(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタノールを燃料とし、所定の供給量の燃料が供給されたときに、（ａ）出力電流の増加とともに出力電圧が減少する出力電流−出力電圧特性と、（ｂ）出力電圧の増加とともに出力電力が増加して最大出力電力になった後、出力電圧の増加とともに出力電力が減少する出力電圧−出力電力特性と、（ｃ）出力電流の増加とともに、排出されるメタノールの量が減少するメタノール排出率の特性とを有する燃料電池と、
負荷に電力を供給する二次電池とを備えた電源装置において、
前記燃料電池からの出力電圧が目標入力電圧になるように、前記燃料電池の出力電流を制御することにより、前記燃料電池からの出力電力に対して電力変換を行って前記負荷及び／又は前記二次電池に出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記燃料電池に供給する燃料の供給量及び前記ＤＣ−ＤＣコンバータの目標入力電圧を設定する制御部とを備え、
前記制御部は、
それぞれ前記燃料の供給量をパラメータとする前記燃料電池の出力電流−出力電圧特性及び出力電圧−出力電力特性に基づいて、前記燃料電池の出力電力が最大出力電力となるときの前記燃料電池の出力電圧以下で、かつ当該出力電圧より所定の電圧だけ低い電圧以上の値に設定される前記燃料電池の目標出力電圧を、前記燃料の供給量に対応させて記憶し、
前記二次電池の残存容量に基づいて前記燃料の供給量を決定し、当該決定された供給量の燃料を前記燃料電池に供給するように制御し、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータの目標入力電圧を、前記決定された燃料の供給量に対応して記憶された前記燃料電池の目標出力電圧に設定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、前記燃料電池の出力端子に接続される入力端子と、前記入力端子間の電圧と前記目標入力電圧との間の誤差を増幅して誤差信号を出力する誤差増幅器と、入力電流制御回路とを有し、前記入力電流制御回路は前記誤差信号を入力し前記誤差信号の絶対値が所定の値以下になるように前記燃料電池の出力電流を調整することを特徴とする、請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が、前記二次電池の電圧により定まり、入力電圧が前記目標入力電圧に近づくようにその入力電流を制御することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、
前記燃料電池が出力する電圧を入力する入力端子と、
前記二次電池の１端と接続された出力端子と、
入力電圧と前記目標入力電圧との差分を検出する差分検出器と、
前記差分に応じたデューティ比で、第１の期間に第１のレベルになり、前記第１の期間以外の期間である第２の期間に第２のレベルになるパルス信号を発生するパルス信号発生器と、
１端が前記入力端子に接続されたコイルと、
１端が前記コイルの他端に接続され、他端が接地され、前記第１の期間に導通し、前記第２の期間に非導通になる第１のスイッチ素子と、
１端が前記コイルの他端に接続され、他端が前記出力端子に接続され、前記第１の期間に非導通になり、前記第２の期間に導通する第２のスイッチ素子と、
を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電源装置。
【請求項５】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、
前記燃料電池が出力する電圧を入力する入力端子と、
前記二次電池の１端と接続された出力端子と、
入力電圧と前記目標入力電圧との差分を検出する差分検出器と、
前記差分に応じたデューティ比で、第１の期間に第１のレベルになり、前記第１の期間以外の期間である第２の期間に第２のレベルになるパルス信号を発生するパルス信号発生器と、
１端が前記入力端子に接続され、前記第１の期間に導通し、前記第２の期間に非導通になる第１のスイッチ素子と、
１端が前記第１のスイッチ素子の他端に接続され、他端が接地され、前記第１の期間に非導通になり、前記第２の期間に導通する第２のスイッチ素子と、
１端が前記第１のスイッチ素子の他端に接続され、他端が前記出力端子に接続されたコイルと、
を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電源装置。
【請求項６】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、
前記燃料電池が出力する電圧を入力する入力端子と、
前記二次電池の１端と接続された出力端子と、
入力電圧と前記目標入力電圧との差分を検出する差分検出器と、
前記差分に応じたデューティ比で、第１の期間に第１のレベルになり、前記第１の期間以外の期間である第２の期間に第２のレベルになるパルス信号を発生するパルス信号発生器と、
１端が前記入力端子に接続されたコイルと、
１端が前記コイルの他端に接続され、他端が接地され、前記第１の期間に導通し、前記第２の期間に非導通になる第１のスイッチ素子と、
１端が前記コイルの他端に接続され、他端が前記出力端子に接続された整流素子と、
を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電源装置。
【請求項７】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、
前記燃料電池が出力する電圧を入力する入力端子と、
前記二次電池の１端と接続された出力端子と、
入力電圧と前記目標入力電圧との差分を検出する差分検出器と、
前記差分に応じたデューティ比で、第１の期間に第１のレベルになり、前記第１の期間以外の期間である第２の期間に第２のレベルになるパルス信号を発生するパルス信号発生器と、
１端が前記入力端子に接続され、前記第１の期間に導通し、前記第２の期間に非導通になる第１のスイッチ素子と、
１端が前記第１のスイッチ素子の他端に接続され、他端が接地された整流素子と、
１端が前記第１のスイッチ素子の他端に接続され、他端が前記出力端子に接続されたコイルと、
を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電源装置。
【請求項８】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、その出力電圧が一定の上限出力電圧値を超えるか否かを検出する過電圧検出器を更に有し、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が前記上限出力電圧値を超えた場合、前記制御部は前記燃料電池への燃料供給を停止することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかの請求項に記載の電源装置。
