(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
該燃料電池と並列に接続されたキャパシタと、
入力部が前記燃料電池及び前記キャパシタに並列に接続されると共に、出力部が負荷に接続され、前記燃料電池及び前記キャパシタの出力電圧を昇圧して、該昇圧した電圧による電力を該負荷に供給する昇圧手段と、
前記昇圧手段の出力部に電圧変換手段を介して接続された二次電池と、
前記燃料電池と前記キャパシタとに並列に接続されて外部への電力の供給が可能な第１電力供給部と、
前記燃料電池の出力と前記キャパシタの充電量と前記二次電池の充電量とに基づいて、該キャパシタの充電量がその放電閾値以上の範囲内で且つ該二次電池の充電量がその放電閾値以上の範囲内で、該燃料電池と該キャパシタと該二次電池とから前記第１電力供給部への電力の供給を制御する電力供給制御手段と
を備え、
前記電力供給制御手段は、
前記第１電力供給部への電力の供給を、前記燃料電池の作動に先立って前記キャパシタ又は前記二次電池から実行するように、
前記第１電力供給部への電力の供給を、第１に前記キャパシタから第２に前記二次電池から第３に前記燃料電池から実行し、
前記キャパシタの充電量が放電閾値となった場合に、該キャパシタに替えて前記二次電池から該第１電力供給部への電力の供給を開始させ、
前記二次電池の充電量が放電閾値より大きく設定された所定値となった場合に、前記燃料電池の作動を開始させ、該燃料電池が所定の出力を出力できる状態となったときに、該二次電池に替えて該燃料電池から該第１電力供給部への電力の供給を開始させることを特徴とする燃料電池電源装置。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池電源装置において、
前記第１電力供給部は、前記キャパシタと前記昇圧手段との間に設けられていることを特徴とする燃料電池電源装置。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池電源装置において、
前記電力供給制御手段は、前記昇圧手段と前記電圧変換手段とのいずれか一方又は両方の作動を制御することにより、前記二次電池から前記第１電力供給部への電力の供給及び前記燃料電池から該二次電池へ電力の供給を制御することを特徴とする燃料電池電源装置。
【請求項４】
請求項２又は３記載の燃料電池電源装置において、
前記電圧変換手段と前記二次電池とに並列に接続されて外部への電力の供給が可能な第２電力供給部を備えることを特徴とする燃料電池電源装置。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池電源装置において、
前記第２電力供給部は、前記電圧変換手段と前記二次電池との間に設けられていることを特徴とする燃料電池電源装置。
【請求項６】
請求項２乃至５のうちいずれか１項記載の燃料電池電源装置において、
車両に搭載され、前記負荷は該車両の動力源である電動機であることを特徴とする燃料電池電源装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちいずれか１項記載の燃料電池電源装置において、
前記第１電力供給部は、外部への電力の供給のオン・オフを切り替える第１スイッチを備えることを特徴する燃料電池電源装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のうちいずれか１項記載の燃料電池電源装置において、
前記キャパシタと前記二次電池の充電量を表示する表示手段を備えることを特徴とする燃料電池電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池、キャパシタ及び二次電池から外部へ電力を出力可能な燃料電池電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、バッテリを電源として、該バッテリの電圧を昇圧して電源ラインに供給すると共に、電源ラインに供給された電圧をＤＣ／ＡＣコンバータで商用交流電圧に変換して出力する電源システムが知られている（特許文献１参照）。また、エンジンの動力でモータにより発電させたときの発電電力やバッテリの電力を、ＡＣインバータを介して商用交流電源に変換するものが知られている（特許文献２参照）。
【０００３】
