JP2006325392A - 電力供給システム - Google Patents

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Abstract

【課題】電力を車両外部に供給する手段を有する車両と定置型燃料電池システムとの連携により、停電時に家庭用電気機器に電力を効率的に供給できる電力供給システム、ならびに車両用燃料電池および定置用燃料電池の直流電力を交流電力に変換する電力変換器を用いた電力供給システムを提供する。
【解決手段】燃料電池車５０に設けられた車両用燃料電池５１と、定置電源システム６０に設けられた定置用燃料電池６１と、車両用燃料電池５１および定置用燃料電池６１からの直流電力を交流電力に変換する電力変換器６３とによって構成した。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両用燃料電池および定置用燃料電池の直流電力を交流電力に変換する電力変換器を備えた電力供給システムに関するものである。
一般に、定置型燃料電池システムにおいては、改質器で改質用燃料を水素に変換し、この水素と空気中の酸素を燃料電池に供給して両者を反応させることにより電力を発生させ、電灯、テレビ、洗濯機、エアコン、冷蔵庫等の電気器具である自家用の負荷装置に供給するようになっている。しかしながら、系統電源より電力の供給を停止された停電時には、定置型燃料電池システムも停止してしまうため、停電時の対応を考慮する必要がある。
従来、停電時に、電気自動車のバッテリを利用して、非常用電力を家庭用の電気機器に供給する停電時電力供給装置が、例えば、特許文献１に記載されている。かかる特許文献１に記載された停電時電力供給装置は、停電が検知されると、電気自動車のバッテリに蓄えられている直流電力がＤＣ／ＡＣ変換器へ供給され、このＤＣ／ＡＣ変換器より遮断器を介して電力が家庭内の各電気機器に供給されるようになっている。
上記の特許文献１には、別の実施形態として、バッテリとは別に太陽電池パネルと蓄電池を設け、停電が検知されると、バッテリおよび蓄電池に蓄えられている電力を各電気機器に供給するとともに、昼間の太陽光線が太陽電池パネルに十分に照射されている場合には、太陽電池パネルからも電力を供給するものが記載されている。
また、特許文献２には、戸建て住宅の自家用負荷装置に電力を供給する定置型発電装置と、電気自動車に搭載された車載発電装置とを備え、定置型発電装置が生成する電力が自家用負荷装置の消費分に対して過剰なときには、その過剰な電力を電気自動車のバッテリに供給したり、逆に、定置型発電装置が生成する電力が自家用負荷装置の消費分に対して不足しているときには、その不足分を電気自動車のバッテリで補充したりして、両者の間で電力の授受を行えるようにしたエネルギ生成システムが記載されている。
特開平１１−１７８２４１号公報（段落００２２、００４９、００５０、図１および図５） 特開２００４−４８８９５号公報（段落００１９、００３５、図１）
上記した特許文献１に記載されたものは、停電時に、車載バッテリで対応するものであるため、バッテリ残量によっては早期に停電状態に陥ってしまう恐れがあり、また、別途蓄電池を備える構成のものでは、費用とスペースの確保が必要になるとともに、夜間に停電が発生した場合には、太陽電池パネルの機能を十分に活用することができず、いずれの方式も一時しのぎにすぎないものであった。しかも、遮断器が複数必要であるため、コストアップとなるばかりか、専用工事を必要とする問題があった。
また、上記した特許文献２に記載されたものでは、定置型発電装置と車載発電装置との間で相互に電力の授受を行える利点があるが、定置型発電装置が停止された状態では、自家用負荷装置に電力を供給できるシステムにはなっておらず、停電時の電力供給は行えない問題があった。
本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、電力を車両外部に供給する手段を有する車両と定置型燃料電池システムとの連携により、停電時に家庭用電気機器に電力を効率的に供給できる電力供給システム、ならびに車両用燃料電池および定置用燃料電池の直流電力を交流電力に変換する電力変換器を用いた電力供給システムを提供することを目的とするものである。
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、電力を車両外部に供給する手段を有する車両と、インバータを備えた定置型燃料電池システムと、該定置型燃料電池システムより電力が供給される負荷装置と、前記定置型燃料電池システムに電力を供給する系統電源とを備え、前記系統電源の停電時には、前記車両と前記定置型燃料電池システムとを接続し、前記車両より前記定置型燃料電池システムのインバータを介して前記負荷装置に電力を供給するようにしたことを特徴とする電力供給システムである。
