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

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 Download PDF

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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）。
特開２００８−２２６５０号公報
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。
図１は、実施の形態１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２は、実施の形態２における起動装置の外観図である。 図３は、実施の形態２における起動装置のブロック図の第一例である。 図４は、実施の形態２における起動装置のブロック図の第二例である。 図５は、実施の形態２における起動装置のスイッチ切り替え制御のフローチャートである。 図６は、実施の形態２における燃料電池の起動処理のフローチャートである。 図７は、実施の形態３における起動装置のブロック図の第一例である。 図８は、実施の形態３における起動装置のブロック図の第二例である。 図９は、各実施の形態における起動装置の配置の一例である。
（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。
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。
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。
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。
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。
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

Claims (19)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
  15. 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。
  16. 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。
  17. 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。
  18. 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。
  19. 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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