JP2003197229A

JP2003197229A - 燃料電池とキャパシタとを備えるハイブリッド電源システム

Info

Publication number: JP2003197229A
Application number: JP2001393776A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sugiura; 浩杉浦; Tetsuhiro Ishikawa; 哲浩石川; Masao Ando; 正夫安藤; Kenji Kato; 憲二加藤; Munehisa Horiguchi; 宗久堀口
Original assignee: Equos Research Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Equos Research Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2003-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料電池とキャパシタとを備えるハイブリッ
ド電源システムにおいて、燃料電池を電源配線に接続す
る場合に、燃料電池から過大な電流が流れることを防止
する。【解決手段】燃料電池３０とキャパシタ２０は、電源
配線１２，１４に対して互いに並列に接続されている。
第１の構成では、燃料電池５０を電源配線に接続しよう
とする際に、キャパシタ２０の両端電圧と燃料電池５０
の開放時の両端電圧との差異が所定の閾値以上である場
合に、スイッチ３２をチョッピング制御する。第２の構
成では、チョッピング制御を行う代わりに、制限抵抗を
介して燃料電池５０を電源配線に接続する。また、第３
の構成では、燃料電池５０に供給される反応ガスの圧力
を調整して、燃料電池の電流生成能力を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池とキャパ
シタとを備えるハイブリッド電源システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、環境に優しいクリーンな電
源として注目されている。通常は、燃料電池単体では負
荷変動に対処するのが困難な場合があるので、燃料電池
と他の電源とを組み合わせたハイブリッド電源システム
が有望である（特開平９−２９８８０６号公報など）。
ハイブリッド電源システムにおいて燃料電池と共に用い
る他の電源としては、キャパシタが有力であると考えら
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に、燃
料電池を低負荷で運転すると、燃料電池システムの効率
が低下する傾向にある。この理由は、低負荷では燃料電
池の発電量が低下するのに対して、燃料電池に反応ガス
（水素ガスや酸素ガス）を供給するための補機に要する
動力がそれほど低下しないからである。そこで、ハイブ
リッド電源システムの負荷が小さい場合には、燃料電池
を電源配線から切断して停止させるようにすれば、シス
テム全体の効率の低下を防止することができる。

【０００４】しかし、燃料電池とキャパシタとを備える
ハイブリッド電源システムにおいて、燃料電池を電源配
線に再接続しようとする場合に、燃料電池の開放電圧と
キャパシタの両端電圧との関係によっては燃料電池から
大きな電流が流れる場合がある。燃料電池から過大な電
流が流れると、燃料電池を構成する部材を劣化させる可
能性があるという問題があり、また、周辺電気部品を劣
化させるという問題がある。

【０００５】本発明は、上述した従来の課題を解決する
ためになされたものであり、燃料電池とキャパシタとを
備えるハイブリッド電源システムにおいて、燃料電池を
電源配線に接続する場合に、燃料電池から過大な電流が
流れることを防止する技術を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の第
１の電源システムは、負荷に電源を供給するための電源
システムであって、前記負荷に接続された第１と第２の
電源配線と、前記第１と第２の電源配線の間に接続され
た燃料電池を有する燃料電池システムと、前記第１と第
２の電源配線の間に前記燃料電池と並列に接続されたキ
ャパシタと、前記キャパシタの両端電圧を測定するため
の電圧計と、前記燃料電池と前記第１の電源配線との間
の接続を開閉するためのスイッチと、前記燃料電池シス
テムと前記スイッチを制御するための制御部と、を備え
る。前記制御部は、前記燃料電池を前記第１の電源配線
に接続しようとする際に、前記キャパシタの両端電圧と
前記燃料電池の開放時の両端電圧との差異が所定の閾値
以上である場合に、前記スイッチをチョッピング制御す
ることを特徴とする。

【０００７】この第１の電源システムによれば、キャパ
シタの両端電圧と燃料電池の開放時の両端電圧との差異
が所定の閾値以上である場合に、燃料電池と電源配線と
を接続するためのスイッチをチョッピング制御するの
で、燃料電池から流れる電流を小さくすることができ
る。この結果、燃料電池から過大な電流が流れることを
防止することが可能である。

