JPH1040931A - 電源システム - Google Patents

電源システム

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JPH1040931A
JPH1040931A JP8212031A JP21203196A JPH1040931A JP H1040931 A JPH1040931 A JP H1040931A JP 8212031 A JP8212031 A JP 8212031A JP 21203196 A JP21203196 A JP 21203196A JP H1040931 A JPH1040931 A JP H1040931A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源システムを大型化することなく充分な出
力を確保し、システム始動時にも安定した出力を得る。 【解決手段】 燃料電池２０と２次電池３０とを備える
電源システム１０は、２次電池３０の残存容量を検出す
る残存容量モニタ４６を備える。電源システム１０を停
止する際には、この残存容量モニタ４６によって２次電
池３０の残存容量を検出する。２次電池３０の残存容量
が所定量以下である場合には、残存容量が所定量に達す
るまで燃料電池２０による２次電池３０の充電を行な
い、充電が完了した後にシステムを停止する。次回シス
テムを始動するときには、燃料電池２０の暖機運転が終
了するまでの間は、２次電池３０が主要な電源として負
荷に対して電力を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電源システムに関
し、詳しくは燃料電池と２次電池とを備えた電源システ
ムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の電源システムとして、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システムが提案されている（例え
ば特開平６−１２４７２０号公報など）。この電源シス
テムは複数の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
た電源システムにおいては２次電池を複数備える必要が
あるため、電源システム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、この電源シス
テム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、電源システ
ム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】このような電源システムの大型化を抑える
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
成の電源システムでは、燃料電池の性質と２次電池の充
電状態に起因してシステムの始動時に問題を生じること
がある。燃料電池は電気化学反応によって起電力を得て
おり、始動時の室温付近では所定の出力、安定性を得に
くく望ましくは、固体高分子型燃料電池の場合、８０〜
１００℃に昇温した方が高出力で安定的な発電をし易
い。したがって、燃料電池の始動時には暖機運転を行な
って、燃料電池内部を昇温する。
【０００６】上記した燃料電池と２次電池とを備える電
源システムでは、システムの始動時に２次電池の残存容
量が少ないと、２次電池から充分な出力を得ることがで
きないために燃料電池に大きな負荷がかかることにな
る。図１０に、燃料電池の発電時における電流と電圧と
の関係を表わす出力特性を模式的に示す。正常に運転可
能な定常状態にある燃料電池を用いて発電を行なうと、
電流値を上げるに従って電圧値は低下するものの、広い
電流値にわたって高い電圧で出力することができる。し
かしながら、始動直後で定常状態に達していない状態
で、燃料電池から出力する電流値を上げようとすると、
急激に電圧が降下するという現象が見られる。そのた
め、上記したように電源システムの始動時に２次電池の
残存容量が少なく、燃料電池に過度の負荷がかかる場合
には、電圧の降下が起こって電源として機能しなくなる
おそれがあった。
【０００７】さらに、暖機が不十分な状態で燃料電池に
大電流が流れると、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、電池反応における陽極と陰極とが逆転
する現象をいう。このような異常反応が起きたときに
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。
【０００８】本発明の電源システムは、こうした問題を
解決し、電源システムを大型化することなく充分な出力
を確保し、システム始動時にも安定した出力を得ること
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
発明の電源システムは、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システムであって、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、
前記電源システムを停止する際に、前記残存容量検出手
段が検出した前記２次電池の残存容量をもとに、前記燃
料電池によって前記２次電池の充電を行なうシステム停
止時充電手段とを備え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電源シス
テムは、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。該電源システムを停止する際には、残存
容量検出手段が前記２次電池の残存容量を検出し、該残
存容量検出手段が検出した前記２次電池の残存容量をも
とに、該２次電池の容量が所定量となるまで前記燃料電
池によって該２次電池の充電を行なう。
【００１１】このような電源システムによれば、電源シ
ステムを停止する際に２次電池の残存容量が所定量にな
るまで充電しておくので、次回にこの電源システムを始
動するときには、該２次電池は主要な電源として負荷を
駆動するのに充分な容量を備えている。従って、電源シ
ステムの始動時に、２次電池の出力不足に起因して燃料
電池に過剰な負荷がかかり、燃料電池において電圧の降
下や転極、あるいは異常発熱による燃料電池の劣化など
の不都合が生じてしまうことがない。
【００１２】ここで、前記残存容量検出手段としては、
２次電池の端子間電圧を検出する電圧モニタや、２次電
