JP7278227B2 - 充電制御装置、充電制御システム及び充電制御プログラム - Google Patents

充電制御装置、充電制御システム及び充電制御プログラム Download PDF

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Description

本願の開示する技術は、充電制御装置、充電制御システム及び充電制御プログラム充電制御装置に関する。
引用文献1には、燃料電池と蓄電池とを含む複数の分散電源がそれぞれ接続されて電力供給を行うことが可能な複数の電力供給部と、燃料電池のシャットダウン中に、燃料電池を除く分散電源、又は系統のうち少なくとも一つから燃料電池に対してシャットダウン完了まで電力供給を継続させる制御部と、を備える電力制御装置が記載されている。
引用文献2には、複数のバッテリ接続部を介して複数のバッテリに充電電流を供給しバッテリ接続部毎に充電電流を供給する電源調整部と、医療機器の滅菌スケジュールを記憶する記憶部と、複数のバッテリについての残存容量を含むバッテリ情報をそれぞれ取得し滅菌スケジュールに対応する時刻までに充電を完了させるための充電電流をバッテリ毎に求めて充電電流を複数のバッテリにそれぞれ供給するための充電電流指定信号を電源調整部に出力する充電管理部と、を具備したバッテリ管理装置が記載されている。
引用文献3には、複数の蓄電池の蓄電残量の残量差分が許容差分範囲を外れたときに、放電用蓄電池及び充電用蓄電池の再認定を行う蓄電池制御システムが記載されている。
特開2018-81929号公報 特開2016-82644号公報 特開2015-226431号公報
燃料電池では、電力を外部に出力していない状態であっても、燃料電池システム内の補機電力の電源を賄うためや、外部への出力に瞬時に対応するために、燃料電池にガスを供給する状態(以下、「スタンバイ状態」という)を採る場合がある。このようなスタンバイ状態ではガスを消費するため、このスタンバイ状態を採る時間を短くすれば、消費ガス量を低減できる。蓄電池への充電を考えた場合、同じ需要電力量を燃料電池から供給する際に、単にスタンバイ状態を短くして発電出力を低下させることも可能であるが、一般的に発電出力を低下させると発電効率も低下し、結果的に消費ガス量が多くなる場合も想定される。
したがって、燃料電池から蓄電池への充電を行う構成では、蓄電池への充電量を確保しつつ、燃料電池の発電時間、出力(発電効率)、及びスタンバイ状態を適切に制御し、消費ガス量を低減することが望まれる。
本発明は上記事実を考慮し、燃料電池から蓄電池への充電を行う構成において、消費ガス量を低減することを目的とする。
第一態様の充電制御装置では、燃料電池から蓄電池への充電を制御する充電制御装置であって、目標充電時間内に前記蓄電池を充電可能で発電出力が異なる複数の発電モードで前記燃料電池が消費する消費ガス量を、前記蓄電池の充電に使用する充電時ガス量と充電していない待機状態で使用する待機時ガス量とに基づいて求め、複数の前記発電モードのうち前記消費ガス量が少ない前記発電モードを省消費モードとして選択して前記燃料電池に発電させる。
蓄電池を充電する燃料電池は、発電出力の異なる複数の発電モードで蓄電池を充電可能であり、蓄電池を充電している状態では充電時ガス量でガスを消費するのに対し、蓄電池の充電が完了した状態では、待機時ガス量でガスを消費する。そして、発電モードごとに異なる充電時ガス量と、待機時ガス量と、に基づいて、目標充電時間内に燃料電池が消費する消費ガス量を求め、消費ガス量が少ない発電モードを省電力モードとして選択する。これにより、燃料電池から蓄電池への充電を行う構成において、消費ガス量を低減できる。
第二態様では、第一態様において、複数の前記蓄電池が接続可能な蓄電池接続装置を介した前記燃料電池から前記蓄電池への充電を制御し、前記省消費モードを前記蓄電池が接続される毎に選択する。
複数の蓄電池を充電する場合に、蓄電池が接続される毎に、適切な省電力モードに更新することで、消費ガス量を低減できる。
第三態様では、第一又は第二態様において、前記省消費モードを、前記燃料電池による前記蓄電池への過去の充電状況に応じた前記充電時ガス量及び前記待機時ガス量を基に複数の前記発電モードから決定する。
燃料電池による蓄電池への過去の充電状況に応じた充電時ガス量及び待機時ガス量を用いて、複数の発電モードから省電力モードを決定し、消費ガス量を低減できる。なお、過去の充電状況には、たとえば、天候に応じた充電状況等が含まれる。
第四態様では、第一から第三のいずれか一つの態様において、前記目標充電時間を、前記蓄電池の過去の使用状況を元に決定する。
