JP6276036B2 - Power control apparatus, power control apparatus control method, and power control apparatus control program - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池と接続可能な電力制御装置、該電力制御装置の制御方法および該電力制御装置を制御するための制御プログラムに関するものである。 The present invention relates to a power control apparatus connectable to a fuel cell, a control method for the power control apparatus, and a control program for controlling the power control apparatus.
近年、石油に依存しないエネルギーセキュリティの向上、及び排出ガスに窒素酸化物を含まないクリーンエネルギー化等の観点から、ガスの電気化学反応により電気を発生させる燃料電池による発電システムへの期待が高まっている。そして例えば特許文献1のように、燃料電池を利用した数々の燃料電池給電システムが提案されている。
In recent years, from the viewpoints of improving energy security that does not depend on petroleum, and clean energy that does not contain nitrogen oxides in the exhaust gas, expectations for power generation systems using fuel cells that generate electricity through the electrochemical reaction of gas have increased. Yes. For example, as in
この燃料電池は、使用する電解質の種類によって分類することができ、反応温度が300度以下の低温タイプには、固体高分子形(PEFC)、リン酸形(PAFC)などがあり、高温タイプには、溶融炭酸塩形(MCFC)、固体酸化物形(SOFC)などがある。この中で、固体酸化物形は、運転温度が高いために排熱が利用しやすく、高い発電効率が得られるなどの特徴がある。 This fuel cell can be classified according to the type of electrolyte used. The low temperature type with a reaction temperature of 300 degrees C or less includes the polymer electrolyte (PEFC) and phosphoric acid (PAFC) types. Are in molten carbonate form (MCFC), solid oxide form (SOFC) and the like. Among these, the solid oxide form is characterized in that exhaust heat is easy to use because of high operating temperature, and high power generation efficiency is obtained.
例えば固体酸化物形燃料電池では、動作温度として700−1000度程度が必要とされ、固体酸化物形燃料電池に含まれる複数のセル(電池部)を積層した燃料電池スタックにはセラミックスなどの高耐熱性の材料が使用されている。このため、燃料電池の発電停止後に十分に時間をかけて発電セルの冷却を行わないと、急激な温度変化又は中央部と周縁部での温度差に起因して熱ストレスが加わり、セラミックス製の発電セルに割れが生じてしまうなどのおそれがある。そのため、固体酸化物形燃料電池などの燃料電池では、発電停止後も外部から電力を供給し、十分に時間をかけて冷却を行なうことが推奨される。 For example, in a solid oxide fuel cell, an operating temperature of about 700 to 1000 degrees is required, and a fuel cell stack in which a plurality of cells (battery parts) included in a solid oxide fuel cell are stacked has a high level of ceramics or the like. Heat resistant materials are used. For this reason, if the power generation cell is not cooled sufficiently after the power generation of the fuel cell is stopped, thermal stress is applied due to a rapid temperature change or a temperature difference between the central portion and the peripheral portion. There is a risk that the power generation cell will crack. For this reason, in a fuel cell such as a solid oxide fuel cell, it is recommended that power be supplied from the outside even after power generation is stopped, and that cooling be sufficiently performed.
かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、燃料電池の長寿命化を図ることのできる電力制御装置、電力制御装置の制御方法および電力制御装置の制御プログラムを提供することである。 An object of the present invention made in view of this point is to provide a power control device, a control method for the power control device, and a control program for the power control device that can extend the life of the fuel cell.
上述した諸課題を解決すべく、本発明に係る電力制御装置は、燃料電池と蓄電池とを含む複数の分散電源と、系統とを接続可能な電力制御装置であって、前記複数の分散電源がそれぞれ接続されて電力供給を行うことが可能な複数の電力供給部と、前記燃料電池のシャットダウン中に、前記燃料電池を除く前記分散電源、又は前記系統のうち少なくとも一つから前記燃料電池に対して、シャットダウン完了まで電力供給を継続させる制御部とを備え、前記制御部は、前記燃料電池を停止させるべき要因の種類を判定し、前記充電処理を行う際に前記要因の種類に対応した充電量を超えるように前記蓄電池に充電させることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a power control device according to the present invention is a power control device capable of connecting a plurality of distributed power sources including a fuel cell and a storage battery and a system, and the plurality of distributed power sources A plurality of power supply units that are connected to each other and can supply power, and during the shutdown of the fuel cell, the distributed power source excluding the fuel cell, or at least one of the systems from the system to the fuel cell A control unit that continues power supply until the shutdown is completed , and the control unit determines a type of a factor that should stop the fuel cell, and performs charging that corresponds to the type of the factor when performing the charging process. characterized Rukoto is charged in the storage battery to exceed the amount.
また、前記制御部は、前記燃料電池の動作モードが発電中の場合には、前記蓄電池に充電させる充電処理を行うことが好ましい。 The control unit, when the operation mode before Symbol fuel cell during power generation, it is preferable to perform the charging process for charging the battery.
また、前記要因は、前記電力制御装置の温度異常検出であることが好ましい。 The factor is preferably temperature abnormality detection of the power control device.
また、前記制御部は、前記要因が生じた場合に、前記燃料電池への電力供給を行わない前記電力供給部又は前記電力制御装置に接続された負荷のうち少なくともいずれか一つを停止させる停止処理を行うことが好ましい。 In addition, when the factor occurs, the control unit stops at least one of the power supply unit that does not supply power to the fuel cell or the load connected to the power control device. It is preferable to carry out the treatment.
また、前記制御部は、前記燃料電池のシャットダウンが完了し、且つ前記温度異常検出が解消した後に、前記停止処理の少なくとも一部を解除することが好ましい。 Further, it is preferable that the control unit cancels at least a part of the stop processing after the shutdown of the fuel cell is completed and the temperature abnormality detection is resolved.
