JP2003331930A - 給電システム - Google Patents
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
わせた給電システムにおいて、負荷量が極端に低下した
場合での給電効率の低下を抑制できる構成を提供するこ
と。 【解決手段】 燃料電池等の発電手段と二次電池とを組
み合わせた給電システムにおいて、外部負荷の消費電力
の時間変化を計測し、その計測結果から消費電力の変動
パターンを予測し、変動パターンにおいて、外部負荷の
消費電力が所定値以下に減少する時刻以前にSOCを上
昇するようSOC上昇制御を行う。
Description
ロガスタービン等の発電手段と二次電池とを組み合わせ
て用いるコージェネレーションシステム等の給電システ
ムに関するものである。
ら、燃料電池やマイクロガスタービンを用いた給電シス
テムが注目されてきている。しかしながら、燃料電池は
負荷の変動に対する出力応答性に劣るという問題があ
る。したがって、燃料電池と二次電池とを組み合わせ、
負荷変動を二次電池で補償する方法が検討されてきた。
このような二次電池は通常時には充電状態(SOC)を
50%〜90%程度の部分充電状態に制御され、燃料電
池から余剰電力が発生した場合は、この余剰電力で二次
電池を充電し、燃料電池の出力が負荷に対して不足する
場合には、二次電池からこの不足電力を補う。このよう
な構成では燃料電池からの余剰電力を回収することによ
り給電システムの効率を高めることができる。
が少なくなった場合は燃料電池への燃料ガスと酸化剤の
供給を制限して燃料電池の出力を低下させる制御が行わ
れるものの、低率放電の領域は燃料電池の発電効率が低
下し、結果として給電システム全体の効率が低下すると
いう課題があった。
な燃料電池等の発電手段と二次電池とを組み合わせた給
電システムにおいて、負荷量が極端に低下した場合での
効率の低下を抑制することを目的とする。
ために、本発明の請求項1に係る発明は、発電手段と二
次電池とを備えて外部負荷に給電し、外部負荷の消費電
力が発電手段の最大出力値以下に設定される特定出力値
未満に相当する場合、発電手段により二次電池を充電す
るとともに、外部負荷に電力を供給し、外部負荷の消費
電力が前記特定出力を上回ったとき、二次電池から外部
負荷に出力を補う給電システムであって、二次電池の充
電状態(SOC)は発電手段からの電力を充電できるよ
う、中間充電状態で制御され、外部負荷への消費電力が
所定値以下に減少した場合に、発電手段の運転を停止す
るとともに、二次電池から外部負荷へ給電を行い、外部
負荷の消費電力の時間変化を計測し、その計測結果から
消費電力の変動パターンを予測し、変動パターンにおい
て、外部負荷の消費電力が所定値以下に減少する時刻以
前にSOCを上昇するようSOC上昇制御を行うことを
特徴とする給電システムを示すものである。
求項1の構成を備えた給電システムにおいて発電手段と
して燃料電池を用いることを特徴とするものである。
求項1もしくは2の構成を備えた給電システムにおい
て、発電手段の停止中において、SOCが所定値以下と
なった場合に、発電手段を起動して二次電池を充電して
SOC上昇制御を行うことを特徴とするものである。
の構成を備えた給電システムにおいて、発電手段として
燃料電池を用いた場合に、燃料電池の起動後に燃料電池
の最大出力で運転制御することを特徴とするものであ
る。
求項1、2、3もしくは4の構成を備えた給電システム
において、前記SOC上昇制御に引き続いて二次電池を
過充電することを特徴とするものである。
求項5の構成を備えた給電システムにおいて、過充電を
SOC上昇制御の所定回数毎に行うことを特徴とするも
のである。
ステムを図面を用いて説明する。
2で変圧され、インバータ3により交流電力に変換され
負荷4に供給される。負荷4の消費電力が燃料電池1の
効率的な連続運転に適した特定出力未満に相当する場
合、すなわち、負荷4の消費電力にDC−DCコンバー
タ2、インバータ3等の電力損失を加えた電力が燃料電
池1の特定出力未満である場合、燃料電池1の余剰電力
を充電制御手段5を介して接続された二次電池6に蓄積
する。燃料電池1の出力が負荷4の消費電力に対して不
足する場合、スイッチ11が閉じられ、二次電池6から
