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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2015-230842(P2015-230842A)
(43)【公開日】2015年12月21日
(54)【発明の名称】電源システム及び制御装置
(51)【国際特許分類】
   H01M 8/04 20060101AFI20151124BHJP
   H02J 7/34 20060101ALI20151124BHJP
   H01M 8/00 20060101ALI20151124BHJP
   H01M 10/44 20060101ALI20151124BHJP
   H01M 10/48 20060101ALI20151124BHJP
   H02J 3/38 20060101ALI20151124BHJP
【FI】
   H01M8/04 P
   H02J7/34 A
   H01M8/00 A
   H01M10/44 P
   H01M10/48 P
   H02J3/38 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2014-116852(P2014-116852)
(22)【出願日】2014年6月5日
(71)【出願人】
【識別番号】000004444
【氏名又は名称】JX日鉱日石エネルギー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100128381
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 義憲
(74)【代理人】
【識別番号】100169454
【弁理士】
【氏名又は名称】平野 裕之
(74)【代理人】
【識別番号】100162640
【弁理士】
【氏名又は名称】柳 康樹
(72)【発明者】
【氏名】石井 隆文
(72)【発明者】
【氏名】小澤 一宏
(72)【発明者】
【氏名】田口 晋也
【テーマコード(参考)】
5G066
5G503
5H030
5H127
【Fターム(参考)】
5G066HA06
5G066HB07
5G066HB09
5G503AA05
5G503CA01
5G503DA07
5H030AS03
5H030BB08
5H030BB22
5H030BB23
5H030FF41
5H030FF42
5H127AB02
5H127AB29
5H127BA05
5H127BA12
5H127DB63
5H127DC46
(57)【要約】
【課題】系統電源から切り離された場合に、蓄電部の残量に関わらず燃料電池部の運転を続けることができる電源システムを提供する。
【解決手段】電源システム100によれば、回路部7の通電部L2に流れる電流は燃料電池部3の電流検出部6によって検出され、制御部8は、通電部L2に流れる第1の電流値I1を制御することができる。また、制御部8は、電流検出部6が少なくとも最低買電力αに対応する第2の電流値I2を検出するように、第1の電流値I1を制御する。このような構成によって、制御部8が第1の電流値I1を制御することによって、蓄電部5が電流検出部6に電流を流しているか否かに関わらず、電流検出部6に最低買電力αに対応する電流値を検出させることで、燃料電池部3を運転させることができる。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電流検出部による電流の検出に基づいて電力を出力する燃料電池部と、
電力の充電及び放電が可能な蓄電部と、
前記燃料電池部及び前記蓄電部が接続されて、前記燃料電池部と前記蓄電部との間に前記電流検出部が接続された幹線と、
電流が流れ、係る電流を前記電流検出部によって検出される通電部を少なくとも有する回路部と、
前記通電部に流れる第1の電流値を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記電流検出部が少なくとも最低買電力に対応する第2の電流値を検出するように、前記第1の電流値を制御する、電源システム。
【請求項2】
前記蓄電部が充電を行う場合、前記第1の電流値は、前記第2の電流値に、前記蓄電部が充電する電力に対応する第3の電流値を加算した値に基づいている、請求項1に記載の電源システム。
【請求項3】
前記第3の電流値は固定値である、請求項2に記載の電源システム。
【請求項4】
前記第3の電流値は可変値である、請求項2に記載の電源システム。
【請求項5】
電流検出部により検出された電流値が最低買電力に対応する電流値以上であるか否かに基づいて電力を出力する燃料電池部と、電力の充電及び放電が可能な蓄電部と、前記燃料電池部及び前記蓄電部が接続されて前記燃料電池部と前記蓄電部との間を流れる電流を前記電流検出部により検出される幹線と、から構成される電源システムの運転を継続させる制御装置であって、
電流が流れ、係る電流を前記電流検出部によって前記幹線を流れる電流と共に検出される通電部を少なくとも有する回路部と、