また、前記充電処理において、前記制御部は、前記燃料電池のシャットダウン完了に必要な電力量を、前記蓄電池を除く前記分散電源又は前記系統から前記蓄電池に充電させることが好ましい。 In the charging process, it is preferable that the control unit causes the storage battery to charge the amount of power necessary for completing the shutdown of the fuel cell from the distributed power source or the system excluding the storage battery.
また、前記要因は、利用者によって行われる前記燃料電池の停止操作であって、前記制御部は、前記蓄電池を除く前記分散電源又は前記系統から前記蓄電池にあらかじめ設定された第1の充電量を充電させる前記充電処理を行うことが好ましい。 Further, the factor is a stop operation of the fuel cell is performed by the user, the control unit may first charge amount that has been set in advance in the storage battery from the distributed power or the system excluding the battery It is preferable to perform the charging process for charging the battery.
また、前記要因は、定期的に自動で行われる前記燃料電池の停止であって、前記制御部は、前記蓄電池を除く前記分散電源又は前記系統から前記蓄電池に対し、前記要因が利用者によって行われる前記燃料電池の停止操作であった場合における第1の充電量よりも多い第2の充電量を充電させる前記充電処理を行うことが好ましい。 Further, the factor is a stop of the fuel cell is performed periodically and automatically, the control unit, to said storage battery from the distributed power or the system excluding the battery, said factor depending on the user It is preferable to perform the charging process of charging a second charge amount larger than the first charge amount in the case of the fuel cell stop operation performed.
また、前記制御部は、前記燃料電池への電力供給を行う電力供給部を流れる電流の方向により、前記燃料電池が発電中か否かの判定を行うことが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said control part determines whether the said fuel cell is generating electric power by the direction of the electric current which flows through the electric power supply part which supplies the electric power to the said fuel cell.
また、前記燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であることが好ましい。 The fuel cell is preferably a solid oxide fuel cell.
また、上述した諸課題を解決すべく、本発明に係る電力制御装置の制御方法は、燃料電池と蓄電池とを含む複数の分散電源と、系統とを接続可能な電力制御装置の制御方法であって、前記電力制御装置による処理手順は、前記燃料電池の動作モードを判定する燃料電池動作判定ステップと、前記燃料電池動作判定ステップにおいて前記燃料電池がシャットダウン中であると判定した場合に、前記燃料電池を除く前記分散電源、又は前記系統のうち少なくとも一つから前記燃料電池に対して、シャットダウンを完了するまで電力供給を継続させるシャットダウン電力供給ステップと、前記燃料電池を停止させるべき要因の種類を判定し、前記充電処理を行う際に前記要因の種類に対応した充電量を超えるように前記蓄電池に充電させるステップとを含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a control method for a power control apparatus according to the present invention is a control method for a power control apparatus capable of connecting a plurality of distributed power sources including a fuel cell and a storage battery and a system. Then, the processing procedure by the power control device includes the fuel cell operation determining step for determining the operation mode of the fuel cell, and the fuel cell operation determining step when the fuel cell is determined to be shut down in the fuel cell operation determining step. A shutdown power supply step for continuing power supply to the fuel cell from at least one of the distributed power source excluding the battery or the system until the shutdown is completed , and types of factors to stop the fuel cell. Determining and charging the storage battery so as to exceed a charge amount corresponding to the type of the factor when performing the charging process Characterized in that it comprises a.
また、上述した諸課題を解決すべく、本発明に係る電力制御装置の制御プログラムは、燃料電池と蓄電池とを含む複数の分散電源と、系統とを接続可能な電力制御装置に、前記燃料電池の動作モードを判定する燃料電池動作判定ステップと、前記燃料電池動作判定ステップにおいて前記燃料電池がシャットダウン中であると判定した場合に、前記燃料電池を除く前記分散電源、又は前記系統のうち少なくとも一つから前記燃料電池に対して、シャットダウンを完了するまで電力供給を継続させるシャットダウン電力供給ステップと、前記燃料電池を停止させるべき要因の種類を判定し、前記充電処理を行う際に前記要因の種類に対応した充電量を超えるように前記蓄電池に充電させるステップとを実行させることを特徴とする。 Further, in order to solve the above-described problems, a control program for a power control apparatus according to the present invention provides a power control apparatus capable of connecting a plurality of distributed power sources including a fuel cell and a storage battery and a system to the fuel cell. A fuel cell operation determination step for determining the operation mode of the fuel cell, and at least one of the distributed power source excluding the fuel cell or the system when it is determined in the fuel cell operation determination step that the fuel cell is shut down. A shutdown power supply step for continuing power supply to the fuel cell until the shutdown is completed, and determining a type of factor for stopping the fuel cell and performing the charging process. And causing the storage battery to charge so as to exceed a charge amount corresponding to .
