JP2015015116A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】負荷の消費電力の増減によるエネルギー効率の低下を抑制できる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池装置２は、需要家１０に設置され、改質器２１にて原燃料から水素を含む改質ガスを生成し、スタック２２にて改質ガスを用いて発電し、需要家１０の負荷へ電力供給するように構成されている。制御部３は、燃料電池装置２の出力する電力が所定の定格出力となるときの生成量で改質ガスが生成されるように改質器２１を制御する。分配器４は、負荷での消費電力が定格出力を下回る場合、当該定格出力と当該消費電力との差分に相当するエネルギーを余剰エネルギーとして、燃料電池装置２から車両５に分配して蓄積部（タンク５１、蓄電池５３）に蓄積させる。【選択図】図１

Description

本発明は、改質器にて原燃料から水素を含む改質ガスを生成し当該改質ガスを用いて発電する燃料電池装置を備えた燃料電池システムに関する。

従来から、家庭用の燃料電池（発電）システムとして、原燃料から改質反応により水素リッチな改質ガスを生成する改質器（燃料改質装置）を備えたシステムが知られている（たとえば特許文献１参照）。

特許文献１に記載の燃料電池システムは、都市ガス、天然ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）等の炭化水素系燃料を原燃料として、改質器にて水蒸気改質反応により改質ガスを生成し、生成された改質ガスを用いて燃料電池が発電を行うように構成されている。この燃料電池システムは、改質器から導出される改質ガス導出管の終端が燃料電池に接続され、改質ガス導出管を通して改質ガスが発電用燃料として燃料電池に供給されている。

特開２００８−１７９４９４号公報

ところで、上述したような燃料電池システムは、エネルギー効率を高めるためには、出力電力が所定の定格出力となるように運転することが望ましい。しかし、一般的には燃料電池システムからの電力供給を受ける負荷の消費電力は増減するので、燃料電池システムを常に定格出力で運転させることは難しい。つまり、負荷の消費電力が減少して燃料電池システムの定格出力を下回るような場合、燃料電池から出力される電力が定格出力より小さくなるので、改質器で生成された改質ガスの一部が燃料電池での発電に使用されずに余ることが考えられる。したがって、燃料電池システムは、負荷の消費電力の増減によりエネルギー効率が低下する可能性がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されており、負荷の消費電力の増減によるエネルギー効率の低下を抑制できる燃料電池システムを提供することを目的とする。

本発明の燃料電池システムは、需要家に設置され、改質器にて原燃料から水素を含む改質ガスを生成し当該改質ガスを用いて発電し、前記需要家の負荷へ電力供給する燃料電池装置と、前記燃料電池装置の出力する電力が所定の定格出力となるときの前記改質ガスの生成量で前記改質ガスが生成されるように前記改質器を制御する制御部と、前記燃料電池装置で発生するエネルギーを蓄積する蓄積部を有した車両に、前記燃料電池装置から前記エネルギーを分配する分配器とを備え、前記分配器は、前記負荷での消費電力が前記定格出力を下回る場合、当該定格出力と当該消費電力との差分に相当する前記エネルギーを余剰エネルギーとして、前記燃料電池装置から前記車両に分配して前記蓄積部に蓄積させるように構成されていることを特徴とする。

この燃料電池システムにおいて、前記車両は、前記改質ガスを蓄積するタンクを前記蓄積部として有し、当該タンクに蓄積された前記改質ガスを用いて発電する燃料電池スタックを搭載した燃料電池車であって、前記分配器は、前記改質器で生成された前記改質ガスを前記余剰エネルギーとして前記車両に分配するように構成されていることが望ましい。

この燃料電池システムにおいて、前記車両は、電気エネルギーを蓄積する蓄電池を前記蓄積部として有し、前記分配器は、前記燃料電池装置で発電された電気エネルギーを前記余剰エネルギーとして前記車両に分配するように構成されていることがより望ましい。

または、この燃料電池システムにおいて、前記車両は、前記改質ガスを蓄積するタンクと電気エネルギーを蓄積する蓄電池とを前記蓄積部として有し、当該タンクに蓄積された前記改質ガスを用いて発電し、前記蓄電池へ電力供給を行って当該蓄電池を充電する燃料電池スタックを搭載した燃料電池車であって、前記分配器は、前記改質器で生成された前記改質ガスを前記余剰エネルギーとして前記車両に分配するガス分配モードと、前記燃料電池装置で発電された電気エネルギーを前記余剰エネルギーとして前記車両に分配する電力分配モードとの２つの動作モードを有しており、前記タンクの残量が第１の閾値を超えたときに前記動作モードを前記ガス分配モードから前記電力分配モードへ切り替える機能と、前記蓄電池の残容量が第２の閾値を超えたときに前記動作モードを前記電力分配モードから前記ガス分配モードへ切り替える機能との少なくとも一方の機能を持つ切替部を具備することが望ましい。

この燃料電池システムにおいて、前記車両の前記燃料電池スタックで発電される電力を電力変換して前記需要家の前記負荷へ供給する電力変換装置をさらに備え、前記電力変換装置は、少なくとも前記タンクの残量を含む車両情報を取得する取得部と、当該車両情報に応じて前記負荷への給電を制御する給電制御部とを有することがより望ましい。

