(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に接続された燃料電池と２次電池とを備え、前記燃料電池あるいは前記２次電池の少なくとも一方が負荷に対して電力を供給する電源装置であって、
前記２次電池の残存容量を検出する残存容量検出手段と、
接続される負荷の大きさを検出する負荷量検出手段と、
前記残存容量検出手段および前記負荷量検出手段の検出結果を基に、前記２次電池の充放電状態を予測する充放電状態予測手段と、
予測された前記充放電状態が、少なくとも前記２次電池が前記燃料電池によって充電される充電状態となる場合には、充放電状態を予測された前記２次電池の充電に要する電力量と、前記負荷量検出手段が検出した負荷量に対応する電力量と、の合計に見合う総電力量を出力するために前記燃料電池が要するガス量を決定する供給ガス量決定手段と、
該供給ガス量決定手段の決定に従った量のガスを前記燃料電池に供給するガス供給手段と
を備える電源装置。
【請求項２】
請求項１記載の電源装置であって、
前記ガス量決定手段は、前記燃料電池の内部温度に基づく補正を行ないつつ、前記ガス量を決定する
電源装置。
【請求項３】
並列に接続された燃料電池と２次電池とを備え、前記燃料電池あるいは前記２次電池の少なくとも一方が負荷に対して電力を供給する電源装置であって、
前記２次電池の残存容量を検出する残存容量検出手段と、
前記残存容量検出手段の検出結果および接続される負荷に係る予測した負荷量を基に、前記２次電池の充放電状態を予測する充放電状態予測手段と、
予測された前記充放電状態が、少なくとも前記２次電池が前記燃料電池によって充電される充電状態となる場合には、充放電状態を予測された前記２次電池の充電に要する電力量と、前記予測した負荷量に対応する電力量と、の合計に見合う総電力量を出力するために前記燃料電池が要するガス量を決定する供給ガス量決定手段と、
該供給ガス量決定手段の決定に従った量のガスを前記燃料電池に供給するガス供給手段と
を備える電源装置。
【請求項４】
並列に接続された燃料電池と２次電池とを備え、前記燃料電池あるいは前記２次電池の少なくとも一方が負荷に対して電力を供給する電源装置であって、
前記２次電池の残存容量を検出する残存容量検出手段と、
前記電源装置が始動前か始動後かを判断する始動時判断手段と、
前記始動時判断手段によって前記電源装置が始動前と判断されたときには、前記電源装置の始動時に稼働する機器類が消費する電力である所定の負荷量と、前記残存容量検出手段の検出結果とを基に、前記２次電池の充放電状態を予測する充放電状態予測手段と、
予測された前記充放電状態が、少なくとも前記２次電池が前記燃料電池によって充電される充電状態となる場合には、充放電状態を予測された前記２次電池の充電に要する電力量と、前記所定の負荷量に対応する電力量と、の合計に見合う総電力量を出力するために前記燃料電池が要するガス量を決定する供給ガス量決定手段と、
該供給ガス量決定手段の決定に従った量のガスを前記燃料電池に供給するガス供給手段と
を備える電源装置。
【請求項５】
並列に接続された燃料電池と２次電池とを備え、前記燃料電池あるいは前記２次電池の少なくとも一方が負荷に対して電力を供給する電源装置であって、
前記電源装置の始動前に、前記２次電池の残存容量を検出する残存容量検出手段と、
前記電源装置の始動前に、前記電源装置の始動時に稼働する機器類が消費する電力である所定の負荷量と、前記残存容量検出手段の検出結果とを基に、前記２次電池の充放電状態を予測する充放電状態予測手段と、
予測された前記充放電状態が、少なくとも前記２次電池が前記燃料電池によって充電される充電状態となる場合には、充放電状態を予測された前記２次電池の充電に要する電力量と、前記所定の負荷量に対応する電力量と、の合計に見合う総電力量を出力するために前記燃料電池が要するガス量を決定する供給ガス量決定手段と、
該供給ガス量決定手段の決定に従った量のガスを前記燃料電池に供給するガス供給手段と
を備える電源装置。
【請求項６】
並列に接続された燃料電池と２次電池とを備え、前記燃料電池あるいは前記２次電池の少なくとも一方が負荷に対して電力を供給する電源装置であって、
前記２次電池の残存容量を検出する残存容量検出手段と、
接続される負荷の大きさを検出する負荷量検出手段と、
前記残存容量検出手段および前記負荷量検出手段の検出結果を基に、前記２次電池の充放電状態を予測する充放電状態予測手段と、
予測された前記充放電状態が、少なくとも前記２次電池が前記燃料電池によって充電される充電状態となる場合には、前記燃料電池と前記２次電池の出力特性に基づいて定まる電流値であって、充放電状態を予測された前記２次電池を充電するための電流値と、前記負荷量検出手段が検出した負荷量に対応する電流値と、の合計に見合う電流値を出力するために、前記燃料電池が要するガス量を決定する供給ガス量決定手段と、
該供給ガス量決定手段の決定に従った量のガスを前記燃料電池に供給するガス供給手段と
を備える電源装置。
【請求項７】
電気エネルギによってモータを回転させ、該モータの回転力を車軸に伝えることによって駆動力を得る電気自動車であって、
請求項１ないし６いずれか記載の電源装置を搭載し、
前記モータは、前記電源装置から電力の供給を受ける
電気自動車。
【請求項８】
電気エネルギによってモータを回転させ、該モータの回転力を車軸に伝えることによって駆動力を得る電気自動車であって、
請求項１、２および６のいずれか記載の電源装置を搭載し、
前記モータは、前記電気自動車に搭載された補機と共に、前記電源装置から電力の供給を受け、
前記負荷量は、前記モータにおける消費電力と、前記補機における消費電力とから導出される
電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源装置および電気自動車に関し、詳しくは燃料電池と２次電池とを備えた電源装置と、この電源装置を搭載した電気自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電源装置として、燃料電池と２次電池とを電源として備え、燃料電池によって２次電池を充電し、充電された２次電池が負荷に対して電力を供給する電源装置が提案されている（例えば特開平６−１２４７２０号公報など）。この電源装置は複数の２次電池を備えており、この複数の２次電池において負荷に接続するものと燃料電池に接続するものとを切り替え、残存容量が少なくなった２次電池は他の２次電池が負荷に電力を供給している間に燃料電池によって充電される構成となっている。したがって、負荷に接続する２次電池は常に充分な充電状態とすることができ、電気自動車の駆動用モータといった負荷に、電力を安定に供給することが可能となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した電源装置においては２次電池を複数備える必要があるため、電源装置を設置するために広いスペースを必要とするという問題があった。特に、この電源装置を車両駆動用のモータの電源として車載する場合には車両としてのスペースに限りがあるため、電源装置に多くのスペースをさいてしまっては車両の設計の自由度が制限されてしまう。さらに、負荷に接続する２次電池は常に一つであるため、例えば上記車載時における車両の発進時や坂道登板時など負荷が急激に増大する場合に対応するためには、個々の２次電池が充分な出力と容量とを備えていることが必要である。このように２次電池の容量を増大させることは重量の増加に直結するため、充分な容量の２次電池を複数車載するという構成は採用し難い場合がある。
