(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化ガスを供給され、電力としての燃料電池電力を発電す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の各々に接続され、前記燃料電池電力の特性を変換する複数の電力変換器と、
前記複数の電力変換器の各々を互いに独立に制御する制御装置と、
前記複数の燃料電池スタックの各々へ供給する前記燃料ガスの流量を調整する複数の流量制御装置と
を具備し、
前記複数の燃料電池スタックの各々と前記複数の電力変換器の各々との組の各々は、互いに並列に接続され、
前記制御装置は、
前記燃料電池スタックと前記電力変換器との組の各々について、当該燃料電池スタックに前記予め設定された流量以上で前記燃料ガスを供給するように対応する前記流量制御装置を制御し、
前記燃料電池スタックの燃料利用率を等しくするように、前記燃料電池スタックの出力電流を対応する前記電力変換器で制御し、
前記複数の電力変換器の各々の出力電圧を等しくするように制御する、
燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御装置は、負荷の大きさに基づいて、前記複数の燃料電池スタックに発電させる燃料電池電力の総量を決定し、
前記総量に基づいて、予め設定された流量以上で前記燃料ガスを供給したとき、互いに等しい燃料利用率で発電することが可能となるような前記燃料電池スタックの稼動数を決定し、
前記稼動数の前記燃料電池スタックと前記電力変換器との組の各々について、前記電力変換器を制御し、対応する前記流量制御装置を制御する、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記複数の燃料電池スタックの各々へ供給する前記燃料ガスの流量を等しくするように、前記複数の流量制御装置の各々を制御する、
請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記複数の流量制御装置の各々を互いに独立に制御する、
請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記複数の燃料電池スタックの各々の前記燃料電池電力が、予め設定された最低電力量以下にならないように、前記複数の燃料電池スタックの稼動数を制御する、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記複数の燃料電池スタックの内の１つと、前記複数の電力変換器の内の１つと、前記複数の流量制御装置の内の１つとを有する複数の組の各々は、互いに独立に接続され
前記制御装置は、
前記複数の組の各々を、互いに独立に制御し、
前記複数の燃料電池スタックの内の故障の発生したものを含む前記組の動作を停止する
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
互いに並列に接続された複数の燃料電池スタックの各々に、予め設定された流量以上で互いに独立して制御された流量で燃料ガスを供給するステップと、
前記複数の燃料電池スタックの各々において、予め設定された燃料利用率で発電し、電力としての複数の燃料電池電力を得るステップと、
前記複数の燃料電池電力の各々を、負荷へ供給可能な等しい出力電圧を有する電力としての複数の供給電力に変換するステップと、
前記複数の供給電力の各々を結合して前記負荷へ供給するステップと、
を具備する、
燃料電池システムの運転方法。
【請求項８】
負荷の大きさに基づいて、前記複数の燃料電池スタックに発電させる燃料電池電力の総量を決定するステップと、
前記総量に基づいて、予め設定された流量以上で前記燃料ガスを供給したとき、互いに等しい燃料利用率で発電することが可能となるような前記燃料電池スタックの稼動数を決定するステップと、
を更に具備する
