JP2005235483A - 燃料電池システムの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数家庭間での連携した運転制御により、系統電源および家庭内の電力への悪影響を防止し、電力の有効利用を行って、安定した発電を行う燃料電池システムの制御装置を提供する。
【解決手段】複数家庭において、各家庭内に電力を供給する燃料電池発電手段１１と、燃料電池発電手段１１の運転を制御する運転制御手段１６と、複数家庭間において運転制御手段１６を互いに連携させる相互通信手段２１とを備え、複数家庭内における燃料電池発電手段１１が同時期に電力供給を開始した場合、各運転制御手段１６は相互通信手段２１により燃料電池発電手段１１からの電力供給の開始時期を遅延制御することにより、系統電源への悪影響、例えば電圧上昇を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池を用いて発電を行う燃料電池システムの制御装置に関するものである。

従来の燃料電池システムの制御装置としては、複数の消費先において電力、温水を効率よく利用し、経済的に運転する燃料電池システムがあった（例えば、特許文献１参照）。図６は、前記特許文献１に記載された従来の燃料電池システムの制御装置を示すものである。

図６において、都市ガスのようなメタン等の炭化水素を含む燃料を原料として熱電気供給手段１で発電が行われる。このとき生じる熱により温水が生じる。温水は貯湯タンク２に貯められる。ここでは３つの熱電気供給手段を用いた例を示し、各々に貯湯タンク２を併設している。負荷側へは電力量計３と湯量計４を介して電力や湯が供給される。電力量計３と湯量計４の計測値は運転モード決定手段５に送られ、ここで処理した情報をもとに各々の熱電気供給手段１に設けられた運転制御手段６により運転を制御する。ここでは各家庭７の消費電力および消費湯量が計測され、各家庭の消費量に応じて各家庭毎の最適な運転制御が行われ、各家庭毎に経済的な発電が行われることになる。
特開２００３−１９９２５４号公報

しかしながら、前記従来の構成では、各家庭毎に経済的な発電が行われるが、電力の観点で見た場合、系統電源（商用電力）への影響には何ら対応していないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、系統電源への悪影響、例えば電圧上昇を防止することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムの制御装置は、複数家庭間において互いに連携した運転制御により、各家庭内での電力供給開始時期を遅延制御するものである。

本構成によって、複数家庭において同時期に電力供給が開始されることによる系統電源への悪影響、例えば電圧上昇を防止することができる。

本発明の燃料電池システムの制御装置によれば、複数家庭間において互いに連携した運転制御により、各家庭内での電力供給開始時期を遅延制御することにより、系統電源への悪影響、例えば電圧上昇を防止することができ、安定した発電を行うことができる。

第１の発明は、複数家庭において、各家庭内に電力を供給する燃料電池発電手段と、燃料電池発電手段の運転を制御する運転制御手段と、複数家庭間において運転制御手段を互いに連携させる相互通信手段とを備え、複数家庭内における燃料電池発電手段が同時期に電力供給を開始した場合、運転制御手段は相互通信手段により燃料電池発電手段からの電力供給の開始時期を遅延制御することにより、系統電源への悪影響、例えば電圧上昇を防止することができる。

第２の発明は、特に第１の発明の燃料電池システムの制御装置に加え、電圧監視手段を備え、運転制御手段は、燃料電池発電手段での発電開始時、電圧監視手段からの電圧情報に基づき、発電開始時期を遅延制御することにより、各家庭での電力の電圧値および系統電源での電圧値を正確に把握した上で、発電開始時期を制御できるので、より系統電源にやさしい安定した発電を行うことができる。

第３の発明は、特に第２の発明の運転制御手段は、電圧監視手段からの電圧情報に基づき、発電中に電圧上昇が検出された場合は発電量を下げる制御をすることにより、各家庭での電力の電圧値および系統電源での電圧値の上昇を直ちに回避でき、発電を継続することができる。

第４の発明は、特に第２の発明の運転制御手段は、複数家庭間において電力を互いに供給し合うことにより、各家庭での電力の電圧値および系統電源での電圧値が上昇していれば、無駄な発電をせずに他の家庭から電力をもらうことで電力の有効活用ができ、結果的に系統電源の電圧上昇状態も回避することができる。

