JP2005294228A - 燃料電池システムの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】商用電源での受電送電電力検知手段からの信号をもとに、家庭内負荷電力に追従した発電を行い、発電した電力をすべて消費することにより、無駄のない発電制御を行うことができる燃料電池システムの制御装置を提供する。
【解決手段】燃料電池１と、商用電源３に接続され、燃料電池１からの直流電力を交流電力に変換し、商用電源３とともに家庭内負荷４に交流電力を供給する直流交流変換手段２と、商用電源３での受電送電電力を検知する受電送電電力検知手段１１と、起動から発電までの一連の動作を制御する運転制御手段１２とを備え、運転制御手段１２は受電送電電力検知手段１１からの信号をもとに、直流交流変換手段２での家庭内負荷電力に追従した発電制御を行うことにより、無駄のない発電制御を行うことができる。
【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、余剰電力の商用電源系統への逆潮流を防止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７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７において、商用電源３に接続された家庭内負荷４に燃料電池１が接続され、商用電源３とともに家庭内負荷４に電力を供給するシステムにおいて、家庭内負荷４に電力を供給する回路に配設され、家庭内負荷４に供給された電力を検出するセンサ６，７と、センサ６，７によって検出された家庭内負荷４に供給された電力に基づき、燃料電池１からの電力供給量を制御する逆潮流防止制御ユニット５と、センサ６，７によって検出された家庭内負荷４に供給される電力に基づき制御される、燃料電池１によって発電されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換するＤＣ−ＡＣ変換器２とを備え、燃料電池１からの電力供給量が家庭内負荷４の消費量を超えないように制御される。
特開２００２−２８１６７２号公報

しかしながら、前記従来の構成では、商用電源系統に逆潮流しないようにするのが目的であり、燃料電池で発電する電力検知および家庭内負荷で消費される電力検知の２つの電力検知用センサが必要である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、１つの電力検知用センサにより、家庭内負荷で消費される電力に追従した発電を行い、発電した電力のすべてを消費することにより、無駄のない発電制御を行うことを目的とする。

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、商用電源系統における受電送電電力を検知することにより、家庭内負荷で消費される電力に追従した発電制御を行うものである。

本構成によって、発電された電力をすべて消費することによる、無駄のない発電制御を行うことができる。

本発明の燃料電池システムの制御装置によれば、１つの電力検知用センサにより、家庭内負荷で消費される電力に追従した発電を行い、発電した電力をすべて消費することにより、無駄のない発電制御を行うことができる。

第１の発明は、燃料電池と、商用電源に接続され、燃料電池からの直流電力を交流電力に変換し、商用電源とともに家庭内負荷に交流電力を供給する直流交流変換手段と、商用電源での受電送電電力を検知する受電送電電力検知手段と、起動から発電までの一連の動作を制御する運転制御手段とを備え、運転制御手段は受電送電電力検知手段からの信号をもとに、直流交流変換手段での家庭内負荷電力に追従した発電制御を行うことにより、１つの電力検知用センサにより、家庭内負荷で消費される電力に追従した発電を行い、発電した電力をすべて消費することにより、無駄のない発電制御を行うことができる。

第２の発明は、特に第１の発明の受電送電電力検知手段は、家庭の商用電源の系統側に設置することにより、配電盤（分電盤）の系統側に設置することにより、家庭内においてそのためだけに特別に工事をする必要がなくなり、容易に設置できるようになる。

第３の発明は、特に第１の発明の運転制御手段は、受電送電電力検知手段からの瞬時データに応答した発電制御を行うことにより、より無駄のない発電制御を行うことができるものである。

第４の発明は、特に第１の発明の受電送電電力検知手段は、直流交流変換手段に内蔵されることにより、電流センサのみを商用電源系統に配設されるだけでよく、さらに電源回路および共通の制御回路を共有できるので、よりシンプルに小型化できることになる。

第５の発明は、特に第１の発明の運転制御手段は、得られた受電送電電力量を補正できることにより、予め家庭内負荷電力量の実測値との誤差を補正できるので、より正確に家庭内負荷で消費される電力に追従した発電制御を行うことができるものである。

第６の発明は、特に第１の発明の運転制御手段は、補正データを直流交流変換手段での発電電力値毎に補正可能であることにより、発電電力値に関係なく、正確に発電制御を行うことができるものである。

第７の発明は、特に第１の発明の運転制御手段は、補正データを不揮発性メモリに保存し、随時読み出すことができることにより、電源がオフ状態でもデータを保持でき、随時読み出して補正できるので、より正確な家庭内負荷で消費される電力に追従した発電制御を行うことができるものである。

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。

（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１で発電が行われる。直流交流変換手段２は商用電源３に接続され、燃料電池１からの直流電力を交流電力に変換し、商用電源３とともに家庭内負荷４に交流電力を供給する。受電送電電力検知手段１１は商用電源３から家庭内負荷４へ供給するための受電電力、および商用電源３へ逆潮流される送電電力を検知するものである。運転制御手段１２は起動から発電までの一連の動作を制御するものである。

