JP4552865B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池を用いた燃料電池システムに関する。燃料電池は、水素と酸素とを直接燃焼させるのではなく、電解質で隔てられた燃料極と空気極とで別々に電気化学反応させ、電子を外部回路に取り出すことで電気を発生させることができるようにしたものである。

燃料電池システムとしては、商用電源への逆潮流防止のために燃料電池出力を負荷電力（負荷が消費する電力）に一致させるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この燃料電池システムでは、燃料電池の電力を供給する燃料電池電源と、電池電力を負荷に応じた電力に変換して負荷側に出力する電力変換手段と、燃料電池電源と電力変換手段とを制御する制御手段とを備えたものがある。燃料電池電源は、都市ガスを水素リッチな燃料ガスに改質する改質器と、供給された燃料ガスを用いて発電する燃料電池とを備える。電力変換手段は、例えば電池電力を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、このＤＣ／ＤＣコンバータ出力を交流に変換するインバータとを備えたパワーコンディショナにより構成されている。制御手段は、負荷の軽重に応じて燃料電池電源と電力変換手段とを制御するようになっている。

この燃料電池システムでは電池電力が規定値を超えて商用電源に逆潮流することは認められていないことに加えて電池電力は負荷の急変に追随し難い。そのため、負荷が軽負荷になって電池電力が余剰するときはヒータでその余剰電力を熱変換したり、逆潮流を防止するために商用電源側から順潮流を行う技術が提案されている。

しかしながら、この燃料電池システムでは、負荷の急変に対する低い追随性等により電力利用率が低く、そのシステムの実施普及率は低い。そこで、本出願人は、燃料電池システムの普及向上を図るべく鋭意研究を行った結果、従来のような余剰電力の処理とは全く異なり、コンデンサに余剰電力を充電させ、また、電池電力が不足するときは、コンデンサの蓄積電力を放電させてその不足電力を賄うことができる充放電装置を組み込んで、電力利用率を高めた燃料電池システムを新規に提案したのである。

この新規開発に係る燃料電池システムは、コンデンサの電力変化に対する高い応答ないしは追随性と近年において開発された電気二重層コンデンサ等の鉛蓄電池並みの大容量のコンデンサを利用したものである。

しかしながら、この充放電装置において、コンデンサに余剰電力を充電させる場合や、コンデンサから蓄積電圧を放電させる場合に、コンデンサに余剰電力の充電必要時に、コンデンサに充電することが出来ないという課題があった。また、不足電力の場合、コンデンサから必要電力を放電させることができない場合があり、この場合、コンデンサ以外に系統から電力を賄うことが出来るが燃料電池自体の電力の利用率が低くなるという課題があった。

また、不足電力の場合に瞬時停電に対応出来ないという課題があった。
特開２００１−６８１２５号公報

そこで、本発明は、コンデンサが余剰電力蓄積用および不足電力供給用のいずれの場合にも常に対応することができるようにして上記課題を解決したものである。

（１）本発明による燃料電池システムは、燃料電池を用いた燃料電池システムにおいて、燃料電池の出力（電池電力）を供給する電力供給手段と、電池電力を負荷に応じた電力に変換する電力変換手段と、前記電力供給手段からの電池電力が余るときはコンデンサにその余剰電力を充電し、不足するときはその不足電力の全部または一部を賄うために前記コンデンサの充電電力を前記電力変換手段に放電する充放電手段と、システム運転中は前記コンデンサが余剰電力の充電動作と不足電力の全部または一部の賄いのための放電動作とのいずれにも対応が可能な電圧で常時充電されているようコンデンサ電圧を制御する制御手段とを備え、前記充放電手段は、充放電コンバータと充放電制御部と前記コンデンサとからなり、前記充放電コンバータは、前記電力供給手段からの電池電力を降圧して前記コンデンサに充電させる降圧動作と、前記コンデンサの充電電圧を放電させるとともにその放電電圧を昇圧する昇圧動作とを行い、前記充放電制御部は前記充放電コンバータの動作を制御するものであり、制御手段は、電池電力の変化につれて上記コンデンサ電圧の充放電対応可能な範囲（コンデンサ電圧範囲）を予め定めてテーブル化して記憶し、電池電力の変化に従い、そのテーブルを参照して、その変化に対応するコンデンサ電圧範囲を選択し、上記選択したコンデンサ電圧範囲内でコンデンサ電圧を制御する、ことを特徴とするものである。

