JP7256221B2

JP7256221B2 - 燃料電池スタックの組合せ方法

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Publication number: JP7256221B2
Application number: JP2021058189A
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Inventors: 尚紀山野
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Filing date: 2021-03-30
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Description

本発明は、燃料電池スタックの組合せ方法に関する。

従来、バッテリ交換の際に、使用済みバッテリを構成する複数の電池モジュールの現在の劣化状態を測定し、その測定結果に基づいてユーザからのバッテリの交換要求を満足する電池モジュールを組み合わせる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、現在の劣化状態を測定することで、電池モジュールの最適の組合せが可能になるとされている。

特開２０１０－１７２１２２号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、電池モジュールのこれからの使用による将来的な劣化が考慮されていない。そのため、より最適な電池モジュールの組み合わせを実現するためには改善の余地がある。

また、複数の燃料電池モジュールを並列に接続したシステムにおいて、ＦＣＶＣＵ（燃料電池電圧制御ユニット）等の電圧制御手段を備えていない場合には、各燃料電池モジュールの電圧が一定となる。そのため、複数の燃料電池モジュールの電流・電圧特性にばらつきがあると、電圧が一定という並列回路の特性により、低特性の燃料電池モジュールの出力が出せないおそれがある。従って、このような場合には特に、燃料電池モジュールを構成する燃料電池スタックの最適な組み合わせが求められる。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、燃料電池モジュールを構成する燃料電池スタックのより最適な組合せを決定できる燃料電池スタックの組合せ方法を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る燃料電池スタックの組合せ方法は、検査装置（例えば、後述する検査装置２）を用いて、燃料電池システム（例えば、後述する燃料電池システム１）を構成する複数の燃料電池スタック（例えば、後述する燃料電池スタック１２）の組合せを決定する燃料電池スタックの組合せ方法であって、前記燃料電池システムは、各々が、直列に接続された前記燃料電池スタックを有し、互いに並列に接続された複数の燃料電池モジュール（例えば、後述する燃料電池モジュール１１）を備え、前記検査装置は、前記複数の燃料電池スタックの各々について、出力値を取得する出力取得部（例えば、後述する出力取得部２１）と、前記複数の燃料電池スタックの各々について、将来の劣化度を推定する劣化推定部（例えば、後述する劣化推定部２２）と、前記複数の燃料電池スタックの各々について、前記劣化推定部により推定される将来の劣化度に基づいて、所定期間が経過した後の出力値である将来出力値を推定する将来出力推定部（例えば、後述する将来出力推定部２３）と、を備え、前記複数の燃料電池スタックの各々の出力値の互いの差と、前記複数の燃料電池スタックの各々の将来出力値の互いの差と、に基づいて、前記複数の燃料電池スタックの組合せを決定する。

（１）の発明に係る燃料電池スタックの組合せ方法では、複数の燃料電池スタックの各々の出力値の互いの差と、将来の劣化度に基づいて推定された複数の燃料電池スタックの各々の将来出力値の互いの差と、に基づいて、複数の燃料電池スタックの組合せを決定する。そのため、（１）の発明によれば、複数の燃料電池スタックの各々の出力値の互いの差だけに基づいて複数の燃料電池スタックの組合せを決定する場合と比較して、燃料電池スタックの将来の劣化度を考慮した、より最適な組合せを決定することができる。

（２）（１）の発明に係る燃料電池スタックの組合せ方法において、前記複数の燃料電池モジュールの各々について、該燃料電池モジュールが有する前記複数の燃料電池スタックの各々の出力値を積算することで、該燃料電池モジュールの出力値を取得し、前記複数の燃料電池モジュールの各々について、該燃料電池モジュールが有する前記複数の燃料電池スタックの各々の将来出力値を積算することで、該燃料電池モジュールの将来出力値を推定し、前記複数の燃料電池モジュールの各々の出力値の互いの差と、前記複数の燃料電池モジュールの各々の将来出力値の互いの差と、に基づいて、前記複数の燃料電池スタックの組合せを決定してもよい。

（２）の発明に係る燃料電池スタックの組合せ方法によれば、直列に接続された複数の燃料電池スタックを有する燃料電池モジュールを単位として出力値及び将来出力値を取得し、それらに基づいて複数の燃料電池スタックの組合せを決定するため、燃料電池モジュール同士が最適な組み合わせとなるような燃料電池スタックの組合せを決定することができる。

