(57)【要約】【課題】燃料電池スタック連結制御装置およびその制御方法を提供すること。【解決手段】本発明の燃料電池スタック連結制御装置は、ｎ個からなる複数の燃料電池スタックと、前記複数の燃料電池スタックに連結された電力調整部とを含む燃料電池スタック連結制御装置において、前記燃料電池スタック連結制御装置の動作を開始する第１臨界値、０乃至前記第１臨界値を含む第２臨界値、および前記第２臨界値を少なくとも２つの小範囲に分けるための境界値を記憶するメモリと、前記複数の燃料電池スタックの電圧を感知する複数のスタック電圧感知部と、感知された電圧が前記第１臨界値以上に落ちるか否かを判別し、前記感知された電圧が前記第１臨界値以上に落ちる場合、スイッチング部の動作を制御することにより、前記少なくとも２つの小範囲それぞれに関連した電圧を有する１つ以上の燃料電池スタックを１グループずつグループ化する制御部とを含んでなる。【選択図】図３Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ個からなる複数の燃料電池スタックと、前記複数の燃料電池スタックに連結された電力調整部とを含む燃料電池スタック連結制御装置において、
前記燃料電池スタック連結制御装置の動作を開始する第１臨界値、０乃至前記第１臨界値を含む第２臨界値、および前記第２臨界値を少なくとも２つの小範囲に分けるための境界値を記憶するメモリと、
前記複数の燃料電池スタックの電圧を感知する複数のスタック電圧感知部と、
感知された電圧が前記第１臨界値以上に落ちるか否かを判別し、前記感知された電圧が前記第１臨界値以上に落ちる場合、スイッチング部の動作を制御することにより、前記少なくとも２つの小範囲それぞれに関連した電圧を有する１つ以上の燃料電池スタックを１グループずつグループ化する制御部とを含んでなることを特徴とする、燃料電池スタック連結制御装置。
【請求項２】
前記スイッチング部は、前記グループに属している燃料電池スタックが２つ以上である場合に、前記グループに属している燃料電池スタックを並列に連結させ、前記グループそれぞれを前記電力調整部に位置したＤＣ−ＤＣコンバータにそれぞれ対応するように連結させ、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記電力調整部に少なくとも２つ配置されることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池スタック連結制御装置。
【請求項３】
前記スイッチング部は前記電力調整部の内部に位置することを特徴とする、 請求項１または２に記載の燃料電池スタック連結制御装置。
【請求項４】
前記メモリは前記制御部の内部に位置することを特徴とする、 請求項１または２に記載の燃料電池スタック連結制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記境界値を用いて、前記第２臨界値を少なくとも２つの小範囲に実現することを特徴とする、 請求項１または２に記載の燃料電池スタック連結制御装置。
【請求項６】
前記制御部は前記感知された電圧が前記第１臨界値以上に落ちるか否かを判別し、この際、前記第１臨界値は、前記燃料電池スタックの電圧のうち、最高電圧を有する第１燃料電池スタックと最低電圧を有する第ｎ燃料電池スタックとの電圧差以下であり、
前記制御部が、前記電圧差が前記第１臨界値以上に落ちると判別する場合、前記制御部は、前記燃料電池スタックの最高値電圧を決定し、前記決定された最高値たる被減数値から前記第１燃料電池スタック乃至前記第ｎ燃料電池スタックの電圧値たる減数値をそれぞれ減算して減算値を算出することを特徴とする、 請求項１または２に記載の燃料電池スタック連結制御装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記スイッチング部の動作を制御することにより、前記少なくとも２つの小範囲それぞれに属する減算値を決定する減数値を有する１つ以上の燃料電池スタックを１グループずつグループ化することを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池スタック連結制御装置。
【請求項８】
前記少なくとも２つのＤＣ−ＤＣコンバータの数は前記グループ化のグループ数に依存することを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池スタック連結制御装置。
【請求項９】
前記電力調整部はＰＣＳ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）であることを特徴とする、 請求項１または２に記載の燃料電池スタック連結制御装置。
【請求項１０】
前記制御部は前記電力調整部の内部に位置することを特徴とする、 請求項１または２に記載の燃料電池スタック連結制御装置。
【請求項１１】
ｎ個からなる複数の燃料電池スタックと、前記複数の燃料電池スタックに連結された電力調整部とを含む燃料電池スタック連結制御装置を制御する方法において、
