(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素含有燃料を用いて発電を行う燃料電池部と、
前記燃料電池部の出力を制御する制御部と、を備える燃料電池システムであって、
系統電源と連系して電力を供給する系統連系運転と、前記系統電源から解列されて電力を供給する自立運転と、で切り替え可能に構成され、
前記制御部は、
所定の判定パラメータの閾値に基づいて、前記燃料電池システムの過負荷状態を判定する過負荷状態判定部と、
前記過負荷状態判定部において過負荷状態であると判定された場合に、前記燃料電池システムから負荷への電力供給を遮断する電力供給遮断制御部と、
前記自立運転時において前記燃料電池システムから前記負荷へ電力供給を行う自立出力の開始に合わせて、前記閾値を一時的に変更し、前記過負荷状態判定部での過負荷状態の判定条件を緩和させる閾値変更部と、を備える
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記閾値変更部は、前記自立出力の開始時に前記過負荷状態判定部にて過負荷状態が判定されると、該過負荷状態が判定されたときの前記閾値に対して前記閾値の変更を実行し前記判定条件を緩和する
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】
前記閾値変更部は、前記自立出力の開始時に前記過負荷状態判定部にて過負荷状態が判定され、前記電力供給遮断制御部によって前記負荷への電力供給が遮断された場合、該電力供給遮断後における前記自立出力の開始に合わせて、該過負荷状態が判定されたときの前記閾値に対して前記閾値の変更を実行し前記判定条件を緩和する
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記閾値変更部は、前記過負荷状態判定部にて判定される過負荷状態に応じて前記閾値の変更度合いを変更する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記閾値変更部は、前記過負荷状態判定部が変更された前記閾値に基づき前記過負荷状態を判定せず、前記電力供給遮断制御部によって電力供給が遮断されることなく前記自立運転が開始された場合に、前記閾値の変更を解除する
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記自立出力の開始に合わせて、前記負荷へ供給可能な電力を一時的に増大させる供給可能電力変更部を備える
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記供給可能電力変更部は、前記閾値変更部による前記閾値の変更度合いに応じて供給可能電力増大の度合いを変更する
ことを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記閾値変更部は、前記供給可能電力変更部による供給可能電力増大の度合いに応じて閾値変更の度合いを変更する
ことを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御部は、前記自立出力の開始に合わせて、前記燃料電池部への燃料供給量を一時的に増大させる燃料供給量変更部を備える
ことを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料供給量変更部は、前記閾値変更部による前記閾値の変更度合いに応じて燃料供給量の増大の度合いを変更する
ことを特徴とする請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記閾値変更部は、前記燃料供給量変更部による燃料供給量の増大の度合いに応じて閾値変更の度合いを変更する
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
水素含有燃料を用いて発電を行う燃料電池部を備え、
系統電源と連系して電力を供給する系統連系運転と、前記系統電源から解列されて電力を供給する自立運転と、で切り替え可能に構成される燃料電池システムの制御方法であって、
所定の判定パラメータの閾値に基づいて、前記燃料電池システムの過負荷状態を判定する過負荷状態判定ステップと、
前記過負荷状態判定ステップにおいて過負荷状態であると判定された場合に、前記燃料電池システムから負荷への電力供給を遮断する電力供給遮断制御ステップと、
前記自立運転時において前記燃料電池システムから前記負荷へ電力供給を行う前記自立出力の開始に合わせて、前記閾値を一時的に変更し、前記過負荷状態判定ステップでの過負荷状態の判定条件を緩和させる閾値変更ステップと、を備える
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項１３】
前記自立出力の開始に合わせて、前記燃料電池部への燃料供給量を一時的に増大させる燃料供給量変更ステップを備える
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方法。
【請求項１４】
水素含有燃料を用いて発電を行う燃料電池部と、
前記燃料電池部の出力を制御する制御部と、を備える燃料電池システムであって、
系統電源と連系して電力を供給する系統連系運転と、前記系統電源から解列されて電力を供給する自立運転と、で切り替え可能に構成され、
前記制御部は、
少なくとも前記燃料電池部の出力電流の閾値に基づいて、前記燃料電池システムの過負荷状態を判定する過負荷状態判定部と、
前記過負荷状態判定部において過負荷状態であると判定された場合に、前記燃料電池システムから負荷への電力供給を遮断する電力供給遮断制御部と、
前記自立運転時における前記燃料電池システムから前記負荷へ電力供給を行う前記自立出力の開始に合わせて、前記燃料電池部への燃料供給量を一時的に増大させる燃料供給量変更部と、を備える
ことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃料電池システムが記載されている。この燃料電池システムは、水素含有燃料を用いて発電を行う燃料電池部と、燃料電池部からの電力を用いるヒータと、系統電源と連系する系統連系運転のほか、系統電源から燃料電池システムが解列された自立運転を行うことが可能な運転制御手段と、を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１４３３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような燃料電池システムでは、系統電源から解列された自立運転において、燃料電池部及び負荷を保護するために、燃料電池部が出力する電流に対して電流閾値が設定されている。電流が電流閾値を超えた場合には、過負荷状態と判定されて、燃料電池システムは、負荷への電力の供給を遮断する。
【０００５】