ここで、運転制御手段１２は受電送電電力検知手段１１からの信号をもとに、直流交流変換手段２での家庭内負荷４にて消費される電力に追従した発電制御を行うものである。つまり直流交流変換手段２からの発電電力と、家庭内負荷４にて消費される電力とが一致した制御を行うということである。

家庭内負荷電力は、直流交流変換手段２での出力電力から、受電送電電力検知手段１１での検知電力を差し引いた値で表される。この直流交流変換手段２での出力電力は直流交流変換手段２自身で出力される電力であるので、自身で認識可能な電力値である。またこの受電送電電力検知手段１１での検知電力において、検知電力が正の場合は商用電源３へ逆潮流される送電電力であり、負の場合は商用電源３から家庭内負荷４へ供給するための受電電力である。以上により運転制御手段１２において、家庭内負荷電力は演算可能であり、算出された家庭内負荷電力と一致した電力を直流交流変換手段２において出力されるよう制御する。

ここで図２のフローチャートを使って制御装置の動作を説明する。

ステップ１において運転制御手段１２は、直流交流変換手段２に対して、発電出力電力量を指令する。ステップ２において受電送電電力検知手段１１における受電送電電力量を検知する。次にステップ３において家庭内負荷４において消費されている電力量である家庭内負荷電力量を、直流交流変換手段２において出力されている発電電力量から、ステップ２において検知された受電送電電力量を差し引いて計算する。次にステップ４において、ステップ１にて指令された発電出力指令値が、ステップ３において算出された家庭内負荷電力量と比較して、発電出力指令値の方が同じか大きい場合は、ステップ５において発電出力電力指令値を下げる。ここではマイナス１０Ｗとする。また発電出力指令値の方が小さい場合は、ステップ６において発電出力電力指令値を上げる。ここではプラス１０Ｗとするものである。

結果的には運転制御手段１２は、受電送電電力がゼロに限りなく近づくよう制御（実際には最大５０Ｗ以下に制御）を行うものである。このことにより家庭内負荷４に電力を供給する回路には電力センサが不要であると言える。

かかる構成によれば、１つの電力検知用センサにより、家庭内負荷で消費される電力に追従した発電を行い、発電した電力をすべて消費することにより、無駄のない発電制御を行うことができる。

また、受電送電電力検知手段１１は、家庭の商用電源３の系統側に設置するものである。

図３は商用電源３での家庭内の漏電遮断器１３付近拡大図である。受電送電電力検知手段１１の電流センサ１１ａおよび１１ｂは、漏電遮断器１３の商用電源３の系統側の単相３線の両端側に設置されるものである。

かかる構成によれば、配電盤（分電盤）の系統側に設置することにより、家庭内においてそのためだけに特別に工事をする必要がなくなり、容易に設置できるようになる。
また、運転制御手段１２は、受電送電電力検知手段１１からの瞬時データに応答した発電制御を行う。

図４は一日の運転動作図である。家庭内負荷４において消費されている電力量である家庭内負荷電力量は、時々刻々変化している。このため運転制御手段１２は、図２のフローチャートで説明した制御を、受電送電電力検知手段１１からの時々刻々変化した電力値の瞬時データに応答して、直流交流変換手段２からの発電電力制御を行うことが必要である。実際には秒間隔、秒単位で制御を行うことになる。

かかる構成によれば、より無駄のない発電制御を行うことができるものである。

また、受電送電電力検知手段１１は、直流交流変換手段２に内蔵される。ここで直流交流変換手段２には、受電送電電力検知手段１１の電源回路および共通の制御回路が共有化される。つまり図３における電流センサ１１ａおよび１１ｂのみ商用電源３の系統側の単相３線の両端側に設置されることになる。

かかる構成によれば、電流センサのみを商用電源３系統に配設されるだけでよく、さらに電源回路および共通の制御回路を共有できるので、よりシンプルに小型化できることになる。

また、運転制御手段１２は、受電送電電力検知手段１１にて得られた受電送電電力量データを、実際には計測器を使用することにより補正できるものである。これはひいては家庭内負荷電力量を補正できるということになる。

ここで図５のフローチャートを使って制御装置の動作を説明する。

運転制御手段１２は、ステップ１１で受電送電電力検知手段１１において受電送電電力量を検知する（この値をセンサ値と呼ぶことにする）。そしてステップ１２で、実際に計測器にて受電送電電力量を測定する（この値を計測器値と呼ぶことにする）。そしてステップ１３にて、前述のセンサ値と計測器値とを比較して、一致していればステップ１７で受電送電電力量を確定する。しかし、一致していなければステップ１４においてセンサ値と計測器値とを比較して、センサ値が大きければステップ１５において、センサ値から１Ｗを減算する。センサ値が小さければステップ１６において、センサ値に１Ｗを加算する。この比較と修正を繰り返して、受電送電電力量データを補正するものである。

