JP2009295506A - 燃料電池発電システム、その制御装置、負荷量調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対応可能な顧客負荷電力変動が補機負荷の最大電力によって制限されないようにできる燃料電池発電システムを提供する。
【解決手段】燃料電池発電システムの内部負荷をダミー負荷とし、顧客負荷の負荷量が変動しても該顧客負荷と該ダミー負荷の負荷量の合計が所定値となるように、該ダミー負荷の負荷量を調整・制御するダミー負荷制御手段を有し、前記所定値が異なる複数の制御パターン（例えば制御パターンａ〜ｄの４種類）を用意し、前記ダミー負荷制御手段は該複数の制御パターンのうちの何れかの制御パターンを適用して前記ダミー負荷の負荷量の調整・制御を実行する。
【選択図】図２

Description

本発明は、系統電源から独立した燃料電池発電システムに関する。

例えば災害等において、燃料電池発電システムの原燃料の供給が停止したり系統電源が停止した場合、燃料電池発電システムは、系統電源から切り離した状態で運用される。このような状態を、自立運転状態または系統電源から独立した燃料電池発電システムと呼ぶものとする。尚、原燃料の供給が停止した場合には、例えばＬＰＧガス等の代替燃料が導入される。

従来の自立運転の制御方法として、例えば特許文献１に記載されている手法が知られている。
特許文献１の手法では、電力系統から独立した所内負荷と補機負荷の負荷量の合計がほぼ一定となるように制御している。すなわち、燃料電池発電システム本体内に補機負荷の負荷量を可変にする可変負荷装置を備え、所内負荷の負荷量の変動に応じて補機負荷の負荷量を変化させる（両負荷量の合計が予め決められた所定値になるように制御する）。これはつまり、補機負荷を所内負荷の負荷（消費電力）変動に対応する為のダミー負荷として用いるようにするものである。

尚、上記所内負荷は、以下、顧客負荷というものとする。
この様に制御することで、例えば図６に示すように、顧客負荷の負荷量（消費電力量）が上昇しても燃料電池本体１の出力は常にほぼ一定であるため、応答遅れによる燃料不足を防ぐことができる。尚、図６は、上記補機負荷が例えば燃料電池発電システム内部のヒータである場合の顧客負荷−補機負荷（ダミー負荷）の関係図である。

また、従来、例えば特許文献２に記載の公知技術が知られている。
特許文献２の発明は、燃料電池の出力電力を消費する擬似負荷手段を設け、制御手段が、燃料電池の出力電力が外部負荷で消費される電力に対して設定値を加えた出力電力となるように擬似負荷電力への通電を制御し、かつ、外部負荷で消費される電力が増大傾向のときには、増大分に見合う分だけ擬似負荷手段への通電を減少させるように擬似負荷手段への通電を制御するものである。
特開平１０−２２８９１９号公報 特開平０５−３６４２９号公報

上述したように、従来の自立運転の制御方法は、顧客負荷が変動した場合でもＦＣスタック（燃料電池本体）出力が急変して燃料不足にならないようにするために、燃料電池システム内部の補機負荷を調整することで、ＦＣスタック出力が変動しないように制御していた。つまり、ＦＣスタック出力(Ａ)=顧客負荷(Ｂ)+補機負荷(Ｃ)であるから、Ｂの変動分をＣで抑えるように制御してＡをほぼ一定としていた。そのために、補機負荷の容量によって、対応可能な顧客負荷変動量が決まっていた。

上記のように、従来の制御では、顧客負荷と燃料電池システム内部補機負荷の合計を所定の一定値とするため、対応可能な顧客負荷電力変動が補機負荷（ダミー負荷）の最大電力によって制限されてしまうという課題を有する。

本発明の課題は、対応可能な顧客負荷電力変動がダミー負荷の最大電力によって制限されないようにできる燃料電池発電システム、その制御装置、負荷量調整方法等を提供することである。

本発明の燃料電池発電システムは、系統電源から独立した燃料電池発電システムであり、顧客負荷へ給電する燃料電池発電システムであって、前記燃料電池発電システムの内部負荷をダミー負荷とし、前記顧客負荷の負荷量が変動しても該顧客負荷と該ダミー負荷の負荷量の合計が所定値となるように、該ダミー負荷の負荷量を調整・制御するダミー負荷制御手段を有し、前記所定値が異なる複数の制御パターンを用意し、前記ダミー負荷制御手段は該複数の制御パターンのうちの何れかの制御パターンを適用して前記ダミー負荷の負荷量の調整・制御を実行する。

