特開 2022-85247 電力システム

(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】P2022085247

(43)【公開日】2022-06-08

(54)【発明の名称】電力システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/38 20060101AFI20220601BHJP

   H02J 7/35 20060101ALI20220601BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20220601BHJP

   H02J 3/32 20060101ALI20220601BHJP

   H01M 8/04537 20160101ALI20220601BHJP

   H01M 8/04858 20160101ALI20220601BHJP

   H01M 8/00 20160101ALI20220601BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20220601BHJP

【ＦＩ】

H02J3/38 170

H02J7/35 K

H02J7/00 303E

H02J3/32

H01M8/04537

H01M8/04858

H01M8/00 A

H01M8/12 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020196837

(22)【出願日】2020-11-27

(71)【出願人】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】特許業務法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】五十嵐 翔太

(72)【発明者】

【氏名】安藤 泰明

【テーマコード（参考）】

5G066

5G503

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

5G066AA04

5G066AD04

5G066HA15

5G066HB07

5G066HB09

5G066JA02

5G066JA05

5G066JB03

5G503AA05

5G503BA01

5G503BB02

5G503CA10

5G503DA04

5G503DA05

5G503GB03

5G503GB06

5G503GD03

5G503GD06

5H126BB06

5H127AA07

5H127AB02

5H127AB23

5H127AB29

5H127AC05

5H127BA02

5H127BA05

5H127BA13

5H127BA57

5H127BB02

5H127BB12

5H127BB37

5H127DB63

5H127DB67

5H127DC42

5H127DC43

5H127DC46

5H127GG03

5H127GG09

(57)【要約】      （修正有）

【課題】燃料電池装置の出力の急変を抑制しつつ、出力をＭＰＰＴ制御に良好に追従が可能な電力システムを提供する。
【解決手段】電力システムは、燃料電池装置にコンバータ装置を介して接続される直流リンク部の直流電力をＭＰＰＴ制御により給電する給電制御装置と、電力消費機器と、直流リンク部と電力消費機器との接続および接続解除が可能なスイッチと、スイッチを制御する制御装置と、を備える。制御装置は、燃料電池装置の発電電力に基づいて電流電圧特性を設定Ｓ２００し、電流電圧特性と直流リンク部から給電制御装置へ出力される出力電流とに基づいて直流リンク部の目標電圧を設定Ｓ２３０、Ｓ２４０し、直流リンク部の電圧が目標電圧となるようスイッチを制御するＭＰＰＴ協調制御Ｓ２５０を実行する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流電力を発電する燃料電池装置と、
前記燃料電池装置からの直流電力を変換して直流リンク部に出力するコンバータ装置と、
前記直流リンク部に接続されたコンデンサと、
電力を消費する電力消費機器と、
前記直流リンク部と前記電力消費機器との接続および接続解除が可能なスイッチと、
前記直流リンク部に接続され、前記直流リンク部からの直流電力をＭＰＰＴ制御により給電する給電制御装置と、
前記燃料電池装置の発電電力と前記直流リンク部の電圧とに基づいて前記直流リンク部の電流電圧特性を設定し、前記電流電圧特性と前記直流リンク部から前記給電制御装置へ出力される出力電流とに基づいて前記直流リンク部の目標電圧を設定し、前記直流リンク部の電圧が前記目標電圧となるよう前記スイッチを制御するＭＰＰＴ協調制御を実行する制御装置と、
を備える電力システム。

【請求項2】

請求項１に記載の電力システムであって、
前記制御装置は、前記燃料電池装置の発電電力よりも所定量または所定割合低い電力が最大電力となるよう前記電流電圧特性を設定する、
電力システム。

【請求項3】

請求項１または２に記載の電力システムであって、
前記制御装置は、前記燃料電池装置の発電電力に基づいて最大電力を設定すると共に前記燃料電池装置の出力電圧に基づいて開放端電圧と最大電圧とを設定し、前記最大電力をＰ_peakとし、前記開放端電圧をＶ_ocvとし、前記最大電圧をＶ_peakとし、前記直流リンク部の電圧をＶ_linkとし、前記出力電流をＩ_batteryとしたとき、次式（１）により計算されるＶ_link__tagを前記目標電圧に設定する、
電力システム。

