JP2011009148A - 発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットに重複して備えられるセンサの検出値の異常を検出し、センサの検出値に異常がある場合には確実に燃料電池ユニット及びパワーコンディショナユニットの動作を停止させることができる発電ユニットを提供する。
【解決手段】燃料電池ユニット１とパワーコンディショナユニット２に電圧センサ６，１２と電流センサ７，１３を備えた発電システムにおいて、燃料電池ユニット１のマイコン５が上記電圧センサ６，１２又は電流センサ７，１３の検出値の偏差Ｘを演算する。そして、この偏差Ｘを正常判定しきい値Ｙ及び異常判定しきい値Ｚと比較して、正常領域、中間領域及び異常領域のいずれに属するかを判定する。この判定結果が異常領域である場合には、燃料電池ユニット１の制御部５からパワーコンディショナユニット２の制御部１１に対して動作停止信号を出力し、インバータ１０の動作を停止させる。
【選択図】図１

Description

この発明は発電システムに関し、より詳細には、燃料電池を系統電源に連系させる発電システムにおける燃料電池とパワーコンディショナの制御技術に関する。

近時、電力会社の配電系統（系統電源）に自家発電装置である燃料電池を連係して運用する発電システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この種の発電システムにおいては、家庭内の電気負荷（以下、「負荷」と称する）に燃料電池側からの電力を供給する一方、燃料電池発電だけでは家庭内の電力がまかなえなくなると、配電系統側すなわち系統電源側から家庭内の負荷に電力を供給するようにされており、燃料電池は、負荷の状況に応じて配電系統との連系点に出力する交流電力を調整するパワーコンディショナを介して系統電源に接続されている。

図１は、この種の発電システムの概略構成を示している。図１において、１は燃料電池ユニット、２はパワーコンディショナユニット、３は系統電源を示している。

燃料電池ユニット１には、電力の発生源となるスタック（図示せず）を備えた燃料電池４と、燃料電池４を含む燃料電池ユニット１を制御する制御部となるマイコン（燃料電池ユニット側制御手段）５と、燃料電池４の出力電圧を監視する電圧センサ（燃料電池ユニット側電圧センサ）６と、燃料電池４の出力電流を監視する電流センサ（燃料電池ユニット側電流センサ）７と、燃料電池４からパワーコンディショナユニット２への出力（電力供給）を遮断できるように電源出力ラインに配設された出力遮断リレー８とが備えられている。

上記マイコン５は、燃料電池ユニット１に備えられた上記電圧センサ６及び電流センサ７と電気的に接続され、これら各センサ６，７の検出値（検出電圧及び検出電流）の読み込みができるように構成されるとともに、後述するパワーコンディショナユニット２のマイコン１１と双方向通信が可能な通信線（たとえば、ＲＳ４８５などのシリアル通信線）１４を介して通信接続され、燃料電池ユニット１をパワーコンディショナユニット２と連系制御できるように構成されている。

一方、パワーコンディショナユニット２には、燃料電池ユニット１から供給される直流電源を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、「コンバータ」と称する）９と、このコンバータ９で昇圧された直流電源を交流電源に変換するＤＣ／ＡＣインバータ（以下、「インバータ」と称する）１０と、パワーコンディショナユニット２を制御する制御部となるマイコン（パワーコンディショナユニット側制御手段）１１と、パワーコンディショナユニット２への入力電圧を監視する電圧センサ（パワーコンディショナユニット側電圧センサ）１２と、パワーコンディショナユニットへの入力電流を監視する電流センサ（パワーコンディショナユニット側電流センサ）１３とが備えられている。

パワーコンディショナユニット２側のマイコン１１は、パワーコンディショナユニット２に備えられた上記電圧センサ１２及び電流センサ１３と電気的に接続されており、これら各センサ１２，１３の検出値（検出電圧及び検出電流）の読み込みができるように構成されるとともに、上記燃料電池ユニット１のマイコン５と通信接続され、パワーコンディショナユニット２を燃料電池ユニット１と連系制御できるように構成されている。

なお、パワーコンディショナユニット２と系統電源３は系統連系スイッチ１５，１５を介して接続されており、この系統連系スイッチ１５，１５をオフ（開放）にすることによって燃料電池ユニット１（つまり燃料電池４）が系統電源３から解列されるように構成されている。

そして、このように構成された従来の発電システムでは、燃料電池４での発電にあたり、燃料電池ユニット１側のマイコン５とパワーコンディショナユニット２側のマイコン１１とが以下のように連係しながら発電制御を行うように構成されている。

すなわち、燃料電池ユニット１のマイコン５は、燃料電池４による発電の開始時に、まず、電圧センサ６の検出電圧が燃料電池の正常起動の判定しきい値Ａを上回るか否かを判断する。そして、電圧センサ６の検出電圧がこのしきい値Ａを上回ると燃料電池４の動作は正常であると判定して、パワーコンディショナユニット２のマイコン１１に対して所定の起動許可信号Ｓ１を出力する。これにより、パワーコンディショナユニット２のマイコン１１がコンバータ９を起動させ、パワーコンディショナユニット２から負荷に対して交流電力が供給される（上記起動許可信号Ｓ１がマイコン１１に入力されるまでは、コンバータ９は動作停止状態（つまり、電源ラインの図示しない等価スイッチがオフの状態）となっている）。なお、この判断で電圧センサ６の検出電圧が所定時間を経過しても上記しきい値Ａ以下の場合には、マイコン５は燃料電池４が故障していると判定して所定の安全動作を実行する。