仮に１つの制御パターンのみとした場合、従来と同様に、対応可能な顧客負荷電力変動がダミー負荷の最大電力によって制限される。しかし、現在の制御パターンで対応できなくなったら、別の制御パターンに切り換えることで、対応可能な顧客負荷電力変動がダミー負荷の最大電力によって制限されないようにできる。

上記燃料電池発電システムにおいて、例えば、前記各制御パターン毎に前記顧客負荷の上限値／下限値が設定されており、顧客負荷が現在適用中の制御パターンの上限値を超えた場合には該現在の制御パターンより前記所定値が大きい制御パターンへ切り替え、下限値を下回った場合には該現在の制御パターンより前記所定値が小さい制御パターンへ切り替える。

また、例えば、前記ダミー負荷は前記燃料電池発電システム内のヒータであり、前記ダミー負荷制御手段は前記顧客負荷の負荷量が変動に対して該ヒータの負荷量をステップ状に変化させる。

また、例えば、前記ヒータの負荷量をステップ状に上昇させる際に、燃料供給量増加を先行して行う。この様にすることで、燃料の供給不足を防ぐことができる。
また、例えば、前記ダミー負荷は、前記燃料電池発電システム内のヒータと、その負荷量をリニアに変化させることが可能な回転機負荷であり、前記ダミー負荷制御手段は、前記顧客負荷の負荷量の変動に対して該ヒータの負荷量をステップ状に変化させると共に、前記回転機負荷の負荷量をリニアに変化させることで、該ダミー負荷全体の負荷量をリニアに変化させる。

上記ヒータのみではその負荷量をステップ状に変化させることしかできないので、顧客負荷の負荷量変動に対して十分に追随することができない。これより、ダミー負荷として更に、その負荷量をリニアに変化させることが可能な回転機負荷を用いることで、該ダミー負荷全体の負荷量をリニアに変化させることができ、顧客負荷の負荷量変動に対して十分に追随できるようになる。

本発明の燃料電池発電システム、その制御装置、負荷量調整方法等によれば、対応可能な顧客負荷電力変動がダミー負荷の最大電力によって制限されないようにできる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、実施例１の燃料電池システムの概略構成図である。
すなわち、図１には、系統連系用遮断器６を用いることによって系統電源７から独立することができる燃料電池システム８の概略構成を示す。そして、本手法は、基本的に、系統電源７から独立して自立運転を行う時の出力の制御方法に係るものである。すなわち、本手法は、上述した系統電源から独立した燃料電池システムを適用対象とするものである。

図示の燃料電池システム８は、主に顧客負荷５に電力供給するものであり、燃料電池本体１、インバータ２、燃料電池内部負荷４、及び制御装置１１より成る。尚、燃料電池システム８から電力供給する顧客負荷５側に備えられる、顧客負荷５の負荷量（電力消費量）を測定する為の顧客負荷量計測器９も、燃料電池システム８に含まれると考えても良い。

燃料電池本体１から出力された直流電力はインバータ２によって交流に変換され、燃料電池内部負荷４と顧客負荷５に供給される。尚、燃料電池内部負荷４は、燃料電池システム８内に備えられる既存の負荷構成要素であり、例えばヒータ等である。すなわち、ここでは、燃料電池内部負荷４は、上記特許文献１における補機負荷がヒータである場合に相当すると考えてよい。尚、本例では、上記ダミー負荷として用いる燃料電池内部負荷４がヒータである場合を主に想定しているので、これを燃料電池内部ヒータと呼ぶ場合もある。そして、実施例１では、この燃料電池内部負荷４のみをダミー負荷として用いるものである。

尚、ヒータは、例えば原燃料の供給が停止する等して燃料電池の熱量が低下した場合等に、一時的に、不足する熱量を補う為に用いるものである。尚、その後、ＬＰＧガス等の代替燃料の導入により、不足する熱量を補うことができる。よって、このような一時的な状況以外では、ヒータを顧客負荷５の変動に対応する為の負荷（ダミー負荷）として用いることに特に問題はない。

