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Patent Searching and Data


Title:
FUEL CELL DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/123069
Kind Code:
A1
Abstract:
A fuel cell device includes: a fuel cell (1) and a capacitor (2) which are connected in parallel; boosting means (3) having an input unit connected in parallel to the fuel cell (1) and the capacitor (2) and an output unit connected to a PDU (4) of a motor (5) so as to boost output voltage of the fuel cell (1) and the capacitor (2) and supply the power having the boosted voltage to the PDU (4); a secondary cell (21) connected to the output unit of the boosting means via voltage conversion means (20); and power supply control means (30) which controls operation of the voltage conversion means (20) so as to control power supply from the secondary cell (21) to the PDU (4) via the voltage conversion means (20) and charge of the secondary cell (21) by power supply to the secondary cell (21) from the boosting means (3) via the voltage conversion means (20). Thus, it is possible to provide a small-size fuel cell device which can maintain a high output.

Inventors:
HIRAKAWA MITSUAKI (JP)
FUJINO TAKESHI (JP)
NOGUCHI MINORU (JP)
KOMAZAWA EISUKE (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/054978
Publication Date:
October 16, 2008
Filing Date:
March 18, 2008
Export Citation:
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Assignee:
HONDA MOTOR CO LTD (JP)
HIRAKAWA MITSUAKI (JP)
FUJINO TAKESHI (JP)
NOGUCHI MINORU (JP)
KOMAZAWA EISUKE (JP)
International Classes:
H01M8/00; B60L11/18; H01M8/04; H01M10/44; H02J7/00; H02J7/34; H02M3/00
Foreign References:
JP2007059332A2007-03-08
JP2004014160A2004-01-15
JP2006254610A2006-09-21
JP2003257441A2003-09-12
JP2004063338A2004-02-26
JP2004048872A2004-02-12
JP2006114486A2006-04-27
JP2004311112A2004-11-04
JP2006059685A2006-03-02
Other References:
See also references of EP 2131428A4
Attorney, Agent or Firm:
SATO, Tatsuhiko et al. (1-1 Yoyogi 2-chome, Shibuya-k, Tokyo 53, JP)
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Claims:
 燃料電池と、
 入力部が前記燃料電池と並列に接続されると共に出力部が第1の負荷に接続され、前記燃料電池の出力電圧を昇圧して、該昇圧した電圧による電力を該第1の負荷に供給する昇圧手段と、
 前記昇圧手段の入力部又は出力部と並列に接続された蓄電手段と、
 前記昇圧手段の出力部と電圧変換手段を介して接続された二次電池と、
 前記電圧変換手段の作動を制御して、前記電圧変換手段を介した前記二次電池から前記第1の負荷への電力供給と、前記電圧変換手段を介した前記昇圧手段から前記二次電池への電力供給による前記二次電池の充電とを実行する電力供給制御手段とを備えたことを特徴とする燃料電池電源装置。
 前記蓄電手段が、前記昇圧手段の入力部に並列に接続されていることを特徴とする請求項1記載の燃料電池電源装置
 前記燃料電池から前記蓄電手段への通電を可能とすると共に、前記蓄電手段から前記燃料電池への通電を不能とする一方向通電手段を備えたことを特徴とする請求項2記載の燃料電池電源装置。
 前記燃料電池及び前記蓄電手段から、前記昇圧手段を介して前記第1の負荷に供給される第1の電力を検知する電力検知手段を備え、
 前記電力供給制御手段は、前記第1の電力が所定電力以上であるときに、前記二次電池から前記電圧変換手段を介して前記第1の負荷に第2の電力を供給することを特徴とする請求項2記載の燃料電池電源装置。
 前記燃料電池及び前記蓄電手段から、前記昇圧手段を介して前記第1の負荷に供給される第1の電力を検知する電力検知手段を備え、
 前記電力供給制御手段は、前記第1の電力の増加率が所定レベル以上となったときに、前記二次電池から前記電圧変換手段を介して前記第1の負荷に第2の電力を供給することを特徴とする請求項2記載の燃料電池電源装置。
 前記燃料電池の出力電圧を検知する電圧検知手段を備え、
 前記電力供給制御手段は、前記燃料電池の出力電圧が所定電圧以上であるときに、前記燃料電池から前記電圧変換手段を介して前記二次電池に電力を供給することにより、前記二次電池を充電することを特徴とする請求項1記載の燃料電池電源装置。
 前記二次電池が、前記燃料電池を作動させるための補機を少なくとも含む第2の負荷に接続されて、前記二次電池から該第2の負荷に電力が供給されることを特徴とする請求項1記載の燃料電池電源装置。
 車両に搭載され、前記第1の負荷は該車両の動力源である電動機であることを特徴とする請求項1記載の燃料電池電源装置。
 車両に搭載され、
 前記第1の負荷は、前記車両の車軸と連結された電動機であって、前記車両の動力源であると共に前記車両の減速時に発電機として作動して回生電力を出力し、
 前記昇圧手段は、前記電動機から前記蓄電手段に通電する機能を有して、
 前記電力供給制御手段は、前記昇圧手段を介して前記回生電力を前記蓄電手段に供給する第1の充電と、前記電圧変換手段を介して前記回生電力を前記二次電池に供給する第2の充電とを実行することを特徴とする請求項2記載の燃料電池電源装置。
 前記回生電力を検知する回生電力検知手段を備え、
 前記電力供給制御手段は、該回生電力検知手段により検知される前記回生電力のレベルに応じて、前記第1の充電により前記蓄電手段に供給する回生電力と、前記第2の充電により前記二次電池に供給する回生電力の分配割合を決定することを特徴とする請求項9記載の燃料電池電源装置。
 前記蓄電手段がキャパシタであることを特徴とする請求項1記載の燃料電池電源装置。
 前記蓄電手段が、前記昇圧手段の出力部と並列に接続されると共に、前記燃料電池を作動させるための補機を少なくとも含む第2の負荷に接続されて、前記蓄電手段から前記第2の負荷に電力が供給されることを特徴とする請求項1記載の燃料電池電源装置。
Description:
燃料電池電源装置