そして、燃料電池４の発電開始後は、燃料電池ユニット１のマイコン５は、電圧センサ６及び電流センサ７の双方を監視する。具体的には、電圧センサ６の検出電圧がスタック劣化の判定しきい値Ｂを下回るか否かを監視し、電圧センサ６の検出電圧がしきい値Ｂを下回ると燃料電池４のスタックが劣化していると判断し、燃料電池４に対する燃料（ガス、空気、水）の供給量を増やす制御を行って発電出力を増加させる。一方、電流センサ７については、その検出電流が燃料電池４の発電量に応じて変動する許容電流値（スタックに負担をかけずにパワーコンディショナ側で引っ張ることができる電流値）Ｃを超えるか否かを監視し、電流センサ７の検出電流が許容電流値Ｃを超えると出力遮断リレー８をオフ（開放）にして燃料電池４のスタックを保護する。出力遮断リレー８は、図１に示すように、燃料電池ユニット１の電源出力ラインに設けられており、このリレー８をオフにすることでパワーコンディショナユニット２に対する電力供給が遮断される。

これに対して、パワーコンディショナユニット２側のマイコン１１は、電圧センサ１２の検出電圧と、マイコン５から受信した許容電流値Ｃとに基づいてパワーコンディショナユニット２への入力電力を算出し、この入力電力に基づいて（具体的には、入力電力にコンバータ９とインバータ１０の変換効率を乗算して）パワーコンディショナユニット２の設定出力電力Ｄを決定してコンバータ９とインバータ１０のフィードフォーワード制御を行うとともに、上記電流センサ１３の検出電流が上記許容電流値Ｃに近づくようにコンバータ９及びインバータ１０のフィードバック制御を行う。その一方で、マイコン１１は、電圧センサ１２の検出電圧を監視し、この検出電圧がコンバータ９の昇圧出力電圧（インバータ１０の出力電圧に応じて決定される電圧：たとえば、インバータ１０でＡＣ２００Ｖを供給する場合にはＤＣ３９０Ｖ）を得るために必要な最低入力電圧Ｅを下回った場合、または、コンデンサ等の耐圧電圧Ｆを上回った場合には、パワーコンディショナユニット２を停止させる制御を行う。

このように、燃料電池を用いた従来の発電システムでは、燃料電池ユニット１とパワーコンディショナユニット２を連係させて制御するにあたり、これら各ユニット１，２の双方に、それぞれ電圧センサと電流センサとが重複して設けられ、これら電圧・電流センサの検出値に基づいて燃料電池ユニット１とパワーコンディショナユニット２とを連係させている。なお、このような連系制御にあたっては、電圧センサや電流センサに代えて電力センサを用いるものも提案されている（特許文献２参照）。

特開２００５−２２９７８３号公報 特開昭６３−９８７１１号公報

しかしながら、このような従来の発電システムでは、燃料電池ユニット１とパワーコンディショナユニット２の連係制御は、これら各ユニット１，２のマイコン５，１１が読み出した検出値（マイコン５，１１の入力値）に基づいて行われているため、以下のような問題があった。

すなわち、このような構成では、センサ自体又はセンサからマイコン５，１１に至るまでの信号入力経路に何らかの異常があり、マイコン５，１１が読み出した検出値が正確な値を示していない場合には、発電システムを適正に制御することができないという問題がある。

具体的には、燃料電池ユニット１の出力電圧がマイコン５に正確に読み込まれていないと、マイコン５は燃料電池４のスタックの劣化を検出できないので、スタックが劣化していても発電出力を増加させることができずにパワーコンディショナユニット２が正常に動作しえない（換言すれば、燃料電池４から負荷に電力を供給できない）事態が生じうる。また、パワーコンディショナユニット２の入力電圧がマイコン１１に正確に読み込まれないと、パワーコンディショナユニット２の入力電力を正確に演算できないので上記設定出力電力Ｄに誤差が生じ、コンバータ９やインバータ１０のフィードフォーワード制御がくるい、その結果、系統に供給する電力にも誤差が生じるおそれがある。また、コンバータ９の入力電圧が上記最低入力電圧Ｅを下回っていてもそれを検出できないので、所定の昇圧出力電圧を得ることができない（つまり、インバータ１０で所望の交流電源を生成できない）事態も生じうる。さらには、コンバータ９の入力電圧が耐圧電圧Ｆを上回り、コンデンサ等を破損するおそれもある。

一方、燃料電池ユニット１の出力電流がマイコン５に正確に読み込まれないと、上記許容電流値Ｃを超える電流が燃料電池４から引っ張られる場合があり、スタックの故障を引き起こすおそれがある。また、パワーコンディショナユニット２の入力電流をマイコン１１が正確に読み出せなければ、パワーコンディショナユニット２側で引っ張る電流を上記許容電流値Ｃに近づける制御ができなくなり、系統に供給する電力値にも誤差が生じる。

