JP2003032906A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 早期に蓄電池が劣化する不利を回避して、蓄
電池が極力長い期間にわたり適正な蓄電性能を維持する
ことが可能となる電源装置を提供する。 【解決手段】 燃料電池１の余剰電力を蓄電し且つ燃料
電池の出力不足のときに蓄電した電力を外部に出力する
ための蓄電池５と、余剰電力を消費する電力消費手段４
０と、蓄電池の充電状態を検出する充電状態検出手段６
と、電源装置の運転状態を管理する管理手段１２とが備
えられ、燃料電池１の発電電力が負荷電力より小であれ
ば蓄電池に蓄電した電力を外部に出力し、燃料電池１の
発電電力が負荷電力より大で、満充電状態でなければ余
剰電力を蓄電池５に蓄電させ、満充電状態であれば余剰
電力を電力消費手段にて消費させ、蓄電池５が満充電状
態である状態が設定時間以上継続すると、蓄電池に蓄電
された電力を電力消費手段４０にて消費させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電した電力を外
部に出力する燃料電池と、前記燃料電池の余剰電力を蓄
電し且つ前記燃料電池の出力不足のときに蓄電した電力
を外部に出力するための蓄電池と、前記余剰電力を消費
する電力消費手段と、前記蓄電池の充電状態を検出する
充電状態検出手段と、電源装置の運転状態を管理する管
理手段とが備えられ、前記燃料電池の発電電力が外部電
力負荷の負荷電力より小であれば前記蓄電池に蓄電した
電力を外部に出力し、前記燃料電池の発電電力が前記負
荷電力より大であれば、前記蓄電池が満充電状態でなけ
れば前記余剰電力を前記蓄電池に蓄電させ、前記満充電
状態であれば前記余剰電力を前記電力消費手段にて消費
させるように構成されている電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記構成の電源装置においては、例え
ば、水素と酸素との電気化学反応を利用して発電する燃
料電池にて電力を発電するのであるが、この燃料電池は
その出力を調節する場合に単位時間当たりの出力調節可
能量が比較的小さく頻繁な出力調整は行い難いものであ
る。そこで、このような燃料電池を利用した電源装置で
は、外部電力負荷に対して燃料電池の出力電力が余ると
きは、その余剰分を蓄電池に蓄え、一方、外部電力負荷
に対して燃料電池の発電電力が不足するときは、蓄電部
にて蓄えている電力を出力するようにしている。このよ
うな構成の電源装置において、燃料電池の余剰電力を蓄
電部に蓄電する構成とした場合であっても、蓄電池によ
る蓄電可能な容量は限りがあるので余剰電力を蓄電池に
蓄電させるようにしても、蓄電池が満充電状態になって
いるとそれ以上蓄電させることができないので、このよ
うな場合には、その余剰電力を前記電力消費手段にて消
費させるようにしている。そして、このような構成の電
源装置において、従来では、燃料電池の発電電力が外部
電力負荷の負荷電力より大である場合において、蓄電池
が満充電状態でなく充電可能な状態であることが検出さ
れていれば余剰電力を蓄電池に充電させるが、満充電状
態でありこれ以上充電ができない状態であれば、蓄電池
にそれ以上充電が行われないように、燃料電池の余剰電
力を前記電力消費手段にて消費させる構成となってい
た。つまり、このとき、蓄電池は充電動作も放電動作も
いずれも行われない状態となっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来構成において
は、蓄電池が満充電状態であれば燃料電池における余剰
電力を電力消費手段にて消費させることで発電電力を無
駄にすることなく有効に利用することができるが、次の
ような点で未だ改善の余地があった。

【０００４】ところで、このような電源装置に用いられ
る蓄電池としては、例えば、リチウムイオン電池等を多
数直列接続して蓄電池が構成される場合があるが、この
ような蓄電池においては、充電状態が満充電状態となっ
ている状態が長く継続すると蓄電性能が劣化してしまう
おそれがあり、例えば短期間の使用で早期に充電電圧が
低下して使用できなくなる等の不都合が生じるおそれが
ある。

【０００５】上記構成においては、燃料電池が出力する
発電電力としては、予め予測される外部電力負荷の大き
さに対応させてできるだけ余剰電力や不足電力を少なく
するように適正な値に設定されるが、外部電力負荷は常
に一定ではなく電力使用者の使用状況等に応じて変化す
るものであり、当初予測された電力負荷よりも少ない電
力負荷である状態が長く継続することも考えられる。し
かし、上記従来構成においては、このように燃料電池の
発電電力が外部電力負荷より大である状態が長く継続す
ると、蓄電池が満充電状態となる状態が長い時間にわた
り継続することになり、上記したような蓄電池の蓄電性
能が劣化して、短期間の使用により早期に充電電圧が低
下してしまうといった不都合が発生するおそれがあっ
た。

