JP2009261199A - Portable power supply system and control method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a portable power supply system enabling smooth operation even if a load changes suddenly and dramatically. <P>SOLUTION: The portable power supply system has a fuel cell 2 and a rechargeable battery 8 connected in parallel, and a control unit 11. The control unit 11 feeds power to loads 12, 13 by power discharged from the rechargeable battery 8 from when the system is started to when the fuel cell 2 can feed power. When the fuel cell 2 can supply power, the control unit 11 increases the output of the fuel cell 2, and obtains the remaining capacity of the rechargeable battery 2 in advance when the output of the fuel cell 2 reaches a load power by the increase output. When the remaining capacity is larger than a prescribed value, the control unit 11 sets the upper limit of the output of the fuel cell 2 to be increased to a value smaller than the load power. When the remaining capacity is smaller than the prescribed value, the control unit 11 sets the upper limit of the output of the fuel cell 2 to be increased to a value larger than the load power. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池を備える携帯型電源システムに関する。   The present invention relates to a portable power supply system including a fuel cell.

燃料電池は、水素と酸素を電気化学的に反応させて発電を行う一種の発電装置である。この燃料電池は、発電効率が高い、発電に伴う窒素酸化物（ＮＯx）や硫黄酸化物（ＳＯx）等の有害物質の発生が少ない、地球温暖化の原因とされる二酸化炭素（ＣＯ2）の排出量が少ない、騒音や振動が小さい、といった利点を有しており、環境に優しい高効率な発電装置として、近年、社会的な注目が集まっている。 A fuel cell is a kind of power generation device that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen and oxygen. This fuel cell has high power generation efficiency, generates less harmful substances such as nitrogen oxides (NO x ) and sulfur oxides (SO x ), and carbon dioxide (CO 2) that causes global warming. In recent years, social attention has been gathered as a highly efficient power generation device that is friendly to the environment.

代表的な燃料電池の種類には、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）がある。   Typical fuel cell types include phosphoric acid fuel cells (PAFC), polymer electrolyte fuel cells (PEFC), solid oxide fuel cells (SOFC), and molten carbonate fuel cells (MCFC). .

リン酸形燃料電池は、燃料電池の中でも最も早く商品化されたものであって、その動作温度は約２００℃である。例えば、都市ガスを主燃料とした５０〜２００ｋＷ級のシステムが、コージェネレーション（熱電併用）システムとして、学校やホテル、オフィスビル、病院、工場等に導入されている。   The phosphoric acid fuel cell is the earliest commercialized fuel cell, and its operating temperature is about 200 ° C. For example, a 50-200 kW class system using city gas as the main fuel has been introduced as a cogeneration (combined thermoelectric) system in schools, hotels, office buildings, hospitals, factories, and the like.

固体高分子形燃料電池は、実用化初期段階にあり、その動作温度は約８０℃と他の種類の燃料電池に比べて低いことから、起動時間を短くできる。また、起動、停止を繰り返す動作も、比較的容易に行うことができる。このような点から、住宅用のコージェネレーションシステムとしての用途や、自動車用、携帯電話やノートパソコン等の携帯機器用、商用電源のバックアップ用、道路工事や防災電源としての携帯電源用など、様々な用途での研究開発が進められており、一部は既に商用化されている。   The polymer electrolyte fuel cell is in an early stage of practical use, and its operating temperature is about 80 ° C., which is lower than that of other types of fuel cells, so that the startup time can be shortened. In addition, the operation of repeatedly starting and stopping can be performed relatively easily. From this point of view, various applications such as residential cogeneration systems, automobiles, mobile devices such as mobile phones and laptop computers, commercial power backups, road construction and disaster prevention power supplies Research and development for various applications is underway, and some have already been commercialized.

固体酸化物形燃料電池は、動作温度が８００〜１０００℃と高いが、燃料電池の中でも特に高い発電効率が期待できることから、住宅やオフィスビル等への用途から発電所規模の用途に至るまで、幅広い容量での適用を目指した研究開発が行われている。溶融炭酸塩形燃料電池は、６００〜７００℃の高温で動作するものであり、発電所規模の用途を中心に研究開発が行われている。   The solid oxide fuel cell has a high operating temperature of 800 to 1000 ° C., but since it can be expected to have particularly high power generation efficiency among fuel cells, it can be used for applications such as houses and office buildings to power plant scale applications. Research and development aimed at application in a wide range of capacities is underway. The molten carbonate fuel cell operates at a high temperature of 600 to 700 ° C., and research and development are conducted mainly for power plant scale applications.

このような燃料電池は、基本的に水素を燃料としており、一般的に、改質器を用いて炭化水素（メタンやエタン、プロパン、ブタン、メタノール、灯油等）から水素を製造し、これを燃料電池システムの発電部であるセルに供給して発電を行う場合が多い。改質器を用いて水素を製造する反応には、炭化水素と水蒸気を高温で反応させて水素を生成させる「水蒸気改質」が広く利用されている。改質器には、燃料電池に接続した負荷が要求する電力と、その電力を発電するために燃料電池で必要となる水素ガスとが、バランス（均衡）するように炭化水素と水蒸気が供給される。   Such a fuel cell basically uses hydrogen as fuel, and generally uses a reformer to produce hydrogen from hydrocarbons (methane, ethane, propane, butane, methanol, kerosene, etc.) In many cases, power generation is performed by supplying the fuel cell system to a cell that is a power generation unit. As a reaction for producing hydrogen using a reformer, “steam reforming” in which hydrogen is produced by reacting a hydrocarbon and steam at a high temperature is widely used. Hydrocarbon and water vapor are supplied to the reformer so that the power required by the load connected to the fuel cell and the hydrogen gas necessary for the fuel cell to generate the power are balanced. The

燃料電池に接続された負荷の消費電力が増加または減少した場合、改質器に供給する炭化水素の量を加減させて、改質器における水素の製造量を加減させる必要がある。しかしながら、改質反応は、水素発生量を瞬時に加減できるほど速くはない（非特許文献１参照）。このため、負荷電力が急変した場合に、改質器における水素の製造量の加減制御を、その負荷電力の変化に追随させることは困難である。例えば、負荷電力が急増した場合は、セルで必要となる水素ガス量が不足するため、燃料電池が必要な電力を供給できなくなる。逆に、負荷電力が急減した場合は、改質器で製造した水素ガスが余ってしまい、改質器への炭化水素の供給量とのバランスが崩れる。   When the power consumption of the load connected to the fuel cell increases or decreases, it is necessary to increase or decrease the amount of hydrocarbons supplied to the reformer to increase or decrease the amount of hydrogen produced in the reformer. However, the reforming reaction is not fast enough to instantaneously adjust the hydrogen generation amount (see Non-Patent Document 1). For this reason, when the load power changes suddenly, it is difficult to follow the change in the load power in the control of the hydrogen production amount in the reformer. For example, when the load power increases rapidly, the amount of hydrogen gas required in the cell is insufficient, so that the fuel cell cannot supply the necessary power. On the other hand, when the load power is suddenly reduced, the hydrogen gas produced by the reformer is surplus, and the balance with the amount of hydrocarbons supplied to the reformer is lost.

上記のような燃料電池を用いた電源システムにおいて、改質器が負荷変動に追随できなくなったり、製造した水素ガスが余ったりする状態で無理に運転を行うと、システムに搭載されている保護機能が働き、燃料電池による給電動作が停止する場合がある。したがって、電源システムにおいては、大きな負荷変動をそのまま燃料電池に負担させないような運転を行うことが重要である。   In a power supply system using a fuel cell as described above, if the reformer cannot keep up with load fluctuations or if it is forced to operate with excess hydrogen gas produced, the protection function installed in the system May cause the power feeding operation by the fuel cell to stop. Therefore, in the power supply system, it is important to perform an operation so that a large load fluctuation is not directly imposed on the fuel cell.

ところで、燃料電池を自立型電源として用いる場合、燃料電池を起動させるための電源が必要であり、また、燃料を電源システム内に備えている必要がある。最近では、蓄電池を起動用の電源として使用し、純水素やブタンガスなどの燃料を搭載する携帯型電源システムが開発されている。この携帯型電源システムでは、燃料電池セルや蓄電池、電力変換装置、制御装置、燃料ボンベ、燃料ガス供給配管、吸気・排気用ファン、冷却水・給水用配管等が筐体内に収納される。
平成１９年度電気関係学会吸収支部連合大会、講演予稿集、ｐｐ．３０７，０５−２Ａ−１０ By the way, when a fuel cell is used as a self-supporting power source, a power source for starting the fuel cell is required, and fuel must be provided in the power supply system. Recently, a portable power supply system has been developed that uses a storage battery as a starting power source and is equipped with a fuel such as pure hydrogen or butane gas. In this portable power supply system, a fuel cell, a storage battery, a power converter, a control device, a fuel cylinder, a fuel gas supply pipe, an intake / exhaust fan, a cooling water / water supply pipe, and the like are housed in a casing.
2007 Annual Meeting of the Society of Electrical Engineers of Japan Absorption Branch, Proceedings of Lectures, pp. 307,05-2A-10

しかしながら、上述の携帯型電源システムには、以下のような問題がある。   However, the above-described portable power supply system has the following problems.