このように、電流などの判定パラメータに対して設定される閾値は、過電流等による劣化から燃料電池部を保護することを目的として設定される。一方、燃料電池システムから負荷への電力供給を開始する時に一時的に大きな電流が流れることによって、過負荷状態と判定された場合、燃料電池システムから負荷への電力供給が遮断される。しかしながら、一時的に閾値を超えた場合であっても、その後に閾値を超えない場合には、燃料電池部の劣化が生じにくいため、燃料電池システムからの電力供給を遮断する必要はない。すなわち、上述したような燃料電池システムには、遮断する必要が無い場合であっても、燃料電池システムから負荷への電力供給が不要に遮断されるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、自立運転において燃料電池システムから負荷へ電力供給を行うときに、電力供給が不要に遮断されることを抑制できる燃料電池システム及び燃料電池システム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】
【０００７】
本発明に係る燃料電池システムは、水素含有燃料を用いて発電を行う燃料電池部と、燃料電池部の出力を制御する制御部と、を備える燃料電池システムであって、系統電源と連系して電力を供給する系統連系運転と、系統電源から解列されて電力を供給する自立運転と、で切り替え可能に構成され、制御部は、所定の判定パラメータの閾値に基づいて、燃料電池システムの過負荷状態を判定する過負荷状態判定部と、過負荷状態判定部において過負荷状態であると判定された場合に、燃料電池システムから負荷への電力供給を遮断する電力供給遮断制御部と、自立運転時において燃料電池システムから負荷へ電力供給を行う自立出力の開始に合わせて、閾値を一時的に変更し、過負荷状態判定部での過負荷状態の判定条件を緩和させる閾値変更部と、を備える。
【０００８】
本発明に係る燃料電池システムにおいて、閾値変更部は、自立出力の開始時に過負荷状態判定部にて過負荷状態が判定されると、該過負荷状態が判定されたときの閾値に対して閾値の変更を実行し判定条件を緩和する。
【０００９】
本発明に係る燃料電池システムにおいて、閾値変更部は、自立出力の開始時に過負荷状態判定部にて過負荷状態が判定され、電力供給遮断制御部によって負荷への電力供給が遮断された場合、該電力供給遮断後における自立出力の開始に合わせて、該過負荷状態が判定されたときの閾値に対して閾値の変更を実行し判定条件を緩和する。
【００１０】
本発明に係る燃料電池システムにおいて、閾値変更部は、過負荷状態判定部にて判定される過負荷状態に応じて閾値の変更度合いを変更する。
【００１１】
本発明に係る燃料電池システムにおいて、閾値変更部は、過負荷状態判定部が変更された閾値に基づき過負荷状態を判定せず、電力供給遮断制御部によって電力供給が遮断されることなく自立運転が開始された場合に、閾値の変更を解除する。
【００１２】
本発明に係る燃料電池システムにおいて、制御部は、自立出力の開始に合わせて、負荷へ供給可能な電力を一時的に増大させる供給可能電力変更部を備える。
【００１３】
本発明に係る燃料電池システムにおいて、供給可能電力変更部は、閾値変更部による閾値の変更度合いに応じて供給可能電力増大の度合いを変更する。
【００１４】
本発明に係る燃料電池システムにおいて、閾値変更部は、供給可能電力変更部による供給可能電力増大の度合いに応じて閾値変更の度合いを変更する。
【００１５】
本発明に係る燃料電池システムにおいて、制御部は、自立出力の開始に合わせて、燃料電池部への燃料供給量を一時的に増大させる燃料供給量変更部を備える。
【００１６】
本発明に係る燃料電池システムにおいて、燃料供給量変更部は、閾値変更部による閾値の変更度合いに応じて燃料供給量の増大の度合いを変更する。
【００１７】
本発明に係る燃料電池システムにおいて、閾値変更部は、燃料供給量変更部による燃料供給量の増大の度合いに応じて閾値変更の度合いを変更する。
【００１８】
本発明に係る燃料電池システムの制御方法は、水素含有燃料を用いて発電を行う燃料電池部を備え、系統電源と連系して電力を供給する系統連系運転と、系統電源から解列されて電力を供給する自立運転と、で切り替え可能に構成される燃料電池システムの制御方法であって、所定の判定パラメータの閾値に基づいて、燃料電池システムの過負荷状態を判定する過負荷状態判定ステップと、過負荷状態判定ステップにおいて過負荷状態であると判定された場合に、燃料電池システムから負荷への電力供給を遮断する電力供給遮断制御ステップと、自立運転時において燃料電池システムから負荷へ電力供給を行う自立出力の開始に合わせて、閾値を一時的に変更し、過負荷状態判定ステップでの過負荷状態の判定条件を緩和させる閾値変更ステップと、を備える。
【００１９】
本発明に係る燃料電池システムの制御方法は、自立出力の開始に合わせて、燃料電池部への燃料供給量を一時的に増大させる燃料供給量変更ステップを備える。
【００２０】
本発明に係る燃料電池システムは、水素含有燃料を用いて発電を行う燃料電池部と、燃料電池部の出力を制御する制御部と、を備える燃料電池システムであって、系統電源と連系して電力を供給する系統連系運転と、系統電源から解列されて電力を供給する自立運転と、で切り替え可能に構成され、制御部は、少なくとも燃料電池部の出力電流の閾値に基づいて、燃料電池システムの過負荷状態を判定する過負荷状態判定部と、過負荷状態判定部において過負荷状態であると判定された場合に、燃料電池システムから負荷への電力供給を遮断する電力供給遮断制御部と、自立運転時における燃料電池システムから負荷へ電力供給を行う自立出力の開始に合わせて、燃料電池部への燃料供給量を一時的に増大させる燃料供給量変更部と、を備える。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、自立運転において燃料電池システムから負荷へ電力供給を行うときに、電力供給が不要に遮断されることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムのブロック構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの制御方法における制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図３】時間の経過に伴う各値の変化を示すグラフである。
【図４】本発明の変形例に係る燃料電池システムの制御方法における制御処理の一例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】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２４】
図１は、本実施形態に係る燃料電池システムのブロック構成図である。燃料電池システム１００は、系統電源５０と連系して家庭内負荷５１へ電力供給を行う系統連系運転と、系統電源５０から解列された状態で自立負荷５３（又は家庭内負荷５１）へ電力供給を行う自立運転を行うシステムである。図１に示すように、燃料電池システム１００は、燃料電池部１と、燃料供給部２と、酸化剤供給部３と、余剰電力消費部４と、自立出力部６と、外部電源７と、パワーコンディショナー（ＰＣＳ）９と、制御部１０と、を備えている。
【００２５】
