(57)【要約】【課題】  燃料電池から出力される電圧または電流を負帰還信号として用いずに、燃料電池の発電電力を安定化することができる電源装置を提供する。【解決手段】  燃料電池１１０と、ＰＷＭ信号を基に、燃料電池１１０から出力される電圧を調節し、負荷装置２００に出力するＤＣ／ＤＣコンバータ１２０と、ＰＷＭ信号を生成してＤＣ／ＤＣコンバータ１２０に出力するスイッチングコントローラ１３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０から出力された電圧Ｖｏｕｔを計測する電圧計測器１４０と、負荷装置２００に並列接続された二次電池１５０とを備え、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、電圧Ｖｏｕｔと、電池電圧目標値Ｖｔとを用いて所定の演算を行いＰＷＭ信号のデューティー比を算出する。【選択図】      図１
2006134601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池から出力される電圧を調節し、並列接続された負荷装置に出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するＰＷＭ信号を生成して前記ＤＣ／ＤＣコンバータに出力する信号生成手段と、
前記負荷装置に並列接続された二次電池と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電圧を計測する計測手段とを備え、
前記信号生成手段は、前記燃料電池から出力される電圧の目標値を示す電池電圧目標値と、前記計測手段により計測された電圧の計測値とを基に、前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記信号生成手段は、前記電池電圧目標値と、前記計測手段により計測された電圧とを用い、式（１）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
（１）：Ｄ[％]＝（１−Ｖｔ／Ｖｏｕｔ）×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。Ｖｔは電池電圧目標値を示す。Ｖｏｕｔは計測手段により計測された電圧を示す。
【請求項３】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記信号生成手段は、前記電池電圧目標値と、前記計測手段により計測された電圧とを用い、式（２）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
（２）：Ｄ[％]＝（Ｖｔ／Ｖｏｕｔ）×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。Ｖｔは電池電圧目標値を示す。Ｖｏｕｔは計測手段により計測された電圧を示す。
【請求項４】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは反転型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記信号生成手段は、前記電池電圧目標値と、前記計測手段により計測された電圧とを用い、式（３）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
（３）：Ｄ[％]＝(１／(１−Ｖｔ／Ｖｏｕｔ))×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。Ｖｔは電池電圧目標値を示す。Ｖｏｕｔは計測手段により計測された電圧を示す。
【請求項５】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記信号生成手段は、前記電池電圧目標値と、前記計測手段により計測された電圧とを用い、式（４）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
（４）：Ｄ[％]＝(１／(１＋Ｖｔ／Ｖｏｕｔ))×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。Ｖｔは電池電圧目標値を示す。Ｖｏｕｔは計測手段により計測された電圧を示す。
【請求項６】
燃料電池と、
前記燃料電池から出力される電圧を調節し、並列接続された負荷装置に出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するＰＷＭ信号を生成して前記ＤＣ／ＤＣコンバータに出力する信号生成手段と、
前記負荷装置に並列接続された二次電池と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電流を計測する電流計測手段とを備え、
前記信号生成手段は、前記燃料電池から出力される電流の目標値を示す電池電流目標値と、前記電圧計測手段により計測された電流の計測値とを基に、前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出することを特徴とする電源装置。
【請求項７】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記信号生成手段は、前記電池電流目標値と、前記計測手段により計測された電流とを用い、式（５）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出することを特徴とする請求項６記載の電源装置。
（５）：Ｄ[％]＝（１−Ｉｏｕｔ／Ｉｔ）×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。Ｉｏｕｔは計測手段により計測された電流を示す。Ｉｔは電池電流目標値を示す。
【請求項８】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記信号生成手段は、前記電池電流目標値と、前記計測手段により計測された電流とを用い、式（６）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出することを特徴とする請求項６記載の電源装置。
（６）：Ｄ[％]＝（Ｉｏｕｔ／Ｉｔ）×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。Ｉｏｕｔは計測手段により計測された電流を示す。Ｉｔは電池電流目標値を示す。
【請求項９】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、反転型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記信号生成手段は、前記電池電流目標値と、前記計測手段により計測された電流とを用い、式（７）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出することを特徴とする請求項６記載の電源装置。
（７）：Ｄ[％]＝（１／（１−Ｉｏｕｔ／Ｉｔ））×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。Ｉｏｕｔは計測手段により計測された電流を示す。Ｉｔは電池電流目標値を示す。
【請求項１０】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記信号生成手段は、前記電池電流目標値と、前記計測手段により計測された電流とを用い、式（８）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出することを特徴とする請求項６記載の電源装置。
（８）：Ｄ[％]＝（１／（１＋Ｉｏｕｔ／Ｉｔ））×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。Ｉｏｕｔは計測手段により計測された電流を示す。Ｉｔは電池電流目標値を示す。
【請求項１１】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記信号生成手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータの電力損失を示す電力変換効率を前記電池電流目標値に基づいて算出し、算出した電力変換効率と、前記電池電流目標値と、前記計測手段により計測された電流とを用いて、式（９）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出することを特徴とする請求項６記載の電源装置。
（９）：Ｄ[％]＝（１−Ｉｏｕｔ／（η×Ｉｔ））×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。ηは電力変換効率を示す。Ｉｏｕｔは計測手段により計測された電流を示す。Ｉｔは電池電流目標値を示す。
【請求項１２】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記信号生成手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータの電力損失を示す電力変換効率を前記電池電流目標値に基づいて算出し、算出した電力変換効率と、前記電池電流目標値と、前記計測手段により計測された電流とを用いて、式（１０）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出することを特徴とする請求項６記載の電源装置。
（１０）：Ｄ[％]＝（Ｉｏｕｔ／（η×Ｉｔ））×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。ηは電力変換効率を示す。Ｉｏｕｔは計測手段により計測された電流を示す。Ｉｔは電池電流目標値を示す。
【請求項１３】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、反転型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記信号生成手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータの電力損失を示す電力変換効率を前記電池電流目標値に基づいて算出し、算出した電力変換効率と、前記電池電流目標値と、前記計測手段により計測された電流とを用いて、式（１１）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出することを特徴とする請求項６記載の電源装置。
（１１）：Ｄ[％]＝（１−（Ｉｏｕｔ／（η×Ｉｔ）））×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。ηは電力変換効率を示す。Ｉｏｕｔは計測手段により計測された電流を示す。Ｉｔは電池電流目標値を示す。
【請求項１４】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記信号生成手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータの電力損失を示す電力変換効率を前記電池電流目標値に基づいて算出し、算出した電力変換効率と、前記電池電流目標値と、前記計測手段により計測された電流とを用いて、式（１２）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出することを特徴とする請求項６記載の電源装置。
（１２）：Ｄ[％]＝（１＋（Ｉｏｕｔ／（η×Ｉｔ）））×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。ηは電力変換効率を示す。Ｉｏｕｔは計測手段により計測された電流を示す。Ｉｔは電池電流目標値を示す。
【請求項１５】
前記昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータは、
一端が前記燃料電池の正極に接続されたコイルと、
前記コイルの他端及び前記燃料電池の負極間に接続された第１のスイッチング素子と、
前記コイルの他端及び前記二次電池の正極間に接続された第２のスイッチング素子と、
前記信号生成手段から出力されるＰＷＭ信号の論理を反転させて前記第２のスイッチング素子に出力する反転回路とを備え、
前記第１及び第２のスイッチング素子は、前記ＰＷＭ信号に従って相補的にオン・オフすることを特徴とする請求項２、７、及び１１のいずれかに記載の電源装置。
【請求項１６】
前記降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータは、