【０００６】本発明はかかる点に着目してなされたもの
であり、その目的は、早期に蓄電池が劣化する不利を回
避して、蓄電池が極力長い期間にわたり適正な蓄電性能
を維持することが可能となる電源装置を提供する点にあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、発電
した電力を外部に出力する燃料電池と、前記燃料電池の
余剰電力を蓄電し且つ前記燃料電池の出力不足のときに
蓄電した電力を外部に出力するための蓄電池と、前記余
剰電力を消費する電力消費手段と、前記蓄電池の充電状
態を検出する充電状態検出手段と、電源装置の運転状態
を管理する管理手段とが備えられ、前記燃料電池の発電
電力が外部電力負荷の負荷電力より小であれば前記蓄電
池に蓄電した電力を外部に出力し、前記燃料電池の発電
電力が前記負荷電力より大であれば、前記蓄電池が満充
電状態でなければ前記余剰電力を前記蓄電池に蓄電さ
せ、前記満充電状態であれば前記余剰電力を前記電力消
費手段にて消費させるように構成されている電源装置に
おいて、前記管理手段が、前記蓄電池が前記満充電状態
である状態が設定時間以上継続すると、前記蓄電池に蓄
電された電力を前記電力消費手段にて消費させる蓄電池
放電処理を実行するように構成されていることを特徴と
する。

【０００８】すなわち、燃料電池の発電電力が外部電力
負荷より小であれば燃料電池の出力では不足しているの
で蓄電池に蓄電した電力を外部に出力する。燃料電池の
発電電力が外部電力負荷より大きく蓄電池が満充電状態
でなければ、蓄電池は充電可能であるから燃料電池にお
ける余剰電力を蓄電池に蓄電させる。又、満充電状態で
あれば、蓄電池にはこれ以上充電させることができない
ので、余剰電力を電力消費手段にて消費させることにな
る。このようにして燃料電池の出力を極力変化の少ない
状態で使用しても、外部電力負荷の変動に応じて適切に
電源供給を行うことができる。

【０００９】そして、蓄電池が満充電状態である状態が
設定時間以上継続した場合には、蓄電池に蓄電された電
力を電力消費手段にて消費させる。このように蓄電池に
蓄電された電力を電力消費手段にて消費させることによ
り、蓄電池が満充電状態から解消されることになる。

【００１０】従って、外部電力負荷の変動に応じて適切
に電源供給を行うことができるものでありながら、蓄電
池の満充電状態が設定時間以上の長い時間にわたり継続
することを未然に回避させることができ、早期に蓄電池
が劣化する不利を回避して、蓄電池が極力長い期間にわ
たり適正な蓄電性能を維持することが可能となる電源装
置を提供できるに至った。

【００１１】請求項２によれば、請求項１において、前
記電力消費手段が、熱負荷を加熱する電気式加熱装置に
て構成され、前記管理手段は、前記熱負荷にて熱供給が
必要であるか否かを判断して、前記熱供給が必要である
と判断した場合にのみ、前記蓄電池放電処理を実行する
ように構成されていることを特徴とする。

【００１２】すなわち、電力消費手段が、熱負荷を加熱
する電気式加熱装置にて構成されているので、余剰電力
を熱負荷の加熱に有効利用することでエネルギーの有効
活用を図れるものであり、このような熱負荷にて熱供給
が必要であると判断した場合にのみ蓄電池放電処理を実
行するようにしているので、熱負荷にて熱供給が必要で
ない場合に無駄に加熱をさせるといったエネルギーの無
駄な消費を未然に防止することができ、請求項１を実施
するのに好適な手段が得られる。

【００１３】請求項３によれば、発電した電力を外部に
出力する燃料電池と、前記燃料電池の余剰電力を蓄電し
且つ前記燃料電池の出力不足のときに蓄電した電力を外
部に出力するための蓄電池と、前記余剰電力を消費する
電力消費手段と、前記蓄電池の充電状態を検出する充電
状態検出手段と、電源装置の運転状態を管理する管理手
段とが備えられ、前記燃料電池の発電電力が外部電力負
荷の負荷電力より小であれば前記蓄電池に蓄電した電力
を外部に出力し、前記燃料電池の発電電力が前記負荷電
力より大であれば、前記蓄電池が満充電状態でなければ
前記余剰電力を前記蓄電池に蓄電させ、前記満充電状態
であれば前記余剰電力を前記電力消費手段にて消費させ
るように構成されている電源装置において、前記管理手
段が、前記蓄電池が前記満充電状態であることが判別さ
れる状態が設定時間以上継続すると、前記蓄電池に蓄電
された電力を消費させるように、前記燃料電池の出力を
低下させて運転するよう構成されていることを特徴とす
る。

