JP5919522B2 - 燃料電池の起動装置、燃料電池の起動方法、及び、燃料電池の起動システム - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池の起動装置、燃料電池の起動方法、及び、燃料電池の起動システムに関する。特に、系統電源と燃料電池との間に介在する、燃料電池の起動装置、燃料電池の起動方法、及び、燃料電池の起動システムに関する。
従来、系統電源に連携して用いられる燃料電池を、系統電源の停電時において自立運転できるようにし、かつ、急峻な負荷に対応できるようにする自立運転支援装置が開示されている(特許文献1参照)。
しかしながら、通常、燃料電池は、系統電源、即ち、電力供給源の存在下で動作する。このため、系統電源が存在しない場合には、燃料電池が起動できない可能性がある。従って、停電時にも安定して燃料電池を起動させるためには、停電時においても燃料電池に電力供給源の存在を認識させることが望ましい。
そこで、本発明は、系統電源の停電時にも燃料電池を起動させる、燃料電池の起動装置等を提供する。
本発明の一態様に係る燃料電池の起動装置は、系統電源と燃料電池との間に介在する、燃料電池の起動装置であって、蓄電池と、前記蓄電池が出力する電流を検出する第一センサと、前記蓄電池が出力する電流、及び、前記系統電源からの電流のどちらを前記燃料電池に供給するかを切り替える第一スイッチと、前記第一センサによる検出結果、及び、前記系統電源から供給される電流を検出する第二センサによる検出結果のどちらを前記燃料電池に伝達するかを切り替える第二スイッチと、前記第一スイッチおよび前記第二スイッチを制御することで、前記第二センサによる検出結果に基づいて前記系統電源からの電流を用いて前記燃料電池を起動させる通常モードと、前記第一センサによる検出結果に基づいて前記蓄電池が出力する電流を用いて前記燃料電池を起動させる自立モードとを切り替える制御部とを備える。
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なCD−ROMなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
本発明の燃料電池の起動装置は、系統電源の停電時にも燃料電池を起動させることができる。
(本発明の基礎となった知見)
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した、燃料電池の自立運転支援装置に関し、以下の問題が生じることを見出した。
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した、燃料電池の自立運転支援装置に関し、以下の問題が生じることを見出した。
近年、需要家において、系統電源からの電力と、需要家ごとに設置された燃料電池が供給する電力とを組み合わせて需要家へ供給する電力供給システムがある。系統電源からの電力は交流電力であるので、系統電源からの電力と燃料電池が供給する電力とを組み合わせるには、燃料電池が供給する電力を系統電源からの電力の位相に適合した交流電力に変換することが行われる。
系統電源が停電したときには、系統電源の配電網側での安全のために、需要家から系統電源へ電力が出力(逆潮流)されないように制御がなされる。従来、この制御のために、分電盤の内部において系統電源の電流の向き及び大きさを検出する電流センサが設けられている。この電流センサが需要家から系統電源への向きの電流を検出したときには、分電盤または燃料電池は、需要家から系統電源へ電力が出力されないようにスイッチの切り替えなどの制御を行う。
また、燃料電池は、上記の電流センサが確かに当該燃料電池に入力される電流を計測していることを確認することで、より適正に運転する。例えば、燃料電池は、当該燃料電池の内部インピーダンスを増減させて、電流センサが検出する電流の大きさがその増減に応答するように変化するか否かを判定する。この判定において、燃料電池の内部インピーダンスの増減に応答するように、電流センサが検出する電流の大きさが変化するとき、上記の電流センサが確かに燃料電池に入力される電力を計測されていると判定する。このようにすることで、燃料電池は、入力される電流に従属して運転を行う。
従来、系統電源に連携して用いられる燃料電池を、系統電源の停電時において自立運転できるようにし、かつ、急峻な負荷に対応できるようにする自立運転支援装置が開示されている(特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1に開示される自立運転支援装置は、系統電源の停電時において、燃料電池を起動させることができない場合がある。つまり、特許文献1に開示される自立運転支援装置は、燃料電池に入力される電流を検出する電流センサを考慮しない構成になっているので、燃料電池に入力される電流によっては燃料電池を起動することができない場合がある。
そこで、本発明は、系統電源の停電時にも燃料電池を起動させる、燃料電池の起動装置を提供する。
このような問題を解決するために、本発明の一態様に係る燃料電池の起動装置(以降、単に起動装置ともよぶ)は、系統電源と燃料電池との間に介在する、燃料電池の起動装置であって、蓄電池と、前記蓄電池が出力する電流を検出する第一センサと、前記蓄電池が出力する電流、及び、前記系統電源からの電流のどちらを前記燃料電池に供給するかを切り替える第一スイッチと、前記第一センサによる検出結果、及び、前記系統電源から供給される電流を検出する第二センサによる検出結果のどちらを前記燃料電池に伝達するかを切り替える第二スイッチと、前記第一スイッチおよび前記第二スイッチを制御することで、前記第二センサによる検出結果に基づいて前記系統電源からの電流を用いて前記燃料電池を起動させる通常モードと、前記第一センサによる検出結果に基づいて前記蓄電池が出力する電流を用いて前記燃料電池を起動させる自立モードとを切り替える制御部とを備える。
これによれば、燃料電池の起動装置は、系統電源が供給状態及び停電状態のどちらの場合であっても、燃料電池を起動させることができる。燃料電池は、入力電流の特性が適正である場合に、その入力電流を用いて起動する。系統電源から電力が供給される状態(供給状態)では、起動装置は、通常モードにより系統電源を用いて燃料電池を起動させることができる。一方、系統電源から電力が供給されない状態(停電状態)では、起動装置は、自立モードにより蓄電池を用いて燃料電池を起動(コールドスタート)させることができる。よって、起動装置は、系統電源の停電時にも燃料電池を起動させることができる。
これに対し、従来技術によれば、系統電源が停電状態の場合に、燃料電池を起動させることができない場合がある。なぜなら、従来の起動装置は、蓄電池を用いて燃料電池に電流を供給するだけであり、その電流の特性を燃料電池に通知する機能を備えていないためである。本発明の一態様に係る起動装置は、燃料電池に電流を入力するだけでなく、電流センサにより検出した当該電流の特性をも燃料電池に通知する。これにより、起動装置は、系統電源の停電時にも燃料電池を起動させることができる。
例えば、前記制御部は、前記蓄電池が出力する電流を前記燃料電池に供給するように前記第一スイッチの切り替えを制御し、かつ、前記第一センサによる検出結果を前記燃料電池に伝達するように前記第二スイッチの切り替えを制御することで、前記自立モードへ切り替えるとしてもよい。
これによれば、起動装置は、第一スイッチ及び第二スイッチの切り替えを制御することで、自立モードへの切り替えを行うことができる。
例えば、前記制御部は、前記蓄電池が出力する電流を前記燃料電池に供給するように前記第一スイッチが切り替えられた場合に、前記第一センサによる検出結果を前記燃料電池に伝達するように前記第二スイッチの切り替えを制御することで、前記自立モードへ切り替えるとしてもよい。
これによれば、起動装置は、蓄電池から燃料電池へ入力電流を供給し、その後に、入力電流の特性を燃料電池に通知することができる。このようにすると、起動装置は、電流値が安定した電流を燃料電池へ供給した状態で、当該電流の特性を燃料電池に通知することになるので、より安定に燃料電池を起動させることができる。また、起動装置は、第二スイッチの制御を第一スイッチに従属させることで、制御を単純化することができる。
例えば、前記第一スイッチは、前記燃料電池と前記蓄電池との接続、及び、前記燃料電池と前記系統電源との接続を切り替えることで、前記燃料電池に供給する電流を切り替え、前記第二スイッチは、前記燃料電池と前記第一センサとの接続、及び、前記燃料電池と、前記系統電源から供給される電流を検出する第二センサとの接続を切り替えることで、燃料電池に伝達する検出結果を切り替える。