【数1】

【請求項4】

請求項３に記載の電力システムであって、
前記制御装置は、前記最大電圧よりも低い電圧範囲において、値０よりも大きく前記燃料電池装置の発電電力よりも小さい定数をＰ_dとしたとき、次式（２）により計算されるＶ_link__tagを前記目標電圧に設定する、
電力システム。

【数2】

【請求項5】

請求項１ないし４いずれか１項に記載の電力システムであって、
前記直流リンク部の直流電力を交流電力に変換して系統電源に連系するインバータ装置と、
充放電可能な蓄電池と、
前記直流リンク部と前記蓄電池とに接続され、ＭＰＰＴ制御により前記蓄電池へ給電する蓄電池用コンバータ装置と、
を備え、
前記給電制御装置は、前記蓄電池用コンバータ装置を含み、
前記制御装置は、前記系統電源が停電して前記燃料電池装置を自立運転する場合において、前記ＭＰＰＴ協調制御を実行する、
電力システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の電力システムとしては、太陽電池装置と、太陽電池装置の発電電力をＭＰＰＴ（最大電力点追従）制御によって受電するＭＰＰＴ制御装置と外部からの直流電力をＭＰＰＴ制御によって受電する外部受電用ＭＰＰＴ制御装置とを含む電力制御装置と、発電機や燃料電池装置などの発電装置と、発電装置の発電電力を外部受電用ＭＰＰＴ制御装置へ送電する送電装置と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。送電装置は、電圧電流特性データを記憶する記憶装置と、電圧電流特性データが示す曲線に沿って直流電力に応じた電圧と電流とに変換する電圧電流変換部と、を備え、発電装置で発電された直流電力の電圧電流特性を、太陽電池装置によって発電される直流電力の電圧電流特性と同様の特徴をもった電圧電流特性に変換して外部受電用ＭＰＰＴ制御装置へ送電する。これにより、発電装置で発電された電力をＭＰＰＴ制御によって受電することができるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－１９２５６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

燃料電池装置は、出力を急増させると劣化する特性を有しており、これを防止するため、一般に、パワーコンディショナ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）により出力変化率に制限（例えばレートリミットなど）がかけられている。パワーコンディショナの出力をＭＰＰＴ制御する際、ＭＰＰＴ制御によって取り出される電力の増加速度はレートリミットよりも速いため、出力をＭＰＰＴ制御に追従できなくなる場合が生じる。

【0005】

本発明の電力システムは、燃料電池装置の出力の急変を抑制しつつ、出力をＭＰＰＴ制御に良好に追従させることができる電力システムを提供することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の電力システムは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

【0007】

本発明の電力システムは、
直流電力を発電する燃料電池装置と、
前記燃料電池装置からの直流電力を変換して直流リンク部に出力するコンバータ装置と、
前記直流リンク部に接続されたコンデンサと、
電力を消費する電力消費機器と、
前記直流リンク部と前記電力消費機器との接続および接続解除が可能なスイッチと、
前記直流リンク部に接続され、前記直流リンク部からの直流電力をＭＰＰＴ制御により給電する給電制御装置と、
前記燃料電池装置の発電電力と前記直流リンク部の電圧とに基づいて前記直流リンク部の電流電圧特性を設定し、前記電流電圧特性と前記直流リンク部から前記給電制御装置へ出力される出力電流とに基づいて前記直流リンク部の目標電圧を設定し、前記直流リンク部の電圧が前記目標電圧となるよう前記スイッチを制御するＭＰＰＴ協調制御を実行する制御装置と、
を備えることを要旨とする。

【0008】

この本発明の電力システムでは、燃料電池装置の発電電力に基づいて設定した電流電圧特性に従って電力消費機器の電力消費によって直流リンク部の電圧を制御することにより、燃料電池装置の発電電力の範囲内で、直流リンク部から任意の最大電圧で任意の最大電力を出力することができる。この結果、燃料電池装置の出力の急変を抑制しつつ、出力をＭＰＰＴ制御に良好に追従させることができる電力システムとすることができる。

