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

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^３／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^３／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^３）＝Ｒ（ｋＷｈ）×Ｌａ（ｍ^３／ｋＷｈ）＋Ｔａ（ｈ）×Ｌｍ（ｍ^３／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^３）＝Ｒ（ｋＷｈ）×Ｌｂ（ｍ^３／ｋＷｈ）＋Ｔｂ（ｈ）×Ｌｍ（ｍ^３／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^３／ｋＷｈ）は、
Ｌａ（ｍ^３／ｋＷｈ）＝１／（発電効率ａ（％）×ガス熱量（ｋＷｈ／ｍ^３））
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_２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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