JP7660678B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システム、燃料電池モジュール及び補機ユニットに関する。

従来、セルスタックを有する燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールの周辺機器を有する補機ユニットと、を有する燃料電池システムが知られている。例えば、補機ユニットは、空気ブロワ及びポンプなどである（例えば、特許文献１）。

さらに、燃料電池をモジュール化した燃料電池モジュールを補機ユニットと組み合わせることによって燃料電池システムを構成する技術も知られている（例えば、特許文献２）。

特開２０１６－７６３６７号公報 特開２０１７－１５２０９７号公報

開示に係る燃料電池システムは、セルスタックを有する燃料電池モジュールを制御する第１制御部と、前記燃料電池モジュールの周辺機器を有する補機ユニットを制御する第２制御部と、を備え、前記第１制御部は、前記第２制御部と物理的又は仮想的に独立している。

開示に係る燃料電池モジュールは、セルスタックを有しており、前記燃料電池モジュールの周辺機器を有する補機ユニットを制御する所定制御部とは物理的又は仮想的に独立する制御部を備える。

開示に係る補機ユニットは、セルスタックを有する燃料電池モジュールの周辺機器を有しており、前記燃料電池モジュールを制御する所定制御部とは物理的又は仮想的に独立する制御部を備える。

図１は、実施形態に係る燃料電池システム１００を示す図である。 図２は、実施形態に係る第１制御部５０及び第２制御部６０を示す図である。 図３は、実施形態に係る通知方法を示す図である。 図４は、変更例１に係る第１制御部５０及び第２制御部６０を示す図である。 図５は、変更例１に係る第１制御部５０及び第２制御部６０を示す図である。

以下において、実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものである。

［実施形態］
（燃料電池システム）
以下において、燃料電池システムについて説明する。

図１に示すように、燃料電池システム１００は、燃料電池モジュール１０と、補機ユニット２０と、貯湯タンク３０と、PCS（Power Conditioning System）４０と、第１制御部５０と、第２制御部６０と、を有する。

燃料電池モジュール１０は、燃料を用いて発電を行うモジュールである。例えば、燃料電池モジュール１０は、少なくともセルスタック１１を有し、本明細書においては、このセルスタック１１が何らかの形でその全体が覆われているものを、燃料電池モジュールと呼ぶ。なお、図１においては、燃料電池モジュール１０は、さらに、改質器１２と、ヒータ１３と、を有する。

セルスタック１１は、後述するブロワ２１から供給される空気（酸素）と改質ガスとの化学反応によって発電する。各セルは、燃料極と空気極との間に電解質が挟み込まれた構造を有する。燃料極には、改質ガスが供給され、空気極には、空気が供給される。電解質において改質ガス及び空気の化学反応が生じて、電力及び熱が生成される。

改質器１２は、燃料から改質ガスを生成する。例えば、改質ガスは、水素を含んで構成されるガスである。

ヒータ１３は、セルスタック１１で化学反応しなかった燃料（以下、未反応燃料）に着火し、セルスタック１１の温度を高温（例えば、600℃～1000℃）に維持する。

特に限定されるものではないが、燃料電池モジュール１０は、セルスタック１１、改質器１２及びヒータ１３以外の構成を有してもよい。例えば、燃料電池モジュール１０は、燃料電池モジュール１０や改質器１２の温度を測定するセンサを有してもよい。燃料電池モジュール１０は、ホットモジュールと称されてもよい。

補機ユニット２０は、燃料電池モジュールの周辺機器を有するユニットである。例えば、補機ユニット２０は、ブロワ２１と、ポンプ２２と、熱交換器２３と、を有する。

ブロワ２１は、気体を送りこむ機器である。例えば、ブロワ２１は、セルスタック１１（空気極）に空気を送り込むブロワ、一酸化炭素の選択的な酸化に用いる空気を改質器１２に送り込むブロワなどを含んでもよい。

ポンプ２２は、液体を送りこむ機器である。例えば、ポンプ２２は、改質器１２（脱硫器）に燃料を送り込むポンプ、燃料の改質に用いる改質水を改質器１２に送り込むポンプ、セルスタック１１の冷却に用いる冷却水をセルスタック１１（冷却器）に送り込むポンプ、熱交換器２３側から貯湯タンク３０側に水を送り込むポンプなどを含んでもよい。

熱交換器２３は、セルスタック１１で生じる排熱を回収する機器である。熱交換器２３には還流管が接続される。還流管は、貯湯タンク３０側から熱交換器２３側への水の流路及び熱交換器２３側から貯湯タンク３０側への水の流路を形成する。熱交換器２３は、貯湯タンク３０から還流管を介して供給される水を温めることによって排熱を回収する。熱交換器２３は、補機ユニット２０に含まれずに、貯湯タンク３０とともに貯湯ユニットを構成してもよい。

貯湯タンク３０は、水を溜めるタンクである。貯湯タンク３０には還流管が接続される。熱交換器２３側への水は、熱交換器２３（燃料電池モジュール１０の排熱）によって温められた上で貯湯タンク３０に戻される。

