CN100458263C - 燃料补给设备、燃料补给装置以及燃料补给方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的燃料补给设备(200),包括:燃料补给源(210),其用于向燃料电池汽车补给燃料;电力供给源(220),其用于向该燃料电池汽车供给电力;和控制器(230),其对从该设备(200)对燃料电池汽车的燃料补给以及电力供给进行控制。燃料补给路(211)的前端部和电力供给路(221)的前端部通过供给连接器(240)整体化,该供给连接器(240)连接在燃料电池汽车的燃料接受器(110)上,由此可以进行燃料的补给以及电力的供给。
Description
技术领域
本发明涉及补给燃料的燃料补给设备、从燃料补给设备接受燃料的补给的燃料补给装置、以及燃料补给方法。
背景技术
对于利用燃料电池输出的电能驱动的燃料电池汽车提出了各种方案。该燃料电池汽车,具有经由燃料软管等从燃料补给设备接受氢气等燃料的补给的结构。
但是,除了为了向燃料电池汽车补给燃料,而通过燃料软管的燃料补给连接器将燃料补给设备与燃料电池汽车连接之外,还需要为了交换表示燃料电池汽车的状态(燃料储藏用的箱的温度、压力等)的信号而通过电信号连接器进行连接。所以,以往为了补给燃料会使作业繁杂。
鉴于该情况,近年来,提出了将燃料补给连接器和电信号连接器整体化,使燃料补给设备和燃料电池汽车的连接作业简便的技术(例如,参照专利文献1)。
专利文献1:特开2003-104498号公报
发明内容
但是,在向燃料电池汽车补给燃料时,除了上述问题,由于燃料补给期间的电力消耗装置(例如,安装在该汽车上的照明装置、空调、温度调整机构等辅机)进行的电力消耗,还会有燃料补给后等时候电池没电的问题。例如,在燃料电池汽车上安装有储存从燃料补给设备供给的燃料的高压箱等,在燃料补给时有时通过温度调整机构控制箱的温度。该温度调整机构的电力消耗量较大,所以如果在燃料补给期间内继续使温度调整机构工作,则会产生电池没电、燃料补给后改汽车无法起动等问题。
本发明是鉴于以上所说明的情况而完成的,其目的在于提供一种可以提高燃料补给后等时候的移动体的动作稳定性的燃料补给设备等。
为了解决上述的问题,本发明的一个实施方式的移动体用的燃料补给装置,是包括储存所补给的燃料的燃料箱、和向安装在移动体上的电力消耗装置(例如,辅机)供给电力的电池的移动体用的燃料补给装置,其特征在于,还包括:燃料补给用的连接器,其用于接受从外部设备供给所述燃料箱的补给;和电力供给用的连接器,其用于接受从该外部设备至少向所述电池的电力的供给。
根据该结构,由于包括用于接受从燃料补给设备等外部设备向所述燃料箱供给燃料的补给的燃料补给用的连接器,和用于接受向电池的电力的供给的电力供给用的连接器,所以可以与燃料的补给相应地接受电力的供给。由此,即使在燃料补给时使电力消耗装置(例如,温度调整机构等辅机)工作,也不会产生电池没电等问题,可以提高燃料电池汽车的动作稳定性。
这里,移动体所安装的电力消耗装置,可以是移动体的动力产生装置(例如电动机等将电能转换为机械能的装置)、发热装置(例如加热器等将电能转换为热能的装置)、发光装置(例如灯)、发音装置(例如移动体用音频器材),也可以是将它们组合而成的复合装置。
另外,作为电力消耗装置的一例的移动体用辅机,是安装在移动体上的辅助性的装置,可以是与移动体的移动有关的装置(在车辆的情况下为例如转向装置、悬架、制动器等)的驱动装置、可以得到乘员室的舒适性的装置(例如空调、室内灯等)的驱动装置、提高驾驶操作性的装置(例如灯、刮雨器、控制盘的照明装置等)、辅助性地支持主要驱动装置(例如发动机、发电机、电动机、燃料电池)的驱动的装置(在内燃机的情况下例如为油泵或冷却泵,在燃料电池的情况下例如为压缩机、氢气泵、冷却泵),也可以解释为包括系统的各种传感器、控制装置(ECU)的装置。