請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記複数の燃料電池スタックの各々の前記燃料電池電力が、予め設定された最低電力量以下にならないように、前記複数の燃料電池スタックの稼動数を制御するステップを更に具備する、
請求項７に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１０】
前記複数の燃料電池スタックの内の故障の発生したものの運転を停止するステップを更に具備する、
請求項７乃至９のいずれか一項に記載の燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システムに関し、特に、複数の燃料電池スタックを並列接続する場合の、燃料電池スタック間の出力電流を等しくするシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池システムの概要を図２を用いて説明する。
図２は、従来の燃料電池システムの構成を示す図である。燃料電池システムは、燃料ガス供給装置１０１、酸化ガス供給装置１０２、燃料電池スタック１０３、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４、制御装置１０７、補機１０８及び２次電池１０９を具備する。そして、負荷装置１１０に接続され、負荷装置１１０へ電力を供給している。
【０００３】
燃料ガス供給装置１０１は、水素又はメタノールやガソリン等を改質して得られる水素リッチガスを、燃料電池スタック１０３へ供給する。
酸化ガス供給装置１０２は、酸素又は空気を、燃料電池スタック１０３へ供給する。
燃料電池スタック１０３は、水素と酸素とを用いて発電を行なう。ここで、燃料電池スタック１０３は、単独のスタックの場合だけでなく、複数のスタックを直列に接続する場合や、並列に接続する場合などが有る。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は、燃料電池スタック１０３で発電された直流電力を、所望の特性を有する直流電力へ変換する。
制御装置１０７は、燃料電池システム全体を制御する。
補機１０８は、空気を酸化ガス供給装置１０２へ供給する空気圧縮機、メタノールやガソリン等を燃料ガス供給装置１０１へ供給する燃料ポンプ、冷却水を燃料電池スタック１０３へ供給する冷却水ポンプ、流量制御弁等である。図示していないが、燃料ガス供給装置、酸化ガス供給装置及び燃料電池スタックと密接している。
２次電池１０９は、燃料電池スタック１０３の起動用電力の供給や負荷変動吸収のために用いられ、必要電気量に応じては、コンデンサ等でも可能である。ただし、２次電池１０９の替わりに、起動用電力に外部電源（商用電源等）が利用でき、また、負荷変動が燃料電池電力の負荷応答性の範囲内であれば、無くても良い。
負荷装置１１０は、車両用燃料電池システムの場合には、車両駆動用のインバータ、モータ等である。据置型の燃料電池システムの場合には、商用インバータ等である。
【０００４】
通常、燃料電池スタック１０３は、起動や負荷変動吸収のため、２次電池１０９と併用される。起動時、補機１０８は２次電池１０９より電力供給を受け、燃料電池スタック１０３を立ち上げる。燃料電池スタック１０３の発電が可能になると、燃料電池スタック１０３は出力を始める。そして、負荷装置１１０の負荷が小さい場合には、燃料電池スタック１０３の出力で補機１０８及び負荷装置１１０の電力を賄い、余剰電力を２次電池１０９に充電する。負荷が大きい場合には、燃料電池スタック１０３と２次電池１０９の出力で補機１０８及び負荷装置１１０の電力を賄う。
【０００５】
ここで、燃料電池スタック１０３は、複数の燃料電池（セル）を組み合わせたものである。セルにおいては、製造上の特性のバラツキが小さい場合でも、セルが複数集まった燃料電池スタック１０３においては、そのバラツキが大きくなる場合がある。バラツキの原因としては、製造上の理由や温度等の運転状態などの理由が考えられる。
【０００６】
