(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を用いて発電を行う発電モジュールと、
前記発電モジュールに燃料を供給する供給部と、
前記発電モジュールから供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換部と、
前記供給部及び前記電力変換部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、消費電力が変動する負荷に供給する出力電力が、前記負荷の消費電力よりも、所定のマージン値だけ大きくなるように、前記供給部又は前記電力変換部を制御する、発電ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の発電ユニットにおいて、
前記制御部は、発電ユニットから負荷に供給する出力電力が、前記所定のマージン値を加算した値よりも小さく、かつ前記消費電力の増加率が規定値を上回る場合、前記出力電力が該加算した値になるまで、前記出力電力が一定の前記規定値で増加するように、前記供給部又は前記電力変換部を制御する、発電ユニット。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発電ユニットにおいて、
前記制御部は、発電ユニットから負荷に供給する出力電力が、前記所定のマージン値を加算した値よりも小さく、かつ前記消費電力の増加率が規定値を下回る場合、前記出力電力が該加算した値になるまで、前記出力電力が前記規定値を下回る増加率で増加するように、前記供給部又は前記電力変換部を制御する、発電ユニット。
【請求項４】
請求項３に記載の発電ユニットにおいて、
前記制御部は、前記出力電力が該加算した値になるまで、前記出力電力が前記消費電力と同等の増加率で増加するように、前記供給部又は前記電力変換部を制御する、発電ユニット。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一項に記載の発電ユニットにおいて、
前記制御部は、発電ユニットから前記負荷に供給する出力電力が、前記所定のマージン値を加算した値よりも大きい場合、前記出力電力が該加算した値になるまで低下するように、前記供給部又は前記電力変換部を制御する、発電ユニット。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一項に記載の発電ユニットにおいて、
前記制御部は、前記出力電力が前記負荷の消費電力よりも小さい場合、過負荷状態を検出し、前記発電ユニットから前記負荷への電力供給を停止する、発電ユニット。
【請求項７】
燃料を用いて発電を行う発電モジュールと、前記発電モジュールに燃料を供給する供給部と、前記発電モジュールから供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換部とを備える発電ユニットの制御方法であって、
前記発電ユニットから消費電力が変動する負荷に供給する出力電力が、前記負荷の消費電力よりも、所定のマージン値だけ大きくなるように、前記供給部又は前記電力変換部を制御する、発電ユニットの制御方法。
【請求項８】
請求項７に記載の発電ユニットの制御方法において、
発電ユニットから負荷に供給する出力電力が、前記所定のマージン値を加算した値よりも小さく、かつ前記消費電力の増加率が規定値を上回る場合、前記出力電力が該加算した値になるまで、前記出力電力が一定の前記規定値で増加するように、前記供給部又は前記電力変換部を制御する、発電ユニットの制御方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の発電ユニットの制御方法において、
発電ユニットから負荷に供給する出力電力が、前記所定のマージン値を加算した値よりも小さく、かつ前記消費電力の増加率が規定値を下回る場合、前記出力電力が該加算した値になるまで、前記出力電力が前記規定値を下回る増加率で増加するように、前記供給部又は前記電力変換部を制御する、発電ユニットの制御方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の発電ユニットの制御方法において、
前記出力電力が該加算した値になるまで、前記出力電力が前記消費電力と同等の増加率で増加するように、前記供給部又は前記電力変換部を制御する、発電ユニットの制御方法。
【請求項１１】
請求項７から１０の何れか一項に記載の発電ユニットの制御方法において、