【０００４】
このような電源装置の大型化を抑えるためには、複数の２次電池を切り替えて交代で負荷に電力を供給する代わりに、２次電池と燃料電池とを並列に接続し、少なくともどちらか一方によって負荷に電力を供給する構成とすることが考えられる。このような構成とするならば、負荷が所定量よりも小さく燃料電池の出力に余裕があるときには、燃料電池によって負荷を駆動すると共に２次電池の充電を行なうことができる。また、負荷が増大したときには燃料電池と２次電池との両方によって負荷を駆動することができるため、各々の電池の容量を抑えることができ、ひいては電源装置の大型化を抑えることができる。
【０００５】
上記の構成を採用することによって電源装置の大型化を抑えることは可能となるが、このような構成の電源装置では、２次電池の充電状態によっては燃料電池に供給されるガス量が不足して種々の問題を生じることがある。すなわち、２次電池の充電状態が充分ではない場合には、燃料電池は負荷を駆動すると共に２次電池を充電することがあるが、このとき燃料電池から２次電池への出力量に見合った充分量のガスが燃料電池に供給されていないと、燃料電池の発電状態において不都合が生じることになる。
【０００６】
燃料電池に要求される出力量に対して燃料電池に供給されるガス量が少ないと、例えば、燃料電池において電力降下が起きて電源としての機能が損なわれるおそれがある。さらに、接続する負荷の大きさに対して燃料電池に供給されるガス量が不十分である場合には、上記のように電圧の降下といった現象の他に、燃料電池のスタック構造を形成する各単セル間で発電状態にバラツキが起こって、一部の単セルにおいて転極などの異常反応を起こすという現象も知られている。転極とは、電池反応におけるカソードとアノードとが逆転する現象をいう。異常反応である転極などが起きたときには、電圧が不安定になるばかりでなく、電気エネルギに変換されなかったエネルギが熱エネルギとして放出され、燃料電池において部分的な発熱を起こす。このような部分的な発熱が起きると、燃料電池を構成する部材が損傷を受けて燃料電池の短寿命化が引き起こされるおそれがあった。
【０００７】
以上、２次電池の充電状態に起因する燃料電池でのガス不足について説明したが、このような燃料電池でのガス不足は、電源装置の始動時には特に問題となる。２次電池の充電状態が低下したまま電源装置が停止された場合には、次回にこの電源装置を始動するときに、燃料電池は、暖機運転の開始と共に２次電池にも電力を供給し始める必要がある。このとき、暖機運転に必要な量のガスしか供給されないならば、燃料電池ではガスが不足することになる。
【０００８】
本発明の電源装置は、こうした問題を解決し、燃料電池において供給されるガスが不足して電圧降下が起こったり、部分的な発熱などの不都合が生じてしまうのを防止することを目的としてなされ、次の構成を採った。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の第１の電源装置は、
燃料電池と２次電池とを備え、前記燃料電池あるいは前記２次電池の少なくとも一方が負荷に対して電力を供給する電源装置であって、
前記２次電池の残存容量を検出する残存容量検出手段と、
接続される負荷の大きさを検出する負荷量検出手段と、
前記残存容量検出手段および前記負荷量検出手段の検出結果を基に、前記２次電池の充放電状態を予測する充放電状態予測手段と、
少なくとも前記２次電池が充電状態となる場合には、前記充放電状態予測手段が予測した前記２次電池の充放電状態に基づいて、前記燃料電池が出力すべき電力量を得るために前記燃料電池が要するガス量を決定する供給ガス量決定手段と、
該供給ガス量決定手段の決定に従った量のガスを前記燃料電池に供給するガス供給手段とからなることを要旨とする。
【００１０】
以上のように構成された本発明の第１の電源装置は、前記２次電池の残存容量と接続される負荷の大きさとを検出し、その検出結果を基に、前記２次電池の充放電状態を予測する。ここで、少なくとも前記２次電池が充電状態となる場合には、予測した前記２次電池の充放電状態に基づいて、前記燃料電池が出力すべき電力量を得るために前記燃料電池が要するガス量を決定し、決定した量のガスを前記燃料電池に供給する。
【００１１】
このような電源装置によれば、少なくとも前記２次電池が充電状態になると予測される場合には、予測した前記２次電池の充放電状態に基づいて決定した量のガスを前記燃料電池に供給するため、燃料電池においてガス量が不足して、電圧降下や部分的な発熱などの不都合が生じてしまうことがない。接続された負荷量に見合った量のガスしか供給されていない場合には、２次電池を充電することによって燃料電池においてガスが不足するおそれがあるが、２次電池の充電状態を考慮して燃料電池が要するガス量を決めるため、負荷と２次電池との両方に対して電力を供給するのに充分なガスを燃料電池に供給することができる。
【００１２】
また、接続された負荷量と２次電池の充放電状態とに基づいて、燃料電池が出力すべき電力量を得るために燃料電池が要するガス量を決定するため、燃料電池に過剰なガスが供給されてガスが無駄になってしまうことがない。特に２次電池が放電状態となるときには、燃料電池が負荷に対して供給すべき電力量が負荷の大きさよりも小さくなるため、２次電池が放電状態になる場合にも２次電池の放電状態を考慮して燃料電池に供給するガス量を決定するならば、燃料電池に供給される過剰なガス量をさらに減らすことができる。このように燃料電池に供給するガスを無駄にしないことによって、燃料電池に供給する燃料ガス（あるいは燃料ガスを生成するための原燃料）や、燃料電池にガスを加圧供給するためのエアコンプレッサが消費する電力を無駄に消費してしまうことがない。
【００１３】
本発明第２の電源装置は、
燃料電池と２次電池とを備え、前記燃料電池あるいは前記２次電池の少なくとも一方が負荷に対して電力を供給する電源装置であって、
前記２次電池の残存容量を検出する残存容量検出手段と、
前記電源装置が始動前か始動後かを判断する始動時判断手段と、
前記始動時判断手段によって前記電源装置が始動前と判断されたときには、前記電源装置の始動時に稼働する機器類が消費する電力である所定の負荷量と、前記残存容量検出手段の検出結果とを基に、前記２次電池の充放電状態を予測する充放電状態予測手段と、
少なくとも前記２次電池が充電状態となる場合には、前記充放電状態予測手段が予測した前記２次電池の充放電状態に基づいて、前記燃料電池が出力すべき電力量を得るために前記燃料電池が要するガス量を決定する供給ガス量決定手段と、
該供給ガス量決定手段の決定に従った量のガスを前記燃料電池に供給するガス供給手段とからなることを要旨とする。
【００１４】
