(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
＋側出力端子及び−側出力端子を有するとともに、これらの＋側出力端子及び−側出力端子から直流電力を出力する発電源と、
＋側入力端子及び−側入力端子並びに＋側出力端子及び−側出力端子を有するとともに、前記発電源から出力された直流電力を所定の直流電圧及び直流電流に変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは入力側と出力側とが電気的に絶縁され、
前記発電源の＋側出力端子及び−側出力端子がそれぞれ前記ＤＣ／ＤＣコンバータの＋側入力端子及び−側入力端子に接続され、
前記発電源の＋側出力端子が前記ＤＣ／ＤＣコンバータの−側出力端子に接続され、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの＋側出力端子と前記発電源の−側出力端子とから直流電力を出力する発電装置であって、
前記発電源の出力電圧と出力電流との関係を示す動作曲線を予め記憶し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの＋側出力端子と前記発電源の−側出力端子との間に接続された負荷が要求する負荷要求電圧及び負荷要求電流を入力し、これらの負荷要求電圧及び負荷要求電流並びに前記動作曲線に基づき前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧及び出力電流を制御する制御手段を更に備え、
この制御手段は、前記動作曲線を参照し、前記発電源が出力する直流電力と前記負荷要求電圧及び負荷要求電流に基づく負荷要求電力とが一致するような電流値を設定し、この設定した電流値と前記負荷要求電流とに基づいて前記発電源の出力電流を決定し、この決定した前記発電源の出力電流を基に前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧及び出力電流を決定することを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの＋側出力端子と前記発電源の−側出力端子との間に接続された二次電池を備え、
前記負荷が、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの＋側出力端子と前記発電源の−側出力端子との間の前記二次電池の後段に接続された直流負荷と前記二次電池とからなることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記二次電池の残存容量を検出する残存容量センサを更に備え、
前記制御手段が、前記二次電池の充放電特性を予め記憶し、前記残存容量センサから残存容量を入力し、前記直流負荷が要求する要求電圧及び要求電流を入力し、前記残存容量，前記要求電圧及び要求電流並びに前記動作曲線及び前記充放電特性に基づき前記二次電池の充放電電流を決定すると共に、
前記負荷要求電流を、前記二次電池の充放電電流と前記要求電流との和とすることを特徴とする請求項２記載の発電装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記負荷要求電圧及び負荷要求電流のどちらか一方しか満たせない場合に、当該負荷要求電流を満たすように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、
請求項１乃至３のいずれかに記載の発電装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記負荷要求電圧及び負荷要求電流のどちらか一方しか満たせない場合に、当該負荷要求電圧を満たすように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、
請求項１乃至３のいずれかに記載の発電装置。
【請求項６】
前記発電源が燃料電池である、
請求項１、２、３、４又は５記載の発電装置。
【請求項７】
燃料電池電気自動車に搭載される、
請求項６記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池電気自動車や家庭用発電設備等に用いられる発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池電気自動車は、燃料電池によって発電した電力によってモータを駆動して走行トルクを得る。また、燃料電池自動車では、発進時や加速時等大きな出力を必要とする場合の補助的な電源として、また減速時の回生エネルギを回収するための手段として二次電池を搭載することが多い。この場合、燃料電池の出力電圧は負荷によって大きく変動するため、燃料電池の後段にＤＣ／ＤＣコンバータ等の電圧調整装置を接続して必要な出力電圧を得ている。
