JP6734766B2 - ファームウェア提供システム、ファームウェア提供システムの制御方法、サーバ及び電源システム - Google Patents

ファームウェア提供システム、ファームウェア提供システムの制御方法、サーバ及び電源システム Download PDF

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Description

本開示は、ファームウェア提供システム、ファームウェア提供システムの制御方法、サーバ及び電源システムに関する。
燃料電池システムなどの電源システムにおいて、該電源システムを構成する構成装置は、ファームウェアなどの制御ソフトウェアによって制御されている。
従来、燃料電池システムの制御ソフトウェアの更新作業は、作業員が設置場所に赴き現地で実行されることが多い。しかしながら、作業員が設置場所に行くことが必要であると、メーカにおいて制御ソフトウェアの改善がなされても、作業員が現地に行くまでは制御ソフトウェアが最新のものに更新されない。
例えば、特許文献1は、ネットワークを介して燃料電池システムの制御ソフトウェアを更新する発明を開示している。また、特許文献1は、制御ソフトウェアの更新中に各構成装置の運転形態を制約することで、効率的かつ安全に制御ソフトウェアを更新することを開示している。
特開2015−185352号公報
燃料電池システムは、効率的に発電することが求められている。また、燃料電池システムは、寒冷地に設置された場合に、内部で使用する改質水及び循環水などの水の凍結を防止できることが求められている。
燃料電池システムの周辺環境、例えば気温(大気の温度)及び気圧(大気の圧力)などは、燃料電池システムの設置場所によって異なる。また、燃料電池システムの発電効率は、気温及び気圧などに依存する。そのため、燃料電池システムを効率的に発電するためには、設置場所の気温及び気圧に適したファームウェア及び制御パラメータで燃料電池システムを制御する方がよい。
しかしながら、燃料電池システムがどこに設置されるかは出荷の際にはわからないことが多いため、従来、燃料電池装置は全国平均の気温などに適したファームウェア及び制御パラメータが設定された状態で出荷されていた。
かかる点に鑑みてなされた本開示の目的は、設置場所に関わらず電源システムを効率的に発電させることができるファームウェア提供システム、ファームウェア提供システムの制御方法、サーバ及び電源システムを提供することにある。
本開示の一実施形態に係るファームウェア提供システムは、電源装置と、前記電源装置を制御するコントローラと、ネットワークを介して、前記コントローラに前記電源装置及び前記コントローラの制御情報を送信するサーバと、を備える。前記サーバは、前記電源装置の設置場所の気温及び気圧の少なくともいずれか一方に応じて前記制御情報を選択し、選択した前記制御情報を前記コントローラに送信する。
本開示の一実施形態に係るファームウェア提供システムの制御方法は、電源装置と、該電源装置を制御するコントローラと、サーバとを備えるファームウェア提供システムにおけるファームウェア提供システムの制御方法である。前記制御方法は、前記サーバが、前記電源装置の設置場所の気温及び気圧の少なくともいずれか一方に応じた前記電源装置及び前記コントローラの制御情報を選択するステップと、前記制御情報を前記コントローラに送信するステップと、を含む。
本開示の一実施形態に係るサーバは、通信部と、制御部とを備える。前記通信部は、電源装置を制御するコントローラと通信を行う。前記制御部は、前記電源装置及び前記コントローラの制御情報を、前記コントローラに前記通信部を介して送信する。前記制御部は、前記電源装置の気温及び気圧の少なくともいずれか一方に応じて前記制御情報を選択し、選択した前記制御情報を前記コントローラに送信する。
本開示の一実施形態に係る電源システムは、電源装置と、前記電源装置を制御するコントローラと、を備える。前記コントローラは、サーバからネットワークを介して前記電源装置及び前記コントローラの制御情報を受信する。前記制御情報は、前記電源装置の設置場所の気温及び気圧の少なくともいずれか一方に応じた情報である。
本開示の一実施形態に係るファームウェア提供システム、ファームウェア提供システムの制御方法、サーバ及び電源システムによれば、設置場所に関わらず電源システムを効率的に発電させることができる。
