(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、蓄電手段と、入力部が該燃料電池に接続されると共に、出力部が負荷に接続され、該入力部に入力された電圧を昇圧または降圧して、該昇圧または降圧した電圧による電力を該負荷に供給する第１の昇降圧手段と、入力部が該蓄電手段に接続されると共に、出力部が負荷に接続され、該入力部に入力された電圧を昇圧または降圧して、該昇圧または降圧した電圧による電力を該負荷に供給する第２の昇降圧手段と、該負荷から要求される電力に応じて、該第１及び第２の昇降圧手段の作動を制御して、該燃料電池から該負荷への電力供給と、該蓄電手段から該負荷への電力供給とを制御する電力供給制御手段とを備えた燃料電池電源装置において、
前記燃料電池の出力が所定レベル以上か否かを判断する出力判断手段を備え、
前記電力供給制御手段は、前記出力判断手段により前記燃料電池の出力が所定レベル以上と判断されていないときは、第１の出力時間での連続出力を許容する第１の出力制限値以下となるように、該蓄電手段の出力を制限し、該出力判断手段により該燃料電池の出力が所定レベル以上と判断されたときは、該第１の出力時間より短い第２の出力時間内で、該第２の出力時間での連続出力を許容する該第１の出力制限値より大きい第２の出力制限値以下となるように、該蓄電手段の出力を制限することを特徴とする燃料電池電源装置。
【請求項２】
燃料電池と、蓄電手段と、入力部が該燃料電池に接続されると共に、出力部が負荷に接続され、該入力部に入力された電圧を昇圧または降圧して、該昇圧または降圧した電圧による電力を該負荷に供給する第１の昇降圧手段と、入力部が該蓄電手段に接続されると共に、出力部が負荷に接続され、該入力部に入力された電圧を昇圧または降圧して、該昇圧または降圧した電圧による電力を該負荷に供給する第２の昇降圧手段と、該負荷から要求される電力に応じて、前記第１及び第２の昇降圧手段の作動を制御して、該燃料電池から該負荷への電力供給と、該蓄電手段から該負荷への電力供給とを制御する電力供給制御手段とを備えた燃料電池電源装置において、
前記負荷から要求される電力が所定レベル以上か否かを判断する出力判断手段を備え、
前記電力供給制御手段は、前記出力判断手段により前記要求される電力が所定レベル以上と判断されていないときは、第１の出力時間での連続出力を許容する第１の出力制限値以下となるように、該蓄電手段の出力を制限し、該出力判断手段により該要求される電力が所定レベル以上と判断されたときは、該第１の出力時間より短い第２の出力時間内で、該第２の出力時間での連続出力を許容する該第１の出力制限値より大きい第２の出力制限値以下となるように、該蓄電手段の出力を制限することを特徴とする燃料電池電源装置。
【請求項３】
燃料電池と、蓄電手段と、入力部が該燃料電池に接続されると共に、出力部が負荷に接続され、該入力部に入力された電圧を昇圧または降圧して、該昇圧または降圧した電圧による電力を該負荷に供給する第１の昇降圧手段と、入力部が該蓄電手段に接続されると共に、出力部が負荷に接続され、該入力部に入力された電圧を昇圧または降圧して、該昇圧または降圧した電圧による電力を該負荷に供給する第２の昇降圧手段と、該負荷から要求される電力に応じて、前記第１及び第２の昇降圧手段の作動を制御して、該燃料電池から該負荷への電力供給と、該蓄電手段から該負荷への電力供給とを制御する電力供給制御手段とを備えた燃料電池電源装置において、
前記負荷から要求される電力の上昇率が所定レベル以上か否かを判断する出力判断手段を備え、
前記電力供給制御手段は、前記出力判断手段により前記要求される電力の上昇率が所定レベル以上と判断されていないときは、第１の出力時間での連続出力を許容する第１の出力制限値以下となるように、該蓄電手段の出力を制限し、該出力判断手段により該要求される電力の上昇率が所定レベル以上と判断されたときは、該第１の出力時間より短い第２の出力時間内で、該第２の出力時間での連続出力を許容する該第１の出力制限値より大きい第２の出力制限値以下となるように、該蓄電手段の出力を制限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１〜３のうちいずれか記載の燃料電池電源装置において、
前記蓄電手段は二次電池であることを特徴とする燃料電池電源装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか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６】
請求項５記載の燃料電池電源装置において、
前記電動機は前記車両の車軸と連結され、前記車両の減速時に発電機として作動して回生電力を出力し、
前記燃料電池と並列に接続されたキャパシタと、
前記第１および第２の昇降圧手段の作動を制御して、該第１の昇降圧手段を介して前記回生電力を前記キャパシタに供給する第１の充電と、該第２の昇降圧手段を介して該回生電力を前記蓄電手段に供給する第２の充電とを実行する充電実行手段とを備え、
前記充電実行手段は、前記電力供給制御手段が前記蓄電手段の出力を前記第２の出力制限値以下となるように制限して該蓄電手段から前記負荷への電力供給を行ったときに、該電力供給の終了後、前記第２の充電により該蓄電手段を所定上限レベルまで充電した後に、前記第１の充電を実行することを特徴とする燃料電池電源装置。
【請求項７】
請求項６記載の燃料電池電源装置において、
前記蓄電手段の充電量が所定下限レベル以下であるか否かを判断する充電量判断手段を備え、
前記充電実行手段は、前記充電量判断手段により前記蓄電手段の充電量が所定下限レベル以下と判断されていないときは、第１の入力時間での連続入力を許容する第１の入力制限値以下となるように、該蓄電手段の入力を制限し、該充電量判断手段により該蓄電手段の充電量が所定下限レベル以下と判断されたときは、該第１の入力時間より短い第２の入力時間内で、該第２の入力時間での連続入力を許容する該第１の入力制限値より大きい第２の入力制限値以下となるように、該蓄電手段の入力を制限す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、燃料電池とキャパシタや二次電池等の蓄電手段とを併用して負荷に電力を供給する燃料電池電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば図８に示したように、燃料電池車両の動力源として、燃料電池１０１とキャパシタ１０２（電気二重層キャパシタ）を並列に接続し、この並列回路をコンバータ１０３，ＰＤＵ４を介して走行用モータ１０５（負荷）に接続し、燃料電池車両の加速時のように、走行用モータから要求される電力が急増する（短時間での大出力への移行が要求される）時に、燃料電池１０１の出力をキャパシタ１０２の出力で補助するようにした燃料電池電源装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。このように、燃料電池の出力をキャパシタの出力で補助することにより、燃料電池スタックを構成するセル数を低減して、燃料電池の小型化とコストダウンを図ることができる。