本発明によれば、電力制御装置内に異常温度上昇等の燃料電池停止要因が発生しても燃料電池に電力が供給され続けるので、燃料電池スタックに損傷を与えることなく、燃料電池を安全に停止させることができる。 According to the present invention, even if a fuel cell stop factor such as an abnormal temperature rise occurs in the power control device, power is continuously supplied to the fuel cell, so that the fuel cell can be safely operated without damaging the fuel cell stack. Can be stopped.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る電力制御装置100の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る電力制御装置100は、複数の電源機器を接続するための電源機器接続部101と、負荷と接続するための負荷接続部102と、各構成要素を制御するための制御部103とを備える。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a
まず、電源機器接続部101の構成及び動作について説明する。電源機器接続部101は、各電源機器1a〜1cを接続するための電源機器接続端子2a〜2c及び各電源機器接続端子2a〜2cから入力された直流電力を所望の電圧に変換するための電圧変換器3a〜3cを備える。電圧変換器3a〜3cにより昇圧又は降圧された電力は、インバータ4へと出力される。本明細書において、電圧変換器3a〜3cは、各電源機器1a〜1cからの出力電力をインバータ4等に供給する為の電力供給部として機能する。また、電圧変換器3b,3cは、インバータ4又は他の電源機器からの電力を燃料電池1b又は蓄電池1cに供給する為の電力供給部として機能する。更に、インバータ4は特定負荷8bに対して電力を供給する為の電力供給部として機能するものとする。
First, the configuration and operation of the power supply
電源機器接続端子2a〜2cは、各電源機器1a〜1cと本発明の電力制御装置100との間で電力の入出力を行うための電力端子の他、制御部103が各電源機器1a〜1cの制御を行うための制御信号端子を備えることができる。本実施形態においては、電源機器接続端子2a〜2cには、それぞれ電源機器1a(太陽電池)、電源機器1b(燃料電池)、電源機器1c(蓄電池)が接続される。
The power supply device connection terminals 2a to 2c are power terminals for inputting / outputting power between the power supply devices 1a to 1c and the
太陽電池1aは太陽光のエネルギーを直流電力に変換するものであり、例えば光電変換セルを多数直列に接続し、太陽光が照射されたときに所定の電流を出力するように構成される。本実施形態において電源機器接続端子2aに接続される太陽電池1aには、例えばシリコン系多結晶太陽電池を使用することができるが、本発明はこれに限定されるものではなく、シリコン系単結晶太陽電池、あるいはCIGS等の薄膜太陽電池等、光電変換可能なものであればよい。 The solar cell 1a converts the energy of sunlight into direct current power. For example, a large number of photoelectric conversion cells are connected in series and configured to output a predetermined current when irradiated with sunlight. In the present embodiment, for example, a silicon-based polycrystalline solar cell can be used as the solar cell 1a connected to the power supply device connection terminal 2a, but the present invention is not limited to this, and a silicon-based single crystal Any solar cell or thin film solar cell such as CIGS may be used as long as it is capable of photoelectric conversion.
燃料電池1bは、ガスの電気化学反応により電気を発生させるものである。本実施形態では例えば、固体酸化物形(SOFC)燃料電池を用いることができる。
The
本実施形態に用いられる蓄電池1cは、例えばリチウムイオン電池を用いることが好ましいが、ニッケル水素電池等の他の種類の蓄電池も使用することができる。また、蓄電池単体の他、電気自動車(EV)又はプラグインハイブリッド車(PHV)に搭載されている蓄電池に対して充電を行うことも可能である。
For example, a lithium ion battery is preferably used as the
電圧変換器3a〜3cは、各電源機器1a〜1cの直流出力電圧が所定の直流電圧値になるようにDC/DC変換を行う。より具体的には、電圧変換器3a〜3cは、DC/DC変換回路を有し、制御部103からの制御信号10に基づき、各電源機器1a〜1cからの直流入力電圧を、所定の目標電圧値まで昇圧してから、インバータ4に出力する。
The voltage converters 3a to 3c perform DC / DC conversion so that the DC output voltages of the power supply devices 1a to 1c become predetermined DC voltage values. More specifically, the voltage converters 3a to 3c have DC / DC conversion circuits, and based on the
電圧変換器3b,3cは双方向のDC/DC変換を行うことが可能であり、例えば図1の電圧変換器3cは電源機器1c(蓄電池)からの直流出力電力を昇圧又は降圧しインバータ4に出力し、またインバータ4又は他の電圧変換器3a,3bからの直流入力電力を降圧又は昇圧し電源機器1c(蓄電池)に供給することができる。
The
電源機器接続端子2a〜2cに接続される電源機器1a〜1cは、各々からの直流入力電圧が異なるが、本実施形態においては、各直流入力電圧に応じた異なる調節量で電圧変換を行うことにより、同一の目標電圧値まで昇圧される。 The power supply devices 1a to 1c connected to the power supply device connection terminals 2a to 2c have different DC input voltages from each other, but in this embodiment, voltage conversion is performed with different adjustment amounts according to the DC input voltages. Thus, the voltage is boosted to the same target voltage value.
燃料電池管理部104は、電圧変換器3bにおいて電流が流れる方向についての情報を取得し、制御部103に対して情報を適宜送信する。制御部103は、後述するように、この電流が流れる方向等によって電源機器1b(燃料電池)が起動、発電、シャットダウン、停止のうちいずれの状態であるのかを判定する。
The fuel
電源機器接続端子2aに接続する電源機器1aは、太陽電池のほか、風力発電機、小型水力発電機など、交流電力を整流して出力するものを含んでもよい。 The power supply device 1a connected to the power supply device connection terminal 2a may include a solar battery, a wind power generator, a small hydraulic power generator, or the like that rectifies and outputs AC power.
