディショナ６に送給される。
【００２７】
燃料電池セルスタック４に関連して、燃料ガス（例えば、都市ガス）を供給するための燃料ガス供給手段１８、改質用の水を供給するための水供給手段２０及び酸化材としての空気を供給するための空気供給手段２２が設けられているとともに、燃料ガスを水蒸気改質するための改質器２４が設けられている。
【００２８】
燃料ガス供給手段１８は、図示していないが、埋設管の如き燃料ガス供給源及び燃料ガスを送給する燃料ガスポンプなどを含み、燃料ガス供給源からの燃料ガスが燃料ガス送給ポンプによって燃料供給ライン２６を通して改質器２４に供給される。水供給手段２０は、図示していないが、水タンクの如き水供給源及び水を送給する水ポンプを含み、水供給源からの水が水ポンプによって水供給ライン２８を通して改質器２４に供給される。改質器２４は、燃料ガス供給手段１８からの燃料ガスを水供給手段２０からの水を用いて水蒸気改質し、水蒸気改質された燃料ガス（改質燃料ガス）が改質燃料ガス送給ライン３０を通して燃料電池セルスタック４の燃料極側に送給される。また、空気供給手段２２は空気ブロア３２を含み、空気ブロアによって空気が空気供給ライン３４を通して燃料電池セルスタック４の空気極側に供給される。
【００２９】
燃料電池セルスタック４の燃料極は、改質器２４からの改質燃料ガスを酸化し、またその空気極は空気中の酸素を還元し、燃料極側の酸化及び空気極側の還元によって発電が行われる。
【００３０】
図示のパワーコンディショナ６は、図２に示すように、ＤＣ／ＤＣ変換器４２、ＤＣ／ＡＣ変換器４４及び連系出力遮断器４６を備えている。ＤＣ／ＤＣ変換器４２は、燃料電池セルスタック４からの発電出力を所定の直流電力に変換し、ＤＣ／ＡＣ変換器４４は、ＤＣ／ＤＣ変換器４２にて変換された直流電力を所定の交流電力に変換し、ＤＣ／ＡＣ変換器４４にて変換された交流電力が連系出力遮断器４６を通して負荷電力ライン１２に送給される。連系出力遮断器４６は、閉状態のときには燃料電池システム２と商用電源１０とを系統連系するが、開状態になるとこの系統連系を遮断して燃料電池システム２から電力負荷１４への出力電力の送給を停止する。尚、この燃料電池システム２においては、パワーコンディショナ６からの出力電力の一部が燃料ガス供給手段１８、水供給手段２０及び空気供給手段２２に送給されて消費される。
【００３１】
この燃料電池システム２では、商用電源１０（商用電力ライン１５）において発生した短絡を検知して燃料電池システム２からの発電出力による商用電源１０側への影響を回避するために、次のように構成されている。
パワーコンディショナ６は、商用電源１０にて発生した短絡状態を検知するための短絡検知手段４８を備え、この短絡検知手段４８は、商用電源１０の電圧を検知するための電力検知手段５０及び商用電源１０の位相変化を検知するための位相検知手段５２から構成されている。また、この短絡検知手段４８に関連して、電力消費ヒータ５４及び電力切換手段５６が設けられている。この形態では、改質器２４及び燃料電池セルスタック４は、高温環境（燃料電池システム２の稼働中は、６００〜８００℃程度の高温状態に保たれる）を規定する電池ハウジング５７（内面が断熱材で覆われている）内に収容され、電力消費ヒータ５４は、電池ハウジング５７内の高温環境に配設される。
【００３２】
また、電力切換手段５６（例えば、切換スイッチなどから構成される）は、出力電力ライン８に配設され、この電力切換手段５６と電力消費ヒータ５４とが消費電力ライン５８を介して接続されている。電力切換手段５６は、電力出力状態と電力消費状態とに選択的に切り換えられ、電力出力状態にあるときにはパワーコンディショナ６からの出力電力を出力電力ライン８及び負荷電力ライン１２を通して電力負荷１４に送給し、また電力消費状態になるとパワーコンディショナ６からの出力電力を消費電力ライン５８を通して電力消費ヒータ５４に送給する。
【００３３】
パワーコンディショナ６は、電力切換手段５６などを制御するための制御手段６０を更に備え、この制御手段６０は、降下電圧演算手段６２、変化位相演算手段６４、短絡判定手段６６、残電圧比較手段６８、変化位相比較手段７０及び切換信号生成手段７２を備えている。降下電圧演算手段６２は、電圧検知手段５０の検知電圧に基づいて商用電源１０（商用電力ライン１５）の降下電圧を演算し、変化位相演算手段６４は、位相検知手段５２の検知位相に基づいて商用電源１０（商用電力ライン１５）の変化位相を演算する。また、短絡判定手段６６は、短絡検知手段４８の検知信号（即ち、電圧検知手段５０の検知電圧及び位相検知手段５２の検知位相）に基づいて後述する如くして短絡判定を行う。