これによれば、起動装置は、燃料電池、蓄電池、及び、系統電源の接続を切り替えることで、電流の切り替えを実現することができる。また、起動装置は、燃料電池、第一センサ、及び、第二センサの接続を切り替えることで、センサによる検出結果の伝達の切り替えを実現することができる。
例えば、前記蓄電池が出力する電流は、直流電流であり、前記燃料電池の起動装置は、さらに、前記蓄電池が出力する直流電流を交流電流に変換し、変換することで生成した前記交流電流を出力するDC/AC変換部を備え、前記第一センサは、前記DC/AC変換部が出力した前記交流電流を検出するとしてもよい。
これによれば、起動装置は、蓄電池が出力した直流電流を用いて生成した交流電流を燃料電池へ供給することができる。
例えば、前記燃料電池の起動装置は、さらに、前記蓄電池と前記DC/AC変換部との間に介在し、前記蓄電池が出力する電流を前記DC/AC変換部に入力させるか否かを切り替える第三スイッチを備え、前記制御部は、前記蓄電池が出力する電流を前記燃料電池に供給するように前記第一スイッチが切り替えられた場合に、前記蓄電池が出力する電流を前記DC/AC変換部に入力させるように前記第三スイッチの切り替えを制御するとしてもよい。
これによれば、起動装置は、DC/AC変換部における無駄な消費電力の発生を抑えることができる。蓄電池が出力する電流を燃料電池に供給するように第一スイッチが切り替えられる前には、DC/AC変換部が出力する交流電流を消費する回路が存在しない。そのようなときに、第三スイッチを非導通とすることによりDC/AC変換部での電力消費を防ぐことができる。
例えば、前記制御部は、前記蓄電池が出力する電流を前記燃料電池に供給するように前記第一スイッチが切り替えられた場合に、前記蓄電池が出力する電流を前記DC/AC変換部に入力させるように前記第三スイッチの切り替えを制御した後で、前記第一センサによる検出結果を前記燃料電池に伝達するように前記第二スイッチを制御するとしてもよい。
これによれば、起動装置は、蓄電池から燃料電池へ電流を供給する回路を構成した後に、当該電流の供給を開始し、その後、入力電流の特性を燃料電池に通知することができる。このようにすると、起動装置は、DC/AC変換部における無駄な電力消費を抑えながら、より安定に燃料電池を起動させることができる。また、起動装置は、第二スイッチ及び第三スイッチの制御を第一スイッチに従属させることで、制御を単純化することができる。
例えば、前記燃料電池の起動装置は、さらに、ユーザによる前記第一スイッチに対する操作を受け付ける第一操作部を備え、前記第一操作部は、前記第一操作部が前記操作を受け付けた場合に、前記操作に連動させて前記第一スイッチを切り替えるとしてもよい。
これによれば、起動装置は、ユーザによる明示的な操作に基づいて、燃料電池への電流の供給元を系統電源から蓄電池へ切り替えることができる。仮に、系統電源が停電状態になったときに自動的に上記の切り替えを行うとすれば、起動装置は、ユーザが電力を必要としているか否かにかかわらず燃料電池を起動させる可能性がある。ユーザが自宅に不在である等の理由で、燃料電池を起動させる必要がない場合には、燃料電池を起動させないことが望ましい。よって、起動装置は、ユーザが燃料電池の起動を必要と考えるときに、燃料電池を起動させることができる。
例えば、前記制御部は、前記第二センサが前記系統電源から電流が供給されていないことを検出した場合に、前記蓄電池が出力する電流が前記燃料電池に供給されるように前記第一スイッチを切り替えるとしてもよい。
これによれば、起動装置は、系統電源が停電状態であるときに、燃料電池への電流の供給元を系統電源から蓄電池へ切り替えることができる。つまり、起動装置は、ユーザが電力を必要としているか否かにかかわらず燃料電池を起動させることができる。
例えば、前記燃料電池の起動装置は、さらに、前記第一スイッチと前記DC/AC変換部との間を接続する第一電力線と、前記第一電力線に接続され、前記燃料電池の起動装置の外部の電気機器に電流を供給するための第二電力線とを備えるとしてもよい。
これによれば、起動装置は、燃料電池が出力した電力を、第二電力線を通じて外部の電気機器に供給することができる。
例えば、前記DC/AC変換部は、単相2線式の電力線で交流電流を出力し、前記系統電源は、単相3線式の電力線で交流電流を供給し、前記燃料電池は、単相3線式の電力線で交流電流を入力又は出力し、前記燃料電池の起動装置は、さらに、前記第一電力線上に配置され、前記単相2線式の電力線上の交流電流と、前記単相3線式の電力線上の交流電流とを相互に変換するトランスを備え、前記第二電力線は、前記第一電力線上において前記トランスと前記DC/AC変換部との間の区間に接続されるとしてもよい。
これによれば、起動装置の第二電力線は、単相2線式の電力線で構成される。起動装置が外部の電気機器へ電力を供給するには、単相2線式の電力線から供給する方法と、単相3線式の電力線から供給する方法とがある。起動装置は、単相2線式の電力線から外部の電気機器へ電力を供給することにより、より安定した電力を外部の機器に供給することができる。
例えば、前記DC/AC変換部は、単相2線式の電力線で交流電流を出力し、前記系統電源は、単相3線式の電力線で交流電流を供給し、前記燃料電池は、単相3線式の電力線で交流電流を入力又は出力し、前記燃料電池の起動装置は、さらに、前記第一電力線上に配置され、前記単相2線式の電力線上の交流電流と、前記単相3線式の電力線上の交流電流とを相互に変換するトランスを備え、前記第二電力線は、前記第一電力線上において前記トランスと前記第一スイッチとの間の区間に接続されるとしてもよい。
これによれば、起動装置の第二電力線は、単相3線式の電力線で構成される。起動装置が単相3線式の電力線から外部の電気機器へ電力を供給するようにすれば、トランスで変換する電力を小さくすることができるので、より低コストに起動装置が実現される。
例えば、前記燃料電池の起動装置は、さらに、前記第二電力線に接続され、前記外部の電気機器を接続するためのコンセントを備えるとしてもよい。
これによれば、起動装置は、一般に電気機器で用いられているものと同じコンセントを通じて外部の電気機器に電力を供給することができる。
例えば、前記燃料電池の起動装置は、さらに、前記燃料電池の起動装置の外部の貯湯ユニットに接続され、前記燃料電池の起動装置は、さらに、前記系統電源からの電流を前記貯湯ユニットに供給するか、又は、前記第一電力線上の電流を前記貯湯ユニットに供給するかを切り替える第四スイッチを備え、前記制御部は、前記蓄電池が出力する電流を前記燃料電池に供給するように前記第一スイッチが切り替えられた場合に、前記第一電力線上の電流を前記貯湯ユニットに供給するように第四スイッチを制御するとしてもよい。
これによれば、起動装置は、燃料電池が出力した電力を貯湯ユニットへ供給することができる。
例えば、前記燃料電池の起動装置は、さらに、前記系統電源または前記第一電力線上を流れる交流電流を直流電流に変換し、変換することで生成した前記直流電流を前記蓄電池へ出力するAC/DC変換部と、前記系統電源または前記第一電力線上を流れる交流電流を前記AC/DC変換部に入力させるか否かを切り替える第五スイッチとを備え、前記制御部は、前記系統電源からの交流電流を前記燃料電池に供給するように前記第一スイッチが切り替えられた場合に、前記系統電源からの前記交流電流を前記AC/DC変換部に入力させるように前記第五スイッチの切り替えを制御し、前記蓄電池が出力する電流を前記燃料電池に供給するように前記第一スイッチが切り替えられた場合に、前記第一電力線上を流れる前記交流電流を前記AC/DC変換部に入力させないように前記第五スイッチの切り替えを制御するとしてもよい。
これによれば、起動装置は、燃料電池が出力した電力の一部を、AC/DC変換部を介して蓄電池へ充電することができる。
例えば、前記制御部は、前記蓄電池が出力する電流を前記燃料電池に供給するように前記第一スイッチが切り替えられた後に、前記燃料電池が起動したことを検知した場合に、前記交流電流を前記AC/DC変換部に入力させるように前記第五スイッチの切り替えを制御するとしてもよい。
これによれば、起動装置は、蓄電池が出力する電力を用いて燃料電池を起動し、起動後に蓄電池が出力する電力と燃料電池が出力する電力とが重畳された電力の一部を、AC/DC変換部を介して蓄電池へ充電することができる。
例えば、前記燃料電池の起動装置は、前記系統電源からの電力が供給される分電盤に接続されるとしてもよい。
これによれば、起動装置は、分電盤を経由して系統電源から電力を供給される。
例えば、前記蓄電池は、電動アシスト自転車に用いられる蓄電池パックであるとしてもよい。