一端が前記燃料電池の正極に接続された第１のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子の他端及び前記燃料電池の負極間に接続された第２のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子の他端及び前記二次電池の正極間に接続されたコイルと、
前記ＰＷＭ信号の論理を反転させて前記第２のスイッチング素子に出力する反転回路とを備え、
前記第１及び第２のスイッチング素子は、前記ＰＷＭ信号に従って相補的にオン・オフすることを特徴とする請求項３、８、及び１２のいずれかに記載の電源装置。
【請求項１７】
前記反転型のＤＣ／ＤＣコンバータは、
一端が前記燃料電池の正極に接続された第１のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子の他端及び前記燃料電池の負極間に接続されたコイルと、
前記第１のスイッチング素子の他端及び前記二次電池の正極間に接続された第２のスイッチング素子と、
前記ＰＷＭ信号の論理を反転させて前記第２のスイッチング素子に出力する反転回路とを備え、
前記第１及び第２のスイッチング素子は、前記ＰＷＭ信号に従って相補的にオン・オフすることを特徴とする請求項４、９、及び１３のいずれかに記載の電源装置。
【請求項１８】
前記昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータは、
一端が前記燃料電池の正極に接続された第１のコイルと、
前記第１のコイルの他端及び前記燃料電池の負極間に接続された第１のスイッチング素子と、
一端が前記第１のコイルの他端に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサの他端及び前記燃料電池の負極間に接続された第２のコイルと、
前記コンデンサの他端及び前記二次電池の正極間に接続された第２のスイッチング素子と、
前記ＰＷＭ信号の論理を反転させて前記第２のスイッチング素子に出力する反転回路とを備え、
前記第１及び第２のスイッチング素子は、前記ＰＷＭ信号に従って、相補的にオン・オフすることを特徴とする請求項５、１０、及び１４のいずれかに記載の電源装置。
【請求項１９】
燃料電池と、
前記燃料電池から出力される電圧を調節し、並列接続された負荷装置に出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するＰＷＭ信号を生成して前記ＤＣ／ＤＣコンバータに出力する信号生成手段と、
前記負荷装置に並列接続された二次電池と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電圧を計測する電圧計測手段と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電流を計測する電流計測手段とを備え、
前記信号生成手段は、前記燃料電池から出力される電圧の目標値を示す電池電圧目標値又は前記燃料電池から出力される電流の目標値を示す電池電流目標値と、前記計測手段により計測された電圧の計測値とを基に、前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出することを特徴とする電源装置。
【請求項２０】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、トランスを含むフライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記信号生成手段は、前記電圧計測手段により計測された電圧及び前記電流計測手段により計測された電流、並びに前記電池電圧目標値を用いて、式（１３）に示す演算を行うことにより、前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出することを特徴とする請求項１９記載の電源装置。
（１３）：Ｄ[％]＝（Ｖｏｕｔ／Ｖｔ）×[（２×Ｌ×Ｉｏｕｔ／（Ｖｏｕｔ×Ｔ））]1/2×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。Ｌは前記トランスを構成する一次側のコイルのインダクタンスを示す。Ｖｔは電池電圧目標値を示す。Ｖｏｕｔは電圧計測手段により計測された電圧を示す。Ｉｏｕｔは電流計測手段により計測された電流を示す。ＴはＰＷＭ信号の周期を示す。
【請求項２１】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、トランスを含むフライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記信号生成手段は、前記電圧計測手段により計測された電圧及び前記電流計測手段により計測された電流、並びに前記燃料電池が出力する電流の目標値を示す電池電流目標値を用いて、式（１４）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出することを特徴とする請求項１９記載の電源装置。
（１４）：Ｄ[％]＝（Ｉｔ／Ｉｏｕｔ）×[（２×Ｌ×Ｉｏｕｔ／（Ｖｏｕｔ×Ｔ））]1/2×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。Ｌは前記トランスの一次側のコイルのインダクタンスを示す。Ｉｔは電池電流目標値を示す。Ｖｏｕｔは電圧計測手段により計測された電圧を示す。Ｉｏｕｔは電流計測手段により計測された電流を示す。ＴはＰＷＭ信号の周期を示す。
【請求項２２】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、フライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記信号生成手段は、前記電池電圧目標値と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電力損失を示す電力変換効率を前記電池電流目標値に基づいて算出し、算出した電力変換効率を用いて、式（１５）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出することを特徴とする請求項１９記載の電源装置。
（１５）：Ｄ[％]＝（η×Ｉｔ／Ｉｏｕｔ）× [（２×Ｌ×Ｉｏｕｔ／（Ｖｏｕｔ×Ｔ））]1/2×１００
但し、ηは電力変換効率を示す。Ｌは前記トランスの一次側のコイルのインダクタンスを示す。Ｉｔは電池電流目標値を示す。Ｖｏｕｔは電圧計測手段により計測された電圧を示す。Ｉｏｕｔは電流計測手段により計測された電流を示す。ＴはＰＷＭ信号の周期を示す。
【請求項２３】
前記フライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータは、
一次側のコイルの一端が前記燃料電池の正極に接続され、二次側のコイルの一端が前記二次電池の負極に接続されたトランスと、
前記一次側のコイルの他端及び前記燃料電池の負極間に接続された第１のスイッチング素子と、
前記二次側のコイルの一端及び前記二次電池の正極間に接続された第２のスイッチング素子と、
前記ＰＷＭ信号の論理を反転させて前記第２のスイッチング素子に出力する反転回路とを備え、
前記第１及び第２のスイッチング素子は、前記ＰＷＭ信号に従って相補的にオン・オフすることを特徴とする請求項１９〜２２のいずれかに記載の電源装置。
【請求項２４】
前記燃料電池は、燃料非循環型のダイレクトメタノール型燃料電池であることを特徴とする請求項１〜２３のいずれかに記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を備える電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノート型コンピュータや携帯電話等の電子機器の電源として、長時間連続して電力を供給することができる燃料電池が注目されている。燃料電池には、様々な種類のものが開発されているが、小型化が要求されるノート型コンピュータ等の携帯型の電子機器の電源としては、燃料を改質器により改質することなく直接供給するタイプの燃料電池、例えば、ダイレクトメタノール型の燃料電池（以下、「ＤＭＦＣ」と称する。）が有望視されている。
【０００３】
また、ＤＭＦＣには、供給したメタノールのうち未使用の燃料電池を回収して再利用する燃料循環型と、未使用のメタノールを再利用しない燃料非循環型とが存在する。燃料循環型は、動作点を安定させ、安定した発電電力を容易に得ることが可能であるが、未使用のメタノールを回収するための回収機構（循環ポンプ等）が必要となるため構成が複雑化し、装置が大型化するという欠点がある。一方、燃料非循環型は、回収機構が不要であり装置の小型化を図り得るが、有毒物質であるメタノールを大量に排出することは好ましくなく、また、発電効率を高めるという観点からも、供給したメタノールをほとんど使い切る、すなわち完全燃焼させることが肝要となる。
【０００４】
図１１は、ＤＭＦＣのメタノール（燃料）の供給量による電流電圧特性、電流電力特性、及び排出率特性を示したグラフである。図１１において、縦軸はＤＭＦＣの出力電圧（Ｖ）、出力電力（Ｗ）、及び排出率（％）を示し、横軸はＤＭＦＣの出力電流（Ａ）を示している。Ｃ１１〜Ｃ１３は燃料の供給量が各々０．１ｃｃ／ｍｉｎ、０．２ｃｃ／ｍｉｎ、０．３ｃｃ／ｍｉｎの場合の電流電圧特性曲線を示している。Ｃ２１〜Ｃ２３は、燃料の供給量が各々０．１ｃｃ／ｍｉｎ、０．２ｃｃ／ｍｉｎ、及び０．３ｃｃ／ｍｉｎの場合の電流電力特性曲線を示している。Ｃ３１は、燃料の供給量が０．３ｃｃ／ｍｉｎの場合の出力電流と排出率との関係を示している。なお、排出率は、供給する燃料に対して排出される燃料の比率を百分率で示したものである。
【０００５】
図１１に示すように、燃料の供給量が高いほど、高い出力電力を得ることが可能となっていることが分かる。また、Ｃ１１〜Ｃ１３に示すように、出力電流が増大するにつれて、出力電圧が減少していることが分かる。更に、Ｃ３１に示すように、出力電流が増大するにつれて排出率が減少していることが分かる。
【０００６】
以下、燃料の供給量が０．３ｍｍ／ｍｉｎの場合を例に挙げて説明する。Ｃ１３に示すように、出力電流がＡ３に到達するまでは、電圧は緩やかに減少しているが、出力電流がＡ３を超えると、電圧は急激に減少していることが分かる。一方、Ｃ３１に示すように、出力電流がＡ３に到達すると、供給された燃料がほぼ使い切られていることが分かる。そのため、燃料を完全燃焼させるという観点からは、燃料電池の動作点を出力電流がＡ３より大きな点に設定することが好ましいが、そうすると、出力電流が僅かに増大しただけで、出力電圧が急激に減少し、負荷装置に安定した出力電圧を供給することができなくなってしまう。
【０００７】
従って、燃料非循環型では、電力最大点Ｐ付近に動作点を設定すると共に、この動作点を変動させないようなシビアな制御が要求される。特許文献１では、燃料電池の出力側に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側に接続された二次電池と、ＤＣ／ＤＣコンバータにＰＷＭ信号を供給するスイッチコントローラとを備え、スイッチコントローラが、燃料電池の出力電圧と基準値との差分を基に、ＰＷＭ信号のデューティー比を算出する燃料電池電圧発生装置が開示されている。
【０００８】
また、特許文献２では、燃料電池、ＤＣコンバータ、二次電池、及びＤＣコンバータを制御するマイクロプロセッサーを備え、燃料電池の電圧が最大電力を含む所定の範囲内になるようにＤＣコンバータに流れる電流の最大値を変化させる電源装置が開示されている。
【特許文献１】ＵＳＰ  ６，５９０，３７０  Ｂ１
【特許文献２】ＵＳＰ  ５，７１４，８７４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に示す燃料電池電圧発生装置及び２に示す電源装置は、いずれも、燃料電池から出力される電圧又は電流、すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータに入力される電圧又は電流を負帰還信号としているため、負荷装置が要求する電圧が急激に増大してＤＣ／ＤＣコンバータのゲインが急激に増大した場合、燃料電池から出力される電圧が発振する等して発電電力が不安定になるという課題を有している。また、燃料電池の電圧と基準値を比較する回路や、両者の差分に応じてデューティー比を変化させる回路等が必要となり、比較的回路規模が大きくなるという課題も有している。
【００１０】
本発明は、燃料電池から出力される電圧又は電流を用いずに、燃料電池の発電電力を安定化することができる電源装置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】
