JP7446140B2 - エネルギーシステム及びエネルギーシステムの運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、エネルギーシステム及びエネルギーシステムの運転方法に関する。

特許文献１には、系統電源が停電となった場合に、燃料電池システムを起動させるのに必要な電力を供給するための自立運転支援装置を有するシステムが開示されている。自立運転支援装置は、蓄電池を有しており、蓄電池は燃料電池システムを起動させるのに必要な電力を充電している。また、蓄電池は負荷変動に応じて充電電力を放電する。これにより、系統電源が停電した場合でも、蓄電池によって燃料電池システムを起動できるとともに、負荷変動に対応できるシステムを実現できる。

蓄電池は一般に繰り返し満充電まで充電すると劣化する。特許文献２では、満充電よりも低い上限電気量まで充電を行うように制御することで、電池の劣化を抑制している。

特開２００８－２２６５０号公報 特許第５１５８２１７号

特許文献１の蓄電池は、外部から供給された電力を充電するとともに、負荷変動に応じて充電した電力を放電する。一般に、蓄電池は、充放電を繰り返すことによって、電極表面への電気を通さない物質の結晶化、電極破損等により充電が十分にできなくなり劣化する。そのため特許文献１の蓄電池は充放電により劣化する。

特許文献２の蓄電池は満充電までは充電しないものの、繰り返し充放電することから前述と同様に充放電による蓄電池の劣化は避けられない。

本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、繰り返しの充放電による蓄電池の劣化に対する対策を考慮しつつ、燃料電池システムを起動させるのに必要な電力を充電できるエネルギーシステム及びエネルギーシステムの運転方法を提供することを目的とする。

本発明に係るエネルギーシステムの特徴構成は、
燃料電池と、
前記燃料電池が発電した発電電力を利用可能な負荷と、
前記燃料電池が発電した発電電力を充電可能な複数の蓄電池と、
前記複数の蓄電池への充電又は放電を制御する蓄電池制御部とを備え、
前記複数の蓄電池は、
前記燃料電池が発電した発電電力の充電及び前記負荷に電力を供給するための放電が可能な充放電用の少なくとも１つの第１蓄電池と、
前記燃料電池の起動に必要な起動電力の充電及び前記燃料電池に起動電力を供給するための放電が可能な起動電力供給用の少なくとも１つの第２蓄電池とを含み、
前記複数の蓄電池の充放電可能容量を検出する容量検出部を備え、
前記蓄電池制御部は、前記容量検出部が検出した前記第１蓄電池の充放電可能容量の上限値が所定の閾値未満と判定した判定時点で、前記複数の蓄電池の中の当該第１蓄電池以外の蓄電池のうち充放電可能容量の上限値が前記所定の閾値以上である蓄電池を新たな第１蓄電池に設定するように制御する点にある。

上記特徴構成のエネルギーシステムによれば、充放電用の第１蓄電池と、燃料電池の起動に必要な起動電力を充電している起動電力供給用の第２蓄電池とが別々に設けられている。第２蓄電池は起動電力供給用のみに用いられるため、充放電が繰り返されることによる劣化を抑制できる。
第１蓄電池は充放電が繰り返される蓄電池であり、充放電を繰り返すことによって、電極表面への電気を通さない物質の結晶化、電極の破損等により充電が十分にできなくなり劣化する可能性がある。劣化により第１蓄電池の充放電可能容量の上限値が低下するが、判定時点において第１蓄電池の充放電可能容量の上限値が所定の閾値未満となった場合には、上記特徴構成のように、当該第１蓄電池以外の蓄電池のうち、充放電可能容量の上限値が所定の閾値以上である蓄電池を新たな第１蓄電池とする。これにより、充放電可能容量の上限値が所定の閾値以上であり比較的劣化の少ない蓄電池を、劣化した充放電用の元の第１蓄電池から、新たな充放電用の第１蓄電池に設定できる。

本発明に係るエネルギーシステムの更なる特徴構成は、
前記蓄電池制御部は、前記第２蓄電池として用いられていた元の第２蓄電池が前記判定時点で新たな第１蓄電池に設定された場合、前記複数の蓄電池のうち、前記判定時点において前記充放電可能容量の上限値が所定の閾値未満となった第１蓄電池として用いられていた元の第１蓄電池及び前記元の第２蓄電池以外のいずれかの蓄電池を新たな第２蓄電池に設定するように制御する点にある。

第１蓄電池の充放電可能容量の上限値が所定の閾値未満となった場合、充放電可能容量の上限値が所定の閾値以上である蓄電池が選択されて新たな第１蓄電池に設定される。ここで、起動電力供給用として用いられていた元の第２蓄電池が新たな第１蓄電池になった場合、この元の第２蓄電池の代用が必要となる。そこで、本特徴構成によれば、元の第２蓄電池の代用として、判定時点において充放電可能容量の上限値が所定の閾値未満となった元の第１蓄電池及び起動電力供給用として用いられていた元の第２蓄電池以外の蓄電池が複数の蓄電池の中から選択される。これにより、元の第２蓄電池を新たな第１蓄電池に設定しつつ、元の第２蓄電池の代用としての起動電力供給用の新たな第２蓄電池も用意することができる。

本発明に係るエネルギーシステムの特徴構成は、
燃料電池と、
前記燃料電池が発電した発電電力を利用可能な負荷と、
前記燃料電池が発電した発電電力を充電可能な複数の蓄電池と、
前記複数の蓄電池への充電又は放電を制御する蓄電池制御部とを備え、
前記複数の蓄電池は、
前記燃料電池が発電した発電電力の充電及び前記負荷に電力を供給するための放電が可能な充放電用の少なくとも１つの第１蓄電池と、
前記燃料電池の起動に必要な起動電力の充電及び前記燃料電池に起動電力を供給するための放電が可能な起動電力供給用の少なくとも１つの第２蓄電池とを含み、
前記第１蓄電池の充放電可能容量を検出する容量検出部を備え、
前記蓄電池制御部は、前記容量検出部が検出した前記第１蓄電池の充放電可能容量の上限値が所定の閾値未満と判定した判定時点で、前記判定時点において前記第２蓄電池として用いられていた元の第２蓄電池を新たな第１蓄電池に設定し、前記判定時点において前記第１蓄電池として用いられていた元の第１蓄電池を新たな第２蓄電池に設定するように制御する点にある。