池の充放電の状態を記憶してこれを積算して残存容量を
類推するＳＯＣメータを用いたり、あるいは２次電池の
電解液の比重を測定して残存容量を類推するなどの方法
を用いることができる。
【００１３】また、本発明の電源システムにおいて、前
記残存容量検出手段は、前記２次電池が出力する２次電
池電流値と、前記燃料電池が出力する燃料電池電流値
と、前記２次電池電流値と前記燃料電池電流値との和で
ある総電流値との内、少なくとも２種類の電流値を検出
する電流値検出手段と、前記電流値検出手段による検出
結果に基づく各電流値間の関係から、前記２次電池の残
存容量を求める残存容量決定手段とからなることとして
もよい。
【００１４】このような構成の電源システムでは、電流
値検出手段が、前記２次電池が出力する２次電池電流値
と、前記燃料電池が出力する燃料電池電流値と、前記２
次電池電流値と前記燃料電池電流値との和である総電流
値との内、少なくとも２種類の電流値を検出し、前記電
流値検出手段による検出結果に基づく各電流値間の関係
から、前記２次電池の残存容量が求められる。
【００１５】したがって、システムを停止する際の電流
値を検出するという簡便な方法によって前記２次電池の
残存容量を知ることができる。回路を流れる電流値を測
定するという方法によるため、電圧モニタを用いる場合
のように、２次電池とこれを充電する燃料電池との接続
を一旦切断する制御を行なう必要がない。また、電解質
の比重を測定する場合のように、特別な測定装置を２次
電池に取り付ける必要もない。特に、電流値検出手段に
よる検出時の電流値だけを基に残存容量を判断するた
め、ＳＯＣメータを用いる場合のように２次電池の過去
の使用状態を記憶しておく必要がなく、記憶した過去の
使用状態を積算することによって誤差が生じるおそれも
ない。
【００１６】さらに、本発明の電源システムにおいて、
前記残存容量検出手段によって検出された前記２次電池
の残存容量が所定量以下であった場合に、前記２次電池
を所定の充電状態にするための前記燃料電池の出力条件
を、前記残存容量検出手段の検出結果に基づいて決定す
る出力条件決定手段と、該決定された出力条件に基づい
て、前記２次電池に接続する前記燃料電池の発電を行な
う発電制御手段とを備える構成も好適である。
【００１７】このような構成の電源システムでは、前記
残存容量検出手段によって検出された前記２次電池の残
存容量が所定量以下であった場合に、前記２次電池を所
定の充電状態にするための前記燃料電池の出力条件が決
定され、該決定された出力条件に基づいて、前記２次電
池に接続する前記燃料電池の発電が行なわれる。
【００１８】このような電源システムによれば、２次電
池の残存容量に基づいて決定された出力条件に従って燃
料電池の発電を行なうため、短時間の内に効率よく２次
電池の充電を行なうことができる。また、燃料電池の発
電を制御することによって、決定した出力条件に比べて
燃料電池に供給されるガス量が不足したり、逆に過剰な
ガスが燃料電池に供給されて無駄になってしまうことが
ない。
【００１９】また、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ないし３のいずれか記載の電源システムを
搭載し、前記モータは、前記電源システムから電力の供
給を受けて回転することを要旨とする。
【００２０】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。この電気自動車が搭載する電源システムを停
止する際には、残存容量検出手段が前記２次電池の残存
容量を検出し、該残存容量検出手段が検出した前記２次
電池の残存容量をもとに、該２次電池の容量が所定量と
なるまで前記燃料電池によって該２次電池の充電を行な
う。
【００２１】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システムを停止する際に、２次電
池の残存容量が所定量になるまで充電してからシステム
を停止するので、次回にこの電気自動車を使用しようと
電源システムを始動するときには、該２次電池は主要な
電源としてモータなどの負荷を駆動するのに充分な容量
を備えている。従って、電源システムの始動時に、２次
電池の出力不足に起因して燃料電池に過剰な負荷がかか
り、燃料電池において電圧の降下や転極、あるいは異常
発熱による燃料電池の劣化などの不都合が生じてしまう
ことがなく、正常に電気自動車を発進させることができ
る。
【００２２】
【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
施例である電源システム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。本実施例の電源シ
ステム１０は、車両に搭載されて車両駆動用の電源とし
て働く。電源システム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／Ｄ
Ｃコンバータ３６、スイッチ３８，４０、リレー４２、
始動装置４４、残存容量モニタ４６、制御部５０を主な
構成要素とする。以下、電源システム１０の各構成要素
について説明する。
【００２３】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、陰極側
に水素を含有する燃料ガスの供給を受け、陽極側には酸
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。
【００２４】 Ｈ2 → ２Ｈ+＋２ｅ- …（１） （１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ …（２） Ｈ2＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（３）
【００２５】（１）式は陰極側における反応、（２）式
は陽極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２
８は、電解質膜２１と、アノード２２およびカソード２
３と、セパレータ２４，２５とから構成されている。
【００２６】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２
３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。
