(57)【要約】【課題】停車時の燃料電池車を有効に活用できる分散電源システムとその運転方法を提供する。【解決手段】停車時に燃料電池で発電を行う燃料電池車と、この燃料電池１１の発電電力が入力されると共に、この電力を負荷に出力する車外電力網（商用電力系統８）とを具える。燃料電池車が停車時に、搭載された燃料電池１１を運転して発電し、その発電電力を車外に取り出すことで、車外の負荷の運転に利用することができる。これにより、停車時においても燃料電池１１を有効に活用し、その高い発電効率を利用して、燃料電池車を安価な電力の供給源とすることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
停車時に燃料電池で発電を行う燃料電池車と、
この燃料電池の発電電力が入力されると共に、この電力を負荷に出力する車外電力網とを具えることを特徴とする分散電源システム。
【請求項２】
さらに、前記燃料電池の発電電力を貯蔵すると共に車外電力網に貯蔵電力を供給する車外蓄電手段を具えることを特徴とする請求項１に記載の分散電源システム。
【請求項３】
前記車外蓄電手段は、電池が搭載される移動可能な車両であることを特徴とする請求項２に記載の分散電源システム。
【請求項４】
さらに交直変換装置および電圧の昇降圧装置を車両に積載したことを特徴とする請求項３に記載の分散電源システム。
【請求項５】
さらに、前記燃料電池に供給する水素を炭化水素燃料から生成する改質装置を具えることを特徴とする請求項１に記載の分散電源システム。
【請求項６】
さらに、前記改質装置に炭化水素燃料を供給する炭化水素供給手段を具えることを特徴とする請求項５に記載の分散電源システム。
【請求項７】
さらに、前記燃料電池または改質装置の運転時に発生された熱エネルギーを回収し、その熱エネルギーを熱源として温熱流体を出力する排熱回収手段を具えることを特徴とする請求項５に記載の分散電源システム。
【請求項８】
燃料電池車の停車時に燃料電池を作動し、燃料電池の発電電力を車外電力網に出力して、車外電力網に接続される負荷を動作することを特徴とする分散電源システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池車（Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＦＣＥＶ）を用いた分散電源システムとその運転方法に関するものである。特に、ＦＣＥＶに搭載された燃料電池（Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＦＣ）の発生電気をより効率的に利用できる分散電源システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、水素と酸素とを結合して電力を得るＦＣの研究が広く行われている。ＦＣは、その発電効率が６０〜８０％と他のあらゆる発電装置に比して高く、電池反応時にはＨ２Ｏしか排出しないという優れた特性を有する。そのため、環境上やエネルギー資源上、ＦＣを搭載したＦＣＥＶが重要な技術として開発されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３０７７５８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＦＣＥＶは優れた効率性や環境特性を有するにも関わらずコストが高く、いまだ大量に普及するに至っていない。初期コストの高いＦＣＥＶを費用的に優位にして広範な普及を図るには、発電効率の高さを活用して低い単位発電量当りの単価（α円／ｋＷｈ）を長期間にわたって積算し、ランニングコストで優位性を取り戻すことが考えられる。
【０００５】
ところが、一般に自動車は一部の業務用を除き、その稼働率はきわめて低く、自家用自動車にいたっては通勤の往復と週末の一部にしか活用されないのが通例である。まして、夜間は殆ど使われることがない。従って、ＦＣＥＶの停車時にはＦＣも発電する必要がないため活用されず、単位発電量当りの単価が低いことを利用しても、初期の自動車購入コスト差を容易に回収することが難しい。
【０００６】
従って、本発明の主目的は、停車時の燃料電池車を有効に活用できる分散電源システムとその運転方法とを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃料電池車の停車時に燃料電池を運転して発電させ、その電力を車外の負荷に利用することで上記の目的を達成する。
【０００８】
