(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-29
(45)【発行日】2024-03-08
(54)【発明の名称】エネルギーシステム及びエネルギーシステムの運転方法
(51)【国際特許分類】
H02J 7/00 20060101AFI20240301BHJP
H01M 10/44 20060101ALI20240301BHJP
H01M 10/48 20060101ALI20240301BHJP
H02J 3/38 20060101ALI20240301BHJP
【ＦＩ】
H02J7/00 303E
H01M10/44 P
H01M10/48 P
H02J3/38 170
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020060043
(22)【出願日】2020-03-30
(65)【公開番号】P2021158887
(43)【公開日】2021-10-07
【審査請求日】2022-12-16
(73)【特許権者】
【識別番号】000000284
【氏名又は名称】大阪瓦斯株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001818
【氏名又は名称】弁理士法人Ｒ＆Ｃ
(72)【発明者】
【氏名】南 和徹
(72)【発明者】
【氏名】御堂 俊哉
【審査官】宮本 秀一
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－１３１４４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－３４６９８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１４６９２２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６０Ｌ１／００－３／１２
Ｂ６０Ｌ７／００－１３／００
Ｂ６０Ｌ１５／００－５８／４０
Ｈ０１Ｍ８／０４－８／０６６８
Ｈ０１Ｍ１０／４２－１０／４８
Ｈ０２Ｊ３／００－７／１２
Ｈ０２Ｊ７／３４－７／３６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
発電電力が増加するほど発電効率の増大の度合いが小さくなる関係を概ね満たす発電効率曲線に沿って、最小発電電力と最大発電電力との間に設定される所定の目標発電電力を出力するように動作する発電装置と、前記発電装置が発電した発電電力を利用可能な負荷装置と、
前記発電装置が発電した発電電力を充電可能な蓄電池と、
前記蓄電池の充電率を検出する充電率検出部と、
前記蓄電池への充電又は放電を制御する蓄電池制御部とを備え、
前記蓄電池への充電時は、前記発電装置は、前記蓄電池の充電電力と前記負荷装置の負荷電力との和の合計電力を賄えるように前記目標発電電力を設定して動作し、
前記蓄電池制御部は、前記負荷電力との和が前記発電装置の前記最大発電電力以下になり、かつ、前記充電率検出部が検出した前記充電率が大きくなる程、小さくなる関係で定められる充電電力の上限充電電力以下になるという条件を満たす最大の値に目標充電電力を設定して充電を行い、
前記充電率検出部が検出した前記充電率が第１閾値未満の場合の上限充電電力は第１上限充電電力であり、
前記充電率検出部が検出した前記充電率が第１閾値以上かつ第２閾値未満の場合の上限充電電力は、前記第１上限充電電力よりも小さい第２上限充電電力である、エネルギーシステム。
【請求項2】
前記蓄電池制御部は、前記負荷装置の負荷電力が小さいことにより前記発電装置による発電電力が発電電力閾値より小さい場合、前記第１閾値、前記第２閾値、前記第１上限充電電力及び前記第２上限充電電力の少なくともいずれかを増加させる、請求項１に記載のエネルギーシステム。
【請求項3】
前記蓄電池制御部は、前記負荷装置の負荷電力が大きいことにより前記発電装置による発電電力が発電電力閾値より大きい場合、前記第１閾値、前記第２閾値、前記第１上限充電電力及び前記第２上限充電電力の少なくともいずれかを減少させる、請求項１に記載のエネルギーシステム。
【請求項4】
前記蓄電池制御部は、災害の予期を受信した場合、あるいは、前記発電装置が発電した発電電力を抑制する必要性を検出した場合、前記第１閾値、前記第２閾値、前記第１上限充電電力及び前記第２上限充電電力の少なくともいずれかを増加させる、請求項１に記載のエネルギーシステム。
【請求項5】
発電電力が増加するほど発電効率の増大の度合いが小さくなる関係を概ね満たす発電効率曲線に沿って、最小発電電力と最大発電電力との間に設定される所定の目標発電電力を出力するように動作する発電装置と、前記発電装置が発電した発電電力を利用可能な負荷装置と、
前記発電装置が発電した発電電力を充電可能な蓄電池と、
前記蓄電池の充電率を検出する充電率検出部と、
前記蓄電池への充電又は放電を制御する蓄電池制御部とを備えるエネルギーシステムの運転方法であって、
前記蓄電池への充電時は、前記発電装置は、前記蓄電池の充電電力と前記負荷装置の負荷電力との和の合計電力を賄えるように前記目標発電電力を設定して動作し、
前記蓄電池制御部は、前記負荷電力との和が前記発電装置の前記最大発電電力以下になり、かつ、前記充電率検出部が検出した前記充電率が大きくなる程、小さくなる関係で定められる充電電力の上限充電電力以下になるという条件を満たす最大の値に目標充電電力を設定して充電を行い、
前記充電率検出部が検出した前記充電率が第１閾値未満の場合の上限充電電力は第１上限充電電力であり、
前記充電率検出部が検出した前記充電率が第１閾値以上かつ第２閾値未満の場合の上限充電電力は、前記第１上限充電電力よりも小さい第２上限充電電力である、エネルギーシステムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エネルギーシステム及びエネルギーシステムの運転方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１（特開２０１５－１２２２２６号公報）には、燃料電池の発電電力を最高効率点又はその近傍に設定して運転し、その燃料電池の発電電力に余剰電力が生じた際に、その余剰電力を蓄電池に充電するシステムが記載されている。
【0003】
特許文献１の図２に記載されているように、発電電力が大きくなるほど燃料電池の発電効率は大きくなるが、発電電力の増大と発電効率の増大とは比例関係にはなく、発電電力が増大するにつれて発電効率の増大の度合いは小さくなる。言い換えると、発電効率が小さくなるほど発電効率の減少度合いは大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１５－１２２２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に記載されるようなシステムでは、燃料電池は、蓄電池の充電電力と負荷装置の負荷電力との合計の電力を発電する必要がある。尚、蓄電池は、充電率が上限充電率になると充電を停止するため、その後、燃料電池は、負荷装置の負荷電力のみを発電する。つまり、燃料電池は、蓄電池への充電開始当初はその状況下での最大の発電電力（その状況下での最大の発電効率）で短時間運転し、蓄電池が充電を停止した後はその状況下での最小の発電電力（非常に低い発電効率）で運転する。
従って、長い期間で考えると、燃料電池は最高の発電効率で運転しているとは言えない。
従って、長い期間で考えると、燃料電池は最高の発電効率で運転しているとは言えない。
【0006】
発電装置は、比較的大きい発電電力で比較的長く運転することができれば、発電装置の発電効率を考慮した場合に好ましい。
【0007】
そこで、本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、長い期間での発電装置の発電効率を考慮して蓄電池を制御するエネルギーシステム及びエネルギーシステムの運転方法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】
【0008】
本発明に係るエネルギーシステムの特徴構成は、
発電電力が増加するほど発電効率の増大の度合いが小さくなる関係を概ね満たす発電効率曲線に沿って、最小発電電力と最大発電電力との間に設定される所定の目標発電電力を出力するように動作する発電装置と、
前記発電装置が発電した発電電力を利用可能な負荷装置と、
前記発電装置が発電した発電電力を充電可能な蓄電池と、
前記蓄電池の充電率を検出する充電率検出部と、
前記蓄電池への充電又は放電を制御する蓄電池制御部とを備え、
前記蓄電池への充電時は、前記発電装置は、前記蓄電池の充電電力と前記負荷装置の負荷電力との和の合計電力を賄えるように前記目標発電電力を設定して動作し、
