燃料電池制御装置および方法
【課題】負荷の数が増加しても簡便に燃料電池の出力電力を制御する
【解決手段】まず、燃料電池に接続されている負荷の電力需要を示す電力需要データ（図中の「移動平均値」を参照）を逐次取得する。また、電力需要データの値の変化に基づいて（図中の「Ｗｎ０」と「Ｗｐ」を参照）、電力需要データの値の単位時間当たりの変化量である需要データ変化率（図中の「Ｄｗ」を参照）を算出する。さらに、少なくとも、需要データ変化率と、予め設定された設定時間（図中の「Ｔｆ」を参照）とを乗算することにより、電力需要データの目標値である需要目標値（図中の「Ｃｗ」を参照）を算出する。そして、燃料電池の出力電力が、需要目標値に対応する値に到達するように、燃料電池の運転を制御する。
【解決手段】まず、燃料電池に接続されている負荷の電力需要を示す電力需要データ（図中の「移動平均値」を参照）を逐次取得する。また、電力需要データの値の変化に基づいて（図中の「Ｗｎ０」と「Ｗｐ」を参照）、電力需要データの値の単位時間当たりの変化量である需要データ変化率（図中の「Ｄｗ」を参照）を算出する。さらに、少なくとも、需要データ変化率と、予め設定された設定時間（図中の「Ｔｆ」を参照）とを乗算することにより、電力需要データの目標値である需要目標値（図中の「Ｃｗ」を参照）を算出する。そして、燃料電池の出力電力が、需要目標値に対応する値に到達するように、燃料電池の運転を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の出力電力を制御する燃料電池制御装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池の出力電力を制御する燃料電池制御装置として、燃料電池が電力を供給する負荷の変化に応じた出力電力の目標値（以下、出力電力目標値ともいう）を設定するための指令信号に応答して、燃料電池への燃料ガス及び空気の供給量を制御するものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１４７８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の燃料電池制御装置では、負荷の変化を検知するために、負荷が稼働しているか否かの情報（以下、負荷稼働情報ともいう。例えば、負荷の電源スイッチのオン／オフを示す情報）を負荷毎に入力する必要がある。さらに、負荷の稼動中に必要な電力（以下、電力需要ともいう）の量を示す情報（以下、電力需要情報ともいう）を負荷毎に予め取得しておき、負荷の稼働状況に応じて、この電力需要情報に基づき出力電力目標値を設定する必要がある。したがって、負荷の数の増加に応じて、入力するべき負荷稼働情報と、取得すべき電力需要情報とが増加し、燃料電池の出力電力の制御が複雑化するという問題があった。
【０００５】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、負荷の数が増加しても簡便に燃料電池の出力電力を制御することができる燃料電池制御装置および方法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】
【０００６】
上記目的を達成するためになされた本発明は、燃料電池に接続されている負荷の電力需要を示す電力需要データを逐次取得する電力需要データ取得手段と、電力需要データの値の変化に基づいて、電力需要データの値の単位時間当たりの変化量である需要データ変化率を算出する変化率算出手段と、少なくとも、需要データ変化率と、予め設定された第１設定時間とを乗算することにより、電力需要データの変化量である需要データ変化量を算出する変化量算出手段と、需要データ変化量に基づいて、電力需要データの目標値である需要目標値を算出する目標値算出手段と、燃料電池の出力電力が、需要目標値に対応する値に到達するように、燃料電池の運転を制御する運転制御手段とを備えることを特徴とする燃料電池制御装置である。
【０００７】
このように構成された本発明の燃料電池制御装置は、過去から現時点までに取得された電力需要データの値の変化に基づいて、現時点から第１設定時間経過した後の電力需要データの値を予測する。
【０００８】
このため、本発明の燃料電池制御装置は、複数の負荷が燃料電池に接続されている場合に、この複数の負荷それぞれの電力需要を加算した電力需要（以下、全負荷電力需要ともいう）を示す電力需要データ（以下、全負荷電力需要データともいう）を逐次取得して、この全負荷電力需要データの値の変化に基づいて、上記の需要目標値を算出し、この需要目標値により燃料電池の運転を制御することができる。
【０００９】
すなわち、本発明の燃料電池制御装置は、複数の負荷が稼働しているか否かの情報（負荷稼働情報）を負荷毎に入力する必要がない。さらに本発明の燃料電池制御装置は、電力需要の量を示す情報（電力需要情報）を負荷毎に予め取得しておき、負荷の稼働状況に応じて、この電力需要情報に基づき出力電力の目標値を設定するということをする必要がない。
【００１０】
つまり、本発明の燃料電池制御装置によれば、負荷の情報として全負荷電力需要データのみを用いて燃料電池の運転を制御することができる。このため、負荷の数が増加しても、簡便に燃料電池の出力電力を制御することができる。
【００１１】
また、本発明の燃料電池制御装置において、予め設定された第１外部操作に基づいて、第１設定時間を設定する第１設定手段を備えるようにするとよい。
【００１２】
このように構成された燃料電池制御装置では、燃料ガスと酸化剤ガスを燃料電池に供給する補機の応答特性に応じて、燃料電池の出力電力の制御を調整することができる。
【００１３】
例えば、補機の応答特性が悪い場合には、補機の応答特性が良い場合と比較して、需要増加時における現時点の燃料電池の出力電力と需要目標値との差が大きくなる。その場合、補機の応答特性が良い場合よりも、第１設定時間が長くなるように設定する。これにより、燃料電池の出力電力の値を需要目標値へ到達させるときの変化率を大きくすることができ、燃料電池の出力の遅れを最低限に抑えることができる。
【００１４】
一方、補機の応答特性が良い場合には、第１設定時間が短くなるように設定することで、燃料電池の出力電力の値を需要目標値へ早く到達させることができる。これにより、必要以上に需要目標値を大きく設定することにより燃料消費が大きくなってしまうことを抑制し、燃料電池の運転効率を向上させることができる。
【００１５】
このため、燃料電池システムのメンテナンスの際に補機を交換した場合に、新たに取り付けられた補機の応答特性に応じて第１設定時間を設定するという簡便な作業を行うことにより、燃料電池の出力電力の制御を、新しい補機の応答特性に対応させることができる。
【００１６】
なお、多数の電力需要データに基づいて、需要データ変化率を算出するようにしてもよいが、本発明の燃料電池制御装置において、変化率算出手段は、最新の電力需要データの値と、最新の電力需要データが取得されたときから予め設定された第２設定時間前に取得された電力需要データの値との差を、第２設定時間で除算することにより、需要データ変化率を算出するようにしてもよい。
【００１７】
このように構成された燃料電池制御装置によれば、現時点と第２設定時間前の２つの電力需要データを用いて、簡便に需要データ変化率を算出することができる。
【００１８】
また、本発明の燃料電池制御装置において、予め設定された第２外部操作に基づいて、第２設定時間を設定する第２設定手段を備えるようにするとよい。
【００１９】
このように構成された燃料電池制御装置では、電力需要データの変化に対する需要データ変化率の応答を調整することができる。例えば、第２設定時間が長くなるほど、需要データ変化率を算出する際に、長期の電力需要データ変化の影響を受けるため、短期の電力需要データの変化に対する応答を悪くすることができる。したがって、補機の応答特性が悪いほど、第２設定時間が長くなるように設定するとよい。
【００２０】
このため、燃料電池システムのメンテナンスの際に補機を交換した場合に、新たに取り付けられた補機の応答特性に応じて第２設定時間を設定するという簡便な作業を行うことにより、燃料電池の出力電力の制御を、新しい補機の応答特性に対応させることができる。
【００２１】
また、本発明の燃料電池制御装置において、電気負荷の電力需要を示す生データである電力需要生データを逐次検出する需要生データ検出手段と、需要生データ検出手段により逐次検出された複数の電力需要生データの値を移動平均処理した移動平均値を算出する移動平均算出手段とを備え、電力需要データ取得手段は、移動平均値を電力需要データとするようにしてもよい。
【００２２】
このように構成された燃料電池制御装置では、需要生データ検出手段により逐次検出された電力需要生データの移動平均値を用いて、需要データ変化率を算出する。このため、需要データ変化率を用いて算出される需要目標値は、ノイズなどの瞬間的な電力需要生データの変動に起因する誤制御を防ぐことができる。
【００２３】
また、本発明の燃料電池制御装置において、移動平均処理は、指数平滑平均処理であるようにするとよい。式（１）に示すように、指数平滑平均処理による移動平均値Ａ０は、前回の移動平均値Ａ１と、現時点の生データの値Ｄ０の２値のみを用いて、簡便に算出できるからである。
【００２４】
Ａ０ ＝ Ａ１ ＋［｛２×（Ｄ０−Ａ１）｝／（ｎ＋１）］ ・・・（１）
なお、式（１）の「ｎ」は、移動平均時間を「Ｔａ」、移動平均処理のサンプリング時間を「Ｔｓ」として、式（２）で表される。
【００２５】
ｎ ＝ Ｔａ／Ｔｓ ・・・（２）
また、本発明の燃料電池制御装置において、予め設定された第３外部操作に基づいて、移動平均処理の移動平均時間を設定する第３設定手段を備えるようにするとよい。
【００２６】
このように構成された燃料電池制御装置では、機器の電源印加時などに発生するノイズあるいは過渡電流などの瞬間的な電力需要生データの影響を減らすように移動平均時間を調整することができる。
【００２７】
例えば、移動平均時間が長くなるように設定すると、電力需要生データの「長期的な変化」の傾向を移動平均値の算出に織り込む特性が強くなる。すなわち、電力需要生データの移動平均値の算出において、短時間での電力需要生データの増減の影響を受け難くなる。したがって、補機の応答特性が悪い場合には、移動平均時間が長くなるように設定するとよい。
【００２８】
一方、移動平均時間が短くなるように設定すると、電力需要生データの「短期的な変化」の傾向を移動平均値の算出に織り込む特性が強くなる。すなわち、電力需要生データの移動平均値の算出において、短時間での電力需要生データの増減の影響を受け易くなる。したがって、補機の応答特性が良い場合には、移動平均時間が短くなるように設定するとよい。
【００２９】
このため、燃料電池システムのメンテナンスの際に補機を交換した場合に、新たに取り付けられた補機の応答特性に応じて移動平均時間を設定するという簡便な作業を行うことにより、燃料電池の出力電力の制御を、新しい補機の応答特性に対応させることができる。
【００３０】
ところで、一般に家庭用の燃料電池にはエアコン、冷蔵庫、テレビなど多数の負荷が接続されることが多い。このため、本発明の燃料電池制御装置において、燃料電池は家庭用として利用されるものであるようにするとよい。上述したように、本発明の燃料電池制御装置は、負荷の数が増加しても簡便に燃料電池の出力電力を制御することができるからである。
【００３１】
また、上記目的を達成するためになされた本発明は、燃料電池に接続されている負荷の電力需要を示す電力需要データを逐次取得する電力需要データ取得手順と、電力需要データの値の変化に基づいて、電力需要データの値の単位時間当たりの変化量である需要データ変化率を算出する変化率算出手順と、少なくとも、需要データ変化率と、予め設定された第１設定時間とを乗算することにより、電力需要データの変化量である需要データ変化量を算出する変化量算出手順と、需要データ変化量に基づいて、電力需要データの目標値である需要目標値を算出する目標値算出手順と、燃料電池の出力電力が、需要目標値に対応する値に到達するように、燃料電池の運転を制御する運転制御手順とを備えることを特徴とする燃料電池制御方法である。