【００２７】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 Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ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。
【００２８】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。
【００２９】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２
４，２５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。
【００３０】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２
２、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。
【００３１】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。
【００３２】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。
【００３３】 ＣＨ3ＯＨ → ＣＯ＋２Ｈ2 …（４） ＣＯ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋Ｈ2 …（５） ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋３Ｈ2 …（６）
【００３４】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２
２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。
【００３５】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２
５Ｐ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。
【００３６】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の陽極側から排
出された燃料排ガスは燃料排出路７１によって改質器６
４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。
【００３７】このような燃料電池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いる。
【００３８】以上説明した燃料電池２０は、２次電池３
０、モータ３２および補機類３４と接続可能となってい
る。このような回路の接続状態によって燃料電池２０
は、２次電池３０を充電したりモータ３２および補機類
３４を駆動したりする。これら回路の接続状態の制御に
ついては後に詳しく説明する。
【００３９】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は、後述するように電源システム１０の
始動時にはモータ３２を回転させて車両を駆動する主要
な電源として働く必要があるため、２次電池３０の容量
は、予想される車両の運転条件などに基づいて所定の余
裕を持たせたものとなっている。
【００４０】モータ３２は、燃料電池２０や２次電池３
０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、電源システム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。
【００４１】補機類３４は、電源システム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。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。
【００４２】ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、燃料電池２
０および２次電池３０が出力する電気エネルギの電圧を
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。
【００４３】切り替えスイッチ３８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、この切り替え
スイッチ３８を切り替えることによって、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。切り替えスイッチ３８におけ
る接続状態は、制御部５０によって制御されている。
【００４４】切り替えスイッチ４０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、この切り替えスイッチ４０を切り替えることによっ
て、燃料電池２０と２次電池３０とを接続したり切り離
したりすることができる。切り替えスイッチ４０におけ
る接続状態は、制御部５０によって制御されている。切
り替えスイッチ３８，４０共に、モータ３２が駆動され
るときには回路を閉じた状態となっている。
【００４５】始動装置４４は、電源システム１０を搭載
する車両の使用者が電源システム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。
【００４６】リレー４２は、電源システム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
う接点であり、上記始動装置４４および制御部５０と接
続している。リレー４２は、始動装置４４を介して電源
システム１０の始動が指示されると、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４４を介して電源シ
ステム１０の停止が指示されると、制御部５０の制御を
受けて上記回路を切り離す。
【００４７】残存容量モニタ４６は、２次電池３０の残
存容量を検出するものであり、ここでは電圧センサによ
って構成されている。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
存容量を検出している。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。ここで残存容量モ
ニタ４６は、電圧センサの代わりにＳＯＣメータによっ
て構成することとしてもよい。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。あるいは、残存容量モニタ４６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。
