JP3961950B2 - ハイブリッド電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
（技術分野）
本発明は、燃料電池と、リチウムイオン電池等を単位二次電池としてその複数個を直列に接続して成る二次電池とを備える、主として電気自動車に使用されるハイブリッド電源装置に関する。
【０００２】
（背景技術）
燃料電池は、水素等の燃料ガスをアノードに供給すると共に、酸素ガスや空気をカソードに供給し、両極で起きる電気化学反応で起電力を得る発電装置であり、大気汚染物質の排出が少ないため、電気自動車の電源としての利用が図られている。
然し、燃料電池は、ガス供給の遅延等の影響で発電量を急には変化できないため、急激な負荷変動には対応できず、また、或る程度の温度にならないと安定動作せず、例えば、電気自動車で多く用いられている固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）では６０〜８０℃にならないと安定動作せず、起動までに時間がかかる、という問題がある。
【０００３】
そこで、従来、燃料電池と二次電池とを併用し、燃料電池により二次電池に充電し、二次電池から電気自動車のモータ（負荷）に電力を供給するようにしたハイブリッド電源装置が提案されている（特開平６−１２４７２０号公報等参照）。二次電池は、負荷の駆動に必要な高電圧を得るため、複数の単位二次電池を直列に接続して構成されている。そして、単位二次電池としては、一般に、Ｎｉ−Ｃｄ電池やＮｉ−ＭＨ電池を用いているが、小形軽量化のためエネルギー密度の高いリチウムイオン電池を用いることも考えられている。
ところで、Ｎｉ−Ｃｄ電池やＮｉ−ＭＨ電池では、満充電時に電圧降下するため、過充電に対する特別の対策は不要であるが、リチウムイオン電池では満充電時に電圧降下する現象がなく、そのため、リチウムイオン電池を単位二次電池とする二次電池の充電に際しては、各単位二次電池が過充電にならないように管理することが必要になる。
【０００４】
ここで、複数の単位二次電池を直列に接続して成る二次電池では、その製造時における各単位二次電池の容量のばらつきや、経時劣化等によって個々の単位二次電池の残容量がばらつくことがある。この状態で二次電池に単純に充電すると、各単位二次電池の容量が当初のばらつきを保ったまま上昇することになり、残容量が小さかった単位二次電池が満充電されたときには、残容量が大きかった単位二次電池が過充電になってしまう。
【０００５】
本発明は、以上の点に鑑み、二次電池を構成する各単位二次電池に過充電を生ずることなく適正に充電し得るようにしたハイブリッド電源装置を提供することを目的としている。
【０００６】
（発明の開示）
上記目的を達成すべく、本発明の第１の特徴によれば、燃料電池と、複数の単位二次電池を直列に接続して成る二次電池とを備え、燃料電池により二次電池に充電し、二次電池から負荷に電力を供給するようにしたハイブリッド電源装置において、燃料電池を夫々所定数のセルから成る複数の単位燃料電池に分割し、各単位燃料電池と各単位二次電池とを並列接続して各単位ハイブリッド電源を構成すると共に、各単位ハイブリッド電源の単位二次電池と単位燃料電池とを接続、遮断する各充電スイッチと、各単位二次電池の残容量を検出する各残容量検出手段と、各単位二次電池の残容量に基づき、各単位ハイブリッド電源毎に個別に充電スイッチを制御して単位燃料電池による単位二次電池の充電を行う充電制御手段とを設けている。
【０００７】
また、本発明の第２の特徴によれば、燃料電池と、複数の単位二次電池を直列に接続して成る二次電池とを備え、燃料電池により二次電池に充電し、二次電池から負荷に電力を供給すると共に、燃料電池からも負荷に電力を供給可能としたハイブリッド電源装置において、発電容量の異なる複数の燃料電池を設け、各燃料電池を構成する直列接続された多数のセルを所定数宛複数グループに区分けして、各グループを単位燃料電池とし、各単位二次電池に複数の燃料電池の各１個の単位燃料電池を並列接続して各単位ハイブリッド電源を構成すると共に、各単位ハイブリッド電源の単位二次電池と単位燃料電池とを接続、遮断する各充電スイッチと、各燃料電池と負荷とを接続、遮断する各電力供給スイッチと、各単位二次電池の残容量を検出する各残容量検出手段と、各単位二次電池の残容量に基づき、各単位ハイブリッド電源毎に個別に充電スイッチを制御して単位燃料電池による単位二次電池の充電を行う充電制御手段と、負荷の要求電力に応じた所定の燃料電池を対応する電力供給スイッチを介して負荷に接続する電力制御手段とを設けている。
【０００８】
また、本発明の第３の特徴によれば、燃料電池と、複数の単位二次電池を直列
に接続し成る二次電池とを備え、燃料電池により二次電池に充電し、二次電池から負荷に電力を供給すると共に、燃料電池からも負荷に電力を供給可能としたハイブリッド電源装置において、燃料電池を夫々所定数のセルから成る複数の単位燃料電池に分割し、各単位二次電池と各単位燃料電池とを並列接続して各単位ハイブリッド電源を構成すると共に、各単位ハイブリッド電源の単位二次電池と単位燃料電池とを接続、遮断する各充電スイッチと、入力側に複数の単位燃料電池を並列に接続した電圧変換器と、電圧変換器と各単位燃料電池とを接続、遮断する各電力供給スイッチと、各単位二次電池の残容量を検出する各残容量検出手段と、各単位二次電池の残容量に基づき、各単位ハイブリッド電源毎に個別に充電スイッチを制御して単位燃料電池による単位二次電池の充電を行う充電制御手段と、負荷の要求電力に応じた所定数の単位燃料電池を対応する電力供給スイッチを介して電圧変換器に接続し、電圧変換器から所定の定電圧で負荷に電力を供給する電力制御手段とを設けている。
【０００９】
本発明によれば、上記何れの特徴のものにおいても、各単位二次電池は、これと対になって単位ハイブリッド電源を構成する各単位燃料電池により、該各単位二次電池の残容量に応じて個々に充電される。かくて、個々の単位二次電池の残容量がばらついても、各単位二次電池に過充電を生ずることなく適正に充電できる。
【００１０】
尚、上記第１の特徴のものにおいて、各単位二次電池の残容量に応じて燃料電池に供給する燃料量を可変する燃料制御手段を設ければ、燃料の無駄を少なくして効率アップを図れる。
