JP2007135376A - 燃料電池電源装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、蓄電装置への充電時の電流を制御することで電力量損失を低減することのできる燃料電池電源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】検出装置５によって、負荷４での消費電力量を認識することで、蓄電装置３からの供給電力を確認する。そして、電流制御装置６によって、蓄電装置３に充電が必要な電力量に応じた制限電流値を設定し、蓄電装置３への充電電流の電流制御が行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池による電力供給を行う燃料電池電源装置に関するもので、特に、燃料電池から供給する電力を補足する蓄電装置を備えた燃料電池電源装置及びこの燃料電池電源装置を備えた電子機器に関する。

現在、燃料と酸化ガスから電気エネルギーを発生する燃料電池が、発電プラントや電気自動車用電源などの中大型電源装置として提案されている。この中大型燃料電池としては、水素を燃料とするものが多く、ジルコニア系セラミックスなどのイオン導電性酸化物を電解質に用いたＳＯＦＣ（Solid Oxide Fuel Cell）、濃厚リン酸を電解質に用いたＰＡＦＣ(Phosphoric Acid Fuel Cell)、イオン交換性高分子膜を電解質に用いＰＥＦＣ（Polymer Electrolyte Fuel Cell）、リチウム・ナトリウム系炭酸塩を電解質に用いるＭＣＦＣ（Molten Carbonate Fuel Cell）などがある。更に、最近では、これらの燃料電池の小型化が進み、ＰＥＦＣの一種であるＤＭＦＣ（Direct Methanol Fuel Cell）のように、燃料にメタノール水溶液を用いるものが開発されている。

又、このような燃料電池からの電力を供給するために構成される燃料電池電源装置として、電力供給する負荷の変動に応じて安定した動作を行うために、燃料電池と蓄電装置を併用したものが提供されている。この燃料電池と蓄電装置とが併用された燃料電池電源装置の構成を、図７に示す。図７の燃料電池電源装置は、負荷４に電源供給を行う燃料電池１と、燃料電池１からの直流電圧を昇圧する直流−直流変換装置２と、燃料電池１と併用されて負荷４に電源供給を行う蓄電装置３と、を備える。この燃料電池電源装置は、燃料電池１及び蓄電装置３が負荷４と並列に接続され、燃料電池１の正極側が直流−直流変換装置２の一次側に接続され、又、直流−直流変換装置２の二次側に蓄電装置３の電極及び負荷４の一端が接続される。

このような構成の燃料電池電源装置は、負荷４が大きく、その負荷電流量が大きくなるとき、燃料電池１からだけでなく蓄電装置３から負荷４への電力供給が行われる。又、負荷４が小さく、その負荷電流量が小さくなるとき、燃料電池１からの電力供給のみであり、更に、燃料電池１からの電力供給に余剰が生じる場合は、その一部が蓄電装置３に供給される。

図７に示す燃料電池電源装置によると、負荷４の大きい状態が長時間続いたとき、蓄電装置３による放電動作が長時間行われることとなる。そのため、蓄電装置３に蓄電された電力が負荷４に補足する電力を不足してしまうことがある。そのために、蓄電装置３で蓄電されている電力を測定し、蓄電装置３での電力が不足していることが確認されたとき、不足した電力だけ供給可能なように直流−直流変換装置２からの出力電力を大きくするように制御する燃料電池電源装置が提案されている（特許文献１参照）。

又、燃料電池２をＤＭＦＣのように小型化した場合、燃料電池１内の内部インピーダンスが不安定な状態に陥る場合がある。この内部インピーダンスが不安定となった場合においても安定して負荷４に電力供給するために、燃料電池１からの出力電圧が出力最低電圧値以上になるように、又は、燃料電池１からの出力電流が安定出力電流値以下になるように、直流−直流変換装置２による制御を行う出力制御方法が提案されている（特許文献２参照）。
特開２００１−２３１１７６号公報 特開２００５−１２３１１０号公報