インバータ3を介して負荷4に出力が補充される。
of charge、SOC)はSOC検出手段9に
より検出されるとともに、そのSOC検出値に基づき、
充電制御手段5によって二次電池6のSOCを所定範囲
内に制御する。二次電池6は燃料電池1の余剰電力を蓄
積する必要上、SOCは例えば50〜90%程度の中間
充電状態に制御する。SOCの検知方法としては様々な
方法が適用可能であるが、例えば二次電池6の充電電流
と放電電流を積算することにより検知することができ
る。
化を計測する負荷計測手段7を有し、この消費電力の経
時変化データから、消費電力の経時変化を予測手段8で
予測する。家屋、店舗あるいは工場等の建物に電力を供
給する場合、電力消費パターンにある程度の傾向が見ら
れる。本発明においてはこの消費電力の経時変化予測か
ら、消費電力が燃料電池出力に対して極端に低下する時
間帯を予測する。例えばT1時からT2時にかけて消費電
力が燃料電池1の特定出力の5%未満になると予測した
場合、この予測信号に基づき、T1時のΔT時間以前、
すなわち(T1−ΔT)時から充電制御手段5が二次電
池のSOCを増加させるよう、充電(以下、SOC上昇
制御)を行う。
果、実際に負荷4の消費電力が特定出力の5%未満にな
った時点で、制御信号が燃料電池制御手段10に送ら
れ、燃料電池制御手段10はこの制御信号に基づいて燃
料電池1の運転を停止する。燃料電池1の停止後は二次
電池6の出力のみで負荷4を動作させる。
して負荷の消費電力が少ない場合に、発電効率の低下し
た燃料電池を停止させて、二次電池から効率良く給電す
ることができる。また、二次電池単独の給電に入る以前
の段階で二次電池のSOCをあらかじめ上昇させること
によって、負荷への給電に必要な電力を二次電池に確保
することが可能である。
は燃料電池の発電効率を勘案して設定する。また、負荷
変動パターンの予測方法としては種々の方法が考えられ
るが、例えばある負荷変動パターンを所定の日数(N
日)で平均して予測パターンとすることができる。ま
た、季節変化等により負荷変動パターンも変化すること
を勘案し、N日の負荷変動パターンを平均して得た予測
パターン(PP1)と次のN日の負荷変動パターンを平
均して得た実績パターン(PA1)を求め、予測パター
ン(PP1)と実績パターン(PA1)とを平均して更
新された予測パターン(PP2)を用いることができ
る。このような方法によれば、季節変動による負荷変動
パターンの変化に対応し、予測をより精度よく、行うこ
とが可能となる。
ては、燃料電池1の運転を停止した後の二次電池6によ
る単独給電時において、二次電池6のSOC低下をSO
C検出手段9によりモニターし、所定のSOC値まで低
下した時点で燃料電池制御手段10からの起動信号によ
り燃料電池1を再起動し、二次電池6による単独給電か
ら燃料電池1からの給電に切替えるとともに、燃料電池
1を最も効率の良い定格出力で運転を行い、余剰出力で
二次電池6を充電する。
る場合、(T1−ΔT)時から開始される二次電池のS
OC上昇制御の所定回数毎に二次電池のSOCを100
まで上昇させて完全充電状態とした後、さらに所定電気
量で二次電池を過充電することが好ましい。鉛蓄電池、
特に極板群から遊離する電解液を殆ど有しないよう、電
解液量を制限した構成の制御弁式鉛蓄電池を中間充電状
態で使用しつづけた場合、活物質中に存在する放電生成
物である硫酸鉛の結晶が粗大化する。その結果、電池の
充電受入性が低下し、電池の容量低下が急速に進行す
る。
ような硫酸鉛結晶の粗大化が回復不能になる以前の段階
で前記したようなSOC上昇制御の後に鉛蓄電池を過充
電することにより硫酸鉛結晶を強制的に活物質にさせる
ことにより、硫酸鉛結晶の粗大化とこれによる容量低下
を抑制することができる。
た後に、0.1CA〜0.2CA程度の定電流で二次電
池容量の10〜30%程度に相当する電気量を充電する
ことによって行うことができる。また、このような過充
電を行う頻度としては使用する鉛蓄電池の特性によって
異なるが通常1ヶ月に1回程度で設定する。したがっ
て、例えば1日に1回の頻度でSOC上昇制御を行う場
合、SOC上昇制御の30回毎に1回の過充電を行えば
よい。SOC上昇制御の後にSOCはもともと上昇して
いるので、二次電池を過充電に必要な時間を削減するこ