【００４８】制御部５０は、マイクロコンピュータを中
心とした論理回路として構成され、ＣＰＵ５２、ＲＯＭ
５４、ＲＡＭ５６および入出力ポート５８からなる。Ｃ
ＰＵ５２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４６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
に応じて切り替えスイッチ３８，４０など各種アクチュ
エータに駆動信号を出力して電源システム１０の各部の
駆動状態を制御する。
【００４９】図１では、制御部５０に関しては、残存容
量モニタ４６からの検出信号および始動装置４４からの
信号の入力と、切り替えスイッチ３８，４０への駆動信
号の出力と、制御装置３３との間の信号のやり取りのみ
を示したが、制御部５０はこの他にも電源システム１０
における種々の制御を行なっている。制御部５０による
図示しない制御の中で主要なものとしては、燃料電池２
０の運転状態の制御を挙げることができる。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。
【００５０】以上電源システム１０の構成について説明
したが、次に、この電源システム１０の動作について説
明する。まず最初に、電源システム１０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。燃料電池２０と２次電池３０とは並列に接続さ
れているため、負荷の大きさや２次電池３０の充電状態
などに応じて、両者が共に電力を供給する側となること
もあれば、燃料電池２０による２次電池３０の充電が行
なわれることもある。
【００５１】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
には大きな電圧値を得ることができ、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に示した２次電池３０の出力特性は、２次電池３０
が充分に充電されているときのものである。
【００５２】例えば、電源システム１０を搭載する車両
が加速中でモータ３２が要する電力が大きいときに、モ
ータ３２および補機類３４を駆動するのに要する全電流
をＩt1とする。この時、燃料電池２０および２次電池３
０から電流が取り出されると、この電流値に応じて燃料
電池２０および２次電池３０の出力端子間電圧は低下す
る。しかし、燃料電池２０、２次電池３０およびモータ
３２は並列に接続されているからそれらの両端電圧は等
しくなる。この電圧をＶt1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。このときＩF1＜
ＩB1となっている。
【００５３】前記負荷を駆動するのに要する全電流値が
Ｉt2に低下したときには、この電流値の減少分に応じて
燃料電池２０および２次電池３０の出力端子間電圧電圧
は上昇する。この場合にも上述したように、燃料電池２
０、２次電池３０およびモータ３２の両端電圧は等しく
なる。このときの電圧をＶt2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、Ｉt2＝ＩF2＋ＩB2が成り立つ値となる。このときＩ
F2＞ＩB2となっている。このように、負荷の大きさによ
って燃料電池２０と２次電池３０とのそれぞれが出力す
る割合は変化する。
【００５４】図５は、燃料電池２０と、充電状態の低下
した２次電池３０との出力特性を表わす説明図である。
モータ３２が所定の大きさの電力を要するときに前記負
荷を駆動するための全電流値をＩt3とする。この時、燃
料電池２０および２次電池３０から電流が取り出される
と、この電流値に応じて燃料電池２０および２次電池３
０の出力端子間電圧は低下する。上述したように、燃料
電池２０、２次電池３０およびモータ３２の両端電圧は
等しくなるため、この時の電圧をＶt3とすると、図５か
ら、燃料電池２０の出力電流ＩF3、２次電池３０の出力
電流ＩB3は、Ｉt3＝ＩF3＋ＩB3が成り立つ値となる。こ
のときＩF3＞ＩB3となっている。このように、２次電池
３０の充電状態が低下したときには、負荷に対する出力
の大部分を燃料電池２０に頼ることになる。
【００５５】ここで、モータ３２が要する電力の大きさ
が所定量よりも小さくなり、前記負荷を駆動するのに要
する全電流がＩt4に低下すると、この電流値の減少分に
応じて燃料電池２０および２次電池３０の出力端子間電
圧電圧は上昇する。この場合にも上述したように、燃料
電池２０、２次電池３０およびモータ３２の両端電圧は
等しくなる。このときの電圧をＶt4とすると、図５か
ら、燃料電池２０の出力電流ＩF4、２次電池３０の充電
電流ＩB4は、Ｉt4＝ＩF4＋ＩB4が成り立つ値となる。た
だし、このときＩB4＜０であり、２次電池３０は燃料電
池２０によって充電される状態となる。このように、２
次電池３０の充電状態が充分でないときには、負荷の大
きさが所定量以下となると、燃料電池２０は負荷を駆動
すると共に２次電池３０の充電を行なうようになる。
【００５６】次に、この電源システム１０を停止する際
における回路の接続の制御について、図６に例示する停
止時処理ルーチンに基づいて説明する。本ルーチンは、
電源システム１０を搭載する車両において、前記始動装
置４４における所定のスタートスイッチがオフにされた
ときに、ＣＰＵ５２によって実行される。
【００５７】本ルーチンが実行されると、まず、切り替
えスイッチ３８がオフとなってモータ３２と燃料電池２
０および２次電池３０との接続が切り離される（ステッ
プＳ１００）。これによって車両駆動用のモータ３２は
停止し、以後は補機類３４だけが負荷として電力の供給
を受けることになる。補機類３４に含まれるウオータポ
ンプやマスフロコントローラなどは燃料電池２０を運転
する上で必要な機器類であり、燃料電池２０の発電を停
止するときまで駆動する必要がある。また、主要な負荷
であるモータ３２が切り離されたことによって、燃料電
池２０および２次電池３０に接続される負荷の大きさは
所定範囲の小さなものとなり、２次電池３０の残存容量
が所定量よりも少ない場合には、燃料電池２０による２
次電池３０の充電が行なわれるようになる。
【００５８】次に、切り替えスイッチ４０がオフとなっ
て、２次電池３０が回路から切り離される（ステップＳ
１１０）。このように２次電池３０が切り離されると２