これによれば、起動装置は、蓄電池の寿命が到来した場合であっても、蓄電池の代わりに電動アシスト自転車に用いられる蓄電池パックを利用することで、燃料電池を起動させることができる。
例えば、前記第一センサは、前記第一電力線上に設置され、前記第一センサと前記DC/AC変換部との間に電流を消費する機器が接続されないように設けられるとしてもよい。
これによれば、起動装置は、DC/AC変換部が出力する交流電流の向き又は大きさを、電流センサにより、より正しく検出することができる。
例えば、前記燃料電池の起動装置は、さらに、前記第一操作部の近傍に設置される第一光源を備え、前記制御部は、さらに、前記第二センサが前記系統電源から電流が供給されていないことを検出した場合に、前記第一光源を点灯させるとしてもよい。
これによれば、系統電源が停電状態であるときに、ユーザが第一操作部を操作しやすいように、第一光源が第一操作部を照らすことができる。
例えば、前記燃料電池の起動装置は、さらに、前記第二電力線上に設置され、前記第一電力線上の電流を前記コンセントに供給するか否かを切り替える第六スイッチと、ユーザによる前記第六スイッチに対する操作を受け付ける第二操作部とを備え、前記制御部は、前記第二操作部が受け付けた前記操作に基づいて、前記第六スイッチの切り替えを制御するとしてもよい。
これによれば、コンセントに接続される外部の電気機器に電力を供給するか否かを、ユーザによる操作に基づいて切り替えることができる。
例えば、前記燃料電池の起動装置は、さらに、第二光源を備え、前記制御部は、さらに、前記第一電力線上の電流を前記コンセントに供給するように前記第六スイッチの切り替えを制御している場合に、前記第二光源を点灯させるとしてもよい。
これによれば、コンセントに接続される外部の電気機器に電力を供給できる状態であるか否かを、ユーザに視認させることができる。
例えば、前記第一センサは、前記蓄電池が出力する電流の向き及び大きさの少なくとも一方を検出し、前記第二センサは、前記系統電源からの電流の向き及び大きさの少なくとも一方を検出するとしてもよい。
これにより、第一センサ又は第二センサは、電流の特性を検出することができる。
また、本発明の一態様に係る燃料電池の起動装置における燃料電池の起動方法は、系統電源と燃料電池との間に介在する、燃料電池の起動装置における燃料電池の起動方法であって、前記燃料電池の起動装置は、蓄電池と、前記蓄電池が出力する電流を検出する第一センサと、前記蓄電池が出力する電流、及び、前記系統電源からの電流のどちらを前記燃料電池に供給するかを切り替える第一スイッチと、前記第一センサによる検出結果、及び、前記系統電源から供給される電流を検出する第二センサによる検出結果のどちらを前記燃料電池に伝達するかを切り替える第二スイッチとを備え、前記燃料電池の起動方法は、前記第一センサまたは前記第二センサが電流を検出する検出ステップと、前記第一スイッチおよび前記第二スイッチを制御することで、前記第二センサによる検出結果に基づいて前記系統電源からの電流を用いて前記燃料電池を起動させる通常モードと、前記第一センサによる検出結果に基づいて前記蓄電池が出力する電流を用いて前記燃料電池を起動させる自立モードとを用いて切り替える制御ステップとを含む。
これにより、上記と同様の効果を奏する。
また、本発明の一態様に係る燃料電池の起動システムは、上記に記載の燃料電池の起動装置と、前記燃料電池の起動装置により起動される前記燃料電池とを備える。
これにより、上記と同様の効果を奏する。
また、本発明の一態様に係る燃料電池は、上記に記載の燃料電池の起動装置により起動される燃料電池である。
これにより、上記と同様の効果を奏する。
また、本発明の一態様に係る燃料電池の起動装置は、外部から供給される電流と、当該電流の向きおよび大きさの少なくとも一方に関するセンサ情報とを用いて起動する燃料電池に対して用いられる、燃料電池の起動装置であって、蓄電池と、系統電源および前記燃料電池を電気的に接続するための第1の電流供給経路と、前記蓄電池および前記燃料電池を電気的に接続するための第2の電流供給経路と、前記蓄電池が出力する電流の向きおよび大きさの少なくとも一方を検出し、検出した情報を前記燃料電池に送信する第一センサと、前記系統電源から供給される電流を前記燃料電池に供給し、前記系統電源から供給される電流の向きおよび大きさの少なくとも一方を検出する第二センサの検出結果を前記燃料電池に通知することで前記燃料電池を起動する通常モードを有する制御部とを備え、前記制御部は、さらに、前記蓄電池を放電させて前記蓄電池から前記燃料電池に電流を出力し、前記第一センサによる検出結果を前記燃料電池に通知することで前記燃料電池を起動させる自立モードを有する。
例えば、前記燃料電池の起動装置は、さらに、前記第1の電流供給経路および前記第2の電流供給経路の導通および非導通を切り替える第一スイッチと、前記燃料電池に対して送信するセンサ情報の送信元を、前記第一センサ、および、前記第二センサのいずれかに切り替える第二スイッチとを備え、前記制御部は、前記第一スイッチおよび前記第二スイッチの切替制御を行なうことで前記通常モードおよび前記自立モードを切り替える。
例えば、前記燃料電池の起動装置は、さらに、ユーザによる前記自立モードおよび前記通常モードの切替を行なうための操作を受け付ける第一操作部を備え、前記第一操作部は、前記第一操作部がユーザによる前記操作を受け付けた場合に、ユーザによる前記操作に連動させて前記第一スイッチおよび前記第二スイッチを切り替えることで前記通常モードおよび前記自立モードを切り替える。
これらにより、上記と同様の効果を奏する。
また、本発明の一態様に係る燃料電池の起動装置は、外部から供給される電流と、当該電流の向きおよび大きさの少なくとも一方に関するセンサ情報とを用いて起動する燃料電池に対して用いられる、燃料電池の起動装置であって、蓄電池と、系統電源および前記燃料電池を電気的に接続するための第1の電流供給経路と、前記蓄電池および前記燃料電池を電気的に接続するための第2の電流供給経路と、前記蓄電池が出力する電流の向きおよび大きさの少なくとも一方を検出し、検出した情報を前記燃料電池に送信する第一センサと、前記系統電源から供給される電流を前記燃料電池に供給し、前記系統電源から供給される電流の向きおよび大きさの少なくとも一方を検出する第二センサの検出結果を前記燃料電池に通知することで前記燃料電池を起動する通常モードを有する制御部とを備え、前記制御部は、さらに、前記蓄電池を放電させて前記蓄電池から前記燃料電池に電流を出力し、前記第一センサによる検出結果を前記燃料電池に通知することで前記燃料電池を起動させる自立モードを有する。
例えば、前記燃料電池の起動装置は、さらに、前記第1の電流供給経路および前記第2の電流供給経路の導通および非導通を切り替える第一スイッチと、前記燃料電池に対して送信するセンサ情報の送信元を、前記第一センサ、および、前記第二センサのいずれかに切り替える第二スイッチとを備え、前記制御部は、前記第一スイッチおよび前記第二スイッチの切替制御を行なうことで前記通常モードおよび前記自立モードを切り替える。
例えば、前記燃料電池の起動装置は、さらに、ユーザによる前記自立モードおよび前記通常モードの切替を行なうための操作を受け付ける第一操作部を備え、前記第一操作部は、前記第一操作部がユーザによる前記操作を受け付けた場合に、ユーザによる前記操作に連動させて前記第一スイッチおよび前記第二スイッチを切り替えることで前記通常モードおよび前記自立モードを切り替える。
これらにより、上記と同様の効果を奏する。
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なCD−ROMなどの記録媒体記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
(実施の形態1)
本実施の形態では、電流センサと蓄電池とスイッチとを利用することで、系統電源の停電時にも燃料電池を起動させる、燃料電池の起動装置について説明する。
本実施の形態では、電流センサと蓄電池とスイッチとを利用することで、系統電源の停電時にも燃料電池を起動させる、燃料電池の起動装置について説明する。
図1は、本実施の形態における起動装置及び起動システムのブロック図の例である。
図1に示されるように、本実施の形態の起動装置10は、系統電源20と、燃料電池22とのそれぞれに接続されている。また、起動装置10と系統電源20とを接続する電力線上に、電流センサ211が設置されている。系統電源20から電力が供給される状態(供給状態)では、起動装置10は、系統電源20から供給される電力を燃料電池22へ供給する。また、電流センサ211は、設置された電力線上の電流の向き又は大きさを検出し、燃料電池22へ通知する。燃料電池22は、電流センサ211が検出した電流の向き又は大きさが適正である場合に、入力される電流を用いて起動し、入力される電流の位相と同じ位相の電流を、入力される電流に重畳させて出力する。