ａ）予め入力された、前記燃料電池スタック連結制御装置の動作を開始する第１臨界値、０乃至前記第１臨界値を含む第２臨界値、および前記第２臨界値を少なくとも２つの小範囲に分けるための境界値を制御部が受信する受信段階と、
ｂ）前記制御部が前記燃料電池スタックの電圧をそれぞれ感知する感知段階と、
ｃ）前記制御部が、前記感知された電圧が前記第１臨界値以上に落ちるか否かを判別し、前記制御部が、前記感知された電圧が前記第１臨界値以上に落ちると判別する場合、スイッチング部の動作を制御することにより、前記少なくとも２つの小範囲それぞれに関連した電圧を有する１つ以上の燃料電池スタックを１グループずつグループ化するグループ化段階とを含んでなることを特徴とする、燃料電池スタック連結制御方法。
【請求項１２】
前記ｃ）段階で、前記グループ化段階は、前記制御部が前記スイッチング部の動作を制御することにより、前記グループに属している燃料電池スタックが２つ以上である場合に、前記グループに属している燃料電池スタックを並列に連結させ、前記グループそれぞれを前記電力調整部に位置したＤＣ−ＤＣコンバータにそれぞれ対応するように連結させる連結段階をさらに含み、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記電力調整部に少なくとも２つ配置されることを特徴とする、請求項１１に記載の燃料電池スタック連結制御方法。
【請求項１３】
前記ｃ）段階で、前記スイッチング部は前記電力調整部の内部に位置することを特徴とする、 請求項１１または１２に記載の燃料電池スタック連結制御方法。
【請求項１４】
前記第１臨界値、前記第２臨界値および前記境界値はメモリに記憶され、前記メモリは前記制御部の内部に位置することを特徴とする、 請求項１１または１２に記載の燃料電池スタック連結制御方法。
【請求項１５】
前記燃料電池スタック連結制御方法は、前記ａ）段階と前記ｂ）段階との間で、前記制御部が前記境界値を用いて前記第２臨界値を少なくとも２つの小範囲に実現する段階をさらに含むことを特徴とする、 請求項１１または１２に記載の燃料電池スタック連結制御方法。
【請求項１６】
前記ｃ）段階で、前記グループ化段階は、
前記制御部が、前記感知された電圧が前記第１臨界値以上に落ちるか否かを判別する判別段階であって、この際、前記第１臨界値は、前記燃料電池スタックの電圧のうち、最高電圧を有する第１燃料電池スタックと最低電圧を有する第ｎ燃料電池スタックとの電圧差以下である、判別段階と；
前記制御部が、前記電圧差が前記第１臨界値以上に落ちると判別する場合、前記制御部は前記燃料電池スタックの最高値電圧を決定し、前記決定された最高値たる被減数値から前記第１燃料電池スタック乃至前記第ｎ燃料電池スタックの電圧値たる減数値をそれぞれ減算して減算値を算出する算出段階とをさらに含むことを特徴とする、 請求項１１または１２に記載の燃料電池スタック連結制御方法。
【請求項１７】
前記グループ化段階は、前記制御部が前記スイッチング部の動作を制御することにより、前記少なくとも２つの小範囲それぞれに属する減算値を決定する減数値を有する１つ以上の燃料電池スタックを１グループずつ形成するグループ形成段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１６に記載の燃料電池スタック連結制御方法。
【請求項１８】
前記少なくとも２つのＤＣ−ＤＣコンバータの数は前記グループ化のグループ数に依存することを特徴とする、請求項１２に記載の燃料電池スタック連結制御方法。
【請求項１９】
前記電力調整部はＰＣＳ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）であることを特徴とする、 請求項１１または１２に記載の燃料電池スタック連結制御方法。
【請求項２０】
前記制御部は前記電力調整部の内部に位置することを特徴とする、 請求項１１または１２に記載の燃料電池スタック連結制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池装置に係り、特に、複数の燃料電池スタックを含む燃料電池スタック連結制御装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
数十ＫＷ〜数ＭＷの中大型発電用固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）装置は、小容量の燃料電池スタックを多数連結して大容量を有する。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連結される。
上述したような燃料電池スタックを使用する際に、最近では、次の問題点が発生した。
燃料電池スタックが直列に連結された場合には只一つの燃料電池スタックでも瑕疵があるとシャットダウン（ｓｈｕｔ ｄｏｗｎ）が起こり、燃料電池スタックが並列に連結された場合には一部のスタックに劣化が発生するとその影響が他の正常スタックに波及されるという点で、一般に、燃料電池スタックを適切に直並列に連結させた燃料電池装置を使用してきた。