前記電流検出部が前記最低買電力に対応する電流値以上の電流値を検出するように、前記通電部に流れる電流を制御する制御部と、
を備える、制御装置。
【請求項6】
前記制御部は、前記蓄電部の充電電力又は放電電力に対応する電流値に基づいて前記通電部に流れる電流を制御する、請求項5に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、燃料電池部及び蓄電部を備える電源システム、及び電源システムの運転を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、電力を供給するための電源システムとして、特許文献1に示すものが知られている。この電源システムは、系統電源と、電力を出力する燃料電池部と、燃料電池部で出力した電力を蓄える蓄電部と、を備えている。これによって、系統電源から電力を供給することに加えて、燃料電池部からも電力を供給し、蓄電部にて蓄電することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2001−126741号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ここで、系統電源の停電時等に、電源システムを系統電源から切り離した状態で電力供給を行う場合がある。このような方法として、燃料電池部の電流検出部に対して、蓄電部から少なくとも最低買電力に対応する電流を流すことで燃料電池を運転する方法が挙げられる。しかしながら、当該方法にあっては、最低買電力に対応する電流を流すために必要な程度に蓄電部の残量が残っていない場合、燃料が残っていたとしても燃料電池部を運転させることができない場合があった。
【0005】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、系統電源から切り離された場合に、蓄電部の残量に関わらず燃料電池部の運転を続けることができる電源システム及び制御装置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】
【0006】
本発明に係る電源システムは、電流検出部による電流の検出に基づいて電力を出力する燃料電池部と、電力の充電及び放電が可能な蓄電部と、燃料電池部及び蓄電部が接続されて、燃料電池部と蓄電部との間に電流検出部が接続された幹線と、電流が流れ、係る電流を電流検出部によって検出される通電部を少なくとも有する回路部と、通電部に流れる第1の電流値を制御する制御部と、を備え、制御部は、電流検出部が少なくとも最低買電力に対応する第2の電流値を検出するように、第1の電流値を制御する。
【0007】
本発明に係る電源システムによれば、回路部の通電部に流れる電流は燃料電池部の電流検出部によって検出され、制御部は、通電部に流れる第1の電流値を制御することができる。また、制御部は、電流検出部が少なくとも最低買電力に対応する第2の電流値を検出するように、第1の電流値を制御する。このような構成により、制御部が第1の電流値を制御することによって、蓄電部が電流検出部に電流を流しているか否かに関わらず、電流検出部に最低買電力に対応する電流値を検出させることで、燃料電池部を運転させることができる。以上によって、電源システムが系統電源から切り離された場合に、蓄電部の残量に関わらず燃料電池部の運転を続けることができる。
【0008】
本発明に係る電源システムにおいて、蓄電部が充電を行う場合、第1の電流値は、第2の電流値に、蓄電部が充電する電力に対応する第3の電流値を加算した値に基づいていてよい。この場合、電流検出部に最低買電力に対応する第2の電流値を検出させるため、通電部側の第3の電流値を打ち消すように、燃料電池部から蓄電部へ向かって電流が流れる。これによって、燃料電池部から蓄電部に電力が供給されて充電を行うことができる。
【0009】
本発明に係る電源システムにおいて、第3の電流値は固定値であってよい。この場合、シンプルなシステム構成にて、蓄電部の蓄電を行うことができる。
【0010】
本発明に係る電源システムにおいて、第3の電流値は可変値であってよい。この場合、電力負荷の変化に応じて蓄電部への蓄電電力を変化させることができる。
【0011】
本発明に係る制御装置は、電流検出部により検出された電流値が最低買電力に対応する電流値以上であるか否かに基づいて電力を出力する燃料電池部と、電力の充電及び放電が可能な蓄電部と、燃料電池部及び蓄電部が接続されて燃料電池部と蓄電部との間を流れる電流を電流検出部により検出される幹線と、から構成される電源システムの運転を継続させる制御装置であって、電流が流れ、係る電流を電流検出部によって幹線を流れる電流と共に検出される通電部を少なくとも有する回路部と、電流検出部が最低買電力に対応する電流値以上の電流値を検出するように、通電部に流れる電流を制御する制御部と、を備える。
【0012】
本発明に係る制御装置によれば、上述の電源システムと同様な作用・効果を得ることができる。
【0013】