（３）（１）の発明に係る燃料電池スタックの組合せ方法において、前記複数の燃料電池スタックの出力値の最大値と最小値との差と、前記複数の燃料電池スタックの将来出力値の最大値と最小値との差と、に基づいて、前記複数の燃料電池スタックの出力値の合計値が最小となる前記複数の燃料電池スタックの組合せを決定してもよい。

（３）の発明に係る燃料電池スタックの組合せ方法によれば、複数の燃料電池スタックの出力値の最大値と最小値との差と、複数の燃料電池スタックの将来出力値の最大値と最小値との差と、に基づいて、出力値の合計値が最小となる複数の燃料電池スタックの組合せを決定するため、より広い電力の取り出し幅を確保しつつ、各燃料電池スタックを有効活用すると共に、運転時の電力負荷割合のばらつきを小さくできるため長寿命に貢献する事のできる燃料電池スタックの最適な組み合わせを決定することができる。

（４）本発明に係る燃料電池スタックの組合せ方法は、前記複数の燃料電池モジュールの出力値の最大値と最小値との差と、前記複数の燃料電池モジュールの将来出力値の最大値と最小値との差と、の合計値が最小となる前記複数の燃料電池スタックの組合せを決定してもよい。

（４）の発明に係る燃料電池スタックの組合せ方法によれば、複数の燃料電池モジュールの出力値の最大値と最小値との差と、複数の燃料電池モジュールの将来出力値の最大値と最小値との差と、の合計値が最小となる複数の燃料電池スタックの組合せを決定するため、より広い電力の取り出し幅を確保しつつ、各燃料電池スタックを有効活用すると共に、運転時の電力負荷割合のばらつきを小さくできるため長寿命に貢献する事のできる燃料電池スタックの最適な組み合わせを決定することができる。

（５）（３）の発明に係る燃料電池スタックの組合せ方法において、前記複数の燃料電池モジュールの各々について、該燃料電池モジュールが有する前記複数の燃料電池スタックの各々の出力値を積算することで、該燃料電池モジュールの出力値を取得し、前記複数の燃料電池モジュールの各々について、該燃料電池モジュールが有する前記複数の燃料電池スタックの各々の将来出力値を積算することで、該燃料電池モジュールの将来出力値を推定し、前記複数の燃料電池モジュールの出力値の最大値と最小値との差が、前記複数の燃料電池モジュールの将来出力値の最大値と最小値との差より小さくなる前記複数の燃料電池スタックの組合せを決定してもよい。

（５）の発明に係る燃料電池スタックの組合せ方法によれば、複数の燃料電池モジュールの出力値の最大値と最小値との差が、複数の燃料電池モジュールの将来出力値の最大値と最小値との差より小さくなる複数の燃料電池スタックの組合せを決定するため、より広い電力の取り出し幅を確保しつつ、各燃料電池スタックを有効活用すると共に、運転時の電力負荷割合のばらつきを小さくできるため長寿命に貢献する事のできる燃料電池スタックの最適な組み合わせを決定することができる。

（６）（１）の発明に係る燃料電池スタックの組合せ方法において、前記複数の燃料電池スタックの各々について、該燃料電池スタックの出力値と、該燃料電池スタックの将来出力値と、の差に基づいて、ランクに分け、前記複数の燃料電池スタックの各々のランクに基づいて、前記燃料電池スタックの組合せを決定してもよい。

（６）の発明に係る燃料電池スタックの組合せ方法によれば、出力値と将来出力値との差に基づいてランク分けされた複数の燃料電池スタックの各々のランクに基づいて、燃料電池スタックの組合せを決定するため、燃料電池スタックのより最適な組合せを決定することができる。例えば、差が小さいランクを組み合わせた燃料電池モジュールをライフサイクルの長い用途に使用し、差が大きいランクを組み合わせた燃料電池モジュールをライフサイクルの短い用途に使用することができ、最適な使い分けが可能となる。

（７）（１）～（６）いずれかの発明に係る燃料電池スタックの組合せ方法において、前記複数の燃料電池モジュールは、それぞれ、直列に接続された前記複数の燃料電池スタックの出力値のうち、少なくとも一つが他と異なっていてよい。

（７）の発明に係る燃料電池スタックの組合せ方法によれば、直列に接続された複数の燃料電池スタックの出力値のうち、少なくとも一つが他と異なっていてもよいため、複数の燃料電池スタックの一部として、中古品や仕様が異なる他社製品を採用することができる。そのため、燃料電池スタックの選択の幅が広がり、燃料電池スタックのより最適な組合せを決定することができる。

