(57)【要約】【課題】  本発明は、負荷装置の稼動状態が確認でき、負荷装置の稼動状態に応じた低消費発電動作が可能となる給電システムを提供する。【解決手段】  本発明は、負荷装置と、発電装置と蓄電デバイスを具備し、負荷装置に電力を供給する電源装置と、負荷装置と電源装置との間の情報を送受信する双方向通信手段を有して構築する給電システムである。そして、本発明の給電システムによれば、負荷装置の稼動状態を示す動作モードの信号を双方向通信手段を介して電源装置側が受信すると、発電装置の発電状態を動作モードに応じて可変することに特徴がある。よって、負荷装置の稼動状態に応じた低消費の発電動作が可能となり、発電装置が燃料電池の場合低消費の燃料制御が可能となる。【選択図】        図２
2008186726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷装置と、発電装置と蓄電デバイスを具備し、前記負荷装置に電力を供給する電源装置と、前記負荷装置と前記電源装置との間の情報を送受信する双方向通信手段を有して構築する給電システムにおいて、
前記負荷装置の稼動状態を示す動作モードの信号を前記双方向通信手段を介して前記電源装置側が受信すると、前記発電装置の発電状態を前記動作モードに応じて可変することを特徴とする給電システム。
【請求項２】
前記動作モードが省電力モードである信号、又は前記負荷装置が無い信号を前記双方向通信手段を介して前記電源装置側が受信すると、前記発電装置の発電状態は発電電力を抑制する状態となることを特徴とする請求項１記載の給電システム。
【請求項３】
前記蓄電デバイスの電圧波形に基づいて前記蓄電デバイスの出力を監視する監視手段を設け、省電力モードである信号による省電力モード状態が一定時間以上継続した後の前記蓄電デバイスの出力の監視結果が前記電圧波形の入力電圧の下限値に所定値を加算した値か、または当該値以上の電圧を示した場合、前記発電装置の発電を停止させることを特徴とする請求項２記載の給電システム。
【請求項４】
前記蓄電デバイスの出力が前記発電装置の発電開始電圧に達すると発電動作を開始することを特徴とする請求項３記載の給電システム。
【請求項５】
前記省電力モード状態から復帰する復帰開始信号を前記負荷装置から前記双方向通信手段を介して前記電源装置が受信すると、前記発電装置は発電動作を開始することを特徴とする請求項３記載の給電システム。
【請求項６】
前記省電力モード状態から復帰する復帰開始信号、又は前記蓄電デバイスの出力が前記発電装置の発電開始電圧に達したことを通知する信号を前記負荷装置から前記双方向通信手段を介して前記電源装置が受信すると、前記発電装置は発電動作を開始することを特徴とする請求項３記載の給電システム。
【請求項７】
前記負荷装置が接続されたか否かを検知するユニット検知信号と、前記負荷装置へ電力を供給する電力供給ラインとを、遮断する手段とを設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の給電システム。
【請求項８】
前記発電装置は燃料電池であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は給電システムに関し、詳細には燃料電池と蓄電デバイスを有するハイブリッド電源装置と当該ハイブリッド電源装置に接続された負荷装置の稼動状態に応じて燃料電池の発電状態を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、燃料電池は負荷装置に対し一旦、発電を開始すると負荷装置の状況（待機状態、稼動状態や負荷が実装されていない状態など）とは無関係に負荷変動に応じて若干の変動はあるものの一定の発電を持続し、負荷状況が軽負荷時でも一定の燃料を消費してしまい燃料の無駄である。
【０００３】
そこで、これらの問題点を解決するために従来よりいくつか提案がなされている。その一つとして、特許文献１によれば、電子機器と燃料電池間の通信はメタノール水溶液の残量及び直接型メタノール燃料電池部の動作状態のみが一方的に燃料電池側に送信されている。
【特許文献１】特開２００４−７１２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、実際、燃料電池に接続される電子機器がプリンタや複写機の場合、省エネルギーの観点からこれらの機器はさまざまな動作モードを有しており、電子機器の状態に応じて発電量を変化させなければ燃料の無駄となる。例えば、電子機器（＝負荷装置）が稼動状態にし、ハイブリッド電源の持てる最も効率の良い状態で発電し、電子機器（＝負荷装置）が待機状態にあるときなどは負荷装置自身電力を必要としないことから、燃料電池の発電能力を下げたり、長時間の停止状態が継続するようであれば燃料電池は停止させることで燃料電池の無駄な消費を抑える。
【０００５】
また、ハイブリッド電源装置は特定の電子機器（＝負荷装置）のみが接続されるわけではなく、電子機器（＝負荷装置）はハイブリッド電源装置の定格出力条件範囲内であれば負荷とは無関係に電力供給が可能である。しかし、大きな容量を持つ電子機器（＝負荷装置）に燃料電池の発電容量を合わせた設計をしようとすると発電モジュール自身が大きな容量を持つ必要があり、大きくなり、高価になってしまう。そのため、一般的に発電モジュールをなるべく小さくし、不足分は二次電池で補うなどの工夫が必要となる。そうすると、大きな電子機器（＝負荷装置）使用時には二次電池の容量次第では発電モジュールの発電能力がある程度まで立ち上がっていなければ電子機器（＝負荷装置）への供給能力が消費に対し追いつかず不足する可能性があり、電子機器を接続後すぐに使用できないなどの障害が予測される。特に、ハイブリッド電源を一度停止させた後大きな負荷容量を有する電子機器（＝負荷装置）が接続された場合など大きな負荷容量を有する電子機器（＝負荷装置）は継続してすぐに使用できないなどの障害が予測される。以上のことから実使用では燃料電池は停止させずに負荷交換を行う可能性があると予測され、負荷が無い状態でもハイブリッド電源は発電状態まま放置される可能性が考えられ、燃料が無駄に消費されることが予測される。そこで、電子機器（＝負荷装置）の接続の有無を確認して、電子機器（＝負荷装置）が接続されていなければ燃料電池の発電能力を下げたり停止させるなどし、無駄な燃料消費を少なくするなどの工夫が必要となるため、特許文献１のように燃料電池の状態情報を負荷装置に一方的に送るだけでは不十分であった。
【０００６】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、負荷装置の稼動状態が確認でき、負荷装置の稼動状態に応じた低消費発電動作が可能となる給電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】
【０００７】
前記問題点を解決するために、本発明は、負荷装置と、発電装置と蓄電デバイスを具備し、負荷装置に電力を供給する電源装置と、負荷装置と電源装置との間の情報を送受信する双方向通信手段を有して構築する給電システムである。そして、本発明の給電システムによれば、負荷装置の稼動状態を示す動作モードの信号を双方向通信手段を介して電源装置側が受信すると、発電装置の発電状態を動作モードに応じて可変することに特徴がある。よって、負荷装置の稼動状態に応じた低消費の発電動作が可能となり、発電装置が燃料電池の場合低消費の燃料制御が可能となる。
【０００８】
また、動作モードが省電力モードである信号、又は負荷装置が無い信号を双方向通信手段を介して電源装置側が受信すると、発電装置の発電状態は発電電力を抑制する状態となることにより、無駄な発電を抑えることができる。
【０００９】
更に、蓄電デバイスの電圧波形に基づいて蓄電デバイスの出力を監視する監視手段を設け、省電力モードである信号による省電力モード状態が一定時間以上継続した後の蓄電デバイスの出力の監視結果が電圧波形の入力仕様下限値に所定値を加算した値か、または当該値以上の電圧を示した場合、発電装置の発電を停止させる。よって、低消費モードの消費を極限に抑えるために負荷装置が省電力モード状態にあり、蓄電デバイスが一定以上の電圧を有していれば発電装置の発電動作停止状態にすることができる。
【００１０】
また、蓄電デバイスの出力が発電装置の発電開始電圧に達すると発電動作を開始することにより、低消費モードの消費を極限に抑えることができる。
【００１１】
更に、省電力モード状態から復帰する復帰開始信号を負荷装置から双方向通信手段を介して電源装置が受信すると、発電装置は発電動作を開始することにより、低消費モードの消費を極限に抑えることができる。
【００１２】
また、省電力モード状態から復帰する復帰開始信号、又は蓄電デバイスの出力が発電装置の発電開始電圧に達したことを通知する信号を負荷装置から双方向通信手段を介して電源装置が受信すると、発電装置は発電動作を開始する。よって、低消費モードの消費を極限に抑えることができる。
