JP6440056B2 - Control device and fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は制御装置およびその制御装置を備える燃料電池システムに関し、特に家庭用の小型電源として好適な燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a control device and a fuel cell system including the control device, and more particularly to a fuel cell system suitable as a small power source for home use.

近年、エネルギー変換効率が高く、かつ、発電反応により有害物質を発生しない燃料電池が注目を浴びている。燃料電池は、天然ガスやメタノールなどと水蒸気を反応させて作った水素と、大気中の酸素を化学反応させて電気と熱とを同時に生成するものでる。このため、燃料電池は発電による副産物が水だけであり、低出力域でも高効率で、しかも発電が天候に影響されず安定的である。   In recent years, fuel cells that have high energy conversion efficiency and do not generate harmful substances due to power generation reactions have attracted attention. A fuel cell generates electricity and heat simultaneously by chemically reacting hydrogen produced by reacting natural gas or methanol with water vapor and oxygen in the atmosphere. For this reason, the fuel cell is the only by-product of power generation, and is highly efficient even in a low power range, and the power generation is stable without being affected by the weather.

特開２００９−８７５６８号公報JP 2009-87568 A

こうした燃料電池のひとつとして、固体高分子形燃料電池がある。固体高分子形燃料電池は１００℃以下の低温で作動し、家庭用をはじめとする定置型、車載用あるいは携帯用などの用途において次世代のひとつの標準電源と目されている。しかしながら、燃料電池が１００℃以下で作動するとしても、作動中に生じる熱を排熱するための装置が必要となる。また、燃料電池が家庭で用いられるのであれば、室内から燃料電池の動作を制御するためのリモコン等の装置も必要となる。   One of such fuel cells is a polymer electrolyte fuel cell. The polymer electrolyte fuel cell operates at a low temperature of 100 ° C. or less, and is regarded as one of the next generation standard power supplies for home use, stationary type, in-vehicle use and portable use. However, even if the fuel cell operates at 100 ° C. or lower, a device for exhausting heat generated during the operation is required. In addition, if the fuel cell is used at home, an apparatus such as a remote controller for controlling the operation of the fuel cell from the room is also required.

このように、燃料電池が確実に動作するためには、燃料電池の動作を補助するための補助装置との連携が重要となる。したがって、例えば燃料電池を起動する前に排熱用の補助装置を作動させることが、燃料電池を安全に動作させる上で好ましい。このように、燃料電池と補助装置とが連携して動作することが、燃料電池の安全性を高める上で重要である。   Thus, in order for the fuel cell to operate reliably, cooperation with an auxiliary device for assisting the operation of the fuel cell is important. Therefore, for example, it is preferable to operate the auxiliary device for exhaust heat before starting the fuel cell in order to operate the fuel cell safely. Thus, it is important for the safety of the fuel cell to increase that the fuel cell and the auxiliary device operate in cooperation.

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、燃料電池の安全性を高める技術を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a technique for improving the safety of a fuel cell.

上記課題を解決するために、本発明のある態様の制御装置は、燃料電池の起動シーケンスにおいて、当該燃料電池から通信可能であるかが確認される補助ユニットに電力を供給する第１電力供給部と、燃料電池に電力を供給する第２電力供給部とを備える。第２電力供給部は、第１電力供給部が補助ユニットに電力を供給した後に、燃料電池に電力を供給する。   In order to solve the above-described problem, a control device according to an aspect of the present invention provides a first power supply unit that supplies power to an auxiliary unit in which it is confirmed whether communication is possible from the fuel cell in a fuel cell startup sequence. And a second power supply unit that supplies power to the fuel cell. The second power supply unit supplies power to the fuel cell after the first power supply unit supplies power to the auxiliary unit.

補助ユニットは複数の補助サブユニットを有してもよい。第１電力供給部は、複数の補助サブユニットに順番に電力を供給してもよい。   The auxiliary unit may have a plurality of auxiliary subunits. The first power supply unit may sequentially supply power to the plurality of auxiliary subunits.

系統電源からの電力供給があるか否かを検出する系統電源検出部をさらに備えてもよい。第１電力供給部は、系統電源検出部が系統電源からの電力供給が停止したことを検出した場合、補助ユニットに蓄電池の電力を供給してもよい。   You may further provide the system power supply detection part which detects whether there is any electric power supply from a system power supply. A 1st electric power supply part may supply the electric power of a storage battery to an auxiliary | assistant unit, when a system power supply detection part detects that the power supply from a system power supply stopped.

燃料電池が発電可能であるか否かを検出する発電検出部をさらに備えてもよい。第１電力供給部は、燃料電池が発電可能であることを発電検出部が検出した場合、燃料電池が発電した電力を補助ユニットに供給してもよい。   You may further provide the electric power generation detection part which detects whether a fuel cell can generate electric power. The first power supply unit may supply the power generated by the fuel cell to the auxiliary unit when the power generation detection unit detects that the fuel cell can generate power.

燃料電池と、燃料電池の動作を補助する補助ユニットと、上述した制御装置とを備えてもよい。   You may provide a fuel cell, the auxiliary | assistant unit which assists operation | movement of a fuel cell, and the control apparatus mentioned above.

本発明によれば、燃料電池の安全性を高める技術を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the technique which improves the safety | security of a fuel cell can be provided.

本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the fuel cell system which concerns on embodiment of this invention. 系統電源が停電した直後における、燃料電池システムの通電状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the energization state of a fuel cell system immediately after a system power supply blackout. 系統電源の停電を検知し、自立モードに移行途中の燃料電池システムの通電状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the energization state of the fuel cell system which detects the power failure of a system power supply and is shifting to the self-supporting mode. 系統電源の停電を検知し、自立モードに移行した燃料電池システムの通電状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the energization state of the fuel cell system which detected the power failure of the system power supply and shifted to the self-supporting mode. 自立モードにおける燃料電池システムにおいて、燃料電池が発電を開始したときの通電状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the electricity supply state when a fuel cell starts electric power generation in the fuel cell system in a self-supporting mode. 自立モードにおける燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電量に余力がある場合における通電状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the energized state in case the fuel cell system in a self-supporting mode has a surplus power generation amount of the fuel cell. 自立モードにおける燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電電力が負荷に供給すべき電力を下回る場合における通電状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the energized state in case the power generation power of a fuel cell is less than the electric power which should be supplied to a load in the fuel cell system in a self-supporting mode. 実施の形態に係る燃料電池システムの機能構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the function structure of the fuel cell system which concerns on embodiment. 実施の形態に係る制御装置が実行する燃料電池の起動処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the starting process of the fuel cell which the control apparatus which concerns on embodiment performs. 系統電源が通電中において、燃料電池および貯湯ユニットが停止しているときの燃料電池システムの通電状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the energization state of a fuel cell system when a fuel cell and a hot water storage unit have stopped while a system power supply is energized. 系統電源が通電中において、燃料電池に電力を供給する前に貯湯ユニットが通電したときの燃料電池システムの通電状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the energization state of a fuel cell system when a hot water storage unit energizes, before supplying electric power to a fuel cell in system electricity supply.

図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池システム１００の回路構成を模式的に示す図である。実施の形態に係る燃料電池システム１００は、系統電源２００、主分電盤３００、燃料電池４００、蓄電池ユニット５００、切替ユニット６００、通常負荷７００、自立負荷７５０、貯湯ユニット８００、給湯器８５０、非常灯９００、およびアース線９５０を含む。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a circuit configuration of a fuel cell system 100 according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system 100 according to the embodiment includes a system power source 200, a main distribution board 300, a fuel cell 400, a storage battery unit 500, a switching unit 600, a normal load 700, a self-supporting load 750, a hot water storage unit 800, a hot water heater 850, an emergency A lamp 900 and a ground wire 950 are included.

図１は、系統電源２００が通電している場合における燃料電池システム１００の通電状態を示している。図１において、破線と、破線よりも太い実線で示す線は電力線を示す。ここで破線は電流の流れていない電力線であり、太い実線は電流が流れている電力線であることを示す。   FIG. 1 shows an energized state of the fuel cell system 100 when the system power supply 200 is energized. In FIG. 1, a broken line and a solid line thicker than the broken line indicate power lines. Here, a broken line indicates a power line through which no current flows, and a thick solid line indicates a power line through which a current flows.

実施の形態に係る燃料電池システム１００は、燃料電池４００を電力会社が供給する交流電源である系統電源２００と並列に接続し、系統電源２００および燃料電池４００の両方から通常負荷７００へ電力を供給する。燃料電池システム１００はまた、燃料電池４００の動作を補助するための蓄電池ユニット５００も備える。蓄電池ユニット５００は、例えば、系統電源２００の停電時に燃料電池４００を起動するための電力源となる。蓄電池ユニット５００は、系統電源２００が通電中は、系統電源２００の電力を蓄電する。   The fuel cell system 100 according to the embodiment connects the fuel cell 400 in parallel with a system power source 200 that is an AC power source supplied by an electric power company, and supplies power to the normal load 700 from both the system power source 200 and the fuel cell 400. To do. The fuel cell system 100 also includes a storage battery unit 500 for assisting the operation of the fuel cell 400. The storage battery unit 500 serves as a power source for starting up the fuel cell 400 at the time of a power failure of the system power supply 200, for example. The storage battery unit 500 stores the power of the system power supply 200 while the system power supply 200 is energized.