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記車両は、燃料電池車あるいはハイブリッド車である電力供給システムである。
請求項３に係る発明は、請求項１もしくは請求項２において、前記車両には、蓄電池が備えられ、該蓄電池の電力を前記車両外部に供給するようになっている電力供給システムである。
請求項４に係る発明は、電力を車両外部に供給する手段を有する車両と、インバータを備えた定置型燃料電池システムと、該定置型燃料電池システムより電力が供給される負荷装置と、前記定置型燃料電池システムに電力を供給する系統電源と、これら負荷装置の運転をコントロールするユーザーインターフェイスとを備え、前記系統電源の停電時には、前記車両と前記定置型燃料電池システムとを接続し、前記車両に搭載された前記蓄電池より前記定置型燃料電池システムのインバータを介して前記負荷装置に電力を供給するとともに、前記ユーザーインターフェイスによって前記負荷装置の運転状態を監視するようにしたことを特徴とする電力供給システムである。
請求項５に係る発明は、請求項４において、前記車両には、車両外部に電力を供給する蓄電池が備えられ、前記ユーザーインターフェイスは、前記蓄電池の残量を監視し、残量が少ない場合には前記蓄電池を充電するようになっている電力供給システムである。
請求項６に係る発明は、燃料電池車に設けられた車両用燃料電池と、定置電源システムに設けられた定置用燃料電池と、前記車両用燃料電池および定置用燃料電池からの直流電力を交流電力に変換する電力変換器とによって構成したことを特徴とするものである。
請求項７に係る発明は、請求項６において、前記燃料電池車および前記定置電源システムの少なくとも一方には、前記車両用燃料電池および前記定置用燃料電池からの出力比を制御するＤＣ／ＤＣコンバータが備えられていることを特徴とするものである。
上記のように構成した請求項１に係る発明によれば、系統電源の停電時には、電力を車両外部に供給する手段を有する車両と定置型燃料電池システムとを接続し、車両より定置型燃料電池システムのインバータを介して負荷装置に電力を供給するようにしたので、特別に機器を追加することなく、電力を車両外部に供給する手段を有する車両を有効利用して負荷装置に電力を効率的に供給できるようになる。
上記のように構成した請求項２に係る発明によれば、車両は、燃料電池車あるいはハイブリッド車であるので、燃料電池車あるいはハイブリッド車を有効利用して負荷装置に電力を供給できるようになる。
上記のように構成した請求項３に係る発明によれば、車両には蓄電池が備えられ、蓄電池の電力を車両外部に供給するようになっているので、車両に備えられた蓄電池を有効利用して負荷装置に電力を供給できるようになる。しかも、蓄電池の電力を利用することで接続直後から電力供給ができるようになり、即応性に優れている。
上記のように構成した請求項４に係る発明によれば、ユーザーインターフェイスによって負荷装置の運転状態を監視するようにしたので、停電時に大きな電力を必要とする負荷装置についてはその運転を制限したり、あるいは負荷装置のスイッチが投入されても、インバータの最大出力電力を上回るような場合には、負荷装置を運転できないようにする等の的確な措置を講ずることができる。
上記のように構成した請求項５に係る発明によれば、ユーザーインターフェイスは、車両に備えられた蓄電池の残量を監視し、残量が少ない場合には蓄電池を充電するようになっているので、蓄電池を常に負荷装置に電力を供給するに必要にして十分な蓄電状態に維持することが容易にでき、不必要に車両を起動する必要がない。
上記のように構成した請求項６に係る発明によれば、燃料電池車に設けられた車両用燃料電池と、定置電源システムに設けられた定置用燃料電池と、車両用燃料電池および定置用燃料電池からの直流電力を交流電力に変換する電力変換器とによって構成したので、車両用の直流電源と定置用の直流電源とを同種の電源（燃料電池）によって構成することができ、電力変換器の制御や構成の変更を最少限に済ませることができる。しかも、既存の電力変換器を、車両用の直流電源および定置用の直流電源を交流電力に変換するのに共用できるので、簡素な構成の電力供給システムを実現することができる。
上記のように構成した請求項７に係る発明によれば、燃料電池車および定置電源システムの少なくとも一方には、車両用燃料電池および定置用燃料電池からの出力比を制御するＤＣ／ＤＣコンバータが備えられているので、既存のＤＣ／ＤＣコンバータを利用して車両用燃料電池および定置用燃料電池の出力配分を制御することができる。