本開示の一実施形態に係るファームウェア提供システムの概略構成を示す図である。 地域による気温及び気圧の違いを説明する図である。 図1のサーバが記憶しているデータの一例を示す図である。 本開示の一実施形態に係るファームウェア提供システムの動作の一例を示すシーケンス図である。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。
図1に、本開示の一実施形態に係るファームウェア提供システム1の概略構成を示す。ファームウェア提供システム1は、燃料電池システム(電源システム)10と、サーバ40と、第1外部サーバ(気候情報サーバ)50と、第2外部サーバ(地図情報サーバ)60とを備える。燃料電池システム10、サーバ40、第1外部サーバ50及び第2外部サーバ60は、ネットワーク70を介して情報を送受信可能である。
図1においては、1つの燃料電池システム10がネットワーク70に接続しているが、これは一例であり、複数の燃料電池システム10がネットワーク70に接続していてよい。
燃料電池システム10は、サーバ40からネットワーク70を介して、ファームウェア及び制御パラメータを受信する。
ファームウェアは、コントローラ30又は燃料電池装置20の動作を制御するためのソフトウェアである。ファームウェアには、コントローラ30用のものと、燃料電池装置20用のものとがある。コントローラ30は、コントローラ30用のファームウェアに基づいて、各構成要素、及び、コントローラ30全体を制御する際の各処理のシーケンスなどを決定する。燃料電池装置20は、燃料電池装置20用のファームウェアに基づいて、各構成要素、及び、燃料電池装置20全体を制御する際の各処理のシーケンスなどを決定する。コントローラ30用のファームウェア、及び、燃料電池装置20用のファームウェアは、1つに限らず複数であってよい。
制御パラメータは、コントローラ30又は燃料電池装置20の動作を制御する際の各種パラメータである。制御パラメータには、コントローラ30用のものと、燃料電池装置20用のものとがある。例えば、燃料電池装置20は、補機22内の空気ブロワなどの機器を制御パラメータに基づいて制御する。
以後の説明において、ファームウェア及び制御パラメータのいずれか一方、又は、ファームウェア及び制御パラメータの双方を含む情報を、「制御情報」とも称する。
燃料電池システム10は、燃料電池装置(電源装置)20と、燃料電池装置20の動作を制御するコントローラ30とを備える。
燃料電池装置20は、例えば、固体酸化物形燃料電池装置(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)又は固体高分子形燃料電池装置(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)などである。燃料電池装置20は、店舗又は住居等の需要家施設に設置される。
燃料電池装置20は、設置場所によって、気温及び気圧などの環境条件が異なる。例えば、図2(a)に示す日本地図においては、北の方が気温が低く、南の方が気温が高いという傾向がある。また、図2(b)に示す地図においては、場所101は高度(標高)が高いため気圧が低く、場所102は高度が低いため気圧が高いという傾向がある。
燃料電池装置20を、発電効率が高い状態で動作させるため、又は、構成要素の寿命を延ばして動作させるためには、設置場所の環境(気温及び気圧など)に応じたファームウェア及び制御パラメータに基づいて燃料電池装置20を動作させてもよい。例えば、空気の組成の割合は気圧に依存して変わるため、設置場所の高度が高く気圧が低い場合は、補機22内の空気ブロワの流量を大きくしてもよい。このように設置場所の環境に適した状態で動作させるため、燃料電池装置20は、設置場所に応じた制御情報をコントローラ30から受信すると、設置場所に応じた制御情報への更新を行う。
燃料電池装置20のファームウェア及び制御パラメータは、設置後に更新可能である。したがって、工場出荷時は、燃料電池装置20のファームウェア及び制御パラメータは初期設定であってよい。
燃料電池装置20は、発電部21と、補機22と、排熱回収部23と、電力変換部24と、通信部25と、記憶部26と、制御部27とを備える。
発電部21は、ガスと空気とを電気化学反応させて発電するセルスタックを備える。発電部21は、制御パラメータによって所定割合で配合されたガス、空気及び改質水を燃料として発電する。発電部21は、発電した直流電力を電力変換部24に供給する。