主分電盤３００は、主幹ブレーカ３１０、自立用ブレーカ３２０、燃料電池用ブレーカ３３０、および通常負荷用ブレーカ３４０を含む。主幹ブレーカ３１０は、系統電源２００から供給される最大の電気容量に応じた定格電流のブレーカである。自立用ブレーカ３２０は、系統電源２００の電力を後述する自立負荷７５０に供給する経路に設けられたブレーカである。また燃料電池用ブレーカ３３０は、系統電源２００の電力を燃料電池４００に供給する経路に設けられたブレーカである。   Main distribution board 300 includes a main breaker 310, a self-supporting breaker 320, a fuel cell breaker 330, and a normal load breaker 340. The main breaker 310 is a breaker having a rated current corresponding to the maximum electric capacity supplied from the system power supply 200. The self-supporting breaker 320 is a breaker provided in a path for supplying the power of the system power supply 200 to a self-supporting load 750 described later. The fuel cell breaker 330 is a breaker provided in a path for supplying the power of the system power supply 200 to the fuel cell 400.

通常負荷用ブレーカ３４０は、系統電源２００の電力を通常負荷７００に供給する経路に設けられたブレーカである。通常負荷７００は、系統電源２００が通電中に電力が供給される負荷であり、空調、冷蔵庫、エレベータ、照明等の他に、テレビ等のＡＶ機器、娯楽機器等の緊急性の低い機器を含む。一方、自立負荷７５０は、系統電源２００が停電したときに、燃料電池４００が自立的に動作して発電する電力を供給すべき負荷である。   The normal load breaker 340 is a breaker provided in a path for supplying the power of the system power supply 200 to the normal load 700. The normal load 700 is a load to which electric power is supplied while the system power supply 200 is energized, and includes air conditioners, refrigerators, elevators, lighting, etc., as well as less urgent equipment such as AV equipment such as televisions, entertainment equipment, etc. . On the other hand, the self-supporting load 750 is a load to be supplied with power generated by the fuel cell 400 operating independently when the system power supply 200 fails.

蓄電池ユニット５００は、蓄電池制御部５１０、充電器５２０、蓄電池５３０、ＤＣ／ＡＣインバータ５４０、第１スイッチ５５０、第２スイッチ５６０、第３スイッチ５７０、第４スイッチ５８０、および端子５９０を含む。   The storage battery unit 500 includes a storage battery control unit 510, a charger 520, a storage battery 530, a DC / AC inverter 540, a first switch 550, a second switch 560, a third switch 570, a fourth switch 580, and a terminal 590.

蓄電池５３０は、充放電自在で繰り返し使用できる二次電池である。蓄電池５３０は、例えば多数のリチウムイオン電池セルを内蔵する電池パックが複数組み合わされて形成される。蓄電池５３０は系統電源２００が供給する電力によって充電される。具体的には、系統電源２００が供給する交流電力は、第１スイッチ５５０および第３スイッチ５７０を介して充電器５２０に供給される。充電器５２０は系統電源２００が供給する交流電力を直流電力に変換する。充電器５２０は蓄電池５３０と接続しており、蓄電池５３０は、充電器５２０が変換した直流電力によって充電される。   The storage battery 530 is a secondary battery that can be freely charged and discharged and can be used repeatedly. The storage battery 530 is formed, for example, by combining a plurality of battery packs incorporating a large number of lithium ion battery cells. The storage battery 530 is charged with power supplied from the system power supply 200. Specifically, AC power supplied from the system power supply 200 is supplied to the charger 520 via the first switch 550 and the third switch 570. The charger 520 converts AC power supplied from the system power supply 200 into DC power. The charger 520 is connected to the storage battery 530, and the storage battery 530 is charged by the DC power converted by the charger 520.

図１に示すように、燃料電池４００は燃料電池用ブレーカ３３０および自立用ブレーカ３２０を介して第１スイッチ５５０と電気的に接続している。このため、燃料電池４００が発電しているとき、その発電電力の一部は系統電源２００の電力と加わり、蓄電池５３０の充電に用いられる。   As shown in FIG. 1, the fuel cell 400 is electrically connected to the first switch 550 through the fuel cell breaker 330 and the self-supporting breaker 320. For this reason, when the fuel cell 400 is generating electric power, a part of the generated electric power is added to the electric power of the system power supply 200 and used for charging the storage battery 530.

第１スイッチ５５０は、系統電源２００からの電力を蓄電池５３０に供給するか、蓄電池５３０が放電する電力を切替ユニット６００に供給するかを選択的に切り換えるスイッチである。図１は系統電源２００が通電中における燃料電池システム１００を図示しているため、第１スイッチ５５０は、系統電源２００からの電力を蓄電池５３０に供給することを選択している。また第３スイッチ５７０は、系統電源２００の電力で蓄電池５３０を充電するか否かを切り換えるスイッチである。蓄電池５３０が満充電、または所定の蓄電量以上の場合、第３スイッチ５７０はオフとなり、系統電源２００による蓄電池５３０の充電が停止する。   The first switch 550 is a switch that selectively switches whether power from the system power supply 200 is supplied to the storage battery 530 or power that is discharged from the storage battery 530 is supplied to the switching unit 600. Since FIG. 1 illustrates the fuel cell system 100 when the system power supply 200 is energized, the first switch 550 has selected to supply power from the system power supply 200 to the storage battery 530. The third switch 570 is a switch for switching whether or not the storage battery 530 is charged with the power of the system power supply 200. When the storage battery 530 is fully charged or more than a predetermined charged amount, the third switch 570 is turned off, and charging of the storage battery 530 by the system power supply 200 is stopped.

ＤＣ／ＡＣインバータ５４０は、蓄電池５３０の直流電力を交流電力に変換する。第２スイッチ５６０は、蓄電池５３０の電力を出力するか否かを切り換える。   DC / AC inverter 540 converts the DC power of storage battery 530 into AC power. Second switch 560 switches whether to output power from storage battery 530 or not.

第４スイッチ５８０は、燃料電池４００が発電する電力を充電器５２０に直接供給するか否かを切り換えるスイッチである。後述するように、系統電源２００が停電中に燃料電池４００の発電に余力があれば、余剰電力で蓄電池５３０を充電する。燃料電池４００の発電に余力がない場合、第４スイッチ５８０はオフとなり、燃料電池４００と充電器５２０との電気的な接続を遮断する。   The fourth switch 580 is a switch for switching whether or not the electric power generated by the fuel cell 400 is directly supplied to the charger 520. As will be described later, if the power supply of the fuel cell 400 has a surplus power during the power failure, the storage battery 530 is charged with the surplus power. When there is no surplus power generation in the fuel cell 400, the fourth switch 580 is turned off, and the electrical connection between the fuel cell 400 and the charger 520 is cut off.

端子５９０は、蓄電池ユニット５００の外部出力端子である。蓄電池ユニット５００は、端子５９０を介して切替ユニット６００と接続する。蓄電池制御部５１０は、蓄電池ユニット５００の動作を統括的に制御する。具体的には、蓄電池制御部５１０は、第１スイッチ５５０、第２スイッチ５６０、第３スイッチ５７０、および第４スイッチ５８０の開閉を制御したり、充電器５２０、ＤＣ／ＡＣインバータ５４０の動作を制御したりする。蓄電池制御部５１０は、例えば既知のマイコン等によって実現される。   Terminal 590 is an external output terminal of storage battery unit 500. Storage battery unit 500 is connected to switching unit 600 via terminal 590. The storage battery control unit 510 comprehensively controls the operation of the storage battery unit 500. Specifically, the storage battery control unit 510 controls the opening / closing of the first switch 550, the second switch 560, the third switch 570, and the fourth switch 580, and controls the operation of the charger 520 and the DC / AC inverter 540. Or control. The storage battery control unit 510 is realized by, for example, a known microcomputer.

切替ユニット６００は、切替制御部６１０、トランス６２０、第１電力検出部６３０、第２電力検出部６３５、第５スイッチ６４０、第６スイッチ６４１、第７スイッチ６４２、第８スイッチ６４３、第９スイッチ６４４、第１０スイッチ６４５、第１１スイッチ６４６、第１２スイッチ６４７、第１３スイッチ６４８、および第１４スイッチ６４９を含む。   The switching unit 600 includes a switching control unit 610, a transformer 620, a first power detection unit 630, a second power detection unit 635, a fifth switch 640, a sixth switch 641, a seventh switch 642, an eighth switch 643, and a ninth switch. 644, a tenth switch 645, an eleventh switch 646, a twelfth switch 647, a thirteenth switch 648, and a fourteenth switch 649.