蓄電池の過去の使用状況を元に、目標充電時間を決定する。したがって、蓄電池の過去の使用状況に応じて、適切な目標充電時間で蓄電池を充電できる。
第五態様では、第一から第四のいずれか一つの態様において、複数の前記発電モードのうちのいずれかの発電モードで発電することの選択を受付可能な受付部を備える。
受付部で特定の発電モードで発電することを受け付けることで、省消費モードを用いることなく、たとえば短時間での充電等を行うことが可能である。
第六態様では、第五態様において、前記受付部で受付可能な前記発電モードとして、前記省消費モードを含み、さらに、省コストモード及び短時間モードの少なくとも一方を含むように設定され、前記省コストモードが選択操作された場合には複数の前記発電モードのうちコストが最も低い前記発電モードを選択し、前記短時間モードが選択操作された場合には複数の前記発電モードのうち充電時間が最も短い前記発電モードを選択し、前記省消費モードが選択操作された場合には複数の前記発電モードのうち前記消費ガス量が少ない前記発電モードを選択し、選択された前記発電モードで前記燃料電池を発電させて前記蓄電池を充電する。
したがって、使用者の意思に応じて、受付部で選択操作された発電モードによって、充電することが可能となる。例えば、省コストモードが選択操作された場合には、充電制御装置は、短時間モードや省消費モードではなく、省コストモードに対応する発電モードを選択する。短時間モードが選択操作された場合には、充電制御装置は、省消費モードや省コストモードでななく、短時間モードに対応する発電モードを選択する。省消費モードが選択操作された場合には、充電制御装置は、省コストモードや短時間モードではなく、ガス消費量が少ない発電モードを選択する。
第七態様では、第五又は第六態様において、前記受付部が、前記発電モードの選択操作を受付けるリモートコントローラーを含む。
したがって、リモートコントローラーを用いて、発電モードの選択操作を行うことが可能である。
第八態様の充電制御システムでは、第一から第七の何れか一つの態様の前記充電制御装置と、前記蓄電池が接続可能な蓄電池接続装置と、前記燃料電池と、を含む。
この充電制御システムでは、蓄電池接続装置に接続された蓄電池に対し、燃料電池によって充電することが可能である。第一から第七のいずれか一つの態様の充電制御装置を備えているので、燃料電池から蓄電池への充電を行う際に、消費ガス量を低減できる。
第九態様では、第八態様において、前記充電制御装置は、前記蓄電池接続装置とネットワーク回線を通じて接続される。
これにより、充電制御装置は、蓄電池接続装置から離れた位置にあっても、蓄電池接続装置を制御し、燃料電池から蓄電池への充電を行う際に、消費ガス量を低減できる。
第十形態の充電制御プログラムは、コンピュータを、第一から第八のいずれか一つの態様の充電制御装置として機能させるための充電制御プログラムである。
充電制御プログラムにより、コンピュータを第一から第六のいずれか一つの態様の充電制御装置として機能させることで、燃料電池から蓄電池への充電を行う構成において、消費ガス量を低減できる。
本願では、燃料電池から蓄電池への充電を行う構成において、消費ガス量を低減できる。
図1は第一実施形態において、蓄電池が接続された燃料電池に対しネットワーク回線を通じて接続された充電制御装置を示す構成図である。 図2は第一実施形態の充電制御装置として機能するコンピュータのブロック図である。 図3は第一実施形態の燃料電池の発電出力と発電効率との関係を示すグラフである。 図4は第一実施形態の充電制御システムにおける充電制御処理を示すフローチャートである。 図5Aは第一実施形態の充電制御システムにおいて発電モードAで蓄電池を充電する場合の需要電力量、発電出力及びガス消費量の時間経過の一例を示すグラフである。 図5Bは第一実施形態の充電制御システムにおいて発電モードBで蓄電池を充電する場合の需要電力量、発電出力及びガス消費量の時間経過の一例を示すグラフである。 図5Cは第一実施形態の充電制御システムにおいて発電モードCで蓄電池を充電する場合の需要電力量、発電出力及びガス消費量の時間経過の一例を示すグラフである。 図6は第一実施形態の充電制御システムにおいて充電途中で蓄電池が追加された場合の需要電力量、発電出力及びガス消費量の時間経過の一例を示すグラフである。 図7は第一実施形態の充電制御システムにおいて充電途中で蓄電池が追加された場合の需要電力量、発電出力及びガス消費量の時間経過の図6とは異なる例を示すグラフである。 図8は第二実施形態において、蓄電池が接続された燃料電池に対しネットワーク回線を通じて接続された充電制御装置を示す構成図である。