【００３２】
この燃料電池制御方法は、本発明の燃料電池制御装置にて実行される方法であり、当該方法を実行することで、本発明の燃料電池制御装置と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
また、本発明の燃料電池制御方法において、予め設定された第１外部操作に基づいて、第１設定時間を設定する第１設定手順を備えるようにするとよい。
【００３４】
この燃料電池制御方法は、本発明の燃料電池制御装置にて実行される方法であり、当該方法を実行することで、本発明の燃料電池制御装置と同様の効果を得ることができる。
【００３５】
また、本発明の燃料電池制御方法において、変化率算出手順は、最新の電力需要データの値と、最新の電力需要データが取得されたときから予め設定された第２設定時間前に取得された電力需要データの値との差を、第２設定時間で除算することにより、需要データ変化率を算出するようにしてもよい。
【００３６】
この燃料電池制御方法は、本発明の燃料電池制御装置にて実行される方法であり、当該方法を実行することで、本発明の燃料電池制御装置と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
また、本発明の燃料電池制御方法において、予め設定された第２外部操作に基づいて、第２設定時間を設定する第２設定手順を備えるようにするとよい。
【００３８】
この燃料電池制御方法は、本発明の燃料電池制御装置にて実行される方法であり、当該方法を実行することで、本発明の燃料電池制御装置と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
また、本発明の燃料電池制御方法において、電気負荷の電力需要を示す生データである電力需要生データを逐次検出する需要生データ検出手順と、需要生データ検出手順により逐次検出された複数の電力需要生データの値を移動平均処理した移動平均値を算出する移動平均算出手順とを備え、電力需要データ取得手順は、移動平均値を電力需要データとするようにしてもよい。
【００４０】
この燃料電池制御方法は、本発明の燃料電池制御装置にて実行される方法であり、当該方法を実行することで、本発明の燃料電池制御装置と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
また、本発明の燃料電池制御方法において、移動平均処理は、指数平滑平均処理であるようにするとよい。
【００４２】
この燃料電池制御方法は、本発明の燃料電池制御装置にて実行される方法であり、当該方法を実行することで、本発明の燃料電池制御装置と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
また、本発明の燃料電池制御方法において、予め設定された第３外部操作に基づいて、移動平均処理の移動平均時間を設定する第３設定手順を備えるようにするとよい。
【００４４】
この燃料電池制御方法は、本発明の燃料電池制御装置にて実行される方法であり、当該方法を実行することで、本発明の燃料電池制御装置と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
また、本発明の燃料電池制御方法において、燃料電池は家庭用として利用されるものであるようにするとよい。
【００４６】
この燃料電池制御方法は、本発明の燃料電池制御装置にて実行される方法であり、当該方法を実行することで、本発明の燃料電池制御装置と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】燃料電池システム１の構成を示すブロック図である。
【図２】燃料電池制御装置１４の構成を示すブロック図である。
【図３】設定情報入力処理を示すフローチャートである。
【図４】目標値設定処理を示すフローチャートである。
【図５】電池制御処理を示すフローチャートである。
【図６】制御目標値Ｃｗの設定方法を説明するためのグラフである。
【図７】応答特性が悪い補機用に設定された制御目標値を示すグラフである。
【図８】応答特性が悪い補機用に制御目標値が設定された場合の電池電力値を示すグラフである。
【図９】応答特性が良い補機用に設定された制御目標値を示すグラフである。
【図１０】応答特性が良い補機用に制御目標値が設定された場合の電池電力値を示すグラフである。
【図１１】応答特性が非常に良い補機用に設定された制御目標値を示すグラフである。
【図１２】応答特性が非常に良い補機用に制御目標値が設定された場合の電池電力値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下に本発明の実施形態を図面とともに説明する。
【００４９】
図１は本発明が適用された燃料電池システム１の構成を示すブロック図、図２は燃料電池制御装置１４の構成を示すブロック図である。
【００５０】
燃料電池システム１は、図１に示すように、分電盤２を介して電気負荷３に電力を供給する。
【００５１】
燃料電池システム１は、燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気（詳しくは空気中の酸素））との供給を受けて発電を行う燃料電池１１と、燃料ガスと酸化剤ガスを燃料電池１１に供給するためのポンプ（不図示）やブロワ（不図示）などで構成される補機１２と、燃料電池１１が発電した直流電流（以下、電池電流という）を、内蔵されたインバータ回路（不図示）により交流電流（以下、インバータ電流という）に変換するパワーコンディショナ１３と、補機１２及びパワーコンディショナ１３を制御する燃料電池制御装置１４とを備える。
【００５２】
なお、パワーコンディショナ１３は、給電線１５を介して燃料電池１１に接続されて、燃料電池１１から電池電流を入力する。そして給電線１５には、給電線１５に流れる電流を測定する電流計１６が接続されている。
【００５３】
また分電盤２は、給電線２１を介してパワーコンディショナ１３に接続されて、パワーコンディショナ１３からインバータ電流を入力するとともに、給電線２２を介して電力会社の系統電源１００に接続されて、系統電源１００から系統電流を入力する。さらに分電盤２は、給電線２３を介して電気負荷３に接続されて、燃料電池システム１及び系統電源１００から入力した電力を電気負荷３に供給する。以下、給電線２３に流れる電流を負荷電流という。
【００５４】
なお分電盤２は、電気負荷３の電力需要に対して燃料電池システム１の出力電力が不足している場合に、この不足分の電力を、系統電源１００から供給するように構成されている。
【００５５】
また給電線２１，２２，２３にはそれぞれ、給電線２１，２２，２３に流れる電流を測定する電流計２７，２８，２９が接続されている。
【００５６】
また電気負荷３は、複数（本実施形態では５個）の負荷３１，３２，３３，３４，３５で構成されている。
【００５７】
次に燃料電池制御装置１４は、図２に示すように、所定の処理プログラムに基づいて処理を実行するＣＰＵ４１と、種々の処理プログラムが格納されたＲＯＭ４２と、種々のデータを格納するＲＡＭ４３と、電力が供給されない状態でも記憶されたデータを保持可能なＥＥＰＲＯＭ４４と、操作キー（不図示）および表示パネル（不図示）からなるユーザインターフェース（以降、ユーザＩ／Ｆと称す）４５と、ユーザＩ／Ｆ４５が接続され、ＣＰＵ４１、ＲＡＭ４３、及びＥＥＰＲＯＭ４４との間で信号及びデータの入出力を行う入出力部４６とから構成され、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３、ＥＥＰＲＯＭ４４及び入出力部４６はバス４７を介して接続されている。
【００５８】
これらのうちＲＯＭ４２には、燃料電池１１の運転を制御するための運転制御プログラムが記憶されている。
【００５９】
またＲＡＭ４３には、燃料電池１１の運転を制御するための各種データが記憶される。
【００６０】
またユーザＩ／Ｆ４５は、表示パネルに表示される指示に従いながら操作者が操作キーを操作することにより、各種情報を入力可能に構成されている。
【００６１】
また入出力部４６は、電流計１６，２７，２８，２９と接続されており、電流計１６，２７，２８，２９からそれぞれ、電池電流、インバータ電流、系統電流、及び負荷電流の値を示す情報が入力されるように構成されている。以下、電池電流、インバータ電流、系統電流、及び負荷電流の値を示す情報をそれぞれ、電池電流情報、インバータ電流情報、系統電流情報、及び負荷電流情報という。
【００６２】
さらに入出力部４６は、補機１２及びパワーコンディショナ１３と接続されており、補機１２及びパワーコンディショナ１３へそれぞれ、補機用制御信号およびパワーコンディショナ用制御信号を出力するように構成されている。
【００６３】
このように構成された燃料電池制御装置１４において、ＣＰＵ４１は、ユーザＩ／Ｆ４５を介して各種情報を入力するための設定情報入力処理と、燃料電池１１を制御するための制御目標値Ｃｗ（後述）を設定する目標値設定処理と、目標値設定処理により設定された制御目標値Ｃｗに基づいて燃料電池１１を制御する電池制御処理とをそれぞれ独立に実行する。
【００６４】
次に、燃料電池制御装置１４のＣＰＵ４１が実行する設定情報入力処理の手順を、図３を用いて説明する。図３は設定情報入力処理を示すフローチャートである。なお、この設定情報入力処理は、ＣＰＵ４１が起動（電源オン）している間に繰り返し実行される処理である。
【００６５】
この設定情報入力処理が実行されると、ＣＰＵ４１は、まずＳ１０にて、過去時間Ｔｐ（後述）を設定するための過去時間設定操作がユーザＩ／Ｆ４５を介して行われたか否かを判断する。ここで、過去時間設定操作が行われていない場合には（Ｓ１０：ＮＯ）、Ｓ４０に移行する。一方、過去時間設定操作が行われた場合には（Ｓ１０：ＹＥＳ）、Ｓ２０にて、過去時間Ｔｐを示す情報（以下、過去時間情報という）がユーザＩ／Ｆ４５から入力したか否かを判断する。
【００６６】
ここで、過去時間情報が入力していない場合には（Ｓ２０：ＮＯ）、Ｓ２０の処理を繰り返す。一方、過去時間情報が入力した場合には（Ｓ２０：ＹＥＳ）、Ｓ３０にて、入力した過去時間情報に基づいて、過去時間Ｔｐを設定し、Ｓ４０に移行する。具体的には、過去時間Ｔｐを示す値を記憶するためにＥＥＰＲＯＭ４４に設けられた過去時間記憶領域に、Ｓ２０で入力した過去時間情報により示される値（以下、過去時間指示値という）を記憶させる。なお、過去時間記憶領域には、記憶された最新の過去時間指示値のみが記憶される。すなわち、過去時間記憶領域において、過去時間指示値は上書きされる。
【００６７】
そしてＳ４０に移行すると、未来時間Ｔｆ（後述）を設定するための未来時間設定操作がユーザＩ／Ｆ４５を介して行われたか否かを判断する。ここで、未来時間設定操作が行われていない場合には（Ｓ４０：ＮＯ）、Ｓ７０に移行する。一方、未来時間設定操作が行われた場合には（Ｓ４０：ＹＥＳ）、Ｓ５０にて、未来時間Ｔｆを示す情報（以下、未来時間情報という）がユーザＩ／Ｆ４５から入力したか否かを判断する。
【００６８】
ここで、未来時間情報が入力していない場合には（Ｓ５０：ＮＯ）、Ｓ５０の処理を繰り返す。一方、未来時間情報が入力した場合には（Ｓ５０：ＹＥＳ）、Ｓ６０にて、入力した未来時間情報に基づいて、未来時間Ｔｆを設定し、Ｓ７０に移行する。具体的には、未来時間Ｔｆを示す値を記憶するためにＥＥＰＲＯＭ４４に設けられた未来時間記憶領域に、Ｓ５０で入力した未来時間情報により示される値（以下、未来時間指示値という）を記憶させる。なお、未来時間記憶領域には、記憶された最新の未来時間指示値のみが記憶される。
【００６９】
そしてＳ７０に移行すると、移動平均の計算周期Ｔｃ（後述）を設定するための計算周期設定操作がユーザＩ／Ｆ４５を介して行われたか否かを判断する。ここで、計算周期設定操作が行われていない場合には（Ｓ７０：ＮＯ）、Ｓ１００に移行する。一方、計算周期設定操作が行われた場合には（Ｓ７０：ＹＥＳ）、Ｓ８０にて、計算周期Ｔｃを示す情報（以下、計算周期情報という）がユーザＩ／Ｆ４５から入力したか否かを判断する。
【００７０】
