燃料電池制御システム
【課題】中央処理方式に伴う諸問題を回避した、信頼性の高い自律分散制御型の燃料電池制御システムを提供する。
【解決手段】本発明の燃料電池制御システムは、水素を用いて発電する複数の燃料電池５ａと、各燃料電池５ａに連結され、前記各燃料電池５ａを自律制御する複数の第１の自律分散制御部４ａと、電力を融通するための配電系２と、配電系２に関する配電系情報及び各燃料電池５ａに関する燃料電池情報を含むデータを保持する制御データフィールド１と、を備え、各第１の自律分散制御部４ａは、制御データフィールド１に保持されているデータに含まれる配電系情報を参照し、配電系２が電力を受け入れ可能な状態であることを確認したとき、当該第１の自律分散制御部４ａに連結されている燃料電池５ａを発電させ、該燃料電池５ａの発電により生じた電力を配電系２に供給することを特徴とする。
【解決手段】本発明の燃料電池制御システムは、水素を用いて発電する複数の燃料電池５ａと、各燃料電池５ａに連結され、前記各燃料電池５ａを自律制御する複数の第１の自律分散制御部４ａと、電力を融通するための配電系２と、配電系２に関する配電系情報及び各燃料電池５ａに関する燃料電池情報を含むデータを保持する制御データフィールド１と、を備え、各第１の自律分散制御部４ａは、制御データフィールド１に保持されているデータに含まれる配電系情報を参照し、配電系２が電力を受け入れ可能な状態であることを確認したとき、当該第１の自律分散制御部４ａに連結されている燃料電池５ａを発電させ、該燃料電池５ａの発電により生じた電力を配電系２に供給することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話等のコードレス機器の普及に伴い、その電源である電池は、ますます小型化、高容量化が要望されている。現在、エネルギー密度が高く、小型軽量化を図り得る二次電池としてリチウムイオン二次電池が実用化されており、ポータブル電源としての需要が増大している。しかし、このリチウムイオン二次電池は出力容量に限界があり、使用されるコードレス機器の種類によっては十分な連続使用時間を保証する程度までには至っていない。
【０００３】
このような状況の中で、上記要望に応え得る電池の一例として、固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）が検討されている。電解質に固体高分子電解質、正極活物質に空気中の酸素、負極活物質に燃料を用いる固体高分子電解質型燃料電池は、リチウムイオン二次電池よりも高エネルギー密度化が期待できる電池として注目されている。
【０００４】
燃料電池は、酸素及び燃料の供給さえ行えば連続的に使用することが可能で、このような燃料電池に用いる燃料としては水素、メタノール等が提案され、種々開発が行われているが、高出力が期待できる点で、水素を燃料とする燃料電池が注目されている。
【０００５】
燃料電池の燃料源となる水素を製造する技術としては、１００℃以下の低温で化学反応により水素を発生させて燃料として用いる方法が提案されている。この方法は、例えば、アルミニウム、マグネシウム、ケイ素、亜鉛等と水とを反応させて水素を発生させる金属を水素源とするものである（特許文献１〜６）。
【０００６】
アルミニウムとアルカリまたは酸とを反応させる特許文献１〜３に記載の方法によれば、化学的に簡便に水素が発生するが、アルミニウムに見合う当量のアルカリまたは酸を添加する必要があり、水素源以外の材料の比率が高くなることによるエネルギー密度の減少の問題が生じる。また、反応生成物である酸化物または水酸化物が上記金属の表面に皮膜を形成して、内部の金属と水とが接触できなくなり、酸化反応が上記金属の表面のみで停止するという問題が生じやすい。このため、特許文献３では、アルミニウムの割合を８５重量％以下とした水素発生材料が提案されている。しかしながら、特許文献３の技術では、酸化カルシウムをアルミニウムとの総量において１５重量％以上添加しなければ水素を発生させることができないばかりか、反応時間とともに水素発生速度が大きく変動し、水素発生反応の効率や安定性の点で大きな問題を生ずることとなる。
【０００７】
一方、機械的に表面皮膜を取り除くことにより上記問題を回避しようとする特許文献４では、表面皮膜を取り除くための機械的設備が必要になる等、装置が大型化するという問題を生じる。また、特許文献５では、上記水酸化物の皮膜を形成しにくくするための触媒としてアルミナを添加して、５０℃という低温で水素を発生させている。しかし、アルミニウムだけでは水素が発生せず、一定量の触媒を添加する必要があるため、アルミニウムの含有量が低下するという問題がある。
【０００８】
これらの問題を解決する技術として、特許文献６では、アルミニウム、マグネシウムおよびそれらの合金よりなる群から選択される少なくとも１種の金属材料を含む水素発生材料を用いることで、低温で簡便に水素を発生させることができる水素製造装置および燃料電池が開示されている。
【０００９】
ところで、近年、複数の機器等を制御する技術として、自律分散制御が注目されてきている。自律分散制御を行う複数の機器等から構成される自律分散システムは、例えば、複数の情報機器（コンピュータ、データ処理装置、制御装置、端末装置、中継装置等）がネットワークに分散して接続され、かつ各情報機器が自律的かつ互いに対等に動作するように構成されるシステムである。自律分散システムは、構成機器の保守や拡張あるいは更新を統括管理する必要がないという点で優れている。
【００１０】
例えば、特許文献７に記載の発明は、そのような自律分散システムであって、複数のデータフィールド系と、これらのデータフィールド系を結ぶ通信ネットワークと、データフィールド系に接続された複数のノードと、ノードに接続された自律分散型情報機器等による複数の構築対象と、データフィールド系のいずれかに接続されたノードに設けられた構築ツールと、構築ツールから構築ツールの設けられていない他のノードに接続された構築対象へのプログラム等の構築情報の設定をデータフィールド系を介して機能コード通信により行う構築手段とを備えた自律分散システムである。自律分散システムにより、複数の構成要素を分散させ、効率的な制御と柔軟な変更が可能となり、注目されている。
【００１１】
こうした自律分散システムの一つとして、特許文献８には、自律分散制御型蓄電システムが開示されている。特許文献８の自律分散制御型蓄電システムでは、所定領域に分散させた蓄電装置群から複数の負荷へ給電する蓄熱システムにおいて、それぞれ外部の個別電源から主入力部を介して蓄電装置に蓄えた電力を主出力部より外部負荷へ供給する複数の蓄電ユニットから成り、更に各蓄電ユニットの蓄電装置は、該ユニットと直結した少なくとも一つの蓄電ユニットの蓄電装置を経由して全ての蓄電ユニットの蓄電装置と接続しており、又各蓄電ユニットは、その蓄電装置と上記直結蓄電ユニットの蓄電装置とのうち供給可能な蓄電量が多い方から少ない方へ送電するように制御した副入出力部を有する。特許文献８の個別電源に関しては、商用交流電源以外に、自然エネルギーを利用した発電手段（太陽電池等の光電池、風力発電・熱電変換・圧電変換等）、更には人工エネルギーを２次利用した発電手段（建物からの廃熱を利用した熱電変換や照明光を利用した光発電）、燃料電池・マイクロガスタービン等の分散型発電装置、鉛蓄電池・リチウムイオン電池外部大容量バッテリーを用いることができると開示されている。
【００１２】
また、非特許文献１には、電気および水素を住宅の間で融通したり、燃料電池スタック等の機器を強要したエネルギーネットワークが提案されている。非特許文献１のＦｉｇ．１には、複数の家庭に燃料電池スタックが設置され、燃料電池スタックの発電により生じた電気を融通でき、かつ水素をパイプを経由して融通できるような構成が示されている。さらに、非特許文献１のＦｉｇ．６には、スーパーバイジングを行うサーバーによって複数のクライアント側の機器を制御し、各クライアント側の機器が燃料電池および直流電子負荷装置の制御を行うシステムが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第６５０６３６０号公報
【特許文献２】特許第２５６６２４８号公報
【特許文献３】特開２００４−２３１４６６号公報
【特許文献４】特開２００１−３１４０１号公報
【特許文献５】特表２００４−５０５８７９号公報
【特許文献６】特開２００６−３０６７００号公報
【特許文献７】特開平１１−２３２２１９号公報
【特許文献８】特開２００６−１７４５４０号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】H. Aki, S. Yamamoto, Y. Ishikawa, J. Kondoh, T. Maeda, I. Ishii, "Operational Strategies of Networked Fuel Cells in Residential Homes", IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 21, pp. 1405-1414 (2006).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献６には、燃料電池や水素発生装置が複数存在する場合に、高信頼性を保ち、かつ柔軟な運用が可能なシステムを構築するための技術について記載されていない。
【００１６】
特許文献７及び特許文献８には、燃料電池を分散型発電装置の一例として用いることは記載されているものの、燃料電池で燃料として用いられる水素をシステムの中で融通する技術については全く記載されていない。また、水素供給を必要とする燃料電池の発電により生じた電力をシステムの中で融通するための技術についても何ら記載されていない。
【００１７】
非特許文献１に記載の技術は、スーパーバイジングを行うサーバーで複数のクライアント側の機器を制御する方式であり、サーバーが最終的な中央処理を行う形態となっており、中央処理方式に伴う諸問題が存在する。すなわち、サーバーに不具合が発生した場合に、システム全体に影響が及ぶという問題や、システムの構成要素を更新しにくい、あるいは柔軟なシステム構築が難しい等の問題がある。
【００１８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複数の燃料電池が分散された燃料電池制御システムにおいて各燃料電池を自律制御することにより、中央処理方式に伴う諸問題を回避した、信頼性の高い自律分散制御型の燃料電池制御システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の第１の燃料電池制御システムは、水素を用いて発電する複数の燃料電池と、上記各燃料電池に連結され、上記各燃料電池を自律制御する複数の第１の自律分散制御部と、電力を融通するための配電系と、上記配電系に関する配電系情報及び上記各燃料電池に関する燃料電池情報を含むデータを保持する制御データフィールドと、を備え、上記各第１の自律分散制御部は、上記制御データフィールドに保持されている上記データに含まれる上記配電系情報を参照し、上記配電系が電力を受け入れ可能な状態であることを確認したとき、当該第１の自律分散制御部に連結されている燃料電池を発電させ、該燃料電池の発電により生じた電力を上記配電系に供給することを特徴とする。
【００２０】
本発明の第２の燃料電池制御システムは、水素を用いて発電する燃料電池と、水素を発生する水素発生部とを含む複数の水素発生部搭載燃料電池と、上記各水素発生部搭載燃料電池に連結され、上記各水素発生部搭載燃料電池内の上記燃料電池及び水素発生部を自律制御する複数の自律分散制御部と、電力を融通するための配電系と、水素を融通するための水素融通系と、上記配電系に関する配電系情報、上記水素融通系に関する水素融通系情報、上記燃料電池に関する燃料電池情報、上記水素発生部に関する水素発生部情報を含むデータを保持する制御データフィールドと、を備え、上記各自律分散制御部は、上記制御データフィールドに保持されている上記データに含まれる上記配電系情報を参照し、上記配電系が電力を受け入れ可能な状態であることを確認したとき、当該自律分散制御部に連結されている水素発生部で水素を発生させて当該自律分散制御部に連結されている燃料電池に供給し、上記水素を用いて該燃料電池を発電させ、該燃料電池の発電により生じた電力を上記配電系に供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、複数の燃料電池が分散された燃料電池制御システムにおいて各燃料電池を自律制御することにより、中央処理方式に伴う諸問題を回避した、信頼性の高い自律分散制御型の燃料電池制御システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の燃料電池制御システムの一例を示す概略構成図である。
