JP4268593B2 - 電力供給システム、電力供給方法、及び建造物 - Google Patents

Description

本発明は、電力供給システム、電力供給方法、及び建造物に関する。特に本発明は、蓄電装置の蓄電電力を電力負荷に供給する電力供給方法、および建造物のプログラムに関する。

従来、燃料電池と蓄電池とを組み合わせたシステムにおいて、蓄電池への蓄電と、夜間電力の蓄電による電力ピークシフト、および蓄電システムに蓄積された電力を系統に逆潮流しないようにしながら負荷の大きさが急峻に変動する負荷へのピーク電力供給とを組み合わせたシステムがある（例えば、特許文献１参照。）。このシステムでは、電力系統に接続された負荷の要求電力が燃料電池の発電電力を超えた場合、電源系統から電力を前記負荷に供給して、電源系統からの電力が予め決められた電力を超えないように蓄電池から電力を負荷に供給する。そして、燃料電池の発電量よりも負荷の消費電力が小さいとき燃料電池の電力を蓄電池に充電する機能を備えている。
特開２００４-０３９５０６

このシステムにおいては、負荷で消費される電力に対する余剰分は蓄電池に蓄電される。そして、負荷の電力から燃料電池の発電電力を引いた値がしきい値を超えると、その分が随時蓄電池から放電される。したがって、蓄電池が満充電に達していなくても蓄電池から放電され、放電が完了していなくても余剰電力が発生した時点で蓄電池に充電される場合がある。このため、メモリー効果などによって、蓄電池の放電容量、出力密度など、蓄電池の性能が早く劣化してしまうという課題があった。

そこで本発明は、上記の課題を解決することができる電力供給システム、電力供給方法、及び建造物を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。

本発明の第１の形態によると、電力を発電して、電力負荷に供給する燃料電池と、燃料電池による発電電力を充電して蓄電し、蓄電した電力を放電して電力負荷に供給する複数の蓄電装置とを備える電力供給システムであって、複数の蓄電装置のうち、少なくとも一の蓄電装置は、任意のタイミングで充電および放電する動作モードである充放電モードで動作しており、複数の蓄電装置のうち、少なくとも一の蓄電装置の動作モードを、満充電に達するまで充電させる充電モード、または放電が完了するまで放電させる放電モードのいずれかに決定し、放電モードに決定されている蓄電装置の放電が完了した場合に当該蓄電装置を充電モードに決定し、充電モードに決定されている蓄電装置が満充電に達した場合に当該蓄電装置を放電モードに決定するモード決定部と、燃料電池による発電電力が電力負荷による消費電力より大きい場合に、当該発電電力と当該消費電力との差分の電力を用いて、充放電モードの蓄電装置及び／又はモード決定部によって充電モードに決定された蓄電装置に充電させ、燃料電池による発電電力が電力負荷による消費電力より小さい場合に、当該消費電力と当該発電電力との差分の電力を供給すべく、充放電モードの蓄電装置及び／又はモード決定部によって放電モードに決定された蓄電装置を放電させる制御部とを備える。

制御部は、燃料電池による発電電力が電力負荷による消費電力より大きい場合に、当該発電電力と当該消費電力との差分の電力を用いて、充電モードに決定された蓄電装置より優先して充放電モードの蓄電装置を充電させ、充放電モードの蓄電装置の蓄電量が予め定められた蓄電量の上限値以上である場合に、当該充放電モードの蓄電装置の蓄電電力を用いて、充電モードに決定された蓄電装置を充電してよい。

制御部は、燃料電池による発電電力が電力負荷による消費電力より小さい場合に、当該消費電力と当該発電電力との差分の電力を供給すべく、放電モードに決定された蓄電装置より優先して充放電モードの蓄電装置を放電させ、充放電モードの蓄電装置の蓄電量が予め定められた蓄電量の下限値以下に減少した場合に、当該充放電モードの蓄電装置を、放電モードに決定された蓄電装置の蓄電電力を用いて充電してよい。

制御部は、燃料電池による発電電力が電力負荷による消費電力より小さく、当該消費電力と当該発電電力との差分の電力がより大きい場合に、充放電モードの蓄電装置及び／又は放電モードに決定された蓄電装置の中から、より多い数の蓄電装置を選択して電力を供給させ、燃料電池による発電電力が電力負荷による消費電力より大きく、当該発電電力と当該消費電力との差分の電力がより大きい場合に、充放電モードの蓄電装置及び／又は充電モードに決定された蓄電装置の中から、より多い数の蓄電装置を選択して充電させてよい。

制御部は、放電モードに決定された蓄電装置に蓄電された蓄電電力量の合計量が、確保しておくべき予め定められた最低蓄電量より小さい場合において、充放電モードの蓄電装置によって蓄電されている電力量を用いて、充電モードに決定された少なくとも一の蓄電装置を満充電にすることができることを条件として、充放電モードの蓄電装置の蓄電電力を用いて少なくとも一の蓄電装置を満充電にさせてよい。

モード決定部は、複数の蓄電装置の中から、劣化度のより低い蓄電装置を選択して、選択した蓄電装置の動作モードを充放電モードに決定してよい。モード決定部は、複数の蓄電装置の充放電モードで動作した時間が略同一になるよう、充放電モードで動作した時間がより短い蓄電装置を複数の蓄電装置の中から優先して選択し、選択した蓄電装置の動作モードを充放電モードに決定してよい。

複数の蓄電装置は、充放電の繰り返しによる性能の劣化の進行度合いが異なる蓄電装置を含んでおり、充放電モードの蓄電装置は、充放電の繰り返しによる性能の劣化の進行度合いがより小さい蓄電装置を含んでよい。複数の蓄電装置は、蓄電池およびキャパシタを含んでおり、充放電モードの蓄電装置は、キャパシタを含んでよい。