ここで、計算周期情報が入力していない場合には（Ｓ８０：ＮＯ）、Ｓ８０の処理を繰り返す。一方、計算周期情報が入力した場合には（Ｓ８０：ＹＥＳ）、Ｓ９０にて、入力した計算周期情報に基づいて、計算周期Ｔｃを設定し、Ｓ１００に移行する。具体的には、計算周期Ｔｃを示す値を記憶するためにＥＥＰＲＯＭ４４に設けられた計算周期記憶領域に、Ｓ８０で入力した計算周期情報により示される値（以下、計算周期指示値という）を記憶させる。なお、計算周期記憶領域には、記憶された最新の計算周期指示値のみが記憶される。
【００７１】
そしてＳ１００に移行すると、移動平均の移動平均時間Ｔａ（後述）を設定するための移動平均時間設定操作がユーザＩ／Ｆ４５を介して行われたか否かを判断する。ここで、移動平均時間設定操作が行われていない場合には（Ｓ１００：ＮＯ）、Ｓ１３０に移行する。一方、移動平均時間設定操作が行われた場合には（Ｓ１００：ＹＥＳ）、Ｓ１１０にて、移動平均時間Ｔａを示す情報（以下、移動平均時間情報という）がユーザＩ／Ｆ４５から入力したか否かを判断する。
【００７２】
ここで、移動平均時間情報が入力していない場合には（Ｓ１１０：ＮＯ）、Ｓ１１０の処理を繰り返す。一方、移動平均時間情報が入力した場合には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、Ｓ１２０にて、入力した移動平均時間情報に基づいて、移動平均時間Ｔａを設定し、Ｓ１３０に移行する。具体的には、移動平均時間Ｔａを示す値を記憶するためにＥＥＰＲＯＭ４４に設けられた移動平均時間記憶領域に、Ｓ１１０で入力した移動平均時間情報により示される値（以下、移動平均時間指示値という）を記憶させる。なお、移動平均時間記憶領域には、記憶された最新の移動平均時間指示値のみが記憶される。
【００７３】
そしてＳ１３０に移行すると、移動平均のサンプリング時間Ｔｓ（後述）を設定するためのサンプリング時間設定操作がユーザＩ／Ｆ４５を介して行われたか否かを判断する。ここで、サンプリング時間設定操作が行われていない場合には（Ｓ１３０：ＮＯ）、設定情報入力処理を終了する。一方、サンプリング時間設定操作が行われた場合には（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、Ｓ１４０にて、サンプリング時間Ｔｓを示す情報（以下、サンプリング時間情報という）がユーザＩ／Ｆ４５から入力したか否かを判断する。
【００７４】
ここで、サンプリング時間情報が入力していない場合には（Ｓ１４０：ＮＯ）、Ｓ１４０の処理を繰り返す。一方、サンプリング時間情報が入力した場合には（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、Ｓ１５０にて、入力したサンプリング時間情報に基づいて、サンプリング時間Ｔｓを設定し、設定情報入力処理を終了する。具体的には、サンプリング時間Ｔｓを示す値を記憶するためにＥＥＰＲＯＭ４４に設けられたサンプリング時間記憶領域に、Ｓ１４０で入力したサンプリング時間情報により示される値（以下、サンプリング時間指示値という）を記憶させる。なお、サンプリング時間記憶領域には、記憶された最新のサンプリング時間指示値のみが記憶される。
【００７５】
次に、燃料電池制御装置１４のＣＰＵ４１が実行する目標値設定処理の手順を、図４を用いて説明する。図４は目標値設定処理を示すフローチャートである。なお、この目標値設定処理は、燃料電池１１が発電可能な状態になると実行が開始される処理である。
【００７６】
この目標値設定処理が実行されると、ＣＰＵ４１は、まずＳ２１０にて、ＥＥＰＲＯＭ４４に記憶されている過去時間指示値、未来時間指示値、計算周期指示値、移動平均時間指示値、及びサンプリング時間指示値をＲＡＭ４３に記憶する。
【００７７】
そしてＳ２２０にて、負荷電力値（後述）を前回算出してから、移動平均のサンプリング時間Ｔｓ（本実施形態では、例えば３２ｍｓ）が経過したか否かを判断する。ここで、サンプリング時間Ｔｓが経過していない場合には（Ｓ２２０：ＮＯ）、Ｓ２２０の処理を繰り返す。
【００７８】
一方、サンプリング時間Ｔｓが経過した場合には（Ｓ２２０：ＹＥＳ）、Ｓ２３０にて、現時点での電力需要を取得する。具体的には、現時点に入出力部４６に入力した負荷電流情報が示す負荷電流値を負荷電力値に変換し、その後に、この負荷電力値を電力需要としてＲＡＭ４３に記憶する。
【００７９】
そしてＳ２４０にて、現時点における負荷電力値の移動平均値Ｗｎ０（以下、現在電力移動平均値Ｗｎ０という）を算出し、ＲＡＭ４３に記憶する。具体的には、式（３）を用いて電力移動平均値Ｗｎ０を算出する。
【００８０】
Ｗｎ０ ＝ Ｗｎ１ ＋［｛２×（Ｐｗ−Ｗｎ１）｝／｛（Ｔａ／Ｔｓ）＋１｝］ ・・・（３）
ここで、式（３）におけるＰｗは、Ｓ２３０で算出した現時点における負荷電力値である（図６を参照）。また、式（３）におけるＷｎ１は、前回（すなわち、現時点から計算周期Ｔｃ前）算出した負荷電力値の移動平均値である。また、式（３）におけるＴａは、移動平均時間（本実施形態では、例えば２５６ｍｓ）である。また、式（３）におけるＴｓは、移動平均のサンプリング時間（本実施形態では、例えば３２ｍｓ）である。なお式（３）は、指数平滑平均において一般的に用いられる式である。
【００８１】
その後にＳ２５０にて、制御目標値Ｃｗ（後述）を前回算出してから、ＲＡＭ４３に記憶された計算周期指示値に対応した計算周期Ｔｃ（本実施形態では、例えば１ｓ）が経過したか否かを判断する。ここで、計算周期Ｔｃが経過していない場合には（Ｓ２５０：ＮＯ）、Ｓ２２０に移行して、上述の処理を繰り返す。
【００８２】
一方、計算周期Ｔｃが経過した場合には（Ｓ２５０：ＹＥＳ）、Ｓ２６０にて、ＲＡＭ４３に記憶されている電力移動平均値の中から、ＲＡＭ４３に記憶された過去時間指示値に対応した過去時間Ｔｐ前に算出された電力移動平均値Ｗｐ（以下、過去電力移動平均値Ｗｐという。図６を参照）を取得する。
【００８３】
そしてＳ２７０にて、式（４）を用いて電力移動平均値の傾きＤｗ（図６を参照）を算出する。
【００８４】
Ｄｗ ＝ （Ｗｎ０−Ｗｐ）／Ｔｐ ・・・（４）
さらにＳ２８０にて、式（５）を用いて、現時点から未来時間Ｔｆ経過するまでの負荷電力値の変化量ΔＷ（以下、未来電力変化量ΔＷという。図６を参照）を算出する。
【００８５】
ΔＷ ＝ Ｄｗ × Ｔｆ ・・・（５）
その後にＳ２９０にて、未来電力変化量ΔＷが０より大きいか否かを判断する。ここで、未来電力変化量ΔＷが０より大きい場合には（Ｓ２９０：ＹＥＳ）、Ｓ３００にて、式（６）を用いて制御目標値Ｃｗ（図６を参照）を設定する。
【００８６】
Ｃｗ ＝ Ｗｎ０ ＋ ΔＷ ・・・（６）
その後、Ｓ２２０に移行して、上述の処理を繰り返す。
【００８７】
一方、未来電力変化量ΔＷが０以下である場合には（Ｓ２９０：ＮＯ）、Ｓ３１０にて、式（７）を用いて制御目標値Ｃｗを設定する。
【００８８】
Ｃｗ ＝ Ｗｎ０ ・・・（７）
その後、Ｓ２２０に移行して、上述の処理を繰り返す。
【００８９】
次に、燃料電池制御装置１４のＣＰＵ４１が実行する電池制御処理の手順を、図５を用いて説明する。図５は電池制御処理を示すフローチャートである。なお、この電池制御処理は、燃料電池１１が発電可能な状態であるときに繰り返し実行される処理である。
【００９０】
この電池制御処理が実行されると、ＣＰＵ４１は、まずＳ４１０にて、Ｓ３００またはＳ３１０で設定された制御目標値Ｃｗに基づいて、燃料電池１１に供給する燃料ガスと酸化剤ガスの流量を決定する。例えば、制御目標値Ｃｗをパラメータとして燃料ガスおよび酸化剤ガスの流量を求めるマップや計算式を用いて、流量を決定する。
【００９１】
そしてＳ４２０にて、Ｓ４１０で決定した燃料ガスおよび酸化剤ガスの流量を指示する補機用制御信号を補機１２へ出力し、電池制御処理を終了する。これにより補機１２は、補機用制御信号で指示された流量の燃料ガスおよび酸化剤ガスを燃料電池１１に供給するように動作する。
【００９２】
このように構成された燃料電池制御装置１４では、まず、燃料電池１１に接続されている電気負荷３の電力需要を示す電力移動平均値を逐次取得する（Ｓ２３０，Ｓ２４０）。また、電力移動平均値の変化に基づいて、電力移動平均値の傾きＤｗを算出する（Ｓ２７０）。さらに、電力移動平均値の傾きＤｗと未来時間Ｔｆとを乗算することにより、負荷電力値の変化量ΔＷを算出する（Ｓ２８０）。さらに、負荷電力値の変化量ΔＷに基づいて、制御目標値Ｃｗを算出する（Ｓ３００，Ｓ３１０）。そして、燃料電池１１の出力電力が、制御目標値Ｃｗに到達するように、燃料電池１１の運転を制御する（Ｓ４１０，Ｓ４２０）。
【００９３】
すなわち、燃料電池制御装置１４は、過去から現時点までに取得された電力移動平均値の変化に基づいて、現時点から未来時間Ｔｆ経過した後の電力移動平均値を予測する。
【００９４】
このため、燃料電池制御装置１４は、複数の負荷が燃料電池１１に接続されている場合に、この複数の負荷それぞれの電力需要を加算した電力需要（以下、全負荷電力需要ともいう）を示す電力需要データ（以下、全負荷電力需要データともいう）を逐次取得して、この全負荷電力需要データの値の変化に基づいて、制御目標値Ｃｗを算出し、この制御目標値Ｃｗにより燃料電池１１の運転を制御することができる。
【００９５】
すなわち、燃料電池制御装置１４は、複数の負荷が稼働しているか否かの情報（負荷稼働情報）を負荷毎に入力する必要がない。さらに燃料電池制御装置１４は、電力需要の量を示す情報（電力需要情報）を負荷毎に予め取得しておき、負荷の稼働状況に応じて、この電力需要情報に基づき出力電力の目標値を設定するということをする必要がない。
【００９６】
つまり、燃料電池制御装置１４によれば、負荷の情報として全負荷電力需要データのみを用いて燃料電池の運転を制御することができる。このため、負荷の数が増加しても、簡便に燃料電池１１の出力電力を制御することができる。
【００９７】
また燃料電池制御装置１４では、未来時間設定操作がユーザＩ／Ｆ４５を介して行われることにより、未来時間Ｔｆを設定することができる（Ｓ４０〜Ｓ６０）。これにより、補機１２の応答特性に応じて、燃料電池１１の出力電力の制御を調整することができる。
【００９８】
例えば、補機１２の応答特性が悪い場合には、補機１２の応答特性が良い場合と比較して、需要増加時における現時点の燃料電池１１の出力電力と制御目標値Ｃｗとの差が大きくなる。その場合、補機１２の応答特性が良い場合よりも、未来時間Ｔｆが長くなるように設定する。これにより、燃料電池１１の出力電力の値を制御目標値Ｃｗへ到達させるときの変化率を大きくすることができ、燃料電池１１の出力の遅れを最低限に抑えることができる。
【００９９】
一方、補機１２の応答特性が良い場合には、未来時間Ｔｆが短くなるように設定することで、燃料電池１１の出力電力の値を制御目標値Ｃｗへ早く到達させることができる。これにより、必要以上に制御目標値Ｃｗを大きく設定することにより燃料消費が大きくなってしまうことを抑制し、燃料電池１１の運転効率を向上させることができる。
【０１００】
このため、燃料電池システム１のメンテナンスの際に補機１２を交換した場合に、新たに取り付けられた補機１２の応答特性に応じて未来時間Ｔｆを設定するという簡便な作業を行うことにより、燃料電池１１の出力電力の制御を、新しい補機１２の応答特性に対応させることができる。
【０１０１】
図７は、応答特性が悪い補機用に設定された制御目標値を示すグラフである。図８は、応答特性が悪い補機用に制御目標値が設定された場合における燃料電池１１の出力電力値（以下、電池電力値という）を示すグラフである。図９は、応答特性が良い補機用に設定された制御目標値を示すグラフである。図１０は、応答特性が良い補機用に制御目標値が設定された場合の電池電力値を示すグラフである。図１１は、応答特性が非常に良い補機用に設定された制御目標値を示すグラフである。図１２は、応答特性が非常に良い補機用に制御目標値が設定された場合の電池電力値を示すグラフである。
【０１０２】
図７，８に示すように、応答特性が悪い補機用には未来時間Ｔｆが１０秒に設定されている。また図９，１０に示すように、応答特性が良い補機用には未来時間Ｔｆが７秒に設定されている。また図１１，１２に示すように、応答特性が非常に良い補機用には未来時間Ｔｆが５秒に設定されている。