 本発明は、燃料電池及びキャパシタの並 回路から負荷に電力を供給する燃料電池電 装置に関する。

 従来より、例えば燃料電池車両の動力源 して、燃料電池と蓄電手段(キャパシタ、二 次電池等)を走行用モータと並列に接続して 燃料電池及び蓄電手段から走行用モータに 力を供給するようにした燃料電池電源装置 提案されている(例えば、特開2006-59685号公報 (第4-5頁、第1図)参照)。

 かかる従来の燃料電池電源装置において 、燃料電池及び蓄電手段の出力部が走行用 ータに直接接続されている。そして、燃料 池の1セルあたりの出力電圧は低いため、走 行用モータの駆動に必要な高電圧を得るため には、多数のセルを多層化した燃料電池スタ ックを構成する必要があり、燃料電池の体積 が大きくなる。

 また、高出力の走行用モータへの駆動用 力を確保するために、燃料電池の出力電力 アシストする蓄電手段の容量を大きくする 要があり、蓄電手段の体積も大きくなる。 して、このように、燃料電池及び蓄電手段 体積が共に大きくなるため、燃料電池電源 置を小型化することが難しかった。

 本発明は上記背景を鑑みてなされたもの あり、高出力を維持して小型化を図ること できる燃料電池電源装置を提供することを 的とする。

 本発明は上記目的を達成するためになさ たものであり、燃料電池と、入力部が前記 料電池と並列に接続されると共に出力部が 1の負荷に接続され、前記燃料電池の出力電 圧を昇圧して、該昇圧した電圧による電力を 該第1の負荷に供給する昇圧手段と、前記昇 手段の入力部又は出力部と並列に接続され 蓄電手段と、前記昇圧手段の出力部と電圧 換手段を介して接続された二次電池と、前 電圧変換手段の作動を制御して、前記電圧 換手段を介した前記二次電池から前記第1の 荷への電力供給と、前記電圧変換手段を介 た前記昇圧手段から前記二次電池への電力 給による前記二次電池の充電とを実行する 力供給制御手段とを備えたことを特徴とす 。

 かかる本発明によれば、前記昇圧手段に り前記燃料電池の出力電圧が昇圧され、該 圧された電圧による電力が前記第1の負荷に 供給される。そのため、前記燃料電池の出力 電圧を低くすることができる。そして、これ により、前記燃料電池において多層化される セルの個数を減少させて、前記燃料電池の体 積を減少させることができる。

