(57)【要約】【課題】補助電源に燃料電池を用いた電源装置において、燃料電池の異常を検出できる信頼性の高い電源装置を提供することを目的とする。【解決手段】主電源１が正常で、かつ既定条件時に、燃料電池１０に水素を供給し、燃料電池１０を既定条件で発電させることにより燃料電池１０の異常判断を行うものであり、実際に燃料電池１０を動作させて正常に発電できるかを監視することで異常判断を行うので、主電源１の異常時にも確実に燃料電池１０で発電することができ、極めて信頼性の高い電源装置を実現することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷と、
前記負荷に電力を供給する主電源と、
前記主電源が既定電圧以下になる異常が発生した時に、前記負荷に対して補助的に電力を供給する補助電源とからなり、
前記補助電源は、
前記主電源が既定電圧以下の時に前記負荷に電力を供給する燃料電池と、
前記燃料電池が起動するまでの間、前記負荷に電力を供給する蓄電部と、
前記補助電源全体を制御する制御部と、
前記燃料電池に水素を供給する水素タンクと、
水素を発生する水素発生部とを有し、
前記制御部は前記主電源が正常で、かつ既定条件時に、前記燃料電池に前記水素を供給し、
前記燃料電池を既定条件で発電させることにより、
前記燃料電池の異常を判断する電源装置。
【請求項２】
燃料電池の異常判断時に水素が水素タンクから供給される請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
燃料電池の異常判断後に消費した水素を水素発生部から水素タンクに補充する請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
燃料電池の異常判断時に水素が水素発生部から供給される請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
燃料電池の異常判断は、前記燃料電池に水素と空気を供給した状態で、定電流負荷を接続した際の前記燃料電池の両端電圧で検出する請求項１に記載の電源装置。
【請求項６】
水素発生部の内部には水電解素子が設けられ、純水中に水没させた前記水電解素子に定電流源で電流を流すことで水素を発生する請求項１に記載の電源装置。
【請求項７】
定電流源には電流センサが内蔵され、前記電流センサの出力は制御部に接続されるとともに、
前記制御部は、燃料電池の異常判断時に前記電流センサの出力が既定電流に達しなければ前記燃料電池の異常判断を行わない請求項６に記載の電源装置。
【請求項８】
水素発生部は水量上限センサが設けられ、前記水量上限センサの位置まで常に水が供給される請求項６に記載の電源装置。
【請求項９】
水素発生部の内部には水電解素子で仕切られた両側に配置されスポンジ状樹脂とを有し、
水が前記スポンジ状樹脂に含浸された状態で貯蔵されるとともに、
前記水電解素子で仕切られた部分にそれぞれ取り付けた水素管、および酸素管は前記スポンジ状樹脂と接しない位置までの長さとした請求項６に記載の電源装置。
【請求項１０】
水電解素子は水素発生部の内部を仕切る仕切り板とともに一体形成され、前記仕切り板の内、前記水素発生部の底部近傍に開口部を設け、前記開口部に位置する前記水電解素子のみがスポンジ状樹脂と接する請求項９に記載の電源装置。
【請求項１１】
水素管側に配置したスポンジ状樹脂は酸素管側に配置したスポンジ状樹脂より小さい請求項９に記載の電源装置。
【請求項１２】
水素発生部には温度センサが設けられ、燃料電池の異常判断時に前記温度センサの出力が既定温度以下であれば前記燃料電池の異常判断を行わず、前記既定温度より高くなった時点で初めて異常判断を行う請求項６に記載の電源装置。
【請求項１３】
温度センサの出力に応じて定電流負荷の電流値を決定する請求項１２に記載の電源装置。
【請求項１４】
燃料電池の異常判断中に主電源が異常になれば、直ちに前記燃料電池の異常判断を中止する請求項１に記載の電源装置。
【請求項１５】
水素発生部の外表面には発熱回路部品が接触するように配置された請求項１に記載の電源装置。
【請求項１６】
水素タンクには内部の圧力を検出する圧力センサが設けられ、前記圧力センサの出力が既定値以下になれば、主電源が正常時に水素発生部で発生した水素を前記水素タンクに補充する請求項１に記載の電源装置。
【請求項１７】
水素タンクには希土類を含む合金からなる水素吸蔵合金が内蔵された請求項１に記載の電源装置。
【請求項１８】
水素タンクは燃料電池の近傍に配置された請求項１７に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主電源の異常に対して負荷へ継続して電力を供給する電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、停電等による主電源（例えば交流電源）の異常が発生した場合、非常灯や重要なデータを扱うコンピュータシステム等の電気的負荷（以下、負荷と略す）に対し継続して電力を供給するために、無停電電源システムといわれる定置型の電源装置が市販されている。これにより、暗がりでの安全確保や、データ消失による経済的損失等の防止が可能となり、特に近年のコンピュータの目覚ましい普及に伴って、後者に対する無停電電源システムの重要性は極めて大きくなってきている。
【０００３】
また近年、低燃費で低公害なハイブリッド車やアイドリングストップ車の開発が急速に進められているが、いずれも車両制動エネルギーを回生して蓄電部に蓄え、車両駆動用モーターやスターターモーターに供給することにより、従来捨てていた制動エネルギーを有効活用している。このような車両の制動は従来の機械的な油圧制御から電気的な油圧制御へ各種提案がなされている。
【０００４】
しかし、一般に車両の油圧制御を電気的に行うための電源（バッテリ）が何らかの原因で電力供給できなくなると車両の制動が不可能になる可能性がある。また、アイドリングストップ車に対してはアイドリングストップ中にバッテリから各種電装品の負荷に供給される電力が断たれると、夜間時の灯火類など安全に不可欠な負荷が停止してしまう可能性がある。
【０００５】
そこで、例えばバッテリとは別に補助電源として大容量キャパシタ等を搭載することにより、バッテリの非常時に電気的な油圧制御部等の重要な負荷に対し駆動電力を供給する非常用の電源バックアップユニットが提案されている。
【０００６】
以上のように、近年は定置用の無停電電源システムや自動車用の非常用電源バックアップユニットに代表される電源装置が極めて重要視されるようになってきている。
【０００７】
このような電源装置として、特許文献１に示したような定置用の無停電電源システムの例を説明する。図１０は従来の電源装置におけるブロック構成図である。なお、太線で示した部分は電力系の配線を、細線で示した部分は制御系の配線を、点線矢印で示した部分は配管をそれぞれ示す。
【０００８】
図１０において、主電源１は交流電源２と整流装置３からなり、ここで直流電源を生成している。これを負荷４に供給している。
【０００９】
通常時は以上のようにして電力が供給されているが、これに対し停電が発生すると、補助電源５に内蔵された停電検出部６が停電したことを制御部７（補助電源５全体の制御を司る）に知らせる。あるいは、整流装置３が故障することによる電力供給の断絶も考えられるため、この場合は整流装置故障検出部８が整流装置３の故障を制御部７に知らせる。