以上のように構成された本発明の第２の電源装置は、この電源装置が始動前か始動後かを判断し、電源装置が始動前であると判断されたときには、前記電源装置の始動時に稼働する機器類が消費する電力である所定の負荷量と、前記残存容量検出手段の検出結果とを基に、前記２次電池の充放電量を予測する。ここで、少なくとも前記２次電池が充電状態となる場合には、予測した前記２次電池の充放電状態に基づいて、前記燃料電池が出力すべき電力量を得るために前記燃料電池が要するガス量を決定し、決定した量のガスを前記燃料電池に供給する。
【００１５】
このような電源装置によれば、電源装置の始動時に２次電池の充放電状態を予測して、予測した２次電池の充放電状態に基づいて、システムの始動時に燃料電池に供給するガス量を決定するため、電源装置の始動時に燃料電池でガス不足が生じて電圧降下や部分的な発熱などの不都合が生じてしまうことがない。
【００１６】
本発明の電気自動車は、
電気エネルギによってモータを回転させ、該モータの回転力を車軸に伝えることによって駆動力を得る電気自動車であって、
請求項１または２記載の電源装置を搭載し、
前記モータは、前記電源装置から電力の供給を受ける
ことを要旨とする。
【００１７】
以上のように構成された本発明の電気自動車は、燃料電池と２次電池とを電源として備え、前記燃料電池あるいは前記２次電池の少なくとも一方が負荷であるモータに対して電力を供給してこのモータを回転させ、該モータの回転力を車軸に伝えることによって駆動力を得る。この電気自動車が備える燃料電池にガスを供給するときには、前記２次電池の残存容量と接続される負荷の大きさとを検出し、この結果を基に前記２次電池の充放電状態を予測する。その際、少なくとも前記２次電池が充電状態となる場合には、前記２次電池の充放電状態に基づいて、前記燃料電池が出力すべき電力を得るために前記燃料電池が要するガス量を決定する。
【００１８】
あるいは、本発明の電気自動車が備える電源装置が始動前か始動後かを判断し、始動前と判断された場合には、前記電源装置の始動時に稼働する機器類が消費する電力である所定の負荷量と、前記２次電池の残存容量の検出結果とを基に、前記２次電池の充放電状態を予測する。その際、少なくとも前記２次電池が充電状態となる場合には、前記２次電池の充放電状態に基づいて、前記燃料電池が前記電源装置の始動時に出力すべき電力を得るために前記燃料電池が要するガス量を決定する。
【００１９】
このような電気自動車によれば、この電気自動車が搭載する電源装置が備える燃料電池にガスを供給する際、少なくとも２次電池が充電状態となる場合には、負荷の大きさと共に２次電池の充電状態も考慮して、燃料電池に供給するガス量を決定するため、２次電池を充電することによって燃料電池がガス不足となり、電圧降下や部分的な発熱などの不都合を生じてしまうことがない。
【００２０】
また、接続された負荷量と２次電池の充放電状態とに基づいて、燃料電池が出力すべき電力量を得るために燃料電池が要するガス量を決定するため、燃料電池に過剰なガスが供給されてガスが無駄になってしまうことがない。特に２次電池が放電状態となるときには、燃料電池が負荷に対して供給すべき電力量が負荷の大きさよりも小さくなるため、２次電池が放電状態になる場合にも２次電池の充放電状態を考慮して燃料電池に供給するガス量を決定するならば、燃料電池に供給される過剰なガス量をさらに減らすことができる。このように燃料電池に供給するガスを無駄にしないことによって、燃料電池に供給する燃料ガス（あるいは燃料ガスを生成するための原燃料）や、燃料電池にガスを加圧供給するためにエアコンプレッサ等が消費する無駄を減らすことができる。特に電気自動車においては、燃料の無駄の削減は、一回の燃料補給で走行可能な距離が短縮してしまうのを防ぐことができて好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図１は、本発明の好適な一実施例である電源装置１０を搭載した電気自動車の構成の概略を表わすブロック図である。本実施例の電源装置１０は、車両に搭載されて車両駆動用の電源として働く。電源装置１０は、燃料電池２０、２次電池３０、車両駆動用のモータ３２、補機類３４、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６、リレー３８、始動装置４０、残存容量モニタ４２、リレー４６、制御部５０を主な構成要素とする。以下、電源装置１０の各構成要素について説明する。
【００２２】
燃料電池２０は、固体高分子電解質型の燃料電池であり、構成単位である単セル２８を複数積層したスタック構造を有している。燃料電池２０は、アノード側に水素を含有する燃料ガスの供給を受け、カソード側には酸素を含有する酸化ガスの供給を受けて以下に示す電気化学反応によって起電力を得る。
【００２３】
Ｈ2  →  ２Ｈ+＋２ｅ-                     …（１）
（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-  →  Ｈ2Ｏ    …（２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2  →  Ｈ2Ｏ             …（３）
【００２４】
（１）式はアノード側における反応、（２）式はカソード側における反応を示し、（３）式は電池全体で起こる反応を表わす。図２は、この燃料電池２０を構成する単セル２８の構成を例示する断面図である。単セル２８は、電解質膜２１と、アノード２２およびカソード２３と、セパレータ２４，２５とから構成されている。
【００２５】
アノード２２およびカソード２３は、電解質膜２１を両側から挟んでサンドイッチ構造を成すガス拡散電極である。セパレータ２４，２５は、このサンドイッチ構造をさらに両側から挟みつつ、アノード２２およびカソード２３との間に、燃料ガスおよび酸化ガスの流路を形成する。アノード２２とセパレータ２４との間には燃料ガス流路２４Ｐが形成されており、カソード２３とセパレータ２５との間には酸化ガス流路２５Ｐが形成されている。セパレータ２４，２５は、図２ではそれぞれ片面にのみ流路を形成しているが、実際にはその両面にリブが形成されており、片面はアノード２２との間で燃料ガス流路２４Ｐを形成し、他面は隣接する単セルが備えるカソード２３との間で酸化ガス流路２５Ｐを形成する。このように、セパレータ２４，２５は、ガス拡散電極との間でガス流路を形成するとともに、隣接する単セル間で燃料ガスと酸化ガスの流れを分離する役割を果たしている。もとより、単セル２８を積層してスタック構造を形成する際、スタック構造の両端に位置する２枚のセパレータは、ガス拡散電極と接する片面にだけリブを形成することとしてもよい。
【００２６】
ここで、電解質膜２１は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。本実施例では、ナフィオン膜（デュポン社製）を使用した。電解質膜２１の表面には、触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金が塗布されている。触媒を塗布する方法としては、白金または白金と他の金属からなる合金を担持したカーボン粉を作製し、この触媒を担持したカーボン粉を適当な有機溶剤に分散させ、電解質溶液（例えば、Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社、Ｎａｆｉｏｎ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を適量添加してペースト化し、電解質膜２１上にスクリーン印刷するという方法をとった。あるいは、上記触媒を担持したカーボン粉を含有するペーストを膜成形してシートを作製し、このシートを電解質膜２１上にプレスする構成も好適である。また、白金などの触媒は、電解質膜２１ではなく、電解質膜２１を接するアノード２２およびカソード２３側に塗布することとしてもよい。