ここで、電源がバッテリのみにより構成されている電源システムにおいては、該バッテリから昇圧して供給される直流電圧を交流に変換することで、商用交流電源を簡単に取り出すことができるが、バッテリの充電容量を超えた使用はできない。また、エンジンの動力でモータを回動させたときの発電電力が使用可能な場合であっても、イグニッションがオンされていなければエンジンの動力を取り出すことができず、結果としてバッテリの充電容量を超えた使用をすることはできない。
【特許文献１】特開２００６−６０３３号公報
【特許文献２】特開２００６−２０４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明は、電力を外部へ安定的に供給することができる燃料電池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】
【０００５】
上記目的を達成するためになされたものであり、本発明の燃料電池電源装置は、燃料電池と、該燃料電池と並列に接続されたキャパシタと、入力部が前記燃料電池及び前記キャパシタに並列に接続されると共に、出力部が負荷に接続され、前記燃料電池及び前記キャパシタの出力電圧を昇圧して、該昇圧した電圧による電力を該負荷に供給する昇圧手段と、前記昇圧手段の出力部に電圧変換手段を介して接続された二次電池と、前記燃料電池と前記キャパシタとに並列に接続されて外部への電力の供給が可能な第１電力供給部と、前記燃料電池の出力と前記キャパシタの充電量と前記二次電池の充電量とに基づいて、該キャパシタの充電量がその放電閾値以上の範囲内で且つ該二次電池の充電量がその放電閾値以上の範囲内で、該燃料電池と該キャパシタと該二次電池とから前記第１電力供給部への電力の供給を制御する電力供給制御手段とを備え、
前記電力供給制御手段は、前記第１電力供給部への電力の供給を、前記燃料電池の作動に先立って前記キャパシタ又は前記二次電池から実行するように、前記第１電力供給部への電力の供給を、第１に前記キャパシタから第２に前記二次電池から第３に前記燃料電池から実行し、前記キャパシタの充電量が放電閾値となった場合に、該キャパシタに替えて前記二次電池から該第１電力供給部への電力の供給を開始させ、前記二次電池の充電量が放電閾値より大きく設定された所定値となった場合に、前記燃料電池の作動を開始させ、該燃料電池が所定の出力を出力できる状態となったときに、該二次電池に替えて該燃料電池から該第１電力供給部への電力の供給を開始させることを特徴とする。
【０００６】
かかる本発明の燃料電池電源装置によれば、昇圧手段によりキャパシタ及び燃料電池から供給された電圧が昇圧されて負荷へ高電圧で電力が供給される系において、燃料電池及びキャパシタに並列に接続された第１電力供給部は、キャパシタ及び燃料電池から電力が供給可能に構成されると共に、二次電池からも電力が供給可能に構成される。
【０００７】
また、並列に接続されたキャパシタと燃料電池とは、燃料電池からキャパシタへの電力の供給によりキャパシタの充電が可能であり、一方、昇圧手段及び電圧変換手段を介して燃料電池に接続された二次電池は、昇圧手段及び電圧変換手段を介して燃料電池から二次電池への電力の供給により充電可能に構成される。
【０００８】
そのため、キャパシタ及び二次電池の劣化を防止するためこれらの充電量がその放電閾値以上の範囲内であることを条件として、燃料電池と、充電されたキャパシタ及び二次電池とから第１電力供給部に電力を安定的に供給することができる。
【００１０】
かかる燃料電池電源装置によれば、充電されたキャパシタ及び二次電池の電力を第１電力供給部へ優先的に供給することで、燃料電池の作動が最小となるようにすることができる。そのため、燃料電池の出力を第１電力供給部の消費電力に合わせて変化させる必要がなくなり、第１電力供給部へ電力を安定的に供給することができる。
【００１１】
また、燃料電池が作動を開始してから所定の定格出力が出力可能となるまでには一定の起動時間を要するところ、かかる燃料電池電源装置によれば、燃料電池の作動に先立って、キャパシタ又は二次電池から第１電力供給部へ電力の供給を行うことで、燃料電池からの出力が出力可能となることを待つことなく、第１電力供給部を使用可能に構成することができる。さらに、かかる燃料電池の起動時間を考慮して、キャパシタ又は二次電池の充電量が所定値まで低下した時点で燃料電池の作動を開始させることで、キャパシタ又は二次電池はその放電閾値を下回ることによる劣化を防止することができる。
【００１３】