【００１０】
いずれにしても、負荷４への電力供給が断たれると、瞬時に補助電源５から電力が供給される。具体的には、補助電源５に内蔵された二次電池からなる蓄電部９が整流装置３の出力に接続されているので、蓄電部９から負荷４に電力が供給されることになる。これにより、負荷４は継続的に使用できる。
【００１１】
しかし、蓄電部９は二次電池で構成されるため、その電力残量が無くなれば負荷４への電力供給が停止してしまう。この可能性を低減するには二次電池を多く使用すればよいが、この場合、電源装置全体の大型化が避けられない。
【００１２】
そこで従来、蓄電部９に加え燃料電池１０を併用した電源装置が提案されている。これにより、停電が始まり蓄電部９から負荷４へ電力が供給されると同時に燃料電池１０が起動し、起動完了とともに燃料電池１０から負荷４へ長時間電力を供給し続けることができる。
【００１３】
停電が回復すると、停電中に燃料電池１０が使用した燃料の水素を水素タンク１１に補充する。補充量は水素タンク１１に取り付けた圧力センサ１２の出力を制御部７が監視しながら適正に制御される。水素の補充は水素発生部１３により発生した水素を用いるので、水素タンク１１の交換を行う必要がなく、メンテナンスが容易な電源装置が実現できる。
【特許文献１】特開２００４−１１２８７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
以上のような電源装置によって、確かに主電源１の異常時にも負荷４を長時間駆動し続けられ、しかもメンテナンスが容易で扱いやすくなるのであるが、このような電源装置は特に燃料電池１０における信頼性が重要である。この観点で図１０の電源装置の構成を検討すると、停電検出に加え、整流装置３の故障検出も行っているので、整流装置３が故障した場合にも燃料電池１０からの電力を供給するように構成して信頼性を高めていることがわかる。
【００１５】
しかし、燃料電池１０自身の故障や異常については何ら検出する構成とはなっていない。従って、停電のように頻度は低いものの突発的な主電源１の異常が発生した時、万一燃料電池１０が異常状態であれば、燃料電池１０による発電ができなくなる可能性があるという課題があった。
【００１６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、燃料電池１０の異常を検出できる信頼性の高い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】
【００１７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電源装置は主電源が正常で、かつ既定条件時に、燃料電池に水素を供給し、前記燃料電池を既定条件で発電させることにより、前記燃料電池の異常判断を行うものである。
【００１８】
本構成によって、燃料電池を実際に動作させて正常に発電できるかを監視することで異常判断を行う。その結果、前記目的を達成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の電源装置によれば、主電源が正常な間に燃料電池の異常を判断するので、主電源の異常時にも確実に燃料電池で発電することができ、極めて信頼性の高い電源装置を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における電源装置のブロック構成図である。図２は本発明の実施の形態１における電源装置の水素発生部の断面図である。図３は本発明の実施の形態１における電源装置の動作を示すフローチャートである。
【００２２】
なお、本実施の形態１では定置型の無停電電源システムとしての電源装置の例について説明する。また、図１において、図１０と同様に太線で示した部分は電力系の配線を、細線で示した部分は制御系の配線を、点線矢印で示した部分は配管をそれぞれ示す。
【００２３】
本実施の形態１の電源装置における構成の中で、従来の構成（図１０）と同じものには同じ番号を付して説明する。
【００２４】
図１において、主電源１は商用電力である交流電源２を整流装置３により直流に整流して、停電時等に継続して電力を供給し続ける必要のある非常灯やコンピュータ機器等の負荷４に電力を供給している。なお、負荷４は直流電源で駆動するものに限られるものではなく、交流電源で駆動する負荷４に対しては、整流装置３の出力を図示しないインバータで交流に戻して供給すればよい。また、整流装置３には負荷４の必要な電圧を生成するようにＤＣＤＣコンバータを内蔵してもよい。
【００２５】
通常時においては、上記の配線系統で主電源１から負荷４に電力が供給されている。
【００２６】
これに対し、主電源１が停電や整流装置３の故障などにより既定電圧以下になった時には補助電源５から負荷４に電力が供給される構成としている。すなわち、停電については補助電源５に内蔵した停電検出部６が検出している。停電検出部６は例えば電圧計で構成され、停電による電圧低下を検出すると、補助電源５全体を制御する制御部７に停電を知らせる。
【００２７】
また、整流装置３の故障についても、整流装置故障検出部８が整流装置３の出力電圧を監視し、負荷４を駆動し続けられない既定電圧以下に下がれば、故障信号を制御部７に知らせる構成としている。
【００２８】
停電、または整流装置３の故障が起こると、制御部７は直ちに補助電源５に内蔵された例えば二次電池で構成される蓄電部９から負荷４に電力を供給する。なお、蓄電部９には充放電回路（図示せず）が内蔵されているので、制御部７は充放電回路に対し放電するよう指示を行う構成としている。それと同時に制御部７は燃料電池１０の起動を行う。従って、蓄電部９は燃料電池１０が起動するまでの間、負荷４に電力を供給する役割と、燃料電池１０を起動するための後述するブロア等の補機類を駆動する役割を担う。
【００２９】
燃料電池１０は燃料に水素を用いる水素直接供給型であり、その構造は例えば燃料電池自動車用のものと同等である。すなわち、いずれも図示はしないが、空気が流れる空気流路と水素が流れる水素流路を形成したそれぞれの板状セパレータ間に、前記各流路が対向するように、貴金属系触媒を担持した電極が両面に形成されたプロトン伝導性高分子膜をガス漏れ防止用のシール材とともに挟持した構成の単セルを、負荷４が必要とする電圧、電流特性が得られる枚数分、積層した構造を有する。
【００３０】
このような燃料電池１０を起動するために、制御部７は蓄電部９の電力を一部使用して水素タンク１１から水素を、ブロア１４から空気を、それぞれ供給する。
【００３１】
燃料電池１０が起動したか否かは電圧検出部１５で検出している。すなわち、燃料電池１０の電力出力に接続した燃料電池スイッチ１６は燃料電池１０が起動完了するまではオフなので、負荷４が接続されていない状態である。この時の燃料電池１０の起電圧を電圧検出部１５で検出し、既定電圧に至れば起動が完了したとして、制御部７は燃料電池スイッチ１６をオンにする。これにより燃料電池１０の電力が負荷４に供給される。
【００３２】
