JP6378955B2 - 電力供給システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池及び蓄電装置からの電力を負荷へと供給する電力供給システムの技術に関する。

従来、発電可能な燃料電池と、前記燃料電池で発電された電力を充放電可能な蓄電装置と、前記燃料電池の発電及び前記蓄電装置の充放電を制御する制御装置と、を具備し、前記燃料電池及び前記蓄電装置からの電力を負荷へと供給する電力供給システムの技術は公知となっている。例えば、特許文献１に記載の如くである。

特許文献１に記載の電力供給システム（エネルギー管理システム）は、発電可能な燃料電池と、前記燃料電池で発電された電力を充放電可能な蓄電装置（蓄電池）と、前記燃料電池の発電及び前記蓄電装置の充放電を制御する制御装置（エネルギー管理装置）と、を具備し、前記燃料電池及び前記蓄電装置からの電力を負荷へと供給する。

そして、特許文献１に記載の電力供給システムにおいては、所定時刻において蓄電装置に充電された電力量が０に近付くように、燃料電池の発電及び蓄電装置の充放電が制御装置により制御される。こうして、前記電力供給システムにおいては、蓄電装置に充電された電力を所定時間まで利用することができると共に、前記充電された電力を可及的に使い切ることができる。

しかしながら、特許文献１に記載の電力供給システムにおいては、前記所定時間が経過した後には、蓄電装置に充電された電力を使用したい場合であっても、当該蓄電装置に充電された電力残量が無い場合がある。さらに、燃料電池で発電された電力を蓄電装置に長期間に亘って充電させることができない場合を考慮しておらず、このような場合に蓄電装置の動作が非効率となるおそれがある。このように、特許文献１に記載の電力供給システムにおいては、燃料電池及び蓄電装置を好適に連携させる点で改善の余地があった。

特開２０１３−７４６８９号公報

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、燃料電池及び蓄電装置を好適に連携させることができる電力供給システムを提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、商用電源と分電盤とを結ぶ第一電路に接続された発電可能な燃料電池と、前記第一電路とは異なる第二電路により前記分電盤と接続されると共に前記燃料電池で発電された電力を充放電可能な蓄電装置と、前記燃料電池の発電及び前記蓄電装置の充放電を制御する制御装置と、を具備し、前記燃料電池及び前記蓄電装置からの電力を前記分電盤を介して負荷へと供給する電力供給システムであって、前記制御装置は、一の単位期間の前記蓄電装置の充電の結果を学習することにより、他の単位期間の前記蓄電装置の充電電力量を予測可能に構成され、前記蓄電装置の電力残量が所定値以下であって、且つ所定の充電時間帯であると、前記燃料電池で発電された電力又は商用電源からの電力を満充電になるまで当該蓄電装置に充電し、前記蓄電装置を充電した後に、当該充電した単位期間が終了する迄の前記蓄電装置の充電電力量である第一予測充電電力量を予測し、前記第一予測充電電力量が第一閾値以上であるか否かに応じて前記蓄電装置の放電を制御するものである。

請求項２においては、前記制御装置は、前記蓄電装置を充電した後に、更に当該充電した単位期間の次の単位期間における充電電力量である第二予測充電電力量を予測し、前記第二予測充電電力量が第二閾値以上であるか否かに応じて前記蓄電装置の放電を制御するものである。

請求項３においては、前記制御装置は、前記第一予測充電電力量が前記第一閾値よりも小さく、且つ、前記第二予測充電電力量が前記第二閾値よりも小さい場合に、前記蓄電装置の放電を前記次の単位期間まで停止させるものである。

請求項４においては、前記第一閾値及び前記第二閾値は、前記蓄電装置の充電容量に対して所定の割合を乗算した値であるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、燃料電池及び蓄電装置を好適に連携させることができる。

請求項２においては、燃料電池及び蓄電装置をより好適に連携させることができる。

請求項３においては、蓄電装置の動作効率を向上させることができる。

請求項４においては、蓄電装置の動作効率をより向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る電力供給システムの構成を示したブロック図。 同じく、制御装置の処理を示したフローチャート。 （ａ）同じく、消費電力及び蓄電装置の充放電の第一の例を示した図。（ｂ）同じく、消費電力及び蓄電装置の充放電の第二の例を示した図。 同じく、制御装置による蓄電装置の動作確認の処理を示したフローチャート。 （ａ）負荷の消費電力が燃料電池の最大発電電力よりも大きい状態の例を示した図。（ｂ）負荷の消費電力が燃料電池の最大発電電力よりも大きい場合に想定し得る問題点を示した図。

以下では、図１を用いて、本発明に係る「電力供給システム」の一実施形態である電力供給システム１の構成について説明する。

電力供給システム１は、建築物（本実施形態においては住宅）に設けられ、商用電源３０や燃料電池６、蓄電装置４等からの電力を図示せぬ負荷に供給するものである。電力供給システム１は、主として分電盤２、第一電力経路３、蓄電装置４、第二電力経路５、燃料電池６、第三電力経路７、太陽光発電部８、第四電力経路９、センサ部１０及び制御装置１１を具備する。

分電盤２は、所定の電力経路を介して供給された電力を負荷に分配するものである。分電盤２には、図示せぬ漏電遮断器や、配線遮断器、制御ユニット等が設けられる。分電盤２は、負荷に接続される（不図示）。

なお、本実施形態において「負荷」とは、住宅内で電力が消費される電化製品等が接続される回路である。負荷は、例えば部屋ごとや、大きな電力を消費する機器専用のコンセントごとに設けられる。