本燃料電池システムでは余剰電力をコンデンサにすべて充電させる場合だけでなく、その充電する一方で、ヒータ等の他の電力に用いる場合も含むことができる。また、不足電力の賄いはコンデンサすべてに負担する場合だけでなく、系統電力（商用電源）側からも一部負担させる場合も含むことができる。上記電力供給手段と充放電手段と電力変換手段はそれらにマイクロコンピュータを内蔵し、制御手段をマイクロコンピュータで構成するとともに、これらマイクロコンピュータ間で通信を行う場合だけでなく、制御手段が内蔵するマイクロコンピュータ単独により上記各手段を制御する場合も含むことができる。

上記充放電対応が可能な充電電圧を説明する。燃料電池はその種類や特性が様々であり、説明の簡単化のために燃料電池が例えば１分間に６０Ｗの変化をすると仮定し負荷電力が１２０Ｗから６０Ｗに急変すると余剰電力は急変直後は６０Ｗであり、その後の１分間の間で余剰電力は減り、１分間経過後の余剰電力は０Ｗとなる。したがって、充放電対応可能な充電電圧とは、この１分間の間、コンデンサが電池電力の余剰電力を充電することができる充電電圧である。また、負荷電力が６０Ｗから１２０Ｗに急変すると不足電力は急変直後は６０Ｗであり、その後の１分間の間で不足電力は減り、１分間経過後の不足電力は０Ｗとなる。したがって、充放電対応可能な充電電圧とは、この１分間の間、コンデンサが電池電力の不足電力分を放電することができる電圧である。

本発明によると、コンデンサが負荷電力の急変等に際して余剰電力の蓄積にも不足電力の賄いにも常に高応答に対応することができるので、高い追随性でもって負荷に電力を供給することができ、例えば余剰電力をヒータ等で消費させていた従来とは異なって、電力利用率を飛躍的に高めることが可能となり、燃料電池システムの普及率を大きく向上させることができるようになる。

この態様によれば、電力供給手段の電池電力が余剰のときはコンデンサが充電され、不足するときコンデンサが放電することを利用しており、円滑な制御が可能となる。

この態様によれば、制御手段は、コンデンサ電圧をコンデンサ電圧範囲に制御するので、制御が容易である。

この態様によれば、制御手段は、正確な制御が可能であり、また、種々なシステムに対応してテーブルの記憶内容を書き換えるのみで済み、コンデンサ電圧の制御が容易である。

（５）本発明の好適な一態様は、上記コンデンサ電圧の範囲の下限が放電可能なコンデンサ電圧であり、上限が充電可能なコンデンサ電圧である。

（６）本発明の好適な一態様は、制御手段は、コンデンサ電圧が所定値以上であるときは電池電力が下がるように、また、コンデンサ電圧が上記所定値以下であるときは電池電力が上がるように補正して制御することである。

本発明によれば、負荷の変動に対する追従性に優れかつ電力利用率が高い燃料電池システムを提供することができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムを説明する。図１に、燃料電池システムの概略構成を示す。１０は燃料電池電源、１２はパワーコンディショナ、１４は充放電装置、１６はコントローラ、１８は負荷、２０は商用電源である。