このように、燃料電池ユニット１やパワーコンディショナユニット２のマイコン５，１１に読み込まれた検出値が正確でないと、スタックの故障を招いたり、燃料電池４から負荷への電力供給が停止したり又は不十分となって、電力会社（系統電源）から供給を受ける電力の増加を招く（つまり、電気代の上昇を招く）といった問題がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットに重複して備えられるセンサの検出値の異常を検出し、センサの検出値に異常がある場合には確実に燃料電池ユニット及びパワーコンディショナユニットの動作を停止させることができる発電ユニットを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る発電システムは、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットとを有する発電システムであって、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットの双方に、電圧センサ、電流センサ及び電力センサのうちの少なくともいずれか一つのセンサを備えるものにおいて、上記センサの検出値を相互に比較する比較手段と、上記比較手段による比較結果に基づいてセンサの異常を検出する異常検出手段とを備えてなり、上記異常検出手段でセンサの異常を検出すると、上記燃料電池ユニットでの発電動作を停止させる制御構成を備えたことを特徴とする。

すなわち、この発電システムでは、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットの双方に、電圧センサ、電流センサ及び電力センサのいずれかを重複して備える発電システムにおいて、両ユニットに備えられたセンサの検出値を比較してセンサの異常を検出する。具体的には、比較する検出値の偏差Ｘが異常判定しきい値Ｚ以上である場合に、当該センサは異常（つまり、センサの検出値が異常。以下、同じ。）であると判定する。そして、センサの異常が検出されると、上記燃料電池ユニットでの発電動作が停止する。したがって、本発明では、発電ユニットに備えられた電圧センサ、電流センサ及び電力センサのいずれかに異常がある状態で燃料電池による発電が継続することが回避される。

本発明の請求項２に係る発電システムは、請求項１に記載の発電システムにおいて、 上記燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットが双方向通信可能な通信線で接続され、上記パワーコンディショナユニットの制御部には、パワーコンディショナユニット側のセンサの検出値を上記通信線を介して燃料電池ユニットの制御部に送信する送信手段が備えられ、上記燃料電池ユニットの制御部には、上記比較手段と上記異常検出手段とが備えられてなり、上記燃料電池ユニットの制御部は、上記異常検出手段でセンサの異常を検出すると、上記パワーコンディショナユニットの制御部に対し、パワーコンディショナユニットの動作停止を指令する動作停止信号を出力する制御構成を備えたことを特徴とする。

すなわち、この請求項２に係る発電システムでは、パワーコンディショナユニット側のセンサで検出される検出値はパワーコンディショナユニットの制御部の送信手段を介して燃料電池ユニットの制御部に送信される。燃料電池ユニットの制御部は、燃料電池ユニットに備えられたセンサの検出値とパワーコンディショナユニットの制御部から送信された検出値（パワーコンディショナユニット側のセンサの検出値）とを比較してセンサの異常を検出する。そして、センサの異常が検出されると、上記燃料電池ユニットの制御部からパワーコンディショナユニットの制御部に対して動作停止信号が出力される。このように、請求項２に係る発電システムでは、センサ検出値に異常があるとパワーコンディショナユニットが強制的に停止されるので、燃料電池の発電量を超える電力がパワーコンディショナ側で消費されることが回避され、燃料電池（具体的にはスタック）の破損を防止することができる。

本発明の請求項３に係る発電システムは、請求項１または２に記載の発電システムにおいて、上記燃料電池ユニットは、その電源出力ラインに出力遮断リレーを備え、上記燃料電池ユニットの制御部は、上記異常検出手段でセンサの異常を検出すると、上記出力遮断リレーによって上記電源出力ラインを遮断する制御構成を備えたことを特徴とする。

すなわち、この請求項３に係る発電システムでは、上記燃料電池ユニットの制御部がセンサ検出値の異常を検出すると電源出力ラインに備えられた出力遮断リレーによって燃料電池ユニットからの電源出力を遮断する。したがって、パワーコンディショナユニット側の動作停止が遅れたような場合であっても燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットは電源遮断リレーで縁切りされるので、燃料電池の破損を確実に防止することができる。

本発明の請求項４に係る発電システムは、請求項２または３に記載の発電システムにおいて、上記燃料電池ユニットの制御部は、スイッチ接点によって上記パワーコンディショナユニットへの運転指令を行う運転指令回路を備え、上記異常検出手段でセンサの異常を検出すると、上記パワーコンディショナユニットの制御部に対し、上記運転指令回路による上記パワーコンディショナユニットの動作停止信号を出力する制御構成を備えたことを特徴とする。

すなわち、請求項４に係る発電システムでは、上記燃料電池ユニットの制御部からパワーコンディショナユニットの制御部に対して運転指令を与えるための運転指令回路が双方向通信用の通信線とは別に設けられている。この運転指令回路は、パワーコンディショナユニットに対する運転指令をスイッチ接点の信号（オン／オフ信号）で与える回路で構成されている。そのため、上記動作停止信号を双方向通信線を用いてパワーコンディショナユニットの制御部に与える構成に比べて、動作停止信号を短時間で、かつ確実にパワーコンディショナユニットの制御部に伝達することができる。したがって、この請求項４に係る発電システムでは、センサ異常時に迅速かつ確実にパワーコンディショナユニットを停止させることができる。