（８）（１）～（７）いずれかの発明に係る燃料電池スタックの組合せ方法において、前記所定期間は、前記燃料電池スタックの使用期間又は用途に基づいて決定されてよい。

（８）の発明に係る燃料電池スタックの組合せ方法によれば、所定期間が燃料電池スタックの使用期間又は用途に基づいて決定されるため、燃料電池スタックのより最適な組合せを決定することができる。

本発明によれば、燃料電池モジュールを構成する燃料電池スタックのより最適な組合せを決定できる。

本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの組合せ方法を実現する燃料電池システム及び検査装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの組合せ方法の流れを説明するフローチャートである。燃料電池スタックの電流・電圧特性を示す図である。経年劣化による燃料電池スタックの出力低下を示す図である。燃料電池スタックの組合せの良否を説明する模式図であり、燃料電池スタックの組合せが否の場合を示す。燃料電池スタックの組合せの良否を説明する模式図であり、燃料電池スタックの組合せが良の場合を示す。燃料電池スタックの組合せの良否を説明する模式図であり、燃料電池スタックの組合せが否の場合を示す。燃料電池スタックの組合せの良否を説明する模式図であり、燃料電池スタックの組合せが良の場合を示す。各種燃料電池スタックにおける経年劣化による出力低下を示す図である。各種燃料電池スタックを組み合わせた燃料電池システムを示す概略図である。燃料電池システムの変形例を示す概略図である。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、図１を用いて、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック１２の組合せ方法を実現する燃料電池システム１及び検査装置２の構成について説明する。図１は、燃料電池スタック１２の組合せ方法を実現する燃料電池システム１及び検査装置２の構成を示すブロック図である。

図１に示す燃料電池システム１は、複数の燃料電池モジュール１１が並列に接続され、かつＦＣＶＣＵ（燃料電池自動車コントロールユニット）等の電圧制御手段を備えていないシステムであり、各燃料電池モジュール１１の電圧が互いに一定となる。この燃料電池システム１は、複数の燃料電池モジュール１１の電流・電圧特性にばらつきが無いことが求められる。この求めに対応すべく、燃料電池システム１の出荷時に、検査装置２を用いて、燃料電池システム１を構成する複数の燃料電池スタック１２のより最適な組合せを決定する。その後、作業者又は作業ロボット（図示省略）が、検査装置２が決定した組合せとなるように、燃料電池スタック１２の組替えを行う。

具体的に、燃料電池システム１は、複数の燃料電池モジュール１１を備える。複数の燃料電池モジュール１１は、各々が、直列に接続された複数の燃料電池スタック１２を有する。また、複数の燃料電池モジュール１１は、互いに並列に接続される。なお、図１を含む各図において、燃料電池モジュール１１は、左から順番に１番目、２番目、・・・であり、燃料電池スタック１２は、上から順番に１番目、２番目、・・・である。

また、図１においては、直列に接続された複数の燃料電池スタック１２の数が４つである場合を例にしているが、４つに限定されず、２つ、３つ又は５つ以上であってもよい。また、図１においては、並列に接続された複数の燃料電池モジュール１１の数が２つである場合を例にしているが、２つに限定されず、３つ以上であってもよい。

複数の燃料電池スタック１２は、検査装置２によって、互いに識別可能に管理される。具体的に、複数の燃料電池スタック１２は、検査装置２によって、何番目の燃料電池モジュール１１を構成するものであるかが管理されると共に、当該燃料電池モジュール１１の中の何番目の燃料電池スタック１２であるかが管理される。例えば、２番目の燃料電池モジュール１１の中の１番目の燃料電池スタック１２は、検査装置２によって、番号（２，１）で管理される。

検査装置２は、燃料電池システム１の出荷時に用いられ、燃料電池システム１を構成する複数の燃料電池スタック１２の組合せを決定する。具体的に、検査装置２は、出力取得部２１と、劣化推定部２２と、将来出力推定部２３と、組合せ決定部２４と、結果出力部２５と、を備える。

検査装置２は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、及びＩ／Ｏ等を有するマイクロプロセッサにより構成される。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は各記憶部から読み出した各プログラムを実行し、その実行の際にはＲＡＭ、ＲＯＭ、及び各記憶部から情報を読み出し、ＲＡＭ及び各記憶部に対して情報の書き込みを行い、図示しない通信部と信号の授受を実行する。このようにして、ハードウェアとソフトウェア（プログラム）が協働することにより、本実施形態における処理は実現される。