第一電力経路３は、電力が流通可能な経路である。第一電力経路３は、導線等で構成される。第一電力経路３は、商用電源３０と分電盤２とを接続する。

蓄電装置４は、電力を充放電可能な装置である。蓄電装置４は、図示せぬリチウムイオン電池や、パワーコンディショナ、制御部２１等により構成される。蓄電装置４は、商用電源３０と連系動作可能（系統連係可能）に構成される。蓄電装置４は、負荷の消費電力に応じて（必要に応じて）電力を放電する負荷追従運転可能に構成される。

蓄電装置４の制御部２１は、前記リチウムイオン電池等を制御し、ひいては蓄電装置４の充放電を制御するものである。制御部２１は、主としてＣＰＵ等の演算処理装置、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶装置、Ｉ／Ｏ等の入出力装置等により構成される。制御部２１は、蓄電装置４の電力残量（充電状態）に関する情報を取得する。制御部２１は、蓄電装置４に内蔵される。

第二電力経路５は、電力が流通可能な経路である。第二電力経路５は、導線等で構成される。第二電力経路５は、分電盤２と蓄電装置４とを接続する。

燃料電池６は、水素等の燃料を用いて発電する装置である。燃料電池６には、固体酸化物型の燃料電池（ＳＯＦＣ）が用いられる。燃料電池６は、複数日間に亘って運転（発電）可能である。本実施形態において燃料電池６は、メンテナンスを行う場合（例えば、２６日間のうち１日）を除き、通常は２４時間連続して（２５日間に亘って）運転される。燃料電池６は図示せぬ貯湯ユニットを具備し、発電時に発生する熱を用いて当該貯湯ユニット内で湯を沸かすことができる。燃料電池６は、必要に応じて電力を発電する負荷追従運転可能に構成される。本実施形態において燃料電池６は、最大発電電力が７００Ｗに設定される。

第三電力経路７は、電力が流通可能な経路である。第三電力経路７は、導線等で構成される。第三電力経路７は、燃料電池６と第一電力経路３の中途部（以下では「第一接点２２」と称する。）とを接続する。

太陽光発電部８は、太陽光を利用して発電する装置である。太陽光発電部８は、発電した電力を出力可能に構成される。太陽光発電部８は、図示せぬ太陽電池パネル等により構成される。太陽光発電部８は、住宅の屋根の上等の日当たりの良い場所に設置される。

第四電力経路９は、電力が流通可能な経路である。第四電力経路９は、導線等で構成される。第四電力経路９は、太陽光発電部８と第一電力経路３の中途部（以下では「第二接点２３」と称する。）とを接続する。第二接点２３は、商用電源３０と第一接点２２との間に配置される。

センサ部１０は、電力供給システム１内の電力に関する情報を取得するものである。センサ部１０は、第一センサ２４、第二センサ２５及び第三センサ２６を具備する。

第一センサ２４は、第一電力経路３において第二接点２３よりも上流側（商用電源３０側）に配置される。第一センサ２４は、商用電源３０からの電力（又は、商用電源３０への電力）に関する情報を取得する。第一センサ２４は、制御装置１１と電気的に接続される。第一センサ２４は、取得した情報を出力可能に構成される。

第二センサ２５は、第一電力経路３において第一接点２２よりも下流側（分電盤２側）に配置される。第二センサ２５は、第一電力経路３を介して分電盤２に供給される電力に関する情報を取得する。第二センサ２５は、制御装置１１と電気的に接続される。第二センサ２５は、取得した情報を出力可能に構成される。

第三センサ２６は、第三電力経路７の中途部に配置される。第三センサ２６は、燃料電池６で発電された電力に関する情報を取得する。第三センサ２６は、制御装置１１と電気的に接続される。第三センサ２６は、取得した情報を出力可能に構成される。

制御装置１１は、電力供給システム１内の情報を管理すると共に、当該電力供給システム１における電力の供給態様（例えば、燃料電池６の発電や蓄電装置４の充放電等）を制御するものである。制御装置１１は、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶部や、ＣＰＵ等の演算処理部等により構成される。制御装置１１の記憶部には、電力供給システム１における電力の供給態様に関する情報が予め記憶されている。

なお、制御装置１１は、燃料電池６と電気的に接続される。制御装置１１は、燃料電池６の運転（発電）を制御することができる。
また、制御装置１１は、蓄電装置４（より詳細には、制御部２１）と電気的に接続される。制御装置１１は、蓄電装置４の運転（電力の充放電）を制御することができる。また、制御装置１１は、蓄電装置４で充放電された電力に関する情報を取得する。また、制御装置１１は、蓄電装置４の電力残量（充電状態）に関する情報を取得する。
また、制御装置１１は、センサ部１０（第一センサ２４、第二センサ２５及び第三センサ２６）と電気的に接続される。制御装置１１は、センサ部１０で取得した情報を取得する。

また、制御装置１１は、蓄電装置４の運転（電力の充放電）や、蓄電装置４の電力残量（充電状態）を学習する学習機能を有する。制御装置１１は、先週の同じ曜日や、前年の同じ日（本発明に係る「一の単位期間」）における学習結果に基づいて、例えば当日や翌日（本発明に係る「他の単位期間」）の負荷の消費電力や、蓄電装置４の充電可能な電力量や、蓄電装置４から放電される電力量を予測（算出）することができる。なお、前記学習機能は、制御装置１１ではなく、蓄電装置４の制御部２１が有するものとして、制御装置１１は制御部２１の学習結果を取得する構成としても良い。

