JP3979775B2 - ハイブリッド燃料電池システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、改質器からの改質ガスを燃料電池に導入して発電した直流電力を交流電力に変換して外部負荷へ供給する燃料電池システムに係り、詳細には、外部負荷の消費電力に比べて発電した電力が低い時に、バッテリ等の蓄電手段に蓄積している電力を外部負荷に供給可能とするハイブリッド燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型（固体酸化物型、固体高分子型）等の燃料電池は、天然ガス、メタノール等を燃料ガスとして用い、この燃料ガスを改質して生成した水素と空気中の酸素を反応させることにより発電する。このときの水素は、天然ガスやメタノール等の燃料から改質装置等を用いて生成される。
【０００３】
このような燃料電池発電装置によって発電された電力は、系統連系用インバータ等を介して例えば家電機器などのように、一般的には、商用電源（系統電源）によって運転される負荷（外部負荷）に接続することにより、この外部負荷の運転に用いることができる。
【０００４】
ところで、燃料電池発電装置は、燃料ガスの供給量を調整することにより発電電力が制御される。このために、例えば発電電力を急激に増加しようとすると、燃料電池への燃料ガスの供給が間に合わず、燃料電池内で水素ガスが不足するガス欠状態となるなどして出力電圧が低下する。
【０００５】
このために、燃料電池発電装置に補助電源としてバッテリ等の蓄電池を設けたハイブリッド燃料電池システムが一般的となっている。このハイブリッド燃料電池システムでは、燃料電池の発電電力が不足したときには、蓄電池に蓄積している電力を放出することにより、発電電力の不足分を補うようにして、外部負荷の消費電力に応じた電力が出力可能となるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、外部負荷には、突入成分の大きい負荷や大型のモータなどのように大きな始動電流を必要とするものがある。このような外部負荷が接続されているときには、蓄電池が短時間に大きな電流を出力する必要があり、このために、蓄電池の負担が大きくなり、蓄電池の寿命の著しい低下が生じる。このような蓄電池の寿命低下を防止するために、容量の大きい蓄電池が必要となり、この蓄電池がハイブリッド燃料電池システムの大型化をまねいてしまうことになる。
【０００７】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものではあり、システムの大型化をまねくことなく蓄電池の寿命低下を防止し、外部負荷へ安定した電力供給が可能となるハイブリッド燃料電池システムを提案することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、燃料の供給量に応じた電力を発電する燃料電池発電部と、前記燃料電池発電部で発電された直流電力を外部負荷に応じて変換する電力変換手段と、前記燃料電池発電部と前記電力変換手段の間に設けられて前記電力変換手段に入力される入力電流を前記燃料電池発電部から出力される出力電流に応じて制限する制限手段と、蓄電池に電力を蓄積する第１の蓄電手段と、電気二重層コンデンサに電力を蓄積する第２の蓄電手段と、前記第１の蓄電手段に蓄積している電力を前記燃料電池発電部の発電電力と前記外部負荷の消費電力の変動に応じて、前記第２の蓄電手段に先だって前記燃料電池発電部で発電した電力と共に前記電力変換手段へ供給する第１の放電手段と、前記第２の蓄電手段に蓄積している電力を前記燃料電池発電部の発電電力と前記外部負荷の消費電力の変動に応じて、前記燃料電池発電部で発電した電力と共に前記電力変換手段へ供給する第２の放電手段と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、燃料電池発電部で発電した電力を制限手段を介して電力変換手段へ入力する。これにより、外部負荷の消費電力が増加したときに、不足電力を第１ないし第２の蓄電手段から放電して、電力変換手段へ供給することができる。
【００１０】
このとき、第１の蓄電手段から放電する電力を制限すると共に、第２の蓄電手段に電気二重層コンデンサを設けていることにより、外部負荷の消費電力が急激に増加したときに、第１の蓄電手段が瞬間的に大きな電力を放電するのを防止しながら、外部負荷の消費電力の変化に応じた電力を放電することができる。
【００１１】
これにより、燃料電池発電部の安定した発電と共に、第１の蓄電手段に用いる蓄電池の寿命低下を防止することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、前記燃料電池発電部で発電された電力によって、前記第１の蓄電手段を充電する第１の充電手段と、前記燃料電池発電部で発電された電力によって、前記第１の蓄電手段に先だって前記第２の蓄電手段を充電する第２の充電手段と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、燃料電池発電部の発電電力に余剰が生じたときに、第１及び第２の蓄電手段への充電を行う。このとき、第２の蓄電手段への充電を優先して行う。これにより、常に、外部負荷の消費電力の増加に応じた電力の放電が可能となるようにしている。
【００１４】
請求項３に係る発明は、前記第１の充電手段と前記第２の充電手段と前記制限手段とが前記燃料電池発電部からの電力の供給が可能となっていると共に、前記第１の蓄電手段と前記第２の蓄電手段と前記制限手段とが前記電力変換手段への電力の供給が可能となっていることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、制限手段と並列に第１及び第２の蓄電手段を設けている。これにより、第１の蓄電手段の充放電は勿論、第２の蓄電手段の充放電も効率良くかつ的確に行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図１には、本実施の形態に適用したハイブリッド燃料電池システム１０の概略構成を示している。この燃料電池発電システム１０は、燃料電池発電装置１２と、系統連系用インバータ等を用いたインバータ装置１４と、蓄電池装置１６と、を備えている。
【００１７】
インバータ装置１４は、主に燃料電池発電装置１２によって発電した電力を、所定の電圧の交流電力に変換する。このインバータ装置１４から出力される交流電力は、系統電源（商用電源）によって運転可能となっている外部負荷１８へ供給される。なお、外部負荷としては、テレビ、冷蔵庫、洗濯機、エアコン（空調装置）等の一般的な家庭電化製品を適用することができ、また、家庭電化製品に限らず、商用電源によって運転可能な電気製品であれば、外部負荷１８として用いることができる。
【００１８】
図２には、一例として固体高分子型燃料電池を用いた燃料電池発電装置１２の概略構成を示している。なお、燃料電池発電装置としては、固体高分子型に限らず、リン酸塩型等の従来公知の種々の構成を用いることができる。
【００１９】
燃料電池発電装置１２は、改質器３０、ＣＯ変成器３２、ＣＯ除去器３４、燃料電池３６を備えている。改質器３０には、ポンプ３８が作動することにより脱硫器４０を介して天然ガス、メタノール等の原燃料（原燃ガス）が供給される。この原燃ガスは、脱硫器４０を通過することにより、硫黄分が除去されて改質器３０に供給される。
【００２０】
改質器３０には、改質器バーナ４２が設けられており、脱硫器４０を通過した原燃ガスの一部がこの改質器バーナ４２に供給可能となっている。また、改質器バーナ４２には、ポンプ４４の作動によって原燃ガスの燃焼用の空気が供給される。これにより、改質器バーナー４２は、原燃ガスを燃焼させて、改質器３０の触媒容器を加熱し、触媒容器内の改質触媒の温度を反応温度まで上昇させる。
【００２１】
また、燃料電池発電装置１２には、水タンク４６が設けられており、ポンプ４８が作動することにより水タンク４６内の水が熱交換器５０へ送られ、熱交換器５０を通過するときに、改質器バーナ４２によって加熱された排ガスの熱によって蒸発され、水蒸気として原燃ガスと共に改質器３０に導入される。
【００２２】
改質器３０内では、原燃ガスと共に供給される水蒸気が混合し、改質器バーナ４２によって改質反応温度まで昇温されている改質触媒により改質反応（吸熱反応）が生じる。これにより、原燃ガスから水素に富んだ改質ガスが生成される。
【００２３】
改質器３０を通過した原燃ガス（改質ガス）は、ＣＯ変成器３２、ＣＯ除去器３４を通過して燃料電池３６へ送られる。このＣＯ変成器３２内では、改質反応によって水素と共に生成される一酸化炭素と水（水蒸気）を反応させる一酸化炭素変成反応（発熱反応）が生じる。これにより改質ガス中で二酸化炭素と共に水素が生成される。
【００２４】
ＣＯ除去器３４は、ＣＯ変成器３２を通過した改質ガスが供給されることにより低温での選択酸化反応が生じる。これにより、改質ガス中の一酸化炭素濃度をさらに低下させる。すなわち、改質ガスは、ＣＯ変成器３２及びＣＯ除去器３４を通過することにより、高温・低温の２段階で一酸化炭素濃度が低減され、水素に富むガスに改質、変成されて燃料電池３６へ送られる。
【００２５】
また、改質器３０とＣＯ変成器３２の間、ＣＯ変成器３２とＣＯ除去器３４の間及びＣＯ除去器３４と燃料電池３６の間には、熱交換器５２A、５２Ｂ、５２Ｃが設けられている。熱交換器５２Ａ〜５２Ｃのそれぞれには、ポンプ５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃによって水タンク４６内の水が循環され、これにより、改質ガスが熱交換器５２Ａ〜５２Ｃを通過するときに冷却される。
【００２６】
さらに、熱交換器５２Ｃの改質ガス排気側には、バルブ５６Ａ、５６Ｂが設けられている。燃料電池発電装置１２では、改質器３０、ＣＯ変成器３２、ＣＯ除去器３４の各触媒の温度が安定するまでは、バルブ５６Ａを閉じると共にバルブ５６Ｂを開いている。これにより、改質ガスは、ＣＯ除去器３４からプロセスガスバーナ（ＰＧバーナ）５８へ送られ、ポンプ６０からＰＧバーナ５８へ送り込まれる空気と共に燃焼された後、熱交換器６２を通過して、排ガスとして排出される。
【００２７】
また、燃料電池発電装置１２には、排熱利用のための貯湯タンク６４が設けられており、ポンプ６６によって貯湯タンク６４と熱交換器６２の間で循環される水が、ＰＧバーナ５８によって加熱される。
【００２８】
燃料電池発電装置１２は、ＣＯ変成器３２及びＣＯ除去器３４の各触媒の温度が安定した段階で、バルブ５６Ａを開いて、改質ガスを燃料電池３６へ送りこむ。燃料電池３６は、アノード７０とカソード７２を備えている。また、燃料電池３６には、ポンプ６８によって空気が供給される。なお、改質ガスはアノード７０に供給され、空気がカソード７２に供給される。
【００２９】
燃料電池３６では、アノード７０に供給される改質ガス中の水素を燃料とし、カソード７２に供給される空気中の酸素を酸化剤とする電極反応が起り、アノード７０とカソード７２の間に起電力が生じる。燃料電池３６は、この起電力によって電力が取出し可能となる。なお、燃料電池３６内には、冷却部７４が設けられており、ポンプ７６によって水タンク４６内の水が循環されることにより冷却される。
【００３０】
燃料電池３６のアノード７０からの排ガス出力側には、バルブ７８Ａ、７８Ｂが設けられている。燃料電池発電装置１２では、燃料電池３６の温度が安定するまでバルブ７８Ａを閉じてバルブ７８Ｂを開き、未反応水素ガスを含む排ガスをＰＧバーナ５８へ供給する。
【００３１】
また、燃料電池発電装置１２では、燃料電池３６が安定した定常運転可能な状態に達すると、バルブ７８Ｂを閉じると共にバルブ７８Ａを開く。これにより、アノード７０を通過した未反応ガスは、改質器バーナ４２へ供給される。なお、改質器バーナ４２では、燃料電池３６が安定した運転状態に達して、アノード７０から排出される未反応ガスが供給されることにより、主にこの未反応ガスを燃焼させるが、これだけで改質器３０内の触媒の温度を改質反応温度に保つことができないときに、脱硫器４０を通過した原燃ガスを改質器バーナ４２に供給するようにしている。
【００３２】
前記した如く、本実施の形態に適用した燃料電池発電装置１２は、排熱利用の給湯機能を備えており、熱交換器５２Ａ〜５２Ｃ及び燃料電池３６の冷却部７４を循環されることにより加熱された水タンク４６内の水を、ポンプ８０Ａによって熱交換器８２へ送る。この熱交換器８２には、ポンプ８０Ｂによって貯湯タンク６４内の水（お湯）が循環されるようになっており、これにより、熱交換が行われて、水タンク４６内の水が冷却されると共に、貯湯タンク６４内の水が加熱される。
【００３３】
