(57)【要約】 【課題】  軽量でかつ効率の高い電源設備を提供することである。【解決手段】  蓄電バスライン１６と出力バスライン１７とが設けられ、出力バスライン１７に負荷装置６が接続される。再生型燃料電池装置４は、燃料電池１１が出力バスライン１７に接続され、再生器１２が蓄電バスライン１６に接続される。太陽電池装置３は、パネルグループ１０毎に、蓄電バスライン１６および出力バスライン１７の両方に接続され、開閉手段３７の開閉動作の切換えによって、個別に電力の供給先が選択される。これによって軽量かつ小形の部品である開閉手段３７を用いて、太陽電池装置３から各バスライン１６，１７への電力の供給状態を切換えて、太陽電池装置３および再生型燃料電池装置４で得られる電力を効率良く負荷装置６に供給することができる。【選択図】      図１
2007049868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池パネルを備える太陽電池装置と、
燃料電池および再生器を備える再生型燃料電池装置と、
蓄電バスラインおよび出力バスラインを有し、蓄電バスラインには、太陽電池装置および再生器が接続され、出力バスラインには、太陽電池装置および燃料電池が接続されるとともに、負荷装置が接続され、太陽電池パネルで発電される電力が蓄電バスラインに供給される状態、および太陽電池パネルで発電される電力が出力バスラインに供給される状態のいずれかに、太陽電池パネルの温度によって発電電圧値が異なる特性を利用して、供給状態を切換える電力供給制御装置とを含むことを特徴とする電源設備。
【請求項２】
太陽電池装置は、複数の太陽電池パネルを有し、各太陽電池パネルが複数のパネルグループに分けられ、
前記電力供給制御装置は、
太陽電池装置の各パネルグループを蓄電バスラインにそれぞれ接続する複数の太陽電池蓄電ラインと、
太陽電池装置の各パネルグループを出力バスラインにそれぞれ接続する複数の太陽電池出力ラインと、
各太陽電池蓄電ラインに介在され、太陽電池蓄電ラインを開閉する開閉手段と、
各太陽電池出力ラインに介在され、太陽電池出力ラインにおける電力の供給方向を、太陽電池装置から出力バスラインの方向に限定する整流手段とを含むことを特徴とする請求項１記載の電源設備。
【請求項３】
複数のパネルグループに分けられる複数の太陽電池パネルを備える太陽電池装置と、
燃料電池および再生器を備える再生型燃料電池装置と、
燃料電池で発電される電力を負荷装置に供給するとともに、太陽電池パネルで発電される電力を、太陽電池パネルの温度によって発電電圧値が異なる特性を利用して各パネルグループ毎に振分けて、負荷装置および再生器のいずれかに供給する電力供給制御装置とを含むことを特徴とする電源設備。
【請求項４】
飛行船に搭載される電源設備であって、
各パネルグループは、飛行船の外皮の上部に、飛行船の機軸に沿って短冊状に並べられる複数の太陽電池パネルをそれぞれ有し、
各パネルグループは、飛行船の機軸に沿う方向および周方向に並べて設けられることを特徴とする請求項３記載の電源設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源設備に関し、飛行船に搭載される電源設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
成層圏プラットフォームに用いられる飛行船など、長期間にわたって滞空する飛行船では、飛行その他の任務遂行に必要な電力を確保する工夫が必要である。電力を得るための電源設備として、太陽電池パネルを用いる設備が考えられているが、太陽電池パネルは、太陽光を受けることができる昼間しか発電することができないので、夜間に発電できるように燃料電池を併用することが考えられている。このように太陽電池パネルなどの自然エネルギを利用する電力源と、燃料電池とを併用する給電システムが、たとえば特許文献１に示されている。
【０００３】
特許文献１の給電システムでは、単に、複数の電力源を負荷装置に並列に接続しているだけであり、このような構成では、効率が低くなってしまう。複数の電力源を併用して、高い効率で動作する電源システムが、たとえば特許文献２に示されている。この特許文献２の電源システムでは、ＤＣ／ＤＣコンバータをいることによって、効率を高くできるように構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータまたはＡＣ／ＤＣコンバータなどをいることによって、同様に効率を高くすることができる類似の技術は、特許文献３および４にも示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５６−９８３４２号公報
【特許文献２】特開２００３−１３４６９１号公報
【特許文献３】特開平１１−６９６３１号公報
【特許文献４】特開平４−３０８４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
効率が低い電源設備は、飛行船には不適であるし、またＤＣ／ＤＣコンバータなどを用いる構成では、構成が複雑化かつ大形化し、重量が大きくなってしまい、これまた飛行船の電源設備としては、不適である。このように飛行船に搭載する好適な電源設備、具体的には軽量でかつ効率の高い電源設備は、存在しない。
【０００６】
本発明の目的は、軽量でかつ効率の高い電源設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、太陽電池パネルを備える太陽電池装置と、
燃料電池および再生器を備える再生型燃料電池装置と、
蓄電バスラインおよび出力バスラインを有し、蓄電バスラインには、太陽電池装置および再生器が接続され、出力バスラインには、太陽電池装置および燃料電池が接続されるとともに、負荷装置が接続され、太陽電池パネルで発電される電力が蓄電バスラインに供給される状態、および太陽電池パネルで発電される電力が出力バスラインに供給される状態のいずれかに、太陽電池パネルの温度によって発電電圧値が異なる特性を利用して、供給状態を切換える電力供給制御装置とを含むことを特徴とする電源設備である。
【０００８】
本発明に従えば、電源設備には、太陽電池装置と再生型燃料電池装置とが設けられ、さらに蓄電バスラインと出力バスラインとが設けられ、出力バスラインに負荷装置が接続される。再生型燃料電池装置は、燃料電池が出力バスラインに接続され、再生器が蓄電バスラインに接続されている。太陽電池装置は、蓄電バスラインおよび出力バスラインの両方に接続され、太陽電池パネルで発電される電力は、電力供給制御装置による供給状態の切換えによって、蓄電バスラインおよび出力バスラインのいずれかに供給される。太陽電池パネルは、温度によって発電電圧値が異なる特性を有しており、電力供給制御装置は、太陽電池の前記特性を利用して、供給状態を切換える。このように蓄電バスラインおよび出力バスラインの２つのバスラインが設けられ、一方に再生器が接続されるとともに他方に燃料電池が接続され、両方に太陽電池装置が接続され、太陽電池パネルの前記特性を利用して、供給先が決定される。この構成によって、負荷装置に電力を供給するための供給源として、太陽電池装置と再生型燃料電池装置とを組合わせて用いるにあたって、１つのバスラインに再生器、燃料電池および太陽電池装置が共通に接続される構成に比べて、直流／直流（ＤＣ／ＤＣ）コンバータなどの重量の大きな大形の装置を用いることなく、軽量かつ小形の部品、たとえば継電器を含む開閉手段などを用いて、太陽電池装置から各バスラインへの電力の供給状態を切換えることによって、太陽電池装置および再生型燃料電池装置で得られる電力を効率良く負荷装置に供給することができる。
【０００９】
また本発明は、太陽電池装置は、複数の太陽電池パネルを有し、各太陽電池パネルが複数のパネルグループに分けられ、
前記電力供給制御装置は、
太陽電池装置の各パネルグループを蓄電バスラインにそれぞれ接続する複数の太陽電池蓄電ラインと、
太陽電池装置の各パネルグループを出力バスラインにそれぞれ接続する複数の太陽電池出力ラインと、