【００１４】すなわち、燃料電池の発電電力が外部電力
負荷より小であれば燃料電池の出力では不足しているの
で蓄電池に蓄電した電力を外部に出力する。燃料電池の
発電電力が外部電力負荷より大きく蓄電池が満充電状態
でなければ、蓄電池は充電可能であるから燃料電池にお
ける余剰電力を蓄電池に蓄電させる。又、満充電状態で
あれば、蓄電池にはこれ以上充電させることができない
ので、余剰電力を電力消費手段にて消費させることにな
る。このようにして燃料電池の出力を極力変化の少ない
状態で使用しても、外部電力負荷の変動に応じて適切に
電源供給を行うことができる。

【００１５】そして、蓄電池が満充電状態である状態が
設定時間以上継続した場合には、燃料電池の出力を低下
させて運転することによって、蓄電池に蓄電された電力
を消費させるようにしている。つまり、燃料電池の出力
が低下することによって、外部電力負荷に対して燃料電
池の出力では不足するので蓄電池に蓄電した電力を外部
に出力することになる。このように蓄電池に蓄電された
電力を消費させることにより、蓄電池が満充電状態から
解消されることになる。

【００１６】従って、外部電力負荷の変動に応じて適切
に電源供給を行うことができるものでありながら、蓄電
池の満充電状態が設定時間以上の長い時間にわたり継続
することを未然に回避させることができ、早期に蓄電池
が劣化する不利を回避して、蓄電池が極力長い期間にわ
たり適正な蓄電性能を維持することが可能となる電源装
置を提供できるに至った。

【００１７】請求項４によれば、請求項３において、前
記燃料電池による排熱にて加熱される熱消費装置が備え
られ、前記管理手段が、前記熱消費装置において前記燃
料電池による排熱による加熱が必要であるか否かを判断
して、その加熱が必要でないと判断した場合にのみ、前
記燃料電池の出力を低下させて運転するように構成され
ていることを特徴とする。

【００１８】燃料電池による排熱にて加熱される熱消費
装置が備えられているので、燃料電池から発生するエネ
ルギーを有効活用することができ、エネルギー効率を向
上させることができ、しかも、熱消費装置において加熱
が必要でない場合に燃料電池を低出力運転状態に切り換
えるようにしているので、エネルギー効率を低下させる
不利の無い状態で請求項３を実施するのに好適な手段が
得られる。

【００１９】

【発明の実施の形態】〔第１実施形態〕以下、図面に基
づいて、本発明に係る電源装置の第１実施形態を説明す
る。図１に本発明に係る電源装置が示されている。この
電源装置は、燃料電池１から出力される低電圧の直流電
力を、２００ボルトの商用交流電源の電圧に対応する直
流電力に昇圧する昇圧コンバータ２と、昇圧した直流電
力を交流電力に変換するインバータ３等を備えて構成さ
れ、燃料電池１から出力される直流電力をインバータ３
により交流電力に変換して外部に出力すると共に、外部
の電力負荷４に対して燃料電池１の出力電力が余るとき
には、その余った直流電力を蓄電装置ＥＳに蓄え、外部
の電力負荷に対して燃料電池１の出力電力が不足すると
きには、その不足分を補うように、蓄電装置ＥＳに蓄え
られている直流電力をインバータ３により交流電力に変
換して外部に出力するように構成されている。

【００２０】この電源装置は、出力電力を外部電力負荷
４に供給する構成とし、連系装置３４にて商用電源３５
と系統連系させてあり、外部電力負荷に対して電源装置
の出力電力が不足するときは、その不足分を商用電源に
て補うようにしてある。又、外部電力負荷としては、一
般家庭や事業所等における商用交流電源にて駆動される
ことを想定した一般の電気機器が対象となっている。

