JP6087192B2 - 発電システムおよび発電システムの制御方法ならびに燃料電池 - Google Patents

発電システムおよび発電システムの制御方法ならびに燃料電池 Download PDF

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Description

本発明は、発電システムおよび発電システムの制御方法ならびに燃料電池に関するものである。より詳細には、本発明は、二次電池を有する発電システム、および当該発電システムの制御方法、ならびに、このような発電システムに用いることができる燃料電池に関するものである。
近年、固体酸化物形燃料電池（以下、ＳＯＦＣと記す）のような燃料電池により発電を行うシステムを家庭に設置して、水素ガスを燃料として空気中の酸素と反応させることにより発電する試みが行われている。このような発電システムによる発電で余剰電力が発生する場合は、当該余剰電力を例えば二次電池に充電することにより蓄電することができる。一方、このような発電システムの発電能力を超える電力が必要な場合は、系統電力から買電することにより、必要な電力を補うことができる。
ところで、例えばリチウムイオン電池のような二次電池は、鉛電池などの他の二次電池に比べて、質量あたりの電力容量が大きいという利点がある。このような二次電池を、上述のような燃料電池の発電システムと併用すれば、発電システムが発電する電力では不足する場合に、充電しておいた二次電池により電力を補うことができる。
特開２００６−２７８０３２号公報
しかしながら、リチウムイオン電池のような二次電池は、電池の温度を適切に管理しなければ、すぐに容量などの性能が劣化してしまうという性質がある。例えばリチウムイオン電池が充放電する際の温度は、０℃〜６０℃付近に定められているものが多く、特に、２５℃付近の温度において最も効率よく充放電できるとされているものが多い。二次電池の温度管理を適切に行わないと、充放電の効率が低下したり、二次電池の寿命が短くなったりする。このため、二次電池は、適切な温度に保持することが望ましい。
このような状況に対処するために、二次電池の温度制御のための新たな温度制御機構を設置することも考えられる（例えば特許文献１参照）。しかしながら、そのような温度制御機構を新たに設けると、設備投資のコストがかかるだけでなく、当該機構を稼働させるエネルギーのコストもかかり、全体として効率的な発電とは言い難い。
本発明の目的は、燃料電池発電システムに備えられた二次電池を適切な温度に制御する発電システムおよび発電システムの制御方法、ならびにそのような燃料電池を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明に係る発電システムは、
燃料電池の発電により温度制御される熱伝送媒体を収容する収容部および当該燃料電池を有する燃料電池発電部と、
前記燃料電池発電部が発電する電力を蓄電可能な二次電池と、
前記収容部に収容された熱伝送媒体の温度および前記二次電池の温度に基づいて、前記燃料電池の発電を制御するとともに前記収容部に収容された熱伝送媒体を温度制御し、前記燃料電池発電部から供給される熱伝送媒体によって前記二次電池が温度制御されるようにする制御部と、
を備えることを特徴とする。
また、前記制御部は、前記燃料電池発電部から供給される熱伝送媒体の温度を制御することにより、前記二次電池が温度制御されるようにしてもよい。
また、前記制御部は、前記燃料電池発電部から供給される熱伝送媒体の量を制御することにより、前記二次電池が温度制御されるようにしてもよい。
また、前記制御部は、設定された時刻において、前記収容部に収容される熱伝送媒体の温度および量の少なくとも一方が設定された条件を満たすように、前記燃料電池の発電を制御するとともに前記収容部に収容された熱伝送媒体を温度制御してもよい。
また、前記制御部は、前記熱伝送媒体の少なくとも一部を、前記二次電池の温度制御に利用される熱伝送媒体とは別に温度制御してもよい。
また、前記制御部は、設定された時刻において、前記二次電池が設定された温度に制御されるようにしてもよい。
また、本発明に係る発電システムは、
燃料電池の発電により温度制御される熱伝送媒体を収容する収容部および当該燃料電池を有する燃料電池発電部と、
前記燃料電池発電部が発電する電力を蓄電可能な二次電池と、
前記収容部に収容された熱伝送媒体の温度および前記二次電池の温度に基づいて、前記燃料電池の発電を制御するとともに前記収容部に収容された熱伝送媒体を温度制御し、前記燃料電池発電部から供給される熱伝送媒体によって前記二次電池が温度制御されるようにする制御部と、
気象要素の情報を取得する気象情報取得部と、を備え、
前記制御部は、前記気象情報取得部が取得した気象要素の情報ならびに前記収容部に収容された熱伝送媒体の温度および前記二次電池の温度に基づいて、前記燃料電池の発電を制御するとともに前記収容部に収容された熱伝送媒体を温度制御し、前記燃料電池発電部から供給される熱伝送媒体によって前記二次電池が温度制御されるようにしてもよい。
