(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池の発電効率の低下を抑制することが可能な制御方法などを提供する。【解決手段】電力系統と電力負荷とを電気的に接続させる配線に対して、燃料電池が接続される接続点および前記燃料電池の電流センサが設置される設置点よりも電力系統側に接続される電力供給装置と、前記燃料電池が接続される前記接続点よりも電力負荷側に接続される電力分岐装置とを制御する方法であり、前記電力負荷による消費電力が前記燃料電池の出力電力以下である場合、前記電力供給装置に所定の電力を前記配線に出力させ、前記電力分岐装置に前記電力供給装置と前記燃料電池から出力された電力のうち余剰電力を前記配線から分岐させる電力制御方法を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統と電力負荷とを電気的に接続させる配線に対して、燃料電池が接続される接続点および前記燃料電池の電流センサが設置される設置点よりも電力系統側に接続される電力供給装置と、前記燃料電池が接続される前記接続点よりも電力負荷側に接続される電力分岐装置とを制御する方法であり、
前記電力負荷による消費電力が前記燃料電池の出力電力以下である場合、前記電力供給装置に所定の電力を前記配線に出力させ、前記電力分岐装置に前記電力供給装置と前記燃料電池から出力された電力のうち余剰電力を前記配線から分岐させる電力制御方法。
【請求項２】
燃料電池が接続される配線の接続点よりも電力系統側に接続される電力供給装置と前記燃料電池が接続される前記接続点よりも電力負荷側に接続される電力分岐装置と前記電力供給装置および前記電力分岐装置に接続された蓄電池の充放電装置とを制御する方法であり、
前記電力負荷による消費電力が前記燃料電池の出力電力以下であり、前記蓄電池に充電が可能であれば、前記電力供給装置に所定の電力を前記配線に出力させ、前記電力分岐装置に前記電力供給装置と前記燃料電池から出力された電力のうち余剰電力を前記配線から分岐させ、前記充放電装置に前記電力分岐装置に分岐させた余剰電力の全部または一部を前記蓄電池に充電させる電力制御方法。
【請求項３】
前記消費電力が前記燃料電池の出力電力を越え、前記充電池が放電可能であれば、前記充放電装置に前記消費電力と前記出力電力との差の電力を放電させ、前記電力供給装置に前記放電される電力を前記配線に出力させる請求項２に記載の電力制御方法。
【請求項４】
前記所定の電力は、前記燃料電池が負荷追従運転を行う際の基準となる電力である請求項１から３のいずれかに記載の電力制御方法。
【請求項５】
電力系統と電力負荷とを電気的に接続させる配線に対して、燃料電池が接続される接続点および前記燃料電池の電流センサが設置される設置点よりも電力系統側に接続される電力供給装置と、前記燃料電池が接続される前記接続点よりも電力負荷側に接続される電力分岐装置とを備える制御装置であって、
前記電力負荷による消費電力が前記燃料電池の出力電力以下である場合において、前記電力供給装置は所定の電力を前記配線に出力し、前記電力分岐装置は前記電力供給装置と前記燃料電池から出力された電力のうち余剰電力を前記配線から分岐する電力制御装置。
【請求項６】
燃料電池が接続される配線の接続点よりも電力系統側に接続される電力供給装置と前記燃料電池が接続される前記接続点よりも電力負荷側に接続される電力分岐装置と前記電力供給装置および前記電力分岐装置に接続された蓄電池の充放電装置との制御装置であり、
前記電力負荷による消費電力が前記燃料電池の出力電力以下であり、前記蓄電池に充電が可能であれば、前記電力供給装置に所定の電力を前記配線に出力させ、前記電力分岐装置に前記電力供給装置と前記燃料電池から出力された電力のうち余剰電力を前記配線から分岐させ、前記充放電装置に前記電力分岐装置に分岐させた余剰電力の全部または一部を前記蓄電池に充電させる制御装置。
【請求項７】
前記消費電力が前記燃料電池の出力電力を越え、前記蓄電池が放電可能であれば、前記充放電装置に前記消費電力と前記出力電力との差の電力を放電させ、前記電力供給装置に前記放電される電力を前記配線に供給させる請求項６に記載の制御装置。
【請求項８】
前記所定の電力量は、前記燃料電池が負荷追従運転を行う際の基準となる電力である請求項５から７のいずれかに記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力制御方法および電力制御装置などに関する。特に電力系統（商用電源）から電力の供給を受けつつ燃料電池により発電された電力を使用する施設などに設置される電源システムの制御装置などに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素を酸化することにより発電を行う燃料電池が家庭などに適した形態で供給されている。このような燃料電池は発電により発生する熱を給湯に使用することが可能であり（例えば特許文献１参照。）、高いエネルギー効率を達成可能である。
【０００３】
また、さらに燃料電池に太陽電池を組み合わせることにより、余剰電力を電力系統に供給し、電力使用料金の削減も達成することが可能である（例えば特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９６２６７号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１７５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