【０００８】本発明の第２の電源システムは、負荷に電
源を供給するための電源システムであって、前記負荷に
接続された第１と第２の電源配線と、前記第１と第２の
電源配線の間に接続された燃料電池を有する燃料電池シ
ステムと、前記第１と第２の電源配線の間に前記燃料電
池と並列に接続されたキャパシタと、前記キャパシタの
両端電圧を測定するための電圧計と、前記燃料電池と前
記第１の電源配線との間に互いに並列に接続された２つ
の接続用配線であって、第１のスイッチを有する第１の
接続用配線と、第２のスイッチと抵抗との直列接続を有
する第２の接続用配線と、前記燃料電池システムと前記
第１と第２のスイッチを制御するための制御部と、を備
える。前記制御部は、前記燃料電池を前記第１の電源配
線に接続しようとする際に、前記キャパシタの両端電圧
と前記燃料電池の開放時の両端電圧との差異が所定の閾
値以上である場合に、前記第１のスイッチを閉状態にす
る前に前記第２のスイッチを閉状態とすることを特徴と
する。

【０００９】この第２の電源システムによれば、キャパ
シタの両端電圧と燃料電池の開放時の両端電圧との差異
が所定の閾値以上である場合に、制限抵抗を介して燃料
電池と電源配線とを接続するので、燃料電池から流れる
電流を小さくすることができる。この結果、燃料電池か
ら過大な電流が流れることを防止することが可能であ
る。

【００１０】本発明の第２の電源システムは、負荷に電
源を供給するための電源システムであって、前記負荷に
接続された第１と第２の電源配線と、前記第１と第２の
電源配線の間に接続された燃料電池と、前記燃料電池に
反応ガスを供給するガス供給部と、を有する燃料電池シ
ステムと、前記第１と第２の電源配線の間に前記燃料電
池と並列に接続されたキャパシタと、前記キャパシタの
両端電圧を測定するための電圧計と、前記燃料電池と前
記第１の電源配線との間の接続を開閉するためのスイッ
チと、前記燃料電池システムと前記スイッチを制御する
ための制御部と、を備える。前記制御部は、前記燃料電
池を前記第１の電源配線に接続しようとする際に、前記
燃料電池に供給される前記反応ガスの圧力を調整するこ
とによって前記燃料電池の電流生成能力を調整する運転
モードを有することを特徴とする。

【００１１】この第３の電源システムによれば、燃料電
池５０を電源配線に接続する際に、燃料電池の電流生成
能力を調整するので、燃料電池から流れる電流を小さく
することができる。この結果、燃料電池から過大な電流
が流れることを防止することが可能である。

【００１２】なお、第３の電源システムにおいて、前記
制御部は、前記キャパシタの両端電圧が小さいほど前記
反応ガスの圧力が低くなるように前記調整を行うように
してもよい。

【００１３】反応ガスの圧力が低いほど燃料電池の電流
生成能力も低くなるので、キャパシタの両端電圧が小さ
く、燃料電池の開放電圧との差が大きくなったときに
も、燃料電池から過大な電流が流れるのを防止すること
ができる。

【００１４】なお、本発明は、種々の態様で実現するこ
とが可能であり、例えば、ハイブリッド電源システムお
よびその制御方法、それらのシステムを備える移動体お
よびその制御方法、それらのシステムまたは方法の機能
を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピ
ュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュー
タプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信
号、等の態様で実現することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて以下の順序で説明する。Ａ．第１実施例：Ｂ．第２実施例：Ｃ．第３実施例：Ｄ．変形例：

【００１６】Ａ．第１実施例：図１は、本発明の第１実
施例としての電気自動車の概略構成図である。この電気
自動車（以下、単に「車両」と呼ぶ）は、ハイブリッド
電源システム１００と、車輪を含む負荷２００と、制御
部３００と、を備えている。ハイブリッド電源システム
１００は、２本の電源配線１２，１４の間に互いに並列
に接続されたキャパシタ２０と燃料電池システム３０
（「ＦＣシステム」とも呼ぶ）とを有している。キャパ
シタ２０と燃料電池システム３０には、両端電圧を測定
するための電圧計２２，３６がそれぞれ設けられてい
る。また、燃料電池システム３０と、第１の電源配線１
２との間には、スイッチ３２と、逆流防止用ダイオード
３４とが直列に接続されている。