【０１０３】
図７〜１２に示すように、未来時間Ｔｆが長くなるほど、同一時刻における負荷電力値と制御目標値Ｃｗとの差が大きくなる。
【０１０４】
なお、図８，１０，１２に示す「電池電力値（予測あり）」のグラフは、制御目標値Ｃｗにより燃料電池１１の運転を制御した場合の電池電力値を示す。また、図８，１０，１２に示す「電池電力値（予測なし）」のグラフは、負荷電力値により燃料電池１１の運転を制御した場合の電池電力値を示す。
【０１０５】
図８，１０，１２に示すように、制御目標値Ｃｗにより燃料電池１１の運転を制御したほうが、負荷電力値により制御するよりも、電池電力値を負荷電力値に近付けることができる。
【０１０６】
また、現在電力移動平均値Ｗｎ０と過去電力移動平均値Ｗｐとの差を過去時間Ｔｐで除算することにより、簡便に傾きＤｗを算出することができる（Ｓ２７０）。
【０１０７】
また燃料電池制御装置１４では、過去時間設定操作がユーザＩ／Ｆ４５を介して行われることにより、過去時間Ｔｐを設定することができる（Ｓ１０〜Ｓ３０）。これにより、負荷電力値の移動平均値の変化に対する傾きＤｗの応答を調整することができる。例えば、過去時間Ｔｐが長くなるほど、傾きＤｗを算出する際に、長期の負荷電力値の移動平均値の変化の影響を受けるため、短期の負荷電力値の移動平均値の変化に対する応答を悪くすることができる。したがって、補機１２の応答特性が悪いほど、過去時間Ｔｐが長くなるように設定するとよい。
【０１０８】
このため、燃料電池システム１のメンテナンスの際に補機１２を交換した場合に、新たに取り付けられた補機１２の応答特性に応じて過去時間Ｔｐを設定するという簡便な作業を行うことにより、燃料電池１１の出力電力の制御を、新しい補機１２の応答特性に対応させることができる。
【０１０９】
また燃料電池制御装置１４では、現時点での電力需要を示す生データ（負荷電力値）を逐次取得し（Ｓ２３０）、さらに、取得した複数の負荷電力値を移動平均処理した移動平均値Ｗｎ０（現在電力移動平均値Ｗｎ０）を算出する（Ｓ２４０）。そして、この現在電力移動平均値Ｗｎ０を用いて傾きＤｗを算出する（Ｓ２７０）。このため、傾きＤｗを用いて算出される制御目標値Ｃｗは、ノイズなどの瞬間的な負荷電力値の変動に起因する誤制御を防ぐことができる。
【０１１０】
また、現在電力移動平均値Ｗｎ０は、上式（３）に示すように、指数平滑平均処理により算出される。このため、現在電力移動平均値Ｗｎ０は、前回の移動平均値と、現時点における負荷電力値の２値のみを用いて、簡便に算出できる。
【０１１１】
また燃料電池制御装置１４では、移動平均時間設定操作がユーザＩ／Ｆ４５を介して行われることにより、移動平均時間Ｔａを設定することができる（Ｓ１００〜Ｓ１２０）。これにより、機器の電源印加時などに発生するノイズあるいは過渡電流などの瞬間的な負荷電力値の影響を減らすように移動平均時間を調整することができる。
【０１１２】
例えば、移動平均時間Ｔａが長くなるように設定すると、負荷電力値の「長期的な変化」の傾向を移動平均値の算出に織り込む特性が強くなる。すなわち、負荷電力値の移動平均値の算出において、短時間での負荷電力値の増減の影響を受け難くなる。したがって、補機１２の応答特性が悪い場合には、移動平均時間Ｔａが長くなるように設定するとよい。
【０１１３】
一方、移動平均時間Ｔａが短くなるように設定すると、負荷電力値の「短期的な変化」の傾向を移動平均値の算出に織り込む特性が強くなる。すなわち、負荷電力値の移動平均値の算出において、短時間での負荷電力値の増減の影響を受け易くなる。したがって、補機１２の応答特性が良い場合には、移動平均時間Ｔａが短くなるように設定するとよい。
【０１１４】
このため、燃料電池システム１のメンテナンスの際に補機１２を交換した場合に、新たに取り付けられた補機１２の応答特性に応じて移動平均時間Ｔａを設定するという簡便な作業を行うことにより、燃料電池１１の出力電力の制御を、新しい補機１２の応答特性に対応させることができる。
【０１１５】
以上説明した実施形態において、Ｓ２３０及びＳ２４０の処理は本発明における電力需要データ取得手段および電力需要データ取得手順、Ｓ２７０の処理は本発明における変化率算出手段および変化率算出手順、Ｓ２８０の処理は本発明における変化量算出手段および変化量算出手順、Ｓ３００及びＳ３１０の処理は本発明における目標値算出手段および目標値算出手順、Ｓ４１０及びＳ４２０の処理は本発明における運転制御手段および運転制御手順、Ｓ４０〜Ｓ６０の処理は本発明における第１設定手段および第１設定手順、Ｓ１０〜Ｓ３０の処理は本発明における第２設定手段および第２設定手順、Ｓ２３０の処理は本発明における需要生データ検出手段および需要生データ検出手順、Ｓ２４０の処理は本発明における移動平均算出手段および移動平均算出手順、Ｓ１００〜Ｓ１２０の処理は本発明における第３設定手段および第３設定手順である。
【０１１６】
また、電力移動平均値は本発明における電力需要データ、電力移動平均値の傾きＤｗは本発明における需要データ変化率、未来電力変化量ΔＷは本発明における需要データ変化量、未来時間Ｔｆは本発明における第１設定時間、制御目標値Ｃｗは本発明における需要目標値、未来時間設定操作は本発明における第１外部操作、過去時間Ｔｐは本発明における第２設定時間、過去時間設定操作は本発明における第２外部操作、負荷電力値は本発明における電力需要生データ、移動平均時間設定操作は本発明における第３外部操作である。
【０１１７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
【０１１８】
例えば上記実施形態では、現在電力移動平均値Ｗｎ０と過去電力移動平均値Ｗｐの２値を用いて傾きＤｗを算出するものを示したが、３以上の電力移動平均値を用いて傾きＤｗを算出するようにしてもよい。
【０１１９】
また上記実施形態では、傾きＤｗに未来時間Ｔｆを乗ずることにより未来電力変化量ΔＷを求めるものを示したが、これに限られるものではない。例えば、傾きＤｗに未来時間Ｔｆを乗算した乗算値に、定数を乗算したり加算したりすることにより未来電力変化量ΔＷを算出するようにしてもよい。
【０１２０】
また上記実施形態では、燃料電池システム１の用途を特に示していないが、家庭用として利用されるようにするとよい。一般に家庭用の燃料電池にはエアコン、冷蔵庫、テレビなど多数の負荷が接続されることが多いため、負荷の数が増加しても簡便に燃料電池１１の出力電力を制御することができるからである。
【符号の説明】
【０１２１】
１…燃料電池システム、２…分電盤、３…電気負荷、１１…燃料電池、１２…補機、１３…パワーコンディショナ、１４…燃料電池制御装置、３１〜３５…負荷、４１…ＣＰＵ、４２…ＲＯＭ、４３…ＲＡＭ、４４…ＥＥＰＲＯＭ、４５…ユーザＩ／Ｆ、４６…入出力部、１００…系統電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の出力電力を制御する燃料電池制御装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池の出力電力を制御する燃料電池制御装置として、燃料電池が電力を供給する負荷の変化に応じた出力電力の目標値（以下、出力電力目標値ともいう）を設定するための指令信号に応答して、燃料電池への燃料ガス及び空気の供給量を制御するものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１４７８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の燃料電池制御装置では、負荷の変化を検知するために、負荷が稼働しているか否かの情報（以下、負荷稼働情報ともいう。例えば、負荷の電源スイッチのオン／オフを示す情報）を負荷毎に入力する必要がある。さらに、負荷の稼動中に必要な電力（以下、電力需要ともいう）の量を示す情報（以下、電力需要情報ともいう）を負荷毎に予め取得しておき、負荷の稼働状況に応じて、この電力需要情報に基づき出力電力目標値を設定する必要がある。したがって、負荷の数の増加に応じて、入力するべき負荷稼働情報と、取得すべき電力需要情報とが増加し、燃料電池の出力電力の制御が複雑化するという問題があった。
【０００５】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、負荷の数が増加しても簡便に燃料電池の出力電力を制御することができる燃料電池制御装置および方法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】
【０００６】
上記目的を達成するためになされた本発明は、燃料電池に接続されている負荷の電力需要を示す電力需要データを逐次取得する電力需要データ取得手段と、電力需要データの値の変化に基づいて、電力需要データの値の単位時間当たりの変化量である需要データ変化率を算出する変化率算出手段と、少なくとも、需要データ変化率と、予め設定された第１設定時間とを乗算することにより、電力需要データの変化量である需要データ変化量を算出する変化量算出手段と、需要データ変化量に基づいて、電力需要データの目標値である需要目標値を算出する目標値算出手段と、燃料電池の出力電力が、需要目標値に対応する値に到達するように、燃料電池の運転を制御する運転制御手段とを備えることを特徴とする燃料電池制御装置である。
【０００７】
このように構成された本発明の燃料電池制御装置は、過去から現時点までに取得された電力需要データの値の変化に基づいて、現時点から第１設定時間経過した後の電力需要データの値を予測する。
【０００８】
このため、本発明の燃料電池制御装置は、複数の負荷が燃料電池に接続されている場合に、この複数の負荷それぞれの電力需要を加算した電力需要（以下、全負荷電力需要ともいう）を示す電力需要データ（以下、全負荷電力需要データともいう）を逐次取得して、この全負荷電力需要データの値の変化に基づいて、上記の需要目標値を算出し、この需要目標値により燃料電池の運転を制御することができる。
【０００９】
すなわち、本発明の燃料電池制御装置は、複数の負荷が稼働しているか否かの情報（負荷稼働情報）を負荷毎に入力する必要がない。さらに本発明の燃料電池制御装置は、電力需要の量を示す情報（電力需要情報）を負荷毎に予め取得しておき、負荷の稼働状況に応じて、この電力需要情報に基づき出力電力の目標値を設定するということをする必要がない。
【００１０】
つまり、本発明の燃料電池制御装置によれば、負荷の情報として全負荷電力需要データのみを用いて燃料電池の運転を制御することができる。このため、負荷の数が増加しても、簡便に燃料電池の出力電力を制御することができる。
【００１１】
また、本発明の燃料電池制御装置において、予め設定された第１外部操作に基づいて、第１設定時間を設定する第１設定手段を備えるようにするとよい。
【００１２】
このように構成された燃料電池制御装置では、燃料ガスと酸化剤ガスを燃料電池に供給する補機の応答特性に応じて、燃料電池の出力電力の制御を調整することができる。
【００１３】
例えば、補機の応答特性が悪い場合には、補機の応答特性が良い場合と比較して、需要増加時における現時点の燃料電池の出力電力と需要目標値との差が大きくなる。その場合、補機の応答特性が良い場合よりも、第１設定時間が長くなるように設定する。これにより、燃料電池の出力電力の値を需要目標値へ到達させるときの変化率を大きくすることができ、燃料電池の出力の遅れを最低限に抑えることができる。
【００１４】
一方、補機の応答特性が良い場合には、第１設定時間が短くなるように設定することで、燃料電池の出力電力の値を需要目標値へ早く到達させることができる。これにより、必要以上に需要目標値を大きく設定することにより燃料消費が大きくなってしまうことを抑制し、燃料電池の運転効率を向上させることができる。
【００１５】
このため、燃料電池システムのメンテナンスの際に補機を交換した場合に、新たに取り付けられた補機の応答特性に応じて第１設定時間を設定するという簡便な作業を行うことにより、燃料電池の出力電力の制御を、新しい補機の応答特性に対応させることができる。
【００１６】