各太陽電池蓄電ラインに介在され、太陽電池蓄電ラインを開閉する開閉手段と、
各太陽電池出力ラインに介在され、太陽電池出力ラインにおける電力の供給方向を、太陽電池装置から出力バスラインの方向に限定する整流手段とを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明に従えば、太陽電池装置と各バスラインとが、太陽電池蓄電ラインおよび太陽電池出力ラインによってそれぞれ接続され、太陽電池蓄電ラインには開閉手段が介在され、太陽電池出力ラインには整流手段が介在される。これによって太陽電池パネルの前記特性に基づくパネルグループの発電電圧値の差を利用して、開閉手段の開閉を制御することによって、太陽電池装置から各バスラインへの電力の供給状態を切換えることができる。具体的には、発電電圧値の低い太陽電池パネルを有するパネルグループが蓄電バスラインに導通されるように開閉手段を閉じることによって、発電電圧値の高い太陽電池パネルを有するパネルグループの電力が自動的に出力バスラインに供給され、発電電圧値の低い太陽電池パネルを有するパネルグループの電力が蓄電バスラインに供給される。
【００１１】
また本発明は、複数のパネルグループに分けられる太陽電池パネルを備える太陽電池装置と、
燃料電池および再生器を備える再生型燃料電池装置と、
燃料電池で発電される電力を負荷装置に供給するとともに、太陽電池パネルで発電される電力を、太陽電池パネルの温度によって発電電圧値が異なる特性を利用して各パネルグループ毎に振分けて、負荷装置および再生器のいずれかに供給する電力供給制御装置とを含むことを特徴とする電源設備である。
【００１２】
本発明に従えば、電源設備には、太陽電池装置と再生型燃料電池装置とが設けられている。太陽電池装置は、複数の太陽電池パネルを備えており、各太陽電池パネルは、複数のパネルグループに分けられる。燃料電池で発電される電力は、負荷装置に供給され、太陽電池パネルで発電される電力は、太陽電池パネルの温度によって発電電圧値が異なる特性を利用して各パネルグループ毎に振分けて、負荷装置および再生器のいずれかに供給される。このように各太陽電池パネルをパネルグループに分けて、パネルグループ毎に発電される電力の供給先が制御される。この構成によって、負荷装置に電力を供給するための供給源として、太陽電池装置と再生型燃料電池装置とを組合わせて用いるにあたって、太陽電池装置で発電される電力を一纏めにして供給先を制御する構成に比べて、直流／直流（ＤＣ／ＤＣ）コンバータなどの重量の大きな大形の装置を用いることなく、軽量かつ小形の部品、たとえば継電器を含む開閉手段などを用いて、太陽電池装置で発電される電力の供給先を制御することができる。
【００１３】
また本発明は、飛行船に搭載される電源設備であって、
飛行船の外皮の上部に、飛行船の機軸に沿って延びる複数の短冊状の領域が、飛行船の機軸に沿う方向および周方向に並べられて想定され、
各太陽電池パネルは、飛行船の機軸に沿う方向および周方向に並べられ、同一の短冊状の領域に設けられる太陽電池パネルによって、パネルグループが構成されることを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、飛行船の機軸に沿って延びる複数の短冊状の領域が設定され、同一の短冊状の領域に設けられる太陽電池パネルによって、パネルグループが構成される。飛行船の外皮は、３次元曲面形状であり、各パネルグループ毎に、太陽光の日照量が異なって、太陽電池パネルの温度に差を生じる。これによって各グループ毎に発電電圧値に差を生じるので、この差を利用して、各パネルグループ毎に、負荷装置および再生器のいずれに電力を供給するか振分けられる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、２つのバスラインを設けることによって、軽量かつ小形の部品を用いて、太陽電池装置から各バスラインへの電力の供給状態を切換えることが可能になり、太陽電池装置および再生型燃料電池装置で得られる電力を効率良く負荷装置に供給することができる。したがって軽量、小形かつ簡素化された優れた電源システムを得ることができる。
【００１６】
また本発明によれば、開閉手段の開閉を制御することによって、太陽電池装置から各バスラインへの電力の供給状態を切換えることができる。このように軽量、小形かつ簡素化された優れた電源システムを具体的に実現することができる。
【００１７】
また本発明によれば、太陽電池パネルで発電される電力は、各パネルグループ毎に振分けて、負荷装置および再生器のいずれかに供給されるので、軽量かつ小形の部品をいて、太陽電池装置で発電される電力の供給先を制御することができる。したがって軽量、小形かつ簡素化された優れた電源システムを得ることができる。
【００１８】
また本発明によれば、飛行船の外皮は、３次元曲面形状であり、各パネルグループ毎に、太陽光の日照量が異なって、太陽電池パネルの温度に差を生じるので、各グループ毎に発電電圧値に差を生じる。太陽電池装置で発電される電力は、発電電圧値の差を利用して、各パネルグループ毎に、負荷装置および再生器のいずれに電力を供給するか、振分けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の実施の一形態の電源設備１を示す回路図である。図２は、電源設備１が設けられる飛行船２を側方から見て示す正面図である。図３は、電源設備１を簡略化して示すブロック図である。電源設備１は、電力供給源として、太陽電池装置３および再生型燃料電池装置４の２つの発電装置を備えている。太陽電池装置３は、太陽光を利用して発電する複数の太陽電池パネル６５を有し、各太陽電池パネル６５が複数のパネルグループ１０にグループ分けされている。再生型燃料電池装置４は、燃料を利用して発電する燃料電池１１と、燃料電池１１で発電時に生成された生成物から燃料を再生する再生器１２とを有している。再生型燃料電池装置４では、燃料電池１１は燃料を化学反応させて発電し、再生器１２は燃料電池１１による化学反応と逆反応によって燃料電池１１での化学反応によって生成される物質から燃料を生成する。再生型燃料電池装置は、外部からエネルギが与えられることによって燃料を再生する。
【００２０】
電源設備１は、さらに電力供給制御装置５を備え、電力供給制御装置５は、負荷装置６で必要とされる電力を、太陽電池パネル６５で発電される電力を優先させて、太陽電池パネル６５および燃料電池１１から供給する。電力供給制御装置５は、負荷装置６で必要とされる電力を、各太陽電池パネル６５だけで賄うことができない場合、各太陽電池パネル６５で発電される電力を負荷装置６に供給し、負荷装置６で必要な電力の不足分を補うために燃料電池１１から負荷装置６に電力を供給する。また電力供給制御装置５は、負荷装置６で必要とされる電力を、各太陽電池パネル６５だけで賄うことができる場合、燃料電池１１から負荷装置６への電力供給を停止して各太陽電池パネル６５からだけ負荷装置６に電力を供給し、さらに負荷装置６に電力を供給しても、各太陽電池パネル６５で発電される電力に余剰分があれば、その余剰分を再生器１２に供給する。
【００２１】
このように電力供給制御装置５は、負荷装置６で必要な電力に対する各太陽電池パネル６５で発電される電力の過不足によって、各太陽電池パネル６５で発電される電力の供給先を、負荷装置６および再生器１２のいずれかに振分けている。太陽電池パネル６５は、太陽電池パネル６５の温度が低い状態では、発電される電力の電圧値が高く、太陽電池パネル６５の温度が高い状態では、発電される電力の電圧値が低くなる特性を有している。詳細については後述するが、本発明は、電力供給制御装置５を、このような太陽電池パネル６５の温度と発電電圧値とに関する特性を利用して、太陽電池パネル６５で発電される電力を、負荷装置６および再生器１２のいずれかに振分ける構成とすることによって、簡素な構成で軽量化を達成できる電源設備１を実現するものである。
【００２２】