PCS４０は、燃料電池モジュール１０で生成された直流電力の電圧を調整するDC/DCコンバータ、直流電力を交流電力に変換するDC/ACコンバータなどを含む。

補機ユニット２０は、ブロワ２１と、ポンプ２２と、熱交換器２３以外の構成を有してもよい。例えば、補機ユニット２０は、燃料から腐付臭剤を除去し、付腐臭剤が除去された燃料（改質ガス）をセルスタック１１に供給する脱硫器を有してもよく、セルスタック１１を冷却するラジエータを有してもよい。

第１制御部５０は、燃料電池モジュール１０を制御する。第１制御部５０は、第２制御部６０とは仮想的又は物理的に独立している。実施形態では、第１制御部５０は、第１制御部の一例であってもよく、所定制御部の一例であってもよい。

第１制御部５０は、燃料電池モジュール１０に含まれてもよい。第１制御部５０は、燃料電池モジュール１０に含まれなくてもよい。例えば、第１制御部５０は、燃料電池モジュール１０とは別体として構成される基板に実装されてもよい。

第２制御部６０は、補機ユニット２０を制御する。第２制御部６０は、第１制御部５０とは仮想的又は物理的に独立している。実施形態では、第２制御部６０は、第２制御部の一例であってもよく、所定制御部の一例であってもよい。

第２制御部６０は、補機ユニット２０に含まれてもよい。第２制御部６０は、補機ユニット２０に含まれなくてもよい。例えば、第２制御部６０は、補機ユニット２０とは別体として構成される基板に実装されてもよい。

（第１制御部及び第２制御部）
以下において、第１制御部及び第２制御部の詳細について説明する。

図２に示すように、第１制御部５０は、燃料電池インタフェース５１（以下、燃料電池I/F５１）と、制御部間インタフェース５２（以下、制御部間I/F５２）と、制御機能部５３と、を有する。

燃料電池I/F５１は、燃料電池モジュール１０の各構成を第１制御部５０と接続するためのインタフェースである。例えば、燃料電池I/F５１は、セルスタック１１と接続されており、セルスタック１１に関する制御指令を出力してもよい。燃料電池I/F５１は、改質器１２と接続されており、改質器１２に関する制御指令を出力してもよい。燃料電池I/F５１は、ヒータ１３と接続されており、ヒータ１３に関する制御指令を出力してもよい。

さらに、燃料電池I/F５１は、燃料電池モジュール１０の状態を検出するセンサと接続されており、センサの検出結果を受け取ってもよい。センサは、燃料電池モジュール１０や改質器１２の温度を検出するセンサを含んでもよく、燃料電池モジュールに送りこまれる流体（気体又は液体）の流量を検出するセンサを含んでもよい。燃料電池モジュール１０の温度は、燃料電池モジュール１０の内部温度（例えば、セルスタック１１の温度）を含んでもよく、燃料電池モジュール１０の外部温度（例えば、外気温度）を含んでもよい。

制御部間I/F５２は、第２制御部６０を第１制御部５０と接続するためのインタフェースである。制御部間I/F５２は、第２制御部６０に様々な情報要素を通知し、第２制御部６０から様々な情報要素を受け取る。実施形態では、制御部間I/F５２は、燃料電池モジュール１０の状態に関する特定情報要素を第２制御部６０に通知する通知部を構成する。

制御機能部５３は、燃料電池モジュール１０の各構成を制御する。制御機能部５３は、セルスタック１１に関する制御指令、改質器１２に関する制御指令、ヒータ１３に関する制御指令などを生成する。

第２制御部６０は、補機インタフェース６１（以下、補機I/F６１）と、制御部間インタフェース６２（以下、制御部間I/F６２）と、通信機能部６３と、制御機能部６４と、を有する。

補機I/F６１は、補機ユニット２０の各構成を第２制御部６０と接続するためのインタフェースである。例えば、補機I/F６１は、ブロワ２１と接続されており、ブロワ２１に関する制御指令を出力してもよい。補機I/F６１は、ポンプ２２と接続されており、ポンプ２２に関する制御指令を出力してもよい。補機I/F６１は、熱交換器２３と接続されており、熱交換器２３に関する制御指令を出力してもよい。

制御部間I/F６２は、第１制御部５０を第２制御部６０と接続するためのインタフェースである。制御部間I/F６２は、第１制御部５０に様々な情報要素を通知し、第１制御部５０から様々な情報要素を受け取る。実施形態では、制御部間I/F６２は、燃料電池モジュール１０の状態に関する特定情報要素を第１制御部５０から受け取る受取部を構成する。

通信機能部６３は、第２制御部６０の外部装置と通信を実行する。外部装置は、PCS４０であってもよく、燃料電池システム１００を有する施設の電力を管理するEMS（Energy Management System）であってもよく、燃料電池モジュール１０、補機ユニット２０又は燃料電池システム１００の運転状態を管理するOAM（Operations Administration and Maintenance）サーバであってもよい。

制御機能部６４は、補機ユニット２０の各構成を制御する。制御機能部６４は、ブロワ２１に関する制御指令、ポンプ２２に関する制御指令、熱交換器２３に関する制御指令などを生成する。

（特定情報要素）
以下において、特定情報要素について説明する。特定情報要素は、第２制御部６０が把握しておらず、第１制御部５０が把握可能な情報要素であってもよい。特定情報要素は、第２制御部６０が把握しておらず、補機ユニット２０の制御に使用可能な情報要素であってもよい。例えば、特定情報要素は、以下に示す情報要素を含んでもよい。