しかしながら、この燃料電池電源装置に組み込まれる燃料電池には、内部インピーダンスとなる直列抵抗成分が存在し、この直列抵抗成分が大きいため、負荷電流が大きいと、この直列抵抗成分による損失が増大する。例えば、図７のような燃料電池電源装置とし、負荷４及び燃料電池１それぞれを以下の条件のようにして動作させるものとする。
負荷４：１秒間に１［Ｗ］の電力を消費し、その後２０秒間は電力を必要としない。
燃料電池１：電力供給能力２００［ｍＷ］、直列抵抗成分１［Ω］、出力電圧２［Ｖ］

このような条件で動作したとき、負荷４に電力消費する１秒間は、負荷４に対して、燃料電池１から直流−直流変換装置２を介して２００［ｍＷ］の電力が供給されるとともに、蓄電装置３より８００［ｍＷ］の電力が供給される。このようにして、この１秒間の間に、蓄電装置３が電力供給動作を行うので、８００［ｍＪ］（＝８００［ｍＷ］×１［秒］）の電力量を失うこととなる。よって、負荷４での電力消費のない２０秒間の間に、燃料電池１から直流−直流変換装置２を介して蓄電装置３へ電力供給が行われて、蓄電装置３の電力量回復が行われる。

このとき、燃料電池１より２００［ｍＷ］の電力が供給されるため、４［秒］（＝８００［ｍＪ］／２００［ｍＷ］）で蓄電装置３の電力量回復を図ることができるが、直列抵抗成分が存在するため、この直列抵抗成分で電力量損失が発生する。即ち、１［Ω］となる直列抵抗成分に対して、０．１［Ａ］（＝２００［ｍＷ］／２［Ｖ］）の電流が流れるため、この直列抵抗成分によって０．０４［Ｊ］（＝０．１［Ａ］×０．１［Ａ］×１［Ω］×４［秒］）の電力量損失が発生することとなる。即ち、直流抵抗成分により、蓄電装置３への充電動作を行っているときにおいても、電力量損失が発生してしまう。

このような問題を鑑みて、本発明は、蓄電装置への充電時の電流を制御することで電力量損失を低減することのできる燃料電池電源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池電源装置は、負荷に電力供給を行う燃料電池と、前記燃料電池と並列に接続されることで前記燃料電池から前記負荷への電力供給が不足したときに電力供給を行うとともに前記燃料電池により充電される蓄電装置と、を備える燃料電池電源装置において、前記負荷に供給される電力量を検出する検出装置と、該検出装置で検出された電力量に応じて前記蓄電装置への充電電流量を制御する電流制御装置と、を備えることを特徴とする。

このような燃料電池電源装置において、前記燃料電池からの直流電圧を変換して前記負荷に供給する直流−直流変換装置を備え、前記負荷に前記燃料電池からの電力を前記直流−直流変換装置を介して供給するものとし、前記負荷への電圧値を安定させるものとしても構わない。

又、前記検出装置が、前記負荷に接続されて、前記負荷に供給される電力量を直接検出するものとしても構わないし、前記検出装置が、前記燃料電池と前記直流−直流変換装置との間に接続されて、前記直流−直流変換装置の入力側の電力量を検出するものとしても構わない。更に、このとき、前記検出装置が、電流値の時間積分した値によって前記負荷に供給される電力量を検出するものとしても構わない。

又、前記検出装置が、前記蓄電装置に接続されて、前記蓄電装置から前記負荷に供給する電力量を検出するものとしても構わない。更に、このとき、前記検出装置が、電圧値の時間積分した値によって前記負荷に供給される電力量を検出するものとしても構わない。

これらの燃料電池電源装置において、前電流制御装置の動作を制御する信号を与える制御端子を備え、該制御端子から入力される信号に応じて前記電流制御装置が前記蓄電装置への充電電流量を設定するものとしても構わない。