第一実施形態の充電制御装置14及び充電制御システム12について、図面を参照して説明する。
図1に示すように、充電制御システム12は、充電制御装置14、燃料電池16及び蓄電池接続装置18を有している。
蓄電池接続装置18には、1つ又は複数の蓄電池20が装着される。蓄電池20の装着状態で、蓄電池接続装置18は、燃料電池16から充電可能となる。図1に示す例では、1つの蓄電池20A、20B、20C、20Dを示しているが、蓄電池20の数は限定されない。
蓄電池接続装置18の具体例は特に限定されないが、たとえば、モータ駆動式の二輪車及び電動アシスト付き自転車の蓄電池の充電に用いられる充電スタンドを挙げることができる。
燃料電池16は、ガスを燃料として発電し、生み出された電力を、蓄電池20に供給することで、蓄電池20を充電する。燃料電池16として、本実施形態では、固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)が用いられている。固体酸化物形燃料電池は、発電を行っている状態(発電モード)だけでなく、発電を行っていない状態(待機モード)においても、所定量のガスを消費することで、燃料電池スタック等の機器を保護したり、温度を維持して発電モードへ短時間で移行したりすることが可能である。燃料電池16の燃料であるガスの具体例としては、天然ガス、都市ガス、プロパンガス、水素ガス、バイオガス等を挙げることができる。
燃料電池16及び蓄電池接続装置18は、ネットワーク回線22を通じで、充電制御装置14と接続されている。充電制御装置14は、蓄電池接続装置18を介した燃料電池16から蓄電池20への充電を制御する。但し、ここで、燃料電池16、蓄電池接続装置18、充電制御装置14は、ネットワーク回線を通じずに電気的に接続されていても良い。
図2には、充電制御装置14の一例を成すコンピュータ24の内部構成が示されている。コンピュータ24は、プロセッサ26、メモリ28、ストレージ30、表示部32、入力部34、受付部36及び通信部38を有している。
ストレージ30には、コンピュータ24を充電制御装置14として機能させるための充電制御プログラム40が記憶されている。この充電制御プログラムがメモリ28上で展開され、プロセッサ26において実行されることにより、コンピュータ24は充電制御装置14として機能する。
表示部32は、たとえばディスプレイ及び表示ランプ等であり、コンピュータ24の状態や、このコンピュータ24に接続された各種機器の状態等を表示する。
入力部34は、たとえばキーボード、マウス及びスイッチ等であり、作業者からコンピュータ24に対する各種の入力を受け付ける。
受付部36は、後述するように、燃料電池16が有する複数の発電モードのうち、いずれの発電モードで発電するかを作業者が選択する場合に、この選択を受け付ける。実質的に、入力部34の一部が受付部36の機能を有するように構成できる。あるいは、表示部32がディスプレイを備えている場合は、このディスプレイをタッチパネルとすることで、表示部32が入力部34及び受付部36を兼ねるように構成できる。また、受付部36として、充電制御装置14の制御部とは別体で設けられたリモートコントローラー48を含んでいてもよい。リモートコントローラー48として、表示画面が設けられた構成を適用すれば、この表示画面をタッチパネルとすることで受付部36として機能する。また、リモートコントローラーとして、このようなタッチパネルが設けられていない構成のリモートコントローラー48であっても、たとえば各種の操作部材(操作ボタン及び操作スイッチ等)が設けられていれば、これらの操作部材が受付部36として機能する。そして、リモートコントローラー48を備える構成では、制御部から離れた位置において、各種の入力操作を行うことが可能である。リモートコントローラー48は、制御部に対し無線で通信を行う構成でも、有線で通信を行う構成でもよい。また、スマートフォン、タブレット型コンピュータ、ノート型コンピュータ等の各種の情報処理機器に適切なソフトウェアをインストールすることで、上記のリモートコントローラー48として動作可能にしてもよい。なお、上記の「制御部」とは、充電制御装置14において、後に詳述する「省電力モード」の選択を行う部分であり、たとえば図2の例では、少なくともプロセッサ26を含む部分であるが、コンピュータ24の全体が該当する場合もある。リモートコントローラー48が単独で受付部36を成す構成では、コンピュータ24から少なくとも受付部36を除いた部分が「制御部」である。