次に負荷接続部102の構成及び動作について説明する。負荷接続部102は、各電源機器1a〜1cからの電力を変換するインバータ4及びインバータ4の出力を特定負荷8bに接続する負荷接続端子6bを備える。更に負荷接続部102は、商用電源系統7を電力制御装置100と接続するための系統接続端子6aを備える。
Next, the configuration and operation of the
また、負荷接続部102は、商用電源系統7との接続をオン/オフするためのスイッチ5aと、商用電源系統7又はインバータ4からの電力を特定負荷8bに提供するか否かを選択するためのスイッチ5bと、各電源機器1a〜1cの出力電力をインバータ4に供給するか否かを選択するためのスイッチ5cとを備える。各スイッチはそれぞれリレー、トランジスタなどにより構成され、制御部103からの制御信号10に基づきオン/オフ状態の切り替えを行うように構成される。特定負荷8b以外の一般の負荷8aは、商用電源系統7と系統接続端子6aの間において接続され、商用電源系統7から電力供給を受ける。
In addition, the
インバータ4は、制御部103からの制御信号10を基に、各電源機器1a〜1cからの電圧変換後の電力を、供給する特定負荷8bに対応した電力に変換する。本実施形態において、インバータ4は、各電源機器1a〜1cからの電圧変換後の電力を交流100Vに変換する。交流100Vに変換された電力は、負荷接続端子6bに接続された特定負荷8bに供給される。
Based on the
系統接続端子6a及び負荷接続端子6bは、商用電源系統7及び特定負荷8bとの間で電力の入出力を行うための電力端子の他、制御部103が各負荷の制御を行い得るように制御信号端子を備えることができる。本実施形態において、系統接続端子6aには商用電源系統7が接続され、系統接続端子6aと商用電源系統7との間には、一般の負荷8aが分電盤等を介して接続されている。電力制御装置100と負荷8a及び特定負荷8bとの間が例えばECHONET Lite(登録商標)規格等の通信により接続されている場合には、制御部103が制御信号10を送信することにより負荷8a及び特定負荷8bの動作を制御することができる。
The
負荷接続端子6bには、交流100Vで動作する特定負荷8bが接続される。交流100Vで動作する特定負荷8bの例としては、冷蔵庫、非常用電灯、給湯システム又は家庭用ネットワークサーバーなど、停電を極力回避すべき電気製品が挙げられる。一方、負荷8aは、交流100V駆動の家庭用一般負荷であり、例えばドライヤー、家庭用ゲーム機又は音楽鑑賞用オーディオシステムなどが挙げられる。
A
本実施形態において、制御部103が各構成要素を制御するための制御信号10の経路を図1の中で破線により示したが、この制御信号10の伝送は有線による通信を用いてもよいし、無線通信を用いてもよい。
In this embodiment, the path of the
制御部103は、ハードウエアで構成してもよいし、CPUによりプログラムを実行させることにより機能を実現してもよい。
The
本実施形態における電圧変換器3a〜3c及びインバータ4は制御部103により出力電圧の制御を行う旨記載したが、本発明はこれに限定されず、予め決められた出力電圧になるようにセットアップされていてもよい。
Although it has been described that the voltage converters 3a to 3c and the
本実施形態においては、交流電力出力として、単相交流100Vを負荷接続端子6bから出力する構成としているが、業務用の冷蔵庫又はエアコン、工場でのモーター駆動等には三相3線200Vがよく用いられるため、インバータ4に代えて三相200Vに変換するためのインバータ4’を配置してもよい。
In this embodiment, a single-phase AC 100V is output from the
本実施形態においては、接続する負荷として日本国内で使用可能な電気機器を想定して記載したが、日本国外で使用可能な電気機器の使用も考慮して適宜変更をなし得る。例えば、インバータ4により交流220〜240Vを出力させ、アジア、オセアニア及びヨーロッパ地域で使用可能な電気機器を接続可能に構成することも可能である。
In the present embodiment, the load to be connected is described assuming an electric device that can be used in Japan. However, the load can be appropriately changed in consideration of the use of an electric device that can be used outside of Japan. For example, the
次に本発明の一実施形態に係る電力制御装置100が定常運転を行っているときの状態を図2を用いて説明する。図2に示す定常運転状態においては、スイッチ5b,5cがオン状態であり、電圧変換器3a〜3c及びインバータ4もオン状態である。太線矢印が電力の流れる経路及び方向を示している。電源機器1a(太陽電池)及び1b(燃料電池)が共に発電運転をおこない、電圧変換器3a,3bで電圧変換された直流電力がインバータ4で交流電力に変換され特定負荷8bに供給される。また、電圧変換器3a,3bで電圧変換された直流電力の一部は、電圧変換器3cにおいて降圧又は昇圧され、充電量があらかじめ設定された第1の電力量になるまで電源機器1c(蓄電池)に充電される。一般の負荷8aには、商用電源系統7から電力が供給されるが、スイッチ5aはオフ状態であり、電力制御装置100は商用電源系統7からは解列されている。
Next, a state when the
次に、本発明の一実施形態に係る電力制御装置100において、燃料電池1bをシャットダウンすべき複数の要因のうちの一つが発生した場合に、燃料電池1bのシャットダウンを安全に行うための動作について説明する。本実施形態において、燃料電池1bをシャットダウンすべき要因として想定しているのは、第1に、電力制御装置100の少なくとも一部の機能ブロックに異常温度上昇が発生した場合、第2に、利用者が燃料電池停止ボタンを押す等により、停止の操作を実行したとき、そして第3に、ガス漏れ検知対策として例えば月1回、24時間燃料電池1bを自動停止させるとき、などである。
Next, in the
上述の第1の停止要因である、電力制御装置100の少なくとも一部の機能ブロックに異常温度上昇が発生した場合について説明する。電力制御装置100内には、インバータ4、電圧変換器3a〜3c、制御部内のCPU(Central Processing Unit)など、動作時に発熱を伴う機能ブロックが複数存在する。また、インバータ4及び電圧変換器3a〜3cについては、接続される特定負荷8b及び電源機器1a〜1cの動作状態によってその発熱量が変動する。そこで、電力制御装置100内において、少なくとも一部の機能ブロックに異常温度上昇が発生した場合には、燃料電池1bへの電力供給を行わない電力供給部又は電力制御装置100に接続された特定負荷8bのうち優先度の低い少なくともいずれか一つを停止させる。また、燃料電池1bのシャットダウンに必要な電力量を蓄電池1cに充電した後に、燃料電池1bのシャットダウン動作へと移行し、燃料電池1bがシャットダウンを完了するまで、燃料電池1bへの電力供給を継続する。
A case where an abnormal temperature increase occurs in at least a part of the functional blocks of the