本発明に係る制御装置において、制御部は、蓄電部の充電電力又は放電電力に対応する電流値に基づいて通電部に流れる電流を制御してよい。これによって、制御装置は、蓄電部が充電及び放電を行うように、通電部を流れる電流を制御することができる。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、系統電源から切り離された場合に、蓄電部の残量に関わらず燃料電池部の運転を続けることができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
図1図1は、本発明の実施形態に係る電源システム及び制御装置の構成を示す概略構成図である。
図2図2は、電流検出部に流れる電流を示す模式図である。
図3図3は、比較例に係る電源システムの構成を示す概略構成図である。
図4図4は、従来の電源システムを説明するための図である。
図5図5は、本発明の実施形態に係る電源システムの動作を示すフローチャートである。
図6図6は、本発明の実施形態に係る電源システムの動作を示すフローチャートである。
図7図7は、電力負荷と蓄電部の充電電力(放電電力)との関係を示すグラフである。
図8図8は、蓄電部への蓄電電力を固定値とする場合の電源システムの構成の一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【0017】
本発明の実施形態に係る電源システム100について説明する。図1は、本発明の実施形態に係る電源システム100及び制御装置30の構成を示す概略構成図である。電源システム100は、電力負荷E(住居の家庭負荷など)に対して電力を供給するためのシステムであり、系統電源2から電力を受電する接続部(受電点RP)と、電力を出力する燃料電池部3と、電力の充電及び放電が可能な蓄電部5と、系統電源2から電力負荷Eへ電力を供給する配線である幹線LMと、電流が流れる回路部7と、電源システム100を制御する制御部8と、を備えている。また、制御装置30は、燃料電池部3、蓄電部5、及び幹線LMから構成される電源システムの運転を継続させるものであり、回路部7と、制御部8とを備えている。なお、本実施形態では、系統電源2から電力を受電する「接続部」が受電点RPに対応するものとして説明するが、接続部と異なる部分を受電点RPとして設定してもよい。また、受電点RPと系統電源2との間は、スイッチ11によって接続と切断を切り替えることができる。
【0018】
燃料電池部3は、LPガス、都市ガス、灯油等の炭化水素燃料を用いて電力を出力するものであり、電力を発生する電力発生部4と、電流を検出する電流検出部6と、を備えている。燃料電池部3は、電流検出部6による電流の検出に基づいて電力出力の増減を調整する。電力発生部4は、炭化水素燃料を改質することによって水素を含有する改質ガスを生成する改質器、改質ガスを用いて発電を行う燃料電池セル、発電のための各種機器を制御する運転制御部等を備えている。電力発生部4は幹線LMから分岐するように接続された配線L1を介して、幹線LMと接続されている。これによって、電力発生部4で発生した電力は、配線L1及び幹線LMを介して電力負荷Eへ供給される。電流検出部6は、例えば計器用変流器(CT:Current Transformer)によって構成され、電流検出部6に接続された配線を流れる電流を検出することができる。具体的には、電流検出部6は、環状のコアを有しており、当該コアの内側を通過させることによって配線が接続され、当該接続された配線を流れる電流を検出可能である。電流検出部6は電力発生部4と電気的に接続されており、電流検出部6で検出された電流の電流値は電力発生部4の運転制御部へ送信される。本実施形態では、電流検出部6は、幹線LMに接続されている。
【0019】
蓄電部5は、蓄電池によって構成されており、電力の充電及び放電を行うものである。蓄電部5は、幹線LMから分岐する配線L3に接続される。なお、蓄電部5に接続される配線L3は、燃料電池部3の電力発生部4に接続される配線L1よりも受電点RP側において、幹線LMと接続されている。電流検出部6は、幹線LMのうち、蓄電部5に接続される配線L3と、燃料電池部3の電力発生部4に接続される配線L1との間に配置されている。
【0020】
回路部7は、電流が流れる通電部L2と、通電部L2に電流を導くための電力負荷部9と、通電部L2に流れる電流のON/OFFを切り替える切替部10と、を備えている。通電部L2は、幹線LMから分岐するように接続される配線によって構成されている。通電部L2は燃料電池部3の電流検出部6に接続されている。これによって、電流検出部6は、通電部L2に流れる電流を検出可能である。すなわち、通電部L2は、電流が流れ、係る電流を電流検出部6によって検出されるものである。通電部L2に流れる電流の電流値を以下「第1の電流値I1」として説明する。また、説明の便宜上、通電部L2に流す電流を「疑似信号」と称して説明を行う場合もある。なお、電流検出部6は、幹線LMにも接続されているため、幹線LMに流れる電流値及び通電部L2に流れる電流値に基づいた電流値を検出可能である。電力負荷部9は、通電部L2と接続されており、電流検出部6よりも上流側又は下流側に配置される。これによって、燃料電池部3の電力発生部4からの電流の一部は、電力負荷部9の方へ流れることによって、通電部L2に電流が流れる。電力負荷部9は、通電部L2に電流を導くことができるものであれば特に限定されないが、通電部L2に流れる第1の電流値I1を調整可能であることが好ましい。具体的には、電力負荷部9は、可変抵抗や、電子負荷装置によって構成されている。また、電流検出部6の環状のコアに通電部L2の配線を複数回巻き付けることも可能である。例えば、電流検出部6に対する巻き数をNとして通電部L2に流れる電流の電流値をIとした場合、電流検出部6はN×Iの電流値を検出する。従って、通電部L2に流す電流を小さくすることができる。