 また、前記蓄電手段から前記第1の負荷に 電力を供給することができると共に、前記電 力供給制御手段により、前記電圧変換手段を 介して前記二次電池から前記第1の負荷に電 を供給する。そして、これにより、前記蓄 手段及び前記二次電池の出力電力によって 前記燃料電池から前記第1の負荷への電力供 をアシストすることができため、前記燃料 池の体積を減少させることができる。さら 、前記電力供給制御手段は、前記電圧変換 段を介した前記昇圧手段から前記二次電池 の電力供給により前記二次電池を充電する これにより、前記二次電池の充電量の確保 図ることができる。

 また、前記蓄電手段が、前記昇圧手段の 力部に並列に接続されていることを特徴と る。

 かかる本発明によれば、前記昇圧手段に り、前記燃料電池の出力電圧及び前記蓄電 段の出力電圧が昇圧され、該昇圧された電 による電力が前記第1の負荷に供給される。 そのため、前記蓄電手段の出力電圧を低くし て、前記蓄電手段の体積を減少させることが できる。

 また、前記燃料電池から前記蓄電手段へ 通電を可能とすると共に、前記蓄電手段か 前記燃料電池への通電を不能とする一方向 電手段を備えたことを特徴とする。

 かかる本発明によれば、前記一方向通電 段により前記蓄電手段から前記燃焼電池へ 通電を不能とすることにより、前記燃料電 の端子間電圧よりも前記蓄電手段の端子間 圧を高く維持することが可能となる。そし 、これにより、前記燃料電池の作動状態に らずに前記蓄電手段の充電量が多い状態を 持することができる。

 また、前記燃料電池及び前記蓄電手段か 、前記昇圧手段を介して前記第1の負荷に供 給される第1の電力を検知する電力検知手段 備え、前記電力供給制御手段は、前記第1の 力が所定電力以上であるときに、前記二次 池から前記電圧変換手段を介して前記第1の 負荷に第2の電力を供給することを特徴とす 。

 かかる本発明によれば、前記電力供給制 手段は、前記燃料電池及び前記蓄電手段か 前記昇圧手段を介して前記第1の負荷に供給 される前記第1の電力が、前記所定電力以上 なり、前記燃料電池及び前記蓄電手段から 電力供給だけでは、前記第1の負荷への電力 給が不足するおそれがあるときに、前記電 変換手段を作動させて前記二次電池から前 第1の負荷に前記第2の電力を供給する。こ により、前記第1の負荷への電力供給が不足 ることを抑制することができる。

 また、前記燃料電池及び前記蓄電手段か 、前記昇圧手段を介して前記第1の負荷に供 給される第1の電力を検知する電力検知手段 備え、前記電力供給制御手段は、前記第1の 力の増加率が所定レベル以上となったとき 、前記二次電池から前記電圧変換手段を介 て前記第1の負荷に第2の電力を供給するこ を特徴とする。

 かかる本発明によれば、前記電力供給制 手段は、前記燃料電池及び前記蓄電手段か 前記昇圧手段を介して前記第1の負荷に供給 される前記第1の電力の増加率が前記所定レ ル以上となり、前記第1の電力の増加に対す 前記燃料電池の応答遅れにより、前記燃料 池及び前記蓄電手段からの電力供給だけで 、前記第1の負荷への電力供給が不足するお それがあるときに、前記電圧変換手段を作動 させて前記二次電池から前記第1の負荷に前 第2の電力を供給する。これにより、前記第1 の負荷への電力供給が不足することを抑制す ることができる。なお、前記燃料電池の出力 電圧を検知する電圧検知手段を備え、前記電 力供給制御手段は、前記燃料電池の出力電圧 が所定レベル以下になったときにも、前記二 次電池から前記電圧変換手段を介して前記第 1の負荷に第2の電力を供給するようにしても い。

 また、前記燃料電池の出力電圧を検知す 電圧検知手段を備え、前記電力供給制御手 は、前記燃料電池の出力電圧が所定電圧以 であるときに、前記燃料電池から前記電圧 換手段を介して前記二次電池に電力を供給 ることにより、前記二次電池を充電するこ を特徴とする。