【0009】

こうした本発明の電力システムにおいて、前記制御装置は、前記燃料電池装置の発電電力よりも所定量または所定割合低い電力が最大電力となるよう前記電流電圧特性を設定してもよい。こうすれば、発電電力の低下を伴う燃料電池装置の経年劣化に適切に対応することができる。

【0010】

また、本発明の電力システムにおいて、前記制御装置は、前記燃料電池装置の発電電力に基づいて最大電力を設定すると共に前記燃料電池装置の出力電圧に基づいて開放端電圧と最大電圧とを設定し、前記最大電力をＰ_peakとし、前記開放端電圧をＶ_ocvとし、前記最大電圧をＶ_peakとし、前記直流リンク部の電圧をＶ_linkとし、前記出力電流をＩ_batteryとしたとき、次式（１）により計算されるＶ_link__tagを前記目標電圧に設定してもよい。計算式を用いて目標電圧を算出することで、最大電力ごと、最大電圧ごとに多数のマップを記憶する必要がなくなり、メモリの容量を削減することが可能となる。

【0011】

【数1】

【0012】

この態様の本発明の電力システムにおいて、前記制御装置は、前記最大電圧よりも低い電圧範囲において、値０よりも大きく前記燃料電池装置の発電電力よりも小さい定数をＰ_dとしたとき、次式（２）により計算されるＶ_link__tagを前記目標電圧に設定してもよい。ＭＰＰＴ制御によって最大電力（最適動作点）をサーチする際、最大電圧未満の電圧範囲において、電流電圧特性と出力電流とに基づいて目標電圧を設定しようとすると、上述した式（１）の電流電圧特性では、出力電流の変化に対する電圧の変化が大きく、目標電圧が大きく脈動するおそれがある。このため、最大電圧未満の電圧範囲において、式（２）により算出されるＶ_link__tagを目標電圧に設定することで、目標電圧の脈動を抑制することができる。

【0013】

【数2】

【0014】

さらに、本発明の電力システムにおいて、前記直流リンク部の直流電力を交流電力に変換して系統電源に連系するインバータ装置と、充放電可能な蓄電池と、前記直流リンク部と前記蓄電池とに接続され、ＭＰＰＴ制御により前記蓄電池へ給電する蓄電池用コンバータ装置と、を備え、前記給電制御装置は、前記蓄電池用コンバータ装置を含み、前記制御装置は、前記系統電源が停電して前記燃料電池装置を自立運転する場合において、前記ＭＰＰＴ協調制御を実行するものとしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本実施形態の電力システムの概略構成図である。

【図2】系統電源停止時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

【図3】ＭＰＰＴ協調制御処理の一例を示すフローチャートである。

【図4】最大電圧Ｖ_peak以上の電圧範囲で直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagを設定する場合に用いられる直流リンク部のＰ－Ｖ特性およびＩ－Ｖ特性の一例を示す説明図である。

【図5】最大電圧Ｖ_peak未満の電圧範囲で直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagを設定する場合に用いられる直流リンク部のＰ－Ｖ特性およびＩ－Ｖ特性の一例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１は、本実施形態の電力システム１０の概略構成図である。本実施形態の電力システム１０は、住宅等に設置され、系統電源１と連系して家庭内負荷（外部負荷）に電力を供給するシステムとして構成されるものであり、燃料電池装置２０と、燃料電池パワーコンディショナ３０と、制御装置４０と、蓄電池５０と、蓄電池パワーコンディショナ５１と、を備える。