【００１１】
本発明による電源装置は、燃料電池と、前記燃料電池から出力される電圧を調節し、並列接続された負荷装置に出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するＰＷＭ信号を生成して前記ＤＣ／ＤＣコンバータに出力する信号生成手段と、前記負荷装置に並列接続された二次電池と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電圧を計測する計測手段とを備え、前記信号生成手段は、前記燃料電池から出力される電圧の目標値を示す電池電圧目標値と、前記計測手段により計測された電圧の計測値とを基に、前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出することを特徴とする。
【００１２】
また、上記構成において、前記信号生成手段は、前記電池電圧目標値と、前記計測手段により計測された電圧とを用い、式（１）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出することが好ましい。
（１）：Ｄ[％]＝（１−Ｖｔ／Ｖｏｕｔ）×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。Ｖｔは電池電圧目標値を示す。Ｖｏｕｔは計測手段により計測された電圧を示す。
【００１３】
また、上記構成において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、前記信号生成手段は、前記電池電圧目標値と、前記計測手段により計測された電圧とを用い、式（２）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出してもよい。
（２）：Ｄ[％]＝（Ｖｔ／Ｖｏｕｔ）×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。Ｖｔは電池電圧目標値を示す。Ｖｏｕｔは計測手段により計測された電圧を示す。
【００１４】
また、上記構成において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは反転型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、前記信号生成手段は、前記電池電圧目標値と、前記計測手段により計測された電圧とを用い、式（３）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出してもよい。
（３）：Ｄ[％]＝(１／(１−Ｖｔ／Ｖｏｕｔ))×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。Ｖｔは電池電圧目標値を示す。Ｖｏｕｔは計測手段により計測された電圧を示す。
【００１５】
また、上記構成において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、前記信号生成手段は、前記電池電圧目標値と、前記計測手段により計測された電圧とを用い、式（４）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出してもよい。
（４）：Ｄ[％]＝(１／(１＋Ｖｔ／Ｖｏｕｔ))×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。Ｖｔは電池電圧目標値を示す。Ｖｏｕｔは計測手段により計測された電圧を示す。
【００１６】
また、本発明による電源装置は、燃料電池と、前記燃料電池から出力される電圧を調節し、並列接続された負荷装置に出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するＰＷＭ信号を生成して前記ＤＣ／ＤＣコンバータに出力する信号生成手段と、前記負荷装置に並列接続された二次電池と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電流を計測する電流計測手段とを備え、前記信号生成手段は、前記燃料電池から出力される電流の目標値を示す電池電流目標値と、前記電圧計測手段により計測された電流の計測値とを基に、前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出することを特徴とする。
【００１７】
また、上記構成において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、前記信号生成手段は、前記電池電流目標値と、前記計測手段により計測された電流とを用い、式（５）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出することが好ましい。
（５）：Ｄ[％]＝（１−Ｉｏｕｔ／Ｉｔ）×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。Ｉｏｕｔは計測手段により計測された電流を示す。Ｉｔは電池電流目標値を示す。
【００１８】
また、上記構成において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、前記信号生成手段は、前記電池電流目標値と、前記計測手段により計測された電流とを用い、式（６）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出してもよい。
（６）：Ｄ[％]＝（Ｉｏｕｔ／Ｉｔ）×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。Ｉｏｕｔは計測手段により計測された電流を示す。Ｉｔは電池電流目標値を示す。
【００１９】
また、上記構成において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、反転型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、前記信号生成手段は、前記電池電流目標値と、前記計測手段により計測された電流とを用い、式（７）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出してもよい。
（７）：Ｄ[％]＝（１／（１−Ｉｏｕｔ／Ｉｔ））×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。Ｉｏｕｔは計測手段により計測された電流を示す。Ｉｔは電池電流目標値を示す。
【００２０】
また、上記構成において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、前記信号生成手段は、前記電池電流目標値と、前記計測手段により計測された電流とを用い、式（８）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出してもよい。
（８）：Ｄ[％]＝（１／（１＋Ｉｏｕｔ／Ｉｔ））×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。Ｉｏｕｔは計測手段により計測された電流を示す。Ｉｔは電池電流目標値を示す。
【００２１】
また、上記構成において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、前記信号生成手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータの電力損失を示す電力変換効率を前記電池電流目標値に基づいて算出し、算出した電力変換効率と、前記電池電流目標値と、前記計測手段により計測された電流とを用いて、式（９）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出してもよい。
（９）：Ｄ[％]＝（１−Ｉｏｕｔ／（η×Ｉｔ））×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。ηは電力変換効率を示す。Ｉｏｕｔは計測手段により計測された電流を示す。Ｉｔは電池電流目標値を示す。
【００２２】
また、上記構成において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、前記信号生成手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータの電力損失を示す電力変換効率を前記電池電流目標値に基づいて算出し、算出した電力変換効率と、前記電池電流目標値と、前記計測手段により計測された電流とを用いて、式（１０）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出してもよい。
（１０）：Ｄ[％]＝（Ｉｏｕｔ／（η×Ｉｔ））×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。ηは電力変換効率を示す。Ｉｏｕｔは計測手段により計測された電流を示す。Ｉｔは電池電流目標値を示す。
【００２３】
また、上記構成において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、反転型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、前記信号生成手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータの電力損失を示す電力変換効率を前記電池電流目標値に基づいて算出し、算出した電力変換効率と、前記電池電流目標値と、前記計測手段により計測された電流とを用いて、式（１１）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出してもよい。
（１１）：Ｄ[％]＝（１−（Ｉｏｕｔ／（η×Ｉｔ）））×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。ηは電力変換効率を示す。Ｉｏｕｔは計測手段により計測された電流を示す。Ｉｔは電池電流目標値を示す。
【００２４】
また、上記構成において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、前記信号生成手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータの電力損失を示す電力変換効率を前記電池電流目標値に基づいて算出し、算出した電力変換効率と、前記電池電流目標値と、前記計測手段により計測された電流とを用いて、式（１２）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出してもよい。
（１２）：Ｄ[％]＝（１＋（Ｉｏｕｔ／（η×Ｉｔ）））×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。ηは電力変換効率を示す。Ｉｏｕｔは計測手段により計測された電流を示す。Ｉｔは電池電流目標値を示す。
【００２５】
また、上記構成において、前記昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータは、一端が前記燃料電池の正極に接続されたコイルと、前記コイルの他端及び前記燃料電池の負極間に接続された第１のスイッチング素子と、前記コイルの他端及び前記二次電池の正極間に接続された第２のスイッチング素子と、前記信号生成手段から出力されるＰＷＭ信号の論理を反転させて前記第２のスイッチング素子に出力する反転回路とを備え、前記第１及び第２のスイッチング素子は、前記ＰＷＭ信号に従って相補的にオン・オフすることが好ましい。
【００２６】
また、上記構成において、前記降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータは、一端が前記燃料電池の正極に接続された第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子の他端及び前記燃料電池の負極間に接続された第２のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子の他端及び前記二次電池の正極間に接続されたコイルと、前記ＰＷＭ信号の論理を反転させて前記第２のスイッチング素子に出力する反転回路とを備え、前記第１及び第２のスイッチング素子は、前記ＰＷＭ信号に従って相補的にオン・オフすることが好ましい。
【００２７】