一方、系統電源20から電力が供給されない状態(停電状態)では、起動装置10は、燃料電池22を起動させるための電流を燃料電池22に供給するとともに、燃料電池22が起動するのに適正な電流の向き又は大きさを燃料電池22に通知する。
以下で起動装置10の内部の構成について詳細に説明する。
図1に示されるように、本実施の形態における起動装置10は、蓄電池111と、電流センサ112と、スイッチ101と、スイッチ106と、制御部113とを備える。
蓄電池111は、電力を充電または放電する。
電流センサ112は、蓄電池111が出力する電流を検出する。
スイッチ101は、蓄電池111が出力する電流、及び、系統電源20からの電流のどちらを燃料電池22に供給するかを切り替える。なお、スイッチ101は、蓄電池111が出力する電流を燃料電池22に供給するか、又は、系統電源20からの電流を燃料電池22に供給するかを切り替えるともいえる。
スイッチ106は、電流センサ112による検出結果、及び、系統電源20から供給される電流を検出する電流センサ211による検出結果のどちらを燃料電池22に伝達するかを切り替える。なお、スイッチ106は、電流センサ112による検出結果、または、系統電源20から供給される電流を検出する電流センサ211による検出結果のどちらを燃料電池22に伝達するかを切り替えるともいえる。
制御部113は、スイッチ101とスイッチ106とを制御することで、電流センサ211による検出結果に基づいて系統電源20からの電流を用いて燃料電池22を起動させる通常モード、及び、電流センサ112による検出結果に基づいて蓄電池111が出力する電流を用いて燃料電池22を起動させる自立モードを切り替えるように制御する。
以上のように、本実施の形態に係る起動装置によれば、燃料電池の起動装置は、系統電源が供給状態及び停電状態のどちらの場合であっても、燃料電池を起動させることができる。燃料電池は、入力電流の特性が適正である場合に、その入力電流を用いて起動する。系統電源から電力が供給される状態(供給状態)では、起動装置は、通常モードにより系統電源を用いて燃料電池を起動させることができる。一方、系統電源から電力が供給されない状態(停電状態)では、起動装置は、自立モードにより蓄電池を用いて燃料電池を起動(コールドスタート)させることができる。よって、起動装置は、系統電源の停電時にも燃料電池を起動させることができる。
これに対し、従来技術によれば、系統電源が停電状態の場合に、燃料電池を起動させることができない場合がある。なぜなら、従来の起動装置は、蓄電池を用いて燃料電池に電流を供給するだけであり、その電流の特性を燃料電池に通知する機能を備えていないためである。本発明の一態様に係る起動装置は、燃料電池に電流を入力するだけでなく、電流センサにより検出した当該電流の特性をも燃料電池に通知する。これにより、起動装置は、系統電源の停電時にも燃料電池を起動させることができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、より具体的な起動装置の構成の例について説明する。なお、実施の形態1におけるものと同一の構成要素には、実施の形態1におけるものと同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
本実施の形態では、より具体的な起動装置の構成の例について説明する。なお、実施の形態1におけるものと同一の構成要素には、実施の形態1におけるものと同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
図2は、本実施の形態における起動装置11の外観図である。
図2に示されるように、本実施の形態における起動装置11は、スイッチ131と、スイッチ132と、光源133と、光源134と、コンセント135とを備える。
スイッチ131は、起動装置11の動作モードを通常モードとするか、又は、自立モードとするかを切り替えるためのスイッチである。スイッチ131は、ユーザにより操作される。なお、スイッチ131は、第一操作部に相当する。
スイッチ132は、起動装置11がコンセント135を通じて外部に電力を出力するか否かを切り替えるためのスイッチである。スイッチ132は、ユーザにより操作される。なお、スイッチ132は、第二操作部に相当する。
光源133は、スイッチ131の近傍を照らすための光源であり、スイッチ131の近傍を照らすことができる位置に設置される。光源133は、系統電源20が停電状態であるときに点灯する。光源133がスイッチ131の近傍を照らすことにより、ユーザがスイッチ131を操作しやすくなる。
光源134は、コンセント135がコンセント135を通じて外部に電力を供給可能であるか否かを示すための光源である。光源134は、コンセント135が電力を供給可能であるときに点灯する。
コンセント135は、外部の電気機器を接続する接続口である。コンセント135に接続された外部の電気機器は、コンセント135を介して起動装置11から電力を供給される。
図3は、本実施の形態における起動装置11のブロック図の第一例である。
図3に示される起動装置11は、図2に示される起動装置10をより具体化した構成である。
図3に示されるように、本実施の形態における起動装置11は、6個のスイッチ101〜106と、蓄電池111と、電流センサ112と、制御部113と、DC/AC変換部114と、トランス115と、コンセント116と、AC/DC変換部117と、ヒューズ118と、光源121と、光源122とを備える。また、起動装置11には、主分電盤21と、燃料電池22と、貯湯ユニット23とが接続されている。主分電盤には、系統電源20が接続されている。
蓄電池111は、電力を充電または放電する。なお、蓄電池111は、例えば、電動アシスト自転車等の電気機器に用いられる蓄電池パックを利用してもよい。この場合、蓄電池111の寿命がきても、蓄電池パックを交換すればシステムを継続して動作させることができる。
電流センサ112は、DC/AC変換部114が出力する交流電流の向き又は大きさを検出する。なお、電流センサ112とDC/AC変換部114との間に、電流を消費する機器(電流を消費する機器に接続する電力線を含む、以下でも同様)を接続しないようにすると、電流センサ112は、より正しくDC/AC変換部114が出力する交流電流の向き又は大きさを検出することができる。なぜなら、電流センサ112とDC/AC変換部114との間に電流を消費する機器を接続すると、電流センサ112が検出する電流は、DC/AC変換部114が出力した電流から当該機器で消費された電流を差し引いたものとなるからである。なお、電流センサ112は、第一センサに相当する。
制御部113は、スイッチ101〜106のそれぞれの切り替えを制御する。また、制御部113は、光源121と光源122とのそれぞれの点灯または消灯を制御する。
DC/AC変換部114は、蓄電池111が放電により出力する直流電流を交流電流に変換し、変換することで生成した交流電流を単相2線式の電力線に出力する。
トランス115は、DC/AC変換部114が出力した単相2線式の交流電流を、単相3線式の交流電流に変換する。なお、トランス115は、スイッチ101とDC/AC変換部114とを接続する電力線である第一電力線上に配置される。
コンセント116は、外部の電気機器を接続するための接続口である。コンセント116は、第一電力線上のトランス115とDC/AC変換部114との間を流れる電流をコンセント116に接続される外部の電気機器に出力する。コンセント116は、図2におけるコンセント135に相当する。なお、第一電力線とコンセント116とを接続する電力線は、第二電力線に相当する。
ヒューズ118は、第二電力線上に設置され、第二電力線上に所定より大きい電流が流れると、溶断することにより電流を遮断する。なお、ヒューズ118は、第二電力線上に所定より大きい電流が流れる場合にその電流を遮断する機能を有するものであればよい。ヒューズ118は、例えば、ブレーカであってもよい。
光源121は、制御部113により制御され、点灯又は消灯する。光源121は、図2における光源133に相当する。
光源122は、制御部113により制御され、点灯又は消灯する。光源121は、図2における光源134に相当する。なお、図3において、光源121と光源122とのそれぞれを、一例としてLED(Light emitting diode)の記号を用いて示したが、光源の種類はどんなものであってもかまわない。具体的には、光源121と光源122とのそれぞれは、白熱電球又は蛍光灯などであってもよい。