【0017】

燃料電池装置２０は、図示しないが、改質水を気化させて水蒸気を生成する気化器や、原燃料ガス（例えば、天然ガスやＬＰガス）を水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器、燃料ガスと空気との電気化学反応により発電する燃料電池スタック（固体酸化物形燃料電池スタック）などを含む燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールの排熱を熱交換器によって温水にして貯湯タンクへ回収する排熱回収装置と、を有する。また、燃料電池装置２０は、これを運転するための補機として、改質器へ原燃料ガスを供給するガスポンプや、水タンクから改質水を汲み上げて気化器へ供給する水ポンプ、燃料電池スタックへ空気を供給するエアポンプ、上述の熱交換器と貯湯タンクとを接続する循環配管内で湯水を循環させる循環ポンプ、循環路に設置されたヒータ４１、循環路におけるヒータ４１の下流に設置されたラジエータおよびラジエータファンなどを有する。これらの補機類は、制御装置４０による制御を受けて動作する。また、燃料電池スタックの出力端子には、燃料電池スタックから出力される電流（燃料電池電流Ｉｆｃ）を検出する電流センサ３６ａが取り付けられ、燃料電池スタックの出力端子間には、燃料電池スタックの端子間電圧（燃料電池電圧Ｖ_fc）を検出する電圧センサ３６ｂが取り付けられている。

【0018】

燃料電池パワーコンディショナ３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１と、インバータ３２と、リレー３３と、直流リンク部３４とを備える。

【0019】

ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、図示しないスイッチング素子やリアクトル等を有し、当該スイッチング素子をスイッチング制御することにより、燃料電池装置２０からの直流電力を所定電圧（例えばＤＣ２５０Ｖ）の直流電力に変換（昇圧）して直流リンク部３４へ出力する。燃料電池装置２０は出力を急増させると劣化が進行し易い特性を有していることから、本実施形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、所定の出力変化率を超えて燃料電池装置２０の出力が変化しないようにレートリミット処理（緩変化処理）によって当該出力変化率の範囲内で電力の変換を行なう。

【0020】

インバータ３２は、図示しないスイッチング素子やダイオード等を有し、当該スイッチング素子をスイッチング制御することにより、直流リンク部３４の直流電力を交流電力に変換して外部負荷へ供給する。

【0021】

リレー３３は、常開式の開閉器であり、系統電源１の対応する相に接続された各電線の連系点（インバータ３２の出力側）にそれぞれ設置されている。

【0022】

直流リンク部３４には、平滑用のコンデンサ３５が接続されており、当該コンデンサ３５の端子間には、コンデンサ３５の端子間電圧（直流リンク電圧Ｖ_link）を検出する電圧センサ３７が取り付けられている。また、直流リンク部３４には、上述したヒータ４１がヒータスイッチ４２（ＦＥＴ）を介して接続されると共に、燃料電池装置２０のその他の補機や制御装置４０が図示しないＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続されており、これらの補機や制御装置４０は、直流リンク部３４からの直流電力の供給を受けて動作するようになっている。

【0023】

蓄電池５０は、例えばリチウムイオン二次電池として構成され、蓄電池パワーコンディショナ５１を介して直流リンク部３４に接続されている。蓄電池パワーコンディショナ５１は、ＤＣ／ＤＣコンバータを含み、当該ＤＣ／ＤＣコンバータをスイッチング制御することにより、直流リンク部３４からの直流電力により蓄電池５０を充電したり、蓄電池５０からの直流電力を直流リンク部３４へ放電したりする。直流リンク部３４と蓄電池５０とを接続する電力ラインには、蓄電池５０を流れる電流（蓄電池電流Ｉ_battery）を検出する電流センサ３８が取り付けられている。

【0024】

蓄電池パワーコンディショナ５１の制御は、制御装置４０とは別の制御装置（図示せず）によるＭＰＰＴ（最大電力点追従）制御によって行なわれる。ＭＰＰＴ制御は、電力が最大となる出力電圧で電流を取り出すための制御であり、例えば、電力が最大電力（最適動作点）に追従するように出力電圧を所定量ずつ変化させる山登り法を用いることができる。

