JP3796226B2 - 電力供給システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷に電力を供給する電力供給システムに関する。特に、本発明は、複数の燃料電池を備えた電力供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の燃料電池を備え、負荷に電力を供給する電力供給システムがある。このような電力供給システムにおいて、電力供給システムの総電力供給能力は、それぞれの燃料電池の発電能力の総和で与えられる。
【０００３】
電力供給システムは、需要電力が総電力供給能力より小さい負荷が選択されて接続され、当該負荷に電力を供給する。負荷の需要電力に対して、電力供給システムの総電力供給能力にある程度余裕を持たせることにより、負荷に安定して電力を供給することができる。また、本願発明に関連する発明として下記の特許文献が発見されている。
特許文献１ 特開平６−３３８３４１号公報
特許文献２ 特開２００１−２３６６７号公報
特許文献３ 特開２００２−３３４７１１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電力供給システムの総電力供給能力は、それぞれの燃料電池の設置時における発電能力から算出している。このため、電力供給システムの現在の総電力供給能力を知ることが困難である。例えば、燃料電池が劣化して発電能力が低下した場合であっても、電力供給システムの総電力供給能力は、設置時と変わらない値として認識される。
【０００５】
このため、電力供給システムの設置から時間が経過し、燃料電池の発電能力が劣化すると、想定している発電力が得られず、負荷に供給する電力が不足する場合がある。このため、負荷に安定して電力を供給することが困難であった。また、電力供給システムにどの程度の余剰発電能力があるのかを知ることが困難であった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の形態においては、負荷に電力を供給する電力供給システムであって、電力を発電して負荷に供給する複数の燃料電池と、それぞれの燃料電池の発電力の最大値を示す最大電力値を格納する性能格納部と、所定の期間毎に、少なくとも一つの燃料電池に最大電力を出力させ、最大発電試験を順次行う試験装置と、性能試験の結果に応じて、性能格納部が格納したそれぞれの燃料電池の最大電力値を更新する更新部と、燃料電池が負荷に供給している発電量の総和を検出する発電量検出部と、性能格納部が格納したそれぞれの最大電力値の総和と、発電量の総和との差分に基づいて、電力供給システムが余剰に発電できる余剰電力を所定の期間毎に算出する余剰電力算出部と、非常時において外部から電力の要求を受け取る要求受信部と、複数の燃料電池のうち、選択した燃料電池の最大電力値の和が負荷の需要電力より大きくなるように、試験装置が試験するべき燃料電池を含む一又は複数の燃料電池を選択して発電させる選択部とを備え、選択部は、燃料電池の最大電力値が所定の値より小さくなった場合、通常時は当該燃料電池を選択せず、非常時にのみ当該燃料電池を発電させ、当該燃料電池が発電した電力を外部に供給することを特徴とする電力供給システムを提供する。
【０００７】
選択部は、試験するべき燃料電池の他に、最大電力値が大きい燃料電池を優先して選択してよい。選択部は、複数の燃料電池のうち、選択した燃料電池の最大電力値の和が負荷の需要電力より大きくなり、且つ選択数が最小となるように、試験装置が試験するべき燃料電池を含む一又は複数の燃料電池を選択して発電させてよい。電力供給システムは、所 定の期間毎に選択部が選択する燃料電池を順次変更し、試験装置に全ての燃料電池を試験させる選択変更部を更に備えてよい。
【０００８】
尚、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又、発明となりうる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１０】
図１は、本発明に係る電力供給システム１００の構成の一例を示す。本例における電力供給システム１００は、複数の住居（１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、以下１１０と総称する）のそれぞれに設けられた負荷（１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、以下１２０と総称する）に電力を供給する。電力供給システム１００は、複数の燃料電池（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、以下１０と総称する）、性能格納部６０、試験装置４０、更新部５０、発電量検出部７０、余剰電力算出部８０、及び負荷制御部９２を備える。
【００１１】
複数の燃料電池１０は、複数の負荷１２０と対応してそれぞれの住居１１０に設けられ、複数の負荷１２０に電力を供給する。例えば、複数の燃料電池１０及び複数の負荷１２０は、電力ネットワーク９０に接続され、それぞれの住居間で電力の授受を行う。
【００１２】
また、それぞれの負荷１２０は、電力ネットワーク９０と切替部（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、以下２０と総称する）を介して接続される。例えば、切替部２０は、複数の燃料電池１０の電力の供給量が不足した場合に、重要な負荷１２０のみを電力ネットワーク９０に接続して電力を供給する。
【００１３】
