(57)【要約】【課題】安定的に電力を供給することができる燃料電池システムを提供すること。【解決手段】  複数の燃料電池と、燃料電池を起動させるために要する時間である起動時間を予め格納する起動時間格納部と、複数の燃料電池のうちで現在駆動している燃料電池によって発電可能な電力量の合計である総発電量を算出する総発電量算出部と、現在から起動時間格納部が格納している起動時間後の電力需要量が、総発電量算出部が算出した総発電量より大きくなる確率であるオーバーロード確率を算出するオーバーロード確率算出部と、オーバーロード確率算出部が算出したオーバーロード確率が、予め定められた確率である基準確率よりも大きい場合に、複数の燃料電池のうちで現在駆動していない少なくとも１つの燃料電池を起動させる起動制御部とを備える。【選択図】図１
2007194136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池と、
前記燃料電池を起動させるために要する時間である起動時間を予め格納する起動時間格納部と、
前記複数の燃料電池のうちで現在駆動している前記燃料電池によって発電可能な電力量の合計である総発電量を算出する総発電量算出部と、
現在から前記起動時間格納部が格納している起動時間後の電力需要量が、前記総発電量算出部が算出した総発電量より大きくなる確率であるオーバーロード確率を算出するオーバーロード確率算出部と、
前記オーバーロード確率算出部が算出したオーバーロード確率が、予め定められた確率である基準確率よりも大きい場合に、前記複数の燃料電池のうちで現在駆動していない少なくとも１つの前記燃料電池を起動させる起動制御部と
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
燃料電池を起動させるために要する時間である起動時間を予め格納する起動時間格納部と、
複数の前記燃料電池のうちで現在駆動している前記燃料電池によって発電可能な電力量の合計である総発電量を算出する総発電量算出部と、
現在から前記起動時間格納部が格納している起動時間後の電力需要量が、前記総発電量算出部が算出した総発電量より大きくなる確率であるオーバーロード確率を算出するオーバーロード確率算出部と、
前記オーバーロード確率算出部が算出したオーバーロード確率が、予め定められた確率である基準確率よりも大きい場合に、前記複数の燃料電池のうちで現在駆動していない少なくとも１つの前記燃料電池を起動させる起動制御部と
を備える燃料電池制御システム。
【請求項３】
前記起動制御部は、前記燃料電池を新たに起動させた場合に、既に駆動している前記燃料電池の発電量の合計を低減させる
請求項２に記載の燃料電池制御システム。
【請求項４】
前記起動制御部は、既に駆動している前記燃料電池の発電量の合計を、新たに起動させた前記燃料電池の発電量の分だけ低減させる
請求項３に記載の燃料電池制御システム。
【請求項５】
複数の日における電力需要量の変動履歴を格納する履歴格納部と、
現在の時刻から所定範囲内の時刻の電力需要量が、現在の電力需要量から所定範囲内である少なくとも１つの変動履歴を前記履歴格納部から抽出する履歴抽出部と、
前記履歴抽出部が抽出した変動履歴に基づいて、現在から前記起動時間格納部が格納している起動時間後の電力需要量の確率分布を算出する需要量分布算出部と
をさらに備え、
前記オーバーロード確率算出部は、前記需要量分布算出部が算出した電力需要量の確率分布からオーバーロード確率を算出する
請求項２に記載の燃料電池制御システム。
【請求項６】
時刻毎の電力需要量の確率分布を格納する需要量分布格納部と、
現在から前記起動時間格納部が格納している起動時間後の電力需要量の確率分布を前記需要量分布格納部から取得する需要量分布取得部と
をさらに備え、
前記オーバーロード確率算出部は、前記需要量分布取得部が取得した電力需要量の確率分布からオーバーロード確率を算出する
請求項２に記載の燃料電池制御システム。
【請求項７】
燃料電池を起動させるために要する時間である起動時間を予め格納する起動時間格納段階と、
複数の前記燃料電池のうちで現在駆動している前記燃料電池によって発電可能な電力量の合計である総発電量を算出する総発電量算出段階と、
現在から、前記起動時間格納段階において格納されている起動時間後の電力需要量が、前記総発電量算出段階において算出された総発電量より大きくなる確率であるオーバーロード確率を算出するオーバーロード確率算出段階と、
前記オーバーロード確率算出段階において算出されたオーバーロード確率が、予め定められた確率である基準確率よりも大きい場合に、前記複数の燃料電池のうちで現在駆動していない少なくとも１つの前記燃料電池を起動させる起動制御段階と
を備える燃料電池制御方法。
【請求項８】
複数の燃料電池を制御する燃料電池制御システム用のプログラムであって、前記燃料電池制御システムを、
前記燃料電池を起動させるために要する時間である起動時間を予め格納する起動時間格納部、
複数の前記燃料電池のうちで現在駆動している前記燃料電池によって発電可能な電力量の合計である総発電量を算出する総発電量算出部、
現在から前記起動時間格納部が格納している起動時間後の電力需要量が、前記総発電量算出部が算出した総発電量より大きくなる確率であるオーバーロード確率を算出するオーバーロード確率算出部、
前記オーバーロード確率算出部が算出したオーバーロード確率が、予め定められた確率である基準確率よりも大きい場合に、前記複数の燃料電池のうちで現在駆動していない少なくとも１つの前記燃料電池を起動させる起動制御部
