JP2007250358A - Power supply unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は主電源の異常に対して負荷へ継続して電力を供給する電源装置に関するものである。 The present invention relates to a power supply apparatus that continuously supplies power to a load in response to an abnormality of a main power supply.
従来、停電等による主電源（例えば交流電源）の異常が発生した場合、非常灯や重要なデータを扱うコンピュータシステム等の電気的負荷（以下、負荷と略す）に対し継続して電力を供給するために、無停電電源システムといわれる定置型の電源装置が市販されている。これにより、暗がりでの安全確保や、データ消失による経済的損失等の防止が可能となり、特に近年のコンピュータの目覚ましい普及に伴って、後者に対する無停電電源システムの重要性は極めて大きくなってきている。 Conventionally, when an abnormality occurs in the main power source (for example, AC power source) due to a power failure or the like, power is continuously supplied to an electrical load (hereinafter abbreviated as a load) such as an emergency light or a computer system that handles important data. Therefore, a stationary power supply device called an uninterruptible power supply system is commercially available. This makes it possible to ensure safety in the dark and to prevent economic loss due to data loss. Especially with the remarkable spread of computers in recent years, the importance of the uninterruptible power supply system for the latter has become extremely large. .
また近年、低燃費で低公害なハイブリッド車やアイドリングストップ車の開発が急速に進められているが、いずれも車両制動エネルギーを回生して蓄電部に蓄え、車両駆動用モーターやスターターモーターに供給することにより、従来捨てていた制動エネルギーを有効活用している。このような車両の制動は従来の機械的な油圧制御から電気的な油圧制御へ各種提案がなされている。 In recent years, the development of fuel-efficient and low-pollution hybrid vehicles and idling stop vehicles has been rapidly progressing. In both cases, vehicle braking energy is regenerated and stored in the power storage unit, and supplied to vehicle drive motors and starter motors. This effectively utilizes the braking energy that has been discarded. Various proposals have been made for such braking of vehicles from conventional mechanical hydraulic control to electrical hydraulic control.
しかし、一般に車両の油圧制御を電気的に行うための電源（バッテリ）が何らかの原因で電力供給できなくなると車両の制動が不可能になる可能性がある。また、アイドリングストップ車に対してはアイドリングストップ中にバッテリから各種電装品の負荷に供給される電力が断たれると、夜間時の灯火類など安全に不可欠な負荷が停止してしまう可能性がある。 However, generally, if the power source (battery) for electrically controlling the hydraulic pressure of the vehicle cannot supply power for some reason, there is a possibility that the vehicle cannot be braked. Also, for idling stop vehicles, if the power supplied from the battery to the loads of various electrical components is cut off during idling stop, there is a possibility that loads indispensable for safety such as lights at night will stop. is there.
そこで、例えばバッテリとは別に補助電源として大容量キャパシタ等を搭載することにより、バッテリの非常時に電気的な油圧制御部等の重要な負荷に対し駆動電力を供給する非常用の電源バックアップユニットが提案されている。 Therefore, for example, an emergency power backup unit that supplies driving power to an important load such as an electrical hydraulic control unit in the event of a battery by installing a large-capacity capacitor as an auxiliary power source separately from the battery is proposed. Has been.
以上のように、近年は定置用の無停電電源システムや自動車用の非常用電源バックアップユニットに代表される電源装置が極めて重要視されるようになってきている。 As described above, in recent years, a power supply device represented by a stationary uninterruptible power supply system and an emergency power backup unit for automobiles has come to be regarded as extremely important.
このような電源装置として、特許文献１に示したような定置用の無停電電源システムの例を説明する。図５は従来の電源装置におけるブロック構成図である。なお、太線で示した部分は電力系の配線を、細線で示した部分は制御系の配線を、点線矢印で示した部分は配管をそれぞれ示す。 As such a power supply device, an example of a stationary uninterruptible power supply system as shown in Patent Document 1 will be described. FIG. 5 is a block diagram of a conventional power supply device. A portion indicated by a thick line indicates a power system wiring, a portion indicated by a thin line indicates a control system wiring, and a portion indicated by a dotted arrow indicates a pipe.
図５において、主電源１は交流電源２と整流装置３からなり、ここで直流電源を生成している。これを負荷４に供給している。
In FIG. 5, the main power source 1 includes an
通常時は以上のようにして電力が供給されているが、これに対し停電が発生すると、補助電源５に内蔵された停電検出部６が停電したことを制御部７（補助電源５全体の制御を司る）に知らせる。あるいは、整流装置３が故障することによる電力供給の断絶も考えられるため、この場合は整流装置故障検出部８が整流装置３の故障を制御部７に知らせる。
Normally, power is supplied as described above. However, when a power failure occurs, the power failure detection unit 6 incorporated in the
いずれにしても、負荷４への電力供給が断たれると、瞬時に補助電源５から電力が供給される。具体的には、補助電源５に内蔵された二次電池からなる蓄電部９が整流装置３の出力に接続されているので、蓄電部９から負荷４に電力が供給されることになる。これにより、負荷４は継続的に使用できる。
In any case, when the power supply to the
しかし、蓄電部９は二次電池で構成されるため、その電力残量が無くなれば負荷４への電力供給が停止してしまう。この可能性を低減するには二次電池を多く使用すればよいが、この場合、電源装置全体の大型化が避けられない。
However, since the power storage unit 9 is composed of a secondary battery, the power supply to the
そこで従来、蓄電部９に加え燃料電池１０を併用した電源装置が提案されている。これにより、停電が始まり蓄電部９から負荷４へ電力が供給されると同時に燃料電池１０が起動し、起動完了とともに燃料電池１０から負荷４へ長時間電力を供給し続けることができる。
In view of this, a power supply device has been proposed in which a
停電が回復すると、停電中に燃料電池１０が使用した燃料の水素を水素タンク１１に補充する。補充量は水素タンク１１に取り付けた圧力センサ１２の出力を制御部７が監視しながら適正に制御される。水素の補充は水素発生部１３により発生した水素を用いるので、水素タンク１１の交換を行う必要がなく、メンテナンスが容易な電源装置が実現できる。
以上のような電源装置によって、確かに主電源１の異常時にも負荷４を長時間駆動し続けられ、しかもメンテナンスが容易で扱いやすくなるのであるが、このような電源装置は特に燃料電池１０における信頼性が重要である。この観点で図５の電源装置の構成を検討すると、停電検出に加え、整流装置３の故障検出も行っているので、整流装置３が故障した場合にも燃料電池１０からの電力を供給するように構成して信頼性を高めていることがわかる。
The power supply apparatus as described above can certainly drive the
しかし、燃料電池１０自身の故障や異常について何ら検出する構成とはなっていない。従って、停電のように頻度は低いものの突発的な主電源１の異常が発生した時、万一燃料電池１０が異常状態であれば、燃料電池１０による発電ができなくなる可能性があるという課題があった。
However, it is not configured to detect any failure or abnormality of the
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、燃料電池１０の異常を検出できる信頼性の高い電源装置を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and to provide a highly reliable power supply device capable of detecting an abnormality of the
前記従来の課題を解決するために、本発明の電源装置は主電源が正常で、かつ既定条件時に、前記燃料電池に水素を供給し、前記燃料電池に電力を供給して前記純水から水素と酸素を発生させた後、前記燃料電池を既定条件で発電させることにより、前記燃料電池の異常判断を行うものである。 In order to solve the above-mentioned conventional problems, the power supply device of the present invention supplies hydrogen to the fuel cell and supplies power to the fuel cell when the main power supply is normal and at a predetermined condition. After generating oxygen and oxygen, the fuel cell is caused to generate electric power under predetermined conditions, thereby determining the abnormality of the fuel cell.
本構成によって、燃料電池を実際に動作させて正常に発電できるかを監視することで異常判断を行う。その結果、前記目的を達成することができる。 According to this configuration, the abnormality is determined by monitoring whether the fuel cell can be actually operated to generate power normally. As a result, the object can be achieved.