【００２７】
アノード２２およびカソード２３は、共に炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスにより形成されている。なお、本実施例では、アノード２２およびカソード２３をカーボンクロスにより形成したが、炭素繊維からなるカーボンペーパまたはカーボンフエルトにより形成する構成も好適である。
【００２８】
セパレータ２４，２５は、ガス不透過の導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンにより形成されている。セパレータ２４，２５はその両面に、平行に配置された複数のリブを形成しており、既述したように、アノード２２の表面とで燃料ガス流路２４Ｐを形成し、隣接する単セルのカソード２３の表面とで酸化ガス流路２５Ｐを形成する。ここで、各セパレータの表面に形成されたリブは、両面ともに平行に形成する必要はなく、面毎に直行するなど所定の角度をなすこととしてもよい。また、リブの形状は平行な溝状である必要はなく、ガス拡散電極に対して燃料ガスまたは酸化ガスを供給可能であればよい。
【００２９】
以上、燃料電池２０の基本構造である単セル２８の構成について説明した。実際に燃料電池２０として組み立てるときには、セパレータ２４、アノード２２、電解質膜２１、カソード２３、セパレータ２５の順序で構成される単セル２８を複数組積層し（本実施例では１００組）、その両端に緻密質カーボンや銅板などにより形成される集電板２６，２７を配置することによって、スタック構造を構成する。
【００３０】
図１のブロック図では図示しなかったが、実際に燃料電池を用いて発電を行なうには、上記スタック構造を有する燃料電池本体の他に所定の周辺装置を必要とする。図３は、燃料電池２０とその周辺装置とからなる燃料電池部６０の構成を例示するブロック図である。燃料電池部６０は、上記燃料電池２０と、メタノールタンク６１および水タンク６２と、改質器６４と、エアコンプレッサ６６とを主な構成要素とする。
【００３１】
改質器６４は、メタノールタンク６１および水タンク６２から、メタノールおよび水の供給を受ける。改質器６４では、供給されたメタノールを原燃料として水蒸気改質法による改質を行ない、水素リッチな燃料ガスを生成する。以下に、改質器６４で行なわれる改質反応を示す。
【００３２】
ＣＨ3ＯＨ  →  ＣＯ＋２Ｈ2            …（４）
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2＋Ｈ2           …（５）
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2＋３Ｈ2    …（６）
【００３３】
改質器６４で行なわれるメタノールの改質反応は、（４）式で表わされるメタノールの分解反応と（５）式で表わされる一酸化炭素の変成反応とが同時に進行し、全体として（６）式の反応が起きる。このような改質反応は全体として吸熱反応である。改質器６４で生成された水素リッチな燃料ガスは燃料供給路６８を介して燃料電池２０に供給され、燃料電池２０内では各単セル２８において、前記燃料ガス流路２４Ｐに導かれてアノード２２における電池反応に供される。アノード２２で行なわれる反応は記述した（１）式で表わされるが、この反応で必要な水を補って電解質膜２１の乾燥を防ぐために、燃料供給路６８に加湿器を設け、燃料ガスを加湿した後に燃料電池２０に供給することとしてもよい。
【００３４】
また、エアコンプレッサ６６は、外部から取り込んだ空気を燃料電池２０に加圧供給する。エアコンプレッサ６６に取り込まれて加圧された空気は、空気供給路６９を介して燃料電池２０に供給され、燃料電池２０内では各単セル２８において、前記酸化ガス流路２５Ｐに導かれてカソード２３における電池反応に供される。一般に燃料電池では、両極に供給されるガスの圧力が増大するほど反応速度が上昇するため電池性能が向上する。そこで、カソード２３に供給する空気は、このようにエアコンプレッサ６６によって加圧を行なっている。なお、アノード２２に供給する燃料ガスの圧力は、記述した燃料供給路６８に設けた図示しないマスフロコントローラの電磁バルブの開閉状態を制御することによって容易に調節可能である。
【００３５】
燃料電池２０内のアノード２２で電池反応に使用された後の燃料排ガスと、エアコンプレッサ６６によって圧縮された空気の一部とは改質器６４に供給される。既述したように、改質器６４における改質反応は吸熱反応であって外部から熱の供給が必要であるため、改質器６４内部には図示しないバーナが加熱用に備えられている。上記燃料ガスと圧縮空気とは、このバーナの燃焼のために用いられる。燃料電池２０のアノード側から排出された燃料排ガスは燃料排出路７１によって改質器６４に導かれ、圧縮空気は空気供給路６９から分岐する分岐空気路７０によって改質器６４に導かれる。燃料排ガスに残存する水素と圧縮空気中の酸素とはバーナの燃焼に用いられ、改質反応に必要な熱量を供給する。
【００３６】
本実施例の燃料電池２０は、接続される負荷の大きさに応じて、燃料ガス量および酸化ガス量を調節することによって、その出力を制御することができる。この出力の制御は制御部５０によって行なわれる。すなわち、既述した空気供給路６９に接続するエアコンプレッサ６６や、燃料供給路６８に設けたマスフロコントローラに対して、制御部５０からの駆動信号を出力し、その駆動量や開閉状態を調節することで供給ガス量を制御して負荷の大きさに応じた出力を得ている。図１では、制御部５０からの出力信号は燃料電池２０に入力されるように表わされているが、実際には、制御部５０からの出力信号は、燃料電池部６０においてガス量の調節などに関わる上記した機器類に入力される。
【００３７】
２次電池３０は、上記燃料電池２０とともにモータ３２および補機類３４に電力を供給する電源装置である。本実施例では鉛蓄電池を用いたが、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池、リチウム２次電池など他種の２次電池を用いることもできる。この２次電池３０の容量は、電源装置１０を搭載する電気自動車の予想される走行状態、すなわち予想される負荷の大きさや、併設される燃料電池２０の容量などによって決定される。
【００３８】
モータ３２は、燃料電池２０や２次電池３０から電力の供給を受けて回転駆動力を発生する。この回転駆動力は、電源装置１０を搭載する車両における車軸を介して、車両の前輪および／または後輪に伝えられ、車両を走行させる動力となる。このモータ３２は、制御装置３３の制御を受ける。制御装置３３は、アクセルペダル３３ａの操作量を検出するアクセルペダルポジションセンサ３３ｂなどとも接続されている。また、制御装置３３は、制御部５０とも接続しており、この制御部５０との間でモータ３２の駆動などに関する種々の情報をやり取りしている。