燃料電池電源１０は、電力供給手段として、燃料電池の直流出力（電池電力）を供給するものであり、詳細は略するが、一例の構成として、例えば、ガス配管から都市ガス等のガスの供給を受けて水素リッチな改質ガスに改質する改質器と、改質ガス中の一酸化炭素を低減して燃料ガスとする一酸化炭素選択酸化部と、燃料ガスと空気との供給を受けて電気化学反応により発電する燃料電池と、これらを制御して燃料電池の発電による直流出力（電池電力）を供給する制御部とを備えた構成になっている。このガスは炭化水素系燃料であればよく都市ガスに限定されずプロパンガスやその他でもよい。このようなガスとすることにより燃料電池システムを一般家庭に設置して用いるのに適したものとすることができる。制御部はマイクロコンピュータにより構成することができる。マイクロコンピュータは、コントローラ１６に内蔵されるマイクロコンピュータと通信することができるようになっている。燃料電池電源１０にマイクロコンピュータを内蔵させず、コントローラ１６のマイクロコンピュータで燃料電池電源１０を制御することができるようにしてもよい。燃料電池電源１０は例えば特開２００５−３１０４３５号、特開２００５−３０２４８９号、特開２００２−２３８１６４号公報等に詳細があり、本明細書ではこの燃料電池電源１０の説明は上記にとどめる。

ここで燃料電池はその種類や特性が様々であり、説明の簡単化のために燃料電池が例えば１分間に６０Ｗの変化をすると仮定した場合の電池電力ＦＣの低下と上昇特性を図２に示す。横軸は時間であり、縦軸は電池電力ＦＣである。例えば、電池電力ＦＣが０ｋＷから１ｋＷに増大する出力特性を増大線分ａで、０．５ｋＷから１ｋＷに増大する出力特性を増大線分ｂで、１ｋＷから０ｋＷに減少する出力特性を減少線分ｃで、０．５ｋＷから０ｋＷに減少する出力特性を減少線分ｄで示している。電池電力ＦＣが増大する場合は、いずれの出力特性も増大線分ａ，ｂで示すように時間に対して推移していき、電池電力ＦＣが減少する場合も同様である。燃料電池やその制御方式等により異なるが、一例では、例えば、燃料電池出力６０Ｗの増大、減少には１分間程度要する。

パワーコンディショナ１２は、電力変換手段として、燃料電池電源１０から供給される電池電力を負荷に応じた電力に変換して出力するものである。このパワーコンディショナとして、一例として、例えば、燃料電池電源１０から直流電力が出力されてくる場合、この直流電力を例えば１４０Ｖに昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、このＤＣ／ＤＣコンバータ出力を商用電源と同位相のＡＣ１００Ｖの交流電力に変換して負荷へ電力を供給するインバータと、このインバータの変換動作を制御する制御部(マイクロコンピュータ)とを備えた構成になっている。もちろん、パワーコンディショナ１２には各種方式があり、本明細書ではその方式のすべてを示すことはできないが、一般には、上記構成を備える。

パワーコンディショナ１２の制御部は、商用電源への電力の供給、即ち逆潮流を防止するためには、インバータからの出力電力が負荷電力もしくはそれ以下となるよう制御することが好ましい。パワーコンディショナ１２の制御部（マイクロコンピュータ）はコントローラ１６（マイクロコンピュータ）と通信して電力変換動作を制御されるようになっている。パワーコンディショナ１２にマイクロコンピュータを内蔵させず、コントローラ１６のマイクロコンピュータでパワーコンディショナ１２を制御することができるようにしてもよい。実施の形態では、説明の都合で、機能ブロック別に、パワーコンディショナ１２とコントローラ１６とを別々のブロック構成としたが、パワーコンディショナ１２を、コントローラ１６を含めたブロック構成としてパワーコンディショナ１２と称することもできる。

充放電装置１４は、充放電手段として、燃料電池電源１０からの電池電力が余るときは、内蔵するコンデンサ１４ｃにその余剰電力を充電し不足するときはその不足電力の全部もしくは一部を賄うためにコンデンサ１４ｃの充電電力をパワーコンディショナ１２に放電するものであり、充放電コンバータ１４ａと、充放電制御部１４ｂと、上記コンデンサ１４ｃとを備えた構成になっている。

充放電コンバータ１４ａは、燃料電池電源１０からの電池電力を降圧してコンデンサ１４ｃに充電させる降圧動作と、コンデンサ１４ｃの充電電圧を放電させるとともにその放電電圧を昇圧する昇圧動作とを行うようになっている。充放電コンバータ１４ａは、例えば、スイッチ素子、チョークコイル、平滑コンデンサ等により構成することができる。これら降圧と昇圧とを別々のコンバータで行う構成としてもよいし、１つのコンバータで降圧と昇圧の双方動作が可能とした構成としてもよい。