【００３４】
残電圧比較手段６８は、三相短絡状態において第１基準残電圧値（例えば、２０％に設定される）と比較し、また二相短絡状態において第２基準残電圧値（例えば、５２％に設定される）と比較する。また、変化位相比較手段７０は、二相短絡状態において基準変化位相値（例えば、４１度）と比較する。更に、切換信号生成手段７２は、短絡状態において後述する如く切換信号を生成し、この切換信号に基づいて電力切換手段５６が切換制御される。
【００３５】
この形態では、三相短絡状態において、残電圧が第１基準残電圧値以上であるときには、制御手段６０は電力切換手段５６を後述するように第１三相短絡制御し、この残電圧が第１基準残電圧値未満であるときには、制御段６０は電力切換手段５６を後述するように第２三相短絡制御する。また、二相短絡状態において、残電圧が第２基準残電圧値以上で且つ変化位相が基準変化位相値以下であるときには、制御手段６０は電力切換手段５６を後述するように二相短絡制御する。
【００３６】
この制御手段６０は、更に、タイマ手段７４及びメモリ手段７６を含んでいる。タイマ手段７４は時間を後述する如く計時する。また、メモリ手段７６には、第１基準残電圧値（例えば、２０％）、第２基準残電圧値（例えば、５２％）及び基準変化位相値（例えば、４１度）などが登録され、残電圧比較手段６８は、メモリ手段７６から第１基準残電圧値及び第２基準残電圧値を読み出して比較し、変化位相比較手段７０は、メモリ手段７６から基準変化位相値を読み出して比較する。
【００３７】
この形態では、逆潮流が発生したときに燃料電池システム２からの系統連系を遮断するように構成されている。系統連系における逆潮流を検知するための逆潮流検知手段７８（図２参照）が設けられ、この逆潮流検知手段７８に関連して、パワーコンディショナ６の制御手段６０は、更に、逆潮流判定手段８０及び遮断信号生成手段８２を含んでいる。逆潮流判定手段８０は、逆潮流検知手段７８の検知電流に基づいて逆潮流が発生したかを判定し、遮断信号生成手段８２は、逆潮流判定手段８０が逆潮流発生と判定したときに遮断信号を生成し、制御手段６０は、この遮断信号に基づいて連系出力遮断器４６を遮断状態にし、このようにして逆潮流発生時に燃料電池システム２からの出力電力が電力負荷１４に流れるのを防止する。
【００３８】
次に、図１及び図２とともに図３〜図５を参照して、この燃料電池システム２における出力電力の制御について説明する。燃料電池システム２の稼働運転中において、商用電源１０の商用電力ライン１５に短絡などによる電圧低下が発生すると、ステップＳ１からステップＳ２に進むが、このような電圧低下が生じないときには、ステップＳ１からステップＳ３に移り、制御手段６０による通常の制御が行われる。即ち、電力切換手段５６が電力出力状態に保持され、パワーコンディショナ６からの出力電力は電力切換手段５６を通して電力負荷１４に送られ、この電力負荷１４にて消費される。
【００３９】
商用電源１０の商用電力ライン１５にて電力降下が発生してステップＳ２に進むと、この商用電力ライン１５にて位相変化が生じているかの判断が行われ、商用電力ライン１５にて電圧降下のみが生じている場合、ステップＳ２からステップＳ４に進み、三相短絡が発生した状態となる。即ち、短絡検知手段４８の検知信号（この場合、電圧検知手段５０の検知電圧及び位相検知手段５２の検知位相）に基づいて、降下電圧演算手段６２が降下電圧を演算し、また変化位相演算手段６４が変化位相を演算し、この降下電圧演算手段６２及び変化位相演算手段６４の演算結果により電圧降下が発生している場合、短絡判定手段６６は三相短絡と判定し、この三相短絡判定に基づいて制御手段６０は電力切換手段５６を後述する如く三相短絡制御する（ステップＳ５）。
【００４０】
また、商用電力ライン１５にて電圧降下及び位相変化が生じている場合、ステップＳ２からステップＳ６に進み、二相短絡が発生した状態となる。即ち、上述した降下電圧演算手段６２及び変化位相演算手段６４の演算結果により電圧降下及び位相変化が発生している場合、短絡判定手段６６は二相短絡と判定し、この二相短絡判定に基づいて制御手段６０は電力切換手段５６を後述する如く二相短絡制御する（ステップＳ７）。
【００４１】
