(57)【要約】      （修正有）【課題】エネルギーを効率的に利用して、燃料電池の利用を最適化する燃料電池電力供給システム及び方法を提供する。【解決手段】燃料電池電力供給システム１は、ユーティリティバスを介して公益エネルギー供給源及び負荷に電気的に接続され、インバータ１５、燃料電池１１及び予備電池１３を備える。燃料電池はユーティリティバスへ電気エネルギーを提供し、制御ユニット１２により、負荷３が必要とする電力が燃料電池の出力電力より大きいか否かが判断される。判断条件が満たされた場合には、インバータが作動し、インバータの出力電力は、負荷の必要とする電力と燃料電池の出力電力との差に等しい。【選択図】図１
2016007096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーティリティバスを介して公益エネルギー供給源と負荷とに電気的に接続され、
インバータ、燃料電池、及び予備電池を備え、
前記燃料電池が、前記ユーティリティバスに電気的に接続され、
前記インバータが、前記予備電池と前記ユーティリティバスとに電気的に接続されている、
燃料電池電力供給システムのインバータの制御方法であって、以下のステップ：
ステップ（ａ）：前記燃料電池から前記ユーティリティバスへ電気エネルギーを提供し、
ステップ（ｂ）：前記負荷の必要とする電力が前記燃料電池の出力電力より大きいか否かを判断し、
ステップ（ｃ）：前記ステップ（ｂ）の判断条件が満たされた場合には、前記インバータが作動され、前記インバータの出力電力が前記負荷の必要とする電力と前記燃料電池の出力電力との差に等しい、
を含む、制御方法。
【請求項２】
請求項１の制御方法であって、前記ステップ（ｂ）の判断条件が満たされない場合には、
ステップ：前記インバータを停止して、前記負荷への電力供給が前記燃料電池から完全になされる
をさらに含む制御方法。
【請求項３】
請求項１の制御方法であって、前記ステップ（ｃ）の後に、
ステップ（ｃ１）：前記インバータの出力電力が、最小許容電力レベルより小さいか否かを判断する
をさらに含む制御方法。
【請求項４】
請求項３の制御方法であって、前記ステップ（ｃ１）の判断条件が満たされた場合には、
ステップ（ｃ２）：インバータを停止する
をさらに含む制御方法。
【請求項５】
請求項４の制御方法であって、前記ステップ（ｃ２）において、前記負荷の必要とする電力が前記燃料電池及び前記公益エネルギー供給源から供給される、制御方法。
【請求項６】
請求項３の制御方法であって、前記ステップ（ｃ１）の判断条件が満たされない場合には、
ステップ（ｃ３）：インバータの動作状態を維持する
をさらに含む制御方法。
【請求項７】
請求項１の制御方法であって、
前記燃料電池電力供給システムがさらに充電ユニットを備え、
前記充電ユニットが前記ユーティリティバス及び前記予備電池とに電気的に接続され、
出力交流電力が前記ユーティリティバスを介して前記燃料電池電力供給システムから負荷へ出力され、
前記充電ユニットにより、前記ユーティリティバスからの出力交流電力の一部が充電エネルギーへ変換されて、当該充電エネルギーにより前記予備電池が充電される、
制御方法。
【請求項８】
請求項７の制御方法であって、前記充電ユニットの出力電力が最小電力レベルより大きい、
制御方法。
【請求項９】
請求項７の制御方法であって、
前記燃料電池電力供給システムがさらに制御ユニットを備え、
前記制御ユニットが、前記燃料電池、前記予備電池、前記充電ユニット、前記インバータ、及び前記負荷と信号による通信状態にあることによって、当該燃料電池、当該予備電池、当該充電ユニット、及び当該インバータの動作を制御する、
制御方法。
【請求項１０】
ユーティリティバスを介して公益エネルギー供給源及び負荷に電気的に接続され、
充電ユニット、燃料電池、及び予備電池を備え、
前記燃料電池が、前記ユーティリティバスに電気的に接続され、
前記充電ユニットが、前記予備電池及び前記ユーティリティバスに電気的に接続されている、
燃料電池電力供給システムの充電ユニットの制御方法であって、以下のステップ：
ステップ（ａ）：前記燃料電池から前記ユーティリティバスへ電気エネルギーを提供し、
ステップ（ｂ）：前記燃料電池の出力電力が前記負荷の必要とする電力より大きいか否かを判断し、
ステップ（ｃ）：前記ステップ（ｂ）の判断条件が満たされた場合には、前記充電ユニットの出力電力が上げられ、前記充電ユニットの出力電力が前記燃料電池の出力電力と前記負荷の必要とする電力との差に等しい、
を含む、制御方法。
【請求項１１】
請求項１０の制御方法であって、前記ステップ（ｂ）の判断条件が満たされない場合には、
ステップ（ｄ）：前記充電ユニットの出力電力を最小電力レベルで維持する