出力取得部２１は、複数の燃料電池スタック１２の各々について、出力値を取得する。また、出力取得部２１は、複数の燃料電池モジュール１１の各々について、当該燃料電池モジュール１１が有する複数の燃料電池スタック１２の各々の出力値を積算することで、当該燃料電池モジュール１１の出力値を取得する。

劣化推定部２２は、複数の燃料電池スタック１２の各々について、将来の劣化度を推定する。具体的に、劣化推定部２２は、複数の燃料電池スタック１２の各々について、極短期間使用して極僅かに劣化させることで、その極短期間の使用による劣化度から、長期間使用した場合の将来の劣化度を推定する。劣化度は、出力値に応じたデータとしてデータベースに蓄積されているものを取得してもよいし、外部のビッグデータから取得してもよい。

将来出力推定部２３は、複数の燃料電池スタック１２の各々について、劣化推定部２２が推定する将来の劣化度に基づき、所定期間が経過した後の出力値である将来出力値を推定する。また、将来出力推定部２３は、複数の燃料電池モジュール１１の各々について、当該燃料電池モジュール１１が有する複数の燃料電池スタック１２の各々の将来出力値を積算することで、当該燃料電池モジュール１１の将来出力値を推定する。所定期間は、燃料電池スタック１２の使用期間又は用途に基づいて決定される。将来出力値は、劣化度に応じたデータとしてデータベースに蓄積されているもの取得してもよいし、外部のビッグデータから取得してもよい。

組合せ決定部２４は、複数の燃料電池スタック１２の各々の出力値の互いの差と、複数の燃料電池スタック１２の各々の将来出力値の互いの差と、に基づいて、複数の燃料電池スタック１２の組合せを決定する。

具体的に、組合せ決定部２４は、複数の燃料電池モジュール１１の各々の出力値の互いの差と、複数の燃料電池モジュール１１の各々の将来出力値の互いの差と、に基づいて、複数の燃料電池スタック１２の組合せを決定する。より具体的に、組合せ決定部２４は、複数の燃料電池モジュール１１の出力値の最大値と最小値との差と、複数の燃料電池モジュール１１の将来出力値の最大値と最小値との差と、の合計値が最小となる複数の燃料電池スタック１２の組合せを決定する。

あるいは、組合せ決定部２４は、複数の燃料電池スタック１２の出力値の最大値と最小値との差と、複数の燃料電池スタック１２の将来出力値の最大値と最小値との差と、に基づいて、複数の燃料電池スタック１２の出力値の合計値が最小となる複数の燃料電池スタック１２の組合せを決定する。より具体的に、組合せ決定部２４は、複数の燃料電池モジュール１１の出力値の最大値と最小値との差が、複数の燃料電池モジュール１１の将来出力値の最大値と最小値との差より小さくなる複数の燃料電池スタック１２の組合せを決定する。

あるいは、組合せ決定部２４は、複数の燃料電池スタック１２の各々について、当該燃料電池スタック１２の出力値と、当該燃料電池スタック１２の将来出力値と、の差に基づき、ランクに分け、複数の燃料電池スタックの各々のランクに基づいて、燃料電池スタック１２の組合せを決定する。

結果出力部２５は、作業者に対し情報を出力するモニタ、又は作業ロボット（図示省略）に対し信号を出力する通信手段である。この結果出力部２５は、作業者又は作業ロボット（図示省略）に対し、組合せ決定部２４が決定した燃料電池スタック１２の組合せを出力する。例えば、組合せ決定部２４が決定した燃料電池スタック１２の組合せが、番号（２，１）の燃料電池スタック１２と、番号（１，２）の燃料電池スタック１２と、を互いに組み替えることで実現できる場合には、結果出力部２５は、番号（２，１）の燃料電池スタック１２と、番号（１，２）の燃料電池スタック１２と、を互いに組み替えることを指示する内容を出力する。その後、作業者又は作業ロボット（図示省略）は、結果出力部２５が出力した組合せとなるように、燃料電池スタック１２の組替えを行う。

次に、図２を用いて、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック１２の組合せ方法の流れについて説明する。図２は、燃料電池スタック１２の組合せ方法の流れを説明するフローチャートである。