また、本発明に係る発電システムの制御方法は、
燃料電池の発電により温度制御される熱伝送媒体を収容する収容部および当該燃料電池を有する燃料電池発電部と、
前記燃料電池発電部が発電する電力を蓄電可能な二次電池と、
を備える発電システムの制御方法であって、
前記収容部に収容された熱伝送媒体の温度および前記二次電池の温度に基づいて、前記燃料電池の発電を制御するとともに前記収容部に収容された熱伝送媒体を温度制御し、前記燃料電池発電部から供給される熱伝送媒体によって前記二次電池が温度制御されるようにすることを特徴とする。
さらに、本発明に係る燃料電池は、
熱伝送媒体を温度制御するとともに、二次電池に蓄電する電力を供給可能な燃料電池であって、
前記熱伝送媒体の温度および前記二次電池の温度に基づいて、前記燃料電池の発電を制御するとともに前記熱伝送媒体を温度制御し、前記熱伝送媒体によって前記二次電池が温度制御されるようにする制御部を備えることを特徴とする。
本発明によれば、燃料電池発電システムに備えられた二次電池を適切な温度に制御する発電システムなどを提供することができる。
第１実施形態に係る発電システムの概略構成を示す機能ブロック図である。 第１実施形態に係る発電システムの動作を説明するフローチャートである。 第１実施形態に係る発電システムの温度制御を説明するフローチャートである。 第１実施形態に係る発電システムの温度制御の例を示す図である。 第１実施形態に係る発電システムの温度制御の例を示す図である。 第１実施形態に係る発電システムの温度制御の例を示す図である。 第１実施形態に係る発電システムの温度制御の例を示す図である。 第１実施形態に係る発電システムの温度制御の例を示す図である。 第１実施形態に係る発電システムの温度制御の例を示す図である。 第２実施形態に係る発電システムの概略構成を示す機能ブロック図である。
以下、本発明による発電システムの実施形態について、図を参照して詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る発電システムの概略構成を示す機能ブロック図である。
図１に示すように、本実施形態に係る発電システム１は、燃料電池発電部１０と、二次電池２０と、制御部３０とを含んで構成される。以下、燃料電池発電部１０は、ＳＯＦＣ発電システムを想定して説明するが、これに限定されるものではなく、発電により電力とともに熱も発生するような他の発電システムとすることもできる。
燃料電池発電部１０は、図１に示すように、燃料電池１２と、収容部１４とを含んで構成される。燃料電池１２は、ＳＯＦＣによる発電ユニットとしての機能を有するものであり、燃料電池発電部１０の外部からガスおよび空気を取り込んで発電を行う。燃料電池１２は、このようにして得られた電力を、二次電池３０に給電することができる。図１においては、燃料電池発電部１０が発電する電力は、二次電池２０に供給されるようにのみ図示してあるが、二次電池２０を介することなく家庭で使用することができるような他の電力供給ラインが存在していても良い。また、燃料電池１２の発電に伴う排気は、燃料電池発電部１０の外部に放出される。図１においては、簡略化のため、燃料電池発電部１０が燃料電池１２および収容部１４のみを含むものとして説明するが、実際の燃料電池発電部１０は、例えばＳＯＦＣ発電システムが備えるような改質部などの各種の機能部を備えている。
収容部１４は、熱伝送媒体１６を収容する。本実施形態において、熱伝送媒体１６は、水であるものとして説明するが、熱を他に伝送できる好適には液体のような物質であれば、任意のものとすることができる。燃料電池１２のようなＳＯＦＣによる発電ユニットは、発電する際に生じる排熱を利用した温水を排出する。したがって、本実施形態による燃料電池発電部１０は、このような温水を熱伝送媒体１６として収容部１４に収容する。すなわち、燃料電池発電部１０は、燃料電池１２の発電によって発生する熱を利用して、収容部１４に収容される熱伝送媒体１６の温度を制御することができる。例えば、燃料電池発電部１０は、燃料電池１２の発電電力を調整することにより、発生する熱を制御することができるため、収容部１４に収容される熱伝送媒体１６の温度を制御することができる。
なお、燃料電池発電部１０のようなＳＯＦＣによる発電システムは、発電に必要な空気を取り込むポンプのような機構および当該機構を制御する制御部を備えているのが通常である。そこで、燃料電池発電部１０において、例えばラジエータのような機能を有する装置を燃料電池１２に追加することにより、収容部１４に収容される熱伝送媒体１６を冷却することもできる。
このようにして収容部１４に収容される熱伝送媒体１６は、燃料電池発電部１０の外部に放出され、家庭用の給湯として利用することができる。また、本実施形態においては、収容部１４に収容される熱伝送媒体１６は、二次電池２０の温度制御のために利用することもできる。熱伝送媒体１６が二次電池２０の温度制御を行うためには、例えば二次電池２０の周囲を熱伝送媒体１６が循環するような水冷機構を設けることができる。その他、熱伝送媒体１６の熱が二次電池２０に伝送されて当該二次電池２０が加熱または冷却されるような任意の機構を用いることができる。