【０００３】
図５は、このような燃料電池電気自動車に搭載された発電装置の従来例を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。
【０００４】
この発電装置３０は、燃料電池１１と、燃料電池１１の出力側に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ３２と、その後段に接続された二次電池１３とからなる。そして、発電装置３０には、二次電池１３と並列に、インバータ１４及びモータ１５からなる負荷が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、燃料電池１１から供給される全ての電力を、インバータ１４及び二次電池１３から要求される電力に変換して供給する。このような接続方法では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は燃料電池１１の定格に等しい出力電力が必要であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＤＣ／ＤＣコンバータは体積及び重量がともに大きい。そのため、特に車載用とした場合、車両上の限られた空間の中で大きな占有スペースを必要とするとともに、燃費を低下させていた。しかも、ＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率は１００％ではないため、これを介することで入力と出力との間で数％の電力損失が生じてしまう。
【０００６】
【発明の目的】
そこで、本発明の目的は、負荷に対する定格出力電力を維持したままＤＣ／ＤＣコンバータの定格出力電力を小さくした発電装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発電装置は、＋側出力端子及び−側出力端子を有するとともに、これらの＋側出力端子及び−側出力端子から直流電力を出力する発電源と、＋側入力端子及び−側入力端子並びに＋側出力端子及び−側出力端子を有するとともに、発電源から出力された直流電力を所定の直流電圧及び直流電流に変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータとを備えている。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータは、入力側と出力側とが例えばトランスで電気的に絶縁されている。また、発電源の＋側出力端子及び−側出力端子がそれぞれＤＣ／ＤＣコンバータの＋側入力端子及び−側入力端子に接続され、発電源の＋側出力端子がＤＣ／ＤＣコンバータの−側出力端子に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータの＋側出力端子と発電源の−側出力端子とから直流電力を出力する。そして、この発電装置は、発電源の出力電圧と出力電流との関係を示す動作曲線を予め記憶しＤＣ／ＤＣコンバータの＋側出力端子と発電源の−側出力端子との間に接続された負荷が要求する負荷要求電圧及び負荷要求電流を入力しこれらの負荷要求電圧及び負荷要求電流並びに動作曲線に基づきＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧及び出力電流を制御する制御手段を更に備えている。この制御手段は、動作曲線を参照し、発電源が出力する直流電力と負荷要求電圧及び負荷要求電流に基づく負荷要求電力とが一致するような電流値を設定し、この設定した電流値と負荷要求電流とに基づいて発電源の出力電流を決定し、この決定した発電源の出力電流を基にＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧及び出力電流を決定する。
【０００８】