【００３９】
補機類３４は、電源装置１０の稼働中に所定範囲内の電力を消費する負荷である。例えば、エアコンプレッサ６６やウオータポンプやマスフロコントローラなどがこれに相当する。エアコンプレッサ６６は、既述したように、燃料電池２０に供給する酸化ガス圧を調節するものである。また、ウオータポンプは、冷却水を加圧して燃料電池２０内を循環させるものであり、このように冷却水を循環させて燃料電池２０内で熱交換を行なわせることによって、燃料電池２０の内部温度を所定の温度以下に制御する。マスフロコントローラは、既述したように燃料電池２０に供給する燃料ガスの圧力と流量を調節する。従って、図１のブロック図では燃料電池２０と補機類３４とは独立して表わされているが、これら燃料電池２０の運転状態の制御に関わる機器については燃料電池２０の周辺機器ということもできる。また、燃料電池２０の運転自体に関わらない室内灯やラジオや空気調整装置などの車内設備も補機類３４に含まれる。このような補機類３４の電力消費量は最大５ｋｗであり、モータ３２の消費電力に比べて少なく、電力消費量の変動も小さい。
【００４０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、燃料電池２０および２次電池３０の出力電圧を変換して補機類３４に供給する。モータ３２を駆動するのに必要な電圧は、通常２００Ｖ〜３００Ｖ程度であり、燃料電池２０および２次電池３０からはこれに見合った電圧が出力されている。しかしながら、既述したウオータポンプなどの補機類３４を駆動するときの電圧は１２Ｖ程度であり、燃料電池２０および２次電池３０から出力される電圧をそのままの状態で供給することはできない。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６によって電圧を降下させている。
【００４１】
始動装置４０は、電源装置１０を搭載する車両の使用者が電源装置１０を始動あるいは停止するときに操作する装置である。具体的には車両の運転席の近傍に設けられた所定のスタートスイッチなどとして構成される。
【００４２】
リレー３８は、電源装置１０を構成する回路の所定の位置に設けられ、この回路の開閉を行なう接点を備えており、制御部５０と接続している。リレー３８は、始動装置４０を介して電源装置１０の始動が指示されると、制御部５０の制御を受けて、燃料電池２０および２次電池３０とモータ３２および補機類３４とをつなぐ回路を接続する。また、始動装置４０を介して電源装置１０の停止が指示されると、上記回路を切り離す。
【００４３】
残存容量モニタ４２は、２次電池３０の残存容量を検出するものであり、ここではＳＯＣメータによって構成されている。ＳＯＣメータは２次電池３０における充電・放電の電流値と時間とを積算するものであり、この値を基に制御部５０は２次電池３０の残存容量を演算する。ここで残存容量モニタ４２は、ＳＯＣメータの代わりに電圧センサによって構成することとしてもよい。２次電池３０は、その残存容量が少なくなるにつれて電圧値が低下するため、この性質を利用して電圧を測定することによって２次電池３０の残存容量を検出することができる。この電圧センサは制御部５０に接続しているが、制御部５０に予め電圧センサにおける電圧値と残存容量との関係を記憶しておくことによって、電圧センサから入力される測定値を基に制御部５０は２次電池３０の残存容量を求める。あるいは、残存容量モニタ４２は、２次電池３０の電解液の比重を測定して残存容量を検出する構成としてもよい。
【００４４】
リレー４６は、燃料電池２０および２次電池３０に対してモータ３２と補機類３４とを並列に接続する回路中に設けられており、このリレー４６が備える接点を開閉することによって、燃料電池２０および２次電池３０とモータ３２とを接続したり切り離したりすることができる。リレー４６における接続状態は、制御部５０によって制御されている。このリレー４６は電源装置１０の停止時にはオフ状態にされる構成となっているため、電源装置１０の始動時には、燃料電池２０や２次電池３０からの電力は、補機類３４には供給されるがモータ３２には供給されない。リレー４６は、電源装置１０が始動された後にモータ３２の駆動に支障がなくなったとき、すなわち、燃料電池２０の暖機運転が終了したときや２次電池３０が所定の充電状態となったときなどにオン状態になるよう制御される。
【００４５】
制御部５０は、マイクロコンピュータを中心とした論理演算回路として構成され、ＣＰＵ５２、ＲＯＭ５４、ＲＡＭ５６および入出力ポート５８を中心として構成されている。ＣＰＵ５２は、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行する。ＲＯＭ５４には、ＣＰＵ５２で各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データなどが予め格納されており、ＲＡＭ５６には、同じくＣＰＵ５２で各種演算処理を実行するのに必要な各種データが一時的に読み書きされる。入出力ポート５８は、残存容量モニタ４２など各種センサからの検出信号などを入力すると共に、ＣＰＵ５２での演算結果に応じてリレー４６など各種アクチュエータに駆動信号を出力して電源装置１０の各部の駆動状態を制御する。
【００４６】
図１において、制御部５０と燃料電池２０との間に信号のやり取りを示したが、これは燃料電池２０の運転状態に関する制御を表わしており、正確には燃料電池部６０を構成する各機器の動作に関する制御を表わしている。既述したように、エアコンプレッサ６６やマスフロコントローラに駆動信号を出力して酸化ガス量や燃料ガス量を制御したり、改質器６４に供給するメタノールおよび水の量を制御したり、燃料電池２０の温度管理や改質器６４の温度管理も制御部５０が行なっている。
【００４７】
ダイオード４４は、燃料電池２０と２次電池３０とを並列に接続する回路中に設けられており、燃料電池２０への電流の逆流を防いでいる。後述するように、２次電池３０は、その充電状態および接続される負荷の大きさによって、負荷に対して電力を供給したり燃料電池２０によって充電されたりとその充放電状態が変化する。しかしながら燃料電池２０は、接続される負荷の大きさおよび供給されるガス量に応じた電力を負荷に対して供給するだけであって蓄電する機能を有していないため、このようにダイオード４４を設けることによって、電流が逆流して電池反応に不都合が生じてしまうのを防いでいる。
【００４８】
以上電源装置１０の構成について説明したが、次に、この電源装置１０の動作について説明する。まず最初に、電源装置１０の始動時における燃料電池２０および２次電池３０からの出力の様子について説明する。電源装置１０の始動装置４０における所定のスタートスイッチがオンになると、制御部５０からの信号に基づいてリレー３８が駆動され、その接点が接続されて燃料電池２０の暖機運転が始めると共に、２次電池３０の充電あるいは放電が始まる。
【００４９】