性能格納部６０は、それぞれの燃料電池１０の性能値を格納する。例えば、性能格納部６０は、それぞれの燃料電池１０の発電力の最大値を示す最大電力値を格納する。また、性能格納部６０は、それぞれの燃料電池１０の故障確率を更に格納してもよく、それぞれの燃料電池１０の起動時間を更に格納してもよい。これらの値は、与えられた初期性能値が予め格納されてよく、また試験により測定された性能値が予め格納されてもよい。また、性能格納部６０は、それぞれの燃料電池１０の累積発電量、及び／又は累積稼働時間を更に格納してもよい。
【００１４】
発電量検出部７０は、それぞれの燃料電池１０が負荷１２０に供給している発電量、及びその総和を検出する。また、余剰電力算出部８０は、性能格納部６０が格納したそれぞれの燃料電池１０の最大電力値の総和と、発電量検出部７０が検出した燃料電池１０の発電量の総和との差分に基づいて、電力供給システム１００が余剰に発電できる余剰電力を算出する。
【００１５】
余剰電力算出部８０は、算出した余剰電力を外部に通知する。例えば、電力供給システム１００の利用者は、通知された余剰電力に応じて電力供給システム１００に更に接続する負荷を選択してよい。また、電力供給システム１００が他の電力供給システムと接続されている場合に、他の電力供給システムは、当該余剰電力以下の電力を電力供給システム１００に要求してもよい。
【００１６】
電力供給システム１００は、外部から余剰電力より小さい電力の要求があった場合に、外部からの要求に応じて燃料電池１０に電力を発電させて外部に電力を供給する制御部を更に備えてよい。例えば、試験装置４０が当該制御部として機能してよい。
【００１７】
試験装置４０は、所定の期間毎に、少なくとも一つの燃料電池１０の最大発電試験を順次行う。つまり、試験装置４０は、所定の期間毎に一つ又は複数の燃料電池１０の最大発電試験を順次行うことにより、全ての燃料電池１０の最大発電試験を行う。例えば、試験装置４０は、１週間、１ヶ月等の期間毎に最大発電試験を行ってよい。試験装置４０は、燃料電池１０を選択し、選択した燃料電池１０に電力を発電させて負荷１２０に供給する選択部４２、及び選択部４２が選択する燃料電池１０を変更させる選択変更部４４を有する。
【００１８】
通常時、選択部４２は、複数の負荷１２０の総需要電力に対して、複数の燃料電池１０の発電効率が最大となるようにそれぞれの燃料電池１０の発電量を制御してよい。
【００１９】
試験時においては、選択部４２は、複数の燃料電池１０のうち、選択した燃料電池１０の最大電力値の和が複数の負荷１２０の需要電力の和より大きくなり、且つ選択数が最小となるように、試験するべき燃料電池１０を含む一又は複数の燃料電池１０を選択して発電させる。つまり、選択部４２は、試験をするべき一つ又は複数の燃料電池１０に加え、負荷１２０の需要電力に応じて発電させるべき燃料電池１０を選択する。
【００２０】
そして、選択部４２は、試験をするべき燃料電池１０に最大電力を発電させ、他の燃料電池１０には、負荷１２０の需要電力に応じた電力を発電させる。発電量検出部７０は、最大電力を発電させるべく選択された燃料電池１０の発電量を検出し、更新部５０は、性能試験の結果に応じて、性能格納部６０が格納した当該燃料電池１０の性能値を更新する。このとき、発電量検出部７０は、燃料電池１０の起動時間を更に検出し、更新部５０に燃料電池１０の起動時間を更新させてもよい。
【００２１】
また、発電量検出部７０は、試験するべく選択された燃料電池１０の他に、最大電力を発電している燃料電池１０の発電電力を検出してもよい。この場合、当該燃料電池１０の性能値をも更新することができる。また、選択部４２は、当該他の燃料電池１０においても、最大電力を発電する燃料電池１０の数が最大となるように、それぞれの燃料電池１０の発電量を制御することが好ましい。つまり、選択部４２は、最大発電量の総和が負荷１２０の総需要電力を超えない最大数の燃料電池１０を、試験するべき燃料電池１０を含んで選択し、選択した燃料電池１０に最大電力を発電させ、不足する電力を発電させるべき燃料電池１０を更に選択してよい。また、選択部４２は、試験するべき燃料電池１０の他に、性能格納部６０が格納した最大電力値が大きい燃料電池１０を優先して選択してもよい。性能の高い燃料電池１０を優先して選択して使用することにより、それぞれの燃料電池１０の劣化を均一にすることができる。
【００２２】
また、選択部４２は、通常時においても試験時に選択した燃料電池１０に継続して発電させてよい。この場合、選択変更部４４は、試験を行うべき所定の期間毎に、選択部４２が選択する燃料電池１０を順次変更し、試験装置４０に全ての燃料電池１０を試験させる。
【００２３】
性能格納部６０に格納された性能値が更新された場合、即ち試験する所定の期間毎に、余剰電力算出部８０は、電力供給システム１００が余剰に発電できる余剰電力を算出する。
【００２４】
このような動作により、燃料電池１０を負荷１２０に切り離さずに試験を行うことができる。このため、負荷１２０に安定して電力を供給しつつ、それぞれの燃料電池１０の試験を行うことができる。例えば、負荷１２０の需要電力が増大する昼間であっても、燃料電池１０の試験を行うことができる。また、電力供給システム１００の現在の最大発電能力を常時把握することができ、電力供給システム１００の余剰発電能力を常時把握することができる。
【００２５】
また、試験の結果、燃料電池１０の性能値が所定の値より小さくなった場合、選択部４２は、当該燃料電池１０を選択しないことが好ましい。例えば、燃料電池１０の最大電力値が所定の値より小さくなった場合、当該燃料電池１０の信頼性もそれに応じて劣化しているため、通常時の発電においても当該燃料電池１０を使用しないことが好ましい。この場合、電力供給システム１００は、当該燃料電池１０の交換を促す旨を利用者に通知することが好ましい。
【００２６】