次いで、主として図４及び図６を参照して、電力切換手段５６の三相短絡制御ついて説明する。この三相短絡制御においては、まず、降下電圧演算手段６２により演算された残電圧が第１基準残電圧値（例えば、２０％）以上かが判断される（ステップＳ５−１）。即ち、残電圧比較手段６８は、降下電圧演算手段６２による演算残電圧と第１基準残電圧値とを比較し、この演算残電圧が第１基準残電圧値以上である場合、ステップＳ５−１からステップＳ５−２に進み、制御手段６０は電力切換手段５６を第１三相短絡制御し、この演算残電圧が第１基準残電圧値未満である場合、ステップＳ５−１からステップＳ５−３に移り、制御手段６０は電力切換手段５６を第２三相短絡制御する。
【００４２】
ステップＳ５−１からステップＳ５−２に進むと（即ち、第１三相短絡制御においては）、タイマ手段７４が計時を開始する。そして、このタイマ手段７４が所定時間（例えば、０．３秒以下の時間、一例として０．２秒に設定される）を計時する前に商用電源１０の三相短絡状態が解消されると、ステップＳ５−４からステップＳ５−５を経てステップＳ５−６に進み、タイマ手段７４がリセットされてステップＳ１（図３参照）に戻る。従って、この場合、パワーコンディショナ６からの出力電力は電力切換手段５６を通して電力負荷１４に供給され続け、この出力電力が電力消費ヒータ５４で消費されることはない。
【００４３】
このタイマ手段７４が所定時間（０．２秒）を計時すると、ステップＳ５−２からステップＳ５−４を経てステップＳ５−７に移る。この場合、三相短絡状態が所定時間継続して発生して商用電源１０側に影響を与えるおそれがあるとして制御手段６０は電力切換手段５６を電力消費状態に切り換える。即ち、タイマ手段７４がリセットされ、切換信号生成手段７２が切換信号を生成し、この切換信号に基づいて電力切換手段５６が電力消費状態に切り換えられる（ステップＳ５−８）。かく切り換えられると、パワーコンディショナ６からの出力電力が電力切換手段５６及び消費電力ライン５８を通して電力消費ヒータ５４に送給されて消費され（ステップＳ５−９）、かくして、燃料電池セルスタック４の発電電力を維持した状態でもって燃料電池システム２から電力負荷１４に送給される出力電力を一時的に停止させることができる。
【００４４】
そして、この三相短絡状態が解消されて商用電源ライン１５の電圧が回復すると、ステップＳ５−１０からステップＳ５−１１に進んだ後ステップＳ１（図３参照）に戻る。ステップＳ５−１１においては、制御手段６０は電力切換手段５６を電力出力状態に切り換え、パワーコンディショナ６からの出力電力が電力切換手段５６、電力出力ライン８及び負荷電力ライン１２を通して電力負荷１４に送給されて消費される。この場合、電力消費ヒータ５４にて消費されていた出力電力が電力負荷１４に送られるようになるために、電力負荷１４に送給される出力電力の回復を短時間（例えば、１秒以下の時間）に行うことができ、またその出力電力の回復もこの短時間のうちに電圧低下前（即ち、三相短絡発生前）の８０％以上の電力に回復させることが可能となり、燃料電池システム２からの発電出力をこのように回復させることによって、三相短絡が解消したときに燃料電池システム２からの出力電力より商用電源１０側が不安定になることを回避することができる。
【００４５】
この第１三相短絡制御を図６を参照して説明すると、例えば、商用電源１０の三相短絡が時刻Ｔ１において発生すると、この時刻Ｔ１から０．２秒経過した時刻Ｔ２において電力切換手段５６が電力出力状態から電力消費状態に切り換えられる。かくすると、パワーコンディショナ６からの出力電力は、電力消費ヒータ５４に送給されて消費され、電力負荷１４への送給が一時的に停止される。そして、この三相短絡状態が時刻Ｔ３において解消されると、電力切換手段５６が電力消費状態から電力出力状態に切り換えられる。かくすると、パワーコンディショナ６からの出力電力は、電力負荷１４に送給されて消費されるようになり、これによって、電力負荷１４に送給される電力が増える一方、電力消費ヒータ５４で消費される電力が減少し、このようにして時刻Ｔ４（時刻Ｔ３から例えば１秒以内）に電圧低下前（三相短絡が発生する前）の状態に回復し、パワーコンディショナ６からの出力電力が電力負荷１４で消費されるようになる。
【００４６】
