(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池から直流母線を介して蓄電装置および負荷に給電するようにした燃料電池電源装置において、前記燃料電池から前記直流母線に供給する直流電力を制御する直流‐直流コンバータを設け、前記直流母線に対する電力指令値（ＰＯｓ）と前記負荷の電力（ＰＬ）とを比較し、前記電力指令値（ＰＯｓ）が前記負荷の電力（ＰＬ）より大きい（ＰＯｓ＞ＰＬ）ときは、前記電力指令値（ＰＯｓ）と前記負荷の電力（ＰＬ）との差（ＰＢ＝ＰＯｓ−ＰＬ）に基づいて前記蓄電装置に対する充電電流指令値（ＩＢｓ）を求め、前記蓄電装置の充電電流が前記充電電流指令値（ＩＢｓ）になるように前記直流‐直流コンバータの出力を制御し、前記電力指令値（ＰＯｓ）が前記負荷の電力（ＰＬ）より小さい（ＰＯｓ＜ＰＬ）ときは、前記燃料電池の出力電力に基づいて前記直流母線に対する電圧指令値（ＶＯｓ）を求め、前記直流母線の電圧が前記電圧指令値（ＶＯｓ）なるように前記直流‐直流コンバータの出力を制御することを特徴とする燃料電池電源装置の制御方法。
【請求項２】
前記直流母線に分流抵抗と電流調整装置との直列回路で構成した分流手段を設け、前記電力指令値（ＰＯｓ）が前記負荷の電力（ＰＬ）より大きい（ＰＯｓ＞ＰＬ）状態で、前記蓄電装置の電圧が上限電圧設定値を超えたときは、前記電力指令値（ＰＯｓ）と前記負荷の電力（ＰＬ）との差（ＰＢ＝ＰＯｓ−ＰＬ）に基づいて前記分流手段に対する分流電流指令値（ＩＤｓ）を求め、前記分流手段に流れる電流が前記分流電流指令値（ＩＤｓ）なるように前記電流調整装置の出力を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池電源装置の制御方法。
【請求項３】
燃料電池から直流母線を介して蓄電装置および負荷に給電するようにした燃料電池電源装置において、前記燃料電池から前記直流母線に供給する直流電力を制御する直流‐直流コンバータと、前記直流母線に対する電力指令値（ＰＯｓ）と前記負荷の電力（ＰＬ）との大小関係を判定する電力判定手段と、前記電力指令値（ＰＯｓ）と前記負荷の電力（ＰＬ）との差（ＰＢ＝ＰＯｓ−ＰＬ）から前記蓄電装置に対する充電電流指令値（ＩＢｓ）を求める手段と、前記電力指令値（ＰＯｓ）から前記直流母線に対する電圧指令値（ＶＯｓ）を求める手段と、前記電力指令値（ＰＯｓ）が前記負荷の電力（ＰＬ）より大きい（ＰＯｓ＞ＰＬ）と判定されたとき、前記蓄電装置の充電電流（ＩＢ）が前記充電電流指令値（ＩＢｓ）になるように前記直流‐直流コンバータを制御する電流制御手段と、前記電力指令値（ＰＯｓ）が前記負荷の電力（ＰＬ）より小さい（ＰＯｓ＜ＰＬ）と判定されたとき、前記直流母線の電圧（ＶＯ）が前記電圧指令値ＶＯｓになるように前記直流‐直流コンバータを制御する電圧制御手段とを設けたことを特徴とする燃料電池電源装置の制御装置。
【請求項４】
前記電力判定手段を、前記蓄電装置に流れる電流の極性を判別する手段としたことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池電源装置の制御装置。
【請求項５】
前記蓄電装置の電圧を監視する蓄電装置電圧監視手段を設け、この蓄電装置電圧監視手段が予め設定した前記蓄電装置の上限電圧を超えたとき、前記電圧制御手段により、前記蓄電装置の電圧が前記上限電圧を超えないように前記直流‐直流コンバータを制御し、蓄電装置電圧監視手段が予め設定した前記蓄電装置の下限電圧を超えたとき、前記蓄電装置の電圧が前記下限電圧を超えないように前記負荷の電力を制御することを特徴とする請求項３または４に記載の燃料電池電源装置の制御装置。
【請求項６】
前記負荷の電力の実際値と蓄電装置の充放電電力の実際値とを合計して総電力を求める手段を設け、この総電力を求める手段で求めた総電力に基づいて前記燃料電池に対する出力電流指令値を求め、この出力電流指令値を前記燃料電池の制御装置に戻して、燃料電池の燃料供給量の制御を行うようにすることを特徴とする請求項３から５の何れか１項に記載の燃料電池電源装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池と蓄電装置とを備えた燃料電池電源装置の制御方法および制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素ガスと酸素ガスを燃料として直流電力を発生する燃料電池は、燃料ガスの供給量に比例して出力電力を得ることから、出力電力を負荷の急激な電力の変動に追従させることが困難な特性を有する。
このため、従来から、燃料電池を商用交流電源系統に連系接続して、負荷の変動分を交流系統電源で補完して燃料電池の運転を安定にすることが行われている。
また、特許文献１に示されるように、燃料電池に蓄電池やキャパシタなどの蓄電装置を組み合わせて負荷の急激な過渡変動をこの蓄電装置で補完し、燃料電池電源からの出力を安定化することも既に知られている。
【０００３】
特許文献１に示された従来の燃料電池電源装置は、図９に示すように、燃料ガスと酸化剤ガスを電気化学反応させて直流電力を発生する燃料電池８１の出力を直流母線８５に接続し、この直流母線８５に蓄電池またはキャパシタで構成された蓄電装置８２を接続するとともに、直流電力を交流電力に変換するインバータ８３を介して負荷８４を接続して構成される。
このような燃料電池電源装置によれば、負荷８４の要求する電力が減少し、燃料電池８１の出力電力が負荷８４の要求する電力より大きくなったときは、燃料電池８１は負荷８４に供給すると同時に、余剰分を蓄電装置８２に蓄電することにより、負荷８４の減少した変動分を補償する。
【０００４】
また、負荷８４の要求する電力が増大し、燃料電池８１の出力電力が負荷８４の要求する電力より小さくなったときは、燃料電池８１の出力電力の不足分を蓄電装置８２から負荷８４へ供給することにより、負荷８４の増大する変動分を補償することができる。