また、性能値が所定の値より小さくなった燃料電池１０が交換されていない場合、選択部４２は、非常時にのみ当該燃料電池１０を発電させ、当該燃料電池１０が発電した電力を外部に供給してもよい。例えば、災害等の非常時において外部から電力の要求を受けた場合にのみ、当該燃料電池１０を発電させる。この場合、選択部４２が、外部からの電力の要求を受け取る要求受信部として機能する。これにより、性能が劣化した燃料電池１０を有効に活用することができる。外部に電力を供給する場合、切替部３０が電力ネットワーク９０と外部の負荷とを接続する。
【００２７】
また、余剰電力算出部８０は、算出した余剰電力に基づいて、負荷１２０に供給される電力が不足する確率を計算し、当該確率が所定の値を超えた場合に、その旨を外部に通知することが好ましい。負荷１２０に供給される電力が不足する確率は、余剰電力と、それぞれの燃料電池１０の故障確率から容易に算出することができる。
【００２８】
また、余剰電力算出部８０は、負荷１２０の需要電力の推移を予測した電力推移データに更に基づいて、負荷１２０に供給される電力が不足する確率を計算してもよい。当該電力推移データは、負荷１２０の過去の需要電力の推移に基づいて予め与えられるデータであってよい。
【００２９】
利用者は、電力が不足しそうな旨が通知された場合に、所望の負荷１２０を電力ネットワーク９０から切断することができる。また、負荷制御部９２は、電力が不足する確率が所定の確率以上である場合に、複数の負荷１２０のうち予め定められた非重要負荷に電力を供給させないように、対応する切替部２０を制御してもよい。負荷制御部９２は、非重要負荷を切断することにより負荷１２０の総需要電力を減少させることにより、余剰電力を増加させて停電の確率を減少させる。
【００３０】
図２は、電力供給システム１００の構成の他の例を示す。本例における電力供給システム１００は、図１において説明した電力供給システム１００の電力ネットワーク９０に代えて、高信頼性電力ネットワーク９０ａ、低信頼性電力ネットワーク９０ｂを備え、制御部９４、切替部２２、及び電池切替部２６を更に備える。
【００３１】
低信頼性電力ネットワーク９０ａは、外部の電力源から電力を受け取る。外部の電力源は、外部から低信頼性電力ネットワーク９０ａに電力を供給する電力源である。例えば、外部の電力源は他の電力供給システム１００であり、また商用電源等であってもよい。また、高信頼性電力ネットワーク９０ｂは、低信頼性電力ネットワーク９０ａから独立して設けられた電力ネットワークである。
【００３２】
複数の燃料電池１０及び複数の負荷１２０は、高信頼性電力ネットワーク９０ａ又は低信頼性電力ネットワーク９０ｂのいずれかに接続される。
【００３３】
制御部９４は、外部の電力源から低信頼性電力ネットワーク９０ｂに供給される電力に基づいて、外部の電力源が正常に動作しているか否かを判定する。切替部２２及び電池切替部２６は、制御部９４が外部の電力源の動作が正常であると判定した場合に、複数の燃料電池１０及び複数の負荷１２０を低信頼性電力ネットワーク９０ｂに接続し、外部の電力源及び複数の燃料電池１０から複数の負荷１２０に電力を供給させる。
【００３４】
また、切替部２２及び電池切替部２６は、制御部９４が外部の電力源の動作が異常であると判定した場合に、複数の燃料電池１０及び複数の負荷１２０を高信頼性電力ネットワーク９０ａに接続し、複数の燃料電池１０から複数の負荷１２０に電力を供給させる。切替部２２は、複数の負荷１２０の接続を切り替えるための複数の切替手段２０を有し、電池切替部２６は、複数の燃料電池１０の接続を切り替えるための複数の切替手段２４を有する。
【００３５】
つまり、複数の燃料電池１０の少なくとも一つは、負荷１２０に電力を常時供給する。このため、図１において説明した燃料電池１０の試験を効率よく行うことができる。また、このような制御により、異常時に外部の電力源と燃料電池１０とを別のネットワークに接続することができる。このため、外部の電力源の異常時に、燃料電池１０から外部の電力源への電力の逆潮流を防ぎ、少なくとも一つの燃料電池１０を常時稼働することができる。
【００３６】
以上説明したように、本例における電力供給システム１００によれば、燃料電池１０の試験を効率よく行うことができる。
【００３７】
また、主に複数の燃料電池１０から複数の負荷１２０に電力を供給し、外部から補助的に電力を受け取る場合、電池切替部２６は、複数の燃料電池１０を、それぞれの性能値に基づいて高信頼性電池群と低信頼性電池群とにきりわける。例えば、電池切替部２６は、複数の燃料電池１０を、最大電力値が所定の値以上である高信頼性電池群と、最大電力値が当該所定の値より小さい低信頼性電池群とにきりわけ、高信頼性電池群を高信頼性電力ネットワーク９０ａに接続し、低信頼性電池群を低信頼性電力ネットワーク９０ｂに接続する。
【００３８】
また、負荷制御部９２は、複数の負荷１２０のうち、予め定められた重要負荷を高信頼性電力ネットワーク９０ａに接続し、重要負荷以外の非重要負荷を低信頼性電力ネットワーク９０ｂに接続する。これにより、高信頼性電力ネットワーク９０ａには高信頼性電池群及び重要負荷が接続され、高信頼性電池群が発電した電力が重要負荷に供給される。また、低信頼性電力ネットワーク９０ｂには低信頼性電池群及び非重要負荷が接続され、低信頼性電池群が発電した電力が非重要負荷に供給される。
【００３９】
また、電池切替部２６は、余剰電力算出部８０が算出した電力が不足する確率が所定の確率以上になった場合に、複数の燃料電池１０を高信頼性電池群と低信頼性電池群とにきりわけてもよい。この場合、負荷制御部９２は、電池切替部２６が複数の燃料電池を高信頼性電池群と低信頼性電池群とにきりわけた場合に、複数の負荷１２０のうち、予め定められた重要負荷を高信頼性電池群に接続し、重要負荷以外の非重要負荷を低信頼性電池群に接続する。