なお、多数の電力需要データに基づいて、需要データ変化率を算出するようにしてもよいが、本発明の燃料電池制御装置において、変化率算出手段は、最新の電力需要データの値と、最新の電力需要データが取得されたときから予め設定された第２設定時間前に取得された電力需要データの値との差を、第２設定時間で除算することにより、需要データ変化率を算出するようにしてもよい。
【００１７】
このように構成された燃料電池制御装置によれば、現時点と第２設定時間前の２つの電力需要データを用いて、簡便に需要データ変化率を算出することができる。
【００１８】
また、本発明の燃料電池制御装置において、予め設定された第２外部操作に基づいて、第２設定時間を設定する第２設定手段を備えるようにするとよい。
【００１９】
このように構成された燃料電池制御装置では、電力需要データの変化に対する需要データ変化率の応答を調整することができる。例えば、第２設定時間が長くなるほど、需要データ変化率を算出する際に、長期の電力需要データ変化の影響を受けるため、短期の電力需要データの変化に対する応答を悪くすることができる。したがって、補機の応答特性が悪いほど、第２設定時間が長くなるように設定するとよい。
【００２０】
このため、燃料電池システムのメンテナンスの際に補機を交換した場合に、新たに取り付けられた補機の応答特性に応じて第２設定時間を設定するという簡便な作業を行うことにより、燃料電池の出力電力の制御を、新しい補機の応答特性に対応させることができる。
【００２１】
また、本発明の燃料電池制御装置において、電気負荷の電力需要を示す生データである電力需要生データを逐次検出する需要生データ検出手段と、需要生データ検出手段により逐次検出された複数の電力需要生データの値を移動平均処理した移動平均値を算出する移動平均算出手段とを備え、電力需要データ取得手段は、移動平均値を電力需要データとするようにしてもよい。
【００２２】
このように構成された燃料電池制御装置では、需要生データ検出手段により逐次検出された電力需要生データの移動平均値を用いて、需要データ変化率を算出する。このため、需要データ変化率を用いて算出される需要目標値は、ノイズなどの瞬間的な電力需要生データの変動に起因する誤制御を防ぐことができる。
【００２３】
また、本発明の燃料電池制御装置において、移動平均処理は、指数平滑平均処理であるようにするとよい。式（１）に示すように、指数平滑平均処理による移動平均値Ａ０は、前回の移動平均値Ａ１と、現時点の生データの値Ｄ０の２値のみを用いて、簡便に算出できるからである。
【００２４】
Ａ０ ＝ Ａ１ ＋［｛２×（Ｄ０−Ａ１）｝／（ｎ＋１）］ ・・・（１）
なお、式（１）の「ｎ」は、移動平均時間を「Ｔａ」、移動平均処理のサンプリング時間を「Ｔｓ」として、式（２）で表される。
【００２５】
ｎ ＝ Ｔａ／Ｔｓ ・・・（２）
また、本発明の燃料電池制御装置において、予め設定された第３外部操作に基づいて、移動平均処理の移動平均時間を設定する第３設定手段を備えるようにするとよい。
【００２６】
このように構成された燃料電池制御装置では、機器の電源印加時などに発生するノイズあるいは過渡電流などの瞬間的な電力需要生データの影響を減らすように移動平均時間を調整することができる。
【００２７】
例えば、移動平均時間が長くなるように設定すると、電力需要生データの「長期的な変化」の傾向を移動平均値の算出に織り込む特性が強くなる。すなわち、電力需要生データの移動平均値の算出において、短時間での電力需要生データの増減の影響を受け難くなる。したがって、補機の応答特性が悪い場合には、移動平均時間が長くなるように設定するとよい。
【００２８】
一方、移動平均時間が短くなるように設定すると、電力需要生データの「短期的な変化」の傾向を移動平均値の算出に織り込む特性が強くなる。すなわち、電力需要生データの移動平均値の算出において、短時間での電力需要生データの増減の影響を受け易くなる。したがって、補機の応答特性が良い場合には、移動平均時間が短くなるように設定するとよい。
【００２９】
このため、燃料電池システムのメンテナンスの際に補機を交換した場合に、新たに取り付けられた補機の応答特性に応じて移動平均時間を設定するという簡便な作業を行うことにより、燃料電池の出力電力の制御を、新しい補機の応答特性に対応させることができる。
【００３０】
ところで、一般に家庭用の燃料電池にはエアコン、冷蔵庫、テレビなど多数の負荷が接続されることが多い。このため、本発明の燃料電池制御装置において、燃料電池は家庭用として利用されるものであるようにするとよい。上述したように、本発明の燃料電池制御装置は、負荷の数が増加しても簡便に燃料電池の出力電力を制御することができるからである。
【００３１】
また、上記目的を達成するためになされた本発明は、燃料電池に接続されている負荷の電力需要を示す電力需要データを逐次取得する電力需要データ取得手順と、電力需要データの値の変化に基づいて、電力需要データの値の単位時間当たりの変化量である需要データ変化率を算出する変化率算出手順と、少なくとも、需要データ変化率と、予め設定された第１設定時間とを乗算することにより、電力需要データの変化量である需要データ変化量を算出する変化量算出手順と、需要データ変化量に基づいて、電力需要データの目標値である需要目標値を算出する目標値算出手順と、燃料電池の出力電力が、需要目標値に対応する値に到達するように、燃料電池の運転を制御する運転制御手順とを備えることを特徴とする燃料電池制御方法である。
【００３２】
この燃料電池制御方法は、本発明の燃料電池制御装置にて実行される方法であり、当該方法を実行することで、本発明の燃料電池制御装置と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
また、本発明の燃料電池制御方法において、予め設定された第１外部操作に基づいて、第１設定時間を設定する第１設定手順を備えるようにするとよい。
【００３４】
この燃料電池制御方法は、本発明の燃料電池制御装置にて実行される方法であり、当該方法を実行することで、本発明の燃料電池制御装置と同様の効果を得ることができる。
【００３５】
また、本発明の燃料電池制御方法において、変化率算出手順は、最新の電力需要データの値と、最新の電力需要データが取得されたときから予め設定された第２設定時間前に取得された電力需要データの値との差を、第２設定時間で除算することにより、需要データ変化率を算出するようにしてもよい。
【００３６】
この燃料電池制御方法は、本発明の燃料電池制御装置にて実行される方法であり、当該方法を実行することで、本発明の燃料電池制御装置と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
また、本発明の燃料電池制御方法において、予め設定された第２外部操作に基づいて、第２設定時間を設定する第２設定手順を備えるようにするとよい。
【００３８】
この燃料電池制御方法は、本発明の燃料電池制御装置にて実行される方法であり、当該方法を実行することで、本発明の燃料電池制御装置と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
また、本発明の燃料電池制御方法において、電気負荷の電力需要を示す生データである電力需要生データを逐次検出する需要生データ検出手順と、需要生データ検出手順により逐次検出された複数の電力需要生データの値を移動平均処理した移動平均値を算出する移動平均算出手順とを備え、電力需要データ取得手順は、移動平均値を電力需要データとするようにしてもよい。
【００４０】
この燃料電池制御方法は、本発明の燃料電池制御装置にて実行される方法であり、当該方法を実行することで、本発明の燃料電池制御装置と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
また、本発明の燃料電池制御方法において、移動平均処理は、指数平滑平均処理であるようにするとよい。
【００４２】
この燃料電池制御方法は、本発明の燃料電池制御装置にて実行される方法であり、当該方法を実行することで、本発明の燃料電池制御装置と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
また、本発明の燃料電池制御方法において、予め設定された第３外部操作に基づいて、移動平均処理の移動平均時間を設定する第３設定手順を備えるようにするとよい。
【００４４】
この燃料電池制御方法は、本発明の燃料電池制御装置にて実行される方法であり、当該方法を実行することで、本発明の燃料電池制御装置と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
また、本発明の燃料電池制御方法において、燃料電池は家庭用として利用されるものであるようにするとよい。
【００４６】
この燃料電池制御方法は、本発明の燃料電池制御装置にて実行される方法であり、当該方法を実行することで、本発明の燃料電池制御装置と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】燃料電池システム１の構成を示すブロック図である。
【図２】燃料電池制御装置１４の構成を示すブロック図である。
【図３】設定情報入力処理を示すフローチャートである。
【図４】目標値設定処理を示すフローチャートである。
【図５】電池制御処理を示すフローチャートである。
【図６】制御目標値Ｃｗの設定方法を説明するためのグラフである。
【図７】応答特性が悪い補機用に設定された制御目標値を示すグラフである。
【図８】応答特性が悪い補機用に制御目標値が設定された場合の電池電力値を示すグラフである。
【図９】応答特性が良い補機用に設定された制御目標値を示すグラフである。
【図１０】応答特性が良い補機用に制御目標値が設定された場合の電池電力値を示すグラフである。
【図１１】応答特性が非常に良い補機用に設定された制御目標値を示すグラフである。
【図１２】応答特性が非常に良い補機用に制御目標値が設定された場合の電池電力値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下に本発明の実施形態を図面とともに説明する。
【００４９】
図１は本発明が適用された燃料電池システム１の構成を示すブロック図、図２は燃料電池制御装置１４の構成を示すブロック図である。
【００５０】
燃料電池システム１は、図１に示すように、分電盤２を介して電気負荷３に電力を供給する。
【００５１】
燃料電池システム１は、燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気（詳しくは空気中の酸素））との供給を受けて発電を行う燃料電池１１と、燃料ガスと酸化剤ガスを燃料電池１１に供給するためのポンプ（不図示）やブロワ（不図示）などで構成される補機１２と、燃料電池１１が発電した直流電流（以下、電池電流という）を、内蔵されたインバータ回路（不図示）により交流電流（以下、インバータ電流という）に変換するパワーコンディショナ１３と、補機１２及びパワーコンディショナ１３を制御する燃料電池制御装置１４とを備える。
【００５２】
なお、パワーコンディショナ１３は、給電線１５を介して燃料電池１１に接続されて、燃料電池１１から電池電流を入力する。そして給電線１５には、給電線１５に流れる電流を測定する電流計１６が接続されている。
【００５３】
また分電盤２は、給電線２１を介してパワーコンディショナ１３に接続されて、パワーコンディショナ１３からインバータ電流を入力するとともに、給電線２２を介して電力会社の系統電源１００に接続されて、系統電源１００から系統電流を入力する。さらに分電盤２は、給電線２３を介して電気負荷３に接続されて、燃料電池システム１及び系統電源１００から入力した電力を電気負荷３に供給する。以下、給電線２３に流れる電流を負荷電流という。
【００５４】
なお分電盤２は、電気負荷３の電力需要に対して燃料電池システム１の出力電力が不足している場合に、この不足分の電力を、系統電源１００から供給するように構成されている。
【００５５】
また給電線２１，２２，２３にはそれぞれ、給電線２１，２２，２３に流れる電流を測定する電流計２７，２８，２９が接続されている。
【００５６】