図２に示す燃料電池スタック１２（図１参照）の組合せ方法は、検査装置２（図１参照）を用いて、燃料電池システム１（図１参照）を構成する複数の燃料電池スタック１２（図１参照）の組合せを決定する方法である。具体的に、燃料電池スタック１２（図１参照）の組合せ方法は、出力取得ステップＳ１１と、劣化推定ステップＳ１２と、将来出力推定ステップＳ１３と、組合せ決定ステップＳ１４と、結果出力ステップＳ１５と、組替えステップＳ１６と、を備える。

出力取得ステップＳ１１は、出力取得部２１（図１参照）が、複数の燃料電池スタック１２（図１参照）の各々について出力値を取得すると共に、複数の燃料電池モジュール１１（図１参照）の各々について出力値を取得するステップである。出力取得ステップＳ１１の後に、劣化推定ステップＳ１２に進む。

劣化推定ステップＳ１２は、劣化推定部２２（図１参照）が、複数の燃料電池スタック１２（図１参照）の各々について将来の劣化度を推定するステップである。劣化推定ステップＳ１２の後に、将来出力推定ステップＳ１３に進む。

将来出力推定ステップＳ１３は、将来出力推定部２３（図１参照）が、複数の燃料電池スタック１２（図１参照）の各々について将来出力値を推定すると共に、複数の燃料電池モジュール１１（図１参照）の各々について将来出力値を推定するステップである。将来出力推定ステップＳ１３の後に、組合せ決定ステップＳ１４に進む。

組合せ決定ステップＳ１４は、組合せ決定部２４（図１参照）が、複数の燃料電池スタック１２（図１参照）の組合せを決定するステップである。組合せ決定ステップＳ１４の後に、結果出力ステップＳ１５に進む。

結果出力ステップＳ１５は、結果出力部２５（図１参照）が、作業者又は作業ロボット（図示省略）に対し、組合せ決定ステップＳ１４で決定した燃料電池スタック１２（図１参照）の組合せを出力するステップである。結果出力ステップＳ１５の後に、組替えステップＳ１６に進む。

組替えステップＳ１６は、作業者又は作業ロボット（図示省略）が、結果出力ステップＳ１５で出力された組合せとなるように、燃料電池スタック１２（図１参照）の組替えを行うステップである。組替えステップＳ１６の後に、処理が終了する。

次に、図３Ａ及び図３Ｂを用いて、燃料電池スタック１２（図１参照）の電流・電圧特性、及び経年劣化による燃料電池スタック１２（図１参照）の出力低下について説明する。図３Ａは、燃料電池スタック１２（図１参照）の電流・電圧特性を示す図である。図３Ｂは、経年劣化による燃料電池スタック１２（図１参照）の出力低下を示す図である。

図３Ａに示すように、燃料電池スタック１２（図１参照）は、燃料電池スタックごとに所定の電流・電圧特定を有する。そのため、複数の燃料電池スタックの電流・電圧特性にばらつきがあると、電圧が一定という並列回路の特性により、低特性の燃料電池モジュールを構成する燃料電池スタックの出力が出せないおそれがある。

図３Ｂに示すように、燃料電池スタック１２（図１参照）は、経年劣化に伴って将来出力値が低下する。この将来出力値は、将来出力推定部２３によって推定される。本実施形態では、この将来出力推定部２３によって推定将来出力値も考慮して、燃料電池スタックの最適な組み合わせを決定する。

次に、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ及び図５Ｂを用いて、燃料電池スタック１２の組合せの良否について説明する。図４Ａは、燃料電池スタック１２の組合せの良否を説明する模式図であり、燃料電池スタック１２の組合せが否の場合を示す。図４Ｂは、燃料電池スタック１２の組合せの良否を説明する模式図であり、燃料電池スタック１２の組合せが良の場合を示す。図５Ａは、燃料電池スタック１２の組合せの良否を説明する模式図であり、燃料電池スタック１２の組合せが否の場合を示す。図５Ｂは、燃料電池スタック１２の組合せの良否を説明する模式図であり、燃料電池スタック１２の組合せが良の場合を示す。

図４Ａに示すように、番号（１，１）の燃料電池スタック１２が性能良好で、番号（１，２）の燃料電池スタック１２が性能良好で、番号（２，１）の燃料電池スタック１２が性能普通で、かつ番号（２，２）の燃料電池スタック１２が性能普通の場合、１番目の燃料電池モジュール１１の出力が高く、また、２番目の燃料電池モジュール１１の出力が普通である。すなわち、この場合、互いに並列に接続された複数の燃料電池モジュール１１の電流・電圧特性にばらつきがある。