【０００３】
しかし、特許文献１の燃料電池電源装置において、大出力の走行用モータへの駆動用電力を確保するために、燃料電池の出力を補助するキャパシタを大出力化しようとすると、キャパシタの容量を大きくする必要があるため、キャパシタの重量・体積も大きくなってしまう。これに対して、キャパシタの搭載重量・体積を制限すると、燃料電池車両の加速時のように、短時間での大出力への移行が要求される場合、迅速に対応できず、加速性能が低下してしまう（目標車速への到達時間が遅くなってしまう）という問題がある。
【０００４】
これに対して、例えば図９に示したように、燃料電池２０１とキャパシタ２０２を並列に接続し、この並列回路をＰＤＵ２０５を介して走行用モータ２０６に接続すると共に、蓄電手段（二次電池）２０３をコンバータ２０４，ＰＤＵ２０５を介して走行用モータ２０６に接続して、燃料電池２０１およびキャパシタ２０２の出力を二次電池２０３の出力で補助する燃料電池電源装置が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。これにより、燃料電池の小型化とコストダウンを図ると共に、キャパシタの重量・体積を抑えることができる。
【特許文献１】特開２００４−３１２９６４号公報
【特許文献２】特開２００４−１４１５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２の燃料電池電源装置では、高出力の走行用モータへの駆動用電力を確保するために、燃料電池およびキャパシタの出力電力を補助する二次電池を大出力化しようとすると、二次電池の搭載量を増やすか、二次電池の出力密度を高くする必要がある。このとき、二次電池を高出力密度（例えば、3000w／kg以上）にすると、電極面積が大きくなるので二次電池のセルが大型化し、二次電池の体積が大きくなってしまう。これに対して、二次電池の出力密度を抑えて（例えば、2000w/kg程度）、小型化を図ると、二次電池の出力性能に余裕がないため、大出力が要求された場合に、二次電池の出力性能限界付近での駆動が継続され、発熱による二次電池の耐久性低下を引き起こす恐れがある。
【０００６】
本発明は上記背景を鑑みてなされたものであり、大出力が要求された場合に対応可能な出力性能を維持しつつ、蓄電手段の小型化および耐久性向上を図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】
【０００７】
本発明は、燃料電池と、蓄電手段と、入力部が該燃料電池に接続されると共に、出力部が負荷に接続され、該入力部に入力された電圧を昇圧または降圧して、該昇圧または降圧した電圧による電力を該負荷に供給する第１の昇降圧手段と、入力部が該蓄電手段に接続されると共に、出力部が負荷に接続され、該入力部に入力された電圧を昇圧または降圧して、該昇圧または降圧した電圧による電力を該負荷に供給する第２の昇降圧手段と、該負荷から要求される電力に応じて、前記第１及び第２の昇降圧手段の作動を制御して、該燃料電池から該負荷への電力供給と、該蓄電手段から該負荷への電力供給とを制御する電力供給制御手段とを備えた燃料電池電源装置の改良に関する。
【０００８】
そして、本発明の第１態様の燃料電池電源装置は、前記燃料電池の出力が所定レベル以上か否かを判断する出力判断手段を備え、前記電力供給制御手段は、前記出力判断手段により前記燃料電池の出力が所定レベル以上と判断されていないときは、第１の出力時間での連続出力を許容する第１の出力制限値以下となるように、該蓄電手段の出力を制限し、該出力判断手段により該燃料電池の出力が所定レベル以上と判断されたときには、該第１の出力時間より短い第２の出力時間内で、該第２の出力時間での連続出力を許容する該第１の出力制限値より大きい第２の出力制限値以下となるように、該蓄電手段の出力を制限することを特徴とする。
【０００９】
かかる本発明によれば、電力供給制御手段により、燃料電池から負荷への電力供給を、蓄電手段から負荷への電力供給で補助することで、燃料電池の小型化を図っている。このとき、出力判断手段により、燃料電池の出力が所定レベル以上か否かが判断される。所定レベルは、例えば燃料電池の定常出力範囲の上限を越えないように定められる。
【００１０】
そして、出力判断手段により燃料電池の出力が所定レベル以上と判断されたときに、電力供給制御手段は、第１の出力制限値より大きい第２の出力制限値以下となるように、蓄電手段の出力を制限する。すなわち、燃料電池の出力が増加したときに、電力供給制御手段は、二次電池の出力制限を緩和して、大出力が要求される場合に出力不足を防止する。このように二次電池の出力制限を緩和することで、二次電池の容量を小型化しても負荷からの要求に対応可能な出力性能を維持しうる。さらに、電力供給制御手段は、蓄電手段の出力制限の緩和を、連続出力が許容される第２の出力時間内に制限することで、蓄電手段の発熱を制限する。よって、発熱による二次電池の劣化を抑制して、蓄電手段の耐久性向上を図ることができる。
【００１１】
また、本発明の第２態様の燃料電池電源装置は、前記負荷から要求される電力が所定レベル以上か否かを判断する出力判断手段を備え、前記電力供給制御手段は、前記出力判断手段により前記要求される電力が所定レベル以上と判断されていないときは、第１の出力時間での連続出力を許容する第１の出力制限値以下となるように、該蓄電手段の出力を制限し、該出力判断手段により該要求される電力が所定レベル以上と判断されたときは、該第１の出力時間より短い第２の出力時間内で、該第２の出力時間での連続出力を許容する該第１の出力制限値より大きい第２の出力制限値以下となるように、該蓄電手段の出力を制限することを特徴とする。
【００１２】
かかる本発明によれば、出力判断手段により、負荷から要求される電力が所定レベル以上と判断されたときは、電力供給制御手段により燃料電池の出力が所定レベル以上に制御された状態にある。そこで、この場合に、電力供給制御手段は、二次電池の出力制限を緩和することで、大出力が要求される場合に出力不足を防止する。このように二次電池の出力制限を緩和することで、二次電池の容量を小さくしても負荷からの要求に対応可能な出力性能を維持しうる。さらに、電力供給制御手段は、蓄電手段の出力制限の緩和を、連続出力が許容される第２の出力時間内に制限することで、蓄電手段の発熱を制限する。よって、発熱による二次電池の劣化を抑制して、蓄電手段の耐久性向上を図ることができる。