【0025】

制御装置４０は、図示しないが、ＣＰＵを中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、各種プログラムを記憶するＲＯＭや、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入力ポートおよび出力ポートを備える。制御装置４０には、電流センサ３６ａからの燃料電池電流Ｉｆｃや電圧センサ３６ｂからの燃料電池電圧Ｖ_fc、電圧センサ３７からの直流リンク電圧Ｖ_link、電流センサ３８からの蓄電池電流Ｉ_batteryなどが入力ポートを介して入力されている。一方、制御装置４０からは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１のスイッチング素子への制御信号や、インバータ３２のスイッチング素子への制御信号、リレー３３への駆動信号、ヒータスイッチ４２への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。

【0026】

次に、こうして構成された電力システム１０の動作について説明する。特に、系統電源１が停止（停電）した際の動作について説明する。図２は、制御装置４０のＣＰＵにより実行される系統電源停止時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、図示しない電圧センサにより系統電圧の低下、すなわち系統電源１の停止（停電）が検出されたときに実行される。

【0027】

系統電源停止時制御ルーチンが実行されると、制御装置４０のＣＰＵは、まず、燃料電池装置２０の自立発電を開始する（ステップＳ１００）。自立発電は、外部負荷が要求する要求出力の全てを電力システム１０から出力する電力で賄う運転状態であり、本実施形態では、燃料電池装置２０が定格最大出力（例えば７００Ｗ）で発電するよう燃料電池装置２０が運転制御される。自立発電状態においては、要求出力が燃料電池装置２０の発電電力以下である場合、燃料電池装置２０の発電電力により要求出力に見合う電力が外部負荷へ供給されると共に余剰電力がヒータ４１で消費されたり蓄電池５０に充電されるよう燃料電池パワーコンディショナ３０と蓄電池パワーコンディショナ５０とが制御される。また、要求出力が燃料電池装置２０の発電電力を超えると、燃料電池装置２０からの発電電力に加えて蓄電池５０からの放電電力により要求出力に見合う電力が外部負荷へ供給されるよう燃料電池パワーコンディショナ３０と蓄電池パワーコンディショナ５０とが制御される。

【0028】

自立発電を開始すると、ヒータ４１の電力消費により直流リンク電圧Ｖ_linkが所定電圧Ｖｓｅｔ（例えば、２３０Ｖや２４０Ｖ、２５０Ｖ）となるようヒータスイッチ４２を駆動制御する（ステップＳ１１０）。そして、燃料電池装置２０の発電電力Ｐ_fcを入力し（ステップＳ１２０）、入力した発電電力Ｐ_fcが閾値Ｐｒｅｆ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。ここで、発電電力Ｐ_fcは、電流センサ３６ａにより検出される燃料電池電流Ｉｆｃと電圧センサ３６ｂにより検出される燃料電池電圧Ｖ_fcとに基づいて演算されたものを入力することができる。閾値Ｐｒｅｆは、燃料電池装置２０の出力が安定したか否かを判定するための閾値であり、本実施形態では、定格最大出力近傍の値に定められる。発電電力Ｐ_fcが閾値Ｐｒｅｆ以上でないと判定すると、ステップＳ１１０に戻る。

【0029】

一方、発電電力Ｐ_fcが閾値Ｐｒｅｆ以上であると判定すると、ＭＰＰＴ協調制御を開始する（ステップＳ１４０）。ＭＰＰＴ協調制御は、直流リンク部３４の出力を蓄電池パワーコンディショナ５１で行なわれるＭＰＰＴ制御に追従させるための制御であり、図３のＭＰＰＴ協調制御処理により実行される。以下、ＭＰＰＴ協調制御処理について説明する。