したがってこのような従来の燃料電池電源装置によれば、燃料電池８１に加わる負荷８４の電力が変動しても、この負荷８４の電力の変動分を蓄電装置８２によって補償することができるので、燃料電池８１の出力を安定に保って運転することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０１−２３４０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記の燃料電池電源装置においては、負荷８４の要求する電力が大きく、燃料電池８１の出力電力がこれより小さいときは、蓄電装置８２が負荷８４への供給電力の一部を負担するため、蓄電装置８２の残存蓄電量が徐々に低下する。このため、負荷８４の要求する電力が大きい状態が長時間継続すると、燃料電池８１から蓄電装置８２への充電が行われないので、蓄電装置８２の残存蓄電量が回復せず、負荷８４への供給電力が不足する事態が生じる。これによって、蓄電装置８２はついには電圧が異常に低下して、過放電状態となる。
【０００７】
また、燃料電池８１の出力電力が負荷８４の要求する電力がより大きくなると、負荷８４に対する余剰分の電力が蓄電装置８２に充電されるが、この状態が長時間続くと、蓄電装置８２は、電圧が異常に上昇し、過充電状態となる。
蓄電装置８２が、特に、リチウムイオン電池で構成されている場合は、このように過放電状態または過充電状態となると、特性劣化が著しく進行するとともに、寿命が大幅に低下する問題がある。
【０００８】
この発明は、このような問題点を解決して、燃料電池から安定な出力が得られるとともに、蓄電装置の過充電および過放電を防止して特性劣化および寿命低下を抑制することのできる燃料電池電源装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するため、制御方法の発明は、燃料電池から直流母線を介して蓄電装置および負荷に給電するようにした燃料電池電源装置において、前記燃料電池から前記直流母線に供給する直流電力を制御する直流‐直流コンバータを設け、前記燃料電池の出力電力（ＰＦＣ）と前記負荷の電力（ＰＬ）とを比較し、前記燃料電池の出力電力（ＰＦＣ）が前記負荷の電力（ＰＬ）より大きい（ＰＦＣ＞ＰＬ）ときは、前記両電力の差電力（ＰＢ＝ＰＦＣ−ＰＬ）に基づいて前記蓄電装置に対する充電電流指令値（ＩＢｓ）を求め、前記蓄電装置の充電電流が前記充電電流指令値（ＩＢｓ）になるように前記直流‐直流コンバータの出力を制御し、前記燃料電池の出力電力（ＰＦＣ）が前記負荷の電力（ＰＬ）より小さい（ＰＦＣ＜ＰＬ）ときは、前記燃料電池の出力電力（ＰＦＣ）に基づいて前記直流母線に対する電圧指令値（ＶＯｓ）を求め、前記直流母線の電圧が前記電圧指令値（ＶＯｓ）となるように前記直流‐直流コンバータの出力を制御することを特徴とする。
【００１０】
この制御方法の発明において、前記直流母線に分流抵抗と電流調整装置との直列回路で構成した分流手段を設け、前記燃料電池の出力電力（ＰＦＣ）が前記負荷の電力（ＰＬ）より大きい（ＰＦＣ＞ＰＬ）状態で、前記蓄電装置の電圧が上限電圧設定値を超えたときは、前記両電力の差電力（ＰＢ＝ＰＦＣ−ＰＬ）に基づいて前記分流手段に対する分流電流指令値（ＩＤｓ）を求め、前記分流手段に流れる電流が前記分流電流指令値（ＩＤｓ）となるように前記電流調整装置の出力を制御することを特徴とする。
【００１１】
また、制御装置の発明は、燃料電池から直流母線を介して蓄電装置および負荷に給電するようにした燃料電池電源装置において、前記燃料電池から前記直流母線に供給する直流電力を制御する直流‐直流コンバータと、前記燃料電池の出力電力（ＰＦＣ）と前記負荷の電力（ＰＬ）との大小関係を判定する電力判定手段と、前記両電力の差電力（ＰＢ＝ＰＦＣ−ＰＬ）から前記蓄電装置に対する充電電流指令値（ＩＢｓ）を求める手段と、前記燃料電池の出力電力（ＰＦＣ）から前記直流母線に対する電圧指令値（ＶＯｓ）を求める手段と、前記電力判定手段で前記燃料電池出力電力（ＰＦＣ）が前記負荷電力（ＰＬ）より大きい（ＰＦＣ≧ＰＬ）と判定されたとき、前記蓄電装置の充電電流（ＩＢ）が前記充電電流指令値（ＩＢｓ）になるように前記直流‐直流コンバータを制御する電流制御手段と、前記電力判定手段で前記燃料電池出力電力（ＰＦＣ）が前記負荷電力（ＰＬ）より小さい（ＰＦＣ＜ＰＬ）と判定されたとき、前記直流母線の電圧（ＶＯ）が前記電圧指令値ＶＯｓになるように前記直流‐直流コンバータを制御する電圧制御手段とを設けたことを特徴とする。
【００１２】
制御装置の発明においては、前記の電力判定手段として、前記蓄電装置に流れる電流の方向を判別する手段を用いることができる。
また、制御装置の発明においては、前記蓄電装置の電圧を監視する蓄電装置電圧監視手段を設け、この蓄電装置電圧監視手段が、前記蓄電装置の電圧が予め設定した上限電圧設定値を超えたことを検知したとき、前記電圧制御手段により、前記蓄電装置の電圧が第１の電圧を超えないように前記直流‐直流コンバータを制御し、蓄電装置電圧監視手段が、前記蓄電装置の電圧が予め設定した前記蓄電装置の下限電圧を超えたことを検知したとき、前記蓄電装置の電圧が前記下限電圧を超えないように前記負荷の電力を制御するようにすることもできる。
さらに、制御装置の発明においては、前記負荷の電力の実際値と蓄電装置の充放電電力の実際値とを合計して総電力を求める手段と、この総電力を求める手段で求めた総電力に基づいて前記燃料電池に対する出力電流指令値を求め、この出力電流指令値を前記燃料電池の制御装置に戻して、燃料電池の燃料供給量の制御を行うようにすることができる。