停電が回復したり、整流装置３が修理されると、再び主電源１から負荷４に電力が供給される。この時は主電源１から蓄電部９に充電が行われるとともに、燃料電池１０が消費した水素を水素タンク１１に充填するために、制御部７は水素タンク１１に取り付けた内部圧力を検出する圧力センサ１２の出力をモニターしながら水素発生部１３で発生した水素を適正量になるまで充填する。なお、水素の充填は、水素発生部１３の動作電力が主電源１の電力に基づいて供給されるので、主電源１が正常な時に実施される。
【００３３】
水素発生部１３の断面構造を図２に示す。水素発生部１３の本体部分はステンレス製の密閉箱１７から構成されている。密閉箱１７には水素発生部１３で発生した酸素を排出するための酸素管１８と水素を排出するための水素管１９が接続されている。なお、両者ともステンレス製チューブからなるため、密閉箱１７に溶接により接続されている。水素管１９は図１の点線矢印で示したように水素タンク１１に接続されるが、酸素管１８は酸素を特に必要としないので、空気中に開口してもよいし、ブロア１４に接続して空気とともに燃料電池１０に供給するようにしてもよい。
【００３４】
水素発生部１３の内部には純水２０が貯蔵されている。純水２０は電気分解により水素と酸素を発生することで、その貯蔵量が減っていく。そこで、常に純水２０の量を満水状態にするために、水素発生部１３には水量上限センサ２１が設けられている。これにより、常に水量上限センサ２１の位置まで水位が至るように純水２０が供給されるようになっている。なお、純水２０はイオン交換樹脂等により通常の水道水から純水を作る純水製造装置から供給してもよいし、市販の蒸留水を別途設けた純水タンク（図示せず）から供給するなどしてもよい。
【００３５】
ここで、酸素管１８、および水素管１９は、それぞれ純水２０の水面と接しない位置までの長さとしたので、発生した酸素、および水素は必ず空間２２を経由して排出される。従って、純水２０が酸素管１８や水素管１９に入り込むことがなくなり、詰まりを防止できる。
【００３６】
水素発生部１３の内部には２枚の樹脂製の仕切り板２３に挟持され、一体形成された水電解素子２４が配置されている。従って、水素発生部１３の内部は仕切り板２３によって仕切られ、その両側に純水２０が貯蔵される構造となる。仕切り板２３の両側に純水２０を供給、貯蔵するために、図２では省略しているが酸素管１８側の密閉箱１７の底部と水素管１９側の密閉箱１７の底部を管で接続してある。従って、純水２０を酸素管１８側の密閉箱１７に供給すると、前記管を通して水素管１９側にも純水２０が供給される。
【００３７】
水電解素子２４の詳細構成については後述する。また、図２ではわかりやすくするために、仕切り板２３と水電解素子２４の厚みを実際より大きく示した。
【００３８】
仕切り板２３の内、水素発生部１３の底部近傍には格子状の開口部２５を設けているので、水電解素子２４が仕切り板２３に確実に挟持されるとともに、開口部２５でのみ純水２０が接する構成となる。さらに、開口部２５が底部近傍に配されるため、純水２０の貯蔵残量が少なくなっても電気分解を継続できる。
【００３９】
また、水素管１９側の純水２０の量は酸素管１８側の純水２０の量より少なくしている。これは電気分解する際に、主に酸素管１８側の純水２０が電気分解されるためである。なお、水素管１９側にも純水２０を貯蔵し、水電解素子２４を純水２０中に水没させているのは、水電解素子２４が乾燥するのを防ぐためである。
【００４０】
以上の構造とすることにより、仕切り板２３で酸素管１８側と水素管１９側が仕切られるので、発生した水素と酸素が混合することがなくなる。
【００４１】
水電解素子２４の構造は単セルの燃料電池とほぼ同様の構造である。すなわち、いずれも図示しないが、プロトン伝導性高分子膜の両側に貴金属系触媒（本実施の形態１では白金微粒子を用いた）を担持したカーボン紙からなる電極を熱圧着するとともに、電極が存在しない部分にはガスシール用樹脂を配置した構造を有する。電極には外部から電力を供給するための網目状金属電極が配置され、仕切り板２３とともに一体形成される。なお、網目状金属電極は密閉箱１７と電気的に絶縁され、かつ気密を保った状態で外部配線と接続されている。外部配線は水素管１９側が負極（グランド）に、酸素管１８側が正極になるように配線されている。
【００４２】
水素発生部１３による純水２０の電気分解の概略動作は以下の通りである。
【００４３】
外部配線を通して電力が網目状金属電極間に供給されると、正極の触媒上で純水２０が酸素とプロトンと電子に分解される。この内、酸素はそのままガス化し、空間２２を経由して酸素管１８から排出される。
【００４４】
一方、プロトンはプロトン伝導性高分子膜を通って、電子は外部回路を通って、それぞれ負極に達する。負極では両者が触媒上で反応し水素が生成する。水素は空間２２を経由して水素管１９から排出される。
【００４５】
以上のようにして純水２０の電気分解が行われる。
【００４６】
なお、水素発生部１３の底部近傍内には温度センサ２６が設けられている。これにより、純水２０の凍結をモニターしている。すなわち、温度センサ２６の出力が既定温度（本実施の形態１では５℃とした）以下であれば凍結の可能性があるので、純水２０の電気分解ができない。従って、水素タンク１１への水素補充は行わないよう制御するとともに、できるだけ早く水素発生部１３が昇温できるように、水素発生部１３の外表面には図示しない発熱回路部品（ＦＥＴ等）が接触するように配置されている。これにより、水素発生部１３の昇温だけでなく発熱回路部品の熱を大熱容量の水素発生部１３が吸収するので発熱が抑えられ、安定した回路駆動が可能となり高信頼性に寄与する。
【００４７】
ここで、既定温度を５℃としたのは、純水２０の密度が４℃の時に最も大きくなるためである。すなわち、水素発生部１３内で凍結した純水２０が溶けて液体になると密度が上がり、水素発生部１３の底部に至る。従って、純水２０が解氷している間は必ず水素発生部１３の底部は４℃近傍となる。やがて全ての純水２０が解氷すると、水素発生部１３の底部の水温が上昇していく。これらの点から、水素発生部１３の底部近傍に配置した温度センサ２６の出力が例えば５℃より高ければ、純水２０は全て液体であることがわかる。よって、既定温度を５℃に設定した。
【００４８】
以上の構成とすることにより信頼性の高い水素発生部１３を構成できる。
【００４９】
水素発生部１３には純水２０を電気分解するために定電流源２７が接続されている。定電流源２７は水素発生部スイッチ２８により動作が制御されている。なお、定電流源２７は交流電源２から電源を供給されているが、これは内部で直流電源に変換して直流の定電流を水素発生部１３に供給している。
【００５０】
次に、本実施の形態１の最も特徴となる部分について説明する。
【００５１】
本実施の形態１の電源装置は、主電源１が正常で、かつ既定条件時（例えば１日１回等の既定時間間隔毎）に、制御部７が燃料電池１０に水素タンク１１から水素を、ブロア１４から空気をそれぞれ供給することにより、燃料電池１０を実際に既定条件で発電させる。この時、正常に発電できているか否かを電圧検出部１５で出力電圧を検出することにより燃料電池１０の異常の有無を判断している。異常であれば制御部７は警告を発する。
【００５２】