燃料電池部１は、水素含有燃料及び酸化剤を用いて発電を行う機能を有する。燃料電池部１の種類は特に限定されず、例えば、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid  Oxide  Fuel  Cell）、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer  Electrolyte  Fuel  Cell）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ：Phosphoric  Acid  Fuel  Cell）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ：Molten  Carbonate  Fuel）、及びその他の種類を採用することができる。燃料電池部１は、水素含有燃料が供給されるアノードと、酸化剤が供給されるカソードと、アノードとカソードとの間に配置される電解質と、を備えている。燃料電池システム１００は、パワーコンディショナー９によって、燃料電池部１での発電によって得られる電力を外部へ供給する。燃料電池システム１００は、パワーコンディショナー９を介して、系統連系ラインＬ１によって家庭内負荷５１に接続される。系統電源５０は、パワーコンディショナー９の外部において、系統ラインＬ２によって系統連系ラインＬ１に接続される。系統ラインＬ２には、系統電源５０から供給される電力を検出する電力検出部５２が設けられている。
【００２６】
本実施形態では、燃料電池システム１００は、後述する系統連系切替部１９での切替に応じて、系統電源５０と連系して家庭内負荷５１へ電力を供給する系統連系運転と、系統電源５０から解列されて電力を供給する自立運転と、で切り替え可能に構成されている。系統連系運転時には、燃料電池システム１００は、系統電源５０と連系して家庭内負荷５１へ電力を供給することができる。自立運転時には、燃料電池システム１００は、系統電源５０から解列された状態で、自立負荷５３へ電力を供給することができる。なお、燃料電池システム１００は、系統電源５０から解列された状態で家庭内負荷５１へ電力を供給する構成が用いられている場合には、自立運転時に家庭内負荷５１へ電力を供給するようにしてもよい。系統連系運転と自立運転の切り替えは、制御部１０に接続された切替スイッチ２１を切り換えることによって実行される。当該切替スイッチ２１の切り替えは、例えば系統電源５０の停電時などに、ユーザによる手動の操作で実行されてもよく、停電（系統電源５０からの電力供給の停止）の発生を検出して自動的に実行されてもよい。なお、切替スイッチ２１を備えなくとも、停電の発生等により自動的に系統連系切替部１９及び自立出力切替部２０とを切り替えることで、系統連系運転と自立運転の切り替えを自動制御で実行するようにしてもよい。
【００２７】
燃料供給部２は、燃料電池部１へ水素含有燃料を供給する。燃料供給部２は、例えばポンプ等によって構成される。燃料供給部２は、制御部１０と電気的に接続され、制御部１０からの信号に基づいて、燃料電池部１へ水素含有燃料を供給する。水素含有燃料として、例えば、炭化水素系燃料が用いられる。炭化水素系燃料として、分子中に炭素と水素とを含む化合物（酸素等、他の元素を含んでいてもよい）若しくはそれらの混合物が用いられる。炭化水素系燃料として、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられ、これらの炭化水素系燃料は従来の石油・石炭等の化石燃料由来のもの、合成ガス等の合成系燃料由来のもの、バイオマス由来のものを適宜用いることができる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、都市ガス、タウンガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。
【００２８】
酸化剤供給部３は、燃料電池部１へ酸化剤を供給する。酸化剤供給部３は、例えばポンプ等によって構成される。酸化剤供給部３は、制御部１０と電気的に接続され、制御部１０からの信号に基づいて、燃料電池部１へ酸化剤を供給する。酸化剤として、例えば、空気、純酸素ガス（通常の除去手法で除去が困難な不純物を含んでもよい）、酸素富化空気が用いられる。
【００２９】
余剰電力消費部４は、自立運転時において燃料電池部１の出力を一定とするために、燃料電池部１での発電に応じて出力される電力（燃料電池部１の出力ともいう）のうち、余剰分を消費する。余剰電力消費部４は、例えばヒータなどによって構成される。余剰電力消費部４としてヒータを用いた場合、余剰電力消費部４で発生した熱を貯湯槽（不図示）の湯を暖めるのに使用してよいが、熱利用方法についてはこれに限定されない。余剰電力消費部４は、パワーコンディショナー９の内部において、余剰電力ラインＬ３によって接続点Ｐ１にて燃料電池システム１００の電力出力ラインＬ０に接続される。
【００３０】
自立出力部６は、自立運転時において燃料電池部１から供給される電力を接続される自立負荷５３へ供給する。自立出力部６は、例えば、コンセント等によって構成される。なお、自立負荷５３は、自立出力部６に接続されて自立運転時に使用される電気機器等によって構成される。自立出力部６は、パワーコンディショナー９の内部において、自立出力ラインＬ４を介して接続点Ｐ２にて電力出力ラインＬ０に接続される。本実施形態では、自立出力ラインＬ４は、電力出力ラインＬ０のうち、余剰電力ラインＬ３との接続点Ｐ１よりも燃料電池部１から供給される電力に対する下流側に接続されている。
【００３１】
外部電源７は、系統連系運転時に燃料電池部１から供給される電力を蓄電し、自立運転時に補助的に電力を供給する。外部電源７は、例えば、燃料電池部１が発電停止しているときに系統電源５０が停電したときなどに、燃料電池部１、燃料供給部２、及び酸化剤供給部３へ電力を供給することで当該燃料電池システム１００を起動させることができる。外部電源７は、例えば、蓄電池によって構成される。外部電源７は、パワーコンディショナー９の内部において、外部電源ラインＬ５によって接続点Ｐ３にて電力出力ラインＬ０に接続される。本実施形態では、外部電源ラインＬ５は、電力出力ラインＬ０のうち、余剰電力ラインＬ３との接続点Ｐ１よりも燃料電池部１から供給される電力に対する上流側に接続されている。なお、外部電源７は、蓄電池に限定されることなく、系統電源５０が停電したときに燃料電池部１などに電力を供給可能な構成のものであればよく、太陽電池などであってもよい。
【００３２】
パワーコンディショナー９は、余剰電力消費部４、外部電源７、家庭内負荷５１、自立負荷５３などの外部での電力使用状態に合わせて、燃料電池部１から供給される電力を調整する。パワーコンディショナー９は、制御部１０と電気的に接続されており、制御部１０からの信号に基づいて、例えば、電圧を変換する処理や、直流電力を交流電力へ変換する処理を行う。パワーコンディショナー９は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１と、ＤＣ／ＡＣインバータ１２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と、電流検出部１４と、バス電圧検出部１６と、電力検出部１７と、電力調整部１８と、系統連系切替部１９と、自立出力切替部２０と、を備える。電力出力ラインＬ０は、燃料電池部１と系統連系切替部１９とを接続し、燃料電池部１での発電に伴う電力の系統連系切替部１９への供給路を構成し、これらＤＣ／ＤＣコンバータ１１と、ＤＣ／ＡＣインバータ１２と、電流検出部１４と、バス電圧検出部１６と、電力検出部１７とが介在されている。そして、燃料電池部１から出力される電力は、系統連系運転時には系統連系切替部１９により接続される電力出力ラインＬ０と系統連系ラインＬ１とを介して家庭内負荷５１へ供給され、自立運転時には自立出力切替部２０により接続される電力出力ラインＬ０と自立出力ラインＬ４とを介して自立負荷５３へ供給される。