通信部38は、コンピュータ24と外部の部材との通信を行う場合に必要な部位である。本実施形態では、通信部38は、ネットワーク回線22を通じて、燃料電池16及び蓄電池接続装置18との通信を行う。これにより、充電制御装置14が蓄電池接続装置18から離れた位置にあっても、蓄電池接続装置18を制御することができる。
図3には、本実施形態における、燃料電池16の発電出力と発電効率との相関関係がグラフにより示されている。燃料電池16では、発電出力の増加に伴って発電効率も大きくなるが、線型の関係ではなく、非線型の関係がある。具体的には、発電出力が大きくなるほど、発電出力の上昇率に比して発電効率の上昇率は小さくなり、発電出力と発電効率とは一対一の対応関係がある。なお、発電出力と発電効率との相関関係は、図3に示したような右上がりの関係に限らず、例えば、どこかの出力で極大値のある関係でも良い。その場合、同じ発電効率で異なる発電出力の値が存在するため、その点も考慮してガス消費量を計算し、充電時間を決めることが求められる。
本実施形態では、燃料電池16が発電する際に発電出力が異なる複数(図3の例ではAからFまで6個)の発電モードが設定されている。上記したように、発電出力と発電効率とは一対一の対応関係があるので、6個の発電モードは、それぞれ異なる発電効率の値を採る。なお、発電モードの数はこれに限定されず、たとえば、任意の発電出力に設定できる構成でもよい。図3に示した発電出力と発電効率の相関関係は、ストレージ30に記憶されている。なお、燃料電池16の劣化によって発電出力と発電効率との相関関係が変わる場合もあるため、ガス流量と発電出力から発電効率を求めても良いし、発電時間から予め劣化を予測して相関関係を求めても良い。加えて、後述する計算式(ガス使用量計算式42)及び、過去の蓄電池20の使用状況46もストレージ30に記憶されている。
本実施形態では、図4に示すフローに従って、蓄電池20への充電制御処理が行われる。なお、図1に示したように、蓄電池接続装置18には複数の蓄電池20を装着可能であるが、以下では、まず、1つの蓄電池20に対して充電制御処理を行う場合について、図5A、図5B及び図5Cを参照しつつ説明する。
図5A、図5B及び図5Cは、燃料電池16から蓄電池20へ充電する際の経過時間と、蓄電池20の需要電力量、燃料電池16の発電出力及び燃料電池16のガス消費量を、発電モードが異なる場合(発電モードA、発電モードB及び発電モードC)についてそれぞれ示すグラフである。
充電制御処理では、まず、ステップST32において、充電制御装置14は、蓄電池接続装置18に蓄電池20が接続されているか否かを判定する。ステップST32の判定が否定された場合には、ステップST32において、同様の判定を継続する。
ステップST32の判定が肯定された場合は、充電制御処理はステップST34に移行する。ステップST34では、充電制御装置14は、受付部36において、発電モードの選択操作があったか否かを判定する。ここで選択可能な発電モードとしては、ガス消費量を少なくすることとは無関係に短時間で充電する「短時間モード」や、充電コストが相対的に安くなる「省コストモード」等を挙げることができる。なお、ステップST34の判定において、本実施形態では、初期状態の発電モードとして、「省消費モード」が設定されている。したがって、「短時間モード」又は「省コストモード」の選択操作がある場合に判定を肯定し、これらのモードの選択操作がない場合、又は「省消費モード」の選択操作があった場合に、判定を否定する。ステップST34の判定が肯定された場合は、充電制御はステップST48に移行する。ステップST48では、充電制御装置14は、選択された発電モード(「短時間モード」又は「省コストモード」)に対応する最適な発電モードを、発電モードA~Fの中から選択する。そして、充電制御処理はステップST44に移行する。ステップST44では、ステップST48で選択された発電モードで燃料電池16による発電を実行し、蓄電池20を充電する。
なお、ステップST34における初期状態の発電モードとしては、上記の「省消費モード」に限らず、たとえば、「省コストモード」が設定されていてもよいし、初期状態の発電モードとして「短時間モード」が設定されていてもよい。
ステップST34において判定が否定された場合、すなわち、本実施形態においては、初期状態の発電モードとして「省消費モード」が設定されているので、「省コストモード」及び「短時間モード」の選択操作がなく「省消費モード」が維持された場合、及び「省消費モード」が選択操作されたと判定した場合は、充電制御処理はステップST36に移行する。なお、初期状態の発電モードとして「省コストモード」や「短時間モード」が設定されている場合は、ステップST34において、「省消費モード」の選択操作があったと判定した場合に、ステップST36に移行するように、判定基準を設定しておけばよい。