として機能させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム、燃料電池制御システム、燃料電池システム制御方法、及びプログラムに関する。特に本発明は、燃料電池を制御する燃料電池制御システム、当該燃料電池制御システムを備えた燃料電池システム、及び当該燃料電池制御システム用のプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池を電源として用いた分散型電源システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。このシステムでは、電力系統に接続された負荷の要求電力が燃料電池の発電電力を超えた場合、系統から電力が負荷に供給される。
【特許文献１】特開２００４-０３９５０６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
燃料電池が発電するためには、燃料電池に含まれる改質装置、燃料電池セル等の機器を動作温度にまで加温する必要がある。したがって、燃料電池が停止している状態から電力を供給し始めることができるまでには数十分程度の時間を要する。このため、例えば上記特許文献１のシステムにおいて、運転中の燃料電池による発電電力を要求電力が超えてから新たに燃料電池を駆動し始めた場合、発電電力が要求電力に達するまでに不足する量の電力を系統から供給を受ける必要がある。この場合、系統からの電力の供給コストが嵩んでしまう。このため、系統等外部から供給される電力量を削減することができ、かつ燃料電池から負荷に電力を安定的に供給することができるシステムが望まれている。
【０００４】
そこで本発明は、上記の課題を解決することができる燃料電池システム、燃料電池制御システム、燃料電池システム制御方法、及びプログラムを提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の形態における燃料電池システムは、複数の燃料電池と、燃料電池を起動させるために要する時間である起動時間を予め格納する起動時間格納部と、複数の燃料電池のうちで現在駆動している燃料電池によって発電可能な電力量の合計である総発電量を算出する総発電量算出部と、現在から起動時間格納部が格納している起動時間後の電力需要量が、総発電量算出部が算出した総発電量より大きくなる確率であるオーバーロード確率を算出するオーバーロード確率算出部と、オーバーロード確率算出部が算出したオーバーロード確率が、予め定められた確率である基準確率よりも大きい場合に、複数の燃料電池のうちで現在駆動していない少なくとも１つの燃料電池を起動させる起動制御部とを備える。
【０００６】
本発明の第２の形態における燃料電池制御システムは、燃料電池を起動させるために要する時間である起動時間を予め格納する起動時間格納部と、複数の燃料電池のうちで現在駆動している燃料電池によって発電可能な電力量の合計である総発電量を算出する総発電量算出部と、現在から起動時間格納部が格納している起動時間後の電力需要量が、総発電量算出部が算出した総発電量より大きくなる確率であるオーバーロード確率を算出するオーバーロード確率算出部と、オーバーロード確率算出部が算出したオーバーロード確率が、予め定められた確率である基準確率よりも大きい場合に、複数の燃料電池のうちで現在駆動していない少なくとも１つの燃料電池を起動させる起動制御部とを備える。
【０００７】
起動制御部は、燃料電池を新たに起動させた場合に、既に駆動している燃料電池の発電量の合計を低減させてよい。起動制御部は、既に駆動している燃料電池の発電量の合計を、新たに起動させた燃料電池の発電量の分だけ低減させてよい。
【０００８】
複数の日における電力需要量の変動履歴を格納する履歴格納部と、現在の時刻から所定範囲内の時刻の電力需要量が、現在の電力需要量から所定範囲内である少なくとも１つの変動履歴を履歴格納部から抽出する履歴抽出部と、履歴抽出部が抽出した変動履歴に基づいて、現在から起動時間格納部が格納している起動時間後の電力需要量の確率分布を算出する需要量分布算出部とをさらに備え、オーバーロード確率算出部は、需要量分布算出部が算出した電力需要量の確率分布からオーバーロード確率を算出してよい。
【０００９】
時刻毎の電力需要量の確率分布を格納する需要量分布格納部と、現在から起動時間格納部が格納している起動時間後の電力需要量の確率分布を需要量分布格納部から取得する需要量分布取得部とをさらに備え、オーバーロード確率算出部は、需要量分布取得部が取得した電力需要量の確率分布からオーバーロード確率を算出してよい。
【００１０】
本発明の第３の形態における燃料電池制御方法は、燃料電池を起動させるために要する時間である起動時間を予め格納する起動時間格納段階と、複数の燃料電池のうちで現在駆動している燃料電池によって発電可能な電力量の合計である総発電量を算出する総発電量算出段階と、現在から、起動時間格納段階において格納されている起動時間後の電力需要量が、総発電量算出段階において算出された総発電量より大きくなる確率であるオーバーロード確率を算出するオーバーロード確率算出段階と、オーバーロード確率算出段階において算出されたオーバーロード確率が、予め定められた確率である基準確率よりも大きい場合に、複数の燃料電池のうちで現在駆動していない少なくとも１つの燃料電池を起動させる起動制御段階とを備える。
【００１１】
