(57)【要約】【課題】負荷機器への電力の供給をなるべく継続する。【解決手段】商用電源２から出力された商用電力を入力して、商用電力を用いて動作する負荷機器３への電力の供給を制御する電力供給装置１は、燃料により第１直流電力を発生する燃料電池１１と、入力した商用電力を蓄電する蓄電池１２と、入力した商用電力のレベルに基づいて、入力した商用電力の負荷機器３への供給を停止する受電スイッチ１４と、レベルに基づいて、燃料電池１１にて発生した第１直流電力の負荷機器３への供給を制御する燃料電池出力制御部１５と、レベルに基づいて、蓄電池１２に蓄電された第２直流電力の負荷機器３への供給を制御する蓄電池出力制御部１６とを有する。【選択図】図１
2009219310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源から出力された電力を入力し、該電力を用いて動作する負荷機器への前記電力の供給を制御する電力供給装置であって、
燃料により電力を発生する燃料電池モジュールと、
前記入力した電力を蓄電する蓄電池モジュールと、
前記入力した電力のレベルに基づいて、前記入力した電力の前記負荷機器への供給を停止する受電スイッチと、
前記レベルに基づいて、前記燃料電池モジュールにて発生した電力の前記負荷機器への供給を制御する燃料電池出力制御部と、
前記レベルに基づいて、前記蓄電池モジュールに蓄電された電力の前記負荷機器への供給を制御する蓄電池出力制御部とを有する電力供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力供給装置において、
前記受電スイッチと前記燃料電池出力制御部と前記蓄電池出力制御部とを制御する電力供給制御部を有し、
前記電力供給制御部は、前記入力した電力のレベルが所定のレベルよりも低い場合、前記受電スイッチへ前記入力した電力の前記負荷機器への供給の停止を指示し、また前記燃料電池出力制御部へ前記燃料電池モジュールにて発生した電力の前記負荷機器への供給を指示し、前記蓄電池出力制御部へ前記蓄電池に蓄電された電力の前記負荷機器への供給を指示することを特徴とする電力供給装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力供給装置において、
前記燃料電池出力制御部は、前記電力供給制御部から前記燃料電池モジュールにて発生した電力の前記負荷機器への供給が指示された場合、所定の電圧レベルを有する直流電力を前記負荷機器へ供給することを特徴とする電力供給装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の電力供給装置において、
前記蓄電池出力制御部は、前記電力供給制御部から前記蓄電池モジュールに蓄電された電力の前記負荷機器への出力が指示された場合、前記蓄電池の充電を停止して、該蓄電池に蓄電されている電力の前記負荷機器への供給を行うことを特徴とする電力供給装置。
【請求項５】
請求項３に記載の電力供給装置において、
前記燃料電池出力制御部は、前記燃料電池モジュールから出力されてきた電力の電圧レベルと、前記所定の電圧レベルとを比較し、該出力されてきた電力の電圧レベルと該所定の電圧レベルとが一致する場合、前記燃料電池モジュールから出力されてきた電力を前記負荷機器へ直接供給することを特徴とする電力供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、都市ガスなどの燃料を用いて電力を生成する燃料電池が普及してきている。この燃料電池を具備し、当該燃料電池にて生成された電力を供給する電力供給システムが考えられている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
図８に示すように、燃料電池を具備する一般的な電力供給システムは、電力供給装置３００と、商用電源４００と、負荷機器５００とから構成される。電力供給装置３００は、燃料電池３１０と、インバータ３２０とを有する。
【０００４】
図８に示した一般的な電力供給システムは、以下のように動作する。
【０００５】
燃料電池３１０は、燃料（例えば、都市ガス）の化学反応により直流電力を生成し、インバータ３２０へ出力する。インバータ３２０は、燃料電池３１０から出力されてきた直流電力を所望の交流電力に変換し、変換した交流電力を負荷機器５００へ供給する。そのため、インバータ３２０と商用電源４００とは連系して、負荷機器５００が動作するための動作用電力を供給することが可能である。
【０００６】
ここで、商用電源４００による商用電力の供給が停止した場合、電力供給システムも停止するか、手動で商用電源４００を切り離し、燃料電池３１０による単独運転により負荷機器５００に交流電力を供給する。
【非特許文献１】「燃料電池発電」，電気学会  燃料電池運転性調査専門委員会  編
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図８に示したような一般的な電力供給システムでは、商用電源４００が停電した場合、安全確保の問題から燃料電池３１０からのインバータ３２０を介した電力供給を停止する必要がある。そのため、商用電源４００が停電した場合、負荷機器５００への電力供給がすべて停止してしまうという問題点がある。