例えば、Ｖ−Ｉ特性について、バラツキの様子を示したのが図３である。図３は、水素流量一定の場合における燃料電池スタックの出力電流（Ｉ）と出力電圧（Ｖ）との関係を示すグラフである。図３に示すように、燃料電池スタックにより、曲線Ａ、Ｂ及びＣのようにＶ−Ｉ特性に相違が見られる。
このような３つの燃料電池スタックを考えた場合、それらを直列に接続する場合では、各燃料電池スタックの出力電流Ｉが等しくなる（Ｉ０）。従って、水素の消費量が各燃料電池スタックとも等しくなる。すなわち、水素消費量を均等（燃料利用率が燃料電池スタックに依らず一定）にすることが出来る。
一方、それらを並列に接続する場合、出力電圧Ｖは一定（Ｖ０）となるが、出力電流Ｉにバラツキが生じる。従って、出力電流Ｉの少ない燃料電池スタック（曲線Ａ：Ｉ＝Ｉ１）は、水素が余り、大きい燃料電池スタック（曲線Ｃ：Ｉ＝Ｉ２）は、水素が不足する。すなわち、水素消費量が不均一（燃料利用率が燃料電池スタックにより相違）となる。
並列接続時の水素消費量が、燃料電池スタックに依らず一定（すべての燃料電池スタックにおいて、一定電流）とすることが可能な技術が求められている。
【０００７】
燃料電池スタックを並列に接続する技術として、以下の各技術が開示されている。
特許第２７４５７７６号公報に、燃料電池発電システムの技術が開示されている。この技術は、各燃料電池スタックを並列に接続した際、各スタックへのガス供給量を、各出力電流に応じて制御している。すなわち、並列接続（電圧一定）で出力電流が少ない燃料電池スタックへは燃料ガスの流量を小さくし、全ての燃料電池スタックにおいて燃料利用率を一定とするように制御する。
この場合、燃料ガスの流量を少なくすると、燃料電池スタックのＶ−Ｉ特性は影響を受けて変動する。そして、Ｖ−Ｉ特性の変化により、電圧一定で、更に出力電流が小さくなる場合が考えられる。そうなると、再び燃料ガスの流量を少なくする必要がでてくるので、制御が不安定になる可能性があると考えられる。出力電流が大きい場合は、燃料ガスの流量を多くすることになるが、同様の可能性が考えられる。
【０００８】
特開平７−２０１３５４号公報に、直流発電設備の運転準備方法の技術が開示されている。この技術は、電池特性にバラツキを有する複数の燃料電池スタックについて、それらの各々を組み合わせて出力電流の等しくなるような直列接続の組を作る。そして、それらの組を並列接続することで、電池特性のバラツキを調整している。
この場合、複数の燃料電池スタック間に、最適な組み合わせが無い場合が有り得る、運転中には燃料電池スタックの組み合わせを変更することが出来ない、等の問題が考えられる。
【０００９】
特開平８−５０９０２号公報に、燃料電池発電装置の技術が開示されている。この技術は、各燃料電池スタックにＤＣ／ＡＣインバータを設け、変圧器により出力電圧を合わせたのち、並列接続して結合している。
この場合、２次電池を用いる既述のハイブリッドシステム（図２）では適用できない。無理に適用しようとすれば、ＤＣ／ＡＣインバータの後段に、新たにＡＣ／ＤＣコンバータを加えて再び直流電力に変換する必要がある。
【００１０】
特開平８−１３８６８９号公報に、燃料電池発電装置の技術が開示されている。この技術は、燃料電池スタックでの出力電流を一定にした場合の、出力電圧の相違を燃料電池スタックに直列に接続した可変抵抗により吸収し、並列接続している。
この場合、抵抗による熱損失が発生するので、システム効率が低下することが考えられる。
【００１１】
また、燃料電池スタックを並列接続する場合においても、従来、全燃料電池スタックは、全て動作させることが前提であり、個別に動作、停止、メンテナンス（修理、交換等）させることは行なわれていなかった。これは、一つの設置場所（容器）内に、全ての燃料電池スタックを配設することが多いためである。