ところが、このような場合でも、時間が経つにつれてシャットダウン現象が度々発生するため、問題点として台頭している。
別の問題点としては、電力調整システムの単一ＤＣ−ＤＣコンバータで多数の印加入力電圧を処理する能力が挙げられる。
【０００３】
一般に、燃料電池スタックの電力を調節する電力調整システム（ＰＣＳ：Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）は、単一ＤＣ−ＤＣコンバータを含む。前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、燃料電池スタックから印加される入力電圧（例えば、４０〜８０Ｖ）を処理する。ところが、前記入力電圧の数が多いほど、このような多数の入力電圧を処理することが可能なＤＣ−ＤＣコンバータの費用が増加し、ＤＣ−ＤＣコンバータの効率が減少して、例えば直流電圧の脈動率（リップル率）が減少し、結果として電力調整システムの全体効率も低下する。
【０００４】
図１は並列に連結された燃料電池スタックの電圧が電力調整システムのコンバータに入力されるブロック図である。
いずれも６０Ｖ電圧を有する、複数個からなる燃料電池スタック２１０、２２０、２３０、２４０の電圧それぞれが、外部または内部的な衝撃により、６０Ｖ、５９Ｖ、５６Ｖ、５５Ｖになったとする。この場合、燃料電池スタックが並列に連結されているため、劣化現象は、上述したように、たとえば、多く減少した５６Ｖおよび５５Ｖの電圧を有する燃料電池スタック２３０、２４０により残りの燃料電池スタック２１０、２２０まで急激に進行する。結局は、燃料電池スタックの性能だけでなく、処理すべき入力電圧の数が多くなってＤＣ−ＤＣコンバータ５１０の効率も減少することにより、電力調整システムの効率および燃料電池装置１０の性能も著しく低下する。ここで、電力調整システムの効率はＤＣ−ＤＣコンバータ５１０の効率×ＤＣ−ＡＣインバータ６００の効率で表わすことができる。
【０００５】
したがって、上述したような２つの問題点を根本的に解決することができる次の対応案が必要である。
第一に、燃料電池スタックを直並列に連結することより、優先的に同一または類似した電圧を有する燃料電池スタック同士をグループ化して並列に連結させ、燃料電池スタックの劣化を減らして燃料電池スタックのシャットダウン現象を減らす技術が求められる。第二に、ＤＣ−ＤＣコンバータに入力される多数の直流電圧を少なくとも２つのＤＣ−ＤＣコンバータに分割させて前記入力直流電圧を効果的に処理することにより、電力調整システムの効率を高める技術も切実に求められる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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なされたもので、その目的は、燃料電池装置において同一または類似した電圧を有する燃料電池スタック同士をグループ化して並列に連結させることにより、燃料電池スタックの劣化を減らして燃料電池スタックのシャットダウン現象を減らすとともに、多数の入力電圧を少なくとも２つのＤＣ−ＤＣコンバータに分割させて前記入力電圧を効果的に処理することにより、電力調整システムの効率を高める、燃料電池スタック連結制御装置およびそ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】
【０００７】
上記目的を解決するために、本発明の実施例に係る燃料電池スタック連結制御装置は、ｎ個からなる複数の燃料電池スタックと、前記複数の燃料電池スタックに連結された電力調整部とを含む燃料電池スタック連結制御装置において、前記燃料電池スタック連結制御装置の動作を開始する第１臨界値と、０乃至前記第１臨界値を含む第２臨界値と、前記第２臨界値を少なくとも２つの小範囲に分けるための境界値とを記憶するメモリ；前記複数の燃料電池スタックの電圧を感知する複数のスタック電圧感知部；および感知された電圧が前記第１臨界値以上に落ちるか否かを判別し、前記感知された電圧が前記第１臨界値以上に落ちる場合、スイッチング部の動作を制御することにより、前記少なくとも２つの小範囲それぞれに関連した電圧を有する１つ以上の燃料電池スタックを１グループずつグループ化する制御部；を含んでなる。
【０００８】
前記スイッチング部は、前記グループに属している燃料電池スタックが２つ以上である場合に、前記グループに属している燃料電池スタックを並列に連結させ、前記グループそれぞれを前記電力調整部に位置したＤＣ−ＤＣコンバータにそれぞれ対応するように連結させ、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記電力調整部に少なくとも２つ配置される。
前記スイッチング部は前記電力調整部の内部に位置する。
前記メモリは前記制御部の内部に位置する。
【０００９】
前記制御部は、前記境界値を用いて、前記第２臨界値を少なくとも２つの小範囲に実現する。