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は電力供給システムの概要を示すもので、１０は燃料電池車で、燃料電池車１０には、車載燃料電池システム１１と、この車載燃料電池システム１１で発電された電力を蓄える高電圧電源としての蓄電池１２が搭載されている。１３は定置型燃料電池システムである。燃料電池車１０の蓄電池１２は、車庫等に設けられたコネクタ１５に適宜接続可能であり、このコネクタ１５は定置型燃料電池システム１３に常時接続されている。
車載燃料電池システム１１は、既によく知られているように、水素を貯蔵する燃料タンクと、この燃料タンクから送られる水素を燃料ガスとし、コンプレッサ等から送られる空気を酸化剤ガスとして利用して電気化学反応により発電する燃料電池スタック等によって構成される。なお、車載燃料電池システム１１は、メタノール等のアルコール系燃料や天然ガス、プロパンガス、ガソリン等の炭化水素系燃料などの改質用燃料を貯蔵する燃料タンクと、水タンクと、改質用燃料と水から水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器を備え、改質ガスを燃料ガスとして利用するシステムでもよい。
定置型燃料電池システム１３は、改質用燃料から水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器と、改質ガスを燃料ガスとし、コンプレッサ等から送られる空気を酸化剤ガスとして利用して電気化学反応により発電する燃料電池スタック等によって構成される。改質用燃料として、一般的には天然ガス、プロパンガス、灯油等の炭化水素系燃料が使用されるが、メタノール等のアルコール系燃料等、改質により水素を生成できる燃料なら何でも使用できる。定置型燃料電池システム１３は、車載燃料電池システム１１に比して出力が小さい（例えば数ｋＷ）。これは家庭等の電力使用状況を考慮し、システムの総合効率を最適にするためである。
定置型燃料電池システム１３には、本システム１３で発電された直流電力を交流電力に変換するインバータ１７が内蔵されている。インバータ１７は、屋内に設置された家庭用電気機器からなる複数の負荷装置１８Ａ〜１８Ｄに送電線１６を介して接続され、インバータ１７から出力される交流電力を負荷装置１８Ａ〜１８Ｄに供給するようになっている。
負荷装置１８Ａ〜１８Ｄは、電灯・アイロン・テレビ・洗濯機などの電気器具であり、電気コタツ、電気カーペット、エアコン、冷蔵庫など自動的に電源がオン・オフされる電気器具も含む。また、送電線１６には、電磁開閉器１９およびブレーカー２０を介して商用の系統電源２１が接続され、系統電源２１より供給される電力によって定置型燃料電池システム１３が運転される。そして、定置型燃料電池システム１３の発電量より負荷装置１８Ａ〜１８Ｄの総消費電力が上回った場合、その不足電力を系統電源２１から受電して補うようになっている。負荷装置１８Ａ〜１８Ｄにて消費された消費電力を検出するために電力計２２が設けられ、電力計２２によって屋内で使用される全ての負荷装置１８Ａ〜１８Ｄの合計消費電力を検出するようにしている。なお、電磁開閉器１９は停電時に自動的に遮断され、自家発電された電気が系統電源２１側に逆流することを防止するものである。
２３は屋内に装備されたユーザーインターフェイスで、このユーザーインターフェイス２３は、家電ネットワークを利用して家電制御に必要な情報を取り込み、ユーザーに必要な情報を伝達するもので、主としてサーバ３１、リモコン付きのモニター３２および低消費バッテリ３３等からなっている。ユーザーインターフェイス２３は、インバータ１７、負荷装置１８Ａ〜１８Ｄおよび電力計２２にそれぞれ接続され、負荷装置１８Ａ〜１８Ｄの運転状況を監視し、負荷装置の総消費電力負荷が大きくなりすぎる場合には、負荷装置１８Ａ〜１８Ｄの運転をコントロールする機能を有する。また、ユーザーインターフェイス２３は、燃料電池車１０と定置型燃料電池システム１１がコネクタ１５を介して接続された際には、燃料電池車１０の蓄電池１２の残量を監視し、残量が少ない場合には、車載燃料電池システム１１による発電を行うように燃料電池車１０の起動を促す機能を有する。
次に上記した実施の形態の作用を図２の流れ図に沿って説明する。停電が発生する（ステップ１００）と、ブレーカー２０の２次側の通電状態に基づいてインバータ１７により停電が検知される。これにより、電磁開閉器１９のスイッチが自動的に遮断されて（ステップ１０２）、系統電源２１側に電気が流れるのを予防する。同時に、ユーザーインターフェイス２３はインバータ１７より停電検知の情報を取得する。これに基づいて、ユーザーインターフェイス２３は、停電の発生をユーザーに伝達する（ステップ１０４）ための必要な処理を実行する。すなわち、ユーザーインターフェイス２３は、停電の発生をモニター３２に表示したり、音声あるいは警告音で伝えるとともに、燃料電池車１０の蓄電池１２の電力を利用できるように、コネクタ１５の接続を指示するメッセージを表示したり、音声で伝える。