【０００８】
この問題を回避するために、燃料電池３１０からのインバータ３２０を介した電力供給を一旦停止して、商用電源４００を手動で切り離し、燃料電池３１０の単独動作により負荷機器５００に動作用電力を供給する方法が考えられる。しかし、この場合でも、商用電源４００を切離すための作業中は負荷機器５００への動作用電力の供給が途絶えてしまうという問題点や、燃料電池３１０からのインバータ３２０を介した電力供給の動作を再度立上げるための時間がかかってしまうという問題点がある。
【０００９】
また、負荷機器５００の消費電力が燃料電池３１０の定格出力を超えた場合や負荷機器５００の急激な電力変動が生じた場合、負荷機器５００を保護する観点から燃料電池３１０からの電力供給を停止せざるを得ず、負荷機器５００への動作用電力の供給がすべて途絶えてしまうという問題点もある。
【００１０】
さらに、商用電力の停電と同時に、燃料電池３１０への燃料の供給が途絶えた場合、燃料電池３１０における発電ができなくなってしまうという問題点もある。
【００１１】
上述したように、燃料電池３１０を具備する一般的な電力供給システムでは、燃料電池３１０の単独動作により負荷機器５００への電力の供給を行う場合、負荷機器５００への動作用電力の供給を継続できないおそれがあるという問題点がある。つまり、電力供給品質が著しく低下してしまうという問題点がある。
【００１２】
また、燃料電池３１０の単独動作により負荷機器５００への電力の供給を行った場合、インバータ３２０の変換ロスのため、電力供給効率が低下してしまうという問題点がある。
【００１３】
さらに、負荷機器５００の電力消費が小さい場合、燃料電池３１０が出力した電力が部分負荷となり、発電効率が低下してしまうという問題点がある。
【００１４】
このように、一般的な電力供給システムでは、燃料電池３１０の単独動作により電力供給を行う場合、電力供給効率が低下してしまうという問題点がある。
【００１５】
本発明は、上述した課題を解決する電力供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明の電力供給装置は、商用電源から出力された電力を入力し、該電力を用いて動作する負荷機器への前記電力の供給を制御する電力供給装置であって、燃料により電力を発生する燃料電池モジュールと、前記入力した電力を蓄電する蓄電池モジュールと、前記入力した電力のレベルに基づいて、前記入力した電力の前記負荷機器への供給を停止する受電スイッチと、前記レベルに基づいて、前記燃料電池モジュールにて発生した電力の前記負荷機器への供給を制御する燃料電池出力制御部と、前記レベルに基づいて、前記蓄電池モジュールに蓄電された電力の前記負荷機器への供給を制御する蓄電池出力制御部とを有する。
【００１７】
また、本発明の電力供給装置は、受電スイッチと燃料電池出力制御部と蓄電池出力制御部とを制御する電力供給制御部を有し、電力供給制御部は、入力した電力のレベルが所定のレベルよりも低い場合、受電スイッチへ入力した電力の負荷機器への供給の停止を指示し、また燃料電池出力制御部へ燃料電池モジュールにて発生した電力の負荷機器への供給を指示し、蓄電池出力制御部へ蓄電池に蓄電された電力の負荷機器への供給を指示してもよい。
【００１８】
また、本発明の電力供給装置の燃料電池出力制御部は、電力供給制御部から燃料電池モジュールにて発生した電力の負荷機器への供給が指示された場合、所定の電圧レベルを有する直流電力を負荷機器へ供給してもよい。
【００１９】
また、本発明の電力供給装置の蓄電池出力制御部は、電力供給制御部から蓄電池モジュールに蓄電された電力の負荷機器への出力が指示された場合、蓄電池の充電を停止して、蓄電池に蓄電されている電力の負荷機器への供給を行ってもよい。
【００２０】
また、本発明の電力供給装置の燃料電池出力制御部は、燃料電池モジュールから出力されてきた電力の電圧レベルと、所定の電圧レベルとを比較し、出力されてきた電力の電圧レベルと所定の電圧レベルとが一致する場合、燃料電池モジュールから出力されてきた電力を負荷機器へ直接供給してもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、商用電源から出力された電力を入力し、該電力を用いて動作する負荷機器への電力の供給を制御する電力供給装置であって、燃料により電力を発生する燃料電池モジュールと、入力した電力を蓄電する蓄電池モジュールと、入力した電力のレベルに基づいて、入力した電力の負荷機器への供給を停止する受電スイッチと、レベルに基づいて、燃料電池モジュールにて発生した電力の負荷機器への供給を制御する燃料電池出力制御部と、レベルに基づいて、蓄電池モジュールに蓄電された電力の負荷機器への供給を制御する蓄電池出力制御部とを有する構成としたため、負荷機器への電力の供給をなるべく継続させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１に従った電力供給システム（電力供給装置を含む）を説明する。
【００２３】
まず、実施形態１の電力供給システムの全体構成を説明する。
【００２４】