上記特徴構成のエネルギーシステムによれば、充放電用の第１蓄電池と、燃料電池の起動に必要な起動電力を充電している起動電力供給用の第２蓄電池とが別々に設けられている。第２蓄電池は起動電力供給用のみに用いられるため、充放電が繰り返されることによる劣化を抑制できる。
第１蓄電池は充放電が繰り返される蓄電池であり、劣化により充放電可能容量の上限値が低下する。第１蓄電池の充放電可能容量の上限値が所定の閾値未満となった場合には、上記特徴構成のように元の第２蓄電池を充放電用の新たな第１蓄電池とし、元の第１蓄電池を起動電力供給用の新たな第２蓄電池とする。つまり、元の第１蓄電池と元の第２蓄電池とを入れ換える。
これにより、充放電せずに用いられることで劣化が抑制されていた元の第２蓄電池を充放電用の新たな第１蓄電池として利用することで、大きな不足電力の放電及び大きな余剰電力の充電に対応することができる。また、充放電により劣化した元の第１蓄電池を起動電力供給用の新たな第２蓄電池として充放電せずに用いることで、劣化した元の第１蓄電池の更なる劣化を抑制できる。

本発明に係るエネルギーシステムの更なる特徴構成は、
前記所定の閾値は、前記燃料電池の起動に必要な起動電力より大きい点にある。

上記特徴構成によれば、「所定の閾値＞起動電力」である。そして、第１蓄電池の劣化後の充放電可能容量の上限値が所定の閾値未満と判定された判定時点においては、「所定の閾値＞第１蓄電池の劣化後の充放電可能容量の上限値＞起動電力」の関係が未だ満たされていると考えられる。つまり、当該判定時点においては、劣化により第１蓄電池の充放電可能容量の上限値は低下しているものの、第１蓄電池は、燃料電池の起動に必要な起動電力を充電することは可能な状態であると考えられる。
よって、当該判定時点において劣化した元の第１蓄電池を起動電力供給用の新たな第２蓄電池とすることが可能である。この場合には、劣化した元の第１蓄電池に起動電力を充電させて充放電せずに用いることで、劣化した第１蓄電池の更なる劣化を抑制できる。

本発明に係るエネルギーシステムの更なる特徴構成は、
前記蓄電池制御部は、前記第１蓄電池を所定のタイミングで完全に放電するようにリフレッシュを行う点にある。

上記特徴構成によれば、第１蓄電池及び新たな第１蓄電池を含む充放電用の第１蓄電池は所定のタイミングでリフレッシュされる。リフレッシュによってメモリ効果による電圧低下を解消できるので好ましい。

本発明に係るエネルギーシステムの更なる特徴構成は、
前記第１蓄電池はメモリ効果による電圧低下が現れる蓄電池である点にある。

上記特徴構成によれば、充放電用の第１蓄電池はメモリ効果による電圧低下が現れる蓄電池であるが、リフレッシュすることによってメモリ効果を解消できる。

本発明に係るエネルギーシステムの運転方法は、
燃料電池と、前記燃料電池が発電した発電電力を利用可能な負荷と、前記燃料電池が発電した発電電力を充電可能な複数の蓄電池と、前記複数の蓄電池への充電又は放電を制御する蓄電池制御部とを備え、
前記複数の蓄電池は、
前記燃料電池が発電した発電電力の充電及び前記負荷に電力を供給するための放電が可能な充放電用の少なくとも１つの第１蓄電池と、
前記燃料電池の起動に必要な起動電力の充電及び前記燃料電池に起動電力を供給するための放電が可能な起動電力供給用の少なくとも１つの第２蓄電池とを含むエネルギーシステムの運転方法であって、その特徴構成は、
前記蓄電池制御部は、前記第１蓄電池の充放電可能容量の上限値が所定の閾値未満と判定した判定時点で、前記複数の蓄電池の中の当該第１蓄電池以外の蓄電池のうち充放電可能容量の上限値が前記所定の閾値以上である蓄電池を新たな第１蓄電池に設定するように制御する点にある。

エネルギーシステムの構成図である。 第１タイプの蓄電池において、充放電用蓄電池の充放電の様子と、起動電力を充電しているＢＯＳ用蓄電池の様子を示す模式図である。 第１タイプの蓄電池において、劣化後の充放電用蓄電池を示す模式図である。 第１タイプの蓄電池において、元の充放電用蓄電池を新たなＢＯＳ用蓄電池とし、元のＢＯＳ用蓄電池を新たな充放電用蓄電池とした場合の模式図である。 第２タイプの蓄電池において、充放電用蓄電池の充放電の様子と、起動電力を充電しているＢＯＳ用蓄電池の様子を示す模式図である。 第２タイプの蓄電池において、劣化後の充放電用蓄電池を示す模式図である。 第２タイプの蓄電池において、元の充放電用蓄電池を新たなＢＯＳ用蓄電池とし、元のＢＯＳ用蓄電池を新たな充放電用蓄電池とした場合の模式図である。 ３つ以上の蓄電池間で充放電用蓄電池及びＢＯＳ用蓄電池を割り当てる様子を説明するための模式図である。 ３つ以上の蓄電池間で充放電用蓄電池及びＢＯＳ用蓄電池を割り当てる様子を説明するためのフローチャートである。