次電池３０の充電は停止し、燃料電池２０は低いレベル
で発電を続けながら定常状態を維持して補機類３４に電
力を供給し続ける。
【００５９】ここで、残存容量モニタ４６によって２次
電池３０の電圧Ｖが測定され（ステップＳ１２０）、予
め制御部５０内に記憶された基準電圧Ｖ0 との比較が行
なわれる（ステップＳ１３０）。この基準電圧Ｖ0 は、
充分に充電された状態における２次電池３０の端子間電
圧値として予め定められた値である。電圧Ｖが基準値Ｖ
0 よりも大きいときには、２次電池３０は充分に充電さ
れた状態にあるものと判断され、リレー４２において回
路を開の状態として（ステップＳ１４０）本ルーチンを
終了する。このように燃料電池２０と補機類３４との接
続が切り離されると、燃料電池２０は出力の対象となる
負荷を失うため発電を停止し、補機類３４は電力の供給
を絶たれて停止し、電源システム１０は完全に停止す
る。
【００６０】ステップＳ１３０において測定した電圧Ｖ
が基準電圧Ｖ0 よりも小さいときには、２次電池３０の
充電状態が充分ではないと判断されて、切り替えスイッ
チ４０をオン状態に切り替える（ステップＳ１５０）。
切り替えスイッチ４０がオンとなって、充電状態が不十
分な２次電池３０と燃料電池２０とが接続されると、燃
料電池２０による２次電池３０の充電が再開される。
【００６１】その後再びステップＳ１１０に戻って切り
替えスイッチ４０をオフにして２次電池３０の電圧Ｖを
測定し（ステップＳ１２０）、基準電圧Ｖ0 との比較を
行なう（ステップＳ１３０）。電圧Ｖが基準電圧Ｖ0 を
下回る場合には、再びステップＳ１５０に移行して切り
替えスイッチ４０をオンにする。２次電池３０の充電状
態が充分となるまで上記した２次電池３０の充電とその
残存容量の評価を繰り返し、ステップＳ１３０において
電圧Ｖが基準電圧Ｖ0 を上回って２次電池３０が充分に
充電されたと判断されると、リレー４２をオフにして本
ルーチンを終了する。
【００６２】次回にこの電源システム１０が始動される
とき、すなわち、電源システム１０を搭載する電気自動
車において、前記始動装置４４における所定のスタート
スイッチがオンにされたときには、切り替えスイッチ３
８，４０およびリレー４２の接続が行なわれる。そし
て、充分な充電状態の２次電池３０によってモータ３２
および補機類３４が駆動され、燃料電池２０はその暖機
状態に応じた電流を出力しながらやがて定常状態に達す
る。暖機中の燃料電池２０の運転状態を制御するには、
燃料電池２０にその内部温度を検知する温度センサを設
けておき、この温度センサの検出結果を制御部５０に入
力する構成とすればよい。制御部５０によって、燃料電
池２０の暖機状態に応じて燃料電池２０に供給するガス
量が徐々に増加され、燃料電池２０はその暖機状態に応
じて徐々に出力を増加させることができる。燃料電池２
０の暖機運転が進行し、燃料電池２０が所定量の出力が
可能となった後は、負荷の大きさと２次電池３０の充電
状態とに応じた所定の割合で、燃料電池２０と２次電池
３０とが出力を分担し、必要に応じて燃料電池２０から
２次電池３０への充電が行なわれるようになる。
【００６３】以上のように構成された電源システム１０
によれば、このシステムを停止する際には２次電池３０
を充分に充電した後にシステムを停止するので、次回シ
ステムを始動するときには充分に充電された２次電池３
０を電源として用いることができる。従って、充分に暖
機されていない燃料電池２０に過剰な負荷がかかること
によって、大電流が流れて電圧降下を起こしたり、転極
や異常発熱などが起きて電池反応に不都合を生じてしま
うことがない。燃料電池２０は、暖機運転が終了して定
常状態となるまでは充分な出力を得ることができない
が、２次電池３０の充電状態が充分であるため、モータ
３２や補機類３４を駆動するために要する電力のほとん
どを２次電池によって賄うことができる。そのため、燃
料電池２０はその暖機状態に応じて徐々に出力の量を増
やしていけばよい。
【００６４】また、本実施例の電源システム１０は、シ
ステムを停止する際に２次電池３０の充電状態を確認し
て次回始動時における２次電池３０の充電状態を確保し
ているため、２次電池３０の容量を小型化することがで
きるという効果を奏する。すなわち、本実施例の電源シ
ステム１０では、システム始動時における２次電池３０
の充電状態を充分に確保する構成としたため、２次電池
３０は、システム始動時における燃料電池２０の暖機運
転期間中に主要な電源として働くことができる容量を備
えていればよい。これに対して、システム始動時におけ
る２次電池の充電状態が確保されていない場合には、シ
ステム始動時に燃料電池２０に過剰な負荷がかかってし
まうのを防ぐために、常に２次電池３０の充電状態を余
裕のある状態としておく必要があり、そのため従来は大
型の２次電池３０を搭載していた。
【００６５】上記実施例では、電圧センサなどで構成さ
れる残存容量モニタ４６を備えてこれによって２次電池
３０の残存容量を検出する構成としたが、回路を流れる
電流値から２次電池３０の残存容量を検出する構成とす
ることもできる。以下にこのような構成を第２実施例と
して説明する。図７は、第２実施例の電源システム１０
Ａの構成を表わすブロック図である。第２実施例の電源
システム１０Ａにおいて第１実施例の電源システム１０
と共通するものについては同一の番号にＡを付すことと
し、詳しい説明は省略する。
【００６６】電源システム１０Ａは、第１実施例の電源
システム１０における残存容量モニタ４６に代えて電流
センサ４７，４８を備えている。電流センサ４７は、燃
料電池２０Ａが出力する電流値Ｉ1 を検出し、電流セン
サ４８は、２次電池３０Ａが出力する電流値Ｉ2 を検出
する。これら電流センサ４７，４８は制御部５０Ａに接
続しており、制御部５０Ａに検出された電流値が入力さ
れる。制御部５０Ａは、これらの電流値を基に２次電池
３０Ａの残存容量が充分であるかどうかを判断する。
【００６７】電源システム１０Ａを構成する回路を流れ
る総電流値Ｉ0 は、Ｉ1＋Ｉ2＝Ｉ0として求められる。
ここで、２次電池３０Ａが充分な充電状態となっている
ときには、２次電池３０Ａからも出力される状態となる
ため、Ｉ2＞０ となる。従ってＩ1／Ｉ0＜１ が成り立
つ。一方、２次電池３０Ａの残存容量が所定量以下であ
って、接続される負荷（モータ３２Ａの所要電力）が所
定量よりも小さいときには、燃料電池２０Ａによって２
次電池３０Ａが充電される状態となるため、Ｉ2＜０ と
なる。従ってＩ1／Ｉ0＞１が成り立つ。ここで、燃料電
池２０Ａによる２次電池３０Ａの充電が進むと、上記Ｉ
