JP2002280034A - 発電装置 - Google Patents
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Classifications
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 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する。 【解決手段】 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１
１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１２
ｉｐ及び−側入力端子１２ｉｍに接続され、燃料電池１
１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。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。
ＤＣ／ＤＣコンバータの定格出力電力を小さくする。 【解決手段】 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１
１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１２
ｉｐ及び−側入力端子１２ｉｍに接続され、燃料電池１
１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。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。
Description
【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。
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。
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。
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１
１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。
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１
１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。
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。
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。
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。
【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。
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。
【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、制御手段を更に備えたものであ
る。この制御手段は、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。
の発電装置において、制御手段を更に備えたものであ
る。この制御手段は、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。
【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、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
池と、この二次電池の残存容量を検出する残存容量セン
サとを更に備えたものである。これに加え、制御手段
は、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、この残存容量、負荷要求電圧
及び負荷要求電流並びに動作曲線及び充放電特性に基づ
き、二次電池の充放電を制御する。
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
池と、この二次電池の残存容量を検出する残存容量セン
サとを更に備えたものである。これに加え、制御手段
は、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、この残存容量、負荷要求電圧
及び負荷要求電流並びに動作曲線及び充放電特性に基づ
き、二次電池の充放電を制御する。
【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）。
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。
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Ｐｆ
ｃ（＝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。
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Ｐｆ
ｃ（＝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。
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。
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、Ｄ
Ｃ／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。
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、Ｄ
Ｃ／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。
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１
０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１
５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。
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１
０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１
５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
と出力ラインとの二系統に分岐している。出力ライ
ンは、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。
と出力ラインとの二系統に分岐している。出力ライ
ンは、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１００
Ｖ・３００Ａであった場合、出力ライン側を１００Ｖ
・１２５Ａ、出力ライン側を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・１
２５Ａに変換することにより（仮に変換効率を１００％
とする。）、出力ライン側の電圧を加えることで２４
０Ｖ・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。
Ｖ・３００Ａであった場合、出力ライン側を１００Ｖ
・１２５Ａ、出力ライン側を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・１
２５Ａに変換することにより（仮に変換効率を１００％
とする。）、出力ライン側の電圧を加えることで２４
０Ｖ・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。
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。
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。
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。
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１
３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。
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１
３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。
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。
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、ＲＯ
Ｍ、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１
３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。
Ｍ、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１
３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。
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Ｐ
Ｌ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，Ｓ１
７）、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，Ｓ１
９）。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。
Ｌ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，Ｓ１
７）、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，Ｓ１
９）。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Ｓ
ＯＣ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、Ｉ
ｂ＜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１
３は放電不可能と判断してＩｂ＝０とする（ステップＳ
１４）。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Ｓ
１６）。
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Ｓ
ＯＣ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、Ｉ
ｂ＜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１
３は放電不可能と判断してＩｂ＝０とする（ステップＳ
１４）。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Ｓ
１６）。
【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。ＳＯ
Ｃ≦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＞Ｔ
２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）
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。ＳＯ
Ｃ≦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＞Ｔ
２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。
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。