本発明の第４の形態によると、複数の燃料電池を制御する燃料電池制御システム用のプログラムであって、燃料電池制御システムを、燃料電池を起動させるために要する時間である起動時間を予め格納する起動時間格納部、複数の燃料電池のうちで現在駆動している燃料電池によって発電可能な電力量の合計である総発電量を算出する総発電量算出部、現在から起動時間格納部が格納している起動時間後の電力需要量が、総発電量算出部が算出した総発電量より大きくなる確率であるオーバーロード確率を算出するオーバーロード確率算出部、オーバーロード確率算出部が算出したオーバーロード確率が、予め定められた確率である基準確率よりも大きい場合に、複数の燃料電池のうちで現在駆動していない少なくとも１つの燃料電池を起動させる起動制御部として機能させる。
【００１２】
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となりうる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、燃料電池の発電量が電力需要に対して将来不足することが予測される場合に、予め燃料電池を起動することができる燃料電池システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、発明の実施形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１５】
図１は、一実施形態に係る燃料電池システム１００のブロック構成の一例を示す。燃料電池システム１００は、燃料電池の発電効率が低くなることを防ぎつつ、安定的に電力を供給することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。燃料電池システム１００は、電力供給装置１１０、燃料電池制御システム１０２、及び電力負荷１０５を備える。電力供給装置１１０は、複数の燃料電池１２０及び蓄電池１２５を有する。燃料電池制御システム１０２は、総発電量算出部１３０、駆動判断部１３５、起動制御部１４０、起動時間格納部１５０、履歴格納部１６０、オーバーロード確率算出部１７０、非効率確率算出部１８０、最小発電量格納部１９０、最小発電量算出部１９２、発電効率格納部１９４、及び電力需要量提供部１６２を有する。電力需要量提供部１６２は、履歴抽出部１６３及び需要量分布算出部１６４を含む。燃料電池システム１００は、例えば集合住宅に設けられて、集合住宅の各戸に設けられた電力負荷１０５に電力及び熱を供給する。
【００１６】
燃料電池１２０は、集合住宅の複数の住戸毎に設けられ、各住戸に電力及び温水を供給する。そして、各住戸に設けられた複数の燃料電池１２０は、各住戸に設けられたいずれの電力負荷１０５にも電力を供給可能に設けられている。電力負荷１０５は、電力供給装置１１０から供給される電力を消費する。具体的には、電力負荷１０５は、燃料電池１２０が発電する電力及び蓄電池１２５から供給される電力を消費する。なお、電力負荷１０５は、電力会社等から供給される商用電力など、外部の電源から供給される電力を消費してもよい。燃料電池制御システム１０２は、電力負荷１０５が消費する電力量及び電力供給装置１１０が発電する電力量に基づいて、燃料電池１２０が発電する電力を制御する。
【００１７】
なお、燃料電池１２０は、例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、りん酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）等の、種々の形式の燃料電池を用いることができる。また、燃料電池１２０は、各住戸に供給される都市ガス、プロパンガス、灯油等を改質して水素ガスを生成する改質装置から供給される水素ガスを燃料として発電してよいし、外部から供給される水素ガスを燃料として発電してもよい。
【００１８】
起動時間格納部１５０は、燃料電池１２０を起動させるために要する時間である起動時間を予め格納する。例えば、起動時間格納部１５０は、複数の燃料電池１２０を識別する識別情報に対応づけて、複数の燃料電池１２０のそれぞれの起動時間を予め格納する。なお、複数の燃料電池１２０が略同一の起動時間を有する場合には、起動時間格納部１５０は一の起動時間を予め格納してよいことは言うまでもない。なお、起動時間とは、燃料電池１２０が起動するのに要する厳密な時間である必要はなく、起動するのに要する厳密な時間に多少の余裕を持たせた時間であってよい。つまり、起動時間とは、燃料電池１２０が停止状態から起動時間内に電力を供給し始めることができる時間であってよい。
【００１９】
駆動判断部１３５は、現在駆動している燃料電池１２０を判断する。例えば、駆動判断部１３５は、燃料電池１２０が駆動している場合に定期的に発せられる駆動信号を燃料電池１２０に対応づけて受信して、駆動信号を受信した燃料電池１２０を、現在駆動している燃料電池１２０として判断する。
【００２０】
総発電量算出部１３０は、複数の燃料電池１２０のうちで現在駆動している燃料電池１２０によって発電可能な電力量の合計である総発電量を算出する。具体的には、総発電量算出部１３０は、複数の燃料電池１２０のそれぞれの定格運転時の発電量を予め記憶しており、駆動判断部１３５が現在駆動していると判断した燃料電池１２０の定格運転時の発電量の合計値を、総発電量として算出する。
【００２１】
履歴格納部１６０は、複数の日における電力需要量の変動履歴を格納する。履歴格納部１６０は、例えば、現在から予め定められた日数だけ前の日から前日までにわたる複数の日における電力需要量の変動履歴を時刻毎に格納してよい。なお、電力需要量とは、電力負荷１０５によって消費される電力量であってよい。他にも、電力需要量とは、電力供給装置１１０から電力負荷１０５に供給される電力量であってよいし、複数の燃料電池１２０の全体から電力負荷１０５に供給される電力量であってもよい。
