WO2024116527A1

WO2024116527A1 - 寿命予測方法、寿命予測装置および発電システム

Info

Publication number: WO2024116527A1
Application number: PCT/JP2023/032599
Authority: WO
Inventors: 泰金子; 良和田中; 豪彦伊瀬; 良文田口; 康通吉原
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2022-12-01
Filing date: 2023-09-07
Publication date: 2024-06-06

Abstract

本開示の寿命予測方法は、燃料電池を含む、複数の発電ユニットを備える燃料電池装置の寿命予測方法であって、前記燃料電池装置の前記発電ユニットが寿命に到達したと判断される前記発電ユニットの累積発電時間と、所定の期間において前記燃料電池装置の全発電ユニットのうち発電する発電ユニットの比率とから前記燃料電池装置の前記発電ユニットが寿命に到達する時期を予測する。

Description

寿命予測方法、寿命予測装置および発電システム

　本開示は、寿命予測方法、寿命予測装置および発電システムに関する。

　発電システムの寿命予測に関して、従来から様々な提案が行われている。一例として、特許文献１では、基本運転パターンで運転される燃料電池の電圧変化率を測定し（ステップＳ１）、基本運転パターンに対する電圧変化率と発電時間との関係を所定の近似式で近似し（ステップＳ２）、この近似式を用いて燃料電池の電圧低下量を求め（ステップＳ３）、この電圧低下量が所定値を越えたとき、燃料電池の寿命が尽きたと判断する燃料電池の寿命予測方法が開示されている。

特開平１１－９７０４９号公報

　本開示は、一例として、発電グループが備える、燃料電池を含む複数の発電ユニットのそれぞれが寿命に到達する時期を従来よりも高精度に予測し得る、寿命予測方法、寿命予測装置および発電システムを提供することを課題とする。

　上記課題を解決するため、本開示の一態様（aspect）の寿命予測方法は、燃料電池を含む、複数の発電ユニットを備える燃料電池装置の寿命予測方法であって、前記燃料電池装置の前記発電ユニットが寿命に到達したと判断される前記発電ユニットの累積発電時間と、所定の期間において前記燃料電池装置の全発電ユニットのうち発電する発電ユニットの比率とから前記燃料電池装置の前記発電ユニットが寿命に到達する時期を予測する。

　また、本開示の一態様の寿命予測装置は、燃料電池を含む、複数の発電ユニットを備える燃料電池装置の寿命予測装置であって、前記燃料電池装置の前記発電ユニットが寿命に到達したと判断される前記発電ユニットの累積発電時間と、所定の期間において前記燃料電池装置の全発電ユニットのうち発電する発電ユニットの比率とから前記燃料電池装置の前記発電ユニットが寿命に到達する時期を予測する制御器と、予測された、前記燃料電池装置の前記発電ユニットが寿命に到達する時期を示す情報を表示器に通知する通信器と、を備える。

　また、本開示の一態様の発電システムは、燃料電池を含む複数の発電ユニットと、上記の寿命予測装置と、を備える。

　本開示の一態様の寿命予測方法、寿命予測装置および発電システムは、発電グループが備える、燃料電池を含む複数の発電ユニットのそれぞれが寿命に到達する時期を従来よりも高精度に予測し得る、という効果を奏する。

図１は、実施形態の発電システムの一例を示す図である。図２は、図１の寿命予測装置の一例を示す図である。図３は、実施形態の発電システムにおける寿命予測装置の動作（燃料電池装置の各発電ユニットの寿命予測方法）の一例を示すフローチャートである。図４は、実施形態の第１実施例の発電システムにおける寿命予測装置の動作（燃料電池装置の各発電ユニットの寿命予測方法）の一例を示すフローチャートである。図５は、実施形態の第２実施例の発電システムにおける寿命予測装置の動作（燃料電池装置の各発電ユニットの寿命予測方法）の一例を示すフローチャートである。図６は、発電ユニットの発電開始後に所定時間が経過して、電圧が安定する電圧安定タイミングの一例を示す図である。図７は、発電ユニットの累積発電時間と電圧との相関関係を示す近似直線の一例を説明するための図である。図８は、実施形態の第３実施例の発電システムの発電計画の一例を示す図であって、所定の期間において全発電ユニットのうち発電する発電ユニットの比率Ｒ１の一例の算定方法を説明するための図である。