発電ユニットから前記負荷に供給する出力電力が、前記所定のマージン値を加算した値よりも大きい場合、前記出力電力が該加算した値になるまで低下するように、前記供給部又は前記電力変換部を制御する、発電ユニットの制御方法。
【請求項１２】
請求項７から１１の何れか一項に記載の発電ユニットの制御方法において、
前記出力電力が前記負荷の消費電力よりも小さい場合、過負荷状態を検出し、前記発電ユニットから前記負荷への電力供給を停止する、発電ユニットの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願へのクロスリファレンス】
【０００１】
本出願は、日本国特許出願２０１６−１４７６４５号（２０１６年７月２７日出願）の優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、発電ユニット及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、需要家施設に設置させる発電装置が普及しつつある。燃料を用いて発電する発電装置では、負荷の消費電力が急増したときに、発電装置の出力電力を急増させることが困難である。そこで、負荷の消費電力が急増しても、電力を供給し続けられるように、負荷の消費電力の変動に関わらず、発電装置の出力電力を一定に制御するシステムが開示されている（特許文献１）。特許文献１に記載のシステムは、発電モジュールの出力電力が、想定される負荷の消費電力の最大値で一定になるよう制御することによって、負荷の消費電力が急増しても、電力を供給し続けられるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１５６７６９号公報
【発明の概要】
【０００５】
本開示の一実施形態に係る発電ユニットは、発電モジュールと、供給部と、電力変換部と、制御部とを備える。前記発電モジュールは、燃料を用いて発電を行う。前記供給部は、前記発電モジュールに燃料を供給する。前記電力変換部は、前記発電モジュールから供給される直流電力を交流電力に変換する。前記制御部は、前記供給部及び前記電力変換部を制御する。前記制御部は、消費電力が変動する負荷に供給する出力電力が、前記負荷の消費電力よりも、所定のマージン値だけ大きくなるように、前記供給部又は前記電力変換部を制御する。
【０００６】
本開示の一実施形態に係る発電ユニットの制御方法は、発電モジュールと、供給部と、電力変換部とを備える発電ユニットの制御方法である。前記発電モジュールは、燃料を用いて発電を行う。前記供給部は、前記発電モジュールに燃料を供給する。前電力変換部は、前記発電モジュールから供給される直流電力を交流電力に変換する。前記発電ユニットの制御方法は、前記発電ユニットから消費電力が変動する負荷に供給する出力電力が、前記負荷の消費電力よりも、所定のマージン値だけ大きくなるように、前記供給部又は前記電力変換部を制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本開示の一実施形態に係る燃料電池ユニットの概略構成を示す図である。
【図２】本開示の一実施形態に係る燃料電池ユニットの出力電力の波形の一例を示す図である。
【図３】本開示の一実施形態に係る燃料電池ユニットの自立運転時における動作の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
特許文献１に記載のシステムでは、発電モジュールの出力電力が想定される負荷の消費電力の最大値で一定になるよう制御している。この制御のために、特許文献１に記載のシステムでは、発電モジュールに、想定される負荷の消費電力の最大値に相当する電力を発電するのに必要な量の燃料を供給し続けている。そのため、特許文献１に記載のシステムでは、負荷の消費電力が小さくなると、負荷に消費されない余剰電力が大きくなり、結果として、余剰電力に費やされる燃料の割合も大きくなる。さらに、特許文献１に記載のシステムでは、余剰電力を、システムに含まれる電気ヒータ等の内部負荷によって、消費している。従って、特許文献１に記載のシステムでは、負荷の消費電力が小さいときには、余分な燃料を発電モジュールに供給していることになる。加えて、特許文献１に記載のシステムでは、消費電力が小さいときには、ある程度大きな余剰電力を内部負荷に消費させることになるため、システム内の温度が上昇してしまう恐れがある。
【０００９】
このように、特許文献１に記載のシステムには、燃料を用いて効率良く発電することに関し、改善の余地がある。
【００１０】