以下では、電力供給システム１における電力の供給態様の概略について説明する。

なお、本実施形態において電力の供給態様は、制御装置１１により制御されるものである。しかしながら、電力の供給態様は、制御装置１１ではなく、図示せぬホームサーバ等の制御手段や、スイッチ部、パワーコンディショナが有する制御部、蓄電装置４の制御部２１、燃料電池６の制御部等により制御されるものでもよく、本発明はこれを限定するものではない。

商用電源３０からの電力は、第一電力経路３を介して分電盤２に供給される。また、太陽光発電部８で発電された電力は、第四電力経路９及び第一電力経路３を介して分電盤２に供給される。また、燃料電池６で発電された電力は、第三電力経路７及び第一電力経路３を介して分電盤２に供給される。このように、本実施形態において商用電源３０からの電力と、太陽光発電部８及び燃料電池６で発電された電力とは、第一電力経路３を介して分電盤２に供給される。また、蓄電装置４で放電された電力は、第二電力経路５を介して分電盤２に供給される。

そして、分電盤２に供給された電力は、当該分電盤２により負荷に分配される。これによって、住宅の居住者は、照明を点灯させたり、調理器具やエアコンを使用したりすることができる。

このように、電力供給システム１においては、負荷の消費電力（分電盤２により分配される電力）を、商用電源３０からの電力だけでなく、太陽光発電部８や燃料電池６で発電された電力や、蓄電装置４で放電された電力を用いて賄うことができる。これによって、商用電源３０から分電盤２に供給される電力（買電）を減らし、電力料金を節約することができる。

また、負荷の消費電力が商用電源３０からの電力以外の電力（すなわち、燃料電池６で発電された電力等）で賄え、且つ太陽光発電部８で発電された電力に余剰が生じた場合には、当該余剰した電力を商用電源３０に逆潮流させて売電することができる。これによって、電力料金を節約すると共に、経済的な利益を得ることができる。

また、燃料電池６は、通常は２４時間連続して運転されるものであるが、当該燃料電池６で発電された電力を蓄電装置４に充電させることもできる。ここで、従来の固体高分子型の燃料電池を具備する技術においては、比較的安価な深夜電力を蓄電装置４に充電させるため、買電の料金プランとして、昼間と夜間とで電気料金の単価が異なる時間帯別電灯を選択していた。しかしながら、本実施形態においては、蓄電装置４に燃料電池６で発電された電力を充電させることもできるため、買電の料金プランとして、時刻によって電気料金の単価が変化しない従量電灯を選択することが望ましい。

以下では、電力供給システム１における電力の供給態様のうち、蓄電装置４の充放電に着目した電力の供給態様について、図２のフローチャート及び図３を用いて説明する。

なお、図３は、消費電力及び蓄電装置の充放電の例を示した図である。具体的に図３が示す内容について説明すると、図３には主に住宅内の消費電力の推移が示されている。すなわち、前記消費電力は、後述する第二定格電力（７００Ｗ）よりも大きい場合には、商用電源３０からの電力や、蓄電装置４から放電された電力及び燃料電池６で発電された電力により賄われている。また、前記消費電力は、前記第二定格電力（７００Ｗ）以下である場合には、前記消費電力より大きな電力（すなわち、第一定格電力又は第二定格電力）が燃料電池６で発電され、余剰した電力が蓄電装置４で充電されている。

電力の供給態様においては、単位期間ごとに、電力供給システム１が設けられている住宅の住人のライフスタイルに合うような制御（すなわち、燃料電池６からの電力を効率よく負荷へと供給すると共に、燃料電池６の発電に使用する燃料の使用量を可及的に抑制することができる制御）が行われる。なお、前記ライフスタイルに合うような制御には、後述するような、燃料電池６で発電される電力を２つの定格電力のうち何れか一つとする制御が含まれる。また、本実施形態においては、前記単位期間として１日（０時から２４時まで）が適用される（図３参照）。

ステップＳ１００において、制御装置１１は、蓄電装置４の動作確認の処理を行う。蓄電装置４の動作確認の処理とは、蓄電装置４の動作が非効率となるのを回避し、蓄電装置４の動作効率を向上させるための処理である。
なお、制御装置１１による蓄電装置４の動作確認の処理についての詳細な説明は後述する。
制御装置１１は、ステップＳ１００の処理を行った後、ステップＳ１０１へ移行する。

ステップＳ１０１において、制御装置１１は、蓄電装置４に充電された電力の残量（蓄電装置４の電力残量）が所定値以下であって、且つ現在の時刻が所定の充電時間帯であるか否かを判定する。
制御装置１１は、蓄電装置４の電力残量が所定値以下であって、且つ現在の時刻が所定の充電時間帯であると判定した場合には、ステップＳ１０２へ移行する。
一方、制御装置１１は、蓄電装置４の電力残量が所定値以下であって、且つ現在の時刻が所定の充電時間帯ではないと判定した場合には、ステップＳ１０５へ移行する。

なお、前記「所定値」は、本発明に係る「所定値」の一実施形態である。前記「所定値」は、任意の値を設定することができる。また、前記「充電時間帯」は、本発明に係る「充電時間帯」の一実施形態である。本実施形態において前記「充電時間帯」は、１日（単位期間）のうち負荷の消費電力が他の時間帯よりも小さいと想定される時間帯、例えば午前３時から午前５時までの時間帯であるものとする。