また、上記第２の特徴のものでは、負荷の要求電力に応じ、要求電力が小さいときは発電容量の小さい燃料電池を負荷に接続し、要求電力が大きいときは発電容量の大きい燃料電池を負荷に接続することができるため、負荷変動に対する燃料電池からの供給電力の応答性が向上する。
また、上記第３の特徴のものでも、負荷に電力を供給する単位燃料電池の数を負荷の要求電力に応じて可変することができるため、負荷変動に対する燃料電池からの供給電力の応答性が向上する。尚、負荷に電力を供給する単位燃料電池の数が少ないと負荷の駆動に必要な高電圧を得られなくなるが、第３の特徴のものでは、電圧変換器による電圧の昇圧作用で所要の高電圧を得られ、不具合は生じない。
【００１１】
（発明を実施するための最良の形態）
図１を参照して、１は電気自動車のモータであり、モータ１用の電源として燃料電池３と二次電池４とを併用したハイブリッド電源２を設けている。
二次電池４は、リチウムイオン電池から成る単位二次電池４ａの複数個を直列に接続して構成されており、負荷たるモータ１にヒューズ５とメインスイッチ６とモータコントローラ７で制御されるモータドライバ８とを介して二次電池４からの電力を供給するようにしている。
【００１２】
燃料電池３は例えば固体高分子電解質型（ＰＥＦＣ）のものであり、多数のセルを積層して構成されている。そして、本実施形態では、所定数のセル毎に絶縁板（図不せず）を介設して、燃料電池３を夫々所定数のセルから成る複数の単位燃料電池３ａに分割し、各単位燃料電池３ａと各単位二次電池４ａとを並列接続して各単位ハイブリット電源２ａを構成している。単位燃料電池３ａを構成するセル数、即ち、上記所定数は、単位二次電池４ａの定格電圧を発電効率の良い範囲での１セル当りの出力電圧で除した値に略等しく設定される。ここで、単位二次電池４ａがリチウムイオン電池である場合、その定格電圧は、３．５〜４．２Ｖになり、燃料電池３がＰＥＦＣである場合、発電効率の良い範囲での１セル当りの出力電圧は０．６〜０．８Ｖになるから、単位燃料電池３ａを構成するセル数は４〜６個に設定される。尚、燃料電池３には、燃料電池（ＦＣ）コントローラ９で制御される酸素供給ユニット１０と燃料供給ユニット１１と水循環ユニット１２とを介して酸素ガスと水素等の燃料ガスと冷却用及び暖機用の水とが供給される。
【００１３】
各単位ハイブリッド電源２ａの単位燃料電池３ａと単位二次電池４ａとは、各単位ハイブリッド電源２ａ毎に設けた各充電スイッチ１３によって接続、遮断されるようになっている。また、各単位二次電池４ａの電圧ＶＢを検出する各電圧検出器１４と、各単位二次電池４ａの温度ＴＢを検出する各温度検出器１５と、モータ１に供給される二次電池４からの放電電流ＩＢを検出する電流検出器１６とを設け、これら電圧検出器１４と温度検出器１５と電流検出器１６とからの信号を充電制御手段たる電源コントローラ１７に入力し、この電源コントローラ１７でメインスイッチ６と各充電スイッチ１３とを制御するようにしている。尚、電源コントローラ１７とモータコントローラ７とＦＣコントローラ９とは、ユーザーインターフェースコントローラ１８を接続したバスライン１９を介して互に接続されている。
【００１４】
図２は電源コントローラ１７の基本的な制御プログラムを示している。これを詳述するに、先ず、各単位二次電池４ａの電圧ＶＢ及び温度ＴＢと、各充電スイッチ１３のオンオフ状態と、放電電流ＩＢとを読込むと共に、バスライン１９を介して燃料電池３の温度及びガス供給状態（ガス圧等）を読込み（Ｓ１）、次に、全ての単位二次電池４ａが正常であるか否かを判別し（Ｓ２）、何れかの単位二次電池４ａに異常を生じたときは、全ての充電スイッチ１３をオフすると共に（Ｓ３）、異常情報をバスライン１９に出力して異常処理を行う（Ｓ４）。
全ての単位二次電池４ａが正常であれば、各単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣを推定する（Ｓ５）。ＳＯＣは、図８に示す如く、過充電にならない充電許容範囲の上限（満充電）を１００％、過放電にならない放電許容範囲の下限を０％として求められるもので、各単位二次電池４ａの電圧ＶＢを基に、各単位二次電池４ａの温度ＴＢと、放電電流ＩＢと、燃料電池３の温度及びガス供給状態から求められる発電量と、各充電スイッチ１３のオンオフ状態とによりマップから各単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣを推定する。尚、本実施形態では、各電圧検出器１４と各温度検出器１５と電流検出器１６と電源コントローラ１７とを主要な構成要素として各単位二次電池４ａの残容量を検出する各残容量検出手段が構成されることになる。
【００１５】
次に、各単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣと図８に示した第１判定値ＳＯＣ１とを比較し、ＳＯＣ＜ＳＯＣ１の単位二次電池４ａの充電スイッチ１３をオンして、該単位二次電池４ａに対応する単位燃料電池３ａによって充電し、ＳＯＣ≧ＳＯＣ１になったところで充電スイッチ１３をオフする（Ｓ６）。かくて、各単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣに基づき、各単位ハイブリッド電源２ａ毎に個別に充電スイッチ１３が制御されて単位燃料電池３ａによる単位二次電池４ａの充電が行われることになり、個々の単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣがばらついても、各単位二次電池４ａに過充電を生ずることなく適正に充電できる。
【００１６】
また、上記した充電スイッチ１３の制御に並行して、電源コントローラ１７によりＦＣコントローラ９を介して燃料電池３の発電量の制御を行う（Ｓ７）。即ち、全ての単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣがＳＯＣ１以上の場合には、燃料電池３への燃料ガス（酸素ガスを含む）の供給をカットして発電を停止し、また、全ての単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣが図８に示した第２判定値ＳＯＣ２以上である場合には、燃料ガスの供給量を最小流量に減少させてセーブモードでの発電を行い、何れか１個以上の単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣが図８に示した第３判定値ＳＯＣ３以下である場合には、燃料ガスの供給量を最大流量に増加させてパワーモードでの発電を行い、それ以外の場合には、燃料ガスの供給量を最小流量と最大流量との間で増減してモータ負荷に応じた発電を行う。尚、本実施形態では、電源コントローラ１７とＦＣコントローラ９と酸素及び燃料供給ユニット１０、１１とで燃料制御手段が構成される。