制御装置１１は、特に図示しないが、ＣＰＵ／ＭＰＵ、メモリ等の記憶部、入出力インタフェース等を有し、上記記憶部に予め記憶されている所定のアプリケーションプログラムを、上記ＣＰＵ／ＭＰＵが実行することにより、以下に説明する各種処理を実現する。また、以下の説明における「予め設定される複数種類の所定値」や各種閾値等の処理に必要なデータも、予め上記記憶部に記憶されている。

制御装置１１は、上記顧客負荷量計測器９による顧客負荷量計測値Ｗcpv（顧客負荷５の負荷量（電力消費量））を入力しており、この顧客負荷量計測値Ｗcpvと予め設定される各種所定値とに基づいて燃料電池内部負荷４の負荷量（電力消費量）を決定して、この決定内容に応じた補機負荷量指令Ｗ_ＨＭＶを燃料電池内部負荷４に対して出力する。

燃料電池内部負荷４の負荷量の決定方法自体は、上記従来と略同様であってよく、例えば「顧客負荷量計測値Ｗcpv＋燃料電池内部負荷４の負荷量＝所定値」となるように決定するものである。すなわち、顧客負荷５の負荷量Ｗcpvの変化に応じて燃料電池内部負荷４の負荷量を変化させることで（その為の制御装置１１からの負荷量指示信号が図示のＷ_ＨＭＶである）、全体の負荷量を略一定に保つようにする。これは特に、急激な顧客負荷変動による燃料の供給不足を防ぐためである。

但し、本手法では、上記所定値は複数種類設定されており、そのときの状況に応じて、この複数種類の所定値のうちの１つの所定値を用いて、上記「顧客負荷量計測値Ｗcpv＋燃料電池内部負荷４の負荷量＝所定値」となるようにする燃料電池内部負荷４の負荷量の決定処理を行うものである。これは、換言すれば、例えば図２に示すような、上記所定値が異なる複数の制御パターンが予め設定されており、そのときの状況に応じて当該複数の制御パターンのうちの何れか１つの制御パターンを用いて、上記燃料電池内部負荷４の負荷量を決定と指令処理を行うものである。

尚、上記所定値は燃料電池本体１の発電電力量に相当し、負荷量は電力消費量に相当する。燃料電池本体１の発電電力量をほぼ一定とする為に、顧客負荷５による電力消費量が下がれば／上がれば、その分だけ燃料電池内部負荷４による電力消費量を上げる／下げる制御を行う必要がある。また、尚、燃料電池内部負荷４（ヒータ）に対してはAPR負荷制御を実行する。

図２に示す例では、制御パターンａ〜ｄの４つの制御パターンを有している。例えば、制御パターンａにおいては上記所定値を基準値Ｘとしている。そして、例えば、制御パターンｂにおいては上記所定値を基準値Ｘ＋α（α；固定値）、制御パターンｃにおいては上記所定値を基準値Ｘ＋２α、制御パターンｄにおいては上記所定値を基準値Ｘ＋３αとしている。但し、この一例に限るものではない。ここではこの様に制御パターンａにおける所定値が最も小さく、制御パターンｄにおける所定値が最も大きいものとして説明するものとする。

これら各制御パターンに対応する所定値は、予め上記制御装置１１の記憶部等に記憶されている。また、各制御パターン毎に、顧客負荷に対する所定の閾値（上限値、下限値）が予め上記制御装置１１の記憶部等に記憶されている。図２には、一例として、制御パターンｂにおける上限値Ｃと下限値Ｂを示してあるが、他の制御パターンにおいても同様にしてその制御パターンに応じた所定の閾値（上限値、下限値）が設定されている。また、図２には、制御パターンａにおける上限値Ａも示してある。

上記制御装置１１による燃料電池内部負荷４の負荷量制御処理について（特にフローチャート等は図示しないが）以下に説明する。
まず、制御装置１１は、上記複数の制御パターンのうちの何れかの制御パターンによって燃料電池内部負荷４の負荷量制御を行っている。つまり、「顧客負荷量計測値Ｗcpv＋燃料電池内部負荷４の負荷量＝現在の制御パターンの所定値」となるように、燃料電池内部負荷４の負荷量を決定して指令を出している。更に、制御装置１１は、随時または定期的に、顧客負荷量計測値Ｗcpvが、現在の制御パターンにおける閾値を越えた（上限値を越えたか、下限値を下回る）か否かを判定している。そして、閾値を越えた場合には、当該閾値を越えた状態が一定時間以上継続するか否かを監視し、一定時間以上継続した場合には、制御パターンを変更する（すなわち所定値を変更する）処理を実行する。