補機22は、発電部21を動かすために必要な周辺機器である。補機22は、空気ブロワ、ガスポンプ、改質水ポンプ、ヒータ等を含む。空気ブロワは、制御パラメータによって設定された流量で、空気を発電部21に供給する。ガスポンプは、制御パラメータによって設定された流量で、ガスを発電部21に供給する。改質水ポンプは、制御パラメータによって設定された流量で、改質水を発電部21に供給する。ヒータは、制御パラメータの設定に応じた強度で循環水を温める。寒冷地においては、ヒータの強度を高めることにより、循環水が凍結することを防ぐことができる。
排熱回収部23は、発電部21における発電に伴い生じた排熱を回収する。排熱回収部23は、回収した排熱を、外部から引き込んだ循環水との間で熱交換させてお湯を生成する。
電力変換部24は、発電部21から供給された直流電力を交流電力に変換する。電力変換部24は、変換後の交流電力を、燃料電池装置20が設置されている需要家施設の負荷機器等に供給する。
通信部25は、有線又は無線によってコントローラ30と接続する。通信部25は、コントローラ30とデータの送受信を行う。通信部25は、コントローラ30から、制御情報を受信する。
記憶部26は、燃料電池装置20の動作を制御するためのファームウェア及び制御パラメータを保持(格納)する。
制御部27は、燃料電池装置20が備える各機能ブロックをはじめとして、燃料電池装置20の全体を制御及び管理するプロセッサを含む。プロセッサにより実行されるプログラムは、例えば、制御部27が備えるメモリに格納されてもよいし、記憶部26に格納されてもよい。
制御部27は、コントローラ30から設置場所に応じた制御情報を受信すると、該制御情報への更新作業を行う。制御部27は、制御情報を受信した場合、自動的に更新作業を開始してもよいし、ユーザからの更新作業の指示を受けてから更新作業を開始してもよい。
コントローラ30は、燃料電池装置20を制御する。コントローラ30は、ネットワーク70を介してサーバ40と接続する。コントローラ30は、サーバ40から設置場所に応じた制御情報を受信(ダウンロード)する。コントローラ30は、燃料電池装置20と有線又は無線により接続する。コントローラ30は、受信した制御情報のうち燃料電池装置20用のものを燃料電池装置20に送信する。
コントローラ30は、通信部31と、記憶部32と、表示部33と、制御部34とを備える。
通信部31は、ネットワーク70を介してサーバ40とデータの送受信を行う。通信部31は、サーバ40から設置場所に応じた制御情報を受信する。通信部31は、燃料電池装置20と有線又は無線により接続する。通信部31は、サーバ40から受信した制御情報のうち燃料電池装置20用のものを燃料電池装置20に送信する。
記憶部32は、コントローラ30の動作を制御するためのファームウェア及び制御パラメータを保持(格納)する。
表示部33は、例えば液晶ディスプレイ又は有機EL(Electroluminescence)ディスプレイなどの表示デバイスを含む。表示部33は、燃料電池装置20の動作状況など情報を表示する。表示部33は、タッチセンサ等の入力デバイスを備え、ユーザからの入力を受け付けてもよい。
制御部34は、コントローラ30が備える各機能ブロックをはじめとして、コントローラ30の全体を制御及び管理するプロセッサを含む。プロセッサにより実行されるプログラムは、例えば、制御部34が備えるメモリに格納されてもよいし、記憶部32に格納されてもよい。
制御部34は、サーバ40から設置場所に応じた制御情報を受信すると、コントローラ30用の制御情報は記憶部32に保存し、燃料電池装置20用の制御情報は燃料電池装置20に送信する。制御部34は、コントローラ30用の制御情報を受信すると、該制御情報への更新作業を行う。制御部34は、コントローラ30用の制御情報を受信した場合、自動的に更新作業を開始してもよいし、ユーザからの更新作業の指示を受けてから更新作業を開始してもよい。制御部34は、表示部33に、例えば「ファームウェアのダウンロードが完了しました。更新しますか?」のようなメッセージを表示させ、ユーザが更新することを選択した場合に、更新作業を開始してもよい。
制御部34は、コントローラ30又は燃料電池装置20のファームウェアの更新作業をする場合、必要に応じて、更新作業の前に燃料電池装置20の動作を停止させる。
サーバ40は、燃料電池装置20を制御するためのファームウェア及び制御パラメータをコントローラ30に送信する。また、サーバ40は、コントローラ30を制御するためのファームウェア及び制御パラメータをコントローラ30に送信する。サーバ40は、通信部41と、記憶部42と、制御部43とを備える。