複数の蓄電装置は、充放電の繰り返しによる性能の劣化の進行度合いが異なる蓄電装置を含んでおり、モード決定部は、充電モードまたは放電モードに決定する蓄電装置よりも、充放電の繰り返しによる性能の劣化の進行度合いがより小さい蓄電装置の動作モードを、優先して充放電モードに決定してよい。

電力負荷による消費電力の履歴を管理する履歴管理部を更に備え、制御部は、履歴管理部によって管理される消費電力の履歴に基づいて、電力負荷によって将来消費される予測電力量を判断し、燃料電池が発電する電力量と当該予測電力量とを比較することによって、燃料電池が発電する電力量の予測電力量に対する過不足を判断し、燃料電池が発電する電力量が予測電力量に対して不足すると判断される場合に、充電モードに決定された蓄電装置のうち、充電することができる電力量がより少なく、かつ、より蓄電容量の大きい蓄電装置をより優先して充電させ、燃料電池が発電する電力量が予測電力量に対して過剰となると判断される場合に、放電モードに決定された蓄電装置のうち、放電させることができる電力量がより少なく、より蓄電容量の大きい蓄電装置から優先して放電させてよい。

電力負荷は複数設けられており、燃料電池は、電力負荷ごとに設けられており、蓄電装置は、燃料電池ごとに設けられており、制御部は、燃料電池ごとに設けられており、モード決定部は、燃料電池ごとに設けられており、それぞれの燃料電池に設けられた蓄電装置の動作モードを決定し、制御部は、他の制御部との間で、それぞれの蓄電装置を充電させる旨を示す充電トークンと、それぞれの蓄電装置を放電させる旨を示す放電トークンとを通信し、充電トークンを受信した場合において、それぞれの燃料電池に設けられた蓄電装置の動作モードが充電モードであることを条件として当該蓄電装置を充電させ、当該蓄電装置が満充電になった場合に充電トークンを他の制御部に送信し、放電トークンを受信した場合において、それぞれの燃料電池に設けられた蓄電装置の動作モードが放電モードであることを条件として当該蓄電装置から放電させ、当該蓄電装置の放電が完了した場合に放電トークンを他の制御部に送信してよい。

本発明の第２の形態における電力供給方法は、燃料電池により電力を発電して、電力負荷に供給する段階と、燃料電池による発電電力を、任意のタイミングで充電および放電する動作モードである充放電モードで動作する蓄電装置を含む複数の蓄電装置に充電して蓄電する蓄電段階とを備える電力供給方法であって、蓄電段階において、複数の蓄電装置のうち、少なくとも一の蓄電装置は、任意のタイミングで充電および放電する動作モードである充放電モードで動作しており、複数の蓄電装置のうち、少なくとも一の蓄電装置の動作モードを、満充電に達するまで充電させる充電モード、または放電が完了するまで放電させる放電モードのいずれかに決定し、放電モードに決定されている蓄電装置の放電が完了した場合に当該蓄電装置を充電モードに決定し、充電モードに決定されている蓄電装置が満充電に達した場合に当該蓄電装置を放電モードに新たに決定するモード決定段階と、燃料電池による発電電力が電力負荷による消費電力より大きい場合に、当該発電電力と当該消費電力との差分の電力を用いて、充放電モードの蓄電装置及び／又はモード決定段階によって充電モードに決定された蓄電装置に充電させ、燃料電池による発電電力が電力負荷による消費電力より小さい場合に、当該消費電力と当該発電電力との差分の電力を供給すべく、充放電モードの蓄電装置及び／又はモード決定段階によって放電モードに決定された蓄電装置を放電させる制御段階とを備える。

本発明の第３の形態によると、複数の住居と、複数の住居のそれぞれに設けられた複数の電力負荷と、複数の住居のそれぞれに設けられ、電力負荷に電力を供給する複数の燃料電池と、複数の燃料電池のそれぞれに設けられ、複数の燃料電池による発電電力を充電して蓄電する複数の蓄電装置とを備える建造物であって、複数の蓄電装置のうち、少なくとも一の蓄電装置は、任意のタイミングで充電および放電する動作モードである充放電モードで動作しており、複数の蓄電装置のうち、少なくとも一の蓄電装置の動作モードを、満充電に達するまで充電させる充電モード、または放電が完了するまで放電させる放電モードのいずれかに決定し、放電モードに決定されている蓄電装置の蓄電量が予め定めた蓄電量にまで減少した場合に当該蓄電装置を充電モードに決定し、充電モードに決定されている蓄電装置が満充電に達した場合に当該蓄電装置を放電モードに新たに決定するモード決定部と、燃料電池による発電電力が電力負荷による消費電力より大きい場合に、当該発電電力と当該消費電力との差分の電力を用いて、充放電モードの蓄電装置及び／又はモード決定部によって充電モードに決定された蓄電装置に充電させ、燃料電池による発電電力が電力負荷による消費電力より小さい場合に、当該消費電力と当該発電電力との差分の電力を供給すべく、充放電モードの蓄電装置及び／又はモード決定部によって放電モードに決定された蓄電装置を放電させる制御部とを備える。

なお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また発明となりうる。

本発明によれば、蓄電池の性能が劣化する速度を小さくすることができる。

以下、発明の実施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係る発明を限定するものではなく、また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。

図１は、この発明の一実施形態に係る電力供給システムを備えた集合住宅１００の一例を示す。集合住宅１００はこの発明における建造物の一例であって、この発明における建造物とは、集合住宅の他に、工場、駅等、建物など、建造された物であってよい。

集合住宅１００は、複数の住居（７８ａ〜７８ｃ、以下７８と総称する）を備える。また、それぞれの住居７８には、電力を消費する負荷（４８ａ〜４８ｃ、以下４８と総称する）が設けられている。電力供給システムは、電力負荷４８に電力を供給する。