この燃料電池システムにおいて、前記電力変換装置は、前記分配器と連携し、前記改質器で生成された前記改質ガスが前記余剰エネルギーとして前記分配器により前記車両に分配されている間に、前記車両の前記燃料電池スタックで発電される電力を電力変換して前記需要家の前記負荷へ供給するように構成されていることがより望ましい。

本発明は、負荷での消費電力が定格出力を下回る場合、分配器が、当該定格出力と当該消費電力との差分に相当するエネルギーを余剰エネルギーとして、燃料電池装置から車両に分配して蓄積部に蓄積させる。したがって、負荷の消費電力の増減によるエネルギー効率の低下を抑制できる、という利点がある。

実施形態１に係る燃料電池システムの構成を示す概略ブロック図である。 実施形態１に係る分配器の動作の説明図である。 実施形態２に係る燃料電池システムの構成を示す概略ブロック図である。 実施形態３に係る燃料電池システムの動作の説明図である。

（実施形態１）
本実施形態の燃料電池システム１は、図１に示すように、燃料電池装置２と、制御部３と、分配器４とを備えている。

燃料電池装置２は、需要家１０に設置され、改質器２１にて原燃料から水素を含む改質ガスを生成し当該改質ガスを用いて発電し、需要家１０の負荷（図示せず）へ電力供給するように構成されている。制御部３は、燃料電池装置２の出力する電力が所定の定格出力となるときの前記改質ガスの生成量で前記改質ガスが生成されるように改質器２１を制御する。分配器４は、燃料電池装置２で発生するエネルギーを蓄積する蓄積部（タンク５１、蓄電池５３）を有した車両５に、燃料電池装置２から前記エネルギーを分配する。

分配器４は、前記負荷での消費電力が前記定格出力を下回る場合、当該定格出力と当該消費電力との差分に相当する前記エネルギーを余剰エネルギーとして、燃料電池装置２から車両５に分配して蓄積部に蓄積させるように構成されている。

以下、本実施形態の燃料電池システム１の構成および機能について詳しく説明する。なお、以下では電気事業者から商用電力の供給を受けている一般的な戸建住宅を需要家１０の例として説明するが、需要家１０は、戸建住宅に限らず、たとえば集合住宅、店舗、施設、工場などであってもよい。

燃料電池システム１は、図１に示すように、上述した燃料電池装置２、制御部３、分配器４に加えて、インバータ１１と熱回収装置１２と計測部１３とを備えている。これらの燃料電池装置２、制御部３、分配器４、インバータ１１、熱回収装置１２、計測部１３は、ここでは１つの筐体（図示せず）に収納されることで一体化されているが、別体として構成されていてもよい。

この燃料電池システム１は、需要家１０の分電盤１００に接続されており、燃料電池装置２で発電した電力を分電盤１００へ出力し、分電盤１００に接続されている各種の設備、機器からなる負荷へ電力を供給する。さらに、燃料電池システム１は、需要家１０の敷地内に駐車中の車両５に対しケーブル６と供給ホース７との少なくとも一方を介して接続され、詳しくは後述するが燃料電池装置２で発生した余剰エネルギーを車両５に分配する機能を持つ。

燃料電池装置２は、需要家１０の敷地内に設置される据置型であって、原燃料から水素を含む改質ガスを生成する改質器２１と、改質器２１で生成された改質ガスを用いて発電するスタック２２とを備えている。また、ここでは図示を省略しているが、燃料電池装置２は、スタック２２に空気を供給する給気装置と、改質器２１の前段に設けられ原燃料の硫黄成分を除去する脱硫器とをさらに備えている。

改質器２１は、都市ガス、天然ガス、ＬＰＧ等の炭化水素系のガスを原燃料とし、原燃料および水の供給を受けて、原燃料の改質を行って改質ガスを生成する。ここでは、改質器２１は、水を気化させた水蒸気と共に原燃料管（図示せず）を通して原燃料を導入し、水蒸気改質反応によって原燃料から水素リッチな改質ガスを生成する。なお、この改質反応は吸熱反応であるので、改質器２１は、改質反応を進めるために運転中には改質反応部（改質触媒）に熱エネルギーを供給し続ける。

スタック２２は、燃料電池スタックあるいはセルスタックと呼ばれている装置であり、改質器２１で生成された改質ガスに加え、給気装置から酸素を含有する空気が酸化剤として供給されるように構成されている。スタック２２は、導入した改質ガス中の水素と、酸化剤中の酸素とを電気化学的に反応させて発電を行う。

インバータ１１は、ＤＣ／ＡＣコンバータ（図示せず）を含み、燃料電池装置２で生成された直流電力を、需要家１０の負荷で利用可能な電圧（たとえば交流１００Ｖ）の交流電力に変換する。インバータ１１は、変換後の交流電力を需要家１０の分電盤１００に出力する。これにより、燃料電池装置２は、インバータ１１を介して、分電盤１００に接続された負荷へ電力供給することになる。なお、負荷の消費電力に対して燃料電池装置２の出力が不足している場合、不足分は、後述の通り、太陽光発電装置など燃料電池装置２以外の発電装置で生成された電力や車両５の蓄電池５３の電力、電気事業者から供給される商用電力によって賄われる。