また、収容部１４は、その内部において、熱伝送媒体１６をいくつか部分的に分離して収容することもできる。このように熱伝送媒体１６を分離して収容することにより、熱伝送媒体１６が同時に複数の異なる温度になるように制御することができる。例えば、熱伝送媒体１６を収容部１４内で２つに分離して収容することにより、一方は家庭用の給湯として、もう一方は二次電池２０の温度制御のために、異なる温度の熱伝送媒体１６として利用することができる。このように、本実施形態において、燃料電池発電部１０は、収容部１４内で複数に分離して収容された熱伝送媒体１６を、用途に応じて複数の異なる温度にそれぞれ制御することもできる。この場合、制御部３０は、熱伝送媒体１６の少なくとも一部を、二次電池２０の温度制御に利用される熱伝送媒体１６とは別に温度制御するのが好適である。
図１においては、燃料電池１０が熱伝送媒体１６の温度制御を行うための制御ライン、および当該熱伝送媒体１６が二次電池２０の温度制御を行うための制御ライン、すなわち熱伝送媒体１６が熱伝送を行う通路は簡略化して示してある。これらの制御ラインは、それぞれの温度制御を行うことができれば、任意の構成とすることができる。
二次電池２０は、例えばリチウムイオン電池のような、電力を充放電することができる電池で構成する。図１に示すように、二次電池２０は、燃料電池発電部１０が発電した電力を充電（蓄電）することができる。また、二次電池２０に蓄電された電力は、必要に応じて家庭で使用できるようにする。これにより、必要な電力が燃料電池発電部１０による発電分では不足する場合でも、二次電池２０に蓄電された電力を放電することにより、不足する電力を補うことができる。上述したように、二次電池２０は、収容部１４に収容された熱伝送媒体１６によって温度制御（加熱または冷却）される。なお、二次電池２０に蓄電された電力を放電しても、必要な電力を補うには不足する場合には、系統電力から買電して補うこともできる。また、燃料電池発電部１０が発電した電力を二次電池２０に充電してもさらに余剰電力が発生する場合には、例えば二次電池２０以外の二次電池などを充電するようにしてもよい。
制御部３０は、燃料電池発電部１０において燃料電池１０による熱伝送媒体１６の温度制御、および当該熱伝送媒体１６による二次電池２０の温度制御を行う。制御部３０による温度制御の詳細は、後述する。温度センサ３２は、収容部１４に収容された熱伝送媒体１６の温度を検出して、当該検出結果を制御部３０に通知する。本実施形態において、温度センサ３２は、例えば水温センサとすることができる。また、温度センサ３４は、二次電池２０の温度を検出して、当該検出結果を制御部３０に通知する。温度センサ３４は、二次電池２０の本体の温度を測定できるものであってもよいし、環境温度が測定できるものなどを複数備えるようにしてもよい。これらの温度センサは、それぞれの温度を検出するのに好適なものであれば、任意の温度センサで構成することができる。
このように、燃料電池発電部１０は、燃料電池１２と、燃料電池１２の発電により温度制御される熱伝送媒体１６を収容する収容部１４とを有する。また、二次電池２０は、燃料電池発電部１０が発電する電力を蓄電することができる。そして、収容部１４に収容される熱伝送媒体１６、および二次電池２０は、制御部３０によって温度制御される。
次に、本実施形態に係る発電システム１における二次電池２０の温度制御について説明する。
ＳＯＦＣのような燃料電池システムにおいては、基本的に、温水の使用量に合わせて発電を行うようになっている。これは、電力使用量に合わせて燃料電池システムの発電を行うと、不必要な温水が生成されて省エネルギーの思想に合致しない等の理由によるものである。このため、上述したように、従来、燃料電池システムが発電する電力では使用電力に足りない場合、不足分を系統電力から買電する必要があった。そこで、本発明においては、ＳＯＦＣのような燃料電池とリチウムイオン電池のような二次電池とを組み合わせ、電力が不足する時は二次電池が放電する電力を利用すれば、系統電力から買電する必要はなくなり、極めて有利である。したがって、本発明においては、燃料電池１２の発電により収容部１４に収容される熱伝送媒体１６を、二次電池２０の温度制御を行うために利用する。
このように二次電池２０の温度制御を行う際、二次電池２０を加熱する場合は、燃料電池１２の発熱によって加熱される熱伝送媒体１６を、そのまま二次電池２０の加熱に利用することができる。しかしながら、現状、ＳＯＦＣのような燃料電池システムは、生成される温水を冷却する機構を備えていない。このため、本実施形態において、二次電池２０を加熱する場合は、上述したように、ラジエータのような機能を有する装置を燃料電池１２に追加する。