かかる燃料電池電源装置によれば、充電容量が二次電池に比して小さく充放電率が高い場合が多いため、第１にキャパシタから放電させ、キャパシタの充電量がその放電閾値を下回る前に、二次電池からの放電を開始させることができる。第２に充電容量が大きい二次電池から放電させることで、放電による充電量の減少割合が小さく、長時間に亘って第１電力供給部に安定した電力を供給することができる。また、二次電池がその放電閾値を下回る前に燃料電池から所定の出力が出力可能となるように、前記所定値を設定することで、燃料電池の起動時間の間も第１電力供給部に安定的に電力を供給することができると共に、二次電池がその放電閾値を下回ることも防止することができる。そして、第３に燃料電池が所定の出力が出力可能となった燃料電池からの放電を行うことで、燃料電池から第１電力供給部の電力を安定供給できると共に、燃料電池によるキャパシタ及び二次電池の充電が可能となる。
【００１４】
また、本発明の燃料電池電源装置において、前記第１電力供給部は、前記キャパシタと前記昇圧手段との間に設けられていることを特徴とする。
【００１５】
かかる本発明の燃料電池電源装置によれば、昇圧手段による昇圧前の比較的低電圧をキャパシタ及び燃料電池から直接第１電力供給部に供給できる。さらに、昇圧手段は逆方向については降圧手段（ダウンバータ）となるので、昇圧手段を負荷側から降圧手段として用いることで、二次電池からも第１電力供給部に低電圧を供給することができる。
【００１６】
さらに、本発明の燃料電池電源装置において、前記電力供給制御手段は、前記昇圧手段と前記電圧変換手段とのいずれか一方又は両方の作動を制御することにより、前記二次電池から前記第１電力供給部への電力の供給及び前記燃料電池から該二次電池へ電力の供給を制御することを特徴とする。
【００１７】
かかる燃料電池電源装置によれば、二次電池は昇圧手段と電圧変換手段を介して第１電力供給部に接続されているため、これら昇圧手段と電圧変換手段のいずれか一方又は両方の作動を制御することで、二次電池から第１電力供給部への電力の供給を制御することができる。また、二次電池は昇圧手段と電圧変換手段を介して燃料電池に接続されているため、これら昇圧手段と電圧変換手段のいずれか一方又は両方の作動を制御することで、燃料電池から二次電池への電力の供給、すなわち二次電池の充電を制御することができる。このように、昇圧手段と電圧変換手段のいずれか一方又は両方の作動を制御することで、二次電池から第１電力供給部への電力を供給する構成、及び燃料電池から二次電池へ電力を供給する構成を簡易に実現することができる。
【００１８】
また、本発明の燃料電池電源装置において、前記電圧変換手段と前記二次電池とに並列に接続されて外部への電力の供給が可能な第２電力供給部を備えることを特徴とする。
【００１９】
かかる燃料電池電源装置によれば、第２電力供給部が、昇圧手段の出力部側に設けられている。これにより、第２電力供給部は、第１電力供給部が使用中の場合に第１電力供給部の代替として用いることや、第１電力供給部とは異なる電圧で第２電力供給部に電力を供給することで、第１電力供給部の補完をさせることができる。
【００２０】
さらに、本発明の燃料電池電源装置において、前記第２電力供給部は、前記電圧変換手段と前記二次電池との間に設けられていることを特徴とする。
【００２１】
かかる本発明の燃料電池電源装置によれば、第２電力供給部が、電圧変換手段と二次電池の間で二次電池に接続されおり、該二次電池から優先的に電力が供給される。これにより、例えば、二次電池から比較的小さな電力を長時間に亘って第２電力供給部に供給することができる。
【００２２】
さらに、本発明の燃料電池電源装置は、車両に搭載され、前記負荷は該車両の動力源である電動機であることを特徴とする。
【００２３】
かかる本発明の燃料電池電源装置によれば、該燃料電池電源装置が車両に搭載されており、該車両の動力源である電動機が負荷となっている。そのため、電動機に車両を推進させる電力を高電圧で供給する必要がある。一方で、当該燃料電池電源装置を介して外部に供給する電力は電動機に必要な電圧より低電圧である場合が多い。本発明の燃料電池電源装置の構成によれば、かかる高電圧及び低電圧を効率よく、それぞれ電動機及び第１電力供給部に供給することができる。
【００２４】
また、本発明の燃料電池電源装置において、前記第１電力供給部は、外部への電力の供給のオン・オフを切り替える第１スイッチを備えることを特徴する。
【００２５】