又、上述の燃料電池電源装置において、前記電流制御装置が、燃料電池の直流抵抗成分における損失電力量を小さくするとともに、蓄電装置への充電時間を短くすることのできる最適な電流値となるように制御するものとしても構わない。

本発明の電子機器は、上述のいずれかの燃料電池電源装置を備えることを特徴とする。

本発明は、検出装置で検出された負荷に供給される電力量に基づいて、蓄電装置への充電電流量を制御することができるため、蓄電装置への充電を行う際の燃料電池からの電流量を制限することができる。これにより、燃料電池の備える直列抵抗成分を流れる電流値を小さくして、この直列抵抗成分で消費されて発生する電力量損失を低減することができる。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の燃料電池電源装置の内部構成を示すブロック図である。図１の燃料電池電源装置において、図７の燃料電池電源装置と同一の目的で使用するブロックについては、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

図１の燃料電池電源装置は、電力供給を行う燃料電池１と、燃料電池１の正極側に一次側が接続される直流−直流変換装置２と、燃料電池１からの電力により充電されるとともに放電することで電力供給を行う蓄電装置３と、直流−直流変換装置２の二次側と負荷４との間に接続されて負荷４へ供給される電力量を検出する検出装置５と、直流−直流変換装置２の二次側と蓄電装置３との間に接続されて蓄電装置３への充電電流量を設定する電流制御装置６と、を備え、負荷４に電力供給を行う。

この燃料電池電源装置は、負荷４が大きい場合、負荷４での消費電力が大きいので、燃料電池１からの電力が直流−直流変換装置２を介して負荷４に電力供給が成されるとともに、蓄電装置３が放電動作を行うことで、蓄電装置３からの電力が負荷４に供給される。このとき、直流−直流変換装置２では、燃料電池１からの電力を調節して負荷４に供給されるとともに、負荷４での消費電力に対する不足分が、蓄電装置３からの電力によって補われる。尚、電流制御装置６では、蓄電装置３への充電電流量の制限を行うものであるため、蓄電装置３からの放電電流の制限が行われることなく、蓄電装置３からの電力供給が行われる。

又、負荷４が小さいとき、検出装置５で検出される負荷４へ供給される電力が電流制御装置６に与えられ、電流制御装置６において、負荷４での消費電力と燃料電池１からの供給電力とが比較される。そして、電流制御装置６で、負荷４での消費電力が燃料電池１からの供給電力より小さく、燃料電池１からの供給電力に余剰電力が生じていることを確認すると、この余剰電力による蓄電装置３への充電動作が行われるが、この蓄電装置３への充電電流の電流制御が行われる。

このとき、電流制御装置６による蓄電装置３への充電電流の電流制御は、燃料電池１における直列抵抗成分Ｒの電力量損失が小さくなるような制御が行われる。即ち、燃料電池１からの最大供給電力をＷ１［Ｗ］、負荷４での消費電力をＷ２［Ｗ］、蓄電装置３での充電する電力量をＪ３［Ｊ］、直列抵抗成分ＲをＲ［Ω］とすると、まず、燃料電池１による余剰電力がＷ１−Ｗ２［Ｗ］となり、この余剰電力により蓄電装置３の不足電力量Ｊ３［Ｊ］分の充電が行われる。そして、燃料電池１から蓄電装置３へ供給する電力を（Ｗ１−Ｗ２）×Ｋ（０＜Ｋ≦１）［Ｗ］とすると、時間Ｊ３／（Ｋ×（Ｗ１−Ｗ２））［秒］が経過したときに蓄電装置３の不足電力量Ｊ３［Ｊ］分が充電することができる。