1／Ｉ0の値は次第に小さくなって１に近づいていく。こ
のＩ1／Ｉ0の値は、２次電池３０Ａの充電状態と接続さ
れた負荷の大きさとによって決定される値である。負荷
が一定のとき、このＩ1／Ｉ0の値から２次電池３０Ａの
充電状態を知ることができる。
【００６８】本実施例の電源システム１０Ａでは、Ｉ1
／Ｉ0の値から２次電池３０Ａの充電状態を判断するた
めに、２次電池３０Ａが９５％充電された状態で補機類
３４Ａを駆動するときのＩ1／Ｉ0の値が、予め制御部５
０Ａに記憶されている。第２実施例の電源システム１０
Ａを停止する際には、後述するように、第１実施例と同
様にまずモータ３２Ａの接続を切り離す。このようにモ
ータ３２Ａの接続を切り離した後に電力の供給を受ける
負荷は、燃料電池２０Ａの運転などに関わる一部の補機
類に限られる。この時の補機類３４Ａの駆動状態を検知
すれば負荷の総量を知ることがでる。制御部５０Ａには
予想される負荷の総量に応じて、２次電池３０Ａが９５
％充電されているときのＩ1／Ｉ0の値が記憶されてい
る。
【００６９】この値は、２次電池３０Ａの温度によって
も変わってくるため、２次電池３０Ａの予想される運転
温度の範囲にわたって求められたＩ1／Ｉ0の値がマップ
として制御部５０Ａに記憶されている。制御部５０Ａが
Ｉ1／Ｉ0の値から２次電池３０Ａの充電状態を判断する
ときには、同時に図示しない温度センサによって２次電
池３０Ａの温度を検出し、その温度に応じたデータとＩ
1／Ｉ0の実測値とを比較する。実測値が対応するデータ
の値以下になったとき、２次電池３０Ａは９５％充電さ
れたと判断することができる。
【００７０】以上説明した構成に基づいて、第２実施例
の電源システム１０Ａを停止する際には回路の接続の制
御が行なわれる。以下、電源システム１０Ａを停止する
際に行なわれる回路の接続の制御について、図８に例示
する停止時処理ルーチンに基づいて説明する。本ルーチ
ンは、電源システム１０Ａを搭載する車両において、始
動装置４４Ａにおける所定のスタートスイッチがオフに
されたときに、ＣＰＵ５２Ａによって実行される。
【００７１】本ルーチンが実行されると、まず、切り替
えスイッチ３８Ａがオフとなってモータ３２Ａと燃料電
池２０Ａおよび２次電池３０Ａとの接続が切り離される
（ステップＳ２００）。これによって車両駆動用のモー
タ３２Ａは停止し、以後は補機類３４Ａだけが電力の供
給を受けることになる。補機類３４Ａに含まれるウオー
タポンプやマスフロコントローラは燃料電池２０Ａを運
転する上で必要な機器類であり、燃料電池２０Ａの発電
を停止するときまで駆動する必要がある。また、主要な
負荷であるモータ３２Ａが切り離されたことによって、
２次電池３０Ａの残存容量が所定量よりも少ない場合に
は、燃料電池２０Ａによる２次電池３０Ａの充電が積極
的に行なわれるようになる。
【００７２】次に、電流センサ４７，４８によって、燃
料電池２０Ａおよび２次電池３０Ａから出力される電流
値Ｉ1およびＩ2が測定される（ステップＳ２１０）。こ
こでまず、Ｉ2 の値が負の値であるかどうかが判断され
る（ステップＳ２２０）。正の値である場合には２次電
池３０Ａからも出力されていることになり、２次電池３
０Ａの充電状態は充分であると判断されてステップＳ２
６０に移行してリレー４２Ａをオフにし、本ルーチンを
終了する。このように燃料電池２０Ａと補機類３４Ａと
の接続が切り離されると、燃料電池２０Ａは出力の対象
となる負荷を失うため発電を停止し、補機類３４Ａは電
力の供給を絶たれて停止し、電源システム１０Ａは完全
に停止する。
【００７３】ステップＳ２２０においてＩ2 の値が負で
あった場合には、２次電池３０Ａは充電中ということに
なるため、引き続き２次電池３０Ａの充電状態の評価を
行なう。先に検出した電流値であるＩ1およびＩ2の値を
基にＩ0 が算出されて前記Ｉ1／Ｉ0の値が求められる
（ステップＳ２３０）。また、この時に駆動されている
補機類３４Ａの負荷の大きさと、図示しないセンサが検
出する２次電池３０Ａの温度とを検出して、制御部５０
Ａに記憶したデータを基に、９５％充電された２次電池
３０Ａがこのような条件で出力するときのＩ1／Ｉ0の値
ｘを決定する（ステップＳ２４０）。このｘの値を基準
値として、測定した電流値から求めたＩ1／Ｉ0の値を基
準値ｘと比較する（ステップＳ２５０）。Ｉ1／Ｉ0の値
が基準値ｘよりも小さいときには、２次電池３０Ａは充
分に充電された状態にあるものと判断され、リレー４２
Ａをオフにして（ステップＳ２６０）本ルーチンを終了
する。
【００７４】ステップＳ２５０において算出したＩ1／
Ｉ0の値が基準値ｘよりも大きいときには、２次電池３
０Ａの充電状態が充分ではないと判断されてステップＳ
２１０に戻り、Ｉ1／Ｉ0の値が基準値ｘよりも小さくな
るまでステップＳ２１０以降の処理を繰り返す。２次電
池３０Ａの充電状態が不十分でステップＳ２１０以降の
処理が繰り返されている間は、燃料電池２０Ａによる２
次電池３０Ａの充電が続行される。２次電池３０Ａが充
分に充電されたとステップＳ２５０で判断されると、リ
レー４２をオフにして（ステップＳ２６０）本ルーチン
を終了する。
【００７５】次回にこの電源システム１０Ａが始動され
るとき、すなわち、電源システム１０Ａを搭載する車両
において、始動装置４４Ａにおける所定のスタートスイ
ッチがオンにされたときには、第１実施例の場合と同様
に、切り替えスイッチ３８Ａおよびリレー４２Ａの接続
が行なわれる。そして、２次電池３０Ａによってモータ
３２Ａおよび補機類３４Ａが駆動され、燃料電池２０Ａ
はその暖機状態に応じた電流を出力しながらやがて定常
状態に達し、モータ３２Ａを駆動すると共に２次電池３
０Ａの充電を行なう。
【００７６】本実施例では、基準値ｘを２次電池３０Ａ
が９５％充電されたときの値として用意したが、２次電
池３０Ａの充電状態が９５％以外の状態で基準値を設定
してもよい。電源システム１０Ａを始動するときに、定
常状態に達していない暖機運転中の燃料電池２０Ａと並
列な状態で、モータ３２Ａおよび補機類３４Ａと接続し
た場合に、少なくとも所定の期間は燃料電池２０Ａに過
剰の負荷をかけることなくモータ３２Ａおよび補機類３
４Ａに対して充分な電力を供給可能な充電状態であれば
よい。ただし、１００％充電された状態、あるいはこれ
に近い状態では、部分的に過充電となって電池寿命を短
縮させてしまうおそれがあり、また、充電状態を低く設
定すると２次電池の容量が無駄になってしまうため、本
実施例は２次電池３０Ａの充電状態を９５％と設定し
た。
【００７７】このような第２実施例の電源システム１０