電力供給システムは、住居７８のそれぞれに設けられた複数の燃料電池（４０ａ〜４０ｃ、以下４０と総称する）および複数の蓄電装置（４４ａ〜４４ｃ、以下４４と総称する）、一の蓄電装置４４ｚ、モード決定部５８、制御部５０、および履歴管理部６０を備える。

燃料電池４０は、水素を消費して電力を発電し、電力負荷４８に供給する。また、それぞれの燃料電池４０は、電力線７２を介していずれの電力負荷４８に対しても電力を供給することができる。なお、燃料電池４０は、例えば固体電解質燃料電池（ＰＥＦＣ）であってよい。また、燃料電池４０は、都市ガス、プロパンガス等を改質して水素ガスを生成する改質器から供給される水素ガスを燃料として発電してよく、また外部から供給される水素ガスを燃料として発電してもよい。

蓄電装置４４は、複数の燃料電池４０毎に設けられている。そして、蓄電装置４４は、燃料電池４０による発電電力を充電して蓄電し、蓄電した電力を放電して電力負荷４８に供給する。なお、蓄電装置４４は、いずれの燃料電池４０からの電力によって充電されるように設けられている。具体的には、蓄電装置４４は、複数の燃料電池４０による発電電力の合計値と、複数の電力負荷４８によって消費される電力の合計値との差分の電力により充電される。なお、複数の蓄電装置４４のうち、少なくとも一の蓄電装置４４は、任意のタイミングで充電および放電する動作モードである充放電モードで動作している。

モード決定部５８は、複数の蓄電装置４４のうち、少なくとも一の蓄電装置４４の動作モードを、満充電に達するまで充電させる充電モード、または放電が完了するまで放電させる放電モードのいずれかに決定し、放電モードに決定されている蓄電装置４４の放電が完了した場合に当該蓄電装置４４を充電モードに決定し、充電モードに決定されている蓄電装置４４が満充電に達した場合に当該蓄電装置４４を放電モードに決定する。

制御部５０は、燃料電池４０による発電電力が電力負荷４８による消費電力より大きい場合に、当該発電電力と当該消費電力との差分の電力を用いて、充放電モードの蓄電装置４４及び／又はモード決定部５８によって充電モードに決定された蓄電装置４４に充電させ、燃料電池４０による発電電力が電力負荷４８による消費電力より小さい場合に、当該消費電力と当該発電電力との差分の電力を供給すべく、充放電モードの蓄電装置４４及び／又はモード決定部５８によって放電モードに決定された蓄電装置４４を放電させる。これにより、例えば蓄電装置４４が蓄電池である場合において、メモリー効果等によって蓄電装置４４の放電容量、出力密度などの性能が劣化していく速度を小さくすることができる。

なお、制御部５０は、燃料電池４０による発電電力が電力負荷４８による消費電力より大きい場合に、当該発電電力と当該消費電力との差分の電力を用いて、充電モードに決定された蓄電装置４４より優先して充放電モードの蓄電装置４４を充電させ、充放電モードの蓄電装置４４の蓄電量が予め定められた蓄電量の上限値以上である場合に、当該充放電モードの蓄電装置４４の蓄電電力を用いて、充電モードに決定された蓄電装置４４を充電する。そして、制御部５０は、燃料電池４０による発電電力が電力負荷４８による消費電力より小さい場合に、当該消費電力と当該発電電力との差分の電力を供給すべく、放電モードに決定された蓄電装置４４より優先して充放電モードの蓄電装置４４を放電させ、充放電モードの蓄電装置４４の蓄電量が予め定められた蓄電量の下限値以下に減少した場合に、当該充放電モードの蓄電装置４４を、放電モードに決定された蓄電装置４４の蓄電電力を用いて充電する。

また、制御部５０は、燃料電池４０による発電電力が電力負荷４８による消費電力より小さく、当該消費電力と当該発電電力との差分の電力がより大きい場合に、充放電モードの蓄電装置４４及び／又は放電モードに決定された蓄電装置４４の中から、より多い数の蓄電装置４４を選択して電力を供給させ、燃料電池４０による発電電力が電力負荷４８による消費電力より大きく、当該発電電力と当該消費電力との差分の電力がより大きい場合に、充放電モードの蓄電装置４４及び／又は充電モードに決定された蓄電装置４４の中から、より多い数の蓄電装置４４を選択して充電させる。このように、より速い速度での消費電力の変動が発生した場合には、より多くの蓄電装置４４を用いて対応することができる。このため、個々の蓄電装置４４の時間当たりの充放電量を削減させることができるので、蓄電装置４４の性能が劣化する速度をさらに小さくすることができる。

また、制御部５０は、放電モードに決定された蓄電装置４４に蓄電された蓄電電力量の合計量が、確保しておくべき予め定められた最低蓄電量より小さい場合において、充放電モードの蓄電装置４４によって蓄電されている電力量を用いて、充電モードに決定された少なくとも一の蓄電装置４４を満充電にすることができることを条件として、充放電モードの蓄電装置４４の蓄電電力を用いて少なくとも一の蓄電装置４４を満充電にさせる。このため、放電モードの蓄電装置４４を事前に確保しておくことができる。

また、モード決定部５８は、複数の蓄電装置４４の中から、劣化度のより低い蓄電装置４４を選択して、選択した蓄電装置４４の動作モードを充放電モードに決定してよい。これによって、複数の蓄電装置４４のそれぞれの劣化度を略同一にすることができる。したがって、蓄電装置４４の交換時期を揃えることができるので、電力供給システムのメンテナンスコストを削減することができる。なお、モード決定部５８は、複数の蓄電装置４４の充放電モードで動作した時間が略同一になるよう、充放電モードで動作した時間がより短い蓄電装置４４を複数の蓄電装置４４の中から優先して選択し、選択した蓄電装置４４の動作モードを充放電モードに決定する。