従来の発電装置の出力電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧に等しい。これに対し、本発明の発電装置の出力電圧は、発電源の出力電圧とＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧との和になる。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は、発電源の出力電圧の分だけ従来よりも小さくなる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力側と出力側とが絶縁されているので、このような接続形態を採っても短絡することはない。また、発電源が出力する直流電力と、負荷要求電圧及び負荷要求電流に基づく負荷要求電力とが一致するような電流値を設定し、この設定した電流値と負荷要求電流とに基づいて発電源の出力電流を決定し、この決定した発電源の出力電流を基にＤＣ／ＤＣコンバータを制御するので、電力損失を抑えることができる。
【０００９】
請求項２記載の発電装置は、請求項１記載の発電装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータの＋側出力端子と発電源の−側出力端子との間に接続された二次電池を備えたものである。そして、請求項１記載の負荷が、ＤＣ／ＤＣコンバータの＋側出力端子と発電源の−側出力端子との間の二次電池の後段に接続された直流負荷と二次電池とから成る。
【００１０】
請求項３記載の発電装置は、請求項２記載の発電装置において、二次電池の残存容量を検出する残存容量センサを更に備え、制御手段が、二次電池の充放電特性を予め記憶し、残存容量センサから残存容量を入力し、直流負荷が要求する要求電圧及び要求電流を入力し、残存容量，要求電圧及び要求電流並びに動作曲線及び充放電特性に基づき二次電池の充放電電流を決定すると共に、負荷要求電流を、二次電池の充放電電流と要求電流との和とする。
【００１１】
また、制御手段は、負荷要求電圧及び負荷要求電流のどちらか一方しか満たせない場合に、負荷要求電流を満たすようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、としてもよい（請求項４）。これとは逆に、制御手段は、負荷要求電圧及び負荷要求電流のどちらか一方しか満たせない場合に、負荷要求電圧を満たすようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、としてもよい（請求項５）。更に、発電源が燃料電池（請求項６）、燃料電池電気自動車に搭載される、としてもよい（請求項７）。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る発電装置の第一実施形態を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、本実施形態の発電装置は、燃料電池電気自動車に搭載されるものである。
【００１３】
本実施形態の発電装置１０は、＋側出力端子１１ｏｐ及び−側出力端子１１ｏｍを有するとともに、＋側出力端子１１ｏｐ及び−側出力端子１１ｏｍから直流電力を出力する発電源としての燃料電池１１と、＋側入力端子１２ｉｐ及び−側入力端子１２ｉｍ並びに＋側出力端子１２ｏｐ及び−側出力端子１２ｏｍを有するとともに、燃料電池１１から出力された直流電力Ｐｆｃ（＝Ｖｆｃ×Ｉｆｃ）を所定の直流電圧及び直流電流（出力電圧Ｖｏｕｔ及び出力電流Ｉｏｕｔ）に変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータ１２とを備えている。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、入力側と出力側とが電気的に絶縁されている。また、燃料電池１１の＋側出力端子１１ｏｐ及び−側出力端子１１ｏｍがそれぞれＤＣ／ＤＣコンバータ１２の＋側入力端子１２ｉｐ及び−側入力端子１２ｉｍに接続され、燃料電池１１の＋側出力端子１１ｏｐがＤＣ／ＤＣコンバータ１２の−側出力端子１２ｏｍに接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の＋側出力端子１２ｏｐと燃料電池１１の−側出力端子１１ｏｍとから直流電力（出力電力ＰＬｂ）を出力する。
【００１４】
発電装置１０の出力電圧ＶＬｂは、燃料電池１１の出力電圧ＶｆｃとＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖｏｕｔとの和になる。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖｏｕｔは、燃料電池１１の出力電圧Ｖｆｃの分だけ従来よりも小さくなる。したがって、発電装置１０によれば、負荷に対する定格出力電力を維持したまま、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の定格出力電力を小さくできる。