改質器３０から排出されて熱交換器５０を通過した排気ガスは、さらに熱交換器８４を通過する。貯湯タンク６４内の水は、ポンプ８６によってこの熱交換器８４内を循環されることにより加熱される。また、燃料電池３６のカソード７２から排出される排ガスは、熱交換器８８を通過する。この熱交換器８８では、ポンプ９０によって貯湯タンク６４内の水が循環されることにより加熱される。
【００３４】
このように、燃料電池発電装置１２では、排ガス等の熱を用いて貯湯タンク６４の水を加熱することにより排熱回収を行い、回収した熱によって加熱したお湯を、給湯用として貯湯タンク６４に貯えるようにしている。
【００３５】
一方、図１に示すように、ハイブリッド燃料電池システム１０には、図示しないマイクロコンピュータを備えたコントローラ１００が設けられている。このコントローラ１００は、図示しない入出力インターフェイスを介して、燃料電池発電装置１２に設けられている各種ポンプ、バルブ等の各種操作手段及び、温度センサや圧力センサ等の各種センサが接続されている（何れも図示省略）。
【００３６】
これにより、コントローラ１００は、改質器３０、ＣＯ変成器３２、ＣＯ除去器３４及び燃料電池３６等の各部の温度、圧力を検出し、この検出結果に基づいて各種ポンプの作動、バルブの開閉等の制御を行うことにより、燃料電池３６を用いた燃料電池発電装置１２の作動を制御している。
【００３７】
例えば、コントローラ１００は、燃料電池３６の発電電力を増加するときには、改質器３０へ供給する原燃ガスの量を徐々に増加させる。これにより、燃料電池発電装置１２では、燃料電池３６へ供給される改質ガスの量が増加し、この改質ガスの増加に合わせて空気の供給量を増加することにより、燃料電池３６内の発電反応が促進され、発電電力が徐々に大きくなる。また、燃料電池発電装置１２では、改質器３０へ供給する原燃ガスの量が徐々に減少されることにより、燃料電池３６へ供給される改質ガスの量が減少し、燃料電池３６での発電電力が抑えられる。
【００３８】
一方、インバータ装置１４は、制限手段として設けられているＤＣ／ＤＣコンバータ１０２と、電力変換手段として設けられているＤＣ／ＡＣインバータ１０４を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２は、直流チョッパと変圧器及び整流器等を用いた従来公知の一般的構成の昇圧回路を用いることができ、燃料電池発電装置１２から入力される直流電力を所定電圧の直流電力に変換する。
【００３９】
また、ＤＣ／ＡＣインバータ１０４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２から入力される直流電力を、外部負荷１８の運転に用いる所定電圧の交流電力に変換する。なお、ＤＣ／ＡＣインバータ１０４としては、ブリッジ接続されたスイッチング素子を所定のタイミングでスイッチングすることにより直流電力を交流電力に変換する一般的構成を適用でき、本実施の形態では詳細な説明を省略する。また、本実施の形態では、外部負荷１８として交流電力によって運転される電気機器を用いているために、この電気機器に合わせた交流電力を得るためにＤＣ／ＡＣインバータ１０４を用いているが、直流電力によって運転される外部負荷に電力を供給するときには、ＤＣ／ＡＣインバータ１０４に変えて、この外部負荷を運転するための直流電力を出力するＤＣ／ＤＣコンバータを用いれば良い。
【００４０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２は、コントローラ１００に接続している。また、燃料電池発電装置１２とコントローラ１００の間には、燃料電池発電装置１２から取り出される発電電流ＩFC及び発電電圧ＶFCを検出する電流センサ１０６及び電圧センサ１０８が設けられ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２とＤＣ／ＡＣインバータ１０４の間には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力する電流Ｉd及びＤＣ／ＡＣインバータ１０４に入力される電圧Ｖdを検出する電流センサ１１０及び電圧センサ１１２が設けられている。
【００４１】
また、ＤＣ／ＡＣインバータ１０４の外部負荷１８側（出力側）には、出力させる交流電流ＩACを検出する電流センサ１１４及び交流電圧ＶACを検出する電圧センサ１１６が設けられている。
【００４２】
電流センサ１０６、１１０、１１４及び電圧センサ１０８、１１２、１１６は、コントローラ１００に接続している。コントローラ１００は、電流センサ１１４によって検出する交流電流ＩAC及び電圧センサ１１６によって検出する交流電圧ＶAC等から外部負荷１８の消費電力を算出し、この消費電力に基づいて燃料電池発電装置１２の運転（発電電力）を制御する。
【００４３】
このとき、コントローラ１００は、外部負荷１８の消費電力に基づいて発電電流ＩFCの目標値ＩFCOを設定し、発電電流ＩFCが目標値ＩFCOとなるように原燃ガスの量、空気量等を設定し、その原燃ガスの量や空気量等に基づいて各種ポンプ、バルブ等を制御する。
【００４４】
すなわち、図３に示すように、コントローラ１００は、目標値ＩFCOが増加すると、この目標値ＩFCOの増加に合わせて原燃ガスの供給量を増加するようにしている。なお、コントローラ１００は、燃料電池発電装置１２が安定して運転する範囲で、目標値ＩFCOに合わせて燃料ガスの供給量を制御するようにしている。また、目標値ＩFCOは、改質器３０の触媒温度等に基づいて補正がなされる。
【００４５】
また、コントローラ１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力電力が燃料電池発電装置１２の発電電力を越えないようにＤＣ／ＤＣコンバータ１０２を制御する。すなわち、コントローラ１００は、発電電力ＩFCの目標値ＩFCOに基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ１０２に入力される入力電流のリミット値ＩFR1を設定し、ＤＣ／ＤＣインバータ１０２の入力電流がこのリミッタ値ＩFR1を越えないように電流Ｉdを制御する。また、コントローラ１００は、燃料電池３６の出力電流に基づいてリミッタ値ＩFR1を可変する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２は、燃料電池３６の出力電流ＩFCに応じて制限された電流Ｉdを出力する。
【００４６】
また、コントローラ１００は、電流センサ１０６によって検出する燃料電池３６の出力電流ＩFCに基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の電流Ｉdのリミッタ値ＩFR1を設定し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の電流Ｉdが、このリミッタ値ＩFR1を越えないように制御する。このとき、図３に示すように、コントローラ１００は、リミッタ値ＩFR1を目標値ＩFROの増加に伴う原燃ガスの供給量に合わせて段階的に増加するように設定される。
【００４７】
一方、図１に示すように、蓄電池装置１６は、出力側がＤＣ／ＤＣコンバータ１０２とＤＣ／ＡＣインバータ１０４の間に接続しており、蓄積している電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力電力と共に、ＤＣ／ＡＣインバータ１０４へ供給可能となっている。これにより、ＤＣ／ＡＣインバータ１０４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２から出力される電力ないしＤＣ／ＤＣコンバータ１０２と蓄電池装置１６から出力される電力を外部負荷１８へ供給する交流電力に変換可能となっている。また、蓄電池装置１６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２と共に、入力側が燃料電池発電装置１２（燃料電池３６）の出力側に接続しており、燃料電池発電装置１２によって発電した電力を用いて充電可能となっている。
【００４８】
燃料電池３６と蓄電池装置１６の間には、燃料電池発電装置１２から蓄電池装置１６に入力される充電電流ＩBIを検出する電流センサ１１８が設けられ、蓄電装置１６とＤＣ／ＡＣインバータの間には、蓄電池装置１６から出力する放電電流ＩBOを検出する電流センサ１２０が設けられている。電流センサ１１８、１２０は、コントローラ１００に接続している。
【００４９】
ところで、ハイブリッド燃料電池システム１０に設けている蓄電池装置１６は、第１の蓄電手段となるバッテリ等の蓄電池１２２を用いた蓄電池部１２４に加え、第２の蓄電手段として電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ：Electric Double Layer Capacitor、以下「ＥＤＬＣ１２６」と言う）を用いた第２の蓄電池部１２８が設けられている。
【００５０】
ＥＤＬＣ１２６は、活性炭電力表面に形成されるイオン吸着層（電気二重層）の吸着・脱着反応を電荷の充放電に用いるコンデンサであり、例えば、セパレータを介した一対の活性炭電極（電解液が添加されている）と、その両側の導電性の集電体から構成され、電気的には、内部抵抗を持つ静電容量の大きなコンデンサと、静電容量の小さいコンデンサが並列接続した構成に近似でき、急速充電及び急速放電の可能な一般的構成となっている。
【００５１】
一方、蓄電池部１２４は、蓄電池１２２と充電回路１３０及び放電回路１３２によって形成され、蓄電池部１２８は、ＥＤＬＣ１２６と充電回路１３４及び放電回路１３６によって形成されている。蓄電池部１２４、１２８は並列接続されており、蓄電池２２及びＥＤＬＣ２６に蓄積している電力をＤＣ／ＡＣインバータ１０４へ出力（放電）可能となっていると共に、燃料電池発電装置１２によって発電した電力による蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６の充電が可能となっている。
【００５２】
この蓄電池部１２４、１２８の充電回路１３０、１３４及び放電回路１３２、１３６のそれぞれは、コントローラ１００に接続している。これにより、コントローラ１００は、例えば、蓄電池１２２の端子電圧及びＥＤＬＣ１２６の端子電圧から、蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６の残存容量を判定し、放電によって残存容量が減少したときには、充電回路１３０、１３４を制御して、蓄電池１２２およびＥＤＬＣ１２６への充電を行う。また、コントローラ１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力電力と、外部負荷１８の消費電力に基づいて放電回路１３２、１３６を制御して、蓄電池１２２ないしＥＤＬＣ１２６に蓄積している電力を放電するようになっている。
【００５３】
ここで、ハイブリッド燃料電池システム１０では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力する電流Ｉdに対してリミッタ値ＩFR1が設定されていることにより、外部負荷１８の消費電力の増加によって電流Ｉdが増加しようとしたときに、電流Ｉdが制限されるために、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力する電圧Ｖdが減少する。
【００５４】
すなわち、図４（Ａ）に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２は、入力される電流がリミッタ値ＩFR1に達するまでは、電圧Ｖdが略一定の電圧Ｖ0となっているが、入力される電流がリミッタ値ＩFR1を越える電流Ｉdが流れようとすると、リミッタ値ＩFR1が垂下点となって電圧Ｖdが減少する。
【００５５】
一方、コントローラ１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力する電圧Ｖ0に対して、放電回路１３２の出力電圧Ｖ1が僅かに低く、また、放電回路１３６の出力電圧Ｖ2が、放電回路１３２の出力電圧Ｖ1より僅かに低くなるように設定している（Ｖ0＞Ｖ1＞Ｖ2）。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の電圧Ｖ0を２００ｖとし、放電回路１３６（蓄電池部１２８）の出力電圧Ｖ2を１９０ｖにとしているときに、放電回路１３２（蓄電池部１２４）の出力電圧Ｖ1を電圧Ｖ0と出力電圧Ｖ2の中間点となる約１９５ｖに設定している。
【００５６】
これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力する電圧Ｖdが電圧Ｖ1より下がることにより蓄電池１２２からの放電が開始され、電圧Ｖdが電圧Ｖ2より下がることにより、さらに、ＥＤＬＣ１２６からの放電が開始される。
【００５７】