充放電制御部１４ｂは、マイクロコンピュータにより構成され、充放電コンバータ１４ａの動作を制御（どの程度の降圧、昇圧、降圧停止、昇圧停止、等の制御）することができるようになっている。充放電制御部１４ｂは、例えば、降圧制御ＩＣや昇圧制御ＩＣ、スイッチ素子駆動部、および、これらを制御するマイクロコンピュータ等で構成し、アナログあるいはデジタル信号でこれらＩＣ等を制御することができるようにしてもよい。充放電制御部１４ｂは、コンデンサ１４ｃをその耐電圧以上に充電されないよう充放電コンバータ１４ａを制御することができるようになっている。充放電制御部１４ｂのマイクロコンピュータはコントローラ１６のマイクロコンピュータと通信して充放電を制御することができるようになっている。充放電制御部１４ｂにマイクロコンピュータを内蔵させず、コントローラ１６のマイクロコンピュータで充放電装置１４全体を制御することができるようにしてもよい。

コンデンサ１４ｃは、充放電時間が短く、大容量のコンデンサ、例えば電気二重層コンデンサが好ましい。

コントローラ１６は、制御手段として、マイクロコンピュータにより構成され、システム運転中はコンデンサ１４ｃが余剰電力の充電動作と不足電力の全部または一部の賄いのための放電動作とのいずれにも対応（充放電対応）が可能な充電電圧で常時充電されているようコンデンサ電圧を制御する構成になっている。コントローラ１６は、図示を略するが、メモリ、ＣＰＵ等からなるマイクロコンピュータにより構成され、図３で示すように、電池電力の各値に応じてそれぞれの値に対応してコンデンサ１４ｃの充放電可能な電圧範囲(コンデンサ電圧範囲)のテーブルをメモリ等に記憶している。このテーブルを説明する。ＦＣは電池電力（Ｗ）である。Ｖａは負荷が重い側(重負荷)に変動して電池電力ＦＣが不足しコンデンサ１４ｃがその不足電圧を賄うために放電するのに必要な下限コンデンサ電圧（Ｖ）である。すなわち、重負荷時では現コンデンサ電圧Ｖｃは下限コンデンサ電圧Ｖａ以上であることが必要である。Ｖｂは負荷が軽い側(軽負荷)に変動して電池電力ＦＣが余りコンデンサがその余剰電力を充電するのに必要な上限コンデンサ電圧（Ｖ）である。すなわち、軽負荷時では現コンデンサ電圧Ｖｃは上限コンデンサ電圧Ｖｂ以下であることが必要である。以上のことからＶａ〜Ｖｂは不足電圧の賄いのための放電、余剰電力の充電のいずれにも対応可能なコンデンサ電圧範囲である。

電池電力ＦＣが０Ｗでの現コンデンサ電圧Ｖｃのコンデンサ電圧範囲Ｖａ〜Ｖｂは５２〜５４Ｖ、ＦＣが１００Ｗでの現コンデンサ電圧Ｖｃのコンデンサ電圧範囲Ｖａ〜Ｖｂは４３〜５３Ｖ、…、ＦＣが１０００Ｗでの現コンデンサ電圧Ｖｃのコンデンサ電圧範囲Ｖａ〜Ｖｂは２０〜２６Ｖと図３のテーブルに示すとおりである。