【００１５】
また、発電装置１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の＋側出力端子１２ｏｐと燃料電池１１の−側出力端子１１ｏｍとの間に接続された二次電池１３と、二次電池１３の残存容量ＳＯＣを検出する残存容量センサ１６と、制御手段としての制御部１７とを更に備えている。
【００１６】
制御部１７は、主に次の二つの機能を有する。第一の機能は、燃料電池１１の出力電圧Ｖｆｃと出力電流Ｉｆｃとの関係を示す動作曲線を予め記憶し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の＋側出力端子１２ｏｐと燃料電池１１の−側出力端子１１ｏｍとの間に接続された負荷（インバータ１４及びモータ１５）が要求する負荷要求電圧ＶＬ及び負荷要求電流ＩＬを入力し、これらの負荷要求電圧ＶＬ及び負荷要求電流ＩＬ並びに動作曲線に基づきＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖｏｕｔ及び出力電流Ｉｏｕｔを制御する。第二の機能は、二次電池１３の充放電特性を予め記憶し、残存容量センサ１６から残存容量ＳＯＣを入力し、この残存容量ＳＯＣ、負荷要求電圧ＶＬ及び負荷要求電流ＩＬ並びに動作曲線及び充放電特性に基づき、二次電池１３の充放電を制御する。
【００１７】
次に、発電装置１０の構成及び作用について、言葉を換えてもう一度説明する。
【００１８】
発電装置１０は、燃料の供給を受けて発電する燃料電池１１と、燃料電池１１で発電された電力を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ１２と、電力を蓄積及び出力できるリチウムイオン電池等の二次電池１３と、検出された各物理量に基づき燃料電池１１の動作点とＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力値とを計算しこれらを制御する制御部１７と、から構成される。また、発電装置１０には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２又は二次電池１３から出力された直流電力を三相交流電力に変換しモータ１５を駆動するインバータ１４と、インバータ１４から供給された電力によって回転するモータ１５とが、負荷として付設されている。燃料電池１１及び二次電池１３は、インバータ１４から要求された出力に応じて電力を供給する。
【００１９】
燃料電池１１の出力ラインは、出力ライン▲１▼と出力ライン▲２▼との二系統に分岐している。出力ライン▲１▼は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の低電位出力側に接続されることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧を持ち上げている。出力ライン▲２▼は、従来通りＤＣ／ＤＣコンバータ１２の入力側に接続されている。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２には、二次電池１３から燃料電池１１への逆流を防ぐためのダイオード１２ａが付設されている。更に、制御部１７には、二次電池１３の残存容量ＳＯＣを監視する残存容量センサ１６が付設されている。このような回路構成とすることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の定格出力を小さくすることができる。ただし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、入力側と出力側とが絶縁されているものに限られる。
【００２０】
例えば、燃料電池１１の定格出力が１００Ｖ・３００Ａであった場合、出力ライン▲１▼側を１００Ｖ・１２５Ａ、出力ライン▲２▼側を１００Ｖ・１７５Ａに分岐させる。すると、発電装置１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２が入力した１００Ｖ・１７５Ａを１４０Ｖ・１２５Ａに変換することにより（仮に変換効率を１００％とする。）、出力ライン▲１▼側の電圧を加えることで２４０Ｖ・１２５Ａを出力することができる。このように、燃料電池１１の定格出力が３０ｋＷかつ燃料電池１１の出力電圧が１００Ｖ以上であるとすれば、従来のＤＣ／ＤＣコンバータ３２（図５）の定格出力は燃料電池１１の定格出力と同じ３０ｋＷ必要であるのに対し、本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ１２は１７．５ｋＷで済む。