【００１３】
更に、負荷装置が接続されたか否かを検知するユニット検知信号と、負荷装置へ電力を供給する電力供給ラインとを、遮断する手段とを設けたことにより、負荷装置が低消費モード状態にある時、電源装置の蓄電デバイスの消費を抑えることができ、発電装置の停止時間を延ばすことできることで更なる発電消費を抑制できる。
【００１４】
また、発電装置は燃料電池であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の給電システムによれば、負荷装置の稼動状態が確認でき、負荷装置の稼動状態に応じた低消費発電動作が可能となる給電システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は本発明の給電システムにおけるハイブリッド電源装置と当該ハイブリッド電源装置を搭載した負荷装置と負荷制御装置のシステム構成の概略を示す斜視図である。同図に示すように、本発明のハイブリッド電源装置を搭載した、例えばプリンタなどの負荷装置１００と当該ハイブリッド電源装置の間は、双方向通信ケーブル１０１を用いて通信路が構築され、当該通信路を用いて互いの動作状況を送受信できるようになっている。なお、負荷装置１００には無線用アンテナ１０２が設けられ、例えばＰＣなどの負荷制御装置２００にもアンテナ（図示せず）が設けられている。よって、負荷装置１００とハイブリッド電源装置の互いの動作状況に応じた制御が可能となり、オペレータに対して便利で、かつ燃料電池の低消費燃料制御が可能となる。
【００１７】
図２は本発明の一実施の形態に係る給電システムにおけるハイブリッド電源装置の構成を示す概略図である。同図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す給電装置であるハイブリッド電源装置１０は、ＣＰＵ１１、表示手段１２、ＲＡＭ１３、ＲＯＭ１４、燃料電池モジュール１５、燃料電池電圧監視回路１６、サーミスタ１７、燃料ポンプ１８、ラジエタファン１９、循環ポンプ２０、水ポンプ２１、ブロワー２２、燃料電池出力ON/OFFスイッチ２３、二次電池２４、二次電池電圧監視回路２５、充電ON/OFF制御回路２６、スイッチ２７〜２９、制御系用DC-DCコンバータ３０及び駆動系用DC-DCコンバータ３１を具備している。また、制御系用DC-DCコンバータ３０は、制御系電源を介して負荷装置１００の制御系回路１０３に接続され、駆動系用DC-DCコンバータ３１は駆動系電源を介して負荷装置１００の駆動系回路１０４に接続されている。更に、ハイブリッド電源装置１０は通信手段である双方向通信ケーブル１０１を介して負荷装置１００と通信可能となっており、また負荷装置１００は外部のＰＣなどの負荷制御回路２００とも無線通信路３００を介して通信可能に接続されている。また、ＣＰＵ１１には燃料電池電圧監視回路１６及びサーミスタ１７並びに二次電池電圧監視回路２５から各検出信号が供給されている。そして、ＣＰＵ１１は燃料ポンプ１８、ラジエタファン１９、循環ポンプ２０、水ポンプ２１及びブロワー２２の駆動を制御する駆動制御信号を生成し、充電ON/OFF制御回路２６を介してスイッチ２７を制御する二次電池充電ON/OFF信号、スイッチ２８，２９をそれぞれ制御する制御系電源ON/OFF信号及び駆動系電源ON/OFF信号を生成し供給する。
【００１８】
図３は本発明の一実施の形態に係る給電システムにおける負荷装置稼動モード及び負荷装置待機モードの動作を示すフローチャートである。同図において、先ず図１のハイブリッド電源装置１０の電源投入後、負荷装置１００への電力供給のため、負荷装置１００の制御系電源と駆動系電源をＯＮする（ステップＳ１０１）。その後、ハイブリッド電源装置１０は負荷装置１００に対し、負荷情報の要求信号を負荷装置１００との通信手段の双方向通信ケーブル１０１を通じて送出して負荷装置１００が接続されたことを確認した後（ステップＳ１０２；ＹＥＳ）、負荷装置１００の電源がＯＮされ負荷装置１００からの省エネルギーモード信号が稼動要求を示す信号と、負荷情報、例えば負荷の消費電力を示す情報などを負荷ＩＤで管理されている情報などを発していて当該情報を入手していれば（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）、燃料電池を利用したハイブリッド電源装置１０は負荷情報に基づいて電源装置内のＲＯＭ１４に予め用意されたパラメータ情報をＣＰＵ１１に呼び込み設定する（ステップＳ１０４；ＹＥＳ、ステップＳ１０５）。その後、燃料電池の発電動作に入るために、一旦燃料電池の燃料電池出力ON/OFFスイッチ２３をＯＦＦすることで燃料電池に接続されている負荷への電源供給を遮断し、燃料ポンプ１８、ラジエタファン１９、循環ポンプ２０、水ポンプ２１及びブロワー２２などの補機類を稼動させる（ステップＳ１０６）。なお、これらの補機類が稼動を開始すると、燃料電池モジュール１５の表面温度を監視し、その表面温度に応じて燃料を規定時間だけ燃料ポンプを稼動し循環タンクに燃料を供給する。初期の燃料供給が済んだ時点で燃料電池モジュール１５の温度が所定の温度に達するまでの十分なる所定の時間（例えば５分間）、燃料電池は待機状態とする。
【００１９】
また、図４に示すように、燃料電池モジュール１５の温度が所定の温度に達すると二次電池への充電の有無を判定するために、ＣＰＵ１１は二次電池電圧監視回路２５を使用し、二次電池電圧をＡ／Ｄを介して呼び込む。もし、二次電池電圧監視回路２５の値が充電の必要性を示している状態、すなわちDC-DCコンバータなどの電圧波形整形装置の入力電圧の上限値±第１の許容マージン値を示している状態のようであれば充電を目的とし燃料電池出力ON/OFFスイッチ２３をＯＮさせ、二次電池への充電動作（CHARGE_OPERATING）を実行する。もし、ここで二次電池の電圧が満充電に近い値を示している状態、すなわちDC-DCコンバータなどの電圧波形整形装置の入力電圧の上限値±第１の許容マージン値を示している状態のようであれば充電動作を遮断する。その後は、所定時間経過後、燃料電池モジュール１５の温度を監視し、その温度に応じて燃料を所定時間だけ燃料ポンプ１８を稼動して燃料タンクから循環タンクに供給する。以降、この一連の動作を周期的に繰り返し行う。
【００２０】
なお、燃料電池が稼動している間は燃料電池が異常な発熱によりダメージを受けないよう燃料電池モジュール１５の表面温度をサーミスタ１７で監視し、異常な発熱に至った場合はエラー表示を行うとともに燃料電池の発電動作を停止する（ステップＳ１０７；ＹＥＳ、ステップＳ１０８）。
【００２１】
次に、燃料電池稼動後、省エネルギーモード信号が待機状態を要求する信号が発生したり、負荷装置交換のために負荷装置１００がハイブリッド電源装置１０から分離されて負荷装置１００との通信ができなくなった場合など負荷無し状態と判断した場合（ステップＳ１０４；ＮＯ）、負荷装置を使用した後節電のために負荷装置１００の電源がＯＦＦされた時、具体的にはＯＡ機器などの省エネルギーモードは負荷装置１００を使用後、一定時間経過後、節電のために負荷装置１００の駆動用電源と制御用電源の一部が自動的にＯＦＦされると制御回路内の通信線やＣＰＵはＯＮ状態を維持しているか、またはＣＰＵはスリープモードの状態で通信は負荷装置１００の起動信号を割り込み処理を行なっている場合が一般的となっている。このように負荷装置１００が省エネルギーモードに入ると、ハイブリッド電源装置１０と負荷装置１００は双方向通信ケーブル１０１を通じて負荷装置１００が省エネルギーモードに入ったことを知らせる信号が負荷装置１００から送信される。また、この時、双方向通信ケーブル１０１を通じて負荷装置１００からハイブリッド電源装置１０の間で周期的に接続信号や通信状態を確認し、通信不可の場合（応答がない場合や信号が「負荷装置無し」を示す信号を発生した場合）、負荷装置１００がハイブリッド電源装置１０から分離されたものと判断する。その後、ハイブリッド電源装置１０は負荷装置１００が省エネルギーモードに入ったことや負荷装置１００がハイブリッド電源装置１０から分離されたことを知らせる信号を受け取るとハイブリッド電源装置１０のＣＰＵ１１は負荷装置１００からの省エネルギーモード信号の待機状態要求信号とＲＯＭ１４から予め用意された負荷情報に伴うパラメータ値を確認及び設定し、負荷装置１００が待機状態に入ったことを認識する（ステップＳ１０９，Ｓ１１０）。その後、ＣＰＵ１１は負荷装置１００の駆動系電源への通電を遮断し、制御系電源のみＯＮさせ、二次電池電圧監視回路２５の値を監視することで、二次電池の消費状況を監視する（ステップＳ１１１）。
【００２２】