また、本実施形態では、燃料電池システム１は排熱を熱エネルギーとして利用するコージェネレーションシステムを構成している。すなわち、熱回収装置１２は、燃料電池装置２で発生する熱を回収し、たとえば給湯装置（図示せず）の湯沸しや、温水床暖房などに利用することで、燃料電池装置２の排熱を熱エネルギーとして有効利用する。

計測部１３は、燃料電池装置２から需要家１０の負荷へ供給されている電力、つまり負荷での消費電力を計測する。図１の例では、計測部１３はインバータ１１の出力を監視し、インバータ１１の出力に基づいて負荷での消費電力を計測する。なお、本実施形態ではインバータ１１での変換損失は無視できる程度と仮定する。

ところで、上述したような構成の燃料電池システム１は、エネルギー効率を高めるためには、燃料電池装置２の出力電力が所定の定格出力となるように運転することが望ましい。そこで、本実施形態の燃料電池システム１においては、上述した通り、制御部３は、燃料電池装置２の出力する電力が所定の定格出力（たとえば７５０Ｗ）となるときの改質ガスの生成量で改質ガスが生成されるように改質器２１を制御する。

要するに、制御部３は、たとえば改質器２１における原燃料の導入量を段階的に調整する（切り替える）ことにより、改質器２１での改質ガスの生成量を調整することが可能である。制御部３は、燃料電池装置２の出力する電力が定格出力となるときの改質器２１での改質ガスの生成量を定格生成量として予め記憶しており、改質器２１での改質ガスの生成量が定格生成量となるように、たとえば改質器２１における原燃料の導入量を調整する。なお、制御部３は、原燃料の導入量に限らず、水の導入量や改質反応部に供給する熱量などを総合的に調節し、改質器２１での改質ガスの生成量を調整する構成であってもよい。

このように改質器２１で生成される改質ガスの量が定格生成量に調整されていると、スタック２２は、定格出力の電力を出力し続けることができ、燃料電池システム１のエネルギー効率を高めることができる。

ただし、燃料電池システム１からの電力供給を受ける負荷の消費電力は増減するので、負荷の消費電力が減少して燃料電池システム１の定格出力を下回ることもあり、この場合には、燃料電池システム１で発生するエネルギーに余剰を生じることになる。つまり、この場合、消費電力が燃料電池装置２から出力される定格出力より小さくなるので、改質器２１で定格生成量の改質ガスが生成され続けていると、改質器２１で生成された改質ガスの一部がスタック２２での発電に使用されずに余ることが考えられる。

そこで、本実施形態の燃料電池システム１は、上述したように、燃料電池装置２で発生するエネルギーを蓄積する蓄積部を有した車両５に、燃料電池装置２で発生したエネルギーを分配する分配器４を備えている。分配器４は、負荷での消費電力が定格出力を下回る場合に、定格出力と消費電力との差分に相当するエネルギーを余剰エネルギーとして、燃料電池装置２から車両５に分配して蓄積部に蓄積させるように構成されている。要するに、燃料電池システム１は、負荷での消費電力が減少して燃料電池装置２の定格出力を下回るような場合には、改質器２１での改質ガスの生成量を絞ることなく、発生した余分なエネルギーを分配器４で車両５に分け与えることによって有効利用する。

以下、燃料電池システム１から車両５へエネルギーを分配するための構成について図１および図２を参照して詳しく説明する。なお、図１では、改質ガスの流れを点線の矢印で表し、電気エネルギー（電力）の流れを実線の矢印で表している。

本実施形態では、車両５は、図１に示すように、改質ガスを蓄積するタンク５１を蓄積部として有し、タンク５１に蓄積された改質ガスを用いて発電する燃料電池スタック５２を搭載した燃料電池車（ＦＣＶ）であると仮定する。車両５は、燃料電池スタック５２の燃料の供給を水素ステーションなどでも受けることができ、タンク５１には燃料電池システム１の改質器２１で生成された改質ガスだけでなく、水素ステーションなどで供給される水素ガスも蓄積される。つまり、燃料電池スタック５２は、タンク５１に貯まっている水素リッチなガス（改質ガス、水素ガス）を用いて電気エネルギーを生成し、車両５は、この電気エネルギーで走行用モータ（図示せず）等を駆動して走行する。

さらに、この車両５は、電気エネルギーを蓄積する蓄電池５３も蓄積部として有し、燃料電池スタック５２が蓄電池５３へ電力供給を行って蓄電池５３を充電するように構成されている。車両５は、燃料電池スタック５２で生成され蓄電池５３に一旦蓄えられた電気エネルギーで走行用モータ等を駆動して走行する。