更に、直流−直流変換装置２の一次側及び二次側それぞれの電圧がＶ１，Ｖ２［Ｖ］であるものとすると、電流制御装置６によって制御される蓄電装置３への充電電流が、（Ｗ１−Ｗ２）×Ｋ／Ｖ２［Ａ］となるとともに、燃料電池１の直流抵抗成分Ｒに流れる電流が、（Ｗ１＋（Ｗ１−Ｗ２）×Ｋ）／Ｖ１［Ａ］となる。よって、直流抵抗成分Ｒにおける損失電力Ｒ×（（Ｗ１＋（Ｗ１−Ｗ２）×Ｋ）／Ｖ１）²［Ｗ］のうち、電力Ｒ×（（Ｗ１−Ｗ２）×Ｋ／Ｖ１）²［Ｗ］が、蓄電装置３への充電動作により消費されることとなる。即ち、充電時間として、Ｋ×Ｊ３／（Ｗ１−Ｗ２）［秒］だけかかるため、蓄電装置３への充電動作により、電力量Ｒ×（Ｗ１−Ｗ２）×Ｋ×Ｊ３／（Ｖ１）²［Ｊ］となる損失電力量が発生することとなる。

そのため、電流制御装置６では、この損失電力量Ｒ×（Ｗ１−Ｗ２）×Ｋ×Ｊ３／（Ｖ１）²［Ｊ］が小さくなるように、充電電流（Ｗ１−Ｗ２）×Ｋ／Ｖ２［Ａ］が制御される。即ち、燃料電池１から蓄電装置３へ供給する電力を決定するＫの値が０＜Ｋ≦１の値で調整される。このとき、Ｋの値を小さくすることで、直流抵抗成分Ｒにおける損失電力量を小さくするとともに、又、Ｋの値を大きくすることで、蓄電装置３への充電時間を短くし、蓄電装置３への充電に最適な電流値となるように制御する。

よって、例えば、［発明が解決しようとする課題］での条件（負荷４：１秒間に１［Ｗ］の電力を消費し、その後２０秒間は電力を必要としない。 燃料電池１：電力供給能力２００［ｍＷ］、直列抵抗成分１［Ω］、出力電圧２［Ｖ］）で動作する場合、電流制御装置６での制御動作がない場合は、蓄電装置３への充電時において、０．０４［Ｊ］（＝０．１［Ａ］×０．１［Ａ］×１［Ω］×４［秒］）の電力量損失が発生する。

それに対して、電流制御装置６により、蓄電装置３への電流が２５［ｍＡ］に制限されると、燃料電池１からの供給電力が５０［ｍＷ］（＝２００［ｍＷ］×０．０２５［Ａ］／０．１［Ａ］）となり、蓄電装置３の不足電力量８００［ｍＪ］を充電するのに、１６[秒]（＝８００［ｍＪ］／５０［ｍＷ］）かかることとなる。そのため、燃料電池１の直流抵抗成分Ｒにおける電力量損失が、０．０１［Ｊ］（＝０．０２５［Ａ］×０．０２５［Ａ］×１［Ω］×１６［秒］）となり、電流制御装置６による電流正弦が行われない場合と比べて、その電力量損失を１／４に低減することができる。又、電力供給を行わない２０［秒］よりも短い１６［秒］で蓄電装置３の充電を完了することができるため、条件に応じた動作を行うことができる。

（検出装置と電流制御装置の動作例）
又、検出装置５が負荷４への負荷電流を検出し、検出した負荷４への負荷電流を積分して平均化した値となる検出結果から電流制御装置６で設定される電流量が設定されるものとしても構わない。図２は、負荷４への負荷電流と検出装置５による出力との関係を説明するタイミングチャートである。

本例では、負荷電流の電流量が大きくなると、蓄電装置３から負荷４への供給電力量が大きくなるため、検出装置５からの出力を大きくすることで、蓄電装置３へ充電する際の電流制御装置６による電流制限値を大きくするように働く。又、蓄電装置３から負荷４への負荷電流の供給時間が長くなったときについても、蓄電装置３から負荷４への供給電力量が大きくなるため、検出装置５からの出力を大きくすることで、蓄電装置３へ充電する際の電流制御装置６による電流制限値を大きくするように働く。