【００３３】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、燃料電池部１からの直流電力を昇圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、電力出力ラインＬ０のうち、燃料電池部１と接続点Ｐ３との間に設けられる。ＤＣ／ＡＣインバータ１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１で昇圧された直流電力を交流電力に変換する機能を有している。ＤＣ／ＡＣインバータ１２は、電力出力ラインＬ０のうち、接続点Ｐ３と接続点Ｐ１との間に設けられる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、外部電源７からの直流電力を昇圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、外部電源ラインＬ５に設けられる。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３で昇圧された直流電力はＤＣ／ＡＣインバータ１２へ入力される。
【００３４】
電流検出部１４は、燃料電池部１の出力電流を検出する。電流検出部１４は、検出した出力電流を制御部１０へ送信する。電流検出部１４は、電力出力ラインＬ０のうち、燃料電池部１とＤＣ／ＤＣコンバータ１１との間に設けられている。従って、電流検出部１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１で昇圧される前の状態の出力電流を検出することができる。バス電圧検出部１６は、バス電圧を検出する機能を有している。バス電圧検出部１６は、検出したバス電圧を制御部１０へ送信する。バス電圧検出部１６は、電力出力ラインＬ０のうち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１とＤＣ／ＡＣインバータ１２との間に設けられている。従って、バス電圧検出部１６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１で昇圧された後のバス電圧を検出することができる。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、バス電圧検出部１６で検出されるバス電圧が一定となるように昇圧を行う。電力検出部１７は、燃料電池部１から出力される電力を検出する機能を有している。電力検出部１７は、検出した電力を制御部１０へ送信する。電力検出部１７は、電力出力ラインＬ０のうち、ＤＣ／ＡＣインバータ１２と接続点Ｐ２との間に設けられている。従って、電力検出部１７は、燃料電池部１から外部の負荷へ供給される電力の電力値を検出することができる。なお、外部電源７が電力供給を行う場合は、当該電力も加算される。
【００３５】
電力調整部１８は、余剰電力消費部４へ供給する電力を調整する。電力調整部１８は、燃料電池部１の出力が一定となるように、余剰電力消費部４へ供給する電力を調整する。例えば、電力調整部１８は、自立運転時において、自立負荷５３で消費されなかった電力が余剰電力消費部４で消費されるように調整を行う。また、自立運転時において、燃料電池システム１００から自立負荷５３への電力供給が遮断されているときは、電力調整部１８は、燃料電池部１からの電力を全て余剰電力消費部４へ供給する（ただし、一部の電力は燃料供給部２や酸化剤供給部３、あるいは図示されない補機等に供給されてもよい）。電力調整部１８による電力制御方法は特に限定されず、例えば、ＳＳＲの位相制御を用いてもよく、サイクル制御を用いてもよく、ＰＷＭ制御等を用いてもよい。電力調整部１８は、余剰電力ラインＬ３に設けられている。
【００３６】
系統連系切替部１９は、切替スイッチ２１のスイッチ切替動作や自動制御での切替指令に応じて切り替えられ、燃料電池システム１００及び系統電源５０の連系と解列を切り替える。系統連系切替部１９は、例えばリレー等によって構成される。系統連系切替部１９は、一端側が電力出力ラインＬ０に接続され他端側が系統連系ラインＬ１に接続されている。系統連系切替部１９がリレーによって構成されている場合、当該リレーがＯＮとなっているときに電力出力ラインＬ０と系統連系ラインＬ１とが接続状態、即ち燃料電池システム１００と系統電源５０とが連系状態とされて系統連系運転に設定され、リレーがＯＦＦとなっているときに電力出力ラインＬ０と系統連系ラインＬ１とが非接続状態、即ち燃料電池システム１００と系統電源５０とが解列状態とされて自立運転に設定される。
【００３７】
自立出力切替部２０は、運転切替部３１による自立運転への切り替えに伴い、系統連系切替部１９により燃料電池システム１００と系統電源５０とが解列された状態での自立運転時において、燃料電池システム１００から自立負荷５３への電力供給と、該電力供給の遮断とを切り替える。自立出力切替部２０は、例えばリレー等によって構成される。自立出力切替部２０は、自立出力ラインＬ４に設けられている。自立出力切替部２０がリレーによって構成されている場合、当該リレーがＯＮとなっているときに燃料電池システム１００（及び外部電源７）から自立出力部６に接続されている自立負荷５３への電力供給が実行され、リレーがＯＦＦとなっているときに燃料電池システム１００から自立出力部６に接続されている自立負荷５３への電力供給が遮断される。
【００３８】
制御部１０は、燃料電池システム１００全体の制御処理を行う。制御部１０は、例えばＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、及び入出力インターフェイス等を含んで構成されたデバイスによって構成される。制御部１０は、運転切替部３１と、過負荷状態判定部３２と、電力供給遮断制御部３３と、閾値変更部３４と、燃料供給量変更部（供給可能電力変更部）３５と、を備える。
【００３９】
運転切替部３１は、系統電源５０と燃料電池システム１００とが連系して電力を家庭内負荷５１へ供給する系統連系運転と、燃料電池システム１００が系統電源５０から解列されて電力を自立出力部６に接続される自立負荷５３へ供給する自立運転と、を切り替える。運転切替部３１は、ユーザー操作による手動切替や停電検知に基づく自動切替に応じた切替スイッチ２１の切替状態や自動切替制御による切替指示によって系統連系切替部１９へ信号を送信することによって、系統連系運転と自立運転を切り替える。
【００４０】
過負荷状態判定部３２は、所定の判定パラメータの閾値に基づいて、燃料電池システム１００の過負荷状態を判定する。ここで、過負荷状態とは、自立運転時に自立負荷５３から要求される電力が燃料電池システム１００の供給可能な電力に対して過剰となる状態である。例えば、燃料電池部１の状態や周囲の環境などに応じて設定される燃料電池部１の発電許容値（最大発電量）に応じた電力を超過する電力の供給が自立負荷５から要求されるような状態である。過負荷状態の判定パラメータとして、電流検出部１４によって検出される出力電流、バス電圧検出部１６によって検出されるバス電圧、及び電力検出部１７によって検出される電力の少なくとも何れかが採用される。過負荷状態においては、電流検出部１４によって検出される出力電流が上昇するため、過負荷状態判定部３２は、出力電流が所定の閾値を上回ること、または上回った状態が所定時間継続することを過負荷状態の判定条件として判定を行ってよい。過負荷状態においては、バス電圧検出部１６によって検出されるバス電圧が低下するため、過負荷状態判定部３２は、バス電圧が所定の閾値を下回ること、または下回った状態が所定時間継続することを過負荷状態の判定条件として判定を行ってよい。過負荷状態においては、電力検出部１７によって検出される電力が増加するため、過負荷状態判定部３２は、電力値が所定の閾値を上回ること、または上回った状態が所定時間継続することを過負荷状態の判定条件として判定を行ってよい。