また電気負荷３は、複数（本実施形態では５個）の負荷３１，３２，３３，３４，３５で構成されている。
【００５７】
次に燃料電池制御装置１４は、図２に示すように、所定の処理プログラムに基づいて処理を実行するＣＰＵ４１と、種々の処理プログラムが格納されたＲＯＭ４２と、種々のデータを格納するＲＡＭ４３と、電力が供給されない状態でも記憶されたデータを保持可能なＥＥＰＲＯＭ４４と、操作キー（不図示）および表示パネル（不図示）からなるユーザインターフェース（以降、ユーザＩ／Ｆと称す）４５と、ユーザＩ／Ｆ４５が接続され、ＣＰＵ４１、ＲＡＭ４３、及びＥＥＰＲＯＭ４４との間で信号及びデータの入出力を行う入出力部４６とから構成され、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３、ＥＥＰＲＯＭ４４及び入出力部４６はバス４７を介して接続されている。
【００５８】
これらのうちＲＯＭ４２には、燃料電池１１の運転を制御するための運転制御プログラムが記憶されている。
【００５９】
またＲＡＭ４３には、燃料電池１１の運転を制御するための各種データが記憶される。
【００６０】
またユーザＩ／Ｆ４５は、表示パネルに表示される指示に従いながら操作者が操作キーを操作することにより、各種情報を入力可能に構成されている。
【００６１】
また入出力部４６は、電流計１６，２７，２８，２９と接続されており、電流計１６，２７，２８，２９からそれぞれ、電池電流、インバータ電流、系統電流、及び負荷電流の値を示す情報が入力されるように構成されている。以下、電池電流、インバータ電流、系統電流、及び負荷電流の値を示す情報をそれぞれ、電池電流情報、インバータ電流情報、系統電流情報、及び負荷電流情報という。
【００６２】
さらに入出力部４６は、補機１２及びパワーコンディショナ１３と接続されており、補機１２及びパワーコンディショナ１３へそれぞれ、補機用制御信号およびパワーコンディショナ用制御信号を出力するように構成されている。
【００６３】
このように構成された燃料電池制御装置１４において、ＣＰＵ４１は、ユーザＩ／Ｆ４５を介して各種情報を入力するための設定情報入力処理と、燃料電池１１を制御するための制御目標値Ｃｗ（後述）を設定する目標値設定処理と、目標値設定処理により設定された制御目標値Ｃｗに基づいて燃料電池１１を制御する電池制御処理とをそれぞれ独立に実行する。
【００６４】
次に、燃料電池制御装置１４のＣＰＵ４１が実行する設定情報入力処理の手順を、図３を用いて説明する。図３は設定情報入力処理を示すフローチャートである。なお、この設定情報入力処理は、ＣＰＵ４１が起動（電源オン）している間に繰り返し実行される処理である。
【００６５】
この設定情報入力処理が実行されると、ＣＰＵ４１は、まずＳ１０にて、過去時間Ｔｐ（後述）を設定するための過去時間設定操作がユーザＩ／Ｆ４５を介して行われたか否かを判断する。ここで、過去時間設定操作が行われていない場合には（Ｓ１０：ＮＯ）、Ｓ４０に移行する。一方、過去時間設定操作が行われた場合には（Ｓ１０：ＹＥＳ）、Ｓ２０にて、過去時間Ｔｐを示す情報（以下、過去時間情報という）がユーザＩ／Ｆ４５から入力したか否かを判断する。
【００６６】
ここで、過去時間情報が入力していない場合には（Ｓ２０：ＮＯ）、Ｓ２０の処理を繰り返す。一方、過去時間情報が入力した場合には（Ｓ２０：ＹＥＳ）、Ｓ３０にて、入力した過去時間情報に基づいて、過去時間Ｔｐを設定し、Ｓ４０に移行する。具体的には、過去時間Ｔｐを示す値を記憶するためにＥＥＰＲＯＭ４４に設けられた過去時間記憶領域に、Ｓ２０で入力した過去時間情報により示される値（以下、過去時間指示値という）を記憶させる。なお、過去時間記憶領域には、記憶された最新の過去時間指示値のみが記憶される。すなわち、過去時間記憶領域において、過去時間指示値は上書きされる。
【００６７】
そしてＳ４０に移行すると、未来時間Ｔｆ（後述）を設定するための未来時間設定操作がユーザＩ／Ｆ４５を介して行われたか否かを判断する。ここで、未来時間設定操作が行われていない場合には（Ｓ４０：ＮＯ）、Ｓ７０に移行する。一方、未来時間設定操作が行われた場合には（Ｓ４０：ＹＥＳ）、Ｓ５０にて、未来時間Ｔｆを示す情報（以下、未来時間情報という）がユーザＩ／Ｆ４５から入力したか否かを判断する。
【００６８】
ここで、未来時間情報が入力していない場合には（Ｓ５０：ＮＯ）、Ｓ５０の処理を繰り返す。一方、未来時間情報が入力した場合には（Ｓ５０：ＹＥＳ）、Ｓ６０にて、入力した未来時間情報に基づいて、未来時間Ｔｆを設定し、Ｓ７０に移行する。具体的には、未来時間Ｔｆを示す値を記憶するためにＥＥＰＲＯＭ４４に設けられた未来時間記憶領域に、Ｓ５０で入力した未来時間情報により示される値（以下、未来時間指示値という）を記憶させる。なお、未来時間記憶領域には、記憶された最新の未来時間指示値のみが記憶される。
【００６９】
そしてＳ７０に移行すると、移動平均の計算周期Ｔｃ（後述）を設定するための計算周期設定操作がユーザＩ／Ｆ４５を介して行われたか否かを判断する。ここで、計算周期設定操作が行われていない場合には（Ｓ７０：ＮＯ）、Ｓ１００に移行する。一方、計算周期設定操作が行われた場合には（Ｓ７０：ＹＥＳ）、Ｓ８０にて、計算周期Ｔｃを示す情報（以下、計算周期情報という）がユーザＩ／Ｆ４５から入力したか否かを判断する。
【００７０】
ここで、計算周期情報が入力していない場合には（Ｓ８０：ＮＯ）、Ｓ８０の処理を繰り返す。一方、計算周期情報が入力した場合には（Ｓ８０：ＹＥＳ）、Ｓ９０にて、入力した計算周期情報に基づいて、計算周期Ｔｃを設定し、Ｓ１００に移行する。具体的には、計算周期Ｔｃを示す値を記憶するためにＥＥＰＲＯＭ４４に設けられた計算周期記憶領域に、Ｓ８０で入力した計算周期情報により示される値（以下、計算周期指示値という）を記憶させる。なお、計算周期記憶領域には、記憶された最新の計算周期指示値のみが記憶される。
【００７１】
そしてＳ１００に移行すると、移動平均の移動平均時間Ｔａ（後述）を設定するための移動平均時間設定操作がユーザＩ／Ｆ４５を介して行われたか否かを判断する。ここで、移動平均時間設定操作が行われていない場合には（Ｓ１００：ＮＯ）、Ｓ１３０に移行する。一方、移動平均時間設定操作が行われた場合には（Ｓ１００：ＹＥＳ）、Ｓ１１０にて、移動平均時間Ｔａを示す情報（以下、移動平均時間情報という）がユーザＩ／Ｆ４５から入力したか否かを判断する。
【００７２】
ここで、移動平均時間情報が入力していない場合には（Ｓ１１０：ＮＯ）、Ｓ１１０の処理を繰り返す。一方、移動平均時間情報が入力した場合には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、Ｓ１２０にて、入力した移動平均時間情報に基づいて、移動平均時間Ｔａを設定し、Ｓ１３０に移行する。具体的には、移動平均時間Ｔａを示す値を記憶するためにＥＥＰＲＯＭ４４に設けられた移動平均時間記憶領域に、Ｓ１１０で入力した移動平均時間情報により示される値（以下、移動平均時間指示値という）を記憶させる。なお、移動平均時間記憶領域には、記憶された最新の移動平均時間指示値のみが記憶される。
【００７３】
そしてＳ１３０に移行すると、移動平均のサンプリング時間Ｔｓ（後述）を設定するためのサンプリング時間設定操作がユーザＩ／Ｆ４５を介して行われたか否かを判断する。ここで、サンプリング時間設定操作が行われていない場合には（Ｓ１３０：ＮＯ）、設定情報入力処理を終了する。一方、サンプリング時間設定操作が行われた場合には（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、Ｓ１４０にて、サンプリング時間Ｔｓを示す情報（以下、サンプリング時間情報という）がユーザＩ／Ｆ４５から入力したか否かを判断する。
【００７４】
ここで、サンプリング時間情報が入力していない場合には（Ｓ１４０：ＮＯ）、Ｓ１４０の処理を繰り返す。一方、サンプリング時間情報が入力した場合には（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、Ｓ１５０にて、入力したサンプリング時間情報に基づいて、サンプリング時間Ｔｓを設定し、設定情報入力処理を終了する。具体的には、サンプリング時間Ｔｓを示す値を記憶するためにＥＥＰＲＯＭ４４に設けられたサンプリング時間記憶領域に、Ｓ１４０で入力したサンプリング時間情報により示される値（以下、サンプリング時間指示値という）を記憶させる。なお、サンプリング時間記憶領域には、記憶された最新のサンプリング時間指示値のみが記憶される。
【００７５】
次に、燃料電池制御装置１４のＣＰＵ４１が実行する目標値設定処理の手順を、図４を用いて説明する。図４は目標値設定処理を示すフローチャートである。なお、この目標値設定処理は、燃料電池１１が発電可能な状態になると実行が開始される処理である。
【００７６】
この目標値設定処理が実行されると、ＣＰＵ４１は、まずＳ２１０にて、ＥＥＰＲＯＭ４４に記憶されている過去時間指示値、未来時間指示値、計算周期指示値、移動平均時間指示値、及びサンプリング時間指示値をＲＡＭ４３に記憶する。
【００７７】
そしてＳ２２０にて、負荷電力値（後述）を前回算出してから、移動平均のサンプリング時間Ｔｓ（本実施形態では、例えば３２ｍｓ）が経過したか否かを判断する。ここで、サンプリング時間Ｔｓが経過していない場合には（Ｓ２２０：ＮＯ）、Ｓ２２０の処理を繰り返す。
【００７８】
一方、サンプリング時間Ｔｓが経過した場合には（Ｓ２２０：ＹＥＳ）、Ｓ２３０にて、現時点での電力需要を取得する。具体的には、現時点に入出力部４６に入力した負荷電流情報が示す負荷電流値を負荷電力値に変換し、その後に、この負荷電力値を電力需要としてＲＡＭ４３に記憶する。
【００７９】
そしてＳ２４０にて、現時点における負荷電力値の移動平均値Ｗｎ０（以下、現在電力移動平均値Ｗｎ０という）を算出し、ＲＡＭ４３に記憶する。具体的には、式（３）を用いて電力移動平均値Ｗｎ０を算出する。
【００８０】
Ｗｎ０ ＝ Ｗｎ１ ＋［｛２×（Ｐｗ−Ｗｎ１）｝／｛（Ｔａ／Ｔｓ）＋１｝］ ・・・（３）
ここで、式（３）におけるＰｗは、Ｓ２３０で算出した現時点における負荷電力値である（図６を参照）。また、式（３）におけるＷｎ１は、前回（すなわち、現時点から計算周期Ｔｃ前）算出した負荷電力値の移動平均値である。また、式（３）におけるＴａは、移動平均時間（本実施形態では、例えば２５６ｍｓ）である。また、式（３）におけるＴｓは、移動平均のサンプリング時間（本実施形態では、例えば３２ｍｓ）である。なお式（３）は、指数平滑平均において一般的に用いられる式である。
【００８１】
その後にＳ２５０にて、制御目標値Ｃｗ（後述）を前回算出してから、ＲＡＭ４３に記憶された計算周期指示値に対応した計算周期Ｔｃ（本実施形態では、例えば１ｓ）が経過したか否かを判断する。ここで、計算周期Ｔｃが経過していない場合には（Ｓ２５０：ＮＯ）、Ｓ２２０に移行して、上述の処理を繰り返す。
【００８２】
一方、計算周期Ｔｃが経過した場合には（Ｓ２５０：ＹＥＳ）、Ｓ２６０にて、ＲＡＭ４３に記憶されている電力移動平均値の中から、ＲＡＭ４３に記憶された過去時間指示値に対応した過去時間Ｔｐ前に算出された電力移動平均値Ｗｐ（以下、過去電力移動平均値Ｗｐという。図６を参照）を取得する。
【００８３】
そしてＳ２７０にて、式（４）を用いて電力移動平均値の傾きＤｗ（図６を参照）を算出する。
【００８４】
Ｄｗ ＝ （Ｗｎ０−Ｗｐ）／Ｔｐ ・・・（４）
さらにＳ２８０にて、式（５）を用いて、現時点から未来時間Ｔｆ経過するまでの負荷電力値の変化量ΔＷ（以下、未来電力変化量ΔＷという。図６を参照）を算出する。
【００８５】
ΔＷ ＝ Ｄｗ × Ｔｆ ・・・（５）
その後にＳ２９０にて、未来電力変化量ΔＷが０より大きいか否かを判断する。ここで、未来電力変化量ΔＷが０より大きい場合には（Ｓ２９０：ＹＥＳ）、Ｓ３００にて、式（６）を用いて制御目標値Ｃｗ（図６を参照）を設定する。
【００８６】
Ｃｗ ＝ Ｗｎ０ ＋ ΔＷ ・・・（６）
その後、Ｓ２２０に移行して、上述の処理を繰り返す。
【００８７】
一方、未来電力変化量ΔＷが０以下である場合には（Ｓ２９０：ＮＯ）、Ｓ３１０にて、式（７）を用いて制御目標値Ｃｗを設定する。