具体的な構成は、燃料電池１０の出力に定電流負荷２９を接続することにより、燃料電池１０で発電した電力を既定の定電流で消費するようにしている。また、両者の間には定電流負荷スイッチ３０が設けられているので、前記した燃料電池１０の異常判断既定条件になると、定電流負荷スイッチ３０をオンにするよう制御している。このような構成により、突発的な停電等が発生しても燃料電池１０が正常に動作できるので、極めて高信頼の電源装置が実現できる。
【００５３】
次に、図３のフローチャートを用いて、本実施の形態１の電源装置における動作例について具体的に説明する。なお、図３の動作は制御部７によって実行される。
【００５４】
まず、整流装置３の故障判断を整流装置故障検出部８の出力により行う（ステップ番号Ｓ１）。もし故障していたら（Ｓ１のＹｅｓ）、制御部７から整流装置異常警告を発し（Ｓ２）、使用者に知らせる。使用者はこの警告に従って整流装置３の修理などの処理を行う。警告を発した後は後述するＳ１８にジャンプする。
【００５５】
一方、整流装置３が正常であれば（Ｓ１のＮｏ）、停電検出部６の出力により停電の有無を判断する（Ｓ３）。もし、停電していたら（Ｓ３のＹｅｓ）、後述する蓄電部９や燃料電池１０による電力供給に切り替えるルーチン（Ｓ１８以降）にジャンプする。
【００５６】
停電していなければ（Ｓ３のＮｏ）、主電源１が正常であるので、次に水素発生部１３の温度センサ２６の出力を読み込み、既定温度（ここでは前記したように５℃とした）以下であるか、すなわち純水２０の凍結可能性を判断する（Ｓ４）。もし、既定温度以下であれば（Ｓ４のＹｅｓ）凍結している可能性があるので、燃料電池１０の異常判断に使用した水素を判断後に補充できなくなる。従って、万一の主電源１の異常時に燃料電池１０で発電できる時間が短くなる可能性があるので、この場合は燃料電池１０の異常判断を行わず、Ｓ１に戻る。こうしてＳ１に戻る動作を繰り返すことで、純水２０の温度が上がるのを待ち、既定温度より高くなった時点で初めて異常判断を行うようにしている。
【００５７】
一方、既定温度より高ければ（Ｓ４のＮｏ）、次に燃料電池１０の異常判断を行う。すなわち、まず燃料電池１０の異常判断を行う既定時間（ここでは１日毎とした）が経過したかを判断する（Ｓ５）。もし、経過していなければ（Ｓ５のＮｏ）、再びＳ１に戻って整流装置３の故障判断以降の動作を繰り返す。
【００５８】
既定時間が経過すれば（Ｓ５のＹｅｓ）、次に水素タンク１１の図示しないバルブを開けて水素を燃料電池１０に供給するとともに、ブロア１４をオンにして空気も供給し、定電流負荷スイッチ３０をオンにする（Ｓ６）。これにより、燃料電池１０が発電を開始し、定電流負荷２９が発電した電力を消費する。
【００５９】
次に、定電流負荷２９が発電電力を消費している時の燃料電池１０の出力電圧を電圧検出部１５で検出する。なお、定電流負荷２９は負荷４が消費する平均電力や最大電力など事前に決定した電力を消費するように設定されている。従って、主電源１の異常時に実際に燃料電池１０が発電動作している状態と同じ条件で燃料電池１０の出力電圧を検出することで、より正確な異常判断が可能となり、さらなる高信頼性が得られる。
【００６０】
燃料電池１０の電圧が異常であれば（Ｓ７のＮｏ）、燃料電池１０に異常があることになる。この場合は、まず定電流負荷スイッチ３０をオフにして燃料電池１０の電力消費を停止するとともに、燃料電池異常警告を発する（Ｓ８）。これにより、使用者は燃料電池１０の修理等の対処を行うことができる。
【００６１】
さらに、燃料電池１０に対する水素供給を停止するとともに（ここでは水素タンク１１のバルブを閉じる）、ブロア１４をオフにして空気供給も停止する（Ｓ９）。また、このままでは補助電源５として正常に機能できないので、フローチャートを終了するが、前記警告は発し続けて修理を促す。
【００６２】
一方、Ｓ７に戻って、燃料電池１０の電圧が正常であれば（Ｓ７のＹｅｓ）、燃料電池１０は正常に動作していることがわかったので、これ以上無駄に水素を消費しないために、定電流負荷スイッチ３０をオフにするとともに、燃料電池１０への水素供給を停止し、ブロア１４をオフにして空気供給も停止する（Ｓ１０）。これにより、燃料電池１０の発電動作が停止する。
【００６３】
次に、燃料電池１０の異常判断に伴って水素タンク１１の水素を消費したので、水素タンク１１の圧力が既定圧力（例えば一般的な水素ボンベの満充填圧力である１０ＭＰａ程度）以下になっていれば（Ｓ１１のＹｅｓ）、既定圧力になるまで水素を充填する。
【００６４】
すなわち、まず水素発生部１３の温度センサ２６の出力が既定温度（５℃）以下であれば（Ｓ１２のＹｅｓ）、純水２０が凍結している可能性があるので水素補充ができない。この場合は、補充せずにＳ１に戻る。
【００６５】
一方、既定温度より高ければ（Ｓ１２のＮｏ）、水素発生部スイッチ２８をオンにする（Ｓ１３）。これにより、定電流源２７に交流電源２が供給され、直流の定電流に変換して水素発生部１３に定電流を供給する。これにより、水素が発生する。
【００６６】
発生した水素は水素タンク１１に充填させるが、その方法は特に図示していないがコンプレッサやリザーバータンク等を組み合わせて、水素タンク１１の圧力より高い圧力を発生させて充填する一般的な方法で構わない。
【００６７】
この後、Ｓ１１に戻り、水素タンク１１の圧力が既定圧力に至ったかの判断以降の動作を行う。
【００６８】
もし、水素タンク１１の圧力が既定圧力に至っていれば（Ｓ１１のＮｏ）、水素発生部スイッチ２８をオフにして（Ｓ１４）、水素の補充を停止する。その後、水素発生部１３に設けた水量上限センサ２１がオンであるか否かを判断する（Ｓ１５）。なお、水量上限センサ２１は純水２０が水量上限センサ２１に至った時にオン、至っていなければオフになる特性を有する。従って、もし水量上限センサ２１がオフであれば（Ｓ１５のＮｏ）、図示しない純水バルブを開けて水素発生部１３に対して純水を供給する（Ｓ１６）。その後、Ｓ１５に戻って満水になるまで給水を続ける。
【００６９】
もし、水量上限センサ２１がオンになれば（Ｓ１５のＹｅｓ）、水素発生部１３には純水２０が満水状態になっているので、純水２０の供給を停止し（Ｓ１７）、Ｓ１に戻る。
【００７０】
以上が主電源１の正常時における動作であるが、次に、異常時の動作について説明する。
【００７１】
Ｓ２で整流装置３の異常警告を発した後やＳ３のＹｅｓで停電を検出した時は、まず負荷４へ蓄電部９の電力を出力するとともに、水素タンク１１から燃料電池１０に水素を供給し、同時にブロア１４をオンにして空気も供給する（Ｓ１８）。これにより、燃料電池１０の起動を行う。なお、蓄電部９の電力をまず負荷４に供給するのは、燃料電池１０が直接水素供給型であり、毎日１回異常判断を行って予め起動確認をしているにもかかわらず、再起動するまでに数秒程度の時間がかかるためである。
【００７２】
次に、電圧検出部１５により燃料電池１０の起電圧を検出する（Ｓ１９）。なお、この場合は燃料電池スイッチ１６がオフなので、燃料電池１０は無負荷状態である。従って、異常判断時の判断基準である発電時の電圧ではなく、起動完了時の起電圧を既定電圧として起動したか否かを判断している。
【００７３】
もし、燃料電池１０の起電圧が既定電圧に至っていなければ（Ｓ１９のＮｏ）、再びＳ１９に戻って既定電圧になるのを待つ。既定電圧に至れば（Ｓ１９のＹｅｓ）、蓄電部９から燃料電池１０に電力を切り替えるために燃料電池スイッチ１６をオンにする（Ｓ２０）。