なお、停電時に定置型燃料電池システム１３が運転状態にあった場合は、停電に伴って定置型燃料電池システム１３は停電モードとなり、この停電モードでは、定置型燃料電池システム１３は屋内への発電を停止し、システム本体のみの単独自己運転状態を維持する。かかる停電モードにおいては、定置型燃料電池システム１３は自身の冷却のためにだけ運転され、発電は停止する。
これは定置型燃料電池システム１３を停止する際には、外部からの電源によって停止モードを行う必要があるが、停電の場合は電源が得られないため、停止シーケンスが行われなく停止してしまうため、システムに対して悪影響を及ぼす可能性がある。また、定置型燃料電池システム１３は、一度停止してしまうと、停電復帰後再起動して発電するまでに時間がかかるため、単独自己運転継続よりもエネルギーの無駄が発生する。
そのため、例えば、家庭の電力オーバによってブレーカーが遮断されたような単純な停電の場合には、ブレーカー復帰によって直ぐに停電状態を復帰できるため、単独自己運転状態から一定時間後（例えば５分程度）に発電が開始されるように作動するが、停電が系統側による事故等で、長時間にわたり継続するような場合は、外部でどのような問題が発生しているか分からないため、定置型燃料電池システム１３を停止する必要があると判断し、燃料電池車１０の蓄電池１２を利用して、定置型燃料電池システム１３を停止モードによって安全に停止させるように作動する。
ところで、燃料電池車１０は走行のために、通常時は蓄電池１２とコネクタ１５とが切り離されている場合が多いため、停電発生時にコネクタ１５が接続状態にない（ステップ１０６、１０８）場合には、前述したユーザーインターフェイス２３の指示に基づいて、あるいは自発的に、コネクタ１５が接続され、燃料電池車１０の蓄電池１２と定置型燃料電池システム１３とが接続される。かかるコネクタ１５の接続によって燃料電池車１０の蓄電池１２による送電が開始され（ステップ１１０）、蓄電池１２の電力が定置型燃料電池システム１３のインバータ１７に供給される。これにより、蓄電池１２の直流電力がインバータ１７によりＡＣ１００Ｖの交流電力に変換され、家庭内の各負荷装置１８Ａ〜１８Ｄに供給できる状態となる。しかしながら、実際に利用できる電力消費量は後述するようにユーザーインターフェイス２３にてコントロールされる。
一方、ユーザーインターフェイス２３は、蓄電池１２に十分な電気が蓄えられているか否か、ならびに燃料電池車１０が起動されているか否かを判断し、蓄電池１２に十分な電気が蓄えられていなく、かつ燃料電池車１０が起動されていない場合に、発電が必要であると判断し（ステップ１１２）、モニター３２に燃料電池車１０の起動が必要である旨の情報を表示したり、音声でその情報を伝達して、燃料電池車１０の起動を促す。この場合、燃料電池車１０の運転席に人が乗っている場合には、社内モニターに同様な表示や音声を出すとともに、燃料電池車１０を発進しないように警告することもできる。
燃料電池車１０が起動（ステップ１１４）されて車載燃料電池システム１１が稼動されると、車載燃料電池システム１１が発電を開始し、蓄電池１２を充電する。この場合、ユーザーインターフェイス２３からの指令を無線で燃料電池車１０に伝達し、自動的に燃料電池車１０を起動して車載燃料電池システム１１を稼動させることも可能である。
蓄電池１２に十分な電気が蓄電されていることが確認されると、ユーザーインターフェイス２３は、家電情報を取得し（ステップ１１６）、サーバ３１によって屋内の負荷装置１８Ａ〜１８Ｄの運転をコントロールする（ステップ１１８）。すなわち、ユーザーインターフェイス２３は、例えば、デジタル家電等のネットワーク化が行われている家や店舗などでは、屋内で使用している合計消費電力がインバータ１７の最大出力電力を上回る場合には、予め登録されている必要な機器にのみ優先的に電気を供給するようにし、登録外の機器には停止信号を送って、スイッチを入れても機器が運転しない状態にする。あるいはまた、例えば、デジタル家電電子レンジ等負荷の大きいものは、通信で利用できない状態にする信号を自動で送り、ユーザー側で使用しようとしても使用できないようにする。
また、これとは別に、ユーザーインターフェイス２３は、スイッチが投入された機器に順に電力を供給するようにすることもできる。この場合には、電力計２２にて検出される現在の合計消費電力を常時監視し、次にスイッチが投入された機器の消費電力を確認し、インバータ１７の最大出力電力を上回らない場合には、機器を運転できるようにするが、最大出力電力を上回る場合には、機器を運転できないように制御する。ただし、この場合においても、停電という異常状態であるので、負荷の大きいものについては、ユーザーがスイッチを入れても運転できないように予め設定しておくことが好ましい。