図５に示すように、二次電池電圧監視回路２５の監視結果が満充電に近いか、またはそれ以上であれば、監視結果が二次電池充電要求値、すなわちDC-DCコンバータの入力電圧の下限値＋第２の許容マージン値に達するまで二次電池への充電動作は行わない（ステップＳ１１３；ＮＯ）。その後も周期的に二次電池の出力電圧を監視し、二次電池の出力電圧監視結果が二次電池充電要求値、すなわちDC-DCコンバータの入力電圧の下限値＋第２の許容マージン値に達した時点で二次電池への充電動作を実施するとともに温度に応じた可変補給動作から一定量の燃料を補給する動作を実施し、監視動作周期を稼働時よりも長くすることで循環タンク内の燃料濃度を下げ、発電能力を負荷装置の使用電力と同じか、または同等位置まで下げることで燃料消費の低減を図る。それ以降は、二次電池消費量に応じて燃料供給動作を周期的に行うことで燃料電池を発電させ、その発電電力を二次電池に供給することで燃料電池からの充電動作（CHARGE_OPERATING）を実行する（ステップＳ１１３；ＹＥＳ、ステップＳ１０２〜Ｓ１０６）。
【００２３】
なお、燃料電池が稼動している間は燃料電池が異常な発熱によりダメージを受けないよう燃料電池モジュール１５の表面温度を監視し、異常な発熱に至った場合はエラー表示を行うとともに燃料電池の発電動作を停止する。また、稼動時や待機時は負荷装置１００から送信される省エネモード信号や負荷装置１００の電源がＯＮされたことを知らせるための信号が送られてくることを待ち状態にしておく。その後、上記信号が負荷装置１００との双方向通信ケーブル１０１を通じて送信されてくるとパラメータを再び負荷装置稼動値に戻し（負荷装置稼動時）で説明した内容で復帰する。
【００２４】
図６は本発明の一実施の形態に係る給電システムにおけるハイブリッド電源装置の別の構成を示す概略図である。同図において、図２と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。図２と異なる構成要素としては、負荷装置１００の制御系回路１０３に通信用電源１０５を具備している。
【００２５】
次に、本発明の給電システムにおけるハイブリッド電源装置の燃料電池動作モードについて動作フローを示す図７に従って以下に説明する。この燃料電池動作モードは、稼動モード、待機モード、そして停止モードの３つの動作からなる。先ず、負荷装置１００の電源をＯＮすると（ステップＳ２０１）、図６のＣＰＵ１１は負荷装置１００から送信される省エネモード信号の状態を確認し、その確認信号が負荷装置稼動状態時に有ることを示しているようであれば前述したような負荷装置稼動モードを実行する（ステップＳ２０２，Ｓ２０３）。そして、ハイブリッド電源装置１０の電源投入後、負荷装置１００への電力供給のため、負荷装置１００の駆動系電源と制御系電源をＯＮする。その後、ハイブリッド電源装置１０は負荷装置１００に対し、負荷情報の要求信号を負荷装置１００との通信手段の双方向通信ケーブル１０１を通じて送出する。その後、負荷装置１００の電源がＯＮされ負荷装置１００からの省エネルギーモード信号が稼動要求を示す信号と負荷情報、例えば負荷の消費電力を示す情報などを負荷ＩＤで管理されている情報などを発していれば燃料電池を利用したハイブリッド電源装置１０は負荷情報に基づいて電源装置内のＲＯＭ１４に予め用意されたパラメータ情報をＣＰＵ１１に呼び込み設定する（ステップＳ２０４；ＹＥＳ、ステップＳ２０５）。その後、燃料電池の発電動作に入るために一旦、燃料電池の燃料電池出力ON/OFFスイッチ２３をＯＦＦすることで燃料電池に接続されている負荷への電源供給を遮断し、燃料ポンプ１８、ラジエタファン１９、循環ポンプ２０、水ポンプ２１及びブロワー２２などの補機類を稼動状態にする（ステップＳ２０６）。この時、負荷装置１００への電源供給は二次電池２４からの供給となる。その後、補機類が稼動を開始すると燃料電池モジュール１５の表面温度を監視し、その表面温度に応じて燃料を規定時間だけ燃料ポンプを稼動し循環タンクに燃料を供給する。燃料供給が済んだ時点で燃料電池モジュール１５の表面温度が所定の温度に達するまでの時間、暫くの間待機状態にする。燃料電池モジュール１５の表面温度が所定の温度に達すると、二次電池２４への充電を目的とし燃料電池出力ON/OFFスイッチ２３をＯＮさせ、二次電池２４への充電動作（CHAGE_OPERATING）を実行する。なお、この時二次電池電圧監視回路２５の監視結果が満充電状態に近い値か、それ以上の電圧値を示しているようであれば充電動作は禁止される。その後、規定時間経過後、燃料電池モジュール１５の表面温度を監視する動作を実行し、その時の表面温度に応じて燃料を規定時間だけ燃料ポンプ１８を稼動し循環タンクに供給する。この一連の動作は省エネモード信号が待機モードに変化するまで周期的に繰り返し行われる。
【００２６】
次に、省エネモード信号が待機モードに変化すると負荷装置待機モードを実行する（ステップＳ２０４；ＮＯ）。この負荷装置待機モードは、燃料電池稼動後、省エネルギーモード信号が待機状態を要求する信号が発生した場合、あるいは負荷装置交換のために負荷装置１００がハイブリッド電源装置１０から分離され負荷装置１００との通信ができなくなった場合など負荷無し状態と判断した場合、あるいは負荷装置１００を使用後、節電のために負荷装置１００の電源がＯＦＦされた時、具体的にはＯＡ機器などの省エネルギーモードは負荷装置を使用後、一定時間経過後、節電のために負荷装置１００の駆動用電源と制御用電源の一部が自動的にＯＦＦされると制御回路内の通信線やＣＰＵはＯＮ状態を維持しているか、または、ＣＰＵはスリープモードの状態で通信は負荷装置の起動信号を割り込み処理を行なっている場合が一般的となっている。このように負荷装置が省エネルギーモードに入ると、ハイブリッド電源装置１０と負荷装置１００は双方向通信ケーブル１０１を通じて負荷装置１００が省エネルギーモードに入ったことを知らせる信号が負荷装置から送信される。また、この時、双方向通信ケーブル１０１を通じて負荷装置１００からハイブリッド電源装置１０の間で周期的に接続信号や通信状態を確認し、通信不可の場合（応答がない場合や信号が「負荷装置無し」を示す信号を発生した場合）、負荷装置１００がハイブリッド電源装置１０から分離されたものと判断する。その後、ハイブリッド電源装置１０は負荷装置１００が省エネルギーモードに入ったことや負荷装置１００がハイブリッド電源装置１０から分離されたことを知らせる信号を受け取るとハイブリッド電源装置１０のＣＰＵ１１は負荷装置１００からの省エネルギーモード信号の待機状態要求信号とＲＯＭ１４から予め用意された負荷情報に伴うパラメータ値を確認及び設定し（ステップＳ２０９）、負荷装置１００が待機状態に入ったことを認識する（ステップＳ２１０）。その後、ＣＰＵ１１は負荷装置１００の駆動系電源への通電を遮断し、制御系電源のみをＯＮさせ、二次電池電圧監視回路２５の値を監視することで二次電池の消費状況を監視する（ステップＳ２１１）。
【００２７】
図８に示すように、二次電池電圧監視回路２５の監視結果が満充電に近いか、またはそれ以上であれば、監視結果が二次電池充電要求値、すなわちDC-DCコンバータなどの電圧波形整形装置の入力電圧の下限値＋第２の許容マージン値に達するまで二次電池２４への充電動作は行わない（ステップＳ２１３；ＮＯ）。その後も周期的に二次電池２４の出力電圧を監視し、二次電池２４の出力電圧監視結果が二次電池充電要求値、すなわちDC-DCコンバータなどの電圧波形整形装置の入力電圧の下限値＋第２の許容マージン値に達した時点で二次電池２４への充電動作を実施するとともに温度に応じた可変補給動作から一定量の燃料を補給する動作を実施し、監視動作周期を稼働時よりも長くすることで循環タンク内の燃料濃度を下げ、発電能力を負荷装置の使用電力と同じかまたは、同等位置まで下げることで燃料消費の低減を図る。それ以降は、二次電池消費量に応じて燃料供給動作を周期的に行うことで燃料電池を発電させ、その発電電力を二次電池に供給することで燃料電池からの充電動作（CHARGE_OPERATING）を実行する（ステップＳ２１３；ＹＥＳ、ステップＳ２０２〜Ｓ２０６）。なお、燃料電池が稼動している間は燃料電池が異常な発熱によりダメージを受けないよう燃料電池モジュール１５の表面温度を監視し、異常な発熱に至った場合は、エラー表示を行うとともに燃料電池の発電動作を停止する。
【００２８】
また、稼動時や待機時は負荷装置から送信される省エネモード信号や負荷装置の電源がＯＮされたことを知らせるための信号が送られてくるのを待ち状態にしておく。その後、前記信号が負荷装置との通信ラインを通じて送信されてくるとパラメータを再び負荷装置稼動値に戻し、上記の負荷装置稼動モードに復帰する。
【００２９】