【0021】
切替部10は、通電部L2上に設けられており、電力負荷部9よりも上流側に配置されている。図1では切替部10は電流検出部6より下流側に配置されているが、上流側に配置されてもよい。切替部10は、通電部L2の通電と切断を切り替えるスイッチによって構成されている。当該スイッチは、機械式スイッチであってもよく、半導体スイッチであってもよい。切替部10は、制御部8と電気的に接続されており、制御部8からの制御信号に基づいて、ON/OFFを切り替える。
【0022】
制御部8は、例えば電子制御を行うデバイス(例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、および入出力インターフェイスを含んで構成されたデバイス)によって構成されている。制御部8は、回路部7の通電部L2に流れる電流、すなわち電力負荷部9へ導かれる電流の第1の電流値I1を制御し、電流検出部6に検出させる電流の電流値を制御可能である。このように、電力供給の対象となる電力負荷Eとは別の部分に設けられた電力負荷部9へ導かれる電流を制御することで、容易に制御を行うことができる。
【0023】
ここで、燃料電池部3は、電流検出部6による電流の検出に基づいて電力を出力するように構成されている。本実施形態に係る電源システム100の前提技術として、燃料電池部3の出力と電流検出部6で検出する電流値との関係について、一般的な電源システム50を示した図4を参照して説明する。電源システム50では、燃料電池部3の電流検出部6が幹線LM上の系統電源2と燃料電池部3の接続点との間に配置されている。燃料電池部3は、電流検出部6が検出する電流値と、内部に有する電圧検出部が検出する電圧値と、それらの位相とから、幹線LM上の電流検出部6が配置された位置を流れる電力の向き及び大きさを判定している。即ち、燃料電池部3は、系統電源2から供給される電力(供給電力)を判定している。燃料電池部3に対しては、所定の基準電力として最低買電力α(W)が設定されている。電流検出部6が検出する電流と電圧検出部が検出する電圧に基づき算出される電力が順方向(即ち、系統電源2から電力負荷Eに向かう方向)に最低買電力α以上である場合は、燃料電池部3の出力は増加し(ただし、最大出力へ至った後は当該最大出力で一定となる)、電流検出部6が検出する電流と電圧検出部が検出する電圧に基づき算出される電力が最低買電力αより小さい場合は、燃料電池部3の出力は減少し、又は停止する。具体的には、図7(a)に示すように、電力負荷Eでの消費電力は、燃料電池部3での出力電力と系統電源2からの供給電力との合計になるが、系統電源2からの供給電力が、最低買電力α以上である場合は、図7(b)に示すように、燃料電池部3の出力が増加する。一方、系統電源2からの供給電力が、最低買電力αより小さい場合や、図7(c)に示すように、燃料電池部3での出力電力が負荷消費電力を上回ることで逆方向(即ち、電力負荷E側から系統電源2の方向)の電力を検出する場合は、図7(d)に示すように、燃料電池部3の出力が減少し、又は停止する。
【0024】
次に、上述の電源システム50の説明に基づき、蓄電部5を有する従来の電源システム200について説明する。従来の電源システム200は、回路部7及び制御部8を備えていない点以外は、本実施形態に係る電源システム100と同様な構成を有している。このような電源システム200は、系統電源2の停電時はスイッチ11が開くことで系統電源2から切り離される。当該状態では、蓄電部5が電流を流して、電流検出部6に電流を検出させることによって、燃料電池部3の電力発生部4を稼働させていた。しかしながら、蓄電部5が最低買電力α以上放電できない場合は電力発生部4の出力が低下し、停止してしまっていた。すなわち、燃料電池部3に十分な燃料が残っていたとしても、蓄電部5に燃料電池部3の稼働に必要な残量が残っていない場合は、燃料電池部3を稼働させることができないという問題があった。
【0025】