燃料ボンベとして水素ボンベを筐体内に収納した携帯型電源システムにおいては、純水素が水素ボンベから燃料電池へ直接供給されるため、改質器は必要ない。このように、改質器が必要ないため、起動時間が短く、起動時の電源となる蓄電池の容量を小さくできる。加えて、大きな負荷変動に対する燃料電池の追随性も比較的良好である。しかしながら、水素１分子は水素原子が２個しかなく、また、水素は圧縮しても常温では液化しにくいことから、水素ボンベから燃料電池へ供給される純水素の単位体積当たりのエネルギー密度は小さい。また、携帯性を考慮すると、大容量の水素ボンベをシステムに搭載することは好ましくない。このようなことから、燃料電池の発電能力および給電可能な時間に制限がある、という問題がある。例えば、商品化実績のある定格出力１ｋＷの電源システムを提供する場合で、１５０気圧に圧縮した容積１０ｌ（リットル）の水素ボンベ２本を搭載した場合は、１ｋＷの出力で、約３時間程度の運転しか行うことができない。   In a portable power supply system in which a hydrogen cylinder is housed in a casing as a fuel cylinder, a reformer is not necessary because pure hydrogen is directly supplied from the hydrogen cylinder to the fuel cell. Thus, since the reformer is not necessary, the startup time is short, and the capacity of the storage battery serving as the power source at the startup can be reduced. In addition, the followability of the fuel cell against large load fluctuations is relatively good. However, since one hydrogen molecule has only two hydrogen atoms and hydrogen is difficult to liquefy at room temperature even when compressed, the energy density per unit volume of pure hydrogen supplied from the hydrogen cylinder to the fuel cell is small. . In consideration of portability, it is not preferable to install a large-capacity hydrogen cylinder in the system. For this reason, there is a problem that the power generation capacity of the fuel cell and the power supply time are limited. For example, when providing a power supply system with a rated output of 1 kW that has been commercialized and equipped with two hydrogen cylinders with a volume of 10 l (liter) compressed to 150 atm, the output of 1 kW is about 3 hours. You can only drive.

一方、炭化水素（プロパンガスやブタンガス、灯油等）を燃料として用いる場合、１分子当たりの水素原子は、例えば、プロパン（Ｃ3Ｈ8）で８個、ブタン（Ｃ4Ｈ10）で１０個であり、また圧縮により常温でも液化しやすいことから、単位体積当たりのエネルギー密度は大きい。灯油についても、液体燃料であることからエネルギー密度は大きい。したがって、このような炭化水素の燃料から改質反応により水素を生成して燃料電池に供給する携帯型電源システムにおいては、燃料電池へ供給される水素の単位体積当たりのエネルギー密度が大きいので、上記のような燃料電池の発電能力や給電可能時間の制限は緩和される。しかしながら、改質反応を利用するため、負荷変動への追随性があまりよくない、という問題がある。加えて、改質反応が吸熱反応であることから、改質器を数百度以上の温度に保つ必要があり、燃料電池の起動に時間がかかる、という問題がある。 On the other hand, when hydrocarbons (propane gas, butane gas, kerosene, etc.) are used as fuel, the number of hydrogen atoms per molecule is, for example, 8 for propane (C 3 H 8 ) and 10 for butane (C 4 H 10 ). In addition, since it is easily liquefied even at room temperature by compression, the energy density per unit volume is large. Kerosene also has a high energy density because it is a liquid fuel. Therefore, in a portable power supply system that generates hydrogen from a hydrocarbon fuel by a reforming reaction and supplies it to the fuel cell, the energy density per unit volume of hydrogen supplied to the fuel cell is large. The restrictions on the power generation capacity and power supply time of the fuel cell are relaxed. However, since the reforming reaction is used, there is a problem that followability to load fluctuation is not so good. In addition, since the reforming reaction is an endothermic reaction, it is necessary to keep the reformer at a temperature of several hundred degrees or more, and there is a problem that it takes time to start the fuel cell.

なお、非特許文献１には、急激な負荷変動に燃料電池が追随できない問題の対策として、改質反応を伴わない蓄電池（電気二重層キャパシタ）と燃料電池とを併用する構成が開示されている。この構成によれば、蓄電池と燃料電池が並列に接続された並列回路により負荷への給電が行われ、負荷電力と燃料電池の出力との差分を蓄電池の充放電により相殺する。   Non-Patent Document 1 discloses a configuration in which a storage battery (electric double layer capacitor) that does not involve a reforming reaction and a fuel cell are used together as a countermeasure against a problem that the fuel cell cannot follow a sudden load fluctuation. . According to this configuration, power is supplied to the load by the parallel circuit in which the storage battery and the fuel cell are connected in parallel, and the difference between the load power and the output of the fuel cell is offset by charging and discharging of the storage battery.

しかし、非特許文献１に記載の構成では、蓄電池の残存容量によっては、負荷電力と燃料電池の出力との差分を相殺するための蓄電池の充放電動作を適正に実行できなくなる場合がある。   However, in the configuration described in Non-Patent Document 1, depending on the remaining capacity of the storage battery, the charge / discharge operation of the storage battery for canceling the difference between the load power and the output of the fuel cell may not be performed properly.

例えば、燃料電池の出力電力値が負荷電力値より小さい場合で、その差分を蓄電池の放電により相殺する場合において、蓄電池の残存容量が少ない場合（例えば、満充電容量に対する残存容量の比率が１０％である場合）は、蓄電池の放電開始後、短時間で残存容量が０％に達してしまい、放電による電力供給ができなくなってしまう。この場合は、燃料電池からの電力だけで給電を行うことになり、上述の負荷変動への追随性の問題を生じる。   For example, when the output power value of the fuel cell is smaller than the load power value and the difference is canceled by the discharge of the storage battery, the remaining capacity of the storage battery is small (for example, the ratio of the remaining capacity to the full charge capacity is 10%) In this case, the remaining capacity reaches 0% in a short time after the start of discharging of the storage battery, and it becomes impossible to supply power by discharging. In this case, power supply is performed only with the electric power from the fuel cell, and the problem of followability to the load fluctuation described above occurs.

また、燃料電池の出力電力値が負荷電力値より大きい場合は、その差分電力に応じた電流により蓄電池への充電が行われる。この場合、蓄電池が満充電状態になっていると、蓄電池への充電は行われず、電力が無駄に消費されることになる。   When the output power value of the fuel cell is larger than the load power value, the storage battery is charged with a current corresponding to the difference power. In this case, if the storage battery is in a fully charged state, the storage battery is not charged and power is wasted.

また、最近では、改質反応を用いることなく、メタノールを液体のまま燃料電池の燃料として用いるダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）も研究されている。しかし、このＤＭＦＣにおいては、水素を用いる燃料電池と比べて、電気化学的な反応性が低いことから、出力密度が、水素を用いる燃料電池よりも小さい、という問題がある。   Recently, a direct methanol fuel cell (DMFC) that uses methanol as a fuel for a fuel cell without using a reforming reaction has been studied. However, this DMFC has a problem that its output density is smaller than that of a fuel cell using hydrogen because it has lower electrochemical reactivity than a fuel cell using hydrogen.

本発明の目的は、上記問題を解決し、負荷が大きく急変した場合でも円滑な運転が可能な携帯型電源システムを提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a portable power supply system capable of smooth operation even when the load changes greatly.

上記目的を達成するため、本発明は、並列に接続された燃料電池および蓄電池と、これら燃料電池および蓄電池の動作を制御する制御装置とを有する携帯型電源システムにおいて、上記制御装置が、当該携帯型電源システムの起動後、上記燃料電池が給電可能な状態になるまでの間は、負荷への給電を上記蓄電池からの放電電力により行わせ、上記燃料電池が給電可能な状態となると、上記燃料電池の出力を増加させるとともに、該増加によって上記燃料電池の出力が上記負荷により消費される負荷電力に達する際の上記蓄電池の残存容量を予め演算により求め、上記残存容量が規定値より大きい場合は、増加させる上記燃料電池の出力の上限値を上記負荷電力よりも小さい値に設定し、上記残存容量が上記規定値より小さい場合は、増加させる上記燃料電池の出力の上限値を上記負荷電力よりも大きい値に設定し、上記燃料電池の出力が上記上限値に達すると、上記蓄電池の残存容量が上記規定値に達するまで、上記上限値で上記燃料電池の出力を維持する、ことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a portable power supply system having a fuel cell and a storage battery connected in parallel, and a control device for controlling the operation of the fuel cell and the storage battery. After the start of the power supply system, until the fuel cell is in a state where power can be supplied, power is supplied to the load by the discharge power from the storage battery, and when the fuel cell is in a state where power can be supplied, the fuel cell When the battery output is increased and the remaining capacity of the storage battery is calculated in advance when the output of the fuel cell reaches the load power consumed by the load due to the increase, and the remaining capacity is greater than a specified value If the upper limit value of the output of the fuel cell to be increased is set to a value smaller than the load power and the remaining capacity is smaller than the specified value, it is increased. When the upper limit value of the output of the fuel cell is set to a value larger than the load power and the output of the fuel cell reaches the upper limit value, the upper limit value is increased until the remaining capacity of the storage battery reaches the specified value. And maintaining the output of the fuel cell.