さらにまた、制御装置の発明においては、分流抵抗と電流調整装置との直列回路で構成され、前記直流母線に並列に接続された分流手段と、前記電圧監視手段において、前記蓄電装置の電圧が予め設定した上限電圧設定値を超えたことを検知したとき、前記分流手段を、前記両電力の差電力（ＰＢ＝ＰＦＣ−ＰＬ）に基づいて求めた前記分流手段に対する分流電流指令値にしたがって制御する分流制御手段とを備えることができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、燃料電池電源装置において燃料電池が追従できないような負荷変動が生じた場合でも、負荷の接続された直流母線と同じ母線に接続された蓄電装置の充放電により、この負荷の変動を補償することができるので、燃料電池電装置の出力を安定にすることができる。そして、このとき蓄電装置の充放電電流を燃料電池と直流母線の間に接続した直流‐直流コンバータにより制御するので、蓄電装置が過充電状態になったり、過放電状態になったりすることが抑制され、蓄電装置の充電状態を安定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の燃料電池電源装置の第１の実施例を示す構成図である。
【図２】この発明の第１の実施例の動作説明図であり、（ａ）は、燃料電池出力電力が負荷の要求する電力より大きい状態を示し、（ｂ）は、燃料電池出力電力と負荷の要求する電力とが等しい状態を示し、（ｃ）は、燃料電池出力電力が負荷の要求する電力より小さい状態を示す。
【図３】燃料電池の電圧‐電流特性を示す図である。
【図４】蓄電装置の充放電特性を示す図である。
【図５】この発明の燃料電池電源装置の動作波形図である。
【図６】この発明の燃料電池電源装置の第１の実施例の変形例を示す構成図である。
【図７】この発明の燃料電池電源装置の第２の実施例を示す構成図である。
【図８】この発明の第２の実施例の動作説明図である。
【図９】従来の燃料電池電源装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
この発明の実施の形態を図に示す実施例について説明する。
【００１６】
（実施例１）
図１は、この発明の燃料電池電源装置の第１の実施例を示す構成図である。
図１において、１は、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて直流電力を発生する燃料電池であり、１Ａは、この燃料電池１の出力電力を調整するために燃料ガスの供給量ＱＨや、酸化剤ガスの供給量ＱＯ等を制御する燃料電池制御装置である。この燃料電池１の出力を、直流−直流コンバータ５を介してリチウムイオン電池等で構成された蓄電装置１１および負荷１３が並列に接続された直流母線７に接続することにより、電源として燃料電池１と蓄電装置１１とを備える燃料電池電源装置が構成される。この燃料電池電源装置を運転するときは、燃料電池１の出力回路のスイッチ２および直流母線７のスイッチ８をオンにする。
【００１７】
直流−直流コンバータ５は、直流チョッパで構成することもできるが、ここでは、燃料電池１と直流母線７とを絶縁するため、直流電力を交流電力に変換するインバータ５Ａとこのインバータの交流出力を直流出力に変換するコンバータ５Ｂとを絶縁変圧器５Ｃで結合して構成している。
燃料電池１側の給電回路には、燃料電池１の出力電圧ＶＦＣを検出するための電圧検出器３および出力電流ＩＦＣを検出するための電流検出器４が設けられる。
また、直流母線７の回路には、同様に直流母線の電圧ＶＯを検出するための電圧検出器９、蓄電装置１１に流れる充放電電流を検出するための電流検出器１２および負荷１３に流れる電流ＩＬを検出するための電流検出器１４が設けられる。
【００１８】
このような電源装置を制御するために電源制御装置５０が設けられている。
次に、この電源制御装置５０の構成を説明する。
燃料電池電力演算部１８が設けられており、これは、電圧検出器３で検出された燃料電池１の出力電圧の実際値ＶＦＣｉと電流検出器４で検出された燃料電池１の出力電流の実際値ＩＦＣｉとを乗算して燃料電池１の実際の出力電力ＰＦＣｉ（＝ＩＦＣｉ×ＶＦＣｉ）を算出する。一方、電圧比演算部１７は、燃料電池１の電圧実際値ＶＦＣｉを電圧検出器９で検出した直流母線７の電圧実際値ＶＯｉで除算することにより、直流−直流コンバータの入力側の燃料電池電圧ＶＦＣｉと出力側の直流母線電圧ＶＯｉとの電圧比α（＝ＶＦＣｉ÷ＶＯｉ）を求める。
【００１９】
この電圧比演算部１７で求めた電圧比αは、直流母線７への直流母線指令電流演算部２１に入力される。直流母線指令電流演算部２１は、燃料電池電流検出器４で検出された燃料電池の出力の電流実際値ＩＦＣｉと電圧比αとを乗算して、電流実際値ＩＦＣｉを直流母線７への電流指令値ＩＯｓに変換する。直流母線指令電流演算部２１で算出された電流指令値ＩＯｓは、直流母線指令電圧演算部２２に入力される。
電力指令換算部１９は、燃料電池出力電力演算部１８で求めた燃料電池出力電力ＰＦＣに電圧比αを乗算して直流母線７に対する電力指令値ＰＯｓ（＝ＰＦＣｉ×α）を算出する。
電力指令値ＰＯｓは直流母線指令電圧演算部２２に入力される。
直流母線指令電圧演算部２２は、電力指令値ＰＯｓを出力電力ＰＦＣ電流指令値ＩＯｓで除算して、直流母線７への電圧指令値ＶＯｓを算出する。電圧指令値ＶＯｓは電圧調節器２９の手前に設けられた減算器ｂに入力される。
【００２０】
また、負荷電力演算部３１は、直流母線電圧検出器９で検出した直流母線７の電圧実際値ＶＯｉと負荷電流検出器１４で検出した負荷Ｌの電流実際値ＩＬｉとを乗算して、負荷Ｌの電力実際値ＰＬｉを算出する。
電力判定部２０は、電力指令値ＰＯｓと、負荷電力演算部３１から入力された負荷電力実際値ＰＬｉとを比較し、その大小関係を判定する。電力判定部２０は、電力指令値ＰＯｓ（＝ＰＦＣｉ×α）が負荷電力実際値ＰＬｉより小さい（ＰＯｓ＜ＰＬｉ）ときに、電力判定信号ＰＤを出力し、電力指令値ＰＯｓ（＝ＰＦＣ×α）が負荷電力実際値ＰＬｉより大きい（ＰＯｓ≧ＰＬｉ）ときは、電力判定信号ＰＤの出力を停止する。
【００２１】
接点切換部１５は、電力判定部２０から入力される電力判定信号ＰＤにしたがって切換接点Ｓ１、Ｓ２およびＳ３、Ｓ４で構成された切換回路部１６を制御する。接点切換部１５の入力には電力判定信号ＰＤのほかに、電圧監視部２５から上限電圧判定信号ＶＬ１が入力される。接点切換部１５は、電力判定信号ＰＤおよび上限電圧判定信号ＶＬ１が入力されていないときは、切換接点Ｓ１、Ｓ３をオンとし、切換接点Ｓ２、Ｓ４をオフとし、電力判定信号ＰＤまたは上限電圧判定信号ＶＬ１の何れかが入力されると接点Ｓ１、Ｓ３をオフに切換え、接点Ｓ２、Ｓ４をオンに切換える動作を行う。