【００１３】
また、本発明の第３態様の燃料電池電源装置は、前記負荷から要求される電力の上昇率が所定レベル以上か否かを判断する出力判断手段を備え、前記電力供給制御手段は、前記出力判断手段により前記要求される電力の上昇率が所定レベル以上と判断されていないときは、第１の出力時間での連続出力を許容する第１の出力制限値以下となるように、該蓄電手段の出力を制限し、該出力判断手段により該要求される電力の上昇率が所定レベル以上と判断されたときは、該第１の出力時間より短い第２の出力時間内で、該第２の出力時間での連続出力を許容する該第１の出力制限値より大きい第２の出力制限値以下となるように、該蓄電手段の出力を制限することを特徴とする。
【００１４】
かかる本発明によれば、出力判断手段により、負荷から要求される電力の上昇率が所定レベル以上か否かが判断される。このとき、出力判断手段により要求電力の上昇率が所定レベル以上と判断されたときは、要求電力の急増に対して燃料電池の出力の増加が追従できずに、出力不足が生じる。そこで、この場合に、電力供給制御手段は、二次電池の出力制限を緩和することで、要求電力が急増した場合に出力不足を防止する。このように二次電池の出力制限を緩和することで、二次電池の容量を小さくしても負荷からの要求に対応可能な出力性能を維持しうる。さらに、電力供給制御手段は、蓄電手段の出力制限の緩和を、連続出力が許容される第２の出力時間内に制限することで、蓄電手段の発熱を制限する。よって、発熱による二次電池の劣化を抑制して、蓄電手段の耐久性向上を図ることができる。
【００１５】
また、本発明の燃料電池電源装置において、前記蓄電手段は二次電池を含むことが好ましい。なお、二次電池は、エネルギーを化学反応によって直流電力に変換する化学電池をいう。
【００１６】
かかる本発明によれば、二次電池はエネルギー密度が比較的高いことから、蓄電手段として二次電池を用いることで、燃料電池の出力を補助しつつ、燃料電池電源装置をより小型とすることができる。
【００１７】
また、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が好ましい。
【００１８】
かかる本発明によれば、燃料電池による電動機への電力供給を蓄電手段による電力供給によって補助することにより、短時間での大出力への移行が要求される車両の加速時に対応可能な出力性能を維持しつつ、蓄電手段の小型化および耐久性向上を図ることができる。
【００１９】
また、本発明の燃料電池電源装置において、前記電動機は前記車両の車軸と連結され、前記車両の減速時に発電機として作動して回生電力を出力し、前記燃料電池と並列に接続されたキャパシタと、前記第１および第２の昇降圧手段の作動を制御して、該第１の昇降圧手段を介して前記回生電力を前記キャパシタに供給する第１の充電と、該第２の昇降圧手段を介して該回生電力を前記蓄電手段に供給する第２の充電とを実行する充電実行手段とを備え、前記充電実行手段は、前記出力制限手段が前記蓄電手段の出力を前記第２の制限値以下となるように制限して、前記電力供給制御手段により該蓄電手段から前記負荷への電力供給を行ったときに、該電力供給の終了後、前記第２の充電により該蓄電手段を所定上限レベルまで充電した後に、前記第１の充電を実行することが好ましい。
【００２０】
かかる本発明においては、燃料電池の出力をキャパシタからの出力で補助することにより、出力応答性能の向上と燃料電池の小型化を図っている。そして、充電実行手段により、電動機の回生電力によりキャパシタと蓄電手段を充電している。ここで、出力制限手段により蓄電手段の出力制限を第１の出力制限値から第２の出力制限値に緩和して、電力供給制御手段により蓄電手段から負荷への電力供給を行った場合、蓄電手段の放電量が多くなるので、この電力供給が終了したときは、蓄電手段の残充電量が大きく減少していると考えられる。そこで、充電実行手段は、この電力供給の終了後、第２の充電により蓄電手段を所定上限レベルまで充電した後に、第１の充電を実行する。これにより、速やかに蓄電手段の充電量を回復して、その後の負荷への電力供給の増加に備えることができる。
【００２１】
また、本発明の燃料電池電源装置において、前記蓄電手段の充電量が所定下限レベル以下であるか否かを判断する充電量判断手段を備え、前記充電実行手段は、前記充電量判断手段により前記蓄電手段の充電量が所定下限レベル以下と判断されていないときは、第１の入力時間での連続入力を許容する第１の入力制限値以下となるように、該蓄電手段の入力を制限し、該充電量判断手段により該蓄電手段の充電量が所定下限レベル以下と判断されたときは、該第１の入力時間より短い第２の入力時間内で、該第２の入力時間での連続入力を許容する該第１の入力制限値より大きい第２の入力制限値以下となるように、該蓄電手段の入力を制限することが好ましい。
【００２２】
かかる本発明においては、蓄電量判断手段により蓄電手段の充電量が所定下限レベル以下と判断されたときに、充電実行手段は、第１の入力制限値より大きい第２の入力制限値以下となるように、蓄電手段の入力を制限する。すなわち蓄電手段の残充電量が大きく減少している場合に、充電実行手段は、二次電池の入力制限を緩和して、その後の要求電力の増加に備えることができる。さらに、充電実行手段は、蓄電手段の入力制限の緩和を、連続入力が許容される第２の入力時間内に制限することで、蓄電手段の発熱を制限する。よって、発熱による二次電池の劣化を抑制して、蓄電手段の耐久性向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。図１は本実施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二次電池の出力制限値及び入力制限値と出力時間及び入力時間との関係を示す入出力制限マップの一例、図３は図１に示した燃料電池電源装置における二次電池の出力制限値の切替処理を示すフローチャート、図４は図１に示した燃料電池電源装置における第１及び第２の昇降圧手段の作動を示すフローチャート、図５は図１に示した燃料電池電源装置の電力供給の時間変化を示すグラフ、図６は、図１に示した燃料電池電源装置における二次電池の入力制限値の切替処理を示すフローチャートである。
【００２４】