【請求項９】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が一定の上限出力電圧値に制限されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかの請求項に記載の電源装置。
【請求項１０】
前記燃料電池の出力電力を測定する電力測定部を更に有し、
前記制御部は、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータの目標入力電圧を、前記決定された燃料の供給量に対応して記憶された前記燃料電池の目標出力電圧を含む複数の互いに異なる目標出力電圧に順次設定して、前記燃料電池の出力電力を順次測定し、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータの目標入力電圧を、前記各測定された燃料電池の出力電力のうちの最大の出力電力を与える目標入力電圧に変更することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかの請求項に記載の電源装置。
【請求項１１】
前記制御部は、
前記燃料電池の最大出力電力を、前記燃料の供給量に対応させてさらに記憶し、
前記各測定された燃料電池の出力電力のうちの最大の出力電力と、前記決定された燃料の供給量に対応して記憶された前記燃料電池の最大出力電力との差に基づいて、前記燃料の供給量を変更することを特徴とする請求項１０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、燃料電池を有する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、パーソナルコンピュータなどの携帯用電子機器・電気機械においては、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの二次電池が電源として使用されている。しかし、二次電池は、連続して最大４時間程度しかパーソナルコンピュータに電力を供給できない。
【０００３】
最近、２０〜４０時間連続してパーソナルコンピュータに電力を供給できる燃料電池が注目されている。燃料電池本体は、電解質層を燃料極（−）と空気極（＋）とで狭持した単セルを積層した構成を有し、燃料極に燃料を、空気極に空気をそれぞれ供給し、電気化学反応させることにより電力を生じさせる。燃料として、水素、メタノールが使用される。燃料電池は、負荷電流密度が上昇すると、出力電圧が低下する特性を持っている。このため、燃料電池を電源として外部負荷出力を行うシステムでは、燃料電池から出力される直流電力をＤＣ−ＤＣコンバータ又はＤＣ−ＡＣコンバータを用いて変換し、一定電圧又は一定電流の電力を出力する。
【０００４】
図８に、特開２０００−１７３６３６号公報に開示された、従来例の燃料電池装置の構成を示すブロック図を示す。定常状態では、燃料電池本体８０１で生じた直流電力（電圧Ｖ）は、直直流変換器（ＤＣ−ＤＣコンバータ）８０３により、所定の電圧Ｖｂの直流電力に変換され、回路切り換え制御部８０７を通り、外部負荷出力端子８０４に定常的に供給される。急激な負荷変動が生じ、一時的に燃料電池本体８０１の出力電圧Ｖａが低下し、所定の電圧Ｖ３以下になった場合、センサー部８０９からの信号により充電制御部８０６への出力を、回路切り換え制御部８０７にて停止する。更に出力電圧Ｖａが低下し、ある定められた電圧Ｖ４以下になった場合、センサー部８０９からの信号により補器８０２への出力を回路切り換え制御部８０７にて停止し、同時に補器８０２への出力電圧を二次電圧８０５からの出力電力に切り換える。従来例の燃料電池装置は、燃料電池本体８０１の出力電圧Ｖａに基づき、外部負荷に安定して電力供給を行う。
【特許文献１】特開２０００−１７３６３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料電池は、燃料電池に供給する燃料の量の増減に対する、出力電力の増減の応答が遅いという特性を持っている。従来例の燃料電池装置においては、負荷変動に応じて燃料電池が直ちに供給電力を変化させる必要がある。従来例の燃料電池装置においては、負荷が急激に増大した場合に即応できるように、燃料電池に、常に必要量を相当上回る燃料を供給する必要があった。このことは、燃料電池の燃料利用率を劣化させた。特に、燃料としてメタノールを使用する燃料電池の場合、多くのメタノールが使用されずに排出される。このため、排出されたメタノールの浄化方法が問題となった。燃料電池が排出したメタノールを再利用する循環式燃料電池が開発されている。しかし、循環式燃料電池においても、二酸化炭素を分離して排出する際、二酸化炭素のみを分離することが困難である故に、二酸化炭素を排出する時にメタノールも排出するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、排出がクリーンな電源装置を提供することを目的とする。
本発明は、燃料利用率が優れた電源装置を提供することを目的とする。
本発明は、負荷の電力変動に対して安定した電力を供給でき、且つ簡単な構成の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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。請求項１に記載の発明は、メタノールを燃料とし、所定の供給量の燃料が供給されたときに、（ａ）出力電流の増加とともに出力電圧が減少する出力電流−出力電圧特性と、（ｂ）出力電圧の増加とともに出力電力が増加して最大出力電力になった後、出力電圧の増加とともに出力電力が減少する出力電圧−出力電力特性と、（ｃ）出力電流の増加とともに、排出されるメタノールの量が減少するメタノール排出率の特性とを有する燃料電池と、負荷に電力を供給する二次電池とを備えた電源装置において、前記燃料電池からの出力電圧が目標入力電圧になるように、前記燃料電池の出力電流を制御することにより、前記燃料電池からの出力電力に対して電力変換を行って前記負荷及び／又は前記二次電池に出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、前記燃料電池に供給する燃料の供給量及び前記ＤＣ−ＤＣコンバータの目標入力電圧を設定する制御部とを備え、前記制御部は、それぞれ前記燃料の供給量をパラメータとする前記燃料電池の出力電流−出力電圧特性及び出力電圧−出力電力特性に基づいて、前記燃料電池の出力電力が最大出力電力となるときの前記燃料電池の出力電圧以下で、かつ当該出力電圧より所定の電圧だけ低い電圧以上の値に設定される前記燃料電池の目標出力電圧を、前記燃料の供給量に対応させて記憶し、前記二次電池の残存容量に基づいて前記燃料の供給量を決定し、当該決定された供給量の燃料を前記燃料電池に供給するように制御し、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの目標入力電圧を、前記決定された燃料の供給量に対応して記憶された前記燃料電池の目標出力電圧に設定することを特徴とする電源装置である。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記燃料電池の出力端子に接続される入力端子と、前記入力端子間の電圧と前記目標入力電圧との間の誤差を増幅して誤差信号を出力する誤差増幅器と、入力電流制御回路とを有し、前記入力電流制御回路は前記誤差信号を入力し前記誤差信号の絶対値が所定の値以下になるように前記燃料電池の出力電流を調整することを特徴とする、請求項１に記載の電源装置である。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が、前記二次電池の電圧により定まり、入力電圧が前記目標入力電圧に近づくようにその入力電流を制御することを特徴とする請求項１に記載の電源装置である。