かかる本発明の燃料電池電源装置によれば、第１電力供給部への電力の供給の要否に応じて、第１スイッチを切り替えることで、外部への電力の供給の可否を選択することができる。
【００２６】
また、本発明の燃料電池電源装置において、前記キャパシタと前記二次電池の充電量を表示する表示手段を備えることを特徴とする。
【００２７】
かかる本発明の燃料電池電源装置によれば、該燃料電池電源装置のユーザは、キャパシタ及び二次電池の充電量から、第１又は第２電力供給部から供給可能な電力量を認識することができる。特に、第１電力供給部に加えて、第２電力供給部が設けられている場合には、第１及び第２電力供給部のいずれを選択して電力の供給を受けるかを決定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の実施の形態について、図１〜図４を参照して説明する。図１は、本実施の形態における燃料電池電源装置の全体構成図、図２は、図１に示した燃料電池電源装置による電力供給の態様を示した説明図、図３〜図４は、図２の電力供給の処理を示すフローチャートである。
【００２９】
図１に示すように、本実施の形態の燃料電池電源装置は、燃料電池車両（本発明の車両に相当する）に搭載されるものであって、燃料電池１、燃料電池１と並列に接続された電気二重層キャパシタ２（以下、単にキャパシタ２という）、入力部が燃料電池１及びキャパシタ２に接続されると共に、出力部がＰＤＵ４（Power Drive Unit）を介して電動機５（本発明の負荷に相当する）に接続された昇圧手段３（Voltage Boost Unit）、及び入力部が昇圧手段３に接続されると共に出力部が二次電池６（本実施の形態では、リチウムイオンバッテリを使用）に接続された電圧変換手段７を備えている。
【００３０】
燃料電池１は、例えば燃料電池スタックを２５０個直列に接続して構成され、出力電圧が約２２５Ｖ（出力電流０Ａ）〜１８０Ｖ（出力電流２１０Ａ）の範囲で変動するものである。また、キャパシタ２は電気二重層キャパシタであり、出力電圧が２００Ｖを中心とした範囲（約下限１５４Ｖ〜上限２４３Ｖの範囲）で変動するものである。また、二次電池６の出力電圧は約２９０Ｖ〜３５０Ｖの範囲で変動する。
【００３１】
昇圧手段３は、例えば、定格１００kwで昇圧比１．５〜２．４のＤＣ／ＤＣコンバータであって、少なくとも昇圧機能を有し、降圧機能は必要に応じて付加される。また、電圧変換手段７は、例えば、定格１０kwで昇圧比１．３６〜１．７０のＤＣ／ＤＣコンバータである。
【００３２】
また、燃料電池電源装置は、キャパシタ２と昇圧手段３との間で、燃料電池１とキャパシタ２とに並列に接続された第１電力供給部１０（本実施の形態では、出力コンセント）を備える。第１電力供給部１０は、インバータ回路からなるＤＣ／ＡＣ変換器１１を介して、燃料電池１及びキャパシタ２に直結する第１電力供給ラインＬ１と接続されており、ＤＣ／ＡＣ変換器１１は、第１電力供給ラインＬ１の直流電圧を商用交流電圧に変換して第１電力供給部１０に供給する。
【００３３】
さらに、燃料電池電源装置は、二次電池６と電圧変換手段７との間で、二次電池６と電圧変換手段７とに並列に接続された補機８と第２電力供給部２０（本実施の形態では、出力コンセント）とを備える。補機８は、燃料電池１に水素ガス等の反応ガスを供給するためのポンプ等であって、補機８及び第２電力供給部２０は、ＰＤＵ９（Power Drive Unit）を介して、二次電池６及び電圧変換手段７に直結する第２電力供給ラインＬ２に接続されている。ここで、第２電力供給部２０には、ＰＤＵ９で調圧された低電圧（例えば、ＤＣ１２Ｖ）が、二次電池６から優先的に供給され、例えば、車両内に持ち込まれたテレビ、ラジオや照明機器等の接続が可能となっている。
【００３４】
第１電力供給ラインＬ１とＤＣ／ＡＣ変換器との間には、第１電力供給部１０への電力の供給をＯＮ／ＯＦＦする第１スイッチＳＷ１が設けられ、第２電力供給部２０とＰＤＵ９との間には、第２電力供給ラインＬ２から第２電力供給部２０への電力の供給をＯＮ／ＯＦＦする第２スイッチＳＷ２が設けられている。また、第１電力供給ラインＬ１を昇圧手段３により昇圧した第３電力供給ラインＬ３には、電動機５への電力の供給をＯＮ／ＯＦＦする第３スイッチＳＷ３が設けられており、第３スイッチＳＷ３は、ユーザによる第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２のＯＮ／ＯＦＦに連動して、後述する電力供給制御手段３０によりＯＮ／ＯＦＦの切り替えが制御される。