（運転動作状態）
特定情報要素は、燃料電池モジュール１０の運転動作状態に関する情報要素を含んでもよい。運転動作状態は、第１制御部５０によって管理可能である。

運転動作状態は、発電動作状態を含んでもよい。発電動作状態は、発電中、稼働停止中（以下、単に停止中という場合がある）、起動中、停止動作中、アイドル中の中から選択された１以上の状態を含んでもよい。発電中は、燃料電池モジュール１０が発電している状態である。停止中は、燃料電池モジュール１０が稼働停止している状態である。起動中は、停止中から発電中に遷移している状態である。停止動作中は、発電中から停止中に遷移している状態である。アイドル中は、燃料電池モジュール１０が発電していないが、セルスタック１１の温度が所定温度に維持される状態である。所定温度は、発電温度（例えば、600℃～1000℃）と同程度であってもよく、発電温度よりも低い温度（例えば、450℃～600℃）であってもよい。

運転動作状態は、シャットダウン状態を含んでもよい。シャットダウン状態は、燃料電池モジュール１０の異常に伴って燃料電池モジュール１０を強制的に停止させている状態である。

このような前提下において、第１制御部５０は、第２制御部６０の要求に応じて、運転動作状態に関する情報要素を第２制御部６０に通知してもよい。第１制御部５０は、第２制御部６０の要求によらずに、所定トリガに応じて、運転動作状態に関する情報要素を第２制御部６０に通知してもよい。所定トリガは、運転動作状態が変わることであってもよい。

（劣化状態）
特定情報要素は、燃料電池モジュール１０の劣化状態に関する情報要素を含んでもよい。劣化状態は、第１制御部５０によって管理可能である。

劣化状態に関する情報要素は、燃料電池モジュール１０の累積運転時間を示す情報要素であってもよい。例えば、累積運転時間は、燃料電池モジュール１０が発電中である時間の累積時間であってもよく、燃料電池モジュール１０が停止中である時間以外の累積時間であってもよい。

劣化状態に関する情報要素は、燃料電池モジュール１０の出力電圧値を示す情報要素であってもよい。このような出力電圧値は、初期状態における燃料電池モジュール１０の出力電圧値（初期値）と比較することによって、劣化状態の特定に用いることが可能である。ここで、両者の比較は、予め定められた燃料電池モジュールの動作を基準として実行されてもよい。予め定められた燃料電池モジュールの動作は、燃料電池モジュール１０が定格電力を出力する動作であってもよい。

劣化状態に関する情報要素は、燃料電池モジュール１０の内部温度（例えば、セルスタック１１の温度）を示す情報要素であってもよい。このような温度は、初期状態における燃料電池モジュール１０の内部温度の温度（初期値）と比較することによって、劣化状態の特定に用いることが可能である。ここで、両者の比較は、予め定められた燃料電池モジュールの動作を基準として実行されてもよい。予め定められた燃料電池モジュールの動作は、燃料電池モジュール１０が定格電力を出力する動作であってもよい。

劣化状態に関する情報要素は、燃料電池モジュール１０を起動するときのOCV（Open Circuit Voltage）を示す情報要素であってもよい。このようなOCVは、初期状態において燃料電池モジュール１０を起動するときのOCV（初期値）と比較することによって、劣化状態の特定に用いることが可能である。

劣化状態に関する情報要素は、燃料電池モジュール１０の発電開始直後の最低出力電圧値を示す情報要素であってもよい。このような最低電圧値は、初期状態において燃料電池モジュール１０の発電開始直後の最低出力電圧値（初期値）と比較することによって、劣化状態の特定に用いることが可能である。

劣化状態に関する情報要素は、燃料電池モジュール１０の内部温度に関する温度上昇速度を示す情報要素であってもよい。温度上昇速度は、起動中において温度が上昇する速度であってもよい。このような温度上昇速度は、初期状態における燃料電池モジュール１０の内部温度に関する温度上昇速度（初期値）と比較することによって、劣化状態の特定に用いることが可能である。

劣化状態に関する情報要素は、燃料電池モジュール１０の直流電力値を示す情報要素であってもよい。このような直流電力値は、初期状態における燃料電池モジュール１０の直流電力値（初期値）と比較することによって、劣化状態の特定に用いることが可能である。

劣化状態に関する情報要素は、燃料電池モジュール１０の出力電力が定格電力に達するまでの時間（以下、遷移時間）を示す情報要素であってもよい。定格電力に達するまでの時間は、発電開始直後から定格電力に達するまでの遷移時間であってもよい。このような遷移時間は、初期状態の遷移時間（初期値）と比較することによって、劣化状態の特定に用いることが可能である。

劣化状態に関する情報要素は、劣化状態のレベルを示す情報要素であってもよい。劣化状態のレベルは、累積運転時間、出力電圧値、セルスタック１１の温度、OCV、最低出力電圧値、温度上昇速度、直流電力値及び遷移時間の中から選択された１以上のパラメータに基づいて、第１制御部５０によって判定されてもよい。