 かかる本発明によれば、前記電力供給制 手段は、前記燃料電池の出力電圧が所定電 以上であって、前記燃料電池及び前記蓄電 段から前記第1の負荷への電力供給が少ない ときに、前記電圧変換手段を作動させて前記 燃料電池から前記二次電池に電力を供給する ことにより、前記二次電池を充電する。これ により、前記燃料電池及び前記蓄電手段の電 力供給の負担が軽い状況にあるときに、前記 二次電池を充電して、その後の前記第1の負 への電力供給の増加に備えることができる

 また、前記二次電池が、前記燃料電池を 動させるための補機を少なくとも含む第2の 負荷に接続されて、前記二次電池から該第2 負荷に電力が供給されることを特徴とする

 かかる本発明において、前記蓄電手段と て、例えばキャパシタを用いた場合、充電 の増減による前記二次電池の出力電圧の変 幅は、前記蓄電手段よりも小さくなる。そ ため、前記燃料電池の補機を少なくとも含 前記第2の負荷に、前記蓄電手段ではなく前 記二次電池から電力供給することで、前記第 2の負荷の入力電圧変動幅の仕様を狭くする とができる。そして、これにより、前記第2 負荷の小型化とコストダウンを図ることが きる。

 また、車両に搭載され、前記第1の負荷は 該車両の動力源である電動機であることを特 徴とする。

 かかる本発明によれば、前記二次電池に る前記電動機への電力供給のアシストを行 ことにより、前記燃料電池及び前記蓄電手 の体積を減少させることができるため、前 車両の電源スペースを小さくすることがで る。

 また、車両に搭載され、前記第1の負荷は 、前記車両の車軸と連結された電動機であっ て、前記車両の動力源であると共に前記車両 の減速時に発電機として作動して回生電力を 出力し、前記昇圧手段は、前記電動機から前 記蓄電手段に通電する機能を有して、前記電 力供給制御手段は、前記昇圧手段を介して前 記回生電力を前記蓄電手段に供給する第1の 電と、前記電圧変換手段を介して前記回生 力を前記二次電池に供給する第2の充電とを 行することを特徴とする。

 かかる本発明によれば、前記電動機の回 電力により前記蓄電手段と前記二次電池を 電することによって、前記蓄電手段と前記 次電池の充電量を効率良く確保することが きる。

 また、前記回生電力を検知する回生電力 知手段を備え、前記電力供給制御手段は、 回生電力検知手段により検知される前記回 電力のレベルに応じて、前記第1の充電によ り前記蓄電手段に供給する回生電力と、前記 第2の充電により前記二次電池に供給する回 電力の分配割合を決定することを特徴とす 。

 かかる本発明によれば、前記電動機の回 電力のレベルに応じて、例えば、前記回生 力のレベルが小さいときは、前記第1の充電 のみを実行して前記蓄電手段のみを充電し、 前記回生電力のレベルが大きいときには、前 記第1の充電と前記第2の充電とを、回生電力 所定の分配割合としてを実行する等の充電 様が可能となる。この際、前記第1の充電と 前記第2の充電のために、それぞれの最適な 生出力電圧値に調整される。

 また、前記蓄電手段がキャパシタである とを特徴とする。

 かかる本発明によれば、出力電圧範囲が いキャパシタを前記燃焼電池と並列に直結 ることにより、前記燃料電池を広い出力電 範囲で使用することができる。また、キャ シタの内部抵抗は、二次電池等の他の種類 蓄電手段よりも低いため、キャパシタの充 電を速やかに行って、前記燃焼電池の出力 効率良くアシストすることができる。

 また、前記昇圧手段の出力部と並列に接 されると共に、前記燃料電池を作動させる めの補機を少なくとも含む第2の負荷に接続 されて、前記蓄電手段から前記第2の負荷に 力が供給されることを特徴とする。

 かかる本発明によれば、前記昇圧手段に る出力電圧を制御することによって、前記 電手段の電力出力と充電を行なうことがで る。

本発明の第1の実施形態における燃料電 池電源装置の構成図。 図1に示した燃料電池電源装置による電 力供給の態様を示した説明図。 燃料電池自動車の走行状態に応じた電 供給の態様の説明図。 燃料電池自動車の走行状態に応じた電 供給の態様の説明図。 燃料電池自動車の走行状態に応じた回 電力の回収態様の説明図。 本発明の第2の実施形態及び第3の実施 態における燃料電池電源装置の構成図。