【００３５】
また、燃料電池電源装置は、電力供給制御手段３０を備え、電力供給制御手段３０は、燃料電池１、キャパシタ２及び二次電池６の各々に設けられた図示しない電圧センサ及び電流センサの検出信号を取得し、燃料電池１、キャパシタ２及び二次電池６から出力される電圧、電流及び電力を検知する。
【００３６】
電力供給制御手段３０は、キャパシタ２の出力電圧及び出力電流とキャパシタ２の充電量であるＳＯＣ（State of Charge）との関係を規定したテーブル、二次電池６の出力電圧及び出力電流と二次電池６の充電量であるＳＯＣとの関係を規定したテーブルを備え、キャパシタ２及び二次電池６の各出力電圧及び各出力電流から、キャパシタ２及び二次電池６のＳＯＣとを算出する。
【００３７】
また、電力供給制御手段３０は、燃料電池１の出力、キャパシタ２及び二次電池６の各ＳＯＣに基づいて、後述するように、燃料電池１の作動制御と、昇圧手段３、電圧変換手段７及びＤＣ／ＡＣ変換器１１の作動制御とを実行し、燃料電池１、キャパシタ２及び二次電池６から第１電力供給部１０への電力供給と、燃料電池１からキャパシタ２及び二次電池６の充電とを行う。
【００３８】
さらに、電力供給制御手段３０は、例えば、液晶表示手段からなる表示部３１を備え、表示部３１には、電力供給制御手段３０により算出された燃料電池１の出力、キャパシタ２及び二次電池６のＳＯＣ、燃料電池１とキャパシタ２と二次電池６のいずれから第１電力供給部１０への電力供給が供給されているか、燃料電池１からキャパシタ２及び二次電池６への充電が行われているか等が表示される。
【００３９】
尚、電力供給制御手段３０は、一定の周期又は所定のタイミングで、これら表示部３１に表示するデータを取得及び算出して表示部３１に表示する。ここで、所定のタイミングとしては、例えば、イグニッションのＯＮ又はＯＦＦのタイミング、第１スイッチ又は第２スイッチのＯＮ又はＯＦＦのタイミング等が該当する。これにより、ユーザは、キャパシタ２及び二次電池６のＳＯＣから、第１又は第２電力供給部１０，２０から供給可能な電力量を認識することができ、第１及び第２電力供給部１０，２０のいずれを選択して電力の供給を受けるかを決定することができる。
【００４０】
例えば、ユーザは、キャパシタ２及び二次電池６のＳＯＣがいずれも所定レベル（例えば３０％）以上である場合や、二次電池６のＳＯＣが所定レベル以上である場合には、第１電力供給部１０から電力の供給を受けることに適していることを認識することができる。一方、二次電池６のＳＯＣが所定レベル未満である場合には、第１電力供給部１０からの電力供給には適さず、第２電力供給部２０から比較的低電力の供給を受けることに適していることを認識することができる。このように、ユーザに第１及び第２電力供給部１０，２０のいずれを選択して電力の供給を受けるかを決定させる指標を与えることができる。
【００４１】
また、本実施形態の燃料電池電源装置において、燃料電池１と昇圧手段３及びキャパシタ２との間には、ダイオードＤが設けられており、ダイオードＤにより燃料電池１への電流の流入が禁止されている。また、ダイオードＤに替えてトランジスタ等の他の整流素子を用いることにより、または、キャパシタ２を降圧手段（ダウンコンバータ）を介して燃料電池１に接続することにより、燃料電池１への電流の流入を禁止してもよい。
【００４２】
以上が、本実施の形態における燃料電池電源装置の全体構成である。
【００４３】
次に、図２から図４を参照して、本実施形態の燃料電池電源装置の全体的な作動について説明する。
【００４４】
図２は、燃料電池１、キャパシタ２及び二次電池６から第１電力供給部１０への電力供給の変化を示したものであり、横軸が時間（ｔ）で、縦軸がキャパシタ２及び二次電池６のＳＯＣ及び燃料電池１の出力（％）に設定されている。
【００４５】
本実施形態では、燃料電池車両のイグニッションがＯＦＦされて、時間ｔ0で燃料電池１の発電が行われていない状態から、第１電力供給部１０を介して外部に電力を供給する場合について説明する。例えば、燃料電池車両が、キャンプ地等に乗り入れられており、イグニッションがＯＦＦされている状態で、第１電力供給部１０に外部機器（例えば、パソコンやホットプレート等）を接続して、これらに電力を供給する場合等が該当する。
【００４６】
まず、時間ｔ1でユーザが、第１スイッチＳＷ１をＯＮして、第１電力供給部１０に前記外部機器を接続すると、電力供給制御手段３０は、図３に示す電源選択ルーチンに従って、燃料電池１、キャパシタ２及び二次電池６のいずれから、どのような順序で第１電力供給部１０に電力を供給するかを決定する。