系統電源２００の電力は、燃料電池用ブレーカ３３０、第５スイッチ６４０、および第７スイッチ６４２を通って燃料電池４００に供給される。第５スイッチ６４０は、燃料電池用ブレーカ３３０と第７スイッチ６４２とを結ぶ経路を電気的に切断するか否かを切り換えるスイッチである。また第７スイッチ６４２は、系統電源２００の電力を燃料電池４００に供給するか、または蓄電池５３０の電力を燃料電池４００に供給するかを選択的に切り換えるスイッチである。図１は系統電源２００が通電中における燃料電池システム１００を図示しているため、第７スイッチ６４２は、系統電源２００からの電力を燃料電池４００に供給することを選択している。   The power of the system power source 200 is supplied to the fuel cell 400 through the fuel cell breaker 330, the fifth switch 640, and the seventh switch 642. The fifth switch 640 is a switch for switching whether or not to electrically disconnect the path connecting the fuel cell breaker 330 and the seventh switch 642. The seventh switch 642 is a switch that selectively switches between supplying the power of the system power supply 200 to the fuel cell 400 or supplying the power of the storage battery 530 to the fuel cell 400. Since FIG. 1 illustrates the fuel cell system 100 when the system power source 200 is energized, the seventh switch 642 has selected to supply power from the system power source 200 to the fuel cell 400.

系統電源２００の電力はまた、自立用ブレーカ３２０、第９スイッチ６４４、および第８スイッチ６４３に至る。第８スイッチ６４３を通過した電力は、第１１スイッチ６４６を経由して自立負荷７５０に供給される。第８スイッチ６４３を通過した電力はまた、第１２スイッチ６４７を経由して貯湯ユニット８００に供給される。第８スイッチ６４３を通過した電力はさらに、第１３スイッチ６４８を経由して給湯器８５０にも供給される。   The power of the system power supply 200 also reaches the self-supporting breaker 320, the ninth switch 644, and the eighth switch 643. The electric power that has passed through the eighth switch 643 is supplied to the self-supporting load 750 via the eleventh switch 646. The electric power that has passed through the eighth switch 643 is also supplied to the hot water storage unit 800 via the twelfth switch 647. The electric power that has passed through the eighth switch 643 is also supplied to the water heater 850 via the thirteenth switch 648.

第９スイッチ６４４は、自立用ブレーカ３２０と第８スイッチ６４３とを結ぶ経路を電気的に切断するか否かを切り換えるスイッチである。第８スイッチ６４３は、系統電源２００の電力と蓄電池５３０の電力とのいずれの電力を、自立負荷７５０、貯湯ユニット８００、または給湯器８５０に供給するかを選択的に切り換えるスイッチである。図１は系統電源２００が通電中における燃料電池システム１００を図示しているため、第８スイッチ６４３は、系統電源２００からの電力を選択している。   The ninth switch 644 is a switch for switching whether or not to electrically disconnect the path connecting the self-supporting breaker 320 and the eighth switch 643. The eighth switch 643 is a switch that selectively switches which of the power of the system power supply 200 and the power of the storage battery 530 is supplied to the self-supporting load 750, the hot water storage unit 800, or the hot water heater 850. Since FIG. 1 illustrates the fuel cell system 100 while the system power supply 200 is energized, the eighth switch 643 selects the power from the system power supply 200.

実施の形態に係る燃料電池４００は、動作時に２００Ｖの交流電力を要する。一方、蓄電池ユニット５００のＤＣ／ＡＣインバータ５４０が変換する電力は１００Ｖである。このため、トランス６２０は、１００Ｖの交流電力を２００Ｖの交流電力に変換する。詳細は後述するが、蓄電池ユニット５００の端子５９０を介して供給された電力は、第８スイッチ６４３、第６スイッチ６４１を介してトランス６２０に至る。またトランス６２０が変換した２００Ｖの交流電源は第７スイッチ６４２を経由して燃料電池４００に供給される。   The fuel cell 400 according to the embodiment requires 200V AC power during operation. On the other hand, the power converted by the DC / AC inverter 540 of the storage battery unit 500 is 100V. For this reason, the transformer 620 converts 100V AC power into 200V AC power. Although details will be described later, the power supplied via the terminal 590 of the storage battery unit 500 reaches the transformer 620 via the eighth switch 643 and the sixth switch 641. The 200V AC power converted by the transformer 620 is supplied to the fuel cell 400 via the seventh switch 642.

第６スイッチ６４１は、蓄電池５３０の電力をトランス６２０に供給するか否かを切り換えるスイッチである。図１は系統電源２００が通電中における燃料電池システム１００を図示しているため、第６スイッチ６４１はオフとなっている。そもそも、系統電源２００が通電中は第８スイッチ６４３が系統電源２００側を選択しており、切替ユニット６００は蓄電池ユニット５００と電気的に切断されている。   The sixth switch 641 is a switch that switches whether to supply the power of the storage battery 530 to the transformer 620. Since FIG. 1 illustrates the fuel cell system 100 when the system power supply 200 is energized, the sixth switch 641 is off. In the first place, when the system power supply 200 is energized, the eighth switch 643 selects the system power supply 200 side, and the switching unit 600 is electrically disconnected from the storage battery unit 500.

第１電力検出部６３０は、燃料電池４００に供給される電力を検出する。より具体的に、第１電力検出部６３０は、燃料電池用ブレーカ３３０を介して系統電源２００から燃料電池４００に供給される電力の電圧や、トランス６２０が出力する電力の電圧を検出する。第２電力検出部６３５は、端子５９０および第９スイッチ６４４を介して切替ユニット６００に供給される蓄電池ユニット５００の電力の電圧を検出する。   The first power detection unit 630 detects the power supplied to the fuel cell 400. More specifically, the first power detection unit 630 detects the voltage of power supplied from the system power supply 200 to the fuel cell 400 via the fuel cell breaker 330 and the voltage of power output from the transformer 620. The second power detection unit 635 detects the voltage of the power of the storage battery unit 500 supplied to the switching unit 600 via the terminal 590 and the ninth switch 644.

第１４スイッチ６４９は、系統電源２００が停電中に、燃料電池４００が発電した電力を蓄電池ユニット５００に直接的に供給するか否かを切り換えるスイッチである。図１は系統電源２００が通電中における燃料電池システム１００を図示しているため、第１４スイッチ６４９はオフとなっている。第１０スイッチ６４５は、蓄電池ユニットが供給する蓄電池５３０の電力を、非常灯９００に供給するか否かを切り換えるスイッチである。   The fourteenth switch 649 is a switch for switching whether or not the power generated by the fuel cell 400 is directly supplied to the storage battery unit 500 during the power failure of the system power supply 200. Since FIG. 1 illustrates the fuel cell system 100 when the system power supply 200 is energized, the fourteenth switch 649 is off. The tenth switch 645 is a switch for switching whether or not the power of the storage battery 530 supplied by the storage battery unit is supplied to the emergency light 900.

切替制御部６１０は、切替ユニット６００の動作を統括的に制御する。具体的には、切替制御部６１０は、第１電力検出部６３０や第２電力検出部６３５が検出した電圧をもとに、第５スイッチ６４０、第６スイッチ６４１、第７スイッチ６４２、第８スイッチ６４３、第９スイッチ６４４、第１０スイッチ６４５、第１１スイッチ６４６、第１２スイッチ６４７、第１３スイッチ６４８、および第１４スイッチ６４９の開閉を制御する。切替制御部６１０はまた、燃料電池４００の動作を停止することを指示する停止信号を燃料電池４００に送信することもある。切替制御部６１０は、例えば既知のマイコン等によって実現される。   The switching control unit 610 comprehensively controls the operation of the switching unit 600. Specifically, the switching control unit 610 is based on the voltages detected by the first power detection unit 630 and the second power detection unit 635, and includes a fifth switch 640, a sixth switch 641, a seventh switch 642, and an eighth switch. The switch 643, the ninth switch 644, the tenth switch 645, the eleventh switch 646, the twelfth switch 647, the thirteenth switch 648, and the fourteenth switch 649 are controlled. The switching control unit 610 may also send a stop signal to the fuel cell 400 instructing to stop the operation of the fuel cell 400. The switching control unit 610 is realized by, for example, a known microcomputer.

燃料電池４００は、電解質膜である固体高分子膜を燃料極と空気極との間に配した基本構造を有する。燃料電池４００は、ＬＰＧ（Liquefied Petroleum Gas）や都市ガスなどの原燃料（炭化水素系燃料）を改質し、水素（燃料）を約８０％含有する改質ガスを生成する。燃料電池４００は、この改質ガスと空気中の酸素（酸化剤）とを用いて以下の電気化学反応により発電する。
燃料極：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ− ・・・（１）
空気極：１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ ・・・（２） The fuel cell 400 has a basic structure in which a solid polymer membrane that is an electrolyte membrane is disposed between a fuel electrode and an air electrode. The fuel cell 400 reforms raw fuel (hydrocarbon fuel) such as LPG (Liquefied Petroleum Gas) or city gas, and generates a reformed gas containing about 80% of hydrogen (fuel). The fuel cell 400 generates electric power by the following electrochemical reaction using the reformed gas and oxygen (oxidant) in the air.
The fuel electrode: H2 → 2H + + 2e - ··· (1)
Air electrode: 1 / 2O 2 + 2H + + 2e − → H 2 O (2)

改質ガスの生成や、上記化学反応を安定的に起こさせるために、燃料電池４００は図示しない燃焼部（ヒータまたはバーナ）を備える。燃料電池４００は、発電時に燃焼部から発生する熱を、お湯（４０℃以上の水）というかたちで熱回収して貯湯ユニット８００に貯湯する。したがって実施の形態に係る燃料電池システム１００は、発電システムのみならず、家庭の給湯システムとしても機能する。このため燃料電池４００は給湯器８５０と併存するのが一般的であり、燃料電池４００のコントローラは給湯器８５０のコントローラ（不図示）と一体か、近傍に設置される。ユーザがお湯を利用するとき、貯湯ユニット８００にお湯が貯まっている場合、お湯は貯湯ユニット８００から供給される。貯湯ユニット８００にお湯が貯まっていない場合、給湯器８５０が動作してお湯を提供する。したがって、給湯器８５０は一般的なガス湯沸かし器である。   In order to stably generate the reformed gas and cause the chemical reaction, the fuel cell 400 includes a combustion unit (heater or burner) (not shown). The fuel cell 400 recovers heat generated from the combustion section during power generation in the form of hot water (water of 40 ° C. or higher) and stores it in the hot water storage unit 800. Therefore, the fuel cell system 100 according to the embodiment functions not only as a power generation system but also as a domestic hot water supply system. Therefore, the fuel cell 400 generally coexists with the water heater 850, and the controller of the fuel cell 400 is integrated with or near the controller (not shown) of the water heater 850. When the user uses hot water, if hot water is stored in the hot water storage unit 800, the hot water is supplied from the hot water storage unit 800. When hot water is not stored in the hot water storage unit 800, the water heater 850 operates to provide hot water. Therefore, the water heater 850 is a general gas water heater.