家庭などの施設においては、在宅などする人の数の変動などにより電力の使用量は一日の間においても大きく変動する。一方、燃料電池は、定格運転において高い発電効率を有するので、使用電力量に応じて燃料電池の発電量を変動させると、発電効率が低下する。
【０００６】
そこで、本発明においては、燃料電池の発電効率の低下を抑制することが可能な電源システムなどを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態として、電力系統と電力負荷とを電気的に接続させる配線に対して、燃料電池が接続される接続点および前記燃料電池の電流センサが設置される設置点よりも電力系統側に接続される電力供給装置と、前記燃料電池が接続される前記接続点よりも電力負荷側に接続される電力分岐装置とを制御する方法であり、前記電力負荷による消費電力が前記燃料電池の出力電力以下である場合、前記電力供給装置に所定の電力を前記配線に出力させ、前記電力分岐装置に前記電力供給装置と前記燃料電池から出力された電力のうち余剰電力を前記配線から分岐させる電力制御方法を提供する。
【０００８】
本発明の一実施形態として、燃料電池が接続される配線の接続点よりも電力系統側に接続される電力供給装置と前記燃料電池が接続される前記接続点よりも電力負荷側に接続される電力分岐装置と前記電力供給装置および前記電力分岐装置に接続された蓄電池の充放電装置とを制御する方法であり、前記電力負荷による消費電力が前記燃料電池の出力電力以下であり、前記蓄電池に充電が可能であれば、前記電力供給装置に所定の電力を前記配線に出力させ、前記電力分岐装置に前記電力供給装置と前記燃料電池から出力された電力のうち余剰電力を前記配線から分岐させ、前記充放電装置に前記電力分岐装置に分岐させた余剰電力の全部または一部を前記蓄電池に充電させる電力制御方法を提供する。
【０００９】
本発明の一実施形態として、電力系統と電力負荷とを電気的に接続させる配線に対して、燃料電池が接続される接続点および前記燃料電池の電流センサが設置される設置点よりも電力系統側に接続される電力供給装置と、前記燃料電池が接続される前記接続点よりも電力負荷側に接続される電力分岐装置とを備える制御装置であって、前記電力負荷による消費電力が前記燃料電池の出力電力以下である場合において、前記電力供給装置は所定の電力を前記配線に出力し、前記電力分岐装置は前記電力供給装置と前記燃料電池から出力された電力のうち余剰電力を前記配線から分岐する電力制御装置を提供する。
【００１０】
本発明の一実施形態として、燃料電池が接続される配線の接続点よりも電力系統側に接続される電力供給装置と前記燃料電池が接続される前記接続点よりも電力負荷側に接続される電力分岐装置と前記電力供給装置および前記電力分岐装置に接続された蓄電池の充放電装置との制御装置であり、前記電力負荷による消費電力が前記燃料電池の出力電力以下であり、前記蓄電池に充電が可能であれば、前記電力供給装置に所定の電力を前記配線に出力させ、前記電力分岐装置に前記電力供給装置と前記燃料電池から出力された電力のうち余剰電力を前記配線から分岐させ、前記充放電装置に前記電力分岐装置に分岐させた余剰電力の全部または一部を前記蓄電池に充電させる制御装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃料電池を定格運転させる時間を長くすることが可能となり、発電効率の低下を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの機能ブロック図
【図２】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの動作を説明するフローチャート
【図３】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの動作を説明するフローチャート
【図４】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの動作を説明するフローチャート
【図５】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの機能ブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について実施形態として図面を参照して、説明する。なお、本発明は以下に説明する実施形態にのみ限定されることはない。また、本発明は以下に説明する実施形態に種々な変形を行うことによっても実施することが可能である。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る電源システム１００の機能ブロック図を示す。電源システム１００は、第１の接続点１１１と、燃料電池１０２と、電力分岐装置としてのコンバータ１０６と、充放電装置１０４と、電力供給装置としてのインバータ１０７とを備える。また電源システム１００は、制御装置１０８を備えることもできる。
【００１５】