【００２１】そして、この電源装置には、燃料電池１に
燃料ガスを供給するための設備も備えられている。つま
り、図１に示すように、原燃料から水素ガスを含有する
燃料ガスを生成して、生成した燃料ガスを燃料電池１に
供給する燃料ガス生成部ＧＳ、燃料電池１に酸素含有ガ
スとして空気を供給するブロア２１、燃料電池１に供給
する冷却水を燃料電池１から排ガス路３１を通して排出
された酸素極側排ガスにて予熱する熱交換器２２、前記
冷却水を燃料電池１から排ガス路３２を通して排出され
た燃料極側排ガスにて予熱する熱交換器２３等が設けら
れている。燃料電池１から排水路３３を通して排出され
る温水は、後述するような貯湯タンク４２に貯留されて
いる貯留水の加熱に利用される。つまり、貯湯タンク４
２に貯留されている貯留水をポンプ４３により熱交換器
４４を通して循環通流させるようにして、この熱交換器
４４に通流される貯留水を前記排水路３３を通して排出
される温水の熱にて加熱する構成としている。尚、前記
燃料電池としては、電解質に固体高分子膜を用いた固体
高分子型を用いているが、それ以外に、電解質としてリ
ン酸を用いたリン酸型、電解質として固体電解質を用い
た固体電解質型等、種々の型式のものを用いることがで
きる。

【００２２】そして、熱負荷として別途備えられた貯湯
タンク４２内に、電力を消費することにより貯留されて
いる湯水を加熱する電力消費手段としての電気式加熱装
置４０が備えられており、この電気式加熱装置４０の電
力消費量を変更調整自在な電力調整装置４５が設けられ
ている。この電力調整装置４５は、例えば、パルス幅変
調方式により電気式加熱装置４０が消費する電力量を変
更調整できる構成となっている。前記貯湯タンク４２に
貯留される湯は、風呂や一般給湯等に利用されるもので
あり、図示しない設定器により加熱動作が指令される
が、このような熱負荷の需要状況は後述するシステムコ
ントローラ１２に入力されることになる。

【００２３】前記燃料ガス生成部ＧＳは、天然ガス等の
炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫器２４と、
供給される水を加熱して水蒸気を生成する水蒸気生成器
２５と、脱硫器２４で脱硫処理された原燃料ガスを水蒸
気生成器２５で生成された水蒸気を用いて水素ガスと一
酸化炭素ガスに改質処理する改質器２６と、その改質器
２６から排出される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを
水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成処理する変成器２
７と、その変成器２７から排出される変成処理ガス中に
残っている一酸化炭素ガスを選択的に酸化処理する選択
酸化器２８等からなり、一酸化炭素ガス含有量の少ない
燃料ガスを生成するように構成されている。改質器２６
における改質反応は吸熱反応であることから、改質器２
６には、反応熱を与えるためのバーナ２６ｂを設けてあ
り、水蒸気生成器２５は、そのバーナ２６の排熱を用い
て、水を加熱して水蒸気を生成するようになっている。
尚、メタンガスを主成分とする天然ガスが原燃料ガスで
ある場合は、改質器２６においては、メタンガスと水蒸
気とを改質反応させて、水素ガスと一酸化炭素ガスを含
む改質処理ガスを生成する。

【００２４】蓄電装置ＥＳと電力供給経路７との間には
回路を断続するスイッチＳＷ１が設けられ、そのスイッ
チＳＷ１は、動作異常等が発生したときに蓄電装置ＥＳ
と電力供給経路７との間を遮断する遮断スイッチ８とし
て機能するようになっている。

【００２５】次に、蓄電装置ＥＳの構成について説明を
加える。図２に示すように、出力電圧が数ボルト（例え
ば、３〜４ボルト程度）である単位電池セルＣを９６個
直列接続して蓄電池５が構成されており、この蓄電池５
に余剰分の直流電力を充電して蓄電するとともに、この
蓄電池５に蓄電された直流電力をインバータ３により交
流電力に変換して外部に出力することができるように構
成されている。前記単位電池セルＣとしてはリチウムイ
オン電池が用いられている。そして、この蓄電装置ＥＳ
には、８個づつの単位電池セルＣを１ユニットとして蓄
電部Ｕが構成され、全体が１２の蓄電部Ｕにて構成さ
れ、それらの各蓄電部Ｕ毎に、その蓄電部Ｕに属する８
個の単位電池セルＣの夫々の端子間電圧や内部温度等を
監視しながら、後述するような各種の処理を実行する監
視装置ＫＳが夫々備えられている。これらの１２個の監
視装置ＫＳにより充電状態検出手段６が構成されてい
る。