本発明の電源装置によれば、主電源が正常な間に燃料電池の異常を判断するので、主電源の異常時にも確実に燃料電池で発電することができ、極めて信頼性の高い電源装置を実現することが可能となる。 According to the power supply device of the present invention, the abnormality of the fuel cell is judged while the main power supply is normal, so that it is possible to reliably generate power with the fuel cell even when the main power supply is abnormal, and an extremely reliable power supply device is provided. It can be realized.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における電源装置のブロック構成図である。図２は本発明の実施の形態１における電源装置の動作を示すフローチャートである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block configuration diagram of a power supply device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the power supply apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
なお、本実施の形態１では定置型の無停電電源システムとしての電源装置の例について説明する。また、図１において、図５と同様に太線で示した部分は電力系の配線を、細線で示した部分は制御系の配線を、点線矢印で示した部分は配管をそれぞれ示す。さらに、三方弁構成を有する弁については、三方弁への配管接続方向を示す小矢印を記載した。但し、小矢印はあくまで接続方向を示すものであり、実際に流体の流れる方向を示すものではなく、動作によっては小矢印と逆に流れる場合もある。 In the first embodiment, an example of a power supply device as a stationary uninterruptible power supply system will be described. In FIG. 1, as shown in FIG. 5, a portion indicated by a thick line indicates a power system wiring, a portion indicated by a thin line indicates a control system wiring, and a portion indicated by a dotted arrow indicates a pipe. Furthermore, about the valve which has a three-way valve structure, the small arrow which shows the piping connection direction to a three-way valve was described. However, the small arrow indicates the connection direction to the last, does not indicate the actual flow direction of the fluid, and may flow opposite to the small arrow depending on the operation.
本実施の形態１の電源装置における構成の中で、従来の構成（図５）と同じものには同じ番号を付して説明する。 In the configuration of the power supply device according to the first embodiment, the same components as those in the conventional configuration (FIG. 5) are denoted by the same reference numerals.
図１において、主電源１は商用電力である交流電源２を整流装置３により直流に整流して、停電時等に継続して電力を供給し続ける必要のある非常灯やコンピュータ機器等の負荷４に電力を供給している。なお、負荷４は直流電源で駆動するものに限られるものではなく、交流電源で駆動する負荷４に対しては、整流装置３の出力を図示しないインバータで交流に戻して供給すればよい。
In FIG. 1, a main power source 1 is a
通常時においては、上記の配線系統で主電源１から負荷４に電力が供給されている。
In normal times, power is supplied from the main power supply 1 to the
これに対し、主電源１が停電や整流装置３の故障などにより既定電圧以下になった時には補助電源５から負荷４に電力が供給される構成としている。すなわち、停電については補助電源５に内蔵した停電検出部６が検出している。停電検出部６は例えば電圧計で構成され、停電による電圧低下を検出すると、補助電源５全体を制御する制御部７に停電を知らせる。
On the other hand, when the main power source 1 becomes a predetermined voltage or less due to a power failure or a failure of the rectifier 3, power is supplied from the
また、整流装置３の故障についても、整流装置故障検出部８が整流装置３の出力電圧を監視し、負荷４を駆動し続けられない既定電圧以下に下がれば、故障信号を制御部７に知らせる構成としている。
As for the failure of the rectifier 3, the rectifier failure detector 8 monitors the output voltage of the rectifier 3, and notifies the
停電、または整流装置３の故障が起こると、制御部７は直ちに補助電源５に内蔵された例えば二次電池で構成される蓄電部９から負荷４に電力を供給する。なお、蓄電部９には充放電回路（図示せず）が内蔵されているので、制御部７は充放電回路に対し放電するよう指示を行う構成としている。それと同時に制御部７は燃料電池１０の起動を行う。従って、蓄電部９は燃料電池１０が起動するまでの間、負荷４に電力を供給する役割と、燃料電池１０を起動するための後述するブロア等の補機類を駆動する役割を担う。
When a power failure or a failure of the rectifier 3 occurs, the
燃料電池１０は燃料に水素を用いる水素直接供給型であり、その構造は例えば燃料電池自動車用のものと同等である。すなわち、いずれも図示はしないが、空気が流れる空気流路と水素が流れる水素流路を形成したそれぞれの板状セパレータ間に、前記各流路が対向するように、貴金属系触媒を担持した電極が両面に形成されたプロトン伝導性高分子膜をガス漏れ防止用のシール材とともに挟持した構成の単セルを、負荷４が必要とする電圧、電流特性が得られる枚数分、積層した構造を有する。
The
このような燃料電池１０を起動するために、制御部７は蓄電部９の電力を一部使用して水素タンク１１から水素を、ブロア２１から空気を、それぞれ供給する。この際、水素タンク１１には水素弁２２が、ブロア２１には空気弁２３がそれぞれ接続されているが、いずれも三方弁構造を有するので、燃料電池１０を起動する際は水素弁２２が水素タンク１１側に、空気弁２３がブロア２１側になるように切り替えられる。
In order to start such a
燃料電池１０が起動したか否かは電圧検出部２４で検出している。すなわち、燃料電池１０の電力出力に接続した燃料電池スイッチ２５は燃料電池１０が起動完了するまではオフなので、負荷４が接続されていない状態である。この時の燃料電池１０の起電圧を電圧検出部２４で検出し、既定電圧に至れば起動が完了したとして、制御部７は燃料電池スイッチ２５をオンにする。これにより燃料電池１０の電力が負荷４に供給される。
Whether or not the
停電が回復したり、整流装置３が修理されると、再び主電源１から負荷４に電力が供給される。この時は主電源１から蓄電部９に充電が行われるとともに、燃料電池１０が消費した水素を水素タンク１１に補充する。なお、水素の補充は前記に限らず、圧力センサ１２の出力が既定値以下になれば、主電源１が正常時に水素を水素タンク１１に補充するよう制御している。
When the power failure is recovered or the rectifier 3 is repaired, power is again supplied from the main power source 1 to the
ここで、水素タンク１１への水素充填方法について説明する。なお、水素充填には後述する多くの補機を駆動する必要があるので、主電源１が正常時に補充する。また、純水を使用するので、既定条件として凍結していない温度（例えば既定温度＝５℃）より高い時に補充する。なお、既定温度を５℃とした理由は後述する。
Here, a method of filling the
補助電源５は従来のような水素発生部を有さない構造としているので、水素は燃料電池１０によって純水を電気分解して得ている。具体的には、まず純水タンク２６に貯蔵された純水を純水ポンプ２７により燃料電池１０の各流路（水素流路と空気流路）に供給する。この際、純水が燃料電池１０に供給されるように、純水ポンプ２７の出口と燃料電池１０の水素側入口の間に設けた水素リザーバータンク２８に取り付けられた水素リザーバータンク弁２９（三方弁構造を有する）を燃料電池１０側へ、水素弁２２を水素リザーバータンク２８側へ、空気弁２３を純水ポンプ２７側へ、それぞれ切り替える。これにより、燃料電池１０の水素流路には純水が水素リザーバータンク２８を満水にしてから供給され、同時に空気流路には直接純水が供給される。なお、水素リザーバータンク２８を設ける理由については後述する。
Since the
各流路が満水になれば、純水ポンプ２７を止め、空気弁２３をブロア２１側に切り替えて、純水の電気分解を行うために定電流源３０の定電流源スイッチ３１をオンにする。これにより、燃料電池に電力（ここでは定電流）が供給される。その結果、燃料電池１０に供給した純水が電気分解されて水素と酸素が発生する。なお、定電流源３０は交流電源２から電源を供給されているが、これは内部で直流電源に変換して直流の定電流を燃料電池１０に供給している。
When each channel becomes full, the
発生した水素と酸素の内、酸素は必要ないので、停止しているブロア２１を通って大気中に放出される。一方、水素は水素リザーバータンク２８内に貯蔵されていく。水素リザーバータンク２８内の純水は水素発生による圧力により押し出され、停止している純水ポンプ２７を通って純水タンク２６に戻る。このように純水は純水ポンプ２７を双方向に通る必要があるので、純水ポンプ２７の停止時には外部圧力により入口へ、または出口への双方向に純水を通すことができる構造とした。
Of the generated hydrogen and oxygen, oxygen is not necessary, so it is released into the atmosphere through the
水素リザーバータンク２８には図示しない例えばサーミスタ式の水位計が設けられており、その出力から水素が充填されたか否かを判断している。充填されれば、定電流源スイッチ３１をオフにして電気分解を停止し、水素リザーバータンク弁２９をコンプレッサ３２側に切り替え、コンプレッサ３２を駆動する。これにより、水素リザーバータンク２８に貯蔵された水素が圧縮されて水素タンク１１に供給される。この際、コンプレッサ３２の出口には図示しない逆止弁が設けられているので、水素タンク１１内の圧力以上に圧縮されれば水素タンク１１に供給される。従って、水素タンク１１が満充填になれば、それ以上充填されないように構成されており、高信頼性が得られる。
The
また、上記の動作では水素タンク１１が満充填にならなければ、再度燃料電池１０に純水を供給して水素を発生させ、コンプレッサ３２で水素タンク１１に充填する動作を満充填になるまで繰り返す。これにより、水素タンク１１には常に水素が満充填状態となり、さらに従来の水素発生部を燃料電池１０で兼用しているので、水素発生部が不要となる。
If the
なお、このような構成で水素を貯蔵する理由は以下の通りである。 The reason for storing hydrogen in such a configuration is as follows.