ステップＳ１０２において、制御装置１１は、所定の電力を（蓄電装置４が満充電となるまで）蓄電装置４に充電させる。
なお、前記「所定の電力」とは、燃料電池６で発電された電力が負荷の消費電力よりも大きい場合（負荷の消費電力に対して余剰した電力が生じている場合）には、当該余剰した電力（すなわち、燃料電池６で発電された電力）であるものとする。また、燃料電池６で発電された電力が負荷の消費電力よりも小さい場合（負荷の消費電力に対して余剰した電力が生じていない場合）には、商用電源３０からの電力であるものとする（図３（ａ）における期間Ｔ１参照）。
制御装置１１は、ステップＳ１０２の処理を行った後、ステップＳ１０３へ移行する。

ステップＳ１０３において、制御装置１１は、蓄電装置４が満充電であるか否かを判定する。
制御装置１１は、蓄電装置４が満充電であると判定した場合には、ステップＳ１００へ移行する。
一方、制御装置１１は、蓄電装置４が満充電ではないと判定した場合には、再びステップＳ１０３へ移行する。

ステップＳ１０１から移行したステップＳ１０５において、制御装置１１は、燃料電池６が発電しているか否かを判定する。
制御装置１１は、燃料電池６が発電していると判定した場合には、ステップＳ１０９へ移行する。
一方、制御装置１１は、燃料電池６が発電していないと判定した場合には、ステップＳ１０６へ移行する。

ステップＳ１０６において、制御装置１１は、第一電力経路３を介して分電盤２に供給される電力（住宅内に入る電力）の設定値が、第二設定電力（本実施形態においては、１５０Ｗ）となるように設定する。
制御装置１１は、ステップＳ１０６の処理を行った後、ステップＳ１０７へ移行する。

なお、前記第二設定電力は、１５０Ｗに限定するものではない。前記第二設定電力は、後述する第一設定電力よりも小さくなるように設定される。

ステップＳ１０７において、制御装置１１は、蓄電装置４の電力残量が放電可能な程度であるか否かを判定する。
制御装置１１は、蓄電装置４の電力残量が放電可能な程度であると判定した場合には、ステップＳ１０８へ移行する。
一方、制御装置１１は、蓄電装置４の電力残量が放電可能な程度ではないと判定した場合には、ステップＳ１００へ移行する。

ステップＳ１０８において、制御装置１１は、蓄電装置４を放電させ、当該放電させた電力を分電盤２に供給する。
こうして、蓄電装置４から電力を放電して分電盤２に供給することにより、第一電力経路３を介して分電盤２に供給される電力（住宅内に入る電力）が所定の設定された電力（ステップＳ１０６及びＳ１０９参照）（設定値）とすることができる。なお、図３（ｂ）の期間Ｔ２及び期間Ｔ３においては、ステップＳ１０５；ＹＥＳを経てステップＳ１０８へ移行した場合、すなわち燃料電池６が発電中である場合に、電力が蓄電装置４から放電される状態を示している。
制御装置１１は、ステップＳ１０８の処理を行った後、ステップＳ１００へ移行する。

ステップＳ１０５から移行したステップＳ１０９において、制御装置１１は、第一電力経路３を介して分電盤２に供給される電力（住宅内に入る電力）の設定値が、第一設定電力（本実施形態においては、７００Ｗ）となるように設定する。
制御装置１１は、ステップＳ１０９の処理を行った後、ステップＳ１１０へ移行する。

なお、本実施形態において、前記第一設定電力としての７００Ｗは、燃料電池６の最大発電電力と同一の値となるように設定されたものである。前記第一設定電力は、７００Ｗに限定するものではなく任意の値を設定することができるが、燃料電池６の発電効率を考慮すると、本実施形態のように燃料電池６の最大発電電力と同一の値であることが望ましい。

ステップＳ１１０において、制御装置１１は、燃料電池６で発電された電力が第一定格電力（本実施形態においては、４００Ｗ）よりも小さいか否かを判定する。
制御装置１１は、燃料電池６で発電された電力が４００Ｗよりも小さいと判定した場合には、ステップＳ１１１へ移行する。
一方、制御装置１１は、燃料電池６で発電された電力が４００Ｗよりも小さくないと判定した場合には、ステップＳ１１３へ移行する。

なお、前記第一定格電力は、４００Ｗに限定するものではない。前記第一定格電力は、後述する第二定格電力よりも小さくなるように設定される。

ステップＳ１１１において、制御装置１１は、蓄電装置４が満充電であるか否かを判定する。
制御装置１１は、蓄電装置４が満充電であると判定した場合には、ステップＳ１００へ移行する。
一方、制御装置１１は、蓄電装置４が満充電ではないと判定した場合には、ステップＳ１１２へ移行する。

ステップＳ１１２において、制御装置１１は、燃料電池６で発電される電力が第一定格電力となるように、蓄電装置４に電力を充電させる。
具体的には、例えば現在の負荷の消費電力が２５０Ｗである場合に、１５０Ｗの電力を充電するように蓄電装置４を制御する。これにより、２５０Ｗの電力が分電盤２に供給される（負荷に供給される）と共に１５０Ｗの電力が蓄電装置４に供給されるため、燃料電池６は必要に応じた電力として４００Ｗの電力を発電する。すなわち、蓄電装置４に１５０Ｗの電力を充電することにより、燃料電池６が発電する電力を負荷の消費電力（２５０Ｗ）よりも大きい４００Ｗに増加させる（図３（ｂ）における期間Ｔ４及び期間Ｔ５参照）。
制御装置１１は、ステップＳ１１２の処理を行った後、ステップＳ１００へ移行する。