【００２１】
次に、発電装置１０の各構成要素について更に詳述する。
【００２２】
燃料電池１１は、メタノールやガソリンなどの燃料を原料として改質器（図示せず）で水素などの燃料ガスを生成し、その燃料ガスと空気とを用いて燃料電池本体（図示せず）で電気化学反応により起電力を発生するものである。燃料電池１１の出力電力は、燃料電池本体に供給される燃料ガスの量（ガス流量）にも依存している。制御部１７は、このガス流量を制御する機能も有している。
【００２３】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、入力側と出力側とがトランスによって絶縁された一般的なスイッチングコンバータであり、燃料電池１１から出力された電圧を昇圧して、インバータ１４及び二次電池１３に並列に印加する。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、制御部１７からの制御信号に従って、昇圧又は降圧した電圧を調整する。
【００２４】
二次電池１３は、燃料電池１１から供給された電力や、モータ１５からインバータ１４を介して回生された電力を蓄積したり、蓄積した電力をインバータ１４に供給したりする。本実施形態では二次電池１３としてリチウムイオン電池を用いているが、リチウムイオン電池の代わりにニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池、鉛蓄電池、電気二重層コンデンサ等を用いることもできる。
【００２５】
残存容量センサ１６は、二次電池１３の残存容量ＳＯＣを検出して、その検出結果を制御部１７へ送る。具体的には、残存容量センサ１６は、二次電池１３の充電電流及び放電電流を時間積算することにより、二次電池１３の充電状態すなわち残存容量ＳＯＣをモニタするＳＯＣメータで構成されている。制御部１７は、この積算値を基にして二次電池１３の残存容量を演算により求めている。また、このようなＳＯＣメータの代わりに、二次電池１３の出力電圧を測定する電圧センサや、二次電池１３の電解液の比重を測定する比重センサによって、残存容量センサ１６を構成してもよい。これらの場合、制御部１７は、それらの測定値から二次電池１３の残存容量を求める。
【００２６】
インバータ１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２、燃料電池１１及び二次電池１３から供給された電力によってモータ１５を駆動する。具体的には、インバータ１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２、燃料電池１１及び二次電池１３から印加された直流電圧を、三相交流電圧に変換してモータ１５に供給するとともに、このとき、内蔵された制御回路（図示せず）からの制御信号に従って、モータ１５に供給する三相交流電圧の振幅（実際にはパルス幅）及び周波数を調節することによって、モータ１５で発生するトルクを制御している。実際には、インバータ１４は、６個のスイッチング素子（例えば、バイポーラ形ＭＯＳＦＥＴ（ＩＧＢＴ））を主回路素子として構成されており、これらスイッチング素子のスイッチング動作を制御回路からの制御信号によって制御されることにより、印加された直流電圧を所望の振幅及び周波数の三相交流電圧に変換している。また、インバータ１４に内蔵された制御回路は、図示しないアクセルペダルポジションセンサによって検出される電気自動車のアクセル開度等に基づき、インバータ１４の負荷要求電力を算出し、その値を制御部１７へ出力する。制御部１７は、この値に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御し、負荷要求電力に相当する電力をインバータ１４へ供給する。
【００２７】
モータ１５は、例えば、三相ＰＭ同期モータで構成されており、インバータ１４を介して供給された電力によって駆動されて、駆動軸（図示せず）にトルクを発生させる。このトルクは、ギヤ（図示せず）を介して電気自動車の車軸（図示せず）に伝達され、車輪に回転駆動力を与える。これにより、電気自動車に推進力が与えられて、電気自動車が走行する。
【００２８】