【００７４】
その後、停電検出部６の出力により停電が回復したか否かを判断する（Ｓ２１）。まだ停電が回復していなければ（Ｓ２１のＮｏ）、引き続き負荷４に燃料電池１０から電力を供給し続けながら、水素タンク１１の圧力をモニターする。もし、既定圧力（ここでは水素タンク１１の残圧がほとんど無い状態である例えば２ｋＰａ）まで低下していなければ（Ｓ２２のＮｏ）、まだ水素は水素タンク１１内に残っているので、Ｓ２１に戻り引き続き停電回復判断以降の動作を行う。なお、既定圧力を０としてしまうと、水素タンク１１の内部に水素以外のガスが混入してしまう可能性があるので、残圧を僅かに残すために既定電圧を２ｋＰａ程度とした。
【００７５】
一方、水素タンク１１の圧力が既定圧力以下となり、水素が水素タンク１１内にほとんど無い状態になれば（Ｓ２２のＹｅｓ）、これ以上燃料電池１０による発電ができないので、燃料電池スイッチ１６をオフにして水素不足警告を発する（Ｓ２３）。その後、Ｓ９にジャンプして水素や空気の供給を停止してフローチャートを終了する。
【００７６】
このような動作を行うことにより、負荷４には電力が供給できなくなる。しかし、主電源１が異常時に、常に水素タンク１１に水素が満充填された状態の燃料電池１０で電力の大部分を供給しているので、本実施の形態１と同体積で、蓄電部９のみで負荷４に電力を供給する電源装置に比べると、長時間の供給が可能となり、主電源１の異常時の信頼性が向上する。
【００７７】
さて、Ｓ２１に戻って、主電源１の停電が回復したら（Ｓ２１のＹｅｓ）、整流装置３の故障を判断し（Ｓ２４）、もし故障していたら（Ｓ２４のＹｅｓ）、停電が回復しても主電源１から負荷４に電力を供給できないので、引き続き燃料電池１０から負荷４に電力を供給し続けるために、Ｓ２２にジャンプし、水素タンク１１の圧力判定以降の動作を行う。なお、この動作は整流装置３の故障と停電が同時に発生した場合に対応したものであり、この場合はたとえ停電が回復しても整流装置３は故障したままなので、燃料電池１０から継続して電力を供給し続ける。
【００７８】
一方、整流装置３が正常であれば（Ｓ２４のＮｏ）、主電源１からの電力供給が可能となり、燃料電池１０による発電は不要になるので、直ちに水素タンク１１からの水素供給を停止するとともに、ブロア１４をオフにして空気供給も止め、燃料電池スイッチ１６をオフにして、負荷４への電力供給を停止する（Ｓ２５）。その後、停電中に消費した水素を水素タンク１１に補充するためにＳ１１以降の動作を行う。
【００７９】
以上が本実施の形態１の電源装置の基本的な動作である。実際にはさらに細かい動作（例えば蓄電部９を放電した後の充電動作や、図示していない各種バルブの制御など）も行っているが、ここでは割愛している。また、図３のフローチャートでは省略しているが、図３とは別に停電や整流装置３の故障監視といった主電源１の異常判断を常時行う割り込みルーチンを実行させておき、例えば図３のＳ６以降の燃料電池異常判断中などに主電源１の異常を検出すれば、直ちに燃料電池１０の異常判断などの処理を中止し、Ｓ１８以降の補助電源５の動作ルーチンにジャンプするようにしている。これにより、制御部７がどのような処理を実行していても、主電源１の異常に対し迅速に対応できるので、極めて信頼性の高い電源装置が実現できる。
【００８０】
以上の構成、動作により、既定条件時に燃料電池１０を実際に動作させて正常に発電できるかを監視することで異常判断（起動確認）を行っているので、主電源１の異常時にも確実に燃料電池１０で発電することが可能となり、極めて信頼性の高い電源装置を実現できた。
【００８１】
なお、本実施の形態１では水素発生部１３を純水２０の電気分解式で構成したが、これに限定されるものではなく、例えば都市ガスやプロパンガス、灯油等を改質器で改質した後、水素のみをパラジウム膜等により抽出、精製する構成としてもよい。
【００８２】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２における電源装置のブロック構成図である。図５は本発明の実施の形態２における電源装置の動作を示すフローチャートである。
【００８３】
なお、本実施の形態２でも定置型の無停電電源システムとしての電源装置の例について説明する。また、図４の太線、細線、および点線矢印の意味は実施の形態１と同じである。
【００８４】
また、図４において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用いて詳細な説明を省略する。すなわち、本実施の形態２の構成上の特徴は図４において水素発生部１３と水素タンク１１の間の配管に電動式の切替弁３１を設けたことである。切替弁３１は三方弁構造をしており、内蔵モーターによって水素発生部１３から発生した水素を水素タンク１１に供給するか、水素タンク１１をバイパスして燃料電池１０に直接供給するか、または弁の角度によって水素発生部１３の水素をどちらにも流さないように閉状態にすることができる。
【００８５】
このような構成とすることで、水素発生部１３で生成した水素は水素タンク１１へも燃料電池１０へも供給することができる。従って、燃料電池１０の異常判断時には発電により消費される水素量が少ないので、水素発生部１３で生成した水素を使って異常判断し、主電源１が異常になって燃料電池１０を長時間動作させたことによる水素消費分を水素タンク１１に補充する時は、実施の形態１と同様に水素発生部１３で生成した水素を水素タンク１１に充填している。
【００８６】
これにより、実施の形態１では燃料電池１０の異常判断時に水素タンク１１から水素を供給していたので、異常判断毎に水素タンク１１へ水素を補充していたが、本実施の形態２では異常判断時に水素タンク１１の水素を一切使用しないので、異常判断後の水素補充が不要となる。その結果、水素補充中に主電源１が異常となった時に、必ず水素タンク１１は水素が満充填の状態であるため、負荷４への最長の電力供給がいつでも可能となり、さらに信頼性が高まる。
【００８７】
次に、この電源装置の基本動作について図５のフローチャートを参照しながら説明する。なお、図５において、図３と同じ動作をする部分には同一のステップ番号を付して詳細な説明は省略する。
【００８８】
図５において図３と異なる部分は、まず主電源１が正常時に燃料電池１０の異常判断を行うルーチン（Ｓ２６以降）である。すなわち、Ｓ１、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５で燃料電池１０の異常判断を行う条件が揃うと、まず制御部７は切替弁３１を燃料電池１０側に切り替える。次に水素発生部スイッチ２８をオンにする。これにより定電流源２７から水素発生部１３に直流の定電流が供給され、水素が発生する。この水素は切替弁３１によりバイパスを通って燃料電池１０に直接供給される。同時にブロア１４をオンにして空気も供給する。これにより、燃料電池１０の発電準備が整ったので、定電流負荷スイッチ３０をオンにして燃料電池１０を発電させる（以上、Ｓ２６）。この時の発電条件（負荷消費条件）は実施の形態１と同じである。
【００８９】