【００４７】
尚、このとき、電力供給制御手段３０は、第１スイッチＳＷ１がＯＮされると、イグニッションがＯＦＦされていることを条件に第３スイッチＳＷ３をＯＦＦして、ＰＤＵ４への電力の供給を遮断する。これにより、イグニッションがＯＦＦされた状態では、電動機５側へ電力が供給されることがなく、ＰＤＵ４等で不要な電力が消費されることを防止することができる。
【００４８】
まず、図３にフローチャートで示す電力選択ルーチンにおいて、電力供給制御手段３０は、キャパシタ２のＳＯＣに従って、キャパシタ２のＳＯＣを検出し（ＳＴＥＰ１０）、キャパシタ２のＳＯＣが２５％（本発明の放電閾値に相当する）より大きいか否かを判定する（ＳＴＥＰ２０）。ＳＴＥＰ１０のキャパシタ２のＳＯＣ検出ルーチンでは、キャパシタ２の出力電圧、出力電流から、これらとキャパシタ２のＳＯＣとの関係を規定したテーブルに基づいてＳＯＣを算出する。尚、かかるテーブルによれば、キャパシタ２の出力電流が０の場合にも、出力電圧のみに基づいてキャパシタ２のＳＯＣを算出可能となっている。
【００４９】
そして、キャパシタ２のＳＯＣが２５％より大きい場合には（ＳＴＥＰ２０でＹＥＳ）、キャパシタ２から第１電力供給部１０への電力の供給を開始し（ＳＴＥＰ３０）、ＳＴＥＰ１０にリターンする。
【００５０】
具体的に図２において、キャパシタ２は、時間ｔ1でＳＯＣが約８５％であることから（ＳＴＥＰ２０でＹＥＳ）、電力供給制御手段３０は、昇圧手段３及び電圧変換手段７の作動を停止させると共に、ＤＣ／ＡＣ変換器１１を作動させて、キャパシタ２に直結する第１電力供給ラインＬ１の直流電圧を商用交流電圧に変換して第１電力供給部１０に供給する（ＳＴＥＰ３０）。そして、キャパシタ２から第１電力供給部１０へ電力が供給されると、キャパシタ２のＳＯＣが時間の経過と共に徐々に低下する（ｔ1＜ｔ＜ｔ2）。
【００５１】
次に、図３において、キャパシタ２のＳＯＣが２５％以下の場合には（ＳＴＥＰ２０でＮＯ）、二次電池６のＳＯＣ検出ルーチンに従って、二次電池６のＳＯＣを検出し（ＳＴＥＰ４０）、二次電池６のＳＯＣが３０％以上であるか否かを判定する（ＳＴＥＰ５０）。
【００５２】
ここで、二次電池６のＳＯＣレベルの判定閾値を３０％としているのは、後述する燃料電池１が起動されて所定の定格出力を出力できるまでの時間差を加味して、二次電池６のＳＯＣが２５％（本発明の放電閾値に相当する）に低下する前に燃料電池１からの電力供給を開始可能とするためである。また、ＳＴＥＰ４０の二次電池６のＳＯＣ検出ルーチンでは、二次電池６の出力電圧、出力電流から、これらと二次電池６のＳＯＣとの関係を規定したテーブルに基づいてＳＯＣを算出する。尚、かかるテーブルによれば、二次電池６の出力電流が０の場合にも、出力電圧のみ基づいて二次電池６のＳＯＣを算出可能となっている。
【００５３】
そして、二次電池６のＳＯＣが３０％以上の場合には（ＳＴＥＰ５０でＹＥＳ）、二次電池６から第１電力供給部１０への電力の供給を開始し（ＳＴＥＰ６０）、ＳＴＥＰ１０にリターンする。
【００５４】
具体的に図２において、キャパシタ２のＳＯＣが時間の経過と共に低下して（ｔ1＜ｔ＜ｔ2）、時間ｔ2でＳＯＣが２５％となると（ＳＴＥＰ２０）、二次電池６のＳＯＣを検出する（ＳＴＥＰ４０）。この場合、二次電池６のＳＯＣが時間ｔ2で約５０パーセントにあるため（ＳＴＥＰ５０でＹＥＳ）、電力供給制御手段３０は、昇圧手段３及び電圧変換手段７を作動させて、二次電池６から第１電力供給部１０に電力を供給する（ＳＴＥＰ６０）。
【００５５】
すなわち、二次電池６に直結する第２電力供給ラインＬ２の直流電圧（約２９０Ｖ〜３５０Ｖ）を電圧変換手段７を介して、第３電力供給ラインＬ３の電圧（３７０Ｖ〜５７０Ｖ）に昇圧した後、昇圧手段３を電動機５側から降圧手段（ダウンバータ）として用いて、第１電力供給ラインＬ１に二次電池６から電力を供給する。
【００５６】
そして、二次電池６から第１電力供給部１０へ電力が供給されると、二次電池６のＳＯＣが時間の経過と共に徐々に低下していく（ｔ2＜ｔ＜ｔ3）。
【００５７】
次に、図３において、二次電池６のＳＯＣが３０％未満の場合には（ＳＴＥＰ５０でＮＯ）、後述する燃料電池１のＳＯＣ検出ルーチン（図４参照）に従って、燃料電池１の発電を行い、燃料電池１から第１電力供給部１０への電力の供給を行う。
【００５８】