第５の発明は、特に第２の発明の燃料電池システムの制御装置に加え、蓄電手段を備え、運転制御手段は、電圧監視手段からの電圧情報に基づき、発電中に電圧上昇が検出された場合は、発電電力を蓄電手段により蓄電することにより、余剰電力を蓄電することで電力の有効利用ができ、かつ系統電源の電圧も下げることができるので発電を継続することが可能となる。

第６の発明は、特に第２の発明の電圧監視手段を共用電圧監視手段とし、さらに第５の発明の蓄電手段を共用蓄電手段とし、電圧監視あるいは蓄電を複数家庭間で共有することにより、各家庭での電力の電圧が、複数家庭での電力の電圧および複数家庭間での電力の電圧としてとらえられ、よりきめの細かい電圧検出ができ発電制御に生かすことが可能となる。また複数家庭間での蓄電電力の利用が可能となる。また共用とすることによる低コストのメリットも大きな効果である。

第７の発明は、特に第２の発明の燃料電池システムの制御装置に加え、貯湯タンクおよび加熱手段を備え、運転制御手段は、電圧監視手段からの電圧情報に基づき、発電中に電圧上昇が検出された場合は、加熱手段に通電して電力を熱に変えることにより、余剰電力を有効に熱に変え湯として利用でき、かつ系統電源の電圧上昇も防止することができるので安定した発電を継続することが可能となる。

第８の発明は、特に第３〜７の発明の電圧監視手段からの電圧情報に基づき、運転制御手段は、発電中に電圧上昇が継続して検出された場合は、複数家庭における燃料電池発電手段での発電を順次停止し、異常報知することにより、系統電源での異常状態を速やかに回避することができ、電力供給会社あるいは各家庭にその旨の情報を知らせて、次への対応が迅速に行われることになる。

以下本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における燃料電池システムの制御装置の構成図である。

図１において、都市ガスのようなメタン等の炭化水素を含む燃料を原料として燃料電池発電手段１１で発電が行われる。ここでは３つの燃料電池発電手段を用いた例を示している。各家庭へは電力量計１３を介して電力が供給される。電力量計１３の計測値は各々の燃料電池発電手段１１に設けられた運転制御手段１６に送られ、運転制御手段１６により運転を制御する。ここでは各家庭の消費電力量が計測され、消費電力量に応じて最適な運転制御が行われる。また相互通信手段２１により各家庭における運転制御手段１６が相互に連携して最適な燃料電池発電の運転制御が行われることになる。

ここで２戸以上の複数家庭における燃料電池発電手段１１において、同時期に電力供給を開始した場合、各家庭における運転制御手段１６は相互通信手段２１により相互に連携して、燃料電池発電手段１１における電力供給開始時期を遅延させる等の制御を行う。例えば運転制御手段１６において発電の一歩手前の待機モードで一時待機をしたり、発電条件を変更して発電開始する条件に達するまでの時間を長くするなどの制御を行うものである。相互通信手段２１による相互連携とは、各家庭における運転制御手段１６が相互通信手段２１を介して、通信等による相互の信号のやりとりにより、発電時期や発電電力量等の制御を行うものである。

かかる構成によれば、複数家庭が複数家庭が同時期に発電を開始することによる、系統電源への悪影響、例えば電圧上昇を防止することができる。

（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における燃料電池システムの制御装置の構成図である。図２において、図１と同じ構成要素については同一符号を用い、説明を省略する。

図２において、電圧監視手段２２は複数家庭にて設置され、家庭内の電力の電圧値および系統電源（商用電力）との連系点での電圧値をも監視できるものであり、運転制御手段１６にその電圧情報が送られる。

ここで複数家庭に設置されている電圧監視手段２２の電圧情報により、家庭内の電力の電圧値あるいは系統電源での電圧値が上昇したことが検出された場合、運転制御手段１６により燃料電池発電手段１１における発電開始時期を制御する。つまりこの場合は発電開始時期を遅らせるものである。もちろん電圧値が正常範囲であれば発電開始時期は当初の予定どおりとするものである。また発電を開始してしまった場合は初期発電電力量を低く設定制御するものである。

