(57)【要約】  【課題】  外部負荷を停止状態にすることなく蓄電デバイスの充電が行える燃料電池システムを提供する。  【解決手段】  燃料電池スタック１と、燃料電池スタック１に燃料を供給する燃料供給部２と、蓄電デバイスである二次電池３と、二次電池３の出力電圧を所定の電圧に変換して出力する動作（放電動作）と燃料電池スタック１の出力電力を用いて二次電池３を充電する動作（充電動作）を選択的に行う双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４と、モード制御回路５とを備える。モード制御回路５は、燃料電池スタック１の出力電圧を検出し、燃料電池スタック１の出力電圧が設定値よりも大きければ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４に充電動作をさせ、燃料電池スタック１の出力電圧が前記設定値よりも大きくなければ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４に放電動作をさせる。【選択図】      図１
2006073503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給部と、蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスの出力電圧を所定の電圧に変換して出力する動作と前記燃料電池の出力電力を用いて前記蓄電デバイスを充電する動作を選択的に行う双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、前記燃料電池と前記蓄電デバイスの並列システムである燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の出力電圧を検出し、前記燃料電池の出力電圧が予め設定している設定値よりも大きければ、前記燃料電池の出力電力を用いて前記蓄電デバイスを充電する動作を前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータにさせ、前記燃料電池の出力電圧が前記設定値よりも大きくなければ、前記蓄電デバイスの出力電圧を所定の電圧に変換して出力する動作を前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータにさせる制御部を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
燃料電池と、前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給部と、蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスの出力電圧を所定の電圧に変換して出力する動作と前記燃料電池の出力電力を用いて前記蓄電デバイスを充電する動作を選択的に行う双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、前記燃料電池と前記蓄電デバイスの並列システムである燃料電池システムにおいて、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータから外部負荷に電力が供給されているか否かを判定し、その判定結果を出力する出力電力判定部と、
前記出力電力判定部の出力に基づいて、前記蓄電デバイスの出力電圧を所定の電圧に変換して出力する動作を前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータにさせているときに前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータから前記外部負荷に電力が供給されていれば前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を前記蓄電デバイスの出力電圧を所定の電圧に変換して出力する動作のままにし、前記蓄電デバイスの出力電圧を所定の電圧に変換して出力する動作を前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータにさせているときに前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータから前記外部負荷に電力が供給されていなければ前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を前記燃料電池の出力電力を用いて前記蓄電デバイスを充電する動作に切り換えるとともに、前記燃料電池の出力電力を用いて前記蓄電デバイスを充電する動作を前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータにさせているときに前記燃料電池の出力電圧を検出し、前記燃料電池の出力電圧が予め設定している設定値よりも大きければ、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を前記燃料電池の出力電力を用いて前記蓄電デバイスを充電する動作のまましに、前記燃料電池の出力電圧が前記設定値よりも大きくなければ、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を前記蓄電デバイスの出力電圧を所定の電圧に変換して出力する動作に切り換える制御部とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作をＯＮ／ＯＦＦ制御するＯＮ／ＯＦＦ制御回路を備え、
前記ＯＮ／ＯＦＦ制御回路は、前記燃料電池の出力電圧が前記設定値以下で尚かつ所定値より大きければ前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作をＯＦＦにし、前記燃料電池の出力電圧が前記設定値より大きい又は前記所定値以下であれば前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作をＯＮにする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池の出力端と前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとが直接接続される請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記所定の電圧が、前記燃料電池の出力電力が最大であるときの前記燃料電池の出力電圧の値以上である請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
外部負荷が燃料電池システムに対して要求する電力である負荷電力を検出する負荷電力検出部と、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータから前記外部負荷に電力が供給されているか否かを判定する出力電力判定部と、
前記負荷電力検出部の検出結果及び前記出力電力判定部の判定結果を入力し、前記負荷電力が閾値未満であるにもかかわらず前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータから前記外部負荷に電力が供給されていれば、前記燃料電池に燃料を供給するように前記燃料供給部を制御する供給燃料量制御部とを備える請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料供給部が、定期的に所定量の燃料を前記燃料電池に供給するとともに、前記燃料電池において使用されなかった燃料を回収する請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
燃料電池と、前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給部とを備え、
蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスの出力電圧を所定の電圧に変換して出力する動作と前記燃料電池の出力電力を用いて前記蓄電デバイスを充電する動作を選択的に行う双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとを複数組備え、
前記複数の蓄電デバイスそれぞれが前記燃料電池と外部負荷のいずれかに接続されるかを切り換えるスイッチ部と、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記スイッチ部を制御し、前記燃料電池に接続されている前記蓄電デバイスと前記燃料電池との間に介在する前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに前記燃料電池の出力電力を用いて前記蓄電デバイスを充電する動作させ、前記外部負荷に接続されている前記蓄電デバイスと前記外部負荷との間に介在する前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに前記蓄電デバイスの出力電圧を所定の電圧に変換して出力する動作をさせる制御部とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料供給部が、前記燃料電池システムの出力に基づく電力を動作電源として用いる請求項１〜８のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
燃料電池と、蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスの出力電圧を変換する蓄電デバイス用ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記蓄電デバイスを充電する充電回路とを備え、前記燃料電池の出力端、前記蓄電デバイス用ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端、及び前記充電回路の入力端が接続される燃料電池システムであって、
前記燃料電池の出力端と前記蓄電デバイス用ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端と前記充電回路の入力端との接続点の電圧に応じて前記充電回路のオン／オフが切り替わることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１１】
燃料電池と、前記燃料電池の出力電圧を変換する燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータと、蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスの出力電圧を変換する蓄電デバイス用ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記蓄電デバイスを充電する充電回路とを備え、前記燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端、前記蓄電デバイス用ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端、及び前記充電回路の入力端が接続される燃料電池システムであって、
前記燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端と前記蓄電デバイス用ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端と前記充電回路の入力端との接続点の電圧に応じて前記充電回路のオン／オフが切り替わることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１２】
前記蓄電デバイス用ＤＣ／ＤＣコンバータが常時オンである請求項１０又は請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
燃料電池と蓄電デバイスの並列システムである燃料電池システムであって、