燃料電池スタックを個別に動作、停止、メンテナンス（修理、交換等）可能な技術が求められている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、燃料電池スタックを並列に接続する場合、各燃料電池スタックでの燃料ガス消費量が、燃料電池スタックに依らず一定とすることが可能な燃料電池システムを提供することである。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、複数の燃料電池スタックを有する燃料電池システムにおいて、燃料電池スタックを個別に動作、停止、メンテナンス（修理、交換等）可能な燃料電池システムを提供することである。
【００１４】
本発明の更に他の目的は、複数の燃料電池スタックを有する燃料電池システムにおいて、いくつかの燃料電池スタックが故障した場合でも、他の燃料電池スタックを運転しつづけることが可能な燃料電池システムを提供することである。
【００１５】
また、本発明の別の目的は、複数の燃料電池スタックを有する燃料電池システムにおいて、負荷の減少により発電量が低下した場合でも、燃料ガスの利用率を維持することが可能な燃料電池システムを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１７】
従って、上記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、複数の燃料電池スタック（３−１〜ｎ）と、複数の電力変換器（４−１〜ｎ）と、制御装置（７）とを具備する。複数の燃料電池スタック（３−１〜ｎ）は、燃料ガスと酸化ガスを供給され、電力としての燃料電池電力を発電する。複数の電力変換器（４−１〜ｎ）は、複数の燃料電池スタック（３−１〜ｎ）の各々に接続され、その燃料電池電力の特性を変換する。制御装置（７）は、複数の電力変換器（４−１〜ｎ）の各々を互いに独立に制御する。そして、複数の燃料電池スタック（３−１〜ｎ）の各々と複数の電力変換器（３−１〜ｎ）の各々との組の各々は、互いに並列に接続されている。また、制御装置（７）は、複数の電力変換器（４−１〜ｎ）の各々の出力電圧を等しくするように制御する。
【００１８】
また、本発明の燃料電池システムは、制御装置（７）が、複数の燃料電池スタック（３−１〜ｎ）の各々の燃料利用率を等しくするように、複数の燃料電池スタック（３−１〜ｎ）の各々の出力電流を複数の電力変換器（４−１〜ｎ）の各々で制御する。
【００１９】
また、本発明の燃料電池システムは、複数の燃料電池スタック（３−１〜ｎ）の各々へ供給するその燃料ガスの流量を調整する複数の流量制御装置（５−１〜ｎ）をさらに具備する。そして、制御装置（７）は、複数の燃料電池スタック（３−１〜ｎ）の各々へ供給するその燃料ガスの流量を等しくするように、複数の流量制御装置（５−１〜ｎ）の各々を制御する。
【００２０】
更に、本発明の燃料電池システムは、複数の燃料電池スタック（３−１〜ｎ）の各々へ供給するその燃料ガスの流量を調整する複数の流量制御装置（５−１〜ｎ）を更に具備する。そして、制御装置（７）は、複数の流量制御装置（５−１〜ｎ）の各々を互いに独立に制御する。
【００２１】
更に、本発明の燃料電池システムは、制御装置（７）において、複数の燃料電池スタック（３−１〜ｎ）の各々のその燃料電池電力が、予め設定された最低電力量以下にならないように、複数の燃料電池スタック（３−１〜ｎ）の稼動数（ｋ）を制御する。
【００２２】
更に、本発明の燃料電池システムは、複数の燃料電池スタック（３−１〜ｎ）と、複数の流量制御装置（５−１〜ｎ）と、複数の電力変換器（４−１〜ｎ）と、制御装置（７）とを具備する。複数の燃料電池スタック（３−１〜ｎ）は、燃料ガスと酸化ガスを供給され、電力としての燃料電池電力を発電する。複数の流量制御装置（５−１〜ｎ）は、複数の燃料電池スタック（３−１〜ｎ）の各々へ供給するその燃料ガスの流量を調整する。複数の電力変換器（４−１〜ｎ）は、複数の燃料電池スタック（３−１〜ｎ）の各々に接続され、その燃料電池電力の特性を変換する。制御装置（７）は、複数の燃料電池スタック（３−１〜ｎ）の内の１つと、複数の電力変換器（４−１〜ｎ）の内の１つと、複数の流量制御弁（５−１〜ｎ）の内の１つとを有する複数の組の各々を互いに独立に制御する。そして、その複数の組の各々は、互いに並列に接続されている。