コントローラ１６は、電池電力ＦＣの変化に従い、上記テーブルを参照して、その変化に対応するコンデンサ電圧範囲Ｖａ〜Ｖｂを選択し、上記選択したコンデンサ電圧範囲Ｖａ〜Ｖｂ内で現コンデンサ電圧Ｖｃを制御する。そして、コントローラ１６は、現コンデンサ電圧Ｖｃをコンデンサ電圧範囲Ｖａ〜Ｖｂ内に制御するとともに、その電圧範囲Ｖａ−Ｖｂ内に閾値電圧Ｖｔｈ（最適化電圧）を定め、現コンデンサ電圧ＶｃがＶｃ＞Ｖｔｈであるときは電池電力ＦＣが下がるように、また、Ｖｃ＜Ｖｔｈであるときは電池電力ＦＣが上がるように燃料電池電源１０の制御部に制御指令を出力する。すなわち、コントローラ１６は、現コンデンサ電圧Ｖｃが常にコンデンサ電圧範囲Ｖａ〜Ｖｂ内に存在するように制御しつつ、さらにこの現コンデンサ電圧Ｖｃを最適な電圧Ｖｔｈに制御するようになっている。燃料電池電源１０の制御部は、コントローラ１６の制御指令に応答して供給電力を制御する。なお、閾値電圧Ｖｔｈは各コンデンサ電圧範囲Ｖａ〜Ｖｂに応じて設定される。例えば、閾値電圧Ｖｔｈは、各コンデンサ電圧範囲Ｖａ〜Ｖｂの中間電圧（Ｖａ〜Ｖｂ）／２である。もちろん、閾値電圧Ｖｔｈは、各コンデンサ電圧範囲Ｖａ〜Ｖｂ内の他の電圧でもよい。

以下、具体動作を説明する。この説明では負荷１８の消費電力(負荷電力)が７００Ｗから４００Ｗに減少した場合と、負荷電力が４００Ｗから７００Ｗに増大した場合とに分けて説明する。この説明は理解のための一例である。コントローラ１６は負荷の消費電力をモニタする第１モニタ部２２、商用電源をモニタする第２モニタ部２４、電池電力ＦＣをモニタする第３モニタ部２６、コンデンサ電圧Ｖｃをモニタする第４モニタ部２８それぞれのモニタ出力に基づいて第１制御ないし第３制御を行う。第４制御は充放電装置１４内で充放電制御部１４ｂが充放電コンバータ１４ａに対して行う制御である。コントローラ１６は第２モニタ部２４の出力に基づいて商用電源２０に対する順潮、逆潮を制御することができる。

（１）負荷電力が７００Ｗから４００Ｗに減少した場合
コントローラ１６は第１モニタ部２２から負荷電力が７００Ｗから４００Ｗに減少したモニタ出力を得る。コントローラ１６はこのモニタ出力によりパワーコンディショナ１２に対して制御電力を７００Ｗから４００Ｗに減少させる制御指令を出力する(第１制御)。

コントローラ１６は、燃料電池電源１０に対してその電池電力ＦＣを７００Ｗから４００Ｗに低下させる制御指令を入力する(第３制御)。これにより電池電力ＦＣは徐々に７００Ｗから４００Ｗに低下する。

コントローラ１６は負荷電力が７００Ｗから４００Ｗに減少してもこの減少に対応して電池電力ＦＣが図２の特性に従い徐々に７００Ｗから４００Ｗに低下してくる間は、電池電力ＦＣは負荷電力に比較して余るので、充放電装置１４に対してコンデンサ１４ｃにその余剰電力を充電させるよう制御指令を出力する(第２制御)。従来ではこの余剰電力をヒータで熱変換していた。実施の形態ではコンデンサ１４ｃに余剰電力を充電させている。こうして電池電力ＦＣの余剰電力はコンデンサ１４ｃに充電される。そして、電池電力ＦＣが４００Ｗになったとき、余剰電力は０Ｗになる。この場合、余剰電力の充電でコンデンサ１４ｃのコンデンサ電圧Ｖｃは電池電力ＦＣが７００Ｗ時よりも高くなっているが、次の負荷が４００Ｗからそれ以上に変動しても、それ以下に変動しても、コンデンサ１４ｃが充放電いずれにも対応することができるように適正な電圧に現コンデンサ電圧Ｖｃを制御する必要がある。そのため、コントローラ１６は、第４モニタ部２８からコンデンサ１４ｃの現コンデンサ電圧Ｖｃのデータを得るとともに、図３で示すテーブルから電池電力ＦＣ４００Ｗ時における現コンデンサ電圧Ｖｃの適正な電圧範囲Ｖａ〜Ｖｂとして（３５〜５０Ｖ）のデータと、かつ、その電圧範囲Ｖａ〜Ｖｂ内の閾値電圧Ｖｔｈのデータとを読み取り、これらデータに基づいて現コンデンサ電圧Ｖｃを余剰電力の充電や不足分賄いのための放電が可能な電圧に制御している。