また、放電回路１３２には、蓄電池１２２の放電電流ＩOBを蓄電池１２２に対して設定されているリミッタ値ＩRBに制限する出力電流リミッタが設けられている。なお、放電回路１３６には、ＥＤＬＣ１２６の放電電流ＩOCをＥＤＬＣ１２６に対して設定されているリミッタ値ＩRCに制限する出力電流リミッタが設けられている。
【００５８】
これにより、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示すように、放電回路１３２、１３６の電圧Ｖb、Ｖcは、放電電流ＩOB、ＩOCがリミッタ値ＩRB、ＩRCに達するまでは電圧Ｖ1、Ｖ2となっているが、放電電流ＩOB、ＩOCが、リミッタ値ＩRB、ＩRCに達すると、このリミッタ値ＩRB、ＩRCを垂下点として減少するようになっている。
【００５９】
また、放電回路１３２、１３６のそれぞれは、蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６の過放電を防止するために、例えば蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６の端子電圧から残存容量を判断し、この残存容量が蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６のそれぞれに対して設定されている規定値に達すると、放電を停止する。また、コントローラ１００は、蓄電池装置１６が放電停止をすると、ハイブリッド燃料電池システム１０の運転を停止し、蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６と共に燃料電池発電装置１２の保護を図るようにしている。
【００６０】
一方、コントローラ１００は、蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６の充電を行うときに、それぞれの充電電流ＩIB、ＩIC（充電回路１３０、１３４への入力電流）のリミッタ値ＩFR3、ＩFR2を設定する。これにより、充電回路１３０、１３４のそれぞれは、充電電流ＩIB、ＩICをリミッタ値ＩFR3、ＩFR2に制限しながら蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６の充電を行う。
【００６１】
また、図５（Ｂ）及び図５（Ｄ）に示すように、コントローラ１００は、蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６の充電を開始するときに、リミッタ値ＩFR3、ＩFR2を０（零）から徐々に設定値ＩFRB、ＩFRCまで増加させるようにしている。
【００６２】
これにより、図５（Ａ）及び図５（Ｃ）に示すように、蓄電池１２２、１２６に入力される充電電圧ＶIB、ＶIC（充電回路１３０、１３４の出力電圧）が、徐々に上昇して、設定値ＶBS、ＶCSとなるようにしている。すなわち、コントローラ１００は、所謂、充電のソフトスタートを行うようにしている。なお、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、蓄電池１２２に対する充電電圧ＶIBと充電電流ＩIBを示し、図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）は、ＥＤＬＣ１２６に対する充電電圧ＶICと充電電流ＩICを示している。
【００６３】
また、コントローラ１００は、蓄電池１２２よりＥＤＬＣ１２６の充電を優先して行うようにしていると共に、蓄電池１２２からの放電中であっても、ＥＤＬＣ１２６への充電が必要と判断したときには、ＥＤＬＣ１２６への充電を行うようにしている。
【００６４】
ここで、ハイブリッド燃料電池システム１０での蓄電池装置１６の充放電の流れを図６乃至図９を参照しながら説明する。
【００６５】
ハイブリッド燃料電池システム１０に設けているコントローラ１００は、交流電流ＩAC及び交流電圧ＩAC等から演算した外部負荷１８の消費電力に基づいて発電電流の目標値ＩFROを設定し、この目標値ＩFROに基づいて燃料電池発電装置１２の作動を制御する。これにより、ハイブリッド燃料電池システム１０では、外部負荷１８の消費電力に応じた電力を発電して出力可能となっている。
【００６６】
また、コントローラ１００は、原燃ガスの供給量に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２に入力される電流のリミッタ値ＩFR1を設定し、電流Ｉdを制限する。
【００６７】
これにより、ハイブリッド燃料電池システム１０では、外部負荷１８の消費電力が急激に増加し、発電電力を不足すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２から出力する電圧Ｖdが低下するために、蓄電池装置１６からの放電を開始される状態となる。なお、コントローラ１００は、外部負荷１８の消費電力の増加に合わせて、発電電力を増加するように燃料電池発電装置１２の制御を行う。
【００６８】
図６には、蓄電池装置１６での放電処理の流れを示しており、このフローチャートの最初のステップ２００では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の電圧Ｖd（ＤＣ／ＡＣインバータ１０４に入力される電圧）が、放電回路１３２の放電を開始する電圧Ｖ1より低下したか否かを確認している。
【００６９】
すなわち、外部負荷１８の容量（消費電力）が急激に増加すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２が出力する電流Ｉdが増加する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の入力電流がリミッタ値ＩFR1に達すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力する電圧Ｖdが急激に低下する。
【００７０】
ここで、電圧Ｖdが電圧Ｖ1以下となると、ステップ２００で肯定判定されて、ステップ２０２へ移行し、放電回路１３２が蓄電池１２２からの放電を開始する。したがって、蓄電池１２２の電力がＤＣ／ＡＣインバータ１０４へ供給され、外部負荷１８の消費電力に対する燃料電池３６の発電電力の不足分が僅かであれば、電圧Ｖdの低下が抑えられて、外部負荷１８が燃料電池３６によって発電した電力と、蓄電池１２２から放電される電力によって運転される。
【００７１】
また、次のステップ２０４では、電圧Ｖdが、ＥＤＬＣ１２６に蓄積した電力の放電を開始する電圧Ｖ2より低下したかを確認する。
【００７２】
外部負荷１８の消費電力の増加が急激で、蓄電池１２２が放電しても電圧Ｖdの低下が抑えられず、電圧Ｖdが電圧Ｖ2よりも低下すると、ステップ２０４で肯定判定されて、ステップ２０６へ移行する。これにより、ＥＤＬＣ１２６からの放電が開始される。
【００７３】
一方、コントローラ１００と放電回路１３２では、蓄電池１２２から放電を行うときに、蓄電池１２２の容量に基づいて放電電流を制限すると共に、過放電の防止を図っている。また、コントローラ１００と放電回路１３６では、ＥＤＬＣ１２６から放電を行うときに、ＥＤＬＣ１２６の過放電防止を図るようにしている。
【００７４】
図７（Ａ）は、蓄電池１２２の放電電流の制限の一例を示しており、このフローチャートは、放電回路１３２が放電を開始する（図６のステップ２０２）ことにより実行され、放電停止によって終了する。
【００７５】
蓄電池１２２の放電電流の制限は、先ず、最初のステップ２２０で、放電回路１３２から出力する放電電流ＩOBが予め設定しているリミッタ値ＩRBに達しているか否かを確認し、放電電流ＩOBがリミッタ値ＩRBに達していなければ（ステップ２２０で肯定判定）、ステップ２２２へ移行して、通常の放電制御を行う。
【００７６】
これに対して、外部負荷１８の消費電力が発電電力よりも大きく、放電回路１３２から出力する放電電流ＩOBがリミッタ値ＩRBに達すると、ステップ２２０で否定判定されてステップ２２４へ移行し、放電電流ＩOBの制限を行う。これにより、放電回路１３２は、リミッタ値ＩRBに制限した放電電流ＩOBを出力する。このために、蓄電池１２２から放電されているにもかかわらず、電圧Ｖdがさらに減少する。この放電制限は、放電電流ＩOBがリミッタ値ＩRBより低下して、ステップ２２０で否定判定されることにより解除される。
【００７７】
なお、ステップ２２６では、蓄電池１２２の残存容量が、蓄電池１２２を過放電から保護するために予め設定している規定値まで低下したか否かを確認し、残存容量が規定値に達する（ステップ２２６で肯定判定）と、ステップ２２８へ移行して、蓄電池１２２からの放電を停止すると共に、ハイブリッド燃料電池システム１０の運転を停止するようにしている。
【００７８】
また、図７（Ｂ）に示すように、ＥＤＬＣ１２６からの放電中は、ＥＤＬＣ１２６の残存容量が、ＥＤＬＣ１２６を過放電から保護するために予め設定している規定値まで低下したか否かを確認し（ステップ２３０）、残存容量が規定値まで達すると（ステップ２３０で肯定判定）、ステップ２３２へ移行して、ＥＤＬＣ１２６からの放電を停止すると共に、ハイブリッド燃料電池システム１０の運転を停止するようにしている。なお、放電回路１３６においても、リミッタ値ＩRCに基づいて放電電流ＩOCの制限を行うようにしても良い。
【００７９】
これにより、例えば、例えば図８（Ａ）に示すように、時間ｔ1で外部負荷１８の消費電力が急激に増加し、この消費電力の増加に伴ってＤＣ／ＡＣインバータ１０４の出力電力が増加すると、図８（Ｂ）に示すように、この時間ｔ1から燃料電池３６の発電電力が徐々に増加する。
【００８０】
このときに、発電装置３６の発電電力が消費電力に対して不足していると、リミッタ値ＩFR1によってＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力する電流Ｉdが制限されて電圧Ｖdの低下が生じる。
【００８１】
これにより、図８（Ｅ）に示すように、放電回路１３２から蓄電池１２２に蓄積している電力の放電を開始し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２と放電回路１３２から出力される電力がＤＣ／ＡＣインバータ１０４に入力される。
【００８２】
ここで、放電回路１３２が放電電流ＩOBをリミッタ値ＩRBで制限するために、まだ、ＤＣ／ＡＣインバータ１０４に入力される電力が不足していると、図８（Ｄ）に示すように、放電回路１３６がＥＤＬＣ１２６に蓄積している電力の放電を開始する。
【００８３】
このように、ＥＤＬＣ１２６は、蓄電池１２２に比較して急速放電が可能となっているため、外部負荷１８の消費電力が急激に変化すると、この外部負荷１８の消費電力の変化に応じた電力を放電することができる。この時、蓄電池１２２の放電電流ＩOBを、リミッタ値ＩRBで制限している。これにより、図８（Ｃ）に示すように、蓄電池装置１６から燃料電池３６の出力電力の不足に応じた電力の放電がなされる。
【００８４】
このときに、図８（Ｄ）に示すように、ＥＤＬＣ１２６の放電電力が消費電力（ＤＣ／ＡＣインバータの出力電力）の急激な変化に応じて変化し、図８（Ｅ）に示すように、蓄電池１２２は、放電電流ＩOBがリミッタ値ＩRBを越える電力を放電することがない。
【００８５】
したがって、蓄電池１２２が大きな放電電流を流すことによる蓄電池１２２の寿命低下を防止することができ、蓄電池１２２の長期にわたる使用が可能となる。
【００８６】
また、図８（Ａ）から図８（Ｃ）に示すように、蓄電池装置１６は、ＤＣ／ＡＣインバータ１０４の出力電力に対する燃料電池３６の出力電力の不足分を、蓄電池１２２に加えてＥＤＬＣ１２６を用いて放電するので、燃料電池３６の出力を安定させることができると共に、燃料電池発電装置１２の安定した動作を可能としている。すなわち、蓄電池装置１６は、外部負荷１８の消費電力が急激に変化したときに、この変化に応じた電力を確実に放電することができるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２や、燃料電池３６の出力電力を急激に変化させてしまうことがない。
【００８７】
一方、図６のフローチャートでは、ＥＤＬＣ１２６を用いた放電を行うと、ステップ２０８では、電圧Ｖdが、電圧Ｖ2まで上昇したか否かを確認し、電圧Ｖdが電圧Ｖ2を越えてステップ２０８で肯定判定されると、ステップ２１０へ移行する。このステップ２１０では、放電回路１３６が放電を停止することにより、ＥＤＬＣ１２６からの放電を終了する（図８（Ｄ）に示す時間ｔ2）。
【００８８】
また、ステップ２１２では、電圧Ｖdが電圧Ｖ1まで上昇したか否かを確認し、電圧Ｖdが電圧Ｖ1を越えてステップ２１２で肯定判定されることにより、ステップ２１４へ移行する。このステップ２１４では、放電回路１３２が放電を停止することにより、蓄電池１２２からの放電を終了する（図８（Ｅ）に示す時間ｔ4）。