【００２３】
更に、本発明の燃料電池システムは、制御装置（７）が、複数の燃料電池スタック（３−１〜ｎ）の内の故障の発生したものを含むその組の動作を停止する。
【００２４】
上記課題を解決するための、本発明の燃料電池システムの運転方法は、互いに並列に接続された複数の燃料電池スタック（３−１〜ｎ）の各々に、等しい流量の燃料ガスを供給するステップと、複数の燃料電池スタック（３−１〜ｎ）の各々において、予め設定された燃料利用率で発電し、電力としての複数の燃料電池電力を得るステップと、その複数の燃料電池電力の各々を、負荷（１０）へ供給可能な電圧を有する電力としての複数の供給電力に変換するステップと、その複数の供給電力の各々を結合して負荷（１０）へ供給するステップとを具備する。
【００２５】
また、本発明の燃料電池システムの運転方法は、複数の燃料電池スタック（３−１〜ｎ）の各々のその燃料電池電力が、予め設定された最低電力量以下にならないように、複数の燃料電池スタック（３−１〜ｎ）の稼動数（ｋ）を制御するステップを更に具備する。
【００２６】
更に、本発明の燃料電池システムの運転方法は、複数の燃料電池スタック（３−１〜ｎ）の内の故障の発生したものの運転を停止するステップを更に具備する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明である燃料電池システムの実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
先ず、本発明である燃料電池システムの実施の形態における構成について説明する。
図１は、本発明である燃料電池システムの実施の形態における構成を示す図である。燃料電池システムは、燃料ガス供給装置１、酸化ガス供給装置２、燃料電池スタック３−１〜ｎ（ｎは自然数、以下同じ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ４−１〜ｎ、燃料ガス流量制御弁５−１〜ｎ、酸化ガス流量制御弁６−１〜ｎ、制御装置７、補機８及び２次電池９を具備する。そして、負荷装置１０に接続され、負荷装置１０へ電力を供給している。
【００２８】
燃料ガス供給装置１は、燃料ガス流量制御弁５−ｉ（ｉ＝１〜ｎは自然数、以下同じ）を介して、燃料電池スタック３−ｉへ供給する燃料ガスの供給を制御する。ここで、燃料ガスは、水素、又はメタノールやガソリン等の炭化水素系材料を改質して得られる水素リッチガスに例示される水素を含むガスである。
酸化ガス供給装置２は、酸化ガス流量制御弁６−ｉを介して燃料電池スタック３−ｉへ供給する酸化ガスの供給を制御する。ここで、酸化ガスは、酸素、又は空気に例示される酸素を含むガスである。
【００２９】
燃料電池スタック３−ｉは、燃料ガス中の水素と酸化ガス中の酸素とを用いて発電を行なうセルの集合体（セルを直列に複数個接続したスタック）である。各燃料電池スタック３−ｉには、専用のＤＣ／ＤＣコンバータ４−ｉ（後述）が接続している。図１中には、ｎ個の燃料電池スタック３−１〜ｎとＤＣ／ＤＣコンバータ４−１〜ｎとの組が並列接続している例を示している。
ここで、燃料電池スタック３−ｉは、単独のスタックの場合だけでなく、複数のスタックを直列に接続する場合（出力電圧を高くすることが出来る）や、並列に接続する場合（出力電流を多くすることが出来る）などが有る。また、セルとしては、固体高分子型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型等の燃料電池に例示される。