前記蓄電池制御部は、前記負荷電力との和が前記発電装置の前記最大発電電力以下になり、かつ、前記充電率検出部が検出した前記充電率が大きくなる程、小さくなる関係で定められる充電電力の上限充電電力以下になるという条件を満たす最大の値に目標充電電力を設定して充電を行い、
前記充電率検出部が検出した前記充電率が第１閾値未満の場合の上限充電電力は第１上限充電電力であり、
前記充電率検出部が検出した前記充電率が第１閾値以上かつ第２閾値未満の場合の上限充電電力は、前記第１上限充電電力よりも小さい第２上限充電電力である点にある。
発電電力が増加するほど発電効率の増大の度合いが小さくなる関係を概ね満たす発電効率曲線に沿って、最小発電電力と最大発電電力との間に設定される所定の目標発電電力を出力するように動作する発電装置と、
前記発電装置が発電した発電電力を利用可能な負荷装置と、
前記発電装置が発電した発電電力を充電可能な蓄電池と、
前記蓄電池の充電率を検出する充電率検出部と、
前記蓄電池への充電又は放電を制御する蓄電池制御部とを備え、
前記蓄電池への充電時は、前記発電装置は、前記蓄電池の充電電力と前記負荷装置の負荷電力との和の合計電力を賄えるように前記目標発電電力を設定して動作し、
前記蓄電池制御部は、前記負荷電力との和が前記発電装置の前記最大発電電力以下になり、かつ、前記充電率検出部が検出した前記充電率が大きくなる程、小さくなる関係で定められる充電電力の上限充電電力以下になるという条件を満たす最大の値に目標充電電力を設定して充電を行い、
前記充電率検出部が検出した前記充電率が第１閾値未満の場合の上限充電電力は第１上限充電電力であり、
前記充電率検出部が検出した前記充電率が第１閾値以上かつ第２閾値未満の場合の上限充電電力は、前記第１上限充電電力よりも小さい第２上限充電電力である点にある。
【0009】
上記特徴構成によれば、発電装置は、充電時は、負荷装置の負荷電力と蓄電池の充電電力との和に発電電力を追従させる運転を行う。
蓄電池の目標充電電力は、充電率が大きくなる程、充電電力が小さくなる関係で概ね定められるため、蓄電池の充電率が小さい場合には目標充電電力は大きく（即ち、充電速度は速く）なり、蓄電池の充電率が大きい場合には目標充電電力は小さく（即ち、充電速度は遅く）なる。
つまり、蓄電池の充電率が小さい場合には、蓄電池の充電が高速で行われるため、蓄電池の充電率は短時間で高まる。
一方、蓄電池の充電率が大きい場合には、蓄電池の充電が低速で行われる。そのため、蓄電池の充電が高速で行われている場合に比べて、蓄電池の充電率が上限充電率に到達するまでに要する時間は長くなる。
蓄電池の目標充電電力は、充電率が大きくなる程、充電電力が小さくなる関係で概ね定められるため、蓄電池の充電率が小さい場合には目標充電電力は大きく（即ち、充電速度は速く）なり、蓄電池の充電率が大きい場合には目標充電電力は小さく（即ち、充電速度は遅く）なる。
つまり、蓄電池の充電率が小さい場合には、蓄電池の充電が高速で行われるため、蓄電池の充電率は短時間で高まる。
一方、蓄電池の充電率が大きい場合には、蓄電池の充電が低速で行われる。そのため、蓄電池の充電が高速で行われている場合に比べて、蓄電池の充電率が上限充電率に到達するまでに要する時間は長くなる。
【0010】
ここで、発電装置の発電効率について考えると、蓄電池の充電率が小さく目標充電電力が大きい場合、発電装置の発電電力（蓄電池への大きい目標充電電力と負荷電力との合計電力）も大きくなり発電効率も大きくなる。しかし、短時間で蓄電池の充電率が大きくなった後は、目標充電電力が小さくなるかゼロとなり、発電装置は負荷電力に応じた発電を主として行うこととなり発電電力も小さくなる。つまり、発電効率が大きい状態が短時間経過した後は、発電効率が小さい状態が継続する。ここで、発電効率曲線は、発電電力が増加するほど発電効率の増大の度合いが小さくなるという傾向を示すため、発電電力が小さくなると発電効率が減少する度合いは大きくなる。よって、前述の状態においては、発電効率が大きい状態が短時間であり、発電効率が小さい状態が継続するため、長い期間で考えると発電効率は小さい。
【0011】
一方、蓄電池の充電率が大きく目標充電電力が小さい場合、蓄電池は小さい目標充電電力で充電される。このとき、発電装置は、蓄電池への小さい目標充電電力と負荷電力との和の合計電力として、中程度の発電電力を出力する。つまり、蓄電池の充電率が大きい場合における中程度の発電電力（蓄電池への小さい目標充電電力と負荷電力との和の合計電力）は、充電率が小さい時の発電装置の大きい発電電力（蓄電池への大きい目標充電電力と負荷電力との和の合計電力）と、短時間で蓄電池の充電率が大きくなった後の小さい発電電力（主として負荷装置への負荷電力に応じた発電電力）との間の発電電力となる。そして、中程度の発電電力で出力している場合、蓄電池の充電率が上限充電率に到達するまでに要する時間は長くなることから、中程度の発電効率の状態が長く継続する。よって、長い期間で考えると中程度の発電効率を長く継続している方がトータルの発電効率は大きくなるという利点がある。
上記特徴構成によれば、充電率が第１閾値以上かつ第２閾値未満の場合の上限充電電力が第１上限充電電力よりも小さい第２上限充電電力となるため、長い期間で考えるとトータルの発電効率は大きくなる。
上記特徴構成によれば、充電率が第１閾値以上かつ第２閾値未満の場合の上限充電電力が第１上限充電電力よりも小さい第２上限充電電力となるため、長い期間で考えるとトータルの発電効率は大きくなる。
【0014】
本発明に係るエネルギーシステムの更なる特徴構成は、
前記蓄電池制御部は、前記負荷装置の負荷電力が小さいことにより前記発電装置による発電電力が発電電力閾値より小さい場合、前記第１閾値、前記第２閾値、前記第１上限充電電力及び前記第２上限充電電力の少なくともいずれかを増加させる点にある。
前記蓄電池制御部は、前記負荷装置の負荷電力が小さいことにより前記発電装置による発電電力が発電電力閾値より小さい場合、前記第１閾値、前記第２閾値、前記第１上限充電電力及び前記第２上限充電電力の少なくともいずれかを増加させる点にある。
【0015】
上記特徴構成によれば、負荷電力が小さく発電電力が発電電力閾値より小さい場合、第１閾値及び第２閾値等の閾値が大きくなるように制御される。つまり、第１閾値及び第２閾値等の閾値が大きくなるように制御されることで、蓄電池への第１上限充電電力及び第２上限充電電力等の上限充電電力を小さくする時期を遅らせる。これにより、小さく制御される前の充電電力により積極的に蓄電池を充電させることができ、発電効率を向上できる。
【0016】
また、上記特徴構成によれば、負荷電力が小さく発電電力が発電電力閾値より小さい場合、蓄電池への第１上限充電電力及び第２上限充電電力等の上限充電電力を増加させることによっても、発電装置は、増加された上限充電電力に基づいた充電電力により積極的に蓄電池を充電させることができ、発電効率を向上できる。
【0017】
本発明に係るエネルギーシステムの更なる特徴構成は、
前記蓄電池制御部は、前記負荷装置の負荷電力が大きいことにより前記発電装置による発電電力が発電電力閾値より大きい場合、前記第１閾値、前記第２閾値、前記第１上限充電電力及び前記第２上限充電電力の少なくともいずれかを減少させる点にある。
前記蓄電池制御部は、前記負荷装置の負荷電力が大きいことにより前記発電装置による発電電力が発電電力閾値より大きい場合、前記第１閾値、前記第２閾値、前記第１上限充電電力及び前記第２上限充電電力の少なくともいずれかを減少させる点にある。
【0018】
上記特徴構成によれば、負荷電力が大きく発電電力が発電電力閾値より大きい場合、第１閾値、第２閾値等の閾値が小さくなるように制御される。つまり、閾値が小さくなるように制御されることで、蓄電池における第１上限充電電力及び第２上限充電電力等の上限充電電力を小さくする時期を早める。これにより、発電効率の上昇が限定的な場合において、蓄電池の空き容量を確保することができる。
【0019】
また、上記特徴構成によれば、発電電力が発電電力閾値より大きい場合、蓄電池における第１上限充電電力及び第２上限充電電力等の上限充電電力を減少させることによっても、発電効率の上昇が限定的な場合において、蓄電池の空き容量を確保することができる。
【0020】
本発明に係るエネルギーシステムの更なる特徴構成は、
前記蓄電池制御部は、災害の予期を受信した場合、あるいは、前記発電装置が発電した発電電力を抑制する必要性を検出した場合、前記第１閾値、前記第２閾値、前記第１上限充電電力及び前記第２上限充電電力の少なくともいずれかを増加させる点にある。
前記蓄電池制御部は、災害の予期を受信した場合、あるいは、前記発電装置が発電した発電電力を抑制する必要性を検出した場合、前記第１閾値、前記第２閾値、前記第１上限充電電力及び前記第２上限充電電力の少なくともいずれかを増加させる点にある。
【0021】