本発明によれば、システム起動後、燃料電池が給電可能な状態になるまでの間は、蓄電池による負荷への給電が行われる。これにより、システム起動後、負荷への給電を直ぐに開始することができる。   According to the present invention, power is supplied to the load by the storage battery until the fuel cell becomes ready for power supply after the system is started. Thereby, the power supply to the load can be started immediately after the system is started.

また、改質反応を伴わない蓄電池と燃料電池とを並列に接続したことで、負荷電力と燃料電池の出力との差分が蓄電池の充放電により相殺される。これにより、負荷電力が急激に大きく変動した場合における燃料電池の追随性の問題を解決することができる。   Moreover, the difference between the load power and the output of the fuel cell is offset by the charge / discharge of the storage battery by connecting the storage battery and the fuel cell not accompanied by the reforming reaction in parallel. Thereby, the problem of the followability of the fuel cell when the load power fluctuates greatly can be solved.

さらに、蓄電池の残存容量が規定値となるように制御されるので、負荷電力と燃料電池の出力との差分を相殺する際の蓄電池の充放電動作を適正に実行することができる。   Furthermore, since the remaining capacity of the storage battery is controlled so as to become a specified value, the charge / discharge operation of the storage battery when canceling the difference between the load power and the output of the fuel cell can be properly executed.

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の一実施形態である携帯型電源システムの構成を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a portable power supply system according to an embodiment of the present invention.

図１を参照すると、携帯型電源システム１は筐体１６を備え、固体高分子形の燃料電池２、改質器３、プロパンガスボンベ４、水タンク５、蓄電装置７、電力変換装置１０、および制御装置１１が筐体１６内に格納されている。携帯型電源システム１の定格容量は、設計に応じて適宜に設定することが可能であるが、ここでは、１ｋＷと仮定する。なお、実際には、水循環用のポンプや、吸気、排気用のブロワ、安全装置等も筐体１６内に格納されるが、説明を簡略化するために、ここではその説明は省略する。   Referring to FIG. 1, a portable power supply system 1 includes a housing 16, and includes a solid polymer fuel cell 2, a reformer 3, a propane gas cylinder 4, a water tank 5, a power storage device 7, a power conversion device 10, and The control device 11 is stored in the housing 16. The rated capacity of the portable power supply system 1 can be set as appropriate according to the design, but here it is assumed to be 1 kW. In practice, a pump for water circulation, a blower for intake and exhaust, a safety device, and the like are also stored in the housing 16, but the description thereof is omitted here for the sake of simplicity.

蓄電装置７は、ニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）型の蓄電池８と充放電器９からなる。充放電器９は、蓄電池８への充電および蓄電池８からの放電を行わせるものであって、充放電電流を検出する機能を備えている。蓄電装置７の出力は、電力変換装置１０に供給されている。   The power storage device 7 includes a nickel hydrogen (Ni-MH) type storage battery 8 and a charger / discharger 9. The charger / discharger 9 charges the storage battery 8 and discharges from the storage battery 8 and has a function of detecting a charge / discharge current. The output of the power storage device 7 is supplied to the power conversion device 10.

改質器３は、ガスバルブ６を備えたガス配管を通じてプロパンガスボンベ４に接続され、配水管を通じて水タンク５に接続されている。改質器３においては、プロパンガスボンベ４から供給されたプロパンガスと水タンク５から供給された水を加熱することで得られる水蒸気との改質反応により、水素が生成される。この生成された水素は、改質器３から燃料電池２に供給される。   The reformer 3 is connected to a propane gas cylinder 4 through a gas pipe having a gas valve 6 and is connected to a water tank 5 through a water distribution pipe. In the reformer 3, hydrogen is generated by a reforming reaction between propane gas supplied from the propane gas cylinder 4 and water vapor obtained by heating the water supplied from the water tank 5. The generated hydrogen is supplied from the reformer 3 to the fuel cell 2.

燃料電池２内への吸気を行うための吸気口１７および燃料電池２内からの排気を行うための排気口１８が、筐体１６に設けられている。燃料電池２では、改質器３から供給された水素が吸気口１７から取り込まれた空気中の酸素と反応する。この反応により、発電が行われる。燃料電池２で発電する電力は直流である。燃料電池２の出力は、電力変換装置１０に供給されている。   An intake port 17 for taking air into the fuel cell 2 and an exhaust port 18 for exhausting air from the fuel cell 2 are provided in the housing 16. In the fuel cell 2, hydrogen supplied from the reformer 3 reacts with oxygen in the air taken in from the intake port 17. Power is generated by this reaction. The electric power generated by the fuel cell 2 is direct current. The output of the fuel cell 2 is supplied to the power converter 10.

電力変換装置１０は、燃料電池２および蓄電装置７の各出力を、負荷に適合した直流または交流の電圧値や電力値に変換する。電力変換装置１０により負荷への給電を行う。ここでは、交流負荷である負荷１２、１３が電力変換装置１０に接続されており、電力変換装置１０は、直流を交流に変換するインバータよりなる。   The power conversion device 10 converts each output of the fuel cell 2 and the power storage device 7 into a DC or AC voltage value or power value suitable for the load. The power converter 10 supplies power to the load. Here, loads 12 and 13 that are alternating current loads are connected to the power conversion device 10, and the power conversion device 10 includes an inverter that converts direct current into alternating current.

燃料電池２は、蓄電池８に接続されており、燃料電池２の発電電力で蓄電池８を充電できる。蓄電池８の放電電力は、電力変換装置１０を介して負荷１２、１３に供給される。充放電器９により蓄電池８の充放電電流を計測し、その電流値の時間積分に基づいて、蓄電池８の残存容量を計算することができる。   The fuel cell 2 is connected to the storage battery 8 and can charge the storage battery 8 with the generated power of the fuel cell 2. Discharged power of the storage battery 8 is supplied to the loads 12 and 13 via the power converter 10. The charge / discharge current of the storage battery 8 is measured by the charger / discharger 9, and the remaining capacity of the storage battery 8 can be calculated based on the time integration of the current value.

制御装置１１は、信号・制御線１５を通じて、燃料電池２、改質器３、蓄電装置７、電力変換装置１０およびガスバルブ６のそれぞれと接続されている。制御装置１１は、燃料電池２、改質器３、蓄電装置７、電力変換装置１０およびガスバルブ６の各動作を制御し、それぞれの動作状態を監視する。   The control device 11 is connected to each of the fuel cell 2, the reformer 3, the power storage device 7, the power conversion device 10, and the gas valve 6 through a signal / control line 15. The control device 11 controls each operation of the fuel cell 2, the reformer 3, the power storage device 7, the power conversion device 10, and the gas valve 6 and monitors each operation state.

具体的には、制御装置１１は、ガスバルブ６の開閉量を制御することにより、プロパンガスボンベ４から改質器３へのプロパンガスの供給量を調整する。このプロパンガスの供給量調整により、改質反応による水素の生成量を制御することができ、改質器３から燃料電池２への水素の供給量を調整することができる。燃料電池２の出力電力の大きさと改質器３からの水素供給量とは比例関係にあるので、制御装置１１が水素供給量を制御することにより、燃料電池２の出力電力の大きさを制御することができる。   Specifically, the control device 11 adjusts the supply amount of propane gas from the propane gas cylinder 4 to the reformer 3 by controlling the opening / closing amount of the gas valve 6. By adjusting the supply amount of propane gas, the amount of hydrogen generated by the reforming reaction can be controlled, and the supply amount of hydrogen from the reformer 3 to the fuel cell 2 can be adjusted. Since the magnitude of the output power of the fuel cell 2 and the hydrogen supply amount from the reformer 3 are in a proportional relationship, the control device 11 controls the magnitude of the output power of the fuel cell 2 by controlling the hydrogen supply amount. can do.

また、制御装置１１は、改質器３から燃料電池２への水素供給量や、燃料電池２の温度などに基づいて、燃料電池２が給電可能な状態になったか否かを判定する。温度センサが燃料電池２に取り付けられており、制御装置１１は、その温度センサの出力に基づいて燃料電池２の温度を測定する。また、圧力センサが改質器３の水素供給路に設けられており、制御装置１１は、その圧力センサの出力に基づいて水素供給量を計算する。   In addition, the control device 11 determines whether or not the fuel cell 2 is in a power supply enabled state based on the amount of hydrogen supplied from the reformer 3 to the fuel cell 2, the temperature of the fuel cell 2, and the like. A temperature sensor is attached to the fuel cell 2, and the control device 11 measures the temperature of the fuel cell 2 based on the output of the temperature sensor. Further, a pressure sensor is provided in the hydrogen supply path of the reformer 3, and the control device 11 calculates the hydrogen supply amount based on the output of the pressure sensor.