前記制御部は前記感知された電圧が前記第１臨界値以上に落ちるか否かを判別し、この際、前記第１臨界値は、前記燃料電池スタックの電圧のうち、最高電圧を有する第１燃料電池スタックと最低電圧を有する第ｎ燃料電池スタックとの電圧差以下であり、そして、前記制御部が、前記電圧差が前記第１臨界値以上に落ちると判別する場合、前記制御部は、前記燃料電池スタックの最高値電圧を決定し、前記決定された最高値たる被減数値から前記第１燃料電池スタック乃至前記第ｎ燃料電池スタックの電圧値たる減数値をそれぞれ減算して減算値を算出する。
前記制御部は、前記スイッチング部の動作を制御することにより、前記少なくとも２つの小範囲それぞれに属する減算値を決定する減数値を有する１つ以上の燃料電池スタックを１グループずつグループ化する。
【００１０】
前記少なくとも２つのＤＣ−ＤＣコンバータの数は前記グループ化のグループ数に依存する。
前記電力調整部はＰＣＳ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）である。
前記制御部は前記電力調整部の内部に位置する。
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の実施例に係る燃料電池スタック連結制御方法は、ｎ個からなる複数の燃料電池スタックと、前記複数の燃料電池スタックに連結された電力調整部とを含む燃料電池スタック連結制御装置を制御する方法において、ａ）予め入力された、前記燃料電池スタック連結制御装置の動作を開始する第１臨界値と、０乃至前記第１臨界値を含む第２臨界値と、前記第２臨界値を少なくとも２つの小範囲に分けるための境界値とを制御部が受信する受信段階と、ｂ）前記制御部が前記燃料電池スタックの電圧をそれぞれ感知する感知段階と、ｃ）前記制御部が、前記感知された電圧が前記第１臨界値以上に落ちるか否かを判別し、前記制御部が、前記感知された電圧が前記第１臨界値以上に落ちると判別する場合、スイッチング部の動作を制御することにより、前記少なくとも２つの小範囲それぞれに関連した電圧を有する１つ以上の燃料電池スタックを１グループずつグループ化するグループ化段階とを含んでなる。
【００１２】
前記ｃ）段階で、前記グループ化段階は、前記制御部が前記スイッチング部の動作を制御することにより、前記グループに属している燃料電池スタックが２つ以上である場合に、前記グループに属している燃料電池スタックを並列に連結させ、前記グループそれぞれを前記電力調整部に位置したＤＣ−ＤＣコンバータにそれぞれ対応するように連結させる連結段階をさらに含む。
前記ＤＣ−ＤＣコンバータは前記電力調整部に少なくとも２つ配置される。
【００１３】
前記ｃ）段階で、前記スイッチング部は前記電力調整部の内部に位置する。
前記第１臨界値、第２臨界値および境界値はメモリに記憶され、前記メモリは前記制御部の内部に位置する。
前記燃料電池スタック連結制御方法は、前記ａ）段階と前記ｂ）段階との間で、前記制御部が前記境界値を用いて前記第２臨界値を少なくとも２つの小範囲に実現する段階をさらに含む。
【００１４】
前記ｃ）段階で、前記グループ化段階は、制御部が、前記感知された電圧が前記第１臨界値以上に落ちるか否かを判別する判別段階であって、この際、前記第１臨界値は、前記燃料電池スタックの電圧のうち、最高電圧を有する第１燃料電池スタックと最低電圧を有する第ｎ燃料電池スタックとの電圧差以下である、判別段階と；制御部が、前記電圧差が前記第１臨界値以上に落ちると判別する場合、前記制御部は前記燃料電池スタックの最高値電圧を決定し、前記決定された最高値たる被減数値から前記第１燃料電池スタック乃至前記第ｎ燃料電池スタックの電圧値たる減数値をそれぞれ減算して減算値を算出する算出段階とをさらに含む。
【００１５】
前記グループ化段階は、前記制御部が前記スイッチング部の動作を制御することにより、前記少なくとも２つの小範囲それぞれに属する減算値を決定する減数値を有する少なくとも一つの燃料電池スタックを１グループずつ形成するグループ形成段階をさらに含む。
前記少なくとも２つのＤＣ−ＤＣコンバータの数は前記グループ化のグループ数に依存する。
前記電力調整部はＰＣＳ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）である。
前記制御部は前記電力調整部の内部に位置する。
【００１６】
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】
【００１７】
本発明によれば、燃料電池装置において同一または類似した電圧を有する燃料電子スタック同士をグループ化して並列に連結させ、燃料電池スタックの劣化を減らして燃料電池スタックのシャットダウン現象を減らすことができる。
さらに、本発明によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータに入力される多数の入力電圧を少なくとも２つのＤＣ−ＤＣコンバータに分割させることにより、前記入力電圧を効果的に処理して電力調整システムの効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】並列に連結された燃料電池スタックの電圧が電力調整システムのコンバータに入力されるブロック図である。