水素タンク１１は例えば高圧ガスボンベを使用しているので、水素充填するためには水素のみをコンプレッサ３２等で圧縮加圧する必要がある。従って、水素リザーバータンク２８に水素のみを一旦貯蔵してから圧縮加圧するようにしている。
Since the
ここで水素のみを水素リザーバータンク２８に貯蔵するために、まず水素リザーバータンク２８内部を純水で満たし、発生した水素の圧力で純水を押し出すことにより、他ガスが混合しないようにしている。この際、発生した水素の圧力で純水を押し出さなければならないので、押し出された純水を蓄える純水タンク２６が必要となる。
Here, in order to store only hydrogen in the
さらに、他ガス（特に空気）の混入を避けるため、図１に示したように純水タンク２６は水素リザーバータンク２８より上側（高い位置）に設け、純水タンク２６から水素リザーバータンク２８に至る配管内は常に純水で満たされるようにしている。また、水素リザーバータンク２８における純水の入口は下部（底面）に、出口は上部に設けることにより、発生した水素は純水の出口（上部）から入るので、水素の圧力により純水は水素リザーバータンク２８の入口（下部）から押し出される。従って、配管内には純水と水素しか存在しないので、他ガスが混じることなく、しかも外部に逃すことなく燃料電池１０で発生した水素のみを貯蔵できる。
Furthermore, in order to avoid mixing of other gases (especially air), the
なお、純水タンク２６の底部近傍内には温度センサ３３が設けられている。これにより、燃料電池１０の異常判断時に温度センサ３３の出力が既定温度（５℃）以下であれば純水の凍結の可能性があるため燃料電池１０の異常判断を行わず、既定温度より高くなった時点で初めて異常判断を行うようにしている。さらに、純水が凍結している可能性がある間は水素充填を行わないように制御する上に、少しでも早く温度を上げるために純水タンク２６の外表面にはＦＥＴ等の発熱回路部品が接触するように配置した構成としている。これにより、純水の温度が上がるだけでなく、大熱容量の純水タンク２６に熱が奪われるので、発熱回路部品の異常や故障を低減することができ、信頼性が高まる。
A
ここで、既定温度を５℃としたのは、純水の密度が４℃の時に最も大きくなるためである。すなわち、純水タンク２６内で凍結した純水が溶けて液体になると密度が上がり、純水タンク２６の底部に至る。従って、純水が解氷している間は必ず純水タンク２６の底部は４℃近傍となる。やがて全ての純水が解氷すると、純水タンク２６の底部の水温が上昇していく。これらの点から、純水タンク２６の底部近傍に配置した温度センサ３３の出力が例えば５℃より高ければ、純水は全て液体であることがわかる。よって、既定温度を５℃に設定した。
Here, the predetermined temperature is set to 5 ° C. because the density becomes highest when the density of pure water is 4 ° C. That is, when pure water frozen in the
また、純水タンク２６には水量センサ３４が設けられている。これは水量がわかればフロート式でもサーミスタ式でも、あるいは他の方式でもよい。これにより、制御部７は水量センサ３４の出力が満水出力になるように常に純水タンク２６に純水を供給している。なお、純水は例えばイオン交換樹脂等により通常の水道水から純水を作る純水製造装置から供給すればよい。
The
次に、本実施の形態１の最も特徴となる部分について説明する。 Next, the most characteristic part of the first embodiment will be described.
本実施の形態１の電源装置は、主電源１が正常で、かつ既定条件時（例えば１日１回等の既定時間間隔毎）に、燃料電池１０を実際に既定条件で発電させる。この時、正常に発電できているか否かを電圧検出部２４で出力電圧を検出することにより燃料電池１０の異常の有無を判断している。異常であれば制御部７は警告を発する。
The power supply device according to the first embodiment causes the
異常判断を行うにあたっては、燃料電池１０に発電用の水素と空気（酸素）を供給する必要があるが、本実施の形態１では上記した水素タンク１１への水素充填方法と同様の方法で供給するようにしている。すなわち、既定条件になれば純水タンク２６の純水を純水ポンプ２７で水素リザーバータンク２８も含め燃料電池１０に純水を供給する。その後、定電流源３０の電力を燃料電池１０に供給して水素と酸素を発生させる。水素が水素リザーバータンク２８内に満充填されれば、燃料電池１０の水素流路から水素リザーバータンク２８までが水素で満たされる。一方、燃料電池１０の空気（酸素）流路は酸素で満たされるので、燃料電池１０が発電可能な状態になったことになる。但し、酸素は大気に放出しているので、異常判断中に酸素が不足しないようにブロア２１を駆動して空気を供給する。
In making an abnormality determination, it is necessary to supply power generation hydrogen and air (oxygen) to the
この状態で、燃料電池１０の出力に定電流負荷３５を接続することにより、燃料電池１０で発電した電力を既定の定電流で消費するようにしている。また、両者の間には定電流負荷スイッチ３６が設けられているので、燃料電池１０の異常判断既定条件、すなわち水素リザーバータンク２８が満充填になると、定電流負荷スイッチ３６をオンにするよう制御している。なお、水素リザーバータンク２８が満充填になったか否かの判断は、前記した通り図示しない水位計の出力で行っている。
In this state, by connecting a constant
燃料電池１０の電力が定電流負荷３５で消費されている時に燃料電池１０の両端電圧を検出することで、燃料電池１０の異常を判断している。なお、定電流負荷３５が消費する電流は、あらかじめ例えば負荷４が消費する平均電流や最大電流等に設定しておく。
The abnormality of the
このような構成により、既定条件毎に燃料電池１０の異常判断を行っているので、突発的な停電等が発生しても燃料電池１０が正常に動作でき、極めて高信頼の電源装置が実現できる。なお、水素リザーバータンク２８の内容量は、燃料電池１０の異常判断時における水素の必要量より多くしているので、異常判断を行っている途中で水素が水素リザーバータンク２８から無くなるのを防止でき、信頼性の高い異常判断ができる。
With such a configuration, since abnormality determination of the
次に、図２のフローチャートを用いて、本実施の形態１の電源装置における動作例について具体的に説明する。なお、図２の動作は制御部７によって実行される。
Next, an operation example of the power supply device according to the first embodiment will be specifically described with reference to the flowchart of FIG. The operation of FIG. 2 is executed by the
まず、整流装置３の故障判断を整流装置故障検出部８の出力により行う（ステップ番号Ｓ１）。もし故障していたら（Ｓ１のＹｅｓ）、制御部７から整流装置異常警告を発し（Ｓ２）、使用者に知らせる。使用者はこの警告に従って整流装置３の修理などの処理を行う。警告を発した後は後述する主電源１の異常時対応ルーチン（Ｓ２８以降）にジャンプする。
First, the failure determination of the rectifier 3 is performed based on the output of the rectifier failure detector 8 (step number S1). If there is a failure (Yes in S1), the
一方、整流装置３が正常であれば（Ｓ１のＮｏ）、停電検出部６の出力により停電の有無を判断する（Ｓ３）。もし、停電していたら（Ｓ３のＹｅｓ）、後述する主電源１の異常時対応ルーチン（Ｓ２８以降）にジャンプする。 On the other hand, if the rectifier 3 is normal (No in S1), the presence / absence of a power failure is determined based on the output of the power failure detection unit 6 (S3). If there is a power failure (Yes in S3), the process jumps to an abnormality handling routine (after S28) of the main power source 1 described later.
停電していなければ（Ｓ３のＮｏ）、主電源１が正常であるので、次に純水タンク２６の温度センサ３３の出力を読み込み、既定温度（ここでは前記したように５℃とした）以下であるか、すなわち純水の凍結可能性を判断する（Ｓ４）。もし、既定温度以下であれば（Ｓ４のＹｅｓ）凍結している可能性があるので、純水を燃料電池１０に供給できず、異常判断もできない。従って、ここでは燃料電池１０の異常判断を行わず、Ｓ１に戻る。こうしてＳ１に戻る動作を繰り返すことで、純水の温度が上がるのを待ち、既定温度より高くなった時点で初めて異常判断を行うようにしている。
If there is no power failure (No in S3), the main power supply 1 is normal, so the output of the
一方、既定温度より高ければ（Ｓ４のＮｏ）、次に燃料電池１０の異常判断を行う。すなわち、まず燃料電池１０の異常判断を行う既定時間（ここでは１日毎とした）が経過したかを判断する（Ｓ５）。もし、経過していなければ（Ｓ５のＮｏ）、再びＳ１に戻って整流装置３の故障判断以降の動作を繰り返す。
On the other hand, if the temperature is higher than the predetermined temperature (No in S4), an abnormality determination of the
既定時間が経過すれば（Ｓ５のＹｅｓ）、以下の異常判断ルーチンを実行する。 If the predetermined time has elapsed (Yes in S5), the following abnormality determination routine is executed.