次に、燃料電池停止モードの動作について説明する。省エネモード信号の待機モードが所定時間以上継続している場合（ステップＳ２１４；ＹＥＳ）、あるいは負荷装置交換のために負荷装置１００がハイブリッド電源装置１０から分離され負荷装置１００との通信ができなくなった場合など負荷無し状態と判断した場合、あるいは負荷装置１００を使用後、節電のために負荷装置１００の電源がＯＦＦされた時、具体的にはＯＡ機器などの省エネルギーモードは負荷装置１００を使用後、一定時間経過後、節電のために負荷装置１００の駆動用電源と制御用電源の一部が自動的にＯＦＦされると制御回路内の通信線やＣＰＵはＯＮ状態を維持しているか、またはＣＰＵはスリープモードの状態で通信は負荷装置１００の起動信号を割り込み処理を行っている場合が一般的となっている。このように負荷装置１００が省エネルギーモードに入ると、ハイブリッド電源装置１０と負荷装置１００は双方向通信ケーブル１０１を通じて負荷装置１００が省エネルギーモードに入ったことを知らせる信号が負荷装置１００から送信される。その後、負荷装置１００が省エネルギーモードに入った状態で一定時間経過したり、双方向通信ケーブル１０１を通じて負荷装置１００からハイブリッド電源装置１０の間で周期的に接続信号や通信状態を確認し、通信不可の場合（応答がない場合や信号が「負荷装置無し」を示す信号を発生した場合）、負荷装置１００がハイブリッド電源装置１０から分離されたものと判断された場合、以下の燃料電池停止モードを実行し（ステップＳ２１５）、更なる燃料消費を抑える動作を行う。
【００３０】
具体的には、図９に示すように上記信号をハイブリッド電源装置が受けると、図６のＣＰＵ１１は二次電池２４の充電状況を監視し、二次電池２４の出力電圧がDC_DCコンバータの入力電圧の上限値±第１の許容マージン値であると判断されると燃料電池を停止させる。燃料電池の停止動作は、最初に燃料ポンプ１８、ブロワー２２を停止させることで発電動作を停止させる。次に、二次電池２４の無駄な電力消費を抑えるために二次電池２４から電力供給される燃料ポンプ１８、ラジエタファン１９、循環ポンプ２０、水ポンプ２１及びブロワー２２などの補機類も全て停止させる。なお、燃料電池が停止した時点で二次電池２４の出力電圧監視結果が満充電に近い状態、すなわちDC_DCコンバータの入力電圧の上限値±第１の許容マージン値であれば燃料電池出力ON/OFFスイッチ２３をＯＦＦすることで燃料電池の出力を遮断し、負荷装置１００への電源供給は二次電池２４からの供給とする。なお、燃料電池の出力に二次電池２４からの回りこみを防止する保護用のダイオードが設けられている場合は燃料電池出力ON/OFFスイッチ２３をＯＮのままでも可とする。そして、停止後も、周期的な燃料電池モジュール１５の反応熱監視動作、二次電池２４の出力電圧監視動作と負荷装置１００の動作モード監視動作を継続して行われる。その後、負荷装置１００の動作モード監視動作結果が稼動を示したり、負荷装置１００の電源がＯＦＦからＯＮに変化したことを告げる信号を受け取ったり、二次電池２４の出力電圧監視結果がDC_DCコンバータの入力電圧の上限値±第１の許容マージン値に近づくと再び発電は開始される（ステップＳ２１７；ＹＥＳ、ステップＳ２０２〜Ｓ２０６）。
【００３１】
燃料電池は発電開始時に燃料電池のオーバーロード防止のために一旦燃料電池出力ON/OFFスイッチ２３をＯＦＦすることで燃料電池に接続されている負荷（二次電池や負荷装置など）への電力供給を遮断し、燃料ポンプ１８、ラジエタファン１９、循環ポンプ２０、水ポンプ２１及びブロワー２２などの補機類への電力補給を二次電池２４から行うことで前述した負荷装置稼動モードに従った燃料電池の発電動作を再び開始する。燃料電池が発電動作を開始すると燃料電池モジュール１５の表面温度を監視し、その表面温度に応じて燃料を規定時間だけ燃料ポンプ１８を稼動し供給する。燃料供給が済むと燃料電池モジュール１５の表面温度が所定の温度に達するまで待機状態となる。その後、燃料電池モジュール１５の表面温度が所定の温度に達すると燃料電池出力ON/OFFスイッチ２３をＯＮさせ、二次電池２４の出力電圧の監視をしながら二次電池２４の充電電圧がDC_DCコンバータの入力電圧の上限値±第１の許容マージン値に近い値まで充電動作（CHARGE_OPERATING）を実行する。その後も負荷装置稼動モードの一連の動作を継続する（ステップＳ２１６；ＹＥＳ、ステップＳ２０２〜Ｓ２０６）。なお、燃料電池が稼動している間は燃料電池が異常な発熱によりダメージを受けないよう燃料電池モジュール１５の表面温度を監視し、異常な発熱に至った場合はエラー表示を行うとともに燃料電池の発電動作を停止する。
【００３２】
ところで、燃料電池を搭載したハイブリッド電源において、本来であれば、１つの燃料電池モジュールで所定の発電容量を満足できることが理想である。しかし、量産時になると量産効果を考えると複数種の燃料電池モジュールを作製し、管理するよりは少ない燃料電池モジュール種で複数使用し、直列・並列接続にすることで高電圧や高容量のハイブリッド電源を構成するほうが歩留まり、生産ラインの規模の小型化や生産管理の面からトータルコストが安価である。そこで、本発明は複数の燃料電池モジュールを使用した時の負荷装置の稼動状況に応じて燃料消費を最小限に抑え、燃料消費の低減を図る方法を提案する。
【００３３】
図１０は本発明の一実施の形態に係る給電システムにおけるハイブリッド電源装置の別の構成を示す概略図である。同図において、図２と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。以下、本発明の給電システムにおけるハイブリッド電源装置の動作について当該動作フローを示す図１１に従って説明する。
【００３４】
先ず、負荷装置１００の電源をＯＮすると（ステップＳ３０１）、図１１のＣＰＵ１１は負荷装置１００から送信される省エネモード信号の状態を確認し、その確認信号が負荷装置稼動状態時にあることを示しているようであれば前述した負荷装置稼動モードを実行する（ステップＳ３０２，Ｓ３０３）。最初に、ハイブリッド電源装置１０の電源投入後、負荷装置１００への電力供給のため、負荷装置１００の駆動系電源と制御系電源をＯＮする。その後、ハイブリッド電源装置１０は負荷装置１００に対し、負荷情報の要求信号を負荷装置１００との通信手段を通じて送出した後、負荷装置１００の電源がＯＮされ、負荷装置１００からの省エネルギーモード信号が稼動要求を示す信号と負荷情報、つまり負荷の消費電力を示す情報などを負荷ＩＤで管理されている情報などを発していれば燃料電池を利用したハイブリッド電源装置１０は負荷情報に基づいて電源装置内のＲＯＭ１４に予め用意されたパラメータ情報をＣＰＵ１１に呼び込み設定する（ステップＳ３０４；ＹＥＳ、ステップＳ３０５）。その後、燃料電池の発電動作に入るために、一旦燃料電池出力ON/OFFスイッチ２３をＯＦＦすることで燃料電池に接続されている負荷装置１００への電源供給を遮断し、燃料ポンプ１８、ラジエタファン１９、循環ポンプ２０、水ポンプ２１及びブロワー２２などの補機類を稼動状態にする（ステップＳ３０６）。この時、負荷装置１００への電源供給は二次電池２４からの供給となる。その後、補機類が稼動を開始すると燃料電池モジュール１５の表面温度を監視し、その表面温度に応じて燃料を規定時間だけ燃料ポンプ１８を稼動し循環タンクに燃料を供給する。なお、本実施の形態では燃料電池モジュール一つに対しそれぞれブロワーや燃料ポンプが設けられているが、もちろん一組のブロワーや燃料ポンプから出力される燃料や空気を、ソレノイドバルブなどを利用し、ON/OFFさせても同様の効果を得ることができる。そして、燃料供給が済んだ時点で燃料電池モジュール１５−１，１５−２の表面温度が所定の温度に達するまでの時間、暫くの間待機状態にする。それぞれの燃料電池モジュール１５−１，１５−２の表面温度が所定の温度に達すると二次電池２４への充電を目的とし燃料電池出力ON/OFFスイッチ２３をＯＮさせ、規定時間の間、二次電池２４への充電動作（CHAGE_OPERATING）を実行する。その後、所定時間経過後、それぞれの燃料電池モジュール１５−１，１５−２の表面温度の監視動作を実行し、その時の表面温度に応じて燃料を規定時間だけそれぞれの燃料ポンプ１８−１，１８−２を稼動し循環タンクに供給する。その後、この一連の動作は省エネモード信号が待機モードに変化するまで周期的に繰り返し行われる。
【００３５】