なお、複数の蓄電装置４４は、充放電の繰り返しによる性能の劣化の進行度合いが異なる蓄電装置４４を含んでいる場合においては、充放電モードで動作する蓄電装置４４は、充放電の繰り返しによる性能の劣化の進行度合いがより小さい蓄電装置４４を含むことが望ましい。また、モード決定部５８は、充電モードまたは放電モードに決定する蓄電装置４４よりも、充放電の繰り返しによる性能の劣化の進行度合いがより小さい蓄電装置４４の動作モードを、優先して充放電モードに決定することが望ましい。

例えば、蓄電装置４４ｚがキャパシタであり、他の蓄電装置（４４ａ〜４４ｃ）が、例えば鉛蓄電池などの蓄電池である場合、蓄電装置４４ｚは充放電モードで動作することが望ましい。また、モード決定部５８は、蓄電装置４４ｚの動作モードを、充放電モードに決定することが望ましい。

履歴管理部６０は、電力負荷４８による消費電力の履歴を管理する。そして、制御部５０は、履歴管理部６０によって管理される消費電力の履歴に基づいて、電力負荷４８によって将来消費される予測電力量を判断し、燃料電池４０が発電する電力量と当該予測電力量とを比較することによって、燃料電池４０が発電する電力量の予測電力量に対する過不足を判断し、燃料電池４０が発電する電力量が予測電力量に対して不足すると判断される場合に、充電モードに決定された蓄電装置４４のうち、充電することができる電力量がより少なく、かつ、より蓄電容量の大きい蓄電装置４４をより優先して充電させ、燃料電池４０が発電する電力量が予測電力量に対して過剰となると判断される場合に、放電モードに決定された蓄電装置４４のうち、放電させることができる電力量がより少なく、より蓄電容量の大きい蓄電装置４４から優先して放電させる。このため、燃料電池４０による発電電力が電力負荷４８の消費電力に比べて過不足が生じてしまう期間を短縮することができる。

以上説明したように、本実施形態の電力供給システムによれば、蓄電装置４４の性能が劣化する速度を小さくすることができる。このため、電力供給システムの運用コストを削減することができる。

図２は、電力の過不足に対する蓄電装置４４への充放電の処理フローの一例を示す。制御部５０は、燃料電池４０の発電する電力が電力負荷４８が必要とする電力に比べて余剰であるか否かを判断する（Ｓ２０２）。過不足の判断は、電力線７２の電圧を検出することによって判断してよい。Ｓ２０２において、電力が余剰であると判断される場合は、充放電モードの蓄電装置４４に充電させる（Ｓ２０４）。そして、充放電モードの蓄電装置４４の蓄電量の合計値が、基準蓄電量αよりも大きいか否かを判断する（Ｓ２０６）。Ｓ２０６において、充放電モードの蓄電装置４４の蓄電量の合計値が、基準蓄電量αよりも大きい場合は、充放電モードの蓄電装置４４の蓄電量の合計値が所定残量となるまで、蓄電装置４４から充電モードの蓄電装置４４に充電して（Ｓ２０８）、Ｓ２０２に処理を移行させる。

Ｓ２０２において、電力が余剰でないと判断される場合は、電力が不足するか否かを判断する（Ｓ２１２）。Ｓ２１２において、電力が不足すると判断される場合は、充放電モードの蓄電装置４４から放電させる（Ｓ２１４）。そして、充放電モードの蓄電装置４４の蓄電量の合計値が、基準蓄電量βよりも小さいか否かを判断する（Ｓ２１６）。Ｓ２１６において、充放電モードの蓄電装置４４の蓄電量の合計値が、基準蓄電量βよりも小さい場合は、放電モードの蓄電装置４４から放電して充放電モードの蓄電装置４４を充電し（Ｓ２１８）、Ｓ２０２に処理を移行させる。

図３は、蓄電装置４４への充電および放電の時間発展の一例を示す。図３の時間発展は、上から順に、消費電力と発電電力の時間発展、充放電モードの蓄電装置４４の蓄電量の時間発展、充電モードと放電モードに設定される蓄電装置４４の時間発展を示す。時刻０から時刻ｔ３０５までの期間においては、電力負荷４８の消費電力の合計値は燃料電池４０の発電電力の合計値よりも小さく、時刻ｔ３０５以降の期間においては、電力負荷４８の消費電力の合計値は燃料電池４０の発電電力の合計値よりも大きい。

この場合、制御部５０は、充放電モードの蓄電装置４４の蓄電量が、予め定められた蓄電量の上限値である基準蓄電量αに達するまで、充放電モードの蓄電装置４４に余剰電力を充電する（時刻０〜時刻ｔ３０１）。そして、制御部５０は、充放電モードの蓄電装置４４の蓄電量が基準蓄電量αに達すると、充放電モードの蓄電装置４４の蓄電量が蓄電量γに達するまで充放電モードの蓄電装置４４から充電モードの蓄電装置４４に充電する（時刻ｔ３０１〜時刻ｔ３０２）。

そして、再び、制御部５０は、充放電モードの蓄電装置４４の蓄電量が基準蓄電量αに達するまで充放電モードの蓄電装置４４に余剰電力を充電し（時刻ｔ３０２〜時刻ｔ３０３）、基準蓄電量αに達すると、充電モードの蓄電装置４４に充電する（時刻ｔ３０３〜時刻ｔ３０４）。そして、その後の余剰電力が発生している間、制御部５０は充放電モードの蓄電装置４４に充電する（時刻ｔ３０４〜時刻ｔ３０５）。なお、時刻ｔ３０４において、モード決定部５８は充電モードの蓄電装置４４の蓄電量が満充電を示す蓄電レベルＬ３５２に達したことを検出し、当該蓄電装置４４を充電モードから放電モードに変更する。