電源設備１は、飛行船２に搭載される電源設備であり、特に長期間にわたって滞空する飛行船２に好適に実施される。飛行船２は、たとえば成層圏プラットフォームに利用する飛行船である。負荷装置６は、飛行船２を推進する推進装置、ならびに飛行船２に与えられる通信および観測を含む任務を遂行するための機器を含む。前述のように電源設備１は、軽量化を達成できるので、飛行船２の電源設備として好適に搭載することができる。
【００２３】
電力供給制御装置５は、太陽電池装置３、再生型燃料電池装置４および負荷装置６を電気的に接続する接続装置である接続箱１３と、接続箱１３を制御する電源制御装置１４とを有する。接続箱１３は、ハウジング１５内に、蓄電バスライン１６および出力バスライン１７の２つのバスラインを有している。ハウジング１５には、地上などに設けられる外部電源２００が着脱可能にかつ電気的に接続される外部電源接続コネクタ１９が設けられており、各バスライン１６，１７は、外部電源接続開閉手段２０，２１がそれぞれ介在される外部電源接続ライン２２，２３によって、外部電源接続コネクタ１９に共通に電気的に接続されている。またハウジング１５には、負荷装置６が電気的に接続される負荷装置接続コネクタ２５が設けられており、出力バスライン１７は、負荷装置接続開閉手段２６が介在される負荷装置接続ライン２７によって、負荷装置接続コネクタ２５に接続されている。
【００２４】
接続箱１３は、さらに、太陽電池装置３と各バスライン１６，１７とを電気的に接続する複数の太陽電池接続ライン１８を有する。各太陽電池接続ライン１８は、太陽電池装置３の各パネルグループ１０毎にそれぞれ対応して設けられる。各太陽電池接続ライン１８は、共通ライン部３０と、共通ライン部３０に電気的に接続されている蓄電ライン部３１と、共通ライン部３０に電気的に接続されている出力ライン部３２とを有する。ハウジング１５には、各パネルグループ１０が個別にかつ電気的にそれぞれ接続される複数のパネル接続コネクタ３５が設けられており、各共通ライン部３０は、各パネル接続コネクタ３５に電気的にそれぞれ接続されている。また蓄電ライン部３１は、蓄電バスライン１６に電気的にそれぞれ接続され、出力ライン部３２は、出力バスライン１７に電気的にそれぞれ接続されている。共通ライン部３０には、太陽電池接続共通開閉手段３６が介在され、蓄電ライン部３１には、太陽電池接続蓄電開閉手段３７が介在される。出力ライン部３２には、各パネルグループ１０から出力バスライン１７に向かう方向の電流の流れを許容し、逆方向の電流の流れを阻止する太陽電池接続整流手段３８が介在されている。
【００２５】
接続箱１３は、さらに、燃料電池１１と出力バスライン１７とを電気的に接続する燃料電池接続ライン４０を有する。ハウジング１５には、燃料電池１１が電気的に接続される燃料電池接続コネクタ４２が設けられており、燃料電池接続ライン４０は、燃料電池接続コネクタ４２に接続されている。また燃料電池接続ライン４０は、出力バスライン１７に接続されている。燃料電池接続ライン４０には、燃料電池接続開閉手段４３と、燃料電池１１から出力バスライン１７に向かう方向の電流の流れを許容し、逆方向の電流の流れを阻止する燃料電池接続整流手段４４とが、介在されている。
【００２６】
接続箱１３は、さらに、再生器１２と蓄電バスライン１６とを電気的に接続する再生器接続ライン４１を有する。ハウジング１５には、再生器１２が電気的に接続される再生器接続コネクタ４５が設けられており、再生器接続ライン４１は、再生器接続コネクタ４５に接続されている。また再生器接続ライン４１は、蓄電バスライン１６に接続されている。再生器接続ライン４１には、再生器接続開閉手段４６と、蓄電バスライン１６から再生器１２に向かう方向の電流の流れを許容し、逆方向の電流の流れを阻止する再生器接続整流手段４７とが、介在されている。
【００２７】
電力供給制御装置５は、さらに、太陽電池装置３の発電特性を検出する検出装置である太陽電池ＩＶチェッカ５５を備えている。太陽電池ＩＶチェッカ５５は、太陽電池装置で発電される電力の電圧値と電流値との関係であるＩＶ特性を表すＩＶ曲線と、最大電力値とを求め、求めたＩＶ曲線および最大電力値を電源制御装置１４に与える。
【００２８】
太陽電池ＩＶチェッカ５５は、ハウジング１５に設けられるチェッカ接続コネクタ５６に電気的に接続されている。チェッカ接続コネクタ５６は、接続箱１３に設けられるチェッカ接続ライン５７によって、各太陽電池接続ライン１８の共通ライン部３０に、電気的にそれぞれ接続されている。チェッカ接続ライン５７は、幹ライン部５８と、幹ライン部５８に電気的に接続される複数の枝ライン部５９とを有している。幹ライン部５８は、チェッカ接続コネクタ５６に電気的に接続されている。各枝ライン部５９は、各太陽電池接続ライン１８の本数と同本数設けられ、各太陽電池接続ライン１８の共通ライン部３０にそれぞれ接続されている。各枝ライン部５９には、チェッカ接続開閉手段６０がそれぞれ介在されている。
【００２９】
また電源設備１は、蓄電池装置であるサブバッテリ５０を備えている。サブバッテリ５０は、ハウジング１５に設けられるサブバッテリ接続コネクタ５１に電気的に接続されている。サブバッテリ接続コネクタ５１は、接続箱１３に設けられるサブバッテリ接続ライン５３によって、出力バスライン１７に電気的に接続されている。サブバッテリ接続ライン５３には、サブバッテリ接続開閉手段５２が介在されている。
【００３０】
電源制御装置１４は、たとえばコンピュータによって実現され、太陽電池ＩＶチェッカ５５の検出結果を含む各種情報に基づいて、各開閉手段２０，２１，２６，３６，３７，４３，４６，５２，６０に開閉動作を指示する信号を与え、各開閉手段２０，２１，２６，３６，３７，４３，４６，５２，６０の開閉動作を制御する。電源制御装置１４は、各チェッカ接続開閉手段６０と各太陽電池接続開閉手段３６とは、互いに接続される共通ライン部３０および枝ライン部５９にそれぞれ接続されるチェッカ接続開閉手段６０と各太陽電池接続開閉手段３６とが対をなし、一方が開状態にある場合他方が閉状態になるように、連動させて開閉動作を制御し、その他は、個別に開閉動作を制御する。これによって電源制御装置１４は、太陽電池装置３と、再生型燃料電池装置４と、負荷装置６と、外部電源１８と、サブバッテリ５０と、太陽電池ＩＶチェッカ５５の接続状態を制御し、電力の供給状態を制御することができる。図面には、図が複雑になって理解が困難になることを避けるために、電源制御装置１４から各開閉手段２０，２１，２６，３６，３７，４３，４６，５２，６０への信号配線は、省略する。
【００３１】
太陽電池装置３は、飛行船２の機体を構成する外皮６１の上部６２に装着して設けられる。再生型燃料電池４、電力供給制御装置５およびサブバッテリ５０は、電源ユニット６３を構成し、電源ユニット６３は、飛行船２の機体の下部６４に、装着されている。接続箱１３に設けられる各開閉手段２０，２１，２６，３６，３７，４３，４６，５２，６０は、開閉動作によってラインの導通および遮断状態を切換える手段であり、たとえば継電器によってそれぞれ実現される。接続箱１３に設けられる各整流手段３８，４４，４７は、たとえばダイオードによってそれぞれ実現される。
【００３２】
太陽電池パネル６５は、前述のように、温度によって発電される電力の電圧値が異なる特性を有しており、パネルグループ１０毎に、出力される電力の電圧値が異なる。太陽電池装置３で発電される電力は、パネルグループ１０毎に、太陽電池接続共通開閉手段３６が閉じられる状態において、太陽電池接続蓄電開閉手段３７の開閉状態に応じて蓄電バスライン１６，１７のいずれかに供給される。太陽電池接続共通開閉手段３６が閉じられる状態において、太陽電池接続蓄電開閉手段３７が開いている太陽電池接続ライン１８に接続されるパネルグループ１０で発電される電力は、発電電圧値の高いパネルグループ１０から順次、太陽電池接続整流手段３８を介して自動的に出力バスライン１７に供給される。このように発電電圧値の高いパネルグループ１０から出力バスライン１７に電力が供給されて、出力バスライン１７の電位が蓄電バスライン１６の電位よりも高くなっているので、太陽電池接続共通開閉手段３６が閉じられる状態において、太陽電池接続蓄電開閉手段が閉じている太陽電池接続ライン１８に接続されるパネルグループ１０で発電される電力は、太陽電池接続蓄電開閉手段３７を介して蓄電バスライン１６に供給される。太陽電池接続共通開閉手段３６が開きかつチェッカ接続開閉手段６０が閉じられると、パネルグループ１０で発電される電力は、太陽電池ＩＶチェッカに供給され、この状態で各バネルグループ１０の発電特性が検出される。