即ち、図２（ａ）に示すように、時間ｔ１［秒］の間、電流Ｉ１［Ａ］となる負荷電流が負荷４へ流れ込み、時間ｔ２［秒］の間の負荷電流が０となるとき、検出装置５からは、図２（ｂ）のように、Ｉ１×ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）に比例した出力値Ｏ１が出力される。よって、電流制御装置６では、検出装置５からの出力値Ｏ１に応じた電流量となるように、蓄電装置３へ充電する際の電流量が制御される。

そして、図２（ａ）の場合と比べて負荷４への負荷電流が大きくなって、図２（ｃ）のように、時間ｔ１［秒］の間、電流Ｉ２［Ａ］（Ｉ２＞Ｉ１）となる負荷電流が負荷４へ流れ込み、時間ｔ２［秒］の間の負荷電流が０となるとき、検出装置５からは、図２（ｄ）のように、出力値Ｏ１より大きいＩ２×ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）に比例した出力値Ｏ２が出力される。よって、電流制御装置６では、検出装置５からの出力値Ｏ１より大きい出力値Ｏ２に応じた電流量となるように、蓄電装置３へ充電する際の電流量が制御される。よって、この場合、図２（ａ）の場合と比べて大きな電流量の充電電流が蓄電装置３に与えられることとなる。

又、図２（ａ）の場合と比べて負荷４への負荷電流が流れる時間が長くなって、図２（ｅ）のように、時間ｔ３［秒］（ｔ３＞ｔ１）の間、電流Ｉ１［Ａ］となる負荷電流が負荷４へ流れ込み、時間ｔ４［秒］（＝ｔ１＋ｔ２−ｔ３）の間の負荷電流が０となるとき、検出装置５からは、図２（ｆ）のように、出力値Ｏ１より大きいＩ２×ｔ３／（ｔ３＋ｔ４）に比例した出力値Ｏ３が出力される。よって、電流制御装置６では、検出装置５からの出力値Ｏ１より大きい出力値Ｏ３に応じた電流量となるように、蓄電装置３へ充電する際の電流量が制御される。よって、この場合、図２（ａ）の場合と比べて大きな電流量の充電電流が蓄電装置３に与えられることとなる。

（燃料電池電源装置の別構成例）
本実施形態における燃料電池電源装置の別構成例を、図３のブロック図に示す。図３の燃料電池電源装置において、図１の燃料電池電源装置と同一の目的で使用するブロックについては、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

図３の燃料電池電源装置は、図１の燃料電源装置と異なり、燃料電池１の正極側と直流−直流変換装置２の一次側との間に検出装置５が設置された構成とされる。これにより、検出装置５は、図１の燃料電源装置のように直流−直流変換装置２の二次側からの電流量を検出するのではなく、直流−直流変換装置２の一次側を流れる電流量を検出することとなる。これにより、例えば、直流−直流変換装置２により燃料電池１から出力される直流電圧がＸ倍（Ｘ≧１）に変圧されるとき、直流−直流変換装置２の一次側を流れる電流は、直流−直流変換装置２の二次側を流れる電流のＸ倍となる。

このとき、検出装置５での電流検出精度が±α［Ａ］であるとともに、負荷４にＩ［Ａ］の負荷電流が流れるものとすると、図１の構成のように負荷４側で検出するときの相対精度がα／Ｉ×１００［％］となるのに対して、図３の構成では、燃料電池１側をＸ×Ｉ［Ａ］の電流が流れることとなり、その相対精度がα／（Ｘ×Ｉ）×１００［％］となる。即ち、検出装置５での電流検出精度が±１０［ｍＡ］とし、負荷４に１００［ｍＡ］の負荷電流が流れるものとし、直流−直流変換装置２が２倍に昇圧するものとすると、図１の構成における検出装置５の相対精度が１０％となるのに対して、図３の構成における検出装置５の相対精度が５％となる。よって、図３の構成のように、検出装置５を直流−直流変換装置２の一次側に接続することで、その電流を精度良く検出することができる。