【図２】制御データフィールドのデータ構成の一例を説明するための図である。
【図３】燃料電池に連結されている自律分散制御部による自律分散制御を説明するためのフローチャート図である。
【図４】水素発生部に連結されている自律分散制御部による自律分散制御を説明するためのフローチャート図である。
【図５】本発明の燃料電池制御システムの他の例を示す概略構成図である。
【図６】本発明の燃料電池制御システムの他の例を示す概略構成図である。
【図７】図５に示す燃料電池制御システムにおける、自律分散制御を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の第１の燃料電池制御システムは、水素を用いて発電する複数の燃料電池と、上記各燃料電池に連結され、上記各燃料電池を自律制御する複数の第１の自律分散制御部と、電力を融通するための配電系と、上記配電系に関する配電系情報及び上記各燃料電池に関する燃料電池情報を含むデータを保持する制御データフィールドと、を備え、上記各第１の自律分散制御部は、上記制御データフィールドに保持されている上記データに含まれる上記配電系情報を参照し、上記配電系が電力を受け入れ可能な状態であることを確認したとき、当該第１の自律分散制御部に連結されている燃料電池を発電させ、該燃料電池の発電により生じた電力を上記配電系に供給することを特徴とする。これにより、複数の燃料電池を自律制御できるため、中央処理方式に伴う諸問題を回避した、信頼性の高い自律分散制御型の燃料電池制御システムを実現できる。
【００２４】
上記第１の燃料電池制御システムにおいて、水素を発生する水素発生部と、上記水素発生部に連結され、上記水素発生部を自律制御する第２の自律分散制御部と、水素を融通するための水素融通系と、をさらに備え、上記制御データフィールドに保持されている上記データは、上記水素融通系に関する水素融通系情報及び上記水素発生部に関する水素発生部情報を含み、上記第２の自律分散制御部は、上記制御データフィールドに保持されている上記データに含まれる上記水素融通系情報を参照し、上記水素融通系が水素を受け入れ可能な状態であることを確認したとき、上記水素発生部で水素を発生させて上記水素融通系に供給する。これにより、燃料電池とは別に分散されている水素発生部を自律制御できるため、より信頼性の高い自律分散制御型の燃料電池制御システムを実現できる。また、上記水素発生部及び上記第２の自律分散制御部を複数備えた場合には、複数の水素発生部を自律制御できるため、さらに信頼性の高い自律分散制御型の燃料電池制御システムを実現できる。
【００２５】
上記第１の燃料電池制御システムにおいて、水素を用いて発電する燃料電池と、水素を発生する水素発生部とを有する水素発生部搭載燃料電池と、上記水素発生部搭載燃料電池に連結され、上記水素発生部搭載燃料電池内の上記燃料電池及び水素発生部を自律制御する第３の自律分散制御部と、水素を融通するための水素融通系と、をさらに備え、上記制御データフィールドに保持されている上記データは、上記水素融通系に関する水素融通系情報及び上記各水素発生部に関する水素発生部情報を含み、上記第３の自律分散制御部は、上記制御データフィールドに保持されている上記データに含まれる上記配電系情報を参照し、上記配電系が電力を受け入れ可能な状態であることを確認したとき、当該第３の自律分散制御部に連結されている水素発生部で水素を発生させて当該第３の自律分散制御部に連結されている燃料電池に供給し、上記水素を用いて該燃料電池を発電させ、該燃料電池の発電により生じた電力を上記配電系に供給する。これにより、水素発生部搭載型の燃料電池を自律制御できるため、より信頼性の高い自律分散制御型の燃料電池制御システムを提供できる。
【００２６】
本発明の第２の燃料電池制御システムは、水素を用いて発電する燃料電池と、水素を発生する水素発生部とを有する複数の水素発生部搭載燃料電池と、上記各水素発生部搭載燃料電池に連結され、上記各水素発生部搭載燃料電池内の上記燃料電池及び上記水素発生部を自律制御する複数の自律分散制御部と、電力を融通するための配電系と、水素を融通するための水素融通系と、上記配電系に関する配電系情報、上記水素融通系に関する水素融通系情報、上記燃料電池に関する燃料電池情報、上記水素発生部に関する水素発生部情報を含むデータを保持する制御データフィールドと、を備え、上記各自律分散制御部は、上記制御データフィールドに保持されている上記データに含まれる上記配電系情報を参照し、上記配電系が電力を受け入れ可能な状態であることを確認したとき、当該自律分散制御部に連結されている水素発生部で水素を発生させて当該自律分散制御部に連結されている燃料電池に供給し、上記水素を用いて該燃料電池を発電させ、該燃料電池の発電により生じた電力を上記配電系に供給することを特徴とする。これにより、水素発生部搭載型の燃料電池を自律制御できるため、中央処理方式に伴う諸問題を回避した、信頼性の高い自律分散制御型の燃料電池制御システムを提供できる。
【００２７】
ここで、本明細書において、「配電系」とは、燃料電池の発電により生じた電力を伝送するための伝送路を意味しており、電力を必要とする負荷に対して伝送する等、柔軟に電力を融通することが可能である。また、「水素融通系」とは、水素発生部で発生された水素を送るための配管系を意味しており、柔軟に水素を融通することができる。
【００２８】
上記水素発生部は、例えば水素発生材料を水と反応させる方法、燃料ガスを改質する方法、水素吸蔵合金を用いる方法等を用いて水素を発生させることができる。
【００２９】
水素発生材料を水と反応させる方法を用いた場合、水素発生材料が、アルミニウム、マグネシウム及びそれらの合金よりなる群から選択される少なくとも１ 種の金属材料を含有し、水との反応により水素を発生する水素発生材料であり、上記金属材料が、６０μｍ以下の粒径の粒子を８０質量％以上含有していることが好ましい。また、水素発生材料が、常温で水と反応して発熱する発熱材料を更に含有することが、さらに好ましい。
【００３０】
以下、本発明の燃料電池制御システムについて、図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３１】
（実施形態１）
まず、本発明の燃料電池制御システムの一例を、実施形態１として説明する。本実施形態では、燃料電池と、水素発生部が別々に分散されている。図１は、本実施形態の燃料電池制御システムの概略構成を示す図である。
【００３２】
本実施形態の燃料電池制御システムは、図１に示すように、水素を燃料源として用いて発電を行う燃料電池５ａと、水素を発生する水素発生部６ａと、燃料電池５ａに連結され、燃料電池５ａを自律制御する自律分散制御部４ａと、水素発生部６ａに連結され、水素発生部６ａを自律制御する自律分散制御部４ｂとを備えている。また、この燃料電池制御システムは、各種情報が保持されている制御データフィールド１と、電力を融通するための配電系２と、水素を融通するための水素融通系３とを有する。
【００３３】
燃料電池５ａとしては、例えば、ＰＥＦＣを用いることができる。なお、本発明の燃料電池は、ＰＥＦＣに限定されるものではなく、負極に水素が供給され、正極に酸素あるいは空気が供給されることで発電可能な燃料電池であればよい。
【００３４】
水素発生部６ａは、例えば、水素発生材料と水とを反応させて水素を発生させる。なお、水素発生方法はこれに限定されるものではなく、燃料ガスを改質する方法、水素吸蔵合金を用いる方法、高圧容器に格納された水素を利用する方法等、多様な手段を用いることができる。
【００３５】
配電系２には、図示しない部分に、電流検出部及び電圧検出部が接続されており、配電系２の許容範囲の電流及び電圧が流れていることを監視する。さらに、配電系２に二次電池のような蓄電部を連結して、その蓄電部に余剰の電力を蓄積可能な形態としてもよい。
【００３６】
制御データフィールド１は、本発明の燃料電池制御システムに分散されている自律分散制御部の間で共有可能な制御データを保持している。制御データフィールド１は、デジタル情報の送信、受信が可能なものであればよいため、制御データフィールド１としては、有線ネットワークであっても、無線ネットワークであってもよい。また、半導体やハードディスク等の記録媒体にメモリー空間を設け、そのメモリー空間に対して読み出し及び書き込みを行う形態であってもよい。
【００３７】
ここで、制御データフィールド１のデータ構成の一例を、図２に示す。図２に示す制御データフィールド１には、配電系情報１０１、水素融通系情報１０２、燃料電池情報１０３、１０４、水素発生部情報１０５が含まれている。
【００３８】
このうち、配電系情報１０１には、対配電系電力供給許可情報、対配電系電力要求情報、配電系稼動状態情報、配電系属性情報、接続負荷情報が含まれる。
【００３９】
ここで、対配電系電力供給許可情報とは、燃料電池からの電力供給を配電系が許容できる状態であるか否かを判別するための情報である。例えば、配電系に既に電力が大量に供給されていて、配電系にこれ以上の電力が供給されると、配電系の許容電力量を超えてしまう場合、対配電系電力供給許可情報には、電力供給不許可状態を示す情報が格納される。また、配電系に電子機器や充電機器等の負荷が全く連結されておらず、配電系に供給された電力を消費する負荷がない場合も、対配電系電力供給許可情報には、電力供給不許可状態を示す情報が格納される。一方、配電系に保持されている電力量が少なく、配電系の許容電力量まで余裕があり、かつ電子機器や充電機器等の負荷が連結されている場合、対配電系電力供給許可情報には、電力供給許可状態を示す情報が格納される。
【００４０】
対配電系電力要求情報とは、配電系に連結した電子機器や充電機器等の負荷が、配電系から電力を供給してもらうことを要求するための情報である。例えば、携帯電話用充電器などの電子機器を配電系に連結した場合、対配電系電力要求情報には、電力要求を示す情報が格納される。
【００４１】
配電系稼動状態情報とは、配電系が稼動状態であるか非稼動状態であるかを判別するための情報である。例えば、保守などのために配線系を稼動停止する場合、配電系稼動状態情報には、配電系が非稼動状態であることを示す情報が格納される。
【００４２】
配電系属性情報とは、配電系の属性に関する情報であり、配電系の許容電力量、最大許容電圧、最大許容電流、バージョン情報、配電系の保守に関する情報を含む。
【００４３】
接続負荷情報とは、接続される負荷に関する情報であり、配電系に接続されている負荷によって配電系が流した電流および電圧に関する情報を含む。
【００４４】
水素融通系情報１０２には、対水素融通系水素供給許可情報、対水素融通系水素要求情報、水素融通系稼動状態情報、水素融通系属性情報が含まれる。
【００４５】
ここで、対水素融通系水素供給許可情報とは、水素発生部からの水素供給を水素融通系が許容できる状態であるか否かを判別するための情報である。例えば、水素融通系に既に水素が大量に供給されていて、水素融通系にこれ以上に水素が供給されると、水素融通系の許容水素量を超えてしまう場合、対水素融通系水素供給許可情報には、水素供給不許可状態に示す情報が格納される。また、水素融通系に燃料電池が一つも連結されておらず、水素融通系に供給された水素を消費する燃料電池がない場合も、対水素融通系水素供給許可情報には、水素供給不許可状態を示す情報が格納される。一方、水素融通系に保持されている水素量が少なく、水素融通系の許容水素量まで余裕があり、かつ燃料電池が連結されている場合、対水素融通系水素供給許可情報には、水素供給許可状態を示す情報が格納される。