【００３３】
燃料電池接続開閉手段４３が閉じられると、燃料電池１１で発電される電力は、燃料電池接続整流手段４４を介して自動的に出力バスライン１７に供給される。再生器接続開閉手段４６が閉じられると、蓄電バスライン１６に供給される電力は、再生器接続整流手段４７を介して自動的に再生器に供給される。サブバッテリ接続開閉手段５２が閉じられると、出力バスライン１７に供給される電力の過不足に応じて、余剰している場合は、出力バスライン１７からサブバッテリ５０に供給され、不足している場合には、サブバッテリ５０から出力バスライン１７に供給される。
【００３４】
負荷装置接続開閉手段２６が閉じられると、出力バスライン１７に供給される電力は、負荷装置に供給される。飛行船２が地上にあり、外部電源２００が接続される状態で、外部電源接続開閉手段２０，２１が閉じられると、外部電源２００から電力が各バスライン１６，１７に供給される。このような外部電源２００からの電力は、負荷装置６の駆動、燃料の再生、サブバッテリ５０の蓄電量の充満化のために用いられる。
【００３５】
図４は、飛行船２を上方から見て示す平面図である。図４には、太陽電池パネル６５のグループ分けを理解しやすくするために、隣接するパネルグループ１０同士は異なるハッチングとなるように、太陽電池パネル６５にハッチングを付して示す。太陽電池装置３は、太陽電池モジュールとも呼ばれる複数の太陽電池パネル６５を有し、各太陽電池パネル６５が複数のグループに分けられて、複数のパネルグループ１０が構成される。したがって各パネルグループ１０は、複数の太陽電池パネル６５を有している。太陽電池装置３は、各太陽電池パネル６５が、複数の太陽電池セルを組合わせて構成されており、各太陽電池セルでそれぞれ発電することができる。
【００３６】
各パネルグループ１０は、飛行船２の外皮６１の上部６２に、飛行船２の機軸Ｌに沿って短冊状に並べられる複数の太陽電池パネル６５をそれぞれ有する。これら各パネルグループ１０は、飛行船２の機軸Ｌに沿う方向および周方向に並べて設けられる。具体的には、パネルグループ１０は、飛行船２の機軸Ｌを含む上下の仮想平面と外皮６１の上部６２との交線を基準線６７として、基準線６７の両側に複数列ずつ、基準線６７に関して対称となるように、基準線６７に沿って並べられている。各パネルグループ１０は、基本的には、上方から見たときに直線状に並べられるが、翼を含む障害物が存在する部分では、左右にずらして並べられる。基準線６７に近い列には、基準方向へ広い領域にわたって多くの枚数の太陽電池パネル６５が並び、基準線から遠い列になるにしたがって太陽電池パネル６５が並べられる領域が短くなり、並べられる太陽電池パネル６５の枚数も少なくなる。図４には、２本の太陽電池接続ライン１８を代表して示す。
【００３７】
電力供給制御装置５は、さらに、太陽電池パネル６５の温度、具体的には太陽電池セルの温度であるセル温度を検出する温度検出装置である温度計６６と、太陽電池パネル６５への日照量、具体的には太陽電池セルへの日照量を検出する日照量検出装置である日照量計６７とを有している。温度計６６については、図４には、１つずつだけを代表して示すが、温度計６６は、１つのパネルグループ１０に２つずつ設けられ、各パネルグループ１０毎に２点で計測することができる。日照量計６７は、１つのパネルグループ１０に１つずつ設けられ、各パネルグループ１０毎に１点で計測することができる。
【００３８】
各温度計６６で検出されるセル温度は、電源制御装置１４に与えられる。各日照量計６７で検出される日照量は、電源制御装置１４に与えられる。電源制御装置１４は、これら各温度計６６および各日照量計６７の検出結果とともに、太陽電池ＩＶチェッカ５５によって検出される発電特性に基づいて、各パネルグループ１０毎に、発電電力値および故障の有無を判断し、各開閉手段２０，２１，２６，３６，３７，４３，４６，５２，６０の開閉動作を制御している。各日照量計６７は、専用のセンサによって実現されてもよいが、本実施の形態では、省スペース化のために、予め定める１つの基準太陽電池セルが日照量計として兼用され、その基準太陽電池セルで発電される電力の電圧値、電流値およびセル温度から日照量が求められる。
【００３９】
図５は、再生型燃料電池装置４の構成を示すブロック図である。再生型燃料電池装置４は、燃料として他の燃料を用いる構成であってもよいが、本実施の形態では、燃料として水素（Ｈ２）および酸素（Ｏ２）が用いられる構成である。再生型燃料電池装置４は、燃料電池１１および再生器１２に加えて、水素を貯留する水素タンク７０と、酸素を貯留する酸素タンク７１と、水（Ｈ２Ｏ）を貯留する水タンク７２とを有している。燃料電池１１では、水素タンク７０から水素を取込むとともに、酸素タンク７１から酸素を取込んで、水素と酸素とを化学反応させて発電し、その化学反応によって生成される水を水タンク７２に排出する。再生器１２では、水タンク７２から水を取込んで水を電気分解し、水素と酸素とを生成して、水素を水素タンク７０に排出し、酸素を酸素タンク７１に排出する。
【００４０】
図６は、太陽電池装置３、再生型燃料電池装置４およびサブバッテリ５０の電圧値および電流値の関係を示すグラフである。図６に示す関係は、一例であり、これに限定されるものではない。図６の横軸は、電流値を示し、縦軸は電圧値を示す。太陽電池装置３は、図６の点線７５ａ〜７５ｆで示すような発電特性であるＩＶ特性を有しており、日照量の変化を含む要因によって発電される電力値が変化する。日照量が小さい場合は、図の左寄りの点線７５ａのように発電電力値が小さく、日照量が大きい場合は、図の右寄りの点線７５ｆのように発電電力値が大きくなるが、日照量に拘わらず、最大電圧値よりも少し低い電圧値で発電する運転状態において、発電電力値が最も大きくなり、効率が最も良くなる。また太陽電池装置３は、前述のように太陽電池セルの温度によって最大電圧値が変化し、温度が高くなるにつれて、最大電圧値が低くなるが、図６には、理解を容易にするために温度が一定であると仮定して示す。前述の太陽電池装置３の最も効率の良い運転状態における電圧値を、以下、太陽電池最大効率電圧値という。
【００４１】
燃料電池１１は、図６に実線７７ａ，７７ｂおよび破線７７ｃで示されるように、電流値と電圧値とが反比例するＩＶ特性を有しており、電流値が大きい運転状態になるにつれて、電圧値が低くなる。燃料電池１１は、発電電力の電力値が最も大きくなる運転状態では、電圧値が最も低くなり、電流値が最も大きくなる。図６には、太陽電池装置３の発電電力値と燃料電池１１の発電電力値とを合成して示すために、複数本のＩＶ特性を示す線７７ａ〜７７ｃを記す。再生器１２は、図６に二点鎖線７９で示すように、消費電力値が大きくなる定格最大運転時における電圧値が最も高くかつ電流値が最も大きく、消費電力値が小さくなるにつれて、電圧値が低くなるとともに電流値が比例関係を保って小さくなるＩＶ特性を有している。
【００４２】
またサブバッテリ５０は、図６に二重破線７８で示されるように、発電電力の電流値と電圧値とが反比例するＩＶ特性を有しており、電流値が大きい運転状態になるにつれて、電圧値が小さくなる。サブバッテリ５０は、最も発電電力が大きくなる運転状態では、電圧値が最も小さくなり、電流値が最も大きくなる。
【００４３】