ステップST36では、充電制御装置14は、接続された蓄電池20の需要電力量を取得する。この「需要電力量」とは、たとえば、蓄電池20をフル充電状態、すなわち100%の充電状態とするための電力量であり、単位はkWhである。状況等に応じて、たとえば80%程度の充電状態とする場合もあり、需要電力量は任意に設定可能である。
ここで、蓄電池20の充電に求められる需要電力量を「需要電力量R」とする。一例として、蓄電池20をフル充電状態、すなわち100%の充電状態とする場合には、蓄電池20の充電残量が需要電力量Rと一致する。
次に、充電制御処理は、ステップST38に移行する。ステップST38では、充電制御装置14は、最短充電時間Tsを算出する。この「最短充電時間Ts」は、以下の判断基準に従って算出される充電時間である。
すなわち、本実施形態では、図3に示したように、燃料電池16の発電出力が、複数設定されている。ステップST38において、充電制御装置14は、発電出力が最大(この発電出力をWaとする)である発電モードAで蓄電池を充電した場合の充電時間を算出し、最短充電時間Tsとする。なお、蓄電池20の充電特性として、入力電力量と充電残量との間に線型の関係がある場合は、Ts=R/Waとして計算できる。しかし、受けた電力と充電残量との間の関係が非線型である場合は、入力電力量と充電残量との関係を基に、最短充電時間Tsを決定すればよい。また、需要電力量が常に同じになる場合などは、最短充電時間Tsは任意に決めた値とし、ステップST36を無くしても良い。
次に、充電制御処理は、ステップST40に移行する。ステップST40では、充電制御装置14は、目標充電時間Tgを決定する。この「目標充電時間Tg」とは、蓄電池20の充電を完了させる目標時間である。目標充電時間Tgは、たとえば、過去の蓄電池20の使用状況、すなわち、天候、気温、曜日・休日情報、地域特性等に基づいて、充電需要予測等を決定する。天候及び気温には、過去のデータに基づく予想も含まれる。目標充電時間Tgが決定した状態で、充電開始時刻から、この目標充電時間Tgだけ経過した時刻が、充電が終了する時刻である目標充電時刻として決定する。たとえば、目標充電時間Tgが8時間であれば、充電開始時刻が10時の場合は、目標充電時刻は18時、充電開始時刻が20時の場合は、目標充電時刻は4時である。このように、目標充電時間Tgが決定すると、目標充電時刻は充電開始時刻に応じて前後する。なお、目標充電時刻を先に決定し、この目標充電時刻と、充電開始時刻とから、目標充電時間Tgを決定してもよい。
より具体的には、たとえば、蓄電池20が、モータ付き自転車の蓄電池である場合には、日中は当該自転車が使用される可能性が高いのに対し、夜間は使用される可能性が低いと考えられる。したがって、夜間の充電においては、翌朝までの長い時間(一例として6~8時間程度)を目標充電時間Tgに設定できる。また、雨天時は当該自転車の使用可能性が低いと判断できるので、天気予報等に基づいて天気が好天となる予報時刻までの時間を目標充電時間Tgに設定することも可能である。天気を考慮する場合は、予報よりも早く好天になる場合もあるので、好天予報時刻よりも何時間か前に充電が完了するように目標充電時間Tgを設定してもよい。
さらには、当該自転車について、平日の通勤通学時間帯の使用が予想される場合には、平日の昼間であっても、たとえば朝方から夕方までの不使用時間を考慮して目標充電時間Tgを設定できる。通勤通学時間帯は、地域によって異なる場合もあるので、地域特性を加味して目標充電時間Tgを設定することも可能である。
このようにして、ステップST40において目標充電時間Tgを設定した後、充電制御処理は、ステップST42に移行する。ステップST42では、充電制御装置14は、省消費モードを決定する。
この省消費モードの決定は、図3に示す複数の発電モードのうち、どの発電モードを適用して燃料電池16を発電させて蓄電池20を充電するか、を決定する処理であり、具体的には、過去の充電状況に応じた充電時ガス量及び待機時ガス量を用いて、以下のようにして決定する。
まず、最短充電時間Tsと目標充電時間Tgとの大小を比較する。Ts≧Tgの場合は、省消費モードとして、最大電力である発電モードAを省消費モードとする。
これに対し、Ts<Tgの場合は、図5Aに示すように、最大電力である発電モードAで燃料電池16が発電すると、目標充電時間Tgよりも前の最短充電時間Tsで、すなわち目標充電時間内に充電が完了し、最短充電時間Tsから目標充電時間Tgまでの待機時間Taでは、燃料電池16は待機状態となる。