なお本装置は、従来のＤＣ−ＤＣコンバータのように、出力電圧が所定値になるように制御するのではなく、出力電圧は二次電池の電圧によって定まり、燃料電池の発電電力を二次電池に充電するもので、ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率を１として、充電電流は燃料電池の発電電力を二次電池の電圧で割ったものになる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記燃料電池が出力する電圧を入力する入力端子と、前記二次電池の１端と接続された出力端子と、入力電圧と前記目標入力電圧との差分を検出する差分検出器と、前記差分に応じたデューティ比で、第１の期間に第１のレベルになり、前記第１の期間以外の期間である第２の期間に第２のレベルになるパルス信号を発生するパルス信号発生器と、１端が前記入力端子に接続されたコイルと、１端が前記コイルの他端に接続され、他端が接地され、前記第１の期間に導通し、前記第２の期間に非導通になる第１のスイッチ素子と、１端が前記コイルの他端に接続され、他端が前記出力端子に接続され、前記第１の期間に非導通になり、前記第２の期間に導通する第２のスイッチ素子と、を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電源装置である。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記燃料電池が出力する電圧を入力する入力端子と、前記二次電池の１端と接続された出力端子と、入力電圧と前記目標入力電圧との差分を検出する差分検出器と、前記差分に応じたデューティ比で、第１の期間に第１のレベルになり、前記第１の期間以外の期間である第２の期間に第２のレベルになるパルス信号を発生するパルス信号発生器と、１端が前記入力端子に接続され、前記第１の期間に導通し、前記第２の期間に非導通になる第１のスイッチ素子と、１端が前記第１のスイッチ素子の他端に接続され、他端が接地され、前記第１の期間に非導通になり、前記第２の期間に導通する第２のスイッチ素子と、１端が前記第１のスイッチ素子の他端に接続され、他端が前記出力端子に接続されたコイルと、を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電源装置である。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記燃料電池が出力する電圧を入力する入力端子と、前記二次電池の１端と接続された出力端子と、入力電圧と前記目標入力電圧との差分を検出する差分検出器と、前記差分に応じたデューティ比で、第１の期間に第１のレベルになり、前記第１の期間以外の期間である第２の期間に第２のレベルになるパルス信号を発生するパルス信号発生器と、１端が前記入力端子に接続されたコイルと、１端が前記コイルの他端に接続され、他端が接地され、前記第１の期間に導通し、前記第２の期間に非導通になる第１のスイッチ素子と、１端が前記コイルの他端に接続され、他端が前記出力端子に接続された整流素子と、を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電源装置である。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記燃料電池が出力する電圧を入力する入力端子と、前記二次電池の１端と接続された出力端子と、入力電圧と前記目標入力電圧との差分を検出する差分検出器と、前記差分に応じたデューティ比で、第１の期間に第１のレベルになり、前記第１の期間以外の期間である第２の期間に第２のレベルになるパルス信号を発生するパルス信号発生器と、１端が前記入力端子に接続され、前記第１の期間に導通し、前記第２の期間に非導通になる第１のスイッチ素子と、１端が前記第１のスイッチ素子の他端に接続され、他端が接地された整流素子と、１端が前記第１のスイッチ素子の他端に接続され、他端が前記出力端子に接続されたコイルと、を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電源装置である。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、その出力電圧が一定の上限出力電圧値を超えるか否かを検出する過電圧検出器を更に有し、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が前記上限出力電圧値を超えた場合、前記制御部は前記燃料電池への燃料供給を停止することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかの請求項に記載の電源装置である。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が一定の上限出力電圧値に制限されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかの請求項に記載の電源装置である。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、  前記燃料電池の出力電力を測定する電力測定部を更に有し、前記制御部は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの目標入力電圧を、前記決定された燃料の供給量に対応して記憶された前記燃料電池の目標出力電圧を含む複数の互いに異なる目標出力電圧に順次設定して、前記燃料電池の出力電力を順次測定し、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの目標入力電圧を、前記各測定された燃料電池の出力電力のうちの最大の出力電力を与える目標入力電圧に変更することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかの請求項に記載の電源装置である。
【００１８】