本発明の請求項５に係る発電システムは、請求項１に記載の発電システムにおいて、上記燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットが双方向通信可能な通信線で接続され、上記燃料電池ユニットの制御部には、上記センサの検出値を上記通信線を介してパワーコンディショナユニットの制御部に送信する送信手段が備えられ、上記パワーコンディショナユニットの制御部には、上記比較手段と上記異常検出手段とが備えられてなり、上記パワーコンディショナユニットの制御部は、上記異常検出手段でセンサの異常を検出すると、パワーコンディショナユニットの動作を停止させるとともに、燃料電池ユニットの制御部に対し、燃料電池ユニットの動作停止を指令する動作停止信号を出力する制御構成を備えたことを特徴とする。

すなわち、請求項５に係る発電システムでは、燃料電池ユニット側のセンサで検出される検出値は燃料電池ユニットの制御部の送信手段を介してパワーコンディショナユニットの制御部に送信される。パワーコンディショナユニットの制御部は、パワーコンディショナユニットに備えられたセンサの検出値と燃料電池ユニットの制御部から送信された検出値（燃料電池ユニット側のセンサの検出値）とを比較してセンサの異常を検出する。そして、センサの異常が検出されると、上記パワーコンディショナユニットの制御部から燃料電池ユニットの制御部に対して動作停止信号が出力される。このように、請求項５に係る発電システムでは、センサの異常検出ならびに動作停止信号の送信はパワーコンディショナユニットの制御部によって行われる。したがって、本発明では、たとえば、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットが異なるメーカで製造されたような場合（つまり、燃料電池ユニット側にセンサの異常検出や異常検出時の発電停止処理機能がない場合）でも、センサ異常時には燃料電池の発電を停止でき、燃料電池の破損を防止することができる。

本発明の請求項１に係る発明によれば、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットの双方に重複して備えられた電圧・電流・電力センサの検出値を比較してセンサの異常を検出し、センサに異常が検出されると燃料電池ユニットでの発電動作が停止するので、センサに異常がある状態で燃料電池が発電を継続するのが防止される。したがって、燃料電池が破損するおそれの少ない発電システムを提供することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットの双方に重複して備えられた電圧・電流・電力センサの異常検出が燃料電池ユニットの制御部で行われ、センサの異常が検出されると、パワーコンディショナユニットの制御部に対して動作停止信号が出力されるので、センサの異常検出時にはパワーコンディショナユニットが動作を停止する。そのため、燃料電池の発電量を超える電力がパワーコンディショナ側で消費されることが回避され、燃料電池の破損が防止される。

また、請求項３に係る発明によれば、燃料電池ユニットの制御部がセンサの異常を検出すると出力遮断リレーによって燃料電池ユニットからの電源出力を遮断する。つまり、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットが絶縁されるので、燃料電池の破損を確実に防止することができる。

また、請求項４に係る発明によれば、パワーコンディショナユニットに与える運転停止信号がスイッチ接点の信号で与えられるので、動作停止信号を迅速かつ確実にパワーコンディショナユニットに伝達できる。したがって、センサの異常時にパワーコンディショナユニットを速やかに停止させることができる。

また、請求項５に係る発明によれば、センサの異常検出がパワーコンディショナユニットの制御部で行われ、センサの異常が検出されると、パワーコンディショナユニットの動作が停止されるとともに、燃料電池ユニットの制御部に対して動作停止信号が出力されるので、センサの異常検出時には燃料電池ユニットが動作を停止する。そのため、発電量を超える電力がパワーコンディショナ側で消費されることが回避され、燃料電池の破損が防止される。なお、特に本発明は、燃料電池ユニット側にセンサの異常検出や異常検出時の発電停止処理機能がない場合でも、センサに異常があれば燃料電池の発電を停止でき、燃料電池の破損を防止することができる。

本発明に係る発電システムの概略構成を示す回路図である。 本発明に係る発電システムにおける電圧センサの異常判定処理手順を示すフローチャートである。 本発明に係る発電システムの他の実施形態の概略構成を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明は、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットとを有する発電システムであって、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットの双方に、電圧センサ、電流センサ及び電力センサのうちの少なくともいずれか一つのセンサを備える発電システムに適用される。

すなわち、燃料電池を用いた発電システムでは、燃料電池ユニット側に、出力電圧及び出力電流（又は出力電力）を検出するための電圧センサ、電流センサ等が設けられる一方で、パワーコンディショナユニット側にも入力電圧及び入力電流（又は入力電力）を検出する電圧センサ、電流センサ等が設けられている。ここで、燃料電池ユニットからパワーコンディショナユニットへの電力供給は電源線Ｌ（図１参照）を介して行われているので、この電源線Ｌに断線等の異常がなければ、燃料電池ユニット側の電圧センサ等とパワーコンディショナユニット側の電圧センサ等は略同一の検出値を示す。本発明は、このように燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットとに重複して設けられるセンサの検出値を比較してセンサの異常を検出するとともに、センサに異常があればシステムの運転を停止する発電システムを提供する。

実施形態１
本発明の実施形態１を図１及び図２に基づいて説明する。なお、図１に示す発電システムにおいて従来の発電システムと構成が共通する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。

まず、電圧センサ６，１２の異常判定処理について説明する。本実施形態に示す発電システムでは、電圧センサ６，１２の異常判定は、燃料電池ユニット１の出力電圧を検出する電圧センサ６と、この電圧センサ６の検出値を読み出すマイコン５と、パワーコンディショナユニット２の入力電圧（燃料電池ユニット１から供給される直流電源の電圧）を検出する電圧センサ１２と、この電圧センサ１２の検出値を読み出すマイコン１１と、上記マイコン５とマイコン１１の通信を利用して行う。