すなわち、本実施形態において、制御部３０は、収容部１４に収容された熱伝送媒体１６の温度および二次電池２０の温度に基づいて、燃料電池１２の発電を制御するとともに収容部１４に収容された熱伝送媒体１６を温度制御する。また、本実施形態において、制御部３０は、収容部１４に収容された熱伝送媒体１６の温度および二次電池２０の温度に基づいて、燃料電池発電部１０から供給される熱伝送媒体１６によって二次電池２０が温度制御されるようにする。
なお、制御部３０が上述のような温度制御を行うためには、各種の演算に必要な関係式などが必要になる。例えば、熱伝送媒体１６の温度と燃料電池１２の燃焼時間との相関を表す関係式、および二次電池２０の温度制御にかかる時間と当該温度制御に必要な熱伝送媒体１６との相関を表す関係式または変換テーブルなどが必要になる。このように、温度制御に必要な関係式などの各種情報（データ）は、制御部３０に内蔵されたメモリ等の記憶部に記憶しておくか、または、制御部３０が外部から当該情報を取得する。
以下、本実施形態に係る発電システム１の動作を、さらに詳細に説明する。
図２は、発電システム１の動作を説明するフローチャートである。図２に示す動作は、二次電池２０が保持されるべき温度（設定温度）、および／または、必要な熱伝送媒体１６の温度および量（設定温度および設定量）がユーザによって指定（入力）された時点から開始する。または、このような指定が予めなされており、発電システム１が動作を開始すべき時刻になったら図２に示す動作を開始してもよい。
本実施形態に係る発電システム１の動作が開始すると、制御部３０は、温度センサ３２が収容部１４に収容される熱伝送媒体１６の温度を検出するように制御し、温度センサ３４が二次電池２０の温度を検出するように制御する（ステップＳ１１）。温度センサ３２および温度センサ３４は、それぞれの温度を検出したら、当該検出結果を制御部３０に通知する。
ステップＳ１１において熱伝送媒体１６および二次電池２０の温度が検出されたら、制御部３０は、当該検出結果および二次電池２０の設定温度に基づいて、用意すべき熱伝送媒体１６の設定温度および設定量を決定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２においては、制御部３０は、ステップＳ１１において指定された温水の温度および量も加味することができる。制御部３０は、このように、所定の条件に基づいて、熱伝送媒体１６の設定温度および設定量を決定するために必要な計算式または変換テーブルなどを記憶している。
ステップＳ１２において熱伝送媒体１６の設定温度および設定量が決定されたら、制御部３０は、熱伝送媒体１６を当該決定された設定温度および設定量にするために要する時間Ｔ１（以下、制御時間Ｔ１と記す）を算出する（ステップＳ１３）。また、ステップＳ１３においては、制御部３０は、二次電池２０を設定温度にするために要する時間Ｔ２（以下、制御時間Ｔ２と記す）も算出する。制御部３０は、このように、所定の条件に基づいて、制御時間Ｔ１およびＴ２を算出するために必要な計算式または変換テーブルなども記憶している。
ステップＳ１３において制御時間Ｔ１が算出されたら、制御部３０は、熱伝送媒体１６の制御時間Ｔ１に基づいて、このような制御を開始すべき時刻Ｔｐ１（以下、制御開始時刻Ｔｐ１と記す）を決定する（ステップＳ１４）。また、ステップＳ１４において、制御部３０は、二次電池２０の制御時間Ｔ２に基づいて、このような制御を開始すべき時刻Ｔｐ２（以下、制御開始時刻Ｔｐ２と記す）も決定する。
ステップＳ１４の後、制御部３０は、制御開始時刻Ｔｐ１が到来したら（ステップＳ１５）、熱伝送媒体１６の温度制御を開始する（ステップＳ１６）。また、ステップＳ１４の後、制御部３０は、制御開始時刻Ｔｐ２が到来したら（ステップＳ１５）、二次電池２０の温度制御を開始する（ステップＳ１６）。
なお、図２に示したような動作において、熱伝送媒体１６の温度制御および二次電池２０の温度制御の順序を指定することもできる。すなわち、発電システム１は、使用するユーザのニーズに応じて、二次電池２０が優先的に設定温度に到達するようにも、また熱伝送媒体１６が優先的に設定温度に到達するようにも制御を行うことができる。例えば、二次電池２０が優先的に設定温度に到達するようにユーザが設定した場合、制御部３０は、まず二次電池２０の温度制御から開始し、二次電池２０が設定温度に到達したら、熱伝送媒体１６の温度制御を開始してもよい。また、熱伝送媒体１６が優先的に設定温度に到達するようにユーザが設定した場合、制御部３０は、まず熱伝送媒体１６の温度制御から開始し、熱伝送媒体１６が設定温度に到達したら、二次電池２０の温度制御を開始してもよい。このように、熱伝送媒体１６および二次電池２０の温度制御のうち一方を優先させることにより、温度制御を優先させた方は、比較的短時間で設定温度に到達することが期待できる。