まず、水素リザーバータンク弁２９を燃料電池１０側に切り替え、水素弁２２を水素リザーバータンク２８側に切り替え、空気弁２３を純水ポンプ２７側へ切り替え、純水ポンプ２７をオンにして駆動する（以上、Ｓ６）。これにより、純水は純水ポンプ２７により水素リザーバータンク２８を満水にした後、燃料電池１０の水素流路に供給される。同時に、純水は純水ポンプ２７の出口で分岐して空気弁２３を経由して燃料電池１０の空気流路にも供給される。この時、図１には図示していないが、水素流路、空気流路とも出口には開閉弁が設けられているので、燃料電池１０の各流路が満水になれば、前記開閉弁を閉じるようにしている。なお、各流路の満水判断は、単純に純水ポンプ２７の駆動時間から判断してもよいし、例えばサーミスタを用いた水位計を出口配管内に設置し、純水が到達することによる水位計の出力変化から判断してもよい。
First, the hydrogen
このようにして、各流路の満水を判断し（Ｓ７）、もし満水になっていなければ（Ｓ７のＮｏ）、満水になるまでＳ７に戻って待つ。満水になれば（Ｓ７のＹｅｓ）、直ちに純水ポンプ２７をオフにし、空気弁２３をブロアア２１側に切り替え、定電流源スイッチ３１をオンにする（以上、Ｓ８）。これにより、燃料電池１０に定電流源３０から電力（定電流）が供給され、各流路中の純水が電気分解される。その結果、空気流路には酸素が、水素流路には水素がそれぞれ発生する。この内、酸素は空気弁２３がブロア２１側に切り替えられているが、ブロア２１は停止しているので、ブロア２１を通って大気中に放出される。一方、水素は水素リザーバータンク２８に蓄えられていく。
In this way, it is determined whether or not each channel is full (S7). If it is not full (No in S7), the process returns to S7 and waits until it becomes full. When the water is full (Yes in S7), the
水素リザーバータンク２８の底部には図示しない水位計が設けられているので、発生した水素が水素リザーバータンク２８中に蓄えられることにより水位が下がり、０になれば水素が満充填されたと判断している。従って、水位計の出力から、水位が０でない、すなわち、水素リザーバータンク２８に水素が充填されていなければ（Ｓ９のＮｏ）、Ｓ９に戻って水位が０になるまで電気分解を続ける。
Since a water level gauge (not shown) is provided at the bottom of the
水素が満充填されれば（Ｓ９のＹｅｓ）、定電流源スイッチ３１をオフにして電気分解を停止するとともに、ブロア２１をオンにして空気流路に空気を供給する。この時、図示しない空気流路の出口の開閉弁も開ける。但し、水素流路の出口の開閉弁は水素を逃さないために閉じたままである。この状態で水素流路には水素が、空気流路には空気が供給されるので、燃料電池１０が発電可能な状態となった。ここで、定電流負荷スイッチ３６をオンにする（以上、Ｓ１０）。これにより、電気分解で発生させた水素を用いて燃料電池１０が実際に発電を開始し、定電流負荷３５が発電した電力を消費する。
If the hydrogen is fully charged (Yes in S9), the constant
定電流負荷３５は負荷４が消費する平均電力や最大電力など事前に決定した電力を消費するように設定されている。従って、主電源１の異常時に実際に燃料電池１０が発電動作している状態と同じ条件で燃料電池１０の出力電圧を検出することで、より正確な異常判断が可能となり、さらなる高信頼性が得られる。
The constant
次に、定電流負荷３５が発電電力を消費している時の燃料電池１０の出力電圧を電圧検出部２４で検出する。
Next, the
燃料電池１０の電圧が異常であれば（Ｓ１１のＮｏ）、燃料電池１０に異常があることになる。この場合は、まず定電流負荷スイッチ３６をオフにして燃料電池１０の電力消費を停止するとともに、燃料電池異常警告を発する（Ｓ１２）。これにより、使用者は燃料電池１０の修理等の対処を行うことができる。
If the voltage of the
さらに、水素弁２２を水素リザーバータンク２８側に切り替え（この場合は既に切り替わっているので、水素弁２２は特に動作しない）、ブロア２１をオフにして空気供給を停止する（Ｓ１３）。また、このままでは補助電源５として正常に機能できないので、フローチャートを終了するが、前記警告は発し続けて修理を促す。
Further, the
一方、Ｓ１１に戻って、燃料電池１０の電圧が正常であれば（Ｓ１１のＹｅｓ）、定電流負荷スイッチ３６をオフにするとともに、ブロア２１をオフにして空気供給も停止する（Ｓ１４）。これにより、燃料電池１０の発電動作が停止する。
On the other hand, returning to S11, if the voltage of the
以上までで燃料電池１０の異常判断が終了したので、次に重要な補機である水素タンク１１、および純水タンク２６の各残量異常を判断するルーチンを実行する。
Since the determination of the abnormality of the
まず、水素タンク１１内の水素残量異常判断について説明する。本発明の電源装置は主電源１が異常になった場合のみ水素タンク１１の水素を用いて燃料電池１０により発電を行うので、上記した燃料電池１０の異常判断等の通常動作時には水素タンク１１の水素を消費することはない。しかし、水素タンク１１からの長期に渡る僅かな水素漏洩があると、水素残量が徐々に減少していくことになる。そこで、水素が常に満充填されるように残量を監視し、既定圧力以下になれば満充填するようにしている。なお、水素タンク１１の水素残量は、圧力センサ１２の出力から検出する。
First, the abnormality determination of the remaining amount of hydrogen in the
以上の具体的な動作を図２のフローチャートに従って説明する。まず、水素タンク１１の圧力が既定圧力（例えば一般的な水素ボンベの満充填圧力である約１０ＭＰａ）以下になっていれば（Ｓ１５のＹｅｓ）、既定圧力になるまで水素を充填する。
The specific operation described above will be described with reference to the flowchart of FIG. First, when the pressure of the
すなわち、まず純水タンク２６の温度センサ３３の出力が既定温度（５℃）以下であれば（Ｓ１６のＹｅｓ）、純水が凍結している可能性があるので水素発生ができず、補充もできない。この場合は、補充せずにＳ１に戻る。
That is, first, if the output of the
一方、既定温度より高ければ（Ｓ１６のＮｏ）、空気弁２３を純水ポンプ２７側に切り替え、純水ポンプ２７をオンにして駆動する（Ｓ１７）。この時、水素弁２２、水素リザーバータンク弁２９も純水を燃料電池１０の水素流路側に通じるように切り替えられているので、燃料電池１０の異常判断時と同様に水素リザーバータンク２８、および各流路に純水が供給される。
On the other hand, if the temperature is higher than the predetermined temperature (No in S16), the
燃料電池１０の各流路が満水に至らなければ（Ｓ１８のＮｏ，満水判定方法はＳ７と同様である）、満水になるまでＳ１８に戻る。満水になれば（Ｓ１８のＹｅｓ）、純水ポンプ２７をオフにして供給を止め、空気弁２３をブロア２１側へ切り替え、定電流源スイッチ３１をオンにする（Ｓ１９）。これにより、燃料電池１０の各流路に供給された純水が電気分解され、水素と酸素が発生する。
If each flow path of the
この内、酸素は空気弁２３がブロア２１側へ切り替えられているので、大気中に放出される。水素は水素リザーバータンク２８内に貯蔵されていく。水素リザーバータンク２８内に水素が満充填されなければ（Ｓ２０のＮｏ、満充填判定方法はＳ９と同様である）、満充填になるまでＳ２０に戻る。
Of these, oxygen is released into the atmosphere because the
水素リザーバータンク２８に水素が満充填されれば（Ｓ２０のＹｅｓ）、定電流源スイッチ３１をオフにして純水の電気分解を停止する。また、水素リザーバータンク弁２９をコンプレッサ３２側へ切り替えて、コンプレッサ３２をオンにする（Ｓ２１）。その結果、水素リザーバータンク２８内の水素がコンプレッサ３２により１０ＭＰａ以上まで加圧圧縮される。コンプレッサ３２の出口は水素タンク１１の水素入口に取り付けた図示しない逆止弁（約１０ＭＰａで開閉する）に接続されているので、水素タンク１１の圧力が既定圧力の１０ＭＰａ以下でコンプレッサ３２の出力が１０ＭＰａ以上に加圧されることで前記逆止弁が開き、水素タンク１１内に水素が充填される。
If the
コンプレッサ３２は水素リザーバータンク２８の水素がなくなるまでの既定時間動作し続けるので、既定時間が経過していなければ（Ｓ２２のＮｏ）、経過するまでＳ２２に戻って待つ。既定時間が経過すると（Ｓ２２のＹｅｓ）、水素リザーバータンク２８の水素がないので、コンプレッサ３２をオフにして停止し、水素リザーバータンク弁２９を燃料電池１０側に切り替える（Ｓ２３）。
Since the
その後、圧力センサ１２の出力から水素タンク１１が既定圧力に達したか否かを判断する（Ｓ２４）。もし、既定圧力以下であれば（Ｓ２４のＹｅｓ）、まだ水素タンク１１に水素が満充填されていないので、Ｓ１７に戻り水素充填を繰り返す。
Thereafter, it is determined from the output of the
既定圧力より高くなれば（Ｓ２４のＮｏ）、水素タンク１１を満充填できたので、次に純水タンク２６の純水残量異常判断ルーチンを実行する。なお、このルーチンへはＳ１５で水素タンク１１が満充填であった場合（Ｓ１５のＮｏ）にもジャンプしてくる。
If the pressure is higher than the predetermined pressure (No in S24), the
純水残量異常判断ルーチンは、まず純水タンク２６の水量センサ３４の出力から純水不足を判断する（Ｓ２５）。もし、純水が不足していれば（Ｓ２５のＹｅｓ）、外部から図示しない純水バルブを開けて純水タンク２６に純水の供給を行い（Ｓ２６）、Ｓ２５に戻って満水になるまで待つ。純水が満水になれば（Ｓ２５のＮｏ），図示しない純水バルブを閉めて純水の供給を停止し（Ｓ２７）、Ｓ１に戻る。
In the pure water remaining amount abnormality determination routine, first, it is determined from the output of the
ここまでの動作で水素タンク１１、および純水タンク２６の各残量を満量とすることができ、いつ主電源１が異常になっても負荷４への最大時間の電力供給が可能となり、高信頼システムとすることができる。
With the operation so far, the remaining amounts of the
以上が主電源１の正常時における動作であるが、次に、異常時の動作ルーチンについて説明する。 The above is the operation when the main power supply 1 is normal. Next, an operation routine when the main power supply 1 is abnormal will be described.