第１の接続点１１１は、電源システム１００を電力系統１０１に接続するための接続点である。電力系統１０１は、電源システム１００が設置される家庭などの施設に電力を供給するための系統である。日本においては、通常５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの１００Ｖまたは２００Ｖの交流電源が電力系統１０１により供給される。電力系統１０１の典型的な例としては各地域電力会社が提供する商用電源を挙げることができる。
【００１６】
第１の接続点１１１は、電力系統１０１と電源システム１００が設置される家庭などの施設との接続点である。第１の接続点１１１から電力系統１０１の側が電力系統１０１の運営者が責任を負う部分である。第１の接続点１１１には、電力系統１０１が供給する電力を測定する電力メータや、電力系統１０１と電源システム１００が設置される家庭などの施設とを分離するためのブレーカなどを配置することが可能である。
【００１７】
燃料電池１０２は、第１の接続点１１１および電力負荷１０３を接続する配線１１０の途中に位置する第２の接続点１１２に接続される。電力負荷１０３は、電力を消費する装置の集合体であり、電源システム１００の配線１１０の第５の接続点１１７に接続される。第５の接続点１１７は、例えば、分電盤などに接続される構成としても良い。電力負荷１０３は、家庭においては、照明、エアコンディショナ、電磁調理器具、冷蔵庫、電子レンジ、電気オーブン、食器洗浄機、食器乾燥機、洗濯機、テレビなどの電気器具の集合が対応する。
【００１８】
配線１１０は、第１の接続点１１１に接続される電力系統１０１から供給される電力を電力負荷１０３に向けて供給するための交流電力の伝送路である。例えば、電力系統１０１として単相３線式１００／２００Ｖを使用する場合、配線１１０は３線（Ｒ線、Ｎ線、Ｔ線）により構成される。配線１１０は、屋内配線、構内配線、母線などと称される場合がある。また、配線１１０は、上流（電力系統１０１）から下流（電力負荷１０３側）に向けて順に、電力系統１０１に接続される第１の接続点１１１、インバータ１０７に接続される第４の接続点１１４、燃料電池１０２に接続される第２の接続点１１２、コンバータ１０６に接続される第３の接続点１１３、電力負荷１０３に接続される第５の接続点１１７を有する。
【００１９】
本実施形態においては、燃料電池１０２は、上述のように第２の接続点１１２に接続され、発電した直流電力を交流電力に変換して配線１１０に出力する。また、第２の接続点１１２は、第１の接続点１１１と電力負荷１０３（第５の接続点１１７）との配線１１０の間に位置する。言い換えると、第２の接続点１１２は、第１の接続点１１１と電力負荷１０３との配線１１０の途中に位置する。燃料電池１０２は、電力系統１０１と並列に接続されていると表現することもできる。例えば、電力系統１０１が単相３線式である場合、燃料電池１０２は配線１１０のＲ線、Ｎ線、Ｔ線に接続される。より詳細には、燃料電池１０２は、電力負荷１０３およびコンバータ１０６に対して、電力系統１０１と共に電力を供給できるように配線１１０に接続されていると表現することもできる。
【００２０】
第２の接続点１１２が第１の接続点１１１と電力負荷１０３との配線１１０の途中に位置することにより、燃料電池１０２は、発電した電力を第２の接続点１１２を介して電力負荷１０３に供給することが可能である。
【００２１】
なお、燃料電池１０２は、配線１１０の中の第４の接続点１１４と第２の接続点１１２の間における電力を計測するための電流センサ１１５と電圧センサ（図示せず）を有する。例えば、電力系統１０１が単相３線式である場合には、電流センサ１１５は、配線１１０の中性線（Ｎ線）以外の線（すなわちＲ線およびＴ線）を流れる電流を計測し、電圧センサは、第２の接続点１１２における中性線とその他の線の線間電圧（すなわちＲ線Ｎ線間の線間電圧とＴ線Ｎ線間の線間電圧）を計測する。燃料電池１０２は、電流センサ１１５から得られた電流瞬時値と電圧センサから得られた電圧瞬時値とから配線１１０上の第４の接続点１１４と第２の接続点１１２の間を流れる電力を算出し、その算出した電力に応じて、発電と出力を制御する。例えば、電力系統１０１から電力負荷１０３への方向（順方向）に所定値以上の電力を検知した場合は、発電と出力を上昇させ、定格運転に至った後はその運転を持続させる。他方、順方向の電力が所定値未満になったり、電力負荷１０３側から電力系統１０１への方向（逆方向）に電力を検知した場合は、発電や出力を減少させたり、出力を停止する。これにより、燃料電池１０２は負荷追従運転を行っている。すなわち、燃料電池１０２は、電流センサ１１５および電圧センサにより配線１１０上の第４の接続点１１４と第２の接続点１１２の間を流れる電力を検知し、係る区間の電力が順方向に所定値以上であるか否かに基づき発電および出力を制御する処理（負荷追従運転）を行っている。この場合、燃料電池１０２が負荷追従運転を行う際の基準となる順方向の所定電力値を最低買電力ということがある。
【００２２】
燃料電池１０２は、水素を酸化することにより電力を発生させる装置である。燃料電池１０２が家庭などに設置される場合には、水素単体が供給されることは困難であるので、都市ガスや灯油などの炭化水素を改質することにより水素が抽出され燃料電池１０２による発電に用いられる。
【００２３】