また、制御装置１１は、燃料電池２が起動してから給電可能な状態になるまでの間は、負荷１２、１３への給電を蓄電池８からの放電により行わせ、燃料電池２が給電可能な状態となった時点で、燃料電池２の出力を増加させるとともに、その燃料電池２の出力が負荷電力（平均値）に達する時点における蓄電池８の残存容量を予め演算により算出する。そして、制御装置１１は、残存容量の演算値（予測値）と規定値との大小関係に基づいて、増加させる燃料電池２の出力の上限値を設定する。具体的には、予測値が規定値よりも大きくなる場合は、制御装置１１は、上限値を負荷電力よりも小さい値に設定する。予測値が規定値以下の場合は、制御装置１１は、上限値を負荷電力よりも大きい値に設定する。   In addition, the control device 11 supplies power to the loads 12 and 13 by discharging from the storage battery 8 until the fuel cell 2 can supply power after the fuel cell 2 is activated until the power can be supplied. When the state is reached, the output of the fuel cell 2 is increased, and the remaining capacity of the storage battery 8 when the output of the fuel cell 2 reaches the load power (average value) is calculated in advance. Then, the control device 11 sets the upper limit value of the output of the fuel cell 2 to be increased based on the magnitude relationship between the calculated value (predicted value) of the remaining capacity and the specified value. Specifically, when the predicted value becomes larger than the specified value, the control device 11 sets the upper limit value to a value smaller than the load power. When the predicted value is less than or equal to the specified value, the control device 11 sets the upper limit value to a value larger than the load power.

燃料電池２の出力が上限値に達した後は、制御装置１１は、蓄電池８の残存容量が規定値になるまで、燃料電池２の出力をその上限値で維持させる。この状態において、負荷電力値と燃料電池２の出力との差分が蓄電池８の充放電により相殺される。具体的には、燃料電池２の出力（上限値）が負荷電力より大きい場合は、その差分電力により蓄電池８への充電が行われる。反対に、燃料電池２の出力（上限値）が負荷電力より小さい場合は、その差分電力が蓄電池８からの放電により補われる。なお、燃料電池２の出力線には、電圧計および電流計が設けられており、制御装置１１は、それら電圧計および電流計を通じて燃料電池２の電圧・電流を測定し、その測定結果に基づいて燃料電池２の出力値を計算できる。   After the output of the fuel cell 2 reaches the upper limit value, the control device 11 maintains the output of the fuel cell 2 at the upper limit value until the remaining capacity of the storage battery 8 reaches a specified value. In this state, the difference between the load power value and the output of the fuel cell 2 is offset by the charge / discharge of the storage battery 8. Specifically, when the output (upper limit value) of the fuel cell 2 is larger than the load power, the storage battery 8 is charged with the differential power. On the contrary, when the output (upper limit value) of the fuel cell 2 is smaller than the load power, the difference power is supplemented by the discharge from the storage battery 8. The output line of the fuel cell 2 is provided with a voltmeter and an ammeter, and the control device 11 measures the voltage / current of the fuel cell 2 through the voltmeter and ammeter, and based on the measurement result. Thus, the output value of the fuel cell 2 can be calculated.

蓄電池８の残存容量が規定値に達した時点で、制御装置１１は、燃料電池２の出力値が負荷電力と同じ値となるように制御する。この後、制御装置１１は、単位時間当たりの負荷変動を監視し、その負荷変動値に応じて、燃料電池２および蓄電装置７の動作を制御する。負荷変動値は、例えば、電力変換装置１０の出力電圧を測定し、その測定結果に基づいて計算することができる。   When the remaining capacity of the storage battery 8 reaches a specified value, the control device 11 performs control so that the output value of the fuel cell 2 becomes the same value as the load power. Thereafter, the control device 11 monitors the load fluctuation per unit time, and controls the operations of the fuel cell 2 and the power storage device 7 according to the load fluctuation value. For example, the load fluctuation value can be calculated based on the measurement result obtained by measuring the output voltage of the power converter 10.

具体的には、負荷変動値が閾値以下の場合は、制御装置１１は、燃料電池２からの出力のみで負荷１２、１３への給電を行わせる。この制御では、例えば、蓄電池８から電力変換装置１０への出力線に設けられたスイッチ回路をオフ状態とすることで、燃料電池２のみによる給電動作を行うことができる。   Specifically, when the load fluctuation value is equal to or less than the threshold value, the control device 11 causes power supply to the loads 12 and 13 using only the output from the fuel cell 2. In this control, for example, a power feeding operation using only the fuel cell 2 can be performed by turning off a switch circuit provided on an output line from the storage battery 8 to the power converter 10.

また、負荷変動値が閾値を超えた場合は、制御装置１１は、燃料電池２および蓄電池８を並列に接続した状態で負荷１２、１３への給電を行わせる。この制御では、上記のスイッチ回路をオン状態とすることで、燃料電池２および蓄電池８を併用した給電動作を行うことができる。この給電動作によれば、燃料電池２の出力と負荷電力の差分が、蓄電池８の充放電により相殺される。   Further, when the load fluctuation value exceeds the threshold value, the control device 11 supplies power to the loads 12 and 13 in a state where the fuel cell 2 and the storage battery 8 are connected in parallel. In this control, the power supply operation using both the fuel cell 2 and the storage battery 8 can be performed by turning the switch circuit on. According to this power feeding operation, the difference between the output of the fuel cell 2 and the load power is offset by charging / discharging of the storage battery 8.

なお、負荷変動値の閾値は、燃料電池からの出力のみで追随できる範囲を規定するための値であり、適宜に設定することができる。   Note that the threshold value of the load fluctuation value is a value for defining a range that can be followed only by the output from the fuel cell, and can be set as appropriate.

また、予測値が規定値と同じ場合は、制御装置１１は、増加させる燃料電池２の出力の上限値を負荷電力値に設定してもよい。この場合は、上述した上限値での一定出力の制御は行われない。   When the predicted value is the same as the specified value, the control device 11 may set the upper limit value of the output of the fuel cell 2 to be increased to the load power value. In this case, the constant output control at the above-described upper limit value is not performed.

次に、本実施形態の携帯型電源システムの動作について説明する。   Next, the operation of the portable power supply system of this embodiment will be described.

図２は、図１に示した携帯型電源システム１の制御方法を説明するためのフローチャートである。この例では、蓄電池８の残存容量の規定値を６０％（満充電容量に対する残存容量の比率）としている。規定値を６０％に定めた理由は、単位時間当たりの負荷変動が大きくなった場合への備えとして、蓄電池８の充放電が可能な容量の幅を広くしておくためである。   FIG. 2 is a flowchart for explaining a control method of portable power supply system 1 shown in FIG. In this example, the specified value of the remaining capacity of the storage battery 8 is 60% (the ratio of the remaining capacity to the full charge capacity). The reason why the specified value is set to 60% is that the capacity of the storage battery 8 that can be charged / discharged is widened in preparation for the case where the load fluctuation per unit time becomes large.

図２を参照すると、ステップＳ１０１で、携帯型電源システム１は停止状態にある。ステップＳ１０２で、制御装置１１は、携帯型電源システム１の運転スイッチがオンされたことを検知すると、蓄電池８へ制御信号を送信する。蓄電池８は、制御装置１１からの制御信号に従って、携帯型電源システム１内の電力変換装置１０や制御装置１１等の装置類や、ポンプ、ブロワ等の補器類へ起動電力を供給する（ステップＳ１０３）。   Referring to FIG. 2, in step S101, the portable power supply system 1 is in a stopped state. In step S <b> 102, the control device 11 transmits a control signal to the storage battery 8 when detecting that the operation switch of the portable power supply system 1 is turned on. The storage battery 8 supplies starting power to devices such as the power conversion device 10 and the control device 11 in the portable power supply system 1 and auxiliary devices such as a pump and a blower in accordance with a control signal from the control device 11 (step). S103).

次に、制御装置１１は、蓄電池８による負荷への給電が可能であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。このステップＳ１０４では、制御装置１１は、蓄電池８からの電力により各装置類が正常に稼動しているか否かを調べる。装置類のいずれか１つでも正常に起動されていない場合は、ステップＳ１０３の処理に戻る。   Next, the control device 11 determines whether power can be supplied to the load by the storage battery 8 (step S104). In step S <b> 104, the control device 11 checks whether or not each device is operating normally with the electric power from the storage battery 8. If any one of the devices has not been activated normally, the process returns to step S103.

ステップＳ１０４で、全ての装置類が正常に起動されたことが確認されると、制御装置１１は、蓄電池８に対して負荷への給電動作を行わせる（ステップＳ１０５）。そして、制御装置１１は、燃料電池２が給電可能な状態になったか否かを判定する（ステップＳ１０６）。   When it is confirmed in step S104 that all devices have been normally activated, the control device 11 causes the storage battery 8 to perform a power feeding operation to the load (step S105). Then, the control device 11 determines whether or not the fuel cell 2 is in a state where power can be supplied (step S106).

燃料電池２が給電可能な状態になっていない場合は、ステップＳ１０５の処理に戻る。燃料電池２が給電可能な状態になった場合は、制御装置１１は、燃料電池２の出力を増加させ（ステップＳ１０７）、燃料電池２の出力が負荷電力（平均値）に達する時点における蓄電池８の残存容量を予測して、その予測値と規定値（６０％）との大小関係を調べる（ステップＳ１０８）。ここでは、燃料電池２の出力を直線的に増加させるものとするが、残存容量を予測できるのであれば、燃料電池２の出力はどのように増加してもよい。   If the fuel cell 2 is not in a state where power can be supplied, the process returns to step S105. When the fuel cell 2 is in a power supply enabled state, the control device 11 increases the output of the fuel cell 2 (step S107), and the storage battery 8 at the time when the output of the fuel cell 2 reaches the load power (average value). The remaining capacity is predicted, and the magnitude relationship between the predicted value and the specified value (60%) is examined (step S108). Here, the output of the fuel cell 2 is linearly increased. However, the output of the fuel cell 2 may be increased as long as the remaining capacity can be predicted.