このような前提下において、第１制御部５０は、第２制御部６０の要求に応じて、劣化状態に関する情報要素を第２制御部６０に通知してもよい。第１制御部５０は、第２制御部６０の要求によらずに、所定トリガに応じて、劣化状態に関する情報要素を第２制御部６０に通知してもよい。所定トリガは、上述した劣化状態のレベルが変わることであってもよい。所定トリガは、運転動作状態が発電中に遷移してから所定時間が経過することであってもよい。所定トリガは、発電中の時間（以下、発電時間）が所定時間に達することであってもよい。所定時間は、定期的なタイミングを定義する時間（例えば、約1週間に相当する168時間、約1ヶ月に相当する720時間など）であってもよい。所定時間は、燃料電池システム１００に燃料ガスが家庭用ガスメータを介して供されていることを前提とした場合に、家庭用ガスメータの異常検知時間に応じて定義される時間（例えば、11時間、600時間）であってもよい。

なお、発電時間は、所定時間毎にリセットされる。所定トリガは、所定タイミング（例えば、3:30）が到来することであってもよい。所定トリガは、燃料電池モジュール１０が継続して動作する時間が所定時間に達したことに伴って燃料電池モジュール１０が停止することであってもよい。

（温度状態）
特定情報要素は、燃料電池モジュール１０の温度状態に関する情報要素を含んでもよい。温度状態は、燃料電池モジュール１０の内部温度（例えば、セルスタック１１の温度）が燃料電池I/F５１によって取得される前提下において、第１制御部５０によって管理可能である。

温度状態に関する情報要素は、燃料電池モジュール１０の内部温度を示す情報要素を含んでもよい。温度状態に関する情報要素は、燃料電池モジュール１０の温度状態のレベルを示す情報要素であってもよい。温度状態のレベルは、燃料電池モジュール１０に対する作業を禁止するレベル、燃料電池モジュール１０に対する作業の一部（例えば、伝熱部以外の部分の作業）を許容するレベル、燃料電池モジュール１０に対する作業の全てを許容するレベルなどを含んでもよい。このようなケースにおいて、温度状態に関する情報要素は、燃料電池モジュール１０に対する作業可否に関する情報要素と読み替えられてもよい。

このような前提下において、第１制御部５０は、第２制御部６０の要求に応じて、温度状態に関する情報要素を第２制御部６０に通知してもよい。第１制御部５０は、第２制御部６０の要求によらずに、所定トリガに応じて、温度状態に関する情報要素を第２制御部６０に通知してもよい。所定トリガは、上述した温度状態のレベルが変わることであってもよい。

（停止予定時間）
特定情報要素は、燃料電池モジュール１０の停止予定時間に関する情報要素を含んでもよい。停止予定時間は、第１制御部５０によって特定可能である。

停止予定時間は、発電中から停止中への遷移が完了する予定時間であってもよい。停止予定時間は、発電中から停止中への遷移が完了するまでの残り時間によって表されてもよく、発電中から停止中への遷移が完了する絶対的な時刻によって表されてもよい。

例えば、第１制御部５０は、発電中から停止動作中に遷移したタイミングにおいて、燃料電池モジュール１０の内部温度及び外部温度のうち少なくとも一方に基づいて、停止予定時間を特定してもよい。第１制御部５０は、停止動作中において、燃料電池モジュール１０の内部温度に関する温度下降速度に基づいて、停止予定時間を補正してもよい。

ここで、停止動作中は、２段階以上の停止動作段階を含んでもよい。このようなケースにおいて、第１制御部５０は、各停止動作段階が完了する予定時間を停止動作段階毎に特定してもよい。

このような前提下において、第１制御部５０は、第２制御部６０の要求に応じて、停止予定時間に関する情報要素を第２制御部６０に通知してもよい。第１制御部５０は、第２制御部６０の要求によらずに、所定トリガに応じて、停止予定時間に関する情報要素を第２制御部６０に通知してもよい。所定トリガは、停止予定時間が変わることであってもよく、停止動作段階が変わることであってもよい。

（発電開始予定時間）
特定情報要素は、燃料電池モジュール１０の発電開始予定時間に関する情報要素を含んでもよい。発電開始予定時間は、第１制御部５０によって特定可能である。

発電開始予定時間は、停止中から発電中への遷移が完了する予定時間であってもよい。発電開始予定時間は、停止中から発電中への遷移が完了するまでの残り時間によって表されてもよく、停止中から発電中への遷移が完了する絶対的な時刻によって表されてもよい。

例えば、第１制御部５０は、停止中から起動中に遷移したタイミングにおいて、燃料電池モジュール１０の内部温度及び外部温度のうち少なくとも一方に基づいて、発電開始予定時間を特定してもよい。第１制御部５０は、起動中において、燃料電池モジュール１０の内部温度に関する温度上昇速度に基づいて、発電開始予定時間を補正してもよい。

ここで、起動中は、２段階以上の起動段階を含んでもよい。このようなケースにおいて、第１制御部５０は、各起動段階が完了する予定時間を起動段階毎に特定してもよい。各起動段階は、燃料電池モジュール１０に送り込む改質水の流量に応じて定められてもよい。また、各起動段階は、燃料電池モジュール１０の内部温度、出力電圧値などに応じて定められてもよい。

このような前提下において、第１制御部５０は、第２制御部６０の要求に応じて、発電開始予定時間に関する情報要素を第２制御部６０に通知してもよい。第１制御部５０は、第２制御部６０の要求によらずに、所定トリガに応じて、発電開始予定時間に関する情報要素を第２制御部６０に通知してもよい。所定トリガは、発電開始予定時間が変わることであってもよく、起動段階が変わることであってもよい。