【００４０】
また、電池切替部２６は、重要負荷の総需要電力が、高信頼性電池群の総発電力より大きい場合に、低信頼性電池群に属する燃料電池１０のうち最大発電力が最も大きい燃料電池１０を高信頼性電池群に属させてよい。この場合、電池切替部２６は、高信頼性電池群の総発電力が重要負荷の総需要電力より大きくなるまで、低信頼性電池群から高信頼性電池群に発電力の大きい燃料電池１０を順次切り替える。
【００４１】
また、負荷制御部９２は、重要負荷の総需要電力が、高信頼性電池群の総発電力より大きい場合に、重要負荷のうち予め定められた重要度が最も低い負荷１２０を非重要負荷として低信頼性電池群に接続してもよい。この場合、負荷制御部９２は、重要負荷の総需要電力が、高信頼性電池群の総発電力より小さくなるので、重要度の低い重要負荷を非重要負荷に順次切り替える。このような動作により、重要負荷に安定して電力を供給することができる。
【００４２】
また、それぞれの負荷１２０の重要度は、利用者により予め定められてよく、時間毎に重要度が変化するものであってもよい。例えば、昼間と夜間、季節毎等において、それぞれの負荷１２０の重要度が変化してもよい。
【００４３】
図３は、燃料電池１０の性能試験の処理の一例を示すフローチャートである。まず、通常時に選択部４２が、燃料電池１０を選択して発電させ（Ｓ２００）、負荷１２０に電力が供給される（Ｓ２０２）。次に、前回の性能試験から所定の期間が経過しているか否かを判定し（Ｓ２０４）、所定の期間が経過していない場合には選択されている燃料電池１０からの電力供給を継続する（Ｓ２０２）。また、所定の期間が経過している場合には、選択部４２は、試験する燃料電池１０を含む一つ又は複数の燃料電池１０を選択し、発電させる（Ｓ２０６）。
【００４４】
次に、発電量検出部７０が、被試験燃料電池の発電量、起動時間等の動作データを検出する（Ｓ２０８）。そして、更新部５０は、検出された動作データに基づいて、性能格納部６０が格納した性能値を更新する（Ｓ２１０）。このとき、燃料電池の性能値、又は停電確率が異常値を示すか否かを判定し、異常値を示さない場合、選択されている燃料電池１０からの電力供給を継続する（Ｓ２０２）。
【００４５】
また、Ｓ２１２において異常値が検出された場合、外部にその旨を通知する（Ｓ２１４）。例えば、Ｓ２１４においては、異常値を検出した燃料電池を交換する旨を外部に通知し、処理を終了する。
【００４６】
図４は、Ｓ２１２の詳細な処理の一例を示すフローチャートである。まず、検出した燃料電池１０の動作データと基準値を比較する（Ｓ３００）。そして、燃料電池１０の動作データが異常値を示すか否かを判定し（Ｓ３０２）、異常値を示す場合には、図３において説明したように、当該燃料電池を交換する旨を外部に通知する（Ｓ２１４）。
【００４７】
Ｓ３０２において異常値が検出されない場合、更新された性能値に基づいて電力供給システム１００の余剰電力を算出し、電力供給システム１００の電力供給が不足する停電確率を計算する（Ｓ３０４）。そして、停電確率が異常値、即ち所定の基準値より大きい場合には、その旨を外部に通知する（Ｓ２１４）。また、停電確率が基準値より小さい場合には、Ｓ２０２以降の処理を継続する。
【００４８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る電力供給システムによれば、負荷に安定して電力を供給しながら、複数の燃料電池の試験を効率よく行うことができ、現在の最大発電能力を容易に把握することができる。また、性能が劣化した燃料電池を有効に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係る電力供給システム１００の構成の一例を示す。
【図２】 電力供給システム１００の構成の他の例を示す。
【図３】 燃料電池１０の性能試験の処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】 Ｓ２１２の詳細な処理の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０・・・燃料電池、２０・・・切替部、２２・・・切替部、２６・・・電池切替部、３０・・・判定部、４０・・・試験装置、４２・・・選択部、４４・・・選択変更部、５０・・・更新部、６０・・・性能格納部、７０・・・発電量検出部、８０・・・余剰電力算出部、９０・・・電力ネットワーク、９２・・・負荷制御部、１００・・・電力供給システム、１１０・・・住居、１２０・・・負荷
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷に電力を供給する電力供給システムに関する。特に、本発明は、複数の燃料電池を備えた電力供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の燃料電池を備え、負荷に電力を供給する電力供給システムがある。このような電力供給システムにおいて、電力供給システムの総電力供給能力は、それぞれの燃料電池の発電能力の総和で与えられる。
【０００３】
電力供給システムは、需要電力が総電力供給能力より小さい負荷が選択されて接続され、当該負荷に電力を供給する。負荷の需要電力に対して、電力供給システムの総電力供給能力にある程度余裕を持たせることにより、負荷に安定して電力を供給することができる。また、本願発明に関連する発明として下記の特許文献が発見されている。
特許文献１ 特開平６−３３８３４１号公報
特許文献２ 特開２００１−２３６６７号公報