つまり、本発明分散電源システムは、停車時に燃料電池で発電を行う燃料電池車と、この燃料電池の発電電力が入力されると共に、この電力を負荷に出力する車外電力網とを具えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明分散電源システムの運転方法は、燃料電池車の停車時に燃料電池を作動し、燃料電池の発電電力を車外電力網に出力して、車外電力網に接続される負荷を動作することを特徴とする。
【００１０】
ＦＣＥＶの停車時に、搭載されたＦＣを運転して発電し、その発電電力を車外に取り出すことで、車外の負荷の運転に利用することができる。これにより、従来、停車時には発電する必要がなく活用されていなかったＦＣを有効に活用し、その高い発電効率を利用して、ＦＣＥＶを安価な電力の供給源とすることができる。
【００１１】
以下、本発明をより詳しく説明する。
ＦＣＥＶに利用されるＦＣの種類としては、固体高分子型（ＰＥＦＣ）、固体電解質型（ＳＯＦＣ）、りん酸型（ＰＡＦＣ）などがある。ＰＥＦＣの作動温度は常温から１００℃である。固体電解質型の作動温度は約１０００℃である。りん酸型の作動温度は約２００℃である。中でも、作動温度が低く、小型化が可能なＰＥＦＣはＦＣＥＶに好適である。
【００１２】
燃料電池に使用される水素ガスの供給方法としては、水素ガスを直接供給する方法と、天然ガス、メタン、エタン、プロパン、ブタン、都市ガスまたはそれらの混合ガス等のガス燃料あるいはガソリン、灯油、重油、メタノール、ナフサまたはそれらの混合液体などの液体燃料を改質して水素を得る方法がある。
【００１３】
前者の水素燃料タイプでは、排出物が水のみで環境負荷が低く、しかも重量の重い改質装置を搭載しなくてよいという利点がある。ＦＣＥＶ内での水素の貯蔵手段としては、水素吸蔵合金、水素高圧ボンベあるいは液体水素タンクなどが挙げられる。
【００１４】
後者の改質燃料タイプでは、燃料電池に供給する水素を炭化水素燃料から生成する改質装置を設ける。改質装置により、液体炭化水素などから水素を生成して燃料電池を運転することができる。その場合、改質装置に炭化水素燃料を供給する炭化水素供給手段を具えることが好ましい。これにより、ガソリンスタンドなど、既存の炭化水素供給手段から燃料の供給を容易に受けることができる。
【００１５】
このようなＦＣをＦＣＥＶの停車時に運転し、得られた電力を車外電力網に供給する。車外電力網は車外において電力の供給が可能な送配電設備である。代表的には商用電力系統が挙げられる。一般にＦＣは直流を出力するため、インバータを介して交流に変換し、車外電力網に供給すれば良い。この交流電力を供給する際の運転方式には、商用電力系統に同期して電力を供給する系統連係運転、特定負荷へのみ電力を供給する自立運転（定電圧・定周波数運転）あるいは両方の運転が行える方式がある。また、ＦＣの発電した直流をＤＣ・ＤＣコンバータ、ＤＣ・ＡＣインバータなどを介して直接負荷に供給する場合ＦＣと負荷とをつなぐ電線なども車外電力網に含まれる。ＦＣの発電電力の車外への出力は、ＦＣに設けた端子から行っても良いし、ＦＣの発電電力を一旦車載バッテリなどに出力し、この車載バッテリの端子から行っても良い。
【００１６】
このような車外電力網を通じてＦＣの発電電力を供給し、同電力網に接続される各種電機器などの負荷を動作させることができる。もちろん、ＦＣの発電電力を商用電力系統に供給することで、電力会社に売電することができる。
【００１７】
この分散電源システムは、燃料電池の発電電力を貯蔵すると共に車外電力網に貯蔵電力を供給する車外蓄電手段を具えることが好ましい。車外蓄電手段を用いることで、ＦＣＥＶからの電力を蓄電することができ、その蓄電された電力を必要時に有効活用することができる。特に、複数台のＦＣＥＶからの電力を一括して蓄電することもできる。
【００１８】
車外蓄電手段は、必要な電力容量を蓄電でき、放電が可能なものであれば特に限定されない。例えば、二次電池やキャパシタなどが挙げられる。この車外蓄電手段の容量は、１台のＦＣＥＶの発電電力により各家庭の消費電力の一部あるいは全部をまかなう程度から、集合住宅や市街地の駐車場などに停車した多数のＦＣＥＶから出力された電力を利用してより広範な電力需要に対応する程度など、種々のものが考えられる。通常、ＦＣＥＶ用のＦＣの出力は乗用車用で５０〜１００ｋＷ、大型バス用で２５０ｋＷ程度であり、一般家庭で使用する電力を５ｋＷ（１００Ｖ×５０Ａ）程度と想定すると、乗用車用ＦＣが１台あれば１０軒以上の家庭への電力供給が十分可能である。また、車外蓄電手段の容量を十分大きくとっておいて、夜間、消費負荷電力の少ない時間にＦＣを運転して蓄電しておき、昼間、消費負荷電力が大きくなったときに、この車外蓄電手段から電力の供給を受け、ＦＣＥＶを車両として活用すれば、益々ＦＣの稼働率が上がって好ましい。この車外蓄電手段は可動式のものが好ましい。可動式とすることで、キャンプ場など、通常は電力供給設備がない場所での電力利用が容易になる。可動方式は、車外蓄電手段自身が走行するものでも、他の自動車に牽引されるものでもいずれでもよい。特に、この可動式蓄電手段には、交直変換装置、電圧昇降装置、電力供給制御装置（遮断機、積算電力計、フィルター、ヒューズなど）が搭載されていることが好ましい。