電源設備１は、太陽電池最大効率電圧値を基準にして、各機器の電圧設計、具体的には、太陽電池装置３、再生型燃料電池装置４およびサブバッテリ５０の電圧が決定される。電圧設計では、まず、太陽電池最大効率電力点Ｐ１と、再生器１２の最大効率運転時の電力点とが一致するように、太陽電池最大効率電圧値と、再生器１２の最大効率運転時の電圧値とが同一に決定される。次に、燃料電池１１の最大電圧点Ｐ２の電圧値である燃料電池１１の発電電力の最も高い電圧値である最大開放電圧値が、再生器１２の運転可能な最も低い電圧値である運転最低電圧値付近、実際には、運転最低電圧値よりも少し高くかつ再生器１２の最大効率運転時の電圧値よりも低い電圧値に決定される。最後に、サブバッテリ５０の最大電圧点Ｐ３の電圧値が、燃料電池１１の最も発電電力が大きくなる運転時最大電力点Ｐ４の電圧値付近に、サブバッテリ５０の出力電圧値が決定される。具体的には、サブバッテリの最も高い出力電圧値が、燃料電池１１の最大運転時の電圧値よりも少し高くなり、サブバッテリの最も低い出力電圧値が、燃料電池１１の最大運転時の電圧値よりも低くなるよに決定される。
【００４４】
このように電源設備１の出力電圧は、最も小さい出力電圧値であるサブバッテリの最大運転時の出力電圧値から、最も大きい出力電圧値である太陽電池装置３の最大出電圧値までの範囲となる。負荷装置６は、この電源設備１の出力電圧変動範囲を考慮して、この範囲内の電圧で駆動可能に設計される。負荷装置６の最大消費電力値は、たとえば図６に一点鎖線７４で示される。太陽電池装置３および燃料電池１１は、負荷装置６の最大消費電力値以上の発電電力値を有している。
【００４５】
図７は、電源設備１の電源制御装置１４における基本的な制御動作を説明するための図である。電源設備１は、夜間の太陽電池装置３による発電が不可能な状況下では、燃料電池１１で発電される電力を負荷装置６に供給するように制御しているが、昼間の太陽電池装置３による発電が可能な状況下では、太陽電池装置３で発電される電力を、機体運用のために負荷装置６に供給し、太陽電池装置３で発電される電力に余剰分がある場合、再生器１２に供給するように制御し、万一、太陽電池装置３で発電される電力だけでは電力が不足した場合、燃料電池１１で補充するように制御する。
【００４６】
太陽電池装置３の各太陽電池パネル６５は、太陽８０からの光線と太陽電池パネル６５の受光面との成す角度が９０度である正対状態で、最も日照量が大きくなって発電電力値が大きくなり、太陽８０からの光線と太陽電池パネル６５の受光面との成す受光角度が小さくなるにつれて、日照量が小さくなって発電電力値が小さくなる。飛行船２の外皮６１は、略回転楕円体形状であり、図７（１）の飛行船２の斜視図に示すように、各太陽電池パネル６５は、領域Ｓ１，Ｓ２によって、発電電力値が異なる。
【００４７】
さらに図７（３）のグラフに示すように、太陽８０からの光線と受光面との成す角度が大きい太陽電池パネル６５は、前記角度が小さい太陽電池パネル６５に比べて、温度（セル温度）が高くなり、発電電圧値が低くなる。図７（３）には、一例として、太陽８０に正対する太陽電池パネル６５のＩＶ特性を実線８１で示し、太陽８０からの光線と受光面との成す角度が６０度の太陽電池パネル６５のＩＶ特性を一点鎖線８３で示す。図７（１）に示す状態では、領域Ｓ１に含まれる部分が大きいパネルグループ１０の発電電圧値が低く、領域Ｓ２に含まれる部分が大きいパネルグループ１０の発電電圧値が高い。
【００４８】
このように各パネルグループ１０毎に、発電電圧値が異なり、各パネルグループ１０で発電される電力は、発電電圧値の高いパネルグループ１０で発電される電力から順次、自動的に出力バスライン１７を経て負荷装置６に供給される。電源制御装置１４は、太陽電池ＩＶチェッカ５５によって検出されるＩＶ曲線および最大電力値に基づいて、太陽電池装置３で発電される電力に、余剰分があるか否かを判定し、余剰分がある場合、セル温度の低い太陽電池パネル６５で構成されるパネルグループ１０を、太陽電池接続蓄電開閉手段３７を閉じて、蓄電バスライン１６に導通させ、再生器１２に供給するように制御する。
【００４９】
このように電源設備１では、太陽電池パネル６５が有する「温度によって発電電圧値が異なる」という特性を利用し、ＤＣ／ＤＣコンバータなどの重量が大きな装置を用いることなく、開閉手段と整流手段とを組合わせた軽量な構成で、太陽電池装置３で発電される電力の供給制御が可能になる。また負荷装置６で消費される電力が変動したとしても、その変動が再生器１２に供給される電力に影響を与えることがなく、電力を安定して再生器１２に供給することができる。太陽電池接続蓄電開閉手段３７を閉じて、蓄電バスライン１６に導通させるパネルグループ１０は、温度計６６および日照量計６７の検出結果に基づいて、電源制御装置１４で選択される。
【００５０】
図８は、太陽電池装置３で発電される電力の振分け方を示すブロック図である。図９は、飛行船２の姿勢が変化した場合の太陽電池装置３で発電される電力の振分け方を示すブロック図である。図１０は、電源制御装置１４による電力の振分け方法を示すフローチャートである。図８および図９には、各パネルグループ１０を、発電電力値に合せて面積を変化させて示す。面積の大きなパネルグループ１０が発電電力値の大きなグループである。電源制御装置１４は、太陽電池装置３で発電される電力の振分け制御動作をステップｓ０で開始すると、ステップｓ１で日照量計６７から検出結果を受取り、各パネルグループ１０の日照量を取得する。次にステップｓ２で、電源制御装置１４は、日照量から各パネルグループ１０の発電電力値の大小を判断し、パネルグループ１０を順位付けする。図８および図９には、１２個のパネルグループ１０がある場合を想定して、発電電力値が高いパネルグループ１０から順に、Ｎ１、Ｎ２、…、Ｎ１２を、順位を示す符号として付す。
【００５１】
飛行船２は、太陽８０からの熱輻射によって熱を受領すると、外皮６１内の気体の温度が上昇する。このように外皮６１内の気体の温度が上昇すると、これに伴う圧力の高騰によって外皮６１の破損に繋がるおそれがあるので、外皮６１内の気体を排出しなければならない。このように外皮６１内の気体を排出すると、飛行船２の重量が小さくなり、浮力が増加して飛行船２が上昇してしまう。飛行船２は、定点滞空して任務を遂行する必要がある場合、高度が変化すると、任務を遂行できなくなるおそれがあるので、高度変化に繋がる外皮６１内の気体の温度変化を防ぐために、予め定める領域内で旋回飛行して、外気との対流による熱交換を行って、外皮６１内の気体の温度変化を防止している。
【００５２】
飛行船２が旋回飛行すると、飛行船２の太陽８０に対する姿勢が変化するので、太陽８０からの光線の受光角度が変化し、各パネルグループ１０毎に、発電電力値が変化して、発電電力値が大きくなるパネルグループ１０が変化する。したがって電源制御装置１４は、日照量計６７の検出結果から、各パネルグループ１０の発電電力値の大小を判定し、発電電力値の大小によって順位付けを行う。
【００５３】
このように各パネルグループ１０の順位付けが終了すると、次にステップｓ３で、電源制御装置１４は、負荷装置６の駆動に必要な駆動電力を確保する。電源制御装置１４は、機体運用である負荷装置６の駆動に定常的に用いられる電力と、負荷装置６での消費電力が増加方向へ変動した場合に必要となると予測される電力とを合せた合計電力が得られる数のパネルグループ１０を、負荷装置６の駆動用として確保する。図８では、発電電力値の小さいほうから順に、Ｎ１２〜Ｎ１０の３つのパネルグループ１０が、負荷装置６の駆動に定常的に用いられる電力を供給するグループであり、残りのうち、発電電力値の小さいほうから順に、Ｎ９、Ｎ８の２つのパネルグループ１０が、負荷装置６の消費電力の変動した場合の電力を得るためのグループである。このように５つのパネルグループ１０を、負荷装置６の駆動用として確保する。このステップｓ３では、負荷装置６の駆動用に振分けられたパネルグループ１０が、再生器１２に導通される場合には、導通を遮断する。
【００５４】
次にステップｓ４で、電力制御装置１４は、負荷装置６の駆動用の電力を確保した上で、再生器１２に供給する電力があるか否か判断する。全てのパネルグループ１０の電力を負荷装置６に供給しなければ、負荷装置６の駆動に必要な電力を確保できない、または全ての全てのパネルグループ１０の電力を供給しても、負荷装置６の駆動に必要な電力を確保できない場合には、ステップｓ６に進んで振分け制御動作を終了する。