そして、制御部５０は、充放電モードの蓄電装置４４の蓄電量が、予め定められた蓄電量の下限値である基準蓄電量βに減少するまで、充放電モードの蓄電装置４４に不足電力を供給させる（時刻ｔ３０５〜時刻ｔ３０６）。そして、制御部５０は、充放電モードの蓄電装置４４の蓄電量が基準蓄電量βに達すると、充放電モードの蓄電装置４４の蓄電量が蓄電量γに達するまで放電モードの蓄電装置４４から充放電モードの蓄電装置４４に充電する（時刻ｔ３０６〜時刻ｔ３０７）。

そして、制御部５０は、不足電力が発生している間、充放電モードからの放電（時刻ｔ３０７〜時刻ｔ３０８、時刻ｔ３０９〜時刻ｔ３１０）と、放電モードの蓄電装置４４から充放電モードの蓄電装置４４への充電（時刻ｔ３０８〜時刻ｔ３０９、時刻ｔ３１０〜時刻ｔ３１１）を行う。また、時刻ｔ３１１において、モード決定部５８は放電モードの蓄電装置４４の蓄電量が放電完了を示す蓄電レベルＬ３５１に達したことを検出すると、当該蓄電装置４４を放電モードから充電モードに変更する。

以上説明したように、制御部５０は、蓄電装置４４を満充電に達するまで充電させ、満充電に達した蓄電装置４４を、放電が完了するまで放電させる。このため、充放電を繰り返すことによる蓄電装置４４の性能が劣化していく速度を小さくすることができる。また余剰電力および不足電力を一旦充放電モードの蓄電装置４４に充電または放電させて吸収するので、充電モードおよび放電モードの蓄電装置４４が劣化していく速度をさらに小さくすることができる。

図４は、不足電力の発生が予測される場合において、充電モードの蓄電装置４４を満充電にする処理の一例を示す。蓄電装置４４ａおよび蓄電装置４４ｂが充電モードに設定されており、蓄電装置４４ｃが放電モードに設定されている。そして、制御部５０は、不足電力の発生が予測される場合には、充放電モードの蓄電装置４４ｚに蓄電された電力によって蓄電装置４４ａを満充電にさせることができる場合には、蓄電装置４４ａを満充電にさせる。そして、モード決定部５８は、満充電に達した蓄電装置４４を放電モードに設定する。これにより、将来不足電力の発生が予測される場合に備えて、予め満充電の蓄電装置４４を予め確保しておくことができる。

図５は、劣化度に基づいて動作モードを選択する処理フローの一例を示す。制御部５０は、蓄電装置４４のそれぞれの劣化度を算出する（Ｓ５０２）。そして、充放電モードに設定されている蓄電装置４４の中に、充電モードまたは放電モードに設定されている蓄電装置４４よりも劣化度が高い蓄電装置４４が含まれているか否かを判断する（Ｓ５０４）。

Ｓ５０４において、充放電モードに設定されている蓄電装置４４の中に、充電モードまたは放電モードに設定されている蓄電装置４４よりも劣化度が高い蓄電装置４４が含まれている場合は、当該劣化度が高い充放電モードの蓄電装置４４を、充電モードあるいは放電モードに設定し、充電モードまたは放電モードに設定されている蓄電装置４４のうち劣化度がより低い蓄電装置４４を、優先して充放電モードに設定し（Ｓ５０６）、処理を終了する。また、Ｓ５０４において、充放電モードに設定されている蓄電装置４４の中に、充電モードまたは放電モードに設定されている蓄電装置４４よりも劣化度が高い蓄電装置４４が含まれていない場合は、動作モードを変更せず、処理を終了する。

なお、モード決定部５８は、蓄電装置４４の劣化度を判断するとき、例えば蓄電装置４４が蓄電池である場合には、蓄電装置４４を短時間放電をさせた時の電圧および電流値に基づいて起電力と内部抵抗を求めることによって、劣化状態を検出してよい。他にもモード決定部５８は、充放電モードで動作していた合計期間に基づいて、当該期間がより長い場合に、より劣化度が大きいと判断してもよい。また、充放電モードで動作していた期間とは、充放電モードに設定されていた期間であってよく、充放電モードに設定されていた期間において実際に充電および放電動作を行った時間であってよい。

以上説明したように、モード決定部５８による動作モードの選択によって、蓄電装置４４のそれぞれの劣化度を略均一にすることができる。また、劣化度が異なる複数の蓄電装置４４を充放電させるときには、個々の蓄電装置４４への充電電流等を劣化度に応じて調整する必要があるが、劣化度が略同一になることによって、より容易に蓄電装置４４の充電電流等を管理することができる。

図６は、履歴管理部６０が格納するデータの一例をテーブル形式で示す。履歴管理部６０は、一日を１時間で分割した時間帯毎の、予め定められた日数における消費電力の平均値を格納する。また、履歴管理部６０は、消費電力の履歴を、平日と、土曜日および日曜日とに分けて管理する。これにより、制御部５０は、電力負荷４８の消費電力の時間発展を適切に予想することができる。なお、履歴管理部６０は、燃料電池４０の発電電力の履歴を管理してもよい。例えば履歴管理部６０は、一日を１時間で分割した時間帯毎の、予め定められた日数における発電電力の平均値を格納してよい。

図７は、電力供給システムを備えた集合住宅１００の他の一例を示す。本例においては、集合住宅１００は、複数の住居（７８ａ〜７８ｃ、以下７８と総称する）を備える。また、それぞれの住居７８には、電力を消費する負荷（４８ａ〜４８ｃ、以下４８と総称する）が設けられている。そして、電力供給システムは、電力負荷４８に電力を供給する。

電力供給システムは、複数の燃料電池（４０ａ〜４０ｃ、以下４０と総称する）、複数の蓄電装置（４４ａ〜４４ｃ、以下４４と総称する）、複数のモード決定部（５８ａ〜５８ｃ、以下５８と総称する）、複数の制御部（５０〜５０ｃ、以下５０と総称する）、および蓄電装置４４ｚを備える。燃料電池４０、蓄電装置４４、モード決定部５８、および制御部５０は、住居７８のそれぞれに設けられている。そして、制御部５０は、インターネット等の通信回線８８によって接続されおり、種々の情報を通信することができる。