次に、燃料電池１０の両端電圧が正常であるか否かを判断し（Ｓ７）、異常であれば（Ｓ７のＮｏ）、直ちに切替弁３１を水素タンク１１側に切り替えて燃料電池１０への水素供給を止め、同時に水素発生部スイッチ２８をオフにして水素発生も止める。さらに、定電流負荷スイッチ３０をオフにして燃料電池１０による発電を停止させ、燃料電池異常警告を発する（以上、Ｓ２７）。その後ブロア１４をオフにして空気供給も止め（Ｓ２８）、フローチャートを終了する。
【００９０】
一方、Ｓ７で燃料電池１０が正常であれば（Ｓ７のＹｅｓ）、これ以上発電を継続する必要がないので、直ちに切替弁３１を水素タンク１１側に切り替えて燃料電池１０への水素供給を止め、同時に水素発生部スイッチ２８をオフにして水素発生も止める。さらに、ブロア１４をオフにして空気供給も止め、定電流負荷スイッチ３０をオフにする（以上、Ｓ２９）。これにより、燃料電池１０による発電を停止させる。
【００９１】
後は、実施の形態１と同様に、水素タンク１１の圧力判断以下の動作（Ｓ１１以降）を行う。なお、本実施の形態２では、上記した燃料電池１０の異常判断時に水素タンク１１に水素を一切使っていないが、それでも水素タンク１１の圧力判断を行っているのは、水素タンク１１から長期間の内に僅かずつ水素が減少していく可能性があり、それによる圧力低下を監視するためである。従って、既定圧力に達しなければ、たとえ燃料電池１０の異常判断で水素タンク１１の水素を使用していなくても、既定圧力になるまで水素を充填するようにしている。これにより、いつでも水素タンク１１には水素が満充填状態となり、極めて信頼性の高い電源装置が実現できる。
【００９２】
次に、実施の形態１と異なる部分は、主電源１が異常で燃料電池１０から負荷４に電力を供給している時に水素タンク１１の水素がなくなった場合（Ｓ２２のＹｅｓ以降）であるが、ここではＳ２７が図３のＳ８と異なる動作のため、フローチャートの表記上、違いが現れただけであり、動作（Ｓ３０→Ｓ２８）自体は実施の形態１と全く同じである。
【００９３】
上記以外の動作フローチャートは図３と同一である。
【００９４】
以上の構成、動作により、燃料電池１０の異常判断時に水素発生部１３で水素を生成して発電の異常判断を行うことから、水素タンク１１の水素を減らすことなく異常判断ができるので、主電源１の異常時に負荷４へ長時間の電力供給がいつでも可能となり、さらに信頼性の高い電源装置を実現できた。
【００９５】
（実施の形態３）
図６は本発明の実施の形態３における電源装置のブロック構成図である。図７は本発明の実施の形態３における電源装置の水素発生部の断面図である。図８は本発明の実施の形態３における電源装置の動作を示すフローチャートである。図９は本発明の実施の形態３における電源装置の燃料電池異常判断用駆動条件としての水素発生部の温度に対する水素発生部に供給する電流の相関図である。
【００９６】
なお、本実施の形態３では車載時の例として、車両制動時の非常用の電源装置について説明する。また、図６の太線、細線、および点線矢印の意味は実施の形態１と同じである。
【００９７】
また、図６、図７において、それぞれ図４、図２と同じ構成要素については同じ符号を用いて詳細な説明を省略する。すなわち、本実施の形態３は基本的には実施の形態２と同様の構造であるが、車載するにあたって以下の構成上の特徴を図６、図７を参照しながら説明する。
【００９８】
１）主電源１はバッテリに相当し、元々直流であるので、整流装置３はない。
【００９９】
２）それに伴い、整流装置故障検出部８もなく、さらに停電検出部６の替わりに、ほぼ同じ構成の主電源電圧検出部３２を設けた。
【０１００】
３）純水の供給源（水道水など）がないため、水素発生部１３への純水供給を自動的に行わず、水不足警告の発生時や車両の定期点検時等に手動で水素発生部１３へ純水２０を供給するようにした。
【０１０１】
４）それに伴い、水量上限センサ２１を廃した。
【０１０２】
５）純水２０の残量を検出するために、水素発生時の水電解素子２４に流れる電流を求めるようにした。そのため、定電流源２７に図示しない電流センサを内蔵した。
【０１０３】
６）水素発生部１３に貯蔵する純水２０は車両の振動による液面の変動を避けるために、図７に示すようにスポンジ状樹脂３３に含浸させるようにした。
【０１０４】
７）水素タンク１１の内部には希土類を含む合金からなる水素吸蔵合金（例えばＬａＮｉ5）を内蔵した。これにより、水素の満充填時の圧力を約２ＭＰａに低くできるので、高耐圧設計が不要となり水素タンク１１の小型化が可能となる上、コンプレッサやリザーバータンク等が不要となるため、それらの故障を考慮する必要がなくなり信頼性が向上する。
【０１０５】
８）主電源１の異常時にできるだけ速やかに水素を放出するために、図６に示すように水素タンク１１を燃料電池１０の近傍に配置し、発電時の燃料電池１０の熱を水素タンク１１に伝達するようにした。
【０１０６】
９）燃料電池１０の異常判断は車両の起動毎に行う。
【０１０７】
１０）搭載した燃料電池１０の大きさは主電源１が異常時に車両制動用の負荷４を駆動して安全に停車させることができるだけの電力が供給できる大きさとした。
【０１０８】
１１）それに伴い、水素タンク１１に貯蔵される水素量も最低限、上記電力を発電できるだけが必要であるので、安全係数を５倍とした水素量を貯蔵できるだけの大きさ、および水素吸蔵合金量とした。
【０１０９】
１２）車両使用中に水素タンク１１への水素充填を行わないようにした。従って、図６に示すように水素発生部１３から水素タンク１１に至る配管を廃し、切替弁３１は水素の供給、停止のみ行う水素弁３１ａに変更した。水素弁３１ａは燃料電池１０の異常判断時以外は常に閉じているので、主電源１の異常時に水素タンク１１から水素発生部１３への水素の逆流を防止している。
【０１１０】
以上が主要な構成上の変更点であるが、これらの内、電流センサ関連と水素発生部１３の構造関連について以下に詳しく説明する。
【０１１１】
まず、電流センサ関連について述べる。
【０１１２】
水素発生部１３内の純水２０の有無については、純水２０を電気分解するために水素発生部１３に電力を供給する定電流源２７に内蔵された図示しない電流センサによってモニターしている。すなわち、純水２０が無くなれば水電解素子２４をプロトンが伝導できなくなるため水素を生成することができず、そのため電流も流れなくなる。
【０１１３】
従って、電流センサの出力が既定電流に達しなければ純水２０が無いと判断している。この場合、運転者に対して水不足警告を行い、純水２０の給水を促す。
【０１１４】
次に、水素発生部１３の構造関連について図７を参照しながら説明する。
【０１１５】
実施の形態１で説明した水素発生部１３との最大の相違点は純水２０をスポンジ状樹脂３３に含浸させた点である。具体的には、水素発生部１３の内部には２つのスポンジ状樹脂３３、すなわち水素管１９側に配置したスポンジ状樹脂（以下、水素管側スポンジ状樹脂３３ａと呼ぶ）と酸素管１８側に配置したスポンジ状樹脂（以下、酸素管側スポンジ状樹脂３３ｂと呼ぶ）が配されている。両者のスポンジ状樹脂３３の空隙率は８０％とし、その空隙に純水２０が含浸された状態で貯蔵されている。このように純水２０を貯蔵することにより、車両の振動による水の飛散で酸素管１８や水素管１９が詰まるのを防止している。
【０１１６】