Ｓ２で整流装置３の異常警告を発した後やＳ３のＹｅｓで停電を検出した時は、まず負荷４へ蓄電部９の電力を出力するとともに、水素弁２２を水素タンク１１側へ切り替え、水素タンク１１から燃料電池１０に水素を供給する。同時に空気弁２３をブロア２１側へ切り替え、ブロア２１ををオンにして空気も供給する（以上、Ｓ２８）。これにより、燃料電池１０の起動を行う。なお、蓄電部９の電力をまず負荷４に供給するのは、毎日１回燃料電池１０を起動して異常判断を行っているので、その時に残存した各流路中の純水を水素タンク１１の水素の圧力やブロア２１による空気の圧力で燃料電池１０から排出する必要があり、再起動までに数秒程度の時間がかかるためである。
When a power failure is detected after issuing an abnormality warning of the rectifying device 3 in S2 or in S3 Yes, first, the power of the power storage unit 9 is output to the
次に、電圧検出部２４により燃料電池１０の起電圧を検出する（Ｓ２９）。なお、この場合は燃料電池スイッチ２５がオフなので、燃料電池１０は無負荷状態である。従って、異常判断時の判断基準である発電時の電圧ではなく、起動完了時の起電圧を既定電圧として起動したか否かを判断している。
Next, the electromotive voltage of the
もし、燃料電池１０の起電圧が既定電圧に至っていなければ（Ｓ２９のＮｏ）、再びＳ２９に戻って既定電圧になるのを待つ。既定電圧に至れば（Ｓ２９のＹｅｓ）、蓄電部９から燃料電池１０に電力を切り替えるために燃料電池スイッチ２５をオンにする（Ｓ３０）。
If the electromotive voltage of the
その後、停電検出部６の出力により停電が回復したか否かを判断する（Ｓ３１）。まだ停電が回復していなければ（Ｓ３１のＮｏ）、引き続き負荷４に燃料電池１０から電力を供給し続けながら、水素タンク１１の圧力をモニターする。もし、既定圧力（ここでは水素タンク１１の残圧がほとんど無い状態である例えば２ｋＰａ）まで低下していなければ（Ｓ３２のＮｏ）、まだ水素は水素タンク１１内に残っているので、Ｓ３１に戻り引き続き停電回復判断以降の動作を行う。なお、既定圧力を０としてしまうと、水素タンク１１の内部に水素以外のガスが混入してしまう可能性があるので、残圧を僅かに残すために既定圧力を２ｋＰａ程度とした。
Thereafter, it is determined whether or not the power failure has been recovered by the output of the power failure detection unit 6 (S31). If the power failure has not yet recovered (No in S31), the pressure in the
一方、水素タンク１１の圧力が既定圧力以下となり、水素が水素タンク１１内にほとんど無い状態になれば（Ｓ３２のＹｅｓ）、これ以上燃料電池１０による発電ができないので、燃料電池スイッチ２５をオフにして水素不足警告を発する（Ｓ３３）。その後、Ｓ１３にジャンプして水素や空気の供給を停止してフローチャートを終了する。
On the other hand, if the pressure of the
このような動作を行うことにより、負荷４には電力が供給できなくなる。しかし、主電源１が異常時に、常に水素タンク１１に水素が満充填された状態の燃料電池１０で電力の大部分を供給しているので、本実施の形態１と同体積で、畜電部９のみで負荷４に電力を供給する電源装置に比べると、長時間の供給が可能となり、主電源１の異常時の信頼性が向上する。
By performing such an operation, power cannot be supplied to the
さて、Ｓ３１に戻って、主電源１の停電が回復したら（Ｓ３１のＹｅｓ）、整流装置３の故障を判断し（Ｓ３４）、もし故障していたら（Ｓ３４のＹｅｓ）、停電が回復しても主電源１から負荷４に電力を供給できないので、引き続き燃料電池１０から負荷４に電力を供給し続けるために、Ｓ３２にジャンプし、水素タンク１１の圧力判定以降の動作を行う。なお、この動作は整流装置３の故障と停電が同時に発生した場合に対応したものであり、この場合はたとえ停電が回復しても整流装置３は故障したままなので、燃料電池１０から継続して電力を供給し続ける。
Now, returning to S31, if the power failure of the main power supply 1 is recovered (Yes in S31), the failure of the rectifier 3 is determined (S34). If the power failure is detected (Yes in S34), Since power cannot be supplied from the main power source 1 to the
一方、整流装置３が正常であれば（Ｓ３４のＮｏ）、主電源１から電力供給が可能となり、燃料電池１０による発電は不要になるので、直ちに水素弁２２を水素リザーバータンク２８側へ切り替えることにより水素タンク１１からの水素供給を停止する。さらに、ブロア２１をオフにして空気供給も止め、空気弁２３を純水ポンプ２７側へ切り替えることで燃料電池１０のプロトン伝導性高分子膜の乾燥を防ぐとともに、燃料電池スイッチ２５をオフにして、負荷４への電力供給を停止する（以上、Ｓ３５）。その後、停電中に消費した水素を水素タンク１１に補充するためにＳ１５以降の動作を行う。
On the other hand, if the rectifier 3 is normal (No in S34), power can be supplied from the main power source 1 and power generation by the
以上が本実施の形態１の電源装置の基本的な動作である。実際にはさらに細かい動作（例えば蓄電部９を放電した後の充電動作や、図示していない各種バルブの制御など）も行っているが、ここでは割愛している。また、図２のフローチャートでは省略しているが、図２とは別に停電や整流装置３の故障監視といった主電源１の異常判断を常時行う割り込みルーチンを実行させておき、例えば図２のＳ６以降の燃料電池異常判断ルーチン実行中などに主電源１の異常を検出すれば、直ちに燃料電池１０の異常判断などの処理を中止し、Ｓ２８以降の補助電源５の動作ルーチンにジャンプするようにしている。これにより、制御部７がどのような処理を実行していても、主電源１の異常に対し迅速に対応できるので、極めて信頼性の高い電源装置が実現できる。
The above is the basic operation of the power supply device according to the first embodiment. Actually, more detailed operations (for example, charging operation after discharging the power storage unit 9 and control of various valves not shown) are performed, but are omitted here. Although not shown in the flowchart of FIG. 2, an interrupt routine that always performs abnormality determination of the main power source 1 such as power failure and failure monitoring of the rectifier 3 is executed separately from FIG. 2, for example, after S6 of FIG. If an abnormality of the main power source 1 is detected during the execution of the fuel cell abnormality determination routine, the process of determining abnormality of the
以上の構成、動作により、既定条件時に燃料電池１０を実際に動作させて正常に発電できるかを監視することで異常判断（起動確認）を行っているので、主電源１の異常時にも確実に燃料電池１０で発電することが可能となり、極めて信頼性の高い電源装置を実現できた。
With the above-described configuration and operation, abnormality determination (startup confirmation) is performed by monitoring whether the
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における電源装置のブロック構成図である。図４は本発明の実施の形態２における電源装置の動作を示すフローチャートである。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a block configuration diagram of a power supply device according to
なお、本実施の形態２では車載時の例として、車両制動時の非常用の電源装置について説明する。また、図３の太線、細線、点線矢印、および小矢印の意味は実施の形態１と同じである。 In the second embodiment, an emergency power supply device during vehicle braking will be described as an example of in-vehicle use. In addition, the meanings of thick lines, thin lines, dotted arrows, and small arrows in FIG. 3 are the same as those in the first embodiment.