【００１９】
さらに、本発明分散電源システムは、燃料電池または改質装置の運転時に発生された熱エネルギーを回収し、その熱エネルギーを熱源として温熱流体を出力する排熱回収手段を具えることが好ましい。
【００２０】
前述したように、ＦＣは作動温度が高いので、その排熱を利用することで温水や蒸気などの温熱流体を出力し、浴場、温水プール、空調などに応用することができる。改質装置は、一般にメタノールなどの燃料と水蒸気を高温で反応させて水素を分離するため、その際の排熱もＦＣの反応熱と同様に温水や空調として利用することができる。従って、ＦＣから電気エネルギーと熱エネルギーの双方を取り出すことができ、いわゆるコジェネレーションによる効率的なエネルギーの活用が可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
（実施例１）
図１は水素燃料タイプのＦＣＥＶを用いた本発明分散電源システムの概略構成図である。この分散電源システムは、ＦＣＥＶと、ＦＣＥＶに接続される車外電力網とを有する。
【００２２】
ＦＣＥＶは、燃料電池ユニット１、水素タンク２、車載バッテリー３、コントロールユニット４、モーター５および車輪６を具える。
【００２３】
図１において、破線で囲まれる部分が燃料電池ユニット１である。このユニット１は、燃料電池１１（ＦＣ）および空気圧縮機１２を有する。ここでは、ＦＣ１１として固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）を用いた。このＦＣ１１には、水素タンク２から供給された水素と、空気圧縮機１２を介して供給された空気とが導入され、水素と酸素とを結合して発電する。水素タンク２の水素量が減少すると、適宜、車外に設置された水素ステーション７で補給を受ける。
【００２４】
また、図示していないが、ＰＥＦＣでは電解質である高分子膜を湿った状態に保持する必要があるため、ＦＣユニット１には空気や水素を加湿する加湿器も具えられている。その他、ＦＣ１１が発電時に発生する反応熱を冷却するため、ポンプで冷却水の循環が行われる。この冷却水はＦＣ１１の反応熱で温められて温水（蒸気）になり、配管を介して出力される。車外に取り出された温水は、必要に応じて浴室・空調などに利用できる。
【００２５】
ＦＣ１１で発電された電力はコントロールユニット４に送られ、ＦＣＥＶの走行時、必要に応じてモーター５の回転（車輪６の駆動）、エアコンやラジオなど車載電気機器（図示せず）の駆動、車載バッテリー３の充電に利用される。コントロールユニット４はモーター５や車載バッテリー３への電力の入出力を制御する。また、制動時などは、車輪６の回転に伴ってモーター５を発電機として回転し、その回生電力を車載バッテリー３に蓄電する。
【００２６】
一方、夜間などＦＣＥＶの長時間停車時には、クラッチをニュートラルにして最高効率条件でＦＣ１１による発電を行う。そして、この発電電力を車外電力網である商用電力系統８に出力する。ここでは、ＦＣ１１の端子から直接商用電力系統８に電力を出力している。通常、ＦＣ１１は直流を出力するため、インバータ（図示せず）を介して交流に変換して商用電力系統８に出力すれば良い。商用電力系統８には各種電気機器９などの負荷が接続され、ＦＣ１１の発電電力をこれら電気機器９の作動に利用することができる。また、昼間、商店・オフィス等にＦＣＥＶを停車させておくときは、そこでの発電電力と温水の両方を優先的に活用して電力料金のコストダウンを図ることができる。
【００２７】
（実施例２）
次に、改質燃料タイプのＦＣを用いた本発明分散電源システムを図２に基づいて説明する。図２は同システムの概略説明図である。
【００２８】
実施例１との主な相違点は、燃料を液体炭化水素として改質装置を用いている点と、ＦＣと車外電力網との間に車外蓄電手段を設けた点にある。以下、相違点を中心に説明する。
【００２９】