また、上記構成において、前記反転型のＤＣ／ＤＣコンバータは、一端が前記燃料電池の正極に接続された第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子の他端及び前記燃料電池の負極間に接続されたコイルと、前記第１のスイッチング素子の他端及び前記二次電池の正極間に接続された第２のスイッチング素子と、前記ＰＷＭ信号の論理を反転させて前記第２のスイッチング素子に出力する反転回路とを備え、前記第１及び第２のスイッチング素子は、前記ＰＷＭ信号に従って相補的にオン・オフすることが好ましい。
【００２８】
また、上記構成において、前記昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータは、一端が前記燃料電池の正極に接続された第１のコイルと、前記第１のコイルの他端及び前記燃料電池の負極間に接続された第１のスイッチング素子と、一端が前記第１のコイルの他端に接続されたコンデンサと、前記コンデンサの他端及び前記燃料電池の負極間に接続された第２のコイルと、前記コンデンサの他端及び前記二次電池の正極間に接続された第２のスイッチング素子と、前記ＰＷＭ信号の論理を反転させて前記第２のスイッチング素子に出力する反転回路とを備え、前記第１及び第２のスイッチング素子は、前記ＰＷＭ信号に従って、相補的にオン・オフすることが好ましい。
【００２９】
本発明による電源装置は、燃料電池と、前記燃料電池から出力される電圧を調節し、並列接続された負荷装置に出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するＰＷＭ信号を生成して前記ＤＣ／ＤＣコンバータに出力する信号生成手段と、前記負荷装置に並列接続された二次電池と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電圧を計測する電圧計測手段と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電流を計測する電流計測手段とを備え、前記信号生成手段は、前記燃料電池から出力される電圧の目標値を示す電池電圧目標値又は前記燃料電池から出力される電流の目標値を示す電池電流目標値と、前記計測手段により計測された電圧の計測値とを基に、前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出することを特徴とする。
【００３０】
また、上記構成において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、トランスを含むフライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、前記信号生成手段は、前記電圧計測手段により計測された電圧及び前記電流計測手段により計測された電流、並びに前記電池電圧目標値を用いて、式（１３）に示す演算を行うことにより、前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出することが好ましい。
（１３）：Ｄ[％]＝（Ｖｏｕｔ／Ｖｔ）×[（２×Ｌ×Ｉｏｕｔ／（Ｖｏｕｔ×Ｔ））]1/2×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。Ｌは前記トランスを構成する一次側のコイルのインダクタンスを示す。Ｖｔは電池電圧目標値を示す。Ｖｏｕｔは電圧計測手段により計測された電圧を示す。Ｉｏｕｔは電流計測手段により計測された電流を示す。ＴはＰＷＭ信号の周期を示す。
【００３１】
また、上記構成において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、トランスを含むフライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、前記信号生成手段は、前記電圧計測手段により計測された電圧及び前記電流計測手段により計測された電流、並びに前記燃料電池が出力する電流の目標値を示す電池電流目標値を用いて、式（１４）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出することが好ましい。
（１４）：Ｄ[％]＝（Ｉｔ／Ｉｏｕｔ）×[（２×Ｌ×Ｉｏｕｔ／（Ｖｏｕｔ×Ｔ））]1/2×１００
但し、Ｄはデューティー比を示す。Ｌは前記トランスの一次側のコイルのインダクタンスを示す。Ｉｔは電池電流目標値を示す。Ｖｏｕｔは電圧計測手段により計測された電圧を示す。Ｉｏｕｔは電流計測手段により計測された電流を示す。ＴはＰＷＭ信号の周期を示す。
【００３２】
また、上記構成において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、フライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、前記信号生成手段は、前記電池電圧目標値と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電力損失を示す電力変換効率を前記電池電流目標値に基づいて算出し、算出した電力変換効率を用いて、式（１５）に示す演算を行うことにより前記ＰＷＭ信号のデューティー比を算出してもよい。
（１５）：Ｄ[％]＝（η×Ｉｔ／Ｉｏｕｔ）× [（２×Ｌ×Ｉｏｕｔ／（Ｖｏｕｔ×Ｔ））]1/2×１００
但し、ηは電力変換効率を示す。Ｌは前記トランスの一次側のコイルのインダクタンスを示す。Ｉｔは電池電流目標値を示す。Ｖｏｕｔは電圧計測手段により計測された電圧を示す。Ｉｏｕｔは電流計測手段により計測された電流を示す。ＴはＰＷＭ信号の周期を示す。
【００３３】
また、上記構成において、前記フライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータは、一次側のコイルの一端が前記燃料電池の正極に接続され、二次側のコイルの一端が前記二次電池の負極に接続されたトランスと、前記一次側のコイルの他端及び前記燃料電池の負極間に接続された第１のスイッチング素子と、前記二次側のコイルの一端及び前記二次電池の正極間に接続された第２のスイッチング素子と、前記ＰＷＭ信号の論理を反転させて前記第２のスイッチング素子に出力する反転回路とを備え、前記第１及び第２のスイッチング素子は、前記ＰＷＭ信号に従って相補的にオン・オフすることが好ましい。
【００３４】
また、上記構成において、前記燃料電池は、燃料非循環型のダイレクトメタノール型燃料電池であることが好ましい。
【発明の効果】
【００３５】
請求項１記載の発明によれば、燃料電池から出力された電圧はＤＣ／ＤＣコンバータにより調整されて並列接続された負荷装置に出力される。また、負荷装置にはＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電力を充電する二次電池が並列接続されており、負荷装置に対する電力が不足する場合、二次電池は放電して不足する電力を補う。ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電圧は計測手段により計測され、計測された電圧と、燃料電池から出力される電圧の目標値を示す電池電圧目標値とを基に、ＤＣ／ＤＣコンバータに出力されるＰＷＭ信号のデューティー比が算出され、算出されたデューティー比のＰＷＭ信号によりＤＣ／ＤＣコンバータが制御される。これにより、負荷装置は必要とする電力が得られると共に、燃料電池は動作点が一定に保たれる。
【００３６】
このように燃料電池から出力される電圧を負帰還信号として用いずに、ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電圧を用いて、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御しているため、燃料電池から出力される電圧の発振が回避され、負荷装置に必要な電力を供給しつつ、燃料電池の発電電力を安定させることができる。また、燃料電池の電圧と基準値とを比較する回路や両者の差分に応じてデューティー比を変化させる回路等が不要となり、回路の小型化を図ることができる。
【００３７】
請求項２記載の発明によれば、式（１）によりＰＷＭ信号のデューティー比が算出されているため、ＤＣ／ＤＣコンバータとして昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合において、燃料電池の発電電力を安定させることができる。
【００３８】
請求項３記載の発明によれば、式（２）によりＰＷＭ信号のデューティー比が算出されているため、ＤＣ／ＤＣコンバータとして降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合において、燃料電池の発電電力を安定させることができる。
【００３９】
請求項４記載の発明によれば、式（３）によりＰＷＭ信号のデューティー比が算出されているため、ＤＣ／ＤＣコンバータとして反転型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合において、燃料電池の発電電力を安定させることができる。
【００４０】
請求項５記載の発明によれば、式（４）によりＰＷＭ信号のデューティー比が算出されているため、昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合において、燃料電池の発電電力を安定させることができる。
【００４１】
請求項６記載の発明によれば、燃料電池から出力された電圧はＤＣ／ＤＣコンバータにより調整されて並列接続された負荷装置に出力される。また、負荷装置にはＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電力を充電する二次電池が並列接続されており、負荷装置に対する電力が不足する場合、二次電池は放電して不足する電力を補う。ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電流は計測手段により計測され、計測された電流と、燃料電池から出力される電流の目標値を示す電池電流目標値とを基に、ＤＣ／ＤＣコンバータに出力されるＰＷＭ信号のデューティー比が算出され、算出されたデューティー比のＰＷＭ信号によりＤＣ／ＤＣコンバータが制御される。これにより、負荷装置は必要とする電力が得られると共に、燃料電池は動作点が一定に保たれる。
【００４２】
このように燃料電池から出力される電圧を負帰還信号として用いずに、ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電流を用いて、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御しているため、燃料電池から出力される電圧の発振が回避され、負荷装置に必要な電力を供給しつつ、燃料電池の発電電力を安定させることができる。また、燃料電池の電圧と基準値とを比較する回路や両者の差分に応じてデューティー比を変化させる回路等が不要となり、回路の小型化を図ることができる。
【００４３】
請求項７記載の発明によれば、式（５）によりＰＷＭ信号のデューティー比が算出されているため、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合において、燃料電池の発電電力を安定化させることができる。
【００４４】
請求項８記載の発明によれば、式（６）によりＰＷＭ信号のデューティー比が算出されているため、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合において、燃料電池の発電電力を安定化させることができる。
【００４５】
請求項９記載の発明によれば、式（７）によりＰＷＭ信号のデューティー比が算出されているため、反転型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合において、燃料電池の発電電力を安定化させることができる。
【００４６】
請求項１０記載の発明によれば、式（８）によりＰＷＭ信号のデューティー比が算出されているため、昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合において、燃料電池の発電電力を安定化させることができる。
【００４７】
請求項１１記載の発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータの電力変換効率が考慮された式（９）を用いてＰＷＭ信号のデューティー比が算出されているため、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合において、トランジスタやコイルの抵抗による電力損失が補正されたＰＷＭ信号を生成することができ、燃料電池の発電電力を安定させることができる。
【００４８】