とができ、極めて好都合である。
テムの構成例を図1に示したが、本発明の実施の形態で
記した動作を実現するものであれば良く、本発明は図1
に示した構成のものに限定されるものではない。
によれば燃料電池等の発電手段と二次電池とを組み合わ
せた給電システムにおいて、負荷量が極端に低下した場
合において、発電手段からの給電を停止して二次電池単
独で給電を行うことにより、給電効率を高めることがで
きる。さらに、二次電池単独の給電において二次電池の
SOCを高く設定しているので、二次電池単独の給電時
間を長く設定することができる。また二次電池として鉛
蓄電池を用いた場合、定期的な過充電を行うことによっ
て、電池の容量低下を抑制でき、信頼性が高い、効率に
優れた給電システムを提供できることから、工業上、極
めて有用である。
を示す図
Claims (6)
- 【請求項1】 発電手段と二次電池とを備えて外部負荷
に給電し、前記外部負荷の消費電力が前記発電手段の最
大出力値以下に設定される特定出力値未満に相当する場
合、前記発電手段により前記二次電池を充電するととも
に、前記外部負荷に電力を供給し、前記外部負荷の消費
電力が前記特定出力を上回ったとき、前記二次電池から
前記外部負荷に出力を補う給電システムであって、 前記二次電池の充電状態(SOC)は前記発電手段から
の電力を充電できるよう、中間充電状態で制御され、 前記外部負荷の消費電力が所定値以下に減少した場合
に、前記発電手段の運転を停止するとともに、前記二次
電池から前記外部負荷へ給電を行い、 前記外部負荷への消費電力の時間変化を計測し、その計
測結果から消費電力の変動パターンを予測し、 前記変動パターンにおいて、前記外部負荷への消費電力
が所定値以下に減少する時刻以前に前記SOCを上昇す
るようSOC上昇制御を行うことを特徴とする給電シス
テム。 - 【請求項2】 前記発電手段として燃料電池を用いるこ
とを特徴とする請求項1に記載の給電システム。 - 【請求項3】 前記発電手段の停止中において、前記S
OCが所定値以下となった場合に、前記発電手段を起動
して前記二次電池を充電して前記SOC上昇制御を行う
ことを特徴とする請求項1もしくは2に記載の給電シス
テム。 - 【請求項4】 前記発電手段として燃料電池を用いた場
合に、燃料電池の起動後に燃料電池の最大出力で運転制
御する請求項3に記載の給電システム。 - 【請求項5】 前記SOC上昇制御に引き続いて前記二
次電池を過充電することを特徴とする請求項1、2、3
もしくは4に記載の給電システム。 - 【請求項6】 前記過充電を前記SOC上昇制御の所定
回数毎に行うことを特徴とする請求項5に記載の給電シ
ステム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002135137A JP2003331930A (ja) | 2002-05-10 | 2002-05-10 | 給電システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002135137A JP2003331930A (ja) | 2002-05-10 | 2002-05-10 | 給電システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003331930A true JP2003331930A (ja) | 2003-11-21 |
Family
ID=29697540
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002135137A Pending JP2003331930A (ja) | 2002-05-10 | 2002-05-10 | 給電システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003331930A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2002
- 2002-05-10 JP JP2002135137A patent/JP2003331930A/ja active Pending
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