制御部１７は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート等を備えている。このうち、ＣＰＵは、制御プログラムに従って所望の演算を実行して、種々の処理や制御を行なう。また、ＲＯＭは、上記した制御プログラムや、上記演算を実行する際に用いる制御データや、燃料電池１１の動作曲線や、二次電池１３の残存容量ＳＯＣをパラメータとした出力電流−出力電力特性のデータなどを予め格納している。ＲＡＭは、上記演算を実行したことによって得られる各種データを一時的に格納する。入出力ポートは、各種センサ等から送られてきた検出結果を入力してＣＰＵに伝えるともに、ＣＰＵからの指示に従って各構成要素に制御信号を出力する。
【００２９】
図２及び図３は、発電装置１０における制御部１７の動作の一例を示すフローチャートである。図４は、ある燃料供給量における燃料電池１１の動作曲線の一例を示すグラフである。以下、これらの図面に基づき、制御部１７の動作を説明する。なお、図３において「ＦＣ」とは燃料電池のことである。また、図２及び図３に示す動作は、一定のサンプリング時間毎に繰り返し実行される。
【００３０】
まず、インバータ１４から負荷要求電力ＰＬを読み込み（ステップＳ１０）、続いて残存容量センサ１６から二次電池１３の残存容量ＳＯＣを読み込む（ステップＳ１１）。続いて、読み込んだ負荷要求電力ＰＬを燃料電池１１の最大出力電力Ｐｆｃｏと比較し（ステップＳ１２）、二次電池１３を放電させることによって燃料電池１１を補助する必要があるか否か、又は二次電池１３を充電する余力が燃料電池１１にあるか否かを判断する。続いて、読み込んだ残存容量ＳＯＣの大きさをあるしきい値と比較し（ステップＳ１３，Ｓ１７）、二次電池１３が放電可能か又は充電可能かを判断し、それによって二次電池１３の充放電電流Ｉｂを決定する（ステップＳ１４，Ｓ１５，Ｓ１６，Ｓ１８，Ｓ１９）。このとき、充電方向の電流を正とする。すなわち、Ｉｂ＞０であれば充電、Ｉｂ＜０であれば放電を示す。
【００３１】
具体的には、ＰＬ＞Ｐｆｃｏであれば、負荷要求電力に対して燃料電池１１の出力電力では不足であるから、二次電池１３の補助を必要とする。ここでＳＯＣをあるしきい値Ｔ１（例えば３０％）と比較し（ステップＳ１３）、ＳＯＣ≧Ｔ１であれば二次電池１３は放電可能である。このときの充放電電流Ｉｂは、Ｖｂを二次電池１３の出力電圧とすると、Ｉｂ＝（Ｐｆｃｏ−ＰＬ）／Ｖｂとなる。ただし、二次電池１３には最大放電電流Ｉｂｄ（Ｉｂｄ＜０）が決められているので、Ｉｂ＜Ｉｂｄとなる場合にはＩｂ＝Ｉｂｄとする（ステップＳ１５）。一方、ＳＯＣ＜Ｔ１であれば、二次電池１３は放電不可能と判断してＩｂ＝０とする（ステップＳ１４）。なお、ＰＬ＝Ｐｆｃｏであれば二次電池１３の充放電は不要であるので、Ｉｂ＝０とする（ステップＳ１６）。
【００３２】
また、ＰＬ＜Ｐｆｃｏのときは、燃料電池１１に余力が生じるので、二次電池１３の充電を行なうことができる。ここで、放電可否判断時と同様にＳＯＣをあるしきい値Ｔ２（例えば７０％）と比較し（ステップＳ１７）、二次電池１３の充電可否を判断する。ＳＯＣ≦Ｔ２であれば、二次電池１３は充電可能であると判断し、このときＩｂ＝（Ｐｆｃｏ−ＰＬ）／Ｖｂとなる。ただし、充電電流についても最大充電電流Ｉｂｃが決められているため、Ｉｂ＞Ｉｂｃとなる場合にはＩｂ＝Ｉｂｃとする（ステップＳ１８）。一方、ＳＯＣ＞Ｔ２であれば、二次電池１３は充電不可能と判断してＩｂ＝０とする（ステップＳ１９）
【００３３】
続いて、このようにして求められたＩｂをもとに、インバータ１４と二次電池１３との要求出力電流の和ＩＬｂを計算し（ＩＬｂ＝ＩＬ＋Ｉｂ）、それらの要求出力電力の和ＰＬｂを求める（ＰＬｂ＝ＩＬｂ×ＶＬｂ）（ステップＳ２０）。ただし、ＶＬｂは、インバータ１４の入力電圧ＶＬ又は二次電池１３の出力電圧Ｖｂに等しい。
【００３４】
ここで、図４において、燃料電池１１の出力電流Ｉｆｃを増加させるにつれて、図中２０で示す出力電圧Ｖｆｃは減少し、図中２１で示す出力電力Ｐｆｃはある電流値において極大値を示す。同図において、燃料電池１１の最大出力電力をＰｆｃｏ、そのときの出力電流及び出力電圧をそれぞれＩｆｃｏ，Ｖｆｃｏ、最大出力電流をＩｆｃｍａｘ、最小出力電圧をＶｆｃｍｉｎとする。また、Ｐｆｃ＝ＰＬｂのときの出力電流ＩｆｃをＩ１，Ｉ２（Ｉ１≦Ｉ２）とする。
【００３５】