また、ステップＳ５−１からステップＳ５−３に進むと（即ち、第２三相短絡制御においては）、商用電源１０の商用電力ライン１５の電圧降下が大きくて商用電源１０側に影響を与えるおそれがあるとして制御手段６０は電力切換手段５６を電力消費状態に切り換える。かくすると、上述したと同様に、パワーコンディショナ６からの出力電力が電力切換手段５６及び消費電力ライン５８を通して電力消費ヒータ５４に送給されて消費され（ステップＳ５−１２）、燃料電池セルスタック４の発電電力を維持した状態でもって燃料電池システム２から電力負荷１４に送給される発電出力を一時的に停止させることができる。
【００４７】
そして、この三相短絡状態が解消されて商用電源１０の電圧が回復すると、ステップＳ５−１３からステップＳ５−１４に進んだ後ステップＳ１（図３参照）に戻る。ステップＳ−１４においては、制御手段６０は電力切換手段５６を電力出力状態に切り換え、パワーコンディショナ６からの出力電力が電力負荷１４に送給されて消費される。この場合にも、電力消費ヒータ５４にて消費されていた出力電力が電力負荷１４に送られるようになるために、電力負荷１４に送給される出力電力の回復を短時間に行うことができ、またその出力電力の回復も電圧低下前とほぼ同じ電力（例えば、電圧低下前の電力の８０％以上）に回復させることが可能となる。
【００４８】
この第２三相短絡制御を図７を参照して説明すると、例えば、商用電源１０の三相短絡が時刻Ｔ５において発生すると、この時刻Ｔ５において電力切換手段５６が電力出力状態から電力消費状態に切り換えられる。かくすると、パワーコンディショナ６からの出力電力は、電力消費ヒータ５４に送給されて消費され、電力負荷１４への送給が一時的に停止される。そして、この三相短絡状態が時刻Ｔ６において解消されると、電力切換手段５６が電力消費状態から電力出力状態に切り換えられる。かくすると、パワーコンディショナ６からの出力電力は、電力負荷１４に送給されて消費されるようになり、これによって、電力負荷１４に送給される電力が増える一方、電力消費ヒータ５４で消費される電力が減少し、このようにして時刻Ｔ７（時刻Ｔ６から例えば１秒以内）に電圧低下前（三相短絡が発生する前）の状態に回復し、パワーコンディショナ６からの出力電力が電力負荷１４で消費されるようになる。
【００４９】
尚、第２三相短絡制御においては、三相短絡が発生したときに電力切換手段５６を瞬時に電力消費状態に切り換えてパワーコンディショナ６からの出力電力を電力消費ヒータ５４で消費させているが、このような制御に代えて、第１三相短絡制御と同様に、三相短絡が発生して所定時間継続したときに電力切換手段５６を電力消費状態に切り換えてパワーコンディショナ６からの出力電力を電力消費ヒータ５４で消費させるようにしてもよい。
【００５０】
次に、主として図５及び図７を参照して、電力切換手段５６の二相短絡制御ついて説明する。この二相短絡制御においては、まず、降下電圧演算手段６２により演算された残電圧が第２基準残電圧値（例えば、５２％）以上かが判断される（ステップＳ６−１）。即ち、残電圧比較手段６８は、降下電圧演算手段６２による演算残電圧と第２基準残電圧値とを比較し、この演算残電圧が第２基準残電圧値以上である場合、ステップＳ６−１からステップＳ６−２に進むが、この演算残電圧が第２基準残電圧値未満である場合、ステップＳ６−１からステップＳ６−３に移る。次に、変化位相演算手段６４により演算された変化位相が基準変化位相値（例えば、４１度）以下かが判断される（ステップＳ６−２）。即ち、変化位相比較手段７０は、変化位相演算手段６４による演算変化位相と基準変化位相値とを比較し、この演算変化位相が基準変化位相値以下である場合、ステップＳ６−２からステップＳ６−４に進むが、この演算変化位相が基準変化位相値を超える場合、ステップＳ６−２からステップＳ６−３に移る。
【００５１】
ステップＳ６−４に進むと（換言すると、二相短絡が発生して商用電力ライン１５の残電圧が第２基準残電圧値以上で且つ変化位相が基準変化位相値以下である場合）、制御手段６０は、上述した第１三相短絡制御と同様にして電力切換手段５６を制御する。即ち、ステップＳ６−４においては、タイマ手段７４が計時を開始し、このタイマ手段７４が所定時間（例えば、０．２秒）を計時する前に商用電源１０の二相短絡状態が解消される（即ち、商用電力ライン１５の電圧降下及び位相変化が回復する）と、ステップＳ６−５からステップＳ６−６を経てステップＳ６−７に進み、タイマ手段７４がリセットされてステップＳ１（図３参照）に戻る。
【００５２】