【００３０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４−ｉは、燃料電池スタック３−ｉに直列に接続されている。一つの燃料電池スタック３−ｉに一つのＤＣ／ＤＣコンバータ４−ｉが専属に対応（接続）している。ＤＣ／ＤＣコンバータ４−ｉは、燃料電池スタック３−ｉで発電された直流電力としての燃料電池電力を、所望の特性（所望の電流及び電圧）を有する直流電力へ変換する。また、燃料電池電力の電流及び電圧を制御可能である。例えば、燃料電池スタック３−ｉから引き出す電流を制御することにより、燃料電池電力の電流を所望の電流値に制御する。
【００３１】
燃料電池スタック３−ｉとＤＣ／ＤＣコンバータ４−ｉと（燃料ガス流量制御弁５−ｉと酸化ガス流量制御弁６−ｉ）の複数の組の各々は、他の組が運転されている状態においても、それぞれ個別に動作、停止可能なように、制御装置７に制御される。また、他の組が運転されている状態においても、それぞれ個別にメンテナンス（修理、交換等）が可能なように、配設されている。例えば、個別に取り出しが可能なように、適切な間隔で配設されている、保温を個別に行なっている、などである。
【００３２】
制御装置７は、燃料電池システム全体（燃料ガス供給装置１、酸化ガス供給装置２、燃料電池スタック３−１〜ｎ、ＤＣ／ＤＣコンバータ４−１〜ｎ、燃料ガス流量制御弁５−１〜ｎ、酸化ガス流量制御弁６−１〜ｎ、補機８及び２次電池９を含む）を制御する。そして、燃料電池スタック３−ｉ、ＤＣ／ＤＣコンバータ４−ｉ、燃料ガス流量制御弁５−ｉ及び酸化ガス流量制御弁６−ｉの複数の組の各々を、それぞれ独立して制御（例えば、タイムシェアリングや複数のＣＰＵを有するなど）することが可能である。
【００３３】
補機８は、燃料ガス供給装置１へ燃料を供給する燃料ポンプ、酸化ガス供給装置２へ酸化ガス（空気）を加圧して供給する空気圧縮機、燃料電池スタック３−１〜ｎへ冷却水を供給する冷却水ポンプ、各ポンプの流量制御弁（図示せず）等である。図示していないが、補機８は、燃料ガス供給装置１、酸化ガス供給装置２及び燃料電池スタック３−１〜ｎの然るべき位置に配設されている。
【００３４】
２次電池９は、燃料電池スタック３−１〜ｎの起動用電力の供給、負荷変動により発生する燃料電池電力の余剰分（余剰電力）の貯蔵、負荷変動による燃料電池電力の不足の場合における負荷装置１０への電力の供給等に用いられる。
【００３５】
なお、２次電池９の機能は、必要電気量に応じては、コンデンサ等でも代替が可能である。
また、起動用電力には、外部電源（商用電源等）が利用できる。負荷変動が燃料電池電力の負荷応答性の範囲内であれば、２次電池９が無くても良い。
【００３６】
負荷装置１０は、車両用燃料電池システムの場合には、車両駆動用のインバータ、モータ等である。据置型の燃料電池システムの場合には、商用インバータ等である。
【００３７】
次に、本発明である燃料電池システムの実施の形態における動作について、図１を参照して説明する。
制御装置７の制御により、起動時、補機８は、２次電池９より電力供給を受け、燃料電池スタック３−１〜ｎを立ち上げる。そして、燃料電池スタック３−１〜ｎを発電可能な状態（温度、圧力及び燃料ガス及び酸化ガス等の状態）にする。
【００３８】
制御装置７は、燃料電池スタック３−１〜ｎの発電が可能になると、燃料電池スタック３−１〜ｎに負荷装置１０を電気的に接続し、燃料電池電力を出力させる。
その際、制御装置７は、負荷装置１０の負荷の大きさと、２次電池９の蓄電量と、補機８の電力使用量とに基づいて、燃料電池スタック３−１〜ｎに発電させる燃料電池電力の大きさを決定する。例えば、負荷装置１０の負荷が小さい場合には、燃料電池スタック３−１〜ｎの出力のみで補機８及び負荷装置１０の電力を賄う。その時、２次電池９の蓄電量が少ない場合には、余剰電力を発生させて、２次電池９に充電する。負荷装置１０の負荷が大きい場合には、燃料電池スタック３−１〜ｎと２次電池９の出力で補機８及び負荷装置１０の電力を賄う。各電力の測定は、各構成に配置された電流計、電圧計及び電力計等により、計測可能である。また、その発電量決定のロジックは、従来用いられている方法を利用できる。
【００３９】