電力測定部は、典型的には、燃料電池の出力電流と出力電圧とを測定し、その積（燃料電池の出力電力）を算出する。電力測定部は、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧と出力電流とを測定し、その積をＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率で割って、燃料電池の出力電力を算出しても良い。ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率がほぼ一定であれば、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧と出力電流とを測定し、その積を近似的に燃料電池の出力電力としても良い。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、前記制御部は、前記燃料電池の最大出力電力を、前記燃料の供給量に対応させてさらに記憶し、前記各測定された燃料電池の出力電力のうちの最大の出力電力と、前記決定された燃料の供給量に対応して記憶された前記燃料電池の最大出力電力との差に基づいて、前記燃料の供給量を変更することを特徴とする請求項１０に記載の電源装置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、簡単な構成で排出がクリーンな燃料電池を有する電源装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、燃料電池に供給された燃料がほとんど使い切られるように制御するので、燃料利用率が優れた燃料電池を有する電源装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、燃料電池をある程度一定の状態で駆動しながら、負荷の電力変動に対して安定した電力を供給できる燃料電池を有する電源装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、燃料電池の経時変化等に応じて適応的に動作点を補正する電源装置を実現できるという有利な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下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、図面とともに記載する。
【００２２】
《実施の形態１》
図１及び図２を用いて、本発明の実施の形態１の電源装置を説明する。図１は、本発明の実施の形態１の電源装置の構成を示すブロック図である。
図１において、１００は電源装置、１９０は本体装置である。電源装置１００は、燃料電池電源１０１、制御部１２０、ＤＣ−ＤＣコンバータ（電力変換器）１３０、過電圧保護回路１５０及び二次電池１８０を有する。本体装置１９０は、負荷１９１を有する。
本体装置１９０は、パーソナルコンピュータである。二次電池１８０は、リチウムイオン二次電池である。
【００２３】
燃料電池電源１０１は、燃料電池１０２、リターンポンプ１０５、希釈タンク１０６、メタノールポンプ１０７、メタノールタンク１０８、浄化部１０９、燃料供給装置１１０を有する。燃料電池１０２は、スタック１１１、燃料ポンプ１０３、空気ポンプ１０４を有する。燃料電池１０２は、メタノールを原料とするバランス式燃料電池（非循環式であって、使用する燃料の量と出力する電力量とをバランスさせる燃料電池）である。
【００２４】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０は、設定電圧（目標入力電圧）１３１、誤差増幅器１３２及び電流制御回路１４０を有する。電流制御回路１４０は、定電流源１４１を有する。過電圧保護回路１５０は、遮断設定電圧１５１と比較器１５２とを有する。遮断設定電圧１５１は、４．２５Ｖである。
【００２５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０は、燃料電池１０２が出力した直流電圧を入力し、入力電圧が設定電圧（目標入力電圧）１３１になるように、入力電流を制御する。電源装置１００は、燃料電池１０２が出力した電力を本体装置１９０に供給し、本体装置１９０に電力を供給してもＤＣ−ＤＣコンバータ１３０から出力された電力が余る場合、余りの電力で二次電池１８０を充電する。本体装置１９０に供給する電力が燃料電池１０２から出力された電力だけでは足りない場合、二次電池１８０は不足分の電力を放電する。電源装置１００は、燃料電池１０２が出力した電力と二次電池１８０が放電した電力とを合わせた電力を、本体装置１９０に供給する。二次電池１８０は、負荷１９１に供給する電力の急激な変化を吸収する。
【００２６】
制御部１２０は３つの発電モード（３Ｗ発電モード、１３Ｗ発電モード及び１７Ｗ発電モード）を有し、各発電モードにおいて異なる値である単位時間当たり一定量の燃料を燃料電池１０２に供給する。制御部１２０は、二次電池１８０の出力電圧から二次電池１８０の残存容量を求める。一般に二次電池１８０（例えばリチウムイオン二次電池）は、その出力電圧および電流積算に基づいて残存容量を求めることが出来る。制御部１２０は、二次電池１８０の残存容量に基づき発電モードを選択する（燃料電池１０２の出力電力を制御する）。制御部１２０は、選択した発電モードに応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０に入力目標電流の値を指示する。燃料電池に一定の燃料を供給した場合、その出力電圧と出力電流との関係はグラフ上で一定の関数で表される（図２参照）。
【００２７】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０は、燃料電池１０２の出力電圧（ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０の入力電圧）が入力目標電圧にできるだけ一致するように、その出力電流（ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０の入力電流）を制御する。即ち、燃料電池１０２は所定の出力電力（＝燃料電池１０２の出力電流×その出力電流に対応した出力電圧）を出力し、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０は、燃料電池１０２の出力電力を変換して、負荷１９１及び／又は二次電池１８０に供給する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０の出力端子は二次電池１８０の出力端子と直接接続されており、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０の出力電圧は、二次電池１８０の出力電圧（又は充電電圧）に一致する（例えば二次電池１８０の出力電圧が８Ｖであれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０の出力電圧は８Ｖになる。）。
【００２８】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０は、その出力電流を制御して、燃料電池１０２の出力電圧（ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０の入力電圧）を入力目標電圧に一致させる。実施の形態１において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０の出力電流は、下記の式で表せる。
（ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０の出力電流）＝（電力変換効率η）×（燃料電池１０２の出力電流）×（燃料電池１０２の出力電圧）／（二次電池１８０の出力電圧）
【００２９】
二次電池１８０が過充電又は過放電されないようにするため、及び例えば燃料電池１０２が起動した時燃料電池１０２が電力を供給できるようになるまで、二次電池１８０が単独で負荷に電力を供給できる程度の電力量を常に有するようにするため、本発明の実施の形態１の電源装置１００は、二次電池１８０の残存容量が３５％〜９５％の範囲内になるように制御する。
【００３０】
実施の形態１の電源装置の燃料電池の発電モードの決定方法について説明する。本体装置１９０の電源が投入された時、スタック１１１の温度が４０℃〜６０℃に上昇するまで（通常、電源投入後この温度に達するまでに１５分程度の時間を要する。）、制御部１２０は燃料電池１０２を３Ｗ発電モードとする。スタック１１１の温度が４０℃〜６０℃に上昇した後、通常の発電モード制御に移る。通常の発電モード制御において、制御部１２０は、二次電池１８０の残存容量ＳＯＣが９５％に達すると、燃料電池１０２を３Ｗ発電モードとする。３Ｗ発電モードにおいて、二次電池１８０の残存容量ＳＯＣが６５％に達すると、燃料電池１０２を１３Ｗ発電モードとする。二次電池１８０の残存容量ＳＯＣが３５％になると、燃料電池１０２を１７Ｗ発電モードとする。１７Ｗ発電モードにおいて、二次電池１８０の残存容量ＳＯＣが６５％に達すると、燃料電池１０２を１３Ｗ発電モードとする。
【００３１】
以下、電源装置１００の各ブロックの動作を詳細に説明する。制御部１２０は、発電モードに応じて、燃料電池１０２に供給する単位時間当たりの燃料の量（以下、「燃料の供給量」という。）を燃料供給装置１１０に指令する。更に制御部１２０は、燃料の供給量に応じた設定電圧（目標入力電圧）１３１を設定する。図２を用いて、燃料の供給量及び設定電圧１３１の設定方法について説明する。
【００３２】
図２（ａ）は、本発明の実施の形態１の電源装置のバランス式燃料電池の燃料の供給量による出力電流−出力電圧特性、出力電流−出力電力特性、出力電流−メタノール排出率特性を示す図、図２（ｂ）は、本発明の実施の形態１の電源装置のバランス式燃料電池の燃料の供給量による出力電圧−出力電力特性を示す図である。図２（ａ）において、横軸は出力電流（Ａ）、縦軸は出力電圧（Ｖ）、出力電力（Ｗ）及びメタノール排出率（％）を表す。２０１、２０２、２０３は、燃料の供給量がそれぞれ０．１ｃｃ／ｍｉｎ、０．２ｃｃ／ｍｉｎ、０．３ｃｃ／ｍｉｎの場合の出力電流−出力電圧特性を示す。２０４、２０５、２０６は、燃料の供給量がそれぞれ０．１ｃｃ／ｍｉｎ、０．２ｃｃ／ｍｉｎ、０．３ｃｃ／ｍｉｎの場合の出力電流−出力電力特性を示す。２０７は、燃料の供給量が０．３ｃｃ／ｍｉｎの場合の燃料電池１０２が排出するメタノール排出率を示す。図２（ｂ）において、横軸は出力電圧（Ｖ）、縦軸は出力電力（Ｗ）を表す。２１１、２１２、２１３は、燃料の供給量がそれぞれ０．１ｃｃ／ｍｉｎ、０．２ｃｃ／ｍｉｎ、０．３ｃｃ／ｍｉｎの場合の出力電圧−出力電力特性を示す。燃料電池１０２の出力電流−出力電圧特性、出力電流−出力電力特性及び出力電圧−出力電力特性は、燃料電池１０２に供給される燃料の量によって変化する。燃料の供給量がある値に決まれば、その燃料の供給量での出力電流−出力電圧特性、出力電流−出力電力特性及び出力電圧−出力電力特性は一意に決まる。
【００３３】
以下、燃料の供給量が０．３ｃｃ／ｍｉｎの場合について説明する。出力電流−出力電力特性２０６において、出力電流が０〜Ａ３の時は、出力電流の増加に伴い出力電力は増加する。出力電流がＡ３の時、出力電力は最大値となる。出力電流がＡ３を超えると、出力電流の増加に伴い出力電力は減少する。
出力電流−出力電圧特性２０３において、出力電流が０〜Ａ３の時は、出力電流の増加に伴い出力電圧はやや減少するが、安定した電圧が保たれる。出力電流がＡ３の時、出力電圧はＶ３である。出力電流がＡ３を超えると、出力電流の増加に伴い、出力電圧の減少率は増大する。
出力電圧−出力電力特性２１３において、出力電圧が０〜Ｖ３の時は、出力電圧の増加に伴い出力電力も増加する。出力電圧Ｖ３の時、出力電力は最大値となる。出力電圧がＶ３を超えると、出力電圧の増加に伴い出力電力は減少する。
【００３４】
メタノール排出率２０７において、燃料電池１０２の出力電流が０〜Ａ３の時は、出力電流の増加に伴いメタノール排出率は減少する。出力電流がＡ３になった時点で、排出するメタノールの量は微量になる。出力電流がＡ３を超えると、排出するメタノールの量はわずかだが減少する。つまり、出力電流が０〜Ａ３の時は、燃料電池１０２は供給されたメタノールを使い切れず、残りのメタノールを排出する。出力電流がＡ３以上の時、燃料電池１０２は供給されたメタノールをほぼ使い切り、微量のメタノールしか排出しない。
燃料の供給量が０．３ｃｃ／ｍｉｎの場合、燃料電池１０２の出力電力が最大となる点の出力電圧はＶ３、出力電流はＡ３である。図２（ａ）及び（ｂ）において、燃料電池１０２の出力電力が最大になる点より右側に動作点を設定した場合（燃料電池１０２の出力電圧を、最大出力電力での電圧Ｖ３以下になるように制御した場合）、燃料電池１０２は、微量のメタノールしか排出しない。
供給する燃料の供給量が０．１ｃｃ／ｍｉｎ又は０．２ｃｃ／ｍｉｎの場合も、０．３ｃｃ／ｍｉｎの場合と同様である。
【００３５】
制御部１２０は、燃料の供給量をパラメータとする、出力電流−出力電圧特性、出力電圧−出力電力特性（例えば、図２（ａ）及び図２（ｂ））に基づき、各燃料の供給量と、それに対応する目標出力電圧値（ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０の目標入力電圧）と、を対応させて記憶している。実施の形態１では、目標出力電圧値は、燃料電池１０２に供給する燃料の量における出力電圧−出力電力特性で、出力電力が最大となる電圧値から、その電圧値より所定量だけ低い電圧値までの範囲内（例えばＶ３−β０からＶ３の範囲内、β０は正数）の値である。実施の形態１において制御部１２０は、燃料電池１０２に供給する燃料の供給量を０．３ｃｃ／ｍｉｎと設定する。図２（ｂ）の出力電圧−出力電力特性２１３において、燃料の供給量が０．３ｃｃ／ｍｉｎの場合に燃料電池１０２の出力電力が最大となる電圧はＶ３である。即ち、目標設定電圧値はＶ３−β１（０≦β１＜β０）である。制御部１２０は、燃料供給装置１１０に、燃料の供給量を指示し、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０に目標出力電圧値（設定電圧（目標入力電圧）１３１）Ｖ３−β１を指示する。β１は０Ｖでも良い。
【００３６】