請求項１２記載の発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータの電力変換効率が考慮された式（１０）を用いてＰＷＭ信号のデューティー比が算出されているため、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合において、トランジスタやコイルの抵抗による電力損失が補正されたＰＷＭ信号を生成することができ、燃料電池の発電電力を安定させることができる。
【００４９】
請求項１３記載の発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータの電力変換効率が考慮された式（１１）を用いてＰＷＭ信号のデューティー比が算出されているため、反転型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合において、トランジスタやコイルの抵抗による電力損失が補正されたＰＷＭ信号を生成することができ、燃料電池の発電電力を安定させることができる。
【００５０】
請求項１４記載の発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータの電力変換効率を示す式（１２）によりＰＷＭ信号のデューティー比を算出しているため、昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合において、トランジスタやコイルの抵抗による電力損失が補正されたＰＷＭ信号を生成することができ、燃料電池の発電電力を安定させることができる。
【００５１】
請求項１５記載の発明によれば、従来の昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータにおいてダイオード等の整流素子が接続される箇所に整流素子に代えて、第２のスイッチング素子を接続したため、コイルに流れる電流が途切れることなく連続的に変化し、燃料電池から出力される電圧を一定にすることができる。
【００５２】
請求項１６記載の発明によれば、従来の降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、ダイオード等の整流素子が接続される箇所に、整流素子に代えて第２のスイッチング素子を接続したため、コイルに流れる電流が途切れることなく連続的に変化し、燃料電池から出力される電圧を一定にすることができる。
【００５３】
請求項１７記載の発明によれば、従来の反転型のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、ダイオード等の整流素子が接続される箇所に、整流素子に代えて第２のスイッチング素子を接続したため、コイルに流れる電流が途切れることなく連続的に変化し、燃料電池から出力される電圧を一定にすることができる。
【００５４】
請求項１８記載の発明によれば、従来の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、ダイオード等の整流素子が接続される箇所に整流素子に代えて第２のスイッチング素子を接続したため、コイルに流れる電流が途切れることなく連続的に変化し、燃料電池から出力される電圧を一定にすることができる。
【００５５】
請求項１９記載の発明によれば、燃料電池から出力された電圧はＤＣ／ＤＣコンバータにより調整されて並列接続された負荷装置に出力される。また、負荷装置にはＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電力を充電する二次電池が並列接続されており、負荷装置に対する電力が不足する場合、二次電池は放電して不足する電力を補う。ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電圧及び電圧は各々電圧計測手段及び電流検出手段により計測され、計測された電圧及び電流と、燃料電池から出力される電圧の目標値を示す電池電圧目標値又は燃料電池から出力される電流の目標値を示す電池電流目標値とを基に、ＤＣ／ＤＣコンバータに出力されるＰＷＭ信号のデューティー比が算出され、算出されたデューティー比のＰＷＭ信号によりＤＣ／ＤＣコンバータが制御される。これにより、負荷装置は必要とする電力が得られると共に、燃料電池は動作点が一定に保たれる。
【００５６】
このように燃料電池から出力される電圧を負帰還信号として用いずに、ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電圧及び電流を用いて、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御しているため、燃料電池から出力される電圧の発振が回避され、負荷装置に必要な電力を供給しつつ、燃料電池の発電電力を安定させることができる。また、燃料電池の電圧と基準値とを比較する回路や両者の差分に応じてデューティー比を変化させる回路等が不要となり、回路の小型化を図ることができる。
【００５７】
請求項２０記載の発明によれば、式（１３）によりＰＷＭ信号のデューティー比が算出されているため、フライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合において、燃料電池の発電電力を安定化させることができる。
【００５８】
請求項２１記載の発明によれば、（１４）の演算により、ＰＷＭ信号のデューティー比が算出されているため、フライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータ用いた場合において、燃料電池の発電電力を安定化させることができる。
【００５９】
請求項２２記載の発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ電力変換効率を加味した式（１５）により、ＰＷＭ信号のデューティー比が算出されているため、スイッチング素子やコイルの抵抗による電力損失が補正されたＰＷＭ信号を生成することができ、燃料電池の発電電力を安定化させることができる。
【００６０】
請求項２３記載の発明によれば、従来のフライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、ダイオード等の整流素子が接続される箇所に、整流素子に代えて第２のスイッチング素子を接続したため、コイルに流れる電流が途切れることなく連続的に変化し、燃料電池から出力される電圧を一定にすることができる。
【００６１】
請求項２４記載の発明によれば、小型化に適した燃料非循環型のダイレクトメタノール型燃料電池に対して、動作点を安定化し、発電電力を安定化させることができるため、ノート型のコンピュータ等の携帯型の電子機器等に有用な小型の電源装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施の形態について、以下、図面を用いて説明する。
【００６３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による電源装置のブロック図を示している。図１に示すように電源装置は、燃料電池１１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０、スイッチングコントローラ１３０、電圧計測器１４０、二次電池１５０、及び制御部１６０を備えている。
【００６４】
燃料電池１１０は、出力端子がＤＣ／ＤＣコンバータ１２０の入力端子に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０の出力端子には二次電池１５０及び負荷装置２００が並列に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０の出力端子の正極側及びスイッチングコントローラ１３０間には電圧計測器１４０が接続されている。
【００６５】
燃料電池１１０は、燃料非循環型のＤＭＦＣであり、電池スタック１１１、燃料供給装置１１２、浄化部１１３、希釈タンク１１４、メタノールタンク１１５、及びポンプ１１６〜１１９を備えている。燃料供給装置１１２は、制御部１６０からの指令に従って、ポンプ１１６〜１１９を制御し、燃料電池１１０に供給される燃料及び空気の量を調節する。
【００６６】
電池スタック１１１は、１又は直列接続された複数の燃料電池セル１１１ａから構成されている。燃料電池セル１１１ａは燃料が供給される燃料極（負極）及び空気が供給される空気極（正極）を備える。燃料極は、メタノールと水とを反応させ、二酸化炭素、水素イオン、及び電子を生成する（ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-）。空気極は、燃料極で生成された水素イオンと空気とを反応させ、水を生成する（３／２Ｏ2＋６Ｈ+＋６ｅ-→３Ｈ2Ｏ）。この反応により生じるギブスエネルギーは電気エネルギに変換され、燃料電池１１０から直流電流が出力される。
【００６７】
浄化部１１３は、電池スタック１１１から排出される未消費のメタノールを二酸化炭素及び水に変化させ、未消費のメタノール（ＣＨ3ＯＨ）を浄化する。
【００６８】
メタノールタンク１１５は、所定濃度のメタノールを貯蔵する。ポンプ１１７は、燃料供給装置１１２の制御の下、希釈タンク１１４にメタノールを供給する。ポンプ１１６は、燃料供給装置１１２の制御の下、電池スタック１１１から排出される水を希釈タンク１１４に供給する。希釈タンク１１４は、所定濃度に希釈されたメタノールを貯蔵する。ポンプ１１９は、燃料供給装置１１２に制御の下、空気を電池スタック１１１に供給する。ポンプ１１８は、燃料供給装置１１２の制御の下、希釈タンク１１４のメタノールを電池スタック１１１に供給する。
【００６９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、昇圧型（ＢＯＯＳＴ型）のＤＣ／ＤＣコンバータであり、スイッチングコントローラ１３０から出力されるＰＷＭ信号を受け、燃料電池１１０が出力した電圧が、予め定められた電池電圧目標値となるように燃料電池１１０から出力された電圧を昇圧して負荷装置２００に出力する。
【００７０】
電圧計測器１４０は、Ａ／Ｄコンバータから構成され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０が出力する電圧Ｖｏｕｔを計測し、スイッチングコントローラ１３０に出力する。二次電池１５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０が出力する電力が余る場合、余りの電力により充電され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０が出力する電力が不足する場合、不足する電力を負荷装置２００に供給する。これにより、二次電池１５０は、負荷装置２００の電力の急激な変動を吸収する。
【００７１】
スイッチングコントローラ１３０は、ＣＰＵ及びＰＷＭ信号生成器等から構成され、制御部１６０により設定された電池電圧目標値Ｖｔと、電圧計測器１４０により計測されたＤＣ／ＤＣコンバータ１２０から出力される電圧Ｖｏｕｔとを用いて式（１）に示す演算を行い、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０に出力するＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出し、算出したデューティー比ＤのＰＷＭ信号を生成する。
【００７２】
Ｄ[％]＝（１−Ｖｔ／Ｖｏｕｔ）×１００[％]・・・（１）
図２は、デューティー比を説明するための図面である。図２に示すように、デューティー比は、パルス信号の周期Ｔに対するパルス信号のハイレベル期間Ｔｏｎの比率を示すものである。実施の形態１では、ＰＷＭ信号の周期Ｔは一定とする。なお、以下に示す実施の形態２〜１５もＰＷＭ信号の周期Ｔは一定とする。また、周期Ｔは、リプル電流の大きさや、コイルの大きさ等を考慮して、最適な値が予め設定されている。
【００７３】
負荷装置２００は、ノート型のパーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯型の電子機器から構成される。制御部１６０は、希釈タンク１１４から一定量のメタノールが電池スタック１１１に供給されるように燃料供給装置１２を制御すると共に、供給されるメタノールの量に応じて予め定められた電池電圧目標値Ｖｔをスイッチングコントローラ１３０に出力する。
【００７４】
詳細には、制御部１６０は、メタノールの供給量と、供給量に対して予め定められた電池電圧目標値とが対応づけられた目標値決定テーブルを記憶する記憶装置（図略）を備えており、この目標値決定テーブルを参照して、電池電圧目標値Ｖｔを決定する。
【００７５】