【００４１】
電力供給遮断制御部３３は、運転切替部３１での自立運転への切り替えにより制御部１０が燃料電池システム１００を自立運転にて動作制御しているときに、過負荷状態判定部３２において過負荷状態であると判定された場合に、燃料電池システム１００から自立出力部６に接続されている自立負荷５３への電力供給を遮断するために、自立出力切替部２０の動作状態を制御する。電力供給遮断制御部３３は、過負荷状態判定部３２での過負荷状態の判定結果に応じて自立出力切替部２０へ信号を送信することによって、過負荷状態の場合には自立出力切替部２０を遮断状態（リレーの場合はＯＦＦ）として、自立出力部６に接続される自立負荷５３への燃料電池システム１００による電力供給を遮断させる。また、電力供給遮断制御部３３は、自立出力切替部２０へ信号を送信することによって、過負荷状態ではない場合に自立出力切替部２０を供給状態（リレーの場合はＯＮ）として、自立出力部６を介して燃料電池システム１００から自立負荷５３への電力の供給（なお、この電力供給を以下では「自立出力」と称することもある）を可能とする。なお、電力供給遮断制御部３３は、自立出力切替部２０での切替動作による電力供給遮断に代えて、ゲートブロック（インバータの動作自体を停止する）による電力供給遮断を行うようにしてもよい。
【００４２】
閾値変更部３４は、自立運転時における燃料電池システム１００から自立負荷５３へ電力を供給する自立出力の開始に合わせて、閾値を一時的に変更することにより、過負荷状態判定部３２での過負荷状態の判定条件を緩和させる。ここで、自立運転時において、例えば電力供給遮断制御部３３が自立出力切替部２０のリレーをＯＮとすることで自立出力を開始した時、自立負荷５３の起動に伴い、自立負荷５３が起動電流を要求することから、この起動電流に応じた電力が燃料電池システム１００から供給されることとなり、一時的に大きな電流（突入電流）が自立出力ラインＬ４に流れる。これにより、定常状態での自立負荷５３への供給電力では過負荷状態とは判定されない燃料電池システム１００が、自立出力の開始による自立負荷５３の起動電流に伴う突入電流の発生により燃料電池システム１００から自立負荷５３への供給電力が過大となり、燃料電池システム１００が過負荷状態にあると判定される。そして、この過負荷状態の判定により電力供給遮断制御部３３が自立出力切替部２０を遮断状態に切り替えて燃料電池システム１００からの電力供給が遮断されることで、自立負荷５３は使用できない状態となる。従って、閾値変更部３４は、自立出力の開始に合わせて、突入電流によって燃料電池システム１００が過負荷状態と判定されないように、一時的に過負荷状態判定部３２での判定条件を緩和させる。閾値変更部３４は、電流検出部１４によって検出される出力電流に対する閾値の一時的な増加、バス電圧検出部１６によって検出されるバス電圧に対する閾値の一時的な減少、電力検出部１７によって検出される電力に対する閾値の一時的な増加の少なくとも１つを行うことにより、判定条件を緩和させる。
【００４３】
燃料供給量変更部３５は、自立出力の開始に合わせて、燃料電池部１への燃料供給量を一時的に増大させる。すなわち、燃料供給量変更部３５は、自立出力の開始に合わせて、自立負荷５３に対する供給可能電力を一時的に増大させる供給可能電力変更部として機能する。燃料供給量変更部３５は、燃料供給部２へ信号を送信して、燃料供給部２から燃料電池部１へ供給される水素含有燃料の供給量を増大させる。また、燃料供給量変更部３５は、燃料の供給量の増大に伴い、酸化剤供給部３による酸化剤の供給量も増大させてもよい。燃料供給量を増大させることで、燃料電池部１での発電許容量が増大し燃料電池システム１００が供給可能な電力に余裕が生まれることで、燃料電池部１に無理な運転（素子損傷が起きるような運転）をさせることを抑制し、閾値変更部３４での過負荷状態の判定条件の緩和に伴い自立負荷５３による突入電流に対応した供給電力の増大に対応することができる。また、燃料電池部１への燃料供給量が増大する場合、突入電流によって自立負荷５から要求される供給電力（要求電力）が急激に大きくなった際に、燃料電池システム１００の出力電圧（ＤＣ／ＤＣコンバータ１１より上流側の電圧）が下がり難くなる。従って、自立負荷５３からの要求電力が大きくなった場合でも、燃料電池システム１００は出力電流を過度に上げなくとも要求に応じた電力を供給することができる。従って、燃料電池部１への燃料供給量を増大させることで、出力電流が閾値に達し難くなる。なお、燃料供給量変更部３５による燃料供給量の増大は、一時的に実行されるため、燃料電池部１に無理な運転（素子損傷が起きるような運転）をさせることを抑制することができる。
【００４４】
ここで、図３を参照しながら、閾値変更部３４及び燃料供給量変更部３５について、より詳細に説明する。図３は、時間の経過に伴う各値の変化を示すグラフである。図３の上段のグラフは燃料供給部２により燃料電池部１に供給される燃料供給量と時間との関係を示し、中段のグラフは電流検出部１４にて検出される出力電流に対する閾値と時間との関係を示し、下段のグラフは電力検出部１７により検出される電力に基づく燃料電池部１の発電量と時間との関係を示す。なお、以降の説明では、通常状態における判定パラメータの閾値を「通常閾値」とし、自立出力の開始に合わせて一時的に変更したときの判定パラメータの閾値を「判定条件緩和用閾値」として説明する。
【００４５】
まず、閾値変更部３４による閾値変更のタイミング及び燃料供給量変更部３５による燃料供給量の変更のタイミングについて説明する。閾値変更部３４が閾値を一時的に変更するときや、燃料供給量変更部３５が燃料供給量を一時的に増大させるときの「一時的」な期間とは、自立出力が開始される直前の所定時間（図３におけるｔ１〜ｔ２）と、自立出力が開始される時点（図３におけるｔ２）と、自立出力が開始された直後の所定時間（図３におけるｔ２〜ｔ３）とを含む期間である。自立出力が開始される直前の所定時間として、少なくとも燃料供給量を目標値まで増大させるのに必要な時間が確保され、例えば１０〜６０秒程度に設定されてよい。自立出力が開始された直後の所定時間として、例えば、自立出力の開始に伴い突入電流が生じる期間と同程度の時間が確保されると共に、燃料供給量の増加（増加量、増加期間）により燃料電池部１の温度バランスがくずれない程度の時間が確保され、例えば１〜１０秒程度に設定されてよい。この「一時的」な期間（自立出力が開始される直前の所定時間ｔ１〜ｔ２及び自立出力が開始された直後の所定時間ｔ２〜ｔ３）は、自立負荷５の状態（例えば負荷の種類や数量など）や燃料電池部１の状態（例えば累積運転時間などに応じた劣化度合いなど）に応じて変更するようにしてもよい。例えば、自立負荷５の負荷状態に応じて突入電力の発生期間が長引くことが想定される場合には、一時的な期間が長くなるように変更したり、燃料電池部１の累積運転時間が長時間となるにつれて燃料電池部１の無理な運転をより抑制するために一時的な時間が短くなるように変更してもよい。また、自立負荷５の突入電流の発生期間を学習し、学習した発生期間に応じて一時的な期間を変更するようにしてもよい。