【図２Ａ】本発明の実施例によって、４つの燃料電池スタックの電圧が電力調整システムのコンバータに入力されるブロック図である。
【図２Ｂ】本発明の実施例によって、４つの燃料電池スタックの電圧が電力調整システムのコンバータに入力されるブロック図である。
【図３Ａ】本発明の別の実施例によって、６つの燃料電池スタックの電圧が電力調整システムのコンバータに入力されるブロック図である。
【図３Ｂ】本発明の別の実施例によって、６つの燃料電池スタックの電圧が電力調整システムのコンバータに入力されるブロック図である。
【図４】本発明の実施例によって、制御部が燃料電池スタック連結制御装置を制御する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】
【００１９】
本発明の目的、特定の長所及び新規な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態様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。
【００２０】
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２Ａおよび図２Ｂは本発明の実施例によって、４つの燃料電池スタックの電圧が電力調整システムのコンバータに入力されるブロック図である。
燃料電池スタック連結制御装置の動作に先立ち、まず、図２Ａおよび図２Ｂを参照して各構成および各構成の機能について説明する。
【００２１】
燃料電池スタック連結制御装置の構成およびその機能
図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、燃料電池スタック連結制御装置１００は、複数の、ここでは４つの燃料電池スタック２１０、２２０、２３０、２４０それぞれの状態を感知する複数の、ここでは４つのスタック電圧感知部３１０、３２０、３３０、３４０、および前記燃料電池スタックの入力電圧が印加される電力調整システム８００を含む。
【００２２】
前記電力調整システム８００は、複数の燃料電池スタックを後述の使用者の特定値に応じて少なくとも２つのグループに形成し、前記形成された少なくとも２つのグループを前記グループに対応する少なくとも２つのＤＣ−ＤＣコンバータ５１０、５２０に連結させるスイッチング部４００と、前記スイッチング部４００に連結され、前記グループで決定された燃料電池スタックの入力電圧を予め決定された直流にコンバートする少なくとも２つのＤＣ−ＤＣコンバータ５１０、５２０と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ５１０、５２０に連結され、ＤＣ−ＤＣコンバータから出力されたＤＣをＡＣに変換させるＤＣ−ＡＣインバータ６００と、前記複数のスタック電圧感知部３１０、３２０、３３０、３４０および前記スイッチング部４００それぞれに連結され、前記複数の燃料電池スタックの電圧の感知を制御し、前記スイッチング部内の複数個からなるスイッチ素子の開閉動作を制御する制御部７００とを含んでなる。また、前記スイッチング部は、前記グループに属している燃料電池スタックが２つ以上である場合、前記燃料電池スタックを互いに並列に連結させた後、前記並列に連結された燃料電池スタックを該当ＤＣ−ＤＣコンバータに連結させる。
【００２３】
ここで、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、電力調整システム８００に２つ以上配置されているため、前記燃料電池スタックそれぞれの入力電圧が印加されるときに、前記入力電圧を少なくとも２つのＤＣ−ＤＣコンバータに分割させることにより、少ない費用で前記入力電圧を効率よく処理することができる。
また、前記スイッチング部４００は、２つまたは３つのスイッチング端子を有するスイッチング素子を含むことができるが、これに限定されず、同一の機能を行い、或いはユーザの設計に応じて適切に構成されたスイッチング素子を含むことができるのは勿論である（例えば、ダイオード、ＦＥＴまたはトランジスタなど、またはこれらの組み合わせ）。
【００２４】
前記制御部７００はメモリ（図示せず）を含む。この際、前記メモリは、予め入力される第１臨界値、第２臨界値、および前記第２臨界値を少なくとも２つの小範囲に分けるための境界値を記憶する。前記第１臨界値は、燃料電池スタック連結制御装置が連結動作を開始する値であって、前記燃料電池スタック２１０、２２０、２３０、２４０の電圧のうち、最高電圧を有する第１燃料電池スタック（図２Ａ、図２Ｂの２１０）と最低電圧を有する第４燃料電池スタック（図２Ａ、図２Ｂの２４０）との電圧差によって決定される。前記第２臨界値は、０と前記第１臨界値との間の値であるため、前記第１臨界値が設定されると自動的に設定される。前記境界値は、第２臨界値を必ず２つ以上に分けるために使用される値であって、前記燃料電池スタックのグループ化に必要である。これにより、前記制御部は、メモリから前記第２臨界値を受信すると、境界値を用いて少なくとも２つの範囲に分けることができる。すなわち、前記制御部は、メモリから第１臨界値、第２臨界値および境界値を受信して２つの小範囲を実現することができる。