これは、上限値を越えた場合には現在の制御パターンより１段上の（所定値が一段大きい）制御パターンに変更し、下限値を下回った場合には現在の制御パターンより１段下の（所定値が一段小さい）制御パターンに変更する処理である。

例えば図２に示す例において現在の制御パターンが制御パターンａであるものとし、顧客負荷量計測値Ｗcpvが上記制御パターンａの上限値Ａを超えて一定時間継続した場合、燃料のＦＣスタック（燃料電池本体１）への供給量増加を先行して行った後に制御パターンｂに移行すると共に燃料電池内部負荷４の負荷量を所定量分増加させる。この増加量（所定量分）は例えば上記αであるが、この例に限らない。何れにしても、その後に上記負荷量の合計値を新たな制御パターンｂにおける所定値とするように制御することで、燃料電池内部負荷４の負荷量は適切な値になる。

この様に制御パターンを所定値が１段上の制御パターンに変更することで、更なる顧客負荷５の負荷量の増加を可能とすることができる。
また、燃料供給量増加を先行して行うことで、燃料の供給不足を防ぐことができる。

その後、顧客負荷量計測値Ｗcpvが上記制御パターンｂの上限値Ｃを超えて一定時間継続した場合には、上記と同様の処理により今度は制御パターンｃへと移行することになる。その逆に、顧客負荷量計測値Ｗcpvが上記制御パターンｂの下限値Ｂを超えて（下回って）一定時間継続した場合には、燃料のＦＣスタックへの供給量減少を行うと共に制御パターンａに移行し、更に燃料電池内部負荷４の負荷量を所定量分減少させる。この減少量（所定量分）は例えば上記αであるが、この例に限らない。また、上記供給量減少も、上記供給量増加の場合と同様に、先行しておこなってもよい。

この様に制御パターンを所定値が１段下の制御パターンに変更することで、更なる顧客負荷５の負荷量の減少を可能とすることができる。
これによって、図２に示すように、顧客負荷変動可能範囲が図６に比べて大きくなる。つまり、従来のようにダミー負荷の最大電力によって制限されたりしない。

図３は、上記図２に関して具体的な数値例を示したものである。
図示の例では、上記各制御パターンａ〜ｄ毎の所定値は、それぞれ、発電電力５０ｋＷ相当、発電電力６０ｋＷ相当、発電電力７０ｋＷ相当、発電電力８０ｋＷ相当となっている。つまり、上記基準値Ｘを発電電力５０ｋＷ相当、固定値αを発電電力１０ｋＷ相当としている。また、図示の横軸の顧客負荷は、顧客負荷５の負荷量であり、これは燃料電池システム８から顧客負荷５への送電電力に相当する。

そして、図示の例では、送電電力（顧客負荷５の負荷量）が現在の制御パターンの下限値未満となってから３０秒継続した場合には、１０ｋＷ相当のガスの減少を行うと共に、燃料電池内部負荷４の負荷量を１０ｋＷ相当減少させるように制御する。

また、図示の例では、送電電力が現在の制御パターンの上限値を超えてから５秒継続した場合には、先行して１０ｋＷ相当のガスの増加を行い、その後に燃料電池内部負荷４の負荷量を１０ｋＷ相当増加させるように制御する。

尚、当然、各制御パターン内において上記図６等と同様に燃料電池内部負荷４の負荷量をステップ状に変化させる制御も行っている。この制御方法は様々であってよいが、例えば一例としては、各制御パターン毎に、燃料電池内部負荷４の５ｋＷ刻みの各負荷量毎に対応付けて、顧客負荷５の負荷量に対する上限閾値、下限閾値が予め設定されているものとする。そして、現在の制御パターンにおける現在の燃料電池内部負荷４の負荷量に応じた上限閾値、下限閾値と現在の顧客負荷量とを比較して、顧客負荷量がこの上限閾値／下限閾値を越えた場合には、燃料電池内部負荷４の負荷量を「現在の負荷量＋５ｋＷ」又は「現在の負荷量−５ｋＷ」へと変更する。

図３に示す例において、一例として、制御パターンｃにおいて現在の燃料電池内部負荷４の負荷量が２０ｋＷであるとした場合には、図示の例では、顧客負荷が５０ｋＷを越えたときには燃料電池内部負荷４の負荷量を１５ｋＷに変更し、顧客負荷が４２ｋＷを越えた（下回った）ときには燃料電池内部負荷４の負荷量を２５ｋＷに変更する制御を行っているものとなる。