かかる点に鑑みてなされた本開示の目的は、燃料を用いて、効率良く発電することができる発電ユニット及びその制御方法を提供することにある。
【００１１】
以下、本開示に係る実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では、発電モジュールは、固体酸化物燃料電池であるものとするが、これに限定されない。発電モジュールは、燃料を用いて発電する燃料電池であれば、固体酸化物燃料電池以外であってもよい。例えば、発電モジュールは、高分子固体電解質燃料電池等であってもよい。
【００１２】
[システム構成]
図１に示す燃料電池ユニット（発電ユニット）１０は、自立運転が可能な発電ユニットであり、需要家施設に設置される。燃料電池ユニット１０は、連系運転と自立運転との切り替えが可能な発電ユニットであってもよい。以下では、燃料電池ユニット１０の自立運転に関する機能を主に説明するが、燃料電池ユニット１０は、連系運転に関する機能を備えていてもよい。なお、図１において、破線はガス等の流体の流れを示し、実線は電力の向きを示す。
【００１３】
燃料電池ユニット１０は、図１に示すように、供給部１１と、燃料電池（発電モジュール）１２と、電力変換部１３と、端子１４と、通信部１５と、記憶部１６と、制御部１７とを備える。
【００１４】
供給部１１は、ガス、空気及び改質水（以下、まとめて「燃料」とも称する）を、燃料電池１２に供給する。図１では、供給部１１は、空気ブロワ１１ａと、ガス昇圧ブロワ１１ｂと、改質水ポンプ１１ｃとを有する。さらに、供給部１１は、熱交換器及びヒータ等を有していてもよい。
【００１５】
空気ブロワ１１ａは、外部から供給される空気を昇圧して燃料電池１２に送り込む。ガス昇圧ブロワ１１ｂは、外部から供給されるガス（例えば、都市ガス、プロパンガス）を昇圧して燃料電池１２に送り込む。改質水ポンプ１１ｃは、熱交換器等での熱交換処理によって生成された改質水を燃料電池１２に供給する。
【００１６】
燃料電池１２は、燃料を用いて発電を行う。燃料電池１２は、改質器１２ａ及びセルスタック１２ｂを有する。
【００１７】
改質器１２ａは、供給部１１から供給されるガス及び改質水を用いて、改質ガス（水素）を生成する。改質器１２ａは、生成した改質ガスをセルスタック１２ｂに供給する。セルスタック１２ｂは、供給部１１から供給される空気中に含まれる酸素と、改質器１２ａから供給される改質ガスとの電気化学反応によって、直流電力を発生させる。セルスタック１２ｂは、発生させた直流電力を、電力変換部１３に供給する。
【００１８】
なお、外部から供給部１１に改質ガス（水素）が直接供給される場合、ガス昇圧ブロワ１１ｂは、改質ガスをセルスタック１２ｂに直接供給してもよい。
【００１９】
電力変換部１３は、燃料電池１２から供給される直流電力を交流電力に変換する。電力変換部１３は、変換後の交流電力を、自立運転用コンセントである端子１４に接続された負荷２０に供給する。
【００２０】
端子１４は、負荷２０が接続される自立運転用コンセントである。ユーザは、例えば商用電力系統の停電時、自立運転している燃料電池ユニット１０からの電力供給を受けるために、負荷２０を端子１４に接続する。負荷２０は、任意の数の電気機器等であり、燃料電池ユニット１０から供給される電力を消費する。また、負荷２０の消費電力は変動する。
【００２１】
通信部１５は、燃料電池ユニット１０の外部の装置等と通信する。
【００２２】
記憶部１６は、燃料電池ユニット１０の処理に必要な情報及び燃料電池ユニット１０の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを記憶している。記憶部１６は、例えば、時刻と負荷２０の消費電力とを対応付けて記憶している。さらに、記憶部１６は、後述の所定のマージン値Ｙを記憶している。
【００２３】
制御部１７は、燃料電池ユニット１０全体を制御及び管理するものであり、例えばプロセッサ等である。制御部１７は、各機能の処理を実行させるソフトウェアを読み込んだ汎用のＣＰＵ（中央処理装置）等の任意の好適なプロセッサによって構成される。又は、制御部１７は、例えば、各機能の処理に特化した専用のプロセッサによって構成されていてもよい。
【００２４】
制御部１７は、供給部１１を制御し、供給部１１から燃料電池１２へ送り込む燃料の流量を調整する。また、制御部１７は、電力変換部１３を制御し、燃料電池ユニット１０から負荷２０に供給する出力電力を調整する。
【００２５】