　特許文献１では、複数の発電ユニットのそれぞれが寿命に到達する時期を予測することについて検討されていない。具体的には、複数の発電ユニットを備える燃料電池装置の稼働率が特許文献１で考慮されていないので、発電ユニットのそれぞれが寿命に到達する時期を正確に予測することが困難である。

　そこで、本開示の第１態様の寿命予測方法は、燃料電池を含む、複数の発電ユニットを備える燃料電池装置の寿命予測方法であって、燃料電池装置の発電ユニットが寿命に到達したと判断される発電ユニットの累積発電時間と、所定の期間において燃料電池装置の全発電ユニットのうち発電する発電ユニットの比率とから燃料電池装置の発電ユニットが寿命に到達する時期を予測する。

　上記によると、本態様の寿命予測方法は、発電グループが備える、燃料電池を含む複数の発電ユニットのそれぞれが寿命に到達する時期を従来よりも高精度に予測し得る。

　具体的には、所定の期間における、燃料電池装置の全発電ユニットのうち発電する発電ユニットの比率は、燃料電池装置の台数稼働率に相当する。換言すると、燃料電池装置の台数稼働率は、所定の期間において燃料電池装置が発電するときに、全発電ユニットのうち発電する発電ユニットの比率に相当する。

　ここで、所定の期間において、発電ユニットのそれぞれがほぼ均等に使用されている場合、燃料電池装置の台数稼働率と発電ユニットのそれぞれの設備使用率とはほぼ等しい。また、発電ユニットの設備使用率が高いほど、当該発電ユニットの劣化の進行速度が速い。つまり、上記比率と当該発電ユニットの寿命との間には、負の比例関係が存在する。

　以上により、本態様の寿命予測方法は、燃料電池を含む複数の発電ユニットのそれぞれが寿命に到達する時期の予測において上記比率を考慮することで、かかる比率を考慮しない場合に比べて、発電ユニットのそれぞれが寿命に到達する時期を正確に予測することができる。

　本開示の第２態様の寿命予測方法は、第１態様の寿命予測方法において、燃料電池装置の発電ユニットの劣化による電圧低下の予測に基づき発電ユニットが寿命に到達したと判断される発電ユニットの累積発電時間が算定されてもよい。

　発電ユニットの累積発電時間の増加に伴って、発電ユニットの劣化による発電ユニットの電圧低下が発生することが一般的に知られている。

　そこで、本態様の寿命予測方法は、例えば、発電ユニットの累積発電時間に対する電圧（実測データ）の推移から将来の累積発電時間の経過に対して低下する電圧を予測し、予測された電圧が、予め定められた寿命判定電圧に達する累積発電時間を発電ユニットが寿命に到達したと判断される累積発電時間として適切に算定することができる。

　本開示の第３態様の寿命予測方法は、第１態様または第２態様の寿命予測方法において、所定の期間は複数の時間帯を含み、上記比率は、各時間帯において発電する発電ユニットの台数を所定の期間に亘って積算した値を、全発電ユニットの台数に前記所定の期間における前記時間帯の数を乗じた値で割ることで算定されてもよい。

　上記によると、本態様の寿命予測方法は、各時間帯における発電要の発電ユニットの台数の積算値と、各時間帯における全発電ユニットの台数の積算値とから所定の期間における燃料電池装置の台数稼働率を求めることができる。

　本開示の第４態様の寿命予測装置は、燃料電池を含む、複数の発電ユニットを備える燃料電池装置の寿命予測装置であって、燃料電池装置の発電ユニットが寿命に到達したと判断される発電ユニットの累積発電時間と、所定の期間において燃料電池装置の全発電ユニットのうち発電する発電ユニットの比率とから燃料電池装置の発電ユニットが寿命に到達する時期を予測する制御器と、予測された、燃料電池装置の発電ユニットが寿命に到達する時期を示す情報を表示器に通知する通信器と、を備える。