【００２２】
切換接点Ｓ１とＳ２は、直流母線電流検出器１０により検出した直流母線７の電流実際値ＩＯｉと、負荷電流検出器１４により検出した負荷１３の電流実際値ＩＬｉとを切り換えて、電流調節器３０の手前に設けられた減算器ｃに入力する。
また、切換接点Ｓ３とＳ４は、蓄電装置充放電電流指令演算部２７から出力される蓄電装置に対する電流指令値ＩＢｓと、電圧調節器２９から出力される直流母線７に対する電流指令値ＩＯｓとを切換えて、減算器ｃに入力する。
【００２３】
蓄電装置１１の電圧を監視する電圧監視部２５は、直流母線電圧検出器９により検出された直流母線７の電圧実際値ＶＯｉを監視する。電圧監視部２５は、直流母線７の電圧実際値ＶＯｉを、蓄電装置上限電圧設定器２３により予め設定された蓄電装置１１の上限電圧設定値Ｌ１、および蓄電装置下限電圧設定器２４により予め設定された蓄電装置１１の下限電圧設定値Ｌ２と比較する。そして、電圧監視部２５は、電圧実際値ＶＯｉが上限電圧設定値Ｌ１に達すると上限電圧判定信号ＶＬ１を出力し、電圧実際値ＶＯｉが下限電圧設定値Ｌ２に達すると下限電圧判定信号ＶＬ２を出力する。
【００２４】
上限電圧判定信号ＶＬ１は、前記したように接点切換部１５に入力されるとともに、電圧調節器２９の入力部に設けられたに電圧制限部２６に入力される。また、下限電圧判定信号ＶＬ２は、負荷１３の制御部１３Ａに負荷制限信号として入力される。
蓄電装置の電圧監視部２５は、さらに、直流母線７の電圧実際値ＶＯｉ、したがって蓄電装置電圧ＶＢが上限電圧設定値Ｌ１を超えると、保護信号ＢＳｔ１を出力する。また、蓄電装置の電圧監視部２５は、蓄電装置電圧ＶＢが下限電圧設定値Ｌ２を下回ると、保護信号ＢＳｔ２を出力する。
保護信号ＢＳｔ１およびＢＳｔ２は、燃料電池制御装置１Ａに入力される。
【００２５】
さらに、蓄電装置１１の充放電電力ＰＢを演算するための蓄電装置充放電電力演算部２８が設けられている。蓄電装置充放電電力演算部２８は、電力指令換算部１９から入力された電力指令値ＰＯｓと、負荷電力演算部３１で算出された負荷電力ＰＬとの差を、蓄電装置１１に対する充放電電力指令値ＰＢｓとして算出する。
【００２６】
充放電電力指令値ＰＢｓは、蓄電装置充放電電流指令演算部２７に入力される。また、蓄電装置充放電電力演算部２８は、放電電力指令値ＰＢｓを直流母線７の電圧実際値ＶＯｉで除して、蓄電装置１１に対する充放電電流指令値ＩＢｓを算出する。
充放電電流指令値ＩＢｓは、切換接点Ｓ３を介して減算器ｃに入力される。また、減算器ｃには、切換接点Ｓ３と相補的な切換接点Ｓ４を介して電圧調節器２９から出力される電流指令値ＩＯｓが入力される。
【００２７】
さらに、充放電電力演算部３２が設けられている。この充放電電力演算部３２は、直流母線電圧検出器９で検出された直流母線電圧実際値ＶＯｉと蓄電装置充放電電流検出器１２で検出された蓄電装置１１の充放電電流実際値ＩＢｉとを乗算して、蓄電装置１１の充放電電力実際値ＰＢｉを算出する。
【００２８】
総電力演算部３３は、負荷電力演算部３１で算出された負荷電力実際値ＰＬｉと、充放電電力演算部３２で算出された充放電電力実際値ＰＢｉとを加算して、直流母線７における総電力ＰΣを算出する。
総電力演算部３３で算出された総電力ＰΣと直流母線電圧検出器９で検出された直流母線電圧実際値ＶＯｉは、総電流演算部３４に入力される。総電流演算部３４は、総電力ＰΣを母線電圧ＶＯｉで除して、直流母線７の総電流ＩＯΣを算出する。
総電流演算部３４で算出された直流母線７の総電流ＩＯΣは、電流換算部３５に入力される。電流換算部３５は、総電流ＩＯΣに、電圧比演算部１７から入力された燃料電池電圧ＶＦＣと直流母線電圧ＶＯとの電圧比αを乗算して燃料電池電流帰還信号ＩＦＣａｂを算出する。燃料電池電流帰還信号ＩＦＣａｂは、総電力信号ＰΣおよび負荷電力信号ＰＬとともに、燃料電池制御装置１Ａに入力される。
【００２９】
次に、このように構成されたこの発明の燃料電池電源装置の動作を説明する。
燃料電池１と蓄電装置１１とでハイブリッド電源を構成する電源燃料電池電源装置において、燃料電池１は、燃料電池１の出力電力ＰＦＣと負荷１３の消費または要求する電力ＰＬとの関係で、図２に（ａ）、（ｂ）および（ｃ）ので示すような３つの給電動作パターンで動作する。
【００３０】
（ａ）の動作パターンは、燃料電池出力電力ＰＦＣが負荷電力ＰＬより大きい（ＰＦＣ＞ＰＬ）状態である。
この状態では、燃料電池１１が、負荷電力ＰＬの全てを供給するとともに、燃料電池出力電力ＰＦＣから負荷電力ＰＬを差し引いた余剰の電力ＰＢ（＝ＰＦＣ−ＰＬ）が蓄電装置１１に充電される。
【００３１】
（ｂ）の動作の動作パターンは、燃料電池出力電力ＰＦＣが負荷電力ＰＬと等しい（ＰＦＣ＝ＰＬ）状態である。
この状態では、燃料電池１の出力電力ＰＦＣのすべてが負荷１３に負荷電力ＰＬとして供給され、蓄電装置１１への充放電電力ＰＢが零となる。蓄電装置は浮動動作状態となる。
【００３２】
（ｃ）の動作パターンは、燃料電池出力電力ＰＦＣが負荷電力ＰＬより小さい（ＰＦＣ＜ＰＬ）状態である。
この状態では、燃料電池１１から負荷１３へ供給する電力が不足するようになる。不足する電力−ＰＢ（＝ＰＦＣ−ＰＬ）は、蓄電装置１１からの放電電力（‐ＰＢ）よって補完されるようになる。
このように、燃料電池出力電力ＰＦＣおよび負荷電力ＰＬの変動に対応して蓄電装置１１の充放電電力が変化することによって、特に負荷電力ＰＬの変動に関係なく燃料電池出力電力を安定に保つことができる。
【００３３】
図３は、燃料電池の一般的な電圧（Ｖ）−電流（Ｉ）特性の例を示す特性線図である。