【００１７】電源配線１２，１４は、負荷２００のモー
タ駆動回路４０に接続されている。このモータ駆動回路
４０は、モータ４２を駆動するための回路であり、例え
ばトランジスタインバータで構成されている。モータ４
２で発生した動力は、ギヤ機構４４を介して車輪駆動軸
４６に伝達される。制御部３００は、燃料電池システム
３０と、スイッチ３２と、駆動回路４０とに電気的に接
続されており、これらの回路の制御を含む各種の制御を
実行する。

【００１８】なお、制御部３００の各種の制御動作は、
制御部３００に内蔵されている図示しないメモリ内に格
納されたコンピュータプログラムを、制御部３００が実
行することによって実現される。このメモリとしては、
ＲＯＭやハードディスクなどの種々の記録媒体を利用す
ることが可能である。

【００１９】図２は、燃料電池システム３０の構成を示
す説明図である。この燃料電池システム３０は、燃料電
池５０と、水素供給部６０と、空気供給部７０とを有し
ている。燃料電池５０は、通常は単位セルが積層された
構成を有しているので、「燃料電池スタック」とも呼
ぶ。燃料電池５０で発生した電力は、２本の電源配線１
２，１４（図１）を介して負荷２００に供給される。

【００２０】水素供給部６０は、水素供給源６２と水素
用配管６４とを有しており、燃料電池５０内部の水素供
給路に水素を供給する。水素供給源６２としては、水素
ボンベや水素吸蔵合金、改質装置などを利用することが
できる。水素用配管６４には、水素用調圧弁６６と、水
素排出弁６８とが設けられている。水素用調圧弁６６
は、燃料電池５０に供給される水素の圧力を調整するた
めの調整弁である。水素排出弁６８は、必要に応じて水
素の排出を停止するための開閉弁である。

【００２１】空気供給部７０は、コンプレッサ７２と空
気用配管７４とを有しており、燃料電池５０内部の空気
供給路に空気を供給する。空気用配管７４には、空気用
調圧弁７６と、空気圧計７８とが設けられている。

【００２２】図３は、燃料電池５０の電流と電圧と電力
の三者の関係を示すグラフである。一般に、電流の増大
に伴って電圧は減少するが、出力電力は増大する。図４
（Ａ）は、燃料電池５０の出力電力と燃料電池５０単体
の効率との関係を示すグラフである。燃料電池５０の出
力電力（ＦＣ出力）が大きくなるほど、燃料電池単体の
効率は次第に低下する傾向にある。ここでの効率は、燃
料電池システム３０の補機の消費電力を考慮しない燃料
電池５０単体の効率（投入した反応ガス量が有するエネ
ルギに対する出力電力の比）である。ここで、「燃料電
池システム３０の補機」とは、燃料電池５０による発電
を行なうために用いられる補助的な機器を意味してお
り、図２に示したコンプレッサ７２などがこれに相当す
る。

【００２３】図４（Ａ）に示されているように、補機の
消費電力（補機動力）は、燃料電池５０の出力電力と共
に低下するが、出力電力がかなり小さい時にも補機の消
費電力はそれほど低下せず、ある程度の電力が必要とさ
れる。換言すれば、燃料電池５０の出力電力が小さいと
きには、そのかなりの部分が補機に消費されることにな
る。この結果、図４（Ｂ）に示すように、燃料電池５０
の出力電力が小さいときには燃料電池システム３０全体
の効率は低い。また、燃料電池システム３０全体の効率
は、出力電力の増大に伴って次第に増大してピークに達
し、その後、再び減少するような上に凸の曲線を描く。

【００２４】このように、燃料電池５０の出力が低いと
きには燃料電池システム３０の効率がかなり低下する。
従って、燃料電池５０の出力が低いときには燃料電池シ
ステム３０の運転を停止して、キャパシタ２０によって
必要な電力を供給することが好ましい。そこで、本実施
例では、燃料電池５０への要求電力量が所定の閾値Ｐ ₀
（図４（Ｂ））以下の場合には、燃料電池システム３０
の運転を停止し、また、スイッチ３２（図１）を開状態
に設定して燃料電池５０を電源配線１２から切断する。
この閾値Ｐ₀ は、燃料電池システム３０全体の効率が過
度に低くならないような値に適宜設定される。こうする
ことによって、ハイブリッド電源システム１００全体の
エネルギ効率を高めることができる。なお、出力電力の
閾値Ｐ₀の代わりに、この値に相当する出力電圧値Ｖ₀
または出力電流値Ｉ₀ （図３）を用いて、燃料電池シス
テム３０の運転を停止するようにしてもよい。