図1に示すように、この電力供給システムは、電力供給装置１と、商用電源２と、負荷機器３とから構成される。
【００２５】
電力供給装置１は、負荷機器３が所定動作を実行するために必要な電力である「動作用電力」を、負荷機器３に供給する。
【００２６】
電力供給装置１は、第１直流電力ＤＰ１と、第２直流電力ＤＰ２と、第１交流電力ＡＰ１と、第２交流電力ＡＰ２との少なくとも１つを、動作用電力として負荷機器３に供給する。
【００２７】
ここに、「第１直流電力ＤＰ１」とは、電力供給装置１が具備する燃料電池１１（「燃料電池モジュール」）が生成して出力した直流電力を、ＤＣ（Direct Current）／ＤＣ変換により所定の電力レベルに変換した電力である。
【００２８】
また、「第２直流電力ＤＰ２」とは、電力供給装置１が具備する蓄電池１２（「蓄電池モジュール」）が生成して出力した直流電力である。
【００２９】
また、「第１交流電力ＡＰ１」とは、燃料電池１１にて生成した直流電力をＤＣ／ＡＣ（Alternate Current）変換した交流電力である。
【００３０】
また、「第２交流電力ＡＰ２」とは、商用電源２から出力されてきた商用電力である。
【００３１】
なお、電力供給装置１は、商用電源２と接続されている。
【００３２】
商用電源２は、例えば、電力会社が運営する発電所に設置された大容量の電力を発電可能な発電設備である。
【００３３】
負荷機器３は、電力供給装置１と接続されている。負荷機器３は、第１直流電力ＤＰ１と、第２直流電力ＤＰ２と、第１交流電力ＡＰ１と、第２交流電力ＡＰ２とのうちの少なくとも１つを動作用電力として用いて所定動作を実行する所定の電気機器である。ここで、負荷機器３の形態については限定しないが、例えば、一般的な家電製品（例えば、冷蔵庫やテレビ）、コンピュータなどでもよい。また、負荷機器３の数は任意でよい。
【００３４】
つぎに、電力供給装置１の構成について詳細に説明する。
【００３５】
図1に示したように、電力供給装置１は、燃料電池１１と、蓄電池１２と、電力供給制御部１３と、受電スイッチ１４と、燃料電池出力制御部１５と、蓄電池出力制御部１６とを有する。
【００３６】
燃料電池１１は、「燃料電池モジュール」であり、燃料（例えば、都市ガス）の化学反応により直流電力を生成する。なお、燃料電池１１は、例えば、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体高分子型燃料電池、固体酸化物型燃料電池などの任意の燃料電池でよい。
【００３７】
蓄電池１２は、「蓄電池モジュール」であり、例えば、蓄積電荷を放電しても再度充電して利用可能に構成された二次電池である。蓄電池１２は、第２直流電力ＤＰ２を生成して出力する。燃料電池１１の数と蓄電池１２の数とは、それぞれ任意でよい。
【００３８】
蓄電池１２から出力される第２直流電力ＤＰ２が有する電圧レベルは、負荷機器３を動作させることが可能な電圧レベルである。
【００３９】
なお、蓄電池１２は、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、ニカド電池、リチウムイオン電池などの任意の蓄電池でよい。ただし、この説明例では、蓄電池１２としては、鉛蓄電池やリチウムイオン電池のように、自己放電を補う程度の小電流の供給によって充電状態を常に保つ浮動充電（フローティングチャージ）が可能な二次電池を用いた場合を例に挙げて説明する。また、後述のＤＣ／ＤＣ変換部１５２から出力される第１直流電力の電圧レベルを、蓄電池１２の放電終始電圧と、浮動充電を行う際の電圧である浮動充電電圧との間に、あらかじめ設定する。
【００４０】
電力供給制御部１３は、例えば、マイクロプロセッサユニットおよびメモリ（後述の記憶部１３５）で構成され、電力供給装置１全体の動作を制御する。
【００４１】
例えば、電力供給制御部１３は、商用電源２からの商用電力（第２交流電力ＡＰ２）の供給の有無を、受電スイッチ１４において監視する。そして、監視結果に応じて、電力供給動作の実行または停止を、受電スイッチ１４、燃料電池出力制御部１５および蓄電池出力制御部１６にそれぞれ指示する。
【００４２】
なお、図２に示すように、電力供給制御部１３の記憶部１３５には、「電力供給制御情報１３３」と、「商用電力供給判別情報１３４」とが記憶されている。
【００４３】
「電力供給制御情報１３３」は、商用電源２からの商用電力（第２交流電力ＡＰ２）の供給の有無に応じて、電力供給制御部１３が、受電スイッチ１４、燃料電池出力制御部１５および蓄電池出力制御部１６の動作を制御するための情報である。
【００４４】
図３に示すように、電力供給制御情報１３３は、動作の制御対象となる受電スイッチ１４、ＤＣ／ＡＣ変換部１５１、ＤＣ／ＤＣ変換部１５２、充電部１６１および放電スイッチ１６２と、商用電力の給電中における動作と、商用電力の停電中における動作とを対応付ける。
【００４５】
「商用電力供給判別情報１３４」は、商用電力の供給の有無を判別するための情報である。商用電力供給判別情報１３４の形式については、特に限定しない。
【００４６】
また、電力供給制御部１３は、図２に示した商用電力供給判別部１３１と、電力供給指示部１３２とを有する。
【００４７】
商用電力供給判別部１３１は、受電スイッチ１４に対して商用電源２から商用電力が供給されているかどうかを判別する。