をさらに含む、制御方法。
【請求項１２】
請求項１１の制御方法であって、前記ステップ（ｄ）において、前記充電ユニットにより最小電力レベルにおいて前記公益エネルギー供給源からの交流電力が充電エネルギーへ変換され、当該充電エネルギーにより前記予備電池が充電される、
制御方法。
【請求項１３】
請求項１２の制御方法であって、
前記燃料電池電力供給システムが、インバータをさらに備え、
前記インバータが、前記予備電池及び前記ユーティリティバスに電気的に接続され、
前記インバータが、前記制御ユニットと信号による通信状態にあり、
前記制御ユニットの制御下において、前記インバータにより前記予備電池からの電池エネルギーが選択的に予備交流電力へ変換され、
前記予備交流電力が、前記ユーティリティバスへ送られる、
制御方法。
【請求項１４】
請求項１３の制御方法であって、前記ステップ（ｄ）において、前記負荷の必要とする電力が前記燃料電池の最大電力レベルに達すると、前記インバータが作動されて前記充電ユニットの出力電力が最小電力レベルに保たれる、
制御方法。
【請求項１５】
ユーティリティバスを介して公益エネルギー供給源及び負荷に電気的に接続され且つ出力交流電力を前記負荷へ出力する燃料電池電力供給システムであって、
予備電池、
前記ユーティリティバスに電気的に接続されることにより当該ユーティリティバスへ第一交流電力を出力する燃料電池、
前記ユーティリティバス及び前記予備電池に電気的に接続されているインバータ、
前記ユーティリティバス及び前記予備電池に電気的に接続されている充電ユニット、及び
前記予備電池、前記燃料電池、前記充電ユニット、前記インバータ、及び前記負荷と信号による通信状態にある制御ユニット
を備え、
前記インバータにより前記予備電池からの電池エネルギーが選択的に予備交流電力へ変換され、当該予備交流電力が前記ユーティリティバスへ送られ、
前記充電ユニットにより、前記ユーティリティバスからの出力交流電力の一部が充電エネルギーへ変換され、当該充電エネルギーにより前記予備電池が充電され、
前記制御ユニットの制御下において、前記インバータが選択的に作動又は停止され、前記燃料電池の出力電力と前記負荷の必要とする電力との間の比較結果に対応して前記充電ユニットの出力電力が調整される、
燃料電池電力供給システム。
【請求項１６】
請求項１５の燃料電池電力供給システムであって、前記負荷の必要とする電力が前記燃料電池の出力電力より大きい場合には、前記制御ユニットの制御下において前記インバータが作動され、前記インバータの出力電力が前記負荷の必要とする電力と前記燃料電池の出力電力との差に等しい、
燃料電池電力供給システム。
【請求項１７】
請求項１５の燃料電池電力供給システムであって、前記負荷の必要とする電力が、前記燃料電池の出力電力より小さいか等しい場合には、前記制御ユニットの制御下において前記インバータが停止され、前記負荷への電力の供給が前記燃料電池により完全になされる、
燃料電池電力供給システム。
【請求項１８】
請求項１５の燃料電池電力供給システムであって、前記燃料電池の出力電力が前記負荷の必要とする電力より大きい場合には、前記制御ユニットの制御下において前記充電ユニットの出力電力が上げられ、前記充電ユニットの出力電力が前記燃料電池の出力電力と前記負荷の必要とする電力との差と等しい、
燃料電池電力供給システム。
【請求項１９】
請求項１５の燃料電池電力供給システムであって、前記燃料電池の出力電力が前記負荷の必要とする電力より小さいか等しい場合には、前記充電ユニットの出力電力が最小電力レベルに維持される、
燃料電池電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力供給システム及び制御方法に関し、より具体的には燃料電池電力供給システムならびに燃料電池電力供給システムのインバータ及び充電ユニットの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護への意識が高っていることから、再生可能エネルギーへの要求が増している。一般的な再生可能エネルギーシステムには、例えば、太陽エネルギーシステム、風力発電システム、燃料電池電力供給システム等が含まれる。例えば、燃料電池電力供給システムは酸素との化学反応を通じて燃料の化学エネルギーを電気エネルギーへ変換する。そして、電力変換装置を用いて電気エネルギーを負荷に必要な電力へ変換したり、電気エネルギーをさらに交流電力へ変換したりする。交流電力は、公益エネルギーシステムのユーティリィバスに送電されてもよい。
【０００３】