災害が予期された場合は、災害に備えて蓄電池への充電を積極的に行った方が好ましい。また、発電装置が発電した発電電力を抑制する必要が生じた場合には、発電電力を抑制して発電効率を下げるよりも蓄電池への充電を積極的に行った方が好ましい。そこで、第１閾値、第２閾値、第１上限充電電力及び第２上限充電電力の少なくともいずれかを増加させて、蓄電池における第１上限充電電力及び第２上限充電電力等の上限充電電力を小さくする時期を遅らせて、また、蓄電池における第１上限充電電力及び第２上限充電電力等の上限充電電力を増加させて、蓄電池に高速に充電電力を充電する。
【0022】
本発明に係るエネルギーシステムの運転方法は、
発電電力が増加するほど発電効率の増大の度合いが小さくなる関係を概ね満たす発電効率曲線に沿って、最小発電電力と最大発電電力との間に設定される所定の目標発電電力を出力するように動作する発電装置と、
前記発電装置が発電した発電電力を利用可能な負荷装置と、
前記発電装置が発電した発電電力を充電可能な蓄電池と、
前記蓄電池の充電率を検出する充電率検出部と、
前記蓄電池への充電又は放電を制御する蓄電池制御部とを備えるエネルギーシステムの運転方法であって、その特徴構成は、
前記蓄電池への充電時は、前記発電装置は、前記蓄電池の充電電力と前記負荷装置の負荷電力との和の合計電力を賄えるように前記目標発電電力を設定して動作し、
前記蓄電池制御部は、前記負荷電力との和が前記発電装置の前記最大発電電力以下になり、かつ、前記充電率検出部が検出した前記充電率が大きくなる程、小さくなる関係で定められる充電電力の上限充電電力以下になるという条件を満たす最大の値に目標充電電力を設定して充電を行い、
前記充電率検出部が検出した前記充電率が第１閾値未満の場合の上限充電電力は第１上限充電電力であり、
前記充電率検出部が検出した前記充電率が第１閾値以上かつ第２閾値未満の場合の上限充電電力は、前記第１上限充電電力よりも小さい第２上限充電電力である点にある。
発電電力が増加するほど発電効率の増大の度合いが小さくなる関係を概ね満たす発電効率曲線に沿って、最小発電電力と最大発電電力との間に設定される所定の目標発電電力を出力するように動作する発電装置と、
前記発電装置が発電した発電電力を利用可能な負荷装置と、
前記発電装置が発電した発電電力を充電可能な蓄電池と、
前記蓄電池の充電率を検出する充電率検出部と、
前記蓄電池への充電又は放電を制御する蓄電池制御部とを備えるエネルギーシステムの運転方法であって、その特徴構成は、
前記蓄電池への充電時は、前記発電装置は、前記蓄電池の充電電力と前記負荷装置の負荷電力との和の合計電力を賄えるように前記目標発電電力を設定して動作し、
前記蓄電池制御部は、前記負荷電力との和が前記発電装置の前記最大発電電力以下になり、かつ、前記充電率検出部が検出した前記充電率が大きくなる程、小さくなる関係で定められる充電電力の上限充電電力以下になるという条件を満たす最大の値に目標充電電力を設定して充電を行い、
前記充電率検出部が検出した前記充電率が第１閾値未満の場合の上限充電電力は第１上限充電電力であり、
前記充電率検出部が検出した前記充電率が第１閾値以上かつ第２閾値未満の場合の上限充電電力は、前記第１上限充電電力よりも小さい第２上限充電電力である点にある。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】エネルギーシステムの全体構成図である。
【図2】充電率と上限充電電力との関係を示す説明図である。
【図3】充電率と充電電力との関係を示す説明図である。
【図4】発電電力と発電効率との関係を示す発電効率曲線の説明図である。
【図5】発電効率曲線における変曲点を示す説明図である。
【図6】増加させた場合の閾値Ａ、閾値Ｂと充電電力との関係を示す説明図である。
【図7】閾値Ａ、閾値Ｂと増加させた充電電力との関係を示す説明図である。
【図8】減少させた場合の閾値Ａ、閾値Ｂと充電電力との関係を示す説明図である。
【図9】閾値Ａ、閾値Ｂと減少させた充電電力との関係を示す説明図である。
【図10】別のエネルギーシステムの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下に実施形態に係るエネルギーシステム及びエネルギーシステムの運転方法について説明する。
（１）全体構成
図１に示すようにエネルギーシステム１は、燃料電池システム１０と、蓄電池システム２０と、系統電源３０に接続されている分電盤４０と、負荷装置５０とを備えている。系統電源３０は、電力会社等が供給する系統電力の供給源であり、分電盤４０を介して燃料電池システム１０及び蓄電池システム２０に接続されている。また、系統電源３０には、分電盤４０を介して負荷装置５０が接続されている。負荷装置５０は、燃料電池１１の発電電力、系統電源３０の系統電力及び蓄電池システム２０に充電されている充電電力の少なくともいずれかの電力を消費可能である。
（１）全体構成
図１に示すようにエネルギーシステム１は、燃料電池システム１０と、蓄電池システム２０と、系統電源３０に接続されている分電盤４０と、負荷装置５０とを備えている。系統電源３０は、電力会社等が供給する系統電力の供給源であり、分電盤４０を介して燃料電池システム１０及び蓄電池システム２０に接続されている。また、系統電源３０には、分電盤４０を介して負荷装置５０が接続されている。負荷装置５０は、燃料電池１１の発電電力、系統電源３０の系統電力及び蓄電池システム２０に充電されている充電電力の少なくともいずれかの電力を消費可能である。
【0025】
（２）燃料電池システム
燃料電池システム１０は、燃料電池１１（発電装置の一例）、パワーコンディショナ１３及び燃料電池制御部１５を備えている。燃料電池１１は、水素等の燃料ガスと酸素等の酸化剤ガスとを反応させることで発電を行う。燃料電池１１は、燃料電池制御部１５の制御に基づいて、定格運転、定格の８０％の出力での運転、定格の５０％の出力での運転、負荷装置５０の負荷電力の大きさに応じた負荷追従運転などを行うことができる。
なお、本実施形態の後述の充電専用モード及び充放電可能モードの充電時、つまり後述蓄電池２３の充電時においては、燃料電池１１は、燃料電池制御部１５の制御に基づいて、蓄電池２３の充電電力と負荷装置５０の負荷電力との和の合計電力を賄えるように目標発電電力を発電する。
パワーコンディショナ１３は、燃料電池１１が発電した直流電力である発電電力を交流電力に変換し、系統電源３０の交流電力である系統電力と系統連系可能とする。
燃料電池システム１０は、燃料電池１１（発電装置の一例）、パワーコンディショナ１３及び燃料電池制御部１５を備えている。燃料電池１１は、水素等の燃料ガスと酸素等の酸化剤ガスとを反応させることで発電を行う。燃料電池１１は、燃料電池制御部１５の制御に基づいて、定格運転、定格の８０％の出力での運転、定格の５０％の出力での運転、負荷装置５０の負荷電力の大きさに応じた負荷追従運転などを行うことができる。
なお、本実施形態の後述の充電専用モード及び充放電可能モードの充電時、つまり後述蓄電池２３の充電時においては、燃料電池１１は、燃料電池制御部１５の制御に基づいて、蓄電池２３の充電電力と負荷装置５０の負荷電力との和の合計電力を賄えるように目標発電電力を発電する。
パワーコンディショナ１３は、燃料電池１１が発電した直流電力である発電電力を交流電力に変換し、系統電源３０の交流電力である系統電力と系統連系可能とする。
【0026】
（３）分電盤
分電盤４０は、燃料電池システム１０及び蓄電池システム２０と系統電源３０との間に
設けられているとともに、負荷装置５０が接続されている。負荷装置５０は、分電盤４０を介して、系統電源３０からの系統電力、燃料電池システム１０からの発電電力及び蓄電池システム２０からの充電電力の少なくともいずれかの電力の供給を受けることが可能である。系統電源３０が停電して図示しないスイッチが開くと、分電盤４０は系統電源３０から切り離され、燃料電池システム１０等が系統電源３０から解列される。
分電盤４０は、燃料電池システム１０及び蓄電池システム２０と系統電源３０との間に
設けられているとともに、負荷装置５０が接続されている。負荷装置５０は、分電盤４０を介して、系統電源３０からの系統電力、燃料電池システム１０からの発電電力及び蓄電池システム２０からの充電電力の少なくともいずれかの電力の供給を受けることが可能である。系統電源３０が停電して図示しないスイッチが開くと、分電盤４０は系統電源３０から切り離され、燃料電池システム１０等が系統電源３０から解列される。
【0027】
（４）蓄電池システム
蓄電池システム２０は、パワーコンディショナ２１と、蓄電池２３と、充電率検出部２５と、蓄電池制御部２７とを備えている。
蓄電池システム２０は、パワーコンディショナ２１と、蓄電池２３と、充電率検出部２５と、蓄電池制御部２７とを備えている。
【0028】
（４－１）パワーコンディショナ、蓄電池
パワーコンディショナ２１は、蓄電池システム２０に供給される交流電力を直流電力に変換し、充電のために蓄電池２３に供給する。また、パワーコンディショナ２１は、蓄電池２３に蓄電されている直流電力を交流電力に変換し負荷装置５０等に供給する。