上述の第2の停止要因である、利用者が燃料電池停止ボタンを押す等により停止の操作を実行した場合とは、例えばメンテナンス等の理由で利用者が燃料電池1bを手動で停止させる場合などである。このような場合であっても、燃料電池1bのシャットダウン途中で停電になったときには、蓄電池1cから燃料電池1bへ必ず電力供給を行う必要がある。また、燃料電池1bの停止中に停電等が発生しても、蓄電池1cからの電力供給により優先度の高い特定負荷8bの運転が継続できることが望ましい。そこで、必要最低限の電力量としてあらかじめ設定された第1の電力量だけ蓄電池1cに充電させてからシャットダウンさせる。
The case where the user performs a stop operation by pressing the fuel cell stop button or the like, which is the second stop factor described above, is when the user manually stops the
次に上述の第3の停止要因である、ガス漏れ検知対策として例えば月1回、24時間燃料電池1bを自動停止させる場合について説明する。燃料電池1bは、供給されるガスの電気化学反応により電気を発生させるが、特に定常運転させる場合は、長時間ほぼ一定量のガスが消費され続けるため、ガス供給会社がガス漏れであると誤判断してガスの供給を止めてしまうことがある。このようなガス漏れ誤検知によるガス供給停止を回避するため、ある種類の燃料電池は、例えば月に1回、24時間程度意図的に動作を停止させる。このような場合にも、やはり燃料電池1bのシャットダウン途中で停電になったときには、蓄電池1cから燃料電池1bへ必ず電力供給を行う必要がある。また、燃料電池1bを意図的に停止させている24時間の間に停電等が発生しても、蓄電池1cからの電力供給により利用者が特定負荷8bに電力を供給できることが望ましい。そこで、電力制御装置100は、前述の第1の電力量よりも大きい第2の電力量だけ蓄電池1cに充電させてから燃料電池1bをシャットダウンさせる。
Next, a case where the
次に、本実施形態に係る電力制御装置100において、燃料電池1bのシャットダウンを安全に行うための制御フローについて図3を用いて詳細に説明する。
Next, the control flow for safely shutting down the
(異常温度上昇時の制御フロー)
電力制御装置100内の制御部103は、図3において、電源機器1b(燃料電池)を停止すべき要因が存在するか否かを判定する(S301)。このステップS301における判定は、制御部103が、電源機器ごとに設けられた機器停止要因判定フラグを確認することにより行われる。そして燃料電池1bについての停止要因がなければ、制御フローは終了するが、停止要因が存在する場合、その要因が異常温度上昇であるか否かを更に判定する(S302)。制御部103は、電力制御システム内の各機能ブロックごとに設けられた温度センサからの温度情報を定期的に取得しており、それらの温度情報を基に異常温度上昇の有無を判定する。そして、停止要因が異常温度上昇である場合に、特定負荷8bのうち優先度の低い1又は複数の負荷を停止させる(S303)。更に本実施形態においては、スイッチ5cをオフ状態にすると共にインバータ4もオフ状態として、オン状態の特定負荷8bへの電力を商用電源系統7から供給するように切り替える(S303)。このときの電力制御装置100の動作状態を図4に示す。これらの制御により、電力制御装置100内において発熱源となっている電力供給部の一部がオフ状態となり、異常温度上昇を解消させることができる。
(Control flow when abnormal temperature rises)
The
本実施形態のステップS303において、特定負荷8bの一部及びインバータ4の双方を停止させるように構成したが、特定負荷8bのみを停止させるようにしてもインバータ4における発熱量が低下し、異常温度上昇を解消できる場合がある。また、夜間において電源機器1a(太陽電池)からの電力供給が見込めない場合には、ステップS303において電圧変換器3aを更にオフ状態とすることにより、電力制御装置100内における温度上昇を更に抑制ことができる。また、電圧変換器3a,3bをオフ状態とし、インバータ4をオン状態にして、商用電源系統7から蓄電池1cに充電するように構成してもよい。また、燃料電池1bの停止要因が異常温度上昇である場合に、ステップS303においてすぐに負荷等を停止するように構成したが、燃料電池1bがシャットダウンに移行した後に負荷等の停止を行うようにしてもよい。
In step S303 of the present embodiment, a part of the
次に制御部103は、燃料電池1bが発電中であるか否かを判定し(S304)、発電中である場合には、更に蓄電池1cに充電されている電力量が燃料電池1bのシャットダウンに必要な電力量を上回るかどうかについて判定する(S305)。
Next, the
以下にその手順の一例を示す。制御部103は、燃料電池1bのシャットダウンに必要な電力量WS、負荷機器を含む電力制御装置100がシャットダウン中に消費する電力量WL、及びシャットダウン中に他の電源機器(太陽電池1a,蓄電池1c)から供給可能な電力量WPを算出する。そして、算出されたWS,WL及びWPが式(1)の関係を満たすか否かの判定を行う(S305)。
An example of the procedure is shown below. The
WP − WL > WS 式(1) W P - W L> W S-type (1)
ここで式(1)は、他の電源機器から供給可能な電力量WPから、負荷を含む電力制御装置100の消費電力量WLを差し引いても、なお燃料電池1bのシャットダウンに必要な電力量WSを賄うことができることを意味する。式(1)におけるWLは、特定負荷8b及びインバータ4等の電力供給部の消費電力量も含むものとし、各電源機器及び各負荷のオン/オフ状態に対応した値を適用するものとする。
Wherein formula (1), from the amount of power W P can be supplied from another power device, it is subtracted power consumption W L of the
制御部103は、式(1)を満たすか否かを判定し、式(1)を満たさないと判定すると、蓄電池1cに対して更に充電を行い、式(1)を満たすまで継続する。
The
制御部103は、蓄電池1cの充電量が式(1)を満たすと判定すると、次に燃料電池1bのシャットダウン動作を開始する(S306)。燃料電池1bのシャットダウン動作は、先述のように発電セルに割れが生じないように外部から電力を供給し、十分に時間をかけて冷却を行なう。燃料電池1bのシャットダウン開始後の電力制御装置100の動作状態を図5に示す。図5において、燃料電池1bのシャットダウン時の電力は、太陽電池1a及び蓄電池1cから供給されるように記載しているが、どちらか一方のみから供給されるように構成してもよいし、商用電源系統7から供給されるように構成してもよい。
If it determines with the charge amount of the
次に制御部103は、シャットダウン動作が完了したか否かの判定を行う(S307)。この判定には、後述するように例えば燃料電池1bにシャットダウン電力を供給する電圧変換器3bを流れる電流の方向等の情報を用いることができる。
Next, the