ステップＳ１１０から移行したステップＳ１１３において、制御装置１１は、燃料電池６で発電された電力が第二定格電力（本実施形態においては、７００Ｗ）よりも小さいか否かを判定する。
制御装置１１は、燃料電池６で発電された電力が７００Ｗよりも小さくないと判定した場合には、ステップＳ１０７へ移行する。
一方、制御装置１１は、燃料電池６で発電された電力が７００Ｗよりも小さいと判定した場合には、ステップＳ１１４へ移行する。

なお、本実施形態において、前記第二定格電力としての７００Ｗは、燃料電池６の最大発電電力と同一の値となるように設定されたものである。前記第二定格電力は、７００Ｗに限定するものではなく任意の値を設定することができるが、燃料電池６の発電効率を考慮すると、本実施形態のように燃料電池６の最大発電電力と同一の値であることが望ましい。

ステップＳ１１４において、制御装置１１は、蓄電装置４が満充電であるか否かを判定する。
制御装置１１は、蓄電装置４が満充電であると判定した場合には、ステップＳ１００へ移行する。
一方、制御装置１１は、蓄電装置４が満充電ではないと判定した場合には、ステップＳ１１５へ移行する。

ステップＳ１１５において、制御装置１１は、燃料電池６で発電される電力が第二定格電力（７００Ｗ）となるように、蓄電装置４に電力を充電させる。
具体的には、例えば現在の負荷の消費電力が５００Ｗである場合に、２００Ｗの電力を充電するように蓄電装置４を制御する。これにより、５００Ｗの電力が分電盤２に供給される（負荷に供給される）と共に２００Ｗの電力が蓄電装置４に供給されるため、燃料電池６は必要に応じた電力として７００Ｗの電力を発電する。すなわち、蓄電装置４に２００Ｗの電力を充電することにより、燃料電池６が発電する電力を負荷の消費電力（５００Ｗ）よりも大きい７００Ｗに増加させる（図３（ｂ）における期間Ｔ６及び期間Ｔ７参照）。

制御装置１１は、ステップＳ１１５の処理を行った後、ステップＳ１００へ移行する。

以上のように、本供給態様においては、ステップＳ１０１；ＹＥＳ、Ｓ１０２、Ｓ１０３に示すように、蓄電装置４の電力残量が所定値以下であって、且つ所定の充電時間帯であると、商用電源３０からの電力を満充電になるまで蓄電装置４に充電するものである。

このような構成により、燃料電池６及び蓄電装置４を好適に連携させることができる。

例えば負荷の消費電力が大きい場合、具体的には負荷の消費電力が燃料電池６の最大発電電力の７００Ｗよりも大きい状態が継続し、蓄電装置４に燃料電池６からの電力が一定時間供給されず、当該蓄電装置４の電力残量が所定値以下となった場合に、商用電源３０からの電力を用いて蓄電装置４を満充電にすることができる。すなわち、通常であれば燃料電池６で発電された電力に余剰が生じた場合に当該余剰電力を蓄電装置４に充電させるところ、所定の条件を満たした場合に、商用電源３０からの電力を用いて蓄電装置４を満充電とすることができる。

また、所定の条件を満たした場合に、商用電源３０からの電力を用いて蓄電装置４を満充電とする時刻は、充電時間帯（本実施形態においては、午前３時から午前７時までの時間帯）である。このように、１日のうち負荷の消費電力が他の時間帯よりも小さいと想定される時間帯に蓄電装置４を満充電とするため、負荷の消費電力に対して燃料電池６で発電された電力に不足が生じている場合に、当該不足した電力が可及的に小さい状態で買電することができる。

また、蓄電装置４の電力残量（充電状態）に関する情報は、当該蓄電装置４の制御部２１により取得されるものである。ここで、蓄電装置４が（満充電とならない程度の）充電と放電とを繰り返し行っている場合には、電力残量に関する情報の誤差が蓄積し、ひいては正確な電力残量に関する情報が取得されない場合がある。しかし、本実施形態においては、所定の条件を満たした場合に、蓄電装置４を満充電とするため、前記電力残量に関する情報の誤差を一旦リセットすることができる。すなわち、蓄電装置４の制御部２１は、電力残量に関する正確な情報を取得することができる。

また、本供給態様においては、ステップＳ１０５；ＹＥＳ、Ｓ１０９等に示すように、燃料電池６が発電している場合、第一電力経路３を介して分電盤２に供給される電力が、所定の第一設定電力となるように蓄電装置４の充放電を制御するものである。
また、本実施形態において第一設定電力は、燃料電池６の最大発電電力（７００Ｗ）に相当するものである。

具体的には、例えば燃料電池６の最大発電電力よりも負荷の消費電力が小さい場合（すなわち、負荷の消費電力に対して最大発電電力が余剰する場合）には、蓄電装置４が当該余剰した電力を充電し、燃料電池６で最大発電電力を発電させる。また、燃料電池６の最大発電電力よりも負荷の消費電力が大きい場合（すなわち、負荷の消費電力に対して最大発電電力が不足する場合）には、蓄電装置４が当該不足する電力を負荷追従機能により放電する。

このように、燃料電池６の最大発電電力よりも負荷の消費電力が小さい場合であっても、又は燃料電池６の最大発電電力よりも負荷の消費電力が大きい場合であっても、燃料電池６は最大発電電力（７００Ｗ）を発電すると共に、当該最大発電電力を他の電力（具体的には、蓄電装置４で放電される電力）よりも優先して分電盤２に供給することができる。

また、本供給態様においては、ステップＳ１１０；ＹＥＳ、Ｓ１１１；ＮＯ、Ｓ１１２や、ステップＳ１１０；ＮＯ、Ｓ１１３；ＹＥＳ、Ｓ１１４；ＮＯ、ステップＳ１１５に示すように、燃料電池６が発電した電力が最大発電電力よりも小さい場合に、燃料電池６が発電した電力に基づいて蓄電装置４に電力を充電し、燃料電池６が発電する電力を複数設定される所定の定格電力のうち何れかとするものである。