【0030】

ＭＰＰＴ協調制御では、まず、発電電力Ｐ_fcや電圧センサ３６ｂからの燃料電池電圧Ｖ_fc、電圧センサ３７からの直流リンク電圧Ｖ_link、電流センサ３８からの蓄電池電流Ｉ_batteryを入力する（ステップＳ２００）。続いて、入力した発電電力Ｐ_fcから所定電力ΔＰを減じた値（Ｐ_fc－ΔＰ）を最大電力Ｐ_peakに設定し、入力した燃料電池電圧Ｖ_fcに係数ｋを乗じた値（ｋ・Ｖ_fc）を開放端電圧Ｖ_ocvに設定し、設定した開放端電圧Ｖ_ocvから所定電圧ΔＶを減じた値（Ｖ_ocv－ΔＶ）を最大電圧Ｖ_peakに設定する（ステップＳ２１０）。ここで、最大電力Ｐ_peakと開放端電圧Ｖ_ocvと最大電圧Ｖ_peakは、直流リンク部３４の電力電圧特性（Ｐ－Ｖ特性）を規定するパラメータである。最大電力Ｐ_peakは、燃料電池装置２０の発電電力Ｐ_fcの範囲内で設定され、所定電力ΔＰは、ＭＰＰＴ協調制御における最大電力Ｐ_peakの調整代であり、例えば、５０Ｗや６０Ｗなどのように定められる。なお、最大電力Ｐ_peakは、発電電力Ｐ_fcに値０よりも大きく値１よりも小さい係数を乗じたものが設定されもよい。係数ｋは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の変圧率である。所定電圧ΔＶは、ＭＰＰＴ制御によって直流リンク部３４に電圧低下が生じても当該直流リンク部３４に接続される補機類や制御装置４０が電源喪失しない範囲で、例えば、２０Ｖや３０Ｖなどのように定められる。

【0031】

次に、入力した蓄電池電流Ｉ_batteryが所定電流Ｉｒｅｆ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２２０）。この処理は、最大電圧Ｖ_peak以上の電圧範囲で直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagが設定されるか否かを判定するための処理である。蓄電池電流Ｉ_batteryが所定電流Ｉｒｅｆ未満であると判定すると、最大電力Ｐ_peakと最大電圧Ｖ_peakと開放端電圧Ｖ_ocvと直流リンク電圧Ｖ_linkと蓄電池電流Ｉ_batteryとに基づいて次式（１）により直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagを算出する（ステップＳ２３０）。そして、算出した直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagとステップＳ２００で入力した直流リンク電圧Ｖ_linkとの偏差に基づくフィードバック制御（例えば、比例積分制御）によりヒータスイッチ４２のオンオフデューティ比を設定し、設定したオンオフデューティ比に基づいてヒータスイッチ４２をスイッチング制御して（ステップＳ２５０）、ＭＰＰＴ協調制御処理を終了する。図４は、最大電圧Ｖ_peak以上の電圧範囲で直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagを設定する場合に用いられる直流リンク部のＰ－Ｖ特性およびＩ－Ｖ特性の一例を示す説明図である。式（１）は、図４中、実線に示す直流リンク部３４の電力電圧特性（Ｐ－Ｖ特性）および電流電圧特性（Ｉ－Ｖ特性）に対応した式（第１計算式）であり、第１計算式を用いて直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagを算出することで、当該Ｐ－Ｖ特性およびＩ－Ｖ特性に沿って直流リンク部３４から電力を取り出すことができる。Ｐ－Ｖ特性およびＩ－Ｖ特性を燃料電池装置２０の発電電力Ｐ_fc等に基づいて決定することにより、これらの特性に沿って直流リンク電圧Ｖ_linkを制御することで、発電電力Ｐ_fcの範囲内で、直流リンク部３４から任意の最大電圧Ｖ_peakで任意の最大電力Ｐ_peakを取り出すことができる。これにより、ＭＰＰＴ制御を行なう蓄電池パワーコンディショナ５１に対して供給する電力を能動的に制御することが可能となる。また、燃料電池装置２０の発電電力Ｐ_fcのうち最大電力Ｐ_peakに対して余剰な電力は、ヒータ４１によって消費されるため、燃料電池装置２０の出力が急増することがなく、出力の急増による燃料電池装置２０の劣化の進行を抑制することができる。さらに、任意の最大電圧Ｖ_peakを設定することができるため、最大電圧Ｖ_peakとして比較的高い電圧を設定しておくことで、ＭＰＰＴ制御による最大電力（最適動作点）のサーチの過程において、直流リンク電圧Ｖｌｉｎが大きく低下するのを抑制することができ、直流リンク部３４に接続される補機や制御装置４０の電源喪失のリスクを回避することが可能となる。