制御部103は、燃料電池1bのシャットダウンが完了したと判定した場合に、異常温度上昇が解消しているか否かを更に判定する(S311)。異常温度上昇が解消している場合には、ステップS303で実行した特定負荷8bの一部停止の解除を行う(S312)。電力供給停止を回避すべき燃料電池1bのシャットダウン動作が完了したため、本来は継続して動作させるべき特定負荷8bを全て動作状態に戻すためである。ステップS303が実行されていない場合には、このステップS312は実行されない。
When it is determined that the shutdown of the
制御部103は、ステップS311において異常温度上昇が十分に余裕をもって解消されていると判定すると、ステップS303におけるインバータ4の停止を含む全ての停止を、ステップS312において同時に解除する。
If the
制御部103は、ステップS304において、燃料電池1bの動作モードが発電中ではないと判定すると、次に燃料電池1bがシャットダウン中であるか否かを判定する(S308)。そして制御部103は、燃料電池1bがシャットダウン中であると判定すると、次にシャットダウンが完了しているか否かの判定に移行する(S307)。以降の制御フローは、燃料電池1bが発電中であった場合と同様である。
If the
制御部103は、ステップS308において、燃料電池1bの動作モードがシャットダウン中ではないと判定すると、次に燃料電池1bが起動中であるか否かを判定する(S309)。そして制御部103は、燃料電池1bが起動中であると判定すると、燃料電池1bを停止させるための処理を行う(S310)。そして制御部103は、燃料電池1bを停止させた後、電力制御装置100の異常温度上昇が解消されているか否かを判定する(S311)。それ以降の制御フローは、燃料電池1bの動作モードが発電中であったときと同様である。
When the
ところで、上述の制御フローのステップS304,S308,S309,S307において、制御部103は、燃料電池1bの動作モードの判定を行っているが、その判定方法について説明する。この判定は、図1における燃料電池管理部104が電圧変換器3bにおける電流の流れる方向を電流センサで監視し、その結果を制御部103に適宜送信することにより行われる。図6は、横軸を時間軸とし、縦軸に燃料電池1bからインバータ4に電流が流れる方向を正としたときの、電圧変換器3bを流れる電流を示す。図6において燃料電池1bの停止状態(T1)では、電圧変換器3bを流れる電流はゼロであるが、起動状態(T2)になると、燃料電池1bは外部から電力の供給を受けて(すなわち図6で負の電流が流れる)セルの温度を上昇させる。そして、セル温度が所定の温度に達して発電可能な状態になると、燃料電池1bは発電を開始する(T3)。次に燃料電池1bは、例えば保守・点検等の事情で発電を停止させる際には、前述の理由によりシャットダウンモードに移行する(T4)。ここでは、上述のようにセル温度を徐々に冷却するために、外部から電力の供給を受けて一定時間をかけてシャットダウンを完了する。シャットダウンが完了すると、電圧変換器3bを流れる電流はゼロとなる(T5)。
By the way, in steps S304, S308, S309, and S307 of the above-described control flow, the
制御部103は、電圧変換器3bを流れる電流の方向に関する情報を燃料電池管理部104経由で取得する。制御部103は、図6の電流特性を利用して、電流が負から正へと切り替わった時点から正の電流を検出し続ける限りにおいて発電中であると判定する。また、電流が正から負に切り替わった時点から、負の電流を検出し続ける限りにおいてシャットダウン中であると判定する。更に、シャットダウン中を検出した後に電流が継続してゼロになった時点で燃料電池1bが停止したと判定する。そして、電流がゼロの状態から負の電流へと変化し、負の電流を検出し続ける限りにおいて燃料電池1bが起動中であると判定する。
The
(利用者による手動停止時の制御フロー)
電力制御装置100内の制御部103は、図3において、燃料電池1bを停止すべき要因があるがそれが異常温度上昇ではないと判定した場合、その要因が利用者による手動停止であるか否かを判定する(S313)。利用者による手動停止とは、燃料電池1bのメンテナンス等の目的で利用者が停止ボタンを押す等の操作を行うことにより実行される停止動作をいう。制御部103は、燃料電池1bを停止すべき要因が利用者による手動停止であると判定した場合、次に燃料電池1bが発電中であるか否かを判定する(S314)。この判定においても、制御部103はステップS304と同様に図6の電流特性を用いて発電中であるか否かの判定を行う。
(Control flow for manual stop by the user)
If the
制御部103は、ステップS314において燃料電池1bが発電中であると判定すると、蓄電池1cの充電量があらかじめ決められた第1の充電量以上であるか否かを判定する(S315)。ここでいう第1の充電量とは、例えば利用者が停電等の非常時においても必ず使用したい特定負荷8bの消費電力と平均的な停電時間等から算出された、電力制御装置100のシャットダウン時に最低限蓄電池1c内に確保しておくべき電力量と、燃料電池1bのシャットダウン動作に必要な電力量の和である。一方、ステップS314において燃料電池1bが発電中でないと判定すると、次に制御部103は、燃料電池1bがシャットダウン中であるか否かを判定する(S308)。それ以降の制御フローは、燃料電池1bを停止すべき要因が異常温度上昇であった場合と同様である。
When determining that the
制御部103は、ステップS315において蓄電池1c内の電力量が第1の充電量以上でないと判定すると、蓄電池1cに充電を行う。図7には、蓄電池1c内の利用可能な電力量が第1の充電量以上で無い場合の充電処理時の動作状態を示す。一般的な負荷8a及び特定負荷8bには、商用電源系統7から電力の供給を行い、蓄電池1cには、燃料電池1bにおいて発電された電力を供給する。この充電処理は、蓄電池1c内の電力量が第1の充電量以上になるまで継続される。一方、制御部103は、ステップS315において蓄電池1c内の電力量が第1の充電量以上であると判定すると、燃料電池1bのシャットダウンを開始する(S306)。それ以降の制御フローは、燃料電池1bを停止すべき要因が異常温度上昇であった場合と同様である。
If the
本実施形態において、第1の充電量は、燃料電池1bのシャットダウンに必要な電力量に対して十分に余裕のある電力量であり、蓄電池1cが放電可能な電力量として第1の充電量以上の電力量を確保しておけば、燃料電池1bのシャットダウンを安全に行うことが可能である。
In the present embodiment, the first charge amount is a sufficient amount of power with respect to the amount of power required for shutting down the
ステップS315において、燃料電池1bで発電された電力を蓄電池1cに充電するように動作させているが、太陽電池1a又は商用電源系統7からの電力を使って充電するように構成してもよい。
In step S315, the electric power generated by the
(定期的な自動停止時の制御フロー)
電力制御装置100内の制御部103は、図3のステップS313において、燃料電池1bを停止すべき要因があるがそれが利用者による手動停止ではないと判定した場合、その停止要因は、定期的な自動停止であると認識し、燃料電池1bが発電中であるか否かを判定する(S316)。この判定においても制御部103は、ステップS304と同様に図6の電流特性を用いて発電中であるか否かの判定を行う。
(Control flow for periodic automatic stop)