前記燃料電池と、前記蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスの出力電圧を変換する蓄電デバイス用ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記燃料電池を電力源として前記蓄電デバイスを充電する充電回路と、前記蓄電デバイスの放電電力及び充電電力を負荷電力に応じて制御する制御手段とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１４】
前記蓄電デバイスの残量を検出する残量検出回路と、前記残量検出回路によって検出された前記蓄電デバイスの残量が所定量以下になった場合に燃料電池システムから外部への電力供給を停止させる停止手段と、前記残量検出回路によって検出された前記蓄電デバイスの残量が所定量以下になった場合に前記蓄電デバイスを優先的に充電する手段とを備える請求項１〜１３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記残量検出回路によって検出された前記蓄電デバイスの残量が所定量以下になった場合に前記蓄電デバイスの残量が所定量以下になったことを報知する報知部を備える請求項１４に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池と蓄電デバイスを備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池と蓄電デバイスを備える燃料電池システムが種々開発されている。燃料電池と蓄電デバイスを備える燃料電池システムでは、蓄電デバイスの容量が無くならないように蓄電デバイスを充電する必要がある。
【特許文献１】特開２００４−７１２６０号公報（第７頁、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
蓄電デバイスを充電する場合、通常燃料電池システムの外部負荷を停止状態にする必要があるため、燃料電池システムを連続して使用することができる時間は蓄電デバイスの容量によって制限されるという問題があった。
【０００４】
なお、特許文献１に開示されている燃料電池と蓄電デバイスである二次電池の並列システムである燃料電池装置は、燃料電池の出力電圧が二次電池の出力電圧より高い場合に二次電池が充電されるので、外部負荷を停止状態にすることなく二次電池の充電が行える。しかしながら、特許文献１に開示されている燃料電池装置は、余剰電力（＝燃料電池の最大電力−負荷電力）がない場合でも二次電池を充電してしまうので、負荷への電力供給が不十分になるおそれがあった。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑み、外部負荷を停止状態にすることなく蓄電デバイスの充電が行える燃料電池システム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本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給部と、蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスの出力電圧を所定の電圧に変換して出力する動作と前記燃料電池の出力電力を用いて前記蓄電デバイスを充電する動作を選択的に行う双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、前記燃料電池と前記蓄電デバイスの並列システムである燃料電池システムであって、前記燃料電池の出力電圧を検出し、前記燃料電池の出力電圧が予め設定している設定値よりも大きければ、前記燃料電池の出力電力を用いて前記蓄電デバイスを充電する動作を前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータにさせ、前記燃料電池の出力電圧が前記設定値よりも大きくなければ、前記蓄電デバイスの出力電圧を所定の電圧に変換して出力する動作を前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータにさせる制御部を備える構成（以下、第一の構成ともいう）としている。前記蓄電デバイスとしては、例えば二次電池や電気二重層コンデンサ等が挙げられる。
【０００７】
上記構成によると、外部負荷を停止状態にすることなく蓄電デバイスの充電が行える。また、余剰電力（＝燃料電池の最大電力−負荷電力）がない場合、蓄電デバイスは充電されず蓄電デバイスから放電されるので、燃料電池の定格出力及び蓄電デバイスの定格容量の設定が適切であれば、外部負荷への電力供給が不十分になるおそれはない。
【０００８】
また、上記目的を達成するために本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給部と、蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスの出力電圧を所定の電圧に変換して出力する動作と前記燃料電池の出力電力を用いて前記蓄電デバイスを充電する動作を選択的に行う双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、前記燃料電池と前記蓄電デバイスの並列システムである燃料電池システムであって、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータから外部負荷に電力が供給されているか否かを判定し、その判定結果を出力する出力電力判定部と、前記出力電力判定部の出力に基づいて、前記蓄電デバイスの出力電圧を所定の電圧に変換して出力する動作を前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータにさせているときに前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータから前記外部負荷に電力が供給されていれば前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を前記蓄電デバイスの出力電圧を所定の電圧に変換して出力する動作のままにし、前記蓄電デバイスの出力電圧を所定の電圧に変換して出力する動作を前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータにさせているときに前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータから前記外部負荷に電力が供給されていなければ前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を前記燃料電池の出力電力を用いて前記蓄電デバイスを充電する動作に切り換えるとともに、前記燃料電池の出力電力を用いて前記蓄電デバイスを充電する動作を前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータにさせているときに前記燃料電池の出力電圧を検出し、前記燃料電池の出力電圧が予め設定している設定値よりも大きければ、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を前記燃料電池の出力電力を用いて前記蓄電デバイスを充電する動作のまましに、前記燃料電池の出力電圧が前記設定値よりも大きくなければ、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を前記蓄電デバイスの出力電圧を所定の電圧に変換して出力する動作に切り換える制御部とを備える構成としている。前記蓄電デバイスとしては、例えば二次電池や電気二重層コンデンサ等が挙げられる。
【０００９】
このような構成によると、外部負荷を停止状態にすることなく蓄電デバイスの充電が行える。また、余剰電力（＝燃料電池の最大電力−負荷電力）がない場合、蓄電デバイスは充電されず蓄電デバイスから放電されるので、燃料電池の定格出力及び蓄電デバイスの定格容量の設定が適切であれば、外部負荷への電力供給が不十分になるおそれはない。
【００１０】
また、上記第一の構成の燃料電池システムにおいて、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作をＯＮ／ＯＦＦ制御するＯＮ／ＯＦＦ制御回路を備え、前記ＯＮ／ＯＦＦ制御回路が、前記燃料電池の出力電圧が前記設定値以下で尚かつ所定値より大きければ前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作をＯＦＦにし、前記燃料電池の出力電圧が前記設定値より大きい又は前記所定値以下であれば前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作をＯＮにするようにしてもよい。なお、前記所定値は、前記所定の電圧より若干大きい値にする。
【００１１】
このような構成によると、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが放電モードにおいて外部負荷に電力を供給するとき及び充電モードのときのみ前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが動作するので、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが放電モードにおいて外部負荷に電力を供給しないときに前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて無駄な電力が消費されなくなり、燃料電池システムの効率を向上させることができる。
【００１２】
また、燃料電池システムの効率向上の観点から、上記いずれかの構成の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の出力端と前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとが直接接続されるようにしてもよい。このような構成によると、前記燃料電池の出力側に逆流防止ダイオードが接続されないので、逆流防止ダイオードでの電力損失分だけ燃料電池システムの効率を向上させることができる。
【００１３】
また、上記いずれかの構成の燃料電池システムにおいて、前記所定の電圧を、前記燃料電池の出力電力が最大であるときの前記燃料電池の出力電圧の値以上にするようにしてもよい。この様な構成によると、前記燃料電池の出力電力が最大であるときの前記燃料電池の出力電圧の値より小さい電圧領域で前記燃料電池が動作することがないので、燃料電池の寿命が低下するおそれがなくなる。
【００１４】
また、上記いずれかの構成の燃料電池システムにおいて、外部負荷が燃料電池システムに対して要求する電力である負荷電力を検出する負荷電力検出部と、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータから前記外部負荷に電力が供給されているか否かを判定する出力電力判定部と、前記負荷電力検出部の検出結果及び前記出力電力判定部の判定結果を入力し、前記負荷電力が閾値未満であるにもかかわらず前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータから前記外部負荷に電力が供給されていれば、前記燃料電池に燃料を供給するように前記燃料供給部を制御する供給燃料量制御部とを備えるようにしてもよい。
【００１５】
このような構成によると、前記負荷電力が閾値未満であるにもかかわらず前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータから前記外部負荷に電力が供給されていれば、前記燃料電池に燃料が供給されるので、燃料電池の燃料不足を解消することができる。
【００１６】
また、上記いずれかの構成の燃料電池システムにおいて、前記燃料供給部が、定期的に所定量の燃料を前記燃料電池に供給するとともに、前記燃料電池において使用されなかった燃料を回収してもよい。これにより、未使用燃料を再利用することができる。
【００１７】