一般的に、再生可能エネルギー供給システムはその機能に従っていくつかのタイプに分類される。すなわち、独立型再生可能エネルギー供給システム、グリッド−接続型再生可能エネルギー供給システム、及びハイブリッド再生可能エネルギー供給システムである。独立型再生可能エネルギー供給システムは、予備電池を使用する。再生可能エネルギーが十分である場合には、再生可能エネルギーは電気エネルギーへ変換されて負荷へ供給され、余剰の電気エネルギーは予備電池へ供給されて予備電池が充電される。これに対し、負荷へ電気エネルギーを提供するのに再生可能エネルギーが不十分である場合には、予備電池から負荷へ電気エネルギーが提供され得る。グリッド−接続型再生可能エネルギー供給システムにおいては、再生可能エネルギーと電力会社から提供される公益エネルギーが互いに並列に接続されている。再生可能エネルギーが十分である場合には、再生可能エネルギーは電気エネルギーへ変換されて負荷へ供給され、余剰の電気エネルギーは電力会社へ送電される。これに対し、負荷において消費される電気エネルギーが再生可能エネルギーから提供される電気エネルギーより大きいか、又は負荷へ電気エネルギーを提供するのに再生可能エネルギーが十分でない場合には、公益エネルギーから負荷へ電気エネルギーが提供される。ハイブリッド再生可能エネルギー供給システムは、再生可能エネルギー、公益エネルギー供給源、及び予備電池を協同的に使用する。日中であるか暗い夜中であるか、又は公益エネルギー供給源が正常でないかに関わらず、公益エネルギー供給源、再生可能エネルギー及び／又は予備電池は負荷へ電気エネルギーを提供し得る。換言すると、ハイブリッド再生可能エネルギー供給システムは独立型再生可能エネルギー供給システムとグリッド−接続型再生可能エネルギー供給システムの利点を有している。
【０００４】
さらに、太陽エネルギーシステム及び風力発電システムと比較した場合に、燃料電池電力供給システムの原料は入手が容易であり、環境条件（例：太陽光、日中であるか夜であるか、又は風力）が燃料電池電力供給システムへ及ぼす影響は小さい。さらに、燃料電池の反応生成物は水であるため、燃料電池電力供給システムによる環境汚染は比較的少ない。従って、ハイブリッド型燃料電池電力供給システムが次第に採用されつつある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来型の燃料電池電力供給システムは、燃料電池、充電ユニット、インバータ、及び予備電池から構成される。燃料電池によって、酸素との学反応を通じて燃料の化学エネルギーが電気エネルギーへ変換され、化学エネルギーが第一交流電力へ変換される。第一交流電力は、ユーティリティバスへ送られることによりユーティリティバスに接続された負荷へ電力を提供する。燃料の枯渇により燃料電池が停止している場合には、燃料電池は第一交流電力を出力することが出来ない。このような状況においては、インバータにより予備電池からの電気エネルギーが第二交流電力へ変換される。従って、第二交流電力がユーティリティバスへ送られて負荷へ電力を提供する。充電ユニットによってユーティリティバスからの電気エネルギーの一部が定電力電気エネルギーへ変換されて、これにより予備電池が充電される。
【０００６】
しかしながら、従来型の燃料電池電力供給システムにはまだいくつかの問題がある。例えば、燃料電池が停止されて電気エネルギーを供給できない場合にのみ、インバータが作動されて予備電池からの電気エネルギーを第二交流電力へ変換する。つまり、燃料電池の出力電力が負荷の必要とする電力より低くても、インバータは作動されず、よってインバータは負荷へ追加の出力電力を提供することが出来ない。さらに、充電ユニットは、ユーティリティバスからの電気エネルギーを定電力電気エネルギーへ変換して予備電池を充電する際、固定された量の電気エネルギーしか変換出来ない。つまり、燃料電池の出力電力が負荷の必要とする電力より大きい場合であっても、充電ユニットは燃料電池からの余剰エネルギーを充電エネルギーへ変換して予備電池を充電することが出来ない。前述のように、従来型の燃料電池電力供給システムのインバータと充電ユニットの利用効率は十分でない。さらに、インバータと充電ユニットの動作は、燃料電池の出力電力の大きさとは無関係である。従来型の燃料電池電力供給システムはエネルギーを効率的に利用出来ないため、燃料電池の利用が最適化されていない。
【０００７】