【００２２】
履歴抽出部１６３は、現在の時刻から所定範囲内の時刻の電力需要量が、現在の電力需要量から所定範囲内である少なくとも１つの変動履歴を履歴格納部１６０から抽出する。需要量分布算出部１６４は、履歴抽出部１６３が抽出した変動履歴に基づいて、現在から起動時間格納部１５０が格納している起動時間後の電力需要量の確率分布を算出する。なお、起動時間格納部１５０が格納している起動時間とは、新たに駆動する燃料電池１２０が定まっている場合には、その燃料電池１２０に対応づけて起動時間格納部１５０が格納している起動時間であってよいし、新たに駆動する燃料電池１２０が定まっていない場合には、駆動判断部１３５によって現在駆動されていると判断された燃料電池１２０以外の燃料電池１２０に対応づけて起動時間格納部１５０が格納している起動時間のうち、最大の起動時間であってよい。
【００２３】
そして、オーバーロード確率算出部１７０は、現在から起動時間格納部１５０が格納している起動時間後の電力需要量が、総発電量算出部１３０が算出した総発電量より大きくなる確率であるオーバーロード確率を算出する。具体的には、オーバーロード確率算出部１７０は、需要量分布算出部１６４が算出した電力需要量の確率分布からオーバーロード確率を算出する。そして、起動制御部１４０は、オーバーロード確率算出部１７０が算出したオーバーロード確率が、予め定められた確率である基準確率よりも大きい場合に、複数の燃料電池１２０のうちで現在駆動していない少なくとも１つの燃料電池１２０を起動させる。
【００２４】
そして、起動制御部１４０は、燃料電池１２０を新たに起動させた場合に、既に駆動している燃料電池１２０の発電量の合計を低減させる。具体的には、起動制御部１４０は、既に駆動している燃料電池１２０の発電量の合計を、新たに起動させた燃料電池１２０の発電量の分だけ低減させる。このとき、起動制御部１４０は、新たに起動させた燃料電池１２０の発電量を既に駆動している燃料電池１２０の数で除して得られる値だけ、既に駆動している燃料電池１２０のそれぞれの発電量を低減させてよい。
【００２５】
このように、燃料電池システム１００によると、現在から起動時間が経過したときのオーバーロード確率が予め定められた設計値を超えると予測される場合に、少なくとも１つの燃料電池１２０を予め起動する。したがって、燃料電池システム１００によると、電力負荷１０５に電力を安定的に供給することができる。また、燃料電池システム１００によると、電力需要量に対して過剰の電力供給能力を持つ数の燃料電池１２０を常に駆動しておく必要はないので、燃料電池１２０が低負荷で駆動される期間を削減することがでる。その結果、燃料電池システム１００では、燃料電池１２０を効率的に駆動することができる。
【００２６】
また、最小発電量格納部１９０は、燃料電池１２０の発電量が最大の場合の発電効率と実質的に同一の発電効率で発電することができる最小の発電量である最小発電量を格納する。具体的には、最小発電量格納部１９０は、最小発電量を、燃料電池１２０に対応づけて格納する。
【００２７】
具体的には、発電効率格納部１９４は、燃料電池１２０の発電量毎の発電効率を予め格納する。具体的には、発電効率格納部１９４は、燃料電池１２０に対応づけて、それぞれの燃料電池１２０の発電量毎の発電効率を予め格納する。そして、最小発電量算出部１９２は、発電効率格納部１９４が格納している燃料電池１２０の発電量毎の発電効率に基づいて、燃料電池１２０の最小発電量を算出する。例えば、最小発電量算出部１９２は、燃料電池１２０の発電効率が燃料電池１２０の最大発電効率に対して予め定められた比率以上の比率となる最小の発電量を、燃料電池１２０毎に算出する。他にも、最小発電量算出部１９２は、燃料電池１２０の発電効率が、燃料電池１２０の定格運転時の発電効率に対して予め定められた比率以上の比率となる最小の発電量を、燃料電池１２０毎に算出する。そして、最小発電量格納部１９０は、最小発電量算出部１９２が算出した燃料電池１２０の最小発電量を格納する。
【００２８】
そして、非効率確率算出部１８０は、複数の燃料電池１２０のうちで現在駆動している燃料電池１２０の最小発電量の合計が、現在から所定時間後の電力需要量より大きくなる確率である非効率確率を算出する。このとき、非効率確率算出部１８０は、需要量分布算出部１６４が算出した電力需要量の確率分布から非効率確率を算出する。具体的には、非効率確率算出部１８０は、現在駆動していると駆動判断部１３５が判断した燃料電池１２０に対応づけて最小発電量格納部１９０が格納する最小発電量の合計が、現在から所定時間後の電力需要量より大きくなる確率である非効率確率を、電力需要量の確率分布から算出する。
【００２９】
そして、起動制御部１４０は、非効率確率算出部１８０が算出した非効率確率が、予め定められた確率である基準確率よりも大きい場合に、複数の燃料電池１２０のうちで現在駆動している少なくとも１つの燃料電池１２０の駆動を停止させる。なお、起動制御部１４０は、燃料電池１２０の駆動を新たに停止させた場合に、駆動している燃料電池１２０の発電量の合計を増加させる。具体的には、起動制御部１４０は、駆動している燃料電池１２０の発電量の合計を、新たに停止させた燃料電池１２０の発電量の分だけ増加させる。このとき、起動制御部１４０は、新たに停止させた燃料電池１２０が発電していた発電量を、駆動し続ける燃料電池１２０の数で除して得られる値だけ、駆動しつづける燃料電池１２０のそれぞれの発電量を増加させてよい。