制御部１７は、現在時刻Ｔｎを取得し、さらに、現在時刻Ｔｎにおいて負荷２０が消費している電力である消費電力Ｐを取得する。例えば、制御部１７は、燃料電池ユニット１０の内部に存在するタイマーから現在時刻Ｔｎを取得してもよいし、通信部１５を介して外部サーバ等から現在時刻Ｔｎを取得してもよい。また、例えば、制御部１７は、電力変換部１３に含まれる電流センサから取得した値を用いて、消費電力Ｐを算出することによって、消費電力Ｐを取得してもよい。又は、例えば、制御部１７は、例えば、消費電力Ｐを、予測値として取得してもよい。この場合、制御部１７は、予め、記憶部１６に、時刻と負荷２０の消費電力とを対応付けて記憶させておく。さらに、制御部１７は、時刻と負荷２０の消費電力とを対応付けて記憶している記憶部１６から、現在時刻Ｔｎに対応する負荷２０の消費電力を取得することで、予測値としての消費電力Ｐを取得する。
【００２６】
制御部１７は、燃料電池ユニット１０から負荷２０に供給する出力電力Ｘが、負荷２０の消費電力Ｐよりも、所定のマージン値Ｙだけ大きくなるように（つまり、Ｘ＝Ｐ＋Ｙとなるように）、供給部１１又は電力変換部１３を制御する。所定のマージン値Ｙは、燃料電池ユニット１０の定格出力電力と、自立運転時にユーザによって端子１４に接続されると想定される負荷２０の種類とに基づき、決めることができる。例えば、燃料電池ユニット１０の定格出力電力が３ｋＷであり、消費電力が比較的少ないテレビが自立運転時に負荷２０として端子１４に接続されると想定される場合、所定のマージン値Ｙは５００Ｗと定めることができる。また、例えば、燃料電池ユニット１０の定格出力電力が３ｋＷであり、消費電力が比較的大きいドライヤーが自立運転時に負荷２０として端子１４に接続されると想定される場合、所定のマージン値Ｙは１５００Ｗ〜２０００Ｗと定めることができる。
【００２７】
ここで、上述のように、燃料を用いて発電する発電モジュールは、負荷の消費電力が急増したときに、発電モジュールの出力電力を急増させることが困難である。そこで、発電モジュールの出力電力が、想定される負荷の消費電力の最大値で一定になるよう制御することによって、負荷の消費電力が急増しても、電力を供給し続けられるようにするシステムが知られている（例えば、上述の特許文献１）。しかしながら、このようなシステムでは、負荷の消費電力が小さくなると、負荷に消費されない余剰電力が大きくなり、結果として、余剰電力に費やされる燃料の割合も大きくなる。言い換えれば、このようなシステムでは、負荷の消費電力が小さい場合には、余分な燃料を発電モジュールに供給していることになる。
【００２８】
これに対し、本実施形態に係る燃料電池ユニット１０では、出力電力Ｘが消費電力Ｐよりも所定のマージン値Ｙだけ大きくなるように制御することによって、余分な燃料を燃料電池１２に供給しなくても済むようになる。これにより、本実施形態に係る燃料電池ユニット１０では、燃料を用いて、効率良く発電することができる。以下、この処理の一例を、図２を参照して説明する。
【００２９】
図２において、縦軸は電力を示し、横軸は時刻を示す。時刻ｔ０では、制御部１７の制御によって、出力電力Ｘは、消費電力Ｐよりも所定のマージン値Ｙだけ大きくなっている。
【００３０】
図２に示す時刻ｔ１で、消費電力Ｐが増加する。そのため、時刻ｔ１で、燃料電池ユニット１０から負荷２０に供給する出力電力Ｘが、負荷２０の消費電力Ｐに所定のマージン値Ｙを加算した値（Ｐ＋Ｙ）よりも小さくなる。さらに、時刻ｔ１における消費電力Ｐの増加率は、後述の規定値Ｚを上回る。このとき、制御部１７は、出力電力Ｘが消費電力Ｐに所定のマージン値Ｙを加算した値になるまで（つまり、Ｘ＝Ｐ＋Ｙになるまで）、出力電力Ｘが一定の規定値Ｚで増加するように、供給部１１又は電力変換部１３を制御する。図２では、制御部１７は、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間、出力電力Ｘが一定の規定値Ｚで増加するように制御している。
【００３１】
ここで、規定値Ｚについて説明する。規定値Ｚとは、燃料電池ユニット１０が単位時間当たりに増加可能な出力電力の増加率として設定された値である。燃料電池ユニット１０では、ポンプ等から構成される供給部１１によって、流体である燃料を供給部１１から燃料電池１２に供給し、燃料電池１２での発電を行っている。そのため、供給部１１から燃料電池１２に供給できる燃料の流量には限界がある。この限界を考慮せずに燃料電池ユニット１０の出力電力を増加させると、供給部１１から燃料電池１２への燃料供給が追い付かず、燃料電池１２が燃料不足状態となってしまうことがある。さらに、この燃料不足状態が続くと、セルスタック１２ｂにおいて局所的に燃料が不足する箇所が生じ、セルスタック１２ｂが劣化する恐れがある。加えて、燃料電池ユニット１０の出力電力を急増させるために、セルスタック１２ｂの温度を急に上げると、セルスタック１２ｂが割れてしまう恐れがある。そこで、このような事態を回避すべく、本実施形態では、供給部１１から燃料電池１２に供給できる燃料の流量の限界等を考慮して、燃料電池ユニット１０が単位時間当たりに増加可能な出力電力の増加率である規定値Ｚが設定されている。