なお、定格運転とは、燃料電池が動作可能な運転範囲において、発電効率が最も大きくなる運転状態を意味する。また、定格運転は、燃料電池の例えば設計上の最大出力電力を持続可能な運転を意味することもできる。なお、燃料電池が、給湯などのために熱などを発生させる場合には、出力電力のみならず発熱量を考慮し、燃料電池のエネルギー発生の効率が最も高くなる運転状態を意味すると解釈することも可能である。なお、定格運転における出力電力を、定格出力電力ということがある。
【００２４】
コンバータ１０６、充放電装置１０４およびインバータ１０７は線路１２０により互いに接続されている。すなわち、線路１２０の一方端がコンバータ１０６に接続され、他方端がインバータ１０７に接続されている。これにより、インバータ１０７は、後に説明するように、第４の接続点１１４より電力を合流させ電力を供給する電力供給装置として機能することができる。また、コンバータ１０６は、後に説明するように、第３の接続点１１３から電力を分岐（または分流）させる電力分岐装置として機能することができる。
【００２５】
コンバータ１０６とインバータ１０７の間に充放電装置１０４が並列接続されるように接続されている。すなわち、充放電装置１０４の入出力端子は、コンバータ１０６およびインバータ１０７と線路１２０を介して接続される。例えば、充放電装置１０４として直流電力を扱うものを使用する場合、線路１２０は直流線路（即ち、正極線と負極線の２線）により構成される。
【００２６】
コンバータ１０６は、その入力端子が配線１１０の第３の接続点１１３に接続され、出力端子が線路１２０に接続される。第３の接続点１１３は、第２の接続点１１２と第５の接続点１１７（電力負荷１０３）との間に位置する。また、コンバータ１０６は、燃料電池１０２と並列に接続される。例えば電力系統１０１が単相３線式である場合、コンバータ１０６の入力端子は、配線１１０のＲ線、Ｎ線、Ｔ線に接続される。より詳細には、コンバータ１０６の入力端子は、電力系統１０１および燃料電池１０２から供給される電力を、電力負荷１０３よりも上流側（電力系統側）で取得できる位置に配線１１０に接続される。これにより、コンバータ１０６は、第３の接続点１１３より電力系統１０１、燃料電池１０２およびインバータ１０７から供給される電力の一部または全てを分流することができる。すなわち、コンバータ１０６は、第２の接続点１１２から電力負荷１０３に向けて供給される電力のうちの一部を配線１１０より分岐させ、線路１２０を介して充放電装置１０４およびインバータ１０７の両方またはいずれか一方に出力することが可能である。また、電力負荷１０３が電力を消費しない状態においては、コンバータ１０６は、第２の接続点１１２から電力負荷１０３に向けて供給される電力の全てを分流させ、充放電装置１０４およびインバータ１０７の両方またはいずれか一方に出力することが可能である。
【００２７】
電力負荷１０３に配線１１０により供給される電力が交流電力であれば、充放電装置１０４は直流電力を扱うものが一般的であるので、コンバータ１０６は、第３の接続点１１３から電力を分岐させるとともに、第３の接続点１１３から分流された電力を直流電力に変換を行うようにすることもできる。この場合、コンバータ１０６は、例えばＡＣ−ＤＣコンバータにより構成される。また、電力負荷１０３に配線１１０により供給される電力が直流電力である場合でも、コンバータ１０６は充放電装置１０４およびインバータ１０７が取り扱える電圧に変換を行う場合もある。この場合、コンバータ１０６は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータにより構成される。
【００２８】
充放電装置１０４は、コンバータ１０６が出力する電力を蓄電池１０５に充電（蓄電）し、また、蓄電池１０５に充電された電力を線路１２０に放電させる。蓄電池１０５としては任意の蓄電能力を有するものでよく、例えば、リチウムイオンバッテリ、ニッケルカドミウムバッテリ、鉛バッテリなどを用いることができる。また、充放電装置１０４は、充電と放電とを同時に行う必要はなく、蓄電池１０５の充電量に応じて、充電と放電とを異なる時に行ってもよい。
【００２９】
インバータ１０７は、その出力端子が配線１１０の第２の接続点１１２と第１の接続点１１１との間に位置する第４の接続点１１４に接続され、入力端子が線路１２０に接続される。インバータ１０７は、コンバータ１０６の出力する電力と充放電装置１０４が放電する電力とを第４の接続点１１４に合流させる。言い換えると、インバータ１０７は、電力系統１０１および燃料電池１０２と並列に接続される。例えば電力系統１０１が単相３線式である場合、インバータ１０７の出力端子はＲ線、Ｎ線、Ｔ線に接続される。より詳細には、インバータ１０７の出力端子は、コンバータ１０６および電力負荷１０３に対して、電力系統１０１および燃料電池１０２と共に電力を供給できるように配線１１０に接続される。これにより、インバータ１０７は、蓄電池１０５から放電された電力および／またはコンバータ１０６から出力された電力を配線１１０の第４の接続点１１４に出力し、配線１１０上の第４の接続点１１４から第３の接続点１１３に向けて電力を流し、コンバータ１０６および電力負荷１０３に対して電力を供給することができる。なお、インバータ１０７は、コンバータ１０６の出力する電力の全てをそのまま第４の接続点１１４に合流させる必要はなく、コンバータ１０６の出力する電力のうち、充放電装置１０４（即ち蓄電池１０５）による充電または放電により、増減した電力を第４の接続点１１４に合流させる。