 本発明の実施形態について、図1~図6を参 して説明する。

 [第1の実施形態]図1~図5を参照して、本発 の第1の実施形態について説明する。図1は 1の実施形態における燃料電池電源装置の全 構成図、図2は図1に示した燃料電池電源装 による電力供給の態様を示した説明図、図3~ 図4は燃料電池自動車の走行状態に応じた電 供給の態様の説明図、図5は燃料電池自動車 走行状態に応じた回生電力の回収態様の説 図である。

 図1を参照して、第1の実施の形態の燃料 池電源装置A1は、燃料電池車両(本発明の車 に相当する)に搭載されるものである。そし 、燃料電池電源装置A1は、燃料電池1、燃料 池1と並列に接続された電気二重層キャパシ タ2(本発明の蓄電手段に相当する。以下、単 キャパシタ2という)、入力部が燃料電池1及 キャパシタ2に接続されると共に、出力部が PDU(Power Drive Unit)4を介して電動機5(本発明の 1の負荷に相当する)に接続された昇圧手段3( Voltage Boost Unit)、及び入力部が昇圧手段3に 続されると共に出力部が二次電池21(本第1の 施形態では、リチウムイオンバッテリを使 )に接続された電圧変換手段20を備えている

 また、燃料電池電源装置A1は、燃料電池1 作動を制御する燃料電池制御手段10と、昇 手段3及び電圧変換手段20の作動を制御して 燃料電池1とキャパシタ2と二次電池21から電 機5への電力供給と、キャパシタ2及び二次 池21の充電とを行う電力供給制御手段30とを えている。

 なお、燃料電池制御手段10と電力供給制 手段30は、マイクロコンピュータ(図示しな )に燃料電池電源装置の制御プログラムを実 させることにより構成される。また、燃料 池制御手段10は、燃料電池1に備えられた各 センサ、及びキャパシタ2に備えられた各種 センサと接続され、これらのセンサから出力 される検出信号を入力して、燃料電池1及び ャパシタ2の作動状態を検知する。

 燃料電池制御手段10に備えられた電力検 手段11は、燃料電池1に備えられた電圧セン 及び電流センサ(図示しない)の検出信号と、 キャパシタ2に備えられた電圧センサ及び電 センサ(図示しない)の検出信号とにより、燃 料電池1から出力される電力とキャパシタ2か 出力される電力を検知する。また、電圧検 手段12は、燃料電池1に備えられた電圧セン の検出信号により、燃料電池1の出力電圧を 検知する。

 また、二次電池21には、燃料電池1に反応 スである空気を供給するためのポンプ等の 機22(本発明の第2の負荷に相当する)が接続 れている。さらに、燃料電池1と昇圧手段3及 びキャパシタ2との間には、燃料電池1への電 の流入を禁止するためのダイオード6(本発 の一方向通電手段に相当する)が接続されて る。なお、ダイオードではなく、トランジ タ等の他の整流素子を用いることにより、 たは、キャパシタ2を降圧手段(ダウンコン ータ)を介して燃料電池1に接続することによ り、燃料電池1への電流の流入を禁止しても い。

 次に、図2(a)を参照して、燃料電池1は、 えば燃料電池スタックを250個直列に接続し 構成され、出力電圧が約225V(出力電流0A)~180V( 出力電流210A)の範囲で変動するものである。 た、キャパシタ2は電気二重層キャパシタで あり、出力電圧が200Vを中心とした範囲(約下 154V~上限243Vの範囲)で変動するものである。 また、二次電池21の出力電圧は約290V~350Vの範 で変動する。

 昇圧手段3は、定格100kwで昇圧比1.5~2.4のDC/ DCコンバータである。このDC/DCコンバータは 少なくとも昇圧機能を有し、降圧機能は必 に応じて付加される。また、電圧変換手段20 は、定格10kwで昇圧比1.36~1.70の双方向DC/DCコン バータである。そして、電力供給制御手段30( 図1参照)は、燃料電池1及びキャパシタ2から 出力電力を昇圧手段3で昇圧した電力P1のみ は、電動機5に対する電力供給が不足すると に、二次電池21からの出力電力を電圧変換 段20で昇圧した電力P2を供給して、電動機5へ の電力供給をアシストする。