かかる構成によれば、予め家庭内負荷電力量の実測値との誤差を補正できるので、より正確に家庭内負荷で消費される電力に追従した発電制御を行うことができるものである。

また、運転制御手段１２は、補正データを直流交流変換手段２での発電電力出力値毎に補正可能とするものである。受電送電電力検知手段１１で得られる受電送電電力値は、直流交流変換手段２にて出力される発電電力値に左右される。

したがって、発電電力値毎に、例えば０から１１００Ｗまでの５０Ｗ毎に、発電電力値を変えていった場合の受電送電電力値を補正できるようにするものである。

ここで図６のフローチャートを使って制御装置の動作を説明する。

運転制御手段１２は、ステップ２１で直流交流変換手段２での発電電力値を５０Ｗの初期値に設定出力する。ステップ２２で受電送電電力検知手段１１において、受電送電電力量を検知する（この値をセンサ値と呼ぶ）。そしてステップ２３で、実際に計測器にて受電送電電力量を測定する（この値を計測器値と呼ぶ）。そしてステップ２４にて、前述のセンサ値と計測器値とを比較して、一致していれば補正せずにステップ２８へ進む。しかし一致していなければステップ２５において、センサ値と計測器値とを比較して、センサ値の方が大きければステップ２６において、センサ値から１Ｗを減算する。センサ値の方が小さければステップ２７において、センサ値に１Ｗを加算する。次に、ステップ２８において発電電力が１１００Ｗに達しているかどうか判断し、１１００Ｗに達していればステップ２９において受電送電電力量を確定するが、１１００Ｗに達していなければステップ３０において、直流交流変換手段２での発電電力出力値を５０Ｗ加算して、繰り返しステップ２２より受電送電電力量を検知するものである。ここでは５０Ｗ毎に補正した場合である。

また別の補正方法として、受電送電電力量（センサ値）と計測器による測定値とのずれが、一律にずれている場合は、一律に加算あるいは減算をする。またずれ値が一定の傾斜を持っている場合は、一次関数近似によりずれを補正する方法も考えられる。

かかる構成によれば、発電電力値に関係なく、正確に発電制御を行うことができるものである。

また、運転制御手段１２は、補正データを不揮発性メモリに保存し、随時読み出すことができるものである。前述した受電送電電力検知手段１１における受電送電電力量（センサ値）と実際の計測器の測定による受電送電電力量（計測器値）との比較により補正し、確定した受電送電電力量およびその際の補正値は、電源が遮断されてもデータが消去されないように不揮発性メモリに保存することができるものである。しかもこの補正は定期的に実施されるもので、保守部品の交換によるずれや、経年変化等によるずれもないことになる。さらに随時メモリ内容を読み出して電力値を補正することにより、正確に電力検知が行われるものである。

かかる構成によれば、電源がオフ状態でもデータを保持でき、随時読み出して補正できるので、より正確な家庭内負荷で消費される電力に追従した発電制御を行うことができるものである。

本発明の燃料電池システムの制御装置は、１つの電力検知用センサにより、家庭内負荷で消費される電力に追従した発電を行い、発電した電力をすべて消費することにより、無駄のない発電制御を行うことができるものであり、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。これは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構成図 同装置の家庭内負荷電力追従動作を示すフローチャート 同装置の家庭内の漏電遮断器付近の拡大図 同装置の一日の運転動作図 同装置の受電送電電力量補正の動作を示すフローチャート 同装置の出力電力毎の補正の動作を示すフローチャート 従来の燃料電池システムの制御装置の構成図

符号の説明

１ 燃料電池
２ 直流交流変換手段
３ 商用電源
４ 家庭内負荷
１１ 受電送電電力検知手段
１１ａ、１１ｂ 受電送電電力検知手段の電流センサ
１２ 運転制御手段

Claims (7)

1. 燃料電池と、商用電源に接続され、燃料電池からの直流電力を交流電力に変換し、商用電源とともに家庭内負荷に交流電力を供給する直流交流変換手段と、商用電源での受電送電電力を検知する受電送電電力検知手段と、起動から発電までの一連の動作を制御する運転制御手段とを備え、前記運転制御手段は前記受電送電電力検知手段からの信号をもとに、前記直流交流変換手段での家庭内負荷電力に追従した発電制御を行うことを特徴とする燃料電池システムの制御装置。
2. 受電送電電力検知手段は、家庭の商用電源の系統側に設置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、受電送電電力検知手段からの瞬時データに応答した発電制御を行う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。
4. 受電送電電力検知手段は、直流交流変換手段に内蔵され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。
5. 運転制御手段は、得られた受電送電電力量を補正でき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。
6. 運転制御手段は、補正データを直流交流変換手段での発電電力値毎に補正可能であ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。
7. 運転制御手段は、補正データを不揮発性メモリに保存し、随時読み出すことができ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。

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