通信部41は、ネットワーク70を介してコントローラ30、第1外部サーバ50及び第2外部サーバ60とデータの送受信を行う。通信部41は、コントローラ30に制御情報を送信する。通信部41は、気候情報サーバである第1外部サーバ50から、燃料電池装置20の設置場所の気候情報を受信する。通信部41は、地図情報サーバである第2外部サーバ60から、燃料電池装置20の設置場所の高度などの情報を受信する。
記憶部42は、燃料電池装置20用の制御情報及びコントローラ30用の制御情報を保持(格納)する。記憶部42は、燃料電池装置20の設置場所に応じた様々なバージョンの制御情報を保持する。
記憶部42は、燃料電池装置20の製造番号に、燃料電池装置20の設置場所を関連付けた情報を保持する。設置場所の情報は、例えば、住所である。例えば、燃料電池装置20を設置した作業員がサーバ40への登録作業を行うことにより、記憶部42は、燃料電池装置20の製造番号に、燃料電池装置20の設置場所を関連付けた情報を保持することができる。
また、記憶部42は、燃料電池装置20の製造番号に、燃料電池装置20の設置場所、該設置場所に適したファームウェア及び制御パラメータ、並びに、ファームウェアを送信する優先順位を関連付けたテーブルを記憶している。図3に、記憶部42が記憶しているテーブルの一例を示す。
図3に示す例では、北海道に設置されている製造番号「BBBBB」の燃料電池装置20用のファームウェアバージョンが1.02であり、東京に設置されている「AAAAA」及び九州に設置されている「CCCCC」のファームウェアバージョン1.00よりも新しいバージョンとなっている。
また、図3に示す例では、北海道に設置されている燃料電池装置20の制御パラメータは、東京及び九州に設置されている燃料電池装置20の制御パラメータとは、「ヒータ制御」及び「循環水制御」において異なる値となっている。図3に示す例では、制御パラメータとして、空気流量、ガス流量、水流量、ヒータ制御及び循環水制御が記憶されている。空気流量は、補機22の空気ブロワの流量を設定するパラメータである。ガス流量は、補機22のガスポンプの流量を設定するパラメータである。水流量は、補機22の改質水ポンプの流量を設定するパラメータである。ヒータ制御は、補機22のヒータの強度を設定するパラメータである。循環水制御は、排熱回収部23を流れる循環水の流量を制御するパラメータである。
また、図3に示す優先順位は、例えば、S、A、B、Cの順で優先順位が高い。優先順位をつける理由は、ファームウェアはデータ量が多く、サーバ40が管理する全ての燃料電池システム10に同時にファームウェアを送信することが困難なためである。サーバ40から燃料電地システム10へのファームウェアの送信を完了するには時間がかかる。そのため、優先順位をつけて、ファームウェアを更新する必要性の高い燃料電池システム10から順にファームウェアを更新できるようにしている。図3に示す例では、例えば、寒冷地である北海道のように循環水の凍結のおそれがあるため早急にファームウェアを更新した方がよい設置場所に対しては、高い優先順位である「S」が設定されている。
制御部43は、サーバ40が備える各機能ブロックをはじめとして、サーバ40の全体を制御及び管理するプロセッサを含む。プロセッサにより実行されるプログラムは、例えば、制御部43が備えるメモリに格納されてもよいし、記憶部42に格納されてもよい。
制御部43は、燃料電池装置20が設置され、記憶部42に該燃料電池装置20の設置場所が保存されると、燃料電池装置20の設置場所の環境情報を取得する。環境情報としては、例えば、気候及び高度がある。制御部43は、燃料電池装置20の設置場所の気候情報を、気候情報サーバである第1外部サーバ50から取得する。また、制御部43は、燃料電池装置20の設置場所の高度情報を、地図情報サーバである第2外部サーバ60から取得する。制御部43は、気候情報から気温を推測し、高度情報から気圧を推測する。制御部43は、推測した気温及び気圧に基づいて、設置場所に適したファームウェア、制御パラメータ及び優先順位を選択して記憶部42に保存する。
制御部43は、例えば、気圧の低い設置場所に対しては、空気流量の制御パラメータとして出荷時の値よりも大きい値を選択する。これにより、燃料電池装置20の発電効率を高めることができ、また、燃料電池装置20の発電部21の寿命を延ばすことができる。また、制御部43は、例えば、気温の低い設置場所に対しては、ヒータ制御のパラメータとして出荷時の値よりも大きい値を選択する。これにより、燃料電池装置20内部の循環水などの水の凍結を防ぐことができる。