＜第２の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図４は、本実施形態の燃料電池電源装置の内部構成を示すブロック図である。図４の燃料電池電源装置において、図１の燃料電池電源装置と同一の目的で使用するブロックについては、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

図４の燃料電池電源装置は、図１の燃料電源装置と異なり、検出装置５が、電流制御装置６と蓄電装置３との接点に接続される。この燃料電源装置では、検出装置５において、蓄電装置３に蓄積されている電力量が検出されることで、負荷４での電力量消費が検出される。そして、この検出された負荷４での消費電力量を示す値が電流制御装置６に与えられることによって、蓄電装置３を充電する際の電流値が制限される。

このとき、電流制御装置６による蓄電装置３への充電電流の電流制御は、第１の実施形態と同様、燃料電池１における直列抵抗成分Ｒの電力量損失が小さくなるような制御が行われる。その他の動作については、第１の実施形態の燃料電池電源装置と同一の動作を行うので、詳細な説明は省略する。以下、検出装置５と電流制御装置６との動作を中心に、本実施形態の燃料電池電源装置の動作について説明する。

（検出装置と電流制御装置の動作例）
本実施形態の燃料電池電源装置は、検出装置５において、蓄電装置３の電圧値を検出することによって、蓄電装置３の電力量低下を検出し、負荷４による消費電力量の検出を行う。本例では、検出装置５において、蓄電装置３の電圧値を時間毎に検出し、蓄電装置３の電圧値を検出した積分した後に平均化した値を、その出力値として電流制御装置６に出力する。図５は、蓄電装置３の電圧値と検出装置５による出力との関係を説明するタイミングチャートである。

そして、電流制御装置６は、検出装置５からの出力値が大きいと、負荷４での消費電力量が小さく、蓄電装置５から供給される電力量が小さいことが確認されるため、蓄電装置３へ充電する際の電流制限値を小さくするように制御する。又、逆に、電流制御装置６は、検出装置５からの出力値が小さいと、負荷４での消費電力量が大きく、蓄電装置５から供給される電力量が大きいことが確認されるため、蓄電装置３へ充電する際の電流制限値を大きくするように制御する。

即ち、第１の実施形態と同様、図２（ａ）に示すように、時間ｔ１［秒］の間、電流Ｉ１［Ａ］となる負荷電流が負荷４へ流れ込み、時間ｔ２［秒］の間の負荷電流が０となるとき、図５（ａ）に示すように、時間ｔ１の間に蓄電装置３からの電力供給があるため、蓄電装置３の電圧値が満充電時の電圧値Ｖｍａｘ［Ｖ］から低くなり、ｔ１秒後には、電圧値Ｖａ［Ｖ］となる。そして、時間ｔ１［秒］の後の時間ｔ２［秒］の間では、まず、ｔａ［秒］（０＜ｔａ＜ｔ２）の間に、燃料電池１による蓄電装置３への充電が行われて、電圧値Ｖｍａｘ［Ｖ］まで充電された後、残りのｔ２−ｔａ［秒］の間、電圧値Ｖｍａｘ［Ｖ］で一定となる。

このとき、検出装置５からは、図５（ｂ）のように、Ｖｍａｘ×（ｔ１＋ｔ２）−（Ｖｍａｘ−Ｖａ）×（ｔ１＋ｔａ）／２に比例した出力値Ｏａが出力される。よって、電流制御装置６では、検出装置５からの出力値Ｏａに応じた電流量となるように、蓄電装置３へ充電する際の電流量が制御される。