【００８８】
Ｃｗ ＝ Ｗｎ０ ・・・（７）
その後、Ｓ２２０に移行して、上述の処理を繰り返す。
【００８９】
次に、燃料電池制御装置１４のＣＰＵ４１が実行する電池制御処理の手順を、図５を用いて説明する。図５は電池制御処理を示すフローチャートである。なお、この電池制御処理は、燃料電池１１が発電可能な状態であるときに繰り返し実行される処理である。
【００９０】
この電池制御処理が実行されると、ＣＰＵ４１は、まずＳ４１０にて、Ｓ３００またはＳ３１０で設定された制御目標値Ｃｗに基づいて、燃料電池１１に供給する燃料ガスと酸化剤ガスの流量を決定する。例えば、制御目標値Ｃｗをパラメータとして燃料ガスおよび酸化剤ガスの流量を求めるマップや計算式を用いて、流量を決定する。
【００９１】
そしてＳ４２０にて、Ｓ４１０で決定した燃料ガスおよび酸化剤ガスの流量を指示する補機用制御信号を補機１２へ出力し、電池制御処理を終了する。これにより補機１２は、補機用制御信号で指示された流量の燃料ガスおよび酸化剤ガスを燃料電池１１に供給するように動作する。
【００９２】
このように構成された燃料電池制御装置１４では、まず、燃料電池１１に接続されている電気負荷３の電力需要を示す電力移動平均値を逐次取得する（Ｓ２３０，Ｓ２４０）。また、電力移動平均値の変化に基づいて、電力移動平均値の傾きＤｗを算出する（Ｓ２７０）。さらに、電力移動平均値の傾きＤｗと未来時間Ｔｆとを乗算することにより、負荷電力値の変化量ΔＷを算出する（Ｓ２８０）。さらに、負荷電力値の変化量ΔＷに基づいて、制御目標値Ｃｗを算出する（Ｓ３００，Ｓ３１０）。そして、燃料電池１１の出力電力が、制御目標値Ｃｗに到達するように、燃料電池１１の運転を制御する（Ｓ４１０，Ｓ４２０）。
【００９３】
すなわち、燃料電池制御装置１４は、過去から現時点までに取得された電力移動平均値の変化に基づいて、現時点から未来時間Ｔｆ経過した後の電力移動平均値を予測する。
【００９４】
このため、燃料電池制御装置１４は、複数の負荷が燃料電池１１に接続されている場合に、この複数の負荷それぞれの電力需要を加算した電力需要（以下、全負荷電力需要ともいう）を示す電力需要データ（以下、全負荷電力需要データともいう）を逐次取得して、この全負荷電力需要データの値の変化に基づいて、制御目標値Ｃｗを算出し、この制御目標値Ｃｗにより燃料電池１１の運転を制御することができる。
【００９５】
すなわち、燃料電池制御装置１４は、複数の負荷が稼働しているか否かの情報（負荷稼働情報）を負荷毎に入力する必要がない。さらに燃料電池制御装置１４は、電力需要の量を示す情報（電力需要情報）を負荷毎に予め取得しておき、負荷の稼働状況に応じて、この電力需要情報に基づき出力電力の目標値を設定するということをする必要がない。
【００９６】
つまり、燃料電池制御装置１４によれば、負荷の情報として全負荷電力需要データのみを用いて燃料電池の運転を制御することができる。このため、負荷の数が増加しても、簡便に燃料電池１１の出力電力を制御することができる。
【００９７】
また燃料電池制御装置１４では、未来時間設定操作がユーザＩ／Ｆ４５を介して行われることにより、未来時間Ｔｆを設定することができる（Ｓ４０〜Ｓ６０）。これにより、補機１２の応答特性に応じて、燃料電池１１の出力電力の制御を調整することができる。
【００９８】
例えば、補機１２の応答特性が悪い場合には、補機１２の応答特性が良い場合と比較して、需要増加時における現時点の燃料電池１１の出力電力と制御目標値Ｃｗとの差が大きくなる。その場合、補機１２の応答特性が良い場合よりも、未来時間Ｔｆが長くなるように設定する。これにより、燃料電池１１の出力電力の値を制御目標値Ｃｗへ到達させるときの変化率を大きくすることができ、燃料電池１１の出力の遅れを最低限に抑えることができる。
【００９９】
一方、補機１２の応答特性が良い場合には、未来時間Ｔｆが短くなるように設定することで、燃料電池１１の出力電力の値を制御目標値Ｃｗへ早く到達させることができる。これにより、必要以上に制御目標値Ｃｗを大きく設定することにより燃料消費が大きくなってしまうことを抑制し、燃料電池１１の運転効率を向上させることができる。
【０１００】
このため、燃料電池システム１のメンテナンスの際に補機１２を交換した場合に、新たに取り付けられた補機１２の応答特性に応じて未来時間Ｔｆを設定するという簡便な作業を行うことにより、燃料電池１１の出力電力の制御を、新しい補機１２の応答特性に対応させることができる。
【０１０１】
図７は、応答特性が悪い補機用に設定された制御目標値を示すグラフである。図８は、応答特性が悪い補機用に制御目標値が設定された場合における燃料電池１１の出力電力値（以下、電池電力値という）を示すグラフである。図９は、応答特性が良い補機用に設定された制御目標値を示すグラフである。図１０は、応答特性が良い補機用に制御目標値が設定された場合の電池電力値を示すグラフである。図１１は、応答特性が非常に良い補機用に設定された制御目標値を示すグラフである。図１２は、応答特性が非常に良い補機用に制御目標値が設定された場合の電池電力値を示すグラフである。
【０１０２】
図７，８に示すように、応答特性が悪い補機用には未来時間Ｔｆが１０秒に設定されている。また図９，１０に示すように、応答特性が良い補機用には未来時間Ｔｆが７秒に設定されている。また図１１，１２に示すように、応答特性が非常に良い補機用には未来時間Ｔｆが５秒に設定されている。
【０１０３】
図７〜１２に示すように、未来時間Ｔｆが長くなるほど、同一時刻における負荷電力値と制御目標値Ｃｗとの差が大きくなる。
【０１０４】
なお、図８，１０，１２に示す「電池電力値（予測あり）」のグラフは、制御目標値Ｃｗにより燃料電池１１の運転を制御した場合の電池電力値を示す。また、図８，１０，１２に示す「電池電力値（予測なし）」のグラフは、負荷電力値により燃料電池１１の運転を制御した場合の電池電力値を示す。
【０１０５】
図８，１０，１２に示すように、制御目標値Ｃｗにより燃料電池１１の運転を制御したほうが、負荷電力値により制御するよりも、電池電力値を負荷電力値に近付けることができる。
【０１０６】
また、現在電力移動平均値Ｗｎ０と過去電力移動平均値Ｗｐとの差を過去時間Ｔｐで除算することにより、簡便に傾きＤｗを算出することができる（Ｓ２７０）。
【０１０７】
また燃料電池制御装置１４では、過去時間設定操作がユーザＩ／Ｆ４５を介して行われることにより、過去時間Ｔｐを設定することができる（Ｓ１０〜Ｓ３０）。これにより、負荷電力値の移動平均値の変化に対する傾きＤｗの応答を調整することができる。例えば、過去時間Ｔｐが長くなるほど、傾きＤｗを算出する際に、長期の負荷電力値の移動平均値の変化の影響を受けるため、短期の負荷電力値の移動平均値の変化に対する応答を悪くすることができる。したがって、補機１２の応答特性が悪いほど、過去時間Ｔｐが長くなるように設定するとよい。
【０１０８】
このため、燃料電池システム１のメンテナンスの際に補機１２を交換した場合に、新たに取り付けられた補機１２の応答特性に応じて過去時間Ｔｐを設定するという簡便な作業を行うことにより、燃料電池１１の出力電力の制御を、新しい補機１２の応答特性に対応させることができる。
【０１０９】
また燃料電池制御装置１４では、現時点での電力需要を示す生データ（負荷電力値）を逐次取得し（Ｓ２３０）、さらに、取得した複数の負荷電力値を移動平均処理した移動平均値Ｗｎ０（現在電力移動平均値Ｗｎ０）を算出する（Ｓ２４０）。そして、この現在電力移動平均値Ｗｎ０を用いて傾きＤｗを算出する（Ｓ２７０）。このため、傾きＤｗを用いて算出される制御目標値Ｃｗは、ノイズなどの瞬間的な負荷電力値の変動に起因する誤制御を防ぐことができる。
【０１１０】
また、現在電力移動平均値Ｗｎ０は、上式（３）に示すように、指数平滑平均処理により算出される。このため、現在電力移動平均値Ｗｎ０は、前回の移動平均値と、現時点における負荷電力値の２値のみを用いて、簡便に算出できる。
【０１１１】
また燃料電池制御装置１４では、移動平均時間設定操作がユーザＩ／Ｆ４５を介して行われることにより、移動平均時間Ｔａを設定することができる（Ｓ１００〜Ｓ１２０）。これにより、機器の電源印加時などに発生するノイズあるいは過渡電流などの瞬間的な負荷電力値の影響を減らすように移動平均時間を調整することができる。
【０１１２】
例えば、移動平均時間Ｔａが長くなるように設定すると、負荷電力値の「長期的な変化」の傾向を移動平均値の算出に織り込む特性が強くなる。すなわち、負荷電力値の移動平均値の算出において、短時間での負荷電力値の増減の影響を受け難くなる。したがって、補機１２の応答特性が悪い場合には、移動平均時間Ｔａが長くなるように設定するとよい。
【０１１３】
一方、移動平均時間Ｔａが短くなるように設定すると、負荷電力値の「短期的な変化」の傾向を移動平均値の算出に織り込む特性が強くなる。すなわち、負荷電力値の移動平均値の算出において、短時間での負荷電力値の増減の影響を受け易くなる。したがって、補機１２の応答特性が良い場合には、移動平均時間Ｔａが短くなるように設定するとよい。
【０１１４】
このため、燃料電池システム１のメンテナンスの際に補機１２を交換した場合に、新たに取り付けられた補機１２の応答特性に応じて移動平均時間Ｔａを設定するという簡便な作業を行うことにより、燃料電池１１の出力電力の制御を、新しい補機１２の応答特性に対応させることができる。
【０１１５】
以上説明した実施形態において、Ｓ２３０及びＳ２４０の処理は本発明における電力需要データ取得手段および電力需要データ取得手順、Ｓ２７０の処理は本発明における変化率算出手段および変化率算出手順、Ｓ２８０の処理は本発明における変化量算出手段および変化量算出手順、Ｓ３００及びＳ３１０の処理は本発明における目標値算出手段および目標値算出手順、Ｓ４１０及びＳ４２０の処理は本発明における運転制御手段および運転制御手順、Ｓ４０〜Ｓ６０の処理は本発明における第１設定手段および第１設定手順、Ｓ１０〜Ｓ３０の処理は本発明における第２設定手段および第２設定手順、Ｓ２３０の処理は本発明における需要生データ検出手段および需要生データ検出手順、Ｓ２４０の処理は本発明における移動平均算出手段および移動平均算出手順、Ｓ１００〜Ｓ１２０の処理は本発明における第３設定手段および第３設定手順である。
【０１１６】
また、電力移動平均値は本発明における電力需要データ、電力移動平均値の傾きＤｗは本発明における需要データ変化率、未来電力変化量ΔＷは本発明における需要データ変化量、未来時間Ｔｆは本発明における第１設定時間、制御目標値Ｃｗは本発明における需要目標値、未来時間設定操作は本発明における第１外部操作、過去時間Ｔｐは本発明における第２設定時間、過去時間設定操作は本発明における第２外部操作、負荷電力値は本発明における電力需要生データ、移動平均時間設定操作は本発明における第３外部操作である。
【０１１７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
【０１１８】
例えば上記実施形態では、現在電力移動平均値Ｗｎ０と過去電力移動平均値Ｗｐの２値を用いて傾きＤｗを算出するものを示したが、３以上の電力移動平均値を用いて傾きＤｗを算出するようにしてもよい。
【０１１９】
また上記実施形態では、傾きＤｗに未来時間Ｔｆを乗ずることにより未来電力変化量ΔＷを求めるものを示したが、これに限られるものではない。例えば、傾きＤｗに未来時間Ｔｆを乗算した乗算値に、定数を乗算したり加算したりすることにより未来電力変化量ΔＷを算出するようにしてもよい。
【０１２０】
また上記実施形態では、燃料電池システム１の用途を特に示していないが、家庭用として利用されるようにするとよい。一般に家庭用の燃料電池にはエアコン、冷蔵庫、テレビなど多数の負荷が接続されることが多いため、負荷の数が増加しても簡便に燃料電池１１の出力電力を制御することができるからである。
【符号の説明】
【０１２１】
１…燃料電池システム、２…分電盤、３…電気負荷、１１…燃料電池、１２…補機、１３…パワーコンディショナ、１４…燃料電池制御装置、３１〜３５…負荷、４１…ＣＰＵ、４２…ＲＯＭ、４３…ＲＡＭ、４４…ＥＥＰＲＯＭ、４５…ユーザＩ／Ｆ、４６…入出力部、１００…系統電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に接続されている負荷の電力需要を示す電力需要データを逐次取得する電力需要データ取得手段と、