Ａによれば、第１実施例の電源システム１０と同様の効
果の他に、さらに以下のような効果を奏する。すなわ
ち、電源システム１０Ａを停止する際に、燃料電池２０
Ａの電流値Ｉ1 と総電流値Ｉ0との比によって２次電池
３０Ａの充電状態を判断するため、電圧センサなどの残
存容量モニタ４６を備える必要がない。電流モニタは回
路中現在流れている電流値を測定するだけであるから構
成が簡単であり、電圧センサのように測定のために回路
を入り切りしたりする必要がない。従って、切り替えス
イッチ４０による切り替えも不要となって、回路の構成
およびシステムを停止する際の動作を簡素化することが
できる。また、残存容量モニタ４６としてＳＯＣメータ
を用いる場合のように、過去の出力状態を記憶して、記
憶した出力状態量を積算して現在の残存容量を算出する
操作を行なう必要もなく、制御の動作を簡素化すること
ができる。さらに、残存容量モニタ４６として２次電池
３０Ａの電解液の比重を測定する場合のように、２次電
池３０Ａに特殊な計測器を備える必要がなく、構成を簡
素化することができる。
【００７８】さらに、電流センサ４７，４８を用いて測
定した電流値から２次電池３０Ａの残存容量を検出する
方法は、電圧センサなどからなる残存容量モニタ４６を
用いる方法に比べて、残存容量の検出精度が高いという
利点がある。特に２次電池として鉛蓄電池を用いる場合
には、残存容量が所定量以下となるまではあまり電圧が
低下せず、残存容量が減少したある時点から急激に電圧
が低下するという電池特性から、電圧を測定することに
よって残存容量を精度よく知ることが困難である。第２
実施例の電源システム１０Ａによれば、電圧値ではなく
電流値を用いるため、２次電池３０Ａとして鉛蓄電池を
用いる場合にも精度よく残存容量を知ることができる。
また、残存容量モニタ４６としてＳＯＣメータを用いる
場合には、２次電池３０の充放電を繰り返す内に、積算
した出力量から算出する残存容量の値と真の残存容量の
値との間の誤差が拡大してしまうが、上記した電流セン
サ４７，４８を用いる構成によれば、現在の測定値に基
づいて判断するためこのように誤差が拡大してしまうこ
とがない。
【００７９】ここで、第２実施例では、燃料電池２０Ａ
の電流値Ｉ1 と総電流値Ｉ0 との比を求め、この比の値
と基準値ｘとを比較することで２次電池３０Ａの充電状
態を評価していたが、測定した電流値を基にした他の値
から２次電池３０Ａの充電状態を評価する構成としても
よい。例えば、充電中の２次電池３０Ａの電流値Ｉ2
（Ｉ2 ＜０）と総電流値Ｉ0 との比の値を、所定の基準
値ｙと比較する構成としてもよい。この場合には、第２
実施例の基準値ｘと同様に、２次電池３０Ａが充分な充
電状態となるときの値として基準値ｙを予め定めておき
（ｙ＜０）、Ｉ2／Ｉ0の値が基準値ｙよりも大きくなる
ことによって２次電池３０Ａが充分に充電されたと判断
すればよい。
【００８０】上記説明した電源システム１０Ａでは、電
流センサ４７，４８によって燃料電池２０Ａの出力電流
Ｉ1および２次電池３０Ａの出力電流Ｉ2を検出し、総電
流値Ｉ0 を求める構成としたが、所定の電流センサを用
いて総電流値Ｉ0 を直接測定し、上記Ｉ1またはＩ2と比
較する構成としてもよい。燃料電池２０Ａの出力電流値
Ｉ1、２次電池３０Ａの出力電流値Ｉ2、総電流値Ｉ0 の
うち少なくとも２種類の電流値を測定すれば、電流値間
の関係を基準値と比較する上述した方法によって２次電
池３０Ａの残存容量を求めることができる。
【００８１】以上説明した第２実施例の電源システム１
０Ａでは、図８に示す停止時処理ルーチンのステップＳ
２５０において２次電池３０Ａの充電状態が充分である
と判断されるまで、燃料電池２０Ａによる２次電池３０
Ａの充電を続行する構成としたが、この時の燃料電池２
０Ａの運転条件を適正に制御することによって、短時間
で効率よく２次電池３０Ａの充電を行なうことができ
る。以下に、このように燃料電池２０Ａの運転状態の制
御を行なう構成を第３実施例として説明する。第３実施
例では、第２実施例と同様の電源システム１０Ａを用い
ることとし、システム構成の説明は省略する。
【００８２】図９は、第３実施例の電源システムを停止
する際に実行される停止時処理ルーチンを表わすフロー
チャートである。本ルーチンは、第２実施例と同じく、
電源システム１０Ａを搭載する車両において、始動装置
４４Ａにおける所定のスタートスイッチがオフにされた
ときに、ＣＰＵ５２Ａによって実行される。
【００８３】本ルーチンにおけるステップＳ３００から
ステップＳ３６０までは、図８に示した停止時処理ルー
チンのステップＳ２００からステップＳ２６０までと共
通の工程であるため、詳しい説明は省略する。ステップ
Ｓ３２０においてＩ2 が正の値である場合、およびステ
ップＳ３５０においてＩ0／Ｉ1の値が基準値ｘよりも小
さい場合には、２次電池３０Ａの充電状態は充分である
と判断されてステップＳ３６０に移行し、リレー４２Ａ
をオフにして本ルーチンを終了する。
【００８４】ステップＳ３５０において、Ｉ1／Ｉ0の値
が基準値ｘよりも大きい場合には、２次電池３０Ａの充
電状態が不十分であると判断されてステップＳ３７０に
移行する。ステップＳ３７０では、Ｉ1／Ｉ0の値から判
断される２次電池３０Ａの充電状態を基に、この２次電
池３０Ａを９５％の充電状態にまで充電するための望ま
しい電流値と電圧値とが算出される。
【００８５】適切な電流値及び電圧値が算出されると、
この条件で２次電池３０Ａを充電するように燃料電池２
０Ａのガス流量が制御される（ステップＳ３８０）。燃
料電池２０Ａでは出力の大きさが決まれば、それに応じ
て供給すべきガス流量も決まる。従って、制御部５０で
はまず、ステップＳ３７０で決定した出力を得るための
ガス流量が求められ、この結果に従って燃料電池部６０
Ａを構成する所定の機器が制御されて必要なガス量の供
給が行なわれ、燃料電池２０ＡはステップＳ３７０で決
定した出力条件で２次電池３０Ａを充電する。
【００８６】ステップＳ３８０でのガス流量の制御が行
なわれた後は、再びステップＳ３１０に戻って電流値Ｉ
1，Ｉ2を測定し、上述した操作を繰り返す。ステップＳ
３２０でＩ2 が正の値になること、あるいはステップＳ
３５０でＩ1／Ｉ0の値が基準値ｘよりも小さくなること
によって、２次電池３０Ａの充電状態が充分であると判
断されるまで、上記した２次電池３０Ａの充電条件を求
めて燃料電池２０Ａのガス流量を制御する操作を続け
る。このように決定した条件に従って燃料電池２０Ａに
よる２次電池３０Ａの充電を続け、ステップＳ３２０あ
るいはステップＳ３５０において２次電池３０Ａの充電