具体的には、図２に示すように、この処理を開始すると、まず、燃料電池ユニット１のマイコン５は電圧センサ６，１２の検出値を取得する（図２ステップＳ１参照）。電圧センサ６の検出値（Ｖout）はマイコン５が直接読み出す。一方、電圧センサ１２の検出値（Ｖin）は、マイコン１１が読み出した値を、マイコン１１との双方向通信によってマイコン５が取得する。つまり、電圧センサ１２の検出値は、パワーコンディショナユニット２側の制御部１１を電圧センサ１２の検出値の送信手段として、通信線１４を介してマイコン５が取得する。

そして、マイコン５は、両電圧センサ６，１２の検出値を取得すると、次に、これら両センサ６，１２の検出値を比較してその偏差Ｘｖを演算する（図２ステップＳ２参照）。すなわち、マイコン５は、両センサ６，１２の検出値の比較手段として機能し、燃料電池ユニット１側の電圧センサ６の検出値Ｖoutからパワーコンディショナユニット２側の電圧センサ１２の検出値Ｖinを減算して偏差（の絶対値、以下同じ。）Ｘｖを求める。

偏差Ｘｖを演算すると、次に、マイコン５は、演算された偏差Ｘｖを所定のしきい値と比較して、正常領域、中間領域及び異常領域のいずれに属するかを判定する（つまり、マイコン５は異常判定手段としても機能する）。具体的には、まず、この偏差Ｘｖとあらかじめ設定された電圧センサの正常判定のしきい値Ｙｖとを比較して、偏差Ｘｖが正常判定しきい値Ｙｖ以下であるかを判断する（図２ステップＳ３参照）。上述したように、燃料電池ユニット１からパワーコンディショナユニット２への電力供給は電源線Ｌを介して行われているので、電源線Ｌに断線等の異常がなければ両電圧センサ６，１２の検出値は略同一の値を示す。したがって、この状態で偏差Ｘｖが正常判定しきい値Ｙｖ未満であれば、マイコン５は偏差Ｘｖが正常領域にあり、電圧センサ６，１２は正常に出力電圧、入力電圧を検出していると判定し、通常どおりの発電制御を行う（図２ステップＳ４参照）。

これに対して、上記偏差Ｘｖが正常判定しきい値Ｙｖ以上に大きな値を示す場合には、電圧センサ６，１２のいずれかに異常があるか、もしくは電圧センサ６，１２からマイコン５，１１への検出信号入力回路に異常があると判断できる。この場合、マイコン５とマイコン１１の通信異常も考えられるが、通信異常については通信データのパリティチェックなどの他の方法で監視するので、この処理では通信異常とは判断しない。

このようにして、電圧センサ６，１２の検出値に異常があると判断されると、次に、マイコン５は、上記偏差Ｘｖとあらかじめ設定された電圧センサの異常判定のしきい値Ｚｖとを比較して、偏差Ｘｖが異常判定しきい値Ｚｖ以上であるかを判断する（図２ステップＳ５参照）。ここで、この異常判定しきい値Ｚｖは、電圧センサ６，１２（又はこれらの検出信号入力回路）が明らかに異常（発電システムの運転を継続することが困難であるとされる程度の異常）と判定できる値に設定される。すなわち、この異常判定しきい値Ｚｖを小さく設定すると、たとえばノイズなどの軽微な異常（発電システムの運転を継続できる程度の軽微な異常）でも電圧センサ６，１２を異常と判定してしまうので、この異常判定しきい値Ｚｖは、このような軽微な異常は異常と判定しないような値に設定される。なお、この異常判定しきい値Ｚｖは、上記正常判定しきい値Ｙｖよりも大きく（Ｙｖ＜Ｚｖ）設定される。

そして、この判断（上記偏差Ｘｖが異常判定しきい値Ｚｖ以上であるかの判断）が肯定的であれば、マイコン５は偏差Ｘｖが異常領域にあり、電圧センサ６，１２が故障していると判断し（図２ステップＳ６参照）、所定の安全動作を実行する。

具体的には、マイコン５は、電圧センサ６，１２が異常であると判断すると、上記安全動作として、パワーコンディショナユニット２の制御部１１に対して、パワーコンディショナユニット２の動作の強制的な停止を指令する動作停止信号を出力するとともに、燃料電池４における発電動作を停止させる処理を実行する。ここで、この動作停止信号は、インバータ１０の停止と系統連係スイッチ１５，１５のオフを指令する信号であり、この信号が上記通信線１４を介してパワーコンディショナユニット２の制御部１１に伝達される。これにより、パワーコンディショナユニット２の制御部１１がインバータ１０の動作を強制的に停止させるとともに、系統連係スイッチ１５，１５をオフにして、燃料電池ユニット１を系統電源３から解列させる。

このように、本実施形態では、電圧センサ６，１２に異常が検出されると、燃料電池ユニット１の制御部５は、燃料電池４による発電を停止するとともに、パワーコンディショナユニット２を強制的に停止させるので、燃料電池ユニット１での発電量以上の電力をパワーコンディショナユニット２が消費しない制御が実現され、燃料電池４のスタックの破損が防止される。また、上記動作停止信号は、燃料電池ユニット１の制御部５とパワーコンディショナユニット２の制御部１１との間の通信用に配設された既設の通信線１４を使用するので、特別な回路を設けることなく、制御部５，１１のプログラムの設定変更だけで本発明を適用することができる。