【００３０】
電力負荷１０３に配線１１０により供給される電力が交流電力であれば、充放電装置１０４は直流電力を通常は放電するので、インバータ１０７は、第４の接続点１１４に電力を合流させるときに直流電力から交流電力に変換を行う。この場合、インバータ１０７は、配線１１０に電力を出力する電力を、配線１１０上の電圧周波数に同期させて出力する。また、電力負荷１０３に配線１１０により供給される電力が直流電力である場合は、インバータ１０７の代わりに、例えばＤＣ−ＤＣコンバータにより構成し、電力が第４の接続点１１４から第３の接続点１１３に向けて流れるように、昇圧（又は必要に応じて降圧）させて出力させる。
【００３１】
制御装置１０８は、燃料電池１０２の出力電力、電力負荷１０３の消費電力、蓄電池１０５の充電量に基づき、配線１１０から分岐させる電力を決定してコンバータ１０６に指示すると共に、配線１１０に合流させる電力を決定してインバータ１０７に指示するためのもの（コンピュータ）であり、予め記憶されたプログラムを実行することで、係る処理を行う。制御装置１０８としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成してもよいし、アナログＩＣ回路やＰＬＤ（Programmable Logic Device）回路により構成してもよい。また、制御装置１０８は記憶部（図示せず）を有する。記憶部は、制御装置１０８が実行するプログラムや必要なデータ、および、制御装置１０８による演算結果を記憶する。なお、記憶部としては、半導体メモリや磁気記憶装置等を用いることができる。
【００３２】
以上のように、本発明の一実施形態においては、インバータ１０７の配線への接続点（第４の接続点１１４）とコンバータ１０６の配線への接続点（第３の接続点１１３）との間に燃料電池１０２が配線に接続されている。また、インバータ１０７の配線への接続点（第４の接続点１１４）は、燃料電池１０２の配線への接続点（第２の接続点１１２）よりも電力系統１０１側に位置し、コンバータ１０６の配線への接続点（第３の接続点１１３）は、燃料電池１０２の配線への接続点（第２の接続点１１２）よりも電力負荷１０３側に位置する。これにより、図１に示すように、コンバータ１０６、インバータ１０７、インバータ１０７の配線への接続点（第４の接続点１１４）およびコンバータ１０６の配線への接続点（第３の接続点１１３）により、閉路１１６が形成され、一定の電力が閉路１１６を循環させることができる。一定の電力は、以下に説明するように、燃料電池１０２が定格運転を維持するための一定の電力または燃料電池１０２が発電を停止させないための最低買電量とすることができる。
【００３３】
制御装置１０８は、燃料電池１０２の出力電力および消費電力ならびに電力負荷１０３の消費電力を測定し、また、充放電装置１０４より蓄電池１０５の充電状況に関する状況を得て、コンバータ１０６、インバータ１０７および充放電装置１０４の制御を以下に説明するように行う。
【００３４】
図２は、制御装置１０８の処理の全体を説明するフローチャートである。ステップＳ２０１の処理として、電源システム１００全体の運転を続行するかどうかの判断を行う。例えば、配線１１０などの工事を行うためなどの理由により電源システム１００の運転の停止が命じられたなどの状況であれば、電源システム１００の運転を停止する。
【００３５】
ステップＳ２０１の処理により、電源システム１００の運転を継続すると判断した場合には、ステップＳ２０２の処理として、燃料電池１０２の出力電力を計測する。例えば、燃料電池装置１０２と第２の接続点１１２との間に電力測定器が設置され、その電力測定器による測定の結果を燃料電池１０２の出力電力とする。あるいは、燃料電池１０２に内蔵されたセンサなどから通信（無線、有線を問わない）により燃料電池１０２の出力電力を取得してもよい。
【００３６】
ステップＳ２０３の処理として、電力負荷１０３による消費電力を計測する。例えば、第３の接続点１１３と電力負荷１０３との間に電力計測器が配置され、その電力計測器により、電力負荷１０３による消費電力に関する情報を得る。また、個々の電力負荷１０３の内部に備えられた消費電力を計測する機器より消費電力に関する情報を通信（無線、有線を問わない）により得てもよい。あるいは、ホームゲートウェイや、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）コントローラ、電力メータ等の電力負荷１０３の消費電力を計測する外部機器から制御装置１０８が通信（無線、有線を問わない）により取得する構成としても良い。
【００３７】
ステップＳ２０４の処理として、蓄電池１０５の充電量を計測する。例えば、充放電装置１０５の入出力端子と線路１２０の間に電力計測器が配置され、その電力計測器により、充放電装置１０４から線路１２０への出力電力と線路１２０から充放電装置１０４への入力電力に関する情報を取得し、記憶部にこれら情報を時系列的に記憶して蓄電池１０５の充電量を演算することで得る。あるいは、蓄電池１０５（または充放電装置１０４）の内部に備えられた充電量を計測する機器により充電量に関する情報を通信（無線、有線を問わない）により得ても良い。
【００３８】