また、上記目的を達成するために本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給部とを備え、蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスの出力電圧を所定の電圧に変換して出力する動作と前記燃料電池の出力電力を用いて前記蓄電デバイスを充電する動作を選択的に行う双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとを複数組備え、前記複数の蓄電デバイスそれぞれが前記燃料電池と外部負荷のいずれかに接続されるかを切り換えるスイッチ部と、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記スイッチ部を制御し、前記燃料電池に接続されている前記蓄電デバイスと前記燃料電池との間に介在する前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに前記燃料電池の出力電力を用いて前記蓄電デバイスを充電する動作させ、前記外部負荷に接続されている前記蓄電デバイスと前記外部負荷との間に介在する前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに前記蓄電デバイスの出力電圧を所定の電圧に変換して出力する動作をさせる制御部とを備える構成としている。前記蓄電デバイスとしては、例えば二次電池や電気二重層コンデンサ等が挙げられる。
【００１８】
このような構成によると、外部負荷を停止状態にすることなく蓄電デバイスの充電が行える。また、燃料電池の定格出力、蓄電デバイスの定格容量、並びにスイッチ部の選択切換基準の設定が適切であれば、外部負荷への電力供給が不十分になるおそれはない。
【００１９】
また、上記いずれかの構成の燃料電池システムにおいて、前記燃料供給部が、前記燃料電池システムの出力に基づく電力を動作電源として用いるようにしてもよい。これにより、燃料供給部用の電源を別途設ける必要がなくなる。
【００２０】
また、上記目的を達成するために本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスの出力電圧を変換する蓄電デバイス用ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記蓄電デバイスを充電する充電回路とを備え、前記燃料電池の出力端、前記蓄電デバイス用ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端、及び前記充電回路の入力端が接続される燃料電池システムであって、前記燃料電池の出力端と前記蓄電デバイス用ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端と前記充電回路の入力端との接続点の電圧に応じて前記充電回路のオン／オフが切り替わるようにしている。前記蓄電デバイスとしては、例えば二次電池や電気二重層コンデンサ等が挙げられる。
【００２１】
このような構成によると、外部負荷を停止状態にすることなく蓄電デバイスの充電が行える。さらに、蓄電デバイスを放電する回路である前記蓄電デバイス用ＤＣ／ＤＣコンバータと蓄電デバイスを充電する回路である前記充電回路とが別個に設けられているので、負荷急変に追従し易くなる。さらに、前記蓄電デバイス用ＤＣ／ＤＣコンバータを常時オンにすると、負荷が急激に増大した場合の負荷急変に対する追従性が向上する。
【００２２】
また、上記目的を達成するために本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池の出力電圧を変換する燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータと、蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスの出力電圧を変換する蓄電デバイス用ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記蓄電デバイスを充電する充電回路とを備え、前記燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端、前記蓄電デバイス用ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端、及び前記充電回路の入力端が接続される燃料電池システムであって、前記燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端と前記蓄電デバイス用ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端と前記充電回路の入力端との接続点の電圧に応じて前記充電回路のオン／オフが切り替わるようにしている。前記蓄電デバイスとしては、例えば二次電池や電気二重層コンデンサ等が挙げられる。
【００２３】
このような構成によると、外部負荷を停止状態にすることなく蓄電デバイスの充電が行える。さらに、蓄電デバイスを放電する回路である前記蓄電デバイス用ＤＣ／ＤＣコンバータと蓄電デバイスを充電する回路である前記充電回路とが別個に設けられているので、負荷急変に追従し易くなる。さらに、前記蓄電デバイス用ＤＣ／ＤＣコンバータを常時オンにすると、負荷が急激に増大した場合の負荷急変に対する追従性が向上する。
【００２４】
また、上記目的を達成するために本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と蓄電デバイスの並列システムであって、前記燃料電池と、前記蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスの出力電圧を変換する蓄電デバイス用ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記燃料電池を電力源として前記蓄電デバイスを充電する充電回路と、前記蓄電デバイスの放電電力及び充電電力を負荷電力に応じて制御する制御手段とを備えるようにしている。
【００２５】
このような構成によると、外部負荷を停止状態にすることなく蓄電デバイスの充電が行える。さらに、蓄電デバイスを放電する回路である前記蓄電デバイス用ＤＣ／ＤＣコンバータと蓄電デバイスを充電する回路である前記充電回路とが別個に設けられているので、負荷急変に追従し易くなる。また、前記蓄電デバイスの放電電力及び充電電力を負荷電力に応じて制御するので、前記燃料電池の出力電力を一定に保つことが可能となる。なお、負荷電力に応じた制御を行うために、前記制御手段は負荷電力を検出する負荷電力検出回路を備える必要があるが、負荷電圧が一定の場合は負荷電力検出回路の代わりに負荷電流を検出する負荷電流検出回路を用いることも可能である。
【００２６】
また、上記各構成の燃料電池システムにおいて、蓄電デバイスの残量不足によるシステム起動不能を防止する観点から、前記蓄電デバイスの残量を検出する残量検出回路と、前記残量検出回路によって検出された前記蓄電デバイスの残量が所定量以下になった場合に燃料電池システムから外部への電力供給を停止させる停止手段と、前記残量検出回路によって検出された前記蓄電デバイスの残量が所定量以下になった場合に前記蓄電デバイスを優先的に充電する手段とを備えるようにしてもよい。さらに、ユーザが故障であると誤認することを防止するために、前記残量検出回路によって検出された前記蓄電デバイスの残量が所定量以下になった場合に前記蓄電デバイスの残量が所定量以下になったことを報知する報知部を備えることが望ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によると、外部負荷を停止状態にすることなく蓄電デバイスの充電が行える燃料電池システムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の一実施形態について図面を参照して以下に説明する。本発明に係る燃料電池システムの一構成例を図１に示す。図１に示す本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と蓄電デバイスの並列システムであって、燃料電池スタック１と、燃料供給部２と、蓄電デバイスである二次電池３と、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４と、モード制御回路５とを備えている。燃料供給部２は、定期的に所定量の燃料を燃料電池スタック１に供給するとともに、燃料電池スタック１において使用されなかった燃料を回収する。二次電池３の正極が双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４の一端に接続される。また、燃料電池スタック１の出力端と双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４の他端が共通接続され、負荷６に接続される。モード制御回路５は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４のモードを制御する。
【００２９】
なお、燃料供給部２は、燃料電池システムの出力に基づく電力を動作電源として用いる。即ち、図１では説明の便宜上燃料供給部２と負荷６とを分けて図示しているが、実際には燃料供給部２が負荷６の一部を構成している。
【００３０】
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、二次電池３の充放電を可能とする構成である。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、放電モード時に二次電池３の出力電圧を昇圧して負荷６に出力する一方、充電モード時に燃料電池スタック１から供給される電圧を降圧して二次電池３に出力する。
【００３１】
ここで、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４の一構成例を図２に示す。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、二次電池３（図２において不図示）に接続される端子４Ａと、コイル４Ｂと、コンデンサ４Ｃと、放電用スイッチング素子４Ｄと、充電用スイッチング素子４Ｅと、コンデンサ４Ｆと、燃料電池スタック１（図２において不図示）及び負荷６（図２において不図示）に接続される端子４Ｇとによって構成される。放電用スイッチング素子４Ｄは、ＭＯＳＦＥＴ（絶縁ゲート型の電界効果トランジスタ）及びコイル４Ｂ側をカソードとしたダイオードからなる。また、充電用スイッチング素子４Ｅは、ＭＯＳＦＥＴ及びコイル４Ｂ側をアノードとしたダイオードからなる。端子４Ａは、コイル４Ｂの一端及びコンデンサ４Ｃの一端に接続される。コイル４Ｂの他端は、放電用スイッチング素子４Ｄの一端及び充電用スイッチング素子４Ｅの一端に接続される。コンデンサ４Ｃの他端及び放電用スイッチング素子４Ｄの他端は二次電池３及び燃料スタック１の負極と同電位である。充電用スイッチング素子４Ｅの他端はコンデンサ４Ｆの一端及び端子４Ｇに接続され、コンデンサ４Ｆの他端は二次電池３及び燃料スタック１の負極と同電位である。
【００３２】
放電モード時には、放電用スイッチング素子４Ｄを構成するＭＯＳＦＥＴがオンで且つ充電用スイッチング素子４Ｅを構成するＭＯＳＦＥＴがオフの状態で、二次電池３（図２において不図示）の出力電圧によってコイル４Ｂにエネルギーが蓄えられる。その後、放電用スイッチング素子４Ｄを構成するＭＯＳＦＥＴがオフに切り換えられると共に充電用スイッチング素子４Ｅを構成するＭＯＳＦＥＴがオンに切り換えられると、コイル４Ｂに蓄えられたエネルギーが、充電用スイッチング素子４Ｅを構成するＭＯＳＦＥＴのソース−ドレイン間及び整流素子としてのダイオードを経て、コンデンサ４Ｆによって安定化されたのち端子４Ｇに接続される負荷６（図２において不図示）に供給される。この様にして昇圧放電動作が実行される。
【００３３】
一方、充電モード時には、充電用スイッチング素子４Ｅを構成するＭＯＳＦＥＴがオンで且つ放電用スイッチング素子４Ｄを構成するＭＯＳＦＥＴがオフ状態で、燃料電池スタック１（図２において不図示）から出力される電力がコイル４Ｂを経て二次電池３（図２において不図示）に供給され、充電が行われる。その後、充電用スイッチング素子４Ｅを構成するＭＯＳＦＥＴがオフに切り換えられると共に放電用スイッチング素子４Ｄを構成するＭＯＳＦＥＴがオンに切り換えられると、コンデンサ４Ｃ、並びに放電用スイッチング素子４Ｄを構成するＭＯＳＦＥＴのソース−ドレイン間及び整流素子としてのダイオードに電流が流れて、コイル４Ｂに蓄えられたエネルギーがキャンセルされる。この様にして降圧充電動作が実行される。