【００２５】
前記第１臨界値、前記第２臨界値および前記境界値は、使用者が目的とする特定値、たとえば、燃料電池スタックの劣化防止を目的とする測定実験値、測定統計値または測定予想値などを意味するが、これに限定されず、使用者が定義した全ての値を意味する。よって、第１臨界値、第２臨界値および境界値は予め制御部のメモリに記憶される。本発明では、メモリが制御部の内部に位置すると説明したが、これに限定されず、メモリが制御部の外部に設置できるのは勿論である。
【００２６】
前記制御部７００は、前記複数のスタック電圧感知部によって感知された電圧が第１臨界値以上に落ちる場合、少なくとも２つの小範囲それぞれに関連した電圧を有する一つ以上の燃料電池スタックをそれぞれのグループにグループ化するが、少なくとも２つのグループにグループ化して、前記グループに属している燃料電池スタックを並列に連結させる必要がある場合には（燃料電池スタックが２つ以上である場合）、燃料電池スタックを互いに並列に連結させ、かつ、前記グループ別ごとに、並列に連結された燃料電池スタックを電力調整システムに位置したＤＣ−ＤＣコンバータにそれぞれ対応して連結させるように（勿論、前記グループに燃料電池スタックが只１つのみ存在する場合には並列連結をする必要がない）、スイッチング部４００の開閉動作を制御することができる。すなわち、スイッチング部は、前記制御部によって、前記グループに属している燃料電池スタックが２つ以上である場合に、前記グループに属している燃料電池スタックを並列に連結させ、前記グループそれぞれを前記電力調整部に位置したＤＣ−ＤＣコンバータにそれぞれ対応するように連結させる。
【００２７】
本発明において、前記制御部７００および前記スイッチング部４００は前記電力調整システム８００の内部に位置すると説明したが、これに限定されず、前記制御部または前記スイッチング部の少なくとも一つは電力調整システム８００の外部に位置することができるのは勿論である。
具体的に、燃料電池スタック連結制御装置が同一または類似した電圧を有する燃料電池スタック同士をどのようにグループ化して並列に連結するかについて、例を挙げて説明する。
【００２８】
燃料電池スタック連結制御方法
初期に、４つの燃料電池スタック２１０、２２０、２３０、２４０が同一の電圧６０Ｖを有したとする。燃料電池スタック連結制御装置のスイッチ連結が開始する値である第１臨界値を「５Ｖ」と設定し（上述したように、第２臨界値は、０乃至第１臨界値であるので、自動的に０以上５Ｖ以下に設定される）、第２臨界値を少なくとも２つに分けるための境界値を「２Ｖ」に設定して、メモリにこれらの値を入力したとする。
すると、制御部は、第１臨界値、第２臨界値および境界値をメモリから受信して２つの小範囲を実現する。ここで、２Ｖの境界値により、２つの小範囲それぞれは０以上２以下、そして２超過５以下となる（０≦第２臨界値≦２、２＜第２臨界値≦５）。
【００２９】
図２Ａに示すように、外部または内部的な環境変化により、４つの燃料電池スタック２１０、２２０、２３０，２４０の電圧がそれぞれ６０Ｖ、５９Ｖ、５６Ｖ、５５Ｖである場合、まず、制御部７００は、前記燃料電池スタックに取り付けられた複数のスタック電圧感知部３１０、３２０、３３０、３４０によって感知された電圧差、すなわち最高電圧を有する第１燃料電池スタック２１０と最低電圧を有する第４燃料電池スタック２４０との電圧差が５Ｖ以上に落ちたと判別すると、前記電圧差が第１臨界値５Ｖを満足するためスイッチング部の動作を制御し始める。すなわち、第１臨界値は前記電圧差以下を意味することもできる。
その後、制御部７００は次のマッピングテーブル［表１］を実現してメモリに記憶させる。
【００３０】
【表１】
2015128041.tif 000003
【００３１】
表１において、Δ（デルタ）は、現在感知された燃料電池スタックのうち、最高電圧を有する燃料電池スタックの電圧値から該当燃料電池スタック（ここでは、第１燃料電池スタック乃至第４燃料電池スタック）の電圧値をそれぞれ減算して算出された値として定義される。すなわち、前記最高電圧値は「被減数値」、該当燃料電池スタックの電圧値は「減数値」となり、Δが「減算値」となる。
例えば、４つの燃料電池スタックのうち、最高電圧を有する燃料電池スタック２１０の電圧値は６０Ｖ、第１燃料電池スタックの電圧値も６０Ｖとなるので、Δは０Ｖになる。これは前記第２臨界値の範囲のうち０を下限値として指定した理由である。
【００３２】
その後、制御部７００は、０≦第２臨界値≦２、２＜第２臨界値≦５からそれぞれ構成された小範囲に属する減算値（Δ）のうち減数値を有する燃料電池スタック同士をグループ化し、ここでは２１０、２２０の燃料電池スタックを第１グループにグループ化し、２＜ΔＶ≦５に属する燃料電池スタック、ここでは２３０、２４０の燃料電池スタックを第２グループにグループ化する。
特に、前記グループの数は小範囲の数に依存していないことを注目すべきである。
【００３３】