【００４６】
対水素融通系水素要求情報とは、水素融通系に連結した燃料電池が、水素融通系から水素を供給してもらうことを要求するための情報である。例えば、燃料電池が水素融通系に連結されていて、発電のために水素を必要とする場合、対水素融通系水素要求情報には、水素要求を示す情報が格納される。
【００４７】
水素融通系稼動状態情報とは、水素融通系が稼動状態であるか非稼動状態であるかを判別するための情報である。例えば、保守などのために水素融通系を稼動停止する場合、水素融通系稼動状態情報には、水素融通系が非稼動状態であることを示す情報が格納される。
【００４８】
水素融通系属性情報とは、水素融通系の属性に関する情報であり、水素融通系の許容水素量、最大水素流量、最大水素圧力、バージョン情報、水素融通系の保守に関する情報などを含む。
【００４９】
燃料電池情報１０３、１０４としては、燃料電池機器番号、燃料電池種類、燃料電池状態情報等が含まれる。図２において、燃料電池情報１０３は、例えば、燃料電池機器番号がＦＣ０１の燃料電池に関する情報であり、当該燃料電池の燃料電池機器番号、燃料電池種類、燃料電池状態情報が含まれる。また、燃料電池情報１０４は、例えば、燃料電池機器番号がＦＣ０２の燃料電池に関する情報であり、当該燃料電池の燃料電池機器番号、燃料電池種類、燃料電池状態情報が含まれる。このように制御データフィールドの中に燃料電池種類に関する情報が共有されているため、多様な種類の複数の燃料電池を、本発明の燃料電池制御システムに連結可能である。また、燃料電池状態情報としては、例えば、燃料電池の定格電圧、最大電圧、電流電圧特性、平均寿命に関する情報が含まれる。これらを複数の自律分散制御部間で共有することで、安定したシステムの運用を図ることができる。さらに、燃料電池状態情報に、燃料電池の異常発生頻度を含めた場合、異常発生頻度の高い燃料電池については使用しないようにすることができるため、システムの信頼性を高めることができる。
【００５０】
水素発生部情報１０５は、水素発生部番号、水素発生部種類、水素発生部状態情報から構成され、こうした情報を制御データフィールドで共有し、参照することで、複数の水素発生部や、水素発生方法が異なる複数の水素発生部を用いることが可能となる。水素発生部状態情報としては、例えば、水素発生部での水素流量、温度、圧力、水素発生部自身の平均寿命に関する情報が含まれる。これらを複数の自律分散制御部間で共有することで、安定したシステムの運用を図ることができる。
【００５１】
さらに、上記水素発生部状態情報に、水素発生部の異常発生頻度を含めた場合、異常発生頻度の高い水素発生部については使用しないようにすることができるため、システムの信頼性を高めることができる。ここで、異常発生頻度とは、自律分散制御部が制御する対象が、正常な動作を行わなかった頻度に関する情報である。自律分散制御部が制御する対象としては、燃料電池または水素発生部が挙げられる。燃料電池の異常発生頻度は、燃料電池が発電動作を開始した後、発電に異常が発生した確率に関する情報が格納される。水素発生部の異常発生頻度は、水素発生部が水素発生を開始した後、水素発生に異常が発生した確率に関する情報が格納される。
【００５２】
また、上記水素発生部状態情報に、水素発生材料の反応累積量に応じた水素発生可能容量情報を含めた場合には、水素発生部で発生可能な水素量を事前に確認でき、発生可能な水素量が少ない場合には、当該水素発生部による水素発生を停止させたり、当該水素発生部に新たな水素発生材料を補給したりすることができる。
【００５３】
次に、自律分散制御部４ａによる自律分散制御を説明する。図３は、燃料電池５ａに連結されている自律分散制御部４ａによる自律分散制御を説明するためのフローチャート図である。
【００５４】
まず、制御データフィールド１に保持されているデータを取得（受信）すると（ステップＳ２０１）、受信したデータに含まれる配電系情報１０１（図２）中の対配電系電力供給許可情報を参照し、配電系２に対して電力供給許可状態であるかを判断する（ステップＳ２０２）。ここで、「配電系２に対して電力供給許可状態」とは、本発明の配電系２に接続された機器（ここでは、燃料電池５ａ）から配電系２に電力を供給することが許可されている状態を意味する。例えば、図示しない部分に、十分な充電容量を有する充電機器等を接続することで、配電系２に対して電力供給許可状態とすることができる。つまり、配電系に電子機器や充電機器等の負荷が全く連結されていない場合、配電系に供給された電力を、適切に消費する負荷がない状態であるため、このような状態で無理矢理に電力を配電系に供給すると、配電系の電気抵抗に応じた発熱が発生し、配電系に破損を生ずるおそれがある。しかし、十分な充電容量を有する充電機器を接続すれば、上記のような状態で配電系に電力が供給されても、その電力を充電機器の充電に用いればよいので、意図しない発熱を抑えることができる。
【００５５】
ステップＳ２０２の判断の結果、配電系２に対して電力供給許可状態である場合、ステップＳ２０３に進み、そうでない場合、ステップＳ２０１の制御データフィールド１のデータを受信する状態に戻る。
【００５６】
ステップＳ２０３では、燃料電池情報１０３（図２）中の燃料電池状態情報を確認し、制御する燃料電池５ａ、つまり、本自律分散制御部４ａに連結されている燃料電池５ａが発電可能な状態であるかを判断する。なお、ここでは、燃料電池５ａに関する情報が図２の燃料電池情報１０３に保持されているものとした。ステップＳ２０３の判断の結果、制御する燃料電池５ａが発電可能な状態である場合、ステップＳ２０４に進み、そうでない場合、ステップＳ２０１の制御データフィールド１のデータを受信する状態に戻る。
【００５７】
ステップＳ２０４では、制御する燃料電池５ａが現在発電中であるかを判断する。ステップＳ２０４の判断の結果、制御する燃料電池５ａが現在発電中である場合、ステップＳ２０５に進み、そうでない場合、制御する燃料電池５ａで発電を開始させて（ステップＳ２０６）、ステップ２０５に進む。
【００５８】
ステップＳ２０５では、燃料電池５ａの発電により生じた電力を配電系２に送電し、かつ制御データフィールド１に保持されている配電系情報１０１（図２）と燃料電池情報１０３（図２）の燃料電池状態情報を更新し、ステップＳ２０７に進む。
【００５９】
ステップＳ２０７では、更新後のデータに基づいて、配電系２に対して、電力供給許可状態かどうかを判断する。ステップＳ２０７の判断の結果、配電系２に対して電力供給許可状態である場合、ステップＳ２０８に進み、そうでない場合、ステップＳ２０９に進む。
【００６０】
ステップＳ２０８では、制御する燃料電池５ａが発電可能かどうかを判断する。ステップＳ２０８の判断の結果、制御する燃料電池５ａが発電可能である場合、ステップＳ２０４に進み、そうでない場合、ステップＳ２０９に進む。
【００６１】
ステップＳ２０９では、制御する燃料電池５ａの発電を停止し、制御データフィールド１の配電系情報１０１（図２）と燃料電池情報１０３（図２）の燃料電池状態情報を更新する。そして、ステップＳ２０１の制御データフィールド１のデータを受信する状態に戻る。
【００６２】
このように、自律分散制御部４ａは、図３に示すフローチャートに従う処理を行い、燃料電池５ａを自律制御することにより、中央処理方式に伴う諸問題を回避した、信頼性の高い自律分散制御型の燃料電池制御システムを実現可能で、安定した燃料電池制御システムの運用が可能となる。また、自律分散制御部４ａは、図３に示す自律分散制御に応じて制御データフィールド１の内容の更新を行うことで、より信頼性の高い燃料電池制御システムを実現できる。
【００６３】
次に、自律分散制御部４ｂによる自律分散制御を説明する。図４は、水素発生部６ａに連結されている自律分散制御部４ｂによる自律分散制御を説明するためのフローチャート図である。
【００６４】
まず、制御データフィールド１に保持されているデータを取得（受信）すると（ステップＳ３０１）、受信したデータに含まれる水素融通系情報１０２（図２）中の対水素融通系水素供給許可情報を参照し、水素融通系３に対して水素供給許可状態であるかを判断する（ステップＳ３０２）。ここで、「水素融通系３に対して水素供給許可状態」とは、本発明の水素融通系３に接続された機器（ここでは、水素発生部６ａ）から水素融通系３に水素を供給することが許可されている状態を意味する。
【００６５】
ステップＳ３０２の判断の結果、水素融通系３に対して水素供給許可状態である場合、ステップ３０３に進み、そうでない場合、ステップ３０１の制御データフィールド１のデータを受信する状態に戻る。
【００６６】
ステップＳ３０３では、水素発生部情報１０５（図２）中の水素発生部状態情報を確認し、自律分散制御部４ｂ自身が制御する水素発生部６ａが水素発生可能な状態であるかを判断する。なお、ここでは、水素発生部６ａに関する情報が、図２の１０５に保持されているものとした。ステップＳ３０３の判断の結果、制御する水素発生部６ａが水素発生可能な状態である場合、ステップＳ３０４に進み、そうでない場合、ステップＳ３０１の制御データフィールド１のデータを受信する状態に戻る。
【００６７】
ステップＳ３０４では、制御する水素発生部６ａが現在水素発生中であるかを判断する。ステップＳ３０４の判断の結果、制御する水素発生部６ａが現在水素発生中である場合、ステップＳ３０５に進み、そうでない場合、制御する水素発生部６ａで水素発生を開始させて（ステップＳ３０６）、ステップ３０５に進む。
【００６８】
ステップＳ３０５では、水素発生部６ａで発生させた水素を水素融通系３に供給し、かつ制御データフィールド１に保持されている水素融通系情報１０２（図２）と水素発生部情報１０５（図２）の水素発生部状態情報を更新し、ステップＳ３０７に進む。なお、ここでは、水素発生部６ａに関する情報は、図２の１０５に保持されているものとした。
【００６９】
ステップＳ３０７では、更新後のデータに基づいて、水素融通系３に対して、水素供給許可状態かどうかを判断する。ステップＳ３０７の判断の結果、水素融通系３に対して水素供給許可状態である場合、ステップＳ３０８に進み、そうでない場合、ステップＳ３０９に進む。
【００７０】
ステップＳ３０８では、制御する水素発生部６ａが水素発生可能かどうかを判断する。ステップＳ３０８で、制御する水素発生部６ａが水素発生可能である場合、ステップＳ３０４に進み、そうでない場合、ステップＳ３０９に進む。
【００７１】
ステップＳ３０９では、制御する水素発生部６ａによる水素発生を停止し、制御データフィールド１の水素融通系情報１０２（図２）と水素発生部情報１０５（図２）の水素発生部状態情報を更新する。そして、ステップＳ３０１の制御データフィールド１のデータを受信する状態に戻る。
【００７２】
このように、自律分散制御部４ｂは、図４に示すフローチャートに従う処理を行い、水素発生部６ａを自律制御することにより、中央処理方式に伴う諸問題を回避した、信頼性の高い自律分散制御型の燃料電池制御システムを実現でき、安定した燃料電池制御システムの運用が可能となる。また、自律分散制御部４ｂは、図４に示す自律分散制御に応じて制御データフィールド１の内容の更新を行うことで、より信頼性の高い燃料電池制御システムを実現できる。
【００７３】
（実施形態２）
次に、本発明の燃料電池制御システムの他の例を、実施形態２として説明する。上記実施形態１と異なる点は、燃料電池に水素発生部が搭載されていること、１つの自律分散制御部で燃料電池の発電及び水素発生部による水素供給を自律制御可能であること、である。
【００７４】
図５は、本実施形態の燃料電池制御システムの概略構成を示す図である。図５において、図１と同一構成要素については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７５】