【００２５】但し、燃料電池システム３０を停止した状
態でキャパシタ２０のみを用いて長時間運転を継続する
と、キャパシタ２０の電圧が低下して、モータ４２に十
分な駆動力を発生させることができなくなる。そこで、
このような場合には、燃料電池システム３０の運転を再
開し、スイッチ３２を閉じて燃料電池５０を電源配線１
２に再接続する。また、キャパシタ２０の電圧が低下し
なくても、ハイブリッド電源システム１００への要求電
力が増大したとき（例えば車両の加速時）には、燃料電
池５０の運転を再開して電源配線１２に再接続する。こ
の結果、燃料電池システム３０は、車両の負荷やキャパ
シタ２０の電圧の変化に応じて間欠的に運転される。

【００２６】ところで、燃料電池５０を電源配線１２に
接続する場合には、次のような問題が発生する可能性が
ある。図３から解るように、スイッチ３２（図１）を開
放すると、燃料電池５０の電圧は開放電圧ＯＣＶまで上
昇する。一方、キャパシタ２０の両端電圧は、負荷２０
０によって消費されて次第に低下する。燃料電池５０を
電源配線１２に接続する場合に、キャパシタ２０の両端
電圧と燃料電池５０の開放電圧ＯＣＶとの差が大きい場
合には、燃料電池５０からかなり大きな電流が流れる可
能性がある。燃料電池５０から過大な電流が流れると、
燃料電池５０の構成部材や周辺電気部品を劣化させる原
因となり得る。

【００２７】第１実施例では、上述のような問題を回避
するために、燃料電池５０を電源配線に接続する場合
に、スイッチ３２のチョッピング制御を実行する。図５
は、チョッピング制御の動作とその効果を示す説明図で
ある。図５（Ａ）は、チョッピング制御を行わずに燃料
電池５０を電源配線に継続的に接続した場合の電流値の
変化の一例を示している。この例では、時刻ｔ１におい
てスイッチ３２（図１）がオン状態になると、燃料電池
５０からかなり大きな電流が急激に流れ出ている。図５
（Ｂ）は、チョッピング制御を行った場合の動作を示し
ている。この例では、時刻ｔ１からしばらくの期間の
間、スイッチ３２のチョッピング制御が行われており、
スイッチ３２が間欠的にオン状態に設定されている。こ
のようなチョッピング制御を行えば、燃料電池５０から
過度に大きな電流が流れることを防止できる。燃料電池
５０から流れる電流が比較的小さくなった後の時刻ｔ２
以降においては、スイッチ３２が継続的にオン状態に保
たれる。こうすれば、燃料電池５０から過度に大きな電
流を流すことなく、燃料電池５０を電源配線に接続する
ことが可能である。

【００２８】図６は、第１実施例における燃料電池５０
の接続時の制御手順を示すフローチャートである。ステ
ップＳ１では、燃料電池５０を電源配線１２に接続する
か否かが判断される。接続すると判断された場合には、
ステップＳ２において、キャパシタ２０の両端電圧Ｖｃ
と燃料電池５０の両端電圧Ｖｆｃとが測定される。な
お、通常は、燃料電池５０の両端電圧Ｖｆｃは開放電圧
ＯＣＶまで上昇していると考えられるので、両端電圧Ｖ
ｆｃを測定する代わりに、既知である開放電圧ＯＣＶを
その両端電圧として利用しても良い。ステップＳ３で
は、キャパシタ２０と燃料電池５０の電圧差ΔＶ（＝Ｖ
ｆｃ−Ｖｃ）が算出され、ステップＳ４では、その電圧
差ΔＶが、所定の閾値Ｖａより小さいか否かが判断され
る。この閾値Ｖａは、燃料電池５０の接続時にチョッピ
ング制御を必要とするか否かを判断するための閾値であ
り、例えば、制御部３００内のＲＯＭ（図示せず）に予
め書き込まれている。

【００２９】電圧差ΔＶがその閾値Ｖａ以上の場合に
は、燃料電池５０から過大な電流が流れる可能性がある
ので、ステップＳ５において図５（Ｂ）に示したような
チョッピング制御が行われる。この時には、ステップＳ
２に戻り、ステップＳ２〜Ｓ４の工程が繰り返される。
一方、電圧差ΔＶが閾値Ｖａよりも小さくなった場合に
は、ステップＳ６においてスイッチ３２がオン状態に設
定され、燃料電池５０が電源配線に継続的に接続され
る。