When the
制御部103は、ステップS316において燃料電池1bが発電中であると判定すると、蓄電池1cの充電量があらかじめ決められた第2の充電量以上であるか否かを判定する(S317)。ここでいう第2の充電量とは、例えばガス漏れ対策としての燃料電池1bの定期的な24時間自動停止時においても、利用者が必ず使用したい特定負荷8bの消費電力等から算出された、燃料電池1bのシャットダウン後に蓄電池1c内に確保しておくべき電力量と、燃料電池1bのシャットダウン動作に必要な電力量の和である。一方、ステップS316において燃料電池1bが発電中でないと判定すると、次に制御部103は、燃料電池1bがシャットダウン中であるか否かを判定する(S308)。それ以降の制御フローは、燃料電池1bを停止すべき要因が異常温度上昇であった場合と同様である。
When determining that the
制御部103は、ステップS317において蓄電池1c内の電力量が第2の充電量以上でないと判定すると、蓄電池1cに充電を行う。この場合の充電処理は、利用者による燃料電池1bの手動停止時と同様に行われ、例えば図7のように一般的な負荷8a及び特定負荷8bには、商用電源系統7から電力の供給を行い、蓄電池1cには、燃料電池1bからの電力を供給することにより行う。この充電は、蓄電池1c内の電力量が第2の充電量以上になるまで継続される。一方、制御部103は、ステップS317において蓄電池1c内の電力量が第2の充電量以上であると判定すると、燃料電池1bのシャットダウンを開始する(S306)。それ以降の制御フローは、燃料電池1bを停止すべき要因が異常温度上昇であった場合と同様である。
If the
本実施形態において、第2の充電量は、第1の充電量よりも大きいため、燃料電池1bのシャットダウンに必要な電力量に対して十分に余裕のある電力量であり、蓄電池1cが放電可能な電力量として第2の充電量以上の電力量を確保しておけば、燃料電池1bのシャットダウンを安全に行うことが可能である。
In the present embodiment, since the second charge amount is larger than the first charge amount, the amount of power is sufficiently large with respect to the amount of power necessary for shutting down the
以上のように、本発明の一実施形態によれば、燃料電池を停止すべき要因が発生しても、シャットダウン中の燃料電池に対して、少なくとも蓄電池から優先的に電力が供給され続けるので、燃料電池スタックに損傷を与えることなく、燃料電池を安全に停止させることができる。 As described above, according to one embodiment of the present invention, even if a factor for stopping the fuel cell occurs, power is continuously supplied to the fuel cell that is shut down preferentially from at least the storage battery. The fuel cell can be safely stopped without damaging the fuel cell stack.
また、本発明の一実施形態によれば、電力制御装置の異常温度上昇が発生しても、装置内の温度上昇を抑えつつ、シャットダウン中の燃料電池に対して、少なくとも蓄電池から優先的に電力が供給され続けるので、燃料電池スタックに損傷を与えることなく、燃料電池を安全に停止させることができる。 According to an embodiment of the present invention, even if an abnormal temperature rise of the power control device occurs, power is preferentially given from at least the storage battery to the fuel cell that is shutting down while suppressing the temperature rise in the device. Therefore, the fuel cell can be safely stopped without damaging the fuel cell stack.
また、本発明の一実施形態によれば、利用者による燃料電池の手動停止操作が発生しても、シャットダウン中の燃料電池に対して、少なくとも蓄電池から優先的に電力が供給され続けるので、燃料電池スタックに損傷を与えることなく、燃料電池を安全に停止させることができる。また、燃料電池の停止後に停電等の障害が発生しても、利用者が必ず使用したい特定負荷への電力供給を行うことができる。 In addition, according to an embodiment of the present invention, even if a manual stop operation of the fuel cell by the user occurs, power is continuously supplied at least preferentially from the storage battery to the fuel cell being shut down. The fuel cell can be safely stopped without damaging the cell stack. Further, even if a failure such as a power failure occurs after the fuel cell is stopped, power can be supplied to a specific load that the user always wants to use.
また、本発明の一実施形態によれば、ガス漏れ検知対策としての定期的な燃料電池の自動停止が発生しても、シャットダウン中の燃料電池に対して、少なくとも蓄電池から優先的に電力が供給され続けるので、燃料電池スタックに損傷を与えることなく、燃料電池を安全に停止させることができる。また、燃料電池の停止後に停電等の障害が発生しても、停止期間の間、利用者が必ず使用したい特定負荷への電力供給を行うことができる。 In addition, according to an embodiment of the present invention, even when a periodic fuel cell automatic stop as a gas leakage detection measure occurs, power is preferentially supplied from the storage battery to the fuel cell that is shut down. Therefore, the fuel cell can be safely stopped without damaging the fuel cell stack. Further, even if a failure such as a power failure occurs after the fuel cell is stopped, it is possible to supply power to a specific load that the user always wants to use during the stop period.