【００１７】
図３はハイブリッド電源装置の第２実施形態を示しており、上記第１実施形態と同様の部材に上記と同一の符号を付している。第２実施形態では、第１と第２の２つの燃料電池３1，３2を設け、第１燃料電池３1を第２燃料電池３2よりも大きな発電容量を持つものにしている。そして、第１と第２の各燃料電池３1，３2を第１と第２の各電力供給スイッチ２０1、２０2を介してモータ１に個々に接続し得るようにしている。また、第１と第２の各燃料電池３1，３2を構成する直列接続された多数のセルを所定数宛複数グループに区分けして、各グループを単位燃料電池３1ａ，３2ａとし、第１と第２の両燃料電池３1，３2の各１個の単位燃料電池３1ａ，３2ａと単二次電池４ａとを各充電スイッチ１３を介して並列接続して各単位ハイブリッド電源２ａを構成している。
【００１８】
また、第２実施形態では、各単位二次電池４ａの電圧ＶＢを検出する各電圧検出器１４と、各単位二次電池４ａの温度ＴＢを検出する各温度検出器１５と、二次電池４からの放電電流ＩＢを検出する電流検出器１６とに加えて、モータ１に流れる負荷電流ＩＭを検出する電流検出器２１を設け、これら電圧検出器１４と温度検出器１５と電流検出器１６、２１とからの信号を電源コントローラ１７に入力し、この電源コントローラ１７でメインスイッチ６と各充電スイッチ１３とに加えて各電力供給スイッチ２０1、２０2を制御するようにしている。
電源コントローラ１７は、図４に示す電力制御手段としての制御と、図５に示す充電制御手段としての制御とを並行して行う。電力制御では、先ず、ＦＣコントローラ９からバスライン１９を介して入力される燃料電池３1，３2の温度情報に基づいて燃料電池３1，３2の暖機が完了したか否かを判別し（Ｑ１）、暖機が完了するまではメインスイッチ６のみをオンして（Ｑ２）、二次電池４からモータ１に電力を供給する。
暖機が完了すると、バスライン１９を介して入力されるアクセル・ブレーキ情報と車速情報と負荷電流ＩＭ等からモータ１の要求電力を算出し（Ｑ３）、要求電力が大きいとき（高負荷時）は第１と第２の両電力供給スイッチ２０1、２０2をオンして、第１と第２の両燃料電池３1，３2をモータ１に接続し、要求電力が中程度であるとき（中負荷時）は第１電力供給スイッチ２０1をオンして、第１燃料電池３1をモータ１に接続し、要求電力が小さいとき（低負荷時）は第２電力供給スイッチ２０2をオンして、第２燃料電池３2をモータ１に接続する（Ｑ４）。
【００１９】
これによれば、要求電力が変動してもそれに応じた発電容量の燃料電池から電力が供給されるため、要求電力の変動に対する燃料電池からの供給電力の応答性が向上する。そして、車両のキースイッチがオフされるまで上記の制御を繰返し、キースイッチがオフされたところでメインスイッチ６をオフすると共に第１と第２の両電力供給スイッチ２０1、２０2をオフする（Ｑ５，Ｑ６）。
【００２０】
充電制御は燃料電池３1，３2の暖機完了後に行われ、先ず、各単位二次電池４ａの温度ＴＢ等に基づいて全ての単位二次電池４ａが正常であるか否かを判別し（Ｓ１１）、何れかの単位二次電池４ａに異常を生じたときは、全ての充電スイッチ１３をオフすると共に（Ｓ１２）、異常情報をバスライン１９に出力して異常処理を行う（Ｓ１３）。全ての単位二次電池４ａが正常であれば、各単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣを推定する（Ｓ１４）。次に、各単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣと図８に示した第１判定値ＳＯＣ１とを比較し、ＳＯＣ＜ＳＯＣｌの単位二次電池４ａの充電スイッチ１３をオンして、該単位二次電池４ａに対応する単位燃料電池３1ａ，３2ａによって充電し、ＳＯＣ≧ＳＯＣ１になったところで充電スイッチ１３をオフする（Ｓ１５）。かくて、各単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣに基づき、各単位ハイブリッド電源２ａ毎に個別に充電スイッチ１３が制御されて単位燃料電池３1ａ，３2ａによる単位二次電池４ａの充電が行われることになり、個々の単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣがばらついても、各単位二次電池４ａに過充電を生ずることなく適正に充電できる。
【００２１】
キースイッチがオフされるまでは上記の制御を繰返し（Ｓ１６）、キースイッチがオフされたとき、全ての単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣが図８に示した第２判定値ＳＯＣ２以上であるか否かを判別し（Ｓ１７）、ＳＯＣ＜ＳＯＣ２の単位二次電池４ａがあれば、この単位二次電池４ａにその充電スイッチ１３をオンして充電し（Ｓ１８）、全ての単位二次電池４ａがＳＯＣ≧ＳＯＣ２になったとき、ＦＣコントローラ９に停止指令を送信して燃料電池３1，３2の発電を停止する（Ｓ１９）。
尚、上記第２実施形態では、酸素と燃料の供給を第１と第２の両燃料電池３1，３2に対し共通に制御するようにしたが、各燃料電池３1，３2毎にバルブを設けて、各燃料電池３1，３2への酸素と燃料の供給を個々に制御することも可能である。また、燃料電池の数は２個に限られるものではなく、発電容量の異なる３個以上の燃料電池を設けても良い。
【００２２】