蓄電池２３としては、これに限定されないが、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、ニッケル－カドミウム電池、ニッケル－水素電池等が挙げられる。
パワーコンディショナ２１は、蓄電池システム２０に供給される交流電力を直流電力に変換し、充電のために蓄電池２３に供給する。また、パワーコンディショナ２１は、蓄電池２３に蓄電されている直流電力を交流電力に変換し負荷装置５０等に供給する。
蓄電池２３としては、これに限定されないが、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、ニッケル－カドミウム電池、ニッケル－水素電池等が挙げられる。
【0029】
（４－２）充電率検出部
充電率検出部２５は、蓄電池２３の充電率を検出する。例えば、充電率検出部２５は、蓄電池２３に流した電流と検出される電圧とに基づいて現在の充電量を検出する。そして、充電率検出部２５は、満充電まで充電した場合の蓄電可能容量に対する現在の充電量の割合である充電率を検出する。
充電率検出部２５は、蓄電池２３の充電率を検出する。例えば、充電率検出部２５は、蓄電池２３に流した電流と検出される電圧とに基づいて現在の充電量を検出する。そして、充電率検出部２５は、満充電まで充電した場合の蓄電可能容量に対する現在の充電量の割合である充電率を検出する。
【0030】
（４－３）蓄電池制御部
本実施形態では、蓄電池制御部２７は、充放電が許可された充放電可能モード及び充電のみが許可された充電専用モードで蓄電池２３の充放電を制御する。なお、本実施形態では、充放電可能モード及び充電専用モードが設けられているが、後述の通り蓄電池２３への充電時において、燃料電池１１の発電効率が向上可能な制御が行われればよく、充放電可能モード及び充電専用モードの両方が設けられている場合のみに本発明が適用されるわけではない。
充放電可能モードにおいて、蓄電池制御部２７は、燃料電池１１及び系統電源３０の少なくともいずれかから負荷装置５０に供給される供給電力に不足が生じている場合、不足電力を蓄電池２３から放電するように制御する（充放電可能モードの放電時）。
充放電可能モードにおいて、蓄電池制御部２７は、燃料電池１１の発電電力が負荷装置５０により消費されず余剰電力が生じている場合、余剰電力を蓄電池２３に充電するように制御する（充放電可能モードの充電時）。
本実施形態では、蓄電池制御部２７は、充放電が許可された充放電可能モード及び充電のみが許可された充電専用モードで蓄電池２３の充放電を制御する。なお、本実施形態では、充放電可能モード及び充電専用モードが設けられているが、後述の通り蓄電池２３への充電時において、燃料電池１１の発電効率が向上可能な制御が行われればよく、充放電可能モード及び充電専用モードの両方が設けられている場合のみに本発明が適用されるわけではない。
充放電可能モードにおいて、蓄電池制御部２７は、燃料電池１１及び系統電源３０の少なくともいずれかから負荷装置５０に供給される供給電力に不足が生じている場合、不足電力を蓄電池２３から放電するように制御する（充放電可能モードの放電時）。
充放電可能モードにおいて、蓄電池制御部２７は、燃料電池１１の発電電力が負荷装置５０により消費されず余剰電力が生じている場合、余剰電力を蓄電池２３に充電するように制御する（充放電可能モードの充電時）。
【0031】
充電専用モードにおいて、蓄電池制御部２７は、蓄電池２３に対する充電を行い、放電を行わない。
上記の充放電可能モードの充電時及び充電専用モードにおいて、蓄電池制御部２７は、所定の上限充電率（後述の閾値Ｂ）に相当する充電電力まで蓄電池２３に充電するように制御する。前述の通り、充電専用モード及び充放電可能モードの充電時、つまり蓄電池２３の充電時においては、燃料電池１１は、燃料電池制御部１５の制御に基づいて、後述の蓄電池２３の充電電力と負荷装置５０の負荷電力との和の合計電力を賄えるように目標発電電力を発電する。つまり、充電専用モード及び充放電可能モードの充電時では、目標発電電力＝充電電力＋負荷電力の関係となるように、燃料電池制御部１５は燃料電池１１の発電運転を制御する。さらに、目標発電電力は、後述の発電効率曲線に沿った燃料電池１１の最小発電電力と最大発電電力との間に設定される。
上記の充放電可能モードの充電時及び充電専用モードにおいて、蓄電池制御部２７は、所定の上限充電率（後述の閾値Ｂ）に相当する充電電力まで蓄電池２３に充電するように制御する。前述の通り、充電専用モード及び充放電可能モードの充電時、つまり蓄電池２３の充電時においては、燃料電池１１は、燃料電池制御部１５の制御に基づいて、後述の蓄電池２３の充電電力と負荷装置５０の負荷電力との和の合計電力を賄えるように目標発電電力を発電する。つまり、充電専用モード及び充放電可能モードの充電時では、目標発電電力＝充電電力＋負荷電力の関係となるように、燃料電池制御部１５は燃料電池１１の発電運転を制御する。さらに、目標発電電力は、後述の発電効率曲線に沿った燃料電池１１の最小発電電力と最大発電電力との間に設定される。
【0032】
本実施形態では、蓄電池制御部２７は、充電専用モード及び充放電可能モードの充電時における燃料電池１１の発電効率を向上するような制御を行う。以下では、充電専用モード及び充放電可能モードの充電時（充電時）における、充電率に応じた蓄電池２３への充電制御を行うことによる発電効率の向上の制御、負荷電力に応じた蓄電池２３への充電制御を行うことによる発電効率の向上の制御を例に挙げて説明する。
【0033】
（ａ）充電率に応じた蓄電池への充電制御
まず、充電専用モード及び充放電可能モードの充電時（充電時）において、充電率に応じた蓄電池２３への充電制御を行うことによる発電効率の向上の制御について説明する。
蓄電池制御部２７は、充電率検出部２５が検出した蓄電池２３の充電率に基づいて蓄電池２３に充電する際の目標充電電力を制御する。より具体的には、蓄電池制御部２７は、負荷装置５０の負荷電力との和が燃料電池１１の最大発電電力以下になり、かつ、充電率検出部２５が検出した充電率が大きくなる程、小さくなる関係で定められる充電電力の上限充電電力（上限充電電力α、上限充電電力β）以下になるという条件を満たす最大の値に目標充電電力を設定して充電を行う。
まず、充電専用モード及び充放電可能モードの充電時（充電時）において、充電率に応じた蓄電池２３への充電制御を行うことによる発電効率の向上の制御について説明する。
蓄電池制御部２７は、充電率検出部２５が検出した蓄電池２３の充電率に基づいて蓄電池２３に充電する際の目標充電電力を制御する。より具体的には、蓄電池制御部２７は、負荷装置５０の負荷電力との和が燃料電池１１の最大発電電力以下になり、かつ、充電率検出部２５が検出した充電率が大きくなる程、小さくなる関係で定められる充電電力の上限充電電力（上限充電電力α、上限充電電力β）以下になるという条件を満たす最大の値に目標充電電力を設定して充電を行う。
【0034】
図２、図３を用いてさらに説明する。以下において、満充電を１００％として充電率に対する閾値Ａ（第１閾値の一例）及び閾値Ｂ（第２閾値の一例）は１００％未満であり、閾値Ａは、閾値Ｂよりも小さい（閾値Ａ＜閾値Ｂ）。
まず充電率が閾値Ａ未満の場合の充電について説明する。なお、次の例では、充電率が閾値Ａ未満（充電率＜閾値Ａ）における目標充電電力が上限充電電力α（第１上限充電電力の一例）であるとして説明するものとする。
まず充電率が閾値Ａ未満の場合の充電について説明する。なお、次の例では、充電率が閾値Ａ未満（充電率＜閾値Ａ）における目標充電電力が上限充電電力α（第１上限充電電力の一例）であるとして説明するものとする。
【0035】
蓄電池制御部２７は、蓄電池２３の充電率が閾値Ａ未満（充電率＜閾値Ａ）と判定すると、例えば目標充電電力で蓄電池２３を充電する。つまり、蓄電池制御部２７は充電率が閾値Ａ未満で小さい場合は、比較的に大きい目標充電電力（この例では上限充電電力α）で蓄電池２３を充電する。これにより、上限充電率である閾値Ｂまでの蓄電池２３の充電が高速で行われるため、蓄電池２３の充電率は短時間で高まる。
このとき、燃料電池制御部１５は、目標充電電力である上限充電電力α及び負荷装置５０の負荷電力との和の合計電力を賄うことが可能な目標発電電力を発電するように燃料電池１１を制御する。
このとき、燃料電池制御部１５は、目標充電電力である上限充電電力α及び負荷装置５０の負荷電力との和の合計電力を賄うことが可能な目標発電電力を発電するように燃料電池１１を制御する。
【0036】
なお、上記では、目標充電電力が上限充電電力αである場合を例に挙げて説明したが、目標充電電力は、負荷電力及び燃料電池１１が発電可能な最大発電電力との関係で、上限充電電力α未満であってもよい。
【0037】