【００３０】なお、電圧差ΔＶが閾値Ｖａよりも小さく
なってからチョッピング制御を停止する代わりに、スイ
ッチングの開始時刻ｔ１から一定時間経過後にチョッピ
ング制御を停止するようにしてもよい。

【００３１】このように、第１実施例では、燃料電池５
０を電源配線に接続する際に、キャパシタ２０と燃料電
池５０の電圧差ΔＶが大きいときにスイッチ３２のチョ
ッピング制御を行うようにしたので、燃料電池５０から
過大な電流が流れることを防止できる。この結果、燃料
電池５０の構成部材の劣化を緩和することが可能であ
る。

【００３２】Ｂ．第２実施例：図７は、本発明の第２実
施例としての電気自動車の概略構成図である。この第２
実施例の電源システム１００ａは、逆流防止用ダイオー
ド３４と電源配線１２との間に、互いに並列な２つの接
続用配線８１，８２を設けた構成を有している。第１の
接続用配線８１にはスイッチ８４が設けられており、第
２の接続用配線８２にはスイッチ８６と抵抗８８との直
列接続が設けられている。この抵抗８８は、燃料電池５
０を電源配線１２に接続する際の電流値を低下させる制
限抵抗として機能する。

【００３３】図８は、第２実施例における燃料電池５０
の接続時の制御手順を示すフローチャートである。この
手順は、図６のステップＳ５，Ｓ６をステップＳ１５，
Ｓ１６で置き換えたものであり、他のステップＳ１〜Ｓ
４は図６に示した第１実施例のものと同じである。

【００３４】第２実施例では、キャパシタ２０と燃料電
池５０の電圧差ΔＶが閾値Ｖａ以上の場合には、ステッ
プＳ１５において制限抵抗８８側のスイッチ８６が接続
され、他方のスイッチ８４は開放状態に保たれる。図９
（Ａ）は、この時の回路の状態を示している。燃料電池
５０が制限抵抗８８を介して電源配線１２に接続される
と、燃料電池５０から流れる電流は小さな値に制限され
る。この時には、ステップＳ２に戻り、ステップＳ２〜
Ｓ４の工程が繰り返される。一方、電圧差ΔＶが閾値Ｖ
ａよりも小さくなった場合には、ステップＳ１６におい
て、制限抵抗８８の無い側のスイッチ８４がオン状態に
設定される。図９（Ｂ）は、この時の回路の状態を示し
ている。

【００３５】なお、ステップＳ１６では、制限抵抗８８
側のスイッチ８６もオン状態に設定しても良い。この説
明から理解できるように、燃料電池５０を電源配線に接
続する際には、制限抵抗８８の無い側のスイッチ８４を
閉状態にする前に、制限抵抗８８のある側のスイッチ８
６を閉状態に設定すればよい。

【００３６】また、電圧差ΔＶが閾値Ｖａよりも小さく
なってからスイッチ８４をオン状態に設定する代わり
に、スイッチングの開始時刻ｔ１から一定時間経過後
に、スイッチ８４をオン状態に設定するようにしてもよ
い。

【００３７】このように、第２実施例では、燃料電池５
０を電源配線に接続する際に、キャパシタ２０と燃料電
池５０の電圧差ΔＶが大きいときに制限抵抗８８を介し
て電流を流すようにしたので、燃料電池５０から過大な
電流が流れることを防止できる。この結果、燃料電池５
０の構成部材の劣化を緩和することが可能である。

【００３８】Ｃ．第３実施例：第３実施例では、以下に
説明するように、燃料電池５０の電流生成能力を低下さ
せることによって燃料電池５０の接続時に流れる電流を
制限する。なお、装置の構成は、上述した第１実施例と
第２実施例のいずれの構成を採用することも可能であ
る。

【００３９】図１０は、燃料電池５０に供給される空気
の圧力と、電流／電圧特性との関係を示している。燃料
電池５０では、空気圧が高いほど、同じ電圧値に対して
出力できる電流値が増大する。従って、燃料電池５０に
供給される空気圧を低くすれば、燃料電池５０の出力電
力（すなわち電流生成能力）も低くなる。この特性を利
用すると、キャパシタ２０と燃料電池５０の電圧差ΔＶ
が大きいときには、空気圧を低くして燃料電池５０の電
流生成能力を低くすることによって、過大な電流が燃料
電池５０から流れることを防止できる。