このＦＣＥＶの燃料電池ユニットでは、改質装置１０を具えている。改質装置１０は、燃料と水蒸気を高温で反応させて水素を分離する。改質装置１０に供給される燃料は、燃料タンク２１に貯えられており、適宜、ガソリン、メタノール、天然ガス、液化石油ガスなどの燃料スタンド７１（炭化水素供給手段）から補給を行う。ここでは燃料にメタノールを用い、これを改質して水素を得ている。この改質を行う改質装置１０は、３００℃程度の温度でメタノールと水蒸気を反応させるため、その排熱を利用して温水を得ることができる。ＦＣ１１自体の排熱から温水を得られる点は実施例１と同様である。
【００３０】
本例のシステムでもＦＣＥＶの停車時にＦＣ１１を運転して発電を行う。発電された電力は、車外蓄電手段２０に蓄電される。車外蓄電手段２０は１台または複数台のＦＣＥＶのＦＣ１１から出力される電力を蓄電する。車外蓄電手段２０には、例えば二次電池を用いる。この車外蓄電手段２０は、それ自体はエンジンなどの駆動手段を持たないが、他の自動車に牽引されることで移動することができる。ＦＣ１１と車外蓄電手段２０の間には、必要に応じてＤＣ／ＤＣコンバータやＤＣ／ＡＣインバータ、電圧昇降装置、電力供給制御装置を介在させれば良い。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の機器類を車外蓄電手段２０に搭載することは、機動性が増してより好ましい。
【００３１】
車外蓄電手段２０に蓄電された電力は、直接電気機器９などの負荷に、あるいは車外電力網である商用電力系統８に供給される。車外蓄電手段２０から商用電力系統８に電力を供給する場合、インバータ（図示せず）を介して直流から交流に変換して出力すれば良い。そして、商用電力系統８に接続される各種電気機器９に電力を供給する。
【００３２】
本例の場合、改質装置１０を用いることで、既存のインフラで供給が可能な液体炭化水素を燃料に用いることができ、燃料切れを生じることなく継続的にＦＣの燃料供給を行うことができる。また、車外蓄電手段２０を用いることで、ＦＣＥＶの停車時に発電された電力、特に複数台のＦＣＥＶから発電された電力を一括して蓄電することができる。そのため、夜間に停車中のＦＣＥＶから出力された電力を車外蓄電手段２０に蓄電し、電力消費の多い昼間に車外蓄電手段２０からの電力を有効利用することができる。さらに、車外蓄電手段２０を牽引などで移動自在とすることで、キャンプ場、公園、グラウンドなど電力供給設備が整っていない箇所に車外蓄電手段２０を搬送することで、電気機器の利用を行うことができる。とりわけ、ＦＣＥＶを車外蓄電手段２０の搬送に利用すれば、ＦＣ１１を運転して必要な電力と温水を得て活用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明分散電源システムおよび同システムの運転方法によれば、次の効果を奏することができる。
【００３４】
▲１▼燃料電池を用いるため、クリーンなエネルギー変換を行い、環境負荷の極めて小さい発電を行うことができる。特に、燃料電池はディーゼル発電機などに比べて運転時の騒音も小さく、夜間の運転も十分許容できる。
【００３５】
▲２▼ＦＣＥＶの燃料電池を用いた安価な自家発電電力と、燃料電池の運転時に得られる温熱流体を活用することで、きわめて経済性の高いエネルギーの利用ができる。そのため、ＦＣＥＶの初期コストが高くても、購入後の燃料電池の長期連続運転により、容易に価格差を回収することができる。
【００３６】
▲３▼一般に燃料電池はストップ／オンの繰り返しに必ずしも強くない。しかし、本発明によれば、ＦＣＥＶの停車中も燃料電池を運転することにより、いわゆる「活用ライフタイム」を長くすることができる。従って、この面からもＦＣＥＶの実質的なコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水素燃料タイプのＦＣＥＶを用いた本発明分散電源システムの概略構成図である。
【図２】改質燃料タイプのＦＣＥＶを用いた本発明分散電源システムの概略説明図である。
【符号の説明】
１    燃料電池ユニット
２    水素タンク
３    車載バッテリー
４    コントロールユニット
５    モーター
６    車輪
７    水素ステーション
８    商用電力系統
９    電気機器
１０    改質装置
１１    燃料電池（ＦＣ）
１２    空気圧縮機
２０    車外蓄電手段
２１    燃料タンク
７１    燃料スタンド
【図１】
2004187385.tif 000003
【図２】
2004187385.tif 000004