次に、充電率が閾値Ａ以上閾値Ｂ未満の場合の充電について説明する。なお、次の例では、充電率が閾値Ａ以上閾値Ｂ未満（閾値Ａ≦充電率＜閾値Ｂ）における目標充電電力が上限充電電力β（第２上限充電電力の一例）であるとして説明するものとする。
【0038】
蓄電池制御部２７は、蓄電池２３の充電率が閾値Ａ以上閾値Ｂ未満（閾値Ａ≦充電率＜閾値Ｂ）と判定すると、例えば目標充電電力で蓄電池２３を充電する。つまり、蓄電池制御部２７は充電率が閾値Ａ以上閾値Ｂ未満であると、目標充電電力を減少させて充電速度を減少させる。ここでの例では、充電率が閾値Ａ以上閾値Ｂ未満であると、閾値Ａ未満の目標充電電力であった上限充電電力αを減少させて上限充電電力β（＜上限充電電力α）として目標充電電力を設定し、充電速度を減少させる。これにより、上限充電率である閾値Ｂまでの蓄電池２３の充電に要する時間が長くなる。
【0039】
このとき、燃料電池制御部１５は、目標充電電力である上限充電電力β及び負荷装置５０の負荷電力との和の合計電力を賄うことが可能な目標発電電力を発電するように燃料電池１１を制御する。
【0040】
なお、上記では、目標充電電力が上限充電電力βである場合を例に挙げて説明したが、目標充電電力は、負荷電力及び燃料電池１１が発電可能な最大発電電力との関係で、上限充電電力β未満であってもよい。
【0041】
次に、蓄電池制御部２７は、蓄電池２３の充電率が閾値Ｂ以上（充電率≧閾値Ｂ）と判定すると、上限充電電力をゼロとして蓄電池２３への充電を停止させる。このとき、燃料電池制御部１５は、負荷装置５０の負荷電力を賄うことが可能な目標発電電力を発電するように燃料電池１１を制御する。上限充電率である閾値Ｂは満充電よりも小さいため、蓄電池２３への充電は満充電になる前に停止される。よって、満充電まで繰り返し充放電することによる蓄電池２３の劣化を抑制できる。
【0042】
上記のように充電率に応じて上限充電電力を制御することで、また、上限充電電力に応じて目標充電電力を制御することで、燃料電池１１の発電効率を高くすることができる。
蓄電池２３の充電率が閾値Ａ未満と小さく目標充電電力が大きい場合（ここでは目標充電電力を上限充電電力αとしている）、燃料電池１１の発電電力（蓄電池２３への大きい目標充電電力と負荷電力との合計電力）も大きくなり発電効率も大きくなる。しかし、短時間で蓄電池２３の充電率が大きくなった後は、目標充電電力が小さく（ここでは目標充電電力を上限充電電力βとしている）なるかゼロとなり、燃料電池１１は負荷電力に応じた発電を主として行うこととなり発電電力も小さくなる。つまり、発電効率が大きい状態が短時間経過した後は、発電効率が小さい状態が継続する。ここで、発電効率曲線は、発電電力が増加するほど発電効率の増大の度合いが小さくなるという傾向を示すため、発電電力が小さくなると発電効率が減少する度合いは大きくなる。よって、前述の状態においては、発電効率が大きい状態が短時間であり、発電効率が小さい状態が継続するため、長い期間で考えると発電効率は小さい。
蓄電池２３の充電率が閾値Ａ未満と小さく目標充電電力が大きい場合（ここでは目標充電電力を上限充電電力αとしている）、燃料電池１１の発電電力（蓄電池２３への大きい目標充電電力と負荷電力との合計電力）も大きくなり発電効率も大きくなる。しかし、短時間で蓄電池２３の充電率が大きくなった後は、目標充電電力が小さく（ここでは目標充電電力を上限充電電力βとしている）なるかゼロとなり、燃料電池１１は負荷電力に応じた発電を主として行うこととなり発電電力も小さくなる。つまり、発電効率が大きい状態が短時間経過した後は、発電効率が小さい状態が継続する。ここで、発電効率曲線は、発電電力が増加するほど発電効率の増大の度合いが小さくなるという傾向を示すため、発電電力が小さくなると発電効率が減少する度合いは大きくなる。よって、前述の状態においては、発電効率が大きい状態が短時間であり、発電効率が小さい状態が継続するため、長い期間で考えると発電効率は小さい。
【0043】
一方、蓄電池２３の充電率が閾値Ａ以上閾値Ｂ未満と大きく目標充電電力が小さい場合（ここでは目標充電電力を上限充電電力βとしている）、蓄電池２３は小さい目標充電電力で充電される。このとき、燃料電池１１は、蓄電池２３への小さい目標充電電力と負荷電力との和の合計電力として、中程度の発電電力を出力する。つまり、蓄電池２３の充電率が大きい場合における中程度の発電電力（蓄電池２３への小さい目標充電電力（上限充電電力β）と負荷電力との和の合計電力）は、充電率が小さい時の燃料電池１１の大きい発電電力（蓄電池２３への大きい目標充電電力（上限充電電力α）と負荷電力との和の合計電力）と、短時間で蓄電池２３の充電率が大きくなった後の小さい発電電力（主として負荷装置５０への負荷電力に応じた発電電力）との間の発電電力となる。そして、中程度の発電電力で出力している場合、蓄電池２３の充電率が閾値Ｂ（上限充電率の一例）に到達するまでに要する時間は長くなることから、中程度の発電効率の状態が長く継続する。よって、長い期間で考えると中程度の発電効率を長く継続している方がトータルの発電効率は大きくなるという利点がある。
【0044】
以下に、発電効率の向上について図４を用いてさらに説明する。
図４は発電効率曲線であり、横軸を発電電力とし縦軸を発電効率として発電装置の発電効率が表されている。発電効率曲線は、発電電力が増加するほど発電効率の増大の度合いが小さくなる。より具体的には、発電効率曲線は、発電電力が小さい方から大きい方に向かうほど上に凸を描いて発電効率が上昇するとともに、発電電力がある程度大きくなると発電効率が概ね一定程度となる。ここで、図４の発電効率曲線は、発電電力が増加するほど発電効率の増大の度合いが小さくなる関係を曲線上に全てにおいて満たしている必要はなく、当該関係を曲線上において概ね満たしていればよい。例えば、発電効率曲線は、一部においてその凸の曲線が他の曲線上の点よりも突出していてもよい。
図４は発電効率曲線であり、横軸を発電電力とし縦軸を発電効率として発電装置の発電効率が表されている。発電効率曲線は、発電電力が増加するほど発電効率の増大の度合いが小さくなる。より具体的には、発電効率曲線は、発電電力が小さい方から大きい方に向かうほど上に凸を描いて発電効率が上昇するとともに、発電電力がある程度大きくなると発電効率が概ね一定程度となる。ここで、図４の発電効率曲線は、発電電力が増加するほど発電効率の増大の度合いが小さくなる関係を曲線上に全てにおいて満たしている必要はなく、当該関係を曲線上において概ね満たしていればよい。例えば、発電効率曲線は、一部においてその凸の曲線が他の曲線上の点よりも突出していてもよい。
【0045】
まず、蓄電池２３の充電率が閾値Ａ未満にあり、上限充電電力が上限充電電力αである場合の発電効率について説明する。
充電専用モード及び充放電可能モードの充電時において、燃料電池１１は、負荷装置５０に供給する負荷電力と蓄電池２３に充電する目標充電電力（上限充電電力α以下）との和の合計電力を発電している。充電専用モード及び充放電可能モードの充電時においては、蓄電池２３の空き容量（例えば４００Ｗｈ）を充電する制御を優先する制御（以下では、第１発電制御）が行われるため、第１段階において燃料電池１１は蓄電池２３の空き容量を充電するために発電を行う。よって、第１段階では、燃料電池１１は、負荷装置５０が必要とする負荷電力（例えば１００Ｗ）と蓄電池２３への目標充電電力（例えば４００Ｗ）との和の合計の発電電力（例えば５００Ｗ）で発電する。第１段階が終了すると第２段階では、燃料電池１１は負荷装置５０の負荷電力を賄うために発電を行う。
充電専用モード及び充放電可能モードの充電時において、燃料電池１１は、負荷装置５０に供給する負荷電力と蓄電池２３に充電する目標充電電力（上限充電電力α以下）との和の合計電力を発電している。充電専用モード及び充放電可能モードの充電時においては、蓄電池２３の空き容量（例えば４００Ｗｈ）を充電する制御を優先する制御（以下では、第１発電制御）が行われるため、第１段階において燃料電池１１は蓄電池２３の空き容量を充電するために発電を行う。よって、第１段階では、燃料電池１１は、負荷装置５０が必要とする負荷電力（例えば１００Ｗ）と蓄電池２３への目標充電電力（例えば４００Ｗ）との和の合計の発電電力（例えば５００Ｗ）で発電する。第１段階が終了すると第２段階では、燃料電池１１は負荷装置５０の負荷電力を賄うために発電を行う。
【0046】
ここで、図４においてバツ印のプロットを参照すると、負荷装置５０が必要とする負荷電力はＰＮＬ（例えば１００Ｗ）であり、燃料電池１１による合計の発電電力はＰＮＨ（例えば５００Ｗ）であり、蓄電池の２３への目標充電電力はＰＮＨ－ＰＮＬ（例えば４００Ｗ）であるものとする。このように蓄電池の２３への目標充電電力がＰＮＨ－ＰＮＬ（例えば４００Ｗ）であることから、蓄電池２３の空き容量（例えば４００Ｗｈ）の充電は、第１段階における燃料電池１１によるＰＮＨ（例えば５００Ｗ）の発電電力による１時間の発電によって賄われる。つまり、燃料電池１１がＰＮＨ（例えば５００Ｗ）の発電電力で１時間発電すると発電電力量５００Ｗｈとなり、このうち、発電電力量４００Ｗｈが蓄電池２３の空き容量の充電に用いられ、残りの発電電力量１００Ｗｈが負荷装置５０に供給される。