なお、実施の形態１で説明したのと同様に、電気分解時には酸素管１８側の純水２０が主に消費されるので、図２のように水素管側スポンジ状樹脂３３ａは酸素管側スポンジ状樹脂３３ｂより小さくしている。また、水電解素子２４が乾燥するのを防ぐため水素管側スポンジ状樹脂３３ａにも純水２０を含浸させている。
【０１１７】
ここで、酸素管１８、および水素管１９は、それぞれ酸素管側スポンジ状樹脂３３ｂ、および水素管側スポンジ状樹脂３３ａと接しない位置までの長さとした。これにより、発生した酸素、および水素は必ず空間２２を経由して排出されるので、スポンジ状樹脂３３に含まれる純水２０の酸素管１８や水素管１９の内部での詰まりを防止できる。
【０１１８】
なお、開口部２５は水素発生部１３の底部近傍に設けてあり、開口部２５に位置する水電解素子２４のみがスポンジ状樹脂３３と接する構成としているので、純水２０の残量が少なくなっても、底部近傍はスポンジ状樹脂３３に純水２０が含まれており電気分解が継続できる。
【０１１９】
また、車両寿命を１５年とし、毎日２回車両を起動する条件で、１回の燃料電池１０の異常判断に使用する水素量を生成できるだけの純水量を求めた結果から、水素発生部１３の大きさは余裕をみて約１Ｌ（リットル）とした。なお、その他の特に説明していない部分については実施の形態１と同じ構造である。
【０１２０】
以上のような構成上の特徴に基づいて、本実施の形態３の電源装置の動作を図８のフローチャートに従って説明する。
【０１２１】
まず、車両を起動すると制御部７に電力が供給され、図８のフローチャートが実行される。これにより、最初に異常判断フラグをオフにする（Ｓ５１）。なお、異常判断フラグは車両を起動してから燃料電池１０の異常判断が行われたか否かを示すフラグで、フラグがオンになれば異常判断を行ったことになる。この異常判断フラグを使用する理由は、低温時などで車両起動時に燃料電池１０の異常判断ができなかったことを示すためである。
【０１２２】
次に、温度センサ２６の出力が既定温度（５℃）以下であるか否かを判断する（Ｓ５２）。これは水素発生部１３の凍結可能性を検出するためであり、低温時には温度が既定温度より高くなるまで燃料電池１０の異常判断を行わない。
【０１２３】
もし、既定温度以下であれば（Ｓ５２のＹｅｓ）、異常判断を行わず、主電源１の異常監視以降の動作（Ｓ６１以降）を行う。これについては後述する。
【０１２４】
一方、既定温度より高ければ（Ｓ５２のＮｏ）、燃料電池１０の異常判断ルーチンを実行する。すなわち、まず異常判断を行う条件が整ったので、異常判断フラグをオンにする。次に、現在の温度に応じた定電流源２７の出力定電流値を設定する。さらに、水素弁３１ａを開き水素発生部スイッチ２８をオンにする（以上、Ｓ５３）。これにより、定電流源２７から設定された定電流が水素発生部１３の水電解素子２４に供給され、水素と酸素が生成する。
【０１２５】
ここで、温度に応じて定電流値を変える理由について説明する。
【０１２６】
発生した水素は気体であるので、一定電流で電気分解すると、一定時間内に発生する水素量が環境温度によって大きく変化してしまう。発生させたい水素量は燃料電池１０の大きさで決まっているので、単に一定電流で電気分解すると、必要水素量を得る時間が温度により大きく変化してしまい、特に低温時に時間がかかることになる。従って、一定時間内に同量の水素を発生させるためには温度に応じて電流値を変化させる必要がある。
【０１２７】
ここで、電解時間を１分と設定した。これは、水電解素子２４に流せる電流値と大きさから発生できる水素量を求めた結果、１分程度に設定しないと水電解素子２４の大型化や大電流化が不可避となることがわかったからである。なお、電解中（１分間）等に主電源１が異常となる可能性があるが、これに対しては実施の形態１の動作で説明したように、主電源１の異常を割り込みルーチンが監視するようにしている。従って、主電源１が異常になれば直ちに燃料電池１０の異常判断等の処理を中止し負荷４に電力を供給できるので、高信頼性が得られる。
【０１２８】
上記の電解条件で環境温度による電解電流を求めた結果が図９に示すグラフである。図９において、横軸は環境温度、すなわち水素発生部１３の温度（温度センサ２６で求める）を、縦軸は水電解素子２４に流す電解電流を示す。図９より温度が低いほど発生する水素量が減るので、その分多く電流を流す必要があることがわかる。しかし、使用温度範囲内（５℃〜８５℃）において最大電流は約１０Ａであるので、大電流に対応した配線系統とする必要がなくなる。
【０１２９】
なお、図９の電流範囲で水電解素子２４にかかる電圧は最低でも約３Ｖであったので、水の電気分解に要する電圧（約２Ｖ）を上回っており、どんな温度でも水の電気分解が可能であることがわかった。
【０１３０】
以上より、制御部７は図９のグラフに基づくデータを記憶しているので、現在の温度に対応する電解のための既定電流を求めて定電流源２７に送信している。
【０１３１】
ここで、図８のフローチャートに戻って、設定された既定の定電流が流れているかを定電流源２７に内蔵した電流センサで検出する。もし、既定電流が流れていなければ、水素発生部１３の純水２０が不足していることになるので水不足の警告を行うルーチン（後述するＳ６０以降）にジャンプする。
【０１３２】
一方、既定電流が流れていれば（Ｓ５４のＹｅｓ）、水素は正常に発生して燃料電池１０に供給されているので、ブロア１４をオンにして空気も供給するとともに、定電流負荷スイッチ３０をオンにして燃料電池１０の発電を開始する（以上、Ｓ５５）。なお、この時の定電流負荷２９の負荷電流条件（燃料電池１０の発電条件）は実施の形態１で述べたように負荷４が実際に消費する平均や最大の電力条件になるように設定してある。
【０１３３】
次に、電圧検出部１５で燃料電池１０の両端電圧を検出する。これが既定電圧に至らず異常値であれば（Ｓ５６のＮｏ）、燃料電池１０は異常であると判断できる。この場合は直ちに水素弁３１ａを閉じ、水素発生部スイッチ２８、および定電流負荷スイッチ３０をいずれもオフにするとともに、運転者に対して燃料電池１０の異常警告を行う（Ｓ５７）。その後、ブロア１４もオフにすることにより（Ｓ５８）、燃料電池１０を停止させ、フローチャートを終了する。この時の警告は継続して発し続けられるので、運転者に対し燃料電池１０の修理を促すことができる。
【０１３４】
なお、この場合は主電源１が異常になっても燃料電池１０から電力が供給できなくなるので、車両側の制御装置（図示せず）は電気的な油圧制御から機械的な油圧制御に切り替える。これにより、万一走行中に主電源１が異常になっても、ブレーキペダルが重くなるものの踏力により発生した油圧で車両を停止することができる。
【０１３５】
さて、フローチャートのＳ５６に戻って、もし燃料電池１０が正常であることがわかれば（Ｓ５６のＹｅｓ）、これ以上純水２０を無駄にする必要はないので、直ちに水素発生部スイッチ２８をオフにして水素の発生を止めるとともに、ブロア１４をオフにして空気供給を止め、定電流負荷スイッチ３０をオフにし、さらに水素弁３１ａを閉じて燃料電池１０の発電を停止する（Ｓ５９）。その後、主電源１の異常判断以降のルーチン（Ｓ６１）にジャンプする。
【０１３６】