特許文献３ 特開２００２−３３４７１１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電力供給システムの総電力供給能力は、それぞれの燃料電池の設置時における発電能力から算出している。このため、電力供給システムの現在の総電力供給能力を知ることが困難である。例えば、燃料電池が劣化して発電能力が低下した場合であっても、電力供給システムの総電力供給能力は、設置時と変わらない値として認識される。
【０００５】
このため、電力供給システムの設置から時間が経過し、燃料電池の発電能力が劣化すると、想定している発電力が得られず、負荷に供給する電力が不足する場合がある。このため、負荷に安定して電力を供給することが困難であった。また、電力供給システムにどの程度の余剰発電能力があるのかを知ることが困難であった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の形態においては、負荷に電力を供給する電力供給システムであって、電力を発電して負荷に供給する複数の燃料電池と、それぞれの燃料電池の発電力の最大値を示す最大電力値を格納する性能格納部と、所定の期間毎に、少なくとも一つの燃料電池に最大電力を出力させ、最大発電試験を順次行う試験装置と、性能試験の結果に応じて、性能格納部が格納したそれぞれの燃料電池の最大電力値を更新する更新部と、燃料電池が負荷に供給している発電量の総和を検出する発電量検出部と、性能格納部が格納したそれぞれの最大電力値の総和と、発電量の総和との差分に基づいて、電力供給システムが余剰に発電できる余剰電力を所定の期間毎に算出する余剰電力算出部と、非常時において外部から電力の要求を受け取る要求受信部と、複数の燃料電池のうち、選択した燃料電池の最大電力値の和が負荷の需要電力より大きくなるように、試験装置が試験するべき燃料電池を含む一又は複数の燃料電池を選択して発電させる選択部とを備え、選択部は、燃料電池の最大電力値が所定の値より小さくなった場合、通常時は当該燃料電池を選択せず、非常時にのみ当該燃料電池を発電させ、当該燃料電池が発電した電力を外部に供給することを特徴とする電力供給システムを提供する。
【０００７】
選択部は、試験するべき燃料電池の他に、最大電力値が大きい燃料電池を優先して選択してよい。選択部は、複数の燃料電池のうち、選択した燃料電池の最大電力値の和が負荷の需要電力より大きくなり、且つ選択数が最小となるように、試験装置が試験するべき燃料電池を含む一又は複数の燃料電池を選択して発電させてよい。電力供給システムは、所 定の期間毎に選択部が選択する燃料電池を順次変更し、試験装置に全ての燃料電池を試験させる選択変更部を更に備えてよい。
【０００８】
尚、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又、発明となりうる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１０】
図１は、本発明に係る電力供給システム１００の構成の一例を示す。本例における電力供給システム１００は、複数の住居（１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、以下１１０と総称する）のそれぞれに設けられた負荷（１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、以下１２０と総称する）に電力を供給する。電力供給システム１００は、複数の燃料電池（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、以下１０と総称する）、性能格納部６０、試験装置４０、更新部５０、発電量検出部７０、余剰電力算出部８０、及び負荷制御部９２を備える。
【００１１】
複数の燃料電池１０は、複数の負荷１２０と対応してそれぞれの住居１１０に設けられ、複数の負荷１２０に電力を供給する。例えば、複数の燃料電池１０及び複数の負荷１２０は、電力ネットワーク９０に接続され、それぞれの住居間で電力の授受を行う。
【００１２】
また、それぞれの負荷１２０は、電力ネットワーク９０と切替部（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、以下２０と総称する）を介して接続される。例えば、切替部２０は、複数の燃料電池１０の電力の供給量が不足した場合に、重要な負荷１２０のみを電力ネットワーク９０に接続して電力を供給する。
【００１３】
性能格納部６０は、それぞれの燃料電池１０の性能値を格納する。例えば、性能格納部６０は、それぞれの燃料電池１０の発電力の最大値を示す最大電力値を格納する。また、性能格納部６０は、それぞれの燃料電池１０の故障確率を更に格納してもよく、それぞれの燃料電池１０の起動時間を更に格納してもよい。これらの値は、与えられた初期性能値が予め格納されてよく、また試験により測定された性能値が予め格納されてもよい。また、性能格納部６０は、それぞれの燃料電池１０の累積発電量、及び／又は累積稼働時間を更に格納してもよい。
【００１４】
発電量検出部７０は、それぞれの燃料電池１０が負荷１２０に供給している発電量、及びその総和を検出する。また、余剰電力算出部８０は、性能格納部６０が格納したそれぞれの燃料電池１０の最大電力値の総和と、発電量検出部７０が検出した燃料電池１０の発電量の総和との差分に基づいて、電力供給システム１００が余剰に発電できる余剰電力を算出する。
【００１５】
余剰電力算出部８０は、算出した余剰電力を外部に通知する。例えば、電力供給システム１００の利用者は、通知された余剰電力に応じて電力供給システム１００に更に接続する負荷を選択してよい。また、電力供給システム１００が他の電力供給システムと接続されている場合に、他の電力供給システムは、当該余剰電力以下の電力を電力供給システム１００に要求してもよい。