一方、上記図２ステップＳ５の判断が否定的、つまり、この偏差Ｘｖが、「正常判定しきい値Ｙｖ＜偏差Ｘｖ＜異常判定しきい値Ｚｖ」となる中間領域にある場合には、マイコン５は、電圧センサ６，１２の検出値のうちの安全側の検出値を示したセンサの以後の検出値を用いて発電システムの発電制御を継続する（図２ステップＳ７参照）。

具体的には、本実施形態では、電圧センサ６，１２の検出値の偏差Ｘｖを判定しているので、この安全側の検出値としては検出値が小さい電圧値を用いる。すなわち、中間領域にあると判断された時点において、マイコン５が電圧センサ６と電圧センサ１２のうちで小さい検出値を示した電圧センサを安全側のセンサとして特定し、以後の制御においては、この安全側のセンサで検出される検出値を用いて、マイコン５，１１が発電制御及びパワーコンディショナの制御を継続する。なお、その際、燃料電池ユニット１側のセンサが安全側のセンサとして特定されると、パワーコンディショナユニット２のマイコン１１は、燃料電池ユニット１のマイコン５から通信により当該センサの検出値を取得する。

このように、本実施形態の発電システムにおいて安全側のセンサとして、小さい電圧値を示したセンサを選択するのは、発電運転の継続を決定・開始した際に、安全側の電圧センサの検出値が、たとえば、スタック劣化の判定しきい値Ｂを下回っている場合には、マイコン５が、それに応じて燃料電池の発電出力を増加させて運転を継続できるようにするためである。ここで、もし反対に大きい電圧値を示したセンサを安全側として選択すると、スタック劣化の判定しきい値Ｂを下回っていることが見逃され、スタックの破損を招くおそれがある。つまり、本実施形態では、小さい電圧値を示したセンサを安全側として選択することで、スタックを破損することなく発電運転を継続させることができる。なお、このときに安全側として燃料電池ユニット１の電圧センサ６が特定されると、パワーコンディショナユニット２のマイコン１１は入力電圧が低下したと判断することになるが、その場合には、マイコン１１は、設定出力電力Ｄを下げでコンバータ９とインバータ１０のフィードフォーワード制御及びフィードバック制御を行う。つまり、負荷に供給する電力を低下させて発電運転が継続される。

なお、本実施形態では、電圧センサ６，１２の検出値を比較する場合を示したが、電流センサ７，１３の検出値を比較して電流センサの異常判定を行うように構成したり、電圧センサ６，１２と電流センサ７，１３の双方についてセンサの検出値の異常判定を行うように構成することもできる。

ここで、電流センサ７，１３の検出値を比較して電流センサの異常判定を行う場合には、燃料電池ユニット１の出力電流を検出する電流センサ７と、この電流センサ７の検出値を読み出すマイコン５と、パワーコンディショナユニット２の入力電流を検出する電流センサ１３と、この電流センサ１３の検出値を読み出すマイコン１１と、上記マイコン５とマイコン１１の通信が利用される。

燃料電池ユニット１のマイコン５が電流センサ７，１３の検出値を取得するにあたっては、電流センサ７の検出値（Ｉout）はマイコン５が直接読み出し、電流センサ１３の検出値（Ｉin）は、マイコン１１が読み出した値をマイコン１１との双方向通信によってマイコン５が取得する。

両電流センサ７，１３の検出値をマイコン５が取得すると、次に、マイコン５は、これら両センサ７，１３の検出値を比較してその偏差（絶対値）Ｘiを演算する。そして、この偏差Ｘｉが正常判定しきい値Ｙｉ未満であれば、電流センサ７，１３の検出値は正常であると判定し、通常どおりの発電制御を行う。一方、上記偏差Ｘｉが正常判定しきい値Ｙｉ以上に大きな値を示す場合には、偏差Ｘｉと電流センサの異常判定のしきい値Ｚｉとを比較して、偏差Ｘｉが異常判定しきい値Ｚｉ以上であれば電流センサ７，１３は故障していると判断し、上記所定の安全動作を実行する。

これに対して、偏差Ｘｉが、「正常判定しきい値Ｙｉ＜偏差Ｘｉ＜異常判定しきい値Ｚｉ」である場合には、マイコン５は、電流センサ７，１３の検出値のうちの安全側の検出値を示した電流センサの以後の検出値を用いて発電システムの発電制御を行う。しかし、この場合は安全側の検出値として検出値が大きい電流値を用いる。したがって、安全側として選択された電流センサの検出値（電流値）が、たとえば、許容電流値Ｃを上回っていると、マイコン５は、出力遮断リレー８をオフすることになり、パワーコンディショナユニット２による電流の引きすぎが防止される。燃料電池ユニット１の電流センサ７が安全側のセンサである場合には、マイコン１１は入力電流が増加したと判断することになるが、その際、マイコン１１が燃料電池ユニット１から電流を引っ張りすぎていると判断すると設定出力電力Ｄを下げてコンバータ９とインバータ１０のフィードフォーワード制御及びフィードバック制御を行う。つまり、この場合も負荷に供給する電力を低下させて運転が継続される。