【００２６】前記監視装置ＫＳは、図３に示すように、
８個の単位電池セルＣの夫々の端子間電圧を検出するた
めの電圧検出手段としての電圧検出回路９、８個の単位
電池セルＣのうち、端子電圧が他のものに比べて大きく
放電処理すべきものとして判定した単位電池セルＣの正
負両端子間を抵抗器を介して短絡させて放電させる放電
手段としての放電回路１０、他の監視装置ＫＳとの間で
デジタル信号をシリアル伝送方式にて情報の通信を行う
装置間通信部１１、電源装置全体の動作を管理するシス
テムコントローラ１２との間でデジタル信号をシリアル
伝送方式にて情報の通信を行う上位間通信部１３、蓄電
池５のユニット毎に備えた温度検出用のサーミスタ１４
の検出情報を入力する温度検知部１５、遮断スイッチ８
を作動させる保護回路作動部１６、電圧検出回路９の検
出情報に基づいて、複数の単位電池Ｃ夫々の正負間電圧
が均一あるいはそれに近い状態になるように、複数の単
位電池Ｃのうちで放電すべきものを判別して、その判別
された単位電池を前記放電回路１０により放電させる放
電作動処理や、各部から入力される情報に基づいて必要
な情報を他の監視装置ＫＳやシステムコントローラ１２
に通信する処理、動作異常が発生したときに保護回路作
動部１６を作動させる処理等を実行するマイクロコンピ
ュータを備えた制御回路１７等を備えて構成されてい
る。

【００２７】そして、４つの蓄電部Ｕで１つのグループ
が構成され、各グループのうちの１つの監視装置ＫＳ
（以下、マスター監視装置という）が他の３つの監視装
置ＫＳ（以下、スレーブ監視装置という）を管理する状
態で、それらが互いに装置間通信部１１及び通信線１８
を介して通信可能に接続されている。又、前記各グルー
プにおけるマスター監視装置ＫＳと、前記システムコン
トローラ１２とが互いに通信可能に上位間通信部１３及
び通信線１９を介して通信可能に接続されている。

【００２８】このような構成により、各単位電池セルＣ
の電圧検出情報や温度検出情報等の蓄電池５の監視情報
がシステムコントローラ１２に送信され、システムコン
トローラ１２はこれらの情報により、蓄電池５の充電状
態や温度状態等を監視しながら、満充電状態であればそ
れ以上の充電を禁止したり、充電状態が設定値よりも低
下していれば放電を禁止したりする処理を行うようにな
っている。つまり、システムコントローラ１２は、各監
視装置ＫＳから送信される電圧検出情報に基づいて蓄電
池５が満充電状態であるか否かを判別して、満充電状態
でなければ燃料電池の余剰電力を蓄電池５に蓄電させる
状態とし、満充電状態であれば余剰電力を電気式加熱装
置４０にて消費させるように構成されている。

【００２９】そして、余剰電力を電気式加熱装置４０に
て消費させているにもかかわらず、蓄電池５が満充電状
態であることが判別される状態が設定時間Ｔ４以上継続
すると、蓄電池５に蓄電された電力が電気式加熱装置４
０にて消費されるように、電気式加熱装置４０の電力消
費量を増加させる蓄電池放電処理を実行するように構成
されている。又、前記貯湯タンク４２における多量の湯
を高温度にさせる加熱動作が指令されているか否かによ
り、電気式加熱装置４０による熱供給が必要であるか否
かを判断して、熱供給が必要であると判断した場合にの
み、前記蓄電池放電処理を実行するように構成されてい
る。尚、燃料電池１の発電出力は、予め予測される外部
電力負荷に応じて標準的な値が設定されており、その標
準的な値に固定した状態で出力する構成となっている。

【００３０】図４のフローチャートに基づいて、システ
ムコントローラ１２による電力消費処理について説明す
る。後述するような蓄電池放電処理が行われていなけれ
ば、各監視装置ＫＳから送信される検出情報に基づいて
蓄電池５全体の充電容量を求めその充電容量が最大値ま
たはそれに近い値になって飽和状態になっている満充電
状態であるか否かを判断する（ステップ１、２）。つま
り、余剰電力を蓄電池５に充電させる動作を継続するこ
とにより、図５に示すように、蓄電池５の充電容量が増
加して、充電容量が最大値またはそれに近い値にて飽和
状態になっている満充電状態（図５のＱ点で示す状態）
であることが検出されると、電気式加熱装置４０にて余
剰電力を消費させる余剰電力消費処理を実行し、その時
点からタイマーカウンタをカウントアップする（ステッ
プ３、４）。この余剰電力消費処理においては、次のよ
うな処理を実行する。つまり、蓄電池５が前記満充電状
態であると判断されたときの電力供給路７の出力電圧を
電圧検出器４６により検出し、その値を上限電圧値とし
て記憶しておき、前記余剰電力消費処理においては、電
圧検出器４６にて検出される電力供給路７の出力電圧が
前記上限電圧値を越えないように、電気式加熱装置４０
の電力消費量を調整すべく前記電力調整装置４５の動作
を制御するようになっている。