【００３２】
このように、本実施形態に係る燃料電池ユニット１０では、規定値Ｚが設定される。さらに、燃料電池ユニット１０は、出力電力Ｘが消費電力Ｐに所定のマージン値Ｙを加算した値（Ｐ＋Ｙ）よりも小さくなり、かつ消費電力Ｐの増加率が規定値Ｚを上回るとき、出力電力Ｘを一定の規定値Ｚで増加させる。これにより、本実施形態に係る燃料電池ユニット１０は、燃料電池１２への燃料供給が追い付かない事態等を防ぐことができるため、燃料電池１２の劣化を防ぐことができる。
【００３３】
さらに、本実施形態に係る燃料電池ユニット１０は、事前に出力電力Ｘを消費電力Ｐよりも所定のマージン値Ｙだけ大きくしておく。このような制御によって、燃料電池ユニット１０は、消費電力Ｐが急増しても、増加量が所定のマージン値Ｙ以下であれば、消費電力Ｐが出力電力Ｘを超えることを防ぐことができる。これにより、本実施形態に係る燃料電池ユニット１０では、負荷２０に電力を継続して供給することができる。
【００３４】
図２に示す時刻ｔ３で、消費電力Ｐが増加する。そのため、時刻ｔ３で、燃料電池ユニット１０から負荷２０に供給する出力電力Ｘが、負荷２０の消費電力Ｐに所定のマージン値Ｙを加算した値（Ｐ＋Ｙ）よりも小さくなる。さらに、時刻ｔ３における消費電力Ｐの増加率は、規定値Ｚを上回る。従って、制御部１７は、上述の時刻ｔ１の場合と同様に制御する。図２では、制御部１７は、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間、出力電力Ｘが一定の規定値Ｚで増加するように制御している。
【００３５】
図２に示す時刻ｔ５で、消費電力が低下する。そのため、時刻ｔ５で、燃料電池ユニット１０から負荷２０に供給する出力電力Ｘが、負荷２０の消費電力Ｐに所定のマージン値Ｙを加算した値（Ｐ＋Ｙ）よりも大きくなる。このとき、制御部１７は、出力電力Ｘが消費電力Ｐに所定のマージン値Ｙを加算した値になるまで（つまりＸ＝Ｐ＋Ｙになるまで）、出力電力Ｘが低下するように、供給部１１又は電力変換部１３を制御する。
【００３６】
なお、制御部１７は、出力電力Ｘを低下させるとき、任意の低下率（例えば、消費電力Ｐと同等の低下率）で、出力電力Ｘを低下させてよい。図２では、制御部１７は、時刻ｔ５から時刻ｔ６の間、出力電力Ｘが消費電力Ｐと同等の低下率で低下するように制御している。
【００３７】
このように、本実施形態に係る燃料電池ユニット１０は、出力電力Ｘが消費電力Ｐに所定のマージン値Ｙを加算した値（Ｐ＋Ｙ）よりも大きくなるとき、出力電力Ｘが消費電力Ｐに所定のマージン値Ｙを加算した値（Ｐ＋Ｙ）になるまで、出力電力Ｘを低下させる。これにより、本実施形態に係る燃料電池ユニット１０は、余分な燃料を燃料電池１２に供給しなくても済むようになるため、効率良く発電することができる。
【００３８】
図２に示す時刻ｔ７で、消費電力Ｐが増加する。そのため、時刻ｔ７で、燃料電池ユニット１０から負荷２０に供給する出力電力Ｘが、負荷２０の消費電力Ｐに所定のマージン値Ｙを加算した値（Ｐ＋Ｙ）よりも小さくなる。さらに、時刻ｔ７における消費電力Ｐの増加率は、規定値Ｚを下回る。このとき、制御部１７は、出力電力Ｘが消費電力Ｐに所定のマージン値Ｙを加算した値になるまで（つまりＸ＝Ｐ＋Ｙになるまで）、出力電力が規定値Ｚを下回る増加率で増加するように、供給部１１又は電力変換部１３を制御する。この制御において、制御部１７は、出力電力Ｘが消費電力Ｐと同等の増加率で増加するように制御してもよい。図２では、制御部１７は、時刻ｔ７から時刻ｔ８の間、出力電力Ｘが、消費電力Ｐと同等の増加率で増加するように制御している。
【００３９】
このように、本実施形態に係る燃料電池ユニット１０では、規定値Ｚが設定される。さらに、燃料電池ユニット１０は、出力電力Ｘが消費電力Ｐに所定のマージン値Ｙを加算した値（Ｐ＋Ｙ）よりも小さくなり、かつ消費電力Ｐの増加率が規定値Ｚを下回るとき、出力電力Ｘを、規定値Ｚを下回る増加率で増加させる。これにより、本実施形態に係る燃料電池ユニット１０は、燃料電池１２への燃料供給が追い付かない事態等を防ぐことができるため、燃料電池１２の劣化を防ぐことができる。さらに、このときに、本実施形態に係る燃料電池ユニット１０において、出力電力Ｘを消費電力Ｐと同等の増加率で増加するように制御すれば、余分な燃料を燃料電池１２に供給しなくても済むようになる。そのため、燃料電池ユニット１０は、効率良く発電することができる。