以下に実施形態に係るエネルギーシステム及びエネルギーシステムの運転方法について説明する。
（１）全体構成
図１に示すようにエネルギーシステム１は、燃料電池システム１０と、蓄電池システム２０と、スイッチＳを介して系統電源３０に接続されている分電盤４０と、負荷５０とを備えている。系統電源３０は、電力会社等が供給する系統電力の供給源であり、分電盤４０を介して燃料電池システム１０及び蓄電池システム２０に接続されている。また、分電盤４０を介して負荷５０が接続されている。

（２）燃料電池システム
燃料電池システム１０は、燃料電池１１及びパワーコンディショナ１３を備えている。燃料電池１１は、水素等の燃料ガスと酸素等の酸化剤ガスとを反応させることで発電を行う。燃料電池１１は、定格運転、定格の８０％の出力での運転、定格の５０％の出力での運転、負荷５０の負荷電力の大きさに応じた負荷追従運転などを行うことができる。負荷５０は、燃料電池１１の発電電力、系統電源３０の系統電力及び蓄電池システム２０に充電されている充電電力の少なくともいずれかの電力を消費可能である。そして、燃料電池１１及び系統電源３０の少なくともいずれかから負荷５０に供給される供給電力に不足が生じる場合に、不足電力に相当する充電電力が蓄電池システム２０から負荷５０に供給される。一方、燃料電池１１の発電電力のうち、負荷５０により消費されなかった余剰電力は、蓄電池システム２０において充電可能である。
パワーコンディショナ１３は、燃料電池１１が発電した直流電力である発電電力を交流電力に変換し、系統電源３０の交流電力である系統電力と系統連系可能とする。

（３）分電盤
分電盤４０は、燃料電池システム１０及び蓄電池システム２０と系統電源３０との間に設けられているとともに、負荷５０が接続されている。負荷５０は、分電盤４０を介して、系統電源３０からの系統電力、燃料電池システム１０からの発電電力及び蓄電池システム２０からの充電電力の少なくともいずれかの電力の供給を受けることが可能である。系統電源３０が停電してスイッチＳが開くと、分電盤４０は系統電源３０から切り離され、燃料電池システム１０等が系統電源３０から解列される。

（４）蓄電池システム
蓄電池システム２０は、パワーコンディショナ２１と、充放電用蓄電池（第１蓄電池の一例）２３と、ＢＯＳ（Black Out Start）用蓄電池（第２蓄電池の一例）２５と、蓄電池制御部２７と、容量検出部２９とを備えている。

（４－１）パワーコンディショナ
パワーコンディショナ２１は、蓄電池システム２０に供給される交流電力を直流電力に変換し、充電のために充放電用蓄電池２３及びＢＯＳ用蓄電池２５に供給する。また、パワーコンディショナ２１は、充放電用蓄電池２３及びＢＯＳ用蓄電池２５に蓄電されている直流電力を交流電力に変換し負荷５０等に供給する。

（４－２）蓄電池（充放電用蓄電池及びＢＯＳ用蓄電池）
本実施形態では、蓄電池として、充放電用蓄電池２３及びＢＯＳ用蓄電池２５が備えられている。充放電用蓄電池２３とＢＯＳ用蓄電池２５とは、後述の蓄電池制御部２７が蓄電池切換スイッチ２２を制御することで切り替えられる。

ＢＯＳ用蓄電池２５は、停電等により系統電源３０から燃料電池システム１０が解列された場合に、系統電源３０からの系統電力の供給を受けることなく燃料電池システム１０を起動するのに必要な起動電力ＰＢを充電する。通常、ＢＯＳ用蓄電池２５は、一旦、起動電力ＰＢを充電すると、起動電力ＰＢを保持しており、起動電力ＰＢを使用する場合以外は放電を行わない。ＢＯＳ用蓄電池２５に起動電力ＰＢを充電する場合、及び、起動電力ＰＢを放電する場合等に、蓄電池切換スイッチ２２はＢＯＳ用蓄電池２５側に接続されている。

一方、充放電用蓄電池２３は、随時、充放電可能な蓄電池である。充放電用蓄電池２３は、燃料電池システム１０からの発電電力又は系統電源３０からの系統電力の供給を受けて充電電力を充電するとともに、負荷５０等に供給するために充電電力を放電する。充放電用蓄電池２３の充放電を行う場合等に、蓄電池切換スイッチ２２は充放電用蓄電池２３側に接続されている。

充放電用蓄電池２３及びＢＯＳ用蓄電池２５としては、これに限定されないが、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、ニッケル－カドミウム電池、ニッケル－水素電池等が挙げられる。

（４－３）蓄電池制御部、容量検出部
（ａ）充電及び放電の制御
蓄電池制御部２７は、充放電用蓄電池２３及びＢＯＳ用蓄電池２５への充電又は放電を制御する。

蓄電池制御部２７が蓄電池切換スイッチ２２を充放電用蓄電池２３側に切り替えた状態で、燃料電池システム１０からの発電電力又は系統電源３０からの系統電力が充放電用蓄電池２３に充電されている。例えば、燃料電池１１の発電電力のうち、負荷５０により消費されなかった余剰電力が充放電用蓄電池２３に充電される。一方、蓄電池制御部２７が蓄電池切換スイッチ２２を充放電用蓄電池２３側に切り替えた状態で、負荷５０の不足電力を補うために充放電用蓄電池２３に充電されている充電電力が放電され、負荷５０に供給される。このように、充放電用蓄電池２３は、繰り返し充放電するように制御される。
また、蓄電池制御部２７は、充放電用蓄電池２３に充電されている充電電力を所定のタイミングで完全に放電するリフレッシュを行うように制御できる。