従って、前述の問題を解消するために、燃料電池電力供給システムならびに燃料電池電力供給システムのインバータ及び充電ユニットの制御方法の提供が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、燃料電池電力供給システムならびに燃料電池電力供給システムのインバータ及び充電ユニットの制御方法を提供する。負荷の必要とする電力が燃料電池の出力電力より大きくなると、インバータが作動される。従って、燃料電池の出力電力の不足分がインバータの出力電力により補てんされる。他方、燃料電池の出力電力が負荷の必要とする電力より大きくなると、燃料電池の余剰電気エネルギーは充電ユニットへ送られ、そして充電ユニットの出力電力が上げられて予備電池が充電される。燃料電池の出力電力の大きさに応じてインバータ及び充電ユニットの動作がダイナミックに調整されるため、インバータ及び充電ユニットの利用効率が向上し、電力損失が低減される。
【０００９】
本発明の一の側面によれば、燃料電池電力供給システムのインバータの制御方法が提供される。燃料電池電力供給システムは、ユーティリティバスを介して公益エネルギー供給源と負荷とに電気的に接続されている。燃料電池電力供給システムは、インバータ、燃料電池、及び予備電池から構成される。燃料電池は、ユーティリティバスに電気的に接続されている。インバータは、予備電池とユーティリティバスとに電気的に接続されている。本制御方法は、次のステップを有する。先ず、ステップ（ａ）において、燃料電池はユーティリティバスへ電気エネルギーを提供する。そして、ステップ（ｂ）を実行することにより負荷の必要とする電力が燃料電池の出力電力より大きいか否かが判断される。ステップ（ｃ）において、ステップ（ｂ）の判断条件が満たされた場合には、インバータが作動される。ここで、インバータの出力電力は負荷の必要とする電力と燃料電池の出力電力との差に等しい。
【００１０】
本発明の別の側面によれば、燃料電池電力供給システムの充電ユニットの制御方法が提供される。燃料電池電力供給システムは、ユーティリティバスを介して公益エネルギー供給源と負荷とに電気的に接続されている。燃料電池電力供給システムは、充電ユニット、燃料電池、及び予備電池から構成される。燃料電池は、ユーティリティバスに電気的に接続されている。充電ユニットは、予備電池とユーティリティバスとに電気的に接続されている。本制御方法は、次のステップを有する。先ず、ステップ（ａ）において、燃料電池はユーティリティバスへ電気エネルギーを提供する。そして、ステップ（ｂ）を実行することにより燃料電池の出力電力が負荷の必要とする電力より大きいか否かが判断される。ステップ（ｃ）において、ステップ（ｂ）の判断条件が満たされた場合には、充電ユニットの出力電力が上げられる。ここで、充電ユニットの出力電力は燃料電池の出力電力と負荷の必要とする電力との差に等しい。
【００１１】
本発明のさらなる側面によれば、燃料電池電力供給システムが提供される。燃料電池電力供給システムは、ユーティリティバスを介して公益エネルギー供給源と負荷とに電気的に接続されている。燃料電池電力供給システムから負荷へ出力交流電力が出力される。燃料電池電力供給システムは、予備電池、燃料電池、インバータ、充電ユニット、及び制御ユニットから構成される。燃料電池は、ユーティリティバスに電気的に接続されることにより、ユーティリティバスへ第一交流電力を出力する。インバータは、ユーティリティバスと予備電池とに電気的に接続されている。インバータにより予備電池からの電池エネルギーが選択的に予備交流電力へ変換され、そして予備交流電力がユーティリティバスへ送られる。充電ユニットは、ユーティリティバスと予備電池とに電気的に接続されている。充電ユニットによって、ユーティリティバスからの出力交流電力の一部が充電エネルギーへ変換されて、これにより予備電池が充電される。制御ユニットは、予備電池、燃料電池、充電ユニット、インバータ、及び負荷と信号による通信状態にある。制御ユニットの制御下において、インバータが選択的に作動又は停止され、そして燃料電池の出力電力と負荷の必要とする電力との間の比較結果に対応して充電ユニットの出力電力が調整される。
【００１２】
上述の本発明の内容は、以下の詳細な説明及びこれに伴って示される図面を参照することにより当業者にとってより明確なものとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池電力供給システムを示す回路ブロック概略図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る燃料電池電力供給システムのインバータの制御方法を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る燃料電池電力供給システムのインバータの出力電力と変換効率との関係を示す概略図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る燃料電池電力供給システムのインバータの別の制御方法を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る燃料電池電力供給システムの充電ユニットの制御方法を示すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る燃料電池電力供給システムにおける燃料電池の出力電力と負荷の必要とする電力との関係を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の実施形態を参照しながら本発明をより詳細に説明する。