かかる構成によれば、家庭内の電力の電圧値あるいは系統電源での電圧値を正確に把握した上で発電開始時期を制御できるので、より系統電源にやさしい安定した発電を行うことができる。

また、電圧監視手段２２が発電中に家庭内の電力の電圧値あるいは系統電源での電圧値が上昇したと検出した場合、運転制御手段１６により燃料電池発電手段１１における発電量を下げるように制御するものである。ここでは運転制御手段１６は発電電力量の指令値を下げるものである。さらに電圧値を監視しながら発電電力量をさげるが、発電電力量をゼロとすることも可能である。この場合の発電電力量ゼロとは、発電停止ではなく発電指令値を上げればいつでも発電出力できる状態とするものである。

かかる構成によれば、発電中であっても、家庭内の電力の電圧値あるいは系統電源での電圧値を正確に把握した上で電圧上昇状態を回避でき、しかも発電を継続することが可能となる。

また、電圧監視手段２２が発電中に家庭内の電力の電圧値あるいは系統電源での電圧値が上昇したと検出した場合、相互通信手段２１により複数家庭間において電力を互いに供給し合う。つまり家庭内の電力の電圧値上昇している発電中の家庭から、発電していない家庭に電力を供給するものである。

かかる構成によれば、発電中に家庭内の電力の電圧値あるいは系統電源での電圧値が上昇したと検出した場合でも、複数家庭間において発電電力を相互に供給し合うことにより、電力を無駄に捨てることなく有効活用ができ、かつ電源の電圧値をも下げることが可能となる。

（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３における燃料電池システムの制御装置の構成図である。図３において、図１および図２と同じ構成要素については同一符号を用い、説明を省略する。

図３において、蓄電手段２３は燃料電池発電手段１１において発電される電力を蓄電するもので、２次電池等の蓄電素子を指す。

ここで電圧監視手段２２の電圧情報により、発電中に家庭内の電力の電圧値あるいは系統電源での電圧値が上昇したと検出した場合、運転制御手段１６により燃料電池発電手段１１において発電された電力の一部あるいはすべての余剰電力を蓄電手段２３に蓄電するものである。蓄電された電力は次回の発電時の起動電力等に利用可能である。

かかる構成によれば、余剰電力を蓄電することで電力の有効利用ができ、系統電源での電圧も下げることができるので、さらに発電を継続することが可能となる。

（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態４における燃料電池システムの制御装置の構成図である。図４において、図１、図２および図３と同じ構成要素については同一符号を用い、説明を省略する。

図４において、共用電圧監視手段２４は電圧監視手段２２と同様の機能を有する。また共用蓄電手段２５も蓄電手段２３と同様の機能を有している。

ここで共用電圧監視手段２４および共用蓄電手段２５はそれぞれ電圧監視手段２２および蓄電手段２３と同一機能であるが、複数家庭間で共有している。

かかる構成によれば、共用電圧監視手段２４を設けることにより、各家庭内での電力の電圧が、複数家庭での電力の電圧および複数家庭間での電力の電圧としてとらえられ、よりきめの細かい電圧検出ができ発電制御に生かすことが可能となる。また共用蓄電手段２５を設けることにより、複数家庭間での蓄電電力の利用が可能となる。また共用とすることによる低コストのメリットも大きな効果である。

（実施の形態５）
図５は本発明の実施の形態５における燃料電池システムの制御装置の構成図である。図５において、図１、図２、図３および図４と同じ構成要素については同一符号を用い、説明を省略する。

図５において、貯湯タンク２６は燃料電池発電手段１１での発電のときに生じた熱からの温水を貯めるものである。加熱手段２７は貯湯タンクに設置され、加熱手段２７に通電することにより貯湯タンク２６内の水を湯に変えることができる。

ここで電圧監視手段２２の電圧情報により、発電中に家庭内の電力の電圧値あるいは系統電源での電圧値が上昇したと検出した場合、運転制御手段１６により燃料電池発電手段１１において発電された電力の一部あるいはすべての余剰電力を加熱手段２７に通電して、電力を熱に変換する。つまり熱に変換して温水として貯湯タンク２６に貯蔵するものである。