また、蓄電池制御部２７が蓄電池切換スイッチ２２をＢＯＳ用蓄電池２５側に切り替えた状態で、燃料電池システム１０からの発電電力又は系統電源３０からの系統電力がＢＯＳ用蓄電池２５に充電されている。ＢＯＳ用蓄電池２５には、系統電源３０からの電力供給を受けることなく燃料電池システム１０を起動するのに必要な起動電力ＰＢが充電される。蓄電池制御部２７は、一旦、ＢＯＳ用蓄電池２５に起動電力ＰＢを充電すると、当該起動電力ＰＢを持続的にＢＯＳ用蓄電池２５で保持するように制御する。つまり、蓄電池制御部２７は、ＢＯＳ用蓄電池２５に対しては充放電を繰り返し行うようには制御しない。

そして、例えば系統電源３０から燃料電池システム１０が解列等された際に、燃料電池システム１０が運転を停止していた場合は、蓄電池制御部２７は、蓄電池切換スイッチ２２をＢＯＳ用蓄電池２５側に切り替え、ＢＯＳ用蓄電池２５に充電されている起動電力ＰＢを燃料電池システム１０に供給する。これにより、燃料電池１１は系統電源３０から電力供給を受けることができない状態においても起動して発電を行うことができる。その後、蓄電池制御部２７は、蓄電池切換スイッチ２２をすぐに充放電用蓄電池２３側に切り替えてもよい。あるいは、蓄電池制御部２７は、蓄電池切換スイッチ２２をＢＯＳ用蓄電池２５側にしたままで燃料電池システム１０からの発電電力（又は、解列が解除された場合には、系統電源３０からの系統電力）をＢＯＳ用蓄電池２５に充電した後、蓄電池切換スイッチ２２を充放電用蓄電池２３側に切り替えてもよい。

なお、前述において燃料電池システム１０が運転を停止していた場合とは、例えば、燃料の漏洩を検知するために設けられたガスメータにおいて燃料の漏洩を正確に検出するために、燃料電池システム１０への燃料の供給が停止して燃料電池システム１０が運転を停止している場合、燃料電池システム１０に設けられた貯湯タンクが満蓄になって燃料電池システム１０が運転を停止している場合等が挙げられる。このように燃料電池システム１０が運転を停止している場合に、系統電源３０から燃料電池システム１０が解列等されると、燃料電池システム１０は自力で起動して発電を行うことができない。ＢＯＳ用蓄電池２５は、このような場合に燃料電池システム１０が起動するのに必要な起動電力ＰＢを充電している。

上記構成によれば、充放電用の充放電用蓄電池２３と、燃料電池１１の起動に必要な起動電力ＰＢを充電している起動電力供給用のＢＯＳ用蓄電池２５とが別々に設けられている。ＢＯＳ用蓄電池２５は起動電力供給用のみに用いられるため、充放電が繰り返されることによる劣化を抑制できる。

なお、充放電用蓄電池２３にメモリ効果による電圧低下が現れる蓄電池を用いた場合に、充放電に伴って充放電用蓄電池２３を完全にゼロまで放電することでリフレッシュすると好ましい。既に充電されている充電電力を放電しきらない状態での再充電によって、見かけ上、使用可能な充電電力が減少するメモリ効果を、リフレッシュによって解消できる。

（ｂ）蓄電池の設定制御
充放電用蓄電池２３は、充放電を繰り返すことによって、電極表面への電気を通さない物質の結晶化、電極の破損等により充電が十分にできなくなり劣化する可能性がある。容量検出部２９は、充放電用蓄電池２３の充放電可能容量を検出する。充放電可能容量は、蓄電池を０％から１００％の満充電まで充電した場合の蓄電可能容量に対して、充放電に用いることが可能な容量である。充放電用蓄電池２３の充放電可能容量は、例えば充放電用蓄電池２３に流した電流と検出される電圧とに基づいて推定できる。また、充放電用蓄電池２３の充放電可能容量は、充放電回数のカウント値及び充放電用蓄電池２３の累積運転時間等から推定してもよい。充放電回数のカウント値が大きくなればなるほど、また、累積運転時間が大きくなればなるほど充放電用蓄電池２３の劣化が進んでいると推定できる。よって、充放電回数のカウント値が所定値以上となったことに基づいて、また、累積運転時間が所定時間以上となったことに基づいて、劣化後の充放電可能容量を推定できる。

蓄電池制御部２７は、容量検出部２９が検出した充放電用蓄電池２３の充放電可能容量の上限値が所定の閾値電力量（以下、単に所定の閾値という）未満と判定した判定時点で、元の充放電用蓄電池２３を起動電力供給用のＢＯＳ用蓄電池として設定し、元のＢＯＳ用蓄電池２５を新たな充放電用蓄電池として設定するように制御する。つまり、蓄電池制御部２７は、充放電用蓄電池２３とＢＯＳ用蓄電池２５とを切り換え、元のＢＯＳ用蓄電池２５を新たな充放電用の蓄電池として記憶し、元の充放電用蓄電池２３を起動電力供給用の蓄電池として記憶する。

蓄電池の設定制御について以下にさらに説明する。
充放電用蓄電池２３としては、例えば、蓄電池を完全に放電して充電電力が満充電に対して０％の状態から、満充電である１００％の状態までの間で充放電可能な第１タイプと、満充電に対して０％よりも大きい所定の下限値から、満充電である１００％よりも小さい所定の上限値までの間で充放電可能な第２タイプとが挙げられる。