そして、図２（ａ）の場合と比べて負荷４への負荷電流が大きくなって、図２（ｃ）のように、時間ｔ１［秒］の間、電流Ｉ２［Ａ］（Ｉ２＞Ｉ１）となる負荷電流が負荷４へ流れ込み、時間ｔ２［秒］の間の負荷電流が０となるとき、図５（ｃ）に示すように、時間ｔ１の間に蓄電装置３からの電力供給があるため、蓄電装置３の電圧値が満充電時の電圧値Ｖｍａｘ［Ｖ］から低くなり、ｔ１秒後には、電圧値Ｖａ［Ｖ］より低い電圧値Ｖｂ［Ｖ］となる。そして、時間ｔ１［秒］の後の時間ｔ２［秒］の間では、まず、ｔｂ［秒］（０＜ｔｂ＜ｔ２）の間に、燃料電池１による蓄電装置３への充電が行われて、電圧値Ｖｍａｘ［Ｖ］まで充電された後、残りのｔ２−ｔｂ［秒］の間、電圧値Ｖｍａｘ［Ｖ］で一定となる。

このとき、検出装置５からは、図５（ｄ）のように、Ｖｍａｘ×（ｔ１＋ｔ２）−（Ｖｍａｘ−Ｖｂ）×（ｔ１＋ｔｂ）／２に比例した出力値Ｏｂが出力される。よって、電流制御装置６では、検出装置５からの出力値Ｏａより小さい出力値Ｏｂに応じた電流量となるように、蓄電装置３へ充電する際の電流量が制御される。よって、この場合、図２（ａ）及び図５（ａ）の場合と比べて大きな電流量の充電電流が蓄電装置３に与えられることとなる。

又、図２（ａ）の場合と比べて負荷４への負荷電流が流れる時間が長くなって、図２（ｅ）のように、時間ｔ３［秒］（ｔ３＞ｔ１）の間、電流Ｉ１［Ａ］となる負荷電流が負荷４へ流れ込み、時間ｔ４［秒］（＝ｔ１＋ｔ２−ｔ３）の間の負荷電流が０となるとき、図５（ｅ）に示すように、時間ｔ１の間に蓄電装置３からの電力供給があるため、蓄電装置３の電圧値が満充電時の電圧値Ｖｍａｘ［Ｖ］から低くなり、ｔ３秒後には、電圧値Ｖａ［Ｖ］より低い電圧値Ｖｃ［Ｖ］となる。そして、時間ｔ３［秒］の後の時間ｔ４［秒］の間では、まず、ｔｃ［秒］（０＜ｔｃ＜ｔ４）の間に、燃料電池１による蓄電装置３への充電が行われて、電圧値Ｖｍａｘ［Ｖ］まで充電された後、残りのｔ４−ｔｃ［秒］の間、電圧値Ｖｍａｘ［Ｖ］で一定となる。

このとき、検出装置５からは、図５（ｆ）のように、Ｖｍａｘ×（ｔ３＋ｔ４）−（Ｖｍａｘ−Ｖｃ）×（ｔ３＋ｔｃ）／２に比例した出力値Ｏｃが出力される。よって、電流制御装置６では、検出装置５からの出力値Ｏａより小さい出力値Ｏｃに応じた電流量となるように、蓄電装置３へ充電する際の電流量が制御される。よって、この場合、図２（ａ）及び図５（ａ）の場合と比べて大きな電流量の充電電流が蓄電装置３に与えられることとなる。

尚、本例では、検出装置５が、蓄電装置３の充電時の電力量も検出するものとしたが、蓄電装置３の充電時の電力量の検出を行わないものとし、蓄電装置３の放電時の電力量のみの検出を行うことで、その出力値を決定するものとしても構わない。このとき、充電時では、常に蓄電装置３が満充電されているものと仮定するものとしても構わない。即ち、図２（ａ）及び図５（ａ）の場合、（Ｖｍａｘ×ｔ１−（Ｖｍａｘ−Ｖａ）×ｔ１／２＋Ｖｍａｘ×ｔ２）／（ｔ１＋ｔ２）に比例した値を検出装置５の出力値とするものとしても構わない。

又、検出装置５が、蓄電装置３での放電電力量の検出を行うことで、その出力値を決定するものとしても構わない。即ち、図２（ａ）及び図５（ａ）の場合、（Ｖｍａｘ−Ｖａ）×ｔ１／２）／（ｔ１＋ｔ２）に比例した値を検出装置５の出力値とするものとしても構わない。このとき、本例とは逆に、電流制御装置６は、検出装置５からの出力値が大きいと、蓄電装置３へ充電する際の電流制限値を大きくするように制御し、又、電流制御装置６は、検出装置５からの出力値が小さいと、蓄電装置３へ充電する際の電流制限値を小さくするように制御する。