この場合、充電開始から最短充電時間Tsまでは、発電モードAに対応したガス消費量La(m/kWh)でガスを消費する。このガス消費量は、「充電時ガス量」の一例である。待機状態では、単位時間当たりのガス消費量であるガス消費流量Lm(m/h)でガスを消費する。このガス消費流量は、「待機時ガス量」の一例である。なお、待機時間が長い場合には燃料電池を完全に停止することも考えられるため、待機時ガス量には、停止から起動にかかるガス流量を含んでも良い。このように、最大電力である発電モードAで燃料電池16から蓄電池20へ充電を行うと、充電完了後も待機状態においてガスを消費する。また、発電モードA以外の発電モードで燃料電池16による発電を行った場合でも、蓄電池20の充電終了時間が目標充電時間Tgよりも短い場合は、充電終了時間から目標充電時間Tgまでの待機時間が生じる。
本実施形態では、このように待機時間に消費するガスのガス消費量も考慮して、省消費モードを決定する。
より具体的には、発電モードAの場合のトータル(充電時と待機時の合計)のガス消費量を総ガス消費量Saとすれば、この総ガス消費量Saは、
Sa(m)=R(kWh)×La(m/kWh)+Ta(h)×Lm(m/h)
と計算できる。
また、発電モードA以外のいずれかの発電モード、ここでは仮に発電モードBで充電する場合、図5Bに示すように、待機時間Tbが生じる。この場合のトータルのガス消費量を総ガス消費量Sbとすれば、この総ガス消費量Sbは、
Sb(m)=R(kWh)×Lb(m/kWh)+Tb(h)×Lm(m/h)
と計算できる。
なお、上記の「発電モードに対応したガス消費量」は、燃料電池16の各発電モードにおいて、発電効率をガス熱量で除して得られる。たとえば、発電モードAの場合のガス消費量La(m/kWh)は、
La(m/kWh)=1/(発電効率a(%)×ガス熱量(kWh/m))
によって得られる。他の発電モードの場合も同様である。
そして、総ガス消費量の関係として、
Sa>Sb (1)
が成立していれば、少なくとも発電モードBで燃料電池16から蓄電池20に充電した場合は、発電モードAで燃料電池16から蓄電池20に充電した場合よりも、総ガス消費量が少なくなる。
実際には、たとえば、図3に示すように、燃料電池16の発電モードとしては、上記の2種類よりも多く設定されている。したがって、総ガス消費量が最も少なくなる発電モードを、ステップST42において省消費モードとして選択する。たとえば、図5Cに示す例では、発電モードCを省消費モードとした場合である。この場合には、発電終了時間が、目標充電時間Tgと一致し、待機時間がゼロになっている。このように、待機時間がゼロになる場合も含めて、総ガス消費量が最も少なくなる発電モードを省消費モードとして選択する。
ただし、発電モードA以外のいずれの発電モードであっても、上記式(1)が成立しない場合もある。たとえば、図3から分かるように、発電出力が高いほど発電効率も高い燃料電池では、発電モードAで発電すると、待機時間Taが長くなっても発電効率も高いため、総ガス消費量Saは、他の発電モードにおける総ガス消費量よりも小さくなることがある。このような場合には、省消費モードとして、発電モードAを選択すればよい。また、次の充電が行われるまで長い時間を要する場合は、燃料電池を一度停止し、充電前に起動する方法も挙げられる。その場合は、停止と起動に要するガス消費量を含んだ待機時ガス量として発電モードを選択する。
次に、充電制御処理は、ステップST44に移行する。ステップST44では、ステップST42において決定された省消費モードを適用し、燃料電池16から蓄電池20への充電を実行する。
そして、充電制御処理は、ステップST46に移行する。ステップST46では、充電制御装置14は、充電制御の終了条件を満足したか否かを判定する。この終了条件とは、たとえば、蓄電池20が設定された充電状態になった場合や、蓄電池接続装置18から蓄電池20が取り外されたことを検出した場合等が該当する。ステップST46でこの判定が否定された場合は、充電制御処理はステップST44に戻り、引き続き充電を実行する。これに対し、ステップST46において判断が肯定された場合は、充電制御処理を終了する。
以上の説明から分かるように、本実施形態では、燃料電池16から蓄電池20への充電を行う構成において、適切な発電モードにより充電を行うことで、燃料電池16で消費する消費ガス量を低減できる。
上記の充電制御処理は、蓄電池20が接続される毎に実行され、省消費モードを選択する。したがって、接続された蓄電池20毎に、最適な省消費モードによって、消費ガス量を低減できる。