この図の縦軸は燃料電池の出力電圧ＶＦＣを定格電圧に対するパーセント電圧（％Ｖ）で示し、横軸は、燃料電池の出力電流ＩＦＣを定格電流に対するパーセント電流（％Ａ）で示している。燃料電池の出力電流ＩＦＣは燃料供給量ＱＨに対応する。
特性線Ａは、燃料供給量ＱＨが定格の１００％、すなわち燃料電池の出力電流ＩＦＣ１００％のときの特性を示し、特性線Ｂは，燃料供給量ＱＨが定格の７５％、すなわち燃料電池の出力電流ＩＦＣ７５％のときの特性を示し、特性線Ｃは、燃料供給量ＱＨが定格の５０％、すなわち燃料電池の出力電流ＩＦＣ５０％のときの特性を示す。
【００３４】
燃料供給量ＱＨが１００％のとき、燃料電池の出力電流ＩＦＣが１００％電流をとると、特性線Ａ上のａ点が動作点となり、燃料電池の出力電圧ＶＦＣは７０％電圧となる。
この状態において、燃料供給線Ｑ１００（燃料供給量１００％を示す線）上に示されたＱａは電気量に変換される燃料ガス量、ＱａＬは、電気量に変換されないで排気される排気ガス量として処理される。
【００３５】
このとき、負荷が動作点ａより増加し、燃料電池電流ＩＦＣ（負荷電流ＩＬ）が１００％電流以上になると、燃料電池は、燃料ガス不足状態となって、燃料電池の出力電圧ＶＦＣが急激に低下するとともに、燃料ガス不足によりで燃料電池の電極にダーメージを与えることが報告されている。
このような燃料電池の燃料ガス不足に伴う出力電圧の変動をなくして安定にするためには、燃料ガス供給量が１００％のときは、動作点が特性線Ａ上の動作点ａを超えないようにし、燃料ガス供給量が７５％のときは、動作点が特性線Ｂ上の動作点ｂを超えないようにし、そして燃料ガス供給量が５０％のときは、動作点が特性線Ｃ上の動作点ｃを超えないようにする必要がある。
【００３６】
図４は、リチウムイオン電池で構成した蓄電装置の充放電特性を示す線図である。この図の縦軸は、蓄電装置の端子電圧を定格電圧に対するパーセント電圧（％Ｖ）で示し、横軸は、蓄電装置の充電電流（＋ＩＢ）および放電電流（−ＩＢ）をそれぞれ定格電流に対するパーセント電流（％Ａ）で示す。そして、実線で示す特性線は、放電動作時の特性を示し、点線で示す特性線は充電動作時の特性を示す。
蓄電装置の充電時の上限電圧をＶＢｏとし、放電時の常用最低電圧をＶＢｄ１、非常下限電圧をＶＢｄ２としたとき、蓄電装置の電圧ＶＢが充電時に上限電圧ＶＢｏを超えて過充電となるか、または放電時に非常下限電圧ＶＢｄ２より低下して過放電となると、蓄電装置を構成するリチウムイオン電池は、電池特性の劣化が増進され、かつ電池の寿命が低下することが報告されている。
【００３７】
図５は、図１に示すこの発明の第１実施例の燃料電池電源装置の動作時の各部の電圧、電流の変化を示す動作波形図である。
以下に、この図５に基づいてこの発明の燃料電池電源装置の動作を説明する。
図５の時刻ｔ１の前で燃料電池１が起動され、微量の燃料ガスに供給されると、燃料電池１は、図５（ｂ）に示すように燃料電池電圧ＶＦＣ０を発生する。このときは、まだ負荷がとられていないので、負荷１３の負荷電流ＩＬは、図５（ａ）に示すようにＩＬ０となっている。
【００３８】
時刻ｔ１で、負荷が加わると、負荷電流ＩＬが図５（ａ）に示すように、ＩＬ１に立ち上がり、直流母線７の電圧ＶＯ（蓄電装置電圧ＶＢと等しい）が、図５（ｄ）に示すようにＶＯ１（＝ＶＢ１）に低下する。
時刻ｔ１においては、負荷電力演算部３１により、この時刻における負荷電流ＩＬ１と直流母線電圧ＶＯ１（＝ＶＢ１）から負荷電力ＰＬ１（＝ＶＯ１×ＩＬ１）が算出される。また、蓄電池充放電電力演算部３２より、蓄電池充放電電流検出器１２で検出される蓄電装置１１の放電電流−ＩＢ１と直流母線電圧ＶＯ１＝ＶＢ１とから、蓄電装置１１の放電電力−ＰＢ１が算出される。
総電力演算部３３は、負荷電力演算部３１、充放電電力演算部３２で算出された負荷電力ＰＬ１と放電電力−ＰＢ１とを加算して直流母線７における総電力ＰΣ１（＝ＰＬ１−ＰＢ１）を算出する。
【００３９】
総電流演算部３４は、総電力ＰΣ１と直流母線電圧ＶＯ１とに基づいて、総電流ＩＯΣ１（＝ＰΣ１÷ＶＯ１）を算出する。電流換算部３５は、総電流ＩＯΣ１を電圧比演算部１７で算出された電圧比αで除して電流帰還信号ＩＦＣａｂ（＝ＩＯΣ１÷α）を算出する。電流帰還信号ＩＦＣａｂは燃料電池制御装置１Ａに入力される。
燃料電池制御装置１Ａは、この電流帰還信号ＩＦＣａｂを受け取ると、ここには示されない信号処理よって燃料電池電流ＩＦＣがＩＦＣ０から時刻ｔ２でＩＦＣ１に達するように燃料電池１への燃料ガス量ＱＨおよび酸化剤ガス量ＱＯを増加させる制御を行う。
【００４０】
これにより、燃料電池電流ＩＦＣが緩やかに増加して時刻ｔ２でＩＦＣ１になる。このように燃料電池電流ＩＦＣの増加するｔ１〜ｔ２の期間は、燃料電池出力電力ＰＦＣが負荷電力ＰＬより小さく、図２（ｃ）の動作モードとなる。
この期間は、燃料電池１から直流‐直流コンバータ５を介して直流母線７に供給される電力ＰＯが負荷電力ＰＬよりも小さく（ＰＯｉ＜ＰＬｉ）なるので、電力判定部２０は、接点切換部１５に対して、電力判定信号ＰＤを出力する。
これにより、接点切換部１５は、切換接点をＳ２、Ｓ４がオンとなり、Ｓ１、Ｓ３がオフとなるように切換える。
【００４１】
切換接点Ｓ４がオンされることにより、電流調節器３０の入力に電圧調節器２９の出力が接続されるので、直流‐直流コンバータ５は、電圧調節器２９と電流調節器３０により電圧制御が行われるようになる。
【００４２】
この電圧制御は、次のように行われる。
直流母線電流指令演算部２１で、燃料電池１の出力電流実際値ＩＦＣｉに電圧比αを乗算して、直流母線に対する電流指令値ＩＯｓが算出される。また、直流母線電圧指令演算部２２で、直流母線電流指令値ＩＯｓと電流指令換算部１９から入力された直流母線電力指令値ＰＯｓとに基づいて、直流母線電圧指令値ＶＯｓ（＝ＰＯｓ÷ＩＯｓ）が算出される。
次に、直流母線電圧指令値ＶＯｓと直流母線電圧検出器９で検出された直流母線電圧実際値ＶＯｉとが減算器ｂに入力されて、両者の電圧偏差ΔＶＯ（＝ＶＯｓ−ＶＯｉ）が算出される。電圧偏差ΔＶＯは、電圧調節器２９に入力される。電圧調節器２９は、電圧偏差ΔＶＯをゼロにするための電流指令値ＩＯｓを算出する。電流指令値ＩＯｓは、オンしている切換接点Ｓ４を介して、電流偏差を求める減算器ｃに入力される。