本実施形態の燃料電池制御システムは、図５に示すように、燃料電池５ｂ及び水素発生部６ｂを有する水素発生部搭載燃料電池７と、自律分散制御部４ｃとを備えている。燃料電池５ｂは、水素を燃料源として用いて発電を行う。燃料電池５ｂとしては、例えば、ＰＥＦＣを用いることができる。水素発生部６ｂは、例えば、水素発生材料と水とを反応させて水素を発生させ、この水素を燃料電池５ｂまたは水素融通系３に供給する。自律分散制御部４ｃは、燃料電池５ｂ及び水素発生部６ｂに連結されており、制御データフィールド１に保持されているデータを参照し、後述する図７に示すフローチャートに従う動作を行い、燃料電池５ｂ及び水素発生部６ｂを自律制御する。
【００７６】
また、この燃料電池制御システムは、各種情報が保持されている制御データフィールド１と、配電系２と、水素融通系３とを有する。これらについては、上記実施形態１で説明したので、ここでは説明を省略する。
【００７７】
次に、自律分散制御部４ｃによる自律分散制御を説明する。図７は、水素発生部搭載燃料電池７に連結されている自律分散制御部４ｃによる自律分散制御を説明するためのフローチャート図である。
【００７８】
まず、制御データフィールド１に保持されているデータを取得（受信）すると（ステップＳ４０１）、受信したデータに含まれる配電系情報１０１（図２）中の対配電系電力供給許可情報を参照し、配電系２に対して電力供給許可状態であるかを判断する（ステップＳ４０２）。
【００７９】
ステップ４０２の判断の結果、配電系２に対して電力供給許可状態である場合、ステップＳ４０３に進み、そうでない場合、ステップＳ４０１の制御データフィールド１のデータを受信する状態に戻る。
【００８０】
ステップＳ４０３では、燃料電池情報１０４（図２）中の燃料電池状態情報を確認し、制御する燃料電池５ｂが発電可能な状態であるかを判断する。なお、ここでは、燃料電池５ｂに関する情報が、図２の１０４に保持されているものとした。ステップＳ４０３の判断の結果、制御する燃料電池５ｂが発電可能な状態である場合、ステップＳ４０４に進み、そうでない場合、ステップＳ４０１の制御データフィールド１のデータを受信する状態に戻る。
【００８１】
ステップＳ４０４では、制御する燃料電池５ｂが現在発電中であるかを判断する。ステップＳ４０４の判断の結果、制御する燃料電池５ｂが現在発電中である場合、ステップＳ４０５に進み、そうでない場合、ステップＳ４０９に進む。
【００８２】
ステップＳ４０９では、水素発生部情報１０５（図２）中の水素発生部状態情報を確認し、制御する水素発生部６ｂが水素発生可能であるかを判断する。ステップＳ４０９において、制御する水素発生部６ｂが水素発生可能であると判断した場合、ステップＳ４１０に進み、そうでない場合、ステップＳ４０１の制御データフィールド１のデータを受信する状態に戻る。ステップＳ４１０では、制御する水素発生部６ｂが現在水素を発生中かどうかを判断する。ステップＳ４１０において、制御する水素発生部６ｂが現在水素を発生中であると判断した場合、ステップＳ４１１に進み、そうでない場合、制御する水素発生部６ｂによる水素発生を開始させて（ステップＳ４１２）、ステップＳ４１１に進む。ステップＳ４１１では、水素発生部６ｂで発生した水素を燃料電池５ｂに供給し、水素発生部６ｂからの水素を用いて燃料電池５ｂを発電させる。そして、ステップＳ４０５及びステップＳ４１３に進む。
【００８３】
ステップＳ４０５では、燃料電池５ｂの発電により生じた電力を配電系２に送電し、かつ制御データフィールド１の保持されている配電系情報１０１（図２）と燃料電池情報１０４（図２）の燃料電池状態情報を更新し、ステップＳ４０６に進む。
【００８４】
ステップＳ４０６では、更新後のデータに基づいて、配電系２に対して、電力供給許可状態かどうかを判断する。ステップＳ４０６の判断の結果、配電系２に対して電力供給許可状態である場合、ステップＳ４０７に進み、そうでない場合、ステップＳ４０８に進む。
【００８５】
ステップＳ４０７では、制御する燃料電池５ｂが発電可能かどうかを判断する。ステップＳ４０７の判断の結果、制御する燃料電池５ｂが発電可能である場合、ステップＳ４０４に進み、そうでない場合、ステップＳ４０８に進む。
【００８６】
ステップＳ４０８では、制御する燃料電池５ｂの発電を停止し、制御データフィールド１の配電系情報１０１（図２）と燃料電池情報１０４（図２）の燃料電池状態情報を更新する。そして、ステップＳ４０１の制御データフィールド１のデータを受信する状態に戻る。
【００８７】
ステップＳ４１３では、燃料電池５ｂの発電中において、余剰水素が存在し、かつ、対水素融通系３に対して水素供給可能であるかどうかを判断する。ステップＳ４１３において、余剰水素が存在し、かつ、対水素融系３に対して水素供給可能であると判断した場合、ステップＳ４１４に進み、そうでない場合、ステップＳ４１０に進む。
【００８８】
ステップＳ４１４では、水素融通系３に余剰水素を供給し、制御データフィールド１の水素融通系情報１０２（図２）と水素発生部情報１０５（図２）の水素発生部状態情報を更新する。そして、ステップＳ４０１の制御データフィールド１のデータを受信する状態に戻る。
【００８９】
このように、自律分散制御部７は、図７に示すフローチャートに従う処理を行い、燃料電池５ｂ及び水素発生部６ｂを有する水素発生部搭載燃料電池７を自律制御することにより、中央処理方式に伴う諸問題を回避した、信頼性の高い自律分散制御型の燃料電池制御システムを実現でき、安定した燃料電池制御システムの運用が可能となる。また、水素発生部６ｂで発生した水素のうち、余剰水素がある場合には、水素融通系３が水素を受け入れ可能な状態であれば、余剰水素を供給するようにしたので、余剰水素を有効に活用できる燃料電池制御システムを実現できる。
【００９０】
（実施形態３）
次に、本発明の燃料電池制御システムの他の例を、実施形態３として説明する。
【００９１】
本実施形態３の燃料電池制御システムは、上記実施形態１の燃料電池制御システムと上記実施形態２の燃料電池制御システムを備える。図６に、本実施形態の燃料電池制御システムの概略構成を示す。図６において、図１または図５と同一構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。なお、本実施形態３の燃料電池制御システムの自律分散制御については、上記実施形態１または２と同じであるため、ここではその説明を省略する。
【００９２】
本実施形態３によれば、分散された複数の燃料電池５ａ、複数の水素発生部６ａ、複数の水素供給部搭載燃料電池７をそれぞれ自律制御できるため、中央処理方式に伴う諸問題を回避した、信頼性の高い自律分散制御型の燃料電池制御システムを実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明の燃料電池制御システムは、信頼性の高い、自律分散制御型の燃料電池制御システムとして幅広く利用可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１ 制御データフィールド
２ 配電系
３ 水素融通系
４ａ、４ｂ、４ｃ 自律分散制御部
５ａ、５ｂ 燃料電池
６ａ、６ｂ 水素発生部
７ 水素発生部搭載燃料電池
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話等のコードレス機器の普及に伴い、その電源である電池は、ますます小型化、高容量化が要望されている。現在、エネルギー密度が高く、小型軽量化を図り得る二次電池としてリチウムイオン二次電池が実用化されており、ポータブル電源としての需要が増大している。しかし、このリチウムイオン二次電池は出力容量に限界があり、使用されるコードレス機器の種類によっては十分な連続使用時間を保証する程度までには至っていない。
【０００３】
このような状況の中で、上記要望に応え得る電池の一例として、固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）が検討されている。電解質に固体高分子電解質、正極活物質に空気中の酸素、負極活物質に燃料を用いる固体高分子電解質型燃料電池は、リチウムイオン二次電池よりも高エネルギー密度化が期待できる電池として注目されている。
【０００４】
燃料電池は、酸素及び燃料の供給さえ行えば連続的に使用することが可能で、このような燃料電池に用いる燃料としては水素、メタノール等が提案され、種々開発が行われているが、高出力が期待できる点で、水素を燃料とする燃料電池が注目されている。
【０００５】
燃料電池の燃料源となる水素を製造する技術としては、１００℃以下の低温で化学反応により水素を発生させて燃料として用いる方法が提案されている。この方法は、例えば、アルミニウム、マグネシウム、ケイ素、亜鉛等と水とを反応させて水素を発生させる金属を水素源とするものである（特許文献１〜６）。
【０００６】
アルミニウムとアルカリまたは酸とを反応させる特許文献１〜３に記載の方法によれば、化学的に簡便に水素が発生するが、アルミニウムに見合う当量のアルカリまたは酸を添加する必要があり、水素源以外の材料の比率が高くなることによるエネルギー密度の減少の問題が生じる。また、反応生成物である酸化物または水酸化物が上記金属の表面に皮膜を形成して、内部の金属と水とが接触できなくなり、酸化反応が上記金属の表面のみで停止するという問題が生じやすい。このため、特許文献３では、アルミニウムの割合を８５重量％以下とした水素発生材料が提案されている。しかしながら、特許文献３の技術では、酸化カルシウムをアルミニウムとの総量において１５重量％以上添加しなければ水素を発生させることができないばかりか、反応時間とともに水素発生速度が大きく変動し、水素発生反応の効率や安定性の点で大きな問題を生ずることとなる。
【０００７】
一方、機械的に表面皮膜を取り除くことにより上記問題を回避しようとする特許文献４では、表面皮膜を取り除くための機械的設備が必要になる等、装置が大型化するという問題を生じる。また、特許文献５では、上記水酸化物の皮膜を形成しにくくするための触媒としてアルミナを添加して、５０℃という低温で水素を発生させている。しかし、アルミニウムだけでは水素が発生せず、一定量の触媒を添加する必要があるため、アルミニウムの含有量が低下するという問題がある。
【０００８】
これらの問題を解決する技術として、特許文献６では、アルミニウム、マグネシウムおよびそれらの合金よりなる群から選択される少なくとも１種の金属材料を含む水素発生材料を用いることで、低温で簡便に水素を発生させることができる水素製造装置および燃料電池が開示されている。
【０００９】
ところで、近年、複数の機器等を制御する技術として、自律分散制御が注目されてきている。自律分散制御を行う複数の機器等から構成される自律分散システムは、例えば、複数の情報機器（コンピュータ、データ処理装置、制御装置、端末装置、中継装置等）がネットワークに分散して接続され、かつ各情報機器が自律的かつ互いに対等に動作するように構成されるシステムである。自律分散システムは、構成機器の保守や拡張あるいは更新を統括管理する必要がないという点で優れている。
【００１０】
例えば、特許文献７に記載の発明は、そのような自律分散システムであって、複数のデータフィールド系と、これらのデータフィールド系を結ぶ通信ネットワークと、データフィールド系に接続された複数のノードと、ノードに接続された自律分散型情報機器等による複数の構築対象と、データフィールド系のいずれかに接続されたノードに設けられた構築ツールと、構築ツールから構築ツールの設けられていない他のノードに接続された構築対象へのプログラム等の構築情報の設定をデータフィールド系を介して機能コード通信により行う構築手段とを備えた自律分散システムである。自律分散システムにより、複数の構成要素を分散させ、効率的な制御と柔軟な変更が可能となり、注目されている。
【００１１】
こうした自律分散システムの一つとして、特許文献８には、自律分散制御型蓄電システムが開示されている。特許文献８の自律分散制御型蓄電システムでは、所定領域に分散させた蓄電装置群から複数の負荷へ給電する蓄熱システムにおいて、それぞれ外部の個別電源から主入力部を介して蓄電装置に蓄えた電力を主出力部より外部負荷へ供給する複数の蓄電ユニットから成り、更に各蓄電ユニットの蓄電装置は、該ユニットと直結した少なくとも一つの蓄電ユニットの蓄電装置を経由して全ての蓄電ユニットの蓄電装置と接続しており、又各蓄電ユニットは、その蓄電装置と上記直結蓄電ユニットの蓄電装置とのうち供給可能な蓄電量が多い方から少ない方へ送電するように制御した副入出力部を有する。特許文献８の個別電源に関しては、商用交流電源以外に、自然エネルギーを利用した発電手段（太陽電池等の光電池、風力発電・熱電変換・圧電変換等）、更には人工エネルギーを２次利用した発電手段（建物からの廃熱を利用した熱電変換や照明光を利用した光発電）、燃料電池・マイクロガスタービン等の分散型発電装置、鉛蓄電池・リチウムイオン電池外部大容量バッテリーを用いることができると開示されている。