【００４８】
商用電力供給判別部１３１は、例えば、商用電源２から受電スイッチ１４へ出力されてきた商用電力の「レベル」（例えば、電力レベルを現す指標の１つである電力値）に基づいて、受信スイッチ１４への商用電力の供給状態（給電中と停電中とのいずれか）を判別する。ここで、商用電力の供給状態の判別方法については限定しないが、例えば、商用電源２から出力されてきた商用電力の電力値（レベル）と、「所定のレベル」（所定の基準電力レベルの１つの例として基準電力値）との大小比較の結果に基づいて、商用電力の供給状態を判別する一般的な判別方法でもよい。
【００４９】
この場合、商用電力供給判別情報１３４には、所定の基準電力値（例えば、「０」）があらかじめ登録されている。商用電力供給判別部１３１は、商用電力の電力レベルの測定値と、所定の基準電力レベルとを比較する。そして、比較の結果、商用電源２から出力されてきた商用電力のレベルが所定の基準電力レベルよりも低いと判別した場合、商用電力が受信スイッチ１４へ供給されていない、つまり、商用電力が停電中であると判別する。
【００５０】
また、商用電力供給判別部１３１は、自己が判別した受電スイッチ１４への商用電力の供給状態（「給電中」または「停電中」）を示す信号である「給電状態信号」を、電力供給指示部１３２に出力する。
【００５１】
商用電力供給判別部１３１は、商用電力が供給されていないと判別した場合、商用電力の停電中を示す給電状態信号を出力する。また、商用電力が供給されていると判別した場合、商用電力の給電中を示す給電状態信号を出力する。
【００５２】
電力供給指示部１３２は、商用電力供給判別部１３１から出力されてきた給電状態信号に基づいて、つまり、受電スイッチ１４へ商用電力が供給されているかどうかに基づいて、受電スイッチ１４と燃料電池出力制御部１５と蓄電池出力制御部１６とに対して、負荷機器３への動作用電力の供給動作を制御するよう指示する。
【００５３】
なお、電力供給指示部１３２は、図３に示した電力供給制御情報１３３を参照し、給電状態信号が示す２つの供給状態（給電中または停電中）に応じて、受電スイッチ１４、燃料電池出力制御部１５および蓄電池出力制御部１６にそれぞれ異なる動作を行うよう指示する。
【００５４】
以下、電力供給指示部１３２の指示内容について、詳細に説明する。
【００５５】
まず、給電状態信号が商用電力の「給電中」を示しているときの、電力供給指示部１３２の指示内容について説明する。
【００５６】
給電状態信号が給電中を示している場合、電力供給指示部１３２は、受電スイッチ１４に対して、オン（導通）するよう指示する。これにより、商用電力を負荷機器３に供給する。
【００５７】
また、電力供給指示部１３２は、後述のＤＣ／ＡＣ変換部１５１を稼働するよう、燃料電池出力制御部１５に指示する。すなわち、ＤＣ／ＡＣ変換部１５１を用いて、燃料電池１１から出力されてきた直流電力にＤＣ／ＡＣ変換を施し、変換後の第１交流電力ＡＰ１を負荷機器３に供給する。
【００５８】
この系統連係により、第１交流電力ＡＰ１と商用電力（第２交流電力ＡＰ２）とを、負荷機器３に供給する。
【００５９】
さらに、電力供給指示部１３２は、後述のＤＣ／ＤＣ変換部１５２を停止するよう、燃料電池出力制御部１５に指示する。すなわち、ＤＣ／ＤＣ変換部１５２のＤＣ／ＤＣ変換動作を停止することにより、負荷機器３への第１直流電力ＤＰ１の供給を停止する。
【００６０】
また、電力供給指示部１３２は、後述の放電スイッチ１６２をオフするよう、蓄電池出力制御部１６に指示する。これにより、蓄電池１２と負荷機器３とを切り離し、蓄電池１２から出力されてきた第２直流電力ＤＰ２の負荷機器３への供給を停止する。
【００６１】
さらに、電力供給指示部１３２は、後述の充電部１６１を稼働するよう、蓄電池出力制御部１６に指示する。すなわち、充電部１６１による充電動作により、蓄電池１２に電荷が蓄積（充電）される。
【００６２】
つぎに、給電状態信号が商用電力の「停電中」を示しているときの、電力供給指示部１３２の指示内容について説明する。
【００６３】
給電状態信号が停電中を示している場合、電力供給指示部１３２は、受電スイッチ１４に対して、直ちにオフするよう指示する。これにより、商用電源２と負荷機器３とを切り離し、負荷機器３への第２交流電力ＡＰ２の供給を停止する。
【００６４】
また、電力供給指示部１３２は、ＤＣ／ＡＣ変換部１５１を停止するよう、燃料電池出力制御部１５に指示する。これにより、燃料電池１１から出力されてきた直流電力に対するＤＣ／ＡＣ変換動作が停止し、負荷機器３への第１交流電力ＡＰ１の供給が停止する。
【００６５】
さらに、電力供給指示部１３２は、ＤＣ／ＤＣ変換部１５２を稼働するよう、燃料電池出力制御部１５に指示する。すなわち、ＤＣ／ＤＣ変換部１５２を用いて、燃料電池１１から出力されてきた直流電力を所定の電圧レベルを有する第１直流電力ＤＰ１に変換し、第１直流電力ＤＰ１を負荷機器３に供給する。
【００６６】
また、電力供給指示部１３２は、充電部１６１を停止するよう、蓄電池出力制御部１６に指示する。すなわち、充電部１６１による充電動作の停止により、蓄電池１２への充電が停止する。
【００６７】