また、図３において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用いて詳細な説明を省略する。すなわち、本実施の形態２は基本的には実施の形態１と同様の構造であるが、車載するにあたって以下の構成上の特徴を有する。これらについて図３を参照しながら説明する。 In FIG. 3, the same components as those in FIG. That is, the second embodiment basically has the same structure as that of the first embodiment, but has the following structural features when mounted on a vehicle. These will be described with reference to FIG.
１）主電源１はバッテリに相当し、元々直流であるので、整流装置３はない。 1) Since the main power source 1 corresponds to a battery and is originally a direct current, there is no rectifier 3.
２）それに伴い、整流装置故障検出部８もなく、さらに停電検出部６の替わりに、ほぼ同じ構成の主電源電圧検出部３７を設けた。
2) Accordingly, the rectifier failure detection unit 8 is not provided, and a main power supply
３）純水の供給源（水道水など）がないため、純水タンク２６への純水供給を自動的に行わず、純水不足警告の発生時や車両の定期点検時等に手動で純水タンク２６へ純水を供給するようにした。
3) Since there is no source of pure water (tap water, etc.), pure water is not automatically supplied to the
４）水素タンク１１の内部には希土類を含む合金からなる水素吸蔵合金（例えばＬａＮｉ5）を内蔵した。これにより、水素の満充填時の圧力を約２ＭＰａに低くできるので、高耐圧設計が不要となり水素タンク１１の小型化が可能となる。さらに、低圧化により長期に渡る僅かな水素漏洩量が実施の形態１に比べ極めて抑制されるので、漏洩水素や主電源１異常後の消費水素のコンプレッサ３２による自動充填を実施しないようにした。従って、コンプレッサ３２や周辺補機が不要となり、さらなる小型化ができる上、それらの故障を考慮する必要がなくなり信頼性が向上する。
4) A hydrogen storage alloy (for example, LaNi 5 ) made of an alloy containing a rare earth was built in the
５）主電源１の異常時にできるだけ速やかに水素吸蔵合金から水素を放出するために、図３に示すように水素タンク１１を燃料電池１０の近傍に配置し、発電時の燃料電池１０の熱を水素タンク１１に伝達するようにした。
5) In order to release hydrogen from the hydrogen storage alloy as quickly as possible when the main power supply 1 is abnormal, a
６）燃料電池１０の異常判断は車両の起動毎に行う。
6) The abnormality determination of the
７）搭載した燃料電池１０の大きさは主電源１が異常時に車両制動用の負荷４を駆動して安全に停車させることができるだけの電力が供給できる大きさとした。
7) The size of the mounted
８）それに伴い、水素タンク１１に貯蔵される水素量も最低限、上記電力を発電できるだけが必要であるので、安全係数を５倍とした水素量を貯蔵できるだけの大きさ、および水素吸蔵合金量とした。
8) As a result, the amount of hydrogen stored in the
以上が主要な構成上の変更点であるが、それ以外は実施の形態１と同様の構成とした。 The above is the main configuration change, but the configuration other than that is the same as that of the first embodiment.
なお、純水タンク２６の内容量は、車両寿命を１５年とし、毎日２回車両を起動する条件で、１回の燃料電池１０の異常判断に使用する水素量を生成できるだけの純水量を求めた結果から、余裕をみて約２Ｌ（リットル）とした。この際、燃料電池１０で純水を電気分解することにより発生する水素と酸素の圧力により配管や各流路内等の純水は純水タンク２６に押し戻されるので、実際に電気分解される純水の量は僅かである。なお、その他の特に説明していない部分については実施の形態１と同じ構造である。
The internal capacity of the
以上のような構成上の特徴に基づいて、本実施の形態２の電源装置の動作を図４のフローチャートに従って説明する。 Based on the above structural features, the operation of the power supply apparatus according to the second embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
まず、車両を起動すると制御部７に電力が供給され、図４のフローチャートが実行される。これにより、最初に異常判断フラグをオフにする（Ｓ５１）。なお、異常判断フラグは車両を起動してから燃料電池１０の異常判断が行われたか否かを示すフラグで、フラグがオンになれば異常判断を行ったことになる。この異常判断フラグを使用する理由は、低温時などで車両起動時に燃料電池１０の異常判断ができなかったことを示すためである。
First, when the vehicle is started, power is supplied to the
次に、温度センサ３３の出力が既定温度（５℃）以下であるか否かを判断する（Ｓ５２）。これは純水タンク２６の凍結可能性を検出するためであり、低温時には温度が既定温度より高くなるまで燃料電池１０の異常判断を行わない。
Next, it is determined whether or not the output of the
もし、既定温度以下であれば（Ｓ５２のＹｅｓ）、異常判断を行わず、主電源１の異常監視ルーチン（Ｓ６４以降）にジャンプする。これについては後述する。 If the temperature is equal to or lower than the predetermined temperature (Yes in S52), the abnormality determination is not performed and the routine jumps to the abnormality monitoring routine (after S64) of the main power supply 1. This will be described later.