【００１２】
また、非特許文献１には、電気および水素を住宅の間で融通したり、燃料電池スタック等の機器を強要したエネルギーネットワークが提案されている。非特許文献１のＦｉｇ．１には、複数の家庭に燃料電池スタックが設置され、燃料電池スタックの発電により生じた電気を融通でき、かつ水素をパイプを経由して融通できるような構成が示されている。さらに、非特許文献１のＦｉｇ．６には、スーパーバイジングを行うサーバーによって複数のクライアント側の機器を制御し、各クライアント側の機器が燃料電池および直流電子負荷装置の制御を行うシステムが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第６５０６３６０号公報
【特許文献２】特許第２５６６２４８号公報
【特許文献３】特開２００４−２３１４６６号公報
【特許文献４】特開２００１−３１４０１号公報
【特許文献５】特表２００４−５０５８７９号公報
【特許文献６】特開２００６−３０６７００号公報
【特許文献７】特開平１１−２３２２１９号公報
【特許文献８】特開２００６−１７４５４０号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】H. Aki, S. Yamamoto, Y. Ishikawa, J. Kondoh, T. Maeda, I. Ishii, "Operational Strategies of Networked Fuel Cells in Residential Homes", IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 21, pp. 1405-1414 (2006).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献６には、燃料電池や水素発生装置が複数存在する場合に、高信頼性を保ち、かつ柔軟な運用が可能なシステムを構築するための技術について記載されていない。
【００１６】
特許文献７及び特許文献８には、燃料電池を分散型発電装置の一例として用いることは記載されているものの、燃料電池で燃料として用いられる水素をシステムの中で融通する技術については全く記載されていない。また、水素供給を必要とする燃料電池の発電により生じた電力をシステムの中で融通するための技術についても何ら記載されていない。
【００１７】
非特許文献１に記載の技術は、スーパーバイジングを行うサーバーで複数のクライアント側の機器を制御する方式であり、サーバーが最終的な中央処理を行う形態となっており、中央処理方式に伴う諸問題が存在する。すなわち、サーバーに不具合が発生した場合に、システム全体に影響が及ぶという問題や、システムの構成要素を更新しにくい、あるいは柔軟なシステム構築が難しい等の問題がある。
【００１８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複数の燃料電池が分散された燃料電池制御システムにおいて各燃料電池を自律制御することにより、中央処理方式に伴う諸問題を回避した、信頼性の高い自律分散制御型の燃料電池制御システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の第１の燃料電池制御システムは、水素を用いて発電する複数の燃料電池と、上記各燃料電池に連結され、上記各燃料電池を自律制御する複数の第１の自律分散制御部と、電力を融通するための配電系と、上記配電系に関する配電系情報及び上記各燃料電池に関する燃料電池情報を含むデータを保持する制御データフィールドと、を備え、上記各第１の自律分散制御部は、上記制御データフィールドに保持されている上記データに含まれる上記配電系情報を参照し、上記配電系が電力を受け入れ可能な状態であることを確認したとき、当該第１の自律分散制御部に連結されている燃料電池を発電させ、該燃料電池の発電により生じた電力を上記配電系に供給することを特徴とする。
【００２０】
本発明の第２の燃料電池制御システムは、水素を用いて発電する燃料電池と、水素を発生する水素発生部とを含む複数の水素発生部搭載燃料電池と、上記各水素発生部搭載燃料電池に連結され、上記各水素発生部搭載燃料電池内の上記燃料電池及び水素発生部を自律制御する複数の自律分散制御部と、電力を融通するための配電系と、水素を融通するための水素融通系と、上記配電系に関する配電系情報、上記水素融通系に関する水素融通系情報、上記燃料電池に関する燃料電池情報、上記水素発生部に関する水素発生部情報を含むデータを保持する制御データフィールドと、を備え、上記各自律分散制御部は、上記制御データフィールドに保持されている上記データに含まれる上記配電系情報を参照し、上記配電系が電力を受け入れ可能な状態であることを確認したとき、当該自律分散制御部に連結されている水素発生部で水素を発生させて当該自律分散制御部に連結されている燃料電池に供給し、上記水素を用いて該燃料電池を発電させ、該燃料電池の発電により生じた電力を上記配電系に供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、複数の燃料電池が分散された燃料電池制御システムにおいて各燃料電池を自律制御することにより、中央処理方式に伴う諸問題を回避した、信頼性の高い自律分散制御型の燃料電池制御システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の燃料電池制御システムの一例を示す概略構成図である。
【図２】制御データフィールドのデータ構成の一例を説明するための図である。
【図３】燃料電池に連結されている自律分散制御部による自律分散制御を説明するためのフローチャート図である。
【図４】水素発生部に連結されている自律分散制御部による自律分散制御を説明するためのフローチャート図である。
【図５】本発明の燃料電池制御システムの他の例を示す概略構成図である。
【図６】本発明の燃料電池制御システムの他の例を示す概略構成図である。
【図７】図５に示す燃料電池制御システムにおける、自律分散制御を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の第１の燃料電池制御システムは、水素を用いて発電する複数の燃料電池と、上記各燃料電池に連結され、上記各燃料電池を自律制御する複数の第１の自律分散制御部と、電力を融通するための配電系と、上記配電系に関する配電系情報及び上記各燃料電池に関する燃料電池情報を含むデータを保持する制御データフィールドと、を備え、上記各第１の自律分散制御部は、上記制御データフィールドに保持されている上記データに含まれる上記配電系情報を参照し、上記配電系が電力を受け入れ可能な状態であることを確認したとき、当該第１の自律分散制御部に連結されている燃料電池を発電させ、該燃料電池の発電により生じた電力を上記配電系に供給することを特徴とする。これにより、複数の燃料電池を自律制御できるため、中央処理方式に伴う諸問題を回避した、信頼性の高い自律分散制御型の燃料電池制御システムを実現できる。
【００２４】
上記第１の燃料電池制御システムにおいて、水素を発生する水素発生部と、上記水素発生部に連結され、上記水素発生部を自律制御する第２の自律分散制御部と、水素を融通するための水素融通系と、をさらに備え、上記制御データフィールドに保持されている上記データは、上記水素融通系に関する水素融通系情報及び上記水素発生部に関する水素発生部情報を含み、上記第２の自律分散制御部は、上記制御データフィールドに保持されている上記データに含まれる上記水素融通系情報を参照し、上記水素融通系が水素を受け入れ可能な状態であることを確認したとき、上記水素発生部で水素を発生させて上記水素融通系に供給する。これにより、燃料電池とは別に分散されている水素発生部を自律制御できるため、より信頼性の高い自律分散制御型の燃料電池制御システムを実現できる。また、上記水素発生部及び上記第２の自律分散制御部を複数備えた場合には、複数の水素発生部を自律制御できるため、さらに信頼性の高い自律分散制御型の燃料電池制御システムを実現できる。
【００２５】
上記第１の燃料電池制御システムにおいて、水素を用いて発電する燃料電池と、水素を発生する水素発生部とを有する水素発生部搭載燃料電池と、上記水素発生部搭載燃料電池に連結され、上記水素発生部搭載燃料電池内の上記燃料電池及び水素発生部を自律制御する第３の自律分散制御部と、水素を融通するための水素融通系と、をさらに備え、上記制御データフィールドに保持されている上記データは、上記水素融通系に関する水素融通系情報及び上記各水素発生部に関する水素発生部情報を含み、上記第３の自律分散制御部は、上記制御データフィールドに保持されている上記データに含まれる上記配電系情報を参照し、上記配電系が電力を受け入れ可能な状態であることを確認したとき、当該第３の自律分散制御部に連結されている水素発生部で水素を発生させて当該第３の自律分散制御部に連結されている燃料電池に供給し、上記水素を用いて該燃料電池を発電させ、該燃料電池の発電により生じた電力を上記配電系に供給する。これにより、水素発生部搭載型の燃料電池を自律制御できるため、より信頼性の高い自律分散制御型の燃料電池制御システムを提供できる。
【００２６】
本発明の第２の燃料電池制御システムは、水素を用いて発電する燃料電池と、水素を発生する水素発生部とを有する複数の水素発生部搭載燃料電池と、上記各水素発生部搭載燃料電池に連結され、上記各水素発生部搭載燃料電池内の上記燃料電池及び上記水素発生部を自律制御する複数の自律分散制御部と、電力を融通するための配電系と、水素を融通するための水素融通系と、上記配電系に関する配電系情報、上記水素融通系に関する水素融通系情報、上記燃料電池に関する燃料電池情報、上記水素発生部に関する水素発生部情報を含むデータを保持する制御データフィールドと、を備え、上記各自律分散制御部は、上記制御データフィールドに保持されている上記データに含まれる上記配電系情報を参照し、上記配電系が電力を受け入れ可能な状態であることを確認したとき、当該自律分散制御部に連結されている水素発生部で水素を発生させて当該自律分散制御部に連結されている燃料電池に供給し、上記水素を用いて該燃料電池を発電させ、該燃料電池の発電により生じた電力を上記配電系に供給することを特徴とする。これにより、水素発生部搭載型の燃料電池を自律制御できるため、中央処理方式に伴う諸問題を回避した、信頼性の高い自律分散制御型の燃料電池制御システムを提供できる。
【００２７】
ここで、本明細書において、「配電系」とは、燃料電池の発電により生じた電力を伝送するための伝送路を意味しており、電力を必要とする負荷に対して伝送する等、柔軟に電力を融通することが可能である。また、「水素融通系」とは、水素発生部で発生された水素を送るための配管系を意味しており、柔軟に水素を融通することができる。
【００２８】
上記水素発生部は、例えば水素発生材料を水と反応させる方法、燃料ガスを改質する方法、水素吸蔵合金を用いる方法等を用いて水素を発生させることができる。
【００２９】
水素発生材料を水と反応させる方法を用いた場合、水素発生材料が、アルミニウム、マグネシウム及びそれらの合金よりなる群から選択される少なくとも１ 種の金属材料を含有し、水との反応により水素を発生する水素発生材料であり、上記金属材料が、６０μｍ以下の粒径の粒子を８０質量％以上含有していることが好ましい。また、水素発生材料が、常温で水と反応して発熱する発熱材料を更に含有することが、さらに好ましい。
【００３０】