なお、コンバータ１０６、充放電装置１０４、インバータ１０７、蓄電池１０５および制御装置１０８の作動に必要な電力は電力負荷１０３による消費電力に含めることができる。
【００３９】
なお、ステップＳ２０２の処理とステップＳ２０３の処理とステップＳ２０４の処理の順序は本質的ではなく、入れかえて実行してもよい。
【００４０】
ステップＳ２０５の処理として、燃料電池１０２の出力電力と電力負荷１０３による消費電力とに基づいて、コンバータ１０６、充放電装置１０４およびインバータ１０７の制御を行う。この制御については、図３および図４を参照して説明する。
【００４１】
図３は、コンバータ１０６、充放電装置１０４およびインバータ１０７の制御の処理の一部を説明するフローチャートである。ステップＳ３０１の処理として、燃料電池１０２の出力電力と電力負荷１０３による消費電力とを比較する。もし、電力負荷１０３による消費電力が燃料電池１０２の出力電力以下であれば、ステップＳ３０２へ処理を移行させ、そうでなければ、図４のステップＳ４０１へ処理を移行させる。
【００４２】
ステップＳ３０１の処理により、電力負荷１０３による消費電力が燃料電池１０２の出力電力以下であると判断されれば、ステップＳ３０２の処理として、蓄電池１０５への充電が可能であるかどうかを判定する。例えば、充電量が所定値以上であれば充電できないと判定し、充電量が所定値未満であれば充電可能と判定する。判定の結果、充電可能であれば、ステップＳ３０３へ処理を移行させ、蓄電池１０５にこれ以上の充電ができなければ、図３のフローチャートの処理を終了する。
【００４３】
ステップＳ３０３の処理として、コンバータ１０６に、燃料電池１０２の出力電力と電力負荷１０３による消費電力との差分の電力に上述の最低買電力を加算した量（燃料電池１０２の出力電力−電力負荷１０３による消費電力＋最低買電力）を第３の接続点１１３より分流させる。なお、燃料電池１０２の出力電力と電力負荷１０３による消費電力との差分の電力に上述の最低買電力を加算した量を、インバータ１０７と燃料電池装置１０２から出力された電力のうちの余剰電力という場合がある。燃料電池１０２の出力電力および電力負荷１０３による消費電力については、ステップＳ２０２およびステップＳ２０３において燃料電池１０２および電力負荷１０３などから得られているものを用いることができる。
【００４４】
なお、燃料電池１０２が定格運転をしていない場合には、コンバータ１０６に、出力電力−消費電力＋最低買電力を越える電力を第３の接続点１１３より分流させることもできる。このようにすることにより、電力系統１０１からの電力の供給を一時的に受け、電流センサ１１５が検出する電力を一時的に一定の電力以上とし、燃料電池１０２の発電を増加させてより早く定格運転させることができる。
【００４５】
ステップＳ３０４の処理として、充放電装置１０４に、コンバータ１０６が第３の接続点１１３より分流し出力する電力の一部を蓄電池１０５に充電させる。この場合、充放電装置１０４が蓄電池１０５に充電させる電力の上限は、コンバータ１０６の出力する電力から、上述の最低買電力を控除したものであることが好ましい。これにより、インバータ１０７は、最低買電量を第４の接続点１１４から配線１１０に合流させることができ、燃料電池１０２は、発電を増加させまたは定格運転を維持することができる。また、この場合には、電力系統１０１からの電力供給が途絶しても、燃料電池１０２に運転を継続させることが可能となる。なお、充放電装置１０４に充電させる処理は、制御装置１０８から充放電装置１０４に対して直接指示信号を発信して行わせる構成としても良いし、コンバータ１０６からの出力電圧と、インバータ１０７への入力電圧を制御させ、線路１２０上の電圧を制御することによって、充放電装置１０４の充電を間接的に制御する構成としても良い。
【００４６】
ステップＳ３０５の処理として、インバータ１０７に、最低買電力を第４の接続点１１４から配線１１０に合流させる。これにより、燃料電池１０２は運転を持続することができる。また、この場合に燃料電池１０２が定格運転状態にあれば、燃料電池１０２は定格運転状態を維持することができる。また、仮に電力系統１０１からの電力供給が途絶しても、燃料電池１０２は運転を継続することが可能となる。すなわち、図１に示す矢印１１６のように、第２の接続点１１２、第３の接続点１１３、コンバータ１０６、インバータ１０７および第４の接続点１１４を、最低買電力が循環することを維持することができる。
【００４７】
例えば、最低買電力が３０Ｗの場合において、電力負荷１０３の消費電力が５００Ｗ、燃料電池１０２の出力電力が６００Ｗであった場合、コンバータ１０６とインバータ１０７を駆動させなければ、燃料電池１０２の電流センサおよび電圧センサが余剰分１００Ｗの逆潮を検知し、燃料電池１０２は出力を停止または減少させると共に発電を減少させ、最終的に、４７０Ｗまで出力を下げる事になる。すなわち、電力負荷１０３の消費電力５００Ｗは、電力系統１０１から供給される最低買電力３０Ｗと燃料電池１０２の出力電力４７０Ｗとで賄われ、燃料電池１０２はこの状態が維持されるように発電と出力を制御する。他方、消費電力が５００Ｗ、出力電力が６００Ｗであった場合に、コンバータ１０６が出力電力と消費電力の差分１００Ｗに最低買電力３０Ｗを加算した値１３０Ｗを分流すると共に、その発電余剰分１００Ｗを蓄電池１０５に充電し、インバータ１０７が最低買電力３０Ｗを配線１１０に出力することによって、発電の余剰分を電力系統１０１に逆潮させることなく、しかも、燃料電池１０２に最低買電力を検知させて発電を増加させ、または定格運転状態を維持させることができる。このように、ステップＳ３０１からステップＳ３０５の処理によれば、電力負荷１０３の消費電力が燃料電池１０２の出力電力よりも低い場合にも、燃料電池１０２の出力や発電を増加させ、定格運転に至らせると共に定格運転状態を維持させることができる。また、電力負荷１０３の消費電力を全て燃料電池１０２の出力によって賄う事ができる。