对于上述的结构,优选方式为,能够同时从所述外部设备对所述移动体补给所述燃料和所述电力。
另外,对于上述的结构,优选方式为,包括将所述燃料补给用的连接器(connector)和所述电力供给用的连接器一体化而成的接受器(receptacle)。
另外,对于上述的结构,优选方式为,所述电力消耗装置(例如为辅机),是至少在所述燃料补给时接受电力的供给而工作的电力消耗装置(例如为辅机);在从所述外部设备经由所述接受器接受燃料的补给的同时,经由该接受器接受所述电力的供给。
另外,对于上述的结构,所述电力消耗装置(例如为辅机),也可以是所述燃料箱的温度调整机构。
另外,对于上述的结构,优选方式为,还包括检测所述电池的充电量、并根据检测结果对从所述外部设备对该电池的电力的供给进行控制的控制单元。
另外,对于上述的结构,优选方式为,所述控制单元,在检测出所述电池的充电量为设定的第1基准值或以下时,从所述外部设备向该电池供给电力。进而,对于上述的结构,所述电池,也可以是作为该移动体的行驶用的电力供给源而使用的高压电池。
另外,对于上述的结构,优选方式为,所述电池包括,作为该移动体的行驶用的电力供给源而使用的高压电池,和连接在所述高压电池上的、作为该移动体的辅机用的电力供给源(换言之,为连接在所述高压电池上的、辅机的电力供给源)而使用的低压电池;所述控制单元,在检测出所述低压电池的充电量为设定的第2基准值或以下时,从所述高压电池向所述低压电池供给电力。
另外,优选方式为,所述燃料是气体燃料;另外,优选方式为,所述燃料箱,是高压燃料箱或燃料吸藏合金箱。
进而,对于上述的结构,优选方式为,还包括用于在其与所述外部设备之间传递状态信号的状态信号线;所述接受器,除了所述燃料补给用的连接器以及所述电力供给用的连接器,还一体化有设置在所述状态信号线的前端部的电信号连接器。这里,优选为,所述状态信号,包括表示所述燃料箱的状态或所述电池的状态的信号。另外,优选为,在所述接受器上,设置有地线。
本发明的一个实施方式的移动体用的燃料补给设备,其特征在于,包括:燃料补给源;电力供给源;用于从所述燃料补给源向移动体补给燃料的燃料补给用的连接器;和用于从所述电力供给源向所述移动体供给电力的电力供给用的连接器。
对于上述的结构,优选方式为,包括将所述燃料补给用的连接器和所述电力供给用的连接器一体化而成的供给连接器。
对于上述的结构,优选方式为,还包括用于在其与所述移动体之间传递状态信号的状态信号线;所述供给连接器,除了所述燃料补给用的连接器以及所述电力供给用的连接器,还一体化有设置在所述状态信号线的前端部的电信号连接器。这里,优选为,所述状态信号,包括表示安装在所述移动体上的燃料箱的状态或安装在该移动体上的电池的状态的信号。另外,优选为,所述供给连接器上,设置有地线。
本发明的一个实施方式的燃料补给方法,其特征在于,从包括燃料补给源和电力供给源的外部设备,对于包括燃料箱、电力消耗装置和向该电力消耗装置供给电力的电池的移动体,同时从所述燃料补给源向所述燃料箱补给燃料、和从所述电力供给源向所述电池供给电力。
对于上述的结构,优选方式为,在所述电池的充电量为第1基准值或以下时,同时补给所述燃料和所述电力。
附图说明
图1是表示第1实施方式的燃料补给系统的结构的图;
图2是表示该实施方式的燃料补给设备的结构的图;
图3是表示该实施方式的燃料电池汽车的结构的图;
图4是表示该实施方式的冷却机构的结构的图;
图5是表示第2实施方式的燃料补给设备的结构的图;
图6是表示该实施方式的燃料电池汽车的结构的图。
具体实施方式
下面,参照附图对本发明的实施方式进行说明。
A.第1实施方式