 図2(b)は、燃料電池1が停止した状態から 両が走行を開始するときの、電動機5への総 給電力(図中a)、二次電池21の出力電力(図中b )、燃料電池1の出力電力(図中c)、キャパシタ2 の出力電力(図中d)の変化を示したものであり 、縦軸が電力(Pw)に設定され、横軸が時間(t) 設定されている。

 図中t 0 で車両が走行を開始するときは、先ず、キャ パシタ2の出力電力dと二次電池21の出力電力b より電動機5が駆動される。また、二次電池 21の出力電力により補機22(図1参照)が作動し 燃料電池1が起動すると、燃料電池1の出力電 力cが次第に上昇する。一方、キャパシタ2の 力電力は次第に減少し、t 1 でほぼゼロとなる。また、二次電池21の出力 力も次第に減少し、t 2 でほぼゼロとなる。そして、以後は、主とし て燃料電池1の出力電力により電動機5が駆動 れる。

 次に、図3(a)、図3(b)、図4(a)、図4(b)を参照 して、車両の状態に応じた燃料電池1、キャ シタ2、及び二次電池21の電力出力の制御の 様について説明する。

 図3(a)は燃料電池1の起動時における電力 力の態様を示している。燃料電池1の起動時 電力供給制御手段30は、昇圧手段3を介して ャパシタ2からPDU4に電力P3を供給すると共に 、電圧変換手段20を介して二次電池21からPDU4 電力P4を供給する。

 この場合、キャパシタ2からの供給電力P3 二次電池21からの供給電力P4とにより、電動 機5が駆動される。そのため、二次電池21によ りアシストされる電力P4に相当する容量分に いて、キャパシタ2の容量を減少させて、キ ャパシタ2の体積を減少させることができる

 また、二次電池21から補機22(図1参照)に電 力が供給されて補機22が作動を開始し、燃料 池1への反応ガスの供給が開始されて燃料電 池1が起動する。

 次に、図3(b)は車両が平坦路を走行してい る場合のように、低負荷の状態で電動機5が 動しているときの電力出力の態様を示して る。低負荷の状態では、燃料電池1から供給 れる電力P5のみによって、電動機5の要求電 を満たすことができる。そのため、電力供 制御手段30は、電圧変換手段20の作動を停止 し、昇圧手段3を負荷の大きさに応じて作動 は停止させる。このように、燃料電池1から 供給電力P3のみによって電動機5を作動させ ことにより、高燃費を維持して車両を走行 せることができる。

 次に、図4(a)は車両が登坂路を走行してい る場合のように、高負荷の状態で電動機5が 動しているときの電力出力の態様を示して る。高負荷の状態では、燃料電池1及びキャ シタ2から供給される電力P6のみによっては 動機5の要求電力を満たすことができなくな る。

 そこで、電力供給制御手段30は、電力検 手段11により検知される燃料電池1及びキャ シタ2から供給される電力P6(本発明の第1の電 力に相当する)が、予め設定された所定電力 上となったときに、電圧変換手段20を作動さ せる。そして、二次電池21からの出力電力を 圧変換手段20で昇圧した電力P7(本発明の第2 電力に相当する)を供給して、電動機5への 力供給をアシストする。

 これにより、PDU4から電動機5に供給され 電力が増加して、電動機5に供給される電力 不足が生じることを防止することができる そして、この場合、二次電池21によりアシ トされる電力P7に相当する容量分について、 燃料電池1及びキャパシタ2の容量を減少させ 、燃料電池1及びキャパシタの体積を減少さ せることができる。

 なお、電力検知手段11により検知される 料電池1及びキャパシタ2から供給される電力 P6の増加率が所定レベル以上となったときに 電圧変換手段20を作動させるようにしても い。これにより、電力P6の急増に対して燃料 電池1の出力電力の増加が遅れるときに、二 電池21の出力電力P7によりアシストして、電 機5に対する電力供給が不足することを防止 することができる。