スイッチ101は、3つの端子a、b及びcを有し、端子aが主分電盤に接続され、端子bがトランスに接続され、端子cが燃料電池22に接続されている。スイッチ101は、制御部113により制御され、蓄電池111が出力する電流を燃料電池22に供給する(端子aと端子cとが導通)か、又は、系統電源20からの電流を燃料電池22に供給する(端子bと端子cとが導通)かを切り替える。なお、スイッチ101は、第一スイッチに相当する。
スイッチ102は、2つの端子を有し、一方の端子が蓄電池111に接続され、他方の端子がDC/AC変換部114に接続されている。スイッチ102は、制御部113により制御され、ON(導通)にすることで蓄電池111が出力する電流をDC/AC変換部114に入力させるか、又は、OFF(非導通)にすることで蓄電池111が出力する電流をDC/AC変換部114に入力させないかを切り替える。なお、スイッチ102は、DC/AC変換部114における無駄な消費電力の発生を抑える働きもある。つまり、DC/AC変換部114の出力先に、DC/AC変換部114が出力する交流電流を消費する回路が存在しない場合にもDC/AC変換部114は所定の電力を消費する。そのような場合にスイッチ102をOFFとすることによりDC/AC変換部114での所定の電力消費を防ぐことができる。なお、DC/AC変換部114が出力先の回路をもたない場合に、DC/AC変換部114での所定の電力消費をカットする機能を有する場合には、スイッチ102を備えなくてもよい。なお、スイッチ102は、第三スイッチに相当する。
スイッチ103は、3つの端子a、b及びcを有し、端子aが主分電盤に接続され、端子bが第一電力線に接続され、端子cが貯湯ユニット23に接続されている。スイッチ103は、制御部113により制御され、系統電源20からの電流を貯湯ユニット23に供給する(端子aと端子cとが導通)か、又は、第一電力線上の電流を貯湯ユニット23に供給する(端子bと端子cとが導通)かを切り替える。なお、スイッチ103は、第四スイッチに相当する。
スイッチ104は、2つの端子を有し、一方の端子が第一電力線に接続され、他方の端子がヒューズ118に接続されている。スイッチ104は、制御部113により制御され、ONにすることで第一電力線上を流れる電流をヒューズ118を介してコンセント116に供給するか、又は、OFFにすることで第一電力線上を流れる電流をヒューズ118を介してコンセント116に供給しないかを切り替える。なお、スイッチ104は、第六スイッチに相当する。
スイッチ105は、2つの端子を有し、一方の端子がスイッチ103と貯湯ユニット23とを接続する電力線に接続され、他方の端子がAC/DC変換部117に接続されている。スイッチ105は、制御部113により制御され、ONにすることでスイッチ103から貯湯ユニット23に供給される電流をAC/DC変換部117にも供給するか、又は、OFFにすることでAC/DC変換部117に供給しないかを切り替える。なお、スイッチ105は、第五スイッチに相当する。
スイッチ106は、3つの端子a、b及びcを有し、端子aが電流センサ211に接続され、端子bが電流センサ112に接続され、端子cが燃料電池22に接続されている。スイッチ106は、制御部113により制御され、電流センサ211による検出結果、又は、電流センサ112による検出結果のどちらを燃料電池22に伝達するかを切り替える。なお、スイッチ106は、第二スイッチに相当する。
なお、スイッチ101〜106のそれぞれは、上記で示した切り替えを行う機能を有する別の構成要素で実現されてもよい。例えば、3つの端子を有するスイッチが、2つの端子を有するスイッチを複数組み合わせて実現されてもよい。
主分電盤21は、系統電源からの電力を複数の電力線に分配する。なお、図面においては、主分電盤21の内部構成の記載を省略した。
燃料電池22は、需要家に供給されるガスなどから取り出される水素を燃料として利用して発電し、発電した電力を外部に出力する装置である。本実施の形態では、燃料である水素がガスから取り出される場合を例として説明する。燃料電池22は、発電により生成した電流を、入力された電流に重畳させて出力する。燃料電池22は、外部から入力される電力の特性が適正である場合に、当該電力を用いて起動する。燃料電池22の起動時の処理について、後で詳細に説明する。燃料電池22は、上記のとおり、燃料の供給と電力の入力とがあれば起動されうるが、一般には、電力会社が提供する系統電力が比較的高コストとなる時間帯である昼間に発電を行う。その場合、燃料電池22は、燃料電池22内の制御プログラムにより発電を開始する時刻より所定時間前の時刻に起動するように制御され、このときに燃料の供給と電力の入力とがあれば起動処理の後に運転状態となる。
また、燃料電池22は、操作盤221を有する。操作盤221は、燃料電池22に対するユーザの操作を受け付ける。
貯湯ユニット23は、水(比較的低温の水)から湯(比較的高温の水)を生成し、生成した湯を貯める装置である。貯湯ユニット23は、電力または燃料電池22が発電するときに発生する熱を利用して水から湯を生成する。貯湯ユニット23は、一般に燃料電池22とセットで提供業者から提供される。
以降で、系統電源20が供給状態のときと、停電状態のときとのスイッチの接続について説明する。系統電源20が供給状態のときのスイッチの接続が、図3に示されている。
図3に示されるように、スイッチ101は、端子aと端子cとが接続され、系統電源20からの電力を燃料電池に供給するようになっている。
スイッチ102は、OFFになっており、蓄電池111が出力する電流をDC/AC変換部114に入力させないようになっている。
スイッチ103は、端子aと端子cとが接続され、系統電源20からの電流を貯湯ユニット23に供給するようになっている。
スイッチ104は、OFFになっており、第一電力線上を流れる電流をヒューズ118を介してコンセント116に供給しないようになっている。
スイッチ105は、ONになっており、スイッチ103から貯湯ユニット23に供給される電流をAC/DC変換部117にも供給するようになっている。
スイッチ106は、端子aと端子cとが接続され、電流センサ211による検出結果を燃料電池22に伝達するようになっている。
この状態において、起動装置11は、系統電源20からの電流をスイッチ101を介して燃料電池22へ供給する。また、起動装置11は、系統電源20からの電流を電流センサ211で検出した検出結果をスイッチ106を介して燃料電池22へ伝達する。起動装置11は、電流センサ211が適正な電流を検出した場合に、系統電源20から供給される電流を用いて起動する。また、起動装置11は、系統電源20からの電流をスイッチ103及びスイッチ105を介して蓄電池111へ供給することで、蓄電池111を充電する。
図4は、本実施の形態における起動装置11のブロック図の第二例である。系統電源20が停電状態のときのスイッチの接続が図4に示されている。なお、図4における各構成要素間の配線接続は、図3におけるものと同一である。
図4に示されるように、スイッチ101は、端子bと端子cとが接続され、蓄電池111からの電力を燃料電池22に供給するようになっている。
スイッチ102は、ONになっており、蓄電池111が出力する電流をDC/AC変換部114に入力させるようになっている。
スイッチ103は、端子bと端子cとが接続され、蓄電池111からの電流を貯湯ユニット23に供給するようになっている。
スイッチ104は、ONになっており、第一電力線上を流れる電流をヒューズ118を介してコンセント116に供給するようになっている。
スイッチ105は、OFFになっており、スイッチ103から貯湯ユニット23に供給される電流をAC/DC変換部117に供給しないようになっている。
スイッチ106は、端子bと端子cとが接続され、電流センサ112による検出結果を燃料電池22に伝達するようになっている。
この状態において、起動装置11は、蓄電池111からの電流をスイッチ101を介して燃料電池22へ供給する。また、起動装置は、蓄電池111からの電流を電流センサ112で検出した検出結果をスイッチ106を介して燃料電池22へ伝達する。起動装置11は、電流センサ112が適正な電流を検出した場合に、蓄電池111から供給される電流を用いて起動する。
図5は、本実施の形態における起動装置11のスイッチ切り替え制御のフローチャートである。
まず、ステップS501において、起動装置11は、系統電源が停電状態であるか否かを判定する。具体的には、起動装置11は、電流センサ211が電流を検出しない場合に、系統電源が停電状態であると判定する。電流センサ211が電流を検出しない場合(ステップS501でYES)、ステップS502へ進む。一方、電流センサ211が電流を検出した場合(ステップS501でNO)、ステップS501の処理を再度実行する。言い換えれば、起動装置11は、系統電源が停電状態となるまでステップS501で待ち状態となる。