状態が充分であると判断されると、ステップＳ３６０で
リレー４２Ａをオフにして本ルーチンを終了する。
【００８７】以上のように構成された第３実施例の電源
システムによれば、電源システム１０Ａを停止する際
に、２次電池３０Ａの充電状態が充分でないと判断され
たときには、２次電池３０Ａを充電するために好ましい
充電条件が決定され、この決定された充電条件に基づい
て燃料電池２０Ａが運転されるため、システムを停止す
る際に短時間で２次電池３０の充電を終了することがで
きる。また、充電条件に見合った量のガスが燃料電池２
０Ａに供給されるため、燃料電池２０Ａに供給されるガ
ス量あるいは燃料電池２０Ａにガスを供給するために働
く補機類に供給するエネルギを無駄にしてしまうことが
ない。
【００８８】また、第３実施例の電源システムにおい
て、電源システム１０Ａを停止する際に燃料電池２０Ａ
によって２次電池３０Ａの充電を行なうときには、燃料
電池２０Ａは所定範囲の温度に昇温した定常状態で運転
している。このように安定した状態の燃料電池２０Ａに
よって充電を行なうため、２次電池３０Ａを充電するた
めの好ましい充電条件が決定されたときには、燃料電池
２０Ａに供給すべきガス量の決定及び供給ガス量の制御
を容易に行なうことができる。
【００８９】第３実施例の電源システムは、第２実施例
と同様の電源システム１０Ａを備えることとしたが、第
１実施例と同様の電源システム１０を備えることとし
て、電圧センサやＳＯＣメータなどの残存容量モニタ４
６によって２次電池３０の充電状態を検知することとし
てもよい。この場合にも、残存容量モニタ４６の検出結
果を基に２次電池３０の充電条件を決定し、決定した充
電条件となるように燃料電池２０のガス量を制御するこ
とによって、上記第３実施例と同様の効果を得ることが
できる。
【００９０】以上説明した実施例では、本発明の電源シ
ステムを車両駆動用の電源として用い車載する構成とし
たが、本発明の電源システムが電力を供給する負荷とし
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、システムを停止する際に２次電池の充電状
態を充分に確保しておくことによって、次回システム始
動時には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、充分に暖機されていない燃料電池に過剰
な負荷が接続されることによって、燃料電池が電圧降下
を起こしたり異常発熱などの不都合を生じてしまうこと
がない。
【００９１】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システム１
０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３
０との出力特性を表わす説明図である。
【図５】燃料電池２０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６】第１実施例の電源システム１０を停止する際に
実行される停止時処理ルーチンを表わすフローチャート
である。
【図７】第２実施例の電源システム１０Ａの構成を表わ
すブロック図である。
【図８】第２実施例の電源システム１０Ａを停止する際
に実行される停止時処理ルーチンを表わすフローチャー
トである。
【図９】第３実施例の電源システムを停止する際に実行
される停止時処理ルーチンを表わすフローチャートであ
る。
【図１０】燃料電池における、暖機終了前および暖機終
了後の出力特性を表わす説明図である。
【符号の説明】
１０，１０Ａ…電源システム ２０，２０Ａ…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 ３０，３０Ａ…２次電池 ３２，３２Ａ…モータ 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 ３４，３４Ａ…補機類 ３６…ＤＣ／ＤＣコンバータ ３８，３８Ａ，４０…切り替えスイッチ ４２，４２Ａ…リレー ４４，４４Ａ…始動装置 ４６…残存容量モニタ ４７，４８…電流センサ ５０，５０Ａ…制御部 ５２，５２Ａ…ＣＰＵ ５４…ＲＯＭ ５６…ＲＡＭ ５８…入出力ポート ６０，６０Ａ…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

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 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システムであって、 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、 前記電源システムを停止する際に、前記残存容量検出手
    段が検出した前記２次電池の残存容量をもとに、前記燃
    料電池によって前記２次電池の充電を行なうシステム停
    止時充電手段とを備える電源システム。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の電源システムであって、 前記残存容量検出手段は、 前記２次電池が出力する２次電池電流値と、前記燃料電
    池が出力する燃料電池電流値と、前記２次電池電流値と
    前記燃料電池電流値との和である総電流値との内、少な
    くとも２種類の電流値を検出する電流値検出手段と、 前記電流値検出手段による検出結果に基づく各電流値間
    の関係から、前記２次電池の残存容量を求める残存容量
    決定手段とからなる電源システム。
  3. 【請求項３】 請求項１または２記載の電源システムで
    あって、 前記残存容量検出手段によって検出された前記２次電池
    の残存容量が所定量以下であった場合に、前記２次電池
    を所定の充電状態にするための前記燃料電池の出力条件
    を、前記残存容量検出手段の検出結果に基づいて決定す
    る出力条件決定手段と、 該決定された出力条件に基づいて、前記２次電池に接続
    する前記燃料電池の発電を行なう発電制御手段とを備え
    た電源システム。
  4. 【請求項４】 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３のいずれか記載の電源システムを搭載
    し、 前記モータは、前記電源システムから電力の供給を受け
    て回転する電気自動車。
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