【００３４】
図１に示す燃料電池システムに戻り説明を続ける。燃料供給部２が定期的に所定量の燃料を燃料電池スタック１に供給するので、燃料電池スタック１の電流−電圧特性及び電流−電力特性は図３に示すようになる。図３中のＴI-V、ＴI-Pはそれぞれ燃料電池スタック１の出力電流−出力電圧特性曲線、燃料電池スタック１の出力電流−出力電力特性曲線を示している。燃料スタック１は出力電流に応じて出力電圧が変化し、出力電流が増加するほど出力電圧が低下する。出力電力が最大であるときの出力電流の値Ｉｐｍａｘは燃料供給部２から燃料電池スタック１に供給される燃料量によって決まる。
【００３５】
モード制御回路５は、燃料電池スタック１の出力電圧を検出し、燃料電池スタック１の出力電圧が予め設定しているモード切換電圧Ｖｓｗ（図３参照）よりも大きいか否かを判定する。そして、燃料電池スタック１の出力電圧がモード切換電圧Ｖｓｗよりも大きければ、余剰電力（＝燃料電池スタック１の最大出力電力−負荷６が要求する電力）が十分にあるので、モード制御回路５は双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４を充電モードにする。一方、燃料電池スタック１の出力電圧がモード切換電圧Ｖｓｗよりも大きくなければ、モード制御回路５は双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４を放電モードにする。
【００３６】
モード制御回路５が上記制御を行うことにより、負荷６を停止状態にすることなく二次電池３の充電が行える。また、余剰電力がない場合二次電池３は充電されず放電されるので、燃料電池スタック１の定格出力、二次電池３の定格容量、及び双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４の放電モードにおける出力電圧値の設定が適切であれば、負荷６への電力供給が不十分になるおそれはない。
【００３７】
なお、図３に示すように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４の放電モードにおける出力電圧設定値Ｖｏｐを、燃料電池スタック１の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック１の出力電圧の値Ｖｍｉｎ以上に設定することが望ましい。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４の放電モードにおける出力電圧設定値Ｖｏｐを、燃料電池スタック１の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック１の出力電圧の値Ｖｍｉｎ以上に設定すると、Ｖｍｉｎより小さい電圧領域（＝Ｉｐｍａｘより大きい電流領域）で燃料電池スタック１が動作することがないので、燃料電池スタック１の寿命が低下するおそれがなくなる。
【００３８】
燃料電池システムの効率向上の観点から、図１に示す本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池スタック１の出力端にアノードが接続される逆流防止ダイオードを設けない構成としている。燃料電池スタック１は二次電池のように逆充電（電圧の高い電池から電圧の低い電池への充電）することはないので、逆流防止ダイオードを設けなくても何ら問題は生じない。そして、逆流防止ダイオードを設けないことで、逆流防止ダイオードでの電力損失分だけ燃料電池システムの効率を向上させることができる。なお、燃料電池システムの効率は低下するが、逆流防止ダイオードを設ける構成にしても構わない。
【００３９】
また、図４に示すように図１の燃料電池システムにＯＮ／ＯＦＦ制御回路７を追加してもよい。ＯＮ／ＯＦＦ制御回路７は、燃料電池スタック１の出力電圧を検出し、燃料電池スタック１の出力電圧が所定値より大きいか否かを判定する。そして、ＯＮ／ＯＦＦ制御回路７は、燃料電池スタック１の出力電圧がモード切換電圧Ｖｓｗ以下で尚かつ所定値より大きければ双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４に電圧変換動作を停止させ、燃料電池スタック１の出力電圧がモード切換電圧Ｖｓｗより大きければ双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４に二次電池３の充電動作を行わせ、燃料電池スタック１の出力電圧が所定値より大きくなければ双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４に電圧変換動作を行わせる。ここで、所定値は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４の放電モードにおける出力電圧設定値Ｖｏｐより若干大きく尚かつモード切換電圧Ｖｓｗより小さい値にする。
【００４０】
これにより、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４が放電モードであっても負荷６に電力を供給しないときに、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４において無駄な電力が消費されなくなり、燃料電池システムの効率を向上させることができる。
【００４１】
なお、ＯＮ／ＯＦＦ制御回路７が二次電池３の満充電を検出し、二次電池３が満充電である場合には燃料電池スタック１の出力電圧の値にかかわらず双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４に充電動作を停止させることが望ましい。
【００４２】
逆流防止ダイオードを設けた構成の燃料電池システムであっても、上述したようにＯＮ／ＯＦＦ制御回路７を設けることで、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４が放電モードであっても負荷６に電力を供給しないときに、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４において無駄な電力が消費されなくなり、燃料電池システムの効率を向上させることができる。しかしながら、燃料電池システムの効率向上の観点から、図４に示すような逆流防止ダイオードを設けない構成が望ましい。
【００４３】
また、図５に示すように図１の燃料電池システムに負荷電力検出部８、出力電力判定部９、及び供給燃料量制御部１０を追加してもよい。
【００４４】
燃料電池スタック１に定期的に所定量の燃料を供給していても、未使用燃料の回収ロス、周辺温度上昇による蒸発等により燃料濃度が変化する。そして、燃料濃度が薄くなると、図６に示すように燃料電池スタック１の出力電流−出力電圧特性曲線、燃料電池スタック１の出力電流−出力電力特性曲線はそれぞれＴI-V’、ＴI-P’となり、燃料電池スタック１から取り出し得る電力が設計スペックよりも少なくなる。このような状態を燃料不足という。
【００４５】
負荷電力検出部８は、負荷６が燃料電池システムに対して要求する電力（以下、負荷電力という）を検出し、その検出結果を供給燃料量制御部１０に出力する。例えば、負荷６がＤＣ／ＤＣコンバータである場合、当該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は所定の設定値に固定されるので当該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を検出することによって負荷電力検出部８は負荷電力を検出することができる。
【００４６】
出力電力判定部９は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４から負荷６に電力が供給されているか否かを判定し、その判定結果を供給燃料量制御部１０に出力する。出力電力判定部９は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４の放電モードにおける入力電流または出力電流を検出し、その検出した電流の値が零でなければ双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４から負荷６に電力が供給されていると判定し、検出した電流の値が零であれば双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４から負荷６に電力が供給されていないと判定する。
【００４７】
供給燃料量制御部１０は、負荷電力が閾値Ｐｔｈ未満であるにもかかわらず双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４から負荷６に電力が供給されていれば、燃料電池の燃料不足であると判断し、不定期であっても燃料電池スタック１に燃料を供給するように燃料供給部２を制御する。なお、Ｉ0以上Ｉｏｐ未満の電流領域において、負荷電力が閾値Ｐｔｈ未満であるにもかかわらず双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４から負荷６に電力が供給される。また、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４から負荷６への電力供給が開始された際の負荷電力が小さいほど燃料電池の燃料不足量が大きいので、供給燃料量を増加させることが望ましい。
【００４８】
供給燃料量制御部１０が、負荷電力が閾値Ｐｔｈ未満であるにもかかわらず双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４から負荷６に電力が供給されている場合に、燃料電池の燃料不足であると判断し、不定期であっても燃料電池スタック１に燃料を供給するように燃料供給部２を制御するので、燃料電池の燃料不足を解消することができる。
【００４９】
なお、逆流防止ダイオードを設けた構成の燃料電池システムであっても、上述したように負荷電力検出部８、出力電力判定部９、及び供給燃料量制御部１０を設けることで、燃料電池の燃料不足を解消することができる。しかしながら、燃料電池システムの効率向上の観点から、図５に示すような逆流防止ダイオードを設けない構成が望ましい。
【００５０】
次に、本発明に係る燃料電池システムの他の構成例を図７に示す。なお、図７において図１と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。図７に示す燃料電池システムは、図１に示す燃料電池システムのモード制御回路５をモード制御回路５’に置換すると共に、出力電力判定部１１を追加した構成である。
【００５１】
出力電力判定部１１は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４から負荷６に電力が供給されているか否かを判定し、その判定結果をモード制御回路５’に出力する。出力電力判定部１１は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４の放電モードにおける入力電流または出力電流を検出し、その検出した電流の値が零でなければ双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４から負荷６に電力が供給されていると判定し、検出した電流の値が零であれば双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４から負荷６に電力が供給されていないと判定する。
【００５２】