本実施形態において、燃料電池1bを停止すべき要因として3つの要因を想定して制御フローを構成したが、本発明はこの構成には限定されない。異常温度上昇以外の異常発生を含めて図3のステップS302を構成してもよいし、異常の種類ごとにステップS302とは異なるステップを実行するように構成してもよい。
In the present embodiment, the control flow is configured assuming three factors as factors for stopping the
以上、本発明を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は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、各部材、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、複数の手段又はステップなどを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。 Although the present invention has been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various changes or modifications based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations or modifications are included in the scope of the present invention. For example, the functions included in each member, each means, each step, etc. can be rearranged so as not to be logically contradictory, and a plurality of means, steps, etc. can be combined into one or divided. Is possible.
1a 電源機器(太陽電池)
1b 電源機器(燃料電池)
1c 電源機器(蓄電池)
2a〜2c 電源機器接続端子
3a〜3c 電圧変換器
4 インバータ
5a〜5c スイッチ
6a 系統接続端子
6b 負荷接続端子
7 商用電源系統
8a 負荷
8b 特定負荷
10 制御信号
100 電力制御装置
101 電源機器接続部
102 負荷接続部
103 制御部
104 燃料電池管理部
1a Power supply device (solar cell)
1b Power supply equipment (fuel cell)
1c Power supply equipment (storage battery)
2a-2c Power supply device connection terminal 3a-
Claims (12)
前記複数の分散電源がそれぞれ接続されて電力供給を行うことが可能な複数の電力供給部と、
前記燃料電池のシャットダウン中に、前記燃料電池を除く前記分散電源、又は前記系統のうち少なくとも一つから前記燃料電池に対して、シャットダウン完了まで電力供給を継続させる制御部とを備え、
前記制御部は、前記燃料電池を停止させるべき要因の種類を判定し、前記充電処理を行う際に前記要因の種類に対応した充電量を超えるように前記蓄電池に充電させることを特徴とする電力制御装置。 A power control device capable of connecting a plurality of distributed power sources including a fuel cell and a storage battery and a system,
A plurality of power supply units to which the plurality of distributed power sources are respectively connected and capable of supplying power;
During the shutdown of the fuel cell, the distributed power source excluding the fuel cell, or a control unit that continues power supply to the fuel cell from at least one of the systems until the shutdown is completed ,
Wherein the control unit, the fuel cell to determine the type of factors to be stopped, and said Rukoto is charged in the storage battery to exceed charge amount corresponding to the type of the factors in making the charging process Power control device.
前記制御部は、前記蓄電池を除く前記分散電源又は前記系統から前記蓄電池にあらかじめ設定された第1の充電量を充電させる前記充電処理を行う、請求項1または2に記載の電力制御装置。 The factor is a stop operation of the fuel cell is performed by the user,
Wherein the control unit performs the charging process for charging the first charge amount that has been set in advance in the storage battery from the distributed power or the system except for the battery, the power control apparatus according to claim 1 or 2.
前記制御部は、前記蓄電池を除く前記分散電源又は前記系統から前記蓄電池に対し、前記要因が利用者によって行われる前記燃料電池の停止操作であった場合における第1の充電量よりも多い第2の充電量を充電させる前記充電処理を行う、請求項1または2に記載の電力制御装置。 The factor is a stoppage of the fuel cell that is automatically performed periodically.
The control unit, to said storage battery from the distributed power or the system except for the battery, the greater than the first charge amount when the factor is a stop operation of the fuel cell is performed by the user It performs the charging process for charging the second charge amount, the power control apparatus according to claim 1 or 2.
前記燃料電池の動作モードを判定する燃料電池動作判定ステップと、
前記燃料電池動作判定ステップにおいて前記燃料電池がシャットダウン中であると判定した場合に、前記燃料電池を除く前記分散電源、又は前記系統のうち少なくとも一つから前記燃料電池に対して、シャットダウンを完了するまで電力供給を継続させるシャットダウン電力供給ステップと、
前記燃料電池を停止させるべき要因の種類を判定し、前記充電処理を行う際に前記要因の種類に対応した充電量を超えるように前記蓄電池に充電させるステップとを含むことを特徴とする電力制御装置の制御方法。 A control method of a power control device capable of connecting a plurality of distributed power sources including a fuel cell and a storage battery, and a system, wherein the processing procedure by the power control device includes:
A fuel cell operation determination step for determining an operation mode of the fuel cell;
When it is determined in the fuel cell operation determination step that the fuel cell is being shut down, the shutdown is completed for the fuel cell from at least one of the distributed power source excluding the fuel cell or the system. Shutdown power supply step to continue power supply until ,
And determining the type of the factor that should stop the fuel cell, and charging the storage battery to exceed the amount of charge corresponding to the type of the factor when performing the charging process. Control method of the device.
前記燃料電池の動作モードを判定する燃料電池動作判定ステップと、
前記燃料電池動作判定ステップにおいて前記燃料電池がシャットダウン中であると判定した場合に、前記燃料電池を除く前記分散電源、又は前記系統のうち少なくとも一つから前記燃料電池に対して、シャットダウンを完了するまで電力供給を継続させるシャットダウン電力供給ステップと、
前記燃料電池を停止させるべき要因の種類を判定し、前記充電処理を行う際に前記要因の種類に対応した充電量を超えるように前記蓄電池に充電させるステップとを実行させることを特徴とする電力制御装置の制御プログラム。 To a power control device that can connect a plurality of distributed power sources including a fuel cell and a storage battery and a system,
A fuel cell operation determination step for determining an operation mode of the fuel cell;
When it is determined in the fuel cell operation determination step that the fuel cell is being shut down, the shutdown is completed for the fuel cell from at least one of the distributed power source excluding the fuel cell or the system. Shutdown power supply step to continue power supply until ,
Determining a type of a factor to stop the fuel cell, and causing the storage battery to charge so as to exceed a charge amount corresponding to the type of the factor when performing the charging process. Control unit control program.
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