図６はハイブリッド電源装置の第３実施形態を示しており、上記実施形態と同様の部材に上記と同一の符号を付している。第３実施形態では、上記第１実施形態と同様に、燃料電池３を夫々所定数のセルから成る複数の単位燃料電池３ａに分割し、各単位燃料電池３ａと各単位二次電池４ａとを各充電スイッチ１３を介して並列接続して各単位ハイブリット電源２ａを構成している。そして、第３実施形態では、モータ１に第１スイッチ６1を介して二次電池４を接続すると共に、モータ１に第２スイッチ６2を介して二次電池４と並列に接続される電圧変換器２２を設け、電圧変換器２２の入力側に前記複数の単位燃料電池３ａを各別の電力供給スイッチ２３を介して並列に接続している。電圧変換器２２は、その入力側に接続されている単位燃料電池３ａの個数に係りなく、単位燃料電池３ａからの電力をモータ１の駆動に必要な所定の一定電圧に昇圧して出力するように構成されている。特に、モータ１がＰＭＷ制御により動作されるＤＣブラシレスモータである場合、モータ１の制御精度を確保するには電源電圧を一定にすることが必要になり、電圧変換器２２は不可欠である。
【００２３】
また、上記第２実施形態と同様に、各単位二次電池４ａの電圧ＶＢを検出する各電圧検出器１４と、各単位二次電池４ａの温度ＴＢを検出する各温度検出器１５と、二次電池４からの放電電流ＩＢを検出する電流検出器１６と、モータ１に流れる負荷電流ＩＭを検出する電流検出器２１とからの信号を電源コントローラ１７に入力し、この電源コントローラ１７で第１スイッチ６1と第２スイッチ６2と各充電スイッチ１３と各電力供給スイッチ２３とを制御するようにしている。 電源コントローラ１７は、電力制御手段としての制御と、充電制御手段としての制御とを並行して行う。電力制御の詳細は図７に示す通りであり、先ず、ＦＣコントローラ９からバスライン１９を介して入力される燃料電池３の温度情報に基づいて燃料電池３の暖機が完了したか否かを判別し（Ｑ１１）、暖機が完了するまでは第１スイッチ６1のみをオンして、二次電池４からモータ１に電力を供給する（Ｑ１２）。
【００２４】
暖機が完了すると、第２スイッチ６2をオンすると共に（Ｑ１３）、バスライン１９を介して入力されるアクセル・ブレーキ情報と車速情報と負荷電流ＩＭ等からモータ１の要求電力を算出し（Ｑ１４）、要求電力の大きさに応じた個数の単位燃料電池３ａを対応する電力供給スイッチ２３をオンすることで電圧変換器２２に接続する（Ｑ１５）。これによれば、電圧変換器２２から所定の定電圧でモータ１に電力が供給され、また、要求電力が変動してもそれに応じて電圧変換器２２に接続される単位燃料電池３ａの個数が変わるため、要求電力の変動に対する燃料電池３からの供給電力の応答性が向上する。そして、車両のキースイッチがオフされるまで上記の制御を繰返し、キースイッチがオフされたところで第１と第２の両スイッチ６1、６2をオフする（Ｑ１６，Ｑ１７）。
【００２５】
充電制御は図５に示した第２実施形態の充電制御と同様であり、その詳細な説明は省略する。尚、ＳＯＣ＜ＳＯＣ１の単位二次電池４ａに対応する単位燃料電池３ａの電力供給スイッチ２３がオンされている場合、ＳＯＣ≧ＳＯＣ１の単位二次電池４ａに対応する単位燃料電池３ａのうちで電力供給スイッチ２３がオフされているものがあれば、この単位燃料電池３ａの電力供給スイッチ２３をオンすると共に、上記単位燃料電池３ａの電力供給スイッチ２３をオフし、この状態で充電スイッチ１３をオンして単位二次電池４ａに充電する。また、ＳＯＣ≧ＳＯＣ１の単位二次電池４ａに対応する単位燃料電池３ａのうちに電力供給スイッチ２３がオフされているものがなければ、要求電力が低下したとき、ＳＯＣ＜ＳＯＣ１の単位二次電池４ａに対応する単位燃料電池３ａの電力供給スイッチ２３を優先的にオフし、その後で充電スイッチ１３をオンして単位二次電池４ａに充電する。
【００２６】
ところで、上記第３実施形態では、酸素と燃料の供給を燃料電池３全体で制御するようにしたが、単位燃料電池３ａ毎にバルブを設けて、単位燃料電池３ａへの酸素と燃料の供給を個々に制御することも可能である。また、上記第１乃至第３実施形態では、単位二次電池４ａとしてリチウムイオン電池を用いたが、リチウムイオン電池以外の電池で単位二次電池を構成する場合も同様に本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明電源装置の第１実施形態のブロック回路図。
【図２】 図２は第１実施形態における充電の制御プログラムを示すフロー図。
【図３】 図３は本発明電源装置の第２実施形態のブロック回路図。
【図４】 図４は第２実施形態における電力供給の制御プログラムを示すフロー図。
【図５】 図５は第２実施形態における充電の制御プログラムを示すフロー図。
【図６】 図６は本発明電源装置の第３実施形態のブロック回路図。
【図７】 図７は第３実施形態における電力供給の制御プログラムを示すフロー図。
【図８】 図８は図２、図５の充電制御プログラムで用いる残容量ＳＯＣに関する各判定値 の設定を示す図である。
（技術分野）
本発明は、燃料電池と、リチウムイオン電池等を単位二次電池としてその複数個を直列に接続して成る二次電池とを備える、主として電気自動車に使用されるハイブリッド電源装置に関する。
【０００２】
（背景技術）
燃料電池は、水素等の燃料ガスをアノードに供給すると共に、酸素ガスや空気をカソードに供給し、両極で起きる電気化学反応で起電力を得る発電装置であり、大気汚染物質の排出が少ないため、電気自動車の電源としての利用が図られている。
然し、燃料電池は、ガス供給の遅延等の影響で発電量を急には変化できないため、急激な負荷変動には対応できず、また、或る程度の温度にならないと安定動作せず、例えば、電気自動車で多く用いられている固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）では６０〜８０℃にならないと安定動作せず、起動までに時間がかかる、という問題がある。
【０００３】
そこで、従来、燃料電池と二次電池とを併用し、燃料電池により二次電池に充電し、二次電池から電気自動車のモータ（負荷）に電力を供給するようにしたハイブリッド電源装置が提案されている（特開平６−１２４７２０号公報等参照）。二次電池は、負荷の駆動に必要な高電圧を得るため、複数の単位二次電池を直列に接続して構成されている。そして、単位二次電池としては、一般に、Ｎｉ−Ｃｄ電池やＮｉ−ＭＨ電池を用いているが、小形軽量化のためエネルギー密度の高いリチウムイオン電池を用いることも考えられている。