また、電力供給指示部１３２は、放電スイッチ１６２をオンにするよう、蓄電池出力制御部１６に指示する。これにより、蓄電池１２と負荷機器３とが接続され、放電スイッチ１６２は、蓄電池１２から出力されてきた第２直流電力ＤＰ２を負荷機器３へ供給する。なお、放電スイッチ１６２をオンにするタイミングは、ＤＣ／ＡＣ変換部１５１の停止および充電部１６１の停止のタイミングと同時である。
【００６８】
受電スイッチ１４は、オン（導通）またはオフ（非導通）により、商用電源２と負荷機器３との接続状態を「接続」または「切り離し」に変更する。
【００６９】
つまり、受電スイッチ１４は、商用電源２から出力されてきた商用電力を負荷機器３に供給したり、その供給を停止したりする。受電スイッチ１４がオンとなった場合、商用電源２と負荷機器３とが接続され、商用電力が負荷機器３に供給される。また、受電スイッチ１４がオフとなった場合、商用電源２と負荷機器３とが切り離され、負荷機器３に対する商用電力の供給が停止する。
【００７０】
燃料電池出力制御部１５は、燃料電池１１と負荷機器３とに接続されており、商用電力のレベルに基づいて、燃料電池１１にて発生した電力の負荷機器３への供給を制御する。
【００７１】
また、燃料電池出力制御部１５は、ＤＣ／ＡＣ変換部１５１と、ＤＣ／ＤＣ変換部１５２とを有する。
【００７２】
ＤＣ／ＡＣ変換部１５１は、「直流交流変換部」であって、例えば、インバータで構成される。ＤＣ／ＡＣ変換部１５１は、燃料電池１１から出力されてきた直流電力を交流電力に変換し、変換後の交流電力（第１交流電力ＡＰ１）を負荷機器３に供給（出力）する。なお、ＤＣ／ＡＣ変換部１５１が第１交流電力ＡＰ１を出力するタイミングは、例えば、商用電力と第１交流電力ＡＰ１とが同期したタイミング、つまり、商用電力が有する振幅や位相と、第１交流電力ＡＰ１が有する振幅や位相とが一致したタイミングである。
【００７３】
ＤＣ／ＤＣ変換部１５２は、「直流直流変換部」であって、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータで構成される。ＤＣ／ＤＣ変換部１５２は、ＤＣ／ＡＣ変換部１５１に並列に接続されている。
【００７４】
ＤＣ／ＤＣ変換部１５２は、燃料電池１１から出力されてきた直流電力を、所定の電圧レベルの直流電力に変換する。そして、変換した直流電力（第１直流電力ＤＰ１）を、負荷機器３に供給（出力）する。
【００７５】
ＤＣ／ＤＣ変換部１５２によって変換された第１直流電力が有する所定の電圧レベルは、負荷機器３を動作させることが可能な電圧レベルである。
【００７６】
なお、ＤＣ／ＤＣ変換部１５２は、燃料電池１１から出力されてきた直流電力に、その電力値に変動をもたらす変動成分が含まれている場合でも、変動成分の影響を補償し、安定した第１直流電力ＤＰ１を生成する機能を有するものでもよい。ここで、変動成分を補償する方法については限定しない。
【００７７】
蓄電池出力制御部１６は、蓄電池１２と負荷機器３とへ接続されており、商用電力のレベルに基づいて、蓄電池１２に蓄電された電力の負荷機器３への供給を制御する。
【００７８】
また、蓄電池出力制御部１６は、充電部１６１と、放電スイッチ１６２とを有する。
【００７９】
充電部１６１は、例えば、充電器で構成される。充電部１６１は、商用電源２から出力されてきた商用電力（第２交流電力ＡＰ２）を直流電力に変換し、変換した直流電力を蓄電池１２に供給することにより、蓄電池１２を充電する。さらに、充電部１６１は、ＤＣ／ＤＣ変換部１５２から出力された第１直流電力ＤＰ１により、蓄電池１２を充電するように構成されている。
【００８０】
なお、この説明例では、充電部１６１により蓄電池１２を充電する方法が、一般的な浮動充電（フローティングチャージ）方法であるものとする。すなわち、充電部１６１は、蓄電池１２の自己放電を補う程度の小電流を蓄電池１２に供給し、蓄電池１２に充電を行う。なお、一般的な浮動充電方法は、変動のある連続負荷（この例では、負荷機器３に相当する）に電力を供給する場合に多く用いられている。
【００８１】
放電スイッチ１６２は、充電部１６１に対して並列に負荷機器３に接続されている。放電スイッチ１６２は、蓄電池１２から出力されてきた第２直流電力ＤＰ２の負荷機器３への供給を実行または停止する役割を果たす。
【００８２】
放電スイッチ１６２は、オン（導通）またはオフ（非導通）により、蓄電池１２と負荷機器３との接続状態を「接続」または「切り離し」に変更する。
【００８３】
放電スイッチ１６２は、オンとなった場合、蓄電池１２から出力されてきた第２直流電力ＤＰ２を負荷機器３に供給する。また、放電スイッチ１６２は、オフとなった場合、蓄電池１２と負荷機器３とを切り離す。蓄電池１２と負荷機器３とが切り離された場合、蓄電池１２が蓄積している電荷は放電されず、負荷機器３への第２直流電力ＤＰ２の供給が停止する。
【００８４】
つぎに、上記構成を有する電力供給装置１が、商用電力供給判別部１３１の判別結果に基づいて、第１直流電力ＤＰ１、第２直流電力ＤＰ２、第１交流電力ＡＰ１、第２交流電力ＡＰ２の負荷機器３への供給をそれぞれ制御する「電力供給動作」を説明する。
【００８５】