【００３１】そして、タイマーカウンタのカウント値ｔ
が設定値ｔｓを越えて、蓄電池５が満充電状態である状
態が設定時間Ｔ４以上継続したことが判別され（ステッ
プ５）、且つ、電気式加熱装置４０による熱供給が必要
であると判断されると（ステップ６）、蓄電池５に蓄電
されている電力をこの電気式加熱装置４０にて消費させ
る蓄電池放電処理を実行する（ステップ７）。この蓄電
池放電処理においては、電圧検出器４６にて検出される
電力供給路７の出力電圧が、前記上限電圧値よりも所定
量だけ低い値に設定された設定電圧になるように前記電
力調整装置４５の動作を制御するようになっている。そ
うすると、蓄電池５に蓄えられている電力が電気式加熱
装置４０に出力されることになる。その結果、図５に示
すように、蓄電池５の充電容量が減少して満充電状態が
解消されることになり、満充電状態が長い時間にわたり
継続することを未然に防止できる。尚、この蓄電池放電
処理は、その処理を開始すると、蓄電池５の充電容量が
満充電状態に対応する値から設定量だけ低い放電処理停
止用の充電容量に低下するまで処理を継続して実行し、
充電容量が放電処理停止用の充電容量にまで低下する
と、その処理を終了するようになっている（ステップ
１）。電気式加熱装置４０による熱供給が必要でないと
きは蓄電池放電処理は行わない（ステップ６）。又、満
充電状態でなければ、タイマーカウンタをリセットして
（ステップ８）、燃料電池１の余剰電力を蓄電池５に充
電させる。

【００３２】〔第２実施形態〕次に、本発明に係る電源
装置の第２実施形態について説明する。この実施形態で
は、燃料電池の出力形態及び前記システムコントローラ
による電力消費処理の構成が異なる他は、その他の構成
は、上記第１実施形態の場合と同様であるから、異なる
構成についてのみ説明し、他の構成については説明は省
略する。

【００３３】第１実施形態においては、燃料電池１の発
電出力は標準的な値に固定して使用する構成としたが、
この実施形態では、燃料電池１の出力を変更調整自在に
構成され、システムコントローラが、燃料電池１が前記
標準的な値で出力する標準出力モードと、燃料電池１が
標準的な値よりも大幅に出力が低下して外部電力負荷よ
りも小さい低出力にて出力する低出力運転モードとに切
り換え自在な構成となっている。そして、システムコン
トローラは、蓄電池５が満充電状態であることが判別さ
れる状態が設定時間以上継続すると、蓄電池５に蓄電さ
れた電力を前記電気式加熱装置４０にて消費させるよう
に、燃料電池１の出力を低下させて運転するように構成
されている。又、システムコントローラが、要求される
給湯需要から、燃料電池による排熱にて加熱される熱消
費装置としての熱交換器４４において、燃料電池の排熱
による加熱が必要であるか否かを判断して、その加熱が
必要でないと判断した場合にのみ、前記燃料電池の出力
を低下させて運転するように構成されている。

【００３４】図６におけるフローチャートに基づいて、
システムコントローラ１２の電力消費処理について説明
する。低出力運転モードが設定されているか否かを判別
し、設定されていなければ、各監視装置ＫＳから送信さ
れる検出情報に基づいて蓄電池５全体の充電容量を求め
その充電容量が最大値またはそれに近い値になって飽和
状態になっている満充電状態であるか否かを判断する
（ステップ１０、１１）。つまり、余剰電力を蓄電池５
に充電させる動作を継続することにより、図７に示すよ
うに、蓄電池５の充電容量が増加して、充電容量が最大
値またはそれに近い値にて飽和状態になっている満充電
状態（図７のＱ点で示す状態）であることが検出される
と、第１実施形態における処理と同様に、電気式加熱装
置４０にて余剰電力を消費させる余剰電力消費処理を実
行し、その時点からタイマーカウンタをカウントアップ
する（ステップ１２、１３）。