（ｂ－１）第１タイプの充放電用蓄電池を用いる場合
以下では、まず、第１タイプの充放電用蓄電池２３を用いる場合における蓄電池の設定制御について図２～図４を用いて説明する。
図２には、第１タイプの充放電用蓄電池２３における充放電の様子と、ＢＯＳ用蓄電池２５における起動電力の充電の様子とが示されている。第１タイプの充放電用蓄電池２３は満充電に対して０％まで放電可能であり、満充電の１００％まで充電可能である。よって、第１タイプの充放電用蓄電池２３が充電することができる最大の容量である蓄電可能容量Ａ１は満充電の時の充電電力である。そして、第１タイプの充放電用蓄電池２３は、０％～１００％の満充電まで充電した場合の蓄電可能容量Ａ１に対して、０％～１００％まで充放電可能であるので、充放電可能容量Ａ１は蓄電可能容量Ａ１と同一である。

なお、ＢＯＳ用蓄電池２５には、蓄電可能容量Ａ３（＝充放電可能容量Ａ３）が設定されているものとする。ＢＯＳ用蓄電池２５には起動電力ＰＢが充電されるが、起動電力ＰＢは蓄電可能容量Ａ３（＝充放電可能容量Ａ３）に対して例えばｘ％までの容量で充電可能となっている。これにより、ＢＯＳ用蓄電池２５は起動電力ＰＢを余裕をもって充電可能である。

図３では、第１タイプの充放電用蓄電池２３が劣化しており、図２の蓄電可能容量Ａ１（＝充放電可能容量Ａ１）よりも蓄電可能容量Ａ２（＝充放電可能容量Ａ２）が低下している様子が示されている。蓄電可能容量Ａ２（＝充放電可能容量Ａ２）は劣化前の蓄電可能容量Ａ１（＝充放電可能容量Ａ１）に対してｙ％（＜１００％）まで低下している。容量検出部２９は、充放電用蓄電池２３の劣化後の蓄電可能容量（＝充放電可能容量）の上限値として、蓄電可能容量Ａ２（＝充放電可能容量Ａ２）を検出する。

蓄電池制御部２７は、容量検出部２９が検出した充放電用蓄電池２３の劣化後の蓄電可能容量Ａ２（＝充放電可能容量Ａ２）の上限値が所定の閾値未満か否かを判定する。そして、蓄電池制御部２７は、蓄電可能容量Ａ２（＝充放電可能容量Ａ２）の上限値が所定の閾値未満と判定した判定時点で、図４に示すように、元の充放電用蓄電池２３を新たな起動電力供給用のＢＯＳ用蓄電池とし、元のＢＯＳ用蓄電池２５を新たな充放電用蓄電池とするように制御する。

図４の場合、劣化後の元の充放電用蓄電池２３は、蓄電可能容量Ａ２（＝充放電可能容量Ａ２）を有しており、新たにＢＯＳ用の蓄電池に設定されることで起動電力ＰＢを充電している。起動電力ＰＢと蓄電可能容量Ａ２（＝充放電可能容量Ａ２）との関係は、「起動電力ＰＢ＜蓄電可能容量Ａ２（＝充放電可能容量Ａ２）」となるように調整されると好ましい。
図４に示すように、蓄電可能容量Ａ２（＝充放電可能容量Ａ２）の上限値は劣化前に比べてｙ％（＜１００％）まで低下しているが、劣化後の元の充放電用蓄電池２３は、起動電力ＰＢをｚ％（＜ｙ％）までの容量で充電している。つまり、新たにＢＯＳ用の蓄電池に設定された元の充放電用蓄電池２３は、劣化後の蓄電可能容量Ａ２（＝充放電可能容量Ａ２）の範囲内で起動電力ＰＢを余裕をもって充電している。

以上のように、充放電用蓄電池２３は充放電を繰り返すことによる劣化により充放電用蓄電池２３の蓄電可能容量Ａ２（＝充放電可能容量Ａ２）の上限値が低下（図２、図３では、１００％からｙ％まで低下）する。充放電用蓄電池２３の蓄電可能容量Ａ２（＝充放電可能容量Ａ２）の上限値が所定の閾値未満となった場合には、上記のように元の充放電用蓄電池２３を新たな起動電力供給用のＢＯＳ用蓄電池とし、元のＢＯＳ用蓄電池２５を新たな充放電用蓄電池とする。つまり、元の充放電用蓄電池２３と元のＢＯＳ用蓄電池２５とを入れ換える。

これにより、充放電せずに用いられることで劣化が抑制されていた元のＢＯＳ用蓄電池２５を充放電用の新たな蓄電池として利用することで、大きな不足電力の放電及び大きな余剰電力の充電に対応することができる。また、充放電により劣化した元の充放電用蓄電池２３を新たな起動電力供給用のＢＯＳ用蓄電池として充放電せずに用いることで、劣化した元の充放電用蓄電池２３の更なる劣化を抑制できる。

ここで、前述の所定の閾値（所定の閾値電力量）は、燃料電池１１の起動に必要な起動電力ＰＢより大きい（所定の閾値＞起動電力ＰＢ）。そして、充放電用蓄電池２３の劣化後の蓄電可能容量Ａ２（＝充放電可能容量Ａ２）の上限値が所定の閾値（＞起動電力ＰＢ）未満と判定された判定時点においては、「所定の閾値＞充放電用蓄電池２３の劣化後の蓄電可能容量Ａ２（＝充放電可能容量Ａ２）の上限値＞起動電力ＰＢ」の関係が未だ満たされていると考えれる。つまり、当該判定時点においては、劣化により充放電用蓄電池２３の蓄電可能容量Ａ２（＝充放電可能容量Ａ２）の上限値は低下しているものの、充放電用蓄電池２３は、燃料電池１１の起動に必要な起動電力ＰＢを充電することは可能な状態であると考えられる。

よって、当該判定時点において劣化した元の充放電用蓄電池２３を起動電力供給用の新たな蓄電池とすることで、燃料電池１１の起動に必要な起動電力ＰＢを充電することが可能である。このように、劣化した元の充放電用蓄電池２３に起動電力ＰＢを充電させて充放電せずに用いることで、劣化した元の充放電用蓄電池２３の更なる劣化を抑制できる。