なお、ネットワークに接続されていないデジタル家電以外のものの場合には、電源復帰後は待機電力のみの使用でスタートするものが大半のため、ユーザーがモニター３２等を確認して、現在の使用容量を確認する。例えば、一般電子レンジの場合では、モニター３２から使用を避ける指示を発し、無理に入れようとしても、インバータ１７側で出力を停止する機能が働くようにする。
インバータ１７はブレーカー２０の２次側の通電状態に基づいて停電復帰を検知するようになっており、停電が復帰されると（ステップ１２０）、ユーザーインターフェイス２３は停電復帰の検知情報を取得し、停電復帰を音声や表示で知らせるとともに、停電復帰処理の実行を促す（ステップ１２２）。これにより、ユーザーは、燃料電池車１０を停止させたり、コネクタ１５を切り離したり、電磁開閉器１９のスイッチを接続する等の必要な復帰処理を行う。ステップ１２０で停電が復帰されていないと判断された場合は、前述した発電の要否の判断（ステップ１１２）が継続して実施される。なお、電磁開閉器１９のスイッチは、停電復帰に伴って自動的に接続させることもできる。
上記した実施の形態の作用においては、停電時に定置型燃料電池システム１３を停止する例で説明したが、それ以外に以下に述べるような制御を行うこともできる。
Ａ．停電発生時に定置型燃料電池システム１３が停止中の場合
（１）停電発生時に定置型燃料電池システム１３を燃料電池車１０に接続し、燃料電池車１０を起動した後、定置型燃料電池システム１３を起動する。この定置型燃料電池システム１３の起動は、改質用燃料供給系が正常である（ガス圧等で検知）ことを確認した後に実施する。
Ｂ．停電発生時に定置型燃料電池システム１３が運転中の場合
（１）停電発生時に定置型燃料電池システム１３を停止モードにし、定置型燃料電池システム１３を燃料電池車１０に接続し、燃料電池車１０を起動した後、所定時間（例えば１時間）経っても停電復帰しないときは、改質用燃料供給系にも異常が発生している可能性があるとして、定置型燃料電池システム１３を停止する。
（２）停電発生時に改質用燃料供給系が正常であれば、定置型燃料電池システム１３は運転したままとし、定置型燃料電池システム１３を燃料電池車１０に接続し、燃料電池車１０を起動する。
（３）停電発生時に改質用燃料供給系に異常があれば、定置型燃料電池システム１３を停止モードにし、定置型燃料電池システム１３を燃料電池車１０に接続し、燃料電池車１０を起動した後、定置型燃料電池システム１３を停止する。
（４）停電発生時に定置型燃料電池システム１３を停止モードにし、定置型燃料電池システム１３を燃料電池車１０に接続し、燃料電池車１０を起動した後、改質用燃料供給系が正常であれば、定置型燃料電池システ１３を運転モードに復帰させ、改質用燃料供給系に異常があれば、定置型燃料電池システム１３を停止する。
上記した実施の形態によれば、停電時には燃料電池車１０と定置型燃料電池システム１３とを連携させ、燃料電池車１０の蓄電池１２より定置型燃料電池システム１３のインバータ１７を介して屋内に設置された負荷装置１８Ａ〜１８Ｄに電力を供給できるようにしたことにより、燃料電池車１０の蓄電池１２を利用して屋内に設置された負荷装置１８Ａ〜１８Ｄに電力を供給できるようになる。また、停電時には、ユーザーインターフェイス２３によって、インバータ１７の最大出力電力を上回わらないように負荷装置１８Ａ〜１８Ｄの運転を制限することにより、負荷装置１８Ａ〜１８Ｄを適切にコントロールすることができる。さらに、ユーザーインターフェイス２３によって、燃料電池車１０の蓄電池１２の残量が監視されているため、残量が十分でない場合に燃料電池車１０を起動させればよく、不必要に燃料電池車１０を起動させる必要がない。
なお、定置型燃料電池システム１３は、タンクに貯蔵された水素を利用して発電するものであってもよい。また、水素供給の都市ガスシステムができた場合には、この水素を利用して発電するものであってもよい。これらの水素を利用する定置用発電システムでは改質器は不要となる。
上記した実施の形態においては、停電時に定置型燃料電池システム１３を燃料電池車１０に接続し、燃料電池車１０に搭載した蓄電池１２を利用して、屋内の負荷装置１８Ａ〜１８Ｄに電力を供給する例について述べたが、本発明は、燃料電池車に限らず、ハイブリッド車等発電された電力を蓄える高電圧バッテリー（蓄電池）を搭載した車両にも適用可能である。また、定置型燃料電池システム１３をバッテリなしの燃料電池車に接続してもよく、電力を車両外部に供給する手段を有する車両であれば利用可能である。