【００５５】
電力制御装置１４は、ステップｓ４で余剰があると判断すると、ステップｓ５に進み、再生器１２に電力を供給するためのパネルグループ１０を設定する。具体的には、負荷装置６用として確保したパネルグループ１０を除く残余のパネルグループ１０から、前述の予測の範囲を超えて負荷装置６の駆動に電力が増加しても、負荷装置６の駆動に影響がでないように、少なくとも１つ（図８および図９の例では１つ）の負荷装置駆動用の予備電力確保を確保するために、発電電力値の小さい方から選択して、Ｎ７のパネルグループ１０を１つ残し、残りのＮ１〜Ｎ６のパネルグループ１０を再生器１２への電力供給用として設定する。そしてステップｓ６に進んで振分け制御動作を終了する。
【００５６】
電源制御装置１４は、この振分け制御動作を、負荷装置６への電力供給が必要となった時点から負荷装置６への電力供給が不要となる時点まで、繰返し実行する。また電源制御装置１４は、負荷装置６の駆動に必要な電力を、太陽電池装置３だけて賄うことができるか否か、したがって全てのパネルグループ１０の電力を供給すれば、負荷装置６の駆動に必要な電力を確保できるか否かを判断する。そして確保できなければ、燃料電池接続開閉手段４３を閉じて燃料電池１２から負荷装置６に電力を供給し、確保できれば、燃料電池接続開閉手段４３を開いて燃料電池１２から負荷装置６への電力供給を停止する。このような制御動作を、太陽電池装置３で発電される電力の振分け制御動作に並列して実行する。
【００５７】
負荷装置６には、負荷装置６における消費電力値に応じて、負荷装置６に電力を供給するグループ数が自動的に調整され、必要な電力が供給される。負荷装置６の消費電力の変動を考慮して、再生器１２に電力を供給するパネルグループ１０の数を設定しているので、負荷装置６の消費電力の変動に伴って、各太陽電池接続開閉手段３７の煩雑な開閉状態の切換える必要がなく、制御が容易である。
【００５８】
図１１は、飛行船２の姿勢が頻繁に変化する場合の太陽電池接続蓄電開閉手段３７の煩雑な開閉動作を回避する制御動作を説明するための斜視図である。旋回飛行する場合を含めて飛行船２の姿勢が、たとえば図１１（１）および図１１（２）に示すように変化する場合、日照量の多い領域Ｓ１が変化するが、その領域Ｓ１は、パネル取付け角度が同一となる位置を結んだ等取付け角度線９０ａ〜９０ｇに沿って移動する。パネル取付け角度は、飛行船２の上下方向Ｚと、各太陽電池パネル６５の受光面に対する法線方向との成す角度である。この点を考慮し、同一の等取付け角度線９０ａ〜９０ｇ上配置される複数のパネルグループ１０を、さらに大きな纏りとしてグループ群を想定し、グループ群毎に、図８〜図１０を参照して説明したように、電源制御装置１４で、順位付けをして、電力の供給先を振分けるように制御することが可能である。このような制御構成とすれば、飛行船２の姿勢の変化に伴う各太陽電池接続開閉手段３７の煩雑な開閉動作が不要となり、制御が容易になる。
【００５９】
図１２は、再生器１２の電力の供給制御を説明するためのグラフである。図１２には、再生器１２における再生器セル毎の入力電力に対する電流密度と電圧との関係を示す。再生器１２は、複数の再生器セルを有しており、各再生器セルは、印加される電圧と流れる電流密度とが、大略的に比例となる関係を有している。またこの関係は、再生器セルの温度によって異なり、温度が高くなるほど、印加する電圧に対して流れる電流密度が大きくなる、実線１００ａ〜１００ｄで示すような関係である。再生器１２は、太陽電池装置３から電力が供給されて駆動されと、定格運転点温度まで増加し、この定格運転点温度で動作を継続する。
【００６０】
このように再生器１２は、与えられる電力が増加すると、各再生器セルにおける印加電圧および電流密度が増加する。各再生器セルは、定格運転点温度で最大電圧設定点の電圧が印加されて、定格電流密度で電流が流れる状態が、定格運転点にある状態となるように構成されている。電源制御装置１４は、定格電流密度以下の電流密度で駆動するように、制御する。
【００６１】
また各再生器セルは、電流密度の増加率が高くなり過ぎると、破損してしまうおそれがあるので、電流密度の増加に２つの制限が設けられる。第１の制限条件は、電流密度が、図１２のセクションＡに示されるように、点ｘ１から点ｘ２へステップ増加する場合、具体的には不連続的に段跳びに増加する場合、１ステップでの増加幅の制限であり、上限はたとえば定格電流密度の１０分の１である。ただしステップアップ増加が複数回連続する場合には、平均増加率の制限であり、上限はたとえば１分間に定格電流密度分増加する増加率である。ステップ増加は、少なくとも、再生器１２に対して遮断されている１つのパネルグループ１０を再生器１２に導通させるときに生じる。したがってパネルグループ１０は、発電電力値がそのような再生器におけるステップ増加の上限を超えない値となるように、たとえば太陽電池パネル６５の個数が決定され、構成される。第２の制限上限は、電流密密度の増加率の制限であり、上限はたとえば１分間に定格電流密度分増加する増加率である。第２の制限条件および第１の制限条件のステップアップ増加が複数回連続する場合の付加条件は、電源制御装置１４によって、再生器１２に対するパネルグループ１０の導通および遮断状態の切換えのタイミングを制御して、満足するように制御される。
【００６２】
図１３は、太陽電池装置３の発電電力値が変動した場合の再生器１２における電流変化を説明するためのグラフである。図１３（１）には、再生器１２における入力電力に対する電流密度と電圧との関係を実線９０で示し、図１３（２）には、時刻と再生器セルに流れる電流密度との関係を示す。図１３（１）には、太陽電池装置３の再生器１２に導通されているパネルグループ１０の発電電力値が異なる複数の状態での太陽電池ＩＶ特性が点線９１ａ〜９１ｃで示されている。パネルグループ１０の発電電力値が、点線９１ｃの状態から９１ａの状態に減少し、点線９１ｃの状態に急増加する場合に、パネルグループ１０の再生器１２に対する導通状態をそのまま保持すると、図１３（２）に示すように、再生器セルに流れる電流値は、パネルグループ１０の発電電力値が、降下開始する時刻ｔ１から降下停止する時刻ｔ２にわたって減少し、その後、破線９３で示すように急増加してしまう。このような急増加は、点線９４で示される電流密度の増加率の上限値を超えてしまう。
【００６３】
したがって電源制御装置１４は、電流密度の増加率が上限値を超えたと判定した時刻ｔ３で、１つまたは複数のパネルグループ１０を再生器１２から遮断する。そして再び、電流密度の増加率が上限値を超えたと判定した時刻ｔ４で、１つまたは複数のパネルグループ１０を再生器１２から遮断する。このように電源制御装置１４は、点線９４で示されるように、増加率の平均値が上限値以下となるように、パネルグループ１０の再生器１２に対する導通および遮断を切換え制御する。
【００６４】
図１４は、再生器１２の立上げ時における電流密度および電圧の変化を説明するためのグラフである。再生器１２の運転開始前の状態では、再生器セルの温度は、定格運転温度、たとえば８０℃よりも低い温度、たとえば３０℃にある。再生器１２では、太陽電池装置３から電力の供給が開始されて、点線９５ａ〜９５ｃに示す状態を経て点線９５ｄで示す状態に、供給される電力値が増加すると、温度に応じた印加電圧と電流密度との関係を保って、印加電圧および電流密度が増加する。また再生器セルの温度は、太陽電池装置３から電力が供給されると、運転に伴って徐々に、定格運転温度まで上昇する。したがって印加電圧および電流密度は、電力の供給開始後しばらくは、再生器１２の運転開始前の温度に応じた実線１００ｂで示される関係を保って増加し、再生器セルの温度上昇に伴なって、破線１０１で示すように、実線１００ｄの関係に移行しながら増加する。そして点線９５ｅのように、定格運転点の電力を超えると、発電電力値の小さいパネルグループ１０から優先的に、再生器１２への導通を解除し、定格運転点の電圧および電流密度が保たれる。