また、このタイマ手段７４が所定時間（０．２秒）を計時すると、ステップＳ６−５からステップＳ６−８に移る。この場合、二相短絡状態が所定時間継続して発生して商用電源１０側に影響を与えるおそれがあるとして制御手段６０は電力切換手段５６を電力消費状態に切り換える。即ち、タイマ手段７４がリセットされ、切換信号生成手段７２が切換信号を生成し、この切換信号に基づいて電力切換手段５６が電力消費状態に切り換えられ（ステップＳ６−９）、パワーコンディショナ６からの出力電力が電力切換手段５６を通して電力消費ヒータ５４に送給されて消費され（ステップＳ６−１０）、かくして、燃料電池セルスタック４の発電電力を維持した状態で燃料電池システム２からの出力電力の電力負荷１４への送給を一時的に停止させることができる。
【００５３】
そして、この二相短絡状態が解消されて商用電源１０の電圧降下及び位相変化が回復すると、ステップＳ６−１１からステップＳ６−１２に進んだ後ステップＳ１（図３参照）に戻る。ステップＳ６−１２においては、制御手段６０は電力切換手段５６を電力出力状態に切り換え、パワーコンディショナ６からの出力電力が電力負荷１４に送給されて消費される。この場合も、上述したと同様に、電力消費ヒータ５４にて消費されていた出力電力が電力負荷１４に送られるようになるために、電力負荷１４に送給される出力電力の回復を短時間（例えば、１秒以内）に行うことができ、またその出力電力の回復もこの短時間のうちに電圧低下・位相変化前（即ち、二相短絡発生前）の８０％以上の電力に回復させることが可能となり、燃料電池システム２からの発電出力をこのように復帰させることによって、二相短絡が解消して回復するときの燃料電池システム２からの出力により商用電源１０側が不安定になることを回避することができる。
【００５４】
また、ステップＳ６−１又はステップＳ６−２からステップＳ６−３に進むと（即ち、商用電力ライン１５の残電圧が第２基準残電圧値未満である場合、又は商用電力ライン１５の変化位相が基準変化位相値を超える場合）、商用電源１０側に影響を与えるおそれがあるとして、上述した第２三相短絡制御と同様に、制御手段６０は電力切換手段５６を電力消費状態に切り換える。かくすると、上述したと同様に、パワーコンディショナ６からの出力電力が電力消費ヒータ５４に送給されて消費され（ステップＳ６−１３）、燃料電池セルスタック４の発電電力を維持した状態で燃料電池システム２から電力負荷１４への出力電力の送給を一時的に停止させることができる。
【００５５】
そして、この二相短絡状態が解消されて商用電源１０の電圧降下及び位相変化が回復すると、ステップＳ６−１４からステップＳ６−１５に進んだ後ステップＳ１（図３参照）に戻る。ステップ６−１５においては、制御手段６０は電力切換手段５６を電力出力状態に切り換え、パワーコンディショナ６からの出力電力が電力負荷１４に送給されて消費される。この場合にも、電力消費ヒータ５４にて消費されていた出力電力が電力負荷１４に送られるようになるために、電力負荷１４に送給される出力電力の回復を短時間に行うことができ、またその出力電力の回復もこの短時間のうちに電圧低下・位相変化前（即ち、二相短絡前）の８０％以上の電力に回復させることが可能となる。
【００５６】
以上、本発明に従う燃料電池システムの一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更乃至修正が可能である。
【００５７】
例えば、上述した実施形態では、電力消費ヒータとして専用のヒータを用いているが、これに限定されず、例えば固体酸化物形燃料電池システムにおいて燃料電池セルスタックに関連して設けられる点火ヒータを電力消費ヒータとしても機能させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
２  燃料電池システム
４  燃料電池セルスタック
６  パワーコンディショナ
４８  短絡検知手段
５４  電力消費ヒータ
５６  電力切換手段
６０  制御手段
６２  降下電圧演算手段
６４  変化位相演算手段
６６  短絡判定手段
６８  残電圧比較手段
７０  変化位相比較手段
７２  切換信号生成手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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