さらに、二次電池２０および熱伝送媒体１６の双方が同時刻に設定温度に到達するようにもできる。この場合、制御部３０は、双方の温度制御が完了するタイミングが同時になるように、それぞれの温度制御を開始する。ここで、制御部３０は、上述した制御時間Ｔ１およびＴ２の終了時点が一致するように、それぞれの制御開始時刻Ｔｐ１およびＴｐ２を決定する。
上述したような温度制御の開始時刻は、ユーザが設定（入力）した時刻に従って制御部３０が制御を行うようにもできるが、ユーザが発電システム１を使用する履歴から学習されるパターンに基づいて、制御部３０が自動的に開始時刻を設定することもできる。後者の場合、制御部３０は、ユーザが二次電池２０および熱伝送媒体１６の温度制御を行うように設定する時刻および当該時刻における設定温度を日頃から記録しておき、当該記録に基づいて、使用状況のパターンを学習することができる。
次に、図２のステップＳ１６において熱伝送媒体１６または二次電池２０の温度制御が開始された後の、これらの具体的な温度制御について、説明する。
図３は、発電システム１の温度制御を説明するフローチャートである。熱伝送媒体１６および二次電池２０において、それぞれの温度制御を行うための基本的な思想は同様のものとすることができる。したがって、図３においては、熱伝送媒体１６または二次電池２０の温度制御をまとめて示す。
図３に示す熱伝送媒体１６の温度制御が開始すると、制御部３０は、温度センサ３２によって熱伝送媒体１６の温度を検出する（ステップＳ２１）。ステップＳ２２において当該検出温度が熱伝送媒体１６の設定温度よりも高い場合、制御部３０は、熱伝送媒体１６の冷却制御を行う（ステップＳ２３）。ステップＳ２３における熱伝送媒体１６の冷却制御とは、上述したように、燃料電池１２に追加されたラジエータのような装置によって、収容部１４に収容される熱伝送媒体１６を冷却する。
一方、ステップＳ２４において当該検出温度が熱伝送媒体１６の設定温度よりも低い場合、制御部３０は、熱伝送媒体１６の加熱制御を行う（ステップＳ２５）。ステップＳ２５における熱伝送媒体１６の加熱制御とは、上述したように、燃料電池１２の発電によって、収容部１４に収容される熱伝送媒体１６を加熱する。
また、図３に示す二次電池２０の温度制御が開始すると、制御部３０は、温度センサ３４によって二次電池２０の温度を検出する（ステップＳ２１）。ステップＳ２２において当該検出温度が二次電池２０の設定温度よりも高い場合、制御部３０は、二次電池２０の冷却制御を行う（ステップＳ２３）。ステップＳ２３における二次電池２０の冷却制御とは、上述したように、冷却した熱伝送媒体１６によって、二次電池２０を冷却する。
一方、ステップＳ２４において当該検出温度が二次電池２０の設定温度よりも低い場合、制御部３０は、二次電池２０の加熱制御を行う（ステップＳ２５）。ステップＳ２５における二次電池２０の加熱制御とは、上述したように、加熱した熱伝送媒体１６によって、二次電池２０を加熱する。
以上のように、本実施形態において、制御部３０は、燃料電池発電部１０から供給される熱伝送媒体１６の温度または量を制御することにより、二次電池２０が温度制御されるようにするのが好適である。
次に、上述した温度制御に基づいて、発電システム１を運転させた場合の具体例について説明する。
図４〜９は、第１実施形態に係る発電システム１の温度制御の例を示す図である。これらの図は、発電システム１の運転による、熱伝送媒体１６および二次電池２０の温度の時間変化を表すグラフである。図４〜９に示すグラフにおいて、横軸は経過時間を表し、縦軸は温度を表す。これらの図に示す温度は、熱伝送媒体１６の温度を温度センサ３２が検出したもの、および二次電池２０の温度を温度センサ３４が検出したものとすることができる。
なお、図４〜９においては、図２で説明した、熱伝送媒体１６の制御時間Ｔ１および二次電池２０の制御時間Ｔ２、ならびに熱伝送媒体１６の制御開始時刻Ｔｐ１および二次電池２０の制御開始時刻Ｔｐ２を図示してある。さらに、熱伝送媒体１６および二次電池２０の温度制御が双方とも終了する時刻をＴとして示してある。また、図４〜９においては、制御開始時点において、熱伝送媒体１６の温度は７０℃、二次電池２０の温度はＹ℃であるものとし、熱伝送媒体１６の設定温度はＸ℃、二次電池２０の設定温度は２５℃である場合について説明する。
図４は、発電システム１による温度制御の第１の例を示す図である。図４は、上述したように、二次電池２０および熱伝送媒体１６の双方が同時刻に設定温度に到達することをユーザが所望する場合の例を示している。
図４に示す例において、発電システム１は、制御開始時点において温度が７０℃である熱伝送媒体１６をＸ℃まで冷却制御するとともに、制御開始時点において温度がＹ℃である二次電池２０を２５℃まで加熱制御している。
このような制御においては、図２にて説明したように、ステップＳ１２において、制御部３０は、二次電池２０の温度を２５℃にすることを目標として、熱伝送媒体１６の設定温度および設定量を決定する。この際、二次電池２０の温度制御とは別の目的でユーザが求める熱伝送媒体１６（給湯）の温度および量も考慮するのが好適である。なお、熱伝送媒体１６の設定温度に基づいて、その設定量を決定するための関係式または変換テーブルなどの各種情報は、制御部３０に記憶されているものとする。