【0047】
蓄電池２３の空き容量が充電された後、第２段階において、燃料電池１１は、負荷装置５０が必要とする負荷電力を賄うために発電を行う。ここでは、負荷装置５０が必要とする負荷電力は前述と同様にＰＮＬ（例えば１００Ｗ）であり、第２段階では１時間の発電を行っているものとする。よって、第２段階では、燃料電池１１がＰＮＬ（例えば１００Ｗ）の発電電力で１時間発電すると発電電力量１００Ｗｈとなり、この発電電力量１００Ｗｈが負荷装置５０に供給される。
【0048】
一方、蓄電池２３の充電率が閾値Ａ以上になると、蓄電池制御部２７は上限充電電力αを減少させて上限充電電力βとする。これに応じて、蓄電池２３への目標充電電力も小さくなり、第１発電制御よりも蓄電池２３への充電に要する時間が長くなる発電制御（以下では、第２発電制御）が行われる。このとき、燃料電池１１は、負荷装置５０が必要とする負荷電力と蓄電池２３への充電電力βとの合計の発電電力で発電する。
【0049】
ここで、前述と同様に、負荷装置５０が必要とする負荷電力はＰＮＬ（例えば１００Ｗ）であるものとする。また、図４において、燃料電池１１による合計の発電電力はＰＳ（例えば３００Ｗ）であり、蓄電池の２３への目標充電電力はＰＳ－ＰＮＬ（例えば２００Ｗ）であるものとする。このように蓄電池の２３への目標充電電力がＰＳ－ＰＮＬ（例えば２００Ｗ）であることから、蓄電池２３の空き容量（例えば４００Ｗｈ）の充電は、燃料電池１１によるＰＳ（例えば３００Ｗ）の発電電力による２時間の発電によって賄われる。つまり、燃料電池１１がＰＳ（例えば３００Ｗ）の発電電力で２時間発電すると発電電力量６００Ｗｈとなり、このうち、発電電力量４００Ｗｈが蓄電池２３の空き容量の充電に用いられ、残りの発電電力量２００Ｗｈが負荷装置５０に供給される。
【0050】
ここで、図４に示す発電効率曲線において、第１発電制御での発電効率ＥＮは、第１段階での１時間に亘る発電電力ＰＮＨ（例えば５００Ｗ）の時の発電効率ＥＮＨと第２段階での１時間に亘る発電電力ＰＮＬ（例えば１００Ｗ）の時の発電効率ＥＮＬとの平均（（ＥＮＨ＋ＥＮＬ）／２）である。つまり、第１発電制御では、全体として、発電効率曲線上の発電効率ＥＮＨの点と発電効率ＥＮＬの点とを直線で結んだ中点での発電効率ＥＮで発電が行われている。一方、第２発電制御では、２時間に亘る発電効率曲線上の発電電力ＰＳ（例えば３００Ｗ）の時の発電効率ＥＳで発電が行われている。前述の通り、発電効率曲線は上に凸に描かれるため、発電効率曲線上の発電効率ＥＮＬの点と発電効率ＥＮＨの点とを結ぶ直線は発電効率曲線の下側に位置する。よって、中点である発電効率ＥＮもまた発電効率曲線の下側に位置する。その結果、蓄電池２３への目標充電電力が小さく充電に要する時間が長い（上記の例では２時間）第２発電制御での発電効率ＥＳは、蓄電池２３への目標充電電力が大きく充電に要する時間が短い（上記の例では第１段階における１時間）第１発電制御での発電効率ＥＮよりも大きくなる。
【0051】
以上の通り、蓄電池２３の充電率が閾値Ａ以上になった場合に蓄電池２３への上限充電電力の減少により目標充電電力を減少させて蓄電池２３の充電に要する時間を長くすることで、蓄電池２３への上限充電電力を高くして目標充電電力を高くしたままで短い時間で充電するよりも発電効率を高めることができる。
【0052】
（ｂ）負荷電力に応じた蓄電池への充電制御
次に、充電専用モード及び充放電可能モードの充電時（充電時）において、負荷電力の大小に応じた蓄電池２３への充電制御を行うことによる発電効率の向上の制御について説明する。
次に、充電専用モード及び充放電可能モードの充電時（充電時）において、負荷電力の大小に応じた蓄電池２３への充電制御を行うことによる発電効率の向上の制御について説明する。
【0053】
（ｂ１）発電電力が第１発電電力閾値ＰＬより小さい場合
まずは、負荷電力が小さい場合の発電効率の向上の制御について説明する。
ここで、充電専用モード及び充放電可能モードの充電時において、燃料電池１１は、負荷装置５０が必要とする負荷電力と蓄電池２３への充電電力との和の合計の発電電力で発電する。よって、燃料電池１１の発電電力は負荷装置５０が必要とする負荷電力が大きくなれば大きくなり、負荷電力が小さくなれば発電電力も小さくなる。つまり、燃料電池１１による発電電力が第１発電電力閾値ＰＬより小さい場合とは、負荷電力が、第１発電電力閾値ＰＬに対応する第１負荷電力閾値より小さい場合と同等である。
そして、蓄電池制御部２７は、負荷電力が小さいことにより、燃料電池１１による発電電力が第１発電電力閾値ＰＬ（発電電力閾値の一例）より小さい場合、閾値Ａ（第１閾値の一例）を大きくする制御、及び、閾値Ｂ（第２閾値の一例）を大きくする制御、上限充電電力α（第１上限充電電力の一例）を増加させる制御、上限充電電力β（第２上限充電電力の一例）を増加させる制御の少なくともいずれかを行う。
まずは、負荷電力が小さい場合の発電効率の向上の制御について説明する。
ここで、充電専用モード及び充放電可能モードの充電時において、燃料電池１１は、負荷装置５０が必要とする負荷電力と蓄電池２３への充電電力との和の合計の発電電力で発電する。よって、燃料電池１１の発電電力は負荷装置５０が必要とする負荷電力が大きくなれば大きくなり、負荷電力が小さくなれば発電電力も小さくなる。つまり、燃料電池１１による発電電力が第１発電電力閾値ＰＬより小さい場合とは、負荷電力が、第１発電電力閾値ＰＬに対応する第１負荷電力閾値より小さい場合と同等である。
そして、蓄電池制御部２７は、負荷電力が小さいことにより、燃料電池１１による発電電力が第１発電電力閾値ＰＬ（発電電力閾値の一例）より小さい場合、閾値Ａ（第１閾値の一例）を大きくする制御、及び、閾値Ｂ（第２閾値の一例）を大きくする制御、上限充電電力α（第１上限充電電力の一例）を増加させる制御、上限充電電力β（第２上限充電電力の一例）を増加させる制御の少なくともいずれかを行う。
【0054】
ここで、図５に示すように、横軸を発電電力とし縦軸を発電効率とした燃料電池１１の発電効率曲線において、発電効率の減少率が少なくとも他の部分よりも大きくなる第１変曲点Ｌと、発電効率の増加率が少なくとも他の部分よりも小さくなる第２変曲点Ｈとが存在する。
【0055】
第１発電電力閾値ＰＬは、第１変曲点Ｌにおける発電電力である。燃料電池１１の発電電力が第１発電電力閾値ＰＬを下回ると、発電効率曲線の減少率が著しく大きくなる傾向にあり、発電効率が著しく低下する。第１変曲点Ｌでの発電電力は例えば２００Ｗである。
後述の第２発電電力閾値ＰＨは、第２変曲点Ｈにおける発電電力である。燃料電池１１の発電電力が第２発電電力閾値ＰＨを上回ると、発電効率曲線の増加率が他の部分よりも小さく概ね一定程度になる傾向にあり、発電電力をそれ以上増加させても発電効率の増加がほとんどない。第２変曲点Ｈでの発電電力は例えば５００Ｗである。
後述の第２発電電力閾値ＰＨは、第２変曲点Ｈにおける発電電力である。燃料電池１１の発電電力が第２発電電力閾値ＰＨを上回ると、発電効率曲線の増加率が他の部分よりも小さく概ね一定程度になる傾向にあり、発電電力をそれ以上増加させても発電効率の増加がほとんどない。第２変曲点Ｈでの発電電力は例えば５００Ｗである。
【0056】
（ｉ）閾値Ａを大きくする制御
上記に記載の通り、蓄電池制御部２７は充電率が閾値Ａ以上であると、上限充電電力を上限充電電力αから減少させて上限充電電力βとし、燃料電池１１の発電効率を高める。このように閾値Ａは、蓄電池２３への上限充電電力αを減少させる基準である。蓄電池制御部２７は、燃料電池１１による発電電力が第１発電電力閾値ＰＬより小さい場合、図６に示すように蓄電池２３への上限充電電力αを減少させる基準である閾値Ａを大きくする。図６では、閾値ＡはＡＵに大きくなっている。
上記に記載の通り、蓄電池制御部２７は充電率が閾値Ａ以上であると、上限充電電力を上限充電電力αから減少させて上限充電電力βとし、燃料電池１１の発電効率を高める。このように閾値Ａは、蓄電池２３への上限充電電力αを減少させる基準である。蓄電池制御部２７は、燃料電池１１による発電電力が第１発電電力閾値ＰＬより小さい場合、図６に示すように蓄電池２３への上限充電電力αを減少させる基準である閾値Ａを大きくする。図６では、閾値ＡはＡＵに大きくなっている。
【0057】
これにより、増加後の閾値ＡＵに充電率が到達するまで蓄電池２３への上限充電電力αは減少させない。つまり、蓄電池２３への上限充電電力αを減少させる時の充電率の基準を高くして、蓄電池２３への上限充電電力αを減少させる時期を遅らせることができる。よって、増加後の閾値ＡＵに充電率が到達するまでは、上限充電電力αを上限とした大きな発電電力により積極的に蓄電池２３を充電させて、第１発電電力閾値ＰＬを上回る発電電力で燃料電池１１に発電を行わせることで、発電効率を向上できる。