燃料供給装置１１０は、制御部１２０からの指示に基づき、リターンポンプ１０５、メタノールポンプ１０７、燃料ポンプ１０３、空気ポンプ１０４を用い、燃料電池１０２に供給する燃料及び空気の量を調節する。メタノールタンク１０８には、数％〜１００％のメタノール（ＣＨ３ＯＨ）が貯蔵されている。メタノールポンプ１０７は、燃料供給装置１１０からの指示に基づき、メタノールタンク１０８からメタノールを希釈タンク１０６に送り込む。希釈タンク１０６は、数％〜１００％のメタノールを、６％ｗｔメタノールに希釈する。燃料ポンプ１０３は、燃料供給装置１１０からの指令に基づき空気をスタック１１１に送り込む。
【００３７】
スタック１１１において、燃料極（−）にメタノール、空気極（＋）に空気が供給される。空気極（−）では、メタノールは水と反応し、二酸化炭素、水素イオン及び電子が生成される（ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−）。水素イオンは高分子膜を通り、電子は外部の負荷１９１を通り、空気極（＋）に到着する。空気極（＋）では、水素イオンと空気中の酸素が出会い、電極表面から電子を奪って反応し、水となる（３／２Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−→３Ｈ２）。高分子膜を水素イオンが移動する駆動力は、水素と酸素から水が生成する反応のギブスエネルギー変化ΔＧである。燃料電池１０２において、ΔＧは電気エネルギーに変換される。
【００３８】
スタック１１１は、燃料極（−）側から消費され更に濃度が薄くなったメタノール、二酸化炭素及び水を排出する。浄化部１０９は、排出されたメタノールを触媒により二酸化炭素及び水に変化させ、浄化する。スタック１１１は、空気極（＋）側から水及び空気を排出する。リターンポンプ１０５は、空気極（＋）側から排出された水を希釈タンク１０６に送り込む。空気極（＋）から排出された水は、希釈タンク１０６でメタノールを希釈するための溶媒として再利用される。
【００３９】
燃料電池１０２の出力端子は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０の入力端子に接続される。誤差増幅器１３２は、設定電圧（目標入力電圧）１３１とＤＣ−ＤＣコンバータ１３０の入力電圧（即ち、燃料電池１０２の出力電圧Ｖｆｃ）とを比較し、その誤差成分に応じた制御信号（誤差信号）を出力する。定電流源１４１は、誤差信号に基づき、燃料電池１０２の出力電圧が設定電圧（目標入力電圧）１３１になるように、出力電流を制御する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０の出力電圧をＶｏｕｔ（二次電池１８０の出力電圧と等しい。）とする。
【００４０】
比較器１５２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０の出力電圧Ｖｏｕｔと遮断設定電圧１５１とを比較し、Ｖｏｕｔが遮断設定電圧１５１以上の場合に、過電圧検出信号を制御部１２０に送信する。制御部１２０は、過電圧保護回路１５０から過電圧検出信号を受信すると、燃料供給装置１１０に燃料電池１０２への燃料供給の停止を指令し、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０の出力を停止させる。
【００４１】
実施の形態１では、設定電圧（目標入力電圧）１３１を、供給する所定の燃料の量で電力が最大となる電圧値から所定の電圧（電力がそれほど低下しない範囲の値とする。）を差し引いた電圧（実施の形態１ではＶ３−β）としたので、燃料利用率に優れ、排出がクリーンな電源装置が実現された。
【００４２】
設定電圧（目標入力電圧）１３１を、供給する所定の燃料の量で電力が最大となる電圧値から、その電圧値より所定量だけ低い電圧値までの範囲内（Ｖ３−β０からＶ３の範囲内）の値とする。このことは、燃料電池１０２の出力電流をＡ３からＡ３＋α０（α０は正数）の間で制御することと等価である（図２（ａ）の出力電圧−出力電流特性２０３参照）。しかし、燃料電池１０２の出力電流が、出力電力が最大となる点の電流値以上であり、且つ燃料電池１０２の出力電圧が一定の値以上を維持する電流範囲は狭い。即ち、出力電流が所定の範囲を超えると出力電圧は急激に低くなる。そのため、定電流制御を高い精度で行う必要がある。これに対し、実施の形態１では燃料電池１０２の出力を定電圧制御する。図２に示すように、燃料電池１０２の出力電力が最大となる点より出力電圧が低い領域においては、燃料電池１０２の出力電圧が、出力電力が最大となる点の電圧値以下であり、且つ燃料電池１０２の出力電圧が一定値以上を維持する電圧範囲は比較的広い。従って、実施の形態１の電源装置は、制御が容易であり、安定した電力を供給することが可能である。
【００４３】
実施の形態１では、燃料電池１０２は出力電圧が目標出力電圧値（設定電圧（目標入力電圧）１３１）になるように制御され、二次電池１８０は、負荷に供給する電力の急激な変化を吸収する。従って、電源装置１００は簡単な構成で安定して電力を供給できる。
【００４４】
《実施の形態２》
図３を用いて、本発明の実施の形態２の電源装置を説明する。図３は、本発明の実施の形態２の電源装置の構成を示すブロック図である。
図３において、３００は電源装置、１９０は本体装置である。電源装置３００は、燃料電池電源１０１、制御部１２０、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３０及び二次電池１８０を有する。本体装置１９０は、負荷１９１を有する。実施の形態２の電源装置３００は、実施の形態１の電源装置１００（図１）の、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０をＤＣ−ＤＣコンバータ３３０に置き換えたものである。それ以外の点において、実施の形態２の電源装置３００は実施の形態１と同一である（図３において、過電圧保護回路１５０の記載を省略している。）。図３において、実施の形態１と同一のブロックには同一の符号を付し、説明を省略する。図３において、燃料電池電源１０１の構成は図１と同様であるので、簡略化して表記する。
【００４５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ３３０は昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータである。ＤＣ−ＤＣコンバータ３３０は、設定電圧（目標入力電圧）１３１、誤差増幅器１３２及び電流制御回路３４０を有する。電流制御回路３４０は、鋸歯状波発生器３４１、比較器３４２、コイル３４３、第１のスイッチ３４４、第２のスイッチ３４５及びコンデンサ３４６を有する。誤差増幅器１３２は、設定電圧（目標入力電圧）１３１を非反転入力端子に入力し、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３０の入力電圧（即ち、燃料電池１０２の出力電圧Ｖｆｃ）を反転入力端子に入力し、２つの信号の誤差（差分）を演算し、その誤差成分に応じた制御信号（誤差信号）を比較器３４２に出力する。鋸歯状波発生器３４１は、一定の周波数の鋸歯状波信号を発生する。比較器３４２は、鋸歯状波信号を非反転入力端子に入力し、誤差信号（誤差増幅器１３２が出力する制御信号）を反転入力端子に入力し、２つの信号の比較結果を出力する。比較器３４２は、鋸歯状波信号に対する誤差信号の電圧の大小に応じて異なるデューティ比のパルス信号を発生し、第１のスイッチ３４４及び第２のスイッチ３４５のＯＮ／ＯＦＦを制御する（図３においては、比較器３４２がHighレベルの時第１のスイッチ３４４がＯＮし、Lowレベルの時第２のスイッチ３４５がＯＮする。）。ＤＣ−ＤＣコンバータ３３０は、入力電圧が設定電圧（目標入力電圧）１３１に近づくよう制御する。