ステップＳ１０８において、予測値が６０％よりも大きくなる場合は、制御装置１１は、上限値を負荷電力よりも小さい値に設定する（ステップＳ１０９）。予測値が６０％以下の場合は、制御装置１１は、上限値を負荷電力よりも大きい値に設定する（ステップＳ１１０）。   In step S108, when the predicted value becomes larger than 60%, the control device 11 sets the upper limit value to a value smaller than the load power (step S109). When the predicted value is 60% or less, the control device 11 sets the upper limit value to a value larger than the load power (step S110).

燃料電池２の出力がステップＳ１０９またはステップＳ１１０で設定した上限値に達した後は、制御装置１１は、燃料電池２の出力をその上限値で維持させる（ステップＳ１１１）。   After the output of the fuel cell 2 reaches the upper limit value set in step S109 or step S110, the control device 11 maintains the output of the fuel cell 2 at the upper limit value (step S111).

次に、制御装置１１は、蓄電池８の残存容量が６０％に達したか否かを判定する（ステップＳ１１２）。蓄電池８の残存容量が６０％に達していない場合は、ステップＳ１１１の処理に戻る。蓄電池８の残存容量が６０％に達した場合は、制御装置１１は、燃料電池２の出力値が負荷電力と同じ値となるように制御するとともに、単位時間当たりの負荷変動を監視し、その負荷変動が燃料電池２からの出力のみで追随できる範囲である否かを判定する（ステップＳ１１３）。具体的には、負荷変動が閾値以下の場合は、燃料電池２からの出力のみで追随できると判定され、それ以外は、燃料電池２からの出力のみでは追随できないと判定される。   Next, the control device 11 determines whether or not the remaining capacity of the storage battery 8 has reached 60% (step S112). If the remaining capacity of the storage battery 8 has not reached 60%, the process returns to step S111. When the remaining capacity of the storage battery 8 reaches 60%, the control device 11 controls the output value of the fuel cell 2 to be the same value as the load power and monitors the load fluctuation per unit time. It is determined whether or not the load fluctuation is within a range that can be followed only by the output from the fuel cell 2 (step S113). Specifically, when the load fluctuation is equal to or less than the threshold value, it is determined that the output can be followed only by the output from the fuel cell 2, and otherwise, it is determined that the output cannot be followed only by the output from the fuel cell 2.

ステップＳ１１３で、燃料電池２からの出力のみで追随できると判定した場合は、制御装置１１は、燃料電池２のみよる負荷への給電動作を行わせる（ステップＳ１１４）。その後、制御装置１１は、負荷への給電を停止するための入力がなされた否かを確認する（ステップＳ１１５）。負荷への給電停止の入力がなされていない場合は、ステップＳ１１３の処理に戻る。負荷への給電停止の入力がなされた場合は、後述のステップＳ１２０の処理に移行する。   If it is determined in step S113 that only the output from the fuel cell 2 can follow, the control device 11 performs a power feeding operation to the load only by the fuel cell 2 (step S114). Thereafter, the control device 11 checks whether or not an input for stopping power supply to the load has been made (step S115). If the power supply stop to the load has not been input, the process returns to step S113. When an input for stopping power supply to the load is made, the process proceeds to step S120 described later.

ステップＳ１１３で、燃料電池２からの出力のみでは追随できないと判定した場合は、制御装置１１は、燃料電池２および蓄電池８を並列に接続した状態で負荷への給電を行わせる（ステップＳ１１６）。そして、制御装置１１は、負荷の平均電力を監視し、その平均電力が増加または減少したか否かを判定する（ステップＳ１１７）。   If it is determined in step S113 that the output cannot be followed only by the output from the fuel cell 2, the control device 11 causes the load to be supplied with the fuel cell 2 and the storage battery 8 connected in parallel (step S116). And the control apparatus 11 monitors the average electric power of load, and determines whether the average electric power increased or decreased (step S117).

ステップＳ１１７で、負荷の平均電力が増加または減少していないと判定した場合は、ステップＳ１１３の処理に戻る。ステップＳ１１７で、負荷の平均電力が増加または減少したと判定した場合は、制御装置１１は、変動する負荷の平均電力に応じて燃料電池２の出力を増加または減少させる（ステップＳ１１８）。その後、制御装置１１は、負荷への給電を停止するための入力がなされた否かを確認する（ステップＳ１１９）。   If it is determined in step S117 that the average power of the load has not increased or decreased, the process returns to step S113. If it is determined in step S117 that the average power of the load has increased or decreased, the control device 11 increases or decreases the output of the fuel cell 2 according to the changing average power of the load (step S118). Thereafter, the control device 11 confirms whether or not an input for stopping power supply to the load has been made (step S119).

ステップＳ１１９で、負荷への給電停止の入力がなされていない場合は、ステップＳ１１３の処理に戻る。負荷への給電停止の入力がなされた場合は、以下のステップＳ１２０の処理に移行する。   If it is determined in step S119 that the power supply stop to the load has not been input, the process returns to step S113. When an input for stopping power supply to the load is made, the process proceeds to the following step S120.

ステップＳ１２０では、制御装置１１は、蓄電池８を充電するか否かを判定する（ステップＳ１２０）。この判定では、蓄電池８の残存容量が所定の容量に達しているか否かを調べる。蓄電池８の残存容量が所定の容量に達している場合は、充電不要と判定される。蓄電池８の残存容量が所定の容量に達していない場合は、充電を行う必要があると判定される。   In step S120, the control apparatus 11 determines whether the storage battery 8 is charged (step S120). In this determination, it is checked whether or not the remaining capacity of the storage battery 8 has reached a predetermined capacity. When the remaining capacity of the storage battery 8 has reached a predetermined capacity, it is determined that charging is unnecessary. When the remaining capacity of the storage battery 8 does not reach a predetermined capacity, it is determined that charging is necessary.

充電を行う必要がある場合は、制御装置１１は、充放電器９を制御して充電池８への充電を行わせる（ステップＳ１２１）。そして、制御装置１１は、蓄電池８の残存容量が所定の容量に達しているか否かを調べる（ステップＳ１２２）。蓄電池８の残存容量が所定の容量に達していない場合は、ステップＳ１２１の処理に戻る。   When it is necessary to perform charging, the control device 11 controls the charger / discharger 9 to charge the rechargeable battery 8 (step S121). Then, the control device 11 checks whether or not the remaining capacity of the storage battery 8 has reached a predetermined capacity (step S122). If the remaining capacity of the storage battery 8 has not reached the predetermined capacity, the process returns to step S121.

ステップＳ１２０にて充電不要と判定された場合、または、ステップＳ１２２にて蓄電池８の残存容量が所定の容量に達していると判定された場合において、制御装置１１は、システムの運転スイッチがオフされたことを検知すると（ステップＳ１２３）、蓄電池８へ制御信号を送信する。蓄電池８は、制御装置１１からの制御信号に従って、携帯型電源システム１内の装置類への電力供給を停止する（ステップＳ１２４）。   When it is determined in step S120 that charging is not required, or when it is determined in step S122 that the remaining capacity of the storage battery 8 has reached a predetermined capacity, the control device 11 turns off the system operation switch. When it is detected (step S123), a control signal is transmitted to the storage battery 8. The storage battery 8 stops the power supply to the devices in the portable power supply system 1 according to the control signal from the control device 11 (step S124).

なお、ステップＳ１０８、Ｓ１１０の処理において、予測値が規定値と同じ場合は、制御装置１１は、増加させる燃料電池２の出力の上限値を負荷電力値に設定してもよい。この場合は、ステップＳ１１１、Ｓ１１２の処理は行わずに、ステップＳ１１３の処理が行われる。   In the processes of steps S108 and S110, when the predicted value is the same as the specified value, the control device 11 may set the upper limit value of the output of the fuel cell 2 to be increased as the load power value. In this case, the process of step S113 is performed without performing the process of steps S111 and S112.

上述した制御方法によれば、システム起動後、燃料電池２が給電可能な状態になるまでの間は、蓄電池８による負荷への給電が行われる。よって、システム起動後、負荷への給電を直ぐに開始することができる。   According to the control method described above, power is supplied to the load by the storage battery 8 until the fuel cell 2 is in a state where power can be supplied after the system is started. Therefore, power supply to the load can be started immediately after the system is started.

また、ステップＳ１１３にて、負荷変動が燃料電池２からの出力のみでは追随できないと判定された場合は、ステップＳ１１６にて、改質反応を伴わない蓄電池８と燃料電池２とを併用して負荷への給電が行われ、負荷電力と燃料電池の出力との差分が蓄電池の充放電により相殺される。これにより、負荷電力が急激に大きく変動した場合における燃料電池２の追随性の問題を解決することができる。   If it is determined in step S113 that the load fluctuation cannot be followed only by the output from the fuel cell 2, the load is determined by using the storage battery 8 and the fuel cell 2 together with the reforming reaction in step S116. Is fed, and the difference between the load power and the output of the fuel cell is offset by charging / discharging of the storage battery. Thereby, the problem of the followability of the fuel cell 2 when the load power fluctuates greatly can be solved.