電源装置１０の始動時においては、燃料電池２０は所定の運転温度に達していないため、モータ３２を充分に駆動することができるほどの電力を供給し難い状態にある。したがって本実施例では、燃料電池２０は、電源装置１０の始動時には所定範囲内の大きさの負荷である補機類３４に対して出力することによって暖機運転を行なう構成となっている。暖機が不十分な燃料電池２０に大きな負荷を接続したときには、大電流が流れて電圧が降下するなどの不都合を生じるおそれがあるが、所定範囲内の大きさの電流を供給することによって燃料電池２０は無理なく運転を開始し、この暖機運転によって定常状態に達する。燃料電池２０が定常状態に達した後は、リレー４６における接点が接続されてモータ３２に対しても電力の供給が行なわれるようになる。
【００５０】
図４は、燃料電池２０および２次電池３０の出力特性を表わす説明図である。燃料電池２０は、負荷が小さいとき、すなわち出力する電流値が小さいときにはその出力電圧は高く、電流値が大きくなるに従って電圧値は低下する。また、２次電池３０は、広い電流値にわたって所定範囲の電圧値を維持することができるが、その充電状態によって電圧値は昇降する。図４では、充分に充電された状態の２次電池３０の出力特性と、充電状態が不十分な２次電池３０の出力特性との両方を示した。
【００５１】
２次電池３０が充分に充電された状態にある場合に電源装置１０の始動を行なうと、燃料電池２０と２次電池３０との両方から補機類３４に対して出力が行なわれるようになる。補機類３４を駆動するのに要する全電流をＩt1とする。このとき、燃料電池２０、２次電池３０から電流が取り出されると、燃料電池２０、２次電池３０、補機類３４は並列に接続されているため、それらの両端電圧は等しくなる。この電圧をＶ1 とすると、図４から燃料電池２０の出力電流ＩF1、２次電池３０の出力電流ＩB1は、Ｉt1＝ＩF1＋ＩB1が成り立つ値となる。
【００５２】
一方、２次電池３０が充分ではない充電状態にある場合に電源装置１０の始動を行なうと、燃料電池２０は補機類３４に対して電力を供給すると共に２次電池３０の充電を行なう。このとき、補機類３４を駆動するのに要する全電流がＩt1であることは変わらず、また上記したように燃料電池２０、２次電池３０、補機類３４の両端電圧も等しい。この電圧をＶ2 とすると、図４から燃料電池２０の出力電流ＩF2、２次電池３０の出力電流ＩB2は、Ｉt1＝ＩF2＋ＩB2が成り立つ値となる（ただしＩB2＜０）。
【００５３】
このように電源装置１０の始動時には、２次電池３０の充電状態によって２次電池３０の充放電の様子が決まる。２次電池３０の充電状態が充分である場合には燃料電池２０と２次電池３０との両方によって補機類３４を駆動することができるが、２次電池３０の充電状態が不十分である場合には燃料電池２０は２次電池３０を充電するための電力も供給する必要がある。そのため、補機類３４を駆動するのに要する電力が所定範囲内の大きさであっても、電源装置１０の始動時における燃料電池２０の出力状態は２次電池３０の充電状態によって大きく変わることになる。
【００５４】
そこで本実施例の電源装置１０では、システムの始動時に２次電池３０の充電状態を調べ、この２次電池３０の充電状態に応じて燃料電池２０の運転条件を決定し、燃料電池２０に供給するガス量を過不足なく制御する構成となっている。以下に、電源装置１０の始動時に行なわれる燃料電池２０に関する運転条件の制御について、図５に例示する始動時処理ルーチンに基づいて説明する。本ルーチンは、電源装置１０を搭載する車両において、前記始動装置４０における所定のスタートスイッチがオンになったときに、ＣＰＵ５２によって実行される。
【００５５】
本ルーチンが実行されると、まず、残存容量モニタ４２によって２次電池３０の残存容量が検出される（ステップＳ１００）。本実施例の電源装置１０では残存容量モニタ４２としてＳＯＣメータを備えているため、２次電池３０の過去の充放電状況に関する記憶を基に現在の２次電池３０の残存容量が求められる。
【００５６】
つぎに、ステップＳ１００で求められた２次電池３０の残存容量を基に、システム始動時の運転状態の予測が行なわれる（ステップＳ１１０）。このシステム始動時の運転状態は、２次電池３０の残存容量によって異なる。２次電池３０の残存容量が所定量に満たない場合には、燃料電池２０は補機類３４と共に２次電池３０にも電力を供給し、２次電池３０を充電する。また、２次電池３０の残存容量が所定量以上である場合には、電源装置１０の始動時にはこの２次電池３０によっても補機類３４への電力の供給が行なわれる。
【００５７】
電源装置１０の始動時に駆動される補機類３４のほとんどは燃料電池２０の運転に関するものであり、この補機類３４を駆動するのに要する電力は所定範囲内の値をとる。そこで、予め分かっている負荷の総量（補機類３４が要する総電流値）と、２次電池３０の残存容量（その残存容量に応じた出力特性）とを基に、先に図４を用いて説明したように燃料電池２０および２次電池３０の出力電流値を予測する。２次電池３０の残存容量が所定量に満たない場合には、２次電池に対しても電力を供給する必要があるために燃料電池２０の予測出力電流値は高くなる。一方、２次電池３０の残存容量が所定量以上である場合には、２次電池からも電力が出力されるため燃料電池２０の予測出力電流値は低くなる。
【００５８】
次に、ステップＳ１１０で予測したシステム始動時の運転状態（その中の燃料電池２０の予測出力電流値）に従って発電を行なうために燃料電池２０が要するガス量を決定する（ステップＳ１２０）。燃料電池２０は電気化学反応によって起電力を得るため、接続する負荷の大きさに見合った充分量のガスを両極に供給することによって必要な電力を取り出すことができる。ガス量と発電量との対応関係を予め制御部５０に記憶しておくことによって、上記ステップＳ１１０で求めた燃料電池２０の出力電流値に応じたガス量を容易に求めることができる。実際には、理論上必要とされるガス量に所定の過剰率を乗じたガス量が求められる。ここで、始動前の燃料電池２０は所定の運転温度に達していないが、電気化学反応に基づいた燃料電池２０による発電は温度の影響を受けるため、燃料電池２０に供給するガス量を決定する際には燃料電池２０の内部温度を測定して、この温度に基づいて上記ガス量を補正する構成とすることが好ましい。
【００５９】
燃料電池２０に供給するガス量が決まると、この条件に従って電源装置１０が始動され（ステップＳ１３０）、本ルーチンは終了する。電源装置１０の始動時には、制御部５０が燃料電池部６０を構成する各部に駆動信号を出力することによって、上記決定された量のガスが燃料電池２０に供給されるようになると共に、制御部５０がリレー３８に信号を出力して回路を接続することによって補機類３４への電力の供給が始まる。
【００６０】
以上のように構成された本実施例の電源装置１０によれば、システムの始動時には２次電池３０の残存容量を検出し、この結果を基にして燃料電池２０における出力電流の大きさを予測し、予測した電流値に見合った量のガスを燃料電池２０に供給して負荷との接続を行なう。従って、電源装置１０の始動時に、２次電池３０の残存容量が少ないために燃料電池２０に思わぬ負荷がかかり、燃料電池２０でガス量が不足して電圧降下や転極、あるいは部分的な発熱などの不都合を生じてしまうことがない。また、システム１０の始動時に２次電池３０の残存容量が充分である場合には、２次電池３０からも電力の供給が行なわれるため燃料電池２０が出力する電力量が少なくなるが、このとき燃料電池２０に必要以上のガスが供給されてガスが無駄になってしまうことがない。あるいは、２次電池３０の残存容量が充分でないときのために余分にガスを供給しながら電源装置１０を始動する必要もない。