具体的に図２において、二次電池６のＳＯＣが時間の経過と共に低下して（ｔ2＜ｔ＜ｔ3）、時間ｔ3でＳＯＣが３０％未満となると（ＳＴＥＰ５０）、燃料電池１の発電を開始する。そして、時間ｔ4で燃料電池１の出力が所定の定格出力（例えば、最大出力の約８０％）に達すると、電力供給制御手段３０は、燃料電池１から第１電力供給部１０に電力を供給させると共に、昇圧手段３及び電圧変換手段７を作動させて、キャパシタ２及び二次電池６に電力を供給させてこれらを充電する。
【００５９】
すなわち、時間ｔ4で燃料電池１から第１電力供給ラインＬ１に供給されると、第１電力供給ラインＬ１から第１電力供給部１０に電力が供給されると共に、第１電力供給ラインＬ１からキャパシタ２に電力が供給されてキャパシタ２が充電される。また、第１電力供給ラインＬ１に供給された電力は、昇圧手段３お及び電圧変換手段７を介して二次電池６に供給されて二次電池６が充電される。
【００６０】
そして、キャパシタ２及び二次電池６のＳＯＣが上昇して（ｔ4＜ｔ＜ｔ6）、時間ｔ6でこれらのＳＯＣが所定レベルに達すると、燃料電池１の発電を停止して、再び、キャパシタ２、二次電池６及び燃料電池１の順に第１電力供給部１０に電力を供給する（ＳＴＥＰ１０にリターン）。
【００６１】
以上が、本実施形態の燃料電池電源装置の全体的な作動である。尚、電力供給制御手段３０は、図３に示す電源選択ルーチンを繰り返し実行し、燃料電池１、キャパシタ２及び二次電池６の各々の状態の変化に応じて、これらの電源から第１電力供給部１０への電力の供給を切り替えることができる。
【００６２】
次に、図４のフローチャートを参照して、ＳＴＥＰ７０の燃料電池１の起動ルーチンの詳細について説明する。
【００６３】
まず、電力供給制御手段３０は、燃料電池１の燃料である水素が貯蔵された燃料タンク（図示省略）の残量を参照して、水素の残量が所定の規定値以上であるか否かを判定する（ＳＴＥＰ７１）。ここで、所定の規定値は、例えば、燃料電池１を一定時間駆動可能な水素量である。
【００６４】
次に、水素の残量が規定値以上の場合には（ＳＴＥＰ７１でＹＥＳ）、補機８にＰＤＵを介して電力を供給して補機の作動を開始させることにより、燃料電池１への反応ガスの供給が開始されて燃料電池１が起動する（ＳＴＥＰ７２）。そして、上述のように、燃料電池１の出力が所定の定格出力に達すると、電力供給制御手段３０は、燃料電池１から第１電力供給ラインＬ１への電力の供給を開始する（ＳＴＥＰ７３）。これにより、第１電力供給部１０へは燃料電池１から電力が供給される。
【００６５】
一方、水素の残量が規定未満の場合には（ＳＴＥＰ７１でＮＯ）、表示部３１に水素残量が不足している旨の警告表示を行い（ＳＴＥＰ７４）、一連の処理を終了する。
【００６６】
次に、燃料電池１から第１電力供給ラインＬ１へ電力が供給されると（ＳＴＥＰ７３）、電力供給制御手段３０は、キャパシタ２及び二次電池６の出力電圧からＳＯＣが上昇しているか否かを判定する（ＳＴＥＰ７５）。
【００６７】
そして、キャパシタ２及び二次電池６のＳＯＣがいずれも上昇している場合には（ＳＴＥＰ７５でＹＥＳ）、キャパシタ２及び二次電池６のＳＯＣが上限レベルまで達しているか否かを判定する（ＳＴＥＰ７６）。キャパシタ２及び二次電池６のＳＯＣが上限レベルまで達している場合には（ＳＴＥＰ７６でＹＥＳ）、燃料電池１の発電を停止して（ＳＴＥＰ７７）、ＳＴＥＰ７０の燃料電池１の起動ルーチンに関する一連の処理を終了して、ＳＴＥＰ１０（図３参照）にリターンする。
【００６８】
一方、キャパシタ２及び二次電池６のいずれかのＳＯＣが上昇していない場合には（ＳＴＥＰ７５でＮＯ）、燃料電池１からキャパシタ２及び二次電池６への充電が行われずに、キャパシタ２又は二次電池６からも第１電力供給部１０へ電力の供給がなされている可能性がある。そのため、この場合には、燃料電池１の発電量を増加させ（ＳＴＥＰ７８）、燃料電池１の出力電圧を高める。続けて、増加させた燃料電池１の発電量が燃料電池１の出力上限となっているか否かを判定する（ＳＴＥＰ７９）。
【００６９】
そして、未だ、燃料電池１の出力上限に達していない場合には（ＳＴＥＰ７９でＮＯ）、ＳＴＥＰ７５に戻って、キャパシタ２及び二次電池６の出力電圧からＳＯＣが上昇しているか否かを判定する。一方、燃料電池１の出力上限に達している場合には（ＳＴＥＰ７９でＹＥＳ）、この出力上限に保持すると共に（ＳＴＥＰ８０）、表示部３１に燃料電池１の出力が出力上限である旨の表示を行い（ＳＴＥＰ８１）、ＳＴＥＰ７５に戻って、キャパシタ２及び二次電池６の出力電圧からＳＯＣが上昇しているか否かを判定する。