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Ｓ２
１）、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。
のＰＬｂとＰｆｃｏとの比較を行ない（ステップＳ２
１）、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、ＩＬ
ｂ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。ＩＬ
ｂ≦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、Ｉｆｃ
ｍａｘ＜ＩＬｂの場合は、動作点をＣ点、すなわちＩｆ
ｃ＝Ｉｆｃｍａｘとする（ステップＳ２６）。
ｂ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。ＩＬ
ｂ≦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、Ｉｆｃ
ｍａｘ＜ＩＬｂの場合は、動作点をＣ点、すなわちＩｆ
ｃ＝Ｉｆｃｍａｘとする（ステップＳ２６）。
【００３７】ＰＬｂ≧Ｐｆｃｏの場合は、ＩＬｂをＩｆ
ｃｏ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）。Ｉｆｃ
ｏ＜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）。
ｃｏ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）。Ｉｆｃ
ｏ＜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Ｖｉ
ｎ，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Ｉ
Ｌｂ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Ｉｏ
ｕｔ＝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。
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Ｖｉ
ｎ，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Ｉ
Ｌｂ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Ｉｏ
ｕｔ＝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＝Ｉｆ
ｃ−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＝ＰＬ
ｂであることを考慮すると、Ｖｏｕｔ＝（Ｖｉｎ・Ｉｉ
ｎ）／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＋Ｖｏ
ｕｔ＝ＶＬｂを供給することができる。
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＝Ｉｆ
ｃ−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＝ＰＬ
ｂであることを考慮すると、Ｖｏｕｔ＝（Ｖｉｎ・Ｉｉ
ｎ）／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＋Ｖｏ
ｕｔ＝ＶＬｂを供給することができる。
【００４０】Ｉ１＜ＩＬｂ≦Ｉ２の場合も、ステップＳ
２４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Ｖ
ｏｕｔについても同様である。
２４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Ｖ
ｏｕｔについても同様である。
【００４１】一方、ステップＳ２５，Ｓ２９では、Ｉｆ
ｃ＝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。
ｃ＝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＝Ｉ
ｆｃｍａｘ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ＶＬ
ｂに対してＶｆｃ＋Ｖｏｕｔ＝Ｖｆｃの電圧しか供給で
きない。
ｆｃｍａｘ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ＶＬ
ｂ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。
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／Ｄ
Ｃ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。
Ｃ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。
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／Ｄ
Ｃ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。
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／Ｄ
Ｃ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。
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。
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。
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。
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。
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。
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）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 10/48 Ｈ０１Ｍ 10/48 Ｐ Ｈ０２Ｊ 7/10 Ｈ０２Ｊ 7/10 Ｐ (72)発明者 池谷 謙吾 静岡県浜松市高塚町300番地 スズキ株式 会社内 Ｆターム(参考） 5G003 AA05 BA01 DA04 DA18 EA05 FA06 GB03 GB06 GC05 5H027 AA02 BA01 DD03 KK51 KK52 KK54 MM26 5H030 AA01 AS08 BB08 BB22 FF41 FF67 5H115 PA12 PG04 PI18 PU10 PV02 PV09 PV23 SE02 SE06 TI05
Claims (7)
- 【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、 を備えた発電装置において、 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、 ことを特徴とする発電装置。 - 【請求項２】 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
た、 請求項１記載の発電装置。 - 【請求項３】 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
電池と、この二次電池の残存容量を検出する残存容量セ
ンサとを更に備え、 前記制御手段は、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、この残
存容量、前記負荷要求電圧及び負荷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
放電を制御する、 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２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２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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001080140A JP3888074B2 (ja) | 2001-03-21 | 2001-03-21 | 発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001080140A JP3888074B2 (ja) | 2001-03-21 | 2001-03-21 | 発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002280034A true JP2002280034A (ja) | 2002-09-27 |
| JP3888074B2 JP3888074B2 (ja) | 2007-02-28 |
Family
ID=18936478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001080140A Expired - Fee Related JP3888074B2 (ja) | 2001-03-21 | 2001-03-21 | 発電装置 |
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| Country | Link |
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006351325A (ja) * | 2005-06-15 | 2006-12-28 | Denso Corp | 燃料電池システム |
| WO2007066795A1 (ja) * | 2005-12-07 | 2007-06-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システム |
| JP2007244055A (ja) * | 2006-03-07 | 2007-09-20 | Kyocera Mita Corp | 電源装置、定着装置及び画像形成装置 |
| JP2008040117A (ja) * | 2006-08-04 | 2008-02-21 | Kyocera Mita Corp | 画像形成装置 |
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| US8603687B2 (en) | 2007-12-28 | 2013-12-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| JP2017200273A (ja) * | 2016-04-26 | 2017-11-02 | 富士電機株式会社 | 燃料電池電源装置の制御方法および制御装置 |
| US10916957B2 (en) | 2017-08-14 | 2021-02-09 | Nissan Motor Co., Ltd. | Power control system |
-
2001
- 2001-03-21 JP JP2001080140A patent/JP3888074B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US9236623B2 (en) | 2007-04-16 | 2016-01-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| US8603687B2 (en) | 2007-12-28 | 2013-12-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
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| JP2017200273A (ja) * | 2016-04-26 | 2017-11-02 | 富士電機株式会社 | 燃料電池電源装置の制御方法および制御装置 |
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| JP3888074B2 (ja) | 2007-02-28 |
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