この目標値決定テーブルには、図１１に示すメタノールの供給量毎に特定される電流電圧特性曲線において、動作点を電力最大点Ｐとするような電圧が電池電圧目標値として記憶されている。なお、この電池電圧目標値は、実験等により得られたものである。
【００７６】
図３は、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。図３に示すように昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータは、コイルＬ１、２個のスイッチＱ１，Ｑ２、及び反転回路Ｉ１を備えている。コイルＬ１は、一端が燃料電池１１０の入力端子の正極に接続され、他端がスイッチＱ１に接続されている。スイッチＱ２は、一端がコイルＬ１及びスイッチＱ１に接続され、他端が二次電池１５０の正極に接続されている。スイッチＱ１，Ｑ２はＰＷＭ信号が入力される制御端子を備える。
【００７７】
スイッチＱ１及びＱ２は、バイポーラトランジスタ、電界効果型トランジスタ等のトランジスタから構成され、制御端子にハイレベルの信号が入力されるとオンとなり、ローレベルの信号が入力されるとオフとなる。なお、スイッチＱ１，Ｑ２としてバイポーラトランジスタが採用される場合は、ベース端子が制御端子となり、電界効果型トランジスタが採用される場合はゲートが制御端子となる。
【００７８】
反転回路Ｉ１は、ＰＷＭ信号のハイレベルの期間をローレベルとしローレベルの期間をハイレベルとして、ＰＷＭ信号の論理を反転させてスイッチＱ２に出力する。従って、スイッチＱ１及びＱ２は一方のトランジスタがオンのとき他方のトランジスタがオフとなるように相補的にオン・オフする。
【００７９】
このように構成された昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータは、スイッチＱ１がオンのときに、コイルＬ１にエネルギを蓄え、スイッチＱ１がオフのときに蓄えたエネルギを燃料電池１１０のエネルギに重畳させて出力する。これにより、燃料電池１１０から出力された電圧は昇圧される。
【００８０】
次に、式（１）について説明する。図３に示す昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、燃料電池１１０から入力される電圧Ｖｉｎを、電圧Ｖｏｕｔに昇圧して負荷装置２００に出力するが、その昇圧比は式（１−１）によって定められる。
【００８１】
Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ＝１／（１−Ｄ）・・・（１−１）
式（１−１）をデューティー比Ｄについて求めると、式（１−２）が得られる。
【００８２】
Ｄ［％］＝（１−Ｖｉｎ／Ｖｏｕｔ）×１００・・・（１−２）
背景技術に示したように、燃料電池１１０の動作点を変動させることなく発電電力を取り出すためには、燃料電池の電圧を一定に制御する必要がある。なお、電圧Ｖｏｕｔは二次電池１５０の起電力とその充放電電流によって定まる。
【００８３】
そして、式（１−２）のＶｉｎを燃料電池の電池電圧目標値Ｖｔに置き換えると式（１）が得られる。従って、式（１）により電圧Ｖｏｕｔと燃料電池の電池電圧目標値Ｖｔとによって、デューティー比Ｄが算出されたＰＷＭ信号をＤＣ／ＤＣコンバータ１２０に出力すると、燃料電池１１０からの電圧Ｖｉｎは、電池電圧目標値Ｖｔになるように制御され、燃料電池１１０の動作点を安定させることができる。
【００８４】
このように実施の形態１による電源装置によれば、燃料電池１１０から出力される電圧を負帰還信号として用いずに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０から出力される電圧Ｖｏｕｔを計測してデューティー比Ｄを算出しているため、燃料電池から出力される電圧が発振等により不安定になることが回避され、負荷装置２００に対して必要な電力を供給しつつ、燃料電池の発電電力を安定化させることができる。また、電圧計測器１４０としてＡ／Ｄコンバータを用い、スイッチングコントローラ１３０としてＣＰＵを用いているため、部品点数を削減することができる。
【００８５】
ところで、従来の昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータにおいては、スイッチＱ２としてダイオード等の整流素子が用いられていた。この場合、コイルＬ１に流れる電流が小さくなると、コイルＬ１に流れる電流が連続的に変化しなくなる。コイルＬ１に流れる電流が連続的に変化しなくなると、式（１−１）が成立せず、式（１）に従って、デューティー比Ｄを決定しても、燃料電池１１０から出力される電圧を一定に制御できなくなる。
【００８６】
一方、図３に示すように、スイッチＱ２としてスイッチング素子を採用すると、コイルＬ１に流れる電流が連続的に変化する結果、式（１）により算出されたデューティー比ＤによるＰＷＭ信号を用いれば、燃料電池１１０から出力される電圧を一定に制御することができる。
【００８７】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２による電源装置について説明する。なお、実施の形態２による電源装置の全体構成は、実施の形態１による電源装置と全体構成を同一とするため図１を用いて説明する。実施の形態２による電源装置は、実施の形態１による電源装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０として、降圧型（ＢＯＯＳＴ型）のＤＣ／ＤＣコンバータを用いたことを特徴としている。図４は降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータは、コイルＬ１、２個のスイッチＱ１，Ｑ２、及び反転回路Ｉ１を備えている。なお、図４において図３に示す素子と同一のものは同一の符号を付し説明を省略する。
【００８８】
スイッチＱ１は、一端が燃料電池１１０の正極側の出力端子に接続され、他端がスイッチＱ２及びコイルＬ１に接続されている。コイルＬ１は、一端が二次電池１５０の正極に接続されている。スイッチＱ２は、一端が燃料電池１１０の負極側の出力端子及び二次電池１５０の負極に接続されている。反転回路Ｉ１は、スイッチングコントローラ１３０及びスイッチＱ２の制御端子間に接続されている。スイッチＱ１及びＱ２は図３で示すスイッチＱ１及びＱ２と同様にして、ＰＷＭ信号により相補的にオン・オフする。このように構成された降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータは、燃料電池１１０から入力された電圧を降圧して負荷装置２００側に出力する。
【００８９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０として降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合、スイッチングコントローラ１３０は、式（２）の演算を行いＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出する。
Ｄ[％]＝（Ｖｔ／Ｖｏｕｔ）×１００・・・（２）
但し、Ｄはデューティー比を示す。Ｖｏｕｔは電圧計測器１４０が計測した電圧Ｖｏｕｔを示す。制御部１６０により設定された電池電圧目標値Ｖｔを示す。
【００９０】
このように実施の形態２による電源装置によれば、式（２）によりＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出し、かつ、スイッチＱ２を接続したため、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合において、実施の形態１による電源装置と同様の効果を奏することができる。
【００９１】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３による電源装置について説明する。なお、実施の形態３による電源装置の全体構成は、実施の形態１による電源装置と同一構成であるため図１を用いて説明する。実施の形態３による電源装置は、実施の形態１による電源装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０として、反転型（ＩＮＶＥＲＴＥＲ型）のＤＣ／ＤＣコンバータを用いたことを特徴としている。図５は、反転型のＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。なお、図５において、図３と同一の素子は同一の符号を用いて説明を省略する。図５に示すように反転型のＤＣ／ＤＣコンバータは、２個のスイッチＱ１，Ｑ２、コイルＬ１、及び反転回路Ｉ１を備えている。
【００９２】
スイッチＱ１の一端は燃料電池１１０の正極に接続され、他端はコイルＬ１及びスイッチＱ２に接続されている。スイッチＱ２は一端が二次電池１５０の正極に接続されている。コイルＬ１は、一端が燃料電池１１０の負極側の出力端子及び二次電池１５０の負極に接続されている。反転回路Ｉ１は、スイッチＱ２の制御端子及びスイッチングコントローラ１３０間に接続されている。
【００９３】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０として反転型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合、スイッチングコントローラ１３０は、式（３）に示す演算によりＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出する。
Ｄ[％]＝(１／(１−Ｖｔ／Ｖｏｕｔ))×１００・・・（３）
但し、Ｖｏｕｔは電圧計測器１４０により計測された電圧を示す。Ｖｔは制御部１６０により設定された電池電圧目標値Ｖｔを示す。
【００９４】
このように実施の形態３による電源装置によれば、式（３）によりＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出し、かつ、スイッチＱ２を接続したため、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合において、実施の形態１による電源装置と同様の効果を奏することができる。
【００９５】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４による電源装置について説明する。なお、実施の形態４による電源装置は、実施の形態１による電源装置と全体構成を同一とするため図１を用いて説明する。実施の形態３による電源装置は、実施の形態１による電源装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０として、昇降圧型（ＳＥＰＩＣ型）のＤＣ／ＤＣコンバータを用いたことを特徴としている。
【００９６】
図６は昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。図６に示すように昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータは、２個のスイッチＱ１，Ｑ２、コイルＬ１，Ｌ２、コンデンサＣ１、及び反転回路Ｉ１を備えている。
【００９７】
コイルＬ１の一端は燃料電池１１０の正極に接続され、他端はスイッチＱ１及びコンデンサＣ１に接続されている。コンデンサＣ１は一端がコイルＬ２及びスイッチＱ２に接続されている。スイッチＱ１及びコイルＬ２は共に一端が燃料電池１１０の負極側の出力端子及び二次電池１５０の負極に接続されている。反転回路Ｉ１はスイッチＱ２の制御端子及びスイッチングコントローラ１５０間に接続されている。スイッチＱ１，Ｑ２はＰＷＭ信号により相補的にオン・オフする。
【００９８】
昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合、スイッチングコントローラ１３０は、式（４）に示す演算によりＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出する。
【００９９】
Ｄ[％]＝(１／（１＋Ｖｔ/Ｖｏｕｔ）)×１００[％]・・・（４）
但し、Ｖｏｕｔは電圧計測器１４０により計測された電圧Ｖｏｕｔを示す。Ｖｔは制御部１６０により設定された電池電圧目標値Ｖｔを示す。
【０１００】
このように実施の形態４による電源装置によれば、式（４）によりＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出し、かつ、スイッチＱ２を接続したため、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合において、実施の形態１による電源装置と同様の効果を奏することができる。