一方、既定温度より高ければ（Ｓ５２のＮｏ）、水量センサ３４の出力から純水タンク２６内に純水があるか否かを判断する（Ｓ５３）。もし、純水が不足していれば（Ｓ５３のＹｅｓ）、純水不足警告を発し（Ｓ５４）、運転者に純水の供給を促す。なお、この警告は純水が供給されるまで発し続けるようにしたので、純水不足で長期間燃料電池１０の異常判断ができなくなる可能性を低減している。純水不足警告を発した後は、燃料電池１０の異常判断ができなかったものの水素タンク１１の水素は使われていないので、主電源１が異常になれば負荷４に電力を供給できる可能性がある。従って、後述する主電源１の異常監視ルーチン（Ｓ６４以降）にジャンプする。
On the other hand, if the temperature is higher than the predetermined temperature (No in S52), it is determined from the output of the
一方、純水が不足していなければ（Ｓ５３のＮｏ）、燃料電池１０の異常判断ルーチンを実行する。すなわち、まず異常判断を行う条件が整ったので、異常判断フラグをオンにし、水素弁２２を水素リザーバータンク２８側へ切り替えるとともに、空気弁２３を純水ポンプ２７側へ切り替える。さらに、特に図示していないが、燃料電池１０の各流路の出口に設けた開閉弁を開く。これにより純水を燃料電池１０の各流路に供給できる準備ができたので、純水ポンプ２７をオンにして駆動する（以上、Ｓ５５）。
On the other hand, if the pure water is not insufficient (No in S53), the abnormality determination routine of the
次に、燃料電池１０が各流路が純水で満たされたか否かを判断する（Ｓ５６）。流路満水の判断方法は実施の形態１と同じである。もし、まだ満水でなければ（Ｓ５６のＮｏ）、満水になるまでＳ５６に戻って待つ。
Next, the
一方、満水になれば（Ｓ５６のＹｅｓ）、図示していない各流路の出口の開閉弁を閉め純水が流出するのを防ぐとともに、純水ポンプ２８をオフにして純水供給を停止する。この状態で定電流源スイッチ３１をオンにして、燃料電池１０により電気分解を開始する（以上、Ｓ５７）。
On the other hand, if the water is full (Yes in S56), the opening / closing valve at the outlet of each flow path (not shown) is closed to prevent pure water from flowing out, and the
ここで、実施の形態１との制御上の違いは電気分解を開始する前（Ｓ５７）の時点で空気弁２３をブロア２１側へ切り替えていない点である。これは、次の理由による。
Here, the difference in control from the first embodiment is that the
実施の形態１では空気流路に発生した酸素はブロア２１を介して大気に放出していたが、空気流路や配管中に存在する純水も発生した酸素の圧力により一緒に放出していた。これにより、酸素が純水ポンプ２７側に流れることがなくなるので、配管内で水素と混合する可能性を完全に回避できる。そのために空気弁２３のブロア２１側への切り替え制御を行っている。
In the first embodiment, oxygen generated in the air flow path is released to the atmosphere through the
一方、本実施の形態２で上記の制御をすれば、空気流路や配管中に存在する純水の一部が電気分解されることなく大気に放出されてしまうことになるので、実施の形態１のように自動的に純水タンク２６に純水が供給される機能を有していない本実施の形態２においては純水の無駄になり、早期に純水不足となり燃料電池１０の異常判断ができなくなる可能性がある。そこで、空気流路や配管中の純水も水素流路系と同様に、発生した酸素の圧力で純水タンク２６に戻す制御としている。なお、このような制御を行っても水素と酸素が配管内で混合しないように、水素流路の体積より大きな内容量を有する水素リザーバータンク２８を有する構成とした。これにより、水素は酸素の２倍の体積が発生するが、水素リザーバータンク２８に水素が蓄えられる上、後述するように水素リザーバータンク２８が満充填されれば電気分解を停止するので、純水ポンプ２７近傍の配管内で水素と酸素が混合することはない制御とした。
On the other hand, if the above-described control is performed in the second embodiment, a part of pure water existing in the air flow path and the pipe is discharged to the atmosphere without being electrolyzed. In the second embodiment, which does not have a function of automatically supplying pure water to the
次に、電気分解により水素が水素リザーバータンク２８の中に満充填されたかを判断する（Ｓ５８）。ここで、満充填の判断は実施の形態１と同様に図示しない水位計の出力によって行う。もし、水素が満充填されていなければ（Ｓ５８のＮｏ）、再びＳ５８に戻って満充填になるのを待つ。
Next, it is determined whether hydrogen is fully filled in the
一方、満充填になれば（Ｓ５８のＹｅｓ）、定電流源スイッチ３１をオフにして燃料電池１０への定電流の供給を停止する。これにより電気分解が止まる。この時、燃料電池１０の空気流路やその周辺配管内は、ほぼ電気分解で発生した酸素で占められ純水はほとんど存在しないので、空気弁２３をブロア２１側へ切り替える。さらに、図示しない空気流路の出口に設けた開閉弁を開く。この状態でブロア２１をオンにして空気を空気流路に供給する。その結果、燃料電池１０の空気流路には空気が、水素流路には水素がそれぞれ存在するので、燃料電池１０が発電できる準備が整ったことになる。なお、この場合、図示しない水素流路の出口に設けた開閉弁は水素を逃がさないために閉じたままとしておく。これにより、水素流路に水素は流れないが、図３に示すように純水タンク２６が水素リザーバータンク２８の上側に配置されている上、純水タンク２６からの純水配管は水素リザーバータンク２８の底部に接続されているので、水素リザーバータンク２８に蓄えられた水素は純水による圧力がかかっている状態となる。このため、水素を積極的に流さなくても燃料電池１０に水素を供給することができる。
On the other hand, when the battery is fully charged (Yes in S58), the constant
次に、定電流負荷スイッチ３６をオンにして、既定の電流を定電流負荷３５により消費することで燃料電池１０を起動する（以上、Ｓ５９）。ここで、定電流負荷３５の負荷電流条件（燃料電池１０の発電条件）は実施の形態１で述べたように負荷４が実際に消費する平均や最大の電力条件になるように設定してある。
Next, the
燃料電池１０の発電により水素は消費されていくので、水素リザーバータンク２８内には純水が入り込み、水位が上昇していく。しかし、水素リザーバータンク２８に蓄えられた水素を全て消費するまでに燃料電池１０の異常判断を行うようにしているので、燃料電池１０の水素流路に再び純水が流れ込むことはない。
Since hydrogen is consumed by the power generation of the
燃料電池の異常判断は実施の形態１と同様に、定電流負荷３５により既定の電力を消費している時の燃料電池１０の両端電圧を電圧検出部２４で検出することで行っている。もし、両端電圧が既定電圧に至らず異常値であれば（Ｓ６０のＮｏ）、燃料電池１０は異常であると判断できる。この場合は直ちに定電流負荷スイッチ３６をオフにするとともに、運転者に対して燃料電池１０の異常警告を行う（Ｓ６１）。その後、水素弁２２を水素リザーバータンク２８側へ切り替える。但し、Ｓ６１の後では既に水素弁２２が水素リザーバータンク２８側に切り替えられているので、この場合は特に何も動作しない。その後、ブロア２１もオフにすることにより（以上、Ｓ６２）、燃料電池１０を停止させフローチャートを終了する。この時の燃料電池異常警告は継続して発し続けられるので、運転者に対し燃料電池１０の修理を促すことができる。
As in the first embodiment, the abnormality determination of the fuel cell is performed by detecting the voltage across the
なお、この場合は主電源１が異常になっても燃料電池１０から電力が供給できなくなるので、車両側の制御装置（図示せず）は電気的な油圧制御から機械的な油圧制御に切り替える。これにより、万一走行中に主電源１が異常になっても、ブレーキペダルが重くなるものの踏力により発生した油圧で車両を停止することができる。
In this case, since the electric power cannot be supplied from the
さて、フローチャートのＳ６０に戻って、もし燃料電池１０が正常であることがわかれば（Ｓ６０のＹｅｓ）、直ちにブロア２１をオフにして空気供給を止めるとともに、定電流負荷スイッチ３６をオフにし、燃料電池１０の発電を停止する（Ｓ６３）。その後、主電源１の異常監視ルーチン（Ｓ６４）にジャンプする。
Now, returning to S60 of the flowchart, if it is found that the
ここで、上記した燃料電池１０の異常判断を行っている間（Ｓ５５〜Ｓ６３）に主電源１が異常となる可能性があるが、これに対しては実施の形態１の動作で説明したように、主電源１の異常を割り込みルーチンが監視するようにしている。従って、主電源１が異常になれば直ちに燃料電池１０の異常判断等の処理を中止し負荷４への電力供給ルーチン（後述するＳ６７以降）を実行するようにしているので、高信頼性が得られる。
Here, while the abnormality determination of the
次に、通常の主電源１の異常監視ルーチンについて説明する。 Next, a normal abnormality monitoring routine for the main power supply 1 will be described.