（起動可否）
特定情報要素は、燃料電池モジュール１０の起動可否に関する情報要素を含んでもよい。起動可否は、第１制御部５０によって判断可能である。

起動可否は、燃料電池モジュール１０の内部温度に基づいて判断されてもよく、燃料電池モジュール１０の外部温度に基づいて判断されてもよい。例えば、内部温度が閾値よりも高い場合に、起動不可と判断され、内部温度が閾値よりも低い場合に、起動可能と判断されてもよい。外部温度が閾値よりも低い場合に、起動不可と判断され、外部温度が閾値よりも高い場合に、起動可能と判断されてもよい。

このような前提下において、第１制御部５０は、第２制御部６０の要求に応じて、起動可否に関する情報要素を第２制御部６０に通知してもよい。第１制御部５０は、第２制御部６０の要求によらずに、所定トリガに応じて、起動可否に関する情報要素を第２制御部６０に通知してもよい。所定トリガは、起動不可の条件が満たされることであってもよく、起動可能の条件が満たされることであってもよい。

（停止可否）
特定情報要素は、燃料電池モジュール１０の停止可否に関する情報要素を含んでもよい。停止可否は、第１制御部５０によって判断可能である。

停止可否は、燃料電池システム１００の連系状態に基づいて判断されてもよい。例えば、燃料電池システム１００が自立運転状態である場合に、停止不可と判断され、燃料電池システム１００が連系運転状態である場合に、停止可能と判断されてもよい。停止可否は、燃料電池モジュール１０の運転動作状態に基づいて判断されてもよい。例えば、燃料電池モジュール１０が起動中である場合に、停止不可と判断され、燃料電池モジュール１０が発電中である場合に、停止可能と判断されてもよい。

ここで、第１制御部５０は、停止不可の条件が満たされていても、燃料電池モジュール１０の異常等に伴うシャットダウンを実行してもよい。第１制御部５０は、停止可否に関する情報要素として、停止不可の理由を通知してもよい。

このような前提下において、第１制御部５０は、第２制御部６０の要求に応じて、停止可否に関する情報要素を第２制御部６０に通知してもよい。第１制御部５０は、第２制御部６０の要求によらずに、所定トリガに応じて、停止可否に関する情報要素を第２制御部６０に通知してもよい。所定トリガは、起動不可の条件が満たされることであってもよく、起動可能の条件が満たされることであってもよい。

（流体状態）
特定情報要素は、補機ユニット２０から燃料電池モジュール１０に供給される流体状態に関する情報要素を含んでもよい。流体は、気体を含んでもよく、液体を含んでもよい。流体は、ブロワ２１から燃料電池モジュール１０に送り混まれる気体の流量が燃料電池I/F５１によって取得される前提下において、第１制御部５０によって管理可能である。同様に、流体は、ポンプ２２から燃料電池モジュール１０に送り混まれる液体の流量が燃料電池I/F５１によって取得される前提下において、第１制御部５０によって管理可能である。

流体状態に関する情報要素は、流体の流量を示す情報要素を含んでもよく、流体の供給可否を示す情報要素を含んでもよい。燃料（以下、燃料ガス）、水及び空気に関する情報要素を含んでもよい。燃料ガスは、改質器１２（脱硫器）に送り混まれる生ガスを含んでもよく、ヒータ１３で燃料されなかった未燃焼ガスを含んでもよい。未燃焼ガスは、ヒータ１３の温度によって判断されてもよく、セルスタック１１で燃焼触媒が用いられる場合には、燃焼触媒の温度によって判断されてもよい。

ここで、第１制御部５０は、流体を供給不可な状態から流体を供給可能な状態に遷移する場合に、水が供給可能である旨の情報要素を通知した後に、燃料が供給可能である旨の情報要素を通知してもよい。第１制御部５０は、燃料電池モジュール１０の内部温度が閾値以上である場合に、水が供給可能である旨の情報要素を通知した後に、燃料が供給可能である旨の情報要素を通知してもよい。第１制御部５０は、停止中において、空気が供給可能である旨の情報要素を通知した後に、燃料が供給可能である旨の情報要素を通知し、燃料が供給可能である旨の情報要素を通知した後に、水が供給可能である旨の情報要素を通知してもよい。

このような前提下において、第１制御部５０は、第２制御部６０の要求に応じて、流体状態に関する情報要素を第２制御部６０に通知してもよい。第１制御部５０は、第２制御部６０の要求によらずに、所定トリガに応じて、流体状態に関する情報要素を第２制御部６０に通知してもよい。所定トリガは、燃料電池モジュール１０がシャットダウンされることであってもよく、燃料電池モジュール１０の内部温度が閾値よりも高いことであってもよい。