以下に示される本発明の好ましい実施形態に関する記載は、本発明の説明及び記述のためにのみ提示されるものであることに注意すべきである。本発明が、開示された詳細な形態によって網羅され、又は限定されることを意図するものではない。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池電力供給システムを示す回路ブロック概略図である。図１に示されるように、燃料電池電力供給システム１はユーティリティバス４を介して公益エネルギー供給源２と負荷３とに電気的に接続されている。例えば、負荷３は家庭で使用される電化製品である。負荷３は、燃料電池電力供給システム１から出力される出力交流電力Ｅｏｕｔを、ユーティリティバス４を介して受ける。本実施形態においては、燃料電池電力供給システム１は燃料電池１１、制御ユニット１２、予備電池１３、充電ユニット１４、及びインバータ１５から構成される。予備電池１３の例には充電式バッテリーが含まれるが、これに限定されない。
【００１６】
燃料電池１１は、ユーティリティバス４に電気的に接続されている。燃料電池１１によって、酸素との化学反応を通じて燃料の化学エネルギー（例：水素又は天然ガス）が電気エネルギーへ変換され、化学エネルギーが第一交流電力Ｅａｃ１へ変換される。さらに、第一交流電力Ｅａｃ１はユーティリティバス４へ送られる。
【００１７】
インバータ１５は、ユーティリティバス４と予備電池１３とに電気的に接続されている。インバータ１５により、予備電池１３からの電池エネルギーＥｂが予備交流エネルギーＥａｃ２へ変換される。さらに、予備交流エネルギーＥａｃ２はユーティリティバス４へ送られて、これにより負荷３に電力が供給される。
【００１８】
充電ユニット１４は、ユーティリティバス４と予備電池１３とに電気的に接続されている。充電ユニット１４により、ユーティリティバス４からの出力交流電力Ｅｏｕｔの一部が充電エネルギーＥｃへ変換され、これにより予備電池１３が継続的に充電される。さらに、充電ユニット１４の出力電力は最小電力レベルより大きい。
【００１９】
制御ユニット１２は、燃料電池１１、予備電池１３、充電ユニット１４、インバータ１５、及び負荷３と信号による通信状態にあり、よって燃料電池１１、予備電池１３、充電ユニット１４、及びインバータ１５の動作を制御する。また、制御ユニット１２は、燃料電池１１、予備電池１３、充電ユニット１４、インバータ１５、及び負荷３の動作状態を実現し得る。
【００２０】
一の実施形態においては、燃料電池１１の出力電力と負荷３の必要とする電力との間の比較結果に対応して、制御ユニット１２の制御下においてインバータ１５が選択的に作動又は停止される。さらに、燃料電池１１の出力電力と負荷３の必要とする電力との間の比較結果に対応して、制御ユニット１２の制御下において充電ユニット１４の出力電力がこれに応じて調整される。
【００２１】
さらに、公益エネルギー供給源２からの第二交流電力Ｅａｃ３がユーティリティバス４を介して負荷３へ送られ、これにより燃料電池電力供給システム１又は負荷３に電力が提供される。
【００２２】
以下において、本発明に係る燃料電池電力供給システム１の動作原理及び制御方法をより詳細に説明する。
【００２３】
図２は、本発明の実施形態に係る燃料電池電力供給システムのインバータの制御方法を示すフローチャートである。図１及び２を参照されたい。燃料電池電力供給システム１が作動された後、第一交流電力Ｅａｃ１が燃料電池１１からユーティリティバス４へ出力される（ステップＳ１）。さらに、充電ユニット１４により、ユーティリティバス４からの出力交流電力Ｅｏｕｔが充電エネルギーＥｃへ変換され、これにより予備電池１３が充電される。さらに、充電ユニット１４により、充電ユニット１４の出力電力は最小電力レベルより大きい。
【００２４】
そして、制御ユニット１２は負荷３及び燃料電池１１と信号による通信状態にあり、よって負荷３の必要とする電力が燃料電池１１の出力電力より大きいか否かを判断する（ステップＳ２）。ステップＳ２の判断条件が満たされた場合には、制御ユニット１２の制御下において、予備電池１３が電気エネルギーの放電を開始し、インバータ１５が作動され、よってインバータ１５の出力電力が負荷３の必要とする電力と燃料電池１１の出力電力との差に等しくなる（ステップＳ３）。従って、燃料電池１１の出力電力の不足分がインバータ１５の出力電力により補てんされる。