一方、図４Ｂに示すように、番号（１，１）の燃料電池スタック１２が性能良好で、番号（１，２）の燃料電池スタック１２が性能普通で、番号（２，１）の燃料電池スタック１２が性能良好で、かつ番号（２，２）の燃料電池スタック１２が性能普通の場合、１番目の燃料電池モジュール１１の出力が良好で、また、２番目の燃料電池モジュール１１の出力が良好である。すなわち、この場合、互いに並列に接続された複数の燃料電池モジュール１１の電流・電圧特性にばらつきがない。

あるいは、番号（１，１）の燃料電池スタック１２が性能良好で、番号（１，２）の燃料電池スタック１２が性能普通で、番号（２，１）の燃料電池スタック１２が性能普通で、かつ番号（２，２）の燃料電池スタック１２が性能良好の場合、１番目の燃料電池モジュール１１の出力が良好で、また、２番目の燃料電池モジュール１１の出力が良好である。すなわち、この場合、互いに並列に接続された複数の燃料電池モジュール１１の電流・電圧特性にばらつきがない。

また、図５Ａに示すように、番号（１，１）の燃料電池スタック１２の出力値及び将来出力値が相対的に高く、番号（１，２）の燃料電池スタック１２の出力値及び将来出力値が相対的に高く、番号（２，１）の燃料電池スタック１２の出力値及び将来出力値が相対的に低く、かつ番号（２，２）の燃料電池スタック１２の出力値及び将来出力値が相対的に低い場合、１番目の燃料電池モジュール１１の出力が高く、また、２番目の燃料電池モジュール１１の出力が普通である。すなわち、この場合、互いに並列に接続された複数の燃料電池モジュール１１の電流・電圧特性にばらつきがある。

一方、図５Ｂに示すように、番号（１，１）の燃料電池スタック１２の出力値及び将来出力値が相対的に高く、番号（１，２）の燃料電池スタック１２の出力値及び将来出力値が相対的に低く、番号（２，１）の燃料電池スタック１２の出力値及び将来出力値が相対的に高く、かつ番号（２，２）の燃料電池スタック１２の出力値及び将来出力値が相対的に低い場合、１番目の燃料電池モジュール１１の出力が良好で、また、２番目の燃料電池モジュール１１の出力が良好である。すなわち、この場合、互いに並列に接続された複数の燃料電池モジュール１１の電流・電圧特性にばらつきがない。

あるいは、番号（１，１）の燃料電池スタック１２の出力値及び将来出力値が相対的に高く、番号（１，２）の燃料電池スタック１２の出力値及び将来出力値が相対的に低く、番号（２，１）の燃料電池スタック１２の出力値及び将来出力値が相対的に低く、かつ番号（２，２）の燃料電池スタック１２の出力値及び将来出力値が相対的に高い場合、１番目の燃料電池モジュール１１の出力が良好で、また、２番目の燃料電池モジュール１１の出力が良好である。すなわち、この場合、互いに並列に接続された複数の燃料電池モジュール１１の電流・電圧特性にばらつきがない。

以上の通り、図４Ａや図５Ａに示される場合のように複数の燃料電池スタックの電流・電圧特性にばらつきがあると、電圧が一定という並列回路の特性により、低特性の燃料電池モジュールを構成する燃料電池スタックの出力が出せないおそれがある。これに対して本実施形態では、図４Ａや図５Ａに示されるような並列間でばらつきが有るような燃料電池モジュールを構成する燃料電池スタックの組み合わせを回避する一方で、図４Ｂや図５Ｂに示されるような並列間でばらつきが無い燃料電池モジュールを構成する燃料電池スタックの組み合わせ決定することが可能となっている。

次に、図６Ａ及び図６Ｂを用いて、各種燃料電池スタック１２における経年劣化による出力低下、及び各種燃料電池スタック１２を組み合わせた燃料電池システム１の構成について説明する。図６Ａは、各種燃料電池スタック１２における経年劣化による出力低下を示す図である。図６Ｂは、各種燃料電池スタック１２を組み合わせた燃料電池システム１を示す概略図である。

図６Ａには、各種燃料電池スタック１２ａ～１２ｄ（図６Ｂ参照）における経年劣化による出力の低下を示す４本の線が示されている。上から１番目の線は、例えば、高出力の自社製品である新品の燃料電池スタック１２ａ（図６Ｂ参照）の出力値及び将来出力値を示す。上から２番目の線は、例えば、自社製品である中古品の燃料電池スタック１２ｂ（図６Ｂ参照）の出力値及び将来出力値を示す。上から３番目の線は、例えば、低出力の自社製品である新品の燃料電池スタック１２ｃ（図６Ｂ参照）の出力値及び将来出力値を示す。上から４番目の線は、例えば、他社製品である燃料電池スタック１２ｄ（図６Ｂ参照）の出力値及び将来出力値を示す。