【００６１】
電源装置１０の始動時に予め必要なガス量を予測して、必要と判断される量のガスを燃料電池２０に供給することによってガスが無駄にならないことは、以下のような効果を奏する。アノード側に供給される燃料ガスは、既述したように、電源装置１０を備える電気自動車に予め搭載したメタノールを改質して生成されるが、燃料ガスを無駄に消費することはメタノールを無駄に消費することになる。電気自動車に搭載するメタノール量によって電気自動車が走行可能な距離が決まるので、このようなメタノールの消費は、一回の燃料補給によって電気自動車が走行可能な距離の短縮につながってしまう。本実施例の電源装置１０では、システム始動時に燃料が無駄に消費されて電気自動車の走行可能な距離が短縮されてしまうことがない。
【００６２】
一方、燃料電池２０のカソード側に供給される酸化ガスとしては外部から取り込んだ空気を用いているため、空気を消費することによる不都合はないが、空気を燃料電池２０に送り込むために消費される電力が無駄になる。既述したように、酸化ガスをカソードに供給する際には、エアコンプレッサ６６を用いて空気を加圧している。エアコンプレッサ６６を駆動する電力も燃料電池２０や２次電池３０から供給されるため、酸化ガスを必要以上に供給するということは、エアコンプレッサ６６を駆動するのに要した電力が無駄になるということである。本実施例の電源装置１０では、酸化ガス量も予測した必要量が供給されるので、エアコンプレッサ６６などを駆動するために必要以上の電力を消費してしまうことがない。
【００６３】
上記実施例では、電源装置１０の始動時に２次電池３０の残存容量を調べ、２次電池３０の残存容量に基づいて燃料電池２０に供給するガス量を決めたうえで電源装置１０を始動する構成としているが、２次電池３０の残存容量に基づくこのようなガス量の制御は、電源装置１０の稼働中に行なう構成も好適である。以下に、第２実施例として、電源装置１０の稼働時の燃料電池２０に供給するガス量について行なわれる制御について説明する。第２実施例も第１実施例と同様に、車両に搭載された電源装置１０に関するものであるため、電源装置１０の構成に関する詳しい説明は省略する。
【００６４】
電源装置１０の稼働中は、負荷の大きさ、具体的には電気自動車に搭載されたモータ３２の駆動量によって２次電池３０の充放電状態が変化する。燃料電池２０と２次電池３０とは並行に接続されているため、モータ３２の駆動量が増大したときには、燃料電池２０と２次電池３０との両方から負荷に対して電力が供給される。すなわち、２次電池３０からの放電が行なわれ、２次電池３０の残存容量は減少する。一方、モータ３３２の駆動量が減少したときには、燃料電池２０は、モータ３２と共に２次電池３０にも電力を供給するようになり、２次電池３０への充電が行なわれて、２次電池３０の残存容量は回復する。
【００６５】
したがって、車両の坂道登坂時などに負荷が増大すると、燃料電池２０からの出力と共に２次電池３０からの出力が増加し、２次電池３０の残存容量が減少してしまうが、このように２次電池３０の残存容量が減少してしまった状態で負荷が小さくなった場合に、燃料電池２０に供給するガス量を負荷の減少に合わせて減らしてしまうと、燃料電池２０においてガス不足を生じてしまうおそれがある。すなわち、燃料電池３０は、負荷が所定量よりも小さくなったときには負荷の他に２次電池３０に対しても電力を供給するようになるので、負荷と２次電池との両方に供給する電力に見合った量のガスが必要となる。第２実施例の電源装置１０では、所定時間ごとに２次電池３０の充電状態と負荷の大きさを調べ、燃料電池２０に供給するガス量をその結果に応じて調節する。燃料電池２０に供給するこのようなガス量の調節について、図６の稼働時処理ルーチンに基づいて説明する。本ルーチンは、電源装置１０の始動後に所定時間ごと、例えば１ｓｅｃごとにＣＰＵ５２によって実行される。
【００６６】
本ルーチンが実行されると、まず、残存容量モニタ４２によって２次電池３０の残存容量が検出される（ステップＳ２００）。本実施例の電源装置１０では残存容量モニタ４２としてＳＯＣメータを備えているため、２次電池３０の過去の充放電状況に関する記憶を基に現在の２次電池３０の残存容量が求められる。
【００６７】
つぎに、電源装置１０から電力の供給を受けている全負荷量の読み込みが行なわれる（ステップＳ２１０）。具体的には、モータ３２と補機類３４とが消費している電力が検出される。特に、補機類３４を構成する各機器はその稼働中に消費する電力が略一定であるため、現在稼働中の機器がどれであるかという情報を入力することによって、消費されている全電力を算出することができる。なお、既述したように２次電池３０への充電が行なわれる場合には、２次電池３０もまた燃料電池２０にとっては負荷として働くが、ここでは便宜的に、モータ３２と補機類３４だけを負荷と呼ぶことにする。
【００６８】
２次電池３０の残存容量および全負荷量を読み込むと、これらの値を基に、燃料電池２０と２次電池３０との出力状態の予測が行なわれる（ステップＳ２２０）。この燃料電池２０と２次電池３０との出力状態は、２次電池３０の残存容量と全負荷量とによって異なる。２次電池３０の残存容量が所定量以下であって全負荷量が小さい場合には、燃料電池２０は接続された負荷と共に２次電池３０にも電力を供給し、２次電池３０を充電する。従って、全負荷量に比べて燃料電池２０の予測出力電流値は高くなる。このとき、２次電池３０もまた燃料電池２０にとって負荷となる。一方、２次電池３０の残存容量が所定量以上である場合には、２次電池３０によっても負荷への電力の供給が行なわれるため、全負荷量に比べて燃料電池２０の予測出力電流値は低くなる。
【００６９】
次に、ステップＳ２２０で予測した運転状態（燃料電池２０の予測出力電流値）に従って発電を行なうために燃料電池２０が要するガス量を決定する（ステップＳ２３０）。燃料電池２０は電気化学反応によって起電力を得るため、接続する負荷の大きさに見合った充分量のガスを両極に供給することによって必要な電力を取り出すことができる。ガス量と発電量との対応関係を予め制御部５０に記憶しておくことによって、上記ステップＳ２２０で求めた燃料電池２０の出力電流値に応じたガス量を容易に求めることができる。実際には、理論上必要とされるガス量に所定の過剰率を乗じたガス量が求められる。
【００７０】
燃料電池２０に供給するガス量が決まると、この条件に従ってガス量の調節が行なわれて（ステップＳ２４０）、本ルーチンは終了する。ここでは、制御部５０が燃料電池部６０を構成する各部に駆動信号を出力することによって、燃料電池２０に供給するガス量を上記決定された量に修正する。
【００７１】