【００８９】
すなわち、図８（Ａ）から図８（Ｅ）に示すように、燃料電池３６の出力電力が増加することにより、外部負荷１８の消費電力と燃料電池３６の発電電力（ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力する電力）の差が少なくなることにより、蓄電池装置１６（蓄電池１２２ないしＥＤＬＣ１２６）から放電する電力が徐々に減少し、外部負荷１８の消費電力を燃料電池３６の発電電力によってまかなうことができるようになると、蓄電池装置１６からの放電が停止する。
【００９０】
一方、ハイブリッド燃料電池システム１０では、放電により蓄電池装置１６の蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６の容量が低下すると、燃料電池３６の発電電力により蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６の充電を行う。
【００９１】
図９には、蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６の充電処理の概略を示している。このフローチャートでは、最初のステップ２４０で、例えばＥＤＬＣ１２６の端子電圧等に基づいて演算した残存容量からＥＤＬＣ１２６への充電が必要か否かを判断する。
【００９２】
ここで、放電によってＥＤＬＣ１２６の残存容量が少なくなり、ＥＤＬＣ１２６への充電が必要となったと判断（ステップ２４０で肯定判定）されると、ステップ２４２へ移行して、ＥＤＬＣ１２６が放電中であるか否かを判断し、放電中でなけれ（ステップ２４２否定判定）ば、ステップ２４４へ移行して、ＥＤＬＣ１２６への充電処理を開始する。
【００９３】
また、ＥＤＬＣ１２６の残存容量が十分であったり（ステップ２４０で否定判定）、ＥＤＬＣ１２６への充電が終了すると、ステップ２４６へ移行して、例えば蓄電池１２２の端子電圧等から演算した蓄電池１２２の残存容量から、蓄電池１２２への充電が必要か否かを判断する。また、ステップ２４８では、蓄電池１２２とＥＤＬＣ１２６の放電が停止しているか否かを判断する。
【００９４】
ここで、蓄電池１２２の残存容量が低下して充電が必要と判断する（ステップ２４６で肯定判定）と共に、蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６の放電が停止している（ステップ２４８で肯定判定）と、ステップ２５０へ移行して、蓄電池１２２への充電処理を行う。
【００９５】
すなわち、蓄電池装置１６では、蓄電池１２２に優先してＥＤＬＣ１２６への充電を行うと共に、ＥＤＬＣ１２６への充電が必要であれば、蓄電池１２２からの放電中でも充電を行うことがある。
【００９６】
例えば、図８（Ａ）、図（Ｂ）及び図８（Ｅ）に示すように、時間ｔ2から時間ｔ3の間では、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０４に入力する電力に余剰が生じる。このときに、図８（Ｄ）に示すように、蓄電池１２２の放電を継続しながら、ＥＤＬＣ１２６への充電が行われる。
【００９７】
これにより、蓄電池装置１６では、常にＥＤＬＣ１２６からの放電が可能な状態とし、外部負荷１８の消費電力が瞬間的に増加したときにも、外部負荷１８の消費電力の増加に合わせて、ＥＤＬＣ１２６から放電できるようにしている。したがって、外部負荷１８の消費電力が一時的に増加したときにも、燃料電池３６や燃料電池発電装置１２の作動を安定させることができるようにしている。
【００９８】
一方、図８（Ａ）、図８（Ｂ）及び図８（Ｅ）に示すように、蓄電池１２２への充電は、外部負荷１８の消費電力を燃料電池３６によってまかなうことができるようになってから開始される（時間ｔ4）。
【００９９】
このとき、燃料電池３６の発電電力を外部負荷１８の消費電力（ＤＣ／ＡＣインバータ１０４の出力電力）を大きくし、発電電力に余剰を生じさせて蓄電池１２２の充電を行うようにしている（時間ｔ4〜時間ｔ8）。すなわち、時間ｔ4、ｔ5、ｔ6、ｔ7、ｔ8のそれぞれで変化する外部負荷１６の消費電力（ＤＣ／ＡＣインバータ１０４の出力）と、発電電力に応じて生じる余剰電力によって蓄電池１２２の充電を効率良く行う。
【０１００】
コントローラ１００は、蓄電池装置１６（蓄電池１２２又はＥＤＬＣ１２６）への充電を行うときに、充電電流ＩBIのリミッタ値ＩBFRを設定する。このリミッタ値ＩBFRは、ＥＤＬＣ１２６への充電を行うときには、充電回路１３４へ入力される充電電流ＩICに対するリミッタ値ＩFR2を適用し、蓄電池１２２への充電を行うときには、充電回路１３０に入力される充電電流ＩIBのリミッタ値ＩFR3を適用する。
【０１０１】
次に、このリミッタ値ＩBFRと、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の電流Ｉdのリミッタ値ＩFR1から、発電電流ＩFCの目標値ＩFCOを設定し、電流ＩFCが目標値ＩFCOとなるように、燃料電池発電装置１２の運転を制御する。
【０１０２】
すなわち、コントローラ１００は、外部負荷１８の消費電力に基づいて設定されている目標値ＩFCOを、蓄電池装置１６の蓄電池１２２またはＥＤＬＣ１２６を充電するときのリミッタ値ＩBFRに基づいて補正し、補正した目標値ＩFCOが得られるように発電電力を制御する。
【０１０３】
これにより、燃料電池３６の発電電流ＩFCが余剰となって充電電流ＩBIとして蓄電池装置１６に入力され、蓄電池１２２又はＥＤＬＣ１２６の充電が可能となる。
【０１０４】
このとき、コントローラ１００は、リミッタ値ＩFR2、ＩFR3を徐々に増加させて設定値ＩFRC、ＩFRBに達するようにしており、これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力する電流Ｉdを変化させることなく蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６を充電することができる。
【０１０５】
一方、コントローラ１００は、ＥＤＬＣ１２６の充電を優先し、蓄電池１２２が放電中であっても、ＥＤＬＣ１２６の充電を行うようになっている。このために、例えば、コントローラ１００は、発電電流ＩFCの目標値ＩFCOを増加させることができない状態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の電流Ｉdを制限するリミット値ＩFR1を補正する。
【０１０６】
すなわち、コントローラ１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の入力電流のリミッタ値ＩFR1を、
ＩFR1＝ＩFCO−ＩFRC
に設定し、設定したリミット値ＩFR1に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力する電流Ｉdが制限されるようにする。この時、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力する電力が不足していれば、電圧Ｖdが低下するので、蓄電池１２２の放電回路１３２が、蓄電池１２２の電力を放電し、外部負荷１８の消費電力に応じた電力がＤＣ／ＡＣインバータ１０４に入力される。
【０１０７】
これにより、図８（Ｄ）及び図８（Ｅ）に示すように、蓄電池１２２の放電中でも、ＥＤＬＣ１２６への充電が可能となっている。
【０１０８】
このように、コントローラ１００は、ＥＤＬＣ１２６への充電が必要となると、蓄電池１２２の電力を放電しながらでも、ＥＤＬＣ１２６への充電を行う。これにより、ＥＤＬＣ１２６は、常に放電可能な状態に保たれる。
【０１０９】
したがって、蓄電池装置１６では、外部負荷１８の消費電力が瞬間的に増加しても、燃料電池発電装置１２を安定した状態で動作させながら、外部負荷１８の消費電力に応じた電力をＤＣ／ＡＣインバータ１０４（外部負荷１８）へ供給することができる。
【０１１０】
また、蓄電池装置１６では、蓄電池１２２に加えてＥＤＬＣ１２６を設けているため、蓄電池１２２の放電電力が瞬間的に変化するのを防止でき、これにより、蓄電池１２２に寿命の低下が生じるのを抑えることができる。
【０１１１】
また、ハイブリッド燃料電池システム１０では、制限手段として設けているＤＣ／ＤＣコンバータ１０２と並列に蓄電池装置１６を設けているため、蓄電池装置１６の充放電は勿論、ＥＤＬＣ１２６の充電も効率良く確実に行うことができる。
【０１１２】
なお、以上説明した本実施の形態は、本発明の一例を示すものであり、本発明の構成を限定するものではない。例えば、本発明は、図２に示す燃料電池発電装置１２に限らず、原燃ガスの供給量に応じた電力を発電する任意の構成の燃料電池発電装置に適用することができる。
【０１１３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、蓄電池を用いた第１の蓄電手段に加えて、電気二重層コンデンサを用いた第２の蓄電手段を設けているので、外部負荷の消費電力が瞬間的に増加しても、燃料電池発電部の安定化を図ることができると共に、蓄電池の寿命低下を防止することができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に適用したハイブリッド燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】本発明が適用される燃料電池発電装置の一例を示す概略構成図である。
【図３】原燃ガスの供給量に対する発電電流の目標値ＩFCOとＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流のリミッタ値ＩFR1の概略を示す線図である。
【図４】（Ａ）はＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流に対する電圧の概略を示す線図、（Ｂ）は蓄電池が設けられている放電回路の放電電流に対する放電電圧の概略を示す線図、（Ｃ）はＥＤＬＣが設けられている放電回路の放電電流に対する放電電圧の概略を示す線図である。
【図５】（Ａ）は蓄電池の充電電圧の変化の概略を示す線図、（Ｂ）は蓄電池が設けられている充電回路に入力される充電電流の変化の概略を示す線図、（Ｃ）はＥＤＬＣの充電電圧の変化の概略を示す線図、（Ｄ）はＥＤＬＣが設けられている充電回路に入力される充電電流の変化の概略を示す線図である。
【図６】蓄電池装置からの放電の概略を示す流れ図である。
【図７】（Ａ）は蓄電池に対する放電保護の概略を示す流れ図、（Ｂ）はＥＤＬＣに対する放電保護の概略を示す流れ図である。
【図８】（Ａ）は外部負荷の消費電力に応じたＤＣ／ＡＣコンバータの出力電力の一例を示す線図、（Ｂ）は外部負荷の消費電力に応じた燃料電池の出力電力の一例を示す線図、（Ｃ）は外部負荷の変化と発電電力の変化に応じた蓄電池装置の充放電の一例を示す線図、（Ｄ）は外部負荷の変化と発電電力の変化に応じたＥＤＬＣの充放電の一例を示す線図、（Ｅ）は外部負荷の変化と発電電力の変化に応じた蓄電池の充放電の一例を示す線図である。
【図９】蓄電池装置経の充電の一例を示す流れ図である。
【符号の説明】
１０ ハイブリッド燃料電池システム
１２ 燃料電池発電装置（燃料電池発電部）
１４ インバータ装置
１６ 蓄電池装置
１８ 外部負荷
３６ 燃料電池（燃料電池発電部）
１００ コントローラ（第１及び第２の放電手段、充電制御手段、制限手段）
１０２ ＤＣ／ＤＣコンバータ（制限手段）
１０４ ＤＣ／ＡＣインバータ（電力変換手段）
１２２ 蓄電池
１２４ 蓄電池部（第１の蓄電手段）
１２６ ＥＤＬＣ（電気二重層コンデンサ、第２の蓄電手段）
１２８ 蓄電池部（第２の蓄電手段）
１３０ 充電回路（第１の充電手段）
１３２ 放電回路（第１の蓄電手段）
１３４ 充電回路（第２の充電手段）
１３６ 放電回路（第２の蓄電手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、改質器からの改質ガスを燃料電池に導入して発電した直流電力を交流電力に変換して外部負荷へ供給する燃料電池システムに係り、詳細には、外部負荷の消費電力に比べて発電した電力が低い時に、バッテリ等の蓄電手段に蓄積している電力を外部負荷に供給可能とするハイブリッド燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型（固体酸化物型、固体高分子型）等の燃料電池は、天然ガス、メタノール等を燃料ガスとして用い、この燃料ガスを改質して生成した水素と空気中の酸素を反応させることにより発電する。このときの水素は、天然ガスやメタノール等の燃料から改質装置等を用いて生成される。
【０００３】