以上のように、燃料電池４００は、貯湯ユニット８００や給湯器８５０のように、燃料電池４００の動作を補助する補助ユニットと協働する。特に、貯湯ユニット８００は燃料電池４００の排熱機構を担い、燃料電池４００の動作の安全性を担保する。また、給湯器８５０はそのコントローラが燃料電池４００のコントローラを兼ねることが多く、燃料電池４００のユーザインタフェースとして重要である。なお、主分電盤３００、蓄電池ユニット５００、および切替ユニット６００は、アース線９５０によって接地されている。   As described above, the fuel cell 400 cooperates with an auxiliary unit that assists the operation of the fuel cell 400, such as the hot water storage unit 800 and the hot water heater 850. In particular, the hot water storage unit 800 serves as an exhaust heat mechanism for the fuel cell 400 and ensures the safety of the operation of the fuel cell 400. Further, the controller of the water heater 850 often serves as the controller of the fuel cell 400, and is important as a user interface of the fuel cell 400. Main distribution board 300, storage battery unit 500, and switching unit 600 are grounded by ground wire 950.

次に、実施の形態に係る燃料電池システム１００の動作に関し、特に系統電源２００が通電状態から停電状態となるとき、すなわち系統電源２００からの電力供給が停止したときの動作について説明する。   Next, regarding the operation of the fuel cell system 100 according to the embodiment, the operation when the system power supply 200 changes from the energized state to the power failure state, that is, the operation when the power supply from the system power supply 200 is stopped will be described.

上述したとおり、図１は系統電源２００が通電中における燃料電池システム１００を図示している。系統電源２００が通電中は、系統電源２００と燃料電池４００とは第５スイッチ６４０および第７スイッチ６４２を通る経路で電気的に接続されている。このため、燃料電池４００の起動に要する電力は、系統電源２００から供給される。また、燃料電池４００が起動して発電を開始すると、その電力は第７スイッチ６４２および第５スイッチ６４０を通る経路を通って主分電盤３００に戻る。その後、燃料電池４００が発電した電力は、主分電盤３００から通常負荷７００や自立負荷７５０、貯湯ユニット等に供給される。   As described above, FIG. 1 illustrates the fuel cell system 100 when the system power supply 200 is energized. While the system power supply 200 is energized, the system power supply 200 and the fuel cell 400 are electrically connected through a path that passes through the fifth switch 640 and the seventh switch 642. For this reason, the electric power required for starting up the fuel cell 400 is supplied from the system power supply 200. Further, when the fuel cell 400 is activated to start power generation, the electric power returns to the main distribution board 300 through a route passing through the seventh switch 642 and the fifth switch 640. Thereafter, the electric power generated by the fuel cell 400 is supplied from the main distribution board 300 to the normal load 700, the self-supporting load 750, the hot water storage unit, and the like.

図２は、系統電源２００が停電した直後における、燃料電池システム１００の通電状態を模式的に示す図である。図２は特に、系統電源２００が停電する前に燃料電池４００が発電を開始していない場合における燃料電池システム１００の通電状態を示している。   FIG. 2 is a diagram schematically showing the energized state of the fuel cell system 100 immediately after the system power supply 200 has a power failure. FIG. 2 particularly shows the energized state of the fuel cell system 100 when the fuel cell 400 has not started generating power before the system power supply 200 has failed.

燃料電池システム１００は、夜間等の電力消費やお湯の消費が少ない時間帯においては、燃料電池４００を停止することがある。これは、夜間等は電気代が低額であることがひとつの理由である。また別の理由として、燃料電池４００は動作中に副産物としてお湯ができることもあげられる。ユーザによるお湯の消費量が少ないと貯湯ユニット８００が満杯となり、燃料電池４００を動作させることができなくなるからである。   The fuel cell system 100 may stop the fuel cell 400 in a time zone where power consumption and hot water consumption are low, such as at night. This is partly because the electricity bill is low at night. Another reason is that the fuel cell 400 can produce hot water as a by-product during operation. This is because when the amount of hot water consumed by the user is small, the hot water storage unit 800 becomes full and the fuel cell 400 cannot be operated.

系統電源２００が停電した直後は、系統電源２００から電力供給があることを前提とした回路構成が維持されている。このため図２に示すように、系統電源２００が停電した直後において、燃料電池４００の発電がない場合には、燃料電池システム１００のいずれの回路にも電流は流れていない。   Immediately after the power failure of the system power supply 200, the circuit configuration is maintained on the assumption that power is supplied from the system power supply 200. Therefore, as shown in FIG. 2, no current flows through any circuit of the fuel cell system 100 when there is no power generation of the fuel cell 400 immediately after the power failure of the system power supply 200.

図３は、系統電源２００の停電を検知し、自立モードに移行途中の燃料電池システム１００の通電状態を模式的に示す図である。蓄電池ユニット５００は図示しない電力検出部を備えており、その電力検出部は系統電源２００の停電を検知する。系統電源２００の停電を検知すると、所定の時間（例えば５秒間）後、蓄電池制御部５１０は自立モードに移行する。自立モードに移行すると、蓄電池制御部５１０は各スイッチを制御して、蓄電池ユニット５００を自立モードの回路構成に変更する。   FIG. 3 is a diagram schematically showing an energized state of the fuel cell system 100 that detects a power failure of the system power supply 200 and is in the process of shifting to the self-sustaining mode. The storage battery unit 500 includes a power detection unit (not shown), and the power detection unit detects a power failure of the system power supply 200. When a power failure of the system power supply 200 is detected, the storage battery control unit 510 shifts to the self-sustaining mode after a predetermined time (for example, 5 seconds). When shifting to the self-supporting mode, the storage battery control unit 510 controls each switch to change the storage battery unit 500 to the circuit configuration of the self-supporting mode.

ここで「自立モード」とは、系統電源２００が停電したときに、系統電源２００が供給する交流電力の振幅や周波数に依存せず、燃料電池４００や蓄電池ユニット５００が自立的に交流電力を出力する動作モードをいう。図３に示すように、蓄電池ユニット５００が自立モードに移行すると、蓄電池制御部５１０は第１スイッチ５５０を自立用ブレーカ３２０を結ぶ経路から切り離すとともに、第２スイッチ５６０をオンにする。同時に蓄電池制御部５１０は、第３スイッチ５７０をオフにする。これにより、蓄電池５３０の直流電力がＤＣ／ＡＣインバータ５４０で交流電力に変換され、端子５９０と切替ユニット６００の第８スイッチ６４３とを結ぶ経路に出力される。   Here, the “self-supporting mode” means that the fuel cell 400 or the storage battery unit 500 outputs AC power independently without depending on the amplitude or frequency of AC power supplied by the system power source 200 when the system power source 200 fails. Refers to the operation mode. As shown in FIG. 3, when the storage battery unit 500 shifts to the self-supporting mode, the storage battery control unit 510 disconnects the first switch 550 from the path connecting the self-supporting breakers 320 and turns on the second switch 560. At the same time, the storage battery control unit 510 turns off the third switch 570. As a result, the DC power of the storage battery 530 is converted into AC power by the DC / AC inverter 540 and output to a path connecting the terminal 590 and the eighth switch 643 of the switching unit 600.

第１電力検出部６３０および第２電力検出部６３５が系統電源２００の停電を検知すると、切替ユニット６００の切替制御部６１０は自立モードに移行する。自立モードに移行すると、切替制御部６１０は、第５スイッチ６４０と第９スイッチ６４４とをオフにして、切替ユニット６００を主分電盤３００から電気的に切断する。同時に切替制御部６１０は第８スイッチ６４３を切り換える。これにより、蓄電池ユニット５００の交流電力は貯湯ユニット８００および給湯器８５０に供給される。   When the first power detection unit 630 and the second power detection unit 635 detect a power failure of the system power supply 200, the switching control unit 610 of the switching unit 600 shifts to the independent mode. When shifting to the self-supporting mode, the switching control unit 610 turns off the fifth switch 640 and the ninth switch 644 and electrically disconnects the switching unit 600 from the main distribution board 300. At the same time, the switching control unit 610 switches the eighth switch 643. Thereby, the AC power of storage battery unit 500 is supplied to hot water storage unit 800 and hot water heater 850.