ところで、Ｎｉ−Ｃｄ電池やＮｉ−ＭＨ電池では、満充電時に電圧降下するため、過充電に対する特別の対策は不要であるが、リチウムイオン電池では満充電時に電圧降下する現象がなく、そのため、リチウムイオン電池を単位二次電池とする二次電池の充電に際しては、各単位二次電池が過充電にならないように管理することが必要になる。
【０００４】
ここで、複数の単位二次電池を直列に接続して成る二次電池では、その製造時における各単位二次電池の容量のばらつきや、経時劣化等によって個々の単位二次電池の残容量がばらつくことがある。この状態で二次電池に単純に充電すると、各単位二次電池の容量が当初のばらつきを保ったまま上昇することになり、残容量が小さかった単位二次電池が満充電されたときには、残容量が大きかった単位二次電池が過充電になってしまう。
【０００５】
本発明は、以上の点に鑑み、二次電池を構成する各単位二次電池に過充電を生ずることなく適正に充電し得るようにしたハイブリッド電源装置を提供することを目的としている。
【０００６】
（発明の開示）
上記目的を達成すべく、本発明の第１の特徴によれば、燃料電池と、複数の単位二次電池を直列に接続して成る二次電池とを備え、燃料電池により二次電池に充電し、二次電池から負荷に電力を供給するようにしたハイブリッド電源装置において、燃料電池を夫々所定数のセルから成る複数の単位燃料電池に分割し、各単位燃料電池と各単位二次電池とを並列接続して各単位ハイブリッド電源を構成すると共に、各単位ハイブリッド電源の単位二次電池と単位燃料電池とを接続、遮断する各充電スイッチと、各単位二次電池の残容量を検出する各残容量検出手段と、各単位二次電池の残容量に基づき、各単位ハイブリッド電源毎に個別に充電スイッチを制御して単位燃料電池による単位二次電池の充電を行う充電制御手段とを設けている。
【０００７】
また、本発明の第２の特徴によれば、燃料電池と、複数の単位二次電池を直列に接続して成る二次電池とを備え、燃料電池により二次電池に充電し、二次電池から負荷に電力を供給すると共に、燃料電池からも負荷に電力を供給可能としたハイブリッド電源装置において、発電容量の異なる複数の燃料電池を設け、各燃料電池を構成する直列接続された多数のセルを所定数宛複数グループに区分けして、各グループを単位燃料電池とし、各単位二次電池に複数の燃料電池の各１個の単位燃料電池を並列接続して各単位ハイブリッド電源を構成すると共に、各単位ハイブリッド電源の単位二次電池と単位燃料電池とを接続、遮断する各充電スイッチと、各燃料電池と負荷とを接続、遮断する各電力供給スイッチと、各単位二次電池の残容量を検出する各残容量検出手段と、各単位二次電池の残容量に基づき、各単位ハイブリッド電源毎に個別に充電スイッチを制御して単位燃料電池による単位二次電池の充電を行う充電制御手段と、負荷の要求電力に応じた所定の燃料電池を対応する電力供給スイッチを介して負荷に接続する電力制御手段とを設けている。
【０００８】
また、本発明の第３の特徴によれば、燃料電池と、複数の単位二次電池を直列
に接続し成る二次電池とを備え、燃料電池により二次電池に充電し、二次電池から負荷に電力を供給すると共に、燃料電池からも負荷に電力を供給可能としたハイブリッド電源装置において、燃料電池を夫々所定数のセルから成る複数の単位燃料電池に分割し、各単位二次電池と各単位燃料電池とを並列接続して各単位ハイブリッド電源を構成すると共に、各単位ハイブリッド電源の単位二次電池と単位燃料電池とを接続、遮断する各充電スイッチと、入力側に複数の単位燃料電池を並列に接続した電圧変換器と、電圧変換器と各単位燃料電池とを接続、遮断する各電力供給スイッチと、各単位二次電池の残容量を検出する各残容量検出手段と、各単位二次電池の残容量に基づき、各単位ハイブリッド電源毎に個別に充電スイッチを制御して単位燃料電池による単位二次電池の充電を行う充電制御手段と、負荷の要求電力に応じた所定数の単位燃料電池を対応する電力供給スイッチを介して電圧変換器に接続し、電圧変換器から所定の定電圧で負荷に電力を供給する電力制御手段とを設けている。
【０００９】
本発明によれば、上記何れの特徴のものにおいても、各単位二次電池は、これと対になって単位ハイブリッド電源を構成する各単位燃料電池により、該各単位二次電池の残容量に応じて個々に充電される。かくて、個々の単位二次電池の残容量がばらついても、各単位二次電池に過充電を生ずることなく適正に充電できる。
【００１０】
尚、上記第１の特徴のものにおいて、各単位二次電池の残容量に応じて燃料電池に供給する燃料量を可変する燃料制御手段を設ければ、燃料の無駄を少なくして効率アップを図れる。
また、上記第２の特徴のものでは、負荷の要求電力に応じ、要求電力が小さいときは発電容量の小さい燃料電池を負荷に接続し、要求電力が大きいときは発電容量の大きい燃料電池を負荷に接続することができるため、負荷変動に対する燃料電池からの供給電力の応答性が向上する。
また、上記第３の特徴のものでも、負荷に電力を供給する単位燃料電池の数を負荷の要求電力に応じて可変することができるため、負荷変動に対する燃料電池からの供給電力の応答性が向上する。尚、負荷に電力を供給する単位燃料電池の数が少ないと負荷の駆動に必要な高電圧を得られなくなるが、第３の特徴のものでは、電圧変換器による電圧の昇圧作用で所要の高電圧を得られ、不具合は生じない。
【００１１】
（発明を実施するための最良の形態）
図１を参照して、１は電気自動車のモータであり、モータ１用の電源として燃料電池３と二次電池４とを併用したハイブリッド電源２を設けている。
二次電池４は、リチウムイオン電池から成る単位二次電池４ａの複数個を直列に接続して構成されており、負荷たるモータ１にヒューズ５とメインスイッチ６とモータコントローラ７で制御されるモータドライバ８とを介して二次電池４からの電力を供給するようにしている。
【００１２】