前記電力需要データの値の変化に基づいて、前記電力需要データの値の単位時間当たりの変化量である需要データ変化率を算出する変化率算出手段と、
少なくとも、前記需要データ変化率と、予め設定された第１設定時間とを乗算することにより、前記電力需要データの変化量である需要データ変化量を算出する変化量算出手段と、
前記需要データ変化量に基づいて、前記電力需要データの目標値である需要目標値を算出する目標値算出手段と、
前記燃料電池の出力電力が、前記需要目標値に対応する値に到達するように、前記燃料電池の運転を制御する運転制御手段と
を備えることを特徴とする燃料電池制御装置。
【請求項２】
予め設定された第１外部操作に基づいて、前記第１設定時間を設定する第１設定手段を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池制御装置。
【請求項３】
前記変化率算出手段は、
最新の前記電力需要データの値と、前記最新の前記電力需要データが取得されたときから予め設定された第２設定時間前に取得された前記電力需要データの値との差を、前記第２設定時間で除算することにより、前記需要データ変化率を算出する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池制御装置。
【請求項４】
予め設定された第２外部操作に基づいて、前記第２設定時間を設定する第２設定手段を備える
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池制御装置。
【請求項５】
前記電気負荷の電力需要を示す生データである電力需要生データを逐次検出する需要生データ検出手段と、
前記需要生データ検出手段により逐次検出された複数の前記電力需要生データの値を移動平均処理した移動平均値を算出する移動平均算出手段とを備え、
前記電力需要データ取得手段は、
前記移動平均値を前記電力需要データとする
ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の燃料電池制御装置。
【請求項６】
前記移動平均処理は、指数平滑平均処理である
ことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池制御装置。
【請求項７】
予め設定された第３外部操作に基づいて、前記移動平均処理の移動平均時間を設定する第３設定手段を備える
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の燃料電池制御装置。
【請求項８】
前記燃料電池は家庭用として利用される
ことを特徴とする請求項１〜請求項７の何れかに記載の燃料電池制御装置。
【請求項９】
燃料電池に接続されている負荷の電力需要を示す電力需要データを逐次取得する電力需要データ取得手順と、
前記電力需要データの値の変化に基づいて、前記電力需要データの値の単位時間当たりの変化量である需要データ変化率を算出する変化率算出手順と、
少なくとも、前記需要データ変化率と、予め設定された第１設定時間とを乗算することにより、前記電力需要データの変化量である需要データ変化量を算出する変化量算出手順と、
前記需要データ変化量に基づいて、前記電力需要データの目標値である需要目標値を算出する目標値算出手順と、
前記燃料電池の出力電力が、前記需要目標値に対応する値に到達するように、前記燃料電池の運転を制御する運転制御手順と
を備えることを特徴とする燃料電池制御方法。
【請求項１０】
予め設定された第１外部操作に基づいて、前記第１設定時間を設定する第１設定手順を備える
ことを特徴とする請求項９に記載の燃料電池制御方法。
【請求項１１】
前記変化率算出手順は、
最新の前記電力需要データの値と、前記最新の前記電力需要データが取得されたときから予め設定された第２設定時間前に取得された前記電力需要データの値との差を、前記第２設定時間で除算することにより、前記需要データ変化率を算出する
ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の燃料電池制御方法。
【請求項１２】
予め設定された第２外部操作に基づいて、前記第２設定時間を設定する第２設定手順を備える
ことを特徴とする請求項９〜請求項１１の何れかに記載の燃料電池制御方法。
【請求項１３】
前記電気負荷の電力需要を示す生データである電力需要生データを逐次検出する需要生データ検出手順と、
前記需要生データ検出手順により逐次検出された複数の前記電力需要生データの値を移動平均処理した移動平均値を算出する移動平均算出手順とを備え、
前記電力需要データ取得手順は、
前記移動平均値を前記電力需要データとする
ことを特徴とする請求項９〜請求項１２の何れかに記載の燃料電池制御方法。
【請求項１４】
前記移動平均処理は、指数平滑平均処理である
ことを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池制御方法。
【請求項１５】
予め設定された第３外部操作に基づいて、前記移動平均処理の移動平均時間を設定する第３設定手順を備える
ことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の燃料電池制御方法。
【請求項１６】
前記燃料電池は家庭用として利用される
ことを特徴とする請求項９〜請求項１５の何れかに記載の燃料電池制御方法。
【請求項１】
燃料電池に接続されている負荷の電力需要を示す電力需要データを逐次取得する電力需要データ取得手段と、
前記電力需要データの値の変化に基づいて、前記電力需要データの値の単位時間当たりの変化量である需要データ変化率を算出する変化率算出手段と、
少なくとも、前記需要データ変化率と、予め設定された第１設定時間とを乗算することにより、前記電力需要データの変化量である需要データ変化量を算出する変化量算出手段と、
前記需要データ変化量に基づいて、前記電力需要データの目標値である需要目標値を算出する目標値算出手段と、
前記燃料電池の出力電力が、前記需要目標値に対応する値に到達するように、前記燃料電池の運転を制御する運転制御手段と
を備えることを特徴とする燃料電池制御装置。
【請求項２】
予め設定された第１外部操作に基づいて、前記第１設定時間を設定する第１設定手段を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池制御装置。
【請求項３】
前記変化率算出手段は、
最新の前記電力需要データの値と、前記最新の前記電力需要データが取得されたときから予め設定された第２設定時間前に取得された前記電力需要データの値との差を、前記第２設定時間で除算することにより、前記需要データ変化率を算出する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池制御装置。
【請求項４】
予め設定された第２外部操作に基づいて、前記第２設定時間を設定する第２設定手段を備える
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池制御装置。
【請求項５】
前記電気負荷の電力需要を示す生データである電力需要生データを逐次検出する需要生データ検出手段と、
前記需要生データ検出手段により逐次検出された複数の前記電力需要生データの値を移動平均処理した移動平均値を算出する移動平均算出手段とを備え、
前記電力需要データ取得手段は、
前記移動平均値を前記電力需要データとする
ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の燃料電池制御装置。
【請求項６】
前記移動平均処理は、指数平滑平均処理である
ことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池制御装置。
【請求項７】
予め設定された第３外部操作に基づいて、前記移動平均処理の移動平均時間を設定する第３設定手段を備える
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の燃料電池制御装置。
【請求項８】
前記燃料電池は家庭用として利用される
ことを特徴とする請求項１〜請求項７の何れかに記載の燃料電池制御装置。
【請求項９】
燃料電池に接続されている負荷の電力需要を示す電力需要データを逐次取得する電力需要データ取得手順と、
前記電力需要データの値の変化に基づいて、前記電力需要データの値の単位時間当たりの変化量である需要データ変化率を算出する変化率算出手順と、
少なくとも、前記需要データ変化率と、予め設定された第１設定時間とを乗算することにより、前記電力需要データの変化量である需要データ変化量を算出する変化量算出手順と、
前記需要データ変化量に基づいて、前記電力需要データの目標値である需要目標値を算出する目標値算出手順と、
前記燃料電池の出力電力が、前記需要目標値に対応する値に到達するように、前記燃料電池の運転を制御する運転制御手順と
を備えることを特徴とする燃料電池制御方法。
【請求項１０】
予め設定された第１外部操作に基づいて、前記第１設定時間を設定する第１設定手順を備える
ことを特徴とする請求項９に記載の燃料電池制御方法。
【請求項１１】
前記変化率算出手順は、
最新の前記電力需要データの値と、前記最新の前記電力需要データが取得されたときから予め設定された第２設定時間前に取得された前記電力需要データの値との差を、前記第２設定時間で除算することにより、前記需要データ変化率を算出する
ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の燃料電池制御方法。
【請求項１２】
予め設定された第２外部操作に基づいて、前記第２設定時間を設定する第２設定手順を備える
ことを特徴とする請求項９〜請求項１１の何れかに記載の燃料電池制御方法。
【請求項１３】
前記電気負荷の電力需要を示す生データである電力需要生データを逐次検出する需要生データ検出手順と、
前記需要生データ検出手順により逐次検出された複数の前記電力需要生データの値を移動平均処理した移動平均値を算出する移動平均算出手順とを備え、
前記電力需要データ取得手順は、
前記移動平均値を前記電力需要データとする
ことを特徴とする請求項９〜請求項１２の何れかに記載の燃料電池制御方法。
【請求項１４】
前記移動平均処理は、指数平滑平均処理である
ことを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池制御方法。
【請求項１５】
予め設定された第３外部操作に基づいて、前記移動平均処理の移動平均時間を設定する第３設定手順を備える
ことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の燃料電池制御方法。
【請求項１６】
前記燃料電池は家庭用として利用される
ことを特徴とする請求項９〜請求項１５の何れかに記載の燃料電池制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１０】
【図１２】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１０】
【図１２】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１７０７８６（Ｐ２０１０−１７０７８６Ａ）
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０９３９（Ｐ２００９−１０９３９）
【出願日】平成２１年１月２１日（２００９．１．２１）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２１日（２００９．１．２１）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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