【００４６】
また、閾値変更部３４は、自立出力の開始時に過負荷状態判定部３２にて判定される過負荷状態の判定パラメータの閾値を変更することにより、自立出力が開始された後の突入電流が発生していない通常状態での過負荷状態の判定条件に対して判定条件を緩和する。すなわち、自立出力の開始時に所定の判定パラメータに対する現在の閾値（変更されていない場合には「通常閾値」となり、変更されている場合にはその時の「判定条件緩和用閾値」となる）に基づき負荷状態が判定された場合、閾値変更部３４は、判定パラメータの現在の閾値を判定条件が緩和される判定条件緩和用閾値に変更する。ここでの判定条件の緩和とは、過負荷状態が判定され難くすることを意味し、閾値の変更は、少なくとも１つの判定パラメータの閾値を過負荷状態が判定され難くなる方向に変更することを意味する。具体的には、判定パラメータが電流値などの値であれば閾値を増減させ、状態継続期間であれば閾値を拡縮させることで過負荷状態が判定され難くなるようにすればよい。また、閾値変更部３４は、自立出力の開始時に過負荷状態判定部３２にて過負荷状態であると判定されることにより、電力供給遮断制御部３３によって自立負荷５３への電力供給が遮断された場合、当該電力供給遮断後における自立出力の開始に合わせて、過負荷状態が判定されたときの判定条件よりも判定条件を緩和するように判定パラメータの閾値を変更する。そして、自立出力の開始と過負荷状態の判定による電力供給の遮断が繰り返された場合、閾値変更部３４は、過負荷状態が判定される毎に判定パラメータの閾値を判定条件が緩和された判定条件緩和用閾値に変更することで、過負荷状態の判定条件が徐々により緩和されることとなる。
【００４７】
閾値変更部３４と同様に、燃料供給量変更部３５は、自立出力の開始時に過負荷状態判定部３２にて過負荷状態が判定されることにより、過負荷状態の判定時よりも燃料供給量を増大する。また、燃料供給量変更部３５は、自立出力の開始時に過負荷状態判定部３２にて過負荷状態であると判定され、電力供給遮断制御部３３によって自立負荷５３への電力供給が遮断された場合、当該電力供給遮断後における自立出力の開始に合わせて、過負荷状態が判定されたときの燃料供給量に対して燃料供給量を増大する。
【００４８】
具体的には、図３に示すように、自立出力Ａの開始に合わせて、閾値変更部３４は、過負荷状態の判定パラメータである電流検出部１４により検出される出力電流の閾値を通常閾値ＶＮよりも判定条件が緩和された判定条件緩和用閾値Ｖ１に設定する。また、燃料供給量変更部３５は、通常時よりも燃料供給量を増大する（通常時の１１０％）。この状態で自立出力Ａが開始されて発生する突入電流により出力電流の検出値が判定条件緩和用閾値Ｖ１を超過して過負荷状態判定部３２によって過負荷状態が判定された場合、電力供給遮断制御部３３は、自立負荷５３への電力供給を遮断する。その後、閾値変更部３４は、電力供給遮断後に自立運転を再開すべく実行される自立出力Ｂの開始に合わせて、出力電流の閾値を判定条件緩和用閾値Ｖ１よりも判定条件が緩和された判定条件緩和用閾値Ｖ２に変更する。また、燃料供給量変更部３５は、前回よりも燃料供給量を増大する（通常時の１２０％）。この状態で自立出力Ｂが開始されて発生する突入電流により出力電流の検出値が判定条件緩和用閾値Ｖ２を超過して過負荷状態判定部３２によって過負荷状態が判定された場合、電力供給遮断制御部３３は、自立負荷５３への電力供給を遮断する。その後、閾値変更部３４は、電力供給遮断後に自立運転を再開すべく実行される自立出力Ｃの開始に合わせて、出力電流の閾値を判定条件緩和用閾値Ｖ２よりも判定条件が緩和された判定条件緩和用閾値Ｖ３に変更する。また、燃料供給量変更部３５は、前回よりも燃料供給量を増大する（通常時の１３０％）。なお、他の過負荷状態の判定パラメータであるバス電圧検出部１６によって検出されるバス電圧及び電力検出部１７によって検出される電力の各閾値も過負荷状態の判定に応じて同様に判定条件が緩和された判定条件緩和用閾値に変更される。
【００４９】
なお、閾値変更部３４による閾値の変更及び燃料供給量変更部３５による燃料供給量の変更は、図３に示すように過負荷状態が判定されて電力供給が遮断された後に、次回以降に開始される自立出力に対してなされなくともよく、同一回（過負荷状態が判定された際）における自立出力に対してなされてもよい。例えば、自立出力Ｂにおいて過負荷状態判定部３２が過負荷状態を判定したとき、時間ｔ２Ｂ〜ｔ３Ｂ中の何れかのタイミングで閾値変更部３４が閾値を変更すると共に燃料供給量変更部３５が燃料供給量を変更してもよい。このとき、過負荷状態判定部３２が完全に過負荷状態であると判定することを待つことなく、過負荷状態になる可能性があると判断した時点で、閾値変更部３４が閾値を変更し、燃料供給量変更部３５が燃料供給量を変更してもよい。
【００５０】
また、閾値変更部３４は、過負荷状態判定部３２にて判定される過負荷状態に応じて閾値の変更度合いを変更する。また、燃料供給量変更部３５は、過負荷状態判定部３２にて判定される過負荷状態に応じて燃料供給量の変更度合いを変更する。例えば、突入電流が大きく閾値を大きく超えるような過負荷状態の場合、閾値変更部３４は、閾値の変更度合いを大きく設定し、燃料供給量変更部３５は、燃料供給量の増大度合いを大きく設定する。あるいは、突入電流が小さく前回の閾値を僅かに超えるような過負荷状態の場合、閾値変更部３４は、閾値の変更度合いを小さく設定し、燃料供給量変更部３５は、燃料供給量の増大度合いを小さく設定する。以上のような構成によると、閾値変更部３４は、過負荷状態（過負荷度合い）に応じて閾値を適切な値に変更することができる。なお、閾値の変更度合いや燃料供給量の変更度合いは、判定される過負荷状態だけでなく、「一時的」な期間の変更と同様に、自立負荷５の状態や燃料電池部１の状態に応じて変更するようにしてもよい。
【００５１】
また、閾値変更部３４は、燃料供給量変更部３５による燃料供給量の増大の度合い（供給可能電力増大の度合い）に応じて閾値変更の度合いを変更してよい。閾値変更の度合いとは、閾値の変更量、閾値変更の速度、及び閾値変更に要する時間、閾値の変更期間等である。燃料供給量の増大の度合い（供給可能電力増大の度合い）とは、燃料の増大量、増大の速度、及び増大の継続時間等である。これにより、閾値変更部３４は、供給可能電力の増大に対応した適切な閾値に変更することで、不要な電力供給遮断を好適に抑制できる。すなわち、燃料供給量の増大に応じて燃料電池システム１００の供給可能電力が十分に大きい場合は閾値の変更度合いは大きく設定される。例えば、図３に示す例では、燃料供給量変更部３５は、時間ｔ１Ａから燃料供給量の増大を開始し、自立出力Ａの開始に係る時間ｔ２Ａにて目標値である１１０％まで増大させ、時間ｔ３Ａにて通常値へ戻している。それに対応するように、閾値変更部３４は、時間ｔ１Ａから閾値の増加を開始し、自立出力Ａの開始に係る時間ｔ２Ａにて判定条件緩和用閾値Ｖ１まで増加させ、時間ｔ３Ａにて通常閾値ＶＮへ戻している。他の自立出力Ｂ，Ｃの時についても同様の対応関係が成り立つ。また、燃料供給量変更部３５は、自立出力Ａから自立出力Ｃへ至るまで三段階で徐々に燃料供給量を増大させているが、それに対応するように、閾値変更部３４も、三段階で徐々に閾値を変更している。なお、閾値の変更と燃料供給量の変更との間で完全にタイミングが一致していなくともよい。また、上述のパターンとは逆に、燃料供給量変更部３５が、閾値変更部３４による閾値の変更度合いに応じて燃料供給量増大の度合い（供給可能電力増大の度合い）を変更してもよい。このような構成によると、燃料供給量変更部３５は、閾値の変更に対応した電力を供給することができる。