燃料電池３は例えば固体高分子電解質型（ＰＥＦＣ）のものであり、多数のセルを積層して構成されている。そして、本実施形態では、所定数のセル毎に絶縁板（図不せず）を介設して、燃料電池３を夫々所定数のセルから成る複数の単位燃料電池３ａに分割し、各単位燃料電池３ａと各単位二次電池４ａとを並列接続して各単位ハイブリット電源２ａを構成している。単位燃料電池３ａを構成するセル数、即ち、上記所定数は、単位二次電池４ａの定格電圧を発電効率の良い範囲での１セル当りの出力電圧で除した値に略等しく設定される。ここで、単位二次電池４ａがリチウムイオン電池である場合、その定格電圧は、３．５〜４．２Ｖになり、燃料電池３がＰＥＦＣである場合、発電効率の良い範囲での１セル当りの出力電圧は０．６〜０．８Ｖになるから、単位燃料電池３ａを構成するセル数は４〜６個に設定される。尚、燃料電池３には、燃料電池（ＦＣ）コントローラ９で制御される酸素供給ユニット１０と燃料供給ユニット１１と水循環ユニット１２とを介して酸素ガスと水素等の燃料ガスと冷却用及び暖機用の水とが供給される。
【００１３】
各単位ハイブリッド電源２ａの単位燃料電池３ａと単位二次電池４ａとは、各単位ハイブリッド電源２ａ毎に設けた各充電スイッチ１３によって接続、遮断されるようになっている。また、各単位二次電池４ａの電圧ＶＢを検出する各電圧検出器１４と、各単位二次電池４ａの温度ＴＢを検出する各温度検出器１５と、モータ１に供給される二次電池４からの放電電流ＩＢを検出する電流検出器１６とを設け、これら電圧検出器１４と温度検出器１５と電流検出器１６とからの信号を充電制御手段たる電源コントローラ１７に入力し、この電源コントローラ１７でメインスイッチ６と各充電スイッチ１３とを制御するようにしている。尚、電源コントローラ１７とモータコントローラ７とＦＣコントローラ９とは、ユーザーインターフェースコントローラ１８を接続したバスライン１９を介して互に接続されている。
【００１４】
図２は電源コントローラ１７の基本的な制御プログラムを示している。これを詳述するに、先ず、各単位二次電池４ａの電圧ＶＢ及び温度ＴＢと、各充電スイッチ１３のオンオフ状態と、放電電流ＩＢとを読込むと共に、バスライン１９を介して燃料電池３の温度及びガス供給状態（ガス圧等）を読込み（Ｓ１）、次に、全ての単位二次電池４ａが正常であるか否かを判別し（Ｓ２）、何れかの単位二次電池４ａに異常を生じたときは、全ての充電スイッチ１３をオフすると共に（Ｓ３）、異常情報をバスライン１９に出力して異常処理を行う（Ｓ４）。
全ての単位二次電池４ａが正常であれば、各単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣを推定する（Ｓ５）。ＳＯＣは、図８に示す如く、過充電にならない充電許容範囲の上限（満充電）を１００％、過放電にならない放電許容範囲の下限を０％として求められるもので、各単位二次電池４ａの電圧ＶＢを基に、各単位二次電池４ａの温度ＴＢと、放電電流ＩＢと、燃料電池３の温度及びガス供給状態から求められる発電量と、各充電スイッチ１３のオンオフ状態とによりマップから各単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣを推定する。尚、本実施形態では、各電圧検出器１４と各温度検出器１５と電流検出器１６と電源コントローラ１７とを主要な構成要素として各単位二次電池４ａの残容量を検出する各残容量検出手段が構成されることになる。
【００１５】
次に、各単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣと図８に示した第１判定値ＳＯＣ１とを比較し、ＳＯＣ＜ＳＯＣ１の単位二次電池４ａの充電スイッチ１３をオンして、該単位二次電池４ａに対応する単位燃料電池３ａによって充電し、ＳＯＣ≧ＳＯＣ１になったところで充電スイッチ１３をオフする（Ｓ６）。かくて、各単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣに基づき、各単位ハイブリッド電源２ａ毎に個別に充電スイッチ１３が制御されて単位燃料電池３ａによる単位二次電池４ａの充電が行われることになり、個々の単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣがばらついても、各単位二次電池４ａに過充電を生ずることなく適正に充電できる。
【００１６】
また、上記した充電スイッチ１３の制御に並行して、電源コントローラ１７によりＦＣコントローラ９を介して燃料電池３の発電量の制御を行う（Ｓ７）。即ち、全ての単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣがＳＯＣ１以上の場合には、燃料電池３への燃料ガス（酸素ガスを含む）の供給をカットして発電を停止し、また、全ての単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣが図８に示した第２判定値ＳＯＣ２以上である場合には、燃料ガスの供給量を最小流量に減少させてセーブモードでの発電を行い、何れか１個以上の単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣが図８に示した第３判定値ＳＯＣ３以下である場合には、燃料ガスの供給量を最大流量に増加させてパワーモードでの発電を行い、それ以外の場合には、燃料ガスの供給量を最小流量と最大流量との間で増減してモータ負荷に応じた発電を行う。尚、本実施形態では、電源コントローラ１７とＦＣコントローラ９と酸素及び燃料供給ユニット１０、１１とで燃料制御手段が構成される。
【００１７】
図３はハイブリッド電源装置の第２実施形態を示しており、上記第１実施形態と同様の部材に上記と同一の符号を付している。第２実施形態では、第１と第２の２つの燃料電池３1，３2を設け、第１燃料電池３1を第２燃料電池３2よりも大きな発電容量を持つものにしている。そして、第１と第２の各燃料電池３1，３2を第１と第２の各電力供給スイッチ２０1、２０2を介してモータ１に個々に接続し得るようにしている。また、第１と第２の各燃料電池３1，３2を構成する直列接続された多数のセルを所定数宛複数グループに区分けして、各グループを単位燃料電池３1ａ，３2ａとし、第１と第２の両燃料電池３1，３2の各１個の単位燃料電池３1ａ，３2ａと単二次電池４ａとを各充電スイッチ１３を介して並列接続して各単位ハイブリッド電源２ａを構成している。
【００１８】
また、第２実施形態では、各単位二次電池４ａの電圧ＶＢを検出する各電圧検出器１４と、各単位二次電池４ａの温度ＴＢを検出する各温度検出器１５と、二次電池４からの放電電流ＩＢを検出する電流検出器１６とに加えて、モータ１に流れる負荷電流ＩＭを検出する電流検出器２１を設け、これら電圧検出器１４と温度検出器１５と電流検出器１６、２１とからの信号を電源コントローラ１７に入力し、この電源コントローラ１７でメインスイッチ６と各充電スイッチ１３とに加えて各電力供給スイッチ２０1、２０2を制御するようにしている。