燃料電池システム１は、駐車中の車両５に対しケーブル６および供給ホース７を介して接続される。ケーブル６は、電力並びに電気信号を通すように複数本の電線を有し、その一端が燃料電池システム１に接続されており、他端がコネクタ（図示せず）に接続されている。コネクタは車両５に設けられている車両側コネクタ（図示せず）に取り外し可能に装着される。したがって、コネクタが車両側コネクタに装着された状態で、燃料電池システム１は車両５に対しケーブル６を介して電気的に接続されることになる。車両側コネクタは、車両５において蓄電池５３およびＥＣＵ（電子制御ユニット）と電気的に接続されている。

一方、供給ホース７は改質ガスを通す可撓性の管であって、その一端が燃料電池システム１に接続されており、他端がソケット（図示せず）に接続されている。ソケットは車両５に設けられているプラグ（図示せず）に取り外し可能に装着される。したがって、ソケットがプラグに装着された状態で、燃料電池システム１は車両５に対し供給ホース７を介して物理的に接続されることになる。プラグは、水素ステーションなどでの燃料（水素ガス）の供給にも使用され、車両５においてタンク５１に接続されている。なお、プラグとソケットとの関係は逆でもよく、プラグが供給ホース７側、ソケットが車両５に設けられていてもよい。

供給ホース７の途中にはガスを圧縮するポンプ７１が設けられており、燃料電池システム１から車両５への改質ガスの供給時には、改質ガスはこのポンプ７１で圧縮されてタンク５１に充填される。

分配器４は、計測部１３に接続されており、計測部１３にて計測された負荷での消費電力に基づいて、燃料電池装置２における余剰エネルギーの有無を判断する。すなわち、分配器４は、燃料電池装置２の定格出力を予めメモリ（図示せず）に記憶しており、この定格出力と計測部１３の計測結果（負荷での消費電力）とを大小比較する。そして、負荷での消費電力が定格出力を下回る場合に、分配器４は、余剰エネルギーが発生していると判断し、定格出力と消費電力との差分（定格出力−消費電力）に相当するエネルギーを余剰エネルギーとして換算し、余剰エネルギーを車両５へと分配する。

ここにおいて、車両５は、燃料電池装置２で発生するエネルギーを蓄積する蓄積部として、改質ガスを蓄積するタンク５１と、電気エネルギーを蓄積する蓄電池５３とを有している。そのため、分配器４は、余剰エネルギーを改質ガスの形態、あるいは電気エネルギーの形態で車両５へ分配し、蓄積部（タンク５１、蓄電池５３）へ蓄積させることが可能である。そこで、分配器４は、改質器２１で生成された改質ガスを余剰エネルギーとして車両５に分配するように構成可能である。また、分配器４は、燃料電池装置２で発電された電気エネルギーを余剰エネルギーとして車両５に分配するようにも構成可能である。

本実施形態では、分配器４は、余剰エネルギーを改質ガスの形態で車両５へ分配する機能と、電気エネルギーの形態で車両５へ分配する機能との両方を有し、これら２つの機能を切替可能に構成されている。つまり、分配器４は、改質器２１で生成された改質ガスを余剰エネルギーとして車両５に分配するガス分配モードと、燃料電池装置２で発電された電気エネルギーを余剰エネルギーとして車両５に分配する電力分配モードとの２つの動作モードを有している。分配器４は、これら２つの動作モードを切り替える切替部４１（図１参照）を具備している。

ガス分配モードにおいては、分配器４は、燃料電池装置２で発生する余剰エネルギーに相当する量の改質ガスを、図１に示すように、改質器２１から導入して供給ホース７を通して車両５へと供給する。言い換えれば、分配器４は、改質器２１で生成された改質ガスの一部を車両５へ供給することで、改質器２１で生成される改質ガスをスタック２２および車両５に分配する。このとき、分配器４は、改質器２１と供給ホース７との間に設けられているバルブ（図示せず）を開け、さらに供給ホース７に設けられているポンプ７１を動作させ、改質ガスをポンプ７１で圧縮して車両５のタンク５１に充填する。

一方、電力分配モードにおいては、分配器４は、燃料電池装置２で発生する余剰エネルギーに相当する量の電力を、図１に示すように、スタック２２から導入してケーブル６を通して車両５へと供給する。言い換えれば、分配器４は、燃料電池装置（スタック２２）２で生成された電気エネルギーの一部を車両５へ供給することで、燃料電池装置２で生成される電気エネルギーを需要家１０の負荷および車両５に分配する。このとき、分配器４は、スタック２２とケーブル６との間に設けられている接点（図示せず）を閉じ、スタック２２で発電された電力を用いて車両５の蓄電池５３を充電する。

分配器４は、ケーブル６を通して車両５のＥＣＵから、タンク５１の残量（タンク５１の内圧）と蓄電池５３の残容量とを含む車両情報を取得しており、この車両情報に基づいて上記２つの動作モードを切替部４１にて次のように切り替える。

切替部４１は、車両情報と、メモリ（図示せず）に予め記憶されている第１の閾値、第２の閾値とを比較することによって、動作モードを切り替える。切替部４１は、タンク５１の残量が第１の閾値を超えたときにガス分配モードから電力分配モードへ切り替える第１の機能と、蓄電池５３の残容量が第２の閾値を超えたときに電力分配モードからガス分配モードへ切り替える第２の機能との少なくとも一方を持つ。