【００５２】
次に、図２及び図３を参照して、本実施形態に係る燃料電池システム１００の制御方法について説明する。図２は、本実施形態に係る燃料電池システム１００の制御方法における制御処理の一例を示すフローチャートである。図２に示す制御処理は、自立運転時において、制御部１０にて自立運転の開始時に実行される。ただし、図２に示す制御処理は燃料電池システム１００の制御方法の一例に過ぎず、当該処理内容に限定されるものではない。
【００５３】
図２に示すように、制御部１０は、運転切替部３１での自立運転への切り替えに伴い自立出力を行う旨の指令があるか否かを判定する（ステップＳ１０）。停電に応じた切替スイッチ２１の切替状態などにより運転切替部３１により自立運転に切り替えられた場合であっても、燃料電池部１が外部電源７から供給される電力により起動した直後などは、起動完了するまで自立出力切替部２０は遮断状態とされる。そして、電力供給遮断制御部３３から自立出力の指令は出力されず、Ｓ１０において、自立出力の指令が無いと判定された場合、起動完了するまでに燃料電池部１で発生した電力は余剰電力消費部４で消費され、起動完了などに伴い電力供給遮断制御部３３から自立出力の指令がなされるまで、Ｓ１０の処理を繰り返す。一方、Ｓ１０において自立出力の指令があると判定された場合、燃料供給量変更部３５は、燃料供給部２による燃料電池部１への燃料供給量を増大させる（ステップＳ２０：燃料供給量変更ステップ、供給可能電力変更ステップ）。次に、閾値変更部３４は、Ｓ２０における燃料供給量の増大に伴い、過負荷状態判定部３２での判定パラメータである出力電流に対する電流閾値を変更する（ステップＳ３０：閾値変更ステップ）。図３に示す例では、時間ｔ１ＡのタイミングでＳ２０及びＳ３０の処理が開始される。次に、電力供給遮断制御部３３は、時間ｔ２Ａのタイミングで自立出力切替部２０のリレーをＯＮとすることによって、自立出力を開始する（ステップＳ４０）。図３に示す例では、時間ｔ２Ａにて、自立出力Ａが開始される。また、当該タイミングにおいて、燃料供給量が目標値である１１０％となり、閾値が目標値である判定条件緩和用閾値Ｖ１となる。以上のように、Ｓ２０〜Ｓ４０の処理によって、自立出力の開始に合わせて、燃料電池部１への燃料供給量が一時的に増大すると共に、閾値が一時的に変更（緩和）された状態となる。また、このとき、図３に示すように、自立負荷５３での突入電流の発生により、燃料電池システム１００に対する要求電力が急増し、燃料電池部１の発電量は急激に増加する。これに伴い、電流検出部１４で検出される出力電流も急激に増加する。
【００５４】
次に、過負荷状態判定部３２は、Ｓ３０で変更された閾値に基づいて、燃料電池システム１００の過負荷状態を判定する（ステップＳ５０：過負荷状態判定ステップ）。図３に示す例では、電流検出部１４で検出された出力電流が、判定条件緩和用閾値Ｖ１を上回った場合、過負荷状態判定部３２は、燃料電池システム１００が過負荷状態であると判定する。
【００５５】
Ｓ５０において過負荷状態であると判定された場合、電力供給遮断制御部３３は、自立出力切替部２０のリレーをＯＦＦとすることにより、燃料電池システム１００から自立負荷５３への電力供給を遮断する（ステップＳ８０：電力供給遮断制御ステップ）。次に、燃料供給量変更部３５は、燃料電池部１への燃料供給量を増大させる（ステップＳ９０：燃料供給量変更ステップ、供給可能電力変更ステップ）。このとき、燃料供給量変更部３５は、前回の（ここではＳ２０）燃料供給量の増大時よりも、更に燃料供給量を増大させる。Ｓ９０の処理の後、Ｓ３０へ移行し、Ｓ３０以降の処理が再び繰り返される。また、次のＳ３０では、閾値変更部３４は、燃料供給量の更なる増大に応じて前回の閾値よりも更に判定条件が緩和された閾値に変更する。一方、Ｓ５０において、電流検出部１４で検出された出力電流がステップＳ３０にて変更された閾値以下となり過負荷状態ではないと判定された場合、自立出力による自立運転が継続され、図２に示す処理が終了する。
【００５６】
次に、本実施形態に係る燃料電池システム１００及び制御方法の作用・効果について説明する。
【００５７】
本実施形態に係る燃料電池システム１００及びその制御方法では、閾値変更部３４が、自立出力の開始に合わせて、過負荷状態の判定パラメータの閾値を一時的に変更し、過負荷状態判定部３２での過負荷状態の判定条件を緩和させることができる。従って、自立出力の開始時に（例えば突入電流などにより）一時的に燃料電池システム１００の負荷が大きくなる場合であっても、閾値変更部３４により閾値が一時的に変更されて判定条件が緩和された状態となっているため、過負荷状態判定部３２によって不要に過負荷状態であると判定されることを抑制することができる。それにより、電力供給遮断制御部３３で燃料電池システム１００から自立負荷５３への電力供給が不要に遮断されることを抑制することができる。以上により、自立運転時に燃料電池システム１００から自立負荷５３への電力供給が不要に遮断されることを抑制できる。
【００５８】
本実施形態に係る燃料電池システム１００において、閾値変更部３４は、自立出力の開始時に過負荷状態判定部３２にて過負荷状態が判定されることにより、過負荷状態が判定されたときの閾値に対して判定条件を緩和するように閾値の変更を実行する。仮に、過負荷状態判定部３２による過負荷状態の判定に関係なく必要以上に閾値を変更する構成とした場合、突入電流に応じた電力を出力しようと燃料電池システム１００が必要以上に過負荷状態となり、燃料電池部１の温度バランスなどに悪影響が生じる可能性がある。しかし、本実施形態の構成によると、過負荷状態判定部３２にて過負荷状態が判定されると閾値変更部３４が閾値の変更を行うため、閾値を適切な値に変更することができる。
【００５９】
本実施形態に係る燃料電池システム１００において、閾値変更部３４は、自立出力の開始時に過負荷状態判定部３２にて過負荷状態であると判定されて、電力供給遮断制御部３３によって自立負荷５３への電力供給が遮断された場合、当該電力供給遮断後における自立出力の開始時の判定条件を、過負荷状態が判定されたときの判定条件よりも緩和するように閾値の変更を実行する。この構成により、過負荷状態判定部３２にて過負荷状態であると判定されて電力供給遮断がされると、閾値変更部３４が閾値の変更を行うため、次回の自立出力の開始時における閾値を適切な値に変更することができる。
【００６０】
本実施形態に係る燃料電池システム１００において、制御部１０は、自立出力の開始に合わせて、燃料電池部１への燃料供給量を一時的に増大させ、自立負荷５３に対する供給可能電力を一時的に増大させる燃料供給量変更部３５を備える。このような構成によると、自立出力の開始時に突入電流などにより一時的に燃料電池システム１００の負荷が大きくなった場合であっても、当該負荷に対応した電力を供給することができる。すなわち、閾値変更部３４が過負荷状態の判定条件を緩和する分、燃料電池システム１００に要求される電力も増大することとなるが、燃料電池部１への燃料供給量を増大させることで燃料電池システム１００の供給可能電力（出力許容量）が増大するため、自立負荷５３から要求される要求電力に対応することができる。