実施形態２
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。この第２の実施形態は上記実施形態１におけるセンサの異常検出時（センサ故障と判定したとき）における安全動作の改変例を示している。なお、この安全動作以外の点については実施形態１と構成が共通するので、共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、燃料電池ユニット１のマイコン５がセンサの故障と判定すると、該マイコン５は、燃料電池ユニット１の出力遮断リレー８をオフ（開放）にして、燃料電池ユニット１からパワーコンディショナユニット２への電源出力ラインを遮断するとともに、燃料電池４における発電動作を停止させる処理を実行する。そして、パワーコンディショナユニット２に対しては、通常の制御手順に従ってその動作停止を指令する。

すなわち、本実施形態ではセンサの故障と判定すると、燃料電池ユニット１のマイコン５は、パワーコンディショナユニット２の動作に関係なく、燃料電池ユニット１側で電源出力を遮断するように構成されている。そのため、本実施形態では、実施形態１における安全動作のように、パワーコンディショナユニット２との通信（双方向通信）を行わずに安全動作が完了するので、安全動作を迅速かつ確実に行うことができる。

なお、この第２の実施形態に示す安全動作は単独で行うように構成してもよいが、実施形態１における安全動作と組み合わせることも可能である。すなわち、センサの故障と判断すると、マイコン５が出力遮断リレー８のオフ及び燃料電池４の発電停止の処理と並行してパワーコンディショナユニット２に対して動作停止信号を送信するように構成することもできる。

実施形態３
次に、本発明の第３の実施形態を図３に基づいて説明する。この第３の実施形態に示す発電システムは、上記実施形態１における動作停止信号の伝達回路を改変している。なお、本実施形態においても実施形態１と構成が共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。

すなわち、この実施形態では、スイッチ接点のオン／オフ信号によってパワーコンディショナユニット２への運転指令（動作／動作停止の指令）を行う運転指令回路が備えられている。

具体的には、図３に示すように、燃料電池ユニット１のマイコン５とパワーコンディショナユニット２のマイコン１１とが上記双方向通信用の通信線１４と、この通信線１４とは別の信号線１６とで接続される。そして、この信号線１６を介して、燃料電池ユニット１のマイコン５からパワーコンディショナユニット２の制御部１１に対して、パワーコンディショナユニット２の動作開始または動作停止を指令するオン／オフ信号を与えるように構成されている。一方、パワーコンディショナユニット２は、この信号線１６を介して与えられるオン／オフ信号に応じてインバータ１０の動作を制御（動作または動作停止の制御を）するように構成される。

そして、燃料電池ユニット１の制御部５は、センサの故障と判定すると、この信号線１６を介してパワーコンディショナユニット２の制御部１１に対して、パワーコンディショナユニット２の動作停止を指令するオン／オフ信号（つまり、動作停止信号）を出力する。これにより、パワーコンディショナユニット２の制御部１１がインバータ１０の動作を停止する。

このように、本実施形態に示す発電システムでは、パワーコンディショナユニット２の動作／動作停止の制御が、上記双方向通信のような複雑な通信（一定間隔の定期通信でパリティチェックなどの手順を要する時間のかかる通信）ではなく、シンプルで迅速に通信できるオン／オフ信号によって行われるので、動作停止信号を迅速かつ確実にパワーコンディショナユニット２の制御部１１に伝達することができる。

実施形態４
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。この第４の実施形態は、上記実施形態１において燃料電池ユニットの制御部５で行っていたセンサの異常検出をパワーコンディショナユニット２の制御部１１で行うように構成したものであり、それに伴ってセンサ故障と判断した時における安全動作もパワーコンディショナユニット２の制御部１１が中心となって行うように構成されている。その他の点は実施形態１と共通するので、共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。

すなわち、この実施形態に示す発電システムでは、センサの異常判定をパワーコンディショナユニット２の制御部１１が行うので、センサの異常判定処理にあたっては、まず、パワーコンディショナユニット２のマイコン１１が電圧センサ１２（または電流センサ１３）の検出値を直接読み出す一方、燃料電池ユニット１の電圧センサ６（または電流センサ７）の検出値はマイコン５との双方向通信によって取得する。

そして、マイコン１１は、両電圧センサ１２，６の検出値を取得すると、次に、これら両センサ１２，６の検出値を比較してその偏差Ｘｖ（またはＸｉ）を演算し、さらに、この偏差Ｘｖ（またはＸｉ）を正常判定のしきい値Ｙｖ（またはＹｉ）、異常判定しきい値Ｚｖ（またはＺｉ）と比較して、偏差Ｘｖ（またはＸｉ）が正常領域、異常領域、中間領域のいずれに属するかを判定し、正常領域にあれば通常の制御を行い、異常領域にあればセンサ故障と判定して所定の安全動作を行い、中間領域にあれば安全側の検出値を用いて発電制御を継続する（この点は実施形態１と同様である）。

そして、パワーコンディショナユニット２の制御部１１がセンサ故障と判定する（偏差Ｘが異常判定しきい値Ｚ以上である）と、パワーコンディショナユニット２の制御部１１は、コンバータ９とインバータ１０の動作を停止させ、系統連係スイッチ１５，１５をオフにするとともに、燃料電池ユニット１の制御部５に対しては、通常の制御手順に従って燃料電池ユニットの動作停止を指令する動作停止信号を出力する。