【００３５】そして、タイマーカウンタのカウント値ｔ
が設定値ｔｓを越えて、蓄電池５が満充電状態である状
態が設定時間（Ｔ５）以上継続したことが判別され（ス
テップ１４）、且つ、このとき、上記したような燃料電
池１による排熱にて加熱される熱交換器４４に対する熱
需要があるか否かを判別し、熱需要が無いと判断される
と、低出力運転処理を実行する（ステップ１５、１
６）。熱交換器４４に対する熱需要があれば低出力運転
処理は行わない。そして、蓄電池５が満充電状態でなけ
れば、タイマーカウンタをリセットして（ステップ１
７）、燃料電池１の余剰電力は蓄電池５に充電されるこ
とになる。前記低出力運転処理においては、燃料電池１
が前記低出力運転モードに切り換えられて運転が行わ
れ、図７に示すように、蓄電池５に蓄えられている電力
が外部電力負荷に出力され、満充電状態が解消されるこ
とになる。つまり、燃料電池の出力が低下することによ
って、外部電力負荷に対して燃料電池の出力では不足す
るので蓄電池に蓄電した電力を外部に出力することにな
り、蓄電池に蓄電された電力が消費されるのである。そ
して、蓄電池５の充電容量が低出力解除用の設定値以下
にまで低下すると、この低出力運転処理を終了して、燃
料電池の運転モードを低出力運転モードから標準出力モ
ードに復帰させるように構成されている。

【００３６】〔別実施形態〕以下、別実施形態を列記す
る。

【００３７】（１）上記第１実施形態では、前記余剰電
力消費処理として、蓄電池５が前記満充電状態であると
判断されたときの電力供給路７の出力電圧を上限電圧値
として記憶しておき、電圧検出器４６にて検出される電
力供給路７の出力電圧が前記上限電圧値を越えないよう
に、電気式加熱装置４０の電力消費量を調整すべく前記
電力調整装置４５の動作を制御する構成としたが、この
ような構成に代えて、次のように構成するものでもよ
い。例えば、前記電力供給路７と前記蓄電装置ＥＳとを
接続する回路に電流検出器を備えさせて、前記余剰電力
消費処理として、この電流検出器にてこの回路に流れる
電流値を監視しながら、蓄電装置へ充電電流が流れない
ように、電気式加熱装置４０の電力消費量を調整すべく
前記電力調整装置４５の動作を制御する構成としてもよ
い。又、昇圧コンバータ２から出力される電力と、イン
バータ３に入力される電力とを夫々検出するようにし
て、これらの電力の差が電気式加熱装置４０にて消費さ
れるように前記電力調整装置４５の動作を制御する構成
としてもよい。

【００３８】上記第１実施形態では、前記蓄電池放電処
理として、電圧検出器４６にて検出される電力供給路７
の出力電圧が、前記上限電圧値よりも所定量だけ低い値
に設定された設定電圧になるように前記電力調整装置４
５の動作を制御するようにしたが、このような構成に代
えて、次のように構成してもよい。例えば、前記電力供
給路７と前記蓄電装置ＥＳとを接続する回路に電流検出
器を備えさせて、前記蓄電池放電処理として、この電流
検出器にて検出される蓄電装置からの放電電流が設定量
になるように前記電力調整装置４５の動作を制御するよ
うにしてもよい。又、昇圧コンバータ２から出力される
電力と、インバータ３に入力される電力とを夫々検出す
るようにして、これらの電力の差に設定量を加えた電力
を電気式加熱装置４０にて消費するように前記電力調整
装置４５の動作を制御するようにしてもよい。

【００３９】（２）上記第１実施形態では、電力消費手
段が、熱負荷を加熱する電気式加熱装置にて構成され、
熱負荷による熱供給が必要であると判断した場合にの
み、前記蓄電池放電処理を実行するようにしたが、この
ような構成に代えて、前記蓄電池５が前記満充電状態で
ある状態が設定時間以上継続すると、常に蓄電池放電処
理を実行するような構成としてもよい。又、前記電力消
費手段は、電気式加熱装置４０に限らず、電力を消費す
るものであればどのような装置でもよい。

【００４０】（３）上記第２実施形態では、前記熱消費
装置において前記燃料電池による排熱による加熱が必要
であるか否かを判断して、その加熱が必要でないと判断
した場合にのみ、前記燃料電池の出力を低下させて運転
するように構成したが、このような構成に代えて、前記
蓄電池が前記満充電状態である状態が設定時間以上継続
すると、常に前記燃料電池の出力を低下させて運転する
ように構成してもよい。又、熱消費装置としては貯湯用
の熱交換器を例示したが、これに限らず、燃料電池の排
熱を利用する他の熱消費装置でもよい。

【００４１】（４）上記各実施形態では、前記電力消費
手段として、例えば、図８に示す構成のうち昇圧コンバ
ータ２にて昇圧された直流電圧の電力を消費する電力消
費手段ｂだけを例示したが、このような接続構成に限ら
ず、昇圧コンバータ２にて昇圧される前の低電圧の直流
電圧、すなわち、燃料電池の出力をそのまま消費する電
力消費手段ａや、あるいは、インバータにて交流に変換
された後の電力を消費する電力消費手段ｃを用いてもよ
く、これらのうちのいずれか１つあるいは２つ以上の電
力消費手段を用いるようにしてもよい。