この場合、現コンデンサ電圧Ｖｃと閾値電圧Ｖｔｈとを比較して現コンデンサ電圧ＶｃがＶｃ＞Ｖｔｈであるか否かを判断し、Ｖｃ＞ＶｔｈのときはＶｃ−Ｖｔｈ＝α（＞０）分だけ現コンデンサ電圧Ｖｃを低くして最適電圧となるように燃料電池電源１０に対して制御指令を入力する。この閾値電圧Ｖｔｈは、コンデンサ１４ｃの自然放電や充放電コンバータ１４ａの効率等により、現コンデンサ電圧Ｖｃが必ずしも余剰電力の充電や不足分賄いのための放電が可能な電圧になっているとは限らないために、現コンデンサ電圧Ｖｃを常に最適化電圧に維持させるためである。

これにより電池電力ＦＣが上記α分に見合う電力分だけ下がるよう補正制御される。電池電力ＦＣが下がると、コントローラ１６は、充放電装置１４に制御指令を入力し、これにより、コンデンサ１４ｃが放電する結果、コンデンサ電圧Ｖｃが低下し、閾値電圧Ｖｔｈに近づく。すなわち、コンデンサ電圧Ｖｃは適正電圧に制御される。

一方、現コンデンサ電圧Ｖｃが閾値電圧Ｖｔｈと比較してＶｃ−Ｖｔｈ＝α＜０のときは、現コンデンサ電圧Ｖｃが余剰電力を充電するためには低すぎるとして、現コンデンサ電圧Ｖｃを大きくするように、燃料電池電源１０に対して制御指令を入力する。これにより電池電力ＦＣが上記α分に見合う電力分だけ上がるよう補正制御される。電池電力ＦＣが上がると、コントローラ１６は、充放電装置１４に制御指令を入力し、これにより、コンデンサ１４ｃが充電する結果、現コンデンサ電圧Ｖｃが上昇し、閾値電圧Ｖｔｈに近づく。すなわち、現コンデンサ電圧Ｖｃは常にＶａ〜Ｖｂの範囲内で適正な電圧に補正される。この閾値Ｖｔｈ近傍に現コンデンサ電圧Ｖｃを制御することにより、コンデンサ１４ｃの自然放電や充放電コンバータ１４ａの効率の影響を受けることなく、現コンデンサ電圧Ｖｃを余剰電力の充電や不足分賄いのための放電が可能な適正な電圧に制御することができる。

なお、コントローラ１６は、上記第１ないし第３制御を、第１モニタ部２２、第３モニタ部２６、第４モニタ部２８それぞれのモニタ出力に基づいて行う。

（２）負荷１８の消費電力が４００Ｗから７００Ｗに増加した場合
負荷電力が４００Ｗから７００Ｗに増加した場合、コントローラ１６はパワーコンディショナ１２に対して制御電力を４００Ｗから７００Ｗに増加させる制御指令を出力する(第１制御)。コントローラ１６はまた、燃料電池電源１０に対してその電池電力ＦＣを４００Ｗから７００Ｗに上昇させる制御指令を入力する(第３制御)。これにより電池電力ＦＣは徐々に４００Ｗから７００Ｗに上昇する。