【００３０】
このように、燃料電池システム１００では、電力需要が急激に低下することが予測される場合等、燃料電池１２０の発電効率が非効率となる確率が予め定められた設計値を超えることが予測される場合には、少なくとも１つの燃料電池１２０を予め停止させることによって、燃料電池１２０の発電効率が著しく下がらないように制御することができる。したがって、燃料電池システム１００では、発電効率が著しく低くない発電量を発電している燃料電池１２０を多数維持するよう制御することができる。したがって、燃料電池システム１００では、燃料電池１２０の全体の発電効率を著しく低下させることなく、将来の電力需要量の増加に対処する余裕をそれぞれの燃料電池１２０に持たせることができる。したがって、燃料電池システム１００は、電力負荷１０５に安定的に電力を供給することができる。
【００３１】
図２は、１００戸の住戸を有する集合住宅における１日の電力需要量の時間発展の一例を示す。各戸における電力需要量は、場合によっては各戸に設けられた一の燃料電池１２０が供給することができる最大の電力供給量を超える場合もある。しかし、集合住宅全体における電力需要量は、各戸での電力需要量が平均化された結果、本図に示すように最大でも約８０ｋＷとなる。したがって、例えば定格１ｋＷの燃料電池１２０を各住戸に１台ずつ設ける設計例においては、全ての住戸の燃料電池１２０を終日駆動しておくことは発電効率の観点からして非効率的である。本図の時間発展例からは、最大でも約８０台の燃料電池１２０を駆動しておけば、電力が不足する可能性を著しく削減することができることが理解される。しかも、１／３程度の数の燃料電池１２０しか必要としない時間帯も存在する。このような時間帯においては、少数の燃料電池１２０を駆動することによって、より高い発電効率で燃料電池１２０を駆動することが望ましい。
【００３２】
このような電力需要量の時間変動に対して、起動制御部１４０は、複数の燃料電池１２０のうちのより多くの燃料電池１２０に発電させ、かつ発電している燃料電池１２０のそれぞれの発電量を最小発電量より大きく制御する。これにより、燃料電池１２０の発電効率が著しく低下することを防ぎつつ、将来の電力需要の増加に対応することができる数の燃料電池１２０を駆動状態にしておくことができる。また、燃料電池制御システム１０２では、電力需要量が急激に増加する場合に備えて、燃料電池１２０の起動に要する時間だけ後の電力需要量を逐次予測される。そして、起動制御部１４０は、起動時間後にオーバーロードとなる確率が高い場合には、予め燃料電池１２０を起動しておく。これにより、燃料電池システム１００では、安定的かつ効率的に電力を電力負荷１０５に供給される。なお、燃料電池システム１００が含む燃料電池１２０の数は、燃料電池システム１００を備える集合住宅の全戸数より少なくてよい。
【００３３】
図３は、オーバーロード確率が設計値を超えないように燃料電池制御システム１０２が燃料電池１２０を制御する制御フローの一例を示す。需要量分布算出部１６４は、現在から起動時間だけ後の電力需要量の確率分布を算出する（Ｓ３０２）。そして、総発電量算出部１３０は、現在駆動している燃料電池１２０の最大発電量（例えば、定格運転時の発電量の合計値）Ｐｇｍａｘを算出する（Ｓ３０４）。そして、オーバーロード確率算出部１７０は、Ｓ３０２において算出された電力需要量の確率分布から、電力需要量がＰｇｍａｘを超える確率ｐαを算出する（Ｓ３０６）。そして、起動制御部１４０は、ｐαが基準確率αより大きいか否かを判断する（Ｓ３０８）。なお、基準確率αは、例えば燃料電池システム１００を備える集合住宅の事業者が自由に設定することができる。
【００３４】
起動制御部１４０は、Ｓ３０８においてＰαが基準確率αより大きいと判断される場合には、駆動していない燃料電池１２０を新たに駆動させ（Ｓ３１０）、処理を終了する。また、起動制御部１４０は、Ｓ３０８においてＰαが基準確率αより小さいと判断される場合には、燃料電池１２０を新たに駆動させることなく処理を終了する。なお、Ｓ３１０においては、起動制御部１４０は、所定の期間だけ後の予想される電力需要量に応じて、新たに駆動する燃料電池１２０の台数を決定してもよい。また、Ｓ３１０において１台新たに駆動した後に、Ｓ３０４に処理を移行させて、新たに駆動させた後の燃料電池１２０から算出されるＰｇｍａｘに応じて、Ｓ３０６以降の処理を実行してよい。
【００３５】
なお、燃料電池システム１００は、それぞれの燃料電池１２０が生成した温水をそれぞれ貯湯する複数の貯湯槽を有してよい。それぞれの貯湯槽に貯湯された温水は、それぞれ各戸に供給される。そして、Ｓ３１０において、起動制御部１４０は、現在駆動していない燃料電池１２０のうち、貯湯量がより少ない貯湯槽に温水を供給する燃料電池１２０を、新たに起動させる燃料電池１２０としてより優先的に選択してもよい。他にも、Ｓ３１０において起動制御部１４０は、現在駆動していない燃料電池１２０のうち、各戸における温水の需要量に対する貯湯量の比がより小さい貯湯槽に温水を供給する燃料電池１２０を、新たに起動させる燃料電池１２０としてより優先的に選択してもよい。
【００３６】
図４は、履歴格納部１６０が格納している電力需要量の変動履歴４００〜４０３の一例を示す。電力需要量の変動履歴４００〜４０３は、それぞれ１日における電力需要量の変動履歴を示し、履歴格納部１６０は、このような変動履歴を所定の日数分格納している。
【００３７】