これに対し、本実施形態に係る電源システム100は、停電時においても確実に燃料電池部3を稼働させることができる。具体的には、制御部8は、蓄電部5と電気的に接続されており、蓄電部5の電力の残量を検出することができる。また、制御部8は、回路部7と電気的に接続されており、切替部10の切り替えや通電部L2に通電させる電流を制御することができる。制御部8は、電流検出部6が少なくとも最低買電力αに対応する電流値(以下、第2の電流値I2と称する)を検出するように、電流検出部6で検出させる第1の電流値I1を制御する。また、制御部8は、蓄電部5に充電をさせる場合、及び蓄電部5から放電を行う場合に、通電部L2に通電させる電流を制御する。蓄電部5が充電を行う場合、第1の電流値I1は、第2の電流値I2に、蓄電部5が充電する電力(以下充電電力と称する)βに対応する電流値(以下、第3の電流値I3と称する)を加算した値に基づいている。例えば、図2(a)に示すように、制御部8は、「第1の電流値=第2の電流値I2+第3の電流値I3」となるように第1の電流値I1を制御する。電流検出部6が検出する電流値が一定(ここでは第2の電流値I2で一定)となるように制御する場合、第1の電流値(=第2の電流値I2+第3の電流値I3)を流すことで、第3の電流値I3を打ち消すように、第3の電流値I3に対応する電力が電力発生部4から蓄電部5へ供給される。これによって、蓄電部5の充電が行われる。なお、通電部L2が電流検出部6に対して複数回巻かれている場合、第1の電流値は、「第2の電流値I2+第3の電流値I3」を巻き数で割った値となる。また、蓄電部5が放電を行う場合、第1の電流値I1は、第2の電流値I2から、蓄電部5が放電する電力(以下、放電電力と称する)γに対応する第4の電流値I4を減算した値に基づいている。例えば、図2(b)に示すように、制御部8は、「第1の電流値=第2の電流値I2−第4の電流値I4」となるように第1の電流値I1を制御する。疑似信号として電流検出部6に第1の電流値(=第2の電流値I2−第4の電流値I4)が流れると、電流検出部6が最低買電力αに対応する第2の電流値I2よりも小さい電流値を検出することとなり、燃料電池部3の出力が低下する。このとき、電力負荷Eの負荷電力(回路部7内の電力負荷部9の消費電力を含む。)に対する燃料電池部3の出力低下分を補うために蓄電部5が放電を行う。その結果、第4の電流値I4を補うように、第4の電流値I4に対応する電力が蓄電部5から負荷へ供給される。以上により、蓄電部5の放電が行われる。なお、通電部L2が電流検出部6に対して複数回巻かれている場合、第1の電流値は、「第2の電流値I2−第4の電流値I4」を巻き数で割った値となる。なお、以下の説明において第1の電流値と、第2〜第4の電流値との関係を数式で説明する場合、通電部L2が電流検出部6に対して一回巻かれているものとして説明する。なお、蓄電部5による放電電力γが最低買電力αよりも大きい場合、第1の電流値I1は負の値になるため、疑似信号の方向は電流検出部6に対して負の方向へ流れ、図2(b)に示す「I1」の矢印の方向が紙面左側へ向かうようになる。
【0026】
ここで、電源システム100の動作について更に詳細に説明する。上述の第3の電流値I3は、固定値であってもよく、可変値であってもよい。まず、図8を参照して、第3の電流値I3を固定値とするパターンについて説明する。図8(a)に示すように、当該パターンにおける電源システム100Aの回路部7は、電力負荷部9として、切替部10によってON/OFFを切り替え可能な抵抗9Aと、常時接続される抵抗9Bと、を備えている。切替可能な抵抗9Aは、蓄電電力に対応する第3の電流値I3に基づく抵抗値に設定され、常時接続される抵抗9Bは、最低買電力に対応する第2の電流値I2に基づく抵抗値に設定される。従って、切替部10をONとすることによって、「第1の電流値I1=第2の電流値I2+第3の電流値I3(固定値)」となる。この場合、充電可能なときには優先的に蓄電部5に充電がなされる。ただし、電力負荷Eの負荷電力が大きくなった場合は必要に応じて、蓄電部5は放電を行う。一方、蓄電部5が満充電に近い状態であって充電の必要が無い場合、切替部10をOFFとすることによって、「第1の電流値I1=第2の電流値」となる。この場合、電流検出部6は、最低買電力に対応する第2の電流値I2を少なくとも検出するため、燃料電池部3の運転は続行する。このとき、燃料電池部3は、電力負荷Eの負荷に追従するように出力を変化させる。なお、電力負荷が燃料電池部3による電力でおぎなえない場合は、蓄電部5が放電を行う。また、抵抗9Bを取り除いておき、切替部10をOFFとしたときに「第1の電流値I1=0」としてもよい。なお、単相3線の場合の構成を図8(b)に示す。
【0027】
次に、第3の電流値I3を可変値とするパターンについて説明する。このパターンでは、電力負荷部9として可変抵抗が採用され、電力負荷の大きさを測定可能な計測器が設けられると共に、蓄電部5の残量を検出する検出器が設けられる。また、このパターンでは、燃料電池部3の出力は、最大発電可能電力Fmaxとなり、電力負荷Eの負荷電力に対して余剰となった電力が蓄電部5に蓄電される。まず、蓄電部5の残量が少ない状態であって、電力負荷Eの負荷電力が燃料電池部3の最大発電可能電力Fmaxより小さいとき、蓄電部5の充電を行うために「第1の電流値I1=第2の電流値I2+第3の電流値I3」となる。このとき、「第3の電流値I3=最大発電可能電力Fmaxに対応する電流値−負荷電力に対応する電流値」に設定される。なお、最大発電可能電力Fmaxは予め把握することができ、負荷電力は計測器で測定可能である。