【００４０】図１１は、第３実施例における燃料電池５
０の接続時の制御手順を示すフローチャートである。ス
テップＳ２１では、燃料電池５０を電源配線１２に接続
するか否かが判断される。接続すると判断された場合に
は、ステップＳ２２において、キャパシタ２０の両端電
圧Ｖｃが測定される。ステップＳ２３では、予め設定さ
れたマップを参照して、キャパシタ電圧Ｖｃに適した空
気供給量と空気圧力の目標値が設定される。図１２は、
キャパシタ電圧Ｖｃと、空気供給量および空気圧力の目
標値との関係を示すマップの内容を示す説明図である。
この例から理解できるように、キャパシタ電圧Ｖｃが低
いほど空気供給量や空気圧力も低い値に設定される。

【００４１】ステップＳ２４，Ｓ２５では、こうして設
定された空気供給量と空気圧力の目標値を達成するよう
に、空気供給部７０（図２）が制御される。具体的に
は、コンプレッサ７２の回転数や空気用調圧弁７６の開
度などが適宜調整される。空気供給量と空気圧力が目標
値に十分近い値に達すると、ステップＳ２５からステッ
プＳ２６に移行して、燃料電池５０が電源配線に接続さ
れる。このとき、燃料電池５０に供給される空気の圧力
は低く、また、空気量も少ないので、燃料電池５０から
過大な電流が流れることが防止される。燃料電池５０が
電源配線に接続された後の通常運転状態では、制御部３
００は、空気圧が規定の圧力になるまで上昇するように
空気供給部７０を制御する。このとき、空気量は、燃料
電池５０の負荷に応じて調整される。

【００４２】このように、第３実施例では、燃料電池５
０を電源配線に接続する際に、キャパシタ２０の電圧が
小さいときに燃料電池５０の空気圧を低く設定したの
で、燃料電池５０から大電流が流れることを防止でき
る。また、燃料電池システム３０の起動時における空気
量や空気圧が低く設定されるので、空気供給部７０の立
ち上がり時間が短くなり、より短時間で燃料電池システ
ム３０を起動させて電源配線に接続できるという利点が
ある。

【００４３】なお、第３実施例の運転モードは、上述し
た第１または第２実施例のスイッチング制御と同時に適
用することも可能である。第１または第２実施例のスイ
ッチング制御と、第３実施例の運転モードとを同時に適
用すれば、燃料電池５０の接続時の電流をより小さく抑
えることが可能である。

【００４４】なお、第３実施例では、燃料電池５０の空
気圧を高めるようにしていたが、同時に水素圧を高める
ようにしてもよい。すなわち、一般には、燃料電池５０
の反応ガスの圧力を高めるようにすればよい。

【００４５】Ｄ．変形例：なお、この発明は上記の実施
例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲において種々の態様において実施することが
可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【００４６】Ｄ１．変形例１：上記実施例では、電源配
線にキャパシタ２０と燃料電池システム３０のみが設け
られていたが、補助電源としての２次電池をさらに設け
るようにしてもよい。

【００４７】Ｄ２．変形例２：上記実施例では、ハイブ
リッド電源システムを使用した電気自動車の例について
説明したが、本発明は、他の種類の負荷を有する装置や
機器にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例としての電気自動車の概略
構成図。