図１を参照して、本実施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る。そして、燃料電池電源装置は、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ＰＤＵ（Power Drive Unit）４を介して電動機５（本発明の負荷に相当する）に接続された第１の昇降圧手段３（ＶＢＵ，Voltage Boost Unit）、及び入力部がＶＢＵ３に接続されると共に出力部が二次電池２１（本実施形態では、リチウムイオンバッテリを使用）に接続された第２の昇降圧手段２０（ＶＣＵ，Voltage Conversion Unit）を備えている。電動機５は、車両の車軸と連結され、車両の動力源であると共に、車両の減速時に発電機として作動して回生電力を出力する。
【００２５】
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３００Ａ）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、例えば出力電圧が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２１の出力電圧は、例えば約２９０Ｖ〜３５０Ｖの範囲で変動するものである。
【００２６】
ＶＢＵ３は、昇圧機能を有する（例えば定格１００kwで昇圧比１．５〜２．４）ＤＣ／ＤＣコンバータ（アップコンバータ）である。また、ＶＣＵ２０は、昇圧機能と降圧機能を有する（例えば定格１０kwで昇圧比１．３６〜１．７０）昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータである。また、ＰＤＵ４は、直流電圧を三相交流電圧に変換して電動機５に出力するインバータ機能を有する。
【００２７】
また、二次電池２１には、燃料電池１に反応ガスである空気を供給するためのポンプ等の補機２２が接続されている。さらに、燃料電池１とＶＢＵ３及びキャパシタ２との間には、燃料電池１への電流の流入を禁止するためのダイオード６が接続されている。なお、ダイオードではなく、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。
【００２８】
また、燃料電池電源装置は、燃料電池１の作動を制御する燃料電池制御手段１０と、ＶＢＵ３及びＶＣＵ２０の作動を制御して、燃料電池１とキャパシタ２と二次電池２１から電動機５への電力供給と、キャパシタ２及び二次電池２１の充電とを行う電力供給制御手段３０とを備えている。
【００２９】
なお、燃料電池制御手段１０と電力供給制御手段３０は、マイクロコンピュータ（図示しない）に燃料電池電源装置の制御プログラムを実行させることにより構成される。また、燃料電池制御手段１０は、燃料電池１に備えられた図示しない各種センサ、及びキャパシタ２に備えられた図示しない各種センサと接続され、これらのセンサから出力される検出信号を入力して、燃料電池１及びキャパシタ２の作動状態を検知する。また、電力供給制御手段３０は、図示しない電圧センサ及び電流センサによる、ＶＢＵ３及びＶＣＵ２０の入力電圧、入力電流、出力電圧、出力電流の検出信号を入力する。また、電力供給制御手段３０は、二次電池２１に備えられた図示しない各種センサ（温度センサ、電圧センサなど）と接続され、これらのセンサから出力される検出信号を入力して、二次電池２１の作動状態を検知する。
【００３０】
燃料電池制御手段１０に備えられた電力検知手段１１は、燃料電池１に備えられた電圧センサ及び電流センサ（図示しない）の検出信号と、キャパシタ２に備えられた電圧センサ及び電流センサ（図示しない）の検出信号とにより、燃料電池１から出力される電力とキャパシタ２から出力される電力を検知する。また、電圧検知手段１２は、燃料電池１に備えられた電圧センサの検出信号により、燃料電池１の出力電圧を検知する。
【００３１】
電力供給制御手段３０は、ＶＢＵ３及びＶＣＵ２０の作動を制御して、燃料電池１およびキャパシタ２から電動機５への電力供給と、二次電池２１から電動機５への電力供給とを制御する。
【００３２】
詳細には、電力供給制御手段３０は、燃料電池１が停止した状態から車両が走行を開始するときは、まず、キャパシタ２の出力電力と二次電池２１の出力電力により電動機５を駆動する。これと共に、電力供給制御手段３０は、二次電池２１の出力電力により補機２２の作動を開始させ、これにより燃料電池１への反応ガスの供給が開始されて燃料電池１が起動すると、燃料電池１の出力電力を電動機５へ供給する。以降は、例えば、車両が平坦路を走行している場合のように、低負荷の状態で電動機５が作動している状態では、電力供給制御手段３０は、主として燃料電池１の出力電力により電動機５を駆動する。
【００３３】
そして、電力供給制御手段３０は、車両が燃料電池１及びキャパシタ２からの出力電力のみでは、電動機５に対する電力供給が不足するときに、二次電池２１の出力電力を供給して、電動機５への電力供給を補助する。例えば、車両が登坂路を走行している場合のように、高負荷の状態で電動機５が作動している状態や、車両の加速時のように、短時間での大出力への移行が要求される状態が該当する。
【００３４】
また、電力供給制御手段３０は、ＶＢＵ３及びＶＣＵ２０の作動を制御して、キャパシタ２の充電と二次電池２１の充電とを実行する充電実行手段３２を備えている。
【００３５】
詳細には、充電実行手段３２は、車両の減速時に、ＶＢＵ３及びＶＣＵ２０の作動を制御して、ＶＢＵ３を介して電動機５で生じる回生電力をキャパシタ２に供給する第１の充電と、ＶＣＵ２０を介して電動機５で生じる回生電力を二次電池２１に供給する第２の充電とを実行する。
【００３６】
このとき、充電実行手段３２は、ＰＤＵ４に備えられた電圧センサ及び電流センサにより、電動機５の回生電力を検知する。そして、充電実行手段３２は、車両が緩やかに減速しているときのように、電動機５の回生電力が小さい場合、ＶＢＵ３を直結（スルー）の状態として、キャパシタ２への第１の充電のみを実行する。また、充電実行手段３２は、車両が高速走行状態から減速（急減速）した場合のように、電動機５の回生電力が大きい場合、電動機５の回生電力を分配して、第１の充電と第２の充電とを併せて実行する。
【００３７】
また、充電実行手段３２は、車両の停止時に、燃料電池１からＶＢＵ３及びＶＣＵ２０を介して二次電池２１に電力を供給して充電する。すなわち、走行していた車両が停止した場合、電動機５が停止して燃料電池１の出力電力が減少し、これに応じて燃料電池１の出力電圧が上昇する。このため、充電実行手段３２は、電圧検知手段１２により検知される燃料電池１の出力電圧が予め設定された所定電圧以上となり、燃料電池１の出力に余裕がある状態となっているときに、ＶＢＵ３及びＶＣＵ２０を介して二次電池２１を充電する。
【００３８】
さらに、電力供給制御手段３０は、燃料電池１の出力が所定レベル以上か否かを判断する出力判断手段３１を備えている。そして、電力供給制御手段３０は、出力判断手段３１の判断結果に応じて二次電池２１の出力を制限する。所定レベルは、例えば燃料電池１の定常出力範囲の上限を越えないように定められる。