このように、本実施形態ではセンサの異常検出をパワーコンディショナユニット２の制御部１１で行い、センサ故障と判定したときの安全動作もパワーコンディショナユニット２の制御部１１が行うので、燃料電池ユニット１側にセンサの異常検出機能や異常検出時の発電停止処理機能がない場合でも、センサ異常の発見や異常発見時におけるシステムの強制停止を行うことができる発電システムを提供できる。

なお、本実施形態では、センサが故障と判定した場合にインバータ１０の動作停止ならびに系統連係スイッチ１５，１５のオフを行うように構成したが、これらとともに、燃料電池ユニット１の出力遮断リレー８を遮断させるように構成することもできる。

なお、上述した実施形態は本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれらに限定されることなく発明の範囲内で種々の設計変更が可能である。

たとえば、上述した実施形態では、電圧センサ６，１２と電流センサ７，１３とが重複して設けられた発電システムに本発明を適用した場合を示したが、本発明はこれら電圧・電流センサに代えて、あるいはこれらと併せて電力センサを備えた発電システムにも適用することができる。すなわち、本発明は、燃料電池ユニット１側とパワーコンディショナユニット２側とで略同一の値を示す検出値を比較してその偏差からセンサの異常を判定するものであるから、たとえば、電力センサ同士の検出値を比較したり、あるいは、電圧・電流センサの検出値から得た電力値と電力センサの検出値とを比較するように構成することもできる。

また、本発明は燃料電池ユニット１とパワーコンディショナユニット２とからなる発電システムであれば、燃料電池４の種別（たとえば、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）や固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）など）を問わず適用可能である。

また、本発明では、センサの異常判定にあたり、比較した検出値の偏差Ｘを正常領域、中間領域、異常領域の３つに分類したが、中間領域を設定せずに、正常領域と異常領域に分類し、異常領域にあるときにセンサが故障しているとして所定の安全動作を行うように構成することもできる。

また、上述した実施形態４に示すように、パワーコンディショナユニット２側でセンサの異常判定を行う場合においても、実施形態３で示したように、マイコン１１とマイコン５とを双方向通信用の通信線１４とは別の信号線で接続し、マイコン１１からマイコン５に対して与える燃料電池ユニット１の動作停止を指令する信号をスイッチ接点のオン／オフ信号によって与えるように構成することも可能である。

１ 燃料電池ユニット
２ パワーコンディショナユニット
３ 系統電源
４ 燃料電池
５ マイコン（燃料電池ユニット側）
６ 電圧センサ（燃料電池ユニット側）
７ 電流センサ（燃料電池ユニット側）
９ コンバータ
１０ インバータ
１１ マイコン（パワーコンディショナ側）
１２ 電圧センサ（パワーコンディショナ側）
１３ 電流センサ（パワーコンディショナ側）
１４ 通信線
１５ 系統連系スイッチ
Ｘ 偏差
Ｙ 正常判定しきい値
Ｚ 異常判定しきい値

Claims (5)

1. 燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットとを有する発電システムであって、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットの双方に、電圧センサ、電流センサ及び電力センサのうちの少なくともいずれか一つのセンサを備えるものにおいて、
   前記センサの検出値を相互に比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果に基づいてセンサの異常を検出する異常検出手段とを備えてなり、
   前記異常検出手段でセンサの異常を検出すると、前記燃料電池ユニットでの発電動作を停止させる制御構成を備えたことを特徴とする発電システム。
2. 前記燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットが双方向通信可能な通信線で接続され、
   前記パワーコンディショナユニットの制御部には、パワーコンディショナユニット側のセンサの検出値を前記通信線を介して燃料電池ユニットの制御部に送信する送信手段が備えられ、
   前記燃料電池ユニットの制御部には、前記比較手段と前記異常検出手段とが備えられてなり、
   前記燃料電池ユニットの制御部は、前記異常検出手段でセンサの異常を検出すると、前記パワーコンディショナユニットの制御部に対し、パワーコンディショナユニットの動作停止を指令する動作停止信号を出力する制御構成を備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
3. 前記燃料電池ユニットは、その電源出力ラインに出力遮断リレーを備え、
   前記燃料電池ユニットの制御部は、前記異常検出手段でセンサの異常を検出すると、前記出力遮断リレーによって前記電源出力ラインを遮断する制御構成を備えた
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の発電システム。
4. 前記燃料電池ユニットの制御部は、スイッチ接点によって前記パワーコンディショナユニットへの運転指令を行う運転指令回路を備え、
   前記異常検出手段でセンサの異常を検出すると、前記パワーコンディショナユニットの制御部に対し、前記運転指令回路による前記パワーコンディショナユニットの動作停止信号を出力する制御構成を備えた
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の発電システム。
5. 前記燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットが双方向通信可能な通信線で接続され、
   前記燃料電池ユニットの制御部には、前記センサの検出値を前記通信線を介してパワーコンディショナユニットの制御部に送信する送信手段が備えられ、
   前記パワーコンディショナユニットの制御部には、前記比較手段と前記異常検出手段とが備えられてなり、
   前記パワーコンディショナユニットの制御部は、前記異常検出手段でセンサの異常を検出すると、パワーコンディショナユニットの動作を停止させるとともに、燃料電池ユニットの制御部に対し、燃料電池ユニットの動作停止を指令する動作停止信号を出力する制御構成を備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載の発電システム。

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