（異常状態）
特定情報要素は、燃料電池モジュール１０の異常状態に関する情報要素を含んでもよい。異常状態は、第１制御部５０によって特定可能である。

異常状態は、燃料電池モジュール１０の各構成の少なくともいずれか１つの異常状態を含んでもよい。異常状態は、燃料電池モジュール１０の内部温度に基づいて判断されてもよい。例えば、内部温度が閾値よりも高い場合に、異常状態が発生したと判断されてもよい。異常状態は、流体の流量に基づいて判断されてもよい。例えば、流体の流量が所定流量と異なる場合に、異常状態が発生したと判断されてもよい。所定流量は、燃料電池モジュール１０の運転動作状態に応じて定められてもよい。所定流量は、第１制御部５０から第２制御部６０に要求した流量によって定められてもよい。異常状態は、燃料電池モジュール１０の出力電力に基づいて判断されてもよい。例えば、出力電力が定格電力などで安定化しない場合に、異常状態が発生したと判断されてもよい。

異常状態に関する情報要素は、燃料電池モジュール１０のシャットダウンを第２制御部６０に要求する情報要素を明示的に又は暗黙的に含んでもよい。

このような前提下において、第１制御部５０は、第２制御部６０の要求に応じて、異常状態に関する情報要素を第２制御部６０に通知してもよい。第１制御部５０は、第２制御部６０の要求によらずに、所定トリガに応じて、異常状態に関する情報要素を第２制御部６０に通知してもよい。所定トリガは、燃料電池モジュール１０の異常状態が検出されることであってもよい。

（通知方法）
以下において、通知方法について説明する。

図３に示すように、ステップＳ１０において、第１制御部５０は、燃料電池モジュール１０の状態を検出する。上述したように、状態は、運転動作状態、劣化状態、温度状態、停止予定時間、発電開始予定時間、起動可否、停止可否、流体状態及び異常状態の中から選択された１以上の状態であってもよい。

ステップＳ１１において、第１制御部５０は、燃料電池モジュール１０の状態に関する特定情報要素を第２制御部６０に通知する。第１制御部５０は、第２制御部６０の要求に応じて、特定情報要素を第２制御部６０に通知してもよい。第１制御部５０は、第２制御部６０の要求によらずに、所定トリガに応じて、特定情報要素を第２制御部６０に通知してもよい。

ステップＳ１２において、第２制御部６０は、特定情報要素に応じた特定処理を実行してもよい。例えば、第２制御部６０は以下に示す特定処理を実行してもよい。

第２制御部６０は、運転動作状態に関する情報要素に基づいて、運転動作状態を外部装置（例えば、EMS（Energy Management System）など）に通知してもよく、PCS４０を制御してもよい。このような構成によれば、EMSは、施設等の電力を制御する計画を適切に策定することができ、第２制御部６０は、PCS４０を適切に制御することができる。

第２制御部６０は、劣化状態に関する情報要素に基づいて、劣化状態を外部装置（例えば、燃料電池モジュール１０のメンテナンスなどを管理するOAM（Operations Administration and Maintenance）サーバなど）に通知してもよい。このような構成によれば、燃料電池モジュール１０のメンテナンスなどを適切に管理又は実行することができる。

第２制御部６０は、温度状態に関する情報要素に基づいて、ユーザに対してアラートを出力してもよい。このような構成によれば、作業者が燃料電池モジュール１０のメンテナンスを安全に実行することができる。

第２制御部６０は、停止予定時間に関する情報要素に基づいて、停止予定時間を外部装置（例えば、OAMサーバ、燃料電池モジュール１０のメンテナンスを実行する作業者の端末など）に通知してもよい。このような構成によれば、燃料電池モジュール１０のメンテナンスを開始可能な時間を把握することができるため、作業者がメンテナンスを実行する計画を適切に策定することができる。

第２制御部６０は、発電開始予定時間に関する情報要素に基づいて、PCS４０を制御してもよい。例えば、第２制御部６０は、発電開始予定時間に基づいて、現在時点で発電が可能であるか否かを判定し、発電可能となるまで燃料電池モジュール１０からPCS４０に電力が供給されないようにPCS４０を制御してもよい。第２制御部６０は、発電開始予定時間に関する情報要素に基づいて、発電開始予定時刻を外部装置（EMSなど）に通知してもよい。このような構成によれば、EMSは、燃料電池システム１００から電力が出力可能なタイミングを把握することができ、施設等の電力を制御する計画を適切に策定することができる。

第２制御部６０は、起動可否に関する情報要素に基づいて、ユーザに対してアラートを出力してもよい。第２制御部６０は、第１制御部５０から起動不可が通知されている状況下において、ユーザ操作によって燃料電池モジュール１０の起動操作が行われた場合に、燃料電池モジュール１０の故障が生じる旨のアラートを出力してもよい。このような構成によれば、燃料電池モジュール１０に対する不適切なユーザ操作を抑制することができる。

第２制御部６０は、停止可否に関する情報要素に基づいて、ユーザに対してアラートを出力してもよい。第２制御部６０は、自立運転状態において第１制御部５０から停止不可が通知されている状況下において、ユーザ操作によって燃料電池モジュール１０の停止操作が行われた場合に、電力の供給停止（ブラックアウト）が生じる旨のアラートを出力してもよい。このような構成によれば、燃料電池モジュール１０に対する不適切なユーザ操作を抑制することができる。