以上の様に構成された第２実施例の電源装置１０によれば、電源装置１０の稼働中に、所定時間ごとに２次電池３０の残存容量と接続されている負荷の大きさとを読み込み、この結果に基づいて燃料電池２０の出力電流を予測し、燃料電池２０に供給するガス量を、この予測出力電流値に見合った量に制御する。従って、負荷の大きさが急激に増大することによって２次電池３０の充電状態が低下し、その後に２次電池３０が放電状態から充電状態に変化した場合にも、燃料電池２０においてガス不足が生じて電圧の低下や部分的な発熱などの不都合が生じてしまうことがない。
【００７２】
また、２次電池３０の残存容量が充分である場合には、２次電池３０からも電力の供給が行なわれるため燃料電池２０が出力する電力量が少なくなるが、この様なときにも燃料電池２０に必要以上のガスが供給されてガスが無駄になってしまうことがない。あるいは、２次電池３０が充電状態に転じる場合に備えて、燃料電池２０に余分にガスを供給する必要もない。
【００７３】
上記第２実施例では、電源装置１０の稼働中は、常に燃料電池２０に供給するガス量を最適に保つ構成としたが、原則として接続する負荷の大きさに合わせて燃料電池２０に供給するガス量を決定することとし、２次電池が充電状態となって燃料電池２０においてガス量が不足するおそれがある時にだけ、２次電池３０の残存容量に応じて燃料電池２０に供給するガス量を補正することとしてもよい。以下に、このような構成を第３実施例として説明する。第３実施例も第１および第２実施例と同様に、車両に搭載された電源装置１０に関するものであるため、電源装置１０の構成に関する説明は省略する。
【００７４】
第３実施例の電源装置１０では、以下に説明する図７の稼働時処理ルーチンに基づいて、燃料電池２０に供給するガス量の調節を行なう。本ルーチンは、電源装置１０の始動後に所定時間ごと、例えば１ｓｅｃごとにＣＰＵ５２によって実行される。
【００７５】
本ルーチンが実行されると、まず、電源装置１０から電力の供給を受けている全負荷量の読み込みが行なわれる（ステップＳ３００）。具体的には、モータ３２と補機類３４とが消費している全電力量が検出される。特に、補機類３４を構成する各機器はその稼働中に消費する電力が略一定であるため、現在稼働中の機器がどれであるかという情報を入力することによって、消費されている全電力を算出することができる。
【００７６】
つぎに、読み込んだ全負荷量に基づいて、燃料電池２０に供給すべきガス量を決定する（ステップＳ３１０）。ここでは、モータ３２と補機類３２とを合わせた全負荷量の増減に基づいて燃料電池２０の予測出力電流を設定し、この予測出力電流値に基づいて、燃料電池２０に供給すべきガス量を決定する。
【００７７】
この後、残存容量モニタ４２から、２次電池３０の残存容量の読み込みを行なう（ステップＳ３２０）。本実施例においても、第１および第２実施例と同様に、電源装置１０は残存容量モニタ４２としてＳＯＣメータを備えているため、２次電池３０の過去の充放電状況に関する記憶を基に現在の２次電池３０の残存容量が求められる。
【００７８】
２次電池３０の残存容量の読み込みを行なうと、読み込んだ残存容量とステップＳ３００で読み込んだ全負荷量とから２次電池３０の充放電状態を判断する（ステップＳ３３０）。ここで、２次電池３０が充電状態になると判断された場合には、２次電池３０を充電するために要する電力量を基に燃料電池２０が供給すべき総電力量を求め、この値に基づいてステップＳ３１０で決定した燃料電池２０に供給するガス量を補正する（ステップＳ３４０）。その後、制御部５０は燃料電池部６０を構成する各部に駆動信号を出力して、燃料電池２０に供給するガス量をステップＳ３４０で補正したガス量に修正して（ステップＳ３５０）、本ルーチンを終了する。
【００７９】
ステップＳ３３０で、２次電池３０が放電状態、すなわち２次電池３０からも負荷に対して電力を供給する状態になると予測される場合には、制御部５０は燃料電池部６０を構成する各部に駆動信号を出力してステップＳ３１０で決定した量のガスを燃料電池２０に供給して（ステップＳ３５０）、本ルーチンを終了する。
【００８０】
以上説明した第３実施例の電源装置１０においても、２次電池３０が充電状態となるときには、第２実施例と同様に燃料電池２０に供給されるガス量が補正される。したがって、２次電池３０にも電力を供給することによって燃料電池２０がガス不足となり、電圧降下や部分的な発熱などの不都合を生じてしまうことがない。
【００８１】
以上説明した実施例では、本発明の電源装置を車両駆動用の電源として用いて車載する構成としたが、本発明の電源装置に接続して電力の供給を受ける負荷として、車両駆動用のモータ以外のものを接続してもよい。この場合にも、システム始動時やシステムの稼働中に、燃料電池に供給するガス量を充分に確保しておくことによって、上記した実施例と同様の効果を得ることができる。すなわち、接続された負荷量と２次電池の残存容量に見合った量のガスを燃料電池に供給することによって、燃料電池が電圧降下を起こしたり部分的な発熱を起こしたりするといった不都合を生じてしまうことがない。
【００８２】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる様態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な一実施例である電源装置１０の構成を表わすブロック図である。
【図２】単セル２８の構成を表わす断面模式図である。
【図３】燃料電池部６０の構成を表わすブロック図である。
【図４】燃料電池２０と、充分に充電された２次電池３０と、充電状態が不十分な２次電池３０との出力特性を表わす説明図である。
【図５】第１実施例の電源装置１０の始動時に実行される始動時処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【図６】第２実施例の電源装置１０の稼働中に実行される稼働時処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【図７】第３実施例の電源装置１０の稼働中に実行される稼働時処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【符号の説明】
１０…電源装置
２０…燃料電池
２１…電解質膜
２２…アノード
２３…カソード
２４，２５…セパレータ
２４Ｐ…燃料ガス流路
２５Ｐ…酸化ガス流路
２６，２７…集電板
２８…単セル
３０…燃料電池
３２…モータ
３２…補機類
３３…制御装置
３３ａ…アクセルペダル
３３ｂ…アクセルペダルポジションセンサ
３４…補機類
３６…ＤＣ／ＤＣコンバータ
３８…リレー
４０…始動装置
４２…残存容量モニタ
４４…ダイオード
４６…リレー
５０…制御部
５２…ＣＰＵ
５４…ＲＯＭ
５６…ＲＡＭ
５８…入出力ポート
６０…燃料電池部
６１…メタノールタンク
６２…水タンク
６４…改質器
６６…エアコンプレッサ
６８…燃料供給路
６９…空気供給路
７０…分岐空気路
７１…燃料排出路
【図１】
0004049833.tif 000002
【図２】
0004049833.tif 000003
【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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