【００４２】（５）上記実施形態では、電力消費手段に
対する電力調整装置は、パルス幅変調方式に限らず位相
制御等の各種の制御を利用して切り換える構成を用いる
ようにしてもよい。

【００４３】（６）上記各実施形態では、商用電源と系
統連系させてあり、外部電力負荷に対して電源装置の出
力電力が不足するときは、その不足分を商用電源にて補
うことができる構成としたが、このような構成に限ら
ず、商用電源と系統連系させることなく、独立した電源
装置として構成するものでもよい。

【００４４】。（７）上記各実施形態では、蓄電池が多
数の単位電池としてリチウムイオン電池にて構成される
ものを用いたが、これに限らず、鉛蓄電池、ニッケル−
カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池等種々のもの
を用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電源装置の全体構成図

【図２】蓄電装置の構成を示す図

【図３】監視装置の構成を示すブロック図

【図４】第１実施形態の電力消費処理のフローチャート

【図５】第１実施形態のタイミングチャート

【図６】第２実施形態の電力消費処理のフローチャート

【図７】第２実施形態のタイミングチャート

【図８】別実施形態の電力消費手段の接続状態を示す図

【符号の説明】

１ 燃料電池 ５ 蓄電池 ６ 充電状態検出手段 １２ 管理手段 ４０ 電力消費手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G003 AA05 BA03 CA01 CA14 CB01 CC04 GC04 GC05 5H027 AA02 BA01 DD00 DD03 KK48 KK54 KK56 MM01 MM21

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発電した電力を外部に出力する燃料電池
   と、前記燃料電池の余剰電力を蓄電し且つ前記燃料電池
   の出力不足のときに蓄電した電力を外部に出力するため
   の蓄電池と、前記余剰電力を消費する電力消費手段と、
   前記蓄電池の充電状態を検出する充電状態検出手段と、
   電源装置の運転状態を管理する管理手段とが備えられ、 前記燃料電池の発電電力が外部電力負荷の負荷電力より
   小であれば前記蓄電池に蓄電した電力を外部に出力し、
   前記燃料電池の発電電力が前記負荷電力より大であれ
   ば、前記蓄電池が満充電状態でなければ前記余剰電力を
   前記蓄電池に蓄電させ、前記満充電状態であれば前記余
   剰電力を前記電力消費手段にて消費させるように構成さ
   れている電源装置であって、 前記管理手段が、 前記蓄電池が前記満充電状態である状態が設定時間以上
   継続すると、前記蓄電池に蓄電された電力を前記電力消
   費手段にて消費させる蓄電池放電処理を実行するように
   構成されている電源装置。
2. 【請求項２】 前記電力消費手段が、熱負荷を加熱する
   電気式加熱装置にて構成され、前記管理手段は、前記熱
   負荷による熱供給が必要であるか否かを判断して、前記
   熱供給が必要であると判断した場合にのみ、前記蓄電池
   放電処理を実行するように構成されている請求項１記載
   の電源装置。
3. 【請求項３】 発電した電力を外部に出力する燃料電池
   と、前記燃料電池の余剰電力を蓄電し且つ前記燃料電池
   の出力不足のときに蓄電した電力を外部に出力するため
   の蓄電池と、前記余剰電力を消費する電力消費手段と、
   前記蓄電池の充電状態を検出する充電状態検出手段と、
   電源装置の運転状態を管理する管理手段とが備えられ、 前記燃料電池の発電電力が外部電力負荷の負荷電力より
   小であれば前記蓄電池に蓄電した電力を外部に出力し、
   前記燃料電池の発電電力が前記負荷電力より大であれ
   ば、前記蓄電池が満充電状態でなければ前記余剰電力を
   前記蓄電池に蓄電させ、前記満充電状態であれば前記余
   剰電力を前記電力消費手段にて消費させるように構成さ
   れている電源装置であって、 前記管理手段が、 前記蓄電池が前記満充電状態であることが判別される状
   態が設定時間以上継続すると、前記蓄電池に蓄電された
   電力を消費させるように、前記燃料電池の出力を低下さ
   せて運転するよう構成されている電源装置。
4. 【請求項４】 前記燃料電池による排熱にて加熱される
   熱消費装置が備えられ、前記管理手段が、前記熱消費装
   置において前記燃料電池による排熱による加熱が必要で
   あるか否かを判断して、その加熱が必要でないと判断し
   た場合にのみ、前記燃料電池の出力を低下させて運転す
   るように構成されている請求項３記載の電源装置。