そして、履歴抽出部１６３は、総発電量算出部１３０が現在（本図においては、１８時）において算出した電力需要量から、変動履歴によって示される電力需要量が所定範囲内にある変動履歴（例えば、４０１、４０２、４０３等）を選択する。そして、需要量分布算出部１６４は、選択したそれぞれの変動履歴から、燃料電池１２０の起動時間だけ現在から後の電力需要量を特定して、その時刻における電力需要量の分布を算出する。これにより、需要量分布算出部１６４は、算出した電力需要量の分布から、電力需要量の確率分布を算出することができる。
【００３８】
図５は、需要量分布算出部１６４が算出した電力需要量の確率分布の一例を示す。総発電量算出部１３０は、現在駆動している燃料電池１２０の定格における発電量の合計を、総発電量として算出する。そして、オーバーロード確率算出部１７０は、電力需要量の確率分布において当該総発電量以上の領域の面積を、オーバーロード確率ｐαとして算出する。以上図４及び５に関連して説明したように、オーバーロード確率算出部１７０は、現在と略同一の時刻において、現在の電力需要量に近い電力需要量を示す変動履歴から、オーバーロード確率を適切に算出することができる。そして、起動制御部１４０は、現在停止している燃料電池１２０の中からいずれかの燃料電池１２０を現在から起動すべきであるか否かを適切に決定することができる。
【００３９】
なお、履歴格納部１６０は、複数の日のそれぞれにおける代表的な温度、湿度、気圧、天候等の環境情報に対応づけて、それぞれの日における電力需要量の変動履歴を時刻毎に格納してもよい。他にも、履歴格納部１６０は、複数の日のそれぞれを含む季節を示す季節情報に対応づけて、それぞれの日における電力需要量の変動履歴を時刻毎に格納してもよい。そして、履歴抽出部１６３は、当日の環境情報と所定の範囲内で一致する環境情報に対応づけて履歴格納部１６０が格納する変動履歴、又は現在の季節情報と所定の範囲内で一致する季節情報に対応づけて履歴格納部１６０が格納する変動履歴を抽出してよい。これにより、需要量分布算出部１６４は、当日の環境情報、季節情報と類似する環境情報、季節情報を持つ変動履歴から、電力需要の確率分布を適切に算出することができる。なお、履歴格納部１６０は、時刻毎の環境情報に対応づけて、時刻毎の電力需要量を示す変動履歴を格納してよい。そして、履歴抽出部１６３は、現在の時刻における環境情報と所定の範囲内で一致する環境情報に対応づけて、履歴格納部１６０が当該時刻又は当該時刻から所定の範囲内の時刻おいて格納している電力需要量を示す変動履歴を抽出してもよい。
【００４０】
図６は、非効率確率が設計値を超えないように燃料電池制御システム１０２が燃料電池１２０を制御する制御フローの一例を示す。需要量分布算出部１６４は、現在から所定の時間だけ後の電力需要量の確率分布を算出する（Ｓ６０２）。そして、最小発電量算出部１９２は、現在駆動している燃料電池１２０による最小発電量の合計Ｐｇｍiｎを算出する（６０４）。そして、非効率確率算出部１８０は、Ｓ６０２において算出された電力需要量の確率分布から、Ｐｇｍiｎが電力需要量より大きくなる確率ｐβを算出する（Ｓ６０６）。そして、起動制御部１４０は、ｐβが基準確率βより大きいか否かを判断する（６３０８）。なお、基準確率βは、例えば燃料電池システム１００を備える集合住宅の事業者が自由に設定することができる。
【００４１】
そして、起動制御部１４０は、Ｓ６０８においてｐβが基準確率βより大きいと判断される場合には、現在駆動している燃料電池１２０を１台停止させ（Ｓ６１０）、処理を終了する。また、起動制御部１４０は、Ｓ６０８においてｐβが基準確率βより小さいと判断される場合には、燃料電池１２０を新たに停止させることなく処理を終了する。なお、Ｓ６１０においては、起動制御部１４０は、所定の期間だけ後の時刻において予想される電力需要量の分布に応じて、停止させる燃料電池１２０の数を決定してもよい。また、Ｓ６１０において１台停止させた後に、Ｓ６０４に処理を移行させて、停止させた後の燃料電池１２０から算出されるＰｇｍiｎに応じて、Ｓ６０６以降の処理を実行してよい。
【００４２】
なお、Ｓ６１０において、起動制御部１４０は、現在駆動している燃料電池１２０のうち、貯湯量がより多い貯湯槽に温水を供給する燃料電池１２０を、停止させる燃料電池１２０としてより優先的に選択してもよい。他にも、Ｓ６１０において起動制御部１４０は、現在駆動している燃料電池１２０のうち、各戸における温水の需要量に対する貯湯量の比がより大きい貯湯槽に温水を供給する燃料電池１２０を、停止させる燃料電池１２０としてより優先的に選択してもよい。
【００４３】
図７は、発電効率格納部１９４が格納している一の燃料電池１２０における発電効率の一例を示す。発電効率格納部１９４は、定格出力に対する比率毎に、発電効率を格納する。本図に示すように、発電量が低下するにつれて発電効率が低下する。これは、例えば発電量が低下すると、改質装置における発熱量、燃料電池セルにおける電池反応に伴う発熱量に比べて、改質装置・燃料電池セルスタック等からの熱ロスの割合が増加することによる。このため、改質装置の各種触媒温度を一定に保ち、改質用の水蒸気を作るために、改質装置のバーナの燃焼量の割合（発電量に対するバーナ熱量比）が増加する。つまり、発電量に比べてバーナ熱量の比率が増加するので、発電量が低下するにつれて発電効率が低下していく。しかし、本図の例に示すように、出力比が約５０％以上の範囲においては、熱ロスに比べて発熱量に余裕があるので、バーナ燃料の割合をほぼ一定に保つことができる。したがって、本図の例では、出力が約５０％以上における発電効率は最大の発電効率と実質的に同一といえる。
【００４４】