【００４０】
図２に示す時刻ｔ９で、燃料電池ユニット１０から負荷２０に供給する出力電力Ｘが、負荷２０の消費電力Ｐよりも小さくなる。このとき、制御部１７は、燃料電池ユニット１０の過負荷状態を検出し、燃料電池ユニット１０から負荷２０への電力供給を一旦停止する。例えば、制御部１７は、電力変換部１３内に含まれる自立運転用リレーを解列させて、燃料電池ユニット１０から負荷２０への電力供給を停止する。この後、ユーザは、燃料電池ユニット１０の過負荷状態を解除すべく、端子１４に接続される電子機器等である負荷２０の台数を減らしたり、負荷２０に含まれる幾つかの電子機器の電源をオフにしたりする。その後、制御部１７は、出力電力Ｘが所定のマージン値Ｙとなるように制御して、燃料電池ユニット１０から負荷２０への電力供給を再開する。
【００４１】
加えて、制御部１７は、上述の制御により出力電力Ｘを変化させるときに、設定される出力電力Ｘが、燃料電池ユニット１０の定格出力電力Ｘｍａｘよりも大きくなるとき、出力電力Ｘが定格出力電力Ｘｍａｘになるよう制御する。
【００４２】
[システム動作]
以下、本開示の一実施形態に係る燃料電池ユニット１０の自立運転時における動作の一例について、図３を用いて説明する。なお、燃料電池ユニット１０は、自立運転時、図３に示すステップＳ１０１〜Ｓ１１５の処理を繰り返し行っている。
【００４３】
まず、制御部１７は、現在時刻Ｔｎを取得する。さらに、制御部１７は、現在時刻Ｔｎにおいて負荷２０が消費している電力である消費電力Ｐを取得する（ステップＳ１０１）。
【００４４】
次に、制御部１７は、燃料電池ユニット１０から負荷２０に供給する出力電力Ｘが、消費電力Ｐよりも小さいか否か判定する（ステップＳ１０２）。制御部１７は、出力電力Ｘが消費電力Ｐよりも小さいと判定したとき（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１０の処理に進む。一方、制御部１７は、出力電力Ｘが消費電力Ｐよりも小さくないと判定したとき（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、ステップＳ１０３の処理に進む。
【００４５】
ステップＳ１０３の処理では、制御部１７は、燃料電池ユニット１０から負荷２０に供給する出力電力Ｘが、負荷２０の消費電力Ｐに所定のマージン値Ｙを加算した値（Ｐ＋Ｙ）よりも小さいか否か判定する。制御部１７は、出力電力Ｘが消費電力Ｐに所定のマージン値Ｙを加算した値（Ｐ＋Ｙ）よりも小さいと判定したとき（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５の処理に進む。一方、制御部１７は、出力電力Ｘが消費電力Ｐに所定のマージン値Ｙを加算した値（Ｐ＋Ｙ）よりも小さくないと判定したとき（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、ステップＳ１０４の処理に進む。
【００４６】
ステップＳ１０４の処理では、制御部１７は、出力電力Ｘが消費電力Ｐに所定のマージン値Ｙを加算した値になるまで（つまりＸ＝Ｐ＋Ｙになるまで）、出力電力Ｘが低下するように、供給部１１又は電力変換部１３を制御する。
【００４７】
このようにステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理によって、出力電力Ｘが消費電力Ｐに所定のマージン値Ｙを加算した値（Ｐ＋Ｙ）よりも大きくなるとき、出力電力Ｘは、消費電力Ｐに所定のマージン値Ｙを加算した値になるまで低下され得る。これにより、本実施形態に係る燃料電池ユニット１０は、余分な燃料を燃料電池１２に供給しなくても済むようになるため、効率良く発電することができる。
【００４８】
ステップＳ１０５の処理では、制御部１７は、負荷２０の消費電力Ｐの増加率が規定値Ｚを上回るか否か判定する。制御部１７は、消費電力Ｐの増加率が規定値Ｚを上回ると判定したとき（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０６の処理に進む。一方、制御部１７は、消費電力Ｐの増加率が規定値Ｚを上回らないと判定したとき（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、ステップＳ１０９の処理に進む。