第２制御部６０は、流体状態に関する情報要素に基づいて、燃料電池モジュール１０のシャットダウンを実行してもよい。第２制御部６０は、流体状態に関する情報要素に基づいて、ユーザに対してアラートを出力してもよい。アラートは、コネクタが外れていないか確認を促すアラートを含んでもよく、燃料ガス、水及び空気などの流体が燃料電池モジュール１０に送り混まれているか確認を促すアラートを含んでもよい。アラートは、未燃焼ガスが流れていることを通知するアラートを含んでもよい。このような構成によれば、燃料電池モジュール１０の異常を適切に抑制又は解決することができる。

第２制御部６０は、異常状態に関する情報要素に基づいて、燃料電池モジュール１０のシャットダウンを実行してもよい。第２制御部６０は、異常状態に関する情報要素に基づいて、ユーザに対してアラートを出力してもよい。アラートは、コネクタが外れていないか確認を促すアラートを含んでもよく、燃料ガス、水及び空気などの流体が燃料電池モジュール１０に送り混まれているか確認を促すアラートを含んでもよく、燃料電池モジュール１０の出力電流が適正な値であるか確認を促すアラートを含んでもよい。このような構成によれば、燃料電池モジュール１０の異常を適切に抑制又は解決することができる。

（作用及び効果）
実施形態では、燃料電池モジュール１０を制御する第１制御部５０は、補機ユニット２０を制御する第２制御部６０と物理的又は仮想的に独立している。このような構成によれば、燃料電池モジュール１０の製品寿命が補機ユニット２０の製品寿命と異なる等の理由から、新たな燃料電池モジュール１０を既存の補機ユニット２０と組み合わせるケースを想定した場合であっても、既存の補機ユニット２０を制御する第２制御部６０の改変を抑制することができる。

実施形態では、第１制御部５０は、燃料電池モジュール１０の状態に関する特定情報要素を第２制御部６０に通知する。このような構成によれば、第２制御部６０は、特定情報要素に応じた特定処理を適切に実行することができる。言い換えると、新たな燃料電池モジュール１０を既存の補機ユニット２０と組み合わせるケースを想定した場合に、特定情報要素が標準化されているため、既存の燃料電池モジュール１０と新たな燃料電池モジュール１０との互換性を保ちながら、既存の補機ユニット２０を制御する第２制御部６０の改変を抑制することができる。

［変更例１］
以下において、実施形態の変更例１について説明する。以下においては、実施形態に対する相違点について説明する。

具体的には、変更例１では、第１制御部５０及び第２制御部６０に関するハードウェア構成について説明する。

第１に、第１制御部５０及び第２制御部６０が物理的に独立しているケースについて説明する。このようなケースにおいて、第１制御部５０及び第２制御部６０は、物理的に独立するプロセッサによって構成される。

具体的には、図４に示すように、第１制御部５０は、プロセッサ３００Ａによって構成され、第２制御部６０は、プロセッサ３００Ｂによって構成される。第１制御部５０は、プロセッサ３００Ａ上に実装されるプログラムモジュールであると考えてもよい。第２制御部６０は、プロセッサ３００Ｂ上に実装されるプログラムモジュールであると考えてもよい。

プロセッサ３００Ａは、単一の集積回路（IC）によって構成されてもよく、通信可能に接続された複数の回路（集積回路及び又はディスクリート回路（discrete circuits）など）によって構成されてもよい。同様に、プロセッサ３００Ｂは、単一の集積回路（IC）によって構成されてもよく、通信可能に接続された複数の回路（集積回路及び又はディスクリート回路（discrete circuits）など）によって構成されてもよい。

プロセッサは、マイクロコンピュータ又はマイクロコントローラと読み替えられてもよい。プロセッサは、半導体チップと読み替えられてもよい。プロセッサは、FPGA（Field-Programmable Gate Array）などのPLD（Programmable Logic Device）と読み替えられてもよい。プログラムモジュールは、ファームウェアと読み替えられてもよく、ソフトウェアと読み替えられてもよい。プログラムモジュールは、通信機能を有しており、外部装置によって書き換えられてもよい。

図４に示すハードウェア構成において、プロセッサ３００Ａは、燃料電池モジュール１０に含まれると考えてもよい。同様に、プロセッサ３００Ｂは、補機ユニット２０に含まれると考えてもよい。

第２に、第１制御部５０及び第２制御部６０が仮想的に独立しているケースについて説明する。このようなケースにおいて、第１制御部５０及び第２制御部６０は、仮想的に独立するプログラムモジュールによって構成される。

具体的には、図５に示すように、第１制御部５０及び第２制御部６０は、プロセッサ３００Ｘ上に実装される別々のプログラムモジュールによって構成される。プロセッサ３００Ｘは、単一の集積回路（IC）によって構成されてもよく、通信可能に接続された複数の回路（集積回路及び又はディスクリート回路（discrete circuits）など）によって構成されてもよい。

プロセッサは、マイクロコンピュータ又はマイクロコントローラと読み替えられてもよい。プロセッサは、半導体チップと読み替えられてもよい。プロセッサは、FPGA（Field-Programmable Gate Array）などのPLD（Programmable Logic Device）と読み替えられてもよい。プログラムモジュールは、ファームウェアと読み替えられてもよく、ソフトウェアと読み替えられてもよい。プログラムモジュールは、通信機能を有しており、外部装置によって書き換えられてもよい。