【００１６】
電力供給システム１００は、外部から余剰電力より小さい電力の要求があった場合に、外部からの要求に応じて燃料電池１０に電力を発電させて外部に電力を供給する制御部を更に備えてよい。例えば、試験装置４０が当該制御部として機能してよい。
【００１７】
試験装置４０は、所定の期間毎に、少なくとも一つの燃料電池１０の最大発電試験を順次行う。つまり、試験装置４０は、所定の期間毎に一つ又は複数の燃料電池１０の最大発電試験を順次行うことにより、全ての燃料電池１０の最大発電試験を行う。例えば、試験装置４０は、１週間、１ヶ月等の期間毎に最大発電試験を行ってよい。試験装置４０は、燃料電池１０を選択し、選択した燃料電池１０に電力を発電させて負荷１２０に供給する選択部４２、及び選択部４２が選択する燃料電池１０を変更させる選択変更部４４を有する。
【００１８】
通常時、選択部４２は、複数の負荷１２０の総需要電力に対して、複数の燃料電池１０の発電効率が最大となるようにそれぞれの燃料電池１０の発電量を制御してよい。
【００１９】
試験時においては、選択部４２は、複数の燃料電池１０のうち、選択した燃料電池１０の最大電力値の和が複数の負荷１２０の需要電力の和より大きくなり、且つ選択数が最小となるように、試験するべき燃料電池１０を含む一又は複数の燃料電池１０を選択して発電させる。つまり、選択部４２は、試験をするべき一つ又は複数の燃料電池１０に加え、負荷１２０の需要電力に応じて発電させるべき燃料電池１０を選択する。
【００２０】
そして、選択部４２は、試験をするべき燃料電池１０に最大電力を発電させ、他の燃料電池１０には、負荷１２０の需要電力に応じた電力を発電させる。発電量検出部７０は、最大電力を発電させるべく選択された燃料電池１０の発電量を検出し、更新部５０は、性能試験の結果に応じて、性能格納部６０が格納した当該燃料電池１０の性能値を更新する。このとき、発電量検出部７０は、燃料電池１０の起動時間を更に検出し、更新部５０に燃料電池１０の起動時間を更新させてもよい。
【００２１】
また、発電量検出部７０は、試験するべく選択された燃料電池１０の他に、最大電力を発電している燃料電池１０の発電電力を検出してもよい。この場合、当該燃料電池１０の性能値をも更新することができる。また、選択部４２は、当該他の燃料電池１０においても、最大電力を発電する燃料電池１０の数が最大となるように、それぞれの燃料電池１０の発電量を制御することが好ましい。つまり、選択部４２は、最大発電量の総和が負荷１２０の総需要電力を超えない最大数の燃料電池１０を、試験するべき燃料電池１０を含んで選択し、選択した燃料電池１０に最大電力を発電させ、不足する電力を発電させるべき燃料電池１０を更に選択してよい。また、選択部４２は、試験するべき燃料電池１０の他に、性能格納部６０が格納した最大電力値が大きい燃料電池１０を優先して選択してもよい。性能の高い燃料電池１０を優先して選択して使用することにより、それぞれの燃料電池１０の劣化を均一にすることができる。
【００２２】
また、選択部４２は、通常時においても試験時に選択した燃料電池１０に継続して発電させてよい。この場合、選択変更部４４は、試験を行うべき所定の期間毎に、選択部４２が選択する燃料電池１０を順次変更し、試験装置４０に全ての燃料電池１０を試験させる。
【００２３】
性能格納部６０に格納された性能値が更新された場合、即ち試験する所定の期間毎に、余剰電力算出部８０は、電力供給システム１００が余剰に発電できる余剰電力を算出する。
【００２４】
このような動作により、燃料電池１０を負荷１２０に切り離さずに試験を行うことができる。このため、負荷１２０に安定して電力を供給しつつ、それぞれの燃料電池１０の試験を行うことができる。例えば、負荷１２０の需要電力が増大する昼間であっても、燃料電池１０の試験を行うことができる。また、電力供給システム１００の現在の最大発電能力を常時把握することができ、電力供給システム１００の余剰発電能力を常時把握することができる。
【００２５】
また、試験の結果、燃料電池１０の性能値が所定の値より小さくなった場合、選択部４２は、当該燃料電池１０を選択しないことが好ましい。例えば、燃料電池１０の最大電力値が所定の値より小さくなった場合、当該燃料電池１０の信頼性もそれに応じて劣化しているため、通常時の発電においても当該燃料電池１０を使用しないことが好ましい。この場合、電力供給システム１００は、当該燃料電池１０の交換を促す旨を利用者に通知することが好ましい。
【００２６】
また、性能値が所定の値より小さくなった燃料電池１０が交換されていない場合、選択部４２は、非常時にのみ当該燃料電池１０を発電させ、当該燃料電池１０が発電した電力を外部に供給してもよい。例えば、災害等の非常時において外部から電力の要求を受けた場合にのみ、当該燃料電池１０を発電させる。この場合、選択部４２が、外部からの電力の要求を受け取る要求受信部として機能する。これにより、性能が劣化した燃料電池１０を有効に活用することができる。外部に電力を供給する場合、切替部３０が電力ネットワーク９０と外部の負荷とを接続する。
【００２７】
また、余剰電力算出部８０は、算出した余剰電力に基づいて、負荷１２０に供給される電力が不足する確率を計算し、当該確率が所定の値を超えた場合に、その旨を外部に通知することが好ましい。負荷１２０に供給される電力が不足する確率は、余剰電力と、それぞれの燃料電池１０の故障確率から容易に算出することができる。
【００２８】
また、余剰電力算出部８０は、負荷１２０の需要電力の推移を予測した電力推移データに更に基づいて、負荷１２０に供給される電力が不足する確率を計算してもよい。当該電力推移データは、負荷１２０の過去の需要電力の推移に基づいて予め与えられるデータであってよい。