モード制御回路５’は、出力電力判定部１１の出力に基づいて、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４を放電モードにしているときに双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４から負荷６に電力が供給されていれば双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４のモードを放電モードに維持し、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４を放電モードにしているときに双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４から負荷６に電力が供給されていなければ双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４のモードを充電モードに移行させる。また、モード制御回路５’は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４を充電モードにしているときに燃料電池スタック１の出力電圧を検出し、燃料電池スタック１の出力電圧が予め設定しているモード切換電圧Ｖｓｗ（図３参照）よりも大きいか否かを判定する。そして、燃料電池スタック１の出力電圧がモード切換電圧Ｖｓｗよりも大きければ、モード制御回路５’は双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４のモードを充電モードに維持する。一方、燃料電池スタック１の出力電圧がモード切換電圧Ｖｓｗよりも大きくなければ、モード制御回路５’は双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４のモードを放電モードに移行させる。
【００５３】
モード制御回路５’が上記制御を行うことにより、負荷６を停止状態にすることなく二次電池３の充電が行える。また、余剰電力がない場合二次電池３は充電されず放電されるので、燃料電池スタック１の定格出力、二次電池３の定格容量、及び双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４の放電モードにおける出力電圧値の設定が適切であれば、負荷６への電力供給が不十分になるおそれはない。
【００５４】
なお、図３に示すように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４の放電モードにおける出力電圧設定値Ｖｏｐを、燃料電池スタック１の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック１の出力電圧の値Ｖｍｉｎ以上に設定することが望ましい。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４の放電モードにおける出力電圧設定値Ｖｏｐを、燃料電池スタック１の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック１の出力電圧の値Ｖｍｉｎ以上に設定すると、Ｖｍｉｎより小さい電圧領域（＝Ｉｐｍａｘより大きい電流領域）で燃料電池スタック１が動作することがないので、燃料電池スタック１の寿命が低下するおそれがなくなる。
【００５５】
燃料電池システムの効率向上の観点から、図７に示す本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池スタック１の出力端にアノードが接続される逆流防止ダイオードを設けない構成としている。燃料電池スタック１は二次電池のように逆充電（電圧の高い電池から電圧の低い電池への充電）することはないので、逆流防止ダイオードを設けなくても何ら問題は生じない。そして、逆流防止ダイオードを設けないことで、逆流防止ダイオードでの電力損失分だけ燃料電池システムの効率を向上させることができる。なお、燃料電池システムの効率は低下するが、逆流防止ダイオードを設ける構成にしても構わない。
【００５６】
また、図８に示すように図７の燃料電池システムに負荷電力検出部８、出力電力判定部９、及び供給燃料量制御部１０を追加してもよい。
【００５７】
燃料電池スタック１に定期的に所定量の燃料を供給していても、未使用燃料の回収ロス、周辺温度上昇による蒸発等により燃料濃度が変化する。そして、燃料濃度が薄くなると、図６に示すように燃料電池スタック１の出力電流−出力電圧特性曲線、燃料電池スタック１の出力電流−出力電力特性曲線はそれぞれＴI-V’、ＴI-P’となり、燃料電池スタック１から取り出し得る電力が設計スペックよりも少なくなる。このような状態を燃料不足という。
【００５８】
負荷電力検出部８は、負荷６が燃料電池システムに対して要求する電力（以下、負荷電力という）を検出し、その検出結果を供給燃料量制御部１０に出力する。例えば、負荷６がＤＣ／ＤＣコンバータである場合、当該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は所定の設定値に固定されるので当該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を検出することによって負荷電力検出部８は負荷電力を検出することができる。
【００５９】
出力電力判定部９は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４から負荷６に電力が供給されているか否かを判定し、その判定結果を供給燃料量制御部１０に出力する。出力電力判定部９は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４の放電モードにおける入力電流または出力電流を検出し、その検出した電流の値が零でなければ双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４から負荷６に電力が供給されていると判定し、検出した電流の値が零であれば双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４から負荷６に電力が供給されていないと判定する。
【００６０】
供給燃料量制御部１０は、負荷電力が閾値Ｐｔｈ未満であるにもかかわらず双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４から負荷６に電力が供給されていれば、燃料電池の燃料不足であると判断し、不定期であっても燃料電池スタック１に燃料を供給するように燃料供給部２を制御する。なお、Ｉ0以上Ｉｏｐ未満の電流領域において、負荷電力が閾値Ｐｔｈ未満であるにもかかわらず双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４から負荷６に電力が供給される。また、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４から負荷６への電力供給が開始された際の負荷電力が小さいほど燃料電池の燃料不足量が大きいので、供給燃料量を増加させることが望ましい。
【００６１】
供給燃料量制御部１０が、負荷電力が閾値Ｐｔｈ未満であるにもかかわらず双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４から負荷６に電力が供給されている場合に、燃料電池の燃料不足であると判断し、不定期であっても燃料電池スタック１に燃料を供給するように燃料供給部２を制御するので、燃料電池の燃料不足を解消することができる。
【００６２】
なお、逆流防止ダイオードを設けた構成の燃料電池システムであっても、上述したように負荷電力検出部８、出力電力判定部９、及び供給燃料量制御部１０を設けることで、燃料電池の燃料不足を解消することができる。しかしながら、燃料電池システムの効率向上の観点から、図８に示すような逆流防止ダイオードを設けない構成が望ましい。また、出力電力判定部９と出力電力判定部１１とは同一の機能を有する回路であるので、両者を統合することが望ましい。
【００６３】
次に、本発明に係る燃料電池システムの更に他の構成例を図９に示す。なお、図９において図１と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００６４】
図９に示す燃料電池システムは、燃料電池スタック１と、燃料供給部２と、二次電池３ａ及び３ｂと、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａ及び４ｂと、スイッチ１２ａ及びスイッチ１２ｂと、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａ及び４ｂ並びにスイッチ１２ａ及びスイッチ１２ｂを制御する制御回路（図示せず）とを備えている。
【００６５】
二次電池３ａの正極が双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａの一端に接続される。スイッチ１２ａによって燃料電池スタック１、負荷６のいずれかが選択されて双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａの他端と電気的に接続される。
【００６６】
二次電池３ｂの正極が双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｂの一端に接続される。スイッチ１２ｂによって燃料電池スタック１、負荷６のいずれかが選択されて双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｂの他端と電気的に接続される。
【００６７】
なお、スイッチ１２ａが負荷６を選択しているときにはスイッチ１２ｂは燃料電池スタック１を選択し、スイッチ１２ａが燃料電池スタック１を選択しているときにはスイッチ１２ｂは負荷６を選択するようにする。また、スイッチ１２ａが負荷６を選択しているときには双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａを放電モードにし、スイッチ１２ａが燃料電池スタック１を選択しているときには双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ａを充電モードにする。また、スイッチ１２ｂが負荷６を選択しているときには双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｂを放電モードにし、スイッチ１２ｂが燃料電池スタック１を選択しているときには双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ４ｂを充電モードにする。
【００６８】
更に、スイッチ１２ａが負荷６を選択している場合に二次電池３ａの容量が所定値以下になると、スイッチ１２ａが選択を切り換えて燃料電池スタック１を選択するようにし、スイッチ１２ｂが負荷６を選択している場合に二次電池３ｂの容量が所定値以下になると、スイッチ１２ｂが選択を切り換えて燃料電池スタック１を選択するようにする。
【００６９】
これにより、負荷６を停止状態にすることなく二次電池３ａ及び３ｂの充電が行える。また、燃料電池スタック１の定格出力、二次電池３ａ及び３ｂの定格容量、並びにスイッチ１２ａ及び１２ｂの選択切換基準の設定が適切であれば、負荷６への電力供給が不十分になるおそれはない。
【００７０】
また、例えば燃料電池スタック１をＤＭＦＣ（Direct Methanol Fuel Cell）スタックにすると、ＤＭＦＣの燃料であるメタノールの持つエネルギーが大きいため、二次電池だけで構成する電池システムよりも図９に示す燃料電池システムの方が機器の小型化を図ることができる。
【００７１】
また、燃料電池スタック１が一定電力を出力するようにし、燃料供給部２によって回収される燃料が無いようにすることが、燃料電池システムの効率向上の観点から望ましい。
【００７２】
本発明の範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。例えば、図４に示す構成と図５に示す構成を組み合わせた燃料電池システムを構成してもよく、図９に示す燃料電池システムの二次電池、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、及びスイッチを二組ではなく三組以上にしても構わない。
【００７３】
上述した双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを備える本発明に係る燃料電池システムでは、負荷が急激に増大した場合、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの充電モードから放電モードへの切換時間があるために充電から放電への切換が瞬時に行えず、負荷急変に追従できないおそれがある。