電源コントローラ１７は、図４に示す電力制御手段としての制御と、図５に示す充電制御手段としての制御とを並行して行う。電力制御では、先ず、ＦＣコントローラ９からバスライン１９を介して入力される燃料電池３1，３2の温度情報に基づいて燃料電池３1，３2の暖機が完了したか否かを判別し（Ｑ１）、暖機が完了するまではメインスイッチ６のみをオンして（Ｑ２）、二次電池４からモータ１に電力を供給する。
暖機が完了すると、バスライン１９を介して入力されるアクセル・ブレーキ情報と車速情報と負荷電流ＩＭ等からモータ１の要求電力を算出し（Ｑ３）、要求電力が大きいとき（高負荷時）は第１と第２の両電力供給スイッチ２０1、２０2をオンして、第１と第２の両燃料電池３1，３2をモータ１に接続し、要求電力が中程度であるとき（中負荷時）は第１電力供給スイッチ２０1をオンして、第１燃料電池３1をモータ１に接続し、要求電力が小さいとき（低負荷時）は第２電力供給スイッチ２０2をオンして、第２燃料電池３2をモータ１に接続する（Ｑ４）。
【００１９】
これによれば、要求電力が変動してもそれに応じた発電容量の燃料電池から電力が供給されるため、要求電力の変動に対する燃料電池からの供給電力の応答性が向上する。そして、車両のキースイッチがオフされるまで上記の制御を繰返し、キースイッチがオフされたところでメインスイッチ６をオフすると共に第１と第２の両電力供給スイッチ２０1、２０2をオフする（Ｑ５，Ｑ６）。
【００２０】
充電制御は燃料電池３1，３2の暖機完了後に行われ、先ず、各単位二次電池４ａの温度ＴＢ等に基づいて全ての単位二次電池４ａが正常であるか否かを判別し（Ｓ１１）、何れかの単位二次電池４ａに異常を生じたときは、全ての充電スイッチ１３をオフすると共に（Ｓ１２）、異常情報をバスライン１９に出力して異常処理を行う（Ｓ１３）。全ての単位二次電池４ａが正常であれば、各単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣを推定する（Ｓ１４）。次に、各単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣと図８に示した第１判定値ＳＯＣ１とを比較し、ＳＯＣ＜ＳＯＣｌの単位二次電池４ａの充電スイッチ１３をオンして、該単位二次電池４ａに対応する単位燃料電池３1ａ，３2ａによって充電し、ＳＯＣ≧ＳＯＣ１になったところで充電スイッチ１３をオフする（Ｓ１５）。かくて、各単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣに基づき、各単位ハイブリッド電源２ａ毎に個別に充電スイッチ１３が制御されて単位燃料電池３1ａ，３2ａによる単位二次電池４ａの充電が行われることになり、個々の単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣがばらついても、各単位二次電池４ａに過充電を生ずることなく適正に充電できる。
【００２１】
キースイッチがオフされるまでは上記の制御を繰返し（Ｓ１６）、キースイッチがオフされたとき、全ての単位二次電池４ａの残容量ＳＯＣが図８に示した第２判定値ＳＯＣ２以上であるか否かを判別し（Ｓ１７）、ＳＯＣ＜ＳＯＣ２の単位二次電池４ａがあれば、この単位二次電池４ａにその充電スイッチ１３をオンして充電し（Ｓ１８）、全ての単位二次電池４ａがＳＯＣ≧ＳＯＣ２になったとき、ＦＣコントローラ９に停止指令を送信して燃料電池３1，３2の発電を停止する（Ｓ１９）。
尚、上記第２実施形態では、酸素と燃料の供給を第１と第２の両燃料電池３1，３2に対し共通に制御するようにしたが、各燃料電池３1，３2毎にバルブを設けて、各燃料電池３1，３2への酸素と燃料の供給を個々に制御することも可能である。また、燃料電池の数は２個に限られるものではなく、発電容量の異なる３個以上の燃料電池を設けても良い。
【００２２】
図６はハイブリッド電源装置の第３実施形態を示しており、上記実施形態と同様の部材に上記と同一の符号を付している。第３実施形態では、上記第１実施形態と同様に、燃料電池３を夫々所定数のセルから成る複数の単位燃料電池３ａに分割し、各単位燃料電池３ａと各単位二次電池４ａとを各充電スイッチ１３を介して並列接続して各単位ハイブリット電源２ａを構成している。そして、第３実施形態では、モータ１に第１スイッチ６1を介して二次電池４を接続すると共に、モータ１に第２スイッチ６2を介して二次電池４と並列に接続される電圧変換器２２を設け、電圧変換器２２の入力側に前記複数の単位燃料電池３ａを各別の電力供給スイッチ２３を介して並列に接続している。電圧変換器２２は、その入力側に接続されている単位燃料電池３ａの個数に係りなく、単位燃料電池３ａからの電力をモータ１の駆動に必要な所定の一定電圧に昇圧して出力するように構成されている。特に、モータ１がＰＭＷ制御により動作されるＤＣブラシレスモータである場合、モータ１の制御精度を確保するには電源電圧を一定にすることが必要になり、電圧変換器２２は不可欠である。
【００２３】
また、上記第２実施形態と同様に、各単位二次電池４ａの電圧ＶＢを検出する各電圧検出器１４と、各単位二次電池４ａの温度ＴＢを検出する各温度検出器１５と、二次電池４からの放電電流ＩＢを検出する電流検出器１６と、モータ１に流れる負荷電流ＩＭを検出する電流検出器２１とからの信号を電源コントローラ１７に入力し、この電源コントローラ１７で第１スイッチ６1と第２スイッチ６2と各充電スイッチ１３と各電力供給スイッチ２３とを制御するようにしている。 電源コントローラ１７は、電力制御手段としての制御と、充電制御手段としての制御とを並行して行う。電力制御の詳細は図７に示す通りであり、先ず、ＦＣコントローラ９からバスライン１９を介して入力される燃料電池３の温度情報に基づいて燃料電池３の暖機が完了したか否かを判別し（Ｑ１１）、暖機が完了するまでは第１スイッチ６1のみをオンして、二次電池４からモータ１に電力を供給する（Ｑ１２）。
【００２４】