以下、本発明の燃料電池制御システムについて、図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３１】
（実施形態１）
まず、本発明の燃料電池制御システムの一例を、実施形態１として説明する。本実施形態では、燃料電池と、水素発生部が別々に分散されている。図１は、本実施形態の燃料電池制御システムの概略構成を示す図である。
【００３２】
本実施形態の燃料電池制御システムは、図１に示すように、水素を燃料源として用いて発電を行う燃料電池５ａと、水素を発生する水素発生部６ａと、燃料電池５ａに連結され、燃料電池５ａを自律制御する自律分散制御部４ａと、水素発生部６ａに連結され、水素発生部６ａを自律制御する自律分散制御部４ｂとを備えている。また、この燃料電池制御システムは、各種情報が保持されている制御データフィールド１と、電力を融通するための配電系２と、水素を融通するための水素融通系３とを有する。
【００３３】
燃料電池５ａとしては、例えば、ＰＥＦＣを用いることができる。なお、本発明の燃料電池は、ＰＥＦＣに限定されるものではなく、負極に水素が供給され、正極に酸素あるいは空気が供給されることで発電可能な燃料電池であればよい。
【００３４】
水素発生部６ａは、例えば、水素発生材料と水とを反応させて水素を発生させる。なお、水素発生方法はこれに限定されるものではなく、燃料ガスを改質する方法、水素吸蔵合金を用いる方法、高圧容器に格納された水素を利用する方法等、多様な手段を用いることができる。
【００３５】
配電系２には、図示しない部分に、電流検出部及び電圧検出部が接続されており、配電系２の許容範囲の電流及び電圧が流れていることを監視する。さらに、配電系２に二次電池のような蓄電部を連結して、その蓄電部に余剰の電力を蓄積可能な形態としてもよい。
【００３６】
制御データフィールド１は、本発明の燃料電池制御システムに分散されている自律分散制御部の間で共有可能な制御データを保持している。制御データフィールド１は、デジタル情報の送信、受信が可能なものであればよいため、制御データフィールド１としては、有線ネットワークであっても、無線ネットワークであってもよい。また、半導体やハードディスク等の記録媒体にメモリー空間を設け、そのメモリー空間に対して読み出し及び書き込みを行う形態であってもよい。
【００３７】
ここで、制御データフィールド１のデータ構成の一例を、図２に示す。図２に示す制御データフィールド１には、配電系情報１０１、水素融通系情報１０２、燃料電池情報１０３、１０４、水素発生部情報１０５が含まれている。
【００３８】
このうち、配電系情報１０１には、対配電系電力供給許可情報、対配電系電力要求情報、配電系稼動状態情報、配電系属性情報、接続負荷情報が含まれる。
【００３９】
ここで、対配電系電力供給許可情報とは、燃料電池からの電力供給を配電系が許容できる状態であるか否かを判別するための情報である。例えば、配電系に既に電力が大量に供給されていて、配電系にこれ以上の電力が供給されると、配電系の許容電力量を超えてしまう場合、対配電系電力供給許可情報には、電力供給不許可状態を示す情報が格納される。また、配電系に電子機器や充電機器等の負荷が全く連結されておらず、配電系に供給された電力を消費する負荷がない場合も、対配電系電力供給許可情報には、電力供給不許可状態を示す情報が格納される。一方、配電系に保持されている電力量が少なく、配電系の許容電力量まで余裕があり、かつ電子機器や充電機器等の負荷が連結されている場合、対配電系電力供給許可情報には、電力供給許可状態を示す情報が格納される。
【００４０】
対配電系電力要求情報とは、配電系に連結した電子機器や充電機器等の負荷が、配電系から電力を供給してもらうことを要求するための情報である。例えば、携帯電話用充電器などの電子機器を配電系に連結した場合、対配電系電力要求情報には、電力要求を示す情報が格納される。
【００４１】
配電系稼動状態情報とは、配電系が稼動状態であるか非稼動状態であるかを判別するための情報である。例えば、保守などのために配線系を稼動停止する場合、配電系稼動状態情報には、配電系が非稼動状態であることを示す情報が格納される。
【００４２】
配電系属性情報とは、配電系の属性に関する情報であり、配電系の許容電力量、最大許容電圧、最大許容電流、バージョン情報、配電系の保守に関する情報を含む。
【００４３】
接続負荷情報とは、接続される負荷に関する情報であり、配電系に接続されている負荷によって配電系が流した電流および電圧に関する情報を含む。
【００４４】
水素融通系情報１０２には、対水素融通系水素供給許可情報、対水素融通系水素要求情報、水素融通系稼動状態情報、水素融通系属性情報が含まれる。
【００４５】
ここで、対水素融通系水素供給許可情報とは、水素発生部からの水素供給を水素融通系が許容できる状態であるか否かを判別するための情報である。例えば、水素融通系に既に水素が大量に供給されていて、水素融通系にこれ以上に水素が供給されると、水素融通系の許容水素量を超えてしまう場合、対水素融通系水素供給許可情報には、水素供給不許可状態に示す情報が格納される。また、水素融通系に燃料電池が一つも連結されておらず、水素融通系に供給された水素を消費する燃料電池がない場合も、対水素融通系水素供給許可情報には、水素供給不許可状態を示す情報が格納される。一方、水素融通系に保持されている水素量が少なく、水素融通系の許容水素量まで余裕があり、かつ燃料電池が連結されている場合、対水素融通系水素供給許可情報には、水素供給許可状態を示す情報が格納される。
【００４６】
対水素融通系水素要求情報とは、水素融通系に連結した燃料電池が、水素融通系から水素を供給してもらうことを要求するための情報である。例えば、燃料電池が水素融通系に連結されていて、発電のために水素を必要とする場合、対水素融通系水素要求情報には、水素要求を示す情報が格納される。
【００４７】
水素融通系稼動状態情報とは、水素融通系が稼動状態であるか非稼動状態であるかを判別するための情報である。例えば、保守などのために水素融通系を稼動停止する場合、水素融通系稼動状態情報には、水素融通系が非稼動状態であることを示す情報が格納される。
【００４８】
水素融通系属性情報とは、水素融通系の属性に関する情報であり、水素融通系の許容水素量、最大水素流量、最大水素圧力、バージョン情報、水素融通系の保守に関する情報などを含む。
【００４９】
燃料電池情報１０３、１０４としては、燃料電池機器番号、燃料電池種類、燃料電池状態情報等が含まれる。図２において、燃料電池情報１０３は、例えば、燃料電池機器番号がＦＣ０１の燃料電池に関する情報であり、当該燃料電池の燃料電池機器番号、燃料電池種類、燃料電池状態情報が含まれる。また、燃料電池情報１０４は、例えば、燃料電池機器番号がＦＣ０２の燃料電池に関する情報であり、当該燃料電池の燃料電池機器番号、燃料電池種類、燃料電池状態情報が含まれる。このように制御データフィールドの中に燃料電池種類に関する情報が共有されているため、多様な種類の複数の燃料電池を、本発明の燃料電池制御システムに連結可能である。また、燃料電池状態情報としては、例えば、燃料電池の定格電圧、最大電圧、電流電圧特性、平均寿命に関する情報が含まれる。これらを複数の自律分散制御部間で共有することで、安定したシステムの運用を図ることができる。さらに、燃料電池状態情報に、燃料電池の異常発生頻度を含めた場合、異常発生頻度の高い燃料電池については使用しないようにすることができるため、システムの信頼性を高めることができる。
【００５０】
水素発生部情報１０５は、水素発生部番号、水素発生部種類、水素発生部状態情報から構成され、こうした情報を制御データフィールドで共有し、参照することで、複数の水素発生部や、水素発生方法が異なる複数の水素発生部を用いることが可能となる。水素発生部状態情報としては、例えば、水素発生部での水素流量、温度、圧力、水素発生部自身の平均寿命に関する情報が含まれる。これらを複数の自律分散制御部間で共有することで、安定したシステムの運用を図ることができる。
【００５１】
さらに、上記水素発生部状態情報に、水素発生部の異常発生頻度を含めた場合、異常発生頻度の高い水素発生部については使用しないようにすることができるため、システムの信頼性を高めることができる。ここで、異常発生頻度とは、自律分散制御部が制御する対象が、正常な動作を行わなかった頻度に関する情報である。自律分散制御部が制御する対象としては、燃料電池または水素発生部が挙げられる。燃料電池の異常発生頻度は、燃料電池が発電動作を開始した後、発電に異常が発生した確率に関する情報が格納される。水素発生部の異常発生頻度は、水素発生部が水素発生を開始した後、水素発生に異常が発生した確率に関する情報が格納される。
【００５２】
また、上記水素発生部状態情報に、水素発生材料の反応累積量に応じた水素発生可能容量情報を含めた場合には、水素発生部で発生可能な水素量を事前に確認でき、発生可能な水素量が少ない場合には、当該水素発生部による水素発生を停止させたり、当該水素発生部に新たな水素発生材料を補給したりすることができる。
【００５３】
次に、自律分散制御部４ａによる自律分散制御を説明する。図３は、燃料電池５ａに連結されている自律分散制御部４ａによる自律分散制御を説明するためのフローチャート図である。
【００５４】
まず、制御データフィールド１に保持されているデータを取得（受信）すると（ステップＳ２０１）、受信したデータに含まれる配電系情報１０１（図２）中の対配電系電力供給許可情報を参照し、配電系２に対して電力供給許可状態であるかを判断する（ステップＳ２０２）。ここで、「配電系２に対して電力供給許可状態」とは、本発明の配電系２に接続された機器（ここでは、燃料電池５ａ）から配電系２に電力を供給することが許可されている状態を意味する。例えば、図示しない部分に、十分な充電容量を有する充電機器等を接続することで、配電系２に対して電力供給許可状態とすることができる。つまり、配電系に電子機器や充電機器等の負荷が全く連結されていない場合、配電系に供給された電力を、適切に消費する負荷がない状態であるため、このような状態で無理矢理に電力を配電系に供給すると、配電系の電気抵抗に応じた発熱が発生し、配電系に破損を生ずるおそれがある。しかし、十分な充電容量を有する充電機器を接続すれば、上記のような状態で配電系に電力が供給されても、その電力を充電機器の充電に用いればよいので、意図しない発熱を抑えることができる。
【００５５】
ステップＳ２０２の判断の結果、配電系２に対して電力供給許可状態である場合、ステップＳ２０３に進み、そうでない場合、ステップＳ２０１の制御データフィールド１のデータを受信する状態に戻る。
【００５６】
ステップＳ２０３では、燃料電池情報１０３（図２）中の燃料電池状態情報を確認し、制御する燃料電池５ａ、つまり、本自律分散制御部４ａに連結されている燃料電池５ａが発電可能な状態であるかを判断する。なお、ここでは、燃料電池５ａに関する情報が図２の燃料電池情報１０３に保持されているものとした。ステップＳ２０３の判断の結果、制御する燃料電池５ａが発電可能な状態である場合、ステップＳ２０４に進み、そうでない場合、ステップＳ２０１の制御データフィールド１のデータを受信する状態に戻る。
【００５７】
ステップＳ２０４では、制御する燃料電池５ａが現在発電中であるかを判断する。ステップＳ２０４の判断の結果、制御する燃料電池５ａが現在発電中である場合、ステップＳ２０５に進み、そうでない場合、制御する燃料電池５ａで発電を開始させて（ステップＳ２０６）、ステップ２０５に進む。
【００５８】
ステップＳ２０５では、燃料電池５ａの発電により生じた電力を配電系２に送電し、かつ制御データフィールド１に保持されている配電系情報１０１（図２）と燃料電池情報１０３（図２）の燃料電池状態情報を更新し、ステップＳ２０７に進む。
【００５９】
ステップＳ２０７では、更新後のデータに基づいて、配電系２に対して、電力供給許可状態かどうかを判断する。ステップＳ２０７の判断の結果、配電系２に対して電力供給許可状態である場合、ステップＳ２０８に進み、そうでない場合、ステップＳ２０９に進む。
【００６０】
ステップＳ２０８では、制御する燃料電池５ａが発電可能かどうかを判断する。ステップＳ２０８の判断の結果、制御する燃料電池５ａが発電可能である場合、ステップＳ２０４に進み、そうでない場合、ステップＳ２０９に進む。