図６Ｂには、直列に接続された複数の燃料電池スタックの出力値のうち、少なくとも一つが他と異なる場合を例示している。番号（１，１）の燃料電池スタック１２ａは、高出力の自社製品であり、新品である。番号（１，２）の燃料電池スタック１２ｂは、低出力の自社製品であり、新品である。番号（１，３）の燃料電池スタック１２ｂは、低出力の自社製品であり、新品である。番号（１，４）の燃料電池スタック１２ｄは、他社製品である。番号（２，１）の燃料電池スタック１２ｂは、低出力の自社製品であり、新品である。番号（２，２）の燃料電池スタック１２ｂは、低出力の自社製品であり、新品である。番号（２，３）の燃料電池スタック１２ｃは、自社製品であり、中古品である。番号（２，４）の燃料電池スタック１２ａは、高出力の自社製品であり、新品である。

このように、燃料電池スタック１２の組合せ方法によれば、複数の燃料電池スタック１２の各々の出力値の互いの差と、複数の燃料電池スタック１２の各々の将来出力値の互いの差と、に基づいて、複数の燃料電池スタック１２の組合せを決定するので、複数の燃料電池スタックの各々の出力値の互いの差だけに基づいて、複数の燃料電池スタックの組合せを決定する場合と比較して、燃料電池スタック１２のより最適な組合せを決定することができる。

また、燃料電池スタック１２の組合せ方法によれば、直列に接続された複数の燃料電池スタック１２を有する燃料電池モジュール１１を単位として出力値及び将来出力値を取得し、それに基づいて、複数の燃料電池スタック１２の組合せを決定する場合には、燃料電池スタック１２のより最適な組合せを決定することができる。

また、燃料電池スタック１２の組合せ方法によれば、複数の燃料電池スタック１２の出力値の最大値と最小値との差と、複数の燃料電池スタック１２の将来出力値の最大値と最小値との差と、に基づいて、複数の燃料電池スタック１２の組合せを決定する場合には、より広い電力の取り出し幅を確保しつつ、各燃料電池スタックを有効活用すると共に、運転時の電力負荷割合のばらつきを小さくできるため長寿命に貢献する事のできる燃料電池スタック１２の最適な組み合わせを決定することができる。

また、燃料電池スタック１２の組合せ方法によれば、複数の燃料電池モジュール１１の出力値の最大値と最小値との差と、複数の燃料電池モジュール１１の将来出力値の最大値と最小値との差と、の合計値が最小となる複数の燃料電池スタック１２の組合せを決定する場合には、より広い電力の取り出し幅を確保しつつ、各燃料電池スタックを有効活用すると共に、運転時の電力負荷割合のばらつきを小さくできるため長寿命に貢献する事のできる燃料電池スタック１２の最適な組み合わせを決定することができる。

また、燃料電池スタック１２の組合せ方法によれば、複数の燃料電池モジュール１１の出力値の最大値と最小値との差が、複数の燃料電池モジュール１１の将来出力値の最大値と最小値との差より小さくなる複数の燃料電池スタック１２の組合せを決定する場合には、より広い電力の取り出し幅を確保しつつ、各燃料電池スタックを有効活用すると共に、運転時の電力負荷割合のばらつきを小さくできるため長寿命に貢献する事のできる燃料電池スタック１２の最適な組み合わせを決定することができる。

また、燃料電池スタック１２の組合せ方法によれば、複数の燃料電池スタック１２の各々のランクに基づいて、燃料電池スタック１２の組合せを決定する場合には、燃料電池スタック１２のより最適な組合せを決定することができる。例えば、差が小さいランクを組み合わせた燃料電池モジュールをライフサイクルの長い用途に使用し、差が大きいランクを組み合わせた燃料電池モジュールをライフサイクルの短い用途に使用することができ、最適な使い分けが可能となる。

また、燃料電池スタック１２の組合せ方法によれば、直列に接続された複数の燃料電池スタックの出力値のうち、少なくとも一つが他と異なっていてもよいため、複数の燃料電池スタックの一部として、中古品や仕様が異なる他社製品を採用することができる。そのため、燃料電池スタックの選択の幅が広がり、燃料電池スタックのより最適な組合せを決定することができる。