制御部43は、優先順位の順番で、燃料電池装置20の設置場所に応じた制御情報をコントローラ30に送信する。制御部43は、燃料電池装置20の設置後に、少なくとも1回、設置場所に適した制御情報をコントローラ30に送信する。また、制御部43は、その後、所定期間ごとに、コントローラ30に制御情報を送信してもよい。例えば、制御部43は、季節ごとに、その季節に適した制御情報をコントローラ30に送信してもよい。
第1外部サーバ50は、気候情報サーバであり、各地の気候情報を保持している。第1外部サーバ50は、ネットワーク70を介してサーバ40とデータの送受信を行う。第1外部サーバ50は、サーバ40から、燃料電池装置20の設置場所の気候情報の要求を受信すると、気候情報をサーバ40に送信する。
第2外部サーバ60は、地図情報サーバであり、各地の高度などの地図情報を保持している。第2外部サーバ60は、ネットワーク70を介してサーバ40とデータの送受信を行う。第2外部サーバ60は、サーバ40から、燃料電池装置20の設置場所の高度情報の要求を受信すると、高度情報をサーバ40に送信する。
なお、図1においては、2つの外部サーバがネットワーク70に接続されている構成を例として示しているが、これは一例である。例えば、2つ以上の外部サーバが、気候情報又は地図情報を分散して保持していてもよい。また、例えば、1つの外部サーバが気候情報と地図情報の両方を保持していてもよい。また、例えば、サーバ40が、気候情報及び地図情報の何れか一方又は両方を保持していてもよい。
図4に示すシーケンス図を参照して、本開示の一実施形態に係るファームウェア提供システム1の動作の一例について説明する。ファームウェア提供システム1は、図4に示すシーケンスを、燃料電池装置20の設置後に少なくとも1回行う。また、ファームウェア提供システム1は、図4に示すシーケンスを、さらに所定期間ごと、例えば季節ごとに行ってもよい。
サーバ40は、燃料電池装置20が設置され、記憶部42に該燃料電池装置20の設置場所が保存されると、燃料電池装置20の設置場所の環境情報を取得する。制御部43は、取得した環境情報に基づいて、設置場所に適した制御情報及び優先順位を選択する(ステップS101)。
サーバ40は、選択した制御情報を優先順位にしたがってコントローラ30に送信する(ステップS102)。
コントローラ30は、制御情報を受信し(ステップS103)、コントローラ30用の制御情報を記憶部32に保存し、燃料電池装置20用の制御情報を燃料電池装置20に送信する(ステップS104)。燃料電池装置20は、燃料電池装置20用の制御情報を受信する(ステップS105)。
コントローラ30及び燃料電池装置20は、制御情報の更新を行う(ステップS106及びS107)。
このように、本実施形態によれば、サーバ40は、燃料電池装置20の設置場所に応じた制御情報を、コントローラ30に送信する。コントローラ30が、燃料電池装置20の設置場所に応じた制御情報を受信して制御情報の更新作業を行うと、燃料電池装置20は、設置場所に適したファームウェア及び制御パラメータで動作することができる。これにより、燃料電池装置20は設置場所に関わらず効率的に発電することができる。また、設置場所に適したファームウェア及び制御パラメータで燃料電池装置20を動作させることにより、寒冷地に設置されても、例えば、気温に応じた強度でヒータを制御することができ、装置内部の水の凍結を防止することができる。また、設置場所に適したファームウェア及び制御パラメータで燃料電池装置20を動作させることにより、例えば、発電部21が含むセルスタックの寿命劣化を抑えることができる。また、燃料電池装置20を移設しても、コントローラ30が、燃料電池装置20の移設先の設置場所に応じた制御情報を受信するため、燃料電池装置20は、移設先の設置場所に関わらず効率的に発電することができる。