最小発電量算出部１９２は、このような最大の発電効率と実質的に同一となる発電効率を予め格納してもよい。他にも最小発電量算出部１９２は、発電効率が最大の発電効率に対して予め定められた比率以上の比率となる発電量を、最小発電量として予め格納してもよい。また、最小発電量算出部１９２は、燃料電池１２０の発電量、駆動時間、起動・停止の繰り返し回数、発電量の変動履歴等の運転履歴に応じて、発電量毎の発電効率を算出して格納してもよい。他にも、最小発電量算出部１９２は、所定の時間だけ前から現在までにわたる運転実績から、燃料電池１２０の実際の発電効率を計測して格納してもよい。そして、最小発電量算出部１９２は、それぞれの燃料電池１２０の最小発電量（本図の例では、出力比で約５０％）を算出する。
【００４５】
図８は、需要量分布算出部１６４が算出した電力需要量の確率分布の一例を示す。本電力需要量の確率分布は、図４に関連して説明した電力需要量の確率分布と同じである。ここで、非効率確率算出部１８０は、電力需要量の確率分布において、最小発電量格納部１９０が格納している最小発電量以下の領域の面積を、非効率確率ｐβとして算出する。このように、非効率確率算出部１８０は、現在と略同一の時刻において、現在の電力需要量に近い電力需要量を示す変動履歴から、非効率確率を適切に算出することができる。そして、起動制御部１４０は、駆動中の燃料電池１２０の中からいずれかの燃料電池１２０を現在停止すべきであるか否かを適切に決定することができる。
【００４６】
図９は、電力需要量提供部１６２の他の構成例を示す。電力需要量提供部１６２は、需要量分布格納部１６５及び需要量分布取得部１６６を含む。需要量分布格納部１６５は、時刻毎の電力需要量の確率分布を格納する。具体的には、需要量分布格納部１６５は、履歴格納部１６０が格納している複数の日における電力需要量の時刻毎の変動履歴から、時刻毎の電力需要量の確率分布を算出する。
【００４７】
そして、需要量分布取得部１６６は、現在から起動時間格納部１５０が格納している起動時間後の電力需要量の確率分布を、需要量分布格納部１６５から取得する。そして、オーバーロード確率算出部１７０は、需要量分布取得部１６６が取得した電力需要量の確率分布からオーバーロード確率を算出する。また、需要量分布取得部１６６は、現在から所定時間後の電力需要量の確率分布を、需要量分布格納部１６５から取得する。そして、非効率確率算出部１８０は、需要量分布取得部１６６が取得した電力需要量の確率分布から非効率確率を算出する。
【００４８】
図１０は、需要量分布格納部１６５が格納している確率分布の一例を示す。需要量分布格納部１６５は、図４に関連して説明した変動履歴から、複数の日のそれぞれの電力需要量を時刻毎に抽出して、時刻毎に電力需要量の分布を算出する。そして、需要量分布格納部１６５は、時刻における電力需要量の分布から、電力需要量の確率分布を時刻毎に算出する。本図では、一例として６時、９時、及び２２時における確率分布の一例が示されている。そして、図５及び図８に関連して説明したのと同様の方法によって、オーバーロード確率算出部１７０及び非効率確率算出部１８０は、需要量分布取得部１６６によって決定された確率分布からそれぞれオーバーロード確率ｐα及び非効率確率ｐβを算出することができる。
【００４９】
以上説明したように、燃料電池システム１００によると、それぞれの燃料電池１２０がさらに発電量を増加させることができる余地を残しつつ、効率が著しく低下しない範囲の発電量で電力を供給し続けることができる。このため、駆動中の燃料電池１２０の出力をさらに増加させる余地が残っているので、電力需要量の増加に容易に対応することができる。したがって、燃料電池１２０を新たに駆動する状況が生じる確率を削減することができる。また、電力が不足する時に電力負荷１０５に電力を供給する蓄電池１２５の蓄電容量を削減することができる。また、燃料電池システム１００では、燃料電池１２０の起動に要する時間だけ後の電力需要量を適切に予測することができるので、将来の電力需要量が著しく増加することによって駆動する燃料電池１２０の数を増加させる必要がある場合に、燃料電池１２０を予め駆動しておくことができる。したがって、燃料電池システム１００は、電力負荷１０５に効率的かつ安定的に電力を供給することができる。
【００５０】
図１１は、本実施形態に係る燃料電池制御システム１０２のハードウェア構成の一例を示す。燃料電池制御システム１０２は、ホスト・コントローラ１５８２により相互に接続されるＣＰＵ１５０５、ＲＡＭ１５２０、グラフィック・コントローラ１５７５、及び表示装置１５８０を有するＣＰＵ周辺部と、入出力コントローラ１５８４によりホスト・コントローラ１５８２に接続される通信インターフェイス１５３０、ハードディスクドライブ１５４０、及びＣＤ−ＲＯＭドライブ１５６０を有する入出力部と、入出力コントローラ１５８４に接続されるＲＯＭ１５１０、フレキシブルディスク・ドライブ１５５０、及び入出力チップ１５７０を有するレガシー入出力部とを備える。
【００５１】
ホスト・コントローラ１５８２は、ＲＡＭ１５２０と、高い転送レートでＲＡＭ１５２０をアクセスするＣＰＵ１５０５、及びグラフィック・コントローラ１５７５とを接続する。ＣＰＵ１５０５は、ＲＯＭ１５１０、及びＲＡＭ１５２０に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。グラフィック・コントローラ１５７５は、ＣＰＵ１５０５等がＲＡＭ１５２０内に設けたフレーム・バッファ上に生成する画像データを取得し、表示装置１５８０上に表示させる。これに代えて、グラフィック・コントローラ１５７５は、ＣＰＵ１５０５等が生成する画像データを格納するフレーム・バッファを、内部に含んでもよい。