このような燃料電池発電装置によって発電された電力は、系統連系用インバータ等を介して例えば家電機器などのように、一般的には、商用電源（系統電源）によって運転される負荷（外部負荷）に接続することにより、この外部負荷の運転に用いることができる。
【０００４】
ところで、燃料電池発電装置は、燃料ガスの供給量を調整することにより発電電力が制御される。このために、例えば発電電力を急激に増加しようとすると、燃料電池への燃料ガスの供給が間に合わず、燃料電池内で水素ガスが不足するガス欠状態となるなどして出力電圧が低下する。
【０００５】
このために、燃料電池発電装置に補助電源としてバッテリ等の蓄電池を設けたハイブリッド燃料電池システムが一般的となっている。このハイブリッド燃料電池システムでは、燃料電池の発電電力が不足したときには、蓄電池に蓄積している電力を放出することにより、発電電力の不足分を補うようにして、外部負荷の消費電力に応じた電力が出力可能となるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、外部負荷には、突入成分の大きい負荷や大型のモータなどのように大きな始動電流を必要とするものがある。このような外部負荷が接続されているときには、蓄電池が短時間に大きな電流を出力する必要があり、このために、蓄電池の負担が大きくなり、蓄電池の寿命の著しい低下が生じる。このような蓄電池の寿命低下を防止するために、容量の大きい蓄電池が必要となり、この蓄電池がハイブリッド燃料電池システムの大型化をまねいてしまうことになる。
【０００７】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものではあり、システムの大型化をまねくことなく蓄電池の寿命低下を防止し、外部負荷へ安定した電力供給が可能となるハイブリッド燃料電池システムを提案することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、燃料の供給量に応じた電力を発電する燃料電池発電部と、前記燃料電池発電部で発電された直流電力を外部負荷に応じて変換する電力変換手段と、前記燃料電池発電部と前記電力変換手段の間に設けられて前記電力変換手段に入力される入力電流を前記燃料電池発電部から出力される出力電流に応じて制限する制限手段と、蓄電池に電力を蓄積する第１の蓄電手段と、電気二重層コンデンサに電力を蓄積する第２の蓄電手段と、前記第１の蓄電手段に蓄積している電力を前記燃料電池発電部の発電電力と前記外部負荷の消費電力の変動に応じて、前記第２の蓄電手段に先だって前記燃料電池発電部で発電した電力と共に前記電力変換手段へ供給する第１の放電手段と、前記第２の蓄電手段に蓄積している電力を前記燃料電池発電部の発電電力と前記外部負荷の消費電力の変動に応じて、前記燃料電池発電部で発電した電力と共に前記電力変換手段へ供給する第２の放電手段と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、燃料電池発電部で発電した電力を制限手段を介して電力変換手段へ入力する。これにより、外部負荷の消費電力が増加したときに、不足電力を第１ないし第２の蓄電手段から放電して、電力変換手段へ供給することができる。
【００１０】
このとき、第１の蓄電手段から放電する電力を制限すると共に、第２の蓄電手段に電気二重層コンデンサを設けていることにより、外部負荷の消費電力が急激に増加したときに、第１の蓄電手段が瞬間的に大きな電力を放電するのを防止しながら、外部負荷の消費電力の変化に応じた電力を放電することができる。
【００１１】
これにより、燃料電池発電部の安定した発電と共に、第１の蓄電手段に用いる蓄電池の寿命低下を防止することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、前記燃料電池発電部で発電された電力によって、前記第１の蓄電手段を充電する第１の充電手段と、前記燃料電池発電部で発電された電力によって、前記第１の蓄電手段に先だって前記第２の蓄電手段を充電する第２の充電手段と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、燃料電池発電部の発電電力に余剰が生じたときに、第１及び第２の蓄電手段への充電を行う。このとき、第２の蓄電手段への充電を優先して行う。これにより、常に、外部負荷の消費電力の増加に応じた電力の放電が可能となるようにしている。
【００１４】
請求項３に係る発明は、前記第１の充電手段と前記第２の充電手段と前記制限手段とが前記燃料電池発電部からの電力の供給が可能となっていると共に、前記第１の蓄電手段と前記第２の蓄電手段と前記制限手段とが前記電力変換手段への電力の供給が可能となっていることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、制限手段と並列に第１及び第２の蓄電手段を設けている。これにより、第１の蓄電手段の充放電は勿論、第２の蓄電手段の充放電も効率良くかつ的確に行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図１には、本実施の形態に適用したハイブリッド燃料電池システム１０の概略構成を示している。この燃料電池発電システム１０は、燃料電池発電装置１２と、系統連系用インバータ等を用いたインバータ装置１４と、蓄電池装置１６と、を備えている。
【００１７】
インバータ装置１４は、主に燃料電池発電装置１２によって発電した電力を、所定の電圧の交流電力に変換する。このインバータ装置１４から出力される交流電力は、系統電源（商用電源）によって運転可能となっている外部負荷１８へ供給される。なお、外部負荷としては、テレビ、冷蔵庫、洗濯機、エアコン（空調装置）等の一般的な家庭電化製品を適用することができ、また、家庭電化製品に限らず、商用電源によって運転可能な電気製品であれば、外部負荷１８として用いることができる。
【００１８】
図２には、一例として固体高分子型燃料電池を用いた燃料電池発電装置１２の概略構成を示している。なお、燃料電池発電装置としては、固体高分子型に限らず、リン酸塩型等の従来公知の種々の構成を用いることができる。
【００１９】
燃料電池発電装置１２は、改質器３０、ＣＯ変成器３２、ＣＯ除去器３４、燃料電池３６を備えている。改質器３０には、ポンプ３８が作動することにより脱硫器４０を介して天然ガス、メタノール等の原燃料（原燃ガス）が供給される。この原燃ガスは、脱硫器４０を通過することにより、硫黄分が除去されて改質器３０に供給される。
【００２０】
改質器３０には、改質器バーナ４２が設けられており、脱硫器４０を通過した原燃ガスの一部がこの改質器バーナ４２に供給可能となっている。また、改質器バーナ４２には、ポンプ４４の作動によって原燃ガスの燃焼用の空気が供給される。これにより、改質器バーナー４２は、原燃ガスを燃焼させて、改質器３０の触媒容器を加熱し、触媒容器内の改質触媒の温度を反応温度まで上昇させる。
【００２１】
また、燃料電池発電装置１２には、水タンク４６が設けられており、ポンプ４８が作動することにより水タンク４６内の水が熱交換器５０へ送られ、熱交換器５０を通過するときに、改質器バーナ４２によって加熱された排ガスの熱によって蒸発され、水蒸気として原燃ガスと共に改質器３０に導入される。
【００２２】
改質器３０内では、原燃ガスと共に供給される水蒸気が混合し、改質器バーナ４２によって改質反応温度まで昇温されている改質触媒により改質反応（吸熱反応）が生じる。これにより、原燃ガスから水素に富んだ改質ガスが生成される。
【００２３】
改質器３０を通過した原燃ガス（改質ガス）は、ＣＯ変成器３２、ＣＯ除去器３４を通過して燃料電池３６へ送られる。このＣＯ変成器３２内では、改質反応によって水素と共に生成される一酸化炭素と水（水蒸気）を反応させる一酸化炭素変成反応（発熱反応）が生じる。これにより改質ガス中で二酸化炭素と共に水素が生成される。
【００２４】
ＣＯ除去器３４は、ＣＯ変成器３２を通過した改質ガスが供給されることにより低温での選択酸化反応が生じる。これにより、改質ガス中の一酸化炭素濃度をさらに低下させる。すなわち、改質ガスは、ＣＯ変成器３２及びＣＯ除去器３４を通過することにより、高温・低温の２段階で一酸化炭素濃度が低減され、水素に富むガスに改質、変成されて燃料電池３６へ送られる。
【００２５】
また、改質器３０とＣＯ変成器３２の間、ＣＯ変成器３２とＣＯ除去器３４の間及びＣＯ除去器３４と燃料電池３６の間には、熱交換器５２A、５２Ｂ、５２Ｃが設けられている。熱交換器５２Ａ〜５２Ｃのそれぞれには、ポンプ５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃによって水タンク４６内の水が循環され、これにより、改質ガスが熱交換器５２Ａ〜５２Ｃを通過するときに冷却される。
【００２６】
さらに、熱交換器５２Ｃの改質ガス排気側には、バルブ５６Ａ、５６Ｂが設けられている。燃料電池発電装置１２では、改質器３０、ＣＯ変成器３２、ＣＯ除去器３４の各触媒の温度が安定するまでは、バルブ５６Ａを閉じると共にバルブ５６Ｂを開いている。これにより、改質ガスは、ＣＯ除去器３４からプロセスガスバーナ（ＰＧバーナ）５８へ送られ、ポンプ６０からＰＧバーナ５８へ送り込まれる空気と共に燃焼された後、熱交換器６２を通過して、排ガスとして排出される。
【００２７】
また、燃料電池発電装置１２には、排熱利用のための貯湯タンク６４が設けられており、ポンプ６６によって貯湯タンク６４と熱交換器６２の間で循環される水が、ＰＧバーナ５８によって加熱される。
【００２８】
燃料電池発電装置１２は、ＣＯ変成器３２及びＣＯ除去器３４の各触媒の温度が安定した段階で、バルブ５６Ａを開いて、改質ガスを燃料電池３６へ送りこむ。燃料電池３６は、アノード７０とカソード７２を備えている。また、燃料電池３６には、ポンプ６８によって空気が供給される。なお、改質ガスはアノード７０に供給され、空気がカソード７２に供給される。
【００２９】
燃料電池３６では、アノード７０に供給される改質ガス中の水素を燃料とし、カソード７２に供給される空気中の酸素を酸化剤とする電極反応が起り、アノード７０とカソード７２の間に起電力が生じる。燃料電池３６は、この起電力によって電力が取出し可能となる。なお、燃料電池３６内には、冷却部７４が設けられており、ポンプ７６によって水タンク４６内の水が循環されることにより冷却される。
【００３０】
燃料電池３６のアノード７０からの排ガス出力側には、バルブ７８Ａ、７８Ｂが設けられている。燃料電池発電装置１２では、燃料電池３６の温度が安定するまでバルブ７８Ａを閉じてバルブ７８Ｂを開き、未反応水素ガスを含む排ガスをＰＧバーナ５８へ供給する。
【００３１】
また、燃料電池発電装置１２では、燃料電池３６が安定した定常運転可能な状態に達すると、バルブ７８Ｂを閉じると共にバルブ７８Ａを開く。これにより、アノード７０を通過した未反応ガスは、改質器バーナ４２へ供給される。なお、改質器バーナ４２では、燃料電池３６が安定した運転状態に達して、アノード７０から排出される未反応ガスが供給されることにより、主にこの未反応ガスを燃焼させるが、これだけで改質器３０内の触媒の温度を改質反応温度に保つことができないときに、脱硫器４０を通過した原燃ガスを改質器バーナ４２に供給するようにしている。
【００３２】
前記した如く、本実施の形態に適用した燃料電池発電装置１２は、排熱利用の給湯機能を備えており、熱交換器５２Ａ〜５２Ｃ及び燃料電池３６の冷却部７４を循環されることにより加熱された水タンク４６内の水を、ポンプ８０Ａによって熱交換器８２へ送る。この熱交換器８２には、ポンプ８０Ｂによって貯湯タンク６４内の水（お湯）が循環されるようになっており、これにより、熱交換が行われて、水タンク４６内の水が冷却されると共に、貯湯タンク６４内の水が加熱される。
【００３３】
改質器３０から排出されて熱交換器５０を通過した排気ガスは、さらに熱交換器８４を通過する。貯湯タンク６４内の水は、ポンプ８６によってこの熱交換器８４内を循環されることにより加熱される。また、燃料電池３６のカソード７２から排出される排ガスは、熱交換器８８を通過する。この熱交換器８８では、ポンプ９０によって貯湯タンク６４内の水が循環されることにより加熱される。
【００３４】
このように、燃料電池発電装置１２では、排ガス等の熱を用いて貯湯タンク６４の水を加熱することにより排熱回収を行い、回収した熱によって加熱したお湯を、給湯用として貯湯タンク６４に貯えるようにしている。
【００３５】
一方、図１に示すように、ハイブリッド燃料電池システム１０には、図示しないマイクロコンピュータを備えたコントローラ１００が設けられている。このコントローラ１００は、図示しない入出力インターフェイスを介して、燃料電池発電装置１２に設けられている各種ポンプ、バルブ等の各種操作手段及び、温度センサや圧力センサ等の各種センサが接続されている（何れも図示省略）。
【００３６】