【００７４】
かかる問題を解決するため、以下の実施形態では、二次電池充電回路と二次電池放電回路を別個に設けている。さらに、負荷が急激に増大したときの負荷急変に対する追従性を向上させるために、二次電池放電回路を常時ＯＮにしている。
【００７５】
負荷急変に追従可能である本発明に係る燃料電池システムの一構成例を図１０に示す。
【００７６】
図１０に示す本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と蓄電デバイスの並列システムであって、燃料電池スタック１１と、燃料供給部１２と、蓄電デバイスである二次電池１３と、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１４と、二次電池放電回路である二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５と、二次電池充電回路１６と、システム出力端子１７と、電流検出回路１８と、マイクロコンピュータ１９とを備えている。システム出力端子１７は正極端子と負極端子から成る直流出力端子である。
【００７７】
燃料供給部１２は、定期的に所定量の燃料を燃料電池スタック１１に供給するとともに、燃料電池スタック１１において使用されなかった燃料を回収する。燃料電池スタック１１が燃料電池スタック１１の出力電流を検出する電流検出回路１８を介して燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の入力端に接続され、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の正極出力端がシステム出力端子１７の正極端子に接続される。二次電池１３が二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の入力端と二次電池充電回路１６の出力端それぞれに接続され、二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の正極出力端と二次電池充電回路１６の正極入力端がそれぞれシステム出力端子１７の正極端子に接続される。また、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の負極出力端、二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の負極出力端、及び二次電池充電回路１６の負極入力端がそれぞれシステム出力端子１７の負極端子に接続される。マイクロコンピュータ１９は電流検出回路１８の検出結果に基づいて燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を制御する。図１０に示す本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池システムの出力に基づく電力を燃料供給部１２の動作電源として用いており、システム起動時には二次電池１３の出力に基づく電力により燃料供給部１２を動作させている。
【００７８】
システム出力端子１７が電気機器（負荷）の直流入力端子に接続されることで、図１０に示す本発明に係る燃料電池システムから電気機器に電力が供給される。
【００７９】
燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、燃料電池スタック１１から出力される直流電圧を原則として所定値（ＰＶ１）の直流電圧に昇圧して出力し、二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は二次電池１３から出力される直流電圧を所定値（ＰＶ２）の直流電圧に昇圧して出力する。なお、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧値（ＰＶ１）が二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の出力電圧値（ＰＶ２）より大きく設定されている。これにより、原則として燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電力のみがシステム出力端子１７を介して電気機器に供給される。二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は、システム動作中常時ＯＮになっているが、原則としてシステム出力端子１７を介して出力電力を電気機器に供給せず、いわゆる待機状態になっている。
【００８０】
ただし、電気機器の要求する電力の増大により燃料電池スタック１１の出力電流が増大して制限値ＩLIMに達すると、マイクロコンピュータ１９は燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の昇圧比を固定し、その結果、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧が所定値（ＰＶ２）まで低下する。これにより、燃料電池スタック１１の出力電流が制限値ＩLIMに達すると、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧値と二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の出力電圧値とがともに所定値（ＰＶ２）になり、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電力と二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の出力電力がシステム出力端子１７を介して電気機器に供給され、燃料電池スタック１１の出力電流が制限値ＩLIMでクランプされる。
【００８１】
二次電池充電回路１６は、余剰電力（＝燃料電池スタック１１の出力電力−燃料電池システムでの消費電力−電気機器の要求する電力）がある場合にＯＮになり、余剰電力がない場合にＯＦＦになる。二次電池充電回路１６は、入力端電圧すなわちシステム出力端子１７の電圧を監視しており、システム出力端子１７の電圧が所定値（ＰＶ１）であればＯＮになり、システム出力端子１７の電圧が所定値（ＰＶ２）であればＯＦＦ（ただし、システム出力端子１７の電圧監視部とＯＮ／ＯＦＦ切換制御部は常時ＯＮ）になる。したがって、二次電池充電回路１６は、余剰電力があるときに余剰電力を用いて二次電池１３を充電する。
【００８２】
上述した制限値ＩLIMは、初期状態において燃料電池スタック１１の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック１１の出力電流の値Ｉｐｍａｘ以下に設定する（図１１を参照）。これにより、Ｉｐｍａｘより大きい電流領域で燃料電池スタック１１が動作することがなくなるので、初期状態において燃料電池スタック１１の寿命が低下するおそれがなくなる。
【００８３】
燃料電池スタック１１は使用時間とともに出力が低下するという特徴を有する。このため、燃料電池スタック１１の電流−電圧特性及び電流−電力特性は図１１に示すようになる。図１１において、ＴI-V、ＴI-Pはそれぞれ燃料電池スタック１１の初期状態の出力電流−出力電圧特性曲線、燃料電池スタック１１の初期状態の出力電流−出力電力特性曲線を示しており、ＴI-V’、ＴI-P’はそれぞれ燃料電池スタック１１のＡ時間使用後の出力電流−出力電圧特性曲線、燃料電池スタック１１のＡ時間使用後の出力電流−出力電力特性曲線を示しており、ＴI-V’ ’、ＴI-P’ ’はそれぞれ燃料電池スタック１１のＢ（＞Ａ）時間使用後の出力電流−出力電圧特性曲線、燃料電池スタック１１のＢ（＞Ａ）時間使用後の出力電流−出力電力特性曲線を示している。
【００８４】
燃料電池スタック１１が上記のような特徴を有するため、燃料電池スタック１１を常に安定領域にて動作させるためには、最長使用時間（燃料電池システムの設定寿命）に達した場合でも燃料電池スタック１１が安定領域にて動作するように、最長使用時間経過時において燃料電池スタック１１の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック１１の出力電流の値以下に制限値ＩLIMを設定する必要がある。例えば、Ｂ時間を最長使用時間とした場合、制限値ＩLIMを図１１に示すように設定すると、初期状態における動作点、Ａ時間使用後における動作点、Ｂ時間使用後における動作点はそれぞれＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３となり、燃料電池スタック１１を常に安定領域にて動作させることができる。ただし、最長使用時間経過時において燃料電池スタック１１の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック１１の出力電流の値以下に制限値ＩLIMを設定すると、初期状態において燃料電池スタック１１が持っている能力を十分引き出せないという問題がある。
【００８５】
次に、負荷急変に追従可能である本発明に係る燃料電池システムの他の構成例を図１２に示す。なお、図１２において図１０と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。
【００８６】
図１２に示す本発明に係る燃料電池システムは、図１０に示す本発明に係る燃料電池システムから電流検出回路１８及びマイクロコンピュータ１９を取り除き、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に置換した構成である。
【００８７】
燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、燃料電池スタック１１から出力される直流電圧を原則として所定値（ＰＶ１）の直流電圧に昇圧して出力する。これにより、原則として燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電力のみがシステム出力端子１７を介して電気機器に供給される。二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は、システム動作中常時ＯＮになっているが、原則としてシステム出力端子１７を介して出力電力を電気機器に供給せず、いわゆる待機状態になっている。
【００８８】
ただし、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の昇圧比には上限があり、電気機器の要求する電力の増大により燃料電池スタック１１の出力電圧が低下して制限値ＶLIMに達すると、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の昇圧比が上限に達し燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧が所定値（ＰＶ２）に下がる。これにより、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電力と二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の出力電力がシステム出力端子１７を介して電気機器に供給され、燃料電池スタック１１の出力電圧が制限値ＶLIMでクランプされる。
【００８９】
二次電池充電回路１６は、余剰電力（＝燃料電池スタック１１の出力電力−燃料電池システムでの消費電力−電気機器の要求する電力）がある場合にＯＮになり、余剰電力がない場合にＯＦＦになる。二次電池充電回路１６は、入力端電圧すなわちシステム出力端子１７の電圧を監視しており、システム出力端子１７の電圧が所定値（ＰＶ１）であればＯＮになり、システム出力端子１７の電圧が所定値（ＰＶ２）であればＯＦＦ（ただし、システム出力端子１７の電圧監視部とＯＮ／ＯＦＦ切換制御部は常時ＯＮ）になる。したがって、二次電池充電回路１６は、余剰電力があるときに余剰電力を用いて二次電池１３を充電する。
【００９０】