【0032】

【数1】

【0033】

一方、蓄電池電流Ｉ_batteryが所定電流Ｉｒｅｆ未満でなく所定電流Ｉｒｅｆ以上であると判定すると、最大電力Ｐ_peakと最大電圧Ｖ_peakと開放端電圧Ｖ_ocvと直流リンク電圧Ｖ_linkと蓄電池電流Ｉ_batteryと定数Ｐ_dとに基づいて次式（２）により直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagを算出する（ステップＳ２４０）。そして、算出した直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagとステップＳ２００で入力した直流リンク電圧Ｖ_linkとの偏差に基づくフィードバック制御によりヒータスイッチ４２をスイッチング制御して（ステップＳ２５０）、ＭＰＰＴ協調制御処理を終了する。図５は、最大電圧Ｖ_peak未満の電圧範囲で直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagを設定する場合に用いられる直流リンク部のＰ－Ｖ特性およびＩ－Ｖ特性の一例を示す説明図である。なお、図中、実線は、最大電圧Ｖ_peak未満の電圧範囲で直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagを設定する場合に用いられる特性を示し、一点鎖線は、上述した最大電圧Ｖ_peak以上の電圧範囲で直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagを設定する場合に用いられる特性を示す。式（２）は、図５中、実線に示す電力電圧特性（Ｐ－Ｖ特性）および電流電圧特性（Ｉ－Ｖ特性）に対応した式（第２計算式）であり、第２計算式を用いて直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagを算出することで、当該Ｐ－Ｖ特性およびＩ－Ｖ特性に沿って直流リンク部３４から電力を取り出すことができる。式（２）中、「Ｐ_d」は、Ｐ－Ｖ特性において、Ｖ_link__tagが値０のときの出力電力の値を示し、値０よりも大きく定格最大出力よりも小さな値（例えば、１００や２００）に定められる。これにより、最大電圧Ｖ_peak未満の電圧範囲において、Ｉ－Ｖ特性に傾きをもたせることができる。上述した第１計算式では、最大電圧Ｖ_peak未満の電圧範囲でＩ－Ｖ特性の傾きがフラットになっているため、蓄電池電流Ｉ_batteryの僅かな変化に対して直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagが大きく脈動する。これに対して、第２計算式では、第１計算式に比して、Ｉ－Ｖ特性に傾きをもたせることができるため、蓄電池電流Ｉ_batteryの変化に対して直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagが大きく脈動するのを抑制することができ、直流リンク電圧Ｖ_linkを適正範囲に保つことができる。例えば、直流リンク電圧Ｖ_linkが大きく低下することによる、補機類や制御装置４０の電源喪失のリスクを回避することができる。

【0034】

【数2】

【0035】

系統電源停止時制御ルーチンに戻って、ＭＰＰＴ協調制御を開始すると、系統電圧に基づいて系統電源１が復帰するまでＭＰＰＴ協調制御を継続させ（ステップＳ１５０）、系統電源１が復帰したと判定すると、ＭＰＰＴ協調制御を停止すると共に（ステップＳ１６０）、自立発電を停止して（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。

【0036】

以上説明した本実施形態の電力システム１０では、燃料電池装置２０の発電電力Ｐ_fcに基づいて電流電圧特性（計算式）を設定し、電流電圧特性と直流リンク電圧Ｖ_linkと蓄電池電流Ｉ_batteryとに基づいて直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagを設定し、直流リンク電圧Ｖ_linkが直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagに一致するようヒータスイッチ４２を制御するＭＰＰＴ協調制御を実行する。燃料電池装置２０の発電電力Ｐ_fcに基づいて設定した電流電圧特性に従って電力消費機器としてのヒータ４１の電力消費によって直流リンク電圧Ｖ_linkを制御することにより、発電電力Ｐ_fcの範囲内で、直流リンク部３４から任意の最大電圧Ｖ_peakで任意の最大電力Ｐ_peakを出力することができる。この結果、燃料電池装置２０の出力の急変を抑制しつつ、出力をＭＰＰＴ制御に良好に追従させることができる電力システム１０とすることができる。