コントローラ１６は負荷電力が４００Ｗから７００Ｗに増加してもこの増加に対応して電池電力ＦＣは徐々に４００Ｗから７００Ｗに増大してくるまでの間は、電池電力ＦＣが不足するので、充放電装置１４に対してコンデンサから不足電力を賄うために放電させるよう制御指令を出力する(第２制御)。これにより不足電力は賄われる。そして、電池電力ＦＣが７００Ｗになったとき、不足電力は０Ｗになる。この場合、コントローラ１６は図３で示すテーブルから現コンデンサ電圧Ｖｃを電圧範囲Ｖａ〜Ｖｂ内（２５〜４２Ｖ内）に制御しているが、さらに閾値電圧Ｖｔｈと比較してＶｃ−Ｖｔｈ＝α＞０のときは、現コンデンサ電圧Ｖｃが不足電力を賄うために放電するには高すぎるとして、現コンデンサ電圧Ｖｃを小さくするように、燃料電池電源１０に対して制御指令を入力する(第３制御)。これにより電池電力ＦＣが上記α分に見合う電力分だけ下がるよう補正される。一方、閾値電圧Ｖｔｈと比較してＶｃ−Ｖｔｈ＝α＜０のときは、現コンデンサ電圧Ｖｃが不足電力を賄うために放電するためには低すぎるとして、現コンデンサ電圧Ｖｃを大きくするように、燃料電池電源１０に対して制御指令を入力する。これにより電池電力ＦＣが上記α分に見合う電力分だけ上がるよう補正される。これにより、現コンデンサ電圧Ｖｃは適正な電圧に補正される。

以上のように本実施の形態では、コンデンサ１４ｃが負荷電力の急変等に際して余剰電力の蓄積にも不足電力の供給にも常に高応答に対応することができるので、高い追随性でもって負荷１８に電力を供給することができる。そのため、例えば余剰電力をヒータ等で消費させていた従来とは異なって、電力利用率を飛躍的に高めることができる結果、システム普及率を大きく向上させることができるようになる。

図１は本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの概略ブロック図である。 図２は図１の燃料電池出力の時間に対する増大減少特性を示す図である。 図３は図１のコントローラが記憶している燃料電池電力と下限コンデンサ電圧Ｖａと上限コンデンサ電圧Ｖｃとを示す図である。

符号の説明

１０ 燃料電池電源(電力供給手段)
１２ パワーコンディショナ(電力変換手段)
１４ 充放電装置(充放電手段)
１６ コントローラ(制御手段)
１８ 負荷
２０ 商用電源

Claims (3)

1. 燃料電池を用いた燃料電池システムにおいて、
   燃料電池の出力（電池電力）を供給する電力供給手段と、
   電池電力を負荷に応じた電力に変換する電力変換手段と、
   前記電力供給手段からの電池電力が余るときはコンデンサにその余剰電力を充電し、不足するときはその不足電力の全部または一部を賄うために前記コンデンサの充電電力を前記電力変換手段に放電する充放電手段と、
   システム運転中は前記コンデンサが余剰電力の充電動作と不足電力の全部または一部の賄いのための放電動作とのいずれにも対応が可能な電圧で常時充電されているようコンデンサ電圧を制御する制御手段とを備え、
   前記充放電手段は、充放電コンバータと充放電制御部と前記コンデンサとからなり、前記充放電コンバータは、前記電力供給手段からの電池電力を降圧して前記コンデンサに充電させる降圧動作と、前記コンデンサの充電電圧を放電させるとともにその放電電圧を昇圧する昇圧動作とを行い、前記充放電制御部は前記充放電コンバータの動作を制御するものであり、
   制御手段は、電池電力の変化につれて上記コンデンサ電圧の充放電対応可能な範囲（コンデンサ電圧範囲）を予め定めてテーブル化して記憶し、電池電力の変化に従い、そのテーブルを参照して、その変化に対応するコンデンサ電圧範囲を選択し、上記選択したコンデンサ電圧範囲内でコンデンサ電圧を制御する、ことを特徴とする燃料電池システム。
2. 上記コンデンサ電圧の範囲の下限は放電可能なコンデンサ電圧（下限コンデンサ電圧）であり、上限が充電可能なコンデンサ電圧（上限コンデンサ電圧）である、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 制御手段は、コンデンサ電圧が閾値以上であるときは電池電力が下がるように、また、コンデンサ電圧が上記閾値以下であるときは電池電力が上がるように補正して制御する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。

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