次に、省エネモード信号が待機モードに変化すると以下の負荷装置待機モードを実行する（ステップＳ３０４；ＮＯ）。燃料電池稼動後、省エネルギーモード信号が待機状態を要求する信号が発生した場合、負荷装置１００の交換のために負荷装置１００がハイブリッド電源装置１０から分離され負荷装置１００との通信ができなくなった場合など負荷無し状態と判断した場合、負荷装置１００を使用後、節電のために負荷装置１００の電源がＯＦＦされた時、例えば通常ＯＡ機器などは装置用電源におけるメイン電源と装置用電源の制御回線が別けられたものが多く、装置用遮断時は制御の通信線やＣＰＵ周辺の電源はＯＮのままとなっている場合が一般的であることから負荷装置１００とハイブリッド電源装置１０の間の通信は可能状態にある時に、負荷装置１００との通信手段の双方向通信ケーブル１０１を通じて負荷装置１００の電源がＯＦＦされたことを知らせる信号を受け取った場合はこれらの信号を受け取った時点でハイブリッド電源装置１０のＣＰＵ１１は負荷装置１００からの省エネルギーモード信号の待機状態要求信号とＲＯＭ１４から予め用意された負荷情報に伴うパラメータ値を確認及び設定し（ステップＳ３０９）、負荷装置１００が待機状態に入ったことを認識する（ステップＳ３１０）。その後、ＣＰＵ１１は負荷装置１００の駆動系電源への通電を遮断し、制御系電源のみをＯＮさせ、二次電池２４の消費状況を監視する（ステップＳ３１１）。
【００３６】
監視結果が満充電に近いか、またはそれ以上であれば、二次電池２４の出力電圧監視結果がDC-DCコンバータの入力電圧の上限値±第２の許容マージン値に達するまで次の二次電池２４の充電動作は行わない（ステップＳ３１５；ＮＯ）。その後、周期的に二次電池２４の出力電圧を監視し、電圧監視結果がDC-DCコンバータの入力電圧の上限値±第１の許容マージン値に達した時点でそれぞれの燃料電池モジュール１５−１，１５−２で構成されたハイブリッド電源装置１０内のそれぞれの燃料電池モジュール１５−１，１５−２の温度に応じた燃料補給動作を実施し、燃料電池モジュール１５−１，１５−２の発電動作を活性化させて燃料電池出力に並列に設けられた二次電池２４の充電動作を行う。
【００３７】
この時、稼動の燃料電池モジュール数を変動させ、つまり余分な燃料電池モジュールはポンプ類やブロワーから成る補機類を停止させることで、発電動作を止めることができるので発電能力を負荷装置の使用電力の低減や二次電池と同等まで下げることで燃料消費の低減を図れる。
【００３８】
それ以降は、稼動している二次電池の表面温度に応じて燃料供給動作を周期的に行うことで燃料電池を発電させ、その発電電力を二次電池に供給することで燃料電池からの充電動作（CHARGE_OPERATING）を実行する。なお、燃料電池が稼動している間は燃料電池が異常な発熱によりダメージを受けないようそれぞれの燃料電池モジュールの表面温度を監視し、異常な発熱に至った場合は、エラー表示を行うとともに全ての燃料電池モジュールを発電動作停止する。
【００３９】
更に、省エネモード信号の待機モードが所定時間継続されるようであれば以下のような燃料電池停止モードを実行し、更なる燃料消費を抑える動作を行う。
【００４０】
また、負荷装置１００の待機状態が所定時間以上（ステップＳ３１６；ＹＥＳ）、稼動モードに変化しない場合や負荷装置接続監視信号が無負荷（負荷装置が接続されていない）場合、負荷装置１００の電源スイッチがＯＦＦされたことを知らせる信号が送られてきた時は以下のような燃料電池停止モードを実行する（ステップＳ３１７）。
【００４１】
負荷装置１００の電源をＯＮすると、図１１のＣＰＵ１１は二次電池２４の充電状況を監視し、二次電池２４の出力電圧がDC_DCコンバータの入力仕様の上限値±第１の許容マージン値であると判断されると全ての燃料電池モジュールの発電動作を停止させる。停止させる場合、最初に燃料ポンプ１８−１，１８−２、ブロワー２２−１，２２−２を停止させることで発電動作を停止させる。次に、二次電池２４の無駄な電力消費を抑えるために二次電池２４から電力供給される燃料ポンプ１８−１，１８−２、ラジエタファン１９−１，１９−２、循環ポンプ２０−１，２０−２、水ポンプ２１−１，２１−２及びブロワー２２−１，２２−２などの補機類も全て停止させる。燃料電池が停止した時点で二次電池２４の出力電圧監視結果がDC_DCコンバータの入力電圧の上限値±第１の許容マージン値に近い状態であれば燃料電池出力ON/OFFスイッチ２３をＯＦＦすることで燃料電池の出力を遮断し、負荷装置１００への電源供給は二次電池２４からの供給とする。なお、それぞれの燃料電池モジュール１５−１，１５−２の出力に二次電池２４や他の燃料電池からの回りこみを防止する保護用のダイオードが設けられている場合は燃料電池出力ON/OFFスイッチ２３をＯＮのままでも可とする。停止後も、それぞれの燃料電池モジュール１５−１，１５−２の反応熱監視動作、二次電池２４の出力電圧監視動作と負荷装置２４の動作モード監視動作及び負荷装置１００の電源スイッチがＯＦＦからＯＮに変化したことを示す信号が負荷装置１００の通信手段の双方向通信ケーブル１０１を通じて送信されることを監視する動作を継続する。周期的な負荷装置１００の動作モード監視動作結果が稼動を示したり、負荷装置１００の電源スイッチがＯＦＦからＯＮに変化したり、二次電池２４の出力電圧監視結果がDC_DCコンバータの入力電圧の上限値±第１の許容マージン値に近づくと再び全ての燃料ポンプ１８−１，１８−２、ラジエタファン１９−１，１９−２、循環ポンプ２０−１，２０−２、水ポンプ２１−１，２１−２及びブロワー２２−１，２２−２などの補機類が稼動することでそれぞれの燃料電池モジュール１５−１，１５−２は発電を開始する（ステップＳ３１９；ＹＥＳ、ステップＳ３０２〜Ｓ３０６）。
【００４２】
再び燃料電池が発電開始する場合は燃料電池のオーバーロード防止のために一旦燃料電池出力ON/OFFスイッチ２３をＯＦＦすることで燃料電池に接続されている負荷（二次電池や負荷装置など）への電力供給を遮断し、燃料ポンプ１８−１，１８−２、ラジエタファン１９−１，１９−２、循環ポンプ２０−１，２０−２、水ポンプ２１−１，２１−２及びブロワー２２−１，２２−２などの補機類への電力補給を二次電池２４から行うことで前述した負荷装置稼動モードに従った燃料電池の発電動作を開始する。
【００４３】
そして、燃料電池が発電動作を開始するとそれぞれの燃料電池モジュール１５−１，１５−２の表面温度を監視し、その表面温度に応じて燃料ポンプ１８−１，１８−２を稼動し燃料を供給する。燃料供給が済むと燃料電池モジュール１５−１，１５−２の表面温度が所定の温度に達するまで待機状態となる。その後、それぞれの燃料電池モジュール１５−１，１５−２の表面温度が所定の温度に達すると二次電池２４への充電を目的とし、燃料電池出力ON/OFFスイッチ２３をＯＮさせ、二次電池２４の出力電圧の監視をしながら二次電池２４のDC_DCコンバータの入力電圧の上限値±第１の許容マージン値に達するまで充電動作（CHARGE_OPERATING）を実行する。その後も負荷装置稼動モードの一連の動作を継続する（ステップＳ３１８；ＹＥＳ、ステップＳ３０２〜Ｓ３０６）。なお、燃料電池が稼動している間はそれぞれの燃料電池が異常な発熱によりダメージを受けないようそれぞれの燃料電池モジュール１５−１，１５−２の表面温度を監視し、異常な発熱に至った場合は、エラー表示を行うとともに全ての燃料電池の発電動作を停止する。
【００４４】
ここで、ハイブリッド電源装置は特定の負荷のみが接続されるわけではなく負荷装置はハイブリッド電源装置の定格出力条件範囲内であれば負荷とは無関係に電力供給が可能である。しかし、燃料電池を一度停止させた後に異なる負荷装置を接続し、稼動させようとすると、発電容量に余裕を持たせようとすると燃料電池モジュール自体が大きくなり、高価になってしまうことから一般的に容量はなるべく小さく抑えるように作製しているため、ハイブリッド電源装置は負荷に対しハイブリッド電源装置の持てる最大能力に近い状態で動かす必要が生じる。
【００４５】
しかし、燃料電池を一度停止させた後に異なる負荷装置を接続し、稼動させようとするとハイブリッド電源装置は負荷に対しハイブリッド電源装置の持てる最大能力に近い状態で動かす必要が生じる。そこで、ハイブリッド電源装置の持てる最大能力に近い状態で動かすためには燃料電池がある程度まで発電能力が立ち上がっていることが必要となり、二次電池の容量（二次電池から負荷装置に供給できる能力）次第では直に負荷装置を稼動状態にすることができないなどの障害が予想される。そこで、市場でオペレータの実使用は燃料電池搭載のハイブリッド電源装置の電源を落とさず（燃料電池を停止させずに）ケーブル差し替えのみで対応することが予想される。
【００４６】
一方、燃料電池が稼動状態での負荷装置の交換を行おうとするとコネクタは活電状態であることからをコネクタ部において負荷装置とハイブリッド電源装置の端子間でのスパークが発生したり、スパークノイズの影響で装置故障や誤動作やオペレータに不快感を与える原因となってしまう。そこで、各DC-DCコンバータ出力をオペレータが故意にON/OFFさせるための負荷出力ON/OFFスイッチを設けることと、負荷出力ON/OFFスイッチのＯＮ/ＯＦＦに連動して点灯表示（本実施の形態では負荷出力表示）する表示手段を設けることで、オペレータの視覚に訴えＯＮ/ＯＦＦ管理することで負荷装置とハイブリッド電源間でのスパーク発生に伴うオペレータの不快感やスパークノイズの影響で装置の故障原因を回避することができる。