本実施形態では、切替部４１は、第１の（タンク５１の残量が第１の閾値を超えたときにガス分配モードから電力分配モードへ切り替える）機能を持つ。これにより、分配器４は、余剰エネルギーを改質ガスの形態で車両５へ分配することを優先し、タンク５１の空き容量が少なくなったあるいは無くなった場合に、余剰エネルギーを電気エネルギーの形態で車両５へ分配する。

ただし、切替部４１は、この構成に限らず、第２の（蓄電池５３の残容量が第２の閾値を超えたときに電力分配モードからガス分配モードへ切り替える）機能を持っていてもよく、また、第１および第２の両方の機能を持っていてもよい。なお、余剰エネルギーを改質ガス、電気エネルギーのいずれの形態で優先的に車両５へ分配するかは、燃料電池スタック５２の発電効率と燃料電池装置２のスタック２２の発電効率との比較によって決定されることが望ましい。

また、燃料電池システム１は、車両５から取得した車両情報を、上記２つの動作モードの切り替えだけでなく、他の用途に用いるように構成されていてもよい。たとえば、燃料電池システム１は、取得した車両情報を、需要家１０に設置されているモニタやインターホン親機、あるいはスマートフォンやタブレット端末などの表示装置に転送し、これらの表示装置に車両情報を表示させるように構成されていてもよい。この場合、車両情報としては、タンク５１の残量および蓄電池５３の残容量以外に、タンク５１の周辺温度などの情報が含まれていることが望ましい。

次に、上述した構成の燃料電池システム１における分配器４の動作について図２を参照して説明する。

分配器４は、燃料電池装置２の定格出力と、計測部１３で計測された負荷での消費電力とを比較し（Ｓ１）、消費電力が定格出力以上であれば（Ｓ１：Ｎｏ）、処理Ｓ１を繰り返す。消費電力が定格出力を下回ると（Ｓ１：Ｙｅｓ）、分配器４は、車両情報に含まれるタンク５１の残量と第１の閾値とを比較する（Ｓ２）。このとき、タンク５１の残量が第１の閾値以下であれば（Ｓ２：Ｎｏ）、分配器４は、切替部４１にてガス分配モードを選択し（Ｓ３）、燃料電池装置２で発生する余剰エネルギーに相当する量の改質ガスを車両５に分配してタンク５１に蓄積させる。

一方、タンク５１の残量が第１の閾値を超えると（Ｓ２：Ｙｅｓ）、分配器４は、車両情報に含まれる蓄電池５３の残容量と第２の閾値とを比較する（Ｓ４）。このとき、蓄電池５３の残容量が第２の閾値以下であれば（Ｓ４：Ｎｏ）、分配器４は、切替部４１にて動作モードを電力分配モードに切り替え（Ｓ５）、燃料電池装置２で発生する余剰エネルギーに相当する量の電力を車両５に分配して蓄電池５３に蓄積させる。

一方、蓄電池５３の残容量が第２の閾値を超えると（Ｓ４：Ｙｅｓ）、分配器４は、電力分配モードを終了し、余剰エネルギーの分配を停止する（Ｓ６）。

以上説明した本実施形態の燃料電池システム１によれば、制御部３は、燃料電池装置２の出力する電力が定格出力となるときの生成量で改質ガスが生成されるように改質器２１を制御し、分配器４は、燃料電池装置２から余剰エネルギーを分配する。ここで、分配器４は、負荷での消費電力が定格出力を下回る場合、当該定格出力と当該消費電力との差分に相当するエネルギーを余剰エネルギーとして、燃料電池装置２から車両５に分配して蓄積部に蓄積させる。

すなわち、燃料電池システム１は、改質器２１で生成される改質ガスの量を定格生成量に調整することで、エネルギー効率を高めることができる。しかも、燃料電池システム１は、負荷での消費電力が減少して燃料電池装置２の定格出力を下回るような場合には、発生した余分なエネルギー（余剰エネルギー）を分配器４で車両５に分け与えることによって有効利用することができる。したがって、この燃料電池システム１は、負荷の消費電力の増減によるエネルギー効率の低下を抑制できる、という利点がある。

また、本実施形態のように、車両５は、前記改質ガスを蓄積するタンク５１を前記蓄積部として有し、タンク５１に蓄積された前記改質ガスを用いて発電する燃料電池スタック５２を搭載した燃料電池車であってもよい。この場合に、分配器４は、本実施形態のように、改質器２１で生成された前記改質ガスを前記余剰エネルギーとして車両５に分配するように構成されていることが望ましい。この構成によれば、燃料電池システム１は、発生した余剰エネルギーを改質ガスの形態で車両５のタンク５１に蓄積し、車両５の走行エネルギーとして有効に利用することができる。とくに、車両５の燃料電池スタック５２の発電効率が、燃料電池システム１における燃料電池装置２の発電効率に比べて高い場合には、このように余剰エネルギーを改質ガスの形態で分配すると余剰エネルギーをより有効に利用できる。