【００４８】
なお、ステップＳ３０３からステップＳ３０５の処理の順序は本質的ではなく、出力電力と消費電力との差分を蓄電池に充電させると共に、配線１１０の第４の接続点１１４と第２の接続点１１２の間を順方向に最低買電力が流れるように、コンバータ１０８およびインバータ１０７を適宜駆動させる処理であれば、順序は問わない。例えば、インバータ１０７が蓄電池１０５から最低買電力を取得して配線１１０に出力し、コンバータ１０６が余剰電力、即ち燃料電池１０２の出力電力とインバータ１０７から出力された最低買電力の和から電力負荷１０３の消費電力を引いた値（出力電力＋最低買電力−消費電力）を分流し、充放電装置１０４により蓄電池１０５に上記余剰電力（出力電力＋最低買電力−消費電力）を充電させる構成としても良い。また、この時、蓄電池１０５に対して余剰電力から最低買電力を引いた値（出力電力−消費電力）を充電させ、残る最低買電力を再びインバータ１０７に出力させる構成としても良い。
【００４９】
なお、ステップＳ３０２において蓄電池１０５にこれ以上の充電ができない場合には、図３のフローチャートに処理を終了させる。これにより、電流センサ１１５が検出する電流（電力）が減少することになり、燃料電池１０２の出力電力が減少し、最終的には電力負荷１０３による電力消費と均衡することになる（より正確には、電力負荷１０３の消費電力から最低買電力を引いた値に均衡することになる）。
【００５０】
なお、本発明の一実施形態においては、燃料電池１０２の消費電力を越える電力を、燃料電池１０２に内蔵などされた装置により、熱に変換して給湯などに使用するようにしてもよい。これにより、燃料電池１０２により発電された電力の使用の無駄を排除することができる。
【００５１】
また、電力負荷１０３による消費電力が燃料電池１０２の出力電力以下であり、蓄電池１０５にこれ以上の充電ができない場合に、コンバータ１０６およびインバータ１０７の動作を急激に停止させると、電力系統１０１からの電力の供給が急激に０となるために電流センサ１１５が検出する電流（電力）が０となり燃料電池１０２が発電を停止させる場合があり得る。そこで、この場合には、電流センサ１１５が検出する電流量（電力）が、燃料電池１０２が発電を維持する値（例えば最低買電力）となるようにコンバータ１０６およびインバータ１０７を制御してもよい。すなわち、図１に示す矢印１１６のように、第２の接続点１１２、第３の接続点１１３、コンバータ１０６、インバータ１０７および第４の接続点１１４を、燃料電池１０２が発電を維持する所定量を下限とする電力が循環することを維持するようにしてもよい。これにより、電力負荷１０３による消費電力が存在しながら燃料電池１０２が発電を停止してしまうことを防ぐことができる。
【００５２】
以上のように、電力負荷１０３による消費電力が小さくなっても、燃料電池１０２は定格運転を行い、消費電力を越える電力は蓄電池１０５に充電することが可能となる。
【００５３】
図４は、図３のステップＳ３０１において、電力負荷１０３による消費電力が燃料電池１０２の出力電力を越えている場合の処理を説明するフローチャートである。
【００５４】
ステップＳ４０１の処理として、コンバータ１０６の分流を停止させる。これにより、第２の接続点１１２に供給される電力の全てが電力負荷１０３に供給される。
【００５５】
ステップＳ４０２の処理として、蓄電池１０５からの放電が可能であるかどうかを判定する。判定の結果、放電が可能であれば、ステップＳ４０３へ処理を移行させる。また、蓄電池１０５の蓄電量が０であるなどの理由により、放電が不可能であれば、図４の処理を停止させ、不足する電力の供給を電力系統１０１から受けても良い。
【００５６】
ステップＳ４０３の処理として、充放電装置１０４に、消費電力と出力電力との差分を放電させる。なお、消費電力と出力電力との差分は、充放電装置１０４が蓄電池１０５に放電させることができる電力の上限とすることができる。蓄電池１０５に消費電力と出力電力との差分の電力を放電させることができない場合には、不足する電力の供給を電力系統１０１から受けることができる。なお、充放電装置１０４に放電させる処理は、制御装置１０８から充放電装置１０４に対して直接指示信号を発信して行わせる構成としても良いし、コンバータ１０６とインバータ１０７の電力入出力を調整し線路１２０上の電圧を制御することによって、充放電装置１０４の放電を間接的に制御する構成としても良い。
【００５７】
ステップＳ４０４の処理として、インバータ１０７に、充放電装置が蓄電池１０５に放電させる電力を第４の接続点１１４より配線１１０に合流させ不足する電力量の一部または全ての供給をする。
【００５８】