モード決定部５８は、燃料電池４０ごとに設けられており、それぞれの燃料電池４０に設けられた蓄電装置４４の動作モードを決定する。例えば、モード決定部５８ａは、蓄電装置４４ａの動作モードを決定する。なお、本例のモード決定部５８による動作モードの決定動作は、それぞれの燃料電池４０に設けられた蓄電装置４４の動作モードを決定するという点を除いて、図１に関連して説明したモード決定部５８による動作モードの決定動作と同じであるので説明を省略する。

そして、制御部５０は、他の制御部５０との間で、それぞれの蓄電装置４４を充電させる旨を示す充電トークンと、放電する旨を示す放電トークンとを通信する。具体的には、通信回線８８を介して充電トークンおよび放電トークンを通信する。そして、制御部５０は、充電トークンを受信した場合において、それぞれの燃料電池４０に設けられた蓄電装置４４の動作モードが充電モードであることを条件として当該蓄電装置４４を充電させる。そして制御部５０は、当該蓄電装置４４が満充電になった場合に充電トークンを他の制御部５０に送信する。また制御部５０は、放電トークンを受信した場合において、それぞれの燃料電池４０に設けられた蓄電装置４４の動作モードが放電モードであることを条件として当該蓄電装置４４から放電させる。そして制御部５０は、当該蓄電装置４４の放電が完了した場合に放電トークンを他の制御部５０に送信する。

図８は、制御部５０がトークンを送受信する様子を模式的に示す。制御部５０は、通信回線８８を介して電力の充放電を指示するトークンを送受信する。具体的には、制御部５０ａが、充電する旨を示す充電トークンを受信する。このとき、制御部５０ａは、充電トークンを保持している間、余剰電力を用いて蓄電装置４４ａを充電する。そして、蓄電装置４４ａが満充電に達すると、充電トークンを通信回線８８に流す。そして、制御部５０ｂが充電トークンを受信すると、蓄電装置４４ｂが満充電に達するまで充電トークンを保持しておく。このように、充電トークンを保持している制御部５０が、それぞれの蓄電装置４４を充電する。

また、蓄電装置４４への充電だけでなく蓄電装置４４からの放電の場合も同様に、放電する旨を示す放電トークンを保持している制御部５０が、それぞれの蓄電装置４４を放電させ、放電が完了した場合に放電トークンを通信回線８８に流す。このようにして、蓄電装置４４は放電が完了するまで放電される。

なお、通信回線８８は、制御部５０をリング状に接続してよい。そして、制御部５０は、充電トークンおよび放電トークンを送信するときに、リング状の通信回線８８において隣の制御部５０に送信してよい。他にも、制御部５０は、例えば隣の部屋の制御部５０等、充電トークンおよび放電トークンを次に送信すべき制御部５０の宛先を指定して送信してもよい。

図９は、制御部５０がトークンを送受信する処理フローの一例を示す。制御部５０は、トークンを受信したか否かを判断する（Ｓ８０２）。Ｓ８０２において、トークンを受信していない場合は、再度Ｓ８０２に処理を移行させる。Ｓ８０２において、トークンを受信した場合は、受信したトークンの種類を判別する（Ｓ８０４）。

Ｓ８０４において、受信したトークンが充電トークンである場合には、制御部５０が管理する蓄電装置４４が充電モードに設定されているか否かを判断する（Ｓ８１２）。Ｓ８１２において、充電モードに設定されている場合には、充電トークンを取り込んで（Ｓ８１４）、処理を終了する。Ｓ８１２において、充電モードに設定されていない場合には、充電トークンを送信して（Ｓ８１６）、処理を終了する。

Ｓ８０４において、受信したトークンが放電トークンである場合には、制御部５０が管理する蓄電装置４４が放電モードに設定されているか否かを判断する（Ｓ８２２）。Ｓ８２２において、放電モードに設定されている場合には、放電トークンを取り込んで（Ｓ８２４）、処理を終了する。Ｓ８２２において、放電モードに設定されていない場合には、放電トークンを送信して（Ｓ８１６）、処理を終了する。

図１０は、蓄電装置４４の充放電を制御する処理フローの一例を示す。制御部５０は、トークンを所有しているか否かを判断する（Ｓ９０２）。Ｓ９０２において、トークンを所有していない場合は、再びＳ９０２の判断を行う。Ｓ９０２において、トークンを所有している場合には、トークンの種類を判断する（Ｓ９０４）。

Ｓ９０４において、所有しているトークンが充電トークンである場合には、電力が余剰であるか否かを判断する（Ｓ９１２）。Ｓ９１２において、電力が余剰であると判断された場合には、制御部５０が管理している蓄電装置４４を充電する（Ｓ９１４）。そして、制御部５０が管理している蓄電装置４４が満充電に達したか否かを判断する（Ｓ９１６）。Ｓ９１６において、満充電に達した場合には、充電トークンを送信する（Ｓ９１８）。そしてモード決定部５８は、満充電に達した蓄電装置４４を、放電モードに設定し（Ｓ９２０）、処理が終了する。Ｓ９１６において、満充電に達していない場合には、Ｓ９１４に処理を移行させて、電力の余剰が発生されている間蓄電装置４４を充電する。

Ｓ９０４において、所有しているトークンが放電トークンである場合には、電力が不足しているか否かを判断する（Ｓ９２２）。Ｓ９２２において、電力が不足していると判断された場合には、制御部５０が管理している蓄電装置４４を放電する（Ｓ９２４）。そして、制御部５０が管理している蓄電装置４４の放電が完了したか否かを判断する（Ｓ９２６）。Ｓ９２６において、放電が完了した場合には、放電トークンを送信する（Ｓ９２８）。そしてモード決定部５８は、放電が完了した蓄電装置４４を、充電モードに設定し（Ｓ９３０）、処理が終了する。Ｓ９１６において、放電が完了していない場合には、Ｓ９２４に処理を移行させて、電力の不足が発生している間放電を行う。