【0037】

また、本実施形態の電力システム１０では、燃料電池装置２０の発電電力Ｐ_fcよりも所定電力ΔＰだけ低い電力を最大電力Ｐ_peakに設定した電流電圧特性を用いてＭＰＰＴ協調制御を実行する。これにより、簡易な処理によって燃料電池装置２０の経年劣化に適切に対応することができる。

【0038】

さらに、本実施形態の電力システム１０では、燃料電池装置２０の発電電力Ｐ_fcに基づく最大電力Ｐ_peakを設定し、最大電力Ｐ_peakと直流リンク電圧Ｖ_linkと蓄電池電流Ｉ_batteryとに基づいて計算式（第１計算式，第２計算式）により直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagを算出する。これにより、最大電力Ｐ_peak毎および最大電圧Ｖ_peak毎に多数のＩ－Ｖ特性マップを記憶しておき、発電電力Ｐ_fcに基づいて選択したＩ－Ｖ特性マップを用いて直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagを設定するものに比して、多数のマップを記憶する必要がなく、メモリの記憶容量を削減することができる。

【0039】

また、本実施形態の電力システム１０では、蓄電池電流Ｉ_batteryが所定電流Ｉｒｅｆ以上である場合には、最大電圧Ｖ_peak未満の電圧範囲において、第１計算式に比してＩ－Ｖ特性に傾きをもたせた第２計算式を用いて直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagを算出する。これにより、ＭＰＰＴ制御によって最適動作点をサーチする過程において、直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagが大きく脈動するのを抑制することができる。

【0040】

上述した実施形態では、蓄電池電流Ｉ_batteryが所定電流Ｉｒｅｆ未満である場合には第１計算式を用いて直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagを算出し、蓄電池電流Ｉ_batteryが所定電流Ｉｒｅｆ以上である場合には第２計算式を用いて直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagを算出するものとした。しかし、蓄電池電流Ｉ_batteryに拘らず第１計算式を用いて直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagを算出してもよい。

【0041】

上述した実施形態では、計算式を用いて直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagを設定するものとしたが、上述した図４や図５に示す特性をマップ化したものを用いて直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagを設定してもよい。この場合、燃料電池装置２０の発電電力Ｐ_fcや燃料電池電圧Ｖ_fcに応じて異なるマップを用いて直流リンク電圧目標値Ｖ_link__tagを設定すればよい。

【0042】

実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施形態では、燃料電池装置２０が「燃料電池装置」に相当し、直流リンク部３４が「直流リンク部」に相当し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１が「コンバータ装置」に相当し、コンデンサ３５が「コンデンサ」に相当し、ヒータ４１が「電力消費機器」に相当し、ヒータスイッチ４２が「スイッチ」に相当し、蓄電池パワーコンディショナ５１が「給電制御装置」に相当し、制御装置４０が「制御装置」に相当する。また、インバータ３２が「インバータ装置」に相当し、蓄電池５０が「蓄電池」に相当し、蓄電池パワーコンディショナ５１が「蓄電池コンバータ装置」に相当する。

【0043】

なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

【0044】

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

【産業上の利用可能性】

【0045】

本発明は、電力システムの製造産業などに利用可能である。

【符号の説明】

【0046】

１ 系統電源、１０ 電力システム、２０ 燃料電池装置、３０ 燃料電池パワーコンディショナ、３１ ＤＣ／ＤＣコンバータ、３２ インバータ、３３ リレー、３４ 直流リンク部、３５ コンデンサ、３６ａ 電流センサ、３６ｂ 電圧センサ、３７ 電流センサ、３８ 電流センサ、４０ 制御装置、４１ ヒータ、４２ ヒータスイッチ、５０ 蓄電池パワーコンディショナ、５０ 蓄電池、５１ 蓄電池パワーコンディショナ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】