 次に、図4(b)は走行していた車両が停止し たときの電力出力の態様を示している。車両 が停止しているときは、電動機1が停止して 料電池1の出力電力が減少し、これに応じて 料電池1の出力電圧が上昇する。

 そこで、電力供給制御手段30は、電圧検 手段12により検知される燃料電池1の出力電 が予め設定された所定電圧以上となり、燃 電池1の出力に余裕がある状態となっている きに、電圧変換回路20を作動させ、昇圧手 3及び電圧変換手段20を介して、二次電池21を 充電する。

 これにより、二次電池21の残容量を十分 ものとして、その後の車両の走行に備える とができる。

 また、電動機5は、車両が減速する際には 発電機として機能し、電力供給制御手段30は 車両の減速時に電動機5で生じる回生電力を 回収して、該回生電力によりキャパシタ2を 電する第1の充電及び二次電池2を充電する第 2の充電を実行する。なお、電力供給制御手 30は、PDU4に備えられた電圧センサ及び電流 ンサ(図示しない)により、電動機5の回生電 を検知する。このように、電動機5の回生電 を検知する構成が、本発明の回生電力検知 段に相当する。

 図5(a)は、車両が緩やかに減速していると きのように、電動機5の回生電力が小さいと の該回生電力による充電態様を示している 回生電力が小さいときは、電力供給制御手 30は、電圧変換手段20を介した二次電池21へ 電力供給を停止し、昇圧手段3を直結(スルー )の状態とする。これにより、電動機5の回生 力G1を、入力インピーダンスが低いキャパ タ2に効率良く充電することができる。

 次に、図5(b)は車両が高速走行状態から減 速した場合のように、電動機5の回生電力が きいときの該回生電力による充電状態を示 ている。この場合、電力供給制御手段30は、 電動機5の回生電力をG2とG3に分配する。そし 、電力供給制御手段30は、回生電力G2を昇圧 手段3を介してキャパシタ2に供給してキャパ タ2を充電し、回生電力G3を電圧変換手段20 介して二次電池21に供給して二次電池21を充 する。

 電力供給制御手段30は、回生電力G2とG3の 配割合を、二次電池21の残充電容量、キャ シタ2の残充電容量、電動機5の回生電力の大 きさ等に基づいて決定する。そして、電圧変 換手段20により二次電池21に供給する電力を 限することにより、回生電力G2とG3の分配割 を制御する。

 なお、第1の実施の形態では、本発明のキ ャパシタとして電気二重層キャパシタを示し たが、本発明のキャパシタの仕様はこれらに 限定されず、他の仕様のキャパシタを用いて もよい。

 [第2の実施形態]次に、図6(a)を参照して、 本発明の第2の実施形態について説明する。 2の実施形態の燃料電池電源装置A2は、上述 た第1の実施形態の燃料電池電源装置A1のキ パシタ2を、二次電池50(本発明の蓄電手段に 当する。本第2の実施形態では、リチイムイ オンバッテリを使用している。)に置き換え ものである。なお、第1の実施形態の燃料電 電源装置A1と同様の構成については、同一 符号を付して説明を省略する。

 第2の実施形態の燃料電池電源装置A2にお ても、上述した第1の実施形態の燃料電池電 源装置A1と同様の作用効果を得ることができ 。二次電池50は、例えば、燃料電池1の動作 圧範囲が約180V~225Vであるときには、65セル リチウムイオンバッテリを直列に接続して 成される。ここで、二次電池50においては、 下限電圧を下回る放電を行なうと、活物質や 集電箔の劣化が生じるおそれがある。

 そのため、二次電池50の出力電圧の監視 行ない、燃料電池1と接続された昇圧手段3に より、燃料電池1及び二次電池50の電流出力を 制限する制御を行って、二次電池50の出力電 が下限電圧よりも低くなることを防止する とが望ましい。

 さらに、第2の実施形態の燃料電池電源装 置A2によれば、高圧補機(高電圧の供給により 動作する補機であり、燃料電池1の補機を含 。本発明の第2の負荷に相当する)51を二次電 50と並列に接続することにより、DC/DCコンバ ータ等の電圧変換回路を介することなく、二 次電池50から高圧補機51に電力を供給するこ ができる。そのため、効率良く高圧補機51を 動作させることができ、燃費向上を図ること ができる。