　かかる構成によると、本態様の寿命予測装置は、発電グループが備える、燃料電池を含む複数の発電ユニットのそれぞれが寿命に到達する時期を従来よりも高精度に予測し得る。なお、本態様の寿命予測装置が奏する作用効果の詳細は、第１態様の寿命予測方法が奏する作用効果と同様であるので説明を省略する。

　本開示の第５態様の発電システムは、燃料電池を含む、複数の発電ユニットを備える燃料電池装置と、第４態様の寿命予測装置と、を備える。

　かかる構成によると、本態様の発電システムは、発電グループが備える、燃料電池を含む複数の発電ユニットのそれぞれが寿命に到達する時期を従来よりも高精度に予測し得る。なお、本態様の発電システムが奏する作用効果の詳細は、第１態様の寿命予測方法が奏する作用効果と同様であるので説明を省略する。

　以下、添付図面を参照しながら、本開示の上記態様の具体例を説明する。以下で説明する具体例は、いずれも本開示の上記態様の一例を示すものである。よって、以下で示される形状、数値、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態などは、請求項に記載されていない限り、請求項の範囲を限定するものではない。

　また、以下に説明する構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状および寸法比などについては正確な表示ではない場合がある。

　さらに、装置の動作においては、必要に応じて、工程の順番を入れ替えてもよいし、公知の工程を追加してもよい。

　（実施形態）
　［装置構成］
　図１は、実施形態の発電システムの一例を示す図である。図２は、図１の寿命予測装置の一例を示す図である。

　本実施形態の発電システム１０は、燃料電池を含む、複数の発電ユニットを備える燃料電池装置１５と、寿命予測装置２０と、を備える。ここで、発電システム１０は、図１に示す如く、燃料電池を含む、複数の発電ユニットａ１～ａｎ、ｂ１～ｂｎ、ｃ１～ｃｎ、ｄ１～ｄｎ、ｅ１～ｅｎからなる発電ユニット群を備える。発電システム１０は、例えば、電力系統に大電力を供給するシステムであってもよい。以下、図１の燃料電池装置１５の構成についてさらに詳細に説明する。

　この発電ユニット群は、複数の発電ユニットａ１～ａｎ、ｂ１～ｂｎ、ｃ１～ｃｎ、ｄ１～ｄｎ、ｅ１～ｅｎによってグループ化されている。なお、図示を省略するが、これらの発電ユニットａ１～ａｎ、ｂ１～ｂｎ、ｃ１～ｃｎ、ｄ１～ｄｎ、ｅ１～ｅｎはそれぞれ、燃料電池スタック、燃料電池スタックで発電された直流電力を交流電力に変換して電力系統に出力するためのパワーコンディショナ、および、これらの機器の動作を制御する制御装置などで構成されている。

　本例では、発電ユニット群は、燃料電池装置１５Ａに属する発電ユニットａ１～ａｎ、燃料電池装置１５Ｂに属する発電ユニットｂ１～ｂｎ、燃料電池装置１５Ｃに属する発電ユニットｃ１～ｃｎ、燃料電池装置１５Ｄに属する発電ユニットｄ１～ｄｎ、および、燃料電池装置１５Ｅに属する発電ユニットｅ１～ｅｎのそれぞれにグループ化されている。一つのグループに属する全ての発電ユニットを、単に「グループ内の発電ユニット」ともいう。以下、説明の便宜上、発電ユニットａ１～ａｎ、ｂ１～ｂｎ、ｃ１～ｃｎ、ｄ１～ｄｎ、ｅ１～ｅｎを「発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）」と略す場合がある。

　ただし、以上の燃料電池装置１５の構成は、例示であって、本例に限定されない。例えば、燃料電池装置１５は、単一クループ内の発電ユニットによってグループ化されていてもよい。

　制御装置３０Ａ～３０Ｅはそれぞれ、グループＡ、グループＢ、グループＣ、グループＤ、および、グループＥのそれぞれに対して、換言すれば、燃料電池装置１５Ａ～１５Ｅのそれぞれに対して設けられており、グループ内の発電ユニットのそれぞれの動作を制御する。

　例えば、制御装置３０Ａは、通信ネットワークを介して、グループＡに属する発電ユニットａ１～ａｎの効率的な動作（例えば、寿命の最適化）が可能になるように、発電ユニットａ１～ａｎのそれぞれの出力を制御する。なお、発電ユニットに、制御装置は設けられずに、制御装置３０Ａ～３０Ｅにより、各グループに属する発電ユニットの動作が直接制御されてもよい。