【００３９】
また、電力供給制御手段３０は、二次電池２１の充電量が所定下限レベル以下か否かを判断する充電量判断手段３３を備えている。そして、充電実行手段３２は、充電量判断手段３３の判断結果に応じて二次電池２１の入力を制限する。所定下限レベルは、例えば二次電池２１の定常入力範囲の下限を下回らないように定められる。また、二次電池２１の充電量ＳＯＣ（State Of Charge）は、例えば、二次電池２１の電圧を用いて、充電量と開回路電圧の関係に基づいて推定される。
【００４０】
ここで、二次電池２１の出力制限および入力制限について、図２に示した入出力制限マップを参照して説明する。図２は、縦軸が二次電池２１の出力電力（放電時）及び入力電力（充電時）［kw］を示し、横軸が出力時間（放電時）及び入力時間（充電時）［sec］を示す。電力が正の領域は、出力制限値と、その出力制限値での連続出力を許容する出力時間との関係を示しており、電力が負の領域は、入力制限値と、その入力制限値での連続入力を許容する入力時間との関係を示している。
【００４１】
電力供給制御手段３０は、入出力制限マップに基づいて、出力判断手段３１により燃料電池１の出力が所定レベル以上と判断されていないときは、二次電池２１の出力制限値を、Ｔ１（本発明の第１の出力時間に相当する）での連続出力を許容するＳＬ−１（本発明の第１の出力制限値に相当する）に設定する（図２の範囲ＬＵ１）。また、電力供給制御手段３０は、出力判断手段３１により燃料電池１の出力が所定レベル以上と判断されたときは、二次電池２１の出力制限値を、Ｔ３（本発明の第２の出力時間に相当する）での連続出力を許容するＳＬ−３（本発明の第２の出力制限値に相当する）に設定する（図２の範囲ＬＵ２）。なお、電力供給制御手段３０は、例えば電動機５から要求される電力に応じて、二次電池２１の出力制限値を、Ｔ３およびＳＬ−３の代わりに、範囲ＬＵ２の範囲に含まれる他の値（例えば、Ｔ２での連続出力を許容するＳＬ−２）に設定してもよい。また、例えばＴ１は２０［sec］以上の十分に長い時間、Ｔ２は１０［sec］、Ｔ３は５［sec］と設定される。
【００４２】
充電実行手段３２は、入出力制限マップに基づいて、充電量判断手段３３により二次電池２１の充電量が所定下限レベル以下と判断されていないときは、二次電池２１の入力制限値を、Ｔ１（本発明の第１の入力時間に相当する）での連続入力を許容するＣＬ−１（本発明の第１の入力制限値に相当する）に設定する（図２の範囲ＬＬ１）。また、充電実行手段３２は、充電量判断手段３３により二次電池２１の充電量が所定下限レベル以下と判断されたときは、二次電池２１の入力制限値を、Ｔ３（本発明の第２の入力時間に相当する）での連続入力を許容するＣＬ−３（本発明の第２の入力制限値に相当する）に設定する（図２の範囲ＬＬ２）。なお、充電実行手段３２は、例えば電動機５から要求される電力に応じて、二次電池２１の入力制限値を、Ｔ３およびＣＬ−３の代わりに、範囲ＬＬ２の範囲に含まれる他の値（例えば、Ｔ２での連続入力を許容するＣＬ−２）に設定してもよい。
【００４３】
なお、上述のように、電力供給制御手段３０が二次電池２１の出力を第２の制限値以下となるように制限して、二次電池２１から電動機５への電力供給を行ったときには、充電実行手段３２は、該電力供給の終了後、まず、二次電池２１への第２の充電のみを実行し、全ての回生電力をＶＣＵ２０を介して二次電池２１に供給して二次電池２１を所定上限レベルまで充電する。所定上限レベルは、例えば二次電池２１の定常入力範囲の上限を超えないように定められる。そして、充電実行手段３２は、この第２の充電により二次電池２１を所定上限レベルまで充電した後に、キャパシタ２への第１の充電を実行する。
（１）二次電池の出力制限
次に、本実施形態の燃料電池電源装置における、二次電池２１の出力制限値の切替処理について、図３のフローチャートを参照して説明する。この処理は、車両の加速時の二次電池２１から電動機５への電力供給の際に行われるものであり、所定のタイミングで周期的に逐次実行される。以下の説明では、初期状態として、二次電池２１の出力制限値が第１の出力制限値（図２の入出力制限マップによるＳＬ−１）に設定されているものとする。このとき、ＳＬ−１での出力時間はＴ１となる。例えば、Ｔ１として、ＳＬ−１以下での出力により二次電池２１の充電量が下限充電量に達するまでの時間を設定することができる。
【００４４】
まず、ＳＴＥＰ１で、電力供給制御手段３０は、電動機５のトルクが０より大きいか否かを判断する。電動機５のトルクが０より大きい場合は、車両が加速している場合に相当する。この判断により、車両が加速状態にあることが検出される。ＳＴＥＰ１の判断結果がＮＯ（トルクが０以下）の場合、ＳＴＥＰ１２に進み、出力制限値はＳＬ−１に維持され、二次電池２１の出力はＳＬ−１以下となるように制御されて、出力制限値の切替処理が終了される。
【００４５】
ＳＴＥＰ１の判断結果がＹＥＳ（トルクが０より大きい）の場合、ＳＴＥＰ２に進み、電力供給制御手段３０は、車両の運転者により設定されている車両の目標加速に対して、車両の状態（車速、加速度）から目標加速を実現するために、電動機５の駆動に必要な電力Ｐ０［kw］（電動機５から要求される電力）を算出する。
【００４６】
次に、ＳＴＥＰ３で、電力供給制御手段３０は、実出力Ｐ（現在の燃料電池１、キャパシタ２、二次電池２１から電動機５へ供給される出力電力の総和）を取得し、取得された必要電力Ｐ０が実出力Ｐより大きいか否かを判断する。ＳＴＥＰ３の判断結果がＮＯ（必要電力Ｐ０が実出力Ｐ以下）の場合、ＳＴＥＰ１２に進み、出力制限値はＳＬ−１に維持され、二次電池２１の出力はＳＬ−１以下となるように制御されて、出力制限値の切替処理が終了される。
【００４７】
ＳＴＥＰ３の判断結果がＹＥＳ（必要電力Ｐ０が実出力Ｐより大きい）の場合、ＳＴＥＰ４に進み、電力供給制御手段３０は、燃料電池１の出力が正常であるか否かを判断する。具体的には、燃料電池１の出力が適正範囲内か否か、燃料電池１の電流速度が適正範囲内か否か等に基づいて判断される。例えば、電力供給制御手段３０は、燃料電池１の出力が所定の範囲内（例えば、燃料電池１の定常出力範囲の３０％〜１００％）か否かを判断する。ＳＴＥＰ４の判断結果がＮＯ（燃料電池１の出力が正常でない）の場合、例えば燃料電池１の出力の誤検出等の可能性がある。この場合は、ＳＴＥＰ１２に進み、出力制限値はＳＬ−１に維持され、二次電池２１の出力はＳＬ−１以下となるように制御されて、出力制限値の切替処理が終了される。
【００４８】