次に、ステップＳ１３において、制御部３０は、熱伝送媒体１６を設定温度および設定量にするために必要な時間および二次電池２０を設定温度にするために必要な時間、すなわち制御時間Ｔ１およびＴ２を算出する。ここで、制御時間Ｔ１およびＴ２を算出するための関係式または変換テーブルなどの各種情報も、制御部３０に記憶されているものとする。
図４に示すように、二次電池２０および熱伝送媒体１６の双方が同時刻Ｔにそれぞれの設定温度に到達するためには、制御時間Ｔ１およびＴ２のうち長い方が時刻Ｔに温度制御完了するように、制御開始時刻を決定する。すなわち、熱伝送媒体１６の温度制御は、時刻Ｔから時間Ｔ１だけ前の時刻Ｔｐ１に開始し、二次電池２０の温度制御は、時刻Ｔから時間Ｔ２だけ前の時刻Ｔｐ２に開始する。
そして、ステップＳ１５およびステップＳ１６で説明したように、時刻Ｔｐ１またはＴｐ２になったら、発電システム１は、それぞれ熱伝送媒体１６または二次電池２０の温度調節を開始する。このような制御により、時刻Ｔにおいて、二次電池２０が設定温度になるように制御されるとともに、熱伝送媒体１６が設定温度および設定量になるように制御される。このように、本実施形態において、制御部３０は、設定された時刻において、二次電池２０が設定された温度に制御されるようにするのが好適である。ここで、制御部３０は、設定された時刻において、収容部１４に収容される熱伝送媒体１６の温度および量の少なくとも一方が設定された条件を満たすように、燃料電池１２の発電を制御するとともに収容部１４に収容された熱伝送媒体１６を温度制御してもよい。
図５は、発電システム１による温度制御の第２の例を示す図である。図５は、上述したように、二次電池２０の温度制御を優先的に行う場合、すなわち、二次電池２０が設定温度に到達してから熱伝送媒体１６が設定温度に到達するように温度制御が行われることをユーザが所望する場合の例を示している。
図５に示す例においては、全ての温度調節が時刻Ｔに終わるように、熱伝送媒体１６の温度制御は、時刻Ｔより時間Ｔ１だけ前の時刻Ｔｐ１に開始し、二次電池２０の温度調節は、時刻Ｔｐ１より時間Ｔ２だけ前の時刻Ｔｐ２に開始している。
図６は、発電システム１による温度制御の第３の例を示す図である。図６は、図５の例とは逆に、熱伝送媒体１６の温度制御を優先的に行う場合、すなわち、熱伝送媒体１６が設定温度に到達してから二次電池２０が設定温度に到達するように温度制御が行われることをユーザが所望する場合の例を示している。
図６に示す例においては、全ての温度調節が時刻Ｔに終わるように、二次電池２０の温度調節は、時刻Ｔより時間Ｔ２だけ前の時刻Ｔｐ２に開始し、熱伝送媒体１６の温度制御は、時刻Ｔｐ２より時間Ｔ１だけ前の時刻Ｔｐ１に開始している。
図７−９は、それぞれ、発電システム１による温度制御の第４−６の例を示す図である。図７−９は、図４−６に対応する例を示すグラフであるが、図４−６が二次電池２０を加熱するように温度制御していたのに対し、図７−９は二次電池２０を冷却するように温度制御する例を示している。図７−９において、発電システム１は、制御開始時点において温度が７０℃である熱伝送媒体１６をＸ℃まで冷却制御するとともに、制御開始時点において温度が２５℃よりも高いＹ℃である二次電池２０を２５℃まで冷却制御している。
（第２実施形態）
次に、本発明による発電システムの第２実施形態について説明する。
図１０は、第２実施形態に係る発電システムの概略構成を示す機能ブロック図である。図１０に示すように、第２実施形態に係る発電システム２は、上述した第１実施形態に係る発電システム１において、気象情報取得部４０を追加したものである。第２実施形態に係る発電システム２は、気象情報取得部４０を追加する以外の構成は上述した第１実施形態に係る発電システム１と同様の構成および制御により実現することができる。したがって、第１実施形態に係る発電システム１と同様になる説明は省略する。
気象情報取得部４０は、例えばインターネット、テレビ、ラジオ等から気象要素の情報を取得するように構成されており、例えば有線または無線の通信部を備えるものや、発電システム２の外部のサーバと接続するものなど、各種の機能部が想定できる。気象情報取得部４０は、そのようにして取得した気象情報を、制御部３０に通知する。ここで、気象情報取得部４０が取得する気象情報の例としては、天気、気温、および気圧などの気象要素の情報が挙げられる。
燃料電池発電部１０および二次電池２０は、温度制御が行われる際に、当然、周囲環境の影響を受ける。例えば、燃料電池発電部１０および二次電池２０の少なくとも一方が、例えば自然環境が厳しい寒冷地などにおいて屋外に設置されているような場合、気候によっては周囲環境の影響が顕著に及ぶことが想定される。したがって、このような場合に、周囲の自然環境についての情報である気象情報が前もって取得できていれば、その後の自然環境の変化を予測した上で、燃料電池発電部１０および二次電池２０の温度制御を行うことができる。