【００５２】
入出力コントローラ１５８４は、ホスト・コントローラ１５８２と、比較的高速な入出力装置であるハードディスクドライブ１５４０、通信インターフェイス１５３０、ＣＤ−ＲＯＭドライブ１５６０を接続する。ハードディスクドライブ１５４０は、ＣＰＵ１５０５が使用するプログラム、及びデータを格納する。通信インターフェイス１５３０は、ネットワーク通信装置１５９８に接続してプログラムまたはデータを送受信する。ＣＤ−ＲＯＭドライブ１５６０は、ＣＤ−ＲＯＭ１５９５からプログラムまたはデータを読み取り、ＲＡＭ１５２０を介してハードディスクドライブ１５４０、及び通信インターフェイス１５３０に提供する。
【００５３】
また、入出力コントローラ１５８４には、ＲＯＭ１５１０と、フレキシブルディスク・ドライブ１５５０、及び入出力チップ１５７０の比較的低速な入出力装置とが接続される。ＲＯＭ１５１０は、燃料電池制御システム１０２が起動時に実行するブート・プログラムや、燃料電池制御システム１０２のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。フレキシブルディスク・ドライブ１５５０は、フレキシブルディスク１５９０からプログラムまたはデータを読み取り、ＲＡＭ１５２０を介してハードディスクドライブ１５４０、及び通信インターフェイス１５３０に提供する。入出力チップ１５７０は、フレキシブルディスク・ドライブ１５５０や、例えばパラレル・ポート、シリアル・ポート、キーボード・ポート、マウス・ポート等を介して各種の入出力装置を接続する。
【００５４】
ＣＰＵ１５０５が実行するプログラムは、フレキシブルディスク１５９０、ＣＤ−ＲＯＭ１５９５、またはＩＣカード等の記録媒体に格納されて利用者によって提供される。記録媒体に格納されたプログラムは圧縮されていても非圧縮であってもよい。プログラムは、記録媒体からハードディスクドライブ１５４０にインストールされ、ＲＡＭ１５２０に読み出されてＣＰＵ１５０５により実行される。
【００５５】
ＣＰＵ１５０５により実行されるプログラムは、燃料電池制御システム１０２を、図１から図１０に関連して説明した電力供給装置１１０及び燃料電池制御システム１０２として機能させる。また、当該プログラムは、燃料電池制御システム１０２を、図１から図１０に関連して説明した総発電量算出部１３０、駆動判断部１３５、起動制御部１４０、起動時間格納部１５０、履歴格納部１６０、オーバーロード確率算出部１７０、非効率確率算出部１８０、最小発電量格納部１９０、最小発電量算出部１９２、発電効率格納部１９４、及び電力需要量提供部１６２として機能させる。また、当該プログラムは、電力需要量提供部１６２を、図１から図８に関連して説明した履歴抽出部１６３及び需要量分布算出部１６４、又は図９及び図１０に関連して説明した需要量分布格納部１６５及び需要量分布取得部１６６として機能させる。
【００５６】
以上に示したプログラムは、外部の記憶媒体に格納されてもよい。記憶媒体としては、フレキシブルディスク１５９０、ＣＤ−ＲＯＭ１５９５の他に、ＤＶＤやＰＤ等の光学記録媒体、ＭＤ等の光磁気記録媒体、テープ媒体、ＩＣカード等の半導体メモリ等を用いることができる。また、専用通信ネットワークやインターネットに接続されたサーバシステムに設けたハードディスクまたはＲＡＭ等の記憶装置を記録媒体として使用し、ネットワークを介してプログラムを燃料電池制御システム１０２に提供してもよい。
【００５７】
以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることができる。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】一実施形態に係る燃料電池システム１００のブロック構成の一例を示す図である。
【図２】集合住宅における１日の電力需要量の時間発展の一例を示す図である。
【図３】電力供給システムの構成の一例を示す図である。
【図４】履歴格納部１６０が格納している電力需要量の変動履歴の一例を示す図である。
【図５】需要量分布算出部１６４が算出した電力需要量の確率分布の一例を示す図である。
【図６】燃料電池制御システム１０２の制御フローの一例を示す図である。
【図７】燃料電池１２０における発電効率の一例を示す図である。
【図８】需要量分布算出部１６４が算出した電力需要量の確率分布の一例を示す図である。
【図９】電力需要量提供部１６２の他の構成例を示す図である。
【図１０】需要量分布格納部１６５が格納している確率分布の一例を示す図である。
【図１１】燃料電池制御システム１０２のハードウェア構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１００  燃料電池システム
１０５  電力負荷
１１０  電力供給装置
１２０  燃料電池
１２５  蓄電池
１３０  総発電量算出部
１３５  駆動判断部
１４０  起動制御部
１５０  起動時間格納部
１６０  履歴格納部
１６２  電力需要量提供部
１６３  履歴抽出部
１６４  需要量分布算出部
１６５  需要量分布格納部
１６６  需要量分布取得部
１７０  オーバーロード確率算出部
１８０  非効率確率算出部
１９０  最小発電量格納部
１９２  最小発電量算出部
１９４  発電効率格納部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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