 [第3の実施形態]次に、図6(b)を参照して、 本発明の第3の実施形態について説明する。 3の実施形態の燃料電池電源装置A3は、上述 た第1の実施形態の燃料電池電源装置A1にお るキャパシタ50に変えて、二次電池60(本発明 の蓄電手段に相当する。本第3の実施形態で 、リチウムイオンバッテリを使用している) 昇圧手段3の出力部に並列に接続したもので ある。なお、第1の実施形態の燃料電池電源 置A1と同様の構成については、同一の符号を 付して説明を省略する。

 また、昇圧手段3及びPDU4と二次電池60との 間にコンタクタ61が設けられ、二次電池60に 高圧補機62(高電圧の供給により動作する補 であり、燃料電池1の補機を含む。本発明の 2の負荷に相当する)が接続されている。こ で、二次電池21と二次電池60とは動作電圧範 の設定が相違し、二次電池60の動作電圧範 が、二次電池21の動作電圧範囲よりも高くな っている。

 例えば、燃料電池1の動作電圧範囲が約180 V~225Vのときには、二次電池21は72セルのリチ ムイオンバッテリを直列に接続して構成さ 、二次電池60は116セルのリチウムイオンバッ テリを直列に接続して構成される。

 第3の実施形態の燃料電池電源装置A3によ ば、燃料電池1の出力電力のアシストを二次 電池21のみで行なうときは、昇圧手段3からPDU 4への出力電圧を400V以上に制御すると共に、 圧変換手段20からPDU4への出力電圧も400V以上 に制御すればよい。

 また、二次電池21と二次電池60の双方によ り、燃料電池1の出力電力のアシストを行な ときには、昇圧手段3からPDU4への出力電圧を 400V未満に制御すると共に、電圧変換手段20か らPDU4への出力電圧も400V未満に制御すること 、二次電池60の出力電力を任意に制御する とができる。

 一方、電動機5の回生電力により、二次電 池21のみを充電するときは、コンタクタ61を 状態(PDU4と二次電池60間が遮断された状態)と し、PDU4を介して電動機5から二次電池21に電 供給すればよい。

 また、電動機5の回生電力により、二次電 池21と二次電池60の双方を充電するときには コンタクタ61を閉状態(PDU4と二次電池60間が 通した状態)とし、PDU4から二次電池60への出 電圧を400V以上にすればよい。

 第3の実施形態の燃料電池電源装置A3によ ば、DC/DCコンバータ等の電圧変換回路を介 ることなく、二次電池60からPDU4に効率良く 力を供給することができる。そのため、燃 電池1の発電を停止して車両を走行させる時 、燃費の向上を図ることができる。

 また、高圧補機62が、DC/DCコンバータ等の 電圧変換回路を介さずに二次電池60に接続さ ているため、二次電池60から出力される電 により高圧補機62を効率良く動作させること ができる。

 なお、上述した第1~第3の実施形態では、 発明の燃料電池電源装置を車両の駆動源と て備えた例を示したが、電気負荷に対して 料電池の出力電力を供給する構成の燃料電 電源装置であれば、本発明の適用が可能で る。

 また、上述した第1~第3の実施形態では、 発明の第1の負荷として電動機5を示し、本 明の第2の負荷として燃料電池1の補機22を示 たが、本発明の第1の負荷及び第2の負荷は 車両に備えられた空調機器やオーディオ等 電装品や、バッテリ等であってもよい。ま 、燃料電池1の補機としては、燃料電池1に反 応ガスである空気を供給するポンプや、燃料 電池1の電解質膜を保湿するための加湿器、 料電池1のラジエータの水冷循環ポンプ等が まれる。

 また、本発明の蓄電手段として、上記第1 の実施形態ではキャパシタ2(電気二重層キャ シタ)と用い、上記第2の実施形態及び第3の 施形態では二次電池50,60(リチウムイオンバ テリ)を用いたが、他の種類の蓄電手段を用 いてもよい。

 以上のように、本発明の燃料電池電源装 によれば、高出力を維持して装置を全体的 小型化することができるため、燃料電池電 装置を構成する上で有用である。