ステップＳ４０１からステップＳ４０４の処理によれば、例えば、燃料電池１０２の定格運転状態における出力電力が７００Ｗで、電力負荷１０３の消費電力が８００Ｗである場合、蓄電池１０５から１００Ｗを放電させ、インバータ１０７により係る１００Ｗを供給することができる。このように、ステップＳ４０１からステップＳ４０４の処理によれば、蓄電池１０５に充電された燃料電池１０２の余剰電力を有効に使用すると共に、蓄電池１０５を放電させて再び余剰電力を充電できるようにして燃料電池１０２に定格運転をさせることが可能になる。
【００５９】
なお、電力負荷１０３による消費電力が燃料電池１０２の出力電力を越えており、蓄電池１０５からの放電が可能である場合には、燃料電池１０２に定格運転を維持させるのが好ましい。そのためには、燃料電池１０２の電流センサ１１５および電圧センサが検出する電力が、最低買電力以上となるようにするのが好ましい。例えば、最低買電力が３０Ｗである場合において、電力負荷１０３の消費電力が５００Ｗ、燃料電池１０２の出力電力が４９０Ｗである場合、上記ステップＳ４０１からステップＳ４０４の処理によると、インバータ１０７は消費電力と出力電力の差分１０Ｗだけ出力し、燃料電池１０２は最低買電力３０Ｗを検知できないため、発電と出力を減少させてしまう。このため、この場合に、さらに、電力負荷１０３による消費電力と燃料電池１０２の出力電力との差が最低買電力以下であるときには、コンバータ１０６に最低買電力の分流を維持させ、インバータ１０７にコンバータ１０６により分流された電力（最低買電力分）と蓄電池の放電量とを加えた電力を配線１１１に供給させ、燃料電池１０２の電流センサ１１５及び電圧センサにより検出される電力が、最低買電力以上となるようにしてもよい。これにより、燃料電池１０２を定格運転の状態とさせ電力系統１０１からの電力の供給を最低限とし、コスト削減を図ることができる。
【００６０】
なお、以上の説明においては、図１に示すように、電力分岐装置としてのコンバータ１０６と電力供給装置としてのインバータ１０７とを有する構成を用いた。しかし、本発明はこの構成に限定して実施されるものではない。例えば、図５に示すように、充放電装置１０４に双方向インバータ６０１を接続し、双方向インバータ６０１と第３の接続点１１３とを第１のスイッチ６０２により接続し、双方向インバータ６０１と第４の接続点１１４とを第２のスイッチ６０３により接続することにより、コンバータ１０６とインバータ１０７との機能を双方向インバータ６０１、第１のスイッチ６０２および第２のスイッチ６０３により実現することも可能である。
【００６１】
すなわち、制御装置１０８などにより、第３の接続点１１３と双方向インバータ６０１との第１のスイッチ６０２による接続を制御するとともに、第４の接続点１１４と双方向インバータ６０１との第２のスイッチ６０３による接続を制御することが可能である。第１のスイッチ６０２により、第３の接続点１１３と双方向インバータ６０１とを接続することにより、配線１１０の第３の接続点１１３からの電力の分流が行われ、また、第４の接続点１１４と双方向インバータ６０１とを接続することにより、第４の接続点１１４からの配線１１０への電力の合流が行われる。
【００６２】
また、上記説明においては、図１に示すように、電力分岐装置としてのコンバータ１０６と電力供給装置としてのインバータ１０７に充放電装置１０４および蓄電池１０５を接続する構成を説明したが、これに限定して実施されるものではなく、充放電装置１０４および蓄電池１０５の代わりに、電力分岐装置から分岐された電力を消費する機器（例えば、当該電力を熱に変換して給湯などに使用する機器。電力消費機器）を接続する構成としても良い。この場合において、電力制御装置は、電力系統と電力負荷とを電気的に接続させる配線に対して、燃料電池が接続される接続点および前記燃料電池の電流センサが設置される設置点よりも電力系統側に接続される電力供給装置と、燃料電池が接続される前記接続点よりも電力負荷側に接続される電力分岐装置とを有し、電力負荷による消費電力が燃料電池の出力電力以下である場合、電力供給装置に所定の電力（最低買電力）を配線に出力させ、電力分岐装置に電力供給装置と燃料電池から出力された電力のうち余剰電力を配線から分岐させるように構成する。電力分岐装置から分岐された電力から最低買電力を引いた値を上記電力消費機器に消費させると共に、電力分岐装置から分岐された電力のうち最低買電力を再び電力供給装置により配線に出力させる。このように、電力分岐装置と電力供給装置とにより最低買電力を配線上に循環させつつ、燃料電池の出力電力と電力負荷の消費電力との差分を電力消費機器に消費させることによって、電力の逆潮を来すことなく、燃料電池を最大限発電させることが可能になる。
【符号の説明】
【００６３】
１０１  電力系統、１０２  燃料電池、１０３  電力負荷、１０４  充放電装置、１０５  蓄電池、１０６  コンバータ、１０７  インバータ、１０８  制御装置、１１１  第１の接続点、１１２  第２の接続点、１１３  第３の接続点、１１４  第４の接続点、１１５  電流センサ、１１６  閉路、１１７  第５の接続点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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