【００２５】
他方、ステップＳ２の判断条件が満たされない場合には、制御ユニット１２の制御下において、インバータ１５が停止され、負荷３への電力の提供が燃料電池１１により完全になされる（ステップＳ４）。
【００２６】
図３は、本発明の実施形態に係る燃料電池電力供給システムのインバータの出力電力と変換効率との関係を示す概略図である。図４は、本発明の実施形態に係る燃料電池電力供給システムのインバータの別の制御方法を示すフローチャートである。図３及び４を参照されたい。インバータ１５の出力電力が非常に小さい場合、インバータ１５の変換効率も低い。インバータ１５の出力電力を所定の値より高い水準に保つために、本実施形態の制御方法は、ステップＳ３の後にさらにステップＳ５、Ｓ６、及びＳ７を有する。つまり、ステップＳ５を実行してインバータ１５の出力電力が最小許容電力Ｐａより小さいか否かが判断される（ステップＳ５）。ステップＳ５の判断条件が満たされた場合には、インバータ１５が制御ユニット１２の制御下において停止される。このような状況においては、負荷３の必要とする電力の一部が燃料電池１１により供給され、負荷３の必要とする電力の不足分は公益エネルギー供給源２からの第二交流電力Ｅａｃ３により補てんされる（ステップＳ６）。他方、ステップＳ５の判断条件が満たされない場合には、インバータ１５の動作状態が維持される（ステップＳ７）。
【００２７】
前述のように負荷３の必要とする電力が燃料電池１１の出力電力より大きくなると、制御ユニット１２の制御下において、インバータ１５が作動されて負荷３へ追加のエネルギーを供給し、よって燃料電池１１の出力電力の不足分がインバータ１５の出力電力により補てんされ得る。さらに、燃料電池１１の出力電力の大きさに応じてインバータの動作がダイナミックに調整されるため、インバータ１５の利用効率が向上する。さらに、インバータ１５の出力電力が最小許容電力Ｐａより低くなると、制御ユニット１２の制御下において、インバータが停止される。インバータ１５の変換効率が低い場合にインバータ１５が停止されるため、電力損失が低減される。
【００２８】
図５は、本発明の実施形態に係る燃料電池電力供給システムの充電ユニットの制御方法を示すフローチャートである。図１及び５を参照されたい。燃料電池電力供給システム１が作動された後、第一交流電力Ｅａｃ１が燃料電池１１からユーティリティバス４へ出力される（ステップＳ１´）。さらに、充電ユニット１４により、ユーティリティバス４からの出力交流電力Ｅｏｕｔの一部が充電エネルギーＥｃへ変換され、これにより予備電池１３が充電される。
【００２９】
そして、制御ユニット１２は負荷３と燃料電池１１と信号による通信状態にあり、よって燃料電池１１の出力電力が負荷３の必要とする電力より大きいか否かを判断する（ステップＳ２´）。ステップＳ２´の判断条件が満たされた場合には、燃料電池１１の余剰の電気エネルギーはユーティリティバス４へ送られる。従って、制御ユニット１２の制御下において、充電ユニット１４の出力電力が上げられる。ここで、充電ユニット１４の出力電力は燃料電池１１の出力電力と負荷３の必要とする電力との差に等しい（ステップＳ３´）。従って、燃料電池１１の余剰電気エネルギーが効率的に利用される。
【００３０】
他方、ステップＳ２´の判断条件が満たされない場合には、燃料電池１１の出力電力は、負荷３に電力を供給するのに十分でない。従って、制御ユニット１２の制御下において、充電ユニット１４の出力電力は最小電力レベルに保たれる（ステップＳ４´）。このような状況においては、充電ユニット１４により公益エネルギー供給源２からの第二交流電力Ｅａｃ３が最小電力レベルにおいて充電エネルギーＥｃへ変換され、これにより予備電池１３が充電される。
【００３１】
前述のように、燃料電池１１の出力電力が負荷３の必要とする電力より大きくなると、燃料電池１１の余剰電気エネルギーはユーティリティバス４へ送られ、充電ユニット１４により変換される。従って、充電ユニット１４の出力電力が上げられて予備電池１３が充電される。燃料電池１１の出力電力の大きさに応じて充電ユニット１４の動作がダイナミックに調整されるため、充電ユニット１４の利用効率が向上する。燃料電池電力供給システム１が燃料電池１１の電気エネルギーを効率的に利用することが出来、燃料電池１１の利用が最適化される。
【００３２】