加えて、ステップＳ１０８〜Ｓ１１３の処理により、蓄電池８の残存容量は規定値（６０％）に達する。このように蓄電池８の残存容量を規定値（６０％）とすることで、負荷電力と燃料電池の出力との差分を相殺するための蓄電池の充放電動作を適正に実行することができる。例えば、燃料電池の出力電力値が負荷電力値より小さい場合で、その差分を蓄電池の放電により相殺する場合において、蓄電池の残存容量が規定値（６０％）とされることで、蓄電池の放電による負荷への給電を十分に行うことができる。また、燃料電池の出力電力値が負荷電力値より大きい場合は、その差分電力に応じた電流により蓄電池への充電が行われる。この場合、蓄電池８の残存容量を規定値（６０％）とすることで、蓄電池８への充電が可能となり、その結果、電力を効率良く利用することができる。   In addition, the remaining capacity of the storage battery 8 reaches a specified value (60%) by the processing of steps S108 to S113. In this way, by setting the remaining capacity of the storage battery 8 to the specified value (60%), the charge / discharge operation of the storage battery for offsetting the difference between the load power and the output of the fuel cell can be properly executed. For example, when the output power value of the fuel cell is smaller than the load power value and the difference is canceled out by the discharge of the storage battery, the remaining capacity of the storage battery is set to the specified value (60%), thereby causing the discharge of the storage battery. Power can be sufficiently supplied to the load. When the output power value of the fuel cell is larger than the load power value, the storage battery is charged with a current corresponding to the difference power. In this case, by setting the remaining capacity of the storage battery 8 to the specified value (60%), the storage battery 8 can be charged, and as a result, the power can be used efficiently.

このように本実施形態の携帯型電源システムによれば、負荷への給電を円滑に行うことが可能となっている。   Thus, according to the portable power supply system of this embodiment, it is possible to smoothly supply power to the load.

次に、携帯型電源システム１の制御方法について、燃料電池２の出力が負荷電力の平均値に達した時点における蓄電池８の残存容量（予測値）が規定値（６０％）より大きな場合（第１の制御方法）と、蓄電池８の残存容量（予測値）が規定値（６０％）より小さな場合（第２の制御方法）を例に挙げて具体的に説明する。   Next, regarding the control method of the portable power supply system 1, when the remaining capacity (predicted value) of the storage battery 8 is larger than the specified value (60%) when the output of the fuel cell 2 reaches the average value of the load power (first) No. 1 control method) and the case where the remaining capacity (predicted value) of the storage battery 8 is smaller than the specified value (60%) (second control method) will be specifically described as examples.

（１）第１の制御方法：
図３は、第１の制御方法を説明するための図であって、（ａ）は負荷電力の変化を示すタイムチャート、（ｂ）は燃料電池からの供給電力の変化を示すタイムチャート、（ｃ）は蓄電池からの供給電力の変化を示すタイムチャートである。 (1) First control method:
3A and 3B are diagrams for explaining the first control method, where FIG. 3A is a time chart showing a change in load power, FIG. 3B is a time chart showing a change in power supplied from the fuel cell, c) is a time chart showing a change in power supplied from the storage battery.

時刻Ｔ１で、停止状態にある携帯型電源システム１を起動する。これにより、携帯型電源システム１内では、電力変換装置１０や制御装置１１等の装置類や、ポンプ、ブロワ等の補器類に蓄電装置７から電力が供給される。また、プロパンガスボンベ４から改質器３の外部燃焼器（不図示）にプロパンガスが送られ、外部燃焼器にてプロパンガスを燃焼することにより、改質器３を改質反応が可能な６００〜７００℃まで温める。改質器３が、改質反応が可能な温度まで達すると、改質器３の内部にプロパンガスを供給し、プロパンガスと水タンク５からの水を反応させて水素を生成する。生成した水素は、改質器３から燃料電池２に供給され、燃料電池２は発電を開始する。   At time T1, the portable power supply system 1 in the stopped state is activated. Thereby, in the portable power supply system 1, power is supplied from the power storage device 7 to devices such as the power conversion device 10 and the control device 11 and auxiliary devices such as a pump and a blower. Further, propane gas is sent from the propane gas cylinder 4 to an external combustor (not shown) of the reformer 3, and the propane gas is burned in the external combustor, whereby the reformer 3 can perform a reforming reaction 600 Warm to ~ 700 ° C. When the reformer 3 reaches a temperature at which the reforming reaction can be performed, propane gas is supplied into the reformer 3, and propane gas and water from the water tank 5 are reacted to generate hydrogen. The generated hydrogen is supplied from the reformer 3 to the fuel cell 2, and the fuel cell 2 starts generating power.

時刻Ｔ２で、携帯型電源システム１が蓄電池８の放電による負荷への給電が可能な状態となり、蓄電池８からの放電電力による負荷への給電を開始する。この時の負荷電力は、０．７ｋＷである。   At time T <b> 2, the portable power supply system 1 enters a state where power can be supplied to the load due to the discharge of the storage battery 8, and power supply to the load using the discharged power from the storage battery 8 is started. The load power at this time is 0.7 kW.

時刻Ｔ３で、携帯型電源システム１が燃料電池２による給電が可能な状態となり、蓄電装置７と燃料電池２とを並列に接続した状態とする。そして、燃料電池２の出力を直線的に増加させるとともに、蓄電池８の放電電力を、それに対応して減少させる。この時、燃料電池の出力が０．７ｋＷに達した時の蓄電池８の残存容量を、蓄電池の初期容量および放電電流から演算により求める。ここでは、蓄電池８の残存容量は７０％であると仮定する。この値は、規定値として定めた６０％よりも大きい。そこで、制御装置１１は、直線的に増加させる燃料電池の出力の上限値を、負荷電力よりも０．０５ｋＷ小さい０．６５ｋＷとする。   At time T3, portable power supply system 1 is in a state where power can be supplied from fuel cell 2, and power storage device 7 and fuel cell 2 are connected in parallel. And while increasing the output of the fuel cell 2 linearly, the discharge electric power of the storage battery 8 is decreased correspondingly. At this time, the remaining capacity of the storage battery 8 when the output of the fuel cell reaches 0.7 kW is obtained by calculation from the initial capacity and discharge current of the storage battery. Here, it is assumed that the remaining capacity of the storage battery 8 is 70%. This value is larger than 60% defined as the specified value. Therefore, the control device 11 sets the upper limit value of the fuel cell output to be increased linearly to 0.65 kW, which is 0.05 kW lower than the load power.

時刻Ｔ４で、燃料電池２の出力が０．６５ｋＷに達すると、燃料電池２では、０．６５ｋＷの一定出力での発電を続ける。これと同時に、蓄電池８は、０．０５ｋＷの一定出力の放電を開始する。   When the output of the fuel cell 2 reaches 0.65 kW at time T4, the fuel cell 2 continues to generate power at a constant output of 0.65 kW. At the same time, the storage battery 8 starts discharging at a constant output of 0.05 kW.

時刻Ｔ５で、蓄電池８の残存容量が６０％となると、燃料電池２の出力を負荷電力と同じ０．７ｋＷに増加させる。ここで、燃料電池２は、０．０５ｋＷの瞬間的な出力変化は問題なく行うことができる。燃料電池２の出力が０．７ｋＷに達すると、０．７ｋＷでの一定出力運転を行うとともに、蓄電池８の放電を停止する。   When the remaining capacity of the storage battery 8 reaches 60% at time T5, the output of the fuel cell 2 is increased to 0.7 kW, which is the same as the load power. Here, the fuel cell 2 can perform an instantaneous output change of 0.05 kW without any problem. When the output of the fuel cell 2 reaches 0.7 kW, a constant output operation at 0.7 kW is performed and the discharge of the storage battery 8 is stopped.

時刻Ｔ６で、負荷が燃料電池２では追随できない大きさでの変動を開始したことを検知し、この変動分を蓄電池８の充放電で吸収する。この時、燃料電池２の出力は０．７ｋＷのままで変化させない。   At time T <b> 6, it is detected that the load has started to fluctuate in a magnitude that cannot be followed by the fuel cell 2, and this fluctuation is absorbed by charging / discharging of the storage battery 8. At this time, the output of the fuel cell 2 remains 0.7 kW and is not changed.

時刻Ｔ７で、変動している負荷電力の平均値が低下していることを検知し、燃料電池２の出力を徐々に低下させる。   At time T7, it is detected that the average value of the changing load power is decreasing, and the output of the fuel cell 2 is gradually decreased.

時刻Ｔ８で、負荷変動が、燃料電池２が追随できる範囲まで小さくなり、負荷電力の大きさが０．６ｋＷであることを検知する。   At time T8, it is detected that the load fluctuation is reduced to a range in which the fuel cell 2 can follow and the magnitude of the load power is 0.6 kW.

時刻Ｔ９で、燃料電池２の出力が負荷電力と同じ０．６ｋＷとなるが、蓄電池８の残存容量が６０％を超えているため、燃料電池２の出力を更に減少させていく。   At time T9, the output of the fuel cell 2 becomes 0.6 kW, which is the same as the load power. However, since the remaining capacity of the storage battery 8 exceeds 60%, the output of the fuel cell 2 is further reduced.