図４に示すように、商用電力供給判別部１３１は、「商用電力供給判別処理（ステップＳ１）」を実行し、商用電源２から受電スイッチ１４に商用電力が供給されているか否かを判別する。
【００８６】
まず、商用電力が供給されていると判別した場合の動作について説明する。
【００８７】
商用電力が供給されていると判別した場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、商用電力供給判別部１３１は、商用電力の「給電中」を示す給電状態信号を出力する。
【００８８】
電力供給指示部１３２は、給電中を示す給電状態信号を商用電力供給判別部１３１が出力した場合、ＤＣ／ＤＣ変換部１５２を停止するよう、燃料電池出力制御部１５に指示する。ＤＣ／ＤＣ変換部１５２は、この指示に従って、ＤＣ／ＤＣ変換動作を停止する（ステップＳ２）。これにより、負荷機器３への第１直流電力ＤＰ１の供給が停止する。
【００８９】
また、電力供給指示部１３２は、放電スイッチ１６２をオフとするよう、蓄電池出力制御部１６に指示する。放電スイッチ１６２は、この指示に従って、蓄電池１２と負荷機器３との接続状態を「切り離し」に変更する（ステップＳ３）。これにより、蓄電池１２から出力されてきた第２直流電力ＤＰ２の負荷機器３への供給が停止する。
【００９０】
続いて、電力供給指示部１３２は、受電スイッチ１４に対してオンするよう指示する。受電スイッチ１４は、この指示に従って、商用電源２と負荷機器３との接続状態を「接続」に変更する（ステップＳ４）。これにより、商用電力（第２交流電力ＡＰ２）が負荷機器３に供給される。
【００９１】
また、電力供給指示部１３２は、ＤＣ／ＡＣ変換部１５１を稼働するよう、燃料電池出力制御部１５に指示する。ＤＣ／ＡＣ変換部１５１は、この指示に従って、燃料電池１１から出力されてきた直流電力に対するＤＣ／ＡＣ変換動作を実行する（ステップＳ５）。これにより、ＤＣ／ＡＣ変換後の第１交流電力ＡＰ１が負荷機器３に供給される。なお、ＤＣ／ＡＣ変換部１５１が第１交流電力ＡＰ１を出力するタイミングは、例えば、商用電力と第１交流電力ＡＰ１とが同期したタイミングが好適である。
【００９２】
なお、図５に示すように、ステップＳ４、Ｓ５の処理が完了した状態では、負荷機器３には、第１交流電力ＡＰ１と第２交流電力ＡＰ２とが供給される。
【００９３】
さらに、電力供給指示部１３２は、充電部１６１を稼働するよう、蓄電池出力制御部１６に指示する。充電部１６１は、この指示に従って、蓄電池１２に対する充電動作を実行する（ステップＳ６）。これにより、第１交流電力ＡＰ１と第２交流電力ＡＰ２とを負荷機器３へ供給している間、蓄電池１２に電荷が蓄積される。第１交流電力ＡＰ１と第２交流電力ＡＰ２との負荷機器３への供給期間が十分長い場合、蓄電池１２は満充電状態となる。
【００９４】
つぎに、商用電力供給判別部１３１によって、商用電力が供給されていないと判別した場合の動作について説明する。
【００９５】
商用電力が供給されていないと判別した場合（ステップＳ１；Ｎｏ）、商用電力供給判別部１３１は、商用電力の「停電中」を示す給電状態信号を出力する。
【００９６】
電力供給指示部１３２は、停電中を示す給電状態信号を商用電力供給判別部１３１が出力した場合、受電スイッチ１４に対して、直ちにオフ（非導通）するよう指示する。受電スイッチ１４は、この指示に従って、商用電源２と負荷機器３との接続状態を「切り離し」に変更する（ステップＳ７）。これにより、負荷機器３への第２交流電力ＡＰ２の供給が停止する。
【００９７】
また、電力供給指示部１３２は、以下のステップＳ８、Ｓ９およびＳ１０の処理を同時に実行するよう、燃料電池出力制御部１５および蓄電池出力制御部１６に指示する。
【００９８】
すなわち、電力供給指示部１３２は、ＤＣ／ＡＣ変換部１５１を停止するよう、燃料電池出力制御部１５に指示する。ＤＣ／ＡＣ変換部１５１は、この指示に従って、ＤＣ／ＡＣ変換動作を停止する（ステップＳ８）。これにより、燃料電池１１から出力されてきた直流電力に対するＤＣ／ＡＣ変換動作が停止し、負荷機器３への第１交流電力ＡＰ１の供給が停止する。この時点で、負荷機器３のうちで交流電力を用いてのみ動作可能な負荷機器は、その動作を停止する。
【００９９】
また、電力供給指示部１３２は、充電部１６１を停止するよう、蓄電池出力制御部１６に指示する。充電部１６１は、この指示に従って、商用電力（第２交流電力ＡＰ２）に基づいた蓄電池１２の充電動作を停止する（ステップＳ９）。これにより、蓄電池１２への充電が停止する。
【０１００】
また、電力供給指示部１３２は、放電スイッチ１６２をオンにするよう、蓄電池出力制御部１６に指示する。放電スイッチ１６２は、この指示に従って、オンになる（ステップＳ１０）。これにより、蓄電池１２と負荷機器３とが接続され、蓄電池１２から出力されてきた第２直流電力ＤＰ２が負荷機器３へ供給される。
【０１０１】
さらに、電力供給指示部１３２は、ＤＣ／ＤＣ変換部１５２を稼働するよう、燃料電池出力制御部１５に指示する。ＤＣ／ＤＣ変換部１５２は、この指示に従って、燃料電池１１から出力されてきた直流電力に対するＤＣ／ＤＣ変換動作を実行する（ステップＳ１１）。すなわち、燃料電池１１からの直流電力が所定の電圧レベルの第１直流電力ＤＰ１に変換され、第１直流電力ＤＰ１が負荷機器３へ供給される。