【００６５】
図１５は、電源制御装置１４による再生器１２への電力供給の制御動作を示すフローチャートである。電源制御装置１４は、図１０に示す電力の振分け制御動作と並列的に、図１５に示す再生器１２への電力供給の制御動作を実行する。電源制御装置１４は、再生器１２への電力供給の制御動作をステップｂ０で開始すると、ステップｂ１で、再生器１２に導通させるパネルグループ１０の増加工程を実行する。
【００６６】
このステップｂ１では、電源制御装置１４は、再生器１２に定格運転点の電力が供給されているか否かを、まず判定する。電源制御装置１４は、再生器１２に定格運転点の電力が供給されていると判定すると、再生器１２に導通させるパネルグループ１０の増加を中止する。また電源制御装置１４は、定格運転点未満の電力しか供給されていないと判定した場合、再生器１２に電力を供給するパネルグループ１０として振分けられ、かつ再生器１２に導通されていないパネルグループ１０が存在しないか否かを判定し、存在しなければ再生器１２に導通させるパネルグループ１０の増加を中止する。そして電源制御装置１４は、定格運転点未満の電力しか供給されていないと判定した場合において、再生器１２に電力を供給するパネルグループ１０として振分けられ、かつ再生器１２に導通されていないパネルグループ１０が存在すると判定した場合にだけ、１つのパネルグループ１０を再生器１２に新たに導通させ、再生器１２に導通されるパネルグループ１０を増加させる。１つのパネルグループ１０を再生器１２に新たに導通させ、再生器１２に導通されるパネルグループ１０を増加させる。再生器１２に導通させるパネルグループ１０は、発電電力値が大きいパネルグループ１０を優先させる。
【００６７】
ステップｂ２では、電源制御装置１４は、再生器セルの電流密度のステップ増加の有無とステップ増加がある場合にその１ステップによる増加幅ｄＩ１が、１ステップでの増加幅の上限値（たとえば、本実施の形態の例では、０．１Ａ／ｃｍ2）を超えるか否かを判定する。電源制御装置１４は、ステップ増加がない場合を含めて超えないと判定するとステップｂ３に進み、超えると判定するとステップｂ６に進む。ステップｂ３では、電源制御装置１４は、電流密度の増加率ｄＩ２が、電流密度の増加率の上限値（たとえば、本実施の形態の例では、１Ａ／ｃｍ2／ｍｉｎ）を超えるか否かを判定する。電源制御装置１４は、超えないと判定するとステップｂ４に進み、超えると判定するとステップｂ６に進む。
【００６８】
ステップｂ４では、電源制御装置１４は、再生器１２に電力を供給するパネルグループ１０として振分けられたパネルグループ１０が、全て再生器１２に導通されているか否かを判定する。電源制御装置１４は、全て導通させたと判定すると、ステップｂ５に進んで、再生器１２への電力供給の制御動作を終了し、導通させていないパネルグループ１０が存在すると判定すると、ステップｂ１に戻る。
【００６９】
ステップｂ６では、電源制御装置１４は、再生器１３に導通されているパネルグループ１０の数を、１つ削減する。再生器１４に対して導通されている状態から遮断されている状態に切換えるパネルグループ１０は、断続時のステップ幅を小さくするために、発電電力値の小さいパネルグループ１０を優先させる。次にステップｂ７に進み、電源制御装置１４は、電流密度の増加率ｄＩ２が、電流密度の増加率の上限値（たとえば、本実施の形態の例では、１Ａ／ｃｍ2／ｍｉｎ）以下である否かを判定する。電源制御装置１４は、以下であると判定するとステップｂ８に進み、以下ではないと判定するとステップｂ６に戻る。ステップｂ８では、電源制御装置１４は、予め設定される待機時間ｔｗだけ待機し、ステップｂ１に戻る。待機時間ｔｗは、たとえば再生器セルに流れる電流密度を用いて算出される。
【００７０】
電源制御装置１４は、図１５に示す制御動作を、負荷装置６への電力供給が必要となった時点から負荷装置６への電力供給が不要となる時点まで、繰返し実行する。このような図１５に示す再生器１２への電力供給の制御動作を繰返し実行することによって、ステップｂ２，ｂ３で、電流密度の増加を抑制することができる。したがって図１２および図１３で説明した再生器セルに流れる電流密度の増加制限を満足させることができる。また電力供給制御装置５には、再生器セルに流れる電流密度を検出する装置が設けられており、電源制御装置１４は、その検出結果に基づいて、前述のような制御動作を実行することができる。さらに図１５に示す再生器１２への電力供給の制御動作を繰返し実行することによって、ステップｂ１で、再生器１２の定格運転点を超える電力が供給されているか否かを判定して、再生器１２に接続されるパネルグループ１０を増加させるので、再生器１２が定格運転点で運転されるように制御することができる。
【００７１】
図１６は、電源設備１の作動状態を説明するための夜間から昼間へ移行する朝方の切換え運転を示す図である。図１７は、電源設備１の作動状態を説明するための昼間から夜間へ移行する夕方の切換え運転を示す図である。図１８は、１日の電力推移を示すグラフである。図１６（１）および図１６（２）のグラフには、供給電力値と消費電力値との関係を、電圧値および電流値の変化がわかるように示す。図１６（３）のグラフには、時刻と消費電力との関係を示し、図１６（４）の回路図には、切換え操作される開閉手段を示す。図１７（１）および図１７（２）のグラフには、供給電力値と消費電力値との関係を、電圧値および電流値の変化がわかるように示す。図１７（３）のグラフには、時刻と消費電力との関係を示し、図１７（４）の回路図には、切換え操作される開閉手段を示す。図１６および図１７には、理解を容易にするために、負荷装置６の消費電力値の変動はなく、運用最大電力値であるものとして示す。
【００７２】
図１８（１）には、破線１５０で太陽電池装置３で発電される電力値である出力電力値を示し、実線１５１で、機体運用電力値とも呼ばれる負荷装置６を駆動するために必要な電力値である消費電力値を示す。図１８（２）には、一点鎖線１５２で燃料電池装置１１で発電される電力値である出力電力値を示し、実線１５３で、再生器１２を駆動するために必要な電力値である消費電力値を示し、破線１５４でストレージ電力値と呼ばれる再生型燃料電池装置４に蓄えられる電力量を示す。
【００７３】
負荷装置６における消費電力値は、多少の変動はあるが、大略的にみると１日を通してほぼ一定の電力値である。太陽電池装置３で発電される電力値は、飛行船２の旋回飛行などによる変動を伴うが、日の出とともに増加し、真昼に最も大きくなり、徐々に減少して日の入とともに０になる。
【００７４】
電源制御装置１４は、真夜中では、太陽電池装置３によって発電できないので、燃料電池接続開閉手段４３を閉じて、燃料電池１１から負荷装置６に電力を供給する。このとき、各太陽電池接続蓄電開閉手段３７および再生器接続開閉手段４６は開いている。この状態は、図１６のα１で示す状態であり、真夜中から日の出までは、この状態が継続するように、電源制御装置１４は、電力の供給状態を制御する。日の出に伴って、太陽電池装置３で発電される電力値が徐々に増加し、太陽電池装置３で発電される電力が全て負荷装置６に供給され、不足分が燃料電池１１の発電電力で補われて負荷装置６に供給される状態となる。この状態は、図１６のα２で示す状態である。
【００７５】
太陽電池装置３で発電される電力値がさらに増加して、太陽電池装置３で発電される電力値だけで、負荷装置３を駆動するために必要な電力を賄うことができる状態となると、電源制御装置１４は、燃料電池接続開閉手段４３を開く。この状態は、図１６のα３で示す状態である。そして電源制御装置１４は、図８のような振分けによって、再生器１２に導通させるように振分けられるパネルグループ１０が存在するようになった図１６のα４の状態で、再生器接続開閉手段４６を閉じるとともに、各太陽電池接続蓄電開閉手段３７を、図１５のような制御動作で選択的に閉じる。そしてさらに太陽電池装置３で発電される電力値が増加するにしたがって再生器１２に供給される電力値が増加する。この状態は、図１６にα５で示される状態である。そして再生器１２に定格運転点の電力が供給されると、電源制御手段１４は、その電力値で運転が維持されるように制御する。