【００２９】
利用者は、電力が不足しそうな旨が通知された場合に、所望の負荷１２０を電力ネットワーク９０から切断することができる。また、負荷制御部９２は、電力が不足する確率が所定の確率以上である場合に、複数の負荷１２０のうち予め定められた非重要負荷に電力を供給させないように、対応する切替部２０を制御してもよい。負荷制御部９２は、非重要負荷を切断することにより負荷１２０の総需要電力を減少させることにより、余剰電力を増加させて停電の確率を減少させる。
【００３０】
図２は、電力供給システム１００の構成の他の例を示す。本例における電力供給システム１００は、図１において説明した電力供給システム１００の電力ネットワーク９０に代えて、高信頼性電力ネットワーク９０ａ、低信頼性電力ネットワーク９０ｂを備え、制御部９４、切替部２２、及び電池切替部２６を更に備える。
【００３１】
低信頼性電力ネットワーク９０ａは、外部の電力源から電力を受け取る。外部の電力源は、外部から低信頼性電力ネットワーク９０ａに電力を供給する電力源である。例えば、外部の電力源は他の電力供給システム１００であり、また商用電源等であってもよい。また、高信頼性電力ネットワーク９０ｂは、低信頼性電力ネットワーク９０ａから独立して設けられた電力ネットワークである。
【００３２】
複数の燃料電池１０及び複数の負荷１２０は、高信頼性電力ネットワーク９０ａ又は低信頼性電力ネットワーク９０ｂのいずれかに接続される。
【００３３】
制御部９４は、外部の電力源から低信頼性電力ネットワーク９０ｂに供給される電力に基づいて、外部の電力源が正常に動作しているか否かを判定する。切替部２２及び電池切替部２６は、制御部９４が外部の電力源の動作が正常であると判定した場合に、複数の燃料電池１０及び複数の負荷１２０を低信頼性電力ネットワーク９０ｂに接続し、外部の電力源及び複数の燃料電池１０から複数の負荷１２０に電力を供給させる。
【００３４】
また、切替部２２及び電池切替部２６は、制御部９４が外部の電力源の動作が異常であると判定した場合に、複数の燃料電池１０及び複数の負荷１２０を高信頼性電力ネットワーク９０ａに接続し、複数の燃料電池１０から複数の負荷１２０に電力を供給させる。切替部２２は、複数の負荷１２０の接続を切り替えるための複数の切替手段２０を有し、電池切替部２６は、複数の燃料電池１０の接続を切り替えるための複数の切替手段２４を有する。
【００３５】
つまり、複数の燃料電池１０の少なくとも一つは、負荷１２０に電力を常時供給する。このため、図１において説明した燃料電池１０の試験を効率よく行うことができる。また、このような制御により、異常時に外部の電力源と燃料電池１０とを別のネットワークに接続することができる。このため、外部の電力源の異常時に、燃料電池１０から外部の電力源への電力の逆潮流を防ぎ、少なくとも一つの燃料電池１０を常時稼働することができる。
【００３６】
以上説明したように、本例における電力供給システム１００によれば、燃料電池１０の試験を効率よく行うことができる。
【００３７】
また、主に複数の燃料電池１０から複数の負荷１２０に電力を供給し、外部から補助的に電力を受け取る場合、電池切替部２６は、複数の燃料電池１０を、それぞれの性能値に基づいて高信頼性電池群と低信頼性電池群とにきりわける。例えば、電池切替部２６は、複数の燃料電池１０を、最大電力値が所定の値以上である高信頼性電池群と、最大電力値が当該所定の値より小さい低信頼性電池群とにきりわけ、高信頼性電池群を高信頼性電力ネットワーク９０ａに接続し、低信頼性電池群を低信頼性電力ネットワーク９０ｂに接続する。
【００３８】
また、負荷制御部９２は、複数の負荷１２０のうち、予め定められた重要負荷を高信頼性電力ネットワーク９０ａに接続し、重要負荷以外の非重要負荷を低信頼性電力ネットワーク９０ｂに接続する。これにより、高信頼性電力ネットワーク９０ａには高信頼性電池群及び重要負荷が接続され、高信頼性電池群が発電した電力が重要負荷に供給される。また、低信頼性電力ネットワーク９０ｂには低信頼性電池群及び非重要負荷が接続され、低信頼性電池群が発電した電力が非重要負荷に供給される。
【００３９】
また、電池切替部２６は、余剰電力算出部８０が算出した電力が不足する確率が所定の確率以上になった場合に、複数の燃料電池１０を高信頼性電池群と低信頼性電池群とにきりわけてもよい。この場合、負荷制御部９２は、電池切替部２６が複数の燃料電池を高信頼性電池群と低信頼性電池群とにきりわけた場合に、複数の負荷１２０のうち、予め定められた重要負荷を高信頼性電池群に接続し、重要負荷以外の非重要負荷を低信頼性電池群に接続する。
【００４０】
また、電池切替部２６は、重要負荷の総需要電力が、高信頼性電池群の総発電力より大きい場合に、低信頼性電池群に属する燃料電池１０のうち最大発電力が最も大きい燃料電池１０を高信頼性電池群に属させてよい。この場合、電池切替部２６は、高信頼性電池群の総発電力が重要負荷の総需要電力より大きくなるまで、低信頼性電池群から高信頼性電池群に発電力の大きい燃料電池１０を順次切り替える。
【００４１】
また、負荷制御部９２は、重要負荷の総需要電力が、高信頼性電池群の総発電力より大きい場合に、重要負荷のうち予め定められた重要度が最も低い負荷１２０を非重要負荷として低信頼性電池群に接続してもよい。この場合、負荷制御部９２は、重要負荷の総需要電力が、高信頼性電池群の総発電力より小さくなるので、重要度の低い重要負荷を非重要負荷に順次切り替える。このような動作により、重要負荷に安定して電力を供給することができる。
【００４２】