ここでＳ５４に戻って、もし既定電流に至らなければ（Ｓ５４のＮｏ）、純水２０が不足していることになるので、直ちに水素弁３１ａを閉じ、水素発生部スイッチ２８をオフにすることで水素発生部１３の動作を停止し、運転者に純水不足を警告する（Ｓ６０）。これにより、運転者に水素発生部１３への純水２０の供給を促す。この後は純水２０が不足しているものの、燃料電池１０は正常であり、水素タンク１１の水素は使われていないので、主電源１が異常になっても負荷４に電力を供給できる。従って、次に通常の主電源１の異常監視ルーチンに入る（Ｓ６１以降）。
【０１３７】
まず、主電源１の電圧を主電源電圧検出部３２で検出し、異常であるか判断する（Ｓ６１）。ここで、主電源１は本実施の形態３ではバッテリなので、バッテリの最低出力電圧である９．５Ｖを既定電圧とし、断線などでそれ以下になると異常と判断している。
【０１３８】
もし、異常が無ければ（Ｓ６１のＮｏ）、温度センサ２６の出力が既定温度（５℃）以下であるかを判断する（Ｓ６２）。これは、低温時で燃料電池１０の異常判断ができなかった時、現時点では異常判断ができる温度に達したか否かを判断していることになる。もし、まだ既定温度以下であれば（Ｓ６２のＹｅｓ）、再びＳ６１に戻って主電源１の監視以降の動作を繰り返す。
【０１３９】
一方、既定温度より高ければ（Ｓ６２のＮｏ）、次に異常判断フラグの状態を調べる（Ｓ６３）。もし、異常判断フラグがオンならば（Ｓ６３のＮｏ）、すでに燃料電池１０の異常判断は終了しているので、再びＳ６１に戻って主電源１の監視以降の動作を繰り返す。
【０１４０】
一方、異常判断フラグがオフであれば（Ｓ６３のＹｅｓ）、まだ燃料電池１０の異常判断が行われていないものの、Ｓ６２で既定温度より高いことがわかっているので、この時点で初めて異常判断を行うことができる。従って、Ｓ５３にジャンプし、異常判断ルーチンを実行する。
【０１４１】
ここでＳ６１に戻って、主電源１の電圧が異常であった場合は（Ｓ６１のＹｅｓ）、直ちに負荷４へ蓄電部９の電力を出力すると同時に、燃料電池１０の起動を開始する。具体的には水素タンク１１の高圧水素が水素発生部１３に逆流しないように水素弁３１ａを閉じ、水素タンク１１から燃料電池１０に水素を供給するとともに、ブロア１４をオンにして空気も供給する（以上、Ｓ６４）。この状態で電圧検出部１５により燃料電池１０の起電圧を検出する。もし、起電圧が負荷４を駆動するための既定電圧に達していなければ（Ｓ６５のＮｏ）、再びＳ６５に戻り、既定電圧に達するまで待つ。
【０１４２】
既定電圧に達すれば（Ｓ６５のＹｅｓ）、燃料電池１０の発電準備が整ったので、負荷４に対して電力を供給するために燃料電池スイッチ１６をオンにする（Ｓ６６）。次に、主電源１の電圧を主電源電圧検出部３２で監視する。もし、何らかの理由で主電源１の電圧が回復したら（Ｓ６７のＹｅｓ）、直ちに燃料電池１０への水素供給を停止するとともにブロア１４をオフにし、さらに燃料電池スイッチ１６をオフにするとともに、これまでに水素タンク１１から使用した水素を満量まで補充するために水素充填警告を運転者に発する（Ｓ６８）。これにより燃料電池１０が停止し、無駄な水素の消費を抑制できる。さらに、水素充填警告に従って運転者が水素タンク１１に水素を満充填することで、再度主電源１の異常が発生しても燃料電池１０を十分起動でき、信頼性が高まる。
【０１４３】
一方、Ｓ６７で主電源１が回復していなければ、圧力センサ１２の出力を読み込み、水素タンク１１の圧力が既定圧力（水素タンク１１に空気などのガスが流入しないための下限圧力である２ｋＰａ）以下か否かを判断する（Ｓ６９）。もし、既定圧力より高ければ（Ｓ６９のＮｏ）水素はまだあるので、燃料電池１０の発電を続けながらＳ６７に戻り、主電源回復判断以降の動作を行う。
【０１４４】
一方、既定圧力以下になれば（Ｓ６９のＹｅｓ）水素がなくなったので、直ちに燃料電池スイッチ１６をオフにするとともに、運転者に対し水素不足を警告し、燃料電池１０への水素供給を停止する（以上、Ｓ７０）。さらに、Ｓ５８にジャンプしブロア１４をオフにすることによって燃料電池１０の発電を停止し、フローチャートを終了する。この場合も主電源１が異常のまま燃料電池１０の発電もできなくなったため、車両の制御装置（図示せず）は前記したように機械的な油圧制御に切り替えて、ブレーキペダル踏力による油圧で車両を停止できるようにする。
【０１４５】
以上が本実施の形態３の電源装置の基本的な動作であるが、実際には実施の形態１と同様のさらに細かい動作も行っている。
【０１４６】
以上の構成、動作により、車載用の補助電源５においても既定条件時に燃料電池１０を実際に動作させて正常に発電できるかを監視しているので、主電源１の異常時にも確実に燃料電池１０で発電することが可能となり、極めて信頼性の高い電源装置を実現できた。
【０１４７】
なお、本実施の形態３では負荷４として車両制動時の非常用の電源装置を例に説明したが、これはアイドリングストップ車のアイドリングストップ中における電装品駆動用バッテリの異常に対する補助電源など、他の車載システムの補助電源としての電源装置に適用してもよい。
【０１４８】
また、水素吸蔵合金を内蔵した水素タンク１１は実施の形態１や２で用いてもよい。但し、水素発生部１３で発生した水素には純水２０からの水蒸気が含まれるので、このまま水素吸蔵合金を内蔵した水素タンク１１に充填すると、水素中に含まれる水蒸気が水素吸蔵合金の表面と反応し、水素吸蔵能力が劣化してしまう。従って、この場合は充填配管経路の途中に除湿器を設ける必要がある。また、改質器を使用する場合は、上記と同様の理由により改質ガス中の水素のみを抽出するパラジウム膜等で構成された水素精製器も必要になる。
【産業上の利用可能性】
【０１４９】
本発明にかかる電源装置は、主電源の異常時に確実に動作できるように燃料電池の異常判断を行う高信頼な電源装置の構成としたので、特に無停電電源システムや車両用負荷に対する非常時の電源バックアップ用等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】本発明の実施の形態１における電源装置のブロック構成図
【図２】本発明の実施の形態１における電源装置の水素発生部の断面図
【図３】本発明の実施の形態１における電源装置の動作を示すフローチャート
【図４】本発明の実施の形態２における電源装置のブロック構成図
【図５】本発明の実施の形態２における電源装置の動作を示すフローチャート
【図６】本発明の実施の形態３における電源装置のブロック構成図
【図７】本発明の実施の形態３における電源装置の水素発生部の断面図
【図８】本発明の実施の形態３における電源装置の動作を示すフローチャート
【図９】本発明の実施の形態３における電源装置の燃料電池異常検出用駆動条件としての水素発生部の温度に対する水素発生部に供給する電流の相関図
【図１０】従来の電源装置のブロック構成図
【符号の説明】
【０１５１】
１  主電源
４  負荷
５  補助電源
７  制御部
９  蓄電部
１０  燃料電池
１１  水素タンク
１２  圧力センサ
１３  水素発生部
１８  酸素管
１９  水素管
２０  純水
２１  水量上限センサ
２３  仕切り板
２４  水電解素子
２５  開口部
２６  温度センサ
２７  定電流源
２９  定電流負荷
３３  スポンジ状樹脂
【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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