また、本実施形態のように、車両５は、電気エネルギーを蓄積する蓄電池５３を前記蓄積部として有していてもよい。この場合に、分配器４は、本実施形態のように、燃料電池装置２で発電された電気エネルギーを前記余剰エネルギーとして車両５に分配するように構成されていることが望ましい。この構成によれば、燃料電池システム１は、発生した余剰エネルギーを電気エネルギーの形態で車両５の蓄電池５３に蓄積し、車両５の走行エネルギーとして有効に利用することができる。したがって、車両５は、燃料電池車に限らず、電気自動車（ＥＶ）やプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）であっても、燃料電池システム１の余剰エネルギーを有効に利用できる。

また、本実施形態のように、車両５は、タンク５１と蓄電池５３とを前記蓄積部として有し、タンク５１に蓄積された前記改質ガスを用いて発電し、蓄電池５３へ電力供給を行って蓄電池５３を充電する燃料電池スタック５２を搭載した燃料電池車であってもよい。この場合、分配器４は、本実施形態のように、ガス分配モードと電力分配モードとの２つの動作モードを有し、動作モードを切り替える切替部４１を具備することが望ましい。分配器４は、ガス分配モードでは、改質器２１で生成された前記改質ガスを前記余剰エネルギーとして車両５に分配し、電力分配モードでは、燃料電池装置２で発電された電気エネルギーを前記余剰エネルギーとして車両５に分配する。

切替部４１は、動作モードの切り替えに関して、第１の機能と第２の機能との少なくとも一方の機能を持つ。第１の機能によれば、切替部４１は、タンク５１の残量が第１の閾値を超えたときに前記動作モードを前記ガス分配モードから前記電力分配モードへ切り替える。第２の機能によれば、切替部４１は、蓄電池５３の残容量が第２の閾値を超えたときに前記動作モードを前記電力分配モードから前記ガス分配モードへ切り替える。この構成によれば、分配器４は、余剰エネルギーを改質ガス、電気エネルギーの一方の形態で優先的に車両５へ分配でき、タンク５１、蓄電池５３の空き容量が少なくなったあるいは無くなった場合に、余剰エネルギーを他方の形態で車両５へ分配できる。

なお、上記実施形態では、分配器４は、余剰エネルギーを改質ガスの形態で車両５へ分配する機能と、電気エネルギーの形態で車両５へ分配する機能との両方を有し、これら２つの機能を切替可能に構成されているが、この構成に限らない。たとえば、分配器４は、余剰エネルギーを改質ガスの形態で分配する機能と、電気エネルギーの形態で分配する機能との一方のみを有してもよいし、これら両方の機能を有し余剰エネルギーを改質ガスおよび電気エネルギーの両方の形態で同時に分配してもよい。

また、分配器４は、複数台の車両５に対して同時に余剰エネルギーを分配可能に構成されていてもよい。

（実施形態２）
本実施形態の燃料電池システム１は、図３に示すように、電力変換装置８をさらに備える点で実施形態１の燃料電池システム１と相違する。以下、実施形態１と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。なお、本実施形態では、車両５はタンク５１および燃料電池スタック５２を搭載した燃料電池車であることを前提とするが、蓄電池５３は必須ではない。

電力変換装置８は、ケーブル６と分電盤１００との間に接続されており、車両５の燃料電池スタック５２で発電される電力を電力変換して需要家１０の負荷へ供給する。具体的には、電力変換装置８は、車両５の蓄電池５３の放電電力（直流電力）を適切な直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ８１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ８１の出力（直流電力）を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣコンバータ８２とを有している。これにより、電力変換装置８は、車両５の燃料電池スタック５２で発電され蓄電池５３に一旦蓄積された電力を、電力変換して分電盤１００へ出力し、需要家１０の負荷へ供給することができる。なお、電力変換装置８は、蓄電池５３を介さずに燃料電池スタック５２から電力供給を受けるように構成されていてもよい。

ここにおいて、電力変換装置８は、少なくともタンク５１の残量を含む車両情報を取得する取得部８３と、車両情報に応じて負荷への給電を制御する給電制御部８４とを有している。給電制御部８４は、タンク５１の残量が所定の第３の閾値を超えていれば、ケーブル６を通して車両５のＥＣＵに信号を送信し燃料電池スタック５２の運転を開始させて、車両５から供給される電力を用いて負荷への給電を行う。一方、給電制御部８４は、タンク５１の残量が第３の閾値以下になると、ケーブル６を通して車両５のＥＣＵに信号を送信し燃料電池スタック５２の運転を停止させて、負荷への給電を停止する。

また、電力変換装置８は、分配器４と連携し、改質器２１で生成された改質ガスが余剰エネルギーとして分配器４により車両５に分配されている間に、燃料電池スタック５２で発電される電力を電力変換して需要家１０の負荷へ供給するように構成されている。すなわち、この燃料電池システム１は、車両５へ改質ガスを供給しながら、車両５の燃料電池スタック５２で発電される電力を取り出して需要家１０の負荷へ供給することができる。言い換えれば、燃料電池システム１は、燃料電池装置２のスタック２２の代わりに、車両５の燃料電池スタック５２を用いて発電した電力を負荷へ供給できる。