以上説明したように、本例の電力供給システムでは、制御部５０、モード決定部５８、燃料電池４０、および蓄電装置４４が一ユニットとして動作するので、一の制御装置が蓄電装置４４の全ての状態を集中して管理する場合に比べて、容易に新たなユニットを追加することができる。

以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることができる。そのよう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。

電力供給システムを備えた集合住宅１００の一例を示す図である。 電力の過不足に対する蓄電装置４４への充放電の処理フローの一例を示す図である。 蓄電装置４４への充電および放電の時間発展の一例を示す図である。 不足電力の発生が予測される場合において、蓄電装置４４を満充電にする処理の一例を示す図である。 劣化度に基づいて動作モードを選択する処理フローの一例を示す図である。 履歴管理部６０が格納するデータの一例をテーブル形式で示す図である。 電力供給システムを備えた集合住宅１００の他の一例を示す図である。 トークンを送受信する様子を模式的に示す図である。 制御部５０がトークンを送受信する処理フローの一例を示す図である。 蓄電装置４４の充放電を制御する処理フローの一例を示す図である。

符号の説明

４０ 燃料電池
４４ 蓄電装置
４８ 電力負荷
５０ 制御部
５２ 許容量設定部
５８ モード決定部
６０ 履歴管理部
７２ 電力線
７８ 住居
８８ 通信回線
１００ 集合住宅

Claims (14)