上述したように、貯湯ユニット８００や給湯器８５０は、燃料電池４００の動作を補助する補助ユニットである。このため、実施の形態に係る燃料電池４００には、その起動シーケンスにおいて、燃料電池４００に備えられた通信ユニット（不図示）が、貯湯ユニット８００および給湯器８５０に備えられた通信ユニット（不図示）に対して、通信可能か否かを確認する。もし、燃料電池４００の起動時に補助ユニットとの通信が可能でない場合、燃料電池４００は、起動シーケンスにおいて停止し、起動することができない。   As described above, the hot water storage unit 800 and the hot water heater 850 are auxiliary units that assist the operation of the fuel cell 400. Therefore, in the fuel cell 400 according to the embodiment, the communication unit (not shown) provided in the fuel cell 400 is replaced with the communication unit (not shown) provided in the hot water storage unit 800 and the hot water heater 850 in the startup sequence. ) To check whether communication is possible. If communication with the auxiliary unit is not possible when the fuel cell 400 is activated, the fuel cell 400 stops in the activation sequence and cannot be activated.

そこで切替制御部６１０は、貯湯ユニット８００や給湯器８５０等の補助ユニットに電力を供給した後に、燃料電池４００に電力を供給する。これを実現するために、切替制御部６１０は、図３に示すように、第６スイッチ６４１をオンにする前に、まず第１２スイッチ６４７および第１３スイッチ６４８をオンにする。   Therefore, the switching control unit 610 supplies power to the fuel cell 400 after supplying power to auxiliary units such as the hot water storage unit 800 and the hot water heater 850. To realize this, the switching control unit 610 first turns on the twelfth switch 647 and the thirteenth switch 648 before turning on the sixth switch 641 as shown in FIG.

ここで貯湯ユニット８００や給湯器８５０は、内部にコンデンサ等を備えている。このため、貯湯ユニット８００や給湯器８５０に電力を供給するとき、大きな突入電力が生じる場合がある。もし、貯湯ユニット８００と給湯器８５０とに同時に電力供給を開始すると、これらの突入電力の合計がＤＣ／ＡＣインバータ５４０の最大出力を越える恐れがある。   Here, the hot water storage unit 800 and the water heater 850 are provided with a condenser and the like inside. For this reason, when supplying electric power to the hot water storage unit 800 and the hot water heater 850, a large inrush electric power may occur. If power supply to the hot water storage unit 800 and the hot water heater 850 is started simultaneously, the sum of these inrush powers may exceed the maximum output of the DC / AC inverter 540.

そこで切替制御部６１０は、貯湯ユニット８００と給湯器８５０とを順番に電力を供給する。例えば切替制御部６１０は、貯湯ユニット８００にまず電力を供給し、続いて給湯器８５０に電力を供給する。これを実現するために、切替制御部６１０は、系統電源２００の停電を検知すると、まず第１１スイッチ６４６、第１２スイッチ６４７、および第１３スイッチ６４８をオフにする。続いて切替制御部６１０は、まず第１２スイッチ６４７をオンにし、しかる後に第１３スイッチをオンにする。これにより、貯湯ユニット８００や給湯器８５０の突入電力の合計が、ＤＣ／ＡＣインバータ５４０の最大出力を越えてしまうことを防止できる。   Therefore, the switching control unit 610 supplies power to the hot water storage unit 800 and the hot water heater 850 in order. For example, the switching control unit 610 first supplies power to the hot water storage unit 800 and then supplies power to the water heater 850. In order to realize this, the switching control unit 610 first turns off the eleventh switch 646, the twelfth switch 647, and the thirteenth switch 648 when detecting a power failure of the system power supply 200. Subsequently, the switching control unit 610 first turns on the twelfth switch 647 and then turns on the thirteenth switch. Thereby, it is possible to prevent the sum of the inrush powers of hot water storage unit 800 and hot water heater 850 from exceeding the maximum output of DC / AC inverter 540.

なお、図３においては、第１０スイッチ６４５がオフであり、非常灯９００に蓄電池５３０の電力が供給されていない。しかしながら、蓄電池５３０の容量が十分にある場合には、燃料電池４００が発電可能となる前であっても、切替制御部６１０は第１０スイッチ６４５をオンにし、非常灯９００を点灯してもよい。   In FIG. 3, the tenth switch 645 is off, and the power of the storage battery 530 is not supplied to the emergency light 900. However, when the capacity of the storage battery 530 is sufficient, the switching control unit 610 may turn on the tenth switch 645 and turn on the emergency light 900 even before the fuel cell 400 can generate power. .

図４は、系統電源２００の停電を検知し、自立モードに移行した燃料電池システム１００の通電状態を模式的に示す図である。切替制御部６１０は、第１２スイッチ６４７および第１３スイッチ６４８をオンにした後に、第６スイッチ６４１をオンにする。これにより、蓄電池ユニット５００の交流電力がトランス６２０に供給される。トランス６２０は入力された交流電力の電圧を変換し、変換した電力を燃料電池４００の起動のために供給する。このとき、貯湯ユニット８００および給湯器８５０には電力が供給されているので、燃料電池４００はこれらの補助ユニットと通信可能である。このため、燃料電池４００は起動することができる。具体的には、燃料電池４００は図示しない燃焼部を燃焼させ、改質ガスの生成や化学反応を安定的に起こるように燃料電池４００の温度を上昇させる。   FIG. 4 is a diagram schematically showing an energized state of the fuel cell system 100 that has detected a power failure of the system power supply 200 and has shifted to the self-sustaining mode. The switching control unit 610 turns on the sixth switch 641 after turning on the twelfth switch 647 and the thirteenth switch 648. Thereby, the AC power of the storage battery unit 500 is supplied to the transformer 620. The transformer 620 converts the voltage of the input AC power and supplies the converted power for starting the fuel cell 400. At this time, since electric power is supplied to the hot water storage unit 800 and the hot water heater 850, the fuel cell 400 can communicate with these auxiliary units. For this reason, the fuel cell 400 can be started. Specifically, the fuel cell 400 burns a combustion section (not shown) and raises the temperature of the fuel cell 400 so that reformed gas generation and chemical reaction occur stably.

図５は、自立モードにおける燃料電池システム１００において、燃料電池４００が発電を開始したときの通電状態を模式的に示す図である。切替制御部６１０は、図示しない通信線によって燃料電池４００を制御するマイコン（不図示）や、蓄電池制御部５１０と通信することができる。切替制御部６１０は燃料電池４００から発電可能である旨の通信を受信すると、蓄電池制御部５１０にその旨を通知する。蓄電池制御部５１０は第２スイッチ５６０をオフにすることにより、蓄電池５３０の電力を切替ユニット６００に供給することを停止する。これにより、燃料電池４００は、動作に必要な電力を、自身が発電する電力で賄うようになる。また貯湯ユニット８００および給湯器８５０の動作に必要な電力も、燃料電池４００が発電する電力によって賄われる。   FIG. 5 is a diagram schematically showing an energized state when the fuel cell 400 starts power generation in the fuel cell system 100 in the self-supporting mode. The switching control unit 610 can communicate with a microcomputer (not shown) that controls the fuel cell 400 and a storage battery control unit 510 via a communication line (not shown). When switching control unit 610 receives communication from fuel cell 400 indicating that power generation is possible, it notifies storage battery control unit 510 to that effect. The storage battery control unit 510 stops supplying the power of the storage battery 530 to the switching unit 600 by turning off the second switch 560. As a result, the fuel cell 400 covers the power necessary for operation with the power generated by itself. Electric power necessary for the operation of hot water storage unit 800 and water heater 850 is also covered by electric power generated by fuel cell 400.

切替制御部６１０はまた、燃料電池４００から発電可能である旨の通信を受信すると、第１１スイッチ６４６をオンにする。これにより、電力供給の優先順位が高い負荷である自立負荷７５０に燃料電池４００が発電する電力が供給される。   The switching control unit 610 also turns on the eleventh switch 646 when receiving communication indicating that power generation is possible from the fuel cell 400. As a result, the power generated by the fuel cell 400 is supplied to the self-supporting load 750, which is a load having a high power supply priority.

なお、燃料電池４００の種類によっては、交流電源を出力するために基準となる基準電力を必要とするものも存在する。ここで「基準電力」とは、燃料電池４００が出力すべき交流電力の振幅および周波数を定める電力である。燃料電池４００が基準電力の入力が必要とする場合、蓄電池５３０の電力で賄われる。このような場合、燃料電池４００から発電可能となった後も、第２スイッチ５６０はオフとならず蓄電池５３０から燃料電池４００に基準電力が供給される。   Depending on the type of fuel cell 400, there is a battery that requires a reference power as a reference in order to output an AC power supply. Here, the “reference power” is power that determines the amplitude and frequency of AC power that the fuel cell 400 should output. When the fuel cell 400 requires input of reference power, it is covered by the power of the storage battery 530. In such a case, after the fuel cell 400 can generate power, the second switch 560 is not turned off and the reference power is supplied from the storage battery 530 to the fuel cell 400.