上述した実施例１の手法により、以下のような効果が得られる。
１） 対応可能な顧客負荷変動量がダミー負荷の容量によって制限されないようにできる。換言すれば、ダミー負荷の負荷容量を増やさずに、対応可能な顧客負荷変動量の範囲を広くすることができる。

２） 「所定値」の変更時（特に上昇時）に燃料を先行投入（増加）することで、燃料の供給不足を防ぐ。それにより燃料不足による燃料電池の緊急停止や燃料電池本体へのダメージを防ぐことができる。

以下、実施例２について説明する。
ここで上記図２、図３や図６に示すように顧客負荷５の負荷量の変化に対してダミー負荷をステップ状（階段状）に変化させているのは、以下の理由による。

すなわち、上記ヒータは例えば最大で３５ｋＷ程度の負荷量となり、燃料電池発電システム内部の既存の構成のなかでもダミー負荷として使用可能な負荷量が大きなものであり、顧客負荷変動量がある程度大きくても対応可能となる。しかしながら、ヒータの負荷量はリニアに制御できるものではない。例えば３５ｋＷ程度のヒータの場合、実際には３個の１０ｋＷのヒータと１個の５ｋＷのヒータとから成り、これらを各々ＯＮ／ＯＦＦ制御することでヒータ全体としての負荷量を決定している。よって、この例では、５ｋＷ刻みでしかヒータの負荷量を変更できないことになる。

上記実施例１では、負荷制御対象、すなわち顧客負荷変動を吸収させる対象としてヒータを用いている為、上記の通り５ｋＷ刻みでしか負荷量を変化させられないので、顧客負荷変動に対して十分に追随して負荷量を変化させることができない（負荷量をリニアに（連続的に）変化させることができない）。燃料電池システム８内の既存の構成のなかに、負荷量をリニアに変化させることができる構成は存在する（例えば、空冷式冷却器等）。例えば、空冷式冷却器の場合、ＶＶＶＦ（Variable Voltage Variable Frequency）負荷制御によりそのファンの回転数を制御することにより、負荷量をリニアに変化させることができる。

上述したことから、実施例２では、燃料電池内部負荷４のステップ状の負荷量制御と、空冷式冷却器等のリニア負荷量制御とを組み合わせることで、顧客負荷変動吸収用の負荷全体の負荷量をリニアに変化させることができる手法を提案する。尚、ここでいうリニアに変化とは、少なくとも上記ステップ状に変化するものではなく、連続的に変化させることを意味する。

図４に、実施例２の燃料電池システムの概略構成図を示す。
図４において図１に示す実施例１の構成における構成要素と略同一の構成要素には同一符号を付してあり、その説明はここでは省略する。これより、図示の通り、実施例２の構成が実施例１と異なる点は、制御装置１１が、燃料電池内部負荷４（ヒータ）の負荷量制御を行うだけでなく、外部冷却器２０の負荷量制御も行っていることである。つまり、ヒータの負荷量を決定する処理だけでなく、後述する外部冷却器２０の負荷量を決定する処理も行なって、これを図示の外部冷却器負荷量指令Ｗ_ＶＶＶＦとして外部冷却器２０へ出力する。外部冷却器２０は上記空冷式冷却器等である。

つまり、実施例２では、燃料電池内部負荷４（ヒータ）及び外部冷却器２０を、ダミー負荷として用いるものである。
尚、外部冷却器２０は既存の構成であるので図１においても実際には存在している（実施例１では外部冷却器２０は顧客負荷変動に対応する負荷制御に用いないので、示していない）。尚、その意味で、実際には外部冷却器２０による冷却の為の負荷（電力消費）も生じているが、図２、図３ではこれは無いものとして示している。

図１で説明したように、制御装置１１は、上記顧客負荷量計測器９による顧客負荷量計測値Ｗcpvを入力しており、この顧客負荷量計測値Ｗcpvと予め設定される所定値とに基づいて燃料電池内部負荷４の負荷量を決定して、補機負荷量指令Ｗ_ＨＭＶを燃料電池内部負荷４に対して出力する。この燃料電池内部負荷４(ヒータ)に対する負荷量制御処理は、実施例１と同じであり、特に説明しない。実施例２の制御装置１１は、この処理の他に、外部冷却器２０の負荷量制御処理（そのファンの回転数制御処理）を実行しており、特にフローチャート図などは示さないが、以下に説明する。