図６は、本発明の実施形態に係る燃料電池電力供給システムにおける燃料電池の出力電力と負荷の必要とする電力との関係を示す概略図である。燃料電池電力供給システム１が作動された後、酸素との化学反応を通じて燃料の化学エネルギーが電気エネルギーへ変換されることにより燃料電池１１の出力電力が徐々に上がる。さらに、燃料電池１１の出力電力は負荷３の必要とする電力の増大に伴って上げられる。負荷３の必要とする電力が燃料電池１１の最大電力レベルＰｍａｘ（例：７００Ｗ）に達すると、インバータ１５が作動され、充電ユニット１４の出力電力は最小電力レベルＰａで維持される。
【００３３】
前述のように、本発明は燃料電池電力供給システムならびに燃料電池電力供給システムのインバータ及び充電ユニットの制御方法を提供する。負荷の必要とする電力が燃料電池の出力電力より大きくなると、制御ユニットの制御下においてインバータが作動され、負荷へ追加の電気エネルギーを提供する。従って、燃料電池の出力電力の不足分がインバータの出力電力により補てんされる。他方、燃料電池の出力電力が負荷の必要とする電力より大きくなると、燃料電池の余剰電気エネルギーは充電ユニットへ送られ、充電ユニットの出力電力が上げられて予備電池の充電がなされる。燃料電池の出力電力の大きさに応じてインバータ及び充電ユニットの動作がダイナミックに調整されるため、インバータ及び充電ユニットの利用効率が向上し、電力損失が低減される。さらに、インバータの出力電力が最小許容電力レベルより小さいと、制御ユニットの制御下においてインバータが停止される。インバータの変換効率が低い場合にインバータが停止されるので、電力損失が低減される。
【００３４】
本発明を、現在における最も実際的で好ましい実施形態にしたがって説明したが、本発明はここに開示された実施形態に限定されるべきでないことが理解されるべきである。他方、ここに伴われる請求項の精神及びこの範囲に含まれる様々な変更や類似の調整をもが含まれることが意図されている。なお、請求項はこのような変更や類似の構造の全てが含まれるようにその最大限に広い解釈がなされるものとする。
【図１】
2016007096.tif 000003
【図２】
2016007096.tif 000004
【図３】
2016007096.tif 000005
【図４】
2016007096.tif 000006
【図５】
2016007096.tif 000007
【図６】
2016007096.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成27年8月13日(2015.8.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーティリティバスを介して公益エネルギー供給源と負荷とに電気的に接続され、
インバータ、燃料電池、充電ユニット、及び予備電池を備え、
前記燃料電池が、前記ユーティリティバスに電気的に接続され、
前記インバータが、前記予備電池と前記ユーティリティバスとに電気的に接続され、
前記充電ユニットが前記ユーティリティバス及び前記予備電池とに電気的に接続され、
出力交流電力が前記ユーティリティバスを介して前記燃料電池電力供給システムから負荷へ出力されている、
燃料電池電力供給システムの制御方法であって、以下のステップ：
ステップ（ａ）：前記燃料電池から前記ユーティリティバスへ電気エネルギーを提供し、
ステップ（ｂ）：前記負荷の必要とする電力が前記燃料電池の出力電力より大きいか否かを判断し、
ステップ（ｃ）：前記ステップ（ｂ）の判断条件が満たされた場合には、前記インバータが作動され、前記インバータの出力電力が前記負荷の必要とする電力と前記燃料電池の出力電力との差に等しく、
ステップ（ｄ）：前記ステップ（ｂ）の判断条件が満たされない場合には、前記充電ユニットにより、前記ユーティリティバスからの出力交流電力の一部が充電エネルギーへ変換されて、当該充電エネルギーにより前記予備電池が充電され、前記充電ユニットの出力電力を最小電力レベルで維持する
を含む、制御方法。
【請求項２】
請求項１の制御方法であって、前記ステップ（ｂ）の判断条件が満たされない場合には、
ステップ：前記インバータを停止して、前記負荷への電力供給が前記燃料電池から完全になされる
をさらに含む制御方法。
【請求項３】
請求項１の制御方法であって、前記ステップ（ｃ）の後に、
ステップ（ｃ１）：前記インバータの出力電力が、最小許容電力レベルより小さいか否かを判断する
をさらに含む制御方法。
【請求項４】
請求項３の制御方法であって、前記ステップ（ｃ１）の判断条件が満たされた場合には、
ステップ（ｃ２）：インバータを停止する
をさらに含む制御方法。
【請求項５】
請求項４の制御方法であって、前記ステップ（ｃ２）において、前記負荷の必要とする電力が前記燃料電池及び前記公益エネルギー供給源から供給される、制御方法。
【請求項６】
請求項３の制御方法であって、前記ステップ（ｃ１）の判断条件が満たされない場合には、