一方、電力負荷Eの負荷電力が最大発電可能電力Fmaxより大きいとき、蓄電部5が放電を行うために「第1の電流値I1=第2の電流値I2−第4の電流値I4」となる。このとき、「第4の電流値I4=負荷電力に対応する電流値―最大発電可能電力Fmax」に設定される。なお、放電電力に対応する第4の電流値I4が最低買電力に対応する第2の電流値I2よりも小さい場合に、第1の電流値I1が上述の値に設定される。ただし、このような場面においては、第1の電流値I1を一定の値(燃料電池部3の運転を継続できる値)に固定してもよい。一方、放電電力に対応する第4の電流値I4が最低買電力に対応する第2の電流値I2よりも大きい場合は、回路部7に電流を流さなくても電流検出部6は最低買電流に対応する電流値I2以上の電流を検出することができて、燃料電池部3の運転を継続できるため、第1の電流値I1を0に設定してもよい。
【0028】
次に、図5に示すフローチャートを参照して、本実施形態に係る電源システム100の動作について説明する。図5は、制御部8で実行される処理内容である。ただし、図2に示す制御処理は一例であって、適宜処理内容を変更してもよい。
【0029】
図5に示す制御処理は、停電時などにスイッチ11が開放されることによって、電源システム100が系統電源2から解列したときに実行される処理である。また、図5に示す制御処理では、制御部8は、蓄電部5の残量が最適となるように制御を行うものとする。例えば災害時等の非常時に本実施形態に係る電源システム100を使用する場合、燃料電池部3が何らかの原因で停止しても再起動を確実に行うために、蓄電部5が満充電に近い状態に維持されることが好ましい。この場合、蓄電部5が充電可能である限り、制御部8は、電流検出部6に疑似信号を出力して蓄電池の充電を継続させる。
【0030】
具体的には、停電等が発生したとき、スイッチ11が開放されることによって、電源システム100が系統電源2から解列する(ステップS10)。電源システム100が系統電源2から解列した直後、制御部8は、蓄電部5を起動することにより、蓄電部5から電力を供給することによって、燃料電池部3を起動させる(ステップS20)。なお、このとき、電力負荷Eが最低買電力α以上であれば、蓄電部5から電力負荷Eに最低買電力αの電力が供給され、これにより、最低買電力αに対応する電流値(第2の電流値I2)以上の電流値を燃料電池部3の電流検出部6が検出し、電力発生部4が稼働して出力を開始する。なお、他方、電力負荷Eがα未満の場合には、ステップS30の処理により、通電部L2に電流を流して電流検出部6に疑似信号を出力し、電力発生部4を稼働させて出力を開始させる。電力発生部4の稼働前の状態においては、通電部L2に流れる電流は蓄電部5から供給される。
【0031】
次に、制御部8は、回路部7を制御することによって、通電部L2に電流を流して電流検出部6に疑似信号を出力する(ステップS30)。このとき、疑似信号の第1の電流値I1は、最低買電力αに対応する第2の電流値I2以上とする。これによって、蓄電部5に電力が充電される。制御部8は、停電の復旧等によって、図5の制御処理を終了させてもよいか否かを判定する(ステップS40)。S40において、図5の制御処理を終了させてもよいと判定された場合、図5に示す制御処理が終了する。一方、S40において図5の制御処理が終了ではないと判定された場合、制御部8は、蓄電部5の蓄電池電圧Vが、疑似信号を停止するために予め設定された閾値V2よりも大きいか否かを判定する(ステップS50)。閾値V2は、例えば、充電終止電位に設定されてよい。S50において、蓄電池電圧Vが閾値V2以下であると判定された場合、充電が継続されてS40の処理が繰り返し実行される。
【0032】
S50において、蓄電池電圧Vが閾値V2より大きいと判定された場合、制御部8は、回路部7を制御することによって、通電部L2に流れる電流を停止して、電流検出部6に対する疑似信号を停止する(ステップS60)。この場合、「第1の電流値I1=第2の電流値I2」とし、あるいは「第1の電流値I1=0」とする。I1=I2とする場合は、燃料電池部3の電力発生部4が電力負荷Eの負荷に応じて出力を行い、蓄電部5が電力の不足分(即ち、電力負荷Eが燃料電池部3の最大発電可能電力Fmax以上の電力を消費する場合、その差分)の放電を行う。他方、I1=0とする場合は、蓄電部5は、最低買電力αを放電すると共に、電力の不足分の放電を行う。次に、制御部8は、停電の復旧等によって、図5の制御処理を終了させてもよいか否かを判定する(ステップS70)。S70において、図5の制御処理を終了させてもよいと判定された場合、図5に示す制御処理が終了する。S70において、図5の制御処理を継続させると判定された場合、制御部8は、蓄電部5の蓄電池電圧Vが、疑似信号を出力するために予め設定された閾値V1よりも小さいか否かを判定する(ステップS80)。疑似信号の出力を開始するために設定された閾値V1は、疑似信号を停止するために設定された閾値V2と同じ値(例えば、充電終止電位)に設定されてもよい。ただし、疑似信号の出力と停止が頻繁に繰り返されてシステムが不安定になることを抑制するために、閾値V2と閾値V1との間に差を設けてもよい(閾値V1<閾値V2)。S80において、蓄電池電圧Vが閾値V1以上であると判定された場合、疑似信号の停止が継続されてS70の処理が繰り返し実行される。一方、S80において、蓄電池電圧Vが閾値V1より小さいと判定された場合、S30の処理が再び実行される。