　制御装置３０Ａ～３０Ｅは、制御機能を有するものであればよく、演算処理部（図示せず）と制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）と、通信器（図示せず）とを備える。演算処理部が、記憶部に記憶された制御プログラムを読み出して実行することによって、制御装置３０Ａ～３０Ｅにおいて、所定の制御が行われる。演算処理部として、例えば、マイクロプロセッサが例示される。記憶部としては、例えば、メモリが例示される。

　寿命予測装置２０は、燃料電池装置１５に含まれる各発電ユニットの寿命を予測するための装置であって、図２に示すように、通信器２１と、制御器２３と、を備える。

　制御器２３は、発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれが寿命に到達したと判断される累積発電時間と、所定の期間において全発電ユニットのうち発電する発電ユニットの比率Ｒ１とから発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれが寿命に到達する時期（以下、寿命到達時期）を予測する。

　ここで、上記「全発電ユニットのうち発電する発電ユニット」とは、制御器２３の記憶部に記憶された発電計画において、「発電要」と判断された燃料電池ユニットを意味する場合だけでなく、実際に発電した燃料電池ユニットを意味する場合も含み得る。

　また、上記「所定の期間」は、制御器２３の記憶部に記憶された発電計画の全期間であってもよいし、一部の期間であってもよい。「所定の期間」は、例えば、１日から数日程度の期間であってもよいが、これより長い一週間（７日間）から１ヵ月間の中から選ばれる適宜の期間であってもよい。

　なお、「発電ユニットが寿命に到達したと判断される累積発電時間」の具体例、および、「所定の期間において全発電ユニットのうち発電する発電ユニットの比率Ｒ１」の具体例については、実施例で説明する。

　通信器２１は、予測された、燃料電池装置１５の発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれの寿命到達時期を示す情報を表示器４０に通知する送信器である。本情報は、例えば、表示器４０に表示されたカレンダー上の年月日であってもよい。「表示器４０」として、例えば、発電システム１０で発電する電力供給のサービスを受けている需要者の情報端末、メンテナンス会社の表示装置などを挙げることができるが、これらに限定されない。これにより、発電システム１０で発電する電力供給のサービスを受けている需要者などが、発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれの寿命を容易に知ることができる。

　本例では、制御器２３によって、発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれに対して寿命到達時期が予測されるが、これに限定されない。

　例えば、制御器２３以外の制御装置（例えば、制御装置３０Ａ～３０Ｅ）によって発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれに対して寿命到達時期が予測されてもよい。

　また、制御器２３および制御装置３０Ａ～３０Ｅ以外の制御装置（例えば、図示しない各発電ユニット内の制御装置）によって発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれに対して寿命到達時期が予測されてもよい。

　制御器２３は、制御機能を有するものであればよく、演算処理部（図示せず）と制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）と、を備える。演算処理部が、記憶部に記憶された制御プログラムを読み出して実行することによって、制御器２３において、所定の制御が行われる。演算処理部として、例えば、マイクロプロセッサが例示される。記憶部としては、例えば、メモリが例示される。

　以上の発電システム１０の構成は例示であって、本例に限定されない。例えば、寿命予測装置２０が、制御装置３０Ａ～３０Ｅと一体となって、換言すれば、制御装置３０Ａ～３０Ｅの制御機能を搭載して、直接、グループ内の発電ユニットのそれぞれの動作を制御してもよい。

　［動作］
　図３は、実施形態の発電システムにおける寿命予測装置の動作（燃料電池装置の各発電ユニットの寿命予測方法）の一例を示すフローチャートである。以下の動作は、例えば、制御器２３の演算処理部が、制御器２３の記憶部から制御プログラムを読み出すことにより行われてもよい。ただし、以下の動作を制御器２３で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部の動作を行ってもよい。以下の例では、制御器２３により動作を制御する場合について、説明する。

　寿命予測装置２０の動作が開始すると、ステップＳ１で、燃料電池装置１５の発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれが寿命に到達したと判断される累積発電時間と、所定の期間において全発電ユニットのうち発電する発電ユニットの比率Ｒ１とから発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれの寿命到達時期が予測される。