まず、主電源１の電圧を主電源電圧検出部３７で検出し、異常であるか判断する（Ｓ６４）。ここで、主電源１は本実施の形態２ではバッテリなので、バッテリの最低出力電圧である９．５Ｖを既定電圧とし、断線などでそれ以下になると異常と判断している。
First, the voltage of the main power supply 1 is detected by the main power supply
もし、異常が無ければ（Ｓ６４のＮｏ）、温度センサ３３の出力が既定温度（５℃）以下であるかを判断する（Ｓ６５）。これは、低温時で燃料電池１０の異常判断ができなかった時、現時点では異常判断ができる温度に達したか否かを判断していることになる。もし、まだ既定温度以下であれば（Ｓ６５のＹｅｓ）、再びＳ６４に戻って主電源１の監視以降の動作を繰り返す。
If there is no abnormality (No in S64), it is determined whether the output of the
一方、既定温度より高ければ（Ｓ６５のＮｏ）、次に異常判断フラグの状態を調べる（Ｓ６６）。もし、異常判断フラグがオンならば（Ｓ６６のＮｏ）、すでに燃料電池１０の異常判断は終了しているので、再びＳ６４に戻って主電源１の監視以降の動作を繰り返す。
On the other hand, if the temperature is higher than the predetermined temperature (No in S65), then the state of the abnormality determination flag is examined (S66). If the abnormality determination flag is on (No in S66), the abnormality determination of the
一方、異常判断フラグがオフであれば（Ｓ６６のＹｅｓ）、まだ燃料電池１０の異常判断が行われていないものの、Ｓ６５で既定温度より高いことがわかっているので、この時点で初めて異常判断を行うことができる。従って、Ｓ５３にジャンプし、異常判断ルーチンを実行する。
On the other hand, if the abnormality determination flag is off (Yes in S66), the abnormality determination of the
ここでＳ６４に戻って、主電源１の電圧が異常であった場合は（Ｓ６４のＹｅｓ）、直ちに負荷４へ蓄電部９の電力を出力すると同時に、燃料電池１０の起動を開始する。具体的には水素弁２２を水素タンク１１側へ切り替え、水素タンク１１から燃料電池１０に水素を供給するとともに、ブロア２１をオンにして空気も供給する（以上、Ｓ６７）。この状態で電圧検出部２４により燃料電池１０の起電圧を検出する。もし、起電圧が負荷４を駆動するための既定電圧に達していなければ（Ｓ６８のＮｏ）、再びＳ６８に戻り、既定電圧に達するまで待つ。
Here, returning to S64, if the voltage of the main power supply 1 is abnormal (Yes in S64), the power of the power storage unit 9 is immediately output to the
既定電圧に達すれば（Ｓ６８のＹｅｓ）、燃料電池１０の発電準備が整ったので、負荷４に対して電力を供給するために燃料電池スイッチ２５をオンにする（Ｓ６９）。次に、主電源１の電圧を主電源電圧検出部３７で監視する。もし、何らかの理由で主電源１の電圧が回復したら（Ｓ７０のＹｅｓ）、直ちに燃料電池１０への水素供給を停止するために水素弁２２を水素リザーバータンク２８側へ切り替え、ブロア２１をオフにし、さらに燃料電池スイッチ２５をオフにするとともに、これまでに水素タンク１１から使用した水素を満量まで補充するために水素充填警告を運転者に発する（Ｓ７１）。これにより燃料電池１０が停止し、無駄な水素の消費を抑制できる。さらに、水素充填警告に従って運転者が水素タンク１１に水素を満充填することで、再度主電源１の異常が発生しても燃料電池１０を十分起動でき、信頼性が高まる。
If the predetermined voltage is reached (Yes in S68), the
一方、Ｓ７０で主電源１が回復していなければ、圧力センサ１２の出力を読み込み、水素タンク１１の圧力が既定圧力（水素タンク１１に空気などのガスが流入しないための下限圧力である２ｋＰａ）以下か否かを判断する（Ｓ７２）。もし、既定圧力より高ければ（Ｓ７２のＮｏ）水素はまだあるので、燃料電池１０の発電を続けながらＳ７０に戻り、主電源回復判断以降の動作を行う。
On the other hand, if the main power supply 1 has not recovered in S70, the output of the
一方、既定圧力以下になれば（Ｓ７２のＹｅｓ）水素がなくなったので、直ちに燃料電池スイッチ２５をオフにするとともに、運転者に対し水素不足を警告する（以上、Ｓ７３）。さらに、Ｓ６２にジャンプし水素、空気の供給を止めることによって燃料電池１０の発電を停止し、フローチャートを終了する。この場合も主電源１が異常のまま燃料電池１０の発電もできなくなったため、車両の制御装置（図示せず）は前記したように機械的な油圧制御に切り替えて、ブレーキペダル踏力による油圧で車両を停止できるようにする。
On the other hand, if the pressure is equal to or lower than the predetermined pressure (Yes in S72), since the hydrogen is exhausted, the
以上が本実施の形態２の電源装置の基本的な動作であるが、実際には実施の形態１と同様のさらに細かい動作も行っている。 The above is the basic operation of the power supply apparatus according to the second embodiment. Actually, the same detailed operation as in the first embodiment is also performed.
以上の構成、動作により、車載用の補助電源５においても既定条件時に燃料電池１０を実際に動作させて正常に発電できるかを監視しているので、主電源１の異常時にも確実に燃料電池１０で発電することが可能となり、極めて信頼性の高い電源装置を実現できた。
With the above-described configuration and operation, the in-vehicle
なお、本実施の形態２では負荷４として車両制動時の非常用の電源装置を例に説明したが、これはアイドリングストップ車のアイドリングストップ中における電装品駆動用バッテリの異常に対する補助電源など、他の車載システムの補助電源としての電源装置に適用してもよい。
In the second embodiment, the
また、水素吸蔵合金を内蔵した水素タンク１１は実施の形態１で用いてもよい。但し、燃料電池１０で発生した水素には純水からの水蒸気が含まれるので、このまま水素吸蔵合金を内蔵した水素タンク１１に充填すると、水素中に含まれる水蒸気が水素吸蔵合金の表面と反応し、水素吸蔵能力が劣化してしまう。従って、この場合は充填配管経路の途中に除湿器を設ける必要がある。
Further, the
さらに、実施の形態１，２では温度センサ３３を純水タンク２６の底部近傍にのみ配した構成を示したが、燃料電池１０の異常判断時には水素リザーバータンク２８や燃料電池１０内の各流路、および周辺配管内にも純水を供給するので、純水供給経路の要所にも温度センサを設ける構成としてもよい。この場合、全ての温度センサが既定温度（５℃）より高い場合のみ異常判断を行うことになるので、システム全体の凍結可能性が判断でき、さらなる高信頼性が得られる。
Further, in the first and second embodiments, the
本発明にかかる電源装置は、主電源の異常時に確実に動作できるように燃料電池の異常判断を行う高信頼な電源装置の構成としたので、特に無停電電源システムや車両用負荷に対する非常時の電源バックアップ用等に有用である。 Since the power supply device according to the present invention has a highly reliable power supply device configuration for determining the abnormality of the fuel cell so that it can be reliably operated when the main power supply is abnormal, it is particularly suitable for an uninterruptible power supply system or a vehicle load. Useful for power backup.
１ 主電源
４ 負荷
５ 補助電源
７ 制御部
９ 蓄電部
１０ 燃料電池
１１ 水素タンク
１２ 圧力センサ
２６ 純水タンク
２７ 純水ポンプ
２８ 水素リザーバータンク
３０ 定電流源
３３ 温度センサ
３４ 水量センサ
３５ 定電流負荷
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (14)
前記負荷に電力を供給する主電源と、
前記主電源が既定電圧以下になる異常が発生した時に、前記負荷に対して補助的に電力を供給する補助電源とからなり、
前記補助電源は、
前記主電源が既定電圧以下の時に前記負荷に電力を供給する燃料電池と、
前記燃料電池が起動するまでの間、前記負荷に電力を供給する蓄電部と、
前記補助電源全体を制御する制御部と、
前記燃料電池に水素を供給する水素タンクと、
前記燃料電池に純水を供給する純水タンクとを有し、
前記制御部は前記主電源が正常で、かつ既定条件時に、前記燃料電池に前記純水を供給し、
前記燃料電池に電力を供給して前記純水から水素と酸素を発生させた後、
前記燃料電池を既定条件で発電させることにより、
前記燃料電池の異常を判断する電源装置。 Load,
A main power supply for supplying power to the load;
When an abnormality occurs in which the main power supply becomes a predetermined voltage or less, an auxiliary power supply that supplementarily supplies power to the load is formed.
The auxiliary power is
A fuel cell for supplying power to the load when the main power source is below a predetermined voltage;
A power storage unit that supplies power to the load until the fuel cell is started,
A control unit for controlling the entire auxiliary power source;
A hydrogen tank for supplying hydrogen to the fuel cell;
A pure water tank for supplying pure water to the fuel cell;
The control unit supplies the pure water to the fuel cell when the main power supply is normal and at a predetermined condition,
After supplying power to the fuel cell to generate hydrogen and oxygen from the pure water,
By generating the fuel cell under predetermined conditions,
A power supply apparatus for determining an abnormality of the fuel cell.
前記純水ポンプは停止時に外部圧力により入口へ、または出口への双方向に前記純水を通す構造を有する請求項１に記載の電源装置。 Pure water is supplied from the pure water tank to the fuel cell by a pure water pump.
2. The power supply device according to claim 1, wherein the pure water pump has a structure that allows the pure water to pass to an inlet or to an outlet by an external pressure when stopped.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006072330A JP2007250358A (en) | 2006-03-16 | 2006-03-16 | Power supply unit |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| JP (1) | JP2007250358A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009041370A1 (en) * | 2007-09-28 | 2009-04-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Degradation detection device for fuel cell, and fuel cell system |
| JP2015191846A (en) * | 2014-03-28 | 2015-11-02 | 高砂熱学工業株式会社 | Operation control method for reversible cell |
-
2006
- 2006-03-16 JP JP2006072330A patent/JP2007250358A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009041370A1 (en) * | 2007-09-28 | 2009-04-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Degradation detection device for fuel cell, and fuel cell system |
| JP2009087741A (en) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Toshiba Corp | Degradation detection device of fuel cell and fuel cell system |
| JP2015191846A (en) * | 2014-03-28 | 2015-11-02 | 高砂熱学工業株式会社 | Operation control method for reversible cell |
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