ＳＴＥＰ４の判断結果がＹＥＳ（燃料電池１の出力が正常である）の場合、ＳＴＥＰ５に進み、出力判断手段３１は、燃料電池１の出力が所定レベル（例えば５０［kw］）以上であるか否かを判断する。ＳＴＥＰ５の判断結果がＮＯ（燃料電池１の出力が所定レベル以上でない）の場合、ＳＴＥＰ１２に進み、出力制限値はＳＬ−１に維持され、二次電池２１の出力はＳＬ−１以下となるように制御されて、出力制限値の切替処理が終了される。
【００４９】
ＳＴＥＰ５の判断結果がＹＥＳ（燃料電池１の出力が所定レベル以上である）の場合、ＳＴＥＰ６に進み、電力供給制御手段３０は、二次電池２１の出力制限値を図２に例示した入出力制限マップによるＳＬ−３（第２の出力制限値）に切り替える。
【００５０】
次に、ＳＴＥＰ７で、電力供給制御手段３０は、ＳＴＥＰ６で設定されたＳＬ−３での出力を許容する出力時間Ｔ３を入出力制限マップを参照して設定する。そして、電力供給制御手段３０は、Ｔ３を、二次電池２１の温度に基づいて、例えば現在の温度が予め定められた基準温度より高いほど出力時間が短くなるように補正する。なお、電力供給制御手段３０は、二次電池２１の温度と、二次電池２１の耐久性を損なわない範囲に相当する上限温度と、ＳＴＥＰ６で設定されたＳＬ−３で連続出力した場合の発熱予測量から、出力時間Ｔ３を逐次算出してもよい。
【００５１】
次に、ＳＴＥＰ８に進み、電力供給制御手段３０は、ＳＬ−１からＳＬ−３に切り替えた時からの経過時間をカウントすると共に、ＳＬ−１からＳＬ−３に切り替えた時からの二次電池２１の放電量を積算する。これと共に、電力供給制御手段３０は、設定されたＳＬ−３以下となるように二次電池２１の出力を制御する。
【００５２】
次に、ＳＴＥＰ９に進み、電力供給制御手段３０は、カウントされた経過時間がＳＴＥＰ７で設定されたＴ３に達したか、または、二次電池２１の残充電量が下限充電量に達したか否かを判断する。なお、二次電池２１の残充電量が下限充電量に達したか否かの代わりに、二次電池２１の出力電圧が下限電圧に達したか否かを判断するものとしてもよい。ＳＴＥＰ９の判断結果がＮＯの場合は、ＳＴＥＰ９の判断結果がＹＥＳとなるまで、ＳＬ−３以下での二次電池２１の出力が行なわれる。
【００５３】
ＳＴＥＰ９の判断結果がＹＥＳの場合は、ＳＴＥＰ１０に進み、電力供給制御手段３０は、二次電池２１の出力制限値をＳＬ−１に戻す。
【００５４】
以上が、出力制限値の切替処理である。
【００５５】
次に、電力供給制御手段３０は、図４に示すフローチャートを繰り返し実行して、二次電池２１の出力制限値の切り替えに応じてＶＢＵ３及びＶＣＵ２０の作動を制御する。
【００５６】
まず、ＳＴＥＰ２１で、電力供給制御手段３０は、必要電力Ｐ０が実出力Ｐより大きいか否かを判断する。ＳＴＥＰ２１の判断結果がＮＯ（必要電力Ｐ０が実出力Ｐ以下）の場合、ＳＴＥＰ２７に進み、出力制限値はＳＬ−１に維持され、ＶＢＵ３、ＶＣＵ２０が必要電力Ｐ０に基づいて設定された出力電圧が供給されるように適宜制御され、出力制限値の切替に応じたＶＢＵ３及びＶＣＵ２０の制御処理の１サイクルが終了する。
【００５７】
ＳＴＥＰ２１の判断結果がＹＥＳ（必要電力Ｐ０が実出力Ｐより大きい）の場合、ＳＴＥＰ２２に進み、電力供給制御手段３０は、電力供給制御手段３０により、二次電池２１の出力制限値が、ＳＬ−１からＳＬ−３へ切り替えられたか否かを判断する。ＳＴＥＰ２２の判断結果がＮＯ（ＳＬ−１からＳＬ−３へ切り替えられていない）の場合、燃料電池１の出力にはまだ余裕があり、出力制限値はＳＬ−１に維持されているので、二次電池２１をＳＬ−３まで上昇させる必要はない。この場合、ＳＴＥＰ２７に進み、ＶＢＵ３、ＶＣＵ２０が必要電力Ｐ０に基づいて設定された出力電圧が供給されるように適宜制御され、出力制限値の切替に応じたＶＢＵ３及びＶＣＵ２０の制御処理の１サイクルが終了する。
【００５８】
ＳＴＥＰ２２の判断結果がＹＥＳ（ＳＬ−１からＳＬ−３へ切り替えられた）の場合、ＳＴＥＰ２３に進み、電力供給制御手段３０は、必要電力Ｐ０に基づいて、ＶＢＵ３、ＶＣＵ２０の出力電流を設定する。
【００５９】
次に、ＳＴＥＰ２４で、電力供給制御手段３０は、ＶＣＵ２０の昇圧比を増加させてＶＣＵ２０の出力電圧を増加させると共に、ＶＢＵ３の昇圧比を低下させてＶＢＵ３の出力電圧を低下させる。これにより、ＶＣＵ２０とＶＢＵ３の出力電圧のバランスを取り、ＶＣＵ２０の出力電力が第２の出力制限値まで増加するように制御できる。
【００６０】
次に、ＳＴＥＰ２５で、電力供給制御手段３０は、ＳＬ−１からＳＬ−３へ切り替えた時からの経過時間がＴ３に達したか、又は二次電池２１の残充電量が下限充電量に達したか否かを判断する。ＳＴＥＰ２５の判断結果がＮＯの場合、ＳＴＥＰ２３に戻り、ＳＥＴＰ２３〜２５の処理が繰り返される。
【００６１】
ＳＴＥＰ２５の判断結果がＹＥＳの場合、ＳＴＥＰ２６に進み、電力供給制御手段３０は、ＶＣＵ２０の昇圧比を低下させてＶＣＵ２０の出力電圧を低下させると共に、ＶＢＵ３の昇圧比を低下させてＶＢＵ３を増加させる。これにより、ＶＣＵ２０とＶＢＵ３の出力電圧のバランスを取り、ＶＣＵ２０の出力電力がＳＬ−１まで低減するように制御できる。
【００６２】
以上が、出力制限値の切替に応じたＶＢＵ３及びＶＣＵ２０の制御処理である。
【００６３】
ここで、上述の出力制限値の切替による供給電力の変化について、図５を参照して説明する。図５は、車両が加速するときの、電動機５からの要求負荷に応じた必要電力Ｐ０（図中ａ）、燃料電池１の出力電力（図中ｂ）、二次電池２１の出力電力（図中ｃ）、二次電池２１の出力制限値（図中ｄ）の変化を示したものであり、縦軸が電力［kw］に設定され、横軸が時間［sec］に設定されている。
【００６４】
図５に示すように、時刻ｔ０〜ｔ１では、燃料電池１と二次電池２１から電力が供給されている。このとき、二次電池２１の出力制限値は、ＳＬ−１に設定され、二次電池２１の出力はＳＬ−１以下となるように制御されている。次いで、時刻ｔ１で二次電池２１の出力電力がＳＬ−１に達する。次いで、時刻ｔ１〜ｔ２では、燃料電池１の出力電圧は増加していき、二次電池２１の出力電圧はＳＬ−１に制限される。そして、時刻ｔ２において、燃料電池１の出力電力が所定レベルＦＣmaxに達する。これにより、電力供給制御手段３０により出力制限値がＳＬ−３に切り替えられる。時刻ｔ２〜ｔ３では、燃料電池１の出力電力はＦＣmaxに維持されると共に、二次電池２１の出力電力がＳＬ−３以下となるように制御される。これにより、大出力が要求されて、燃料電池１の出力が不足するときは、二次電池２１の出力制限が緩和されるので、燃料電池１の小型化を図りつつ、電動機５からの要求に対応可能な出力性能を維持することができる。
【００６５】