時刻Ｔ１０で、蓄電池８の残存容量が６０％となる。また、この時の燃料電池２の出力は０．５５ｋＷであり、燃料電池２の出力を瞬時に０．６ｋＷに増加できることから、燃料電池２の出力を負荷電力と同じ０．６ｋＷとして一定出力の運転を行う。   At time T10, the remaining capacity of the storage battery 8 becomes 60%. Further, the output of the fuel cell 2 at this time is 0.55 kW, and the output of the fuel cell 2 can be instantaneously increased to 0.6 kW. Therefore, the output of the fuel cell 2 is set to 0.6 kW, which is the same as the load power, and the output is constant. Do the driving.

時刻Ｔ１１で、負荷１２、１３の使用が終了となり、携帯型電源システムを停止させる。   At time T11, the use of the loads 12 and 13 ends, and the portable power supply system is stopped.

なお、携帯型電源システム１は、蓄電池充電用コンセント１９を備えており、携帯型電源システム１を使用していない間、商用電源等の外部電源から蓄電池８を満充電（残存容量１００％）まで充電できる。   The portable power supply system 1 includes a storage battery charging outlet 19, and the storage battery 8 is fully charged (100% remaining capacity) from an external power source such as a commercial power supply while the portable power supply system 1 is not used. Can be charged.

（２）第２の制御方法：
図４は、第２の制御方法を説明するための図であって、（ａ）は負荷電力の変化を示すタイムチャート、（ｂ）は燃料電池からの供給電力の変化を示すタイムチャート、（ｃ）は蓄電池からの供給電力の変化を示すタイムチャートである。なお、蓄電池８の残存容量の規定値は６０％であるが、蓄電池８の定格容量は、第１の制御方法の場合に比べて小さい。 (2) Second control method:
4A and 4B are diagrams for explaining the second control method, wherein FIG. 4A is a time chart showing a change in load power, FIG. 4B is a time chart showing a change in power supplied from the fuel cell, c) is a time chart showing a change in power supplied from the storage battery. Note that the specified value of the remaining capacity of the storage battery 8 is 60%, but the rated capacity of the storage battery 8 is smaller than that in the case of the first control method.

時刻Ｔ１で、停止状態にある携帯型電源システム１を起動する。起動後の携帯型電源システム１の動作は、第１の制御例で示した内容と同じである。   At time T1, the portable power supply system 1 in the stopped state is activated. The operation of the portable power supply system 1 after startup is the same as that shown in the first control example.

時刻Ｔ２で、携帯型電源システム１が蓄電池８の放電による負荷への給電が可能な状態となり、蓄電池８からの放電電力で負荷への給電を開始する。この時、単位時間当たりの負荷変動は、燃料電池２が追随できない大きさであり、負荷電力の平均値は０．７ｋＷである。   At time T <b> 2, the portable power supply system 1 is in a state where power can be supplied to the load by discharging the storage battery 8, and power supply to the load is started with the discharge power from the storage battery 8. At this time, the load fluctuation per unit time is such that the fuel cell 2 cannot follow, and the average value of the load power is 0.7 kW.

時刻Ｔ３で、携帯型電源システム１が燃料電池２による給電が可能な状態となり、蓄電装置７と燃料電池２とを並列に接続した状態とする。そして、燃料電池２の出力を直線的に増加させるとともに、蓄電池８の放電電力を、それに対応して減少させる。この時、燃料電池２の出力が０．７ｋＷに達した時の蓄電池８の残存容量を、蓄電池８の初期容量および放電電流から演算により求める。ここでは、蓄電池８の残存容量は４５％であると仮定する。この値は、規定値として定めた６０％よりも小さい。そこで、制御装置１１は、直線的に増加させる燃料電池の出力の上限値を、負荷電力よりも０．０５ｋＷ大きい０．７５ｋＷとする。   At time T3, portable power supply system 1 is in a state where power can be supplied from fuel cell 2, and power storage device 7 and fuel cell 2 are connected in parallel. And while increasing the output of the fuel cell 2 linearly, the discharge electric power of the storage battery 8 is decreased correspondingly. At this time, the remaining capacity of the storage battery 8 when the output of the fuel cell 2 reaches 0.7 kW is obtained by calculation from the initial capacity of the storage battery 8 and the discharge current. Here, it is assumed that the remaining capacity of the storage battery 8 is 45%. This value is smaller than 60% defined as the specified value. Therefore, the control device 11 sets the upper limit value of the fuel cell output to be increased linearly to 0.75 kW, which is 0.05 kW larger than the load power.

時刻Ｔ４で、燃料電池２の出力が０．７５ｋＷに達すると、燃料電池２は、０．７５ｋＷの一定出力での発電を開始する。これと同時に、蓄電池８では、燃料電池２の出力と負荷電力との差分の電力での充電が開始される。   When the output of the fuel cell 2 reaches 0.75 kW at time T4, the fuel cell 2 starts power generation with a constant output of 0.75 kW. At the same time, the storage battery 8 starts to be charged with the difference power between the output of the fuel cell 2 and the load power.

時刻Ｔ５で、蓄電池８の残存容量が６０％に達する。ここで、負荷電力の平均値は０．８ｋＷに増加していることから、燃料電池２の出力を０．８ｋＷまで増加させる。   At time T5, the remaining capacity of the storage battery 8 reaches 60%. Here, since the average value of the load power has increased to 0.8 kW, the output of the fuel cell 2 is increased to 0.8 kW.

時刻Ｔ６で、燃料電池２の出力が０．８ｋＷに達し、その後は０．８ｋＷの一定出力で運転する。これにより、蓄電池８の残存容量は、その後、ほぼ一定値で推移する。   At time T6, the output of the fuel cell 2 reaches 0.8 kW, and thereafter it is operated at a constant output of 0.8 kW. Thereby, the remaining capacity of the storage battery 8 thereafter changes at a substantially constant value.

時刻Ｔ７で、負荷電力が、０．７ｋＷのほぼ一定値となり、燃料電池２の出力を０．７ｋＷまで徐々に減少させる。この時、燃料電池２からの出力の一部により蓄電池８が充電される。   At time T7, the load power becomes a substantially constant value of 0.7 kW, and the output of the fuel cell 2 is gradually reduced to 0.7 kW. At this time, the storage battery 8 is charged by a part of the output from the fuel cell 2.

時刻Ｔ８で、燃料電池２の出力が負荷電力と同じとなり、蓄電池８は、その残存容量が６０％となった状態で、充電が停止される。   At time T8, the output of the fuel cell 2 becomes the same as the load power, and charging of the storage battery 8 is stopped in a state where the remaining capacity is 60%.

時刻Ｔ９で、負荷１２、１３の使用が終了となり、負荷への給電を停止する。また、燃料電池２からの出力により、蓄電池８を充電する。   At time T9, the use of the loads 12 and 13 is finished, and power supply to the load is stopped. Further, the storage battery 8 is charged by the output from the fuel cell 2.

時刻Ｔ１０で、蓄電池８が満充電状態となり、携帯型電源システム１を停止させる。   At time T10, the storage battery 8 is fully charged, and the portable power supply system 1 is stopped.

以上、第１および第２の制御方法について述べた。いずれの場合も、負荷電力の大きさや負荷電力の変動状態、蓄電池８の残存容量に応じて、燃料電池２の出力および蓄電池８の充放電電力を制御するため、円滑に負荷へ給電を行うことができる。   The first and second control methods have been described above. In any case, in order to control the output of the fuel cell 2 and the charge / discharge power of the storage battery 8 according to the magnitude of the load power, the fluctuation state of the load power, and the remaining capacity of the storage battery 8, the power is smoothly supplied to the load. Can do.

なお、第１および第２の制御方法は、基本的には、図２に示したフローに従うが、一部の動作を変更している。具体的には、図２のステップＳ１１９の「Ｎ」の場合にステップＳ１１２に移行するように変更し、これにより、図３の時刻Ｔ９〜Ｔ１１の動作および図４の時刻Ｔ７〜Ｔ１０の動作を行う。   The first and second control methods basically follow the flow shown in FIG. 2, but some operations are changed. Specifically, in the case of “N” in step S119 in FIG. 2, the process is changed so that the process proceeds to step S112, whereby the operations from time T9 to T11 in FIG. 3 and the operation from time T7 to T10 in FIG. Do.

また、上述した実施形態において、燃料電池２の定格容量を１ｋＷとしているが、１ｋＷ以外の容量でも当然構わない。また、燃料電池２として、固体高分子形以外のリン酸形、固体酸化物形、溶融炭酸塩形等、いずれの種類の燃料電池を適用してもよい。蓄電池８も同様に、ニッケル水素蓄電池以外にも、ニッケルカドミウム蓄電池、鉛蓄電池、リチウムイオン蓄電池、ナトリウムイオウ蓄電池等、いずれの種類の蓄電池を適用してもよい。また、蓄電池８の代わりに、電気二重層という界面現象を利用する既存の電気二重層キャパシタ等を用いても構わない。電気二重層キャパシタは、２つの電極と電解液から構成される。いずれの構成においても、円滑な負荷への給電動作を提供することが可能となる。   In the above-described embodiment, the rated capacity of the fuel cell 2 is 1 kW. However, a capacity other than 1 kW may be used. Further, as the fuel cell 2, any type of fuel cell other than the solid polymer type, such as phosphoric acid type, solid oxide type, molten carbonate type, etc. may be applied. Similarly, any type of storage battery such as a nickel cadmium storage battery, a lead storage battery, a lithium ion storage battery, or a sodium sulfur storage battery may be applied to the storage battery 8 in addition to the nickel metal hydride storage battery. Further, instead of the storage battery 8, an existing electric double layer capacitor using an interface phenomenon called an electric double layer may be used. The electric double layer capacitor is composed of two electrodes and an electrolytic solution. In any configuration, it is possible to provide a power supply operation to a smooth load.