（ｂ－２）第２タイプの充放電用蓄電池を用いる場合
次に、第２タイプの充放電用蓄電池２３を用いる場合における蓄電池の設定制御について図５～図７を用いて説明する。第２タイプの充放電用蓄電池２３は、蓄電池の劣化を抑制するために、充電を満充電まで行わず、また放電を０％まで行わないタイプの蓄電池である。このような蓄電池においても本実施形態を適用可能であるので、この例について以下に説明する。
第２タイプの充放電用蓄電池２３は満充電に対してｊ（＞０）％まで放電可能であり、満充電のｉ（１００＞ｉ＞ｊ）％まで充電可能である。よって、第２タイプの充放電用蓄電池２３が蓄電可能な最大の容量である蓄電可能容量Ｂ１は満充電の時の充電電力である。そして、満充電に対してｉ％～ｊ％まで充放電可能であるので、充放電可能容量Ｂ１は蓄電可能容量Ｂ１よりも小さくなる。ｉ％及びｊ％は、充放電用電池の種類等に応じて適宜設定される。

なお、ＢＯＳ用蓄電池２５には、蓄電可能容量Ｂ３（＝充放電可能容量Ｂ３）が設定されているものとする。ＢＯＳ用蓄電池２５には起動電力ＰＢが充電されるが、起動電力ＰＢは蓄電可能容量Ｂ３（＝充放電可能容量Ｂ３）に対して例えばｘ％までの容量で充電可能となっている。これにより、ＢＯＳ用蓄電池２５は起動電力ＰＢを余裕をもって充電可能である。

図６では、第２タイプの充放電用蓄電池２３が劣化しており、図５の蓄電可能容量Ｂ１よりも蓄電可能容量Ｂ２が低下している様子が示されている。蓄電可能容量Ｂ２は劣化前の蓄電可能容量Ｂ１に対してｙ％（＜１００％）まで低下している。これに伴って、充放電可能容量Ｂ２の上限値は、劣化前の蓄電可能容量Ｂ１に対してｋ％となっており、充放電可能容量Ｂ２の下限値は劣化前の蓄電可能容量Ｂ１に対してｌ％となっている。ここで、０＜ｌ＜ｋ＜ｙ＜１００、充放電可能容量Ｂ２＜充放電可能容量Ｂ１である。ｋ％及びｌ％は、充放電用蓄電池の種類等に応じて適宜設定される。

容量検出部２９は、充放電用蓄電池２３の劣化後の充放電可能容量の上限値として、充放電可能容量Ｂ２の上限値を検出する。例えば、蓄電可能容量Ｂ１に対して、劣化後の充放電可能容量Ｂ２の上限値に対応する割合であるｙ％を乗算することで、充放電可能容量Ｂ２の上限値が求まる。

蓄電池制御部２７は、容量検出部２９が検出した充放電用蓄電池２３の劣化後の充放電可能容量Ｂ２の上限値が所定の閾値未満か否かを判定する。そして、蓄電池制御部２７は、充放電可能容量Ｂ２の上限値が所定の閾値未満と判定した判定時点で、図７に示すように、元の充放電用蓄電池２３を新たな起動電力供給用のＢＯＳ用蓄電池とし、元のＢＯＳ用蓄電池２５を新たな充放電用蓄電池とするように制御する。

図７の場合、劣化後の元の充放電用蓄電池２３は、充放電可能容量Ｂ２を有しており、新たにＢＯＳ用の蓄電池に設定されることで起動電力ＰＢを充電している。起動電力ＰＢと充放電可能容量Ｂ２の上限値との関係は、「起動電力ＰＢ＜充放電可能容量Ｂ２の上限値」となるように調整されると好ましい。
図７に示すように、充放電可能容量Ｂ２の上限値は劣化前に比べてｋ％（ｋ＜１００％）まで低下しているが、劣化後の元の充放電用蓄電池２３は、起動電力ＰＢをｗ％（＜ｋ％）までの容量で充電している。つまり、新たにＢＯＳ用の蓄電池に設定された元の充放電用蓄電池２３は、劣化後の充放電可能容量Ｂ２の上限値までの範囲内で起動電力ＰＢを余裕をもって充電している。なお、図７では、新たにＢＯＳ用の蓄電池に設定された元の充放電用蓄電池２３は、一例として０％から起動電力ＰＢを充電可能としている。しかし、ｌ％から起動電力ＰＢを充電可能としてもよい。

以上のように、劣化により充放電用蓄電池２３の充放電可能容量の上限値が低下（図５、図６では、ｉ％からｋ％まで低下）する。充放電用蓄電池２３の充放電可能容量Ｂ２の上限値が所定の閾値未満となった場合には、上記のように元の充放電用蓄電池２３を新たな起動電力供給用のＢＯＳ用蓄電池とし、元のＢＯＳ用蓄電池２５を新たな充放電用蓄電池とする。つまり、元の充放電用蓄電池２３と元のＢＯＳ用蓄電池２５とを入れ換える。

これにより、前述と同様に、劣化が抑制されていた元のＢＯＳ用蓄電池２５を充放電用の新たな蓄電池として利用することで、大きな不足電力の放電及び大きな余剰電力の充電に対応することができる。また、充放電により劣化した元の充放電用蓄電池２３を新たな起動電力供給用のＢＯＳ用蓄電池として充放電せずに用いることで、劣化した元の充放電用蓄電池２３の更なる劣化を抑制できる。