【０１０１】
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５による電源装置について説明する。図７は、実施の形態５による電源装置の構成を示すブロック図である。実施の形態５による電源装置は、実施の形態１による電源装置に対して、電圧計測器１４０に代えて電流計測器１７０を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０から出力された電流Ｉｏｕｔと、予め定められた燃料電池１１０の電池電流目標値Ｉｔとに従って、ＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出することを特徴としている。なお、図７において、実施の形態１による電源装置と同一のものは同一の符号を付して説明を省略する。また、燃料電池１１０は電池スタック１１１のみ示し、他の部材は図示を省略している。
【０１０２】
電流計測器１７０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０の正極側の出力端子及びスイッチングコントローラ１３０ａ間に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０から出力される電流を計測し、スイッチングコントローラ１３０ａに出力する。なお、電流計測器１７０はＡ／Ｄコンバータ等から構成されている。
【０１０３】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は図３に示す昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータから構成されている。制御部１６０ａは、電池スタック１１１に対して供給されるメタノールの量に応じて予め定められた電池電流目標値Ｉｔを設定し、スイッチングコントローラ１３０ａに出力する。詳細には、メタノールの供給量と、供給量に対して予め定められた電池電流目標値Ｉｔとが対応付けられた目標値決定テーブルを記憶する記憶装置（図略）を備えており、この目標値決定テーブルを参照して、電池電流目標値Ｉｔを決定する。この目標値決定テーブルには、実施の形態１の電源装置と同様、燃料電池１１０の動作点を電力最大点とするような電流が電池電流目標値Ｉｔとして記憶されている。
【０１０４】
スイッチングコントローラ１３０ａは、電流計測器１７０により計測された電流Ｉｏｕｔと、制御部１６０ａにより設定された電池電流目標値Ｉｔとを用いて、式（５）に示す演算を行い、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０に出力するＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出し、算出したデューティー比ＤのＰＷＭ信号を生成する。
【０１０５】
Ｄ[％]＝（１−Ｉｏｕｔ／Ｉｔ）×１００[％]・・・（５）
そして、式（５）によって、算出されたデューティー比ＤのＰＷＭ信号をＤＣ／ＤＣコンバータ１２０に出力すると、負荷装置２００に対して必要な電力を供給しつつ、燃料電池１１０が出力する電流Ｉｉｎを電池電流目標値Ｉｔとなるように燃料電池１１０を制御することができ、燃料電池１１０の動作点を安定させ、燃料電池の発電電力を安定化させることができる。
【０１０６】
次に、式（５）について説明する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０の電力変換効率ηは式（５−１）により定義される。
η＝出力電力／入力電力＝（Ｖｏｕｔ×Ｉｏｕｔ）／（Ｖｉｎ×Ｉｉｎ）・・・（５―１）
電力変換効率ηは、通常１以下であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０の電力損失を示す。電力損失が生じる原因としては、スイッチ、コイルの抵抗による電力損失等が挙げられる。なお、電力変換効率ηは燃料電池１１０から出力される電流Ｉｉｎを引数とする関数によって特定することもできる。
【０１０７】
そして、式（５−１）を式（５−２）に変形する。
Ｉｏｕｔ／Ｉｉｎ＝η×（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）・・・（５−２）
そして、式（５−２）の右辺のＶｏｕｔ／Ｖｉｎに式（１−１）を代入し、両辺を１００倍すると、式（５−３）が得られる。
Ｄ（％）＝（１−Ｉｏｕｔ／η×Ｉｉｎ）×１００・・・（５−３）
そして、式（５−３）の電流Ｉｉｎを電池電流目標値Ｉｔに置き換えると式（５−４）が得られる。
Ｄ（％）＝（１−Ｉｏｕｔ／η×Ｉｔ）×１００・・・（５−４）
そして、式（５―４）においてη＝１とすると式（５）が得られる。
【０１０８】
このように実施の形態５による電源装置によれば、式（５）によりデューティー比Ｄを算出し、かつ、スイッチＱ２を接続しているため、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを採用し、かつ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０から出力される電流Ｉｉｎを用いてデューティー比を算出した場合であっても、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【０１０９】
（実施の形態６）
次に、実施の形態６による電源装置について説明する。なお、実施の形態６による電源装置は、実施の形態５による電源装置と全体構成を同一とするため図７を用いて説明する。実施の形態５による電源装置は、実施の形態１による電源装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０として、図４に示す降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いたことを特徴としている。
【０１１０】
スイッチングコントローラ１３０ａは、式（６）の演算を行いＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出する。
Ｄ[％]＝（Ｖｏｕｔ／Ｉｔ）×１００・・・（６）
このように実施の形態６による電源装置によれば、式（６）によりＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出し、かつ、スイッチＱ２を接続したため、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用い、かつ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０から出力される電流Ｉｏｕｔを用いてデューティー比Ｄを算出した場合であっても、実施の形態１による電源装置と同様の効果を奏することができる。
【０１１１】
（実施の形態７）
次に、実施の形態７による電源装置について説明する。なお、実施の形態７による電源装置は、実施の形態５による電源装置と全体構成を同一とするため図７を用いて説明する。実施の形態７による電源装置は、実施の形態５による電源装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０として、図５に示す反転型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いたことを特徴としている。
【０１１２】
スイッチングコントローラ１３０ａは、式（７）の演算を行いＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出する。
【０１１３】
Ｄ[％]＝（１／（１−Ｉｏｕｔ／Ｉｔ））×１００[％]・・・（７）
このように実施の形態７による電源装置によれば、式（７）によりＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出し、かつ、スイッチＱ２を接続したため、反転型のＤＣ／ＤＣコンバータを用い、かつ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０から出力される電流Ｉｏｕｔを用いてデューティー比Ｄを算出した場合であっても、実施の形態１による電源装置と同様の効果を奏することができる。
【０１１４】
（実施の形態８）
次に、実施の形態８による電源装置について説明する。なお、実施の形態８による電源装置は、実施の形態５による電源装置と全体構成を同一とするため図７を用いて説明する。実施の形態８による電源装置は、実施の形態５による電源装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０として、図６に示す昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いたことを特徴としている。
【０１１５】
スイッチングコントローラ１３０ａは、式（８）の演算を行いＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出する。
【０１１６】
Ｄ[％]＝（１／（１＋Ｖｏｕｔ／Ｉｔ））×１００・・・（８）
なお、式（８）は、式（５）と同様にして、式（５−１）及び式（４）から導出される。
【０１１７】
このように実施の形態８による電源装置によれば、式（６）によりＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出し、かつ、スイッチＱ２を接続したため、昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用い、かつ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０から出力される電流Ｉｏｕｔを用いてデューティー比Ｄを算出した場合であっても、実施の形態１による電源装置と同様の効果を奏することができる。
【０１１８】
（実施の形態９）
次に、実施の形態９による電源装置について説明する。実施の形態９による電源装置は、実施の形態５による電源装置に対して、更に電力変換効率ηを考慮に入れてデューティー比Ｄを算出することを特徴とする。
【０１１９】
図８は実施の形態９による電源装置の全体構成を示すブロック図である。なお、図８において図７と同一のものは同一の符号を付して説明を省略する。
【０１２０】
スイッチングコントローラ１３０ｂは、η算出部１３１ｂを備える。η算出部１３１ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０の電力変換効率ηを算出する。電力変換効率ηは、電池電流目標値Ｉｔを引数とする所定の関数によって表すことができる。従って、η算出部１３１ｂは、制御部１６０ｂにより設定された電池電流目標値Ｉｔを所定の関数に代入し、電力変換効率ηを算出する。なお、η算出部１３１ｂは、電池電流目標値Ｉｔと、電池電流目標値Ｉｔに対する電力変換効率ηとの関係を示す変換テーブルを記憶装置（図略）に記憶させておき、この変換テーブルを用いて電力変換効率ηを特定してもよい。
【０１２１】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、図３に示す昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータから構成される。スイッチングコントローラ１３０ｂは、制御部１６０ｂにより設定された電池電流目標値Ｉｔと電流計測器１７０により測定された電流Ｉｏｕｔとを用いて式（９）の演算を行い、ＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出する。
【０１２２】
Ｄ（％）＝（１−Ｉｏｕｔ／η×Ｉｔ）×１００・・・（９）
このように実施の形態９によれば、電力変換効率ηを考慮して、ＰＷＭ信号のデューティー比Ｄが算出されているため、実施の形態１が奏する効果に加え、トランジスタやコイルの抵抗による電力損失が補正されたＰＷＭ信号を生成することができ、燃料電池の発電電力をより安定させることができる。
【０１２３】
（実施の形態１０）
次に、実施の形態１０による電源装置について説明する。なお、実施の形態１０による電源装置は、実施の形態９による電源装置と全体構成を同一とするため図８を用いて説明する。実施の形態１０による電源装置は、実施の形態９による電源装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０として、図４に示す降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いたことを特徴としている。
【０１２４】