【0033】
なお、図5に示す制御処理において、S50及びS80で閾値と比較するための電圧Vとして、蓄電池電圧をそのまま用いてもよいが、蓄電部5の直列抵抗からIRドロップを補正した値を用いる方法を適用してもよい。また、蓄電部5に蓄電池制御システム(BMS)が備わっている場合、S50及びS80において、電圧に代えて電池容量(SOC)に対して所定の閾値SOC2(V=閾値V2におけるSOC)及び所定の閾値SOC1(V=閾値V1におけるSOC)を設定してもよい。なお、制御部8による監視及び制御は常時行われてもよいが、周期的に定められたタイミングで行われてもよい。これによって、制御部8の負荷を低減することが可能となり、専用装置を設けることなく、他の機能(例えばHEMS機能)を有するコンピュータの1機能として制御機能を容易に実現することができる。この場合、充電を開始する時点でのSOCをSOC1とした時、「100%−SOC1」が、充電受け容れ可能容量となる。従って、蓄電部5の満充電気容量をFCC(Full Charge Capacity、単位はkWh)とし、燃料電池部3の発電電力をG(kW)とした場合、満充電に達するまでの最短時間は、FCC×(100%−SOC1)/Gとなり、これよりも早いタイミングで監視/制御を行うことで、過充電の可能性を無くすことができる。
【0034】
上述の図5は、蓄電部5を満充電に近い状態に維持することを目的とした場合の制御処理を示したものであったが、目標とするSOCが適宜変化し、SOCを変化させるための充放電の速度も適宜変化する場合の制御を行ってもよい。このような場合の制御処理の一例について、図6を参照して説明する。具体的には、停電等が発生したとき、スイッチ11が開放されることによって、電源システム100が系統電源2から解列する(ステップS100)。電源システム100が系統電源2から解列した直後、制御部8は、蓄電部5を電圧源として起動することにより、蓄電部5から電力を供給することによって、燃料電池部3を起動させる(ステップS110)。
【0035】
次に、制御部8は、蓄電部5のSOCの現在値を取得する(ステップS120)。なお、制御部8は、燃料電池部3の最大発電可能電力Fmax及び最低買電力αを記憶している。次に、制御部8は、S120で取得した蓄電部5のSOCの現在値と目標値に基づいて、充電電力βを決定する(ステップS130)。この場合、燃料電池部3は、「充電電力β+電力負荷Eの負荷電力」の発電を行う必要がある。従って、制御部8は、「最低買電力α+充電電力β」に対応する疑似信号を出力する(ステップS140)。すなわち、制御部8は、第2の電流値I2に第3の電流値I3を加算させた値に基づく第1の電流値I1の疑似信号を回路部7の通電部L2に流す。または、制御部8は、S130で放電電力γを決定してよい。この場合、制御部8は、「最低買電力α−放電電力γ」に対応する疑似信号を出力する。すなわち、制御部8は、第2の電流値I2から第4の電流値I4を減算した値に基づく第1の電流値I1の疑似信号を回路部7の通電部L2に流す。次に、制御部8は、停電の復旧等によって、図6の制御処理を終了させてもよいか否かを判定する(ステップS150)。S150において制御処理を終了させないと判定された場合、S120から再び処理が繰り返される。S150において、図6の制御処理を終了させてもよいと判定された場合、図6に示す制御処理が終了する。
【0036】
なお、燃料電池部3の発電電力Fは、0≦F≦Fmaxの範囲に限られる。従って、蓄電部5の制御可能範囲は、電力負荷Eの負荷電力に応じて、図7でハッチングを付した領域に限られる。なお、図7では、疑似信号を出力しなかった場合の蓄電部5の放電電力の挙動を太線で示している。図7のグラフは横軸が電力負荷Eの負荷電力を示し、縦軸が蓄電部5の充電電力(ただし、負の領域は放電電力を示す)を示す。疑似信号を出力しないとき、負荷が最低買電力α以下の場合は、蓄電部5が最低買電力α以下の電力を放電する。このとき、電流検出部6は、最低買電力αに対応する電流値を検出することができないため、燃料電池部3は起動せず、蓄電部5の放電のみによって電力負荷Eへ電力が供給される。蓄電部5の放電電力が最低買電力αに達すると燃料電池部3が起動する。それ以降、電力負荷Eの負荷電力の増加分は燃料電池部3からの電力でまかなわれるため、蓄電部5の放電電力はαで一定となる。負荷電力がさらに大きくなり、燃料電池部3の発電電力が最大発電可能電力Fmaxに達した以降の負荷の増加分は、蓄電部5からの放電によってまかなわれる。なお、制御部8は、電力負荷Eの負荷電力を取得可能であってもよい。これによって、制御部8は、蓄電部5の制御可能範囲を把握することができる。また、制御部8は、燃料電池部3の発電電力Fを取得可能であってもよい。これによって、制御部8は、燃料電池部3の発電電力制御の時間遅れ等によって発生する、意図する発電電力と実際の発電電力との間の差を把握することができる。