【００４７】
もちろん、ケーブル差し換え時や負荷装置が接続された状態でハイブリッド電源のＯＮ／ＯＦＦをする場合、負荷出力ON/OFFスイッチで電源装置の出力をＯＮ／ＯＦＦするためには、本使用に対応できるように下記電源シーケンスと負荷出力表示（本実施の形態では負荷出力表示ＬＥＤを示す）を燃料電池搭載のハイブリッド電源装置に搭載することを提案する。
【００４８】
例えば、図１２において負荷装置１００が接続された状態でハイブリッド電源装置１０をＯＮ／ＯＦＦする場合、先ず図１０のように制御系回路１０３と駆動系回路１０４を有している負荷装置１００は、この負荷装置１００に外部から電源を供給しようとすると、制御系回路１０３を先に立ち上げた後に駆動系回路１０４を立ち上げないと負荷装置１００内の制御回路が稼動しない状態で駆動系電源が印加され、負荷装置１００の誤動作や故障の原因となる。そこで、電源立ち上げ時の問題点を回避するために図１０に示すように、負荷装置１００と燃料電池搭載のハイブリッド電源装置１０の間に制御回路上の通信用電源１０５で動作する通信手段を設ける。ハイブリッド電源装置１０の立ち上げ時は制御系用DC-DCコンバータ３０と駆動系用DC-DCコンバータ３１の出力と負荷出力表示はＯＦＦ状態にしておき、通信信号線を接続すると、負荷装置１００は通信手段の双方向通信ケーブル１０１を通じて負荷装置１００から接続されたことを示す負荷接続確認信号や負荷情報を燃料電池搭載のハイブリッド電源装置１０に送信する。その後、ハイブリッド電源装置１０は負荷装置接続と負荷情報をＣＰＵ１１で確認し、次にＣＰＵ１１は、負荷出力表示と制御回路に電力供給するために制御系電源ON/OFF信号をＯＮし、制御系用DC-DCコンバータ３０や負荷出力表示をＯＮさせる。次に、駆動系電源ON/OFF信号をＯＮすることで駆動系用DC-DCコンバータ３１を出力状態にする。以上のことを行うことで負荷装置の立ち上げのシーケンスを確保し、燃料電池は、負荷情報に応じて正常な発電動作を開始する。もちろん、本動作はケーブル差し換え時に次の負荷交換した後、負荷出力ON/OFFスイッチをＯＮすることでも同様な動作を行う。
【００４９】
また、負荷装置１００が接続された状態で、負荷装置１００をハイブリッド電源装置１０から外す際には負荷接続確認信号を通じて負荷装置が外されたことを確認し、駆動系用DC-DCコンバータ３１をＯＦＦした後に制御系用DC-DCコンバータ３０をＯＦＦし、ハイブリッド電源装置１０からの出力を停止させると共に負荷出力表示をＯＦＦする。なお、ケーブル差し換え時に負荷交換のために、負荷出力ON/OFFスイッチをＯＦＦする際でも同様な動作を行う。また、本実施の形態では図１３に示すように、負荷接続確認信号の供給手段はハイブリッド電源装置１０にプルアップ抵抗３２を設けて負荷装置１００を接続することで、ハイブリッド電源装置１０内のＣＰＵ１１のI/Oポート信号がＨレベルから負荷を接続することでＬレベルへの変化を確認しているが、制御系電源供給をフォトアイソレートしてもハイブリッド電源装置１０のＣＰＵ１１で確認ができる。また、本実施の形態では、負荷接続確認信号と、負荷装置との通信を利用し、負荷情報と負荷接続の確認を行っているが、負荷接続の確認のみの機能であれば負荷接続確認信号と、負荷装置との通信のどちらか一方でも可能とすることができる。
【００５０】
更に、本実施の形態では負荷出力ON/OFFスイッチを設けることで、オペレータによる電源のＯＮ／ＯＦＦ管理を行っているが、電源スイッチのＯＮ／ＯＦＦ管理に確実性が無い。そこで、確実性に電力供給ラインのＯＮ／ＯＦＦを行うために自動で負荷接続確認信号が立ち上がり、確実に負荷との接続が確認された後に電力供給ラインが立ち上がることで負荷接続時のスパークなどを防ぐための遅延時間を設けることが望ましい。
【００５１】
具体的な実施の形態としては、図１４において、電源供給ラインと負荷接続確認信号ラインを一つの電源プラグ５１とし、電源プラグ５１をインレットに差す際に負荷接続確認信号ラインが先にグランドに接続され、その信号の変化をＣＰＵが確認後、制御系や駆動系のDC-DCコンバータをＯＮさせ負荷装置への電源供給ラインからの電力供給を行う構造体（負荷接続確認信号端子を他の電力供給ラインより長くすることで実現）にすることで実現することができる。その他の方法としては各電源ラインにスパークが発生しても回路への影響を最小限に抑える方法としてＣＲスバナ回路を実施してもよい。
【００５２】
また、負荷出力ON/OFFスイッチがＯＮ／ＯＦＦされることで負荷装置とハイブリッド電源の電源供給機構がメカ的にロックやロック解除されるロック機構を設けることで、オペレータが確実に電源のＯＮ／ＯＦＦ管理ができるようになる同様の効果を得ることができる。
【００５３】
上述した図１４では電源供給ラインと負荷信号との通信ラインは別々のコネクタで接続されているが実際時は一緒にしても束ねても同様の効果が得られる。しかし、束ねる際に電力供給ラインはパワーラインである事から電流変動が大きく電磁波ノイズの発生が懸念される。また、電力供給ラインに負荷信号との通信のための信号ラインを沿わせた状態で実装すると電磁波ノイズの影響で誤動作の危険性がある。そこで、負荷信号との通信ラインと電力供給ラインは別々にシールドを行うことで分離を行うことが望ましい。
【００５４】
次に、アルコールを燃料とした希釈循環型燃料電池の一連の動作は図１０のように高濃度の燃料が保持されている燃料タンク３３から燃料ポンプ１８で稼動させ循環タンク３４に送液する。送液する液量は排水タンクから水ポンプ２１で給液した希釈水の量に対し一定濃度となる量とする。送液された燃料と水タンク３５から送液される希釈水は循環タンク３４に送り込むことで一定の割合の希釈燃料なり循環タンク内に保持される。次に、循環タンク内の希釈燃料は循環ポンプ２０によって燃料電池モジュール１５に送液、循環され、ブロワー２２から送風される空気と反応し、燃料電池モジュール１５からは電力や水、熱などを取り出すことができる。燃料電池モジュール１５内で燃料と空気が反応して発生する水はこの時点では熱により気体化しているためラジエタ３６を通すことで冷やされ生成水として水タンク３５に回収される。回収された生成水は再び高濃度燃料の希釈水として再利用される。
【００５５】
また、燃料電池モジュール１５で発生した電力は二次電池の蓄電及び制御系用DC-DCコンバータ３０や駆動系用DC-DCコンバータ３１の電源として利用され、各DC-DCコンバータは負荷装置１００の電源として利用される。以上がメタノールを燃料とした希釈循環型燃料電池（DMFC）の一連動作である。
【００５６】
ところで、もし燃料や希釈水が無い場合など希釈燃料の濃度管理制御が不可能となり、燃料濃度不足状態で負荷をかけるとオーバーロードになったり、クロスオーバーなどが必要以上に発生し、燃料電池モジュールの劣化の原因となる可能性がある。以上のことから、燃料電池発電のための主原料となる高濃度燃料と希釈水が保持されているタンク内の液残量を把握することは本装置においては不可欠技術となる。
【００５７】
そこで、本発明はハイブリッド電源装置の希釈水や燃料不足からハイブリッド電源の発電電圧出力低下やモジュール劣化を防ぐことを目的とし希釈水や燃料残量検知を行う。
【００５８】
先ず、図１０に示すようにハイブリッド電源装置１０の燃料タンク３３と水タンク３５には上限液面位置を検知する上限液面位置センサ３７，４０、中間液面位置を検知する中間液面位置センサ３８，４１、下限液面位置を検知する下限液面位置センサ３９，４２がそれぞれのタンクに設けられており、それらの信号はハイブリッド電源装置１０内のＣＰＵ１１に取り込まれ常に各タンクの液量の変化を監視し、監視結果をハイブリッド電源装置１０に設けられた表示手段１２に表示すると共に、負荷装置との通信路である双方向通信ケーブル１０１を通じ、コマンドとステータスのやり取りで負荷装置１００にも各タンクの液量変化の監視結果が送信される。これらの情報を受け取った負荷装置１００は負荷装置の表示手段６１に上記のハイブリッド電源装置１０と同様、各タンクの液量変化を表示する。更に、各タンクの液量変化情報をＰＣ（本実施例では情報装置）の負荷制御装置２００に「負荷制御装置と負荷装置の通信路」の（ＰＣの場合はUSBやRS232Cなどの汎用通信インターフェイスやネットワークなどを使用）通信路３００を通じて送信し、モニタなどに液量変化情報を表示することでオペレータやサービスマンは燃料電池を搭載したハイブリッド電源装置１０の燃料や希釈水の残量を常にどの位置にいても確認でき、燃料電池の停止時間を予測できることから突然の電源停止による負荷装置の故障原因を回避できる。なお、停止時間の予測は各タンクに設けられた下限液面位置センサ３９，４２を下回るとＣＰＵ１１は燃料ポンプ１８や水ポンプ２１の稼働時間の計測・記憶と各ポンプのトータル稼働時間を算術し、予め判っている単位時間当りの各ポンプの送液量から下限液面位置センサ３９，４２を下回った時点からのトータル送液量を求める。その後、予め判っている下限液面位置センサ３９，４２からのタンク内液残量からトータル送液量の差を求めることで各タンクの残量を把握でき、燃料電池が停止するまでの時間をリアルタイムに予測できる。下限液面位置センサ３９，４２を下回った時点からのトータル送液量算術結果はハイブリッド電源装置１０の停止後も情報が消えないように制御回路内に設ける記憶部としてのＳＲＡＭなどを使用して保存しておく。