燃料電池スタック３−１〜ｎに発電させる燃料電池電力の大きさ（総量）の決定後、制御装置７は、燃料電池スタック３−１〜ｎの全てに発電させるかどうかを決定する。これは、各燃料電池スタック３−ｉの発電量が、予め設定された最低発電量以下になるかどうかで判定する。すなわち、燃料電池スタック３（−１〜ｎ）一基当たりの発電量（＝燃料電池電力の大きさ（総量）／ｎ）＞最低発電量、ならば、燃料電池スタック３−１〜ｎの全てに発電させるように制御する。燃料電池電力の大きさ（総量）／ｎ≦最低発電量、ならば、燃料電池電力の大きさ（総量）／ｋ＞最低発電量、となるｋ（ｋ（≦ｎ）は自然数）を求める。そして、燃料電池スタック３−１〜ｎの内のｋ基にのみ発電させるように制御する。
【００４０】
ｎ基からｋ基を選択するのには、任意の方法で行なうことが可能である。例えば、選択に偏りが生じないように、ランダムに選択する、あるいは、制御装置７内で各燃料電池スタック３−ｉの累積発電時間（発電量）を記憶しておき、予め設定された期間内で各燃料電池スタック３−ｉが同程度の時間（発電量）使用されるように分配する。
【００４１】
上記のように制御させるのは以下の理由による。
燃料電池の運転においては、効率の面から、燃料ガスの利用率（燃料利用率＝発電に使用した燃料ガスの量／燃料電池に供給した燃料ガスの量）を一定に保って運転することが求められる。一方で、燃料ガスは、発電効率を劣化させる燃料電池内の余剰水分（未使用の水及び生成水）を排水する役割も担っている。従って、発電量を減少させる際、燃料ガスの利用率を一定にするために、燃料ガスを減少させると、その排水能力の低下を招くことになる。その結果、発電効率の低下を招くことになる。従って、ある発電量（最低発電量）以下の発電は、行なわないことが望ましい（行なう場合には、燃料ガスの利用率から求まる燃料ガスの流量よりも、多くの燃料ガスを流す必要が有り、効率が低下する）。
【００４２】
次に、制御装置７は、選択された燃料電池スタック３（本実施例では、燃料電池スタック３−１〜ｋとする）に対応する燃料ガス流量制御弁５−１〜ｋ及び酸化ガス流量制御弁６−１〜ｋを制御して、選択された燃料電池スタック３−１〜ｋの各々へ、均等な量の燃料ガス及び酸化材ガスを供給する。燃料ガスの供給量は、選択された燃料電池スタック３−１〜ｋの各々に出力させる出力電流Ｉｉｎ−１〜ｋの大きさに基づいて、予め設定された燃料利用率になるように決定する。また、酸化ガスの供給量は、出力電流Ｉｉｎ−１〜ｋの大きさ（あるいは、燃料ガスの燃料利用率）に基づいて、予め設定された酸素利用率になるように決定する。燃料利用率、酸素利用率の値は、制御装置７内に格納されている。
【００４３】
制御装置７は、各ＤＣ／ＤＣコンバータ４−１〜ｋを制御し、選択された燃料電池スタック３−１〜ｋの各々の出力電流Ｉｉｎ−１〜ｋを等しい値になるようにする。
すなわち、選択された燃料電池スタック３−１〜ｋの各々は、全て等しい量の燃料ガスを供給され、全て等しい出力電流Ｉｉｎ−１〜ｋ（＝燃料ガス消費量が等しい）で発電を行なうことになる。従って、選択された燃料電池スタック３−１〜ｋの各々の燃料利用率が、全て等しい値となる。
【００４４】
選択された燃料電池スタック３−１〜ｋの各々は、全て等しい出力電流Ｉｉｎ−１〜ｋ（＝燃料ガス消費量が等しい）で発電を行なうが、それぞれの出力電流と出力電圧との関係（図３に例示）は異なっている。従って、出力電圧Ｖｉｎ−１〜ｋは、燃料電池スタック３−１〜ｋ毎に異なる値となる。
【００４５】
各ＤＣ／ＤＣコンバータ４−１〜ｋは、燃料電池電力Ｐｉｎ−１〜ｋ（出力電圧Ｖｉｎ−１〜ｋ及び出力電流Ｉｉｎ−１〜ｋ）を、補機８、２次電池９及び負荷装置１０に基づいて定まるシステム電圧ＶＳを有する電力Ｐｏｕｔ−１〜ｋ（＝ρ×Ｖｉｎ−１〜ｋ×Ｉｉｎ−１〜ｋ）に変換する。ただし、ρはＤＣ／ＤＣコンバータ４−１〜ｋの電力変換効率である。そのときの電流Ｉｏｕｔ−１〜ｋは、Ｉｏｕｔ−１〜ｋ＝ρ×Ｖｉｎ−１〜ｋ×Ｉｉｎ−１〜ｋ／ＶＳ、である。
【００４６】