図５に示すハードウェア構成において、プロセッサ３００Ｘは、燃料電池モジュール１０に含まれると考えてもよく、補機ユニット２０に含まれると考えてもよい。燃料電池モジュール１０が高温に達することを考慮すると、プロセッサ３００Ｘは、補機ユニット２０に含まれることが好ましい。

図５に示すハードウェア構成において、第１制御部５０の制御部間I/F５２は、プロセッサ３００Ｘのハードウェアリソースを用いて、第２制御部６０の制御部間I/F６２に特定情報要素を通知する。言い換えると、第２制御部６０の制御部間I/F６２は、プロセッサ３００Ｘのハードウェアリソースを用いて、第１制御部５０の制御部間I/F５２から特定情報要素を受け取る。

［その他の実施形態］
本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

上述した開示では特に触れていないが、ユーザは、燃料電池モジュール１０のメンテナンスを実行する作業者を含んでもよく、燃料電池システム１００の使用者を含んでもよく、燃料電池システム１００の管理者を含んでもよい。

上述した開示では特に触れていないが、燃料電池モジュール１０は、固体酸化物型燃料電池モジュール（SOFC; Solid Oxide Fuel Cell）であってもよく、固体高分子型燃料電池モジュール（PEFC; Polymer Electrolyte Fuel Cell）であってもよく、リン酸型燃料電池モジュール（PAFC; Phosphoric Acid Fuel Cell）であってもよく、溶融炭酸塩型燃料電池モジュール（MCFC; Molten Carbonate Fuel Cell）であってもよい。

上述した開示では特に触れていないが、上述した開示は、持続可能な開発目標（SDGs; Sustainable Development Goals）で定める目標７（エネルギーをみんなに そしてクリーンに）、目標９（産業と技術革新の基盤をつくろう）、目標１１（住み続けるまちづくりを）及び目標１３（気候変動に具体的な対策を）に寄与し得る。

１０…燃料電池モジュール（燃料電池モジュール）、１１…セルスタック（セルスタック）、１２…改質器、１３…ヒータ、２０…補機ユニット（補機ユニット）、２１…ブロワ（周辺機器）、２２…ポンプ（周辺機器）、２３…熱交換器２３（周辺機器）、３０…貯湯タンク、４０…PCS、５０…第１制御部（第１制御部）、５１…燃料電池I/F、５２…制御部間I/F、５３…制御機能部、６０…第２制御部（第２制御部）、６１…補機I/F、６２…制御部間I/F、６３…通信機能部、６４…制御機能部、１００…燃料電池システム、３００Ａ…プロセッサ、３００Ｂ…プロセッサ、３００Ｘ…プロセッサ

Claims (13)

1. セルスタックを有する燃料電池モジュールを制御する第１制御部と、
   前記燃料電池モジュールの周辺機器を有する補機ユニットを制御する第２制御部と、
   前記燃料電池モジュールで生成された電力を変換するＰＣＳ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）と、を備え、
   前記第１制御部は、前記燃料電池モジュールと接続するための燃料電池インタフェースと、前記第２制御部と接続するための第１制御部間インタフェースと、前記燃料電池モジュールを制御する第１制御機能部と、を備え、
   前記第２制御部は、前記補機ユニットと接続するための補機ユニットインタフェースと、前記第1制御部と接続するための第２制御部間インタフェースと、前記ＰＣＳを含む外部装置と通信を実行する通信機能部と、前記補機ユニットを制御する第２制御機能部と、を備え、
   前記第１制御部は、前記第２制御部と物理的又は仮想的に独立している、燃料電池システム。
2. 前記第１制御部は、前記燃料電池モジュールの状態に関する特定情報要素を前記第２制御部に通知する通知部を含み、
   前記第２制御部は、前記特定情報要素を前記第１制御部から受け取る受取部を含む、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記第１制御部及び前記第２制御部は、物理的に独立するプロセッサによって構成される、請求項１に記載の燃料電池システム。
4. 前記第１制御部及び前記第２制御部は、仮想的に独立するプログラムモジュールによって構成される、請求項１に記載の燃料電池システム。
5. 前記特定情報要素は、前記燃料電池モジュールの運転動作状態に関する情報要素を含む、請求項２に記載の燃料電池システム。
6. 前記特定情報要素は、前記燃料電池モジュールの劣化状態に関する情報要素を含む、請求項２に記載の燃料電池システム。
7. 前記特定情報要素は、前記燃料電池モジュールの温度状態に関する情報要素を含む、請求項２に記載の燃料電池システム。
8. 前記特定情報要素は、前記燃料電池モジュールの停止予定時間に関する情報要素を含む、請求項２に記載の燃料電池システム。
9. 前記特定情報要素は、前記燃料電池モジュールの発電開始予定時間に関する情報要素を含む、請求項２に記載の燃料電池システム。
10. 前記特定情報要素は、前記燃料電池モジュールの起動可否に関する情報要素を含む、請求項２に記載の燃料電池システム。
11. 前記特定情報要素は、前記燃料電池モジュールの停止可否に関する情報要素を含む、請求項２に記載の燃料電池システム。
12. 前記特定情報要素は、前記補機ユニットから前記燃料電池モジュールに供給される流体状態に関する情報要素を含む、請求項２に記載の燃料電池システム。
13. 前記特定情報要素は、前記燃料電池モジュールの異常状態に関する情報要素を含む、請求項２に記載の燃料電池システム。