第２実施形態においては、気象情報取得部４０により取得した気象情報にも基づいた上で、二次電池２０および熱伝送媒体１６の温度制御を行う。具体的には、図２におけるステップＳ１２の動作を行うまでに、気象情報取得部４０により上述したような気象情報を取得し、ステップＳ１２の動作を行う際に、この気象情報も加味した上で、熱伝送媒体１６の設定温度および設定量を決定する。その他の動作は、図２において説明した第１実施形態と同様に行うことができる。
より詳細には、気象情報を取得することにより、その後の気温が上昇することが予測される場合には、制御部３０は、例えば図３に示す制御において、二次電池２０および熱伝送媒体１６の少なくとも一方の温度制御にマイナス補正を施すように制御する。一方、気象情報を取得することにより、その後の気温が下降することが予測される場合には、制御部３０は、例えば図３に示す制御において、二次電池２０および熱伝送媒体１６の少なくとも一方の温度制御にプラス補正を施すように制御する。なお、このようなマイナス補正およびプラス補正において、補正量を決定する関係式または変換テーブルなどの各種情報は、制御部３０に記憶しておくことができる。あるいは、このような各種情報を、制御部３０が、外部から取得するようにしたり、気象情報取得部４０から気象情報とともに取得したりもできる。
また、本実施形態においては、取得した気象情報も加味した上で、その後の二次電池２０の温度制御に必要と予想される熱伝送媒体１６の設定温度および設定量の少なくとも一方を予測し、当該予測に基づいて、これらの制御開始時刻を決定してもよい。例えば、消費電力量が大きくなる日中のピークカット対策として二次電池２０を使用する場合などは、必要な熱伝送媒体１６の温度は気象条件から、ある程度の予想が可能である。また、ピークカットが実施される時間の情報を取得することにより、必要な熱伝送媒体１６の量も、ある程度の予想が可能である。これらの情報を取得することにより、熱伝送媒体１６の制御開始時刻を決定すれば、必要な時に収容部１４に必要な量の熱伝送媒体１６を用意できないという事態を避けることができる。
（第３実施形態）
次に、本発明による発電システムの第３実施形態について説明する。
第３実施形態においては、上述した第１または第２実施形態において、二次電池２０の急速な充放電を行うことができるようにする。二次電池２０において急速な充放電を行うと、当該二次電池２０の温度変化は特に激しくなる。二次電池２０を例えばリチウムイオン電池のような充電池とする場合、このような急速な充放電を行うと、温度変化により性能の劣化が生じる。
したがって、第３実施形態においては、二次電池２０の急速な充放電を行う場合は、図３に示す温度制御に代えて、または図３に示す温度制御とともに、二次電池２０のさらなる温度制御を行う。すなわち、二次電池２０の急速な放電を行う場合、熱伝送媒体１６を加熱して温水にし、当該温水を利用して二次電池２０を加熱する。また、二次電池２０の急速な充電をする場合、熱伝送媒体１６を冷却して冷水にし、当該冷水を利用して二次電池２０を冷却する。
このような温度制御により、空気および水の比熱と熱伝導率との関係から、ファンなどを用いるよりも効果的に二次電池２０の温度を一定の範囲に保つことが可能になる。このため、第３実施形態に係る発電システムにおいては、二次電池２０の急速な充放電を安全に行うことができる。このような制御を行うことにより、例えば、緊急に電力の融通をしなければならなくなった場合でも、近隣の家庭にある発電システム同士において急速な充電および急速な放電を行って、電気を迅速に融通することができる。
本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づいて種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意すべきである。したがって、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各機能部、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の機能部やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、上述した本発明の各実施形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせて実施することもできる。
例えば、上述した説明においては、本発明を発電システムの発明として記載したが、本発明は発電システムの発明に限定されるものではなく、上述したような発電システムの制御方法にも適用することができる。
また、上述した各実施形態における制御は、説明を簡略化するために典型的な代表例を示したにすぎず、同様の趣旨に基づいて他の各種の制御とすることもできる。