　具体的には、燃料電池装置１５内の発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）の累積発電時間が、今後の燃料電池装置１５の累積発電時間の伸びに対してどの程度伸びるかを比率Ｒ１により見積もり、寿命と判断される累積発電時間に到達する時期を予測する。

　なお、上記予測にあたっては、燃料電池装置１５が、所定の期間において稼働する時間稼働率Ｒ２を考慮してもよい。時間稼働率Ｒ２の詳細は第１実施例で説明する。

　なお、発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれについて、累積発電時間が一定時間だけ増加する毎に、ステップＳ１の動作が繰り返し行われてもよい。また、予測された発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれの寿命到達時期を示す情報が表示器４０（図２参照）に通知されてもよい。本情報は、例えば、表示器４０にカレンダー上の年月日として表示されてもよい。

　以上に説明した本実施形態によれば、燃料電池装置１５Ａ～１５Ｅのそれぞれに含まれる各発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）が寿命に到達する時期を従来よりも高精度に予測し得る。

　具体的には、所定の期間における、燃料電池装置１５の全発電ユニットのうち発電する発電ユニットの比率Ｒ１は、燃料電池装置１５の台数稼働率に相当する。ここで、所定の期間において、発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれがほぼ均等に使用されている場合、燃料電池装置１５の台数稼働率と発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれの設備使用率とはほぼ等しい。また、発電ユニットの設備使用率が高いほど、当該発電ユニットの劣化の進行速度が速い。つまり、比率Ｒ１と当該発電ユニットの寿命との間には負の比例関係が存在する。

　以上により、本実施形態によれば、燃料電池を含む複数の発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれが寿命に到達する時期の予測において比率Ｒ１を考慮することで、かかる比率Ｒ１を考慮しない場合に比べて、発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれが寿命に到達する時期を正確に予測することができる。

　（第１実施例）
　図４は、実施形態の第１実施例の発電システムにおける寿命予測装置の動作（燃料電池装置の各発電ユニットの寿命予測方法）の一例を示すフローチャートである。以下の動作は、例えば、制御器２３の演算処理部が、制御器２３の記憶部から制御プログラムを読み出すことにより行われてもよい。ただし、以下の動作を制御器２３で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部の動作を行ってもよい。以下の例では、制御器２３により動作を制御する場合について、説明する。

　寿命予測装置２０の動作が開始すると、ステップＳ１１で、燃料電池装置１５Ａ～１５Ｅのそれぞれについて、所定の期間において全発電ユニットのうち発電する発電ユニットの比率Ｒ１ｉ（ｉ＝ａ～ｅ）が導出される。

　次に、発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれの累積発電時間が、今後の燃料電池装置１５の累積発電時間の伸びに対してどの程度伸びるかについて、ステップＳ１１の比率Ｒ１ｉ（ｉ＝ａ～ｅ）により見積る。具体的には、発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれの今後の累積発電時間が、「燃料電池装置１５の今後の累積発電時間Ｔｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）×比率Ｒ１」となるように見積られる。例えば、燃料電池装置１５Ａの比率Ｒ１ａについて説明すると、上記比率Ｒ１ａが０．５であれば、発電ユニット１５ａｊ（ｊ＝１～ｎ）のそれぞれの今後の累積発電時間は、燃料電池装置１５Ａの今後の累積発電時間Ｔａに対して０．５倍になるように見積られる。

　そして、ステップＳ１２で、発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれの現在までの累積発電時間Ｔｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）に「燃料電池装置１５の今後の累積発電時間Ｔｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）×比率Ｒ１ｉ（ｉ＝ａ～ｅ）」を加えた値が、寿命に到達したと判断される累積発電時間（寿命到達判定時間ＴＥ）になるときの、燃料電池装置１５の今後の累積発電時間Ｔｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）が算定され、かかる累積発電時間Ｔｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）の算定値から発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれの寿命到達時期が予測される。

　なお、発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれについて、累積発電時間が一定時間だけ増加する毎に、ステップＳ１１～ステップＳ１２の動作が繰り返し行われてもよい。また、予測された発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれの寿命到達時期を示す情報が表示器４０（図２参照）に通知されてもよい。本情報は、例えば、表示器４０にカレンダー上の年月日として表示されてもよい。