図６は、自立モードにおける燃料電池システム１００において、燃料電池４００の発電量に余力がある場合における通電状態を模式的に示す図である。燃料電池４００の発電量が、自立負荷７５０、貯湯ユニット８００、給湯器８５０、および非常灯９００等の各負荷の消費電力を上回る場合、切替制御部６１０は、第１４スイッチ６４９をオンにする。切替制御部６１０はまた、燃料電池４００の発電量に余力がある旨を蓄電池制御部５１０に通知し、蓄電池ユニット５００内の第４スイッチ５８０をオンにさせる。これにより、燃料電池４００が発電する電力の余剰電力で、蓄電池ユニット５００の蓄電池５３０を充電することができる。   FIG. 6 is a diagram schematically showing an energized state in the fuel cell system 100 in the self-sustaining mode when the power generation amount of the fuel cell 400 has a surplus. When the power generation amount of the fuel cell 400 exceeds the power consumption of each load such as the self-supporting load 750, the hot water storage unit 800, the hot water heater 850, and the emergency light 900, the switching control unit 610 turns on the fourteenth switch 649. The switching control unit 610 also notifies the storage battery control unit 510 that the power generation amount of the fuel cell 400 is sufficient, and turns on the fourth switch 580 in the storage battery unit 500. Thereby, the storage battery 530 of the storage battery unit 500 can be charged with surplus power generated by the fuel cell 400.

上述したように、燃料電池４００は反応式（１）および反応式（２）に基づく化学反応を利用して発電する。一般に、反応式（１）および反応式（２）に基づく化学反応の応答速度は、例えばリチウムイオン電池等の放電の応答速度と比較して、非常に遅い速度である。このため、負荷の消費電力が急激に増加した場合、燃料電池４００の発電量が負荷の消費電力に追いつかなくなる恐れもある。   As described above, the fuel cell 400 generates power using the chemical reaction based on the reaction formula (1) and the reaction formula (2). In general, the response speed of the chemical reaction based on the reaction formula (1) and the reaction formula (2) is very slow as compared with the response speed of discharge of, for example, a lithium ion battery. For this reason, when the power consumption of the load increases rapidly, the power generation amount of the fuel cell 400 may not catch up with the power consumption of the load.

図７は、自立モードにおける燃料電池システム１００において、燃料電池４００の発電電力が負荷に供給すべき電力を下回る場合における通電状態を模式的に示す図である。切替制御部６１０は、燃料電池４００の発電電力が負荷に供給すべき電力を下回る場合、その旨を蓄電池制御部５１０に通知する。蓄電池制御部５１０は、図７に示すように、切替制御部６１０から通知を受信すると、第２スイッチ５６０をオンにする。これにより、蓄電池５３０の電力を負荷に供給する電流経路が導通し、燃料電池４００が供給する電力に加えて、蓄電池５３０の電力も負荷に供給することができる。蓄電池５３０の蓄電量は、燃料電池４００が発電する電力のいわば「バッファ」として機能する。系統電源２００の停電時における電力供給を安定化することができる。   FIG. 7 is a diagram schematically showing an energized state in the fuel cell system 100 in the self-supporting mode when the generated power of the fuel cell 400 is lower than the power to be supplied to the load. When the generated power of the fuel cell 400 is lower than the power to be supplied to the load, the switching control unit 610 notifies the storage battery control unit 510 to that effect. As shown in FIG. 7, the storage battery control unit 510 turns on the second switch 560 when receiving a notification from the switching control unit 610. Thereby, the current path for supplying the electric power of the storage battery 530 to the load is conducted, and the electric power of the storage battery 530 can be supplied to the load in addition to the electric power supplied by the fuel cell 400. The amount of electricity stored in the storage battery 530 functions as a so-called “buffer” of the electric power generated by the fuel cell 400. The power supply at the time of power failure of the system power supply 200 can be stabilized.

以上、実施の形態に係る燃料電池システム１００の動作に関し、特に系統電源２００が通電中に停電となったとき、すなわち系統電源２００からの電力供給が停止したときの動作について説明した。系統電源２００が復電した場合、蓄電池制御部５１０および切替制御部６１０は各スイッチを切り換えて、図１に示す回路構成に復旧する。   As above, regarding the operation of the fuel cell system 100 according to the embodiment, the operation when the power supply is interrupted while the system power supply 200 is energized, that is, the operation when the power supply from the system power supply 200 is stopped has been described. When the system power supply 200 recovers, the storage battery control unit 510 and the switching control unit 610 switch each switch to restore the circuit configuration shown in FIG.

次に、実施の形態に係る燃料電池システム１００の機能構成について説明する。   Next, the functional configuration of the fuel cell system 100 according to the embodiment will be described.

図８は、実施の形態に係る燃料電池システム１００の機能構成を模式的に示す図である。実施の形態に係る燃料電池システム１００は、系統電源２００、燃料電池４００、蓄電池５３０、制御装置６０、負荷７０、および補助ユニット８０を含む。   FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a functional configuration of the fuel cell system 100 according to the embodiment. The fuel cell system 100 according to the embodiment includes a system power source 200, a fuel cell 400, a storage battery 530, a control device 60, a load 70, and an auxiliary unit 80.

図８は、実施の形態に係る燃料電池システム１００を実現するための機能構成を示しており、その他の構成は省略している。図８において、さまざまな処理を行う機能ブロックとして記載される各要素は、ハードウェア的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メインメモリ、その他のＬＳＩ（Large Scale Integration）で構成することができる。またソフトウェア的には、メインメモリにロードされたプログラム等によって実現される。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組み合わせによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、いずれかに限定されるものではない。   FIG. 8 shows a functional configuration for realizing the fuel cell system 100 according to the embodiment, and other configurations are omitted. In FIG. 8, each element described as a functional block for performing various processes can be configured by a CPU (Central Processing Unit), a main memory, and other LSI (Large Scale Integration) in hardware. In terms of software, it is realized by a program loaded in the main memory. Therefore, it is understood by those skilled in the art that these functional blocks can be realized in various forms by hardware only, software only, or a combination thereof, and is not limited to any one.

制御装置６０は、第１電力供給部６１、第２電力供給部６２、系統電源検出部６３、および発電検出部６４を備える。   The control device 60 includes a first power supply unit 61, a second power supply unit 62, a system power supply detection unit 63, and a power generation detection unit 64.

第１電力供給部６１は、燃料電池４００の起動シーケンスにおいて、燃料電池４００から通信可能であるかが確認される補助ユニット８０に電力を供給する。ここで補助ユニット８０は、複数の補助サブユニットを有し、少なくとも第１補助サブユニット８１と第２補助サブユニット８２とを有する。ここで第１補助サブユニット８１と第２補助サブユニット８２とは、上述した貯湯ユニット８００および給湯器８５０に対応する。   The first power supply unit 61 supplies power to the auxiliary unit 80 that confirms whether communication is possible from the fuel cell 400 in the startup sequence of the fuel cell 400. Here, the auxiliary unit 80 includes a plurality of auxiliary subunits, and includes at least a first auxiliary subunit 81 and a second auxiliary subunit 82. Here, the first auxiliary subunit 81 and the second auxiliary subunit 82 correspond to the hot water storage unit 800 and the hot water heater 850 described above.

第１電力供給部６１は、系統電源２００が通電中の場合は、第９スイッチ６４４、第８スイッチ６４３、第１２スイッチ６４７、および第１３スイッチ６４８を介して貯湯ユニット８００および給湯器８５９に系統電源２００の電力を供給する。第１電力供給部６１は、系統電源２００が停電中の場合は、第２スイッチ５６０、第１スイッチ５５０、第８スイッチ６４３、第１２スイッチ６４７、および第１３スイッチ６４８を介して貯湯ユニット８００および給湯器８５９に蓄電池５３０の電力を供給する。したがって、第１電力供給部６１は、上述した切替制御部６１０、第９スイッチ６４４、第８スイッチ６４３、第１２スイッチ６４７、第１３スイッチ６４８、蓄電池制御部５１０、第２スイッチ５６０、第１スイッチ５５０、およびＤＣ／ＡＣインバータ５４０によって実現される。   When the system power supply 200 is energized, the first power supply unit 61 connects the hot water storage unit 800 and the hot water heater 859 via the ninth switch 644, the eighth switch 643, the twelfth switch 647, and the thirteenth switch 648. The power of the power source 200 is supplied. When the system power supply 200 is in a power failure, the first power supply unit 61 is configured to store the hot water storage unit 800 and the first switch 550 via the second switch 560, the first switch 550, the eighth switch 643, the twelfth switch 647, and the thirteenth switch 648. The electric power of the storage battery 530 is supplied to the water heater 859. Accordingly, the first power supply unit 61 includes the switching control unit 610, the ninth switch 644, the eighth switch 643, the twelfth switch 647, the thirteenth switch 648, the storage battery control unit 510, the second switch 560, and the first switch described above. 550, and a DC / AC inverter 540.