このように電力変換装置８が負荷へ電力供給する場合、計測部１３で計測される燃料電池装置２における負荷での消費電力は、需要家１０の負荷での総消費電力から電力変換装置８の出力を差し引いた電力となる。そのため、需要家１０の負荷での総消費電力が燃料電池装置２の定格出力以上であっても、分配器４は、負荷での消費電力が燃料電池装置２の定格出力を下回ると判断し、改質器２１で生成された改質ガスを余剰エネルギーとして車両５に分配することがある。

以上説明したように、本実施形態の燃料電池システム１は、車両５の燃料電池スタック５２で発電される電力を電力変換して需要家１０の前記負荷へ供給する電力変換装置８をさらに備えている。この電力変換装置８は、本実施形態のように、少なくともタンク５１の残量を含む車両情報を取得する取得部８３と、当該車両情報に応じて前記負荷への給電を制御する給電制御部８４とを有することが望ましい。

この構成によれば、燃料電池システム１は、たとえば非常時などで商用電力の供給が停止した場合でも、車両（燃料電池車）５を電源として用いて、需要家１０の負荷へ電力供給を行うことができる。しかも、給電制御部８４は、タンク５１の残量を含む車両情報に応じて負荷への給電を制御するので、車両５の走行に必要なだけのタンク５１の残量を確保することができる。

また、電力変換装置８は、本実施形態のように、分配器４と連携するように構成されていることが望ましい。この場合、電力変換装置８は、改質器２１で生成された前記改質ガスが前記余剰エネルギーとして分配器４により車両５に分配されている間に、車両５の燃料電池スタック５２で発電される電力を電力変換して需要家１０の前記負荷へ供給するように構成される。

この構成によれば、車両５の燃料電池スタック５２の発電効率が、燃料電池システム１における燃料電池装置２の発電効率に比べて高い場合、燃料電池システム１は、発電効率の高い車両５の燃料電池スタック５２を有効に用いて効率的に発電を行うことができる。

本実施形態では、電力変換装置８は、燃料電池装置２、制御部３、分配器４、インバータ１１、熱回収装置１２、計測部１３と、１つの筐体（図示せず）に収納されることで一体化されているが、別体として構成されていてもよい。また、電力変換装置８がインバータ１１と一体化されている場合、インバータ１１における電力変換の機能を電力変換装置８と兼用し、電力変換装置８のＤＣ／ＤＣコンバータ８１およびＤＣ／ＡＣコンバータ８２を省略してもよい。

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

（実施形態３）
本実施形態の燃料電池システム１は、消費電力が燃料電池システム１の定格出力を超えた場合の動作が実施形態２の燃料電池システム１と相違する。以下、実施形態２と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。なお、本実施形態においては、車両５の蓄電池５３は必須の構成である。

燃料電池システム１においては、負荷の消費電力が増加して燃料電池装置２の定格出力を上回り、燃料電池装置２で発生するエネルギーに不足を生じることがある。この場合、負荷での消費電力が燃料電池装置２から出力される定格出力より大きくなるので、負荷での消費電力をスタック２２の発電だけでは賄いきれず不足分が生じるため、この不足分を賄うために蓄電池５３に蓄積された電力を用いることが考えられる。

そこで、本実施形態の燃料電池システム１は、負荷での消費電力が定格出力を上回る場合に、定格出力と消費電力との差分に相当するエネルギーを不足エネルギーとして、その不足エネルギー分の電力を、車両５の蓄電池５３から電力変換装置８に導入する。電力変換装置８は、蓄電池５３から導入した電力を電力変換して需要家１０の分電盤１００に出力するように構成されている。これにより、燃料電池システム１は、車両５の蓄電池５３に蓄積されている電力を、電力変換装置８を介して需要家１０の負荷に供給することができる。

要するに、燃料電池システム１は、負荷での消費電力が増大して燃料電池装置２の定格出力を上回るような場合には、不足分のエネルギーを車両５から、電力変換装置８を介して分電盤１００に接続された各負荷に分け与えることによって補うように動作する。

次に、上述した構成の燃料電池システム１の動作について図４を参照して説明する。なお、図４の処理Ｓ１１〜Ｓ１６は上述した図２の処理Ｓ１〜Ｓ６に相当する処理であるから、ここでは処理Ｓ１１〜Ｓ１６についての詳しい説明は省略し、本実施形態の特徴的な処理Ｓ１７〜Ｓ２２を中心に説明する。

燃料電池システム１は、燃料電池装置２の定格出力と、計測部１３で計測された負荷での消費電力とを比較し（Ｓ１１）、消費電力が定格出力以上であれば（Ｓ１１：Ｎｏ）、電力供給モードに移行する（Ｓ１７）。電力供給モードにおいては、燃料電池システム１は、まず、太陽光発電装置などの他の分散電源や商用電力（系統電力）などの需要家１０側の電力源（以下、「需要家電源」という）が利用可能か否かを判断する（Ｓ１８）。燃料電池システム１は、需要家電源が利用可能な場合には（Ｓ１８：Ｙｅｓ）、不足エネルギーに相当する電力をこれら需要家電源から負荷へ供給させ（Ｓ１９）、処理Ｓ１１に戻る。