【００７０】
また、ＳＴＥＰ７６で、キャパシタ２及び二次電池６のＳＯＣが上限レベルまで達していない場合には（ＳＴＥＰ７６でＮＯ）、ＳＴＥＰ７５に戻って、キャパシタ２及び二次電池６の出力電圧からＳＯＣが引き続き上昇しているか否かを判定する。
【００７１】
以上が、ＳＴＥＰ７０の燃料電池１の起動ルーチンの詳細である。
【００７２】
前記構成の燃料電池電源装置によれば、キャパシタ２及び二次電池６のＳＯＣと、燃料電池１の出力とを加味して第１電力供給部１０に電力を商用交流電圧ＡＣ１００Ｖの形で安定的に供給することができる。また、燃料電池１からキャパシタ２及び二次電池６に電力を供給することにより、これらを充電する構成を簡易に実現することができる。
【００７３】
尚、本実施形態では、第１にキャパシタ２、第２に二次電池６から第１電力供給部１０に電力を供給しているが、これに限定されるものではなく、第１に二次電池６、第２にキャパシタ２から第１電力供給部１０に電力を供給してもよく、また、キャパシタ２のみ又は二次電池６のみから第１電力供給部１０に電力を供給してもよい。例えば、キャパシタ２の充電容量が二次電池６より大きい場合には、第１に二次電池６、第２にキャパシタ２の順に電力を供給することやキャパシタ２のみから電力を供給することで、キャパシタ２から長時間に亘って第１電力供給部に安定した電力を供給することができる。
【００７４】
また、本実施形態では、昇圧手段３及び電圧変換手段７の両方を作動させることにより、二次電池６から第１電力供給手段１０に電力を供給しているが、これに限定されるものではなく、昇圧手段３及び電圧変換手段７の一方を固定（短絡）させて、他方の作動量のみに基づいて、二次電池６から第１電力供給手段１０への電力供給を制御するようにしてもよい。
【００７５】
さらに、本実施形態では、第１電力供給部１０をキャパシタ２と昇圧手段３の間に設けているが、昇圧手段３とＰＤＵ４（ＳＷ３）の間に設けるようにしてもよい。この場合、第３電力供給ラインＬ３の高電圧で第１電力供給部１０に電力を供給することができ、大電力が必要な電気機器（例えば、電子レンジやドライヤー等）の使用や他の電気自動車への充電等においても安定した電力の供給が可能となる。
【００７６】
また、本実施形態では、第２電力供給部２０は、二次電池６から優先的に小電力が供給される構成となっているが、これに限定されるものではなく、燃料電池１及びキャパシタ２からも昇圧手段３及び電圧変換手段７を介して電力を供給するようにしてもよい。また、第１電力供給部１０を第１電力供給ラインＬ１に設けたのに対して、第２電力供給部２０を第３電力供給ラインＬ３に設けるようにしてもよい。以上のように構成することで、第２電力供給部２０は、第１電力供給部１０と同等又は第１電力供給部以上の高電圧で電力を供給することができる。
【００７７】
さらに、本実施形態では、燃料電池１の発電時にキャパシタ２及び二次電池６のＳＯＣが上昇しない場合（ＳＴＥＰ７５）、燃料電池１の発電量を増大させているが（ＳＴＥＰ７８）、これに限定されるものではなく、二次電池６のＳＯＣが上昇しない場合には、昇圧手段３及び電圧変換手段７のいずれか一方または両方の作動を制御するようにしてもよい。これにより、燃料電池１の発電量の増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本実施の形態における燃料電池電源装置の全体構成図。
【図２】図１に示した燃料電池電源装置による電力供給の態様を示した説明図。
【図３】電力供給の処理を示すフローチャート。
【図４】図３の燃料電池の起動ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７９】
１…燃料電池、２…キャパシタ、３…昇圧手段、４…ＰＤＵ、５…電動機（負荷）、６…二次電池、７…電圧変換手段、８…補機、９…ＰＤＵ、１０…第１電力供給部、１１…ＤＣ／ＡＣ変換器、２０…第２電力供給部、３０…電力供給制御手段、３１…表示部、Ｄ…ダイオード、Ｌ１…第１電力供給ライン、Ｌ２…第２電力供給ライン、Ｌ３…第３電力供給ライン、ＳＷ１…第１スイッチ、ＳＷ２…第２スイッチ、ＳＷ３…第３スイッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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