【図２】燃料電池システム３０の構成を示す説明図。

【図３】燃料電池５０の出力電流（ＦＣ電流）と出力電
圧（ＦＣ電圧）と出力電力の関係を示すグラフ。

【図４】燃料電池５０の出力電力（ＦＣ出力）と燃料電
池単体の効率（ＦＣ効率）と燃料電池システム全体の効
率（ＦＣシステム効率）との関係を示すグラフ。

【図５】チョッピング制御の動作とその効果を示す説明
図。

【図６】第１実施例における燃料電池５０の接続時の制
御手順を示すフローチャート。

【図７】本発明の第２実施例としての電気自動車の概略
構成図。

【図８】第２実施例における燃料電池５０の接続時の制
御手順を示すフローチャート。

【図９】第２実施例における燃料電池５０の接続時の状
態を示す説明図。

【図１０】燃料電池５０に供給される空気の圧力と、電
流／電圧特性との関係を示すグラフ。

【図１１】第３実施例における燃料電池５０の接続時の
制御手順を示すフローチャート。

【図１２】キャパシタ電圧Ｖｃと、空気供給量および空
気圧力の目標値との関係を示すマップの内容を示す説明
図。

【符号の説明】

１２，１４…電源配線２０…キャパシタ２２…電圧計３０…燃料電池システム３２…スイッチ３４…逆流防止用ダイオード４０…モータ駆動回路４２…モータ４４…ギヤ機構４６…車輪駆動軸５０…燃料電池６０…水素供給部６２…水素供給源６４…水素用配管６６…水素用調圧弁６８…水素排出弁７０…空気供給部７２…コンプレッサ７４…空気用配管７６…空気用調圧弁７８…空気圧計８１，８２…接続用配線８４…スイッチ８６…スイッチ８８…制限抵抗１００…ハイブリッド電源システム２００…負荷３００…制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石川哲浩愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者安藤正夫東京都千代田区外神田２丁目19番12号五島ビル株式会社エクォス・リサーチ内 (72)発明者加藤憲二東京都千代田区外神田２丁目19番12号五島ビル株式会社エクォス・リサーチ内 (72)発明者堀口宗久東京都千代田区外神田２丁目19番12号五島ビル株式会社エクォス・リサーチ内Ｆターム(参考） 5H027 AA02 DD01 KK54 MM26 5H115 PA11 PA15 PC06 PG04 PI16 PI18 PU01 PV03 PV09 PV22 SE06 TI05 TI06 TO12 TO13 TU02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】負荷に電源を供給するための電源システ
ムであって、前記負荷に接続された第１と第２の電源配線と、前記第１と第２の電源配線の間に接続された燃料電池を
有する燃料電池システムと、前記第１と第２の電源配線の間に前記燃料電池と並列に
接続されたキャパシタと、前記キャパシタの両端電圧を測定するための電圧計と、前記燃料電池と前記第１の電源配線との間の接続を開閉
するためのスイッチと、前記燃料電池システムと前記スイッチを制御するための
制御部と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池を前記第１の電源配線に接
続しようとする際に、前記キャパシタの両端電圧と前記
燃料電池の開放時の両端電圧との差異が所定の閾値以上
である場合に、前記スイッチをチョッピング制御するこ
とを特徴とする電源システム。
【請求項２】負荷に電源を供給するための電源システ
ムであって、前記負荷に接続された第１と第２の電源配線と、前記第１と第２の電源配線の間に接続された燃料電池を
有する燃料電池システムと、前記第１と第２の電源配線の間に前記燃料電池と並列に
接続されたキャパシタと、前記キャパシタの両端電圧を測定するための電圧計と、前記燃料電池と前記第１の電源配線との間に互いに並列
に接続された２つの接続用配線であって、第１のスイッ
チを有する第１の接続用配線と、第２のスイッチと抵抗
との直列接続を有する第２の接続用配線と、前記燃料電池システムと前記第１と第２のスイッチを制
御するための制御部と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池を前記第１の電源配線に接
続しようとする際に、前記キャパシタの両端電圧と前記
燃料電池の開放時の両端電圧との差異が所定の閾値以上
である場合に、前記第１のスイッチを閉状態にする前に
前記第２のスイッチを閉状態とすることを特徴とする電
源システム。
【請求項３】負荷に電源を供給するための電源システ
ムであって、前記負荷に接続された第１と第２の電源配線と、前記第１と第２の電源配線の間に接続された燃料電池
と、前記燃料電池に反応ガスを供給するガス供給部と、
を有する燃料電池システムと、前記第１と第２の電源配線の間に前記燃料電池と並列に
接続されたキャパシタと、前記キャパシタの両端電圧を測定するための電圧計と、前記燃料電池と前記第１の電源配線との間の接続を開閉
するためのスイッチと、前記燃料電池システムと前記スイッチを制御するための
制御部と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池を前記第１の電源配線に接
続しようとする際に、前記燃料電池に供給される前記反
応ガスの圧力を調整することによって前記燃料電池の電
流生成能力を調整する運転モードを有することを特徴と
する電源システム。
【請求項４】請求項３記載の電源システムであって、前記制御部は、前記キャパシタの両端電圧が小さいほど
前記反応ガスの圧力が低くなるように前記調整を行う、
電源システム。