一方、需要家電源が利用できない場合や、不足エネルギーの全部を需要家電源で賄いきれない場合には（Ｓ１８：Ｎｏ）、燃料電池システム１は、車両情報によって蓄電池５３の残容量を確認する。その結果、蓄電池５３の残容量が所定の第３の閾値を超える場合には（Ｓ２０：Ｙｅｓ）、燃料電池システム１は、蓄電池５３から電力変換装置８を介して分電盤１００に接続された各負荷に電力を供給し（Ｓ２１）、処理Ｓ１１に戻る。

一方、蓄電池５３の残容量が第３の閾値以下である場合には（Ｓ２０：Ｎｏ）、燃料電池システム１は、負荷での消費電力が過大であるため、ブレーカなどの過電流保護機能により需要家１０の配線系を保護する（Ｓ２２）。

以上説明した本実施形態の燃料電池システム１によれば、消費電力が燃料電池システム１の定格出力を超えた場合に不足分の電力を車両５の蓄電池５３で賄うことができるので、車両５の蓄電池５３を有効に利用できるという利点がある。

その他の構成および機能は実施形態２と同様である。

なお、上記各実施形態では、燃料電池システム１は改質ガスまたは電気エネルギーの形態で余剰エネルギーを車両５に分配しているが、たとえば熱エネルギーなど、他の形態のエネルギーとして車両５に分配してもよい。また、上記各実施形態では、燃料電池システム１は車両５を構成要素に含まないこととして説明しているが、燃料電池システム１は車両５を含む概念であってもよい。

１ 燃料電池システム
２ 燃料電池装置
２１ 改質器
２２ スタック
３ 制御部
４ 分配器
４１ 切替部
５ 車両
５１ タンク（蓄積部）
５２ 燃料電池スタック
５３ 蓄電池（蓄積部）
８ 電力変換装置
８３ 取得部
８４ 給電制御部

Claims (6)

1. 需要家に設置され、改質器にて原燃料から水素を含む改質ガスを生成し当該改質ガスを用いて発電し、前記需要家の負荷へ電力供給する燃料電池装置と、
   前記燃料電池装置の出力する電力が所定の定格出力となるときの前記改質ガスの生成量で前記改質ガスが生成されるように前記改質器を制御する制御部と、
   前記燃料電池装置で発生するエネルギーを蓄積する蓄積部を有した車両に、前記燃料電池装置から前記エネルギーを分配する分配器とを備え、
   前記分配器は、前記負荷での消費電力が前記定格出力を下回る場合、当該定格出力と当該消費電力との差分に相当する前記エネルギーを余剰エネルギーとして、前記燃料電池装置から前記車両に分配して前記蓄積部に蓄積させるように構成されている
   ことを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記車両は、前記改質ガスを蓄積するタンクを前記蓄積部として有し、当該タンクに蓄積された前記改質ガスを用いて発電する燃料電池スタックを搭載した燃料電池車であって、
   前記分配器は、前記改質器で生成された前記改質ガスを前記余剰エネルギーとして前記車両に分配するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記車両は、電気エネルギーを蓄積する蓄電池を前記蓄積部として有し、
   前記分配器は、前記燃料電池装置で発電された電気エネルギーを前記余剰エネルギーとして前記車両に分配するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
4. 前記車両は、前記改質ガスを蓄積するタンクと電気エネルギーを蓄積する蓄電池とを前記蓄積部として有し、当該タンクに蓄積された前記改質ガスを用いて発電し、前記蓄電池へ電力供給を行って当該蓄電池を充電する燃料電池スタックを搭載した燃料電池車であって、
   前記分配器は、
   前記改質器で生成された前記改質ガスを前記余剰エネルギーとして前記車両に分配するガス分配モードと、前記燃料電池装置で発電された電気エネルギーを前記余剰エネルギーとして前記車両に分配する電力分配モードとの２つの動作モードを有しており、
   前記タンクの残量が第１の閾値を超えたときに前記動作モードを前記ガス分配モードから前記電力分配モードへ切り替える機能と、前記蓄電池の残容量が第２の閾値を超えたときに前記動作モードを前記電力分配モードから前記ガス分配モードへ切り替える機能との少なくとも一方の機能を持つ切替部を具備する
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
5. 前記車両の前記燃料電池スタックで発電される電力を電力変換して前記需要家の前記負荷へ供給する電力変換装置をさらに備え、
   前記電力変換装置は、少なくとも前記タンクの残量を含む車両情報を取得する取得部と、当該車両情報に応じて前記負荷への給電を制御する給電制御部とを有する
   ことを特徴とする請求項２または４に記載の燃料電池システム。
6. 前記電力変換装置は、前記分配器と連携し、前記改質器で生成された前記改質ガスが前記余剰エネルギーとして前記分配器により前記車両に分配されている間に、前記車両の前記燃料電池スタックで発電される電力を電力変換して前記需要家の前記負荷へ供給するように構成されている
   ことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。

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