【００６１】
また、本実施形態に係る燃料電池システム１００では、燃料供給量変更部３５が、自立出力の開始に合わせて、燃料電池部１への燃料供給量を一時的に増大することにより、燃料電池システム１００の供給可能電力を増大させることができるとともに、燃料電池部１の出力に応じた電圧低下が軽減されて出力電流の上昇を抑制することができる。詳しくは、燃料供給量を増大させない状態で自立負荷５からの要求電力が突入電流の影響により一時的に増大した場合、要求電力に見合った電力を出力するために出力電圧が低下し出力電流が上昇することとなるが、燃料供給量を一時的に増大させて供給可能電力を増大させることで、要求電力が一時的に増大したとしても燃料電池部１の出力に応じた電圧低下が軽減されることで出力電流の上昇が抑制されることとなる。すなわち、出力電流が閾値を上回り難くなることにより、過負荷状態判定部３２にて過負荷状態と判定され難くなる。従って、自立出力の開始時に（例えば自立負荷５３の突入電流などにより）一時的に燃料電池システム１００の負荷が大きくなり燃料電池部１の出力が増大した場合であっても、燃料供給量変更部３５により燃料供給量が一時的に増大されて出力電流の上昇が抑えられるため、過負荷状態判定部３２によって不要に過負荷状態であると判定されることを抑制することができる。それにより、電力供給遮断制御部３３で燃料電池システム１００から自立負荷への電力供給が遮断されることを抑制することができる。以上により、燃料電池システム１００から自立負荷５３へ電力供給を行うときに、電力供給が不要に遮断されることを抑制できる。
【００６２】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
【００６３】
例えば、上述の実施形態では、図２に示すように、初回の自立出力の開始の時にＳ２０及びＳ３０の処理によりＳ４０の自立出力の開始前に閾値及び燃料供給量を変更していたが、初回の自立出力の開始時では閾値及び燃料供給量を変更しなくてもよい。また、閾値変更部３４は、過負荷状態判定部３２がＳ５０で燃料電池システム１００の過負荷状態を判定せずに電力供給遮断制御部３３によって電力供給が遮断されることなく自立出力が継続され、自立運転が開始された場合に、閾値や燃料供給量の変更を解除して通常状態での閾値や燃料供給量に戻すようにしてもよい。なお、ここでの「自立運転の開始」とは、運転切替部３１での自立運転への切り替えにより制御部１０が燃料電池システム１００を自立運転にて動作制御している状態において、過負荷状態判定部３２がＳ５０で燃料電池システム１００の過負荷状態を判定せずに電力供給遮断制御部３３によって電力供給が遮断されることなくなることで、継続的な自立出力が可能な状態となることである。例えば、図４に示す制御処理では、Ｓ１０にて自立出力の指令ありと判定された後、閾値や燃料供給量を変更することなく、Ｓ４０へ移行し自立出力を開始（リレーＯＮ）する。次のＳ５０において、過負荷状態であると判定されることにより、Ｓ８０で自立出力が停止（リレーＯＦＦ）された後に、Ｓ９１にて燃料供給量をＳ５０にて過負荷状態と判定されたときの燃料供給量に対して増大するように変更し、Ｓ２００にて過負荷状態の判定パラメータの閾値をＳ５０にて過負荷状態と判定されたときの閾値に対して判定条件が緩和されるように燃料供給量の増大に伴い変更する。Ｓ２００の後、Ｓ４０から処理が繰り返される。すなわち、Ｓ９１及びＳ２００で変更された燃料供給量及び過負荷状態判定閾値は、Ｓ９１及びＳ２００の後に開始されるＳ４０の自立出力にて使用される。また、Ｓ５０において過負荷状態ではないと判定された場合、燃料供給量の増大が停止されて通常時の燃料供給量へ戻されると共に、閾値の変更が解除されて通常時の閾値へ戻される（ステップＳ１００）。このように、過負荷状態が判定されずに自立出力が継続された後は、閾値を通常状態の値に戻すことにより、自立運転での通常状態において通常の過負荷状態の判定により電力供給遮断を適切に行うことができる。
【００６４】
なお、Ｓ５０において過負荷状態ではないと判定された後、直ちにＳ１００の処理が実行されてよい。この場合、燃料供給量が増大している時間を短くすることができるため、燃料消費を抑制するだけでなく燃料電池システム１００の温度バランスが崩れることを抑制することができる。一方、Ｓ５０において過負荷状態ではないと判定された後、所定時間（例えば１〜１０秒）待機した後に、Ｓ１００の処理が実行されてもよい。例えば、上述の制御処理のように自立負荷５３に対する電力供給の開始と遮断を繰り返した場合、ユーザが確認のために自立負荷５３の自立出力部６への接続を一旦解除した後に再接続する（具体的には、自立負荷５３を自立出力部６のコンセントに対して抜き挿しする）場合がある。このとき、Ｓ１００を直ちに実行した場合、閾値が通常閾値ＶＮに戻るため、ユーザが再び自立負荷５３を自立出力部６へ接続することにより、突入電流の影響により再び過負荷状態となり電力供給が遮断される。従って、Ｓ５０からＳ１００までの間に待機時間を設けることにより、ユーザが確認のために自立負荷５３の自立出力部６への接続を一旦解除した後に再接続する場合であっても、再び過負荷状態となることを抑制できる。
【００６５】
上述の実施形態では、供給可能電力変更部として、燃料電池部１へ供給される燃料の供給量を変更することで供給可能電力を増大させる燃料供給量変更部３５を例示したが、これに代えて、あるいはこれに加えて、他の供給可能電力変更部を採用してよい。例えば、外部電源７から補助の電力を供給することで供給可能電力を増大させる供給可能電力変更部を採用してよい。
【００６６】
上述の実施形態では、閾値変更部３４による閾値の変更に加え、燃料供給量変更部３５による燃料供給量の増大（供給可能電力増大）の処理を行っていた。ただし、燃料電池部１がダメージを受けない範囲で閾値を徐々に変更する構成とした場合、燃料供給量変更部による燃料供給量の増大の処理を省略してもよい。
【００６７】
また、前述のように、燃料供給量変更部３５が、自立出力の開始に合わせて、燃料電池部１への燃料供給量を一時的に増大することにより、燃料電池システム１００の供給可能電力を増大させることに伴う出力電流の上昇を抑制することができる。従って、出力電流の閾値を変更しなくとも、燃料供給量を一時的に増大することのみによっても、突入電流などによって電力供給が不要に遮断されることを抑制できる。従って、燃料供給量変更部３５を備え、少なくとも出力電流の閾値を用いて過負荷状態の判定を行う場合、閾値変更部３４による閾値の変更処理を省略してもよい。
【００６８】
上述の実施形態では、閾値や燃料供給量を自立出力の開始前（図３のｔ１）から変更する構成としたが、これら閾値や燃料供給量を自立出力の開始と同時（図３のｔ２の時点で）に変更する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１…燃料電池部、２…燃料供給部、９…パワーコンディショナー、１０…制御部、３２…過負荷状態判定部、３３…電力供給遮断制御部、３４…閾値変更部、３５…燃料供給量変更部（供給可能電力変更部）、５０…系統電源、５３…自立負荷、１００…燃料電池システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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