【００４６】
実施の形態２の電源装置３００は、実施の形態１の電源装置１００と同様の効果を有する。なお、第２のスイッチ３４５をダイオード（整流素子）に置き換えても良い。アノードをコイル３４３と第１のスイッチ３４４との接続点に接続し、カソードをＤＣ−ＤＣコンバータ３３０の出力端子に接続する。
【００４７】
《実施の形態３》
図４を用いて、本発明の実施の形態３の電源装置を説明する。図４は、本発明の実施の形態３の電源装置の構成を示すブロック図である。
図４において、４００は電源装置、１９０は本体装置である。電源装置４００は、燃料電池電源１０１、制御部１２０、ＤＣ−ＤＣコンバータ４３０及び二次電池１８０を有する。本体装置１９０は、負荷１９１を有する。実施の形態３の電源装置３００は、実施の形態１の電源装置１００（図１）の、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０をＤＣ−ＤＣコンバータ４３０に置き換え、過電圧保護回路１５０を除いたものである。それ以外の点において、実施の形態２の電源装置４００は実施の形態１と同一である。図４において、実施の形態１と同一のブロックには同一の符号を付し、説明を省略する。図４において、燃料電池電源１０１の構成は図１と同様であるので、簡略化して表記する。
【００４８】
ＤＣ−ＤＣコンバータ４３０は降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータである。ＤＣ−ＤＣコンバータ４３０は、設定電圧（目標入力電圧）１３１、誤差増幅器１３２及び電流制御回路４４０を有する。電流制御回路４４０は、鋸歯状波発生器４４１、比較器４４２、コイル４４３、第１のスイッチ４４４、第２のスイッチ４４５及びコンデンサ４４６を有する。誤差増幅器１３２は、設定電圧（目標入力電圧）１３１を非反転入力端子に入力し、ＤＣ−ＤＣコンバータ４３０の入力電圧（即ち、燃料電池１０２の出力電圧Ｖｆｃ）を反転入力端子に入力し、２つの信号の誤差（差分）を演算し、その誤差成分に応じた制御信号（誤差信号）を比較器４４２に出力する。鋸歯状波発生器４４１は、一定の周波数の鋸歯状波信号を発生する。比較器４４２は、鋸歯状波信号を非反転入力端子に入力し、誤差信号（誤差増幅器１３２が出力する制御信号）を反転入力端子に入力し、２つの信号の比較結果を出力する。比較器４４２は、鋸歯状波信号に対する誤差信号の電圧の大小に応じて異なるデューティ比のパルス信号を発生し、第１のスイッチ４４４及び第２のスイッチ４４５のＯＮ／ＯＦＦを制御する（図４においては、比較器４４２がHighレベルの時第１のスイッチ４４４がＯＮし、Lowレベルの時第２のスイッチ４４５がＯＮする。）。ＤＣ−ＤＣコンバータ４３０は、入力電圧が設定電圧（目標入力電圧）１３１に近づくよう制御する。
【００４９】
実施の形態３の電源装置４００は、実施の形態１の電源装置１００と同様の効果を有する。なお、第２のスイッチ４４５をダイオード（整流素子）に置き換えても良い。アノードを接地し、カソードを第１のスイッチ４４４とコイル４４３との接続点に接続する。
【００５０】
《実施の形態４》
図５、図６及び図７を用いて、本発明の実施の形態４の電源装置を説明する。図５は、本発明の実施の形態４の電源装置の構成を示すブロック図である。
図５において、５００は電源装置、１９０は本体装置である。電源装置５００は、燃料電池電源１０１、制御部５２０、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０、二次電池１８０、電圧検出部５０１及び電流検出部５０２を有する。本体装置１９０は、負荷１９１を有する。実施の形態４の電源装置５００は、実施の形態１の電源装置１００（図１）の、制御部１２０を制御部５２０に置き換え、過電圧保護回路１５０を除き、電圧検出部５０１及び電流検出部５０２を追加したものである。それ以外の点において、実施の形態４の電源装置５００は実施の形態１と同一である。図５において、実施の形態１と同一のブロックには同一の符号を付し、説明を省略する。図５において、燃料電池電源１０１の構成は図１と同様であるので、簡略化して表記する。
【００５１】
電圧検出部５０１は、燃料電池１０２の出力電圧を検出し制御部５２０に送信する。電流検出部５０２は、燃料電池１０２の出力電流を検出し、制御部５２０に送信する。
【００５２】
図６及び図７を用いて、実施の形態４の電源装置の制御方法を説明する。
図６は、本発明の実施の形態４の電源装置の制御方法を示すフローチャートである。制御部５２０は、二次電池１８０の出力電圧に基づいて発電モード（二次電池１８０及び負荷１９１へ出力する電力の目標値をＷ０とする。）を決定する。制御部５２０は、燃料の供給量をパラメータとする、燃料電池１０２の出力電流−出力電圧特性、出力電圧−出力電力特性（例えば、図２（ａ）及び図２（ｂ））に基づき、各燃料の供給量と、それに対応する燃料電池１０２の目標出力電圧値（ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０の目標入力電圧値）及び出力電力の最大値と、を対応させて記憶している。制御部５２０は、燃料電池１０２の出力電力がＷ０となる燃料の供給量を、Ｒ０として設定する（ステップ６０１）。更に、燃料の供給量がＲ０の時の目標出力電圧値をＶ０と設定する（ステップ６０２）。説明の容易のため、目標出力電圧値Ｖ０は、燃料電池の出力電力が最大となる電圧であるとする（β１＝０）。制御部５２０は、燃料供給装置１１０に、燃料電池１０２への燃料の供給量Ｒ０を指示すると共に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０の設定電圧（目標入力電圧）１３１をＶ０に設定する。燃料電池１０２が燃料の供給量Ｒ０、目標設定電圧値Ｖ０での発電を開始し、３分経過後、ステップ６０３からステップ６０４に進む。ステップ６０４で制御部５２０は、電圧検出部５０１が検出した電圧及び電流検出部５０２が検出した電流に基づき、所定時間内の平均電力Ｐ０を算出する。
【００５３】
ステップ６０５で、目標設定電圧値を、Ｖ１（＝Ｖ０−ΔＶ）に変更する。ΔＶは、電圧変化量（正数）を表す。実施の形態４では、ΔＶは０．１Ｖである。制御部５２０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０の設定電圧（目標入力電圧）１３１をＶ１に設定する。目標設定電圧値をＶ１に変更し、３分経過後にステップ６０６からステップ６０７に進む。ステップ６０７で制御部５２０は、電圧検出部５０１が検出した電圧及び電流検出部５０２が検出した電流に基づき、所定時間内の平均電力Ｐ１を算出する。
【００５４】