第２電力供給部６２は、燃料電池４００に電力を供給する。具体的に第２電力供給部６２は、系統電源２００が通電中の場合は、第５スイッチ６４０および第７スイッチ６４２を通る経路を介して系統電源２００の電力を燃料電池４００に供給する。第１電力供給部６１は、系統電源２００が停電中の場合は、第９スイッチ６４４、第８スイッチ６４３、トランス６２０、および第７スイッチ６４２を通る経路を介して蓄電池５３０の電力を燃料電池４００に供給する。したがって、第２電力供給部６２は、上述した切替制御部６１０、第５スイッチ６４０、第６スイッチ６４１、第７スイッチ６４２、第８スイッチ６４３、トランス６２０、蓄電池制御部５１０、第１スイッチ５５０、第２スイッチ５６０、およびＤＣ／ＡＣインバータ５４０によって実現される。   The second power supply unit 62 supplies power to the fuel cell 400. Specifically, the second power supply unit 62 supplies the power of the system power supply 200 to the fuel cell 400 through a path passing through the fifth switch 640 and the seventh switch 642 when the system power supply 200 is energized. The first power supply unit 61 supplies the power of the storage battery 530 to the fuel cell 400 via a route passing through the ninth switch 644, the eighth switch 643, the transformer 620, and the seventh switch 642 when the system power supply 200 is in a power failure. To supply. Therefore, the second power supply unit 62 includes the switching control unit 610, the fifth switch 640, the sixth switch 641, the seventh switch 642, the eighth switch 643, the transformer 620, the storage battery control unit 510, the first switch 550, which are described above. This is realized by the second switch 560 and the DC / AC inverter 540.

上述したとおり、燃料電池４００の起動シーケンスでは、燃料電池４００に電力が供給される前に、補助ユニットに電力が供給されていることを要求する。したがって、第２電力供給部６２は、第１電力供給部６１が補助ユニット８０に電力を供給した後に、燃料電池４００に電力を供給する。また第１電力供給部６１は、第１補助サブユニット８１と第２補助サブユニット８２とに電力の供給を開始するときは、順番に電力を供給する。これにより、突入電力の合計が、ＤＣ／ＡＣインバータ５４０の最大出力を越えてしまうことを防止できる。   As described above, in the startup sequence of the fuel cell 400, before power is supplied to the fuel cell 400, it is requested that power is supplied to the auxiliary unit. Therefore, the second power supply unit 62 supplies power to the fuel cell 400 after the first power supply unit 61 supplies power to the auxiliary unit 80. Further, the first power supply unit 61 supplies power in order when starting to supply power to the first auxiliary subunit 81 and the second auxiliary subunit 82. As a result, the total inrush power can be prevented from exceeding the maximum output of the DC / AC inverter 540.

系統電源検出部６３は、系統電源２００からの電力供給があるか否かを検出する。したがって、系統電源検出部６３は上述した第１電力検出部６３０によって実現される。第１電力供給部６１は、系統電源検出部６３が系統電源２００からの電力供給がないことを検出した場合、補助ユニット８０に蓄電池５３０の電力を供給する。これにより、燃料電池４００が起動し、系統電源２００に代わって負荷７０に電力を供給できるようになる。なお、負荷７０は上述した通常負荷７００および自立負荷７５０である。   The system power supply detection unit 63 detects whether there is power supply from the system power supply 200. Therefore, the system power source detection unit 63 is realized by the first power detection unit 630 described above. The first power supply unit 61 supplies the power of the storage battery 530 to the auxiliary unit 80 when the system power supply detection unit 63 detects that there is no power supply from the system power supply 200. As a result, the fuel cell 400 is activated, and power can be supplied to the load 70 instead of the system power supply 200. The load 70 is the normal load 700 and the self-supporting load 750 described above.

発電検出部６４は、燃料電池４００が発電可能であるか否かを検出する。上述したように、切替制御部６１０は、図示しない通信線によって燃料電池４００を制御するマイコンと通信することができ、燃料電池４００が発電可能となった場合はその旨を受信する。したがって、発電検出部６４は上述した切替制御部６１０によって実現される。第１電力供給部６１は、燃料電池４００が発電可能であることを発電検出部６４が検出した場合、燃料電池４００が発電した電力を補助ユニット８０に供給する。   The power generation detection unit 64 detects whether or not the fuel cell 400 can generate power. As described above, the switching control unit 610 can communicate with a microcomputer that controls the fuel cell 400 via a communication line (not shown), and receives information to that effect when the fuel cell 400 can generate power. Therefore, the power generation detection unit 64 is realized by the switching control unit 610 described above. The first power supply unit 61 supplies the power generated by the fuel cell 400 to the auxiliary unit 80 when the power generation detection unit 64 detects that the fuel cell 400 can generate power.

図９は、実施の形態に係る制御装置６０が実行する燃料電池４００の起動処理の流れを示すフローチャートである。本フローチャートにおける処理は、例えば制御装置６０が起動したときに開始する。   FIG. 9 is a flowchart showing a flow of start-up processing of the fuel cell 400 executed by the control device 60 according to the embodiment. The processing in this flowchart starts when the control device 60 is activated, for example.

系統電源検出部６３は、系統電源２００が供給する電力の電圧を検出する（Ｓ２）。系統電源２００が供給する電力の電圧が低くなることにより、系統電源検出部６３が系統電源２００からの電力供給がないことを検出した場合、すなわち系統電源２００が通電中でない場合（Ｓ４のＮ）、第１電力供給部６１は補助ユニット８０に蓄電池５３０の電力を供給する（Ｓ６）。   The system power supply detection unit 63 detects the voltage of the power supplied from the system power supply 200 (S2). When the voltage of the power supplied from the system power supply 200 is reduced, the system power supply detection unit 63 detects that no power is supplied from the system power supply 200, that is, when the system power supply 200 is not energized (N in S4). The first power supply unit 61 supplies the power of the storage battery 530 to the auxiliary unit 80 (S6).

第２電力供給部６２は、第１電力供給部６１が補助ユニット８０に電力を供給した後に、燃料電池４００に電力を供給して燃料電池４００を起動する（Ｓ８）。発電検出部６４は、燃料電池４００が発電可能か否かを確認する（Ｓ１０）。発電検出部６４が、燃料電池４００が発電可能であることが確認できない間（Ｓ１２のＮ）、ステップＳ１０に戻って燃料電池４００が発電可能か否かの確認を継続する。   After the first power supply unit 61 supplies power to the auxiliary unit 80, the second power supply unit 62 supplies power to the fuel cell 400 and activates the fuel cell 400 (S8). The power generation detection unit 64 checks whether or not the fuel cell 400 can generate power (S10). While the power generation detection unit 64 cannot confirm that the fuel cell 400 can generate power (N in S12), the process returns to step S10 and continues to check whether the fuel cell 400 can generate power.

発電検出部６４が、燃料電池４００が発電可能であることを確認すると（Ｓ１２のＹ）、第１電力供給部６１は、燃料電池４００が発電した電力を補助ユニット８０に供給する。燃料電池４００が発電した電力が補助ユニット８０に供給されるか、または系統電源２００が通電中の場合（Ｓ４のＹ）、本フローチャートにおける処理は終了する。   When the power generation detection unit 64 confirms that the fuel cell 400 can generate power (Y in S12), the first power supply unit 61 supplies the power generated by the fuel cell 400 to the auxiliary unit 80. When the electric power generated by the fuel cell 400 is supplied to the auxiliary unit 80 or when the system power supply 200 is energized (Y in S4), the processing in this flowchart ends.

以上説明したように、実施の形態に係る燃料電池システム１００によれば、燃料電池４００の安全性を高める技術を提供することができる。   As described above, according to the fuel cell system 100 according to the embodiment, a technique for improving the safety of the fuel cell 400 can be provided.

特に、燃料電池４００が安全に稼働するための補助ユニット８０を起動させた後に、燃料電池４００を起動することにより、燃料電池４００が安全に稼働することを担保できる。   In particular, it is possible to ensure that the fuel cell 400 operates safely by starting the fuel cell 400 after starting the auxiliary unit 80 for allowing the fuel cell 400 to operate safely.

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。   The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are within the scope of the present invention. is there.

上記では、系統電源２００が通電状態から停電状態となるとき、すなわち系統電源２００からの電力供給が停止したときについて主に説明した。このため、図３において、貯湯ユニット８００および給湯器８５０の電力供給源が蓄電池５３０である場合を説明した。   The above has mainly described the case where the system power supply 200 changes from the energized state to the power failure state, that is, when the power supply from the system power supply 200 is stopped. For this reason, in FIG. 3, the case where the power supply source of the hot water storage unit 800 and the hot water heater 850 is the storage battery 530 has been described.

ここで、燃料電池４００の動作の安全性を担保するために、燃料電池４００が起動する前に貯湯ユニット８００に電力を供給するという観点から見ると、電力供給源は蓄電池５３０でなくてもよい。以下変形例として、系統電源２００が通電中であり、かつ燃料電池４００および貯湯ユニット８００が停止しているときに、系統電源２００の電力を用いて燃料電池４００を起動する場合について説明する。   Here, in order to ensure the safety of the operation of the fuel cell 400, from the viewpoint of supplying power to the hot water storage unit 800 before the fuel cell 400 is activated, the power supply source may not be the storage battery 530. . Hereinafter, as a modification, a case will be described in which the fuel cell 400 is started using the power of the system power source 200 when the system power source 200 is energized and the fuel cell 400 and the hot water storage unit 800 are stopped.