上記では、1つの蓄電池20を蓄電池接続装置18に接続して充電する場合を例示したが、複数の蓄電池20を蓄電池接続装置18に接続して充電する場合も、蓄電池20のそれぞれに対し同様の充電制御処理を実行することで、燃料電池16で消費する消費ガス量をそれぞれの蓄電池20への充電において低減できる。
また、複数の蓄電池20が蓄電池接続装置18に接続される構成では、複数の蓄電池20の全体で、総ガス消費量が少なくなるように充電制御処理を行うことも可能である。
さらには、蓄電池接続装置18において蓄電池20の充電を行っている途中で、蓄電池20が追加して接続される場合も想定される。本実施形態では、このように充電途中のタイミングで蓄電池20が追加された場合であっても、燃料電池16で消費する消費ガス量を低減できる。
図6及び図7には、このように、蓄電池接続装置18において蓄電池20の充電を行っている途中のタイミングである追加時間Ttにおいて、蓄電池20が追加して接続された場合の経過時間と、需要電力量、発電出力及びガス消費量の関係が示されている。
この充電制御処理では、充電開始から、追加時間Ttまでは、接続済みの蓄電池20に対し、目標充電時間をTg1として、発電モードGにて燃料電池16から充電を実行している。この場合の蓄電池20の数は1つでもよいし、複数でもよい。
そして、追加時間Ttにおいて、蓄電池接続装置18に、あらたに蓄電池20が追加して接続されている。追加で接続される蓄電池20の数も、1つでもよいし複数でもよい。蓄電池20の追加により、全体としての需要電力量は、図6及び図7に二点鎖線で示すように、追加時間Ttにおいて増加している。
そして、充電制御装置14は、あらたな省消費モードを選択する。この選択にあたって、たとえば、図6に示す例では、目標充電時間Tgは変更しない場合であり、省消費モードとして発電モードBを選択している。
これに対し、充電制御装置14は、目標充電時間Tgを再設定してもよい。図7に示す例では、目標充電時間Tgを、図6に示す例よりも後の時間としており、省消費モードとして発電モードDを選択している。特に、再設定した目標充電時間Tgにより、複数の蓄電池20の総ガス消費量が低減できる場合は、目標充電時間Tgを再設定すればよい。
また、上記とは逆に、蓄電池接続装置18に複数の蓄電池20が接続された状態で、蓄電池20のいくつかを接続解除することも想定される。この場合であっても、蓄電池20が接続解除された時点で省電力モードの選択を変更することで、たとえば、目標充電時間Tgを維持して充電を継続することが可能である。また、目標充電時間Tgの再設定によって、より総ガス消費量が少ない発電モードで蓄電池20を充電したりすることも可能となる。これらの蓄電池20の追加や解除について、過去の充電状況から予測することができれば、予測に応じて追加や解除が行われる前にTgを決定しても良い。
複数の蓄電池20を蓄電池接続装置18に接続して充電する場合は、蓄電池20の充電に優先順位を付けて充電を行ってもよい。たとえば、複数の蓄電池20のうち、特定の蓄電池20に対しては、発電出力の大きい発電モードで充電することで、短時間で充電を完了させる。そして、その後に、残りの蓄電池20に対して、省消費モードとして選択したモードで充電を実行する等、燃料電池16の発電に適用する発電モードを適宜組み合わせてもよい。
図8には、第二実施形態の充電制御システム52が示されている。第二実施形態の充電制御システム52において、第一実施形態と同様の要素、部材等については同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
第二実施形態の充電制御システム52では、第一実施形態の充電制御システム12に対し、さらに外部電源54が接続されている。外部電源54は、たとえば、系統電源及び分散電源を挙げることができる。さらには、充電制御システム52の外部に設定された蓄電池であってもよい。そして、外部電源54から、電力供給を受けて蓄電池20を充電することが可能である。なお、外部に設定された蓄電池への充電は、燃料電池16の電力を用いても良い。
第二実施形態の充電制御システム52は、充電制御装置14が、外部電源54の供給電力を検出すると共に、外部電源54からの電力供給によって蓄電池20を充電するか否かの切り替えを行う。したがって、燃料電池16の電力と外部電源54の電力とを合わせて、蓄電池20を充電できる。たとえば、最短充電時間Tsを短く設定しても、燃料電池16と外部電源54とを組み合わせて用いることで、短時間で蓄電池20を充電できる。また、燃料電池16だけを用いて蓄電池20を充電する場合において、最短充電時間Tsが、目標充電時間Tgよりも大きい場合は、最短充電時間Tsで蓄電池20の充電を完了させることができない。このような場合に、外部電源54からの電力供給も用いて蓄電池20を充電すれば、最短充電時間Tsを短くでき、たとえば、目標充電時間Tgで蓄電池20の充電を完了させることも可能となる。