ステップS502において、制御部113は、光源121を点灯させる。
ステップS503において、制御部113は、スイッチ101の端子bと端子cとが接続されている(この状態を、「端子b-c接続」とも表現する)か否かを判定する。端子bと端子cとが接続されている場合(ステップS503でYES)、ステップS504へ進む。一方、端子bと端子cとが接続されていない場合(ステップS503でNO)、ステップS503の処理を再度実行する。言い換えれば、制御部113は、スイッチ101の端子bと端子cとが接続されるまでステップS503で待ち状態となる。
ステップS504において、制御部113は、スイッチ102をONに切り替える。
ステップS505において、制御部113は、スイッチ103の端子bと端子cとが接続されるようにスイッチ103を切り替える。
ステップS506において、制御部113は、スイッチ106の端子bと端子cとが接続されるようにスイッチ103を切り替える。なお、ステップS504、S505及びS506の処理の順番は、この順でなくてもよい。つまり、ステップS503の後に、ステップS504、S505及びS506の処理が実行されるのであれば、他の順番でもよい。
ステップS507において、制御部113は、燃料電池22を起動させる。燃料電池22の起動処理については、後で詳細に説明する。
ステップS508において、制御部113は、燃料電池22が起動したか否かを判定する。燃料電池22が起動したと判定した場合、ステップS509へ進む。一方、燃料電池が起動したと判定しない場合、ステップS508の処理を再度実行する。言い換えれば、制御部113は、燃料電池22が起動するまでステップS508で待ち状態となる。
ステップS509において、制御部113は、スイッチ104をONにするようにスイッチ104を切り替える。
ステップS510において、制御部113は、光源122を点灯させる。
ステップS511において、制御部113は、スイッチ105をONにするようにスイッチ105を切り替える。なお、ステップS509、S510及びS511の処理の順番は、この順でなくてもよい。つまり、ステップS508の後に、ステップS509、S510及びS511の処理が実行されるのであれば、他の順番でもよい。
以上で、起動装置11のスイッチ切り替え制御を終了する。これで、起動装置11は、コンセント116から外部の電気機器へ電力供給を行い、発電する電流を貯湯ユニットへ供給し、さらに、発電する電流を蓄電池111へ供給して蓄電池111を充電する状態となる。
図6は、本実施の形態における燃料電池22の起動処理のフローチャートである。
まず、ステップS601において、燃料電池22は、起動指示を受けたか否かを判定する。燃料電池22は、起動指示を受けた場合(ステップS601でYES)に、ステップS602へ進む。一方、起動指示を受けていない場合(ステップS601でNO)に、ステップS601の処理を再度実行する。言い換えれば、燃料電池22は、起動指示を受けるまでステップS601で待ち状態となる。
ステップS602において、燃料電池22は、必要電力が印加されているか否かを判定する。燃料電池22は、必要電力が印加されていると判定した場合(ステップS602でYES)に、ステップS603へ進む。一方、必要電力が印加されていないと判定した場合(ステップS602でNO)に、ステップS602の処理を再度実行する。言い換えれば、燃料電池22は、必要電力が印加されるまでステップS602で待ち状態となる。
ステップS603において、燃料電池22は、電流センサが正しく接続されているか否かを判定する。燃料電池22は、電流センサが正しく接続されていると判定した場合に、ステップS604へ進む。一方、電流センサが正しく接続されていないと判定した場合、ステップS603の処理を再度実行する。言い換えれば、燃料電池22は、電流センサが正しく接続されるまでステップS603で待ち状態となる。
ステップS604において、燃料電池22は、ガス圧力が所定範囲内であるか否かを判定する。燃料電池22は、ガス圧力が所定範囲内である場合に、ステップS605へ進む。一方、ガス圧力が所定範囲内にない場合、ステップS604の処理を再度実行する。言い換えれば、燃料電池22は、ガス圧力が所定範囲内になるまでステップS604で待ち状態となる。
ステップS605において、燃料電池22は、ヒータを作動させる。ヒータは、電力を用いて燃料電池22内の反応装置を昇温させる。
ステップS606において、燃料電池22は、反応装置の温度が所定範囲内であるか否かを判定する。燃料電池22は、反応装置の温度が所定範囲内である場合に、ステップS607へ進む。一方、反応装置の温度が所定範囲内にない場合、ステップS606を再度実行する。言い換えれば、燃料電池22は、反応装置の温度が所定範囲内になるまでステップS606で待ち状態となる。
ステップS607において、燃料電池22は、発電を開始し、発電により生成した電力を外部へ出力する。
以上で、燃料電池22の起動処理が終了する。これで、燃料電池22は、入力された電流に重畳して発電した電力を出力する運転状態になる。
以上のように、本発明の一態様に係る起動装置11によれば、起動装置は、第一スイッチ及び第二スイッチの切り替えを制御することで、自立モードへの切り替えを行うことができる。
また、起動装置は、蓄電池から燃料電池へ入力電流を供給し、その後に、入力電流の特性を燃料電池に通知することができる。このようにすると、起動装置は、電流の大きさが安定した電流を燃料電池へ供給した状態で、当該電流の特性を燃料電池に通知することになるので、より安定に燃料電池を起動させることができる。また、起動装置は、第二スイッチの制御を第一スイッチに従属させることで、制御を単純化することができる。
また、起動装置は、燃料電池、蓄電池、及び、系統電源の接続を切り替えることで、電流の切り替えを実現することができる。また、起動装置は、燃料電池、第一センサ、及び、第二センサの接続を切り替えることで、センサによる検出結果の伝達の切り替えを実現することができる。
また、起動装置は、蓄電池が出力した直流電流を用いて生成した交流電流を燃料電池へ供給することができる。
また、起動装置は、DC/AC変換部における無駄な消費電力の発生を抑えることができる。蓄電池が出力する電流を燃料電池に供給するように第一スイッチが切り替えられる前には、DC/AC変換部が出力する交流電流を消費する回路が存在しない。そのようなときに、第三スイッチを非導通とすることによりDC/AC変換部での電力消費を防ぐことができる。
また、起動装置は、蓄電池から燃料電池へ電流を供給する回路を構成した後に、当該電流の供給を開始し、その後、入力電流の特性を燃料電池に通知することができる。このようにすると、起動装置は、DC/AC変換部における無駄な電力消費を抑えながら、より安定に燃料電池を起動させることができる。また、起動装置は、第二スイッチ及び第三スイッチの制御を第一スイッチに従属させることで、制御を単純化することができる。
また、起動装置は、ユーザによる明示的な操作に基づいて、燃料電池への電流の供給元を系統電源から蓄電池へ切り替えることができる。仮に、系統電源が停電状態になったときに自動的に上記の切り替えを行うとすれば、起動装置は、ユーザが電力を必要としているか否かにかかわらず燃料電池を起動させる可能性がある。ユーザが自宅に不在である等の理由で、燃料電池を起動させる必要がない場合には、燃料電池を起動させないことが望ましい。よって、起動装置は、ユーザが燃料電池の起動を必要と考えるときに、燃料電池を起動させることができる。
また、起動装置は、系統電源が停電状態であるときに、燃料電池への電流の供給元を系統電源から蓄電池へ切り替えることができる。つまり、起動装置は、ユーザが電力を必要としているか否かにかかわらず燃料電池を起動させることができる。
また、起動装置は、燃料電池が出力した電力を、第二電力線を通じて外部の電気機器に供給することができる。
また、第二電力線は、単相2線式の電力線で構成される。起動装置が外部の電気機器へ電力を供給するには、単相2線式の電力線から供給する方法と、単相3線式の電力線から供給する方法とがある。起動装置は、単相2線式の電力線から外部の電気機器へ電力を供給することにより、より安定した電力を外部の機器に供給することができる。
また、起動装置は、一般に電気機器で用いられているものと同じコンセントを通じて外部の電気機器に電力を供給することができる。
また、起動装置は、燃料電池が出力した電力を貯湯ユニットへ供給することができる。