1. 電力を発電して、電力負荷に供給する燃料電池と、
   前記燃料電池による発電電力を充電して蓄電し、蓄電した電力を放電して前記電力負荷に供給する複数の蓄電装置と
   を備える電力供給システムであって、
   前記複数の蓄電装置のうち、少なくとも一の蓄電装置は、任意のタイミングで充電および放電する動作モードである充放電モードで動作しており、
   前記複数の蓄電装置のうち、少なくとも一の蓄電装置の動作モードを、満充電に達するまで充電させる充電モード、または放電が完了するまで放電させる放電モードのいずれかに決定し、放電モードに決定されている蓄電装置の放電が完了した場合に当該蓄電装置を充電モードに決定し、充電モードに決定されている蓄電装置が満充電に達した場合に当該蓄電装置を放電モードに決定するモード決定部と、
   前記燃料電池による発電電力が前記電力負荷による消費電力より大きい場合に、当該発電電力と当該消費電力との差分の電力を用いて、充放電モードの蓄電装置及び／又は前記モード決定部によって充電モードに決定された蓄電装置に充電させ、前記燃料電池による発電電力が電力負荷による消費電力より小さい場合に、当該消費電力と当該発電電力との差分の電力を供給すべく、充放電モードの蓄電装置及び／又は前記モード決定部によって放電モードに決定された蓄電装置を放電させる制御部と
   を備える電力供給システム。
2. 前記制御部は、前記燃料電池による発電電力が前記電力負荷による消費電力より大きい場合に、当該発電電力と当該消費電力との差分の電力を用いて、充電モードに決定された蓄電装置より優先して充放電モードの蓄電装置を充電させ、充放電モードの蓄電装置の蓄電量が予め定められた蓄電量の上限値以上である場合に、当該充放電モードの蓄電装置の蓄電電力を用いて、充電モードに決定された蓄電装置を充電する
   請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記制御部は、前記燃料電池による発電電力が前記電力負荷による消費電力より小さい場合に、当該消費電力と当該発電電力との差分の電力を供給すべく、放電モードに決定された蓄電装置より優先して充放電モードの蓄電装置を放電させ、充放電モードの蓄電装置の蓄電量が予め定められた蓄電量の下限値以下に減少した場合に、当該充放電モードの蓄電装置を、放電モードに決定された蓄電装置の蓄電電力を用いて充電する
   請求項２に記載の電力供給システム。
4. 前記制御部は、前記燃料電池による発電電力が前記電力負荷による消費電力より小さく、当該消費電力と当該発電電力との差分の電力がより大きい場合に、充放電モードの蓄電装置及び／又は放電モードに決定された蓄電装置の中から、より多い数の蓄電装置を選択して電力を供給させ、前記燃料電池による発電電力が前記電力負荷による消費電力より大きく、当該発電電力と当該消費電力との差分の電力がより大きい場合に、充放電モードの蓄電装置及び／又は充電モードに決定された蓄電装置の中から、より多い数の蓄電装置を選択して充電させる
   請求項３に記載の電力供給システム。
5. 前記制御部は、放電モードに決定された蓄電装置に蓄電された蓄電電力量の合計量が、確保しておくべき予め定められた最低蓄電量より小さい場合において、充放電モードの蓄電装置によって蓄電されている電力量を用いて、充電モードに決定された少なくとも一の蓄電装置を満充電にすることができることを条件として、充放電モードの蓄電装置の蓄電電力を用いて少なくとも一の蓄電装置を満充電にさせる
   請求項４に記載の電力供給システム。
6. 前記モード決定部は、前記複数の蓄電装置の中から、劣化度のより低い蓄電装置を選択して、選択した蓄電装置の動作モードを充放電モードに決定する
   請求項５に記載の電力供給システム。
7. 前記モード決定部は、前記複数の蓄電装置の充放電モードで動作した時間が略同一になるよう、充放電モードで動作した時間がより短い蓄電装置を前記複数の蓄電装置の中から優先して選択し、選択した蓄電装置の動作モードを充放電モードに決定する
   請求項６に記載の電力供給システム。
8. 前記複数の蓄電装置は、充放電の繰り返しによる性能の劣化の進行度合いが異なる蓄電装置を含んでおり、
   前記充放電モードの蓄電装置は、充放電の繰り返しによる性能の劣化の進行度合いがより小さい蓄電装置を含む
   請求項５に記載の電力供給システム。
9. 前記複数の蓄電装置は、蓄電池およびキャパシタを含んでおり、
   前記充放電モードの蓄電装置は、キャパシタを含む
   請求項８に記載の電力供給システム。
10. 前記複数の蓄電装置は、充放電の繰り返しによる性能の劣化の進行度合いが異なる蓄電装置を含んでおり、
    前記モード決定部は、充電モードまたは放電モードに決定する蓄電装置よりも、充放電の繰り返しによる性能の劣化の進行度合いがより小さい蓄電装置の動作モードを、優先して充放電モードに決定する
    請求項７に記載の電力供給システム。
11. 前記電力負荷による消費電力の履歴を管理する履歴管理部
    を更に備え、
    制御部は、前記履歴管理部によって管理される消費電力の履歴に基づいて、前記電力負荷によって将来消費される予測電力量を判断し、前記燃料電池が発電する電力量と当該予測電力量とを比較することによって、前記燃料電池が発電する電力量の予測電力量に対する過不足を判断し、前記燃料電池が発電する電力量が予測電力量に対して不足すると判断される場合に、充電モードに決定された蓄電装置のうち、充電することができる電力量がより少なく、かつ、より蓄電容量の大きい蓄電装置をより優先して充電させ、前記燃料電池が発電する電力量が予測電力量に対して過剰となると判断される場合に、放電モードに決定された蓄電装置のうち、放電させることができる電力量がより少なく、より蓄電容量の大きい蓄電装置から優先して放電させる
    請求項１０に記載の電力供給システム。
12. 前記電力負荷は複数設けられており、
    前記燃料電池は、前記電力負荷ごとに設けられており、
    前記蓄電装置は、前記燃料電池ごとに設けられており、
    前記制御部は、前記燃料電池ごとに設けられており、
    前記モード決定部は、前記燃料電池ごとに設けられており、それぞれの燃料電池に設けられた蓄電装置の動作モードを決定し、
    前記制御部は、他の制御部との間で、それぞれの蓄電装置を充電させる旨を示す充電トークンと、それぞれの蓄電装置を放電させる旨を示す放電トークンとを通信し、充電トークンを受信した場合において、それぞれの燃料電池に設けられた蓄電装置の動作モードが充電モードであることを条件として当該蓄電装置を充電させ、当該蓄電装置が満充電になった場合に充電トークンを他の制御部に送信し、放電トークンを受信した場合において、それぞれの燃料電池に設けられた蓄電装置の動作モードが放電モードであることを条件として当該蓄電装置から放電させ、当該蓄電装置の放電が完了した場合に放電トークンを他の制御部に送信する
    請求項１１に記載の電力供給システム。
13. 燃料電池により電力を発電して、電力負荷に供給する段階と、
    前記燃料電池による発電電力を、任意のタイミングで充電および放電する動作モードである充放電モードで動作する蓄電装置を含む複数の蓄電装置に充電して蓄電する蓄電段階と
    を備える電力供給方法であって、
    前記蓄電段階において、前記複数の蓄電装置のうち、少なくとも一の蓄電装置は、任意のタイミングで充電および放電する動作モードである充放電モードで動作しており、
    前記複数の蓄電装置のうち、少なくとも一の蓄電装置の動作モードを、満充電に達するまで充電させる充電モード、または放電が完了するまで放電させる放電モードのいずれかに決定し、放電モードに決定されている蓄電装置の放電が完了した場合に当該蓄電装置を充電モードに決定し、充電モードに決定されている蓄電装置が満充電に達した場合に当該蓄電装置を放電モードに新たに決定するモード決定段階と、
    前記燃料電池による発電電力が前記電力負荷による消費電力より大きい場合に、当該発電電力と当該消費電力との差分の電力を用いて、充放電モードの蓄電装置及び／又は前記モード決定段階によって充電モードに決定された蓄電装置に充電させ、前記燃料電池による発電電力が電力負荷による消費電力より小さい場合に、当該消費電力と当該発電電力との差分の電力を供給すべく、充放電モードの蓄電装置及び／又は前記モード決定段階によって放電モードに決定された蓄電装置を放電させる制御段階と
    を備える電力供給方法。
14. 複数の住居と、
    複数の住居のそれぞれに設けられた複数の電力負荷と、
    複数の住居のそれぞれに設けられ、電力負荷に電力を供給する複数の燃料電池と、
    前記複数の燃料電池のそれぞれに設けられ、前記複数の燃料電池による発電電力を充電して蓄電する複数の蓄電装置とを備える建造物であって、
    前記複数の蓄電装置のうち、少なくとも一の蓄電装置は、任意のタイミングで充電および放電する動作モードである充放電モードで動作しており、
    前記複数の蓄電装置のうち、少なくとも一の蓄電装置の動作モードを、満充電に達するまで充電させる充電モード、または放電が完了するまで放電させる放電モードのいずれかに決定し、放電モードに決定されている蓄電装置の蓄電量が予め定めた蓄電量にまで減少した場合に当該蓄電装置を充電モードに決定し、充電モードに決定されている蓄電装置が満充電に達した場合に当該蓄電装置を放電モードに新たに決定するモード決定部と、
    前記燃料電池による発電電力が前記電力負荷による消費電力より大きい場合に、当該発電電力と当該消費電力との差分の電力を用いて、充放電モードの蓄電装置及び／又は前記モード決定部によって充電モードに決定された蓄電装置に充電させ、前記燃料電池による発電電力が電力負荷による消費電力より小さい場合に、当該消費電力と当該発電電力との差分の電力を供給すべく、充放電モードの蓄電装置及び／又は前記モード決定部によって放電モードに決定された蓄電装置を放電させる制御部と
    を備える建造物。

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