上記各実施形態において、蓄電池20を充電する際の燃料電池16の発電モードとしては、省消費モード以外の各種モードが、受付部36により受け付けられて設定されてもよい。これらの各種モードとしては、たとえば、ガス消費量を少なくすることとは無関係に短時間で充電する「短時間モード」を挙げることができる。第二実施形態のように、外部電源54が接続された構成では、燃料電池16と各種の外部電源54のうちから、相対的に充電コストが安い電源を選択して充電する「省コストモード」を設定することも可能である。ガスの料金、外部電源の電気料金などは、時間や季節によって変わることから、外部から料金情報を読み取り、燃料電池16での発電コストを算出することで、充電コストが安い電源を選択することができる。
これらの各種モードは、上記したように、充電制御装置14の受付部36で受け付けることが可能である。また、蓄電池接続装置18において、蓄電池20のそれぞれに対応して、発電モードを受け付ける受付部を設けてもよい。
上記各実施形態において、燃料電池16の種類は特に限定されないが、SOFCでは、系統電力よりも少ない一次エネルギー使用量で発電することが可能である。したがって、燃料電池16としてSOFCを用いることで、系統電源を用いた充電の場合よりも省エネルギーの効果が高く、また、CO排出量を低減する効果も高い。
12 充電制御システム
14 充電制御装置
16 燃料電池
18 蓄電池接続装置
20 蓄電池
22 ネットワーク回線
24 コンピュータ
26 プロセッサ
28 メモリ
30 ストレージ
32 表示部
34 入力部
36 受付部
38 通信部
40 充電制御プログラム
42 ガス使用量計算式
52 充電制御システム
54 外部電源

Claims (10)

  1. 燃料電池から蓄電池への充電を制御する充電制御装置であって、
    目標充電時間内に前記蓄電池を充電可能で発電出力が異なる複数の発電モードで前記燃料電池が消費する消費ガス量を、前記蓄電池の充電に使用する充電時ガス量と充電していない待機状態で使用する待機時ガス量とに基づいて求め、複数の前記発電モードのうち前記消費ガス量が少ない前記発電モードを省消費モードとして選択して前記燃料電池に発電させる充電制御装置。
  2. 複数の前記蓄電池が接続可能な蓄電池接続装置を介した前記燃料電池から前記蓄電池への充電を制御し、
    前記省消費モードを前記蓄電池が接続される毎に選択する請求項1に記載の充電制御装置。
  3. 前記省消費モードを、前記燃料電池による前記蓄電池への過去の充電状況に応じた前記充電時ガス量及び前記待機時ガス量を基に複数の前記発電モードから決定する請求項1又は請求項2に記載の充電制御装置。
  4. 前記目標充電時間を、前記蓄電池の過去の使用状況を元に決定する請求項1から請求項3の何れか一項に記載の充電制御装置。
  5. 複数の前記発電モードのうちのいずれかの発電モードで発電することの選択を受付可能な受付部を備える請求項1から請求項4の何れか一項に記載の充電制御装置。
  6. 前記受付部で受付可能な前記発電モードとして、前記省消費モードを含み、さらに、省コストモード及び短時間モードの少なくとも一方を含むように設定され、
    前記省コストモードが選択操作された場合には複数の前記発電モードのうちコストが最も低い前記発電モードを選択し、
    前記短時間モードが選択操作された場合には複数の前記発電モードのうち充電時間が最も短い前記発電モードを選択し、
    前記省消費モードが選択操作された場合には複数の前記発電モードのうち前記消費ガス量が少ない前記発電モードを選択し、
    選択された前記発電モードで前記燃料電池を発電させて前記蓄電池を充電する請求項5に記載の充電制御装置。
  7. 前記受付部が、前記発電モードの選択操作を受付けるリモートコントローラーを含む請求項5又は請求項6に記載の充電制御装置。
  8. 請求項1から請求項7の何れか一項に記載の前記充電制御装置と、
    前記蓄電池が接続可能な蓄電池接続装置と、
    前記燃料電池と、
    を含む充電制御システム。
  9. 前記充電制御装置は、前記蓄電池接続装置とネットワーク回線を通じて接続される請求項8に記載の充電制御システム。
  10. コンピュータを、請求項1から請求項7の何れか一項に記載の充電制御装置として機能させるための充電制御プログラム。
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