また、上記した実施の形態においては、インバータ１７の容量が小さいことからその最大出力電力を上回らないように、ユーザーインターフェイス２３によって負荷装置１８Ａ〜１８Ｄの運転をコントロールする例について述べたが、インバータ１７の容量が十分に大きな定置型燃料電池システムにおいても、停電の間は消費電力を抑える意味で、上記したと同様な設定を行うことは有効である。
さらに、上記した実施の形態においては、停電発生時に、コネクタ１５が接続されると、直ちに燃料電池車１０の蓄電池１２より定置型燃料電池システム１３側に送電を開始するようにした例について述べたが、蓄電池１２からの送電は、蓄電池１２の残量が一定値以上の条件下で行うこともでき、さらには、車載燃料電池システム１１を蓄電池１２の残量が少ない場合に稼動させるのではなく、停電発生時にコネクタ１５が接続されることに連動して、燃料電池車１０を自動で起動させ、車載燃料電池システム１１による発電を開始することもできる。
なお、上記した実施の形態におけるユーザーインターフェイス２３の機能は、本発明の実施に好適な一例を示したものにすぎないものであって、実施の形態で述べたものに限定されるものではなく、少なくとも負荷装置の運転状況を監視し、負荷装置の運転をコントロールできる機能を備えたものであればよい。
上記した第１の実施の形態においては、停電時に、燃料電池車１０の蓄電池１２の直流電力を定置型のインバータ１７により交流電力に変換して、屋内の各負荷装置１８Ａ〜１８Ｄに供給するようにしたが、このような電力の供給は、必ずしも停電時に限られるものではなく、例えば、蓄電池１２に蓄えられた過剰のエネルギを無駄にしないために、屋内の負荷装置１８Ａ〜１８Ｄで有効利用するようにすることもできる。また、負荷装置１８Ａ〜１８Ｄでの電力需要が、定置型燃料電池システム１３単体での電力供給を上回るときなどにも対応できる。かかる実施の形態を、以下に、第２の実施の形態として、図３〜図５に基づいて説明する。
図３は本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池車５０の構成を示す概略図である。図３において、水素供給装置５２は、例えば水素を貯蔵する水素タンクなどの水素貯蔵装置や、水素を含む燃料を改質する改質装置であり、水素ガスを車両用燃料電池５１に供給する。酸化剤供給装置５３は、例えば空気圧縮機であり、酸素を含む空気などの酸化剤を車両用燃料電池５１に供給する。車両用燃料電池５１は、水素と酸化剤との供給を受けて発電し、蓄電池５５やインバータ５６に直流電圧を印加する。
蓄電池５５は、例えば二次電池やキャパシタであり、車両用燃料電池５１からの電力や、後述する電動機による回生電力を充電する機能と、充電した電力を放電する機能とを有する直流電源である。
車両用燃料電池５１および蓄電池５５は、インバータ５６に対して並列に接続されており、車両用燃料電池５１とインバータ５６とを結ぶ電力線と、蓄電池５５との間には第１のＤＣ／ＤＣコンバータ５４が介在されている。第１のＤＣ／ＤＣコンバータ５４は、昇降圧電圧変換器であり、車両用燃料電池５１から蓄電池５５への電力供給の制御や、車両用燃料電池５１と蓄電池５５との出力比の制御を実行する。かかる第１のＤＣ／ＤＣコンバータ５４は、後述する定置用燃料電池６１と車両用燃料電池５１との出力比の制御にも用いられるが、この点については後述する。なお、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ５４は、蓄電池５５とインバータ５６とを結ぶ電力線と、車両用燃料電池５１との間に設けてもよい。すなわち、図３における車両用燃料電池５１と蓄電池５５の配置を入れ替えてもよい。電動機５７は、そのロータに図示せぬ車輪軸が接続されており、インバータ５６から供給される交流電力に応じて車輪軸を回転する。
図４は、第２の実施の形態に係る据え置き型の定置電源システム６０の概略構成を示す図である。図４において、定置用燃料電池６１は、例えば車両用燃料電池５１よりも出力の小さな燃料電池（例えばセル数が少ない燃料電池）であり、定置用燃料電池６１の直流電力は第２のＤＣ／ＤＣコンバータ６２を介してＤＣ／ＡＣコンバータ６３に供給される。第２のＤＣ／ＤＣコンバータ６２は、電圧変換器であり、定置用燃料電池６１からの出力を昇圧して、ＤＣ／ＡＣコンバータ６３に供給する。なお、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ６２は省略することも可能である。ＤＣ／ＡＣコンバータ６３は、定置電源システム６０の外部機器である負荷装置６４、例えば、屋内に設置された家庭用電気機器からなる負荷装置６４に対し、定置用燃料電池６１からの直流電力を交流に変換して供給する。