例えば、上述したような実施例において、第２臨界値を分けた２つの小範囲をそれぞれ０≦第２臨界値≦２、２＜第２臨界値≦５にして、小範囲の数とグループの数とが一致するが、小範囲を０≦第２臨界値≦２、２＜第２臨界値≦３、３＜第２臨界値≦５の３つにした場合でも、グループの数が２つ存在することを認識しなければならない。その理由は２＜第２臨界値≦３の小範囲に属するΔＶがないためである。むしろ、前記グループの数は、小範囲の数に依存するものではなく（結果的に、グループの数は第２臨界値から構成された小範囲の数以下である）、後述する２つ以上のＤＣ−ＤＣコンバータの数に依存するため、前記グループの数も少なくとも２つでなければならない。よって、２つ以上のグループの数は２つ以上のコンバータの数によって決定される。
【００３４】
その後、制御部７００は、スイッチング部４００の開閉動作を制御することにより、少なくとも２つの第１グループおよび第２グループそれぞれに属している燃料電池スタックを並列に連結させ（２１０と２２０の燃料電池スタックの並列連結、２３０と２４０の燃料電池スタックの並列連結）、グループごとに、並列に連結された燃料電池スタックを電力調整部８００に位置したＤＣ−ＤＣコンバータ５１０、５２０にそれぞれ対応するように連結させる。すなわち、制御部７００は、並列に連結された２１０と２２０の燃料電池スタックを少なくとも２つのＤＣ−ＤＣコンバータのうち第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１０に連結させ、並列に連結された２３０と２４０の燃料電池スタックを少なくとも２つのＤＣ−ＤＣコンバータのうち第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２０に連結させる。
結果的に、制御部７００は、相対的に正常な燃料電池スタック２１０、２２０同士を並列に繋いで第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１０に連結し、相対的に劣化した燃料電池スタック２３０、２４０同士を並列に繋いで第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２０に連結する結果を得ることができる。
【００３５】
上述したように、燃料電池スタック連結制御装置１００は、同一または類似した電圧を有する燃料電池スタック同士をグループ化して並列に連結させ、燃料電池スタックの劣化を減らして燃料電池スタックのシャットダウン現象を減らすことができると同時に、ＤＣ−ＤＣコンバータに入力される４つの燃料電池スタックの電圧を少なくとも２つのＤＣ−ＤＣコンバータに分割させることにより、前記入力される電圧を効果的に処理して電力調整システム８００の効率を高めることができる。
【００３６】
図２Ｂは、図２Ａと類似するが、２つの燃料電池スタック２２０、２３０が現在示した電圧値を除いては類似したブロック図である。
すなわち、図２Ａは４つの燃料電池スタックの電圧値を降順に示しているが、図２Ｂは４つの燃料電池スタックの電圧値を任意の順に示している。
図２Ｂを示した理由は、複数の燃料電池スタックが外部または内部の変化によってどの順で電圧値を有しても、本発明は、このような順序を問わずに、複数の燃料電池スタックが上記のマッピングテーブルによってグループ化および並列連結されることが決定されることを強調するためである。
よって、図２Ｂは図２Ａと同様の結果、すなわち相対的に正常な燃料電池スタック２１０、２３０同士を並列に繋いで第１ＤＣ−ＤＣコンバータに連結し、相対的に劣化した燃料電池スタック２２０、２４０同士を並列に繋いで第２ＤＣ−ＤＣコンバータに連結する結果を得ることができる。
【００３７】
図３Ａおよび図３Ｂは本発明の別の実施例によって、６つの燃料電池スタックの電圧が電力調整システムのコンバータに入力されるブロック図である。
図３Ａおよび図３Ｂの燃料電池スタック連結制御装置１００の構成および動作は図２Ａおよび図２Ｂに示した構成および動作と同様なので、これについての詳細な説明は省略する。すなわち、図３Ａおよび図３Ｂはグループ化が３つ形成されることを示すためのものである。
【００３８】
第１臨界値を例えば「１２Ｖ」と仮定し、第２臨界値を３つの小範囲に分けるための境界値を「２Ｖ」および「５Ｖ」と仮定する。この際、前記第２臨界値は上述したように自動的に「０〜１２Ｖ」となる。
すると、前記燃料電池スタック連結制御装置は、「１２Ｖ」以上に落ちると動作し始める。前記制御部は前記境界値によって０≦第２臨界値≦２、２＜第２臨界値≦５、５＜第２臨界値≦１２それぞれの３つの小範囲を実現する。
【００３９】