ステップ（ｃ３）：インバータの動作状態を維持する
をさらに含む制御方法。
【請求項７】
請求項１の制御方法であって、
前記燃料電池電力供給システムがさらに制御ユニットを備え、
前記制御ユニットが、前記燃料電池、前記予備電池、前記充電ユニット、前記インバータ、及び前記負荷と信号による通信状態にあることによって、当該燃料電池、当該予備電池、当該充電ユニット、及び当該インバータの動作を制御する、
制御方法。
【請求項８】
ユーティリティバスを介して公益エネルギー供給源及び負荷に電気的に接続され、
充電ユニット、燃料電池、及び予備電池を備え、
前記燃料電池が、前記ユーティリティバスに電気的に接続され、
前記充電ユニットが、前記予備電池及び前記ユーティリティバスに電気的に接続されている、
燃料電池電力供給システムの充電ユニットの制御方法であって、以下のステップ：
ステップ（ａ）：前記燃料電池から前記ユーティリティバスへ電気エネルギーを提供し、
ステップ（ｂ）：前記燃料電池の出力電力が前記負荷の必要とする電力より大きいか否かを判断し、
ステップ（ｃ）：前記ステップ（ｂ）の判断条件が満たされた場合には、前記充電ユニットの出力電力が上げられ、前記充電ユニットの出力電力が前記燃料電池の出力電力と前記負荷の必要とする電力との差に等しく、
ステップ（ｄ）：前記ステップ（ｂ）の判断条件が満たされない場合には、前記充電ユニットの出力電力を最小電力レベルで維持する
を含む、制御方法。
【請求項９】
請求項８の制御方法であって、前記ステップ（ｄ）において、前記充電ユニットにより最小電力レベルにおいて前記公益エネルギー供給源からの交流電力が充電エネルギーへ変換され、当該充電エネルギーにより前記予備電池が充電される、
制御方法。
【請求項１０】
請求項９の制御方法であって、
前記燃料電池電力供給システムが、インバータをさらに備え、
前記インバータが、前記予備電池及び前記ユーティリティバスに電気的に接続され、
前記インバータが、前記制御ユニットと信号による通信状態にあり、
制御ユニットの制御下において、前記インバータにより前記予備電池からの電池エネルギーが選択的に予備交流電力へ変換され、
前記予備交流電力が、前記ユーティリティバスへ送られる、
制御方法。
【請求項１１】
請求項１０の制御方法であって、前記ステップ（ｄ）において、前記負荷の必要とする電力が前記燃料電池の最大電力レベルに達すると、前記インバータが作動されて前記充電ユニットの出力電力が最小電力レベルに保たれる、
制御方法。
【請求項１２】
ユーティリティバスを介して公益エネルギー供給源及び負荷に電気的に接続され且つ出力交流電力を前記負荷へ出力する燃料電池電力供給システムであって、
予備電池、
前記ユーティリティバスに電気的に接続されることにより当該ユーティリティバスへ第一交流電力を出力する燃料電池、
前記ユーティリティバス及び前記予備電池に電気的に接続されているインバータ、
前記ユーティリティバス及び前記予備電池に電気的に接続されている充電ユニット、及び
前記予備電池、前記燃料電池、前記充電ユニット、前記インバータ、及び前記負荷と信号による通信状態にある制御ユニット
を備え、
前記インバータにより前記予備電池からの電池エネルギーが選択的に予備交流電力へ変換され、当該予備交流電力が前記ユーティリティバスへ送られ、
前記充電ユニットにより、前記ユーティリティバスからの出力交流電力の一部が充電エネルギーへ変換され、当該充電エネルギーにより前記予備電池が充電され、
前記燃料電池の出力電力が前記負荷の必要とする電力より小さいか等しい場合には、前記充電ユニットの出力電力が最小電力レベルに維持される、
燃料電池電力供給システム。
【請求項１３】
請求項１２の燃料電池電力供給システムであって、前記負荷の必要とする電力が前記燃料電池の出力電力より大きい場合には、前記制御ユニットの制御下において前記インバータが作動され、前記インバータの出力電力が前記負荷の必要とする電力と前記燃料電池の出力電力との差に等しい、
燃料電池電力供給システム。
【請求項１４】
請求項１２の燃料電池電力供給システムであって、前記負荷の必要とする電力が、前記燃料電池の出力電力より小さいか等しい場合には、前記制御ユニットの制御下において前記インバータが停止され、前記負荷への電力の供給が前記燃料電池により完全になされる、
燃料電池電力供給システム。
【請求項１５】
請求項１２の燃料電池電力供給システムであって、前記燃料電池の出力電力が前記負荷の必要とする電力より大きい場合には、前記制御ユニットの制御下において前記充電ユニットの出力電力が上げられ、前記充電ユニットの出力電力が前記燃料電池の出力電力と前記負荷の必要とする電力との差と等しい、
燃料電池電力供給システム。