【０１０２】
なお、図６に示すように、ステップＳ１０、Ｓ１１の処理が完了した状態では、負荷機器３には、第１直流電力ＤＰ１と第２直流電力ＤＰ２とが供給される。
【０１０３】
このとき、負荷機器３のうちで直流動作が可能な負荷機器は、供給された第１直流電力ＤＰ１と第２直流電力ＤＰ２とを動作用電力として消費し、所定動作の実行を継続する。
【０１０４】
また、負荷機器３が消費する動作用電力が燃料電池１１の定格出力電力を上回った場合や、負荷機器３が消費する動作用電力が急激に変動した場合、蓄電池１２から出力されてきた第２直流電力ＤＰ２を用いて補う。
【０１０５】
また、燃料電池１１への燃料（都市ガスなど）の供給が停止した場合、燃料電池１１の動作の停止により、第１直流電力ＤＰ１の供給を停止する。そして、蓄電池１２から出力されてきた第２直流電力ＤＰ２のみにより、負荷機器３への動作用電力の供給を維持する。
【０１０６】
なお、商用電源２からの商用電力の供給が停止したままの状態で、上述した燃料電池１１への燃料の供給が復旧した場合、燃料電池１１は、直流電力の生成および出力を再開する。
【０１０７】
さらに、負荷機器３の消費電力が、燃料電池１１の定格出力電力よりも小さい場合（部分負荷状態）、充電部１６１は、ＤＣ／ＤＣ変換部１５２から出力されてきた第１直流電力ＤＰ１により、蓄電池１２を充電する。以上で、一連の電力供給動作が終了する。
（実施形態２）
一般的に、燃料電池１１から出力される直流電力の電圧レベルは、負荷機器３への電力供給に伴って変動する。このため、燃料電池１１からの直流電力の電圧レベルと、ＤＣ／ＤＣ変換部１５２によって変換される第１直流電力ＤＰ１の所定の電圧レベルとが異なる場合、ＤＣ／ＤＣ変換部１５２にて、燃料電池１１からの電圧レベルを負荷機器３が動作するための所定の電圧レベルへと変換する必要がある。
【０１０８】
しかし、燃料電池１１からの直流電力の電圧レベルと、第１直流電力ＤＰ１の所定の電圧レベルとが一致する場合、ＤＣ／ＤＣ変換部１５２における電圧レベルの変換は不要である。この場合、ＤＣ／ＤＣ変換部１５２を介して負荷機器３へ動作用電力を供給すると、却って電力供給効率が低下してしまうおそれがある。
【０１０９】
以下、このような問題を回避するための実施形態２に従った電力供給システムについて説明する。
【０１１０】
実施形態２の電力供給システムの全体構成は、図１に示した例と同一である。
【０１１１】
ただし、実施形態２の電力供給装置１は、実施形態１のＤＣ／ＤＣ変換部１５２に代えて、ＤＣ／ＤＣ変換部１５２Ａを有する。
【０１１２】
図７に示すように、ＤＣ／ＤＣ変換部１５２Ａは、ＤＣ／ＤＣ変換処理部１５３と、短絡部１５４と、直接供給判別部１５５と、出力選択部１５６とを有する。
【０１１３】
ＤＣ／ＤＣ変換処理部１５３は、図１に示した実施形態１のＤＣ／ＤＣ変換部１５２（直流直流変換部）と同一の役割を果たす。つまり、ＤＣ／ＤＣ変換処理部１５３は、燃料電池１１から出力されてきた直流電力を、所定の電圧レベルの第１直流電力ＤＰ１に変換し、第１直流電力ＤＰ１を負荷機器３に供給する。
【０１１４】
短絡部１５４は、例えば、バイパス回路で構成され、燃料電池１１と負荷機器３とを直結して短絡する役割を果たす。つまり、短絡部１５４は、燃料電池１１から出力されてきた直流電力を負荷機器３に直接供給する。
【０１１５】
なお、実施形態２では、燃料電池１１（燃料電池モジュール）から出力される直流電力の電圧レベルは、ＤＣ／ＤＣ変換処理部１５３が負荷機器３へ供給する第１直流電力ＤＰ１が有する所定の電圧レベルにほぼ一致するよう、あらかじめ設定されている。
【０１１６】
直接供給判別部１５５は、燃料電池１１から出力されてきた直流電力の電圧レベルと、ＤＣ／ＤＣ変換処理部１５３から出力される第１直流電力ＤＰ１が有する所定の電圧レベル（負荷機器３が動作するための電圧レベル）とが一致するかどうかに基づいて、燃料電池１１から出力されてきた直流電力を負荷機器３へ直接供給してもよいかどうかを判別する。
【０１１７】
例えば、直接供給判別部１５５は、燃料電池１１からの直流電力の電圧レベルを測定し、測定した電圧レベルと、第１直流電力ＤＰ１の所定の電圧レベルとを比較する。比較の結果、燃料電池１１からの直流電力の電圧レベルと、所定の電圧レベルとが一致した場合、燃料電池１１からの直流電力を負荷機器３へ直接供給してもよいと判別する。また、燃料電池１１からの直流電力の電圧レベルが所定の電圧レベルに一致しない場合、燃料電池１１からの直流電力を負荷機器３へ直接供給してはいけないと判別する。
【０１１８】
出力選択部１５６は、直接供給判別部１５５による判別結果に応じて、ＤＣ／ＤＣ変換処理部１５３と短絡部１５４とのどちらか一方に、負荷機器３へ動作用電力を供給するよう指示する。
【０１１９】
出力選択部１５６は、直接供給判別部１５５が燃料電池１１からの直流電力を負荷機器３へ直接供給してはいけないと判別した場合、ＤＣ／ＤＣ変換処理部１５３に第１直流電力ＤＰ１を負荷機器３へ供給するよう指示する。
【０１２０】