スイッチングコントローラ１３０ｂは、式（１０）の演算を行いＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出する。
【０１２５】
Ｄ[％]＝（Ｖｏｕｔ／ηＩｔ）×１００・・・（１０）
このように実施の形態１０による電源装置によれば、式（１０）によりＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出し、かつ、スイッチＱ２を接続したため、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合において、実施の形態９による電源装置と同様の効果を奏することができる。
【０１２６】
（実施の形態１１）
次に、実施の形態１１による電源装置について説明する。なお、実施の形態１１による電源装置は、実施の形態９による電源装置と全体構成を同一とするため図８を用いて説明する。実施の形態１０による電源装置は、実施の形態９による電源装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０として、図５に示す反転型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いたことを特徴としている。
【０１２７】
スイッチングコントローラ１３０ｂは、式（１１）の演算を行いＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出する。
【０１２８】
Ｄ[％]＝（１／（１−Ｉｏｕｔ／ηＩｔ））×１００・・・（１１）
このように実施の形態１１による電源装置によれば、式（１１）によりＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出し、かつ、スイッチＱ２を接続したため、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合において、実施の形態９による電源装置と同様の効果を奏することができる。
【０１２９】
（実施の形態１２）
次に、実施の形態１２による電源装置について説明する。なお、実施の形態１２による電源装置は、実施の形態９による電源装置と全体構成を同一とするため図８を用いて説明する。実施の形態１２による電源装置は、実施の形態９による電源装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０として、図６に示す昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いたことを特徴としている。
【０１３０】
スイッチングコントローラ１３０ｂは、式（１２）の演算を行いＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出する。
【０１３１】
Ｄ[％]＝（１/（１＋Ｖｏｕｔ／ηＩｔ））×１００・・・（１２）
このように実施の形態１２による電源装置によれば、式（１２）によりＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出し、かつ、スイッチＱ２を接続したため、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合において、実施の形態９による電源装置と同様の効果を奏することができる。
【０１３２】
（実施の形態１３）
次に、実施の形態１３による電源装置について説明する。実施の形態１３による電源装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータとしてフライバック式のＤＣ／ＤＣコンバータを採用したことを特徴とする。
【０１３３】
図９は、実施の形態１３による電源装置の構成を示すブロック図である。図９に示すように電源装置は、電圧計測器１４０及び電流計測器１７０を備えている。両計測器の接続関係及び機能は実施の形態１及び２と同一であるため説明を省略する。
【０１３４】
スイッチングコントローラ１３０ｃは、電圧計測器１４０により計測された電圧Ｖｏｕｔと、電流計測器１７０により計測された電流Ｉｏｕｔと、制御部１６０ｃにより設定された電池電圧目標値Ｖｔとを用いて式（１３）の演算を行い、ＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出する。
【０１３５】
Ｄ（％）＝[（２×Ｌ×Ｉｏｕｔ／（Ｖｏｕｔ×Ｔ））]1/2×１００・・・（１３）
但し、Ｄはデューティー比Ｄを示す。Ｌは図１０に示すフライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータの一次側のコイルＬ１のインダクタンスを示す。ＴはＰＷＭ信号の周期を示す。
【０１３６】
図１０は、フライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。図１０に示すフライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータは、トランスＴ、２個のスイッチＱ１，Ｑ２、反転回路Ｉ１を備えている。トランスＴの一次側のコイルＬ１は一単が燃料電池１１０の正極に接続され、他端がスイッチＱ１に接続されている。スイッチＱ１は一端が燃料電池１１０の負極に接続されている。トランスＴの二次側のコイルＬ２は、一端がスイッチＱ２に接続され、他端が二次電池１５０の負極に接続されている。コイルＬ１及びＬ２は加極性となるように配置されている。
【０１３７】
スイッチＱ２は一端が二次電池１５０の正極に接続されている。反転回路Ｉ１は、スイッチングコントローラ１３０ｃ及びスイッチＱ２の制御端子間に接続されている。スイッチＱ１の制御端子にはスイッチングコントローラ１３０ｃが接続されている。スイッチＱ１及びＱ２は、ＰＷＭ信号を受け、相補的にオン・オフする。
【０１３８】
このように構成されたフライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータは、スイッチＱ１がオンすると、トランスＴにエネルギが蓄えられ、スイッチＱ１がオフすると、トランスＴに蓄えられたエネルギが出力される。
【０１３９】
以上説明したように実施の形態１３による電源装置によれば、式（１３）を用いてデューティー比Ｄを算出し、かつ、スイッチＱ２を備えているため、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０としてフライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合であっても、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【０１４０】
（実施の形態１４）
次に、実施の形態１４による電源装置について説明する。なお、実施の形態１４による電源装置は、実施の形態１３による電源装置と同一構成であるため図９及び図１０を用いて説明する。実施の形態１４による電源装置は、電池電圧目標値Ｖｔに代えて、電池電流目標値ＩＴを用いてデューティー比Ｄを算出することを特徴としている。
【０１４１】
スイッチングコントローラ１３０ｃは、電圧計測器１４０により計測された電圧Ｖｏｕｒと、電流計測器１７０により計測された電流Ｉｏｕｔと、制御部１６０ｃにより設定された電池電流目標値Ｉｔとを用いて式（１４）の演算を行い、ＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出する。
【０１４２】
Ｄ[％]＝（Ｉｔ／Ｉｏｕｔ）×[（２×Ｌ×Ｉｏｕｔ／（Ｖｏｕｔ×Ｔ））]1/2×１００・・・（１４）
但し、Ｄはデューティー比Ｄを示す。図１０に示すＬはコイルＬ１のインダクタンスを示す。ＴはＰＷＭ信号の周期を示す。
【０１４３】
このように実施の形態１４による電源装置によれば、式（１４）によりＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出し、かつ、スイッチＱ２を接続したため、実施の形態１による電源装置と同様の効果を奏することができる。
【０１４４】
（実施の形態１５）
次に、実施の形態１５による電源装置について説明する。なお、実施の形態１５による電源装置は、実施の形態１３による電源装置と同一構成であるため図９及び図１０を用いて説明する。実施の形態１４による電源装置は、電力変換効率ηを加味してデューティー比Ｄを算出することを特徴としている。
【０１４５】
スイッチングコントローラ１３０ｃは、電圧計測器１４０により計測された電圧Ｖｏｕｔと、電流計測器１７０により計測された電流Ｉｏｕｔと、制御部１６０ｃにより設定された電池電圧目標値Ｖｔとを用いて式（１５）の演算を行い、ＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出する。
【０１４６】
Ｄ[％]＝（η×Ｉｔ／Ｉｏｕｔ）×[（２×Ｌ×Ｉｏｕｔ／（Ｖｏｕｔ×Ｔ））]1/2×１００・・・（１５）
但し、Ｄはデューティー比Ｄを示す。Ｌは図１０に示すコイルＬ１のインダクタンスを示す。ＴはＰＷＭ信号の周期を示す。
【０１４７】
このように実施の形態１５による電源装置によれば、式（１５）によりＰＷＭ信号のデューティー比Ｄを算出し、かつ、スイッチＱ２を接続したため、実施の形態１による電源装置と同様の効果を奏することができる。
【０１４８】
なお、本発明による電源装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータとして、トランスを用いたフォワード型、ツースイッチフォワード型、アクティブクランプフォワード型、ハーフブリッジ型、プッシュプル型、フルブリッジ型、フェーズシフト型、及びＺＶＴ型などのＤＣ／ＤＣコンバータを採用してもよい。
【０１４９】
いずれのＤＣ／ＤＣコンバータも、入力される電圧Ｖｉｎと出力される電圧Ｖｏｕｔの比（＝Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）は、式（１―１）に示すような、デューティー比Ｄを用いた関数が知られており、この関数を上述するように変形すれば、ＤＣ／ＤＣコンバータから出力された電圧Ｖｏｕｔ或いは電流Ｉｏｕｔを用いてデューティー比Ｄを算出することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５０】
本発明によれば、燃料電池の発電電力を安定化することができる電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５１】
【図１】本発明の実施の形態１による電源装置のブロック図を示している。
【図２】デューティー比を説明するための図面である。
【図３】昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。
【図４】降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。
【図５】反転型のＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。
【図６】昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。
【図７】実施の形態２による電源装置の構成を示すブロック図である。
【図８】実施の形態３による電源装置の構成を示すブロック図である。
【図９】実施の形態４による電源装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】フライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。
【図１１】ＤＭＦＣのメタノール（燃料）の供給量による電流電圧特性、電流電力特性、及び排出率特性を示したグラフである。
【符号の説明】
【０１５２】
１１０  燃料電池
１１１ａ  燃料電池セル
１１１  電池スタック
１１２  燃料供給装置
１１３  浄化部
１１４  希釈タンク
１１５  メタノールタンク
１１６〜１１９  ポンプ
１２０  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３０  １３０ａ  １３０ｂ  １３０ｃ  スイッチングコントローラ
１３１ｂ  η算出部
１４０  電圧計測器
１５０  二次電池
１６０  １６０ａ  １６０ｂ  １６０ｃ  制御部
１７０  電流計測器
２００  負荷装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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