なお、上述した各実施形態においては、収容部１４に収容される熱伝送媒体１６が水であるものとして説明したが、本発明の熱伝送媒体は水に限定されるものではない。例えば、本発明の熱伝送媒体は、油などの液体や、あるいは空気などの気体とすることもできる。
また、上述した各実施形態においては、燃料電池１２がＳＯＦＣであるものとして説明したが、燃料電池１２を他の燃料電池としてもよい。
さらに、上述した各実施形態においては、二次電池２０がリチウムイオン電池であるものとして説明したが、二次電池２０を他の二次電池としてもよい。例えば、自然環境が厳しい寒冷地などにおいては、鉛電池、ニッケル水素電池など、他の種類の蓄電池を用いることもできる。
また、本発明において、燃料電池のユニットすなわち燃料電池発電部が、二次電池２０の温度制御を行う制御部３０のような機能部を有するようにしてもよい。この場合、本発明に係る燃料電池は、熱伝達媒体を温度制御するとともに、二次電池に蓄電する電力を供給することができる。また、このような燃料電池は、熱伝送媒体の温度および二次電池の温度に基づいて、燃料電池の発電を制御するとともに熱伝送媒体を温度制御し、熱伝送媒体によって二次電池が温度制御されるようにする制御部を備えるのが望ましい。
１，２ 発電システム
１０ 燃料電池発電部
１２ 燃料電池
１４ 収容部
１６ 熱伝送媒体
２０ 二次電池
３０ 制御部
３２，３４ 温度センサ
４０ 気象情報取得部

Claims (9)

  1. 燃料電池の発電により温度制御される熱伝送媒体を収容する収容部および当該燃料電池を有する燃料電池発電部と、
    前記燃料電池発電部が発電する電力を蓄電可能な二次電池と、
    前記収容部に収容された熱伝送媒体の温度および前記二次電池の温度に基づいて、前記燃料電池の発電を制御するとともに前記収容部に収容された熱伝送媒体を温度制御し、前記燃料電池発電部から供給される熱伝送媒体によって前記二次電池が温度制御されるようにする制御部と、
    を備える発電システム。
  2. 前記制御部は、前記燃料電池発電部から供給される熱伝送媒体の温度を制御することにより、前記二次電池が温度制御されるようにする、請求項１に記載の発電システム。
  3. 前記制御部は、前記燃料電池発電部から供給される熱伝送媒体の量を制御することにより、前記二次電池が温度制御されるようにする、請求項１に記載の発電システム。
  4. 前記制御部は、設定された時刻において、前記収容部に収容される熱伝送媒体の温度および量の少なくとも一方が設定された条件を満たすように、前記燃料電池の発電を制御するとともに前記収容部に収容された熱伝送媒体を温度制御する、請求項１に記載の発電システム。
  5. 前記制御部は、前記熱伝送媒体の少なくとも一部を、前記二次電池の温度制御に利用される熱伝送媒体とは別に温度制御する、請求項１に記載の発電システム。
  6. 前記制御部は、設定された時刻において、前記二次電池が設定された温度に制御されるようにする、請求項１に記載の発電システム。
  7. 燃料電池の発電により温度制御される熱伝送媒体を収容する収容部および当該燃料電池を有する燃料電池発電部と、
    前記燃料電池発電部が発電する電力を蓄電可能な二次電池と、
    前記収容部に収容された熱伝送媒体の温度および前記二次電池の温度に基づいて、前記燃料電池の発電を制御するとともに前記収容部に収容された熱伝送媒体を温度制御し、前記燃料電池発電部から供給される熱伝送媒体によって前記二次電池が温度制御されるようにする制御部と、
    気象要素の情報を取得する気象情報取得部と、を備え、
    前記制御部は、前記気象情報取得部が取得した気象要素の情報ならびに前記収容部に収容された熱伝送媒体の温度および前記二次電池の温度に基づいて、前記燃料電池の発電を制御するとともに前記収容部に収容された熱伝送媒体を温度制御し、前記燃料電池発電部から供給される熱伝送媒体によって前記二次電池が温度制御されるようにする、発電システム。
  8. 燃料電池の発電により温度制御される熱伝送媒体を収容する収容部および当該燃料電池を有する燃料電池発電部と、
    前記燃料電池発電部が発電する電力を蓄電可能な二次電池と、
    を備える発電システムの制御方法であって、
    前記収容部に収容された熱伝送媒体の温度および前記二次電池の温度に基づいて、前記燃料電池の発電を制御するとともに前記収容部に収容された熱伝送媒体を温度制御し、前記燃料電池発電部から供給される熱伝送媒体によって前記二次電池が温度制御されるようにする、発電システムの制御方法。
  9. 熱伝送媒体を温度制御するとともに、二次電池に蓄電する電力を供給可能な燃料電池であって、
    前記熱伝送媒体の温度および前記二次電池の温度に基づいて、前記燃料電池の発電を制御するとともに前記熱伝送媒体を温度制御し、前記熱伝送媒体によって前記二次電池が温度制御されるようにする制御部を備える、燃料電池。
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