　ただし、以上の燃料電池装置１５の寿命予測方法は、例示であって、本例に限定されない。

　例えば、燃料電池装置１５が、所定の期間において、継続して発電運転しており、今後も同様に発電運転を中断せず、発電運転を継続するという前提であれば、上記例で算定した、寿命到達判定時間ＴＥになるときの燃料電池装置１５の今後の累積発電時間Ｔｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）がそのまま、各発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）の寿命到達時期の予測に使用される。

　しかしながら、燃料電池装置１５が、所定の期間において、発電運転を停止する期間が存在する場合、発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）の寿命予測にあたって、燃料電池装置１５の時間稼働率Ｒ２ｉ（ｉ＝ａ～ｅ）を考慮してもよい。なお、この「時間稼働率Ｒ２ｉ（ｉ＝ａ～ｅ）」とは、所定の期間において、燃料電池装置１５Ａ～１５Ｅのそれぞれが発電運転（稼働）している時間の比率に相当する。換言すれば、時間稼働率Ｒ２ｉ（ｉ＝ａ～ｅ）は、所定の期間において、燃料電池装置１５Ａ～１５Ｅのそれぞれに含まれる複数の発電ユニットの少なくとも１つが発電している時間の比率に相当する。

　例えば、燃料電池装置１５Ａの時間稼働率Ｒ２ａについて説明すると、制御器２３の記憶部に記憶された発電計画の所定の期間が１ヶ月であれば、燃料電池装置１５Ａが、一日のうちの何時間発電運転するかのデータ、および、１ヶ月のうち何日間発電運転するかのデータに基づいて、当該時間稼働率Ｒ２ａが算定される。一例として、燃料電池装置１５Ａが１日のうち、半日しか発電運転せず、かつ、週末は発電運転しない場合は、燃料電池装置１５Ａの時間稼働率Ｒ２ａが約０．３７（＝０．５×２２／３０）と算定される。

　そして、「寿命到達判定時間ＴＥになるときの燃料電池装置１５の今後の累積発電時間Ｔａｊ（ｊ＝１～ｎ）／Ｒ２ａ」を算定することにより各発電ユニット１５ａｊ（ｊ＝１～ｎ）の寿命到達時期が予測される。具体的には、寿命到達判定時間ＴＥになるときの燃料電池装置１５Ａの今後の累積発電時間Ｔａｊ（ｊ＝１～ｎ）を約２．７倍した値から各発電ユニット１５ａｊ（ｊ＝１～ｎ）の寿命到達時期が予測される。

　（第２実施例）
　実施形態の第２実施例の寿命予測方法は、燃料電池装置１５の発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれの劣化による電圧低下の予測に基づき発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれが寿命に到達したと判断される累積発電時間が算定されること以外は、実施形態の寿命予測方法と同様である。

　図５は、実施形態の第２実施例の発電システムにおける寿命予測装置の動作（燃料電池装置の各発電ユニットの寿命予測方法）の一例を示すフローチャートである。以下の動作は、例えば、制御器２３の演算処理部が、制御器２３の記憶部から制御プログラムを読み出すことにより行われてもよい。ただし、以下の動作を制御器２３で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部の動作を行ってもよい。以下の例では、制御器２３により動作を制御する場合について、説明する。

　まず、ステップＳ２１で、発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれの発電開始から所定時間が経過した時刻ｔａ～時刻ｔｂ間の時間帯［ｔａ、ｔｂ］の電圧Ｖが既知のデータから導出される。時間帯［ｔａ、ｔｂ］は、図６に示す如く、定格運転における発電開始から所定時間が経過して電圧が安定する適宜の電圧安定タイミングである。よって、上記電圧Ｖは、時間帯［ｔａ、ｔｂ］における電圧の平均値であってもよい。時刻ｔａ～時刻ｔｂ間の時間は、例えば、３０分程度であってもよいが、これに限定されない。また、「既知のデータ」とは、発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれの発電時間が「ゼロ」から現在の累積発電時間までの適時の発電開始における、電圧安定タイミングの電圧であって、発電システム１０の記憶部に保存されている。