【００４３】
減算器ｃは、この電流指令値ＩＯｓと直流母線電流実際値ＩＯｉとの電流偏差ΔＩＯを算出する。電流偏差ΔＩＯは電流調節器３０に入力される。
電流調節器３０は、入力された電流偏差ΔＩＯをゼロするための制御出力ＤＳを算出する。この制御出力ＤＳにより直流−直流コンバータ５が制御される。すなわち、直流−直流コンバータ５は、直流母線７の電圧ＶＯが直流母線電圧指令値ＶＯｓになるように制御される。
これにより、図５（ｃ）に示すように燃料電池１の出力電流ＩＦＣが増加するにともなって蓄電装置１１の放電電流が−ＩＢ１からＩＢ０に向かって減少する。これにともなって蓄電装置１１の電圧ＶＢがＶＢ１からＶＢ２へ上昇する。この蓄電装置１１の電圧ＶＢは、直流−直流コンバータ５によって制御される直流母線電圧ＶＯに制限されるので、過電圧となることはない。
【００４４】
時刻ｔ２において、燃料電池１の出力電力ＰＦＣと負荷電力ＰＬが等しくなれば蓄電装置１１は、充放電電流の流れない浮動動作状態となる。
【００４５】
時刻ｔ３において負荷電流ＩＬがＩＬ１からＩＬ２に減少するが、燃料電池１の電流ＩＦＣはＩＦＣ１に維持されているとすれば、燃料電池１の出力から直流−直流コンバータ５を介して直流母線７に供給される電力ＰＯが負荷電力ＰＬより大きくなる。このため、電力判定部２０においてはＰＯ≧ＰＬが判定され、電力判定信号ＰＤの出力が停止される。これにより接点切換部１５が、切換接点Ｓ１、Ｓ３がオン、Ｓ２、Ｓ４かオフになるように切換える。
これにより、電圧調節器２９の出力が電流調節器３０の入力から遮断されるため、直流−直流コンバータ５の制御は、電流調節器３０だけで電流に基づく制御に切り換わる。
【００４６】
電流制御動作は、次のとおりである。
蓄電装置充放電電力演算部２８で、電力指令値ＰＯｓと負荷電力実際値ＰＬｉに基づいて、充放電電力指令値ＰＢｓ（＝ＰＦＣｓ−ＰＬｉ）が算出される。
次に、蓄電装置充放電電流指令演算部２７で、充放電電力指令値ＰＢｓと直流母線７の電圧実際値ＶＯｉに基づいて、蓄電装置１１の充放電電流指令値ＩＢｓが算出される。充放電電流指令値ＩＢｓは、オンしている接点Ｓ３を介して電流調節器３０の入力の減算器ｃの一端に入力される。
【００４７】
減算器ｃで、この充放電電流指令値ＩＢｓと充放電電流実際値ＩＢｉとの電流偏差ΔＩＢが算出される。電流偏差ΔＩＢは電流調節器３０に入力される。電流調節器３０は、入力された充放電電流偏差ΔＩＢをゼロにするための制御出力Ｄｓを生成する。
直流−直流コンバータ５は、制御出力Ｄｓに基づいて、蓄電装置１１に流れる充放電電流ＩＢが充放電電流指令値ＩＢｓになるように制御される。
【００４８】
これにより、時刻ｔ３からｔ５の間は、燃料電池電流ＩＦＣはＩＦＣ１に保たれ、蓄電装置１１の充放電電流ＩＢは＋ＩＢ１の充電電流となる。
蓄電装置１１は充電電流＋ＩＢ１で充電されるため、蓄電装置１１の電圧ＶＢ、したがって直流母線電圧ＶＯは図５（ｄ）示すように次第に上昇し、時刻ｔ５においてＶＯ３＝ＶＢ３まで上昇する。
【００４９】
負荷電流ＩＬの減少に対して燃料電池１の追従が遅れるため、燃料電池電流ＩＦＣが時刻ｔ５からｔ６にかけてＩＦＣ１からＩＦＣ２に減少する。負荷電流ＩＬはＩＬ２のまま変化しないとすれば、蓄電装置充放電指令電流演算部２７で算出される充放電電流指令値ＩＢｓが燃料電池電流ＩＦＣの減少にともなって減少する。充放電電流ＩＢは、充放電電流指令値ＩＢｓにしたがって減少し、時刻ｔ６でＩＢ０に至る。
【００５０】
時刻ｔ６からｔ７の間は、燃料電池出力電力ＰＦＣと負荷電力ＰＬは等しくなるため、充放電電流指令値ＩＢｓがゼロとなる。したがって、蓄電装置１１の充放電電流ＩＢは、図５（ｅ）に示すように、ＩＢ０となる。
【００５１】
時刻ｔ７において、負荷電流ＩＬが，ＩＬ２からＩＬ３に増加し、燃料電池電流ＩＦＣがＩＦＣ２のまま変わらないとすると、蓄電装置１１は、放電動作に移行し、蓄電装置１１の電流ＩＢが充電方向から放電方向に変化する。このとき、電力判定部２０は、電力判定信号ＰＤを出力する。これにより、接点切換部１５は、前記と同様に、切換接点をＳ２、Ｓ４がオン、Ｓ１、Ｓ３がオンとなるように切換える。
【００５２】
これによって、電圧調節器２９から電流調節器３０に電流指令ＩＯｓが入力されるようになり、直流−直流コンバータ５の制御が、電圧に基づく制御に切り替わる。
蓄電装置１１の電圧ＶＢは、放電動作のため、ＶＯ３＝ＶＢ３から時刻ｔ１０のＶＯ４＝ＶＢ４へ向かって低下する。
このとき、直流母線電圧ＶＯは、蓄電装置電圧ＶＢと等しく低下し、燃料電池電圧ＶＦＣは変化しないので、電圧比演算部１７で求める電圧比α（＝ＶＦＣ÷ＶＯ）は大きくなる。このため、直流母線電流指令演算部２１で算出される電流指令値ＩＯｓが大きくなり、直流母線指令電圧演算部２２で算出される電圧指令値ＶＯｓは小さくなる。
【００５３】
すなわち、電圧調節器２９に対する電圧指令値ＶＯｓは、蓄電装置１１の電圧ＶＢの低下に追従して指令されることになる。そして減算器ｂで電圧指令値ＶＯｓとフィードバックされた直流母線電圧ＶＯｉとの電圧偏差ΔＶＯが算出される。直流−直流コンバータ５は、電圧偏差ΔＶＯがゼロになるように制御される。
【００５４】
前記したように、燃料電池出力電力ＰＦＣは、燃料電池１１の出力電圧ＶＦＣｉと、出力電流ＩＦＣｉとから燃料電池出力電力演算部１８によって算出される。したがって、電圧制御動作では、直流−直流コンバータ５の出力電圧ＶＯが蓄電装置１１の電圧ＶＢの低下に追従して制御が行われ、燃料電池の出力電力ＰＦＣは変化しないように制御が行われる。
【００５５】
すなわち、放電電流−ＩＢ２によって蓄電装置の電圧ＶＢ＝ＶＯは、時刻ｔ７のＶＯ３＝ＶＢ３から時刻ｔ１０のＶＯ４＝ＶＢ４に向かって低下するが、直流−直流コンバータ５の出力電圧ＶＯは、蓄電装置１１の電圧ＶＢの低下に追従して制御されるので、燃料電池１の出力電力ＰＦＣは一定に保たれるようになる。