ステップＳ２０でＰＬｂを決定すると、そのＰＬｂとＰｆｃｏとの比較を行ない（ステップＳ２１）、更にＩＬｂの大きさによって（ステップＳ２２，Ｓ２７）燃料電池１１の動作点を決定する。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２によって電力変換することで要求出力電圧ＶＬｂ及び要求出力電流ＩＬｂが負荷に供給されうる点を、燃料電池１１の動作点として選択する。ただし、燃料電池１１の出力電力が小さいために要求出力電圧ＶＬｂ及び要求出力電流ＩＬｂを満足できない場合は、要求出力電流ＩＬｂを優先して出力できるよう動作点を決定する。
【００３６】
例えば、ＰＬｂ＜Ｐｆｃｏの場合は、ＩＬｂをＩ１，Ｉ２及びＩｆｃｍａｘと比較し、動作点を決める。すなわち、ＩＬｂの値によってＩｆｃが決まり、それに伴って対応するＶｆｃが一義的に決定する。ＩＬｂ≦Ｉ１の場合は、燃料電池１１の動作点をＡ点とし、このときＩｆｃ＝Ｉ１となる（ステップＳ２３）。Ｉ１＜ＩＬｂ≦Ｉ２の場合は、動作点をＢ点とすることで、Ｉｆｃ＝Ｉ２となる（ステップＳ２４）。また、Ｉ２＜ＩＬｂ≦Ｉｆｃｍａｘの場合は、Ｉｆｃ＝ＩＬｂとなるＸ点を動作点にする（ステップＳ２５）。更に、Ｉｆｃｍａｘ＜ＩＬｂの場合は、動作点をＣ点、すなわちＩｆｃ＝Ｉｆｃｍａｘとする（ステップＳ２６）。
【００３７】
ＰＬｂ≧Ｐｆｃｏの場合は、ＩＬｂをＩｆｃｏ及びＩｆｃｍａｘと比較し、動作点を決定する。まず、ＩＬｂ≦Ｉｆｃｏの場合は、動作点をＤ点、すなわちＩｆｃ＝Ｉｆｃｏとする（ステップＳ２８）。Ｉｆｃｏ＜ＩＬｂ≦Ｉｆｃｍａｘの場合は、Ｉｆｃ＝ＩＬｂとなるＸ点を動作点にする（ステップＳ２９）。最後に、Ｉｆｃｍａｘ＜ＩＬｂの場合は、動作点をＣ点、すなわちＩｆｃ＝Ｉｆｃｍａｘとする（ステップＳ３０）。
【００３８】
このようにして決定されたＩｆｃ，Ｖｆｃを燃料電池１１に指示するとともに、これらのＩｆｃ，Ｖｆｃに基づきＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧等を算出する（ステップＳ３１）。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２への入力電圧及び入力電流をそれぞれＶｉｎ，Ｉｉｎとし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電圧及び出力電流をそれぞれＶｏｕｔ，Ｉｏｕｔとする。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電流Ｉｏｕｔは、インバータ１４と二次電池１３とから要求された電流ＩＬｂと等しくなるように制御される。すなわちＩｏｕｔ＝ＩＬｂである。ただし、Ｉｆｃ＜ＩＬｂの場合はＩｏｕｔ＝Ｉｆｃとする。この場合は、結果的に要求された電流ＩＬｂをインバータ１４に供給することができない。
【００３９】
前述のステップＳ２３〜Ｓ３０に立ち返ってみると、まずＩＬｂ≦Ｉ１の場合は、ステップＳ２３でＩｆｃ＝Ｉ１と決定したのでＩＬｂ≦Ｉｆｃであり、Ｉｏｕｔ＝ＩＬｂとすることができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の入力電圧Ｖｉｎは当然のことながら燃料電池１１の出力電圧Ｖｆｃに等しいため、Ｖｉｎ＝Ｖｆｃである。入力電流Ｉｉｎは、燃料電池の出力電流Ｉｆｃから出力電流Ｉｏｕｔを差し引いたもの、Ｉｉｎ＝Ｉｆｃ−Ｉｏｕｔとする。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖｏｕｔは、Ｉｏｕｔ及びＶｉｎ，Ｉｉｎから算出される。この場合、動作点がＡ点でＰｆｃ＝ＰＬｂであることを考慮すると、Ｖｏｕｔ＝（Ｖｉｎ・Ｉｉｎ）／Ｉｏｕｔ＝Ｖｆｃ（Ｉｆｃ−ＩＬｂ）／ＩＬｂ＝ＶＬｂ−Ｖｆｃである。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力の低電位側がＶｆｃであることにより、後段のインバータ１４と二次電池１３とにはＶｆｃ＋Ｖｏｕｔ＝ＶＬｂを供給することができる。
【００４０】
Ｉ１＜ＩＬｂ≦Ｉ２の場合も、ステップＳ２４でＩｆｃ＝Ｉ２と決定したのでＩＬｂ≦Ｉｆｃであり、Ｉｏｕｔ＝ＩＬｂとできる。Ｖｉｎ、Ｉｉｎ及びＶｏｕｔについても同様である。
【００４１】
一方、ステップＳ２５，Ｓ２９では、Ｉｆｃ＝ＩＬｂとしているので、Ｉｏｕｔ＝ＩＬｂ、Ｉｉｎ＝Ｉｆｃ−Ｉｏｕｔ＝０である。これによりＶｏｕｔ＝０となる。よって、要求出力電圧ＶＬｂに対してＶｆｃ＋Ｖｏｕｔ＝Ｖｆｃの電圧しか供給できないことになる。
【００４２】
ステップＳ２６，Ｓ３０では、Ｉｆｃ＝Ｉｆｃｍａｘとしており、Ｉｆｃｍａｘ＜ＩＬｂであるので、Ｉｏｕｔ＝Ｉｆｃ＝Ｉｆｃｍａｘとなる。すなわち、要求出力電流ＩＬｂに対してＩｆｃｍａｘの電流しか供給できない。また、Ｉｉｎ＝Ｉｆｃ−Ｉｏｕｔ＝０、Ｖｏｕｔ＝０となり、この場合も要求出力電圧ＶＬｂに対してＶｆｃ＋Ｖｏｕｔ＝Ｖｆｃの電圧しか供給できない。