また、燃料電池スタック１２の組合せ方法によれば、所定期間が燃料電池スタック１２の使用期間又は用途に基づいて決定されるので、燃料電池スタック１２のより最適な組合せを決定することができる。

次に、図７を用いて、燃料電池システム１の変形例の構成について説明する。図７は、燃料電池システム１の変形例を示す概略図である。

図７に示す燃料電池システム１は、互いに並列に接続された複数の燃料電池モジュール１１のうち、１番目の燃料電池モジュール１１が、当該燃料電池モジュールにおける出力値と将来出力値との差が大きくなるものである。この燃料電池システム１は、出力調整手段として、１番目の燃料電池モジュール１１に直列に接続される可変抵抗１３を備える。変形例に係る燃料電池システム１は、可変抵抗１３を備えることで、出力の低下を防止可能である。

なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。

例えば、本実施形態では、燃料電池システム１の検査結果に応じて、燃料電池システム１に組み入れられている燃料電池スタック１２を組み替える場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、燃料電池システム１と共に交換用の燃料電池スタック１２を検査することで、燃料電池システム１が既に備える燃料電池スタック１２を取り外して、交換用の燃料電池スタック１２を組み入れるようにしてもよい。

あるいは、本実施形態では、燃料電池システム１の検査結果に応じて、燃料電池システム１に組み入れられている燃料電池スタック１２を組み替える場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、燃料電池システム１から取り外された燃料電池スタック１２や、交換用の燃料電池スタック１２を検査して、これらを組み入れるようにしてもよい。

あるいは、本実施形態では、検査装置２を構成する組合せ決定部２４が燃料電池スタック１２の組合せを決定する場合を例に説明したが、検査装置２による検査結果の出力に基づいて、作業者が燃料電池スタック１２の組合せを決定するようにしてもよい。

１燃料電池システム
１１燃料電池モジュール
１２，１２ａ～１２ｄ燃料電池スタック
１３可変抵抗
２検査装置
２１出力取得部
２２劣化推定部
２３将来出力推定部
２４組合せ決定部
２５結果出力部
Ｓ１１出力取得ステップ
Ｓ１２劣化推定ステップ
Ｓ１３将来出力推定ステップ
Ｓ１４組合せ決定ステップ
Ｓ１５結果出力ステップ
Ｓ１６組替えステップ

Claims

検査装置を用いて、燃料電池システムを構成する複数の燃料電池スタックの組合せを決定する燃料電池スタックの組合せ方法であって、
前記燃料電池システムは、
各々が、直列に接続された前記複数の燃料電池スタックを有し、互いに並列に接続された複数の燃料電池モジュールを備え、
前記検査装置は、
前記複数の燃料電池スタックの各々について、出力値を取得する出力取得部と、
前記複数の燃料電池スタックの各々について、将来の劣化度を推定する劣化推定部と、
前記複数の燃料電池スタックの各々について、前記劣化推定部により推定される将来の劣化度に基づいて、所定期間が経過した後の出力値である将来出力値を推定する将来出力推定部と、を備え、
前記複数の燃料電池モジュールの各々について、該燃料電池モジュールが有する前記複数の燃料電池スタックの各々の出力値を積算することで、該燃料電池モジュールの出力値を取得し、
前記複数の燃料電池モジュールの各々について、該燃料電池モジュールが有する前記複数の燃料電池スタックの各々の将来出力値を積算することで、該燃料電池モジュールの将来出力値を推定し、
前記複数の燃料電池モジュールの出力値の最大値と最小値との差と、前記複数の燃料電池モジュールの将来出力値の最大値と最小値との差と、の合計値が最小となる前記複数の燃料電池スタックの組合せを決定する、燃料電池スタックの組合せ方法。
前記複数の燃料電池モジュールの各々は、直列に接続された前記複数の燃料電池スタックの出力値のうち、少なくとも一つが他と異なる、請求項１に記載の燃料電池スタックの組合せ方法。
前記所定期間は、前記燃料電池スタックの使用期間又は用途に基づいて決定される、請求項１又は２に記載の燃料電池スタックの組合せ方法。
前記複数の燃料電池スタックは前記燃料電池システムの中から取り外された燃料電池スタック及び交換用の燃料電池スタックであって、
前記決定された組合せに基づいて前記複数の燃料電池スタックの中から前記燃料電池スタックを選択し前記燃料電池モジュールに組み入れる、請求項１に記載の燃料電池スタックの組合せ方法。