【００７６】
正午を境に、太陽電池装置３によって発電される電力値は徐々に減少する。この状態は、図１７にβ１で示される状態である。太陽電池装置３で発電される電力値がさらに減少して、図８のような振分けによって、再生器１２に導通させるように振分けられるパネルグループ１０が存在しない図１７にβ２で示す状態となると、電源制御装置１４は、再生器接続開閉手段４６を開くとともに、各太陽電池接続蓄電開閉手段３７を開く。そして太陽電池装置３で発電される電力値だけでは、負荷装置３を駆動するために必要な電力を賄うことができない状態となると、電源制御装置１４は、燃料電池接続開閉手段４３を閉じる。この状態は図１７にβ３で示す状態である。そして太陽電池装置３で発電される電力値が徐々に減少し、太陽電池装置３で発電される電力が全て負荷装置６に供給され、不足分が燃料電池１１の発電電力で補われて負荷装置６に供給される状態となる。この状態は、図１７に示すβ４の状態である。
【００７７】
太陽電池装置３で発電される電力値がさらに減少して、日の入とともに、太陽電池装置３で発電することができなくなると、負荷装置３を駆動するために必要な電力は、燃料電池１１で全て賄われるようになる。この状態は、図１７にβ５で示す状態である。この状態が真夜中まで継続する。このような一連の動作が繰返される。
【００７８】
また燃料電池１１から電力を供給している間は、ストレージ電力量は低下するが、再生器１２に電力が供給されるようになると、ストレージ電力量は増加する。電力供給制御装置５は、燃料の再生完了を検知する装置を備えており、燃料の再生が完了し、ストレージ電力量が最大になると、電源制御装置１４は、その時点で、再生器接続開閉手段４６を開くとともに、各太陽電池接続蓄電開閉手段３７を開く。このように太陽電池接続蓄電開閉手段３７の開閉動作によって、太陽電池装置３での発電電力値の変化に合わせて、必要な電力の発電元を、太陽電池装置３と燃料電池１１との間で円滑に切換えることができる。
【００７９】
以上のような本実施の形態によれば、電源設備１には、太陽電池装置３と再生型燃料電池装置４とが設けられ、さらに蓄電バスライン１６と出力バスライン１７とが設けられ、出力バスライン１７に負荷装置６が接続される。再生型燃料電池装置４は、燃料電池１１が出力バスライン１７に接続され、再生器１２が蓄電バスライン１６に接続されている。太陽電池装置３は、蓄電バスライン１６および出力バスライン１７の両方に接続され、太陽電池パネル６５で発電される電力は、電力供給制御装置５による供給状態の切換えによって、蓄電バスライン１６および出力バスライン１７のいずれかに供給される。このように蓄電バスライン１６および出力バスライン１７の２つのバスラインが設けられ、一方に再生器１２が接続されるとともに他方に燃料電池１１が接続され、両方に太陽電池装置３が接続される。この構成によって、負荷装置６に電力を供給するための供給源として、太陽電池装置３と再生型燃料電池装置４とを組合わせて用いるにあたって、１つのバスラインに再生器１２、燃料電池１２および太陽電池装置３が共通に接続される構成に比べて、直流／直流（ＤＣ／ＤＣ）コンバータなどの重量の大きな大形の装置を用いることなく、軽量かつ小形の部品である太陽電池接続蓄電開閉手段３７を用いて、太陽電池装置３から各バスライン１６，１７への電力の供給状態を切換えて、太陽電池装置３および再生型燃料電池装置４で得られる電力を効率良く負荷装置６に供給することができる。このようにして軽量かつ小形で効率の良い電源設備を得ることができる。朝夕における切換え動作も容易である。
【００８０】
さらに太陽電池装置３と各バスライン１６，１７とが、太陽電池蓄電ライン３１および太陽電池出力ライン３２によってそれぞれ接続され、太陽電池蓄電ライン３１には太陽電池接続蓄電開閉手段３７が介在され、太陽電池出力ライン３２には太陽電池接続整流手段３８が介在される。これによって各バスライン１６，１７の電位差を利用して、太陽電池接続開閉手段３７の開閉動作を制御するだけで、太陽電池装置３から各バスライン１６，１７への電力の供給状態を切換えることができる。
【００８１】
また太陽電池装置３は、複数の太陽電池パネル６５を備えており、各太陽電池パネル６５は、複数のパネルグループ１０に分けられる。太陽電池パネル６５で発電される電力は、各パネルグループ１０毎に振分けて、対応する太陽電池接続開閉手段３７の開閉状態を切換え、負荷装置６および再生器１２のいずれかに供給される。このように各太陽電池パネル６５をパネルグループ１０に分けて、パネルグループ１０毎に発電される電力の供給先が制御される。この構成によっても、軽量かつ小形の太陽電池接続蓄電開閉手段３７を用いて、太陽電池装置３で発電される電力の供給先を制御することができる。
【００８２】
上述の実施の形態は、本発明の例示に過ぎず、構成を変更することが可能である。たとえば再生型燃料電池装置３は、前述の水素と酸素とを化学結合、分解する構成に限られるものではない。また各バスライン１６，１７に太陽電池装置３を接続するライン３１，３２に介在される開閉手段と整流手段とは、負荷装置６と再生器１２との駆動電圧を調整して、逆の配置にすることも可能である。また本発明は、飛行船に搭載される構成に限定されるものではなく、その他の航空機の搭載設備をはじめ、軽量化が要求される電源設備として好適に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施の一形態の電源設備１を示す回路図である。
【図２】電源設備１が設けられる飛行船２を側方から見て示す正面図である。
【図３】電源設備１を簡略化して示すブロック図である。
【図４】飛行船２を上方から見て示す平面図である。
【図５】再生型燃料電池装置４の構成を示すブロック図である。
【図６】太陽電池装置３、再生型燃料電池装置４およびサブバッテリ５０の電圧値および電流値の関係を示すグラフである。
【図７】電源設備１の電源制御装置１４における基本的な制御動作を説明するための図である。
【図８】太陽電池装置３で発電される電力の振分け方を示すブロック図である。
【図９】飛行船２の姿勢が変化した場合の太陽電池装置３で発電される電力の振分け方を示すブロック図である。
【図１０】電源制御装置１４による電力の振分け方法を示すフローチャートである。
【図１１】飛行船２の姿勢が頻繁に変化する場合の太陽電池接続蓄電開閉手段３７の煩雑な開閉動作を回避する制御動作を説明するための斜視図である。
【図１２】再生器１２の電力の供給制御を説明するためのグラフである。
【図１３】太陽電池装置３の発電電力値が変動した場合の再生器１２における電流変化を説明するためのグラフである。
【図１４】再生器１２の立上げ時における電流密度および電圧の変化を説明するためのグラフである。
【図１５】電源制御装置１４による再生器１２への電力供給の制御動作を示すフローチャートである。
【図１６】電源設備１の作動状態を説明するための夜間から昼間へ移行する朝方の切換え運転を示す図である。
【図１７】電源設備１の作動状態を説明するための昼間から夜間へ移行する夕方の切換え運転を示す図である。
【図１８】１日の電力推移を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８４】
１  電源設備
２  飛行船
３  太陽電池装置
４  燃料電池
５  電力供給制御装置
６  負荷装置
１０  パネルグループ
１６  蓄電バスライン
１７  出力バスライン
１８  太陽電池接続ライン
３７  太陽電池接続蓄電開閉手段
３８  太陽電池接続整流手段
６５  太陽電池パネル
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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