本発明の一実施形態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及び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、これらの変形及び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、各構成部、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、複数の構成部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。また、本発明について装置を中心に説明してきたが、本発明は装置の各構成部が実行するステップを含む方法、装置が備えるプロセッサにより実行される方法、プログラム、又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものである。本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
上述の実施形態において、電源装置として燃料電池装置20を例に挙げて説明した。しかしながら、燃料電池装置20は、設置場所によって適切なファームウェア及び制御パラメータが異なる他の電源装置であってよい。この場合、燃料電池システム10は、設置場所によって適切なファームウェア及び制御パラメータが異なる電源装置、及び該電源装置を制御するコントローラを備える他の電源システムであってよい。他の電源装置として、例えば、太陽光発電装置及び蓄電装置などが挙げられる。
1 ファームウェア提供システム
10 燃料電池システム(電源システム)
20 燃料電池装置(電源装置)
21 発電部
22 補機
23 排熱回収部
24 電力変換部
25 通信部
26 記憶部
27 制御部
30 コントローラ
31 通信部
32 記憶部
33 表示部
34 制御部
40 サーバ
41 通信部
42 記憶部
43 制御部
50 第1外部サーバ(気候情報サーバ)
60 第2外部サーバ(地図情報サーバ)
70 ネットワーク

Claims (8)

  1. 電源装置と、
    前記電源装置を制御するコントローラと、
    ネットワークを介して、前記コントローラに前記電源装置及び前記コントローラの制御情報を送信するサーバと、を備え、
    前記サーバは、前記電源装置の設置場所の気温及び気圧の少なくともいずれか一方に応じて前記制御情報を選択し、選択した前記制御情報を前記コントローラに送信する、ファームウェア提供システム。
  2. 請求項1に記載のファームウェア提供システムにおいて、
    前記制御情報は、ファームウェア及び制御パラメータのいずれか一方、又は、ファームウェア及び制御パラメータの双方を含む、ファームウェア提供システム。
  3. 請求項1又は2に記載のファームウェア提供システムにおいて、
    前記サーバは、所定期間ごとに前記制御情報を前記コントローラに送信する、ファームウェア提供システム。
  4. 請求項1からのいずれか一項に記載のファームウェア提供システムにおいて、
    前記ファームウェア提供システムは、複数の電源装置を備え、
    前記サーバは、前記電源装置の設置場所に応じた優先順位を設定し、該優先順位の順番で前記制御情報を送信する、ファームウェア提供システム。
  5. 請求項1からのいずれか一項に記載のファームウェア提供システムにおいて、
    前記電源装置及び前記コントローラは、出荷時に前記制御情報が初期設定である、ファームウェア提供システム。
  6. 電源装置と、該電源装置を制御するコントローラと、サーバとを備えるファームウェア提供システムにおけるファームウェア提供システムの制御方法であって、
    前記サーバが、
    前記電源装置の設置場所の気温及び気圧の少なくともいずれか一方に応じた前記電源装置及び前記コントローラの制御情報を選択するステップと、
    前記制御情報を前記コントローラに送信するステップと、を含むファームウェア提供システムの制御方法。
  7. 電源装置を制御するコントローラと通信を行う通信部と、
    前記電源装置及び前記コントローラの制御情報を、前記コントローラに前記通信部を介して送信する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記電源装置の設置場所の気温及び気圧の少なくともいずれか一方に応じて前記制御情報を選択し、選択した前記制御情報を前記コントローラに送信する、サーバ。
  8. 電源装置と、
    前記電源装置を制御するコントローラと、を備え、
    前記コントローラは、サーバからネットワークを介して前記電源装置及び前記コントローラの制御情報を受信し、
    前記制御情報は、前記電源装置の設置場所の気温及び気圧の少なくともいずれか一方に応じた情報である、電源システム。
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