これにより、コントローラ１００は、改質器３０、ＣＯ変成器３２、ＣＯ除去器３４及び燃料電池３６等の各部の温度、圧力を検出し、この検出結果に基づいて各種ポンプの作動、バルブの開閉等の制御を行うことにより、燃料電池３６を用いた燃料電池発電装置１２の作動を制御している。
【００３７】
例えば、コントローラ１００は、燃料電池３６の発電電力を増加するときには、改質器３０へ供給する原燃ガスの量を徐々に増加させる。これにより、燃料電池発電装置１２では、燃料電池３６へ供給される改質ガスの量が増加し、この改質ガスの増加に合わせて空気の供給量を増加することにより、燃料電池３６内の発電反応が促進され、発電電力が徐々に大きくなる。また、燃料電池発電装置１２では、改質器３０へ供給する原燃ガスの量が徐々に減少されることにより、燃料電池３６へ供給される改質ガスの量が減少し、燃料電池３６での発電電力が抑えられる。
【００３８】
一方、インバータ装置１４は、制限手段として設けられているＤＣ／ＤＣコンバータ１０２と、電力変換手段として設けられているＤＣ／ＡＣインバータ１０４を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２は、直流チョッパと変圧器及び整流器等を用いた従来公知の一般的構成の昇圧回路を用いることができ、燃料電池発電装置１２から入力される直流電力を所定電圧の直流電力に変換する。
【００３９】
また、ＤＣ／ＡＣインバータ１０４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２から入力される直流電力を、外部負荷１８の運転に用いる所定電圧の交流電力に変換する。なお、ＤＣ／ＡＣインバータ１０４としては、ブリッジ接続されたスイッチング素子を所定のタイミングでスイッチングすることにより直流電力を交流電力に変換する一般的構成を適用でき、本実施の形態では詳細な説明を省略する。また、本実施の形態では、外部負荷１８として交流電力によって運転される電気機器を用いているために、この電気機器に合わせた交流電力を得るためにＤＣ／ＡＣインバータ１０４を用いているが、直流電力によって運転される外部負荷に電力を供給するときには、ＤＣ／ＡＣインバータ１０４に変えて、この外部負荷を運転するための直流電力を出力するＤＣ／ＤＣコンバータを用いれば良い。
【００４０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２は、コントローラ１００に接続している。また、燃料電池発電装置１２とコントローラ１００の間には、燃料電池発電装置１２から取り出される発電電流ＩFC及び発電電圧ＶFCを検出する電流センサ１０６及び電圧センサ１０８が設けられ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２とＤＣ／ＡＣインバータ１０４の間には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力する電流Ｉd及びＤＣ／ＡＣインバータ１０４に入力される電圧Ｖdを検出する電流センサ１１０及び電圧センサ１１２が設けられている。
【００４１】
また、ＤＣ／ＡＣインバータ１０４の外部負荷１８側（出力側）には、出力させる交流電流ＩACを検出する電流センサ１１４及び交流電圧ＶACを検出する電圧センサ１１６が設けられている。
【００４２】
電流センサ１０６、１１０、１１４及び電圧センサ１０８、１１２、１１６は、コントローラ１００に接続している。コントローラ１００は、電流センサ１１４によって検出する交流電流ＩAC及び電圧センサ１１６によって検出する交流電圧ＶAC等から外部負荷１８の消費電力を算出し、この消費電力に基づいて燃料電池発電装置１２の運転（発電電力）を制御する。
【００４３】
このとき、コントローラ１００は、外部負荷１８の消費電力に基づいて発電電流ＩFCの目標値ＩFCOを設定し、発電電流ＩFCが目標値ＩFCOとなるように原燃ガスの量、空気量等を設定し、その原燃ガスの量や空気量等に基づいて各種ポンプ、バルブ等を制御する。
【００４４】
すなわち、図３に示すように、コントローラ１００は、目標値ＩFCOが増加すると、この目標値ＩFCOの増加に合わせて原燃ガスの供給量を増加するようにしている。なお、コントローラ１００は、燃料電池発電装置１２が安定して運転する範囲で、目標値ＩFCOに合わせて燃料ガスの供給量を制御するようにしている。また、目標値ＩFCOは、改質器３０の触媒温度等に基づいて補正がなされる。
【００４５】
また、コントローラ１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力電力が燃料電池発電装置１２の発電電力を越えないようにＤＣ／ＤＣコンバータ１０２を制御する。すなわち、コントローラ１００は、発電電力ＩFCの目標値ＩFCOに基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ１０２に入力される入力電流のリミット値ＩFR1を設定し、ＤＣ／ＤＣインバータ１０２の入力電流がこのリミッタ値ＩFR1を越えないように電流Ｉdを制御する。また、コントローラ１００は、燃料電池３６の出力電流に基づいてリミッタ値ＩFR1を可変する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２は、燃料電池３６の出力電流ＩFCに応じて制限された電流Ｉdを出力する。
【００４６】
また、コントローラ１００は、電流センサ１０６によって検出する燃料電池３６の出力電流ＩFCに基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の電流Ｉdのリミッタ値ＩFR1を設定し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の電流Ｉdが、このリミッタ値ＩFR1を越えないように制御する。このとき、図３に示すように、コントローラ１００は、リミッタ値ＩFR1を目標値ＩFROの増加に伴う原燃ガスの供給量に合わせて段階的に増加するように設定される。
【００４７】
一方、図１に示すように、蓄電池装置１６は、出力側がＤＣ／ＤＣコンバータ１０２とＤＣ／ＡＣインバータ１０４の間に接続しており、蓄積している電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力電力と共に、ＤＣ／ＡＣインバータ１０４へ供給可能となっている。これにより、ＤＣ／ＡＣインバータ１０４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２から出力される電力ないしＤＣ／ＤＣコンバータ１０２と蓄電池装置１６から出力される電力を外部負荷１８へ供給する交流電力に変換可能となっている。また、蓄電池装置１６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２と共に、入力側が燃料電池発電装置１２（燃料電池３６）の出力側に接続しており、燃料電池発電装置１２によって発電した電力を用いて充電可能となっている。
【００４８】
燃料電池３６と蓄電池装置１６の間には、燃料電池発電装置１２から蓄電池装置１６に入力される充電電流ＩBIを検出する電流センサ１１８が設けられ、蓄電装置１６とＤＣ／ＡＣインバータの間には、蓄電池装置１６から出力する放電電流ＩBOを検出する電流センサ１２０が設けられている。電流センサ１１８、１２０は、コントローラ１００に接続している。
【００４９】
ところで、ハイブリッド燃料電池システム１０に設けている蓄電池装置１６は、第１の蓄電手段となるバッテリ等の蓄電池１２２を用いた蓄電池部１２４に加え、第２の蓄電手段として電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ：Electric Double Layer Capacitor、以下「ＥＤＬＣ１２６」と言う）を用いた第２の蓄電池部１２８が設けられている。
【００５０】
ＥＤＬＣ１２６は、活性炭電力表面に形成されるイオン吸着層（電気二重層）の吸着・脱着反応を電荷の充放電に用いるコンデンサであり、例えば、セパレータを介した一対の活性炭電極（電解液が添加されている）と、その両側の導電性の集電体から構成され、電気的には、内部抵抗を持つ静電容量の大きなコンデンサと、静電容量の小さいコンデンサが並列接続した構成に近似でき、急速充電及び急速放電の可能な一般的構成となっている。
【００５１】
一方、蓄電池部１２４は、蓄電池１２２と充電回路１３０及び放電回路１３２によって形成され、蓄電池部１２８は、ＥＤＬＣ１２６と充電回路１３４及び放電回路１３６によって形成されている。蓄電池部１２４、１２８は並列接続されており、蓄電池２２及びＥＤＬＣ２６に蓄積している電力をＤＣ／ＡＣインバータ１０４へ出力（放電）可能となっていると共に、燃料電池発電装置１２によって発電した電力による蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６の充電が可能となっている。
【００５２】
この蓄電池部１２４、１２８の充電回路１３０、１３４及び放電回路１３２、１３６のそれぞれは、コントローラ１００に接続している。これにより、コントローラ１００は、例えば、蓄電池１２２の端子電圧及びＥＤＬＣ１２６の端子電圧から、蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６の残存容量を判定し、放電によって残存容量が減少したときには、充電回路１３０、１３４を制御して、蓄電池１２２およびＥＤＬＣ１２６への充電を行う。また、コントローラ１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力電力と、外部負荷１８の消費電力に基づいて放電回路１３２、１３６を制御して、蓄電池１２２ないしＥＤＬＣ１２６に蓄積している電力を放電するようになっている。
【００５３】
ここで、ハイブリッド燃料電池システム１０では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力する電流Ｉdに対してリミッタ値ＩFR1が設定されていることにより、外部負荷１８の消費電力の増加によって電流Ｉdが増加しようとしたときに、電流Ｉdが制限されるために、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力する電圧Ｖdが減少する。
【００５４】
すなわち、図４（Ａ）に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２は、入力される電流がリミッタ値ＩFR1に達するまでは、電圧Ｖdが略一定の電圧Ｖ0となっているが、入力される電流がリミッタ値ＩFR1を越える電流Ｉdが流れようとすると、リミッタ値ＩFR1が垂下点となって電圧Ｖdが減少する。
【００５５】
一方、コントローラ１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力する電圧Ｖ0に対して、放電回路１３２の出力電圧Ｖ1が僅かに低く、また、放電回路１３６の出力電圧Ｖ2が、放電回路１３２の出力電圧Ｖ1より僅かに低くなるように設定している（Ｖ0＞Ｖ1＞Ｖ2）。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の電圧Ｖ0を２００ｖとし、放電回路１３６（蓄電池部１２８）の出力電圧Ｖ2を１９０ｖにとしているときに、放電回路１３２（蓄電池部１２４）の出力電圧Ｖ1を電圧Ｖ0と出力電圧Ｖ2の中間点となる約１９５ｖに設定している。
【００５６】
これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力する電圧Ｖdが電圧Ｖ1より下がることにより蓄電池１２２からの放電が開始され、電圧Ｖdが電圧Ｖ2より下がることにより、さらに、ＥＤＬＣ１２６からの放電が開始される。
【００５７】
また、放電回路１３２には、蓄電池１２２の放電電流ＩOBを蓄電池１２２に対して設定されているリミッタ値ＩRBに制限する出力電流リミッタが設けられている。なお、放電回路１３６には、ＥＤＬＣ１２６の放電電流ＩOCをＥＤＬＣ１２６に対して設定されているリミッタ値ＩRCに制限する出力電流リミッタが設けられている。
【００５８】
これにより、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示すように、放電回路１３２、１３６の電圧Ｖb、Ｖcは、放電電流ＩOB、ＩOCがリミッタ値ＩRB、ＩRCに達するまでは電圧Ｖ1、Ｖ2となっているが、放電電流ＩOB、ＩOCが、リミッタ値ＩRB、ＩRCに達すると、このリミッタ値ＩRB、ＩRCを垂下点として減少するようになっている。
【００５９】