また、起動装置は、燃料電池が出力した電力の一部を、AC/DC変換部を介して蓄電池へ充電することができる。
また、起動装置は、蓄電池が出力する電力を用いて燃料電池を起動し、起動後に蓄電池が出力する電力と燃料電池が出力する電力とが重畳された電力の一部を、AC/DC変換部を介して蓄電池へ充電することができる。
また、起動装置は、分電盤を経由して系統電源から電力を供給される。
また、起動装置は、蓄電池の寿命が到来した場合であっても、蓄電池の代わりに電動アシスト自転車に用いられる蓄電池パックを利用することで、燃料電池を起動させることができる。
また、起動装置は、DC/AC変換部が出力する交流電流の向き又は大きさを、電流センサにより、より正しく検出することができる。
また、系統電源が停電状態であるときに、ユーザが第一操作部を操作しやすいように、第一光源が第一操作部を照らすことができる。
また、コンセントに接続される外部の電気機器に電力を供給するか否かを、ユーザによる操作に基づいて切り替えることができる。
また、コンセントに接続される外部の電気機器に電力を供給できる状態であるか否かを、ユーザに視認させることができる。
また、第一センサ又は第二センサは、電流の特性を検出することができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、より具体的な起動装置の構成であって、実施の形態2とは別の構成について説明する。なお、実施の形態1又は2におけるものと同一の構成要素には、実施の形態1又は2におけるものと同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
本実施の形態では、より具体的な起動装置の構成であって、実施の形態2とは別の構成について説明する。なお、実施の形態1又は2におけるものと同一の構成要素には、実施の形態1又は2におけるものと同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
図7は、本実施の形態における起動装置12のブロック図の第一例である。本実施の形態における起動装置12は、実施の形態2における起動装置11と同じ構成要素を備え、配線の接続が異なる。具体的には、起動装置12は、起動装置11とは、トランス115の周辺の配線の接続(図7に示される回路12Aの部分)が異なる。すなわち、第二電力線が、第一電力線上のトランス115とスイッチ101との間の区間に接続されている。
この構成において、起動装置12は、系統電源20からの電流をスイッチ101を介して燃料電池22へ供給する。また、起動装置12は、系統電源20からの電流を電流センサ211で検出した検出結果をスイッチ106を介して燃料電池22へ伝達する。起動装置12は、電流センサ211が適正な電流を検出した場合に、系統電源20から供給される電流を用いて起動する。また、起動装置12は、系統電源20からの電流をスイッチ103及びスイッチ105を介して蓄電池111へ供給することで、蓄電池111を充電する。
図8は、本実施の形態における起動装置のブロック図の第二例である。系統電源20が停電状態のときのスイッチの接続が図8に示されている。なお、図8における各構成要素間の配線接続は、図7におけるものと同一である。
この構成により、起動装置12は、単相3線の電力線のうちの2本の電力線を流れる電流を第二電力線を通じてコンセント116に供給する。また、起動装置12は、単相3線の電力線のうちの2本の電力線を流れる電流を貯湯ユニット23に供給する。
実施の形態2の起動装置11の構成では、燃料電池22が出力する単相3線式の電力線上の電流を、トランス115により単相2線式の電力線上の電流に変換してから、コンセント116又は貯湯ユニット23に出力するようにした。この場合、トランス115が変換する電流の量が大きいので、トランス115は比較的大容量のトランスで実現される必要がある。これに対し、本実施の形態の起動装置12では、トランス115が変換する前の単相3線式の電力線上の電流をコンセント116又は貯湯ユニット23に出力するので、トランス115は比較的小容量のトランスで実現されるという利点がある。
以上のように、本発明の一態様に係る起動装置11によれば、起動装置の第二電力線は、単相3線式の電力線で構成される。起動装置が単相3線式の電力線から外部の電気機器へ電力を供給するようにすれば、トランスで変換する電力を小さくすることができるので、より低コストに起動装置が実現される。
なお、上記各実施の形態において説明した起動装置は、屋内に設置されてもよいし、屋外に設置されてもよい。一般に、主分電盤は屋内に設置され、燃料電池は屋外に設置される。図9に示されるように、需要家30の屋内の主分電盤21の近くに起動装置10が配置されれば、起動装置10と主分電盤21とを接続する配線を短くすることができる。また、主分電盤21に関連する装置である起動装置10が、主分電盤21の近くに配置されていることは、利用者にとって直感的にわかりやすい。さらに、屋内に設置される起動装置10は、屋外の風雨又は粉塵に対する防御機能を備える必要がないので、装置自体を少ない部品点数で、軽く、小さく、又は、低コストで実現することができるメリットがある(図9)。
なお、上記各実施の形態において説明した起動装置は、新規に燃料電池を設置するケースだけでなく、既に設置され稼動している燃料電池に付加して利用することが可能である。既に設置され稼動している燃料電池が、系統電源が停電状態であるときに起動できないものである場合でも、起動装置は当該燃料電池を起動させることができる。
なお、上記各実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、CPUまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。ここで、上記各実施の形態の起動装置などを実現するソフトウェアは、次のようなプログラムである。
すなわち、このプログラムは、コンピュータに、系統電源と燃料電池との間に介在する、燃料電池の起動装置における燃料電池の起動方法であって、前記燃料電池の起動装置は、蓄電池と、前記蓄電池が出力する電流を検出する第一センサと、前記蓄電池が出力する電流と、前記系統電源からの電流とのどちらを前記燃料電池に供給するかを切り替える第一スイッチと、前記第一センサによる検出結果と、前記系統電源から供給される電流を検出する第二センサによる検出結果とのどちらを前記燃料電池に伝達するかを切り替える第二スイッチとを備え、前記燃料電池の起動方法は、前記第一センサまたは前記第二センサが電流を検出する検出ステップと、前記第一スイッチおよび前記第二スイッチを制御することで、前記第二センサによる検出結果に基づいて前記系統電源からの電流を用いて前記燃料電池を起動させる通常モードと、前記第一センサによる検出結果に基づいて前記蓄電池が出力する電流を用いて前記燃料電池を起動させる自立モードとを用いて切り替える制御ステップとを含む燃料電池の起動方法を実行させる。
以上、一つまたは複数の態様に係る起動装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
本発明は、燃料電池を起動させる起動装置に利用可能である。
10、11、12 起動装置
12A 回路
20 系統電源
21 主分電盤
22 燃料電池
23 貯湯ユニット
30 需要家
101、102、103、104、105、106、131、132 スイッチ
111 蓄電池
112、211 電流センサ
113 制御部
114 DC/AC変換部
115 トランス
116、135 コンセント
117 AC/DC変換部
118 ヒューズ
121、122、133、134 光源
221 操作盤
12A 回路
20 系統電源
21 主分電盤
22 燃料電池
23 貯湯ユニット
30 需要家
101、102、103、104、105、106、131、132 スイッチ
111 蓄電池
112、211 電流センサ
113 制御部
114 DC/AC変換部
115 トランス
116、135 コンセント
117 AC/DC変換部
118 ヒューズ
121、122、133、134 光源
221 操作盤
Claims (19)
- 外部から供給される電流と、当該電流の向きおよび大きさの少なくとも一方に関するセンサ情報とを用いて起動する燃料電池に対して用いられる、燃料電池の起動装置であって、
蓄電池と、
系統電源および前記燃料電池を電気的に接続するための第1の電流供給経路と、
前記蓄電池および前記燃料電池を電気的に接続するための第2の電流供給経路と、
前記蓄電池が出力する電流の向きおよび大きさの少なくとも一方を検出し、検出した情報を前記燃料電池に送信する第一センサと、