　次に、ステップＳ２２で、発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれの累積発電時間Ｔと電圧Ｖとの相関関係を示す、近似直線Ｌが導出される。具体的には、発電ユニットの累積発電時間Ｔの増加に伴って、発電ユニットの劣化による発電ユニットの電圧低下が発生することが一般的に知られている。そこで、図７の丸印の電圧Ｖ（既知のデータ）を基にして、近似直線Ｌを得ることができる。

　次に、ステップＳ２３で、ステップＳ２２の近似直線Ｌと、発電ユニットの寿命判定電圧Ｖ１とから、発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれが寿命に到達したと判断される累積発電時間（以下、寿命到達判定時間ＴＥ）が導出される。具体的には、発電システム１０において、寿命判定電圧Ｖ１は、予め定められた値であるので、図７に示すように、近似直線Ｌと、当該寿命判定電圧Ｖ１とから、寿命到達判定時間ＴＥを知ることができる。

　次に、ステップＳ２４で、ステップＳ２３の寿命到達判定時間ＴＥと、図３のステップＳ１の比率Ｒ１と、から発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれの寿命到達時期が予測される。

　なお、発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれについて、累積発電時間Ｔが一定時間だけ増加する毎に、ステップＳ２１～ステップＳ２４の動作が繰り返し行われてもよい。また、予測された発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれの寿命到達時期を示す情報が表示器４０（図２参照）に通知されてもよい。本情報は、例えば、表示器４０にカレンダー上の年月日として表示されてもよい。

　以上のとおり、本実施例の寿命予測方法は、例えば、発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）の累積発電時間に対する電圧Ｖ（実測データ）の推移から将来の累積発電時間の経過に対して低下する電圧Ｖを予測し、予測された電圧Ｖが、予め定められた寿命判定電圧Ｖ１に達する累積発電時間を発電ユニット１５ｉｊ（ｉ＝ａ～ｅ、ｊ＝１～ｎ）のそれぞれが寿命に到達したと判断される累積発電時間（寿命到達判定時間ＴＥ）として適切に算定することができる。

　本実施例の寿命予測方法、寿命予測装置２０および発電システム１０は、上記の特徴以外は、実施形態または実施形態の第１実施例と同様であってもよい。

　（第３実施例）
　実施形態の第２実施例の寿命予測方法は、所定の期間は複数の時間帯ＴＳを含み、比率Ｒ１は、各時間帯ＴＳにおいて発電する発電ユニットの台数を所定の期間に亘って積算した値を、全発電ユニットの台数に所定の期間における時間帯ＴＳの数を乗じた値で割ることで算定されること以外は、実施形態の寿命予測方法と同様である。

　図８は、実施形態の第２実施例の発電システムの発電計画の一例を示す図であって、所定の期間において全発電ユニットのうち発電する発電ユニットの比率Ｒ１の一例の算定方法を説明するための図である。

　図８には、制御器２３の記憶部に記憶された発電計画の所定の期間が一週間である場合における第１日目、第２日目の一部、および、第７日目の一部のそれぞれについて、発電要と判断された発電ユニットの部分（図中の斜線部）、および、発電不要と判断された発電ユニットの部分（図中の白抜き部）が示されている。

　図８に示すように、発電計画の所定の期間は、複数の時間帯ＴＳを含む。なお、時間帯ＴＳは、例えば、数十分間～数時間程度であってもよいが、これに限定されない。

　燃料電池装置１５の台数稼働率（比率Ｒ１）は、発電計画の所定の期間の全時間帯において、燃料電池装置１５の全発電ユニットが「発電要」であると仮定した場合における、各時間帯ＴＳにおいて「発電要」である発電ユニットの台数の合計に対する、発電計画の所定の期間の各時間帯ＴＳにおいて「発電要」と判断された発電ユニットの台数の合計の割合に相当する。

　すなわち、本実施例の寿命予測方法は、各時間帯ＴＳにおける「発電要」の発電ユニットの台数の積算値と、各時間帯ＴＳにおける全発電ユニットの台数の積算値とから燃料電池装置１５の台数稼働率（比率Ｒ１）を算定することができる。