また、放電回路１３２、１３６のそれぞれは、蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６の過放電を防止するために、例えば蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６の端子電圧から残存容量を判断し、この残存容量が蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６のそれぞれに対して設定されている規定値に達すると、放電を停止する。また、コントローラ１００は、蓄電池装置１６が放電停止をすると、ハイブリッド燃料電池システム１０の運転を停止し、蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６と共に燃料電池発電装置１２の保護を図るようにしている。
【００６０】
一方、コントローラ１００は、蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６の充電を行うときに、それぞれの充電電流ＩIB、ＩIC（充電回路１３０、１３４への入力電流）のリミッタ値ＩFR3、ＩFR2を設定する。これにより、充電回路１３０、１３４のそれぞれは、充電電流ＩIB、ＩICをリミッタ値ＩFR3、ＩFR2に制限しながら蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６の充電を行う。
【００６１】
また、図５（Ｂ）及び図５（Ｄ）に示すように、コントローラ１００は、蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６の充電を開始するときに、リミッタ値ＩFR3、ＩFR2を０（零）から徐々に設定値ＩFRB、ＩFRCまで増加させるようにしている。
【００６２】
これにより、図５（Ａ）及び図５（Ｃ）に示すように、蓄電池１２２、１２６に入力される充電電圧ＶIB、ＶIC（充電回路１３０、１３４の出力電圧）が、徐々に上昇して、設定値ＶBS、ＶCSとなるようにしている。すなわち、コントローラ１００は、所謂、充電のソフトスタートを行うようにしている。なお、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、蓄電池１２２に対する充電電圧ＶIBと充電電流ＩIBを示し、図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）は、ＥＤＬＣ１２６に対する充電電圧ＶICと充電電流ＩICを示している。
【００６３】
また、コントローラ１００は、蓄電池１２２よりＥＤＬＣ１２６の充電を優先して行うようにしていると共に、蓄電池１２２からの放電中であっても、ＥＤＬＣ１２６への充電が必要と判断したときには、ＥＤＬＣ１２６への充電を行うようにしている。
【００６４】
ここで、ハイブリッド燃料電池システム１０での蓄電池装置１６の充放電の流れを図６乃至図９を参照しながら説明する。
【００６５】
ハイブリッド燃料電池システム１０に設けているコントローラ１００は、交流電流ＩAC及び交流電圧ＩAC等から演算した外部負荷１８の消費電力に基づいて発電電流の目標値ＩFROを設定し、この目標値ＩFROに基づいて燃料電池発電装置１２の作動を制御する。これにより、ハイブリッド燃料電池システム１０では、外部負荷１８の消費電力に応じた電力を発電して出力可能となっている。
【００６６】
また、コントローラ１００は、原燃ガスの供給量に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２に入力される電流のリミッタ値ＩFR1を設定し、電流Ｉdを制限する。
【００６７】
これにより、ハイブリッド燃料電池システム１０では、外部負荷１８の消費電力が急激に増加し、発電電力を不足すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２から出力する電圧Ｖdが低下するために、蓄電池装置１６からの放電を開始される状態となる。なお、コントローラ１００は、外部負荷１８の消費電力の増加に合わせて、発電電力を増加するように燃料電池発電装置１２の制御を行う。
【００６８】
図６には、蓄電池装置１６での放電処理の流れを示しており、このフローチャートの最初のステップ２００では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の電圧Ｖd（ＤＣ／ＡＣインバータ１０４に入力される電圧）が、放電回路１３２の放電を開始する電圧Ｖ1より低下したか否かを確認している。
【００６９】
すなわち、外部負荷１８の容量（消費電力）が急激に増加すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２が出力する電流Ｉdが増加する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の入力電流がリミッタ値ＩFR1に達すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力する電圧Ｖdが急激に低下する。
【００７０】
ここで、電圧Ｖdが電圧Ｖ1以下となると、ステップ２００で肯定判定されて、ステップ２０２へ移行し、放電回路１３２が蓄電池１２２からの放電を開始する。したがって、蓄電池１２２の電力がＤＣ／ＡＣインバータ１０４へ供給され、外部負荷１８の消費電力に対する燃料電池３６の発電電力の不足分が僅かであれば、電圧Ｖdの低下が抑えられて、外部負荷１８が燃料電池３６によって発電した電力と、蓄電池１２２から放電される電力によって運転される。
【００７１】
また、次のステップ２０４では、電圧Ｖdが、ＥＤＬＣ１２６に蓄積した電力の放電を開始する電圧Ｖ2より低下したかを確認する。
【００７２】
外部負荷１８の消費電力の増加が急激で、蓄電池１２２が放電しても電圧Ｖdの低下が抑えられず、電圧Ｖdが電圧Ｖ2よりも低下すると、ステップ２０４で肯定判定されて、ステップ２０６へ移行する。これにより、ＥＤＬＣ１２６からの放電が開始される。
【００７３】
一方、コントローラ１００と放電回路１３２では、蓄電池１２２から放電を行うときに、蓄電池１２２の容量に基づいて放電電流を制限すると共に、過放電の防止を図っている。また、コントローラ１００と放電回路１３６では、ＥＤＬＣ１２６から放電を行うときに、ＥＤＬＣ１２６の過放電防止を図るようにしている。
【００７４】
図７（Ａ）は、蓄電池１２２の放電電流の制限の一例を示しており、このフローチャートは、放電回路１３２が放電を開始する（図６のステップ２０２）ことにより実行され、放電停止によって終了する。
【００７５】
蓄電池１２２の放電電流の制限は、先ず、最初のステップ２２０で、放電回路１３２から出力する放電電流ＩOBが予め設定しているリミッタ値ＩRBに達しているか否かを確認し、放電電流ＩOBがリミッタ値ＩRBに達していなければ（ステップ２２０で肯定判定）、ステップ２２２へ移行して、通常の放電制御を行う。
【００７６】
これに対して、外部負荷１８の消費電力が発電電力よりも大きく、放電回路１３２から出力する放電電流ＩOBがリミッタ値ＩRBに達すると、ステップ２２０で否定判定されてステップ２２４へ移行し、放電電流ＩOBの制限を行う。これにより、放電回路１３２は、リミッタ値ＩRBに制限した放電電流ＩOBを出力する。このために、蓄電池１２２から放電されているにもかかわらず、電圧Ｖdがさらに減少する。この放電制限は、放電電流ＩOBがリミッタ値ＩRBより低下して、ステップ２２０で否定判定されることにより解除される。
【００７７】
なお、ステップ２２６では、蓄電池１２２の残存容量が、蓄電池１２２を過放電から保護するために予め設定している規定値まで低下したか否かを確認し、残存容量が規定値に達する（ステップ２２６で肯定判定）と、ステップ２２８へ移行して、蓄電池１２２からの放電を停止すると共に、ハイブリッド燃料電池システム１０の運転を停止するようにしている。
【００７８】
また、図７（Ｂ）に示すように、ＥＤＬＣ１２６からの放電中は、ＥＤＬＣ１２６の残存容量が、ＥＤＬＣ１２６を過放電から保護するために予め設定している規定値まで低下したか否かを確認し（ステップ２３０）、残存容量が規定値まで達すると（ステップ２３０で肯定判定）、ステップ２３２へ移行して、ＥＤＬＣ１２６からの放電を停止すると共に、ハイブリッド燃料電池システム１０の運転を停止するようにしている。なお、放電回路１３６においても、リミッタ値ＩRCに基づいて放電電流ＩOCの制限を行うようにしても良い。
【００７９】
これにより、例えば、例えば図８（Ａ）に示すように、時間ｔ1で外部負荷１８の消費電力が急激に増加し、この消費電力の増加に伴ってＤＣ／ＡＣインバータ１０４の出力電力が増加すると、図８（Ｂ）に示すように、この時間ｔ1から燃料電池３６の発電電力が徐々に増加する。
【００８０】
このときに、発電装置３６の発電電力が消費電力に対して不足していると、リミッタ値ＩFR1によってＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力する電流Ｉdが制限されて電圧Ｖdの低下が生じる。
【００８１】
これにより、図８（Ｅ）に示すように、放電回路１３２から蓄電池１２２に蓄積している電力の放電を開始し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２と放電回路１３２から出力される電力がＤＣ／ＡＣインバータ１０４に入力される。
【００８２】
ここで、放電回路１３２が放電電流ＩOBをリミッタ値ＩRBで制限するために、まだ、ＤＣ／ＡＣインバータ１０４に入力される電力が不足していると、図８（Ｄ）に示すように、放電回路１３６がＥＤＬＣ１２６に蓄積している電力の放電を開始する。
【００８３】
このように、ＥＤＬＣ１２６は、蓄電池１２２に比較して急速放電が可能となっているため、外部負荷１８の消費電力が急激に変化すると、この外部負荷１８の消費電力の変化に応じた電力を放電することができる。この時、蓄電池１２２の放電電流ＩOBを、リミッタ値ＩRBで制限している。これにより、図８（Ｃ）に示すように、蓄電池装置１６から燃料電池３６の出力電力の不足に応じた電力の放電がなされる。
【００８４】
このときに、図８（Ｄ）に示すように、ＥＤＬＣ１２６の放電電力が消費電力（ＤＣ／ＡＣインバータの出力電力）の急激な変化に応じて変化し、図８（Ｅ）に示すように、蓄電池１２２は、放電電流ＩOBがリミッタ値ＩRBを越える電力を放電することがない。
【００８５】
したがって、蓄電池１２２が大きな放電電流を流すことによる蓄電池１２２の寿命低下を防止することができ、蓄電池１２２の長期にわたる使用が可能となる。
【００８６】
また、図８（Ａ）から図８（Ｃ）に示すように、蓄電池装置１６は、ＤＣ／ＡＣインバータ１０４の出力電力に対する燃料電池３６の出力電力の不足分を、蓄電池１２２に加えてＥＤＬＣ１２６を用いて放電するので、燃料電池３６の出力を安定させることができると共に、燃料電池発電装置１２の安定した動作を可能としている。すなわち、蓄電池装置１６は、外部負荷１８の消費電力が急激に変化したときに、この変化に応じた電力を確実に放電することができるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２や、燃料電池３６の出力電力を急激に変化させてしまうことがない。
【００８７】
一方、図６のフローチャートでは、ＥＤＬＣ１２６を用いた放電を行うと、ステップ２０８では、電圧Ｖdが、電圧Ｖ2まで上昇したか否かを確認し、電圧Ｖdが電圧Ｖ2を越えてステップ２０８で肯定判定されると、ステップ２１０へ移行する。このステップ２１０では、放電回路１３６が放電を停止することにより、ＥＤＬＣ１２６からの放電を終了する（図８（Ｄ）に示す時間ｔ2）。
【００８８】
また、ステップ２１２では、電圧Ｖdが電圧Ｖ1まで上昇したか否かを確認し、電圧Ｖdが電圧Ｖ1を越えてステップ２１２で肯定判定されることにより、ステップ２１４へ移行する。このステップ２１４では、放電回路１３２が放電を停止することにより、蓄電池１２２からの放電を終了する（図８（Ｅ）に示す時間ｔ4）。
【００８９】
すなわち、図８（Ａ）から図８（Ｅ）に示すように、燃料電池３６の出力電力が増加することにより、外部負荷１８の消費電力と燃料電池３６の発電電力（ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力する電力）の差が少なくなることにより、蓄電池装置１６（蓄電池１２２ないしＥＤＬＣ１２６）から放電する電力が徐々に減少し、外部負荷１８の消費電力を燃料電池３６の発電電力によってまかなうことができるようになると、蓄電池装置１６からの放電が停止する。
【００９０】
一方、ハイブリッド燃料電池システム１０では、放電により蓄電池装置１６の蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６の容量が低下すると、燃料電池３６の発電電力により蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６の充電を行う。