次に、定置用の電力変換器を構成するＤＣ／ＡＣコンバータ６３を介して、車両用燃料電池５１と定置用燃料電池６１とからの電力を供給する構成について説明する。接続の仕方で大別すると、車両用燃料電池５１と定置用燃料電池６１とを並列に接続する構成と、直列に接続する構成とがある。
まず、定置用の電力変換器（ＤＣ／ＡＣコンバータ６３）に対して、車両用燃料電池５１と定置用燃料電池６１とを、図５に示すように、並列に接続して、各燃料電池５１、６１からの電力を出力する場合について説明する。ここで、各燃料電池５１、６１においては、それらの動作点（電力）に応じて反応材料（水素、酸化剤）の供給が個別に制御されるため、２つの燃料電池５１、６１からの電力を共通の電力変換器（ＤＣ／ＡＣコンバータ６３）を介して出力する場合には、各燃料電池５１、６１からの出力を個別に制御したいという要求がある。この要求に応えるため、本実施の形態では、燃料電池車５１または定置電源システム６１に備えられている第１のＤＣ／ＤＣコンバータ５４または第２のＤＣ／ＤＣコンバータ６２を用いて、各燃料電池５１、６１からの出力比を制御する。換言すれば、定置用のＤＣ／ＡＣコンバータ６３のみならず、出力比制御用の第１のＤＣ／ＤＣコンバータ５４をも既存の構成を用いて出力する構成を採っている。
具体的には、図３における車両用燃料電池５１とインバータ５６とを結ぶ電力線のポイントＰ２１、Ｐ２２と、図４における定置用燃料電池６１と第２のＤＣ／ＤＣコンバータ６２とを結ぶ電力線のポイントＰ４１、Ｐ４２とを、図５に示すように、コネクタ６５等のインターフェイスを介して互いに接続することにより、定置用のＤＣ／ＡＣコンバータ６３を介して各燃料電池５１、６１から並列に負荷装置（外部機器）６４に電力を供給する。この構成では、燃料電池車５０側の第１のＤＣ／ＤＣコンバータ５４にて各燃料電池５１、６１の出力比が制御される。この場合、車両用燃料電池５１からの出力は、車両用燃料電池５１→第１のＤＣ／ＤＣコンバータ５４→第２のＤＣ／ＤＣコンバータ６２→ＤＣ／ＡＣコンバータ６３→負荷装置（外部機器）６４の順に流れる。定置用燃料電池６１からの出力は、定置用燃料電池６１→第２のＤＣ／ＤＣコンバータ６２→ＤＣ／ＡＣコンバータ６３→負荷装置（外部機器）６４の順に流れる。かかる構成では、２つの燃料電池５１、６１のうち、出力が相対的に大きな燃料電池（車両用燃料電池５１）側に併設されたＤＣ／ＤＣコンバータ５４にて出力配分を行うため、出力が相対的に小さな燃料電池（定置用燃料電池６１）側に併設されたＤＣ／ＤＣコンバータ６２の帯域を車両用燃料電池５１の帯域に合わせる必要がない点で有利である。
別の構成として、図３中の送電線のポイントＰ３１、Ｐ３２と、図４中の送電線のポイントＰ１１、Ｐ１２とを接続して、定置用のＤＣ／ＡＣコンバータ６３を介して各燃料電池５１、６１から並列に電力供給してもよい。この構成においては、車両用燃料電池５１側の第１のＤＣ／ＤＣコンバータ５４にて、蓄電池５５の出力（充電時には負も含む）と、各燃料電池５１、６１の総出力との比が制御され、定置燃料電池６１側の第２のＤＣ／ＤＣコンバータ６２にて各燃料電池５１、６１間の出力比が制御される。車両用燃料電池５１からの出力は、車両用燃料電池５１→ＤＣ／ＡＣコンバータ６３→負荷装置（外部機器）６４の順に流れる。定置用燃料電池６１からの出力は、定置用燃料電池６１→第２のＤＣ／ＤＣコンバータ６２→ＤＣ／ＡＣコンバータ６３→負荷装置（外部機器）６４の順に流れる。この構成においては、燃料電池車５０の蓄電池５５を各燃料電池５１、６１の電力のバッファとして機能させることができる点で有利である。ここで、バッファとは、燃料電池５１、６１の発電電力が、負荷装置６４の要求電力より高い場合には、余剰電力を蓄電池５５にて蓄電する一方、負荷装置６４の要求電力が燃料電池５１、６１の発電電力より上回る場合には、蓄電池５５からも負荷装置６４に対して電力供給する構成を意味する。このように蓄電池５５を電力のバッファとして機能させる場合には、少なくとも一方の燃料電池の動作点を固定（好ましくは高効率の動作点に固定）、または段階的に変化させて発電することにより、負荷装置６４からの要求に応じた成り行き制御による発電と比較して、システム効率が向上する。このような発電制御や上記した燃料電池５１、６１間の出力比の制御等は、例えば、第１の実施の形態で述べたユーザーインターフェイス２３や、車載コンピュータによって制御される。
上述した例では、燃料電池５１、６１をＤＣ／ＡＣコンバータ６３に対して並列に接続したが、それらを直列に接続してもよい。
なお、第２の実施の形態で述べたように、停電時以外に使用する場合には、電力供給時に、第1の実施の形態で述べた電磁開閉器１９を手動で遮断したり、あるいは、コネクタ６５が接続されるのに連動して、電磁開閉器１９を自動で遮断するようにすればよい。