本発明の一実施形態である携帯型電源システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the portable power supply system which is one Embodiment of this invention. 図１に示す携帯型電源システムの制御方法を説明するためのフローチャートである。3 is a flowchart for explaining a control method of the portable power supply system shown in FIG. 1. 図１に示す携帯型電源システムの第１の制御方法を説明するための図であって、（ａ）は負荷電力の変化を示すタイムチャート、（ｂ）は燃料電池からの供給電力の変化を示すタイムチャート、（ｃ）は蓄電池からの供給電力の変化を示すタイムチャートである。It is a figure for demonstrating the 1st control method of the portable power source system shown in FIG. 1, (a) is a time chart which shows the change of load electric power, (b) is the change of the electric power supplied from a fuel cell. The time chart which shows, (c) is a time chart which shows the change of the electric power supplied from a storage battery. 図１に示す携帯型電源システムの第２の制御方法を説明するための図であって、（ａ）は負荷電力の変化を示すタイムチャート、（ｂ）は燃料電池からの供給電力の変化を示すタイムチャート、（ｃ）は蓄電池からの供給電力の変化を示すタイムチャートである。FIG. 3 is a diagram for explaining a second control method of the portable power supply system shown in FIG. 1, where (a) is a time chart showing a change in load power, and (b) is a change in power supplied from a fuel cell. The time chart which shows, (c) is a time chart which shows the change of the electric power supplied from a storage battery.

符号の説明Explanation of symbols

１ 携帯型電源システム
２ 燃料電池
３ 改質器
４ プロパンガスボンベ
５ 水タンク
６ ガスバルブ
７ 蓄電装置
８ 蓄電池
９ 充放電器
１０ 電力変換装置
１１ 制御装置
１２、１３ 負荷
１５ 信号・制御線
１６ 筐体
１７ 吸気口
１８ 排気口
１９ 蓄電池充電用コンセント
２０ 電力線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Portable power supply system 2 Fuel cell 3 Reformer 4 Propane gas cylinder 5 Water tank 6 Gas valve 7 Power storage device 8 Storage battery 9 Charger / Discharger 10 Power converter 11 Control device 12, 13 Load 15 Signal / control line 16 Housing 17 Intake Port 18 Exhaust port 19 Outlet for charging battery 20 Power line

Claims (9)

並列に接続された燃料電池および蓄電池と、これら燃料電池および蓄電池の動作を制御する制御装置とを有する携帯型電源システムであって、
前記制御装置は、
当該携帯型電源システムの起動後、前記燃料電池が給電可能な状態になるまでの間は、負荷への給電を前記蓄電池からの放電電力により行わせ、
前記燃料電池が給電可能な状態となると、前記燃料電池の出力を増加させるとともに、該増加によって前記燃料電池の出力が前記負荷により消費される負荷電力に達する際の前記蓄電池の残存容量を予め演算により求め、
前記残存容量が規定値より大きい場合は、増加させる前記燃料電池の出力の上限値を前記負荷電力よりも小さい値に設定し、前記残存容量が前記規定値より小さい場合は、増加させる前記燃料電池の出力の上限値を前記負荷電力よりも大きい値に設定し、
前記燃料電池の出力が前記上限値に達すると、前記蓄電池の残存容量が前記規定値に達するまで、前記上限値で前記燃料電池の出力を維持する、携帯型電源システム。 A portable power supply system having a fuel cell and a storage battery connected in parallel, and a control device for controlling the operation of the fuel cell and the storage battery,
The controller is
After starting the portable power supply system, until the fuel cell is in a state where power can be supplied, power is supplied to the load by the discharge power from the storage battery,
When the fuel cell is ready to supply power, the output of the fuel cell is increased, and the remaining capacity of the storage battery when the output of the fuel cell reaches the load power consumed by the load due to the increase is calculated in advance. Sought by
When the remaining capacity is larger than a specified value, the upper limit value of the output of the fuel cell to be increased is set to a value smaller than the load power, and when the remaining capacity is smaller than the specified value, the fuel cell to be increased. Set the upper limit of the output of the output to a value larger than the load power,
When the output of the fuel cell reaches the upper limit value, the portable power supply system maintains the output of the fuel cell at the upper limit value until the remaining capacity of the storage battery reaches the specified value. 前記制御装置は、前記蓄電池の残存容量が前記規定値に達すると、前記燃料電池の出力を前記負荷電力に対応する値とし、前記燃料電池により前記負荷への給電を行わせる、請求項１に記載の携帯型電源システム。   2. The control device according to claim 1, wherein when the remaining capacity of the storage battery reaches the specified value, the output of the fuel cell is set to a value corresponding to the load power, and power is supplied to the load by the fuel cell. The portable power supply system described. 前記燃料電池による前記負荷への給電中に、単位時間当たりの負荷変動が閾値を越えると、前記燃料電池および蓄電池を併用して前記負荷への給電を行わせる、請求項１に記載の携帯型電源システム。   2. The portable type according to claim 1, wherein, when a load fluctuation per unit time exceeds a threshold during power supply to the load by the fuel cell, the fuel cell and the storage battery are used together to supply power to the load. Power system. 前記燃料電池は、リン酸形燃料電池、固体高分子形燃料電池、固体酸化物形燃料電池および溶融炭酸塩形燃料電池のいずれかである、請求項１から３のいずれかに記載の携帯型電源システム。   The portable fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the fuel cell is any one of a phosphoric acid fuel cell, a solid polymer fuel cell, a solid oxide fuel cell, and a molten carbonate fuel cell. Power system. 前記蓄電池は、ニッケル水素蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電池、鉛蓄電池、リチウムイオン蓄電池およびナトリウムイオウ蓄電池のいずれかである、請求項１から３に記載の携帯型電源システム。   4. The portable power supply system according to claim 1, wherein the storage battery is any one of a nickel hydride storage battery, a nickel cadmium storage battery, a lead storage battery, a lithium ion storage battery, and a sodium sulfur storage battery. 前記蓄電池は、電気二重層キャパシタである、請求項１または２に記載の携帯型電源システム。   The portable power supply system according to claim 1, wherein the storage battery is an electric double layer capacitor. 並列に接続された燃料電池および蓄電池を備える携帯型電源システムの制御方法であって、
当該携帯型電源システムの起動後、前記燃料電池が給電可能な状態になるまでの間は、負荷への給電を前記蓄電池からの放電電力により行わせるステップと、
前記燃料電池が給電可能な状態となると、前記燃料電池の出力を増加させるとともに、該増加によって前記燃料電池の出力が前記負荷により消費される負荷電力に達する際の前記蓄電池の残存容量を予め演算により求めるステップと、
前記残存容量が規定値より大きい場合は、増加させる前記燃料電池の出力の上限値を前記負荷電力よりも小さい値に設定するステップと、
前記残存容量が前記規定値より小さい場合は、増加させる前記燃料電池の出力の上限値を前記負荷電力よりも大きい値に設定するステップと、
前記燃料電池の出力が前記上限値に達すると、前記蓄電池の残存容量が前記規定値に達するまで、前記上限値で前記燃料電池の出力を維持するステップと、を含む、携帯型電源システムの制御方法。 A method for controlling a portable power supply system comprising a fuel cell and a storage battery connected in parallel,
After starting up the portable power supply system, until the fuel cell is in a state in which power can be supplied, supplying power to the load with discharged power from the storage battery; and
When the fuel cell is ready to supply power, the output of the fuel cell is increased, and the remaining capacity of the storage battery when the output of the fuel cell reaches the load power consumed by the load due to the increase is calculated in advance. A step to obtain by
If the remaining capacity is greater than a specified value, setting the upper limit of the output of the fuel cell to be increased to a value smaller than the load power;
When the remaining capacity is smaller than the specified value, setting an upper limit value of the output of the fuel cell to be increased to a value larger than the load power;
Maintaining the output of the fuel cell at the upper limit value until the remaining capacity of the storage battery reaches the specified value when the output of the fuel cell reaches the upper limit value. Method. 前記蓄電池の残存容量が前記規定値に達すると、前記燃料電池の出力を前記負荷電力に対応する値として、前記燃料電池により前記負荷への給電を行わせるステップをさらに含む、請求項７に記載の携帯型電源システムの制御方法。   The method according to claim 7, further comprising: when the remaining capacity of the storage battery reaches the specified value, causing the fuel cell to supply power to the load with the output of the fuel cell as a value corresponding to the load power. Control method for portable power supply system. 前記燃料電池による前記負荷への給電中に、単位時間当たりの負荷変動が閾値を越えると、前記燃料電池および蓄電池を併用して前記負荷への給電を行わせるステップをさらに含む、請求項７または８に記載の携帯型電源システムの制御方法。   The power supply to the load is further performed by using the fuel cell and the storage battery together when a load fluctuation per unit time exceeds a threshold during power supply to the load by the fuel cell. The control method of the portable power supply system of Claim 8.
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