具体的には、本実施形態においては、燃料電池６で発電した電力が４００Ｗよりも小さい場合には、当該電力に基づいて蓄電装置４に電力を充電し、燃料電池６が発電する電力を第一定格電力（４００Ｗ）とする。また、燃料電池６で発電した電力が４００Ｗ以上であって７００Ｗよりも小さい場合には、当該電力に基づいて蓄電装置４に電力を充電し、燃料電池６が発電する電力を第二定格電力（７００Ｗ）とする。

このような構成により、例えば燃料電池６が負荷の消費電力に応じて負荷追従機能により必要な電力を発電する場合には、当該発電される電力が一定の値ではないため（小さくなったり、大きくなったりするため）に発電効率が低下する場合があるところ、当該燃料電池６で発電する電力を定格電力とすることで、発電効率の向上を図ることができる。また、燃料電池６で発電した電力に基づいて２つの定格電力（第一定格電力及び第二定格電力）から適当な定格電力が選択されるため、例えば燃料電池６で発電される電力が１つの定格電力（例えば、燃料電池６の最大発電電力である７００Ｗ）となる場合と比べて、燃料電池６の発電に使用する燃料の使用量を可及的に抑制しながら、燃料電池６及び蓄電装置４からの電力を負荷へと供給することができる。

また、本供給態様においては、ステップＳ１０５；ＮＯ、Ｓ１０６等に示すように、燃料電池６が発電していない場合、第一電力経路３を介して分電盤２に供給される電力が、第二設定電力となるように蓄電装置４の充放電を制御するものである。

具体的には、例えば現在の負荷の消費電力が４００Ｗである場合に、２５０Ｗの電力を放電して分電盤２に供給するように蓄電装置４を制御する。これにより、負荷の消費電力に不足する１５０Ｗの電力が、商用電源３０から第一電力経路３を介して分電盤２に供給される。すなわち、商用電源３０から１５０Ｗの電力が買電される。このように、燃料電池６が発電していない場合、商用電源３０から１５０Ｗの電力を買電することにより、蓄電装置４で放電された電力が商用電源３０に逆潮流するのを防止することができる。
なお、本実施形態においては、第二設定電力を比較的小さな１５０Ｗとすることで、電力料金を可及的に節約している。第二設定電力は、１５０Ｗに限定するものではないが、電力料金の節約の観点から出来るだけ小さい電力であることが望ましい。

なお、本実施形態において燃料電池６は、必要に応じて電力を発電する負荷追従機能を有し、且つ複数日間（複数の単位期間）に亘って発電可能であるものである。

このような構成により、固体酸化物型の燃料電池６及び蓄電装置４を好適に連携させることができる。

以下では、図５を用いて、上述の如き蓄電装置４の充放電に着目した電力の供給態様において想定し得る問題点について説明する。

図５（ａ）に示すように、負荷の消費電力が長期間に亘って燃料電池６で発電された電力よりも大きい場合、すなわちステップＳ１１３；ＮＯ等に示すように、長期間に亘って燃料電池６で発電された電力が第二定格電力（７００Ｗ）以上である場合には、燃料電池６で発電された電力に余剰電力が生じないため、当該燃料電池６からの電力を蓄電装置４に充電させることができない。

このような場合には、ステップＳ１０１；ＹＥＳ、Ｓ１０２等に示すように、商用電源３０からの電力を、蓄電装置４が満充電となるまで当該蓄電装置４に充電させる（図５（ｂ）参照）。

しかしながら、ステップＳ１０７；ＹＥＳ、Ｓ１０８等に示すように、商用電源３０からの電力により蓄電装置４が満充電となった場合であっても、負荷の消費電力が燃料電池６で発電された電力よりも大きい場合には、満充電となった直後に蓄電装置４は電力を放電することになる（図５（ｂ）参照）。

このように、上述の如き蓄電装置４の充放電に着目した電力の供給態様においては、負荷の消費電力が長期間に亘って燃料電池６で発電された電力よりも大きい場合に、蓄電装置４が、満充電と放電とを繰り返し、当該蓄電装置４を無駄に動作させることになり、ひいては蓄電装置４の動作が非効率となるという問題点が想定し得る。

このような想定し得る問題点に対して、電力供給システム１においては、ステップＳ１００において制御装置１１による蓄電装置４の動作確認の処理を行う。

制御装置１１による蓄電装置４の動作確認の処理においては、充電時間帯に蓄電装置４に充電させた電力を、当日に使用（放電）するか、又は翌日（当日の次の日）に使用（放電）するかの設定が行われる。そして、充電時間帯に蓄電装置４に充電させた電力を翌日に使用すると設定された場合には、蓄電装置４からの電力の放電が翌日まで停止される。このような処理により、負荷の消費電力が長期間に亘って燃料電池６で発電された電力よりも大きい場合であっても、蓄電装置４が満充電と放電とを繰り返し、蓄電装置４の動作が非効率となるのを回避することができる。すなわち、蓄電装置４の動作効率を向上させることができる。