【００４９】
ステップＳ１０６の処理では、制御部１７は、出力電力Ｘが、現在時刻Ｔｎと前回時刻Ｔｐの差分（Ｔｎ−Ｔｐ）を規定値Ｚに乗算した値を出力電力Ｘに加算した値（Ｘ＋Ｚ×（Ｔｎ−Ｔｐ））になるように、供給部１１又は電力変換部１３を制御する。なお、ステップＳ１０６の処理が１回目であるために、後述のステップＳ１１５の処理によって前回時刻Ｔｐが設定されていないとき、制御部１７は、現在時刻Ｔｎと前回時刻Ｔｐの差分（Ｔｎ−Ｔｐ）の代わりに、任意の代用値を用いてもよい。
【００５０】
このようにステップＳ１０３，Ｓ１０５，Ｓ１０６の処理を行うことで、出力電力Ｘが消費電力Ｐに所定のマージン値Ｙを加算した値（Ｐ＋Ｙ）よりも小さくなり、かつ消費電力Ｐの増加率が規定値Ｚを上回るとき、出力電力Ｘは、一定の規定値Ｚで増加され得る。これにより、本実施形態に係る燃料電池ユニット１０は、燃料電池１２への燃料供給が追い付かない事態等を防ぐことができるため、燃料電池１２の劣化を防ぐことができる。
【００５１】
ステップＳ１０７の処理では、制御部１７は、燃料電池ユニット１０から負荷２０に供給する出力電力Ｘが、負荷２０の消費電力Ｐに所定のマージン値Ｙを加算した値（Ｐ＋Ｙ）よりも大きいか否か判定する。制御部１７は、出力電力Ｘが消費電力Ｐに所定のマージン値Ｙを加算した値（Ｐ＋Ｙ）よりも大きいと判定したとき（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０８の処理に進む。一方、制御部１７は、出力電力Ｘが消費電力Ｐに所定のマージン値Ｙを加算した値（Ｐ＋Ｙ）よりも大きくないと判定したとき（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、ステップＳ１１３の処理に進む。
【００５２】
ステップＳ１０８の処理では、制御部１７は、上述のステップＳ１０４と同様の処理を行う。
【００５３】
このようにステップＳ１０７，Ｓ１０８の処理を行うことで、ステップＳ１０６の処理にて大きくなった出力電力Ｘは、消費電力Ｐに所定のマージン値Ｙを加算した値（Ｐ＋Ｙ）に制御される。
【００５４】
ステップＳ１０９の処理では、制御部１７は、出力電力Ｘが消費電力Ｐに所定のマージン値Ｙを加算した値になるまで（つまりＸ＝Ｐ＋Ｙになるまで）、出力電力Ｘが規定値Ｚを下回る増加率で増加するように、供給部１１又は電力変換部１３を制御する。このとき、制御部１７は、例えば、出力電力Ｘが消費電力Ｐと同等の増加率で増加するように制御してもよい。
【００５５】
このようにステップＳ１０３，Ｓ１０５，Ｓ１０９の処理によって、出力電力Ｘが消費電力Ｐに所定のマージン値Ｙを加算した値（Ｐ＋Ｙ）よりも小さく、かつ消費電力Ｐの増加率が規定値Ｚを下回るとき、出力電力Ｘは規定値Ｚを下回る増加率で増加され得る。これにより、本実施形態では、燃料電池１２への燃料供給が追い付かない事態等を防ぐことができるため、燃料電池１２の劣化を防ぐことができる。さらに、このときに、燃料電池ユニット１０において、出力電力Ｘを消費電力Ｐと同等の増加率で増加するように制御すれば、余分な燃料を燃料電池１２に供給しなくても済むようになる。そのため、燃料電池ユニット１０は、効率良く発電することができる。
【００５６】
ステップＳ１１０の処理では、制御部１７は、燃料電池ユニット１０の過負荷状態を検出する。さらに、制御部１７は、燃料電池ユニット１０から負荷２０への電力供給を一旦停止する（ステップＳ１１１）。制御部１７は、例えば、電力変換部１３に含まれる自立運転用リレーを解列させて、燃料電池ユニット１０から負荷２０への電力供給を停止する。この後、ユーザは、燃料電池ユニット１０の過負荷状態を解除すべく、端子１４に接続される電子機器等である負荷２０の台数を減らしたり、負荷２０に含まれる幾つかの電子機器の電源をオフにしたりする。その後、制御部１７は、出力電力Ｘが所定のマージン値Ｙとなるように制御して、燃料電池ユニット１０から負荷２０への電力供給を再開する（ステップＳ１１２）。
【００５７】
ステップＳ１１３の処理では、制御部１７は、ステップＳ１０４，Ｓ１０８，Ｓ１０９，Ｓ１１２で設定された出力電力Ｘが、燃料電池ユニット１０の定格出力電力Ｘｍａｘよりも大きいか否か判定する。制御部１７は、設定された出力電力Ｘが定格出力電力Ｘｍａｘよりも大きいと判定したとき（ステップＳ１１３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１４の処理に進む。一方、制御部１７は、設定された出力電力Ｘが定格出力電力Ｘｍａｘよりも大きくないと判定したとき（ステップＳ１１３：Ｎｏ）、ステップＳ１１５の処理に進む。