【0058】
例えば、第１変曲点Ｌでの第１発電電力閾値ＰＬが２００Ｗであり、第１変曲点Ｌを下回ると発電効率が急激に低下する場合について、具体例を挙げて次に説明する。負荷装置５０の負荷電力が１００Ｗであり、閾値Ａが８０％、閾値Ｂが９０％、上限充電電力αが１５０Ｗ、上限充電電力βが５０Ｗであり、蓄電池２３の充電率が８２％であるとする。
【0059】
この場合、蓄電池２３の充電率が８２％であることから、充電率が８２％は閾値Ａ以上閾値Ｂ未満である（閾値Ａ≦８２％＜閾値Ｂ）。よって、蓄電池２３は、何ら制御されない場合は、例えば上限充電電力β（５０Ｗ）で充電される。この場合、燃料電池１１の発電電力は、負荷電力（１００Ｗ）＋上限充電電力β（５０Ｗ）＝１５０Ｗである。よって、第１変曲点Ｌでの第１発電電力閾値ＰＬ（２００Ｗ）を下回る発電電力で燃料電池１１が発電を行っているため、発電効率が悪い。
【0060】
そこで、蓄電池制御部２７は、燃料電池１１の発電電力（１５０Ｗ）が第１発電電力閾値ＰＬ（２００Ｗ）より小さいので、閾値Ａを８５％と大きくする。そうすると、蓄電池２３の充電率８２％は閾値Ａより小さくなる（８２％＜閾値Ａ）。よって、蓄電池２３は、例えば上限充電電力α（１５０Ｗ）で充電される。この場合、燃料電池１１の発電電力は、負荷電力（１００Ｗ）＋上限充電電力α（１５０Ｗ）＝２５０Ｗである。よって、第１変曲点Ｌでの第１発電電力閾値ＰＬ（２００Ｗ）を上回る発電電力で燃料電池１１が発電を行っているため、発電効率を向上させることができている。
【0061】
（ｉｉ）閾値Ｂを大きくする制御
蓄電池制御部２７は充電率が閾値Ｂ以上であると、上限充電電力をゼロとして蓄電池２３への充電を停止させる。このように閾値Ｂは、蓄電池２３への充電を停止させる基準である。蓄電池制御部２７は、燃料電池１１による発電電力が第１発電電力閾値ＰＬより小さい場合、図６に示すように蓄電池２３への充電を停止させる基準である閾値Ｂを大きくする。図６では、閾値ＢはＢＵに大きくなっている。
蓄電池制御部２７は充電率が閾値Ｂ以上であると、上限充電電力をゼロとして蓄電池２３への充電を停止させる。このように閾値Ｂは、蓄電池２３への充電を停止させる基準である。蓄電池制御部２７は、燃料電池１１による発電電力が第１発電電力閾値ＰＬより小さい場合、図６に示すように蓄電池２３への充電を停止させる基準である閾値Ｂを大きくする。図６では、閾値ＢはＢＵに大きくなっている。
【0062】
これにより、増加後の閾値ＢＵに充電率が到達するまで蓄電池２３への充電を停止させない。つまり、蓄電池２３への充電を停止させる時の充電率の基準を高くして、蓄電池２３への充電を停止させる時期を遅らせることができる。よって、増加後の閾値ＢＵに充電率が到達するまでは、上限充電電力βを上限とした大きな発電電力により積極的に蓄電池２３を充電させて、第１発電電力閾値ＰＬを上回る発電電力で燃料電池１１に発電を行わせることで、発電効率を向上できる。
【0063】
（ｉｉｉ）蓄電池への充電電力を増加させる制御
蓄電池制御部２７は、燃料電池１１による発電電力が第１発電電力閾値ＰＬより小さい場合、蓄電池２３への上限充電電力α、βを図７に示すように増加させる。図７では、上限充電電力αはαＵに大きくなっており、上限充電電力βはβＵに大きくなっている。これにより、上限充電電力αＵ又は上限充電電力βＵを上限とした大きな発電電力により積極的に蓄電池２３を充電させて、第１発電電力閾値ＰＬを上回る発電電力で燃料電池１１に発電を行わせることで、発電効率を向上できる。
蓄電池制御部２７は、燃料電池１１による発電電力が第１発電電力閾値ＰＬより小さい場合、蓄電池２３への上限充電電力α、βを図７に示すように増加させる。図７では、上限充電電力αはαＵに大きくなっており、上限充電電力βはβＵに大きくなっている。これにより、上限充電電力αＵ又は上限充電電力βＵを上限とした大きな発電電力により積極的に蓄電池２３を充電させて、第１発電電力閾値ＰＬを上回る発電電力で燃料電池１１に発電を行わせることで、発電効率を向上できる。
【0064】
（ｂ２）発電電力が第２発電電力閾値ＰＨより大きい場合、
次に、負荷電力が大きい場合の発電効率の向上の制御について説明する。
ここで、充電専用モード及び充放電可能モードの充電時において、燃料電池１１は、負荷装置５０が必要とする負荷電力と蓄電池２３への充電電力との和の合計の発電電力で発電する。よって、燃料電池１１の発電電力は負荷装置５０が必要とする負荷電力が大きくなれば大きくなり、負荷電力が小さくなれば発電電力も小さくなる。つまり、燃料電池１１による発電電力が第２発電電力閾値ＰＨより大きい場合とは、負荷電力が、第２発電電力閾値ＰＨに対応する第２負荷電力閾値より大きい場合と同等である。
そして、蓄電池制御部２７は、負荷電力が大きいことにより、燃料電池１１による発電電力が第２発電電力閾値ＰＨより大きい場合、閾値Ａを小さくする制御、及び、閾値Ｂを小さくする制御、上限充電電力αを減少させる制御、上限充電電力βを減少させる制御の少なくともいずれかを行う。
次に、負荷電力が大きい場合の発電効率の向上の制御について説明する。
ここで、充電専用モード及び充放電可能モードの充電時において、燃料電池１１は、負荷装置５０が必要とする負荷電力と蓄電池２３への充電電力との和の合計の発電電力で発電する。よって、燃料電池１１の発電電力は負荷装置５０が必要とする負荷電力が大きくなれば大きくなり、負荷電力が小さくなれば発電電力も小さくなる。つまり、燃料電池１１による発電電力が第２発電電力閾値ＰＨより大きい場合とは、負荷電力が、第２発電電力閾値ＰＨに対応する第２負荷電力閾値より大きい場合と同等である。
そして、蓄電池制御部２７は、負荷電力が大きいことにより、燃料電池１１による発電電力が第２発電電力閾値ＰＨより大きい場合、閾値Ａを小さくする制御、及び、閾値Ｂを小さくする制御、上限充電電力αを減少させる制御、上限充電電力βを減少させる制御の少なくともいずれかを行う。
【0065】
（ｉ）閾値Ａを小さくする制御
蓄電池制御部２７は、燃料電池１１による発電電力が第２発電電力閾値ＰＨより大きい場合、図８に示すように蓄電池２３への上限充電電力αを減少させる基準である閾値Ａを小さくする。図８では、閾値ＡはＡＤに小さくなっている。
蓄電池制御部２７は、燃料電池１１による発電電力が第２発電電力閾値ＰＨより大きい場合、図８に示すように蓄電池２３への上限充電電力αを減少させる基準である閾値Ａを小さくする。図８では、閾値ＡはＡＤに小さくなっている。
【0066】
これにより、減少後の閾値ＡＤに充電率が到達すると上限充電電力αを減少させる。つまり、蓄電池２３への上限充電電力αを減少させる時の充電率の基準を低くして、蓄電池２３への上限充電電力αを減少させる時期を早めることができる。前述の通り、燃料電池１１の発電電力が第２発電電力閾値ＰＨを上回ると、発電効率曲線の増加率が他の部分よりも小さく概ね一定程度になる傾向にあり、発電電力をそれ以上増加させても発電効率の増加がほとんどない。よって、閾値Ａを小さくすることで、発電効率の上昇が限定的な場合において、燃料電池１１の発電電力を第２発電電力閾値ＰＨ以下とし、蓄電池２３の空き容量を確保することができる。
【0067】
（ｉｉ）閾値Ｂを小さくする制御
蓄電池制御部２７は、燃料電池１１による発電電力が第２発電電力閾値ＰＨより大きい場合、図８に示すように蓄電池２３への充電を停止させる基準である閾値Ｂを小さくする。図８では、閾値ＢはＢＤに小さくなっている。
蓄電池制御部２７は、燃料電池１１による発電電力が第２発電電力閾値ＰＨより大きい場合、図８に示すように蓄電池２３への充電を停止させる基準である閾値Ｂを小さくする。図８では、閾値ＢはＢＤに小さくなっている。
【0068】
これにより、減少後の閾値ＢＤに充電率が到達すると蓄電池２３への充電を停止させる。つまり、蓄電池２３への充電を停止させる時の充電率の基準を低くして、蓄電池２３への充電を停止させる時期を早めることができる。よって、閾値Ａを小さくする場合と同様に、閾値Ｂを小さくすることで、発電効率の上昇が限定的な場合において、燃料電池１１の発電電力を第２発電電力閾値ＰＨ以下とし、蓄電池２３の空き容量を確保することができる。
【0069】
（ｉｉｉ）蓄電池への充電電力を減少させる制御
蓄電池制御部２７は、燃料電池１１による発電電力が第２発電電力閾値ＰＨより大きい場合、上限充電電力である上限充電電力α、βを図９に示すように減少させる。図９では、上限充電電力αはαＤに小さくなっており、上限充電電力βはβＤに小さくなっている。これにより、発電効率の向上が限定的な場合において蓄電池２３への充電を抑制し、燃料電池１１の発電電力を第２発電電力閾値ＰＨ以下とし、蓄電池の空き容量を確保しておくことができる。