　なお、「発電要」と判断された発電ユニットの全てが、発電計画の所定の期間に亘って定格運転で発電すると想定した場合、燃料電池装置１５の台数稼働率（比率Ｒ１）は、発電計画における発電量を用いて次のように算定することもできる。

　すなわち、燃料電池装置１５の台数稼働率（比率Ｒ１）は、発電計画の所定の期間の全時間帯において、燃料電池装置１５の全発電ユニットが「発電要」であると仮定した場合における、トータル発電量に対する、全発電ユニットのうち「発電要」と判断された発電ユニットのトータル発電量の割合に相当する。

　上記は、例示であって、本例に限定されない。例えば、上記では、制御器２３の記憶部に記憶された発電計画における「発電要」と判断された発電ユニットの台数を用いて、燃料電池装置１５の台数稼働率（比率Ｒ１）が算定されているが、例えば、実際に発電した燃料電池ユニットの台数を用いて、当該比率Ｒ１が算定されてもよい。また、上記発電計画の所定の期間は一週間に限定されない。

　本実施例の寿命予測方法、寿命予測装置２０および発電システム１０は、上記の特徴以外は、実施形態および実施形態の第１実施例－第２実施例のいずれかと同様であってもよい。

　実施形態、実施形態の第１実施例－第３実施例は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせても構わない。上記説明から、当業者にとっては、本開示の多くの改良および他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本開示の精神を逸脱することなく、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更できる。

　本開示の一態様は、発電グループが備える、燃料電池を含む複数の発電ユニットのそれぞれが寿命に到達する時期を従来よりも高精度に予測し得る、寿命予測方法、寿命予測装置および発電システムに利用することができる。

１０　　　：発電システム
１５　　　：燃料電池装置
１５Ａ　　：燃料電池装置
１５Ｂ　　：燃料電池装置
１５Ｃ　　：燃料電池装置
１５Ｄ　　：燃料電池装置
１５Ｅ　　：燃料電池装置
２０　　　：寿命予測装置
２１　　　：通信器
２３　　　：制御器
３０Ａ　　：制御装置
３０Ｂ　　：制御装置
３０Ｃ　　：制御装置
３０Ｄ　　：制御装置
３０Ｅ　　：制御装置
４０　　　：表示器
ａ１～ａｎ：発電ユニット
ｂ１～ｂｎ：発電ユニット
ｃ１～ｃｎ：発電ユニット
ｄ１～ｄｎ：発電ユニット
ｅ１～ｅｎ：発電ユニット

Claims

　燃料電池を含む、複数の発電ユニットを備える燃料電池装置の寿命予測方法であって、
　前記燃料電池装置の前記発電ユニットが寿命に到達したと判断される前記発電ユニットの累積発電時間と、所定の期間において前記燃料電池装置の全発電ユニットのうち発電する発電ユニットの比率とから前記燃料電池装置の前記発電ユニットが寿命に到達する時期を予測する、寿命予測方法。
　前記燃料電池装置の前記発電ユニットの劣化による電圧低下の予測に基づき前記発電ユニットが寿命に到達したと判断される前記発電ユニットの累積発電時間が算定される、請求項１に記載の寿命予測方法。
　前記所定の期間は複数の時間帯を含み、前記比率は、各時間帯において発電する前記発電ユニットの台数を所定の期間に亘って積算した値を、前記全発電ユニットの台数に前記所定の期間における前記時間帯の数を乗じた値で割ることで算定される、請求項１または２に記載の寿命予測方法。
　燃料電池を含む、複数の発電ユニットを備える燃料電池装置の寿命予測装置であって、
　前記燃料電池装置の前記発電ユニットが寿命に到達したと判断される前記発電ユニットの累積発電時間と、所定の期間において前記燃料電池装置の全発電ユニットのうち発電する発電ユニットの比率とから前記燃料電池装置の前記発電ユニットが寿命に到達する時期を予測する制御器と、
　予測された、前記燃料電池装置の前記発電ユニットが寿命に到達する時期を示す情報を表示器に通知する通信器と、を備える、寿命予測装置。
　燃料電池を含む、複数の発電ユニットを備える燃料電池装置と、
　請求項４に記載の寿命予測装置と、を備える、発電システム。