かかる構成によれば、発電された電力の一部あるいはすべての余剰電力を加熱手段２７に通電することにより、家庭内の電力の電圧値あるいは系統電源での電圧値を下げることができる。

さらに、電圧監視手段２２の電圧情報により、発電中に家庭内の電力の電圧値あるいは系統電源での電圧値が上昇したと検出した場合、相互通信手段２１により複数家庭における燃料電池発電手段１１での発電を順次停止し、全家庭停止に至った場合は、電力供給会社あるいは各家庭に対して異常報知（図示せず）して、速やかにその旨の情報を知らせるものである。

かかる構成によれば、系統電源での異常状態を速やかに回避することができ、電力供給会社あるいは各家庭にその旨の情報を知らせて、次への対応が迅速に行われることになる。

本発明の燃料電池システムの制御装置は、複数家庭での発電が重なり、電力の電圧値が上昇した場合でも、速やかに電圧低下の処置が講じられることが可能となり、安定した発電が継続されることになる。また異常の場合でも迅速に対応されるようになるので、燃料電池を用いて安定した発電が行われるのに有用である。また他の電池や動力源を用いた発電システムにも応用が可能である。

本発明の実施の形態１における燃料電池システムの制御装置のブロック図 本発明の実施の形態２における燃料電池システムの制御装置のブロック図 本発明の実施の形態３における燃料電池システムの制御装置のブロック図 本発明の実施の形態４における燃料電池システムの制御装置のブロック図 本発明の実施の形態５における燃料電池システムの制御装置のブロック図 従来の燃料電池システムの制御装置のブロック図

符号の説明

１１ 燃料電池発電手段
１３ 電力量計
１６ 運転制御手段
１７ 家庭
２１ 相互通信手段
２２ 電圧監視手段
２３ 蓄電手段
２４ 共用電圧監視手段
２５ 共用蓄電手段
２６ 貯湯タンク
２７ 加熱手段

Claims (8)

1. 複数家庭において、各家庭内に電力を供給する燃料電池発電手段と、前記燃料電池発電手段の運転を制御する運転制御手段と、複数家庭間において前記運転制御手段を互いに連携させる相互通信手段とを備え、複数家庭内における前記燃料電池発電手段が同時期に電力供給を開始した場合、前記運転制御手段は前記相互通信手段により前記燃料電池発電手段からの電力供給の開始時期を遅延制御することを特徴とする燃料電池システムの制御装置。
2. さらに複数家庭内において電圧監視手段を備え、運転制御手段は、燃料電池発電手段での発電開始時、前記電圧監視手段からの電圧情報に基づき、発電開始時期を遅延制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システムの制御装置。
3. 運転制御手段は、電圧監視手段からの電圧情報に基づき、発電中に電圧上昇が検出された場合は発電量を下げる制御をすることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システムの制御装置。
4. 運転制御手段は、複数家庭間において電力を互いに供給し合うことを特徴とする請求項２記載の燃料電池システムの制御装置。
5. さらに複数家庭内での電力を蓄積する蓄電手段を備え、運転制御手段は、電圧監視手段からの電圧情報に基づき、発電中に電圧上昇が検出された場合は、発電電力を前記蓄電手段により蓄電することを特徴とする請求項２記載の燃料電池システムの制御装置。
6. 共用電圧監視手段および共用蓄電手段とを備え、電圧監視あるいは蓄電を複数家庭間で共有することを特徴とする請求項２および５記載の燃料電池システムの制御装置。
7. さらに複数家庭内において貯湯タンクおよび前記貯湯タンクの水を湯に変える加熱手段とを備え、運転制御手段は、電圧監視手段からの電圧情報に基づき、発電中に電圧上昇が検出された場合は、前記加熱手段に通電して電力を熱に変えることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システムの制御装置。
8. 運転制御手段は、電圧監視手段からの電圧情報に基づき、発電中に電圧上昇が継続して検出された場合は、複数家庭における燃料電池発電手段での発電を順次停止し、異常報知することを特徴とする請求項３〜７記載の燃料電池システムの制御装置。

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