図１０は、系統電源２００が通電中において、燃料電池４００および貯湯ユニット８００が停止しているときの燃料電池システム１００の通電状態を模式的に示す図である。上述したように、貯湯ユニット８００は燃料電池４００の排熱機構を担い、燃料電池４００を補助するための装置である。したがって、変形例に係る貯湯ユニット８００は、系統電源２００が通電中であっても、燃料電池４００が停止しているときは停止している。このため、図１０において、第５スイッチ６４０および第１２スイッチ６４７はオフとなっている。   FIG. 10 is a diagram schematically showing an energized state of the fuel cell system 100 when the fuel cell 400 and the hot water storage unit 800 are stopped while the system power supply 200 is energized. As described above, the hot water storage unit 800 is a device for assisting the fuel cell 400 by serving as a heat removal mechanism for the fuel cell 400. Therefore, the hot water storage unit 800 according to the modification is stopped when the fuel cell 400 is stopped even when the system power supply 200 is energized. For this reason, in FIG. 10, the fifth switch 640 and the twelfth switch 647 are off.

例えば燃料電池４００を起動する旨のユーザの明示的な指示があると、切替制御部６１０は、燃料電池４００に電力を供給する前に、まず貯湯ユニット８００を起動するための電力を供給する。   For example, when there is an explicit instruction from the user to start the fuel cell 400, the switching control unit 610 first supplies power for starting the hot water storage unit 800 before supplying power to the fuel cell 400.

図１１は、系統電源２００が通電中において、燃料電池４００に電力を供給する前に貯湯ユニット８００が通電したときの燃料電池システム１００の通電状態を模式的に示す図である。図１１に示すように、切替制御部６１０は、第５スイッチ６４０をオンとする前に、第１２スイッチ６４７をオンとする。これにより、貯湯ユニット８００に系統電源２００の電力が供給され、貯湯ユニット８００が起動する。   FIG. 11 is a diagram schematically showing an energized state of the fuel cell system 100 when the hot water storage unit 800 is energized before supplying power to the fuel cell 400 while the system power supply 200 is energized. As illustrated in FIG. 11, the switching control unit 610 turns on the twelfth switch 647 before turning on the fifth switch 640. Thereby, the power of the system power supply 200 is supplied to the hot water storage unit 800, and the hot water storage unit 800 is activated.

切替制御部６１０は、第１２スイッチ６４７をオンとした後に、第５スイッチ６４０をオンとする。切替制御部６１０が第５スイッチ６４０をオンとすると、燃料電池システム１００の通電状態は図１に示す状態と同様となる。これにより、燃料電池４００の通信ユニットは、起動シーケンスにおいて貯湯ユニット８００および給湯器８５０に備えられた通信ユニットとの通信を確認することができる。これにより、燃料電池４００は起動することができる。   The switching control unit 610 turns on the fifth switch 640 after turning on the twelfth switch 647. When the switching control unit 610 turns on the fifth switch 640, the energized state of the fuel cell system 100 is the same as the state shown in FIG. Thereby, the communication unit of the fuel cell 400 can confirm communication with the communication units provided in the hot water storage unit 800 and the hot water heater 850 in the startup sequence. Thereby, the fuel cell 400 can be started.

以上説明したように、系統電源２００の電力で燃料電池４００を起動する場合においても、まず補助ユニットである貯湯ユニット８００を起動するために電力を供給する。これにより、燃料電池４００の排熱機構が担保され、燃料電池４００の安全性を高めることができる。   As described above, even when the fuel cell 400 is activated by the power of the system power supply 200, power is first supplied to activate the hot water storage unit 800, which is an auxiliary unit. Thereby, the exhaust heat mechanism of the fuel cell 400 is secured, and the safety of the fuel cell 400 can be enhanced.

６０ 制御装置、 ６１ 第１電力供給部、 ６２ 第２電力供給部、 ６３ 系統電源検出部、 ６４ 発電検出部、 ７０ 負荷、 ８０ 補助ユニット、 ８１ 第１補助サブユニット、 ８２ 第２補助サブユニット、 １００ 燃料電池システム、 ２００ 系統電源、 ３００ 主分電盤、 ３１０ 主幹ブレーカ、 ３２０ 自立用ブレーカ、 ３３０ 燃料電池用ブレーカ、 ３４０ 通常負荷用ブレーカ、 ４００ 燃料電池、 ５００ 蓄電池ユニット、 ５１０ 蓄電池制御部、 ５２０ 充電器、 ５３０ 蓄電池、 ５４０ ＤＣ／ＡＣインバータ、 ５５０ 第１スイッチ、 ５６０ 第２スイッチ、 ５７０ 第３スイッチ、 ５８０ 第４スイッチ、 ５９０ 端子、 ６００ 切替ユニット、 ６１０ 切替制御部、 ６２０ トランス、 ６３０ 第１電力検出部、 ６３５ 第２電力検出部、 ６４０ 第５スイッチ、 ６４１ 第６スイッチ、 ６４２ 第７スイッチ、 ６４３ 第８スイッチ、 ６４４ 第９スイッチ、 ６４５ 第１０スイッチ、 ６４６ 第１１スイッチ、 ６４７ 第１２スイッチ、 ６４８ 第１３スイッチ、 ６４９ 第１４スイッチ、 ７００ 通常負荷、 ７５０ 自立負荷、 ８００ 貯湯ユニット、 ８５０，８５９ 給湯器、 ９００ 非常灯、 ９５０ アース線。   60 control device, 61 first power supply unit, 62 second power supply unit, 63 system power supply detection unit, 64 power generation detection unit, 70 load, 80 auxiliary unit, 81 first auxiliary sub unit, 82 second auxiliary sub unit, DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Fuel cell system, 200 system power supply, 300 Main distribution board, 310 Main breaker, 320 Self-supporting breaker, 330 Fuel cell breaker, 340 Normal load breaker, 400 Fuel cell, 500 Storage battery unit, 510 Storage battery control part, 520 Charger, 530 battery, 540 DC / AC inverter, 550 first switch, 560 second switch, 570 third switch, 580 fourth switch, 590 terminal, 600 switching unit, 610 switching control unit, 620 transformer, 630 1st power detection part, 635 2nd power detection part, 640 5th switch, 641 6th switch, 642 7th switch, 643 8th switch, 644 9th switch, 645 10th switch, 646 11th switch, 647 1st 12 switches, 648 13th switch, 649 14th switch, 700 normal load, 750 self-supporting load, 800 hot water storage unit, 850,859 water heater, 900 emergency light, 950 ground wire.

Claims (4)

燃料電池の起動シーケンスにおいて、当該燃料電池から通信可能であるかが確認される補助ユニットに電力を供給する第１電力供給部と、
燃料電池に電力を供給する第２電力供給部とを備え、
前記第２電力供給部は、前記第１電力供給部が補助ユニットに電力を供給した後に、燃料電池に電力を供給し、
前記補助ユニットは複数の補助サブユニットを有し、
前記複数の補助サブユニットは、前記燃料電池の燃焼部から発生する熱を回収して貯湯する貯湯ユニットを含み、
前記第１電力供給部は、前記貯湯ユニットに先に電力を供給し、続いて他の補助サブユニットに電力を供給することを特徴とする制御装置。 A first power supply unit for supplying power to an auxiliary unit in which it is confirmed whether or not communication is possible from the fuel cell in the startup sequence of the fuel cell;
A second power supply unit for supplying power to the fuel cell,
The second power supply unit supplies power to the fuel cell after the first power supply unit supplies power to the auxiliary unit,
The auxiliary unit has a plurality of auxiliary subunits;
The plurality of auxiliary subunits include a hot water storage unit that recovers and stores hot water generated from a combustion part of the fuel cell,
Said first power supply unit, the hot water storage unit supplies power to the previously followed by the control device and supplying the power to other auxiliary subunits. 系統電源からの電力供給があるか否かを検出する系統電源検出部をさらに備え、
前記第１電力供給部は、前記系統電源検出部が系統電源からの電力供給が停止したことを検出した場合、前記補助ユニットに蓄電池の電力を供給することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。 It further comprises a system power source detection unit that detects whether there is power supply from the system power source,
The said 1st power supply part supplies the electric power of a storage battery to the said auxiliary | assistant unit, when the said system power supply detection part detects that the power supply from a system power supply stopped. Control device. 燃料電池が発電可能であるか否かを検出する発電検出部をさらに備え、
前記第１電力供給部は、燃料電池が発電可能であることを前記発電検出部が検出した場合、燃料電池が発電した電力を前記補助ユニットに供給することを特徴とする請求項１から２のいずれか一項に記載の制御装置。 A power generation detection unit for detecting whether or not the fuel cell can generate power;
The said 1st electric power supply part supplies the electric power which the fuel cell produced | generated to the said auxiliary | assistant unit, when the said electric power generation detection part detects that a fuel cell can generate electric power. The control device according to any one of the above. 燃料電池と、
前記燃料電池の動作を補助する補助ユニットと、
請求項１から３のいずれか一項に記載の制御装置とを備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell;
An auxiliary unit for assisting the operation of the fuel cell;
A fuel cell system comprising: the control device according to claim 1.
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