【００５６】
時刻ｔ１０〜ｔ１１の間は、負荷電力ＰＬが若干低下して蓄電装置１１の放電電流−ＩＢが−ＩＢ２から−ＩＢ３に低下する期間である。
時刻ｔ１１〜ｔ１２の間において、燃料電池電流ＩＦＣがＩＦＣ２からＩＦＣ３に向かって増加するが、負荷電流ＩＬは、ＩＬ４のまま維持されているとすれば、蓄電池充放電電流指令値ＩＢｓは、燃料電池電流ＩＦＣの増加に追従して増大するので、時刻ｔ１２で蓄電装置１１の充電放電電流ＩＢは＋ＩＢ２の充電電流となる。
【００５７】
時刻ｔ１２からｔ１５の間で、燃料電池電流ＩＦＣがＩＦＣ３で、負荷電流ＩＬがＩＬ４で変化しないとすれば、蓄電装置１１は、充電電流＋ＩＢ２によって充電され、蓄電池電圧ＶＢがＶＯ６＝ＶＢ６からＶＯ７＝ＶＢ７に向かって上昇する。
時刻ｔ１５において、負荷１３が停止すると、負荷電流ＩＬがＩＬ０になる。したがって、負荷電力ＰＬ（＝０）、総電力ＰΣ（＝ＰＬ±ＰＢ）および保護信号ＢＳｔ１が燃料電池制御装置１Ａに入力される。
【００５８】
燃料電池制御装置１Ａはこれらの信号を処理して燃料電池１への燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給量ＱＨおよびＱＯを制御する。
例えば、保護信号ＢＳｔ１は、直流母線７の電圧ＶＯが、上限電圧設定値Ｌ１を超えたときに出力される。このため、燃料電池制御装置１Ａは、保護信号ＢＳｔ１を受け取ったときは、蓄電装置１１の充電を停止するため、直ちに燃料電池１の出力を制限する制御を行う。
【００５９】
また、蓄電装置１１が満充電に至たらず、充電する余力がある場合には、蓄電装置１の充電を継続できるように燃料電池１の出力電力ＰＦＣを制御する。
この場合は、負荷電力ＰＬがゼロであるので、充電電力指令値ＰＢｓは直流−直流コンバータ５に対する出力電力指令値ＰＯｓと等しくなる。このため、蓄電装置充放電電流指令演算部２７からは、ＩＢｓ＝ＰＯｓ÷ＶＯｉとなる充電電流指令値ＩＢｓが出力され、蓄電装置１１の充電電流が、この充電電流指令値ＩＢｓとなるように、直流−直流コンバータ５によって制御される。
【００６０】
電圧監視部２５は、直流母線７の電圧ＶＯｉを監視する。図４におけるＶＢｏが、蓄電装置上限電圧設定器２３に設定された蓄電装置１１の上限電圧設定値Ｌ１となる。ＶＢｄ１は、通常下限電圧設定値であり、ＶＢｄ２が、図１の蓄電装置下限電圧設定器２４に設定された蓄電装置１１の非常下限電圧設定値Ｌ２となる。
【００６１】
充電動作のときは、蓄電装置１の電圧ＶＢｉが、上限電圧設定値ＶＢｏを超えないようにするため、電圧監視部２５は、直流母線電圧ＶＯｉが上限電圧設定値Ｌ１（＝ＶＢｏ）以上となったら上限電圧判定信号ＶＬ１を出力する。上限電圧判定信号ＶＬ１は、電圧調節器２９の入力に設けられた電圧制限部２６に入力される。電圧制限部２６は、上限電圧判定信号ＶＬ１が入力されると、電圧指令値ＶＯｓの上限を上限電圧設定値Ｌ１（＝ＶＢｏ）に制限する。
【００６２】
また、放電動作のときは、電圧監視部２５は、蓄電装置電圧ＶＢｉ（＝ＶＯｉ）が下限電圧設定値Ｌ２＝ＶＯｄ２以下に低下すると下限電圧判定信号ＶＬ２を出力する。下限電圧判定信号ＶＬ２は負荷１３の制御装置１３Ａに入力される。下限電圧判定信号ＶＬ２は、蓄電装置１１の過放電状態を示すものであるから、負荷制御装置１３Ａは、下限電圧判定信号ＶＬ２が加わると、蓄電装置１１からこれ以上放電が行われないように、負荷１３の電力ＰＬを絞り込む制御を行う。
【００６３】
図５の時刻ｔ１２から蓄電装置１１が充電動作を行って蓄電装置１１の電圧ＶＢｉが図５（ｄ）に示すようにＶＯ６＝ＶＢ６へ上昇する。そして、さらに、時刻ｔ１５において、図４における上限電圧ＶＢｏに達したとすると、電圧監視部２５は、上限電圧判定信号ＶＬ１を出力する。上限電圧判定信号ＶＬ１は、接点切換部１５および電圧制限部２６に入力される。
【００６４】
接点切換部１５は、上限電圧判定信号ＶＬ１が入力されると、切換接点をＳ１、Ｓ３がオフ、Ｓ２、Ｓ４がオンとなるように切り換えて、電源装置制御部５０の制御動作を電流制御動作から電圧制御動作に切り換える。
また、上限電圧判定信号ＶＬ１を受け取った電圧制限部２６は、電圧調節器２９の電圧指令入力ＶＯｓを上限電圧設定値Ｌ１（＝ＶＢｏ）に制限する動作を行う。これにより、蓄電装置１１の電圧ＶＢｉが上限電圧ＶＢｏ（＝Ｌ１）を超えないように蓄電装置１１の電圧を制御することができる。
【００６５】
また、燃料電池制御装置１Ａは、電圧監視部２５から蓄電装置１１の電圧ＶＢｉが上限電圧ＶＢｏ以上に上昇したことを示す保護信号ＢＳｔ１を受け取ると、燃料電池１に供給する燃料ガスの供給量ＱＨを低減して燃料電池１の出力電力ＰＦＣを低下させる処置を行う。
【００６６】
一方、図５の時刻ｔ７からの放電動作によって、蓄電装置１１の電圧ＶＯ＝ＶＢがＶＯ４＝ＶＢ４に低下し、時刻ｔ１０において、図４に示す通常使用下限電圧ＶＢｄ１に達すると、電圧監視部２５は、下限電圧判定信号ＶＬ２を出力する。下限電圧判定信号ＶＬ２は負荷１３の制御装置１３Ａに入力される。負荷制御装置１３Ａは、下限電圧判定信号ＶＬ２を受け取ると、蓄電装置１１の放電電流が低減されるように、負荷１３の電力ＰＬを絞り込む制御を行う。
また、電圧監視部２５は、蓄電装置１１の電圧ＶＢｉがさらに低下し、非常下限設定電圧ＶＢＤｄ２以下になると保護信号ＢＳｔ２を出力する。保護信号ＢＳｔ２は、燃料電池制御装置１Ａに入力される。燃料電池制御装置１Ａは、この保護信号ＢＳｔ２を受け取ると、燃料電池１に供給する燃料ガスの供給量ＱＨを増加させて燃料電池１の出力電力ＰＦＣを増大させる処置を行う。
【００６７】
前記した第１の実施例においては、電力判定部２０で、燃料電池１から直流母線７に供給される電力ＰＯと負荷電力ＰＬとの大小関係から、蓄電装置１１が充電動作状態にあるか、または放電動作状態にあるかを判定している。