上述した制限値ＶLIMは、初期状態において燃料電池スタック１１の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック１１の出力電圧の値Ｖｍｉｎ以上に設定する（図１３を参照）。これにより、Ｖｍｉｎより小さい電圧領域（＝Ｉｐｍａｘより大きい電流領域）で燃料電池スタック１１が動作することがなくなるので、初期状態において燃料電池スタック１１の寿命が低下するおそれがなくなる。
【００９１】
燃料電池スタック１１は使用時間とともに出力が低下するという特徴を有する。このため、燃料電池スタック１１の電流−電圧特性及び電流−電力特性は図１３に示すようになる。図１３において、ＴI-V、ＴI-Pはそれぞれ燃料電池スタック１１の初期状態の出力電流−出力電圧特性曲線、燃料電池スタック１１の初期状態の出力電流−出力電力特性曲線を示しており、ＴI-V’、ＴI-P’はそれぞれ燃料電池スタック１１のＡ時間使用後の出力電流−出力電圧特性曲線、燃料電池スタック１１のＡ時間使用後の出力電流−出力電力特性曲線を示しており、ＴI-V’ ’、ＴI-P’ ’はそれぞれ燃料電池スタック１１のＢ（＞Ａ）時間使用後の出力電流−出力電圧特性曲線、燃料電池スタック１１のＢ（＞Ａ）時間使用後の出力電流−出力電力特性曲線を示している。
【００９２】
燃料電池スタック１１が上記のような特徴を有するため、燃料電池スタック１１を常に安定領域にて動作させるためには、初期状態において燃料電池スタック１１が安定領域にて動作するように、初期状態において燃料電池スタック１１の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック１１の出力電圧の値以上に制限値ＶLIMを設定する必要がある。例えば、Ｂ時間を最長使用時間とした場合、制限値ＶLIMを図１３に示すように設定すると、初期状態における動作点、Ａ時間使用後における動作点、Ｂ時間使用後における動作点はそれぞれＯＰ４、ＯＰ５、ＯＰ６となり、燃料電池スタック１１を常に安定領域にて動作させることができる。ただし、初期状態において燃料電池スタック１１の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック１１の出力電圧の値以上に制限値ＶLIMを設定すると、使用時間が経過するにつれて燃料電池スタック１１の出力が大幅に低下するという問題がある。
【００９３】
次に、負荷急変に追従可能である本発明に係る燃料電池システムの更に他の構成例を図１４に示す。なお、図１４において図１０と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。
【００９４】
燃料電池スタック１１は使用時間とともに出力電圧が低下するという特徴を有する。このため、燃料電池スタック１１の電流−電圧特性及び電流−電力特性は図１５に示すようになる。図１５において、ＴI-V、ＴI-Pはそれぞれ燃料電池スタック１１の初期状態の出力電流−出力電圧特性曲線、燃料電池スタック１１の初期状態の出力電流−出力電力特性曲線を示しており、ＴI-V’、ＴI-P’はそれぞれ燃料電池スタック１１のＡ時間使用後の出力電流−出力電圧特性曲線、燃料電池スタック１１のＡ時間使用後の出力電流−出力電力特性曲線を示しており、ＴI-V’ ’、ＴI-P’ ’はそれぞれ燃料電池スタック１１のＢ（＞Ａ）時間使用後の出力電流−出力電圧特性曲線、燃料電池スタック１１のＢ（＞Ａ）時間使用後の出力電流−出力電力特性曲線を示している。
【００９５】
図１４に示す本発明に係る燃料電池システムは、図１０に示す本発明に係る燃料電池システムにおいて燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２１に置換した構成である。
【００９６】
二次電池充電回路１６は、余剰電力（＝燃料電池スタック１１の出力電力−燃料電池システムでの消費電力−電気機器の要求する電力）がある場合にＯＮになり、余剰電力がない場合にＯＦＦになる。二次電池充電回路１６は、入力端電圧すなわちシステム出力端子１７の電圧を監視しており、システム出力端子１７の電圧が所定値（ＰＶ１）であればＯＮになり、システム出力端子１７の電圧が所定値（ＰＶ２）であればＯＦＦ（ただし、システム出力端子１７の電圧監視部とＯＮ／ＯＦＦ切換制御部は常時ＯＮ）になる。したがって、二次電池充電回路１６は、余剰電力があるときに余剰電力を用いて二次電池１３を充電する。
【００９７】
燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は燃料電池スタック１１から出力される直流電圧を原則として所定値（ＰＶ１）の直流電圧に昇圧して出力する。なお、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧値（ＰＶ１）が二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の出力電圧値（ＰＶ２）より大きく設定されている。これにより、原則として燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電力のみがシステム出力端子１７を介して電気機器に供給される。二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は、システム動作中常時ＯＮになっているが、原則としてシステム出力端子１７を介して出力電力を電気機器に供給せず、いわゆる待機状態になっている。
【００９８】
ただし、電気機器の要求する電力の増大により燃料電池スタック１１の出力電流が増大して制限値Ｉ’LIMに達すると、マイクロコンピュータ１９は燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の昇圧比を固定し、その結果、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧が所定値（ＰＶ２）まで低下する。これにより、燃料電池スタック１１の出力電流が制限値Ｉ’LIMに達すると、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧値と二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の出力電圧値とがともに所定値（ＰＶ２）になり、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電力と二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の出力電力がシステム出力端子１７を介して電気機器に供給され、燃料電池スタック１１の出力電流が制限値Ｉ’LIMでクランプされる。
【００９９】
また、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の昇圧比には上限があり、電気機器の要求する電力の増大により燃料電池スタック１１の出力電圧が低下して制限値Ｖ’LIMに達すると、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の昇圧比が上限に達し燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧が所定値（ＰＶ２）に下がる。これにより、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電力と二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の出力電力がシステム出力端子１７を介して電気機器に供給され、燃料電池スタック１１の出力電圧が制限値Ｖ’LIMでクランプされる。
【０１００】
ここで、例えば、制限値Ｉ’LIMを、使用時間がＡ時間である場合において燃料電池スタック１１の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック１１の出力電流の値Ｉ’ｐｍａｘと同値にし、制限値Ｖ’LIMを、使用時間がＡ時間である場合において燃料電池スタック１１の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック１１の出力電圧の値Ｖ’ｍｉｎと同値に設定する。これにより、使用時間がＡ時間以下である場合は、制限値Ｉ’LIMにより、Ｉ’ｐｍａｘより大きい電流領域で燃料電池スタック１１が動作することがなくなるので、使用時間がＡ時間以下である場合において燃料電池スタック１１の寿命が低下するおそれがなくなり、使用時間がＡ時間より長い場合は、制限値Ｖ’LIMにより、Ｖ’ｍｉｎより小さい電圧領域で燃料電池スタック１１が動作することがなくなるので、使用時間がＡ時間より長い場合において燃料電池スタック１１の寿命が低下するおそれがなくなる。
【０１０１】
燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２１が上述したような動作を行うので、図１４に示す本発明に係る燃料電池システムは、初期状態でも燃料電池スタック１１の電力を十分に取り出すことができ、長時間使用後も燃料電池スタック１１の出力電力の大幅な低下を防止することができる。
【０１０２】
なお、図１０に示す本発明に係る燃料電池システムのマイクロコンピュータ１９に燃料電池システムの使用時間を測定する機能を付加し、使用時間の増加に伴って制限値ＩLIMを小さくし、各使用時間において燃料電池スタック１１の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック１１の出力電流の値以下に制限値ＩLIMを設定することで、初期状態でも燃料電池スタック１１の電力を十分に取り出すことができ、長時間使用後も燃料電池スタック１１の出力電力の大幅な低下を防止することができる。
【０１０３】
また、図１２に示す本発明に係る燃料電池システムの燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に燃料電池システムの使用時間を測定する機能を付加し、使用時間の増加に伴って昇圧比の上限を大きくして制限値ＶLIMを小さくし、各使用時間において燃料電池スタック１１の出力電力が最大であるときの燃料電池スタック１１の出力電圧の値以上に制限値ＶLIMを設定することで、初期状態でも燃料電池スタック１１の電力を十分に取り出すことができ、長時間使用後も燃料電池スタック１１の出力電力の大幅な低下を防止することができる。
【０１０４】
次に、負荷急変に追従可能である本発明に係る燃料電池システムの更に他の構成例を図１６に示す。なお、図１６において図１０と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。
【０１０５】
図１６に示す本発明に係る燃料電池システムは、図１０に示す本発明に係る燃料電池システムにおいて燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１４、二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５、二次電池充電回路１６、及びマイクロコンピュータ１９をそれぞれ燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２２、二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２３、二次電池充電回路２４、及びマイクロコンピュータ２５に置換するとともに、電流検出回路１８を取り除き、負荷電力検出回路２６を新たに設けた構成である。
【０１０６】
燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、燃料電池スタック１１から出力される直流電圧を所定値（ＰＶ１）の直流電圧に昇圧して出力するＤＣ／ＤＣコンバータである。二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は、二次電池１３から出力される直流電圧を所定値（ＰＶ２）の直流電圧に昇圧して出力してマイクロコンピュータ２５から指示された電力をシステム出力端子１７に供給するＤＣ／ＤＣコンバータである。二次電池充電回路２４は、マイクロコンピュータ２５から指示された電流値で二次電池１３を充電する充電回路である。負荷電力検出回路２６は、システム出力端子１７に接続される電気機器が燃料電池システムに対して要求する電力（以下、負荷電力という）を検出してその検出結果をマイクロコンピュータ２５に送出する回路である。