また、出力選択部１５６は、直接供給判別部１５５が燃料電池１１からの直流電力を負荷機器３へ直接供給してもよいと判別した場合、短絡部１５４に、燃料電池１１からの直流電力を負荷機器３へ供給するよう指示する。これにより、燃料電池１１からの直流電圧の電圧レベルと、ＤＣ／ＤＣ変換処理部１５３からの第１直流電力ＤＰ１の所定の電圧レベルとが一致する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＤＣ変換処理部１５３）を介することなく、燃料電池１１から負荷機器３へ動作用電力が直接供給され、電力供給効率の低下を抑制できる。
【０１２１】
以上説明したように、本発明の電力供給システムによれば、商用電力供給判別部１３１が、商用電源２から受電スイッチ１４に商用電力が供給されていないと判別した場合、電力供給指示部１３２は、受電スイッチ１４をオフにして商用電源２を瞬時に切り離す。そのため、安全確保の問題から燃料電池１１を停止する必要がなくなる。
【０１２２】
これにより、燃料電池を具備する一般的な電力供給システムと比較して、負荷機器３への動作用電力の供給が停止する期間を短縮することができる、つまり、負荷機器３への動作用電力の供給をなるべく継続することができる。
【０１２３】
また、負荷機器３の消費電力が燃料電池１１の定格出力を超えた場合や負荷機器３の急激な電力変動が発生した場合でも、蓄電池１２から出力されてきた第２直流電力ＤＰ２で補うことができる。そのため、負荷機器３を保護する観点からの燃料電池１１の停止をなるべく行わないようにでき、負荷機器３への動作用電力の供給が途絶えることをなるべく抑制できる。
【０１２４】
さらに、設計段階から、電力供給システムが直流電力（第１直流電力ＤＰ１および第２直流電力ＤＰ２）のみを供給した場合でも動作可能な負荷機器３を考慮し、このような負荷機器３による消費電力の合計が、燃料電池１１の定格出力電力よりも小さくなるように設定する。これにより、負荷機器３の消費電力に対する負荷規制を自動的に行うことができ、燃料電池１１を単独で運転して負荷機器３へ電力を供給した場合でも、電力の需給バランスが崩れることを抑制できる。さらに、商用電力の停電と同時に燃料電池１１への燃料（例えば、都市ガス）の供給が途絶えて、燃料電池１１にて発生した直流電力の負荷機器３への供給が停止した場合でも、蓄電池１２からの第２直流電力ＤＰ２を負荷機器３へ供給可能である。
【０１２５】
このように、本発明の電力供給システムでは、燃料電池１１単独で動作用電力を供給する場合にも、高い電力供給品質を維持できる。また、商用電力の停電により、燃料電池１１を用いて負荷機器３へ直流電力を供給した場合、ＤＣ／ＡＣ変換部１５１（インバータ）から、変換ロスの少ないＤＣ／ＤＣ変換部１５２（ＤＣ／ＤＣコンバータ）へと切り替わる。そのため、電力供給効率（エネルギ供給効率）の低下を少なくできる。
【０１２６】
また、電力供給装置１によれば、負荷機器３による電力の消費が小さい状態（部分負荷状態）において、蓄電池１２の充電容量に余裕がある場合、燃料電池１１をほぼ定格負荷にて稼働させ、負荷機器３にて消費されない余剰の直流電力を蓄電池１２に充電する。これにより、燃料電池１１の部分負荷運転による発電効率の低下も抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】本発明の実施形態に従った電力供給システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示した電力供給制御部の構成を示す図である。
【図３】図２に示した電力供給制御情報のデータ構造の一例を示す図である。
【図４】本発明の電力供給システムにおける電力供給動作を示すフローチャートである。
【図５】商用電力が給電中である際の、負荷機器への電力の供給状態を示す図である。
【図６】商用電力が停電中である際の、負荷機器への電力の供給状態を示す図である。
【図７】実施形態２における、ＤＣ／ＤＣ変換部の構成を示す図である。
【図８】燃料電池を具備する一般的な電力供給システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１２８】
１  電力供給装置
２  商用電源
３  負荷機器
１１  燃料電池
１２  蓄電池
１３  電力供給制御部
１３１  商用電力供給判別部
１３２  電力供給指示部
１３３  電力供給制御情報
１３４  商用電力供給判別情報
１３５  記憶部
１４  受電スイッチ
１５  燃料電池出力制御部
１５１  ＤＣ／ＡＣ変換部
１５２、１５２Ａ  ＤＣ／ＤＣ変換部
１５３  ＤＣ／ＤＣ変換処理部
１５４  短絡部
１５５  直接供給判別部
１５６  出力選択部
１６  蓄電池出力制御部
１６１  充電部
１６２  放電スイッチ
３００  電力供給装置
３１０  燃料電池
３２０  インバータ
４００  商用電源
５００  負荷機器
【図１】
2009219310.tif 000003
【図２】
2009219310.tif 000004
【図３】
2009219310.tif 000005
【図４】
2009219310.tif 000006
【図５】
2009219310.tif 000007
【図６】
2009219310.tif 000008
【図７】
2009219310.tif 000009
【図８】
2009219310.tif 000010