上記のように構成した第２の実施の形態によれば、燃料電池車５０に設けられた車両用燃料電池５１と、定置電源システム６０に設けられた定置用燃料電池６１と、車両用燃料電池５１および定置用燃料電池６１からの直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣコンバータ（電力変換器）６３とによって構成したので、車両用の直流電源と定置用の直流電源とを同種の電源（燃料電池）によって構成することができ、ＤＣ／ＡＣコンバータ（電力変換器）６３の制御や構成の変更を最少限に済ませることができる。しかも、既存のＤＣ／ＡＣコンバータ（電力変換器）６３を、車両用の直流電源および定置用の直流電源を交流電力に変換するのに共用できるので、簡素な構成の電力供給システムを実現することができる。
また、上記のように構成した第２の実施の形態によれば、燃料電池車５０および定置電源システム６０の少なくとも一方には、車両用燃料電池５１および定置用燃料電池６１からの出力比を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ５４、６２を備えているので、燃料電池車５０および定置電源システム６０の少なくとも一方に備えられている既存のＤＣ／ＤＣコンバータ５４、６２を利用して出力配分を制御することができる。
本発明の第１の実施の形態における電力供給システムを示す概要図である。 停電時の処理の流れを示す図である。 本発明の第２の実施の形態における電力供給システムの燃料電池車の構成を示す概要図である。 本発明の第２の実施の形態における電力供給システムの定置電源システムの構成を示す概要図である。 本発明の第２の実施の形態における燃料電池車と定置電源システムとの接続例を示した電力供給システムの概要図である。
符号の説明
１０、５０…燃料電池車、１１、５１…車載燃料電池システム（車両用燃料電池）、１２、５５…蓄電池、１３、６０…定置型燃料電池システム（定置電源システム）、１５、６５…コネクタ、１６…送電線、１７…インバータ、１８Ａ〜１８Ｄ、６４…負荷装置、１９…電磁開閉器、２０…ブレーカー、２１…系統電源、２２…電力計、２３…ユーザーインターフェイス、３１…サーバ、３２…モニター、３３…バッテリ、５４…第１のＤＣ／ＤＣコンバータ、５６…インバータ、５７…電動機、６１…定置用燃料電池、６２…第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、６３…電力変換器（ＤＣ／ＡＣコンバータ）。

Claims (7)

  1. 電力を車両外部に供給する手段を有する車両と、インバータを備えた定置型燃料電池システムと、該定置型燃料電池システムより電力が供給される負荷装置と、前記定置型燃料電池システムに電力を供給する系統電源とを備え、前記系統電源の停電時には、前記車両と前記定置型燃料電池システムとを接続し、前記車両より前記定置型燃料電池システムのインバータを介して前記負荷装置に電力を供給するようにしたことを特徴とする電力供給システム。
  2. 請求項１において、前記車両は、燃料電池車あるいはハイブリッド車である電力供給システム。
  3. 請求項１もしくは請求項２において、前記車両には、蓄電池が備えられ、該蓄電池の電力を前記車両外部に供給するようになっている電力供給システム。
  4. 電力を車両外部に供給する手段を有する車両と、インバータを備えた定置型燃料電池システムと、該定置型燃料電池システムより電力が供給される負荷装置と、前記定置型燃料電池システムに電力を供給する系統電源と、前記負荷装置の運転をコントロールするユーザーインターフェイスとを備え、前記系統電源の停電時には、前記車両と前記定置型燃料電池システムとを接続し、前記車両より前記定置型燃料電池システムのインバータを介して前記負荷装置に電力を供給するとともに、前記ユーザーインターフェイスによって前記負荷装置の運転状態を監視するようにしたことを特徴とする電力供給システム。
  5. 請求項４において、前記車両には、車両外部に電力を供給する蓄電池が備えられ、前記ユーザーインターフェイスは、前記蓄電池の残量を監視し、残量が少ない場合には前記蓄電池を充電するようになっている電力供給システム。
  6. 燃料電池車に設けられた車両用燃料電池と、定置電源システムに設けられた定置用燃料電池と、前記車両用燃料電池および定置用燃料電池からの直流電力を交流電力に変換する電力変換器とによって構成したことを特徴とする電力供給システム。
  7. 請求項６において、前記燃料電池車および前記定置電源システムの少なくとも一方には、前記車両用燃料電池および前記定置用燃料電池からの出力比を制御するＤＣ／ＤＣコンバータが備えられていることを特徴とする電力供給システム。
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