次いで、時刻ｔ３で、二次電池２１の出力制限値がＳＬ−３に設定されてから経過した時間が出力時間Ｔ３に達して、電力供給制御手段３０により二次電池２１の出力制限値がＳＬ−１に戻される。このように、ＳＬ−３での二次電池２１の出力が出力時間Ｔ３に制限されるので、二次電池２１の発熱を制限して、二次電池２１の耐久性向上を図ることができる。
【００６６】
そして、時刻ｔ３〜ｔ４で、二次電池２１の出力電力が低減され、時刻ｔ４でＳＬ−１に達する。そして、時刻ｔ４以降は、ＳＬ−１以下に制限される。
【００６７】
以上の出力制限値の切替処理により、車両の加速時のような大出力が要求される場合に、燃料電池１の出力が所定レベルに達すると判断されるときには、連続出力が許容される第２の出力時間内で、二次電池２１の第１の出力制限値（図２の範囲ＬＵ１）より大きい第２の出力制限値（図２の範囲ＬＵ２）以下となるように二次電池２１から電力が供給される。したがって、二次電池２１の発熱により耐久性を低下させることなく、より大きな出力で燃料電池１の出力を補助することができ、必要な出力Ｐ０に達するまでの到達時間を短くして、加速性能を向上することができる。また、二次電池２１は、短時間での出力増加に対応し得る容量を備えればよいので、二次電池２１の体積の増加を抑えることができる。
（２）二次電池の入力制限
次に、本実施形態の燃料電池電源装置における、二次電池２１の入力制限値の切替処理について、図６のフローチャートを参照して説明する。この処理は、車両の減速時・走行停止時の二次電池２１の充電の際に行われるものであり、所定のタイミングで周期的に逐次実行される。以下の説明では、初期状態として、二次電池２１の入力制限値が第１の入力制限値（図２の入出力制限マップによるＣＬ−１）に設定されているものとする。このとき、ＣＬ−１での入力時間はＴ１となる。また、以下では、車両の減速時の回生電力による充電の場合を例に説明する。
【００６８】
まず、ＳＴＥＰ３１で、充電実行手段３２は、電動機５のトルクが０未満か否かを判断する。電動機５のトルクが０未満の場合は、車両が減速している場合に相当する。この判断により、車両が減速状態にあることが検出される。ＳＴＥＰ３１の判断結果がＮＯ（トルクが０以上）の場合、ＳＴＥＰ４０に進み、入力制限値はＣＬ−１に維持され、二次電池２１の入力はＣＬ−１以下となるように制御されて、入力制限値の切替処理が終了される。
【００６９】
ＳＴＥＰ３１の判断結果がＹＥＳ（トルクが０未満）の場合、ＳＴＥＰ３２に進み、充電実行手段３２は、回生電力が所定値以上であるか否かを判断する。これにより、車両が急減速した場合のように、電動機５の回生電力が大きいことが判断される。ＳＴＥＰ３２の判断結果がＮＯ（回生電力が所定値未満）の場合、ＳＴＥＰ４０に進み、入力制限値はＣＬ−１に維持され、二次電池２１の入力はＣＬ−１以下となるように制御されて、入力制限値の切替処理が終了される。
【００７０】
ＳＴＥＰ３２の判断結果がＹＥＳ（回生電力が所定値以上）の場合、ＳＴＥＰ３３に進み、充電量判断手段３３は、二次電池２１の充電量が所定下限レベル以下であるか否かを判断する。ＳＴＥＰ３３の判断結果がＮＯ（充電量が所定下限レベル以下でない）の場合、ＳＴＥＰ４０に進み、入力制限値はＣＬ−１に維持され、二次電池２１の入力はＣＬ−１以下となるように制御されて、入力制限値の切替処理が終了される。
【００７１】
ＳＴＥＰ３３の判断結果がＹＥＳ（充電量が所定下限レベル以下である）の場合、ＳＴＥＰ３４に進み、電力供給制御手段３０は、二次電池２１の入力制限値を図２に例示した入出力制限マップによるＣＬ−３（第２の入力制限値）に切り替える。
【００７２】
次に、ＳＴＥＰ３５で、充電実行手段３２は、ＳＴＥＰ３４で設定されたＣＬ−３での入力（充電）を許容する入力時間Ｔ３を入出力制限マップを参照して設定する。そして、充電実行手段３２は、Ｔ３を、二次電池２１の温度に基づいて、例えば現在の温度が予め定められた基準温度より高いほど入力時間が短くなるように補正する。なお、充電実行手段３２は、二次電池２１の温度と、二次電池２１の耐久性を損なわない範囲に相当する上限温度と、ＳＴＥＰ３４で設定されたＣＬ−３で連続入力した場合の発熱予測量から、入力時間Ｔ３を逐次算出してもよい。
【００７３】
次に、ＳＴＥＰ３６に進み、充電実行手段３２は、ＣＬ−１からＣＬ−３に切り替えた時からの経過時間をカウントすると共に、ＣＬ−１からＣＬ−３に切り替えた時からの二次電池２１の充電量を積算する。これと共に、充電実行手段３２は、設定されたＣＬ−３以下となるように二次電池２１の充電を行う。
【００７４】
次に、ＳＴＥＰ３７に進み、充電実行手段３２は、カウントされた経過時間がＳＴＥＰ３５で設定されたＴ３に達したか、または、二次電池２１の充電量が上限充電量に達したか否かを判断する。ＳＴＥＰ３７の判断結果がＮＯの場合は、ＳＴＥＰ３７の判断結果がＹＥＳとなるまで、ＣＬ−３以下での二次電池２１の充電が行なわれる。
【００７５】
ＳＴＥＰ３７の判断結果がＹＥＳの場合は、ＳＴＥＰ３８に進み、充電実行手段３２は、二次電池２１の入力制限値をＣＬ−１に戻す。
【００７６】
以上が、入力制限値の切替処理である。この入力制限値の切替処理により、車両の加速後のように、二次電池２１の充電量が大幅に減少している場合には、連続入力が許容される第２の入力時間内で、第１の入力制限値（図２の範囲ＬＬ１）より大きい第２の入力制限値（図２の範囲ＬＬ２）以下となるように二次電池２１の充電が実行される。よって、二次電池２１の耐久性を発熱により低下させることなく、二次電池２１の入力制限を緩和して、その後の電動機５への電力供給の増加に備えることができる。
【００７７】
なお、本実施形態では、本発明の燃料電池電源装置を車両の駆動源として備えた例を示したが、電気負荷に対して燃料電池の出力電力を供給する構成の燃料電池電源装置であれば、本発明の適用が可能である。
【００７８】
また、本実施形態では本発明の二次電池としてリチウムイオンを示し、また、本発明のキャパシタとして電気二重層キャパシタを示したが、本発明の二次電池及びキャパシタの仕様はこれらに限定されず、他の仕様の二次電池及びキャパシタを用いてもよい。
【００７９】
なお、本実施形態では、第２の昇降圧手段（ＶＣＵ）２０として、双方向の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いたが、双方向の降昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いてもよい。この場合、上述のＳＴＥＰ２４において、電力供給制御手段３０は、ＶＣＵ２０の降圧比を低下させると共に、ＶＢＵ３の昇圧比を低下させる。これにより、ＶＣＵ２０とＶＢＵ３の出力電圧のバランスを取り、ＶＣＵ２０からの出力電力が第１の出力制限値まで速やかに増加するように制御できる。また、ＳＴＥＰ２６で、電力供給制御手段３０は、ＶＣＵ２０の降圧比を増加させると共に、ＶＢＵ３の昇圧比を増加させる。これにより、ＶＣＵ２０とＶＢＵ３の出力電圧のバランスを取り、ＶＣＵ２０からの出力電力が第１の出力制限値まで速やかに低減するように制御できる。