この発明おいては、この電力判定部２０に代えて、図６に示すように蓄電池装置充放電電流検出器１２で検出した蓄電装置１１の充放電電流ＩＢｉの極性、すなわち流れる方向を判定する電流方向判定部２０Ａを用いることもできる。
電流方向判定部２０Ａは、蓄電池装置充放電電流検出器１２で検出された蓄電装置１１の充放電電流ＩＢの極性が正であれば、蓄電装置１１を充電する方向に流れていると判定して電流方向判定信号ＩＤを出力する。電流方向判定信号ＩＤは、接点切換部１５に入力される。そして、充放電電流ＩＢの極性が負であれば、電流方向判定部２０Ａは、蓄電装置１１から放電する方向に流れていると判定し、電流方向判定信号ＩＤの出力を停止する。
【００６８】
接点切換部１５は、電流方向判定信号ＩＤが入力されると、切換接点をＳ１、Ｓ３がオン、Ｓ２、Ｓ４がオフになるように切り換えて、直流−直流コンバータ５の制御動作を電流制御動作にする。また、接点切換部１５は、電流方向判別信号ＩＤの入力が停止すると、接点切換部１５は切換接点をＳ１、Ｓ３がオフ、Ｓ２、Ｓ４がオンになるように切り換えて、直流−直流コンバータ５の制御動作を電圧制御動作にする。
そのほかの動作は、前記の図１に示す第１の実施例と同じであるので、その詳細な説明は省略する。
【００６９】
（実施例２）
次に、図７に示すこの発明の第２の実施例について説明する。
この第２の実施例は、蓄電装置１１の充電動作モードにおいて、蓄電装置１１の電圧が予め設定した上限電圧設定値ＶＢｏを超えて過充電状態となったとき、この蓄電装置１１のそれ以上の充電を防止して、蓄電装置１１の特性劣化および寿命短縮を抑制するものである。
【００７０】
この図７の第２の実施例は、燃料電池１から供給される電力の余剰分を処理するため、電流調整チョッパ４１と電流制限抵抗４３との直列回路を蓄電装置１１および負荷１３と並列に挿入接続した点が、第１の実施例と異なる。そして、この電流調整チョッパ４１を制御して余剰電力を処理するために、チョッパ制御部４２、余剰電力演算部４５および余剰電流指令演算部４６を電源装置制御部５０内に設け、さらに、電流調整チョッパ４１と電流制限抵抗４３との直列回路の電流を検出するために電流検出器４４を設けている。
電流調整チョッパ４１の断続動作により、直流母線７から電流制限抵抗４３に分流する電流を調整する。
【００７１】
余剰電力演算部４５は、出力電力指令値ＰＯｓから負荷電力ＰＬを減算して、燃料電池１の出力電力の余剰電力ＰＳを算出する。この余剰電力演算部４５は、蓄電装置１１の電圧を監視する電圧監視部２５から、蓄電装置１１の電圧ＶＢが上限電圧設定値ＶＢｏを超えたときに出力される上限電圧判定信号ＶＬ１が入力されたときだけ動作する。
【００７２】
この余剰電力演算部４５で求められた余剰電力ＰＳは、余剰電流指令演算部４６に入力される。余剰電流指令演算部４６は、余剰電力ＰＳを直流母線７の電圧ＶＯｉで除して余剰電流指令値ＩＤｓを算出する。余剰電流指令値ＩＤｓは、減算器ｄに入力される。
【００７３】
減算器ｄでは、電流指令値ＩＤｓと分流電流ＩＤｉとの電流偏差ΔＩＤが算出される。チョッパ制御部４２は、電流偏差ΔＩＤがゼロになるように、電流調整チョッパ４１を断続制御するための制御信号Ｃｓを生成する。
電流調整チョッパ４１の断続動作により、図７に示すように、蓄電装置１１が満充電状態となって不要となった充電電力（余剰電力）が電流調整チョッパ４１を通して電流制限抵抗４３に分流して消費される。
【００７４】
電流調整チョッパ４１によって電流制限抵抗４３に分流する電流ＩＤｉが調整されるので、過不足なく余剰電力ＰＳｉが消費される。このように、供給電力の余剰分が電流調整チョッパ４１と電流制限抵抗４３との直列回路に分流して消費されるので、蓄電装置１１の過充電を防止することができる。
一方、負荷電力ＰＬの急低下または蓄電装置１１が満充電状態となって余剰電力が発生すると、蓄電装置１１の電圧ＶＢｉが上限電圧ＶＢｏ以上に上昇し、電圧監視部２５が保護信号ＢＳｔ１を出力する。そうすると、燃料電池制御装置１Ａは、燃料電池１への燃料ガスの供給量の低減制御により、燃料電池１の出力電力を低減する。燃料電池１の出力電力低減により余剰電力がなくなると、電流調整チョッパ４１は動作を停止して余剰電力処理動作を終了する。
【符号の説明】
【００７５】
１：燃料電池
１Ａ：燃料電池制御装置
２、８：スイッチ
３：燃料電池電圧検出器
４：燃料電池電流検出器
５：直流‐直流コンバータ
７：直流母線
９：直流母線電圧検出器
１０：直流母線電流検出器
１１：蓄電装置
１２：蓄電装置充放電電流検出器
１３：負荷
１４：負荷電流検出器
１５：接点切換部
１６：切換回路部
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４：切換接点
１７：電圧比演算部
１８：燃料電池出力電力演算部
１９：電力指令換算部
２０：電力判定部
２１：直流母線指令電流演算部
２２：直流母線指令電圧演算部
２３：蓄電装置上限電圧設定器
２４：蓄電装置下限電圧設定器
２５：電圧監視部
２６：電圧制限部
２７：蓄電装置充放電電流指令演算部
２８：蓄電装置充放電電力演算部
２９：電圧調節器
３０：電流調節器
３１：負荷電力演算部
３２：蓄電池充放電電力演算部
３３：総電力演算部
３４：総電流演算部
３５：電流換算部
４１：電流調整チョッパ
４２：チョッパ制御部
４３：電流制限抵抗
４４：電流検出器
４５：余剰電力演算部
４６：余剰電流指令演算部
５０：電源装置制御部
８１：燃料電池
８２：蓄電装置
８３：インバータ
８４：負荷
８５：直流母線
【図１】
0006354787.tif 000002
【図２】
0006354787.tif 000003
【図３】
0006354787.tif 000004
【図４】
0006354787.tif 000005
【図５】
0006354787.tif 000006
【図６】
0006354787.tif 000007
【図７】
0006354787.tif 000008
【図８】
0006354787.tif 000009
【図９】
0006354787.tif 000010