以下では、図４のフローチャートを用いて、制御装置１１による蓄電装置４の動作確認の処理について詳細に説明する。

ステップＳ２０１において、制御装置１１は、直近の充電時間帯に、蓄電装置４に商用電源３０からの電力が充電されたか否かを判定する。
制御装置１１は、直近の充電時間帯に、蓄電装置４に商用電源３０からの電力が充電されていないと判定した場合には、蓄電装置４が満充電と放電とを繰り返すおそれが無いため（蓄電装置４の動作が非効率となるおそれが無いため）、制御装置１１による蓄電装置４の動作確認の処理を終了する。
制御装置１１は、直近の充電時間帯に、蓄電装置４に商用電源３０からの電力が充電されたと判定した場合には、蓄電装置４が満充電と放電とを繰り返すおそれが有るため（蓄電装置４の動作が非効率となるおそれが有るため）、ステップＳ２０２へ移行する。

ステップＳ２０２において、制御装置１１は、当日（ステップＳ２０１から移行してきた場合には、直近の充放電時間帯から２４時までの間）に、蓄電装置４に充電可能な電力量（以下では「当日充電電力量Ｐ１」と称する）を算出（予測）する。なお、当日充電電力量Ｐ１の算出は、前述したように、制御装置１１の学習機能の学習結果に基づいて行われる。
制御装置１１は、ステップＳ２０２の処理を行った後、ステップＳ２０３へ移行する。

ステップＳ２０３において、制御装置１１は、当日充電電力量Ｐ１が、蓄電装置４の充電容量の５割（第一閾値）以上であるか否かを判定する。

制御装置１１は、当日充電電力量Ｐ１が、蓄電装置４の充電容量の５割以上であると判定した場合には、制御装置１１による蓄電装置４の動作確認の処理を終了する。
このような場合には、制御装置１１による蓄電装置４の動作確認の処理が終了し、蓄電装置４から電力が放電された場合であっても、当日、当該放電された後に燃料電池６からの電力により蓄電装置４はある程度（放電した場合であっても蓄電装置４の動作が非効率とならない程度）の電力を充電することができる。すなわち、当日充電電力量Ｐ１が蓄電装置４の充電容量の５割以上であると判定された場合には、蓄電装置４の動作が非効率となるおそれが無い。

制御装置１１は、当日充電電力量Ｐ１が、蓄電装置４の充電容量の５割よりも少ないと判定した場合には、ステップＳ２０４へ移行する。

ステップＳ２０４において、制御装置１１は、翌日（次の０時から２４時までの間）に蓄電装置４に充電可能な電力量（以下では「翌日充電電力量Ｐ２」と称する）を算出（予測）する。なお、翌日充電電力量Ｐ２の算出は、前述したように、制御装置１１の学習機能の学習結果に基づいて行われる。
制御装置１１は、ステップＳ２０４の処理を行った後、ステップＳ２０５へ移行する。

ステップＳ２０５において、制御装置１１は、翌日充電電力量Ｐ２が、蓄電装置４の充電容量の５割（第二閾値）以上であるか否かを判定する。

制御装置１１は、翌日充電電力量Ｐ２が、蓄電装置４の充電容量の５割以上であると判定した場合には、制御装置１１による蓄電装置４の動作確認の処理を終了する。
このような場合には、制御装置１１による蓄電装置４の動作確認の処理が終了し、蓄電装置４から電力が放電された場合であっても、翌日、当該放電された後に燃料電池６からの電力により蓄電装置４はある程度（放電した場合であっても蓄電装置４の動作が非効率とならない程度）の電力を充電することができる。すなわち、翌日充電電力量Ｐ２が蓄電装置４の充電容量の５割以上であると判定された場合には、蓄電装置４の動作が非効率となるおそれが無い。

制御装置１１は、翌日充電電力量Ｐ２が、蓄電装置４の充電容量の５割よりも少ないと判定した場合には、ステップＳ２０６へ移行する。

ステップＳ２０６において、制御装置１１は、蓄電装置４からの電力の放電を翌日まで停止させる。
制御装置１１は、ステップＳ２０６の処理を行った後、再びステップＳ２０２へ移行する。

このように、制御装置１１による蓄電装置４の動作確認の処理においては、直近の充電時間帯に、蓄電装置４に商用電源３０からの電力が充電されたと判定した場合であって、且つ、当日及び翌日にある程度の電力を充電することができない場合には、翌日まで蓄電装置４の放電を停止させる。こうして、負荷の消費電力が長期間に亘って燃料電池６で発電された電力よりも大きい場合に、蓄電装置４が満充電と放電とを繰り返し、蓄電装置４の動作が非効率となるのを回避することができ、ひいては蓄電装置４の動作効率を向上させることができる。

以上のように、電力供給システム１においては、
発電可能な燃料電池６と、
前記燃料電池６で発電された電力を充放電可能な蓄電装置４と、
前記燃料電池６の発電及び前記蓄電装置４の充放電を制御する制御装置１１と、
を具備し、
前記燃料電池６及び前記蓄電装置４からの電力を負荷へと供給する電力供給システムであって、
前記制御装置１１は、
一の単位期間の前記蓄電装置４の充電の結果を学習することにより、他の単位期間の前記蓄電装置４の充電電力量を予測可能に構成され、
前記蓄電装置４の電力残量が所定値以下であって、且つ所定の充電時間帯であると、商用電源からの電力を満充電になるまで当該蓄電装置４に充電し、
前記蓄電装置４を充電した後に、当日（当該充電した単位期間）が終了する迄の前記蓄電装置４の充電電力量である当日充電電力量Ｐ１（第一予測充電電力量）を予測し、
前記当日充電電力量Ｐ１（第一予測充電電力量）が蓄電装置４の充電容量の５割（第一閾値）以上であるか否かに応じて前記蓄電装置４の放電を制御するものである。