変換された電力Ｐｏｕｔ−１〜ｋ（Ｉｏｕｔ−１〜ｋ、ＶＳ）は、補機８、負荷装置１０で消費される。余剰電力は２次電池９に蓄電される。
【００４７】
以上の動作により、出力電流−出力電圧特性の異なる燃料電池スタック３−１〜ｎの各々へ、等しい量の燃料ガスを供給しても、出力電流が一定なので燃料ガスの過不足を生じることが無い。従って、燃料電池スタック３−１〜ｎの全てにおいて、燃料利用率一定の運転を行なうことか可能となる。
そして、この場合、燃料電池スタック３−１〜ｎの各々に全て等しい量の燃料ガスを供給することになるので、燃料ガスの制御が非常に容易であり、安定した制御が可能となる。
【００４８】
また、出力電圧Ｖｉｎ−１〜ｎが燃料電池スタック３−１〜ｎ毎に異なる値でも、ＤＣ／ＤＣコンバータ４−１〜ｎの各々での出力電圧＝システム電圧ＶＳで一定とすることが出来る。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ４−１〜ｎを用いることにより、等しい出力電圧ＶＳで各燃料電池スタック３−１〜ｎを並列接続することが可能となる。
【００４９】
燃料電池スタック３−１〜ｎは並列接続であり、その発電量の調整は制御装置７によりＤＣ／ＤＣコンバータ４−１〜ｎを用いて制御されるので、燃料電池スタック３−１〜ｎの各々は、残りの燃料電池スタック３−１〜ｎに対して独立に制御することが可能となる。
すなわち、故障などの理由により、燃料電池スタック３−１〜ｎの内のいくつかを停止する必要がある場合でも、残りの運転を継続することが可能となる。
【００５０】
また、発電量が減少した場合でも、燃料電池スタック３−１〜ｎの各々を独立に制御（運転及び停止を含む）することが出来るので、発電する燃料電池スタック３−１〜ｎの数を減らすことで対応することが可能である。それにより、燃料電池スタック３−１〜ｎ一基当たりの発電量を、最低電力量よりも多くでき、燃料利用率の悪化によるシステム効率の低下を防止することが出来る。
【００５１】
また、燃料電池スタック３−１〜ｎの各々を独立に制御することが出来るので、各燃料電池スタック３−ｉの状態に応じて、供給する燃料ガスの流量を制御（燃料ガス流量制御弁５−ｉによる）し、各燃料電池スタック３−ｉでの燃料利用率を独立に制御することも可能である。それにより、性能が劣化した燃料電池スタック３−ｉでも、使用期間を延ばすことが出来、例えば、予備の燃料電池スタック３が準備できるまで運転を継続することが可能となる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明により、燃料電池スタックを並列に接続する場合、各燃料電池スタックでの燃料ガス消費量が、燃料電池スタックに依らず一定とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明である燃料電池システムの実施の形態における構成を示す図である。
【図２】従来の燃料電池システムの構成を示す図である。
【図３】燃料電池スタックの出力電流と出力電圧との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１    燃料ガス供給装置
２    酸化ガス供給装置
３（−１〜ｎ）    燃料電池スタック
４（−１〜ｎ）    ＤＣ／ＤＣコンバータ
５（−１〜ｎ）    燃料ガス流量制御弁
６（−１〜ｎ）    酸化ガス流量制御弁
７    制御装置
８    補機
９    ２次電池
１０    負荷装置
１０１    燃料ガス供給装置
１０２    酸化ガス供給装置
１０３    燃料電池スタック
１０４    ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０７    制御装置
１０８    補機
１０９    ２次電池
１１０    負荷装置
【図１】
0003924180.tif 000002
【図２】
0003924180.tif 000003
【図３】
0003924180.tif 000004