また、それぞれの負荷１２０の重要度は、利用者により予め定められてよく、時間毎に重要度が変化するものであってもよい。例えば、昼間と夜間、季節毎等において、それぞれの負荷１２０の重要度が変化してもよい。
【００４３】
図３は、燃料電池１０の性能試験の処理の一例を示すフローチャートである。まず、通常時に選択部４２が、燃料電池１０を選択して発電させ（Ｓ２００）、負荷１２０に電力が供給される（Ｓ２０２）。次に、前回の性能試験から所定の期間が経過しているか否かを判定し（Ｓ２０４）、所定の期間が経過していない場合には選択されている燃料電池１０からの電力供給を継続する（Ｓ２０２）。また、所定の期間が経過している場合には、選択部４２は、試験する燃料電池１０を含む一つ又は複数の燃料電池１０を選択し、発電させる（Ｓ２０６）。
【００４４】
次に、発電量検出部７０が、被試験燃料電池の発電量、起動時間等の動作データを検出する（Ｓ２０８）。そして、更新部５０は、検出された動作データに基づいて、性能格納部６０が格納した性能値を更新する（Ｓ２１０）。このとき、燃料電池の性能値、又は停電確率が異常値を示すか否かを判定し、異常値を示さない場合、選択されている燃料電池１０からの電力供給を継続する（Ｓ２０２）。
【００４５】
また、Ｓ２１２において異常値が検出された場合、外部にその旨を通知する（Ｓ２１４）。例えば、Ｓ２１４においては、異常値を検出した燃料電池を交換する旨を外部に通知し、処理を終了する。
【００４６】
図４は、Ｓ２１２の詳細な処理の一例を示すフローチャートである。まず、検出した燃料電池１０の動作データと基準値を比較する（Ｓ３００）。そして、燃料電池１０の動作データが異常値を示すか否かを判定し（Ｓ３０２）、異常値を示す場合には、図３において説明したように、当該燃料電池を交換する旨を外部に通知する（Ｓ２１４）。
【００４７】
Ｓ３０２において異常値が検出されない場合、更新された性能値に基づいて電力供給システム１００の余剰電力を算出し、電力供給システム１００の電力供給が不足する停電確率を計算する（Ｓ３０４）。そして、停電確率が異常値、即ち所定の基準値より大きい場合には、その旨を外部に通知する（Ｓ２１４）。また、停電確率が基準値より小さい場合には、Ｓ２０２以降の処理を継続する。
【００４８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る電力供給システムによれば、負荷に安定して電力を供給しながら、複数の燃料電池の試験を効率よく行うことができ、現在の最大発電能力を容易に把握することができる。また、性能が劣化した燃料電池を有効に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係る電力供給システム１００の構成の一例を示す。
【図２】 電力供給システム１００の構成の他の例を示す。
【図３】 燃料電池１０の性能試験の処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】 Ｓ２１２の詳細な処理の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０・・・燃料電池、２０・・・切替部、２２・・・切替部、２６・・・電池切替部、３０・・・判定部、４０・・・試験装置、４２・・・選択部、４４・・・選択変更部、５０・・・更新部、６０・・・性能格納部、７０・・・発電量検出部、８０・・・余剰電力算出部、９０・・・電力ネットワーク、９２・・・負荷制御部、１００・・・電力供給システム、１１０・・・住居、１２０・・・負荷
Claims (4)
- 負荷に電力を供給する電力供給システムであって、
電力を発電して負荷に供給する複数の燃料電池と、
それぞれの前記燃料電池の発電力の最大値を示す最大電力値を格納する性能格納部と、
所定の期間毎に、少なくとも一つの前記燃料電池に最大電力を出力させ、最大発電試験を順次行う試験装置と、
前記性能試験の結果に応じて、前記性能格納部が格納したそれぞれの前記燃料電池の前記最大電力値を更新する更新部と、
前記燃料電池が前記負荷に供給している発電量の総和を検出する発電量検出部と、
前記性能格納部が格納したそれぞれの前記最大電力値の総和と、前記発電量の総和との差分に基づいて、前記電力供給システムが余剰に発電できる余剰電力を前記所定の期間毎に算出する余剰電力算出部と、
非常時において外部から電力の要求を受け取る要求受信部と、
前記複数の燃料電池のうち、選択した前記燃料電池の前記最大電力値の和が前記負荷の需要電力より大きくなるように、前記試験装置が試験するべき前記燃料電池を含む一又は複数の前記燃料電池を選択して発電させる選択部と
を備え、
前記選択部は、前記燃料電池の前記最大電力値が所定の値より小さくなった場合、通常時は当該燃料電池を選択せず、非常時にのみ当該燃料電池を発電させ、当該燃料電池が発電した電力を外部に供給する
ことを特徴とする電力供給システム。 - 前記選択部は、試験するべき前記燃料電池の他に、前記最大電力値が大きい前記燃料電池を優先して選択することを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
- 前記選択部は、前記複数の燃料電池のうち、選択した前記燃料電池の前記最大電力値の和が前記負荷の需要電力より大きくなり、且つ選択数が最小となるように、前記試験装置が試験するべき前記燃料電池を含む一又は複数の前記燃料電池を選択して発電させる
請求項１に記載の電力供給システム。 - 前記所定の期間毎に前記選択部が選択する前記燃料電池を順次変更し、前記試験装置に全ての前記燃料電池を試験させる選択変更部を更に備える請求項１に記載の電力供給システム。
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