【００８０】
また、本実施形態では、本発明の負荷として電動機５を示したが、本発明の負荷は、燃料電池１の補機２２や、車両に備えられた空調機器やオーディオ等の電装品や、バッテリ等であってもよい。また、燃料電池１の補機としては、燃料電池１に反応ガスである空気を供給するポンプや、燃料電池１の電解質膜を保湿するための加湿器、燃料電池１のラジエータの水冷循環ポンプ等が含まれる。ただし、これらの場合、充電実行手段３２は、回生電力を用いたキャパシタ３への第１の充電および二次電池２１への第２の充電の機能は有しない。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について、図７を参照して説明する。図７は、第２実施形態の燃料電池電源装置による電力供給制御処理における電力供給の時間変化を示すグラフである。本実施形態は、第１実施形態と、出力判断手段３１の判断条件のみが相違する。以下の説明では、第１実施形態と同じ構成については、第１実施形態と同じ符号を付して説明を省略する。
【００８１】
本実施形態において、出力判断手段３１は、電動機５から負荷に応じて要求される電力（必要電力Ｐ０）が所定レベル以上であるか否かを判断する（図３のＳＴＥＰ４）。そして、電力供給制御手段３０は、この判断結果に基づいて、二次電池２１の出力制限値を切り替える。これ以外の作動は第１実施形態と同じである。
【００８２】
本実施形態における出力制限値の切替処理による供給電力の時間変化について、図７を参照して説明する。図７は、図５と同様に、車両が加速するときの、電動機５からの要求負荷に応じた必要電力Ｐ０（図中ａ）、燃料電池１の出力電力（図中ｂ）、二次電池２１の出力電力（図中ｃ）、二次電池２１の出力制限値（図中ｄ）の変化を示したものであり、縦軸が電力［kw］に設定され、横軸が時間［sec］に設定されている。
【００８３】
図７に示すように、時刻ｔ０〜ｔ１では、燃料電池１と二次電池２１から電力が供給されている。このとき、二次電池２１の出力制限値は、第１の出力制限値ＳＬ−１に設定され、二次電池２１の出力はＳＬ−１以下となるように制御されている。次いで、時刻ｔ１で、必要電力Ｐ０が所定レベルＰthに達する。これにより、電力供給制御手段３０により二次電池２１の出力制限値が第２の出力制限値ＳＬ−３に切り替えられる。時刻ｔ１〜ｔ２では、燃料電池１の出力電圧が増加され、二次電池２１の出力電圧はＳＬ−３以下となるように制御される。時刻ｔ２において、燃料電池１の出力電力が所定レベルＦＣmaxに達する。時刻ｔ２〜ｔ３では、燃料電池１の出力電力がＦＣmaxに維持されるとなると共に、二次電池２１の出力電力がＳＬ−３以下となるように制御される。これにより、大出力が要求されて、燃料電池１の出力が不足するときは、二次電池２１の出力制限が緩和されるので、燃料電池１の小型化を図りつつ、電動機５からの要求に対応可能な出力性能を維持することができる。
【００８４】
時刻ｔ３で、出力時間Ｔ３に達して、電力供給制御手段３０により二次電池２１の出力制限値がＳＬ−１に設定される。これにより、二次電池２１の出力電圧が低減され、時刻ｔ４でＳＬ−１に達する。そして、時刻ｔ４以降は、二次電池２１の出力電圧はＳＬ−１以下で制限される。このように、ＳＬ−３での二次電池２１の出力が出力時間Ｔ３に制限されるので、二次電池２１の発熱を制限して、二次電池２１の耐久性向上を図ることができる。
【００８５】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、二次電池２１の耐久性を発熱により低下させることなく、より大きな出力で燃料電池１の出力を補助することができ、必要電力Ｐ０に達するまでの到達時間を短くして、加速性能を向上することができる。また、二次電池２１は、短時間での出力増加に対応し得る容量を備えればよいので、二次電池２１の体積の増加を抑えることができる。
【００８６】
このとき、本実施形態によれば、電動機５から要求される必要電力Ｐ０に基づいて、二次電池２１の出力制限値の切り替えを行うことで、必要電力Ｐ０の変化に対する燃料電池１の追従遅れの影響を受けずに、必要電力Ｐ０の増加に迅速に対応して二次電池２１の出力制限を緩和して、電動機５への出力不足を防止することができる。
【００８７】
なお、本実施形態では、出力判断手段３１は、電動機５から要求される電力が所定レベル以上か否かを判断するものとしたが、他の実施形態として、出力判断手段３１は、電動機５から要求される電力の上昇率（必要電力Ｐ０）が所定レベル以上であるか否かを判断するようにしてもよい。この場合、必要電力Ｐ０の急増に対応して二次電池２１の出力制限を緩和することで、必要電力Ｐ０の急増に対する燃料電池１の出力の増加の追従遅れによる、電動機５への出力不足を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】第１実施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出力制限値及び入力制限値と出力時間及び入力時間との関係を示す入出力制限マップの一例。
【図３】図１に示した燃料電池電源装置における二次電池の出力制限値の切替処理を示すフローチャート。
【図４】図１に示した燃料電池電源装置における出力制限値の切替に応じた第１及び第２の昇降圧手段の作動を示すフローチャート。
【図５】図１に示した燃料電池電源装置による電力供給の時間変化を示すグラフ。
【図６】図１に示した燃料電池電源装置における二次電池の入力制限値の切替処理を示すフローチャート。
【図７】第２実施形態における燃料電池電源装置による電力供給の時間変化を示すグラフ。
【図８】従来の第１の燃料電池電源装置の構成図。
【図９】従来の第２の燃料電池電源装置の構成図。
【符号の説明】
【００８９】
１…燃料電池、２…キャパシタ、３…ＶＢＵ（第１の昇降圧手段）、４…ＰＤＵ、５…電動機（負荷）、１０…燃料電池制御手段、１１…電力検知手段、１２…電圧検知手段、２０…ＶＣＵ（第２の昇降圧手段）、２１…二次電池（蓄電手段）、２２…補機、３０…電力供給制御手段、３１…出力判断手段、３２…充電実行手段、３３…充電量判断手段。
【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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