【００５８】
ステップＳ１１４の処理では、制御部１７は、ステップＳ１０４，Ｓ１０８，Ｓ１０９，Ｓ１１２で設定された出力電力Ｘが定格出力電力Ｘｍａｘよりも大きいため、出力電力Ｘが定格出力電力Ｘｍａｘになるよう制御する。ステップＳ１１５の処理では、前回時刻Ｔｐを、現在時刻Ｔｎに設定する。その後、制御部１７は、ステップＳ１０１からの処理を繰り返し行う。
【００５９】
なお、上記説明では、１台の燃料電池ユニット１０による制御について説明したが、複数台の燃料電池ユニットであっても、本実施形態に係る制御を実行することができる。この場合、複数台の燃料電池ユニットの出力電力Ｘの合計が、負荷２０の消費電力Ｐよりも、所定のマージン値だけ大きくなるように、各燃料電池ユニットの供給部又は電力変換部を制御すればよい。
【００６０】
また、上記説明では、制御部１７によって、負荷２０の消費電力Ｐに基づき、燃料電池ユニット１０の出力電力Ｘを制御する例を説明したが、負荷２０の消費電流に基づき、燃料電池ユニット１０の出力電流を制御してもよい。
【００６１】
以上のように、本実施形態に係る燃料電池ユニット１０は、燃料電池ユニット１０から負荷２０に供給する出力電力Ｘが、負荷２０の消費電力Ｐよりも、所定のマージン値だけ大きくなるように、供給部１１又は電力変換部１３を制御する。これにより、本実施形態に係る燃料電池ユニット１０は、余分な燃料を燃料電池１２に供給しなくても済むようになるため、効率良く発電することができる。
【００６２】
さらに、本実施形態に係る燃料電池ユニット１０では、補助電源等の装置を設けることなく、制御部１７等の制御によって、燃料電池ユニット１０の出力電力が制御される。そのため、本実施形態に係る燃料電池ユニット１０では、補助電源等の装置を設けること等で発生するコストを削減することができる。
【００６３】
本開示内容の制御は、プログラム命令を実行可能なコンピュータシステムその他のハードウェアによって実行される、一連の動作として示される。コンピュータシステムその他のハードウェアには、例えば、汎用コンピュータ、ＰＣ（Personal Computer）、専用コンピュータ、ワークステーション、又はその他のプログラム可能なデータ処理装置が含まれる。各実施形態では、種々の動作は、プログラム命令（ソフトウェア）で実装された専用回路（例えば、特定機能を実行するために相互接続された個別の論理ゲート）によって実行されることに留意されたい。また、種々の動作は、１つ以上のプロセッサによって実行される論理ブロック及びプログラムモジュール等によっても実行されることに留意されたい。論理ブロック及びプログラムモジュール等を実行する一以上のプロセッサには、例えば、１つ以上のマイクロプロセッサ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）が含まれる。また、一以上のプロセッサには、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）が含まれる。また、一以上のプロセッサには、例えば、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が含まれる。また、一以上のプロセッサには、例えば、コントローラ、マイクロコントローラ、電子機器、ここに記載する機能を実行可能に設計されたその他の装置、及び／又は、これら何れかの組合せが含まれる。ここに示す実施形態は、例えば、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード又はこれら何れかの組合せによって実装される。
【００６４】
ここで用いられるネットワークには、他に特段の断りがない限りは、インターネット、アドホックネットワーク、ＬＡＮ(Local Area Network)、セルラーネットワーク、もしくは他のネットワーク又はこれら何れかの組合せが含まれる。
【符号の説明】
【００６５】
１０  燃料電池ユニット（発電ユニット）
１１  供給部
１１ａ  空気ブロワ
１１ｂ  ガス昇圧ブロワ
１１ｃ  改質水ポンプ
１２  燃料電池（発電モジュール）
１２ａ  改質器
１２ｂ  セルスタック
１３  電力変換部
１４  端子
１５  通信部
１６  記憶部
１７  制御部
２０  負荷
【図１】
0006691214.tif 000002
【図２】
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【図３】
0006691214.tif 000004