【００５９】
また、本実施の形態において、液面センサ位置は各タンクの上、中、下位置に設ける方法を示したが、センサ位置を細かく配置することで更に液面の変化量を細かく検出できる。また、燃料タンクや水タンクは液面センサを使用したが、コストダウンのために各タンクに一つだけ液面センサを設け、そこから前述したように各ポンプのトータル稼働時間を計測し、そこからトータル送液量を算術し、各タンクのセンサ位置からの液残量から差を求める方法や圧力センサを使用し、液量を重量に換算して求める方法でも同様の効果を得ることができる。
【００６０】
次に、前述したように、燃料電池発電のための主原料となる高濃度燃料と希釈水が保持されているタンク内の液残量を把握することは本装置においては不可欠技術である。特に、本発明は冬場などの低温化で使用する場合など生成水（＝希釈水）が凍結する危険性がある場合など有効である。以下に給液エラー機能の実現手段について説明を行う。
【００６１】
また、図１０に示すように本燃料電池には燃料タンク３３、循環タンク３４、水タンク３５のそれぞれには液面位置を確認するためのセンサが設けられている。ポンプ動作、タンクとセンサに関する一連の動作を説明する上では各タンクに設けられたセンサと各タンクに給液するための各ポンプの動作は同じであることからここでは一例として、循環タンクについて説明を加える。
【００６２】
先ず、燃料電池を搭載したハイブリッド電源装置１０はパワーオンスイッチをオンするとPOWER_ON信号をＣＰＵ１１が確認し、その後ＣＰＵ１１は必ず図１０の循環タンク３４に設けられた循環タンク上限液面センサ４３のオン確認動作を行う。この確認信号がＨレベル（センサ位置まで液面が無い状態を表す）に達していない場合、水ポンプ３５を稼動させ、信号がＬレベルに変化するまで排水タンクからの給水動作を実行する。なお、同時にタンク内が液で満たされるまでの時間がセットされたタイマをスタートさせ、時間内に上限センサ位置まで液面が達しなければ水補給の系統に何らかの障害、例えば冬場であれば凍結の危険性やポンプの焼損の可能性などが発生しているものと判断し、水供給Errorとする。この水供給Errorとはエラーと認識されると、循環ポンプ２０、ブロアー２２、水ポンプ２１、駆動系電源、二次電池充電動作をＯＦＦし、エラーランプはＯＮし、点滅動作となる。なお、このエラーモードからの復帰方法は重要なエラー状態にある可能性があることからサービスマンが確認する意味から自動復帰では無く電源再投入により復帰となる。
【００６３】
更に、燃料電池モジュール１５の出力電圧が低下した状態で大きな負荷をかけ続けた場合、燃料電池モジュール１５はオーバーロード状態になりモジュール自信の劣化につながる危険性がある。その理由としては燃料濃度が薄くなり、思ったように反応が進まないために出力電圧が低下するために生じるものと思われる。そこで、図１５のようにこれらの障害を防止するために周期的に燃料電池モジュール１５の出力電圧を電圧計や抵抗を分圧した時の電圧の変化をＣＰＵ１１のＡ/Ｄ端子で監視し、燃料電池モジュール１５の下限電圧を下回らないように監視する。もし、燃料電池モジュール１５の下限電圧を下回った場合、エラーと判断し、ブロアー、水ポンプ、駆動系電源、循環ポンプ、燃料ポンプ、ラジエタファン、二次電池充電動作をＯＦＦし、エラーランプを点灯する。なお、燃料電池モジュールの出力電圧を測定する場合は燃料電池出力ON/OFFスイッチ２３をＯＦＦした状態で測定するものとする。
【００６４】
また、燃料電池モジュール１５の表面温度が異常高温状態になった場合、燃料電池モジュール１５は自己発熱で内部部品（ＭＥＡや触媒など）にダメージを与えモジュール自信の劣化につながる危険性がある。理由としては燃料濃度が濃くなりすぎ予想以上に反応が活性化し、クロスオーバー状態になり、出力電圧が低下すると共にモジュール自身の反応熱で高温状態になるものと思われる。そこで、図１６のように、これらの障害を防止するために周期的に燃料電池モジュール１５の温度を、サーミスタ１７を利用し温度の変化をＣＰＵのＡ/Ｄ端子で監視し、燃料電池モジュールの上限温度を越えないように監視する。もし、燃料電池モジュール１５の上限温度を超えてしまった場合、エラーと判断し、最初にブロアー、燃料ポンプ、水ポンプ、駆動系電源、ラジエタファン、二次電池充電動作をＯＦＦし、エラーランプを点灯する。この時、高温状態にあるモジュール内部の燃料が内部で停滞すると内部部品（ＭＥＡや触媒など）にダメージを与えモジュール自信の劣化につながる危険性があることから燃料が停滞しないように循環ポンプは稼動状態のままとする。その後、ある程度、燃料温度やモジュール温度が下がった時点で循環ポンプを停止する。
【００６５】
更に、燃料電池モジュールの温度が低下した状態で大きな負荷をかけ続けた場合、燃料電池モジュールはオーバーロード状態になりモジュール自信の劣化につながる危険性がある。理由としては何らかの原因で燃料濃度が薄くなり、思ったように反応が進まないためにモジュール反応が進まずモジュール温度が低下するために生じるものと思われる。そこで、図１７のようにこれらの障害を防止するために周期的に燃料電池モジュール１５の温度を、サーミスタ１７を利用し、温度の変化をＣＰＵのＡ/Ｄ端子で監視し、燃料電池モジュール１５の下限温度を下回らないように監視する。もし、燃料電池モジュール１５の下限温度を下回った場合、エラーと判断し、ブロアー、水ポンプ、駆動系電源、循環ポンプ、燃料ポンプ、ラジエタファン、二次電池充電動作をＯＦＦし、エラーランプを点灯する。
【００６６】
また、燃料電池を搭載したハイブリッド電源装置内の機内ファンが停止し、機内温度が高温状態で大きな負荷をかけ続けた場合、燃料電池モジュールは周囲温度の影響で燃料の化学反応活性化が加速され予想以上高温状態になりモジュール自信の劣化につながったり、ハイブリッド電源の制御基板の誤動作、希釈水や燃料の気化につながり正常な濃度制御ができなくなるなどの危険性がある。そこで、図１８のようにこれらの障害を防止するために周期的に燃料電池を搭載したハイブリッド電源装置の機内温度を、サーミスタ４４を利用し、機内温度の変化をＣＰＵのＡ/Ｄ端子で監視し、ハイブリッド電源装置の機内温度の上限値を上回らないように監視する。もし、ハイブリッド電源装置の機内温度の上限値を上回る場合、機内ファン停止などの異常が生じたものと判断し、エラーとする。エラーと判断すると、ブロアー、水ポンプ、駆動系電源、循環ポンプ、燃料ポンプ、ラジエタファン、二次電池充電動作をＯＦＦし、エラーランプを点灯する。
【００６７】
更に、燃料電池を搭載したハイブリッド電源装置内に蓄電デバイスとして二次電池を使用しているが電池の過充電を行うことで、著しく寿命の低下や場合によっては破損の可能性がある。そこで、図１９のようにこれらの障害を防止するために周期的に二次電池を搭載したハイブリッド電源装置の二次電池２４の表面温度を、サーミスタ４５を利用し、電池の温度変化をＣＰＵのＡ/Ｄ端子で監視し、二次電池２４の充電時の電池高温度保護値の上限値を上回らないように監視する。もし、二次電池２４の充電時の電池高温度保護値の上限値を上回った場合、二次電池２４の充電高温エラーが生じたものと判断し、充電ＯＮ/ＯＦＦスイッチと燃料電池出力ON/OFFスイッチ２３を強制的にＯＦＦすることで、二重スイッチでプロテクトができ、充電を遮断することができる。もし、強制的に充電を停止したにも関らず更に温度上昇を続けるようであれば、電池の破損に伴う液漏れや破裂、発火を防ぐために二次電池２４の表面に温度ヒューズ４６などを実装し、メカ的に通電を遮断する機構を設ける。メカ的に遮断することで危険な状態に再び自己復帰することを防止でき、三重にプロテクトすることができる。
【００６８】