【００６１】
ステップＳ２０９では、制御する燃料電池５ａの発電を停止し、制御データフィールド１の配電系情報１０１（図２）と燃料電池情報１０３（図２）の燃料電池状態情報を更新する。そして、ステップＳ２０１の制御データフィールド１のデータを受信する状態に戻る。
【００６２】
このように、自律分散制御部４ａは、図３に示すフローチャートに従う処理を行い、燃料電池５ａを自律制御することにより、中央処理方式に伴う諸問題を回避した、信頼性の高い自律分散制御型の燃料電池制御システムを実現可能で、安定した燃料電池制御システムの運用が可能となる。また、自律分散制御部４ａは、図３に示す自律分散制御に応じて制御データフィールド１の内容の更新を行うことで、より信頼性の高い燃料電池制御システムを実現できる。
【００６３】
次に、自律分散制御部４ｂによる自律分散制御を説明する。図４は、水素発生部６ａに連結されている自律分散制御部４ｂによる自律分散制御を説明するためのフローチャート図である。
【００６４】
まず、制御データフィールド１に保持されているデータを取得（受信）すると（ステップＳ３０１）、受信したデータに含まれる水素融通系情報１０２（図２）中の対水素融通系水素供給許可情報を参照し、水素融通系３に対して水素供給許可状態であるかを判断する（ステップＳ３０２）。ここで、「水素融通系３に対して水素供給許可状態」とは、本発明の水素融通系３に接続された機器（ここでは、水素発生部６ａ）から水素融通系３に水素を供給することが許可されている状態を意味する。
【００６５】
ステップＳ３０２の判断の結果、水素融通系３に対して水素供給許可状態である場合、ステップ３０３に進み、そうでない場合、ステップ３０１の制御データフィールド１のデータを受信する状態に戻る。
【００６６】
ステップＳ３０３では、水素発生部情報１０５（図２）中の水素発生部状態情報を確認し、自律分散制御部４ｂ自身が制御する水素発生部６ａが水素発生可能な状態であるかを判断する。なお、ここでは、水素発生部６ａに関する情報が、図２の１０５に保持されているものとした。ステップＳ３０３の判断の結果、制御する水素発生部６ａが水素発生可能な状態である場合、ステップＳ３０４に進み、そうでない場合、ステップＳ３０１の制御データフィールド１のデータを受信する状態に戻る。
【００６７】
ステップＳ３０４では、制御する水素発生部６ａが現在水素発生中であるかを判断する。ステップＳ３０４の判断の結果、制御する水素発生部６ａが現在水素発生中である場合、ステップＳ３０５に進み、そうでない場合、制御する水素発生部６ａで水素発生を開始させて（ステップＳ３０６）、ステップ３０５に進む。
【００６８】
ステップＳ３０５では、水素発生部６ａで発生させた水素を水素融通系３に供給し、かつ制御データフィールド１に保持されている水素融通系情報１０２（図２）と水素発生部情報１０５（図２）の水素発生部状態情報を更新し、ステップＳ３０７に進む。なお、ここでは、水素発生部６ａに関する情報は、図２の１０５に保持されているものとした。
【００６９】
ステップＳ３０７では、更新後のデータに基づいて、水素融通系３に対して、水素供給許可状態かどうかを判断する。ステップＳ３０７の判断の結果、水素融通系３に対して水素供給許可状態である場合、ステップＳ３０８に進み、そうでない場合、ステップＳ３０９に進む。
【００７０】
ステップＳ３０８では、制御する水素発生部６ａが水素発生可能かどうかを判断する。ステップＳ３０８で、制御する水素発生部６ａが水素発生可能である場合、ステップＳ３０４に進み、そうでない場合、ステップＳ３０９に進む。
【００７１】
ステップＳ３０９では、制御する水素発生部６ａによる水素発生を停止し、制御データフィールド１の水素融通系情報１０２（図２）と水素発生部情報１０５（図２）の水素発生部状態情報を更新する。そして、ステップＳ３０１の制御データフィールド１のデータを受信する状態に戻る。
【００７２】
このように、自律分散制御部４ｂは、図４に示すフローチャートに従う処理を行い、水素発生部６ａを自律制御することにより、中央処理方式に伴う諸問題を回避した、信頼性の高い自律分散制御型の燃料電池制御システムを実現でき、安定した燃料電池制御システムの運用が可能となる。また、自律分散制御部４ｂは、図４に示す自律分散制御に応じて制御データフィールド１の内容の更新を行うことで、より信頼性の高い燃料電池制御システムを実現できる。
【００７３】
（実施形態２）
次に、本発明の燃料電池制御システムの他の例を、実施形態２として説明する。上記実施形態１と異なる点は、燃料電池に水素発生部が搭載されていること、１つの自律分散制御部で燃料電池の発電及び水素発生部による水素供給を自律制御可能であること、である。
【００７４】
図５は、本実施形態の燃料電池制御システムの概略構成を示す図である。図５において、図１と同一構成要素については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７５】
本実施形態の燃料電池制御システムは、図５に示すように、燃料電池５ｂ及び水素発生部６ｂを有する水素発生部搭載燃料電池７と、自律分散制御部４ｃとを備えている。燃料電池５ｂは、水素を燃料源として用いて発電を行う。燃料電池５ｂとしては、例えば、ＰＥＦＣを用いることができる。水素発生部６ｂは、例えば、水素発生材料と水とを反応させて水素を発生させ、この水素を燃料電池５ｂまたは水素融通系３に供給する。自律分散制御部４ｃは、燃料電池５ｂ及び水素発生部６ｂに連結されており、制御データフィールド１に保持されているデータを参照し、後述する図７に示すフローチャートに従う動作を行い、燃料電池５ｂ及び水素発生部６ｂを自律制御する。
【００７６】
また、この燃料電池制御システムは、各種情報が保持されている制御データフィールド１と、配電系２と、水素融通系３とを有する。これらについては、上記実施形態１で説明したので、ここでは説明を省略する。
【００７７】
次に、自律分散制御部４ｃによる自律分散制御を説明する。図７は、水素発生部搭載燃料電池７に連結されている自律分散制御部４ｃによる自律分散制御を説明するためのフローチャート図である。
【００７８】
まず、制御データフィールド１に保持されているデータを取得（受信）すると（ステップＳ４０１）、受信したデータに含まれる配電系情報１０１（図２）中の対配電系電力供給許可情報を参照し、配電系２に対して電力供給許可状態であるかを判断する（ステップＳ４０２）。
【００７９】
ステップ４０２の判断の結果、配電系２に対して電力供給許可状態である場合、ステップＳ４０３に進み、そうでない場合、ステップＳ４０１の制御データフィールド１のデータを受信する状態に戻る。
【００８０】
ステップＳ４０３では、燃料電池情報１０４（図２）中の燃料電池状態情報を確認し、制御する燃料電池５ｂが発電可能な状態であるかを判断する。なお、ここでは、燃料電池５ｂに関する情報が、図２の１０４に保持されているものとした。ステップＳ４０３の判断の結果、制御する燃料電池５ｂが発電可能な状態である場合、ステップＳ４０４に進み、そうでない場合、ステップＳ４０１の制御データフィールド１のデータを受信する状態に戻る。
【００８１】
ステップＳ４０４では、制御する燃料電池５ｂが現在発電中であるかを判断する。ステップＳ４０４の判断の結果、制御する燃料電池５ｂが現在発電中である場合、ステップＳ４０５に進み、そうでない場合、ステップＳ４０９に進む。
【００８２】
ステップＳ４０９では、水素発生部情報１０５（図２）中の水素発生部状態情報を確認し、制御する水素発生部６ｂが水素発生可能であるかを判断する。ステップＳ４０９において、制御する水素発生部６ｂが水素発生可能であると判断した場合、ステップＳ４１０に進み、そうでない場合、ステップＳ４０１の制御データフィールド１のデータを受信する状態に戻る。ステップＳ４１０では、制御する水素発生部６ｂが現在水素を発生中かどうかを判断する。ステップＳ４１０において、制御する水素発生部６ｂが現在水素を発生中であると判断した場合、ステップＳ４１１に進み、そうでない場合、制御する水素発生部６ｂによる水素発生を開始させて（ステップＳ４１２）、ステップＳ４１１に進む。ステップＳ４１１では、水素発生部６ｂで発生した水素を燃料電池５ｂに供給し、水素発生部６ｂからの水素を用いて燃料電池５ｂを発電させる。そして、ステップＳ４０５及びステップＳ４１３に進む。
【００８３】
ステップＳ４０５では、燃料電池５ｂの発電により生じた電力を配電系２に送電し、かつ制御データフィールド１の保持されている配電系情報１０１（図２）と燃料電池情報１０４（図２）の燃料電池状態情報を更新し、ステップＳ４０６に進む。
【００８４】
ステップＳ４０６では、更新後のデータに基づいて、配電系２に対して、電力供給許可状態かどうかを判断する。ステップＳ４０６の判断の結果、配電系２に対して電力供給許可状態である場合、ステップＳ４０７に進み、そうでない場合、ステップＳ４０８に進む。
【００８５】
ステップＳ４０７では、制御する燃料電池５ｂが発電可能かどうかを判断する。ステップＳ４０７の判断の結果、制御する燃料電池５ｂが発電可能である場合、ステップＳ４０４に進み、そうでない場合、ステップＳ４０８に進む。
【００８６】
ステップＳ４０８では、制御する燃料電池５ｂの発電を停止し、制御データフィールド１の配電系情報１０１（図２）と燃料電池情報１０４（図２）の燃料電池状態情報を更新する。そして、ステップＳ４０１の制御データフィールド１のデータを受信する状態に戻る。
【００８７】
ステップＳ４１３では、燃料電池５ｂの発電中において、余剰水素が存在し、かつ、対水素融通系３に対して水素供給可能であるかどうかを判断する。ステップＳ４１３において、余剰水素が存在し、かつ、対水素融系３に対して水素供給可能であると判断した場合、ステップＳ４１４に進み、そうでない場合、ステップＳ４１０に進む。
【００８８】
ステップＳ４１４では、水素融通系３に余剰水素を供給し、制御データフィールド１の水素融通系情報１０２（図２）と水素発生部情報１０５（図２）の水素発生部状態情報を更新する。そして、ステップＳ４０１の制御データフィールド１のデータを受信する状態に戻る。
【００８９】
このように、自律分散制御部７は、図７に示すフローチャートに従う処理を行い、燃料電池５ｂ及び水素発生部６ｂを有する水素発生部搭載燃料電池７を自律制御することにより、中央処理方式に伴う諸問題を回避した、信頼性の高い自律分散制御型の燃料電池制御システムを実現でき、安定した燃料電池制御システムの運用が可能となる。また、水素発生部６ｂで発生した水素のうち、余剰水素がある場合には、水素融通系３が水素を受け入れ可能な状態であれば、余剰水素を供給するようにしたので、余剰水素を有効に活用できる燃料電池制御システムを実現できる。
【００９０】
（実施形態３）
次に、本発明の燃料電池制御システムの他の例を、実施形態３として説明する。
【００９１】
本実施形態３の燃料電池制御システムは、上記実施形態１の燃料電池制御システムと上記実施形態２の燃料電池制御システムを備える。図６に、本実施形態の燃料電池制御システムの概略構成を示す。図６において、図１または図５と同一構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。なお、本実施形態３の燃料電池制御システムの自律分散制御については、上記実施形態１または２と同じであるため、ここではその説明を省略する。
【００９２】
本実施形態３によれば、分散された複数の燃料電池５ａ、複数の水素発生部６ａ、複数の水素供給部搭載燃料電池７をそれぞれ自律制御できるため、中央処理方式に伴う諸問題を回避した、信頼性の高い自律分散制御型の燃料電池制御システムを実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明の燃料電池制御システムは、信頼性の高い、自律分散制御型の燃料電池制御システムとして幅広く利用可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１ 制御データフィールド
２ 配電系
３ 水素融通系