蓄電池制御部２７は、燃料電池１１による発電電力が第２発電電力閾値ＰＨより大きい場合、上限充電電力である上限充電電力α、βを図９に示すように減少させる。図９では、上限充電電力αはαＤに小さくなっており、上限充電電力βはβＤに小さくなっている。これにより、発電効率の向上が限定的な場合において蓄電池２３への充電を抑制し、燃料電池１１の発電電力を第２発電電力閾値ＰＨ以下とし、蓄電池の空き容量を確保しておくことができる。
【0070】
（ｃ）災害の予期がある場合における蓄電池への充電制御
蓄電池制御部２７は、災害を予期する情報を受信した場合、閾値Ａを大きくする制御、閾値Ｂを大きくする制御、上限充電電力αを増加させる制御、上限充電電力βを増加させる制御のいずれかを行う。これにより、前述したように発電効率の低下を抑制でき、災害に備えて蓄電池２３への充電を積極的に行い、蓄電池２３に高速に充電できる。
災害の予期は、災害を予期する例えば別途の情報サーバ等が行ってもよいし、人が行ってもよい。
蓄電池制御部２７は、災害を予期する情報を受信した場合、閾値Ａを大きくする制御、閾値Ｂを大きくする制御、上限充電電力αを増加させる制御、上限充電電力βを増加させる制御のいずれかを行う。これにより、前述したように発電効率の低下を抑制でき、災害に備えて蓄電池２３への充電を積極的に行い、蓄電池２３に高速に充電できる。
災害の予期は、災害を予期する例えば別途の情報サーバ等が行ってもよいし、人が行ってもよい。
【0071】
（ｄ）発電電力を抑制する必要が生じた場合における蓄電池への充電制御
蓄電池制御部２７は、燃料電池１１が発電した発電電力を抑制する必要性を検出した場合、閾値Ａを大きくする制御、閾値Ｂを大きくする制御、上限充電電力αを増加させる制御、上限充電電力βを増加させる制御のいずれかを行う。これにより、前述したように発電効率の低下を抑制できる。また、発電した発電電力を抑制する必要が生じた場合には、蓄電池２３への充電を積極的に行い、発電効率の低下を回避できる。
蓄電池制御部２７は、燃料電池１１が発電した発電電力を抑制する必要性を検出した場合、閾値Ａを大きくする制御、閾値Ｂを大きくする制御、上限充電電力αを増加させる制御、上限充電電力βを増加させる制御のいずれかを行う。これにより、前述したように発電効率の低下を抑制できる。また、発電した発電電力を抑制する必要が生じた場合には、蓄電池２３への充電を積極的に行い、発電効率の低下を回避できる。
【0072】
〔他の実施形態〕
なお上述の実施形態（他の実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
なお上述の実施形態（他の実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
【0073】
（１）上記実施形態の蓄電池システム２０では、充放電が許可された充放電可能モード及び充電のみが許可された充電専用モードで蓄電池２３の充放電を制御する。
しかし、蓄電池システム２０は、充放電可能モードのみを有している構成であってもよい。そして、蓄電池システム２０が充放電可能モードでのみ動作する場合であっても、蓄電池制御部２７は、充放電可能モードにおいて、上述したような燃料電池１１の発電効率を向上するような制御を行うことができる。
また、上記実施形態では、蓄電池システム２０が充放電可能モード及び充電専用モードで動作する場合において、充放電可能モードでの充電時及び充電専用モードの両方で、上述したような燃料電池１１の発電効率を向上するような制御を行うことができる。しかし、、蓄電池システム２０が充放電可能モード及び充電専用モードが両方のモードで動作する場合であっても、充放電可能モードの充電時のみに上述したような燃料電池１１の発電効率を向上するような制御を行ってもよいし、充電専用モードのみにおいて上述したような燃料電池１１の発電効率を向上するような制御を行ってもよい。
しかし、蓄電池システム２０は、充放電可能モードのみを有している構成であってもよい。そして、蓄電池システム２０が充放電可能モードでのみ動作する場合であっても、蓄電池制御部２７は、充放電可能モードにおいて、上述したような燃料電池１１の発電効率を向上するような制御を行うことができる。
また、上記実施形態では、蓄電池システム２０が充放電可能モード及び充電専用モードで動作する場合において、充放電可能モードでの充電時及び充電専用モードの両方で、上述したような燃料電池１１の発電効率を向上するような制御を行うことができる。しかし、、蓄電池システム２０が充放電可能モード及び充電専用モードが両方のモードで動作する場合であっても、充放電可能モードの充電時のみに上述したような燃料電池１１の発電効率を向上するような制御を行ってもよいし、充電専用モードのみにおいて上述したような燃料電池１１の発電効率を向上するような制御を行ってもよい。
【0074】
（２）上記実施形態では、図１に示すように、燃料電池１１が発電した直流電力である発電電力はパワーコンディショナ１３により交流電力に変換される。パワーコンディショナ２１は、蓄電池システム２０に供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電池２３に供給し、蓄電池２３の直流電力を交流電力に変換して外部に供給する。よって、燃料電池１１と蓄電池２３との間に、パワーコンディショナ１３、２１が備えられている。
【0075】
しかし、図１０に示すように、燃料電池システム１０と蓄電池システム２０とはパワーコンディショナを介さずに接続されていてもよい。この場合、燃料電池システム１０は、燃料電池１１及び燃料電池制御部１５を備えており、蓄電池システム２０は、蓄電池２３及び蓄電池制御部２７を備えている。燃料電池１１が発電した直流電力が蓄電池２３に充電される。燃料電池システム１０が発電した直流電力及び蓄電池２３の直流電力は、パワーコンディショナ４５を介して交流電力に変換され、また、系統電源３０の系統電力である交流電力はパワーコンディショナ４５を介して直流電力に変換される。
【0076】
（３）上記実施形態では、充電率に対して閾値Ａ及び閾値Ｂが設けられており、閾値Ａ＞充電率の場合は上限充電電力αが設定され、閾値Ａ≦充電率＜閾値Ｂの場合は上限充電電力βが設定され、閾値Ｂ＜充電率の場合は蓄電池２３への充電は停止される。
しかし、充電率に対して閾値Ａのみが設けられていてもよい。この場合、閾値Ａ＞充電率の場合は上限充電電力αが設定され、閾値Ａ≦充電率の場合は上限充電電力βが設定される。そして、蓄電池制御部２７は、燃料電池１１による発電電力が第１発電電力閾値ＰＬより小さい場合、閾値Ａを大きくする制御、及び、蓄電池２３への上限充電電力αを増加させる制御の少なくともいずれかを行う。
しかし、充電率に対して閾値Ａのみが設けられていてもよい。この場合、閾値Ａ＞充電率の場合は上限充電電力αが設定され、閾値Ａ≦充電率の場合は上限充電電力βが設定される。そして、蓄電池制御部２７は、燃料電池１１による発電電力が第１発電電力閾値ＰＬより小さい場合、閾値Ａを大きくする制御、及び、蓄電池２３への上限充電電力αを増加させる制御の少なくともいずれかを行う。
【0077】
（４）上記実施形態では、第１発電電力閾値ＰＬは発電効率曲線における第１変曲点Ｌでの発電電力であり、第２発電電力閾値ＰＨは発電効率曲線における第２変曲点Ｈでの発電電力である。しかし、第１発電電力閾値ＰＬは、燃料電池１１が発電可能な最大発電電力の範囲内の中でも小さい任意の発電電力であってもよい。第２発電電力閾値ＰＨは、燃料電池１１が発電可能な最大発電電力の範囲の中でも大きい任意の発電電力であってもよい。第１発電電力閾値ＰＬ及び第２発電電力閾値ＰＨを任意に決定できることで、燃料電池１１の発電効率の制御の自由度を向上できる。
【0078】
（５）上記実施形態では、発電効率曲線において、第１変曲点Ｌ及び第２変曲点Ｈの複数の変曲点が存在している。しかし、変曲点は１つのみであってもよく、第１変曲点のみであってもよいし、第２変曲点のみであってもよい。また、変曲点は３つ以上であってもよい。
【0079】
（６）上記実施形態では、発電装置として燃料電池１１を挙げている。しかし、発電装置としては電力を発電可能な装置であれば特に限定はなく、例えば発電機等であってもよい。また、発電装置の利用用途としては、燃料電池１１を含む燃料電池システム、発電機を含むコージェネレーションシステム、燃料電池自動車等を挙げることができる。
【符号の説明】
【0080】
１ ：エネルギーシステム
１１ ：燃料電池
２３ ：蓄電池
２５ ：充電率検出部
２７ ：蓄電池制御部
Ａ ：閾値（第１閾値）
Ｂ ：閾値（第２閾値）
α ：上限充電電力
β ：上限充電電力
１１ ：燃料電池
２３ ：蓄電池
２５ ：充電率検出部
２７ ：蓄電池制御部
Ａ ：閾値（第１閾値）
Ｂ ：閾値（第２閾値）
α ：上限充電電力
β ：上限充電電力
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】