【０１０７】
以下、マイクロコンピュータ２５の動作について説明する。マイクロコンピュータ２５は、燃料電池スタック１１の目標電力値と燃料電池システムでの消費電力（燃料供給部１２の動作電力等）の値とを内蔵メモリに予め記憶している。マイクロコンピュータ２５は、燃料電池スタック１１の目標電力値から燃料電池システムでの消費電力を引いた値（以下、目標負荷供給可能電力という）と、負荷電力検出回路２６によって検出された負荷電力とを比較する。
【０１０８】
目標負荷供給可能電力が負荷電力より大きい場合、マイクロコンピュータ２５は、二次電池１３の充電電力が目標負荷供給可能電力から負荷電力を引いた値と等しくなるように、負荷電力に応じて二次電池充電回路２４の充電電流値を制御するとともに、二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の出力電圧値（ＰＶ２）を燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の出力電圧値（ＰＶ１）より小さくして、二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２３がオンであるにもかかわらず、二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２３からシステム出力端子１７に電力が供給されないようにする。
【０１０９】
一方、目標負荷供給可能電力が負荷電力より小さい場合、マイクロコンピュータ２５は、二次電池１３の放電電力が負荷電力から目標負荷供給可能電力を引いた値と等しくなるように、二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の出力電圧値（ＰＶ２）を燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の出力電圧値（ＰＶ１）と同値にし、負荷電力に応じた電力量を二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２３から出力させるとともに、二次電池充電回路２４をオフにして二次電池充電回路２４の充電電流を零にする。
【０１１０】
また、目標負荷供給可能電力と負荷電力とが等しい場合、マイクロコンピュータ２５は、二次電池１３の充電電力、放電電力がともに零になるように、二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の出力電圧値（ＰＶ２）を燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の出力電圧値（ＰＶ１）より小さくして、二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２３がオンであるにもかかわらず、二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２３からシステム出力端子１７に電力が供給されないようにするとともに、二次電池充電回路２４をオフにして二次電池充電回路２４の充電電流を零にする。
【０１１１】
上述したマイクロコンピュータ２５の動作により、燃料電池スタック１１の出力電力を目標電力値（一定値）に保つことができる。なお、負荷電圧が一定の場合は負荷電力検出回路の代わりに、システム出力端子１７に接続される電気機器が燃料電池システムに対して要求する電流（負荷電流）を検出する負荷電流検出回路を用いてもよい。
【０１１２】
なお、負荷急変に追従可能である本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータを備えていない構成であっても構わない。かかる構成の一例としては、図１０に示す本発明に係る燃料電池システムから燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１４、電流検出回路１８、及びマイクロコンピュータ１９を取り除き、燃料電池スタック１１を二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の出力端、二次電池充電回路１６の入力端、及びシステム出力端子１７に直接接続する構成が挙げられる。かかる構成の燃料電池システムでは、システム出力端子１７に接続される電気機器が燃料電池システムに対して要求する電力の増加に伴って燃料電池スタック１１の出力電圧が低下する。燃料電池スタック１１の出力電圧が二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の出力電圧まで低下すると、二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５からシステム出力端子１７に電力が供給され、燃料電池スタック１１の出力電力と二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の出力電力がシステム出力端子１７を介して電気機器に供給され、燃料電池スタック１１の出力電圧が二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の出力電圧と同一の値でクランプされる。
【０１１３】
ところで、燃料電池システムでは、燃料電池自体の温度が上昇するまで燃料電池の出力が取れないため、システム起動から燃料電池システムが出力を開始するまでに時間がかかり、燃料電池システムが出力を開始するまでは蓄電デバイスの出力で負荷を全て賄う必要がある。つまり、蓄電デバイスの残量が不足した場合、燃料電池システムは起動することができなくなる。
【０１１４】
蓄電デバイスの残量不足によるシステム起動不能を防止するために、本発明に係る燃料電池システムにおいては、蓄電デバイスの残量が所定量以下になった場合に燃料電池システムから電気機器への電力供給を停止し、蓄電デバイスを優先的に充電する手段を備えることが望ましい。
【０１１５】
例えば、蓄電デバイスの残量不足によるシステム起動不能を防止するための上記手段を図１０に示す本発明に係る燃料電池システムに付加した場合、図１７に示す構成となる。なお、図１７において図１０と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。
【０１１６】
図１７に示す本発明に係る燃料電池システムは、図１０に示す本発明に係る燃料電池システムに残量検出回路２７、制御回路２８、スイッチ２９、及び報知装置３０を新たに設けるとともに、燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力端、二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の出力端、及び二次電池充電回路１６の入力端を直接システム出力端子１７に接続せずスイッチ２９を介してシステム出力端子１７に接続した構成である。
【０１１７】
残量検出回路２７は、二次電池１３の残量を検出してその検出結果を制御回路２８に送出する。制御回路２８は、残量検出回路２７によって検出された二次電池１３の残量が所定量以下であるか否かを監視し、二次電池１３の残量が所定量以下になると通常オンであるスイッチ２９をオフにして燃料電池システムからシステム出力端子１７に接続されている電気機器への電力供給を停止し、二次電池充電回路１６を強制的にオンにして二次電池１３を優先的に充電させ、報知装置３０に二次電池１３の残量が所定量以下になっている旨を報知させる。報知装置３０がＬＥＤ等の表示装置である場合は、例えば二次電池１３の残量を表示させればよく、報知装置３０がブザー等の音出力装置である場合は、例えば二次電池１３の残量が所定量以下になっていることを知らせる警告音を出力させればよい。このような報知により、ユーザは、燃料電池システムから電気機器に電力が供給されなくなった原因を知ることができ、故障と誤認することがなくなる。
【０１１８】
なお、上述した実施形態では蓄電デバイスとして二次電池（二次電池３、３ａ、３ｂ、あるいは１３）を用いたが、二次電池の代わりに他の蓄電デバイス（例えば電気二重層コンデンサ等）を用いても構わない。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】は、本発明に係る燃料電池システムの一構成例を示す図である。
【図２】は、本発明に係る燃料電池システムが備える双方向コンバータの一構成例を示す図である。
【図３】は、燃料電池スタックの電流−電圧特性及び電流−電力特性を示す図である。
【図４】は、図１に示す燃料電池システムの変形例を示す図である。
【図５】は、図１に示す燃料電池システムの他の変形例を示す図である。
【図６】は、燃料電池スタックの電流−電圧特性及び電流−電力特性を示す図である。
【図７】は、本発明に係る燃料電池システムの他の構成例を示す図である。
【図８】は、図７に示す燃料電池システムの変形例を示す図である。
【図９】は、本発明に係る燃料電池システムの更に他の構成例を示す図である。
【図１０】は、負荷急変に追従可能である本発明に係る燃料電池システムの一構成例を示す図である。
【図１１】は、燃料電池スタックの電流−電圧特性及び電流−電力特性を示す図である。
【図１２】は、負荷急変に追従可能である本発明に係る燃料電池システムの他の構成例を示す図である。
【図１３】は、燃料電池スタックの電流−電圧特性及び電流−電力特性を示す図である。
【図１４】は、負荷急変に追従可能である本発明に係る燃料電池システムの更に他の構成例を示す図である。
【図１５】は、燃料電池スタックの電流−電圧特性及び電流−電力特性を示す図である。
【図１６】は、負荷急変に追従可能である本発明に係る燃料電池システムの更に他の構成例を示す図である。
【図１７】は、システム起動不能を防止することができる本発明に係る燃料電池システムの更に他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１、１１  燃料電池スタック
２、１２  燃料供給部
３、３ａ、３ｂ、１３  二次電池
４、４ａ、４ｂ  双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ
５、５’  モード制御回路
６  負荷
７  ＯＮ／ＯＦＦ制御回路
８  負荷電力検出部
９、１１  出力電力判定部
１０  供給燃料量制御部
１２ａ、１２ｂ  スイッチ
１４、２０、２１、２２  燃料電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ
１５、２３  二次電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ
１６、２４  二次電池放電回路
１７  システム出力端子
１８  電流検出回路
１９、２５  マイクロコンピュータ
２６  負荷電力検出回路
２７  残量検出回路
２８  制御回路
２９  スイッチ
３０  報知装置
【図１】
2006073503.tif 000003
【図２】
2006073503.tif 000004
【図３】
2006073503.tif 000005
【図４】
2006073503.tif 000006
【図５】
2006073503.tif 000007
【図６】
2006073503.tif 000008
【図７】
2006073503.tif 000009
【図８】
2006073503.tif 000010
【図９】
2006073503.tif 000011
【図１０】
2006073503.tif 000012
【図１１】
2006073503.tif 000013
【図１２】
2006073503.tif 000014
【図１３】
2006073503.tif 000015
【図１４】
2006073503.tif 000016
【図１５】
2006073503.tif 000017
【図１６】
2006073503.tif 000018
【図１７】
2006073503.tif 000019