ステップ６０８で、目標設定電圧値を、Ｖ２（＝Ｖ０＋ΔＶ）に変更する。制御部５２０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０の設定電圧（目標入力電圧）１３１をＶ２に設定する。目標設定電圧値をＶ２に変更し、３分経過後にステップ６０９からステップ６１０に進む。ステップ６１０で制御部５２０は、電圧検出部５０１が検出した電圧及び電流検出部５０２が検出した電流に基づき、所定時間内の平均電力Ｐ２を算出する。
【００５５】
ステップ６１１で、平均電力Ｐ０、Ｐ１及びＰ２の中で最も大きい値をＰｍａｘ、平均電力がＰｍａｘの時の目標設定電圧値をＶｍａｘとする。ステップ６１２で、目標設定電圧値Ｖ０をＶｍａｘに置き換える。ステップ６１３で、燃料の供給量をＲ０＋Ｋ（Ｗ０−Ｐｍａｘ）に変更する。Ｋは正の係数である。制御部５２０は、燃料供給装置１１０に、燃料電池１０２への燃料の供給量を指示すると共に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０の設定電圧（目標入力電圧）１３１をＶ０に設定する。燃料電池１０２は、変更された燃料の供給量Ｒ０、変更された目標設定電圧値Ｖ０での発電を開始する。ステップ６０３に戻る。
【００５６】
図７は、実施の形態５の電源装置のバランス式燃料電池の出力電圧−出力電力特性の一例を示す図である。図７において、横軸は出力電圧（Ｖ）、縦軸は出力電力（Ｗ）を表す。７０１は、燃料の供給量がＲ０（ステップ６０１での値）の場合の出力電圧−出力電力特性を示す。図７に示した例では、ステップ６０４、６０７及び６１０で制御部５２０がそれぞれ算出した平均電力Ｐ０、Ｐ１及びＰ２の大小関係は、Ｐ２＞Ｐ０＞Ｐ１である。従って、ステップ６１１で、Ｐｍａｘ＝Ｐ２、Ｖｍａｘ＝Ｖ２となる。
【００５７】
燃料電池１０２の出力電圧−出力電力特性は、電池温度、触媒の劣化、運転の履歴、電解質膜が含有する水の量及び劣化等により、変化する。実施の形態４の電源装置の制御方法によれば、９分に１回、平均出力電力の実測値に基づき、燃料電池１０２への燃料の供給量が微調整される。燃料電池１０２は常に最適な動作点で動作するので、電源装置５００は、負荷の電力変動に対して安定した電力を供給できる。
【００５８】
実施の形態４では、ステップ６０３、ステップ６０６及びステップ６０９で、燃料電池１０２への燃料の供給量及び／又は目標設定電圧値が変更された後、平均出力電力を算出するまでの設定時間を３分とした。設定時間は、燃料電池１０２への燃料の供給量及び／又は目標設定電圧値が変更されてから、燃料電池１０２が安定して電力を出力するまでの所要時間より大きければ良い。
目標出力電圧値Ｖ０が、燃料電池の出力電力が最大となる電圧から所定の電圧β１（０でない正値）を差し引いた電圧である場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０は、通常動作モードと、最大電力検索モードとを有する。通常動作モードでは出力電力が最大となる電圧から所定の電圧β１（０でない正値）を差し引いた電圧を目標出力電圧値Ｖ０とする。最大電力検索モードでは、図６の方法で、燃料電池の出力電力が最大となる電圧を検索する。
【００５９】
目標出力電圧の調整インターバルを短くし、燃料電池１０２への燃料の供給量の調整インターバルをそれより長くしても良い。
なお、実施の形態１〜実施の形態３の電源装置に対して、実施例４の電源装置の制御方法を適用しても良い。実施例４の電源装置の制御方法を示すフローチャートは、図６に示したフローチャートに限られない。
上記の実施の形態において、過電圧保護回路に替え、リミッタ回路を設置しても良い。リミッタ回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が、所定の上限電圧（例えば４．２５Ｖ）以上にならないように制限する。
【００６０】
実施の形態１〜実施の形態４において二次電池１８０は、リチウムイオン二次電池であったが、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電池、ニッケル水素蓄電池などの他の二次電池でも良い。
実施の形態１〜実施の形態４において本体装置１９０は、パーソナルコンピュータであったが、電源を必要とする他の装置であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の電源装置は、例えばパーソナルコンピュータなどの様々な機器の電源装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態１の電源装置の構成を示すブロック図
【図２】図２（ａ）は、本発明の実施の形態１〜実施の形態４の電源装置のバランス式燃料電池の燃料の供給量による出力電流−出力電圧特性、出力電流−出力電力特性、出力電流−メタノール排出率特性を示す図、図２（ｂ）は、本発明の実施の形態１〜実施の形態４の電源装置のバランス式燃料電池の燃料の供給量による出力電圧−出力電力特性を示す図
【図３】本発明の実施の形態２の電源装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態３の電源装置の構成を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態４の電源装置の構成を示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態４の電源装置の制御方法を示すフローチャート
【図７】本発明の実施の形態４の電源装置のバランス式燃料電池の出力電圧−出力電力特性の一例を示す図
【図８】従来例の燃料電池装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００６３】
１００、３００、４００、５００  電源装置
１０１  燃料電池電源
１０２  燃料電池
１０３  燃料ポンプ
１０４  空気ポンプ
１０５  リターンポンプ
１０６  希釈タンク
１０７  メタノールポンプ
１０８  メタノールタンク
１０９  浄化部
１１０  燃料供給装置
１１１  スタック
１２０、５２０  制御部
１３０、３３０、４３０  ＤＣ−ＤＣコンバータ（電力変換器）
１３１  設定電圧
１３２  誤差増幅器
１４０、３４０、４４０  電流制御回路
１４１  定電流源
１５０  過電圧保護回路
１５１  遮断設定電圧
１５２  比較器
１８０  二次電池
１９０  本体装置
１９１  負荷
３４１、４４１  鋸歯状波発生器
３４２、４４２  比較器
３４３、４４３  コイル
３４４、４４４  第１のスイッチ
３４５、４４５  第２のスイッチ
３４６、４４６  コンデンサ
５０１  電圧検出部
５０２  電流検出部                                                        
【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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