【００９１】
図９には、蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６の充電処理の概略を示している。このフローチャートでは、最初のステップ２４０で、例えばＥＤＬＣ１２６の端子電圧等に基づいて演算した残存容量からＥＤＬＣ１２６への充電が必要か否かを判断する。
【００９２】
ここで、放電によってＥＤＬＣ１２６の残存容量が少なくなり、ＥＤＬＣ１２６への充電が必要となったと判断（ステップ２４０で肯定判定）されると、ステップ２４２へ移行して、ＥＤＬＣ１２６が放電中であるか否かを判断し、放電中でなけれ（ステップ２４２否定判定）ば、ステップ２４４へ移行して、ＥＤＬＣ１２６への充電処理を開始する。
【００９３】
また、ＥＤＬＣ１２６の残存容量が十分であったり（ステップ２４０で否定判定）、ＥＤＬＣ１２６への充電が終了すると、ステップ２４６へ移行して、例えば蓄電池１２２の端子電圧等から演算した蓄電池１２２の残存容量から、蓄電池１２２への充電が必要か否かを判断する。また、ステップ２４８では、蓄電池１２２とＥＤＬＣ１２６の放電が停止しているか否かを判断する。
【００９４】
ここで、蓄電池１２２の残存容量が低下して充電が必要と判断する（ステップ２４６で肯定判定）と共に、蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６の放電が停止している（ステップ２４８で肯定判定）と、ステップ２５０へ移行して、蓄電池１２２への充電処理を行う。
【００９５】
すなわち、蓄電池装置１６では、蓄電池１２２に優先してＥＤＬＣ１２６への充電を行うと共に、ＥＤＬＣ１２６への充電が必要であれば、蓄電池１２２からの放電中でも充電を行うことがある。
【００９６】
例えば、図８（Ａ）、図（Ｂ）及び図８（Ｅ）に示すように、時間ｔ2から時間ｔ3の間では、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０４に入力する電力に余剰が生じる。このときに、図８（Ｄ）に示すように、蓄電池１２２の放電を継続しながら、ＥＤＬＣ１２６への充電が行われる。
【００９７】
これにより、蓄電池装置１６では、常にＥＤＬＣ１２６からの放電が可能な状態とし、外部負荷１８の消費電力が瞬間的に増加したときにも、外部負荷１８の消費電力の増加に合わせて、ＥＤＬＣ１２６から放電できるようにしている。したがって、外部負荷１８の消費電力が一時的に増加したときにも、燃料電池３６や燃料電池発電装置１２の作動を安定させることができるようにしている。
【００９８】
一方、図８（Ａ）、図８（Ｂ）及び図８（Ｅ）に示すように、蓄電池１２２への充電は、外部負荷１８の消費電力を燃料電池３６によってまかなうことができるようになってから開始される（時間ｔ4）。
【００９９】
このとき、燃料電池３６の発電電力を外部負荷１８の消費電力（ＤＣ／ＡＣインバータ１０４の出力電力）を大きくし、発電電力に余剰を生じさせて蓄電池１２２の充電を行うようにしている（時間ｔ4〜時間ｔ8）。すなわち、時間ｔ4、ｔ5、ｔ6、ｔ7、ｔ8のそれぞれで変化する外部負荷１６の消費電力（ＤＣ／ＡＣインバータ１０４の出力）と、発電電力に応じて生じる余剰電力によって蓄電池１２２の充電を効率良く行う。
【０１００】
コントローラ１００は、蓄電池装置１６（蓄電池１２２又はＥＤＬＣ１２６）への充電を行うときに、充電電流ＩBIのリミッタ値ＩBFRを設定する。このリミッタ値ＩBFRは、ＥＤＬＣ１２６への充電を行うときには、充電回路１３４へ入力される充電電流ＩICに対するリミッタ値ＩFR2を適用し、蓄電池１２２への充電を行うときには、充電回路１３０に入力される充電電流ＩIBのリミッタ値ＩFR3を適用する。
【０１０１】
次に、このリミッタ値ＩBFRと、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の電流Ｉdのリミッタ値ＩFR1から、発電電流ＩFCの目標値ＩFCOを設定し、電流ＩFCが目標値ＩFCOとなるように、燃料電池発電装置１２の運転を制御する。
【０１０２】
すなわち、コントローラ１００は、外部負荷１８の消費電力に基づいて設定されている目標値ＩFCOを、蓄電池装置１６の蓄電池１２２またはＥＤＬＣ１２６を充電するときのリミッタ値ＩBFRに基づいて補正し、補正した目標値ＩFCOが得られるように発電電力を制御する。
【０１０３】
これにより、燃料電池３６の発電電流ＩFCが余剰となって充電電流ＩBIとして蓄電池装置１６に入力され、蓄電池１２２又はＥＤＬＣ１２６の充電が可能となる。
【０１０４】
このとき、コントローラ１００は、リミッタ値ＩFR2、ＩFR3を徐々に増加させて設定値ＩFRC、ＩFRBに達するようにしており、これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力する電流Ｉdを変化させることなく蓄電池１２２及びＥＤＬＣ１２６を充電することができる。
【０１０５】
一方、コントローラ１００は、ＥＤＬＣ１２６の充電を優先し、蓄電池１２２が放電中であっても、ＥＤＬＣ１２６の充電を行うようになっている。このために、例えば、コントローラ１００は、発電電流ＩFCの目標値ＩFCOを増加させることができない状態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の電流Ｉdを制限するリミット値ＩFR1を補正する。
【０１０６】
すなわち、コントローラ１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の入力電流のリミッタ値ＩFR1を、
ＩFR1＝ＩFCO−ＩFRC
に設定し、設定したリミット値ＩFR1に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力する電流Ｉdが制限されるようにする。この時、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力する電力が不足していれば、電圧Ｖdが低下するので、蓄電池１２２の放電回路１３２が、蓄電池１２２の電力を放電し、外部負荷１８の消費電力に応じた電力がＤＣ／ＡＣインバータ１０４に入力される。
【０１０７】
これにより、図８（Ｄ）及び図８（Ｅ）に示すように、蓄電池１２２の放電中でも、ＥＤＬＣ１２６への充電が可能となっている。
【０１０８】
このように、コントローラ１００は、ＥＤＬＣ１２６への充電が必要となると、蓄電池１２２の電力を放電しながらでも、ＥＤＬＣ１２６への充電を行う。これにより、ＥＤＬＣ１２６は、常に放電可能な状態に保たれる。
【０１０９】
したがって、蓄電池装置１６では、外部負荷１８の消費電力が瞬間的に増加しても、燃料電池発電装置１２を安定した状態で動作させながら、外部負荷１８の消費電力に応じた電力をＤＣ／ＡＣインバータ１０４（外部負荷１８）へ供給することができる。
【０１１０】
また、蓄電池装置１６では、蓄電池１２２に加えてＥＤＬＣ１２６を設けているため、蓄電池１２２の放電電力が瞬間的に変化するのを防止でき、これにより、蓄電池１２２に寿命の低下が生じるのを抑えることができる。
【０１１１】
また、ハイブリッド燃料電池システム１０では、制限手段として設けているＤＣ／ＤＣコンバータ１０２と並列に蓄電池装置１６を設けているため、蓄電池装置１６の充放電は勿論、ＥＤＬＣ１２６の充電も効率良く確実に行うことができる。
【０１１２】
なお、以上説明した本実施の形態は、本発明の一例を示すものであり、本発明の構成を限定するものではない。例えば、本発明は、図２に示す燃料電池発電装置１２に限らず、原燃ガスの供給量に応じた電力を発電する任意の構成の燃料電池発電装置に適用することができる。
【０１１３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、蓄電池を用いた第１の蓄電手段に加えて、電気二重層コンデンサを用いた第２の蓄電手段を設けているので、外部負荷の消費電力が瞬間的に増加しても、燃料電池発電部の安定化を図ることができると共に、蓄電池の寿命低下を防止することができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に適用したハイブリッド燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】本発明が適用される燃料電池発電装置の一例を示す概略構成図である。
【図３】原燃ガスの供給量に対する発電電流の目標値ＩFCOとＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流のリミッタ値ＩFR1の概略を示す線図である。
【図４】（Ａ）はＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流に対する電圧の概略を示す線図、（Ｂ）は蓄電池が設けられている放電回路の放電電流に対する放電電圧の概略を示す線図、（Ｃ）はＥＤＬＣが設けられている放電回路の放電電流に対する放電電圧の概略を示す線図である。
【図５】（Ａ）は蓄電池の充電電圧の変化の概略を示す線図、（Ｂ）は蓄電池が設けられている充電回路に入力される充電電流の変化の概略を示す線図、（Ｃ）はＥＤＬＣの充電電圧の変化の概略を示す線図、（Ｄ）はＥＤＬＣが設けられている充電回路に入力される充電電流の変化の概略を示す線図である。
【図６】蓄電池装置からの放電の概略を示す流れ図である。
【図７】（Ａ）は蓄電池に対する放電保護の概略を示す流れ図、（Ｂ）はＥＤＬＣに対する放電保護の概略を示す流れ図である。
【図８】（Ａ）は外部負荷の消費電力に応じたＤＣ／ＡＣコンバータの出力電力の一例を示す線図、（Ｂ）は外部負荷の消費電力に応じた燃料電池の出力電力の一例を示す線図、（Ｃ）は外部負荷の変化と発電電力の変化に応じた蓄電池装置の充放電の一例を示す線図、（Ｄ）は外部負荷の変化と発電電力の変化に応じたＥＤＬＣの充放電の一例を示す線図、（Ｅ）は外部負荷の変化と発電電力の変化に応じた蓄電池の充放電の一例を示す線図である。
【図９】蓄電池装置経の充電の一例を示す流れ図である。
【符号の説明】
１０ ハイブリッド燃料電池システム
１２ 燃料電池発電装置（燃料電池発電部）
１４ インバータ装置
１６ 蓄電池装置
１８ 外部負荷
３６ 燃料電池（燃料電池発電部）
１００ コントローラ（第１及び第２の放電手段、充電制御手段、制限手段）
１０２ ＤＣ／ＤＣコンバータ（制限手段）
１０４ ＤＣ／ＡＣインバータ（電力変換手段）
１２２ 蓄電池
１２４ 蓄電池部（第１の蓄電手段）
１２６ ＥＤＬＣ（電気二重層コンデンサ、第２の蓄電手段）
１２８ 蓄電池部（第２の蓄電手段）
１３０ 充電回路（第１の充電手段）
１３２ 放電回路（第１の蓄電手段）
１３４ 充電回路（第２の充電手段）
１３６ 放電回路（第２の蓄電手段）
Claims (3)
- 燃料の供給量に応じた電力を発電する燃料電池発電部と、
前記燃料電池発電部で発電された直流電力を外部負荷に応じて変換する電力変換手段と、
前記燃料電池発電部と前記電力変換手段の間に設けられて前記電力変換手段に入力される入力電流を前記燃料電池発電部から出力される出力電流に応じて制限する制限手段と、
蓄電池に電力を蓄積する第１の蓄電手段と、
電気二重層コンデンサに電力を蓄積する第２の蓄電手段と、
前記第１の蓄電手段に蓄積している電力を前記燃料電池発電部の発電電力と前記外部負荷の消費電力の変動に応じて、前記第２の蓄電手段に先だって前記燃料電池発電部で発電した電力と共に前記電力変換手段へ供給する第１の放電手段と、
前記第２の蓄電手段に蓄積している電力を前記燃料電池発電部の発電電力と前記外部負荷の消費電力の変動に応じて、前記燃料電池発電部で発電した電力と共に前記電力変換手段へ供給する第２の放電手段と、
を含むことを特徴とするハイブリッド燃料電池システム。 - 前記燃料電池発電部で発電された電力によって、前記第１の蓄電手段を充電する第１の充電手段と、
前記燃料電池発電部で発電された電力によって、前記第１の蓄電手段に先だって前記第２の蓄電手段を充電する第２の充電手段と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド燃料電池システム。 - 前記第１の充電手段と前記第２の充電手段と前記制限手段とが前記燃料電池発電部からの電力の供給が可能となっていると共に、前記第１の蓄電手段と前記第２の蓄電手段と前記制限手段とが前記電力変換手段への電力の供給が可能となっていることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド燃料電池システム。
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