このような構成により、燃料電池６及び蓄電装置４を好適に連携させることができる。
具体的には、蓄電装置４に充電された電力を使用したい場合（本実施形態においては、図３に示すように、午前中の負荷の消費電力が大きくなると想定される午前７時頃）に、蓄電装置４に充電された商用電源３０からの電力を使用することができる。また、蓄電装置４に商用電源３０からの電力を充電した場合には、制御装置１１による蓄電装置４の動作確認の処理により、蓄電装置４の動作効率を向上させることができる。

また、電力供給システム１においては、
前記制御装置１１は、
前記蓄電装置４を充電した後に、更に翌日（当該充電した単位期間の次の単位期間）における充電電力量である翌日充電電力量Ｐ２（第二予測充電電力量）を予測し、
前記翌日充電電力量Ｐ２（第二予測充電電力量）が蓄電装置４の充電容量の５割（第二閾値）以上であるか否かに応じて前記蓄電装置４の放電を制御するものである。

このような構成により、燃料電池６及び蓄電装置４をより好適に連携させることができる。
具体的には、制御装置１１による蓄電装置４の動作確認の処理において、当日の当日充電電力量Ｐ１だけではなく、翌日の翌日充電電力量Ｐ２を使用するため、蓄電装置４の動作効率をより確実に向上させることができる。

また、電力供給システム１においては、
前記制御装置１１は、
前記当日充電電力量Ｐ１（第一予測充電電力量）が前記蓄電装置４の充電容量の５割（第一閾値）よりも小さく、且つ、前記翌日充電電力量Ｐ２（第二予測充電電力量）が前記蓄電装置４の充電容量の５割（第二閾値）よりも小さい場合に、前記蓄電装置４の放電を翌日（前記次の単位期間）まで停止させるものである。

このような構成により、蓄電装置４が満充電と放電とを繰り返し、蓄電装置４の動作が非効率となるのを回避することができる。すなわち、蓄電装置４の動作効率を向上させることができる。

また、電力供給システム１においては、
前記第一閾値及び前記第二閾値は、前記蓄電装置４の充電容量に対して５割（所定の割合）を乗算した値であるものである。

このような構成により、蓄電装置４の動作効率をより向上させることができる。
具体的には、蓄電装置４が放電した場合であっても、動作が非効率とならない程度の電力が当該蓄電装置４に充電することができるか否かを判断することができる。すなわち、蓄電装置４の動作が非効率となるのを回避することができ、蓄電装置４の動作効率を向上させることができる。

なお、本実施形態において、当日充電電力量Ｐ１は、本発明に係る「第一予測充電電力量」の一実施形態である。また、翌日充電電力量Ｐ２は、本発明に係る「第二予測充電電力量」の一実施形態である。

また、本実施形態において、蓄電装置４の充電容量の５割は、本発明に係る「第一閾値」及び「第二閾値」の一実施形態である。また、前記５割は、本発明に係る「所定の割合」の一実施形態である。本発明に係る「所定の割合」は、燃料電池６の性能等を考慮して任意に設定することができる。

また、本実施形態において、当日は、本発明に係る「充電した単位期間」の一実施形態である。また、本実施形態において、翌日は、本発明に係る「次の単位期間」の一実施形態である。

また、本実施形態において、１日（０時から２４時まで）は、本発明に係る「単位期間」の一実施形態である。本発明に係る「単位期間」は、１日（０時から２４時まで）に限定するものではなく、任意に設定することができる。

なお、本実施形態において電力供給システム１は住宅に設けられているが、本発明に係る「電力供給システム」は、住宅だけでなく、店舗やオフィスビル、マンション等、種々の建築物に採用することができる。

１ 電力供給システム
４ 蓄電装置
６ 燃料電池
１１ 制御装置
３０ 商用電源

Claims (4)

1. 商用電源と分電盤とを結ぶ第一電路に接続された発電可能な燃料電池と、
   前記第一電路とは異なる第二電路により前記分電盤と接続されると共に前記燃料電池で発電された電力を充放電可能な蓄電装置と、
   前記燃料電池の発電及び前記蓄電装置の充放電を制御する制御装置と、
   を具備し、
   前記燃料電池及び前記蓄電装置からの電力を前記分電盤を介して負荷へと供給する電力供給システムであって、
   前記制御装置は、
   一の単位期間の前記蓄電装置の充電の結果を学習することにより、他の単位期間の前記蓄電装置の充電電力量を予測可能に構成され、
   前記蓄電装置の電力残量が所定値以下であって、且つ所定の充電時間帯であると、前記燃料電池で発電された電力又は商用電源からの電力を満充電になるまで当該蓄電装置に充電し、
   前記蓄電装置を充電した後に、当該充電した単位期間が終了する迄の前記蓄電装置の充電電力量である第一予測充電電力量を予測し、
   前記第一予測充電電力量が第一閾値以上であるか否かに応じて前記蓄電装置の放電を制御する、
   ことを特徴とする電力供給システム。
2. 前記制御装置は、
   前記蓄電装置を充電した後に、更に当該充電した単位期間の次の単位期間における充電電力量である第二予測充電電力量を予測し、
   前記第二予測充電電力量が第二閾値以上であるか否かに応じて前記蓄電装置の放電を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記制御装置は、
   前記第一予測充電電力量が前記第一閾値よりも小さく、且つ、前記第二予測充電電力量が前記第二閾値よりも小さい場合に、前記蓄電装置の放電を前記次の単位期間まで停止させる、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電力供給システム。
4. 前記第一閾値及び前記第二閾値は、前記蓄電装置の充電容量に対して所定の割合を乗算した値である、
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれか一項に記載の電力供給システム。

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