ここで、前述の所定の閾値（所定の閾値電力量）は、燃料電池１１の起動に必要な起動電力ＰＢより大きい（所定の閾値＞起動電力ＰＢ）。そして、充放電用蓄電池２３の劣化後の充放電可能容量Ｂ２の上限値が所定の閾値（＞起動電力ＰＢ）未満と判定された判定時点においては、「所定の閾値＞充放電用蓄電池２３の劣化後の充放電可能容量Ｂ２の上限値＞起動電力ＰＢ」の関係が未だ満たされていると考えれる。つまり、当該判定時点においては、劣化により充放電用蓄電池２３の充放電可能容量Ｂ２の上限値は低下しているものの、充放電用蓄電池２３は、燃料電池１１の起動に必要な起動電力ＰＢを充電することは可能な状態であると考えられる。

よって、当該判定時点において劣化した元の充放電用蓄電池２３を起動電力供給用の新たな蓄電池とすることで、燃料電池１１の起動に必要な起動電力ＰＢを充電することが可能である。このように、劣化した元の充放電用蓄電池２３に起動電力ＰＢを充電させて充放電せずに用いることで、劣化した元の充放電用蓄電池２３の更なる劣化を抑制できる。

〔他の実施形態〕
なお上述の実施形態（他の実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

（１）上記実施形態の蓄電池システム２０では、図１等に示すように１つの充放電用蓄電池２３と１つのＢＯＳ用蓄電池２５とが備えられている。充放電用蓄電池２３及びＢＯＳ用蓄電池２５の数はこれに限定されず、２つ以上の充放電用蓄電池２３が備えられていてもよい。同様に、２つ以上のＢＯＳ用蓄電池２５が備えられていてもよい。この場合において、上記実施形態と同様に劣化後の充放電可能容量が所定の閾値未満と判定された判定時点で蓄電池の設定制御を行う。

２つ以上の充放電用蓄電池２３及び１つのＢＯＳ用蓄電池２５が備えられている場合、２つ以上の充放電用蓄電池２３のうち１つの充放電用蓄電池２３の劣化後の充放電可能容量の上限値が所定の閾値未満と判定された判定時点で、１つのＢＯＳ用蓄電池２５を充放電用の蓄電池とし、劣化した充放電用蓄電池２３を起動電力供給用の蓄電池とする。

１の充放電用蓄電池２３及び２つ以上のＢＯＳ用蓄電池２５が備えられている場合、１つの充放電用蓄電池２３の劣化後の充放電可能容量の上限値が所定の閾値未満と判定された判定時点で、２つのＢＯＳ用蓄電池２５のうち１つを充放電用の蓄電池とし、劣化した充放電用蓄電池２３を起動電力供給用の蓄電池とする。
２つ以上の充放電用蓄電池２３及び２つ以上のＢＯＳ用蓄電池２５が備えられている場合、２つ以上の充放電用蓄電池２３のうち１つの充放電用蓄電池２３の劣化後の充放電可能容量の上限値が所定の閾値未満と判定された判定時点で、２つ以上のＢＯＳ用蓄電池２５のうち１つを充放電用の蓄電池とし、劣化した充放電用蓄電池２３を起動電力供給用の蓄電池とする。

以下では、さらに複数の蓄電池が備えられている場合における蓄電池の設定制御について図８、図９を用いて説明する。

図８、図９には、蓄電池システム２０に備えられている複数の蓄電池α～εが示されている。各蓄電池α～εは、上記実施形態の第１タイプの蓄電池であり、充放電可能容量＝蓄電可能容量であるものとする。
蓄電池α、β、γ、δ、εは、それぞれ充放電可能容量α、β、γ、δ、εである。現時点では、蓄電池α、γ、δ、εは充放電用蓄電池に設定され、蓄電池βはＢＯＳ用蓄電池に設定されている。

ステップＳ１：容量検出部２９は、各蓄電池α～εの充放電可能容量の上限値を検出している。
ステップＳ２：蓄電池制御部２７は、例えば充放電用である蓄電池αに着目し、容量検出部２９が検出した蓄電池αの充放電可能容量の上限値が所定の閾値未満か否かを判定する。蓄電池制御部２７は、蓄電池αの充放電可能容量の上限値が所定の閾値未満の場合は、蓄電池αが劣化しているとしてステップＳ３に処理を進め、そうでない場合はステップＳ１に戻る。
ステップＳ３：蓄電池αの充放電可能容量の上限値が所定の閾値未満と判定した判定時点において、蓄電池α以外の他の蓄電池β、γ、δ、εの少なくともいずれかの充放電可能容量の上限値が所定の閾値以上か否かを判定する。蓄電池制御部２７は、他の蓄電池β、γ、δ、εの少なくともいずれかの充放電可能容量の上限値が所定の閾値以上の場合は、ステップＳ４に処理を進め、そうでない場合はステップＳ１に戻る。

ステップＳ４：蓄電池制御部２７は、充放電可能容量の上限値が所定の閾値以上である他の蓄電池β、γ、δ、εのいずれかを、充放電用である蓄電池に新たに設定する。例えば、ＢＯＳ用蓄電池である蓄電池βの充放電可能容量βの上限値が所定の閾値以上である場合、蓄電池制御部２７は、ＢＯＳ用蓄電池である蓄電池βを新たな充放電用の蓄電池に設定する。これにより、充放電可能容量が所定の閾値以上であり比較的劣化の少ない元のＢＯＳ用の蓄電池βを新たな充放電用の蓄電池に設定できる。

ステップＳ５：蓄電池制御部２７は、蓄電池αの代替としてされた他の蓄電池（ステップＳ４の例ではＢＯＳ用蓄電池である蓄電池β）がＢＯＳ用蓄電池か否かを判定する。上記の例によると、蓄電池βは、ＢＯＳ用蓄電池に設定されていたため、蓄電池制御部２７は処理をステップＳ６に進める。逆に、代替とされた蓄電池がＢＯＳ用蓄電池ではなかった場合には、蓄電池制御部２７はステップＳ１に戻る。