暖機が完了すると、第２スイッチ６2をオンすると共に（Ｑ１３）、バスライン１９を介して入力されるアクセル・ブレーキ情報と車速情報と負荷電流ＩＭ等からモータ１の要求電力を算出し（Ｑ１４）、要求電力の大きさに応じた個数の単位燃料電池３ａを対応する電力供給スイッチ２３をオンすることで電圧変換器２２に接続する（Ｑ１５）。これによれば、電圧変換器２２から所定の定電圧でモータ１に電力が供給され、また、要求電力が変動してもそれに応じて電圧変換器２２に接続される単位燃料電池３ａの個数が変わるため、要求電力の変動に対する燃料電池３からの供給電力の応答性が向上する。そして、車両のキースイッチがオフされるまで上記の制御を繰返し、キースイッチがオフされたところで第１と第２の両スイッチ６1、６2をオフする（Ｑ１６，Ｑ１７）。
【００２５】
充電制御は図５に示した第２実施形態の充電制御と同様であり、その詳細な説明は省略する。尚、ＳＯＣ＜ＳＯＣ１の単位二次電池４ａに対応する単位燃料電池３ａの電力供給スイッチ２３がオンされている場合、ＳＯＣ≧ＳＯＣ１の単位二次電池４ａに対応する単位燃料電池３ａのうちで電力供給スイッチ２３がオフされているものがあれば、この単位燃料電池３ａの電力供給スイッチ２３をオンすると共に、上記単位燃料電池３ａの電力供給スイッチ２３をオフし、この状態で充電スイッチ１３をオンして単位二次電池４ａに充電する。また、ＳＯＣ≧ＳＯＣ１の単位二次電池４ａに対応する単位燃料電池３ａのうちに電力供給スイッチ２３がオフされているものがなければ、要求電力が低下したとき、ＳＯＣ＜ＳＯＣ１の単位二次電池４ａに対応する単位燃料電池３ａの電力供給スイッチ２３を優先的にオフし、その後で充電スイッチ１３をオンして単位二次電池４ａに充電する。
【００２６】
ところで、上記第３実施形態では、酸素と燃料の供給を燃料電池３全体で制御するようにしたが、単位燃料電池３ａ毎にバルブを設けて、単位燃料電池３ａへの酸素と燃料の供給を個々に制御することも可能である。また、上記第１乃至第３実施形態では、単位二次電池４ａとしてリチウムイオン電池を用いたが、リチウムイオン電池以外の電池で単位二次電池を構成する場合も同様に本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明電源装置の第１実施形態のブロック回路図。
【図２】 図２は第１実施形態における充電の制御プログラムを示すフロー図。
【図３】 図３は本発明電源装置の第２実施形態のブロック回路図。
【図４】 図４は第２実施形態における電力供給の制御プログラムを示すフロー図。
【図５】 図５は第２実施形態における充電の制御プログラムを示すフロー図。
【図６】 図６は本発明電源装置の第３実施形態のブロック回路図。
【図７】 図７は第３実施形態における電力供給の制御プログラムを示すフロー図。
【図８】 図８は図２、図５の充電制御プログラムで用いる残容量ＳＯＣに関する各判定値 の設定を示す図である。
Claims (4)
- 燃料電池と、複数の単位二次電池を直列に接続して成る二次電池とを備え、燃料電池により二次電池に充電し、二次電池から負荷に電力を供給するようにしたハイブリッド電源装置において、
燃料電池を夫々所定数のセルから成る複数の単位燃料電池に分割し、各単位燃料電池と各単位二次電池とを並列接続して各単位ハイブリッド電源を構成すると共に、
各単位ハイブリッド電源の単位二次電池と単位燃料電池とを接続、遮断する各充電スイッチと、
各単位二次電池の残容量を検出する各残容量検出手段と、
各単位二次電池の残容量に基づき、各単位ハイブリッド電源毎に個別に充電スイッチを制御して単位燃料電池による単位二次電池の充電を行う充電制御手段とを設ける、
ことを特徴とするハイブリッド電源装置。 - 各単位二次電池の残容量に応じて燃料電池に供給する燃料量を可変する燃料制御手段を設けることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電源装置。
- 燃料電池と、複数の単位二次電池を直列に接続して成る二次電池とを備え、燃料電池により二次電池に充電し、二次電池から負荷に電力を供給すると共に、燃料電池からも負荷に電力を供給可能としたハイブリッド電源装置において、
発電容量の異なる複数の燃料電池を設け、各燃料電池を構成する直列接続された多数のセルを所定数宛複数グループに区分けして、各グループを単位燃料電池とし、各単位二次電池に複数の燃料電池の各１個の単位燃料電池を並列接続して各単位ハイブリッド電源を構成すると共に、
各単位ハイブリッド電源の単位二次電池と単位燃料電池とを接続、遮断する各充電スイッチと、
各燃料電池と負荷とを接続、遮断する各電力供給スイッチと、
各単位二次電池の残容量を検出する各残容量検出手段と、
各単位二次電池の残容量に基づき、各単位ハイブリッド電源毎に個別に充電スイッチを制御して単位燃料電池による単位二次電池の充電を行う充電制御手段と、
負荷の要求電力に応じた所定の燃料電池を対応する電力供給スイッチを介して負荷に接続する電力制御手段とを設ける、
ことを特徴とするハイブリッド電源装置。 - 燃料電池と、複数の単位二次電池を直列に接続して成る二次電池とを備え、燃料電池により二次電池に充電し、二次電池から負荷に電力を供給すると共に、燃料電池からも負荷に電力を供給可能としたハイブリッド電源装置において、
燃料電池を夫々所定数のセルから成る複数の単位燃料電池に分割し、各単位二次電池と各単位燃料電池とを並列接続して各単位ハイブリッド電源を構成すると共に、
各単位ハイブリッド電源の単位二次電池と単位燃料電池とを接続、遮断する各充電スイッチと、
入力側に複数の単位燃料電池を並列に接続した電圧変換器と、
電圧変換器と各単位燃料電池とを接続、遮断する各電力供給スイッチと、
各単位二次電池の残容量を検出する各残容量検出手段と、
各単位二次電池の残容量に基づき、各単位ハイブリッド電源毎に個別に充電スイッチを制御して単位燃料電池による単位二次電池の充電を行う充電制御手段と、
負荷の要求電力に応じた所定数の単位燃料電池を対応する電力供給スイッチを介して電圧変換器に接続し、電圧変換器から所定の定電圧で負荷に電力を供給する電力制御手段とを設ける、
ことを特徴とするハイブリッド電源装置。
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