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、燃料電池スタックの最高電圧値６０Ｖと最低電圧値４８Ｖとの電圧差が「１２Ｖ」となった場合、制御部７００は、複数のスタック電圧感知部３１０乃至３６０でこれを感知し、３つの小範囲、すなわち０≦第２臨界値≦２、２＜第２臨界値≦５、５＜第２臨界値≦１２それぞれに関連した電圧を有する一つ以上の燃料電池スタックを、１グループずつ形成し（３つのグループが形成される−図３ｂにおいて第１グループ１０００、第２グループ１１００および第３グループ１２００）、この際、前記各グループに属している燃料電池スタックが２つ以上である場合（第１グループ１０００および第３グループ１２００）、スイッチング部４００の制御動作によって、前記グループに属している燃料電池スタックを並列に連結させ、しかる後に、前記３つのグループそれぞれ（第１グループ１０００、第２グループ１１００および第３グループ１２００）を第１ＤＣ−ＤＣコンバータ５１０および第３ＤＣ−ＤＣコンバータ５３０、そして第２ＤＣ−ＤＣコンバータ５２０それぞれに対応するように連結させる。
この際、前記制御部７００が実現したマッピングテーブル［表２］は、次のとおりである。
【００４０】
【表２】
2015128041.tif 000004
【００４１】
前述した実施例は前記第１臨界値、前記小範囲からなる第２臨界値、小範囲の数などを例示として挙げて説明したが、これは説明のための例示に過ぎず、使用者の目的に合うように設定できることは前述したとおりである。
【００４２】
上述した実施例は４つまたは６つの燃料電池スタック、および燃料電池スタックそれぞれに取り付けられたスタック電圧感知部で説明したが、これは実施例の説明のためのもので、これに限定されず、ｎ個の燃料電池スタックおよびスタック電圧感知部で燃料電池スタック連結制御装置が実現されるのは勿論である。
【００４３】
制御部の連結制御方法
図４は本発明の実施例によって、制御部が燃料電池スタック連結制御装置を制御する方法を示すフローチャートである。
図４を参照すると、初期段階で、制御部は、予め入力された第１臨界値と、０を含み且つ前記第１臨界値に応じて自動的に記憶された第２臨界値と、前記第２臨界値を少なくとも２つの小範囲に分けるための境界値とをメモリから受信する。
その後、Ｓ４１０段階で、制御部は、境界値を用いて第２臨界値を少なくとも２つの小範囲を実現する。
その次、Ｓ４２０段階で、制御部は、複数のスタック電圧感知部を制御することにより、燃料電池スタックの電圧を連続的に感知する。
【００４４】
その後、Ｓ４３０段階で、制御部は、前記感知された電圧が前記第１臨界値以上に落ちるか否かを判別する。この際、上述したように、第１臨界値は、前記燃料電池スタックの電圧のうち、最高電圧を有する第１燃料電池スタックと最低電圧を有する第ｎ燃料電池スタックとの電圧差以下を意味することもできる。
前記制御部が、前記電圧差が前記第１臨界値以上に落ちると判別する場合、Ｓ４４０段階で、前記制御部は、前記燃料電池スタックの最高値電圧を決定し、前記決定された最高値たる被減数値から前記第１燃料電池スタック乃至前記第ｎ燃料電池スタックの電圧値たる減数値をそれぞれ減算して減算値を算出する。
もし前記制御部がＳ４３０段階で、前記感知された電圧が前記第１臨界値以上に落ちていないと判別する場合、前記方法はＳ４２０段階に進む。
【００４５】
その後、Ｓ４５０段階で、前記制御部は、前記スイッチング部の動作を制御することにより、前記少なくとも２つの小範囲それぞれに属する減算値を決定する減数値を有する一つ以上の燃料電池スタックを１グループずつ形成し、前記方法は終了する。
【００４６】
本明細書で論議された方法は、適用例に応じて多様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の形態で具現できる。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具現できる。
【００４７】
以上、本発明を具体的な実施例に基づい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り、本発明はこれに限定されず、当該分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。
本発明の単純な変形乃至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の特許請求の範囲により明確になるであろう。
【符号の説明】
【００４８】
１００    燃料電池スタック連結制御装置
２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０    燃料電池スタック
３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０    スタック電圧感知部
４００    スイッチング部
５１０、５２０、５３０    ＤＣ−ＤＣコンバータ
６００    ＤＣ−ＡＣインバータ
７００    制御部
８００    電力調整システム
１０００    第１グループ
１１００    第２グループ
１２００    第３グループ
【図１】
2015128041.tif 000005
【図２Ａ】
2015128041.tif 000006
【図２Ｂ】
2015128041.tif 000007
【図３Ａ】
2015128041.tif 000008
【図３Ｂ】
2015128041.tif 000009
【図４】
2015128041.tif 000010