また、図２０に示すように、絶縁性外カバー７１、導電性外フレーム７２、穴開き平滑絶縁シート部材７３、導電性内フレーム７４、穴開き絶縁シート部材７５の順に外側から覆われ、導電性外フレーム７２と導電性内フレーム７４を電極とし、これらの電極間の絶縁抵抗７６を検知し、基準電圧と比較し、２値信号としてＣＰＵのＩ/Ｏポートに渡すコンパレータ７７から構成される液漏れ検知回路が設けられている。本回路は導電性外フレーム７２、穴開き平滑絶縁シート部材７３と導電性内フレーム７４を電極としているため、導電性内フレーム７４に燃料電池から燃料や生成水（＝希釈水）が漏れると、穴開き平滑絶縁シート部材７３と導電性内フレーム７４間に漏れた液が入りこみ、やがては導電性外カバー７２と触れることになる。そうすると導電性外カバー７２と導電性内フレーム７４間の抵抗値が下がり、コンパレータ７７の基準電圧より電圧値が低くなり、コンパレータ出力は反転する。コンパレータ７７の反転信号をＣＰＵは感知し、Ｉ/Ｏポートを通じてＬＥＤなどを点灯させる。そのようにすることで、オペレータやサービスマンは液漏れが発生したことを確認でき、迅速な対応と原因究明ができる。
【００６９】
更に、燃料電池を搭載したハイブリッド電源装置でエラーが発生するとＣＰＵはエラーの種別を判断し、表示装置（本実施の形態ではＬＥＤなどを例に挙げている）がハイブリッド電源装置に表示装置を設け、エラーコードや略文字表示などを通じてオペレータやサービスマンに対しアナウンスをすることでエラーへの迅速な対応ができる。更に、エラーへの対応を分かりやすくするために表示装置にエラーの発生箇所の位置表示とエラーコード、考えられる対処法など表示する。
【００７０】
また、前述の説明ではエラー時はラジエタファンモータや冷却ファンは停止することになっているが、ハイブリッド電源装置内で発生した水が機械内部で気化されラジエタファンや装置の冷却ファンで外部に送出されている状態で突然これらのファンを停止させると結露の原因となる。そこで、結露を防止するためにラジエタファンモータや冷却ファンに印加している電圧を下げることで回転数を落とす方が更に望ましい。
【００７１】
更に、エラーの発生は何時発生するか分からない。しかし、ハイブリッド電源装置の表示のみでエラー発生を通知してもオペレータやサービスマンがハイブリッド電源の近傍にいない場合、対処が遅れてしまう。特に液漏れなどの発生では電源が設置されている場所によっては他の機器の故障原因や書類などを汚してしまう危険性がある。そこで、オペレータやサービスマンに対し迅速にエラーが発生したことを告げるためにエラー情報を負荷装置に送信する手段を設ける。図１０に示す実施の形態では、負荷装置との通信路である双方向通信ケーブル１０１を通じてコマンドとステータスの関係を利用して負荷装置１００にエラーが発生したことを知らせる。そのようにすることで、ハイブリッド電源装置１０の表示手段１２だけではなく、負荷装置１００の表示部でもハイブリッド電源装置１０で表示する情報と同様の表示ができる。但し、燃料電池はエラーが発生するとハイブリッド電源装置１０の内部に有している二次電池２４の電圧が規定値に達するまでの電源供給となることから負荷装置１００とハイブリッド電源１０の表示時間は長時間表示できるわけではない。そこで、負荷装置１００は燃料電池を搭載したハイブリッド電源装置１０からエラー情報を受け取ると、図１０の負荷制御装置と負荷装置間の通信路、例えばUSB，RS232Cなどの汎用インターフェイスやネットワークなどの通信路３００を利用し、早急に負荷装置１００に送られた情報と同じ情報を負荷制御装置２００に送る。そのようにすることで、ハイブリッド電源装置１０の二次電池２４が規定値に達し、負荷装置１００への電源供給が不可となって表示手段１２が消えてもオペレータやサービスマンは負荷制御装置（ＰＣや負荷装置に情報を与え制御する装置）２００中でエラーの発生を確認することができる。なお、エラー発生後、電源供給を止める場合、オペレータやサービスマンに対し、停止までの予測時間などを段階的に負荷装置１００に情報を送信し、やがてハイブリッド電源装置１０の二次電池２４が規定値に達し、負荷装置１００への電源供給が不可となって負荷装置１００に対し電源供給ができなくなってしまった場合は、ハイブリッド電源装置１０はその旨をオペレータやサービスマンに対し通信手段と表示装置を使って段階的な表示アナウンスを行う。そのようにすることで、オペレータなどは負荷装置１００に対し、動作（負荷装置がプリンタの場合、印刷情報の送信など）の送信を控えることができる。具体的に段階的な表示は図２１のように電池容量が徐々に低下していく様子を図表示にすることでオペレータにわかりやすくアナウンスできる。
【００７２】
また、ハイブリッド電源装置内で液漏れが発生した場合、電源が設置されている場所によっては他の機器の故障原因や書類などを汚してしまう危険性がある。そこで、図２２に示すように、外部に液が漏れ出さないように複数の孔８１を加工したカバー８２の設置面と側面の途中位置（液が溢れ出さない高さ＝一番容量の大きなタンクの液が漏れても溢れない高さ）の形状を、孔加工などを行わず受け皿形状にすることが望ましい。
【００７３】
更に、エラーを理由に発電動作を停止する場合、燃料電池の出力を無負荷にする。ここで言う無負荷にするとは図１０に示すＣＰＵ１１のI/O出力を通じて燃料電池出力ON/OFF信号をＯＦＦさせることで燃料電池出力ON/OFFスイッチ２３をＯＦＦ状態にすることができ燃料電池を無負荷にすることができる。
【００７４】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の給電システムにおけるハイブリッド電源装置と当該ハイブリッド電源装置を搭載した負荷装置と負荷制御装置のシステム構成の概略を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る給電システムにおけるハイブリッド電源装置の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る給電システムにおける負荷装置稼動モード及び負荷装置待機モードの動作を示すフローチャートである。
【図４】燃料電池モジュールにおける負荷装置稼動モードの燃料電池制御を示す概略図である。
【図５】燃料電池モジュールにおける負荷装置待機モードの燃料電池制御を示す概略図である。
【図６】本発明の別の実施の形態に係る給電システムにおけるハイブリッド電源装置の構成を示す概略図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る給電システムにおける負荷装置稼動モード及び負荷装置待機モード並びに燃料電池停止モードの動作を示すフローチャートである。
【図８】燃料電池モジュールにおける負荷装置待機モードの別の燃料電池制御を示す概略図である。
【図９】燃料電池モジュールにおける燃料電池停止モードの燃料電池制御を示す概略図である。
【図１０】本発明の一実施の形態に係る給電システムにおけるハイブリッド電源装置の別の構成を示す概略図である。
【図１１】本発明の一実施の形態に係る給電システムにおける複数の燃料電池モジュールを有する燃料電池を用いたときの負荷装置稼動モード及び負荷装置待機モード並びに燃料電池停止モードの動作を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の給電システムにおける負荷装置稼動モード及び負荷装置待機モード並びに燃料電池停止モードの動作概念を示す図である。
【図１３】ハイブリッド電源装置と負荷装置の接続形態を示す概略図である。
【図１４】プラグの一例を示す概略図である。
【図１５】燃料電池モジュールの障害防止の一例を示す概略図である。
【図１６】燃料電池モジュールの障害防止の一例を示す概略図である。
【図１７】燃料電池モジュールの障害防止の一例を示す概略図である。
【図１８】燃料電池モジュールの障害防止の一例を示す概略図である。
【図１９】燃料電池モジュールの障害防止の一例を示す概略図である。
【図２０】燃料電池のフレーム構造を示す図である。
【図２１】燃料電池の電池容量状態の表示例を示す図である。
【図２２】燃料電池カバーの構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０；ハイブリッド電源装置、１１；ＣＰＵ、１２；表示手段、
１３；ＲＡＭ、１４；ＲＯＭ、１５；燃料電池モジュール、
１６；燃料電池電圧監視回路、１７；サーミスタ、
１８；燃料ポンプ、１９；ラジエタファン、２０；循環ポンプ、
２１；水ポンプ、２２；ブロワー、
２３；燃料電池出力ON/OFFスイッチ、２４；二次電池、
２５；二次電池電圧監視回路、２６；充電ON/OFF制御回路、
２７〜２９；スイッチ、３０；制御系用DC-DCコンバータ、
３１；駆動系用DC-DCコンバータ、
１００；負荷装置、１０１；双方向通信ケーブル、１０２；アンテナ、
１０３；制御系回路、１０４；駆動系回路、
１０５；通信用電池、２００；負荷制御回路、
３００；無線通信路。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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