【００４３】
ステップＳ２８では、ＩＬｂ≦Ｉｆｃｏ＝ＩｆｃであるからＩｏｕｔ＝ＩＬｂとする。すなわち、要求出力電圧ＶＬｂには満たないものの、要求出力電流ＩＬｂを供給することができる。
【００４４】
以上のような構成にすることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の定格出力を従来よりも小さくすることができ、それに伴ってＤＣ／ＤＣコンバータ１２の体積、重量及びコストを削減することができる。また、以上のように制御することで、負荷の要求する電流値を優先して供給することが可能である。
【００４５】
なお、本発明は、言うまでもなく、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では負荷に供給する電流値を優先させて燃料電池の動作点を決定したが、負荷に供給する電圧値や電力値を優先させて燃料電池の動作点を決定してもよい。また、発電源は、燃料電池以外に太陽電池等としてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明に係る発電装置によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータは入力側と出力側とが電気的に絶縁され、発電源の＋側出力端子及び−側出力端子がそれぞれＤＣ／ＤＣコンバータの＋側入力端子及び−側入力端子に接続され、発電源の＋側出力端子がＤＣ／ＤＣコンバータの−側出力端子に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータの＋側出力端子と発電源の−側出力端子とから直流電力を出力する。これにより、発電源の出力電圧とＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧との和を、発電装置の出力電圧とすることができる。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を、発電源の出力電圧の分だけ従来よりも小さくできる。したがって、本発明の発電装置によれば、負荷に対する定格出力電力を維持したまま、ＤＣ／ＤＣコンバータの定格出力電力を小さくできる。
【００４７】
その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータの体積及び重量を小さくできるので、占有スペースを小さくでき、かつ発電装置の製造コストを削減できるとともに、車載用とした場合の燃費を向上できる。しかも、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して出力される電力を低減できるので、その分の電力損失を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る発電装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の発電装置における制御部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図３】図１の発電装置における制御部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】図１の発電装置における燃料電池の動作曲線の一例を示すグラフである。
【図５】発電装置の従来例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０  発電装置
１１  燃料電池（発電源）
１１ｏｐ  燃料電池の＋側出力端子
１１ｏｍ  燃料電池の−側出力端子
１２  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２ｉｐ  ＤＣ／ＤＣコンバータの＋側入力端子
１２ｉｍ  ＤＣ／ＤＣコンバータの−側入力端子
１２ｏｐ  ＤＣ／ＤＣコンバータの＋側出力端子
１２ｏｍ  ＤＣ／ＤＣコンバータの−側出力端子
１３  二次電池
１４  インバータ
１５  モータ
１６  残存容量センサ
１７  制御部（制御手段）
【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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