４ａ、４ｂ、４ｃ 自律分散制御部
５ａ、５ｂ 燃料電池
６ａ、６ｂ 水素発生部
７ 水素発生部搭載燃料電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を用いて発電する複数の燃料電池と、
前記各燃料電池に連結され、前記各燃料電池を自律制御する複数の第１の自律分散制御部と、
電力を融通するための配電系と、
前記配電系に関する配電系情報及び前記各燃料電池に関する燃料電池情報を含むデータを保持する制御データフィールドと、を備え、
前記各第１の自律分散制御部は、前記制御データフィールドに保持されている前記データに含まれる前記配電系情報を参照し、前記配電系が電力を受け入れ可能な状態であることを確認したとき、当該第１の自律分散制御部に連結されている燃料電池を発電させ、該燃料電池の発電により生じた電力を前記配電系に供給することを特徴とする燃料電池制御システム。
【請求項２】
水素を発生する水素発生部と、
前記水素発生部に連結され、前記水素発生部を自律制御する第２の自律分散制御部と、
水素を融通するための水素融通系と、をさらに備え、
前記制御データフィールドに保持されている前記データは、前記水素融通系に関する水素融通系情報及び前記水素発生部に関する水素発生部情報を含み、
前記第２の自律分散制御部は、前記制御データフィールドに保持されている前記データに含まれる前記水素融通系情報を参照し、前記水素融通系が水素を受け入れ可能な状態であることを確認したとき、前記水素発生部で水素を発生させて前記水素融通系に供給する請求項１に記載の燃料電池制御システム。
【請求項３】
水素を用いて発電する燃料電池と、水素を発生する水素発生部とを含む水素発生部搭載燃料電池と、
前記水素発生部搭載燃料電池に連結され、前記水素発生部搭載燃料電池内の前記燃料電池及び水素発生部を自律制御する第３の自律分散制御部と、
水素を融通するための水素融通系と、をさらに備え、
前記制御データフィールドに保持されている前記データは、前記水素融通系に関する水素融通系情報及び前記各水素発生部に関する水素発生部情報を含み、
前記第３の自律分散制御部は、前記制御データフィールドに保持されている前記データに含まれる前記配電系情報を参照し、前記配電系が電力を受け入れ可能な状態であることを確認したとき、当該第３の自律分散制御部に連結されている水素発生部で水素を発生させて当該第３の自律分散制御部に連結されている燃料電池に供給し、前記水素を用いて該燃料電池を発電させ、該燃料電池の発電により生じた電力を前記配電系に供給する請求項１または２に記載の燃料電池制御システム。
【請求項４】
水素を用いて発電する燃料電池と、水素を発生する水素発生部とを含む複数の水素発生部搭載燃料電池と、
前記各水素発生部搭載燃料電池に連結され、前記各水素発生部搭載燃料電池内の前記燃料電池及び前記水素発生部を自律制御する複数の自律分散制御部と、
電力を融通するための配電系と、
水素を融通するための水素融通系と、
前記配電系に関する配電系情報、前記水素融通系に関する水素融通系情報、前記燃料電池に関する燃料電池情報、前記水素発生部に関する水素発生部情報を含むデータを保持する制御データフィールドと、を備え、
前記各自律分散制御部は、前記制御データフィールドに保持されている前記データに含まれる前記配電系情報を参照し、前記配電系が電力を受け入れ可能な状態であることを確認したとき、当該自律分散制御部に連結されている水素発生部で水素を発生させて当該自律分散制御部に連結されている燃料電池に供給し、前記水素を用いて該燃料電池を発電させ、該燃料電池の発電により生じた電力を前記配電系に供給することを特徴とする燃料電池制御システム。
【請求項５】
前記水素発生部及び前記第２の自律分散制御部を複数備えた請求項２に記載の燃料電池制御システム。
【請求項６】
前記第１の自律分散制御部は、自身が自律制御を行う燃料電池の異常発生頻度を含むデータを、上記制御データフィールドに送信する請求項１に記載の燃料電池制御システム。
【請求項７】
前記第２の自律分散制御部は、自身が自律制御を行う前記水素発生部の異常発生頻度を含むデータを、前記制御データフィールドに送信する請求項２に記載の燃料電池制御システム。
【請求項８】
前記第３の自律分散制御部は、自身が自律制御を行う前記燃料電池及び前記水素発生部の異常発生頻度を含むデータを、前記制御データフィールドに送信する請求項３に記載の燃料電池制御システム。
【請求項９】
前記自律分散制御部は、自身が自律制御を行う前記燃料電池及び前記水素発生部の異常発生頻度を含むデータを、前記制御データフィールドに送信する請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記第３の自律分散制御部は、余剰水素を前記水素融通系に供給するよう前記水素発生部を制御する請求項３に記載の燃料電池制御システム。
【請求項１１】
前記自律分散制御部は、余剰水素を前記水素融通系に供給するよう前記水素発生部を制御する請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記燃料電池情報は、前記燃料電池の状態情報を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池制御システム。
【請求項１３】
前記水素発生部情報は、前記水素発生部の状態情報を含む請求項２〜４のいずれか１項に記載の燃料電池制御システム。
【請求項１４】
前記水素発生部は、水との反応により水素を発生する水素発生材料を用いて水素を発生させる請求項２〜４のいずれか１項に記載の燃料電池制御システム。
【請求項１５】
前記水素発生部情報は、前記水素発生材料の反応累積量に応じた水素発生可能容量情報を含む請求項１４に記載の燃料電池制御システム。
【請求項１】
水素を用いて発電する複数の燃料電池と、
前記各燃料電池に連結され、前記各燃料電池を自律制御する複数の第１の自律分散制御部と、
電力を融通するための配電系と、
前記配電系に関する配電系情報及び前記各燃料電池に関する燃料電池情報を含むデータを保持する制御データフィールドと、を備え、
前記各第１の自律分散制御部は、前記制御データフィールドに保持されている前記データに含まれる前記配電系情報を参照し、前記配電系が電力を受け入れ可能な状態であることを確認したとき、当該第１の自律分散制御部に連結されている燃料電池を発電させ、該燃料電池の発電により生じた電力を前記配電系に供給することを特徴とする燃料電池制御システム。
【請求項２】
水素を発生する水素発生部と、
前記水素発生部に連結され、前記水素発生部を自律制御する第２の自律分散制御部と、
水素を融通するための水素融通系と、をさらに備え、
前記制御データフィールドに保持されている前記データは、前記水素融通系に関する水素融通系情報及び前記水素発生部に関する水素発生部情報を含み、
前記第２の自律分散制御部は、前記制御データフィールドに保持されている前記データに含まれる前記水素融通系情報を参照し、前記水素融通系が水素を受け入れ可能な状態であることを確認したとき、前記水素発生部で水素を発生させて前記水素融通系に供給する請求項１に記載の燃料電池制御システム。
【請求項３】
水素を用いて発電する燃料電池と、水素を発生する水素発生部とを含む水素発生部搭載燃料電池と、
前記水素発生部搭載燃料電池に連結され、前記水素発生部搭載燃料電池内の前記燃料電池及び水素発生部を自律制御する第３の自律分散制御部と、
水素を融通するための水素融通系と、をさらに備え、
前記制御データフィールドに保持されている前記データは、前記水素融通系に関する水素融通系情報及び前記各水素発生部に関する水素発生部情報を含み、
前記第３の自律分散制御部は、前記制御データフィールドに保持されている前記データに含まれる前記配電系情報を参照し、前記配電系が電力を受け入れ可能な状態であることを確認したとき、当該第３の自律分散制御部に連結されている水素発生部で水素を発生させて当該第３の自律分散制御部に連結されている燃料電池に供給し、前記水素を用いて該燃料電池を発電させ、該燃料電池の発電により生じた電力を前記配電系に供給する請求項１または２に記載の燃料電池制御システム。
【請求項４】
水素を用いて発電する燃料電池と、水素を発生する水素発生部とを含む複数の水素発生部搭載燃料電池と、
前記各水素発生部搭載燃料電池に連結され、前記各水素発生部搭載燃料電池内の前記燃料電池及び前記水素発生部を自律制御する複数の自律分散制御部と、
電力を融通するための配電系と、
水素を融通するための水素融通系と、
前記配電系に関する配電系情報、前記水素融通系に関する水素融通系情報、前記燃料電池に関する燃料電池情報、前記水素発生部に関する水素発生部情報を含むデータを保持する制御データフィールドと、を備え、
前記各自律分散制御部は、前記制御データフィールドに保持されている前記データに含まれる前記配電系情報を参照し、前記配電系が電力を受け入れ可能な状態であることを確認したとき、当該自律分散制御部に連結されている水素発生部で水素を発生させて当該自律分散制御部に連結されている燃料電池に供給し、前記水素を用いて該燃料電池を発電させ、該燃料電池の発電により生じた電力を前記配電系に供給することを特徴とする燃料電池制御システム。
【請求項５】
前記水素発生部及び前記第２の自律分散制御部を複数備えた請求項２に記載の燃料電池制御システム。
【請求項６】
前記第１の自律分散制御部は、自身が自律制御を行う燃料電池の異常発生頻度を含むデータを、上記制御データフィールドに送信する請求項１に記載の燃料電池制御システム。
【請求項７】
前記第２の自律分散制御部は、自身が自律制御を行う前記水素発生部の異常発生頻度を含むデータを、前記制御データフィールドに送信する請求項２に記載の燃料電池制御システム。
【請求項８】
前記第３の自律分散制御部は、自身が自律制御を行う前記燃料電池及び前記水素発生部の異常発生頻度を含むデータを、前記制御データフィールドに送信する請求項３に記載の燃料電池制御システム。
【請求項９】
前記自律分散制御部は、自身が自律制御を行う前記燃料電池及び前記水素発生部の異常発生頻度を含むデータを、前記制御データフィールドに送信する請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記第３の自律分散制御部は、余剰水素を前記水素融通系に供給するよう前記水素発生部を制御する請求項３に記載の燃料電池制御システム。
【請求項１１】
前記自律分散制御部は、余剰水素を前記水素融通系に供給するよう前記水素発生部を制御する請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記燃料電池情報は、前記燃料電池の状態情報を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池制御システム。
【請求項１３】
前記水素発生部情報は、前記水素発生部の状態情報を含む請求項２〜４のいずれか１項に記載の燃料電池制御システム。
【請求項１４】
前記水素発生部は、水との反応により水素を発生する水素発生材料を用いて水素を発生させる請求項２〜４のいずれか１項に記載の燃料電池制御システム。
【請求項１５】
前記水素発生部情報は、前記水素発生材料の反応累積量に応じた水素発生可能容量情報を含む請求項１４に記載の燃料電池制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２４３４４７（Ｐ２０１１−２４３４４７Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１５３４４（Ｐ２０１０−１１５３４４）
【出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【出願人】（５１１０８４５５５）日立マクセルエナジー株式会社 (212)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【出願人】（５１１０８４５５５）日立マクセルエナジー株式会社 (212)
【Ｆターム（参考）】
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