外部冷却器２０には本来の役割（冷却）の為の負荷（電力消費）が生じている。ここでは、この様な負荷量（電力消費量）をベース負荷量と呼ぶものとする。そして、外部冷却器２０の負荷量制御処理では、上記燃料電池内部負荷４(ヒータ)の負荷量制御処理においてヒータの負荷量を変更するとき毎に、外部冷却器２０の負荷量を上記ベース負荷量へとリセットする。そして、その後は次のリセット時までの間、顧客負荷量の変動に応じて外部冷却器２０の負荷量を変化させる。例えば顧客負荷量が３ｋＷ上昇したら外部冷却器２０の負荷量を３ｋＷ減少させ、顧客負荷量が２ｋＷ下降したら外部冷却器２０の負荷量を２ｋＷ増加させる。

そして、例えば、顧客負荷量が上記基準から５ｋＷ上昇／下降した場合には、ヒータの負荷量が変更されることから、上記リセットが行われる。例えば、図３に示す例において、制御パターンｂで制御中であるものとし、例えば顧客負荷が上昇を続けて例えば４０ｋＷを越えた場合にはヒータ負荷量を２０ｋＷから１５ｋＷへと減少させる制御が行われることになり、このとき上記リセット処理が行われる。そして、その後も顧客負荷が上昇を続けて４５ｋＷを越えるヒータ負荷量を１５ｋＷから１０ｋＷへと減少させる制御が行われることになり、このときも上記リセット処理が行われる。

そして、例えば、上記ヒータ負荷量が１５ｋＷであるときに顧客負荷が４０ｋＷから４５ｋＷに上昇している間は、外部冷却器２０の負荷量を顧客負荷の上昇に合わせて減少させる制御を行うことになる。例えば上記ベース負荷量を仮に１０ｋＷとしたならば、１０ｋＷから５ｋＷへとリニアに（連続的に）減少させる制御を行うことになる。

尚、外部冷却器の冷却能力について、独立給電試験において最も厳しい条件(顧客負荷45ｋＷ＋ヒータ35ｋＷ)で性能試験を実施し問題ないことを確認し、外部冷却器２０の最大能力185.5kWに対し必要冷却能力が128.53kWと、最も厳しい条件においても十分冷却能力に余裕があることがわかった。つまり、顧客負荷変化時における負荷変動分を外部冷却器２０においてダミー負荷として担保できることがわかる。

上述した処理を行うことにより、実施例２におけるダミー負荷と顧客負荷の関係は図５に示すようになる。上記のように外部冷却器２０の負荷量制御も行うことで、図５に示すように、特に顧客負荷の微小な変動に対してリニアな負荷量調整制御を可能とすることができ、発電装置制御系の安定化が図れる。尚、図５における横軸が顧客負荷、縦軸がダミー負荷であり、上記の通り実施例２におけるダミー負荷は「燃料電池内部負荷４（ヒータ）の負荷量＋外部冷却器２０の負荷量」である。一方、実施例１においては、図２、図３に示す縦軸（ダミー負荷）は燃料電池内部負荷４（ヒータ）のみの負荷量である。

実施例１では図３に示すようなステップ状の負荷量制御の為、例えば制御パターンａにおいて顧客負荷が３０ｋＷ→２９ｋＷ→２８ｋＷと変化してもダミー負荷は１５ｋＷであるので、全体の負荷量が変化したが、実施例２では図５に示すようにこの顧客負荷変動に応じてダミー負荷が２０ｋＷ→２１ｋＷ→２２ｋＷと変化しており、全体の負荷量が５０ｋＷ一定が維持され、発電装置制御系の安定化が図れる。

尚、燃料電池システム内の構成において、上記負荷量のリニアな制御が可能な構成要素は上記外部冷却器２０のファンに限るものではなく、例えばブロア、ポンプ等があり、これらを回転機負荷と呼ぶものとする。よって、本手法は、上記ヒータによるステップ状の負荷制御と回転機負荷のリニアな負荷制御を組み合わせることで、ダミー負荷全体の負荷量をリニアに制御可能とするものと言える。