ステップＳ６：ＢＯＳ蓄電池であった蓄電池βが充放電用蓄電池に設定されたため、蓄電池制御部２７は、充放電用蓄電池であった元の蓄電池α及び新たに充放電用蓄電池に設定された蓄電池β以外からＢＯＳ用蓄電池にするための蓄電池を選択する。つまり、蓄電池制御部２７は、蓄電池α、蓄電池β以外の蓄電池γ、δ、εからＢＯＳ用蓄電池を選択し、選択した蓄電池をＢＯＳ用蓄電池に設定する。これにより、ＢＯＳ用蓄電池であった元の蓄電池βを新たな充放電用の蓄電池に設定しつつ、元のＢＯＳ用蓄電池βの代用として蓄電池γ、δ、εの中から起動電力供給用のＢＯＳ用蓄電池を用意することができる。

（２）上記実施形態では、充放電用蓄電池２３及びＢＯＳ用蓄電池２５の電池の種類は特に限定していない。しかし、充放電用蓄電池としてニッケル－水素電池等のメモリ効果による電圧低下が現れる蓄電池が用いられてもよい。この場合、充放電用蓄電池２３は、メモリ効果による電圧低下が現れる蓄電池であるが、充放電によってリフレッシュすることによってメモリ効果を解消できる。

１ ：エネルギーシステム
１０ ：燃料電池システム
１１ ：燃料電池
２３ ：充放電用蓄電池
２５ ：ＢＯＳ用蓄電池
２７ ：蓄電池制御部
２９ ：容量検出部
５０ ：負荷
ＰＢ ：起動電力

Claims (7)

1. 燃料電池と、
   前記燃料電池が発電した発電電力を利用可能な負荷と、
   前記燃料電池が発電した発電電力を充電可能な複数の蓄電池と、
   前記複数の蓄電池への充電又は放電を制御する蓄電池制御部とを備え、
   前記複数の蓄電池は、
   前記燃料電池が発電した発電電力の充電及び前記負荷に電力を供給するための放電が可能な充放電用の少なくとも１つの第１蓄電池と、
   前記燃料電池の起動に必要な起動電力の充電及び前記燃料電池に起動電力を供給するための放電が可能な起動電力供給用の少なくとも１つの第２蓄電池とを含み、
   前記複数の蓄電池の充放電可能容量を検出する容量検出部を備え、
   前記蓄電池制御部は、前記容量検出部が検出した前記第１蓄電池の充放電可能容量の上限値が所定の閾値未満と判定した判定時点で、前記複数の蓄電池の中の当該第１蓄電池以外の蓄電池のうち充放電可能容量の上限値が前記所定の閾値以上である蓄電池を新たな第１蓄電池に設定するように制御する、エネルギーシステム。
2. 前記蓄電池制御部は、前記第２蓄電池として用いられていた元の第２蓄電池が前記判定時点で新たな第１蓄電池に設定された場合、前記複数の蓄電池のうち、前記判定時点において前記充放電可能容量の上限値が所定の閾値未満となった第１蓄電池として用いられていた元の第１蓄電池及び前記元の第２蓄電池以外のいずれかの蓄電池を新たな第２蓄電池に設定するように制御する、請求項１に記載のエネルギーシステム。
3. 燃料電池と、
   前記燃料電池が発電した発電電力を利用可能な負荷と、
   前記燃料電池が発電した発電電力を充電可能な複数の蓄電池と、
   前記複数の蓄電池への充電又は放電を制御する蓄電池制御部とを備え、
   前記複数の蓄電池は、
   前記燃料電池が発電した発電電力の充電及び前記負荷に電力を供給するための放電が可能な充放電用の少なくとも１つの第１蓄電池と、
   前記燃料電池の起動に必要な起動電力の充電及び前記燃料電池に起動電力を供給するための放電が可能な起動電力供給用の少なくとも１つの第２蓄電池とを含み、
   前記第１蓄電池の充放電可能容量を検出する容量検出部を備え、
   前記蓄電池制御部は、前記容量検出部が検出した前記第１蓄電池の充放電可能容量の上限値が所定の閾値未満と判定した判定時点で、前記判定時点において前記第２蓄電池として用いられていた元の第２蓄電池を新たな第１蓄電池に設定し、前記判定時点において前記第１蓄電池として用いられていた元の第１蓄電池を新たな第２蓄電池に設定するように制御する、エネルギーシステム。
4. 前記所定の閾値は、前記燃料電池の起動に必要な起動電力より大きい、請求項１～３のいずれか１項に記載のエネルギーシステム。
5. 前記蓄電池制御部は、前記第１蓄電池を所定のタイミングで完全に放電するようにリフレッシュを行う、請求項１～４のいずれか１項に記載のエネルギーシステム。
6. 前記第１蓄電池はメモリ効果による電圧低下が現れる蓄電池である、請求項１～５のいずれか１項に記載のエネルギーシステム。
7. 燃料電池と、前記燃料電池が発電した発電電力を利用可能な負荷と、前記燃料電池が発電した発電電力を充電可能な複数の蓄電池と、前記複数の蓄電池への充電又は放電を制御する蓄電池制御部とを備え、
   前記複数の蓄電池は、
   前記燃料電池が発電した発電電力の充電及び前記負荷に電力を供給するための放電が可能な充放電用の少なくとも１つの第１蓄電池と、
   前記燃料電池の起動に必要な起動電力の充電及び前記燃料電池に起動電力を供給するための放電が可能な起動電力供給用の少なくとも１つの第２蓄電池とを含むエネルギーシステムの運転方法であって、
   前記蓄電池制御部は、前記第１蓄電池の充放電可能容量の上限値が所定の閾値未満と判定した判定時点で、前記複数の蓄電池の中の当該第１蓄電池以外の蓄電池のうち充放電可能容量の上限値が前記所定の閾値以上である蓄電池を新たな第１蓄電池に設定するように制御する、エネルギーシステムの運転方法。

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