【0037】
次に、本実施形態に係る電源システム100の作用・効果について説明する。
【0038】
まず、図3に示す比較例に係る電源システム200について説明する。電源システム200は、本実施形態に係る電源システム100のような回路部7を備えていない。停電等で系統電源2から切り離された場合、電源システム200は、燃料電池部3の電流検出部6に対して、蓄電部5から少なくとも最低買電力αに対応する電流を流すことで燃料電池部3の運転を継続させる。しかしながら、電源システム200にあっては、最低買電力αに対応する電流を流すために必要な程度に蓄電部5の残量が残っていない場合、燃料が残っていたとしても燃料電池部3を運転させることができない場合があった。
【0039】
一方、本実施形態に係る電源システム100によれば、回路部7の通電部L2に流れる電流は燃料電池部3の電流検出部6によって検出され、制御部8は、通電部L2に流れる第1の電流値I1を制御することができる。また、制御部8は、電流検出部6が少なくとも最低買電力αに対応する第2の電流値I2を検出するように、第1の電流値I1を制御する。このような構成によって、制御部8が第1の電流値I1を制御することによって、蓄電部5が電流検出部6に電流を流しているか否かに関わらず、電流検出部6に最低買電力αに対応する電流値を検出させることで、燃料電池部3を運転させることができる。以上によって、電源システム100が系統電源2から切り離された場合に、蓄電部5の残量に関わらず燃料電池部3の運転を続けることができる。
【0040】
また、本実施形態に係る電源システム100において、蓄電部5が充電を行う場合、第1の電流値I1は、第2の電流値I2に、蓄電部5が充電する電力βに対応する第3の電流値I3を加算した値に基づいていている。この場合、電流検出部6に最低買電力αに対応する第2の電流値I2を検出させるため、通電部L2側の第3の電流値I3を打ち消すように、燃料電池部3から蓄電部5へ向かって電流が流れる(図2(a)を参照)。これによって、燃料電池部3から蓄電部5に電力が供給されて充電を行うことができる。
【0041】
また、本実施形態に係る電源システム100において、第3の電流値I3は固定値であってよい。この場合、(第3の電流値I3を可変値とする場合に比して)シンプルなシステム構成にて、蓄電部5の蓄電を行うことができる。
【0042】
また、本実施形態に係る電源システム100において、第3の電流値I3は可変値であってよい。この場合、電力負荷の変化に応じて蓄電部5への蓄電電力を変化させることができる。
【0043】
また、本実施形態に係る電源システム100において、蓄電部5が放電を行う場合、第1の電流値I1は、第2の電流値I2から、蓄電部5が放電する電力γに対応する第4の電流値I4を減算した値に基づいていている。この場合、電流検出部6に最低買電力αに対応する第2の電流値I2を検出させるため、通電部L2側の第4の電流値I4を補うように、蓄電部5から電力負荷E側(燃料電池部3側)へ向かって電流が流れる(図2(b)を参照)。これによって蓄電部5が放電を行うことができる。
【0044】
本実施形態に係る制御装置30は、電流検出部6により検出された電流値が最低買電力に対応する第2の電流値I2以上であるか否かに基づいて電力を出力する燃料電池部3と、電力の充電及び放電が可能な蓄電部5と、燃料電池部3及び蓄電部5が接続されて燃料電池部3と蓄電部5との間を流れる電流を電流検出部6により検出される幹線LMと、から構成される電源システム100の運転を継続させる制御装置である。また、制御装置30は、電流が流れ、係る電流を電流検出部6によって幹線LMを流れる電流と共に検出される通電部L2を少なくとも有する回路部7と、電流検出部6が最低買電力に対応する第2の電流値I2以上の電流値を検出するように、通電部L2に流れる電流を制御する制御部8と、を備える。
【0045】
本実施形態に係る制御装置30によれば、上述の電源システム100と同様な作用・効果を得ることができる。
【0046】
本実施形態に係る制御装置30において、制御部8は、蓄電部5の充電電力又は放電電力に対応する電流値に基づいて通電部L2に流れる電流を制御する。これによって、制御装置30は、蓄電部5が充電及び放電を行うように、通電部L2を流れる電流を制御することができる。
【0047】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、図1に示す電源システムは一例であって、蓄電部及び燃料電池部等の配置は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更してよい。また、図5及び図6に示すフローチャートも一例であって、他の手順に係る制御処理が実行されてもよい。
【符号の説明】
【0048】
2…系統電源、3…燃料電池部、5…蓄電部、6…電流検出部、7…回路部、8…制御部、30…制御装置、100…電源システム、L2…通電部。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8