以上説明したように、実施例２の手法によれば、上記実施例１の効果に加えて、ダミー負荷全体の負荷量をリニアに制御可能とし、以って発電装置制御系の安定化が図れるという効果が得られる。

尚、交流電源から交流電力を供給される負荷装置と組み合わされて、負荷装置に供給される交流電力を適正値に調整するための負荷電力調整装置（ＡＰＲ）が広く使用されていることは、よく知られているところである。この負荷電力調整装置（ＡＰＲ）による負荷制御が上記ＡＰＲ負荷制御である。

実施例１の燃料電池システムの概略構成図である。 複数の制御パターンを用いる手法を説明する為の図である。 図２に関する具体的数値例を示す図である。 実施例２の燃料電池システムの概略構成図である。 実施例２におけるダミー負荷と顧客負荷の関係を示す図である。 従来の燃料電池本体出力一定の為のダミー負荷制御方法を説明する為の図である。

符号の説明

１ 燃料電池本体
２ インバータ
４ 燃料電池内部負荷
５ 顧客負荷
６ 系統連系用遮断器
７ 系統電源
８ 燃料電池システム
９ 顧客負荷量計測器
１１ 制御装置
２０ 外部冷却器

Claims (7)

1. 系統電源から独立した燃料電池発電システムであり、顧客負荷へ給電する燃料電池発電システムであって、
   前記燃料電池発電システムの内部負荷をダミー負荷とし、前記顧客負荷の負荷量が変動しても該顧客負荷と該ダミー負荷の負荷量の合計が所定値となるように、該ダミー負荷の負荷量を調整・制御するダミー負荷制御手段を有し、
   前記所定値が異なる複数の制御パターンを用意し、前記ダミー負荷制御手段は該複数の制御パターンのうちの何れかの制御パターンを適用して前記ダミー負荷の負荷量の調整・制御を実行することを特徴とする燃料電池発電システム。
2. 前記各制御パターン毎に前記顧客負荷の上限値／下限値が設定されており、顧客負荷が現在適用中の制御パターンの上限値を超えた場合には該現在の制御パターンより前記所定値が大きい制御パターンへ切り替え、下限値を下回った場合には該現在の制御パターンより前記所定値が小さい制御パターンへ切り替えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム。
3. 前記ダミー負荷は前記燃料電池発電システム内のヒータであり、前記ダミー負荷制御手段は前記顧客負荷の負荷量が変動に対して該ヒータの負荷量をステップ状に変化させることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池発電システム。
4. 前記ヒータの負荷量をステップ状に上昇させる際に、燃料供給量増加を先行して行うことを特徴とする請求項３記載の燃料電池発電システム。
5. 前記ダミー負荷は前記燃料電池発電システム内のヒータとその負荷量をリニアに変化させることが可能な回転機負荷であり、前記ダミー負荷制御手段は、前記顧客負荷の負荷量の変動に対して該ヒータの負荷量をステップ状に変化させると共に、前記回転機負荷の負荷量をリニアに変化させることで、該ダミー負荷全体の負荷量をリニアに変化させることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池発電システム。
6. 系統電源から独立した燃料電池発電システムであって顧客負荷へ給電する燃料電池発電システムにおける制御装置であって、
   前記燃料電池発電システムの内部負荷をダミー負荷として用い、前記顧客負荷の負荷量が変動しても該顧客負荷と該ダミー負荷の負荷量の合計が所定値となるように、該ダミー負荷の負荷量を調整・制御するダミー負荷制御手段を有し、
   前記所定値が異なる複数の制御パターンを用意し、前記ダミー負荷制御手段は該複数の制御パターンのうちの何れかの制御パターンを適用して前記ダミー負荷の負荷量の調整・制御を実行することを特徴とする燃料電池発電システムの制御装置。
7. 系統電源から独立した燃料電池発電システムであって顧客負荷へ給電する燃料電池発電システムの制御装置における負荷量調整方法であって、
   前記燃料電池発電システムの内部負荷をダミー負荷とし、
   前記顧客負荷の負荷量を随時入力し、
   予め設定される、所定値が異なる複数の制御パターンのうちの何れかの制御パターンを適用して、前記顧客負荷の負荷量が変動しても該顧客負荷と該ダミー負荷の負荷量の合計が前記適用中の制御パターンの所定値となるように該ダミー負荷の負荷量を決定して、該決定した負荷量を用いて該ダミー負荷に対して制御信号を送信することを特徴とする負荷量調整方法。