前記第1の電流供給経路および前記第2の電流供給経路の導通および非導通を切り替える第一スイッチと、
前記燃料電池に対して送信するセンサ情報の送信元を、前記第一センサ、および、前記第二センサのいずれかに切り替える第二スイッチと、
前記第一スイッチおよび前記第二スイッチの切替制御を行なうことで、
前記系統電源から供給される電流を前記燃料電池に供給し、前記系統電源から供給される電流の向きおよび大きさの少なくとも一方を検出する第二センサの検出結果を前記燃料電池に通知することで前記燃料電池を起動する通常モードと、
前記蓄電池を放電させて前記蓄電池から前記燃料電池に電流を出力し、前記第一センサによる検出結果を前記燃料電池に通知することで前記燃料電池を起動させる自立モードとを切り替える制御部とを備える、
燃料電池の起動装置。 - 前記燃料電池の起動装置は、さらに、
ユーザによる前記自立モードおよび前記通常モードの切替を行なうための操作を受け付ける第一操作部を備え、
前記第一操作部は、
前記第一操作部がユーザによる前記操作を受け付けた場合に、ユーザによる前記操作に連動させて前記第一スイッチおよび前記第二スイッチを切り替えることで前記通常モードおよび前記自立モードを切り替える
請求項1に記載の燃料電池の起動装置。 - 前記燃料電池の起動装置は、さらに、
前記第一操作部の近傍に設置される第一光源を備え、
前記制御部は、さらに、
前記第二センサが前記系統電源から電流が供給されていないことを検出した場合に、前記第一光源を点灯させる
請求項2に記載の燃料電池の起動装置。 - 前記制御部は、
前記第二センサが前記系統電源から電流が供給されていないことを検出した場合に、前記蓄電池が出力する電流が前記燃料電池に供給されるように前記第一スイッチを切り替える
請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池の起動装置。 - 前記蓄電池が出力する電流は、直流電流であり、
前記燃料電池の起動装置は、さらに、
前記蓄電池が出力する直流電流を交流電流に変換し、変換することで生成した前記交流電流を出力するDC/AC変換部を備え、
前記第一センサは、前記DC/AC変換部が出力した前記交流電流を検出する
請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池の起動装置。 - 前記燃料電池の起動装置は、さらに、
前記蓄電池と前記DC/AC変換部との間に介在し、前記蓄電池が出力する電流を前記DC/AC変換部に入力させるか否かを切り替える第三スイッチを備え、
前記制御部は、
前記蓄電池が出力する電流を前記燃料電池に供給するように前記第一スイッチが切り替えられた場合に、前記蓄電池が出力する電流を前記DC/AC変換部に入力させるように前記第三スイッチの切り替えを制御する
請求項5に記載の燃料電池の起動装置。 - 前記制御部は、
前記蓄電池が出力する電流を前記燃料電池に供給するように前記第一スイッチが切り替えられた場合に、前記蓄電池が出力する電流を前記DC/AC変換部に入力させるように前記第三スイッチの切り替えを制御した後で、前記第一センサによる検出結果を前記燃料電池に伝達するように前記第二スイッチを制御する
請求項6に記載の燃料電池の起動装置。 - 前記燃料電池の起動装置は、さらに、
前記第一スイッチと前記DC/AC変換部との間を接続する第一電力線と、
前記第一電力線に接続され、前記燃料電池の起動装置の外部の電気機器に電流を供給するための第二電力線とを備える
請求項5〜7のいずれか1項に記載の燃料電池の起動装置。 - 前記DC/AC変換部は、単相2線式の電力線で交流電流を出力し、
前記系統電源は、単相3線式の電力線で交流電流を供給し、
前記燃料電池は、単相3線式の電力線で交流電流を入力又は出力し、
前記燃料電池の起動装置は、さらに、
前記第一電力線上に配置され、前記単相2線式の電力線上の交流電流と、前記単相3線式の電力線上の交流電流とを相互に変換するトランスを備え、
前記第二電力線は、前記第一電力線上において前記トランスと前記DC/AC変換部との間の区間に接続される
請求項8に記載の燃料電池の起動装置。 - 前記DC/AC変換部は、単相2線式の電力線で交流電流を出力し、
前記系統電源は、単相3線式の電力線で交流電流を供給し、
前記燃料電池は、単相3線式の電力線で交流電流を入力又は出力し、
前記燃料電池の起動装置は、さらに、
前記第一電力線上に配置され、前記単相2線式の電力線上の交流電流と、前記単相3線式の電力線上の交流電流とを相互に変換するトランスを備え、
前記第二電力線は、前記第一電力線上において前記トランスと前記第一スイッチとの間の区間に接続される
請求項8に記載の燃料電池の起動装置。 - 前記燃料電池の起動装置は、さらに、
前記第二電力線に接続され、前記外部の電気機器を接続するためのコンセントを備える
請求項8〜10のいずれか1項に記載の燃料電池の起動装置。 - 前記燃料電池の起動装置は、さらに、前記燃料電池の起動装置の外部の貯湯ユニットに接続され、
前記燃料電池の起動装置は、さらに、
前記系統電源からの電流を前記貯湯ユニットに供給するか、又は、前記第一電力線上の電流を前記貯湯ユニットに供給するかを切り替える第四スイッチを備え、
前記制御部は、
前記蓄電池が出力する電流を前記燃料電池に供給するように前記第一スイッチが切り替えられた場合に、前記第一電力線上の電流を前記貯湯ユニットに供給するように第四スイッチを制御する
請求項8〜11のいずれか1項に記載の燃料電池の起動装置。 - 前記燃料電池の起動装置は、さらに、
前記系統電源または前記第一電力線上を流れる交流電流を直流電流に変換し、変換することで生成した前記直流電流を前記蓄電池へ出力するAC/DC変換部と、
前記系統電源または前記第一電力線上を流れる交流電流を前記AC/DC変換部に入力させるか否かを切り替える第五スイッチとを備え、
前記制御部は、
前記系統電源からの交流電流を前記燃料電池に供給するように前記第一スイッチが切り替えられた場合に、前記系統電源からの前記交流電流を前記AC/DC変換部に入力させるように前記第五スイッチの切り替えを制御し、
前記蓄電池が出力する電流を前記燃料電池に供給するように前記第一スイッチが切り替えられた場合に、前記第一電力線上を流れる前記交流電流を前記AC/DC変換部に入力させないように前記第五スイッチの切り替えを制御する
請求項8に記載の燃料電池の起動装置。 - 前記第一センサは、前記第一電力線上に設置され、
前記第一センサと前記DC/AC変換部との間に電流を消費する機器が接続されないように設けられる
請求項8に記載の燃料電池の起動装置。 - 前記燃料電池の起動装置は、さらに、
前記第二電力線上に設置され、前記第一電力線上の電流を前記コンセントに供給するか否かを切り替える第六スイッチと、
ユーザによる前記第六スイッチに対する操作を受け付ける第二操作部とを備え、
前記制御部は、
前記第二操作部が受け付けた前記操作に基づいて、前記第六スイッチの切り替えを制御する
請求項11に記載の燃料電池の起動装置。 - 前記燃料電池の起動装置は、さらに、
第二光源を備え、
前記制御部は、さらに、
前記第一電力線上の電流を前記コンセントに供給するように前記第六スイッチの切り替えを制御している場合に、前記第二光源を点灯させる
請求項15に記載の燃料電池の起動装置。 - 系統電源と燃料電池との間に介在する、燃料電池の起動装置における燃料電池の起動方法であって、
前記燃料電池の起動装置は、
蓄電池と、
前記蓄電池が出力する電流を検出する第一センサと、
前記蓄電池が出力する電流、及び、前記系統電源からの電流のどちらを前記燃料電池に供給するかを切り替える第一スイッチと、
前記第一センサによる検出結果、及び、前記系統電源から供給される電流を検出する第二センサによる検出結果のどちらを前記燃料電池に伝達するかを切り替える第二スイッチとを備え、
前記燃料電池の起動方法は、
前記第一センサまたは前記第二センサが電流を検出する検出ステップと、
前記第一スイッチおよび前記第二スイッチを制御することで、前記第二センサによる検出結果に基づいて前記系統電源からの電流を用いて前記燃料電池を起動させる通常モードと、前記第一センサによる検出結果に基づいて前記蓄電池が出力する電流を用いて前記燃料電池を起動させる自立モードとを用いて切り替える制御ステップとを含む
燃料電池の起動方法。 - 請求項1〜16のいずれか1項に記載の燃料電池の起動装置と、
前記燃料電池の起動装置により起動される前記燃料電池とを備える
燃料電池の起動システム。 - 請求項1〜16のいずれか1項に記載の燃料電池の起動装置により起動される燃料電池。
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