尚、第１及び第２の実施形態において、電流制御装置６により設定する電流値を検出装置５からの出力に関係なく強制的に決定させる場合の省電力動作モードと、電流制御装置６により設定する電流値を検出装置５からの出力に応じて決定する場合の通常動作モードとが、選択できるようにしても構わない。即ち、例えば、第１の実施形態における図１の構成に対して、図６に示すように、制御端子ＣＯＮＴを設けて、この制御端子ＣＯＮＴからの入力がある場合、制御端子ＣＯＮＴを通じて入力される電流値とするように、電流制御装置６が蓄電装置３への電流制限を行う。このようにすることで、制御端子ＣＯＮＴからの入力により、検出装置５からの出力に応じた電流値よりも小さい値で電流制限を行うことができる。又、図３及び図４のような構成における電流制御装置６に対して入力する制御端子ＣＯＮＴが設置されるようにすることで、図６の構成のものと同様に省電力動作モードで動作させることができる。

本発明の燃料電池電源装置は、発電プラントや電気自動車用電源などの中大型電源装置や、携帯電話装置などの小型電気装置用の電源などの小型電源装置として、適用することができる。

は、第１の実施形態の燃料電池電源装置の内部構成を示すブロック図である。 は、負荷への負荷電流と検出装置による出力との関係を説明するタイミングチャートである。 は、第１の実施形態の燃料電池電源装置の別の内部構成を示すブロック図である。 は、第２の実施形態の燃料電池電源装置の内部構成を示すブロック図である。 は、蓄電装置の電圧値と検出装置による出力との関係を説明するタイミングチャートである。 は、第１の実施形態の燃料電池電源装置の別の内部構成を示すブロック図である。 は、従来の燃料電池電源装置の内部構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 燃料電池
２ 直流−直流変換装置
３ 蓄電装置
４ 負荷
５ 検出装置
６ 電流制御装置

Claims (9)

1. 負荷に電力供給を行う燃料電池と、前記燃料電池と並列に接続されることで前記燃料電池から前記負荷への電力供給が不足したときに電力供給を行うとともに前記燃料電池により充電される蓄電装置と、を備える燃料電池電源装置において、
   前記負荷に供給される電力量を検出する検出装置と、
   該検出装置で検出された電力量に応じて前記蓄電装置への充電電流量を制御する電流制御装置と、
   を備えることを特徴とする燃料電池電源装置。
2. 前記燃料電池からの直流電圧を変換して前記負荷に供給する直流−直流変換装置を備え、
   前記負荷に前記燃料電池からの電力を前記直流−直流変換装置を介して供給することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池電源装置。
3. 前記検出装置が、前記負荷に接続されて、前記負荷に供給される電力量を直接検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池電源装置。
4. 前記検出装置が、前記燃料電池と前記直流−直流変換装置との間に接続されて、前記直流−直流変換装置の入力側の電力量を検出することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池電源装置。
5. 前記検出装置が、電流値の時間積分した値によって前記負荷に供給される電力量を検出することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の燃料電池電源装置。
6. 前記検出装置が、前記蓄電装置に接続されて、前記蓄電装置から前記負荷に供給する電力量を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池電源装置。
7. 前記検出装置が、電圧値の時間積分した値によって前記負荷に供給される電力量を検出することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池電源装置。
8. 前電流制御装置の動作を制御する信号を与える制御端子を備え、
   該制御端子から入力される信号に応じて前記電流制御装置が前記蓄電装置への充電電流量を設定することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の燃料電池電源装置。
9. 請求項１〜請求項８のいずれかに記載の燃料電池電源装置を備えることを特徴とする電子機器。

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