图1是表示第1实施方式的燃料补给系统300的结构的图。燃料补给系统300,包括以氢气为燃料的燃料电池汽车100、和向该燃料电池汽车100供给燃料以及电力的燃料补给设备200。另外,在本实施方式中,举例表示以氢气为燃料而行驶的燃料电池汽车,但也可以应用于以乙醇等为燃料的燃料电池汽车。另外,不但可以应用于燃料电池汽车,也同样可以应用于混合动力车或汽油车(汽车)。即,本发明的燃料,可以是气体燃料(氢气、天然气),也可以是液体燃料(汽油、乙醇、轻油、液态氢)等。进而,在本实施方式中,作为燃料补给系统300的应用对象假设为车辆(移动体),但也可以应用于例如船舶、飞机等所有的移动体。
图2是表示燃料补给设备200的结构的图。燃料补给设备200,包括:燃料补给源210,其包括对作为燃料的氢气加压的高压泵(图示省略)等;电力供给源220,其用于在燃料补给时向燃料电池汽车100供给电力;和控制器230,其对从该设备200对燃料电池汽车100的燃料补给以及电力供给进行控制。
作为燃料的氢气从燃料补给源210经由燃料补给路211向燃料电池汽车100补给,另一方面电力从电力供给源220经由电力供给路221向燃料电池汽车100供给。如该图所示,燃料补给路211的前端部和电力供给路221的前端部通过供给连接器240整体化。换言之,在本实施方式中,燃料补给用的连接器和电力供给用的连接器通过供给连接器240整体化。由此,通过将燃料补给设备200的连接器240和设置在燃料电池汽车100上的燃料接受器(后面叙述),可以同时补给燃料和电力。另外,由于将燃料和电力同时从燃料补给设备200向燃料电池汽车(移动体)100补给,所以提高了燃料补给设备200的补给操作的操作性。
这里,在燃料补给路211上,设置有:流量控制阀211a,其控制对燃料电池汽车100的燃料补给时的流量;截流阀211a’,其在由控制器230控制之下,在燃料补给时设为“开”,在燃料补给后设为“关”;压力传感器211b,其检测燃料补给时的压力;和温度传感器211c,其检测燃料补给时的温度。另一方面,在电力供给路221上,设置有控制对燃料电池100的电力的供给的打开/关闭等。控制器230,基于例如检测供给连接器240的装卸状态的传感器的检测信号来进行开关221a的开闭控制等,由此控制电力供给。同样地,控制器230,基于该传感器的检测信号和压力传感器211b、温度传感器211c的检测信号来进行截流阀211a’等的开闭控制,由此控制燃料补给。
图3是表示燃料电池汽车100燃料补给装置(燃料装置)的结构的图。燃料接受器110,设置在配设在燃料电池汽车100的车体表面上的燃料导管(图示省略)的内部,燃料补给路111的前端部和电力供给路121的前端部通过燃料接受器110整体化。换言之,在本实施方式中,燃料补给用的连接器和电力供给用的连接器通过燃料接受器110整体化。从燃料补给设备200补给的燃料,从燃料接受器110经由燃料补给路111而储存在燃料箱130中;另一方面,从燃料补给设备200供给的电力,从燃料接受器110经由电力供给路121而被供给高压电池140。
燃料箱130,是高压储存从燃料补给设备200补给的燃料的箱。另外,在本实施方式中,作为燃料箱假设为高压氢气罐,但也可以应用氢气吸藏合金箱等。在从燃料接受器110到燃料箱130的燃料补给路111上,设置有电磁控制的截流阀111a和作为进入燃料箱130的入口的截止阀111b(stop valve)。另一方面,在燃料箱130上,设置有:检测其内部压力并输出压力信号的压力传感器130a;和检测其内部温度并输出温度信号的温度传感器130b,各信号被供给控制装置190。控制装置190,基于从各传感器供给的信号等进行截流阀111a和截止阀111b等的开闭控制。
高压电池140,起到作为行驶用的电力供给源的作用,经由逆变器150连接在电动发电机160上。作为高压电池140,可以采用例如镍氢电池、锂离子电池或者电容。在从燃料接受器110到高压电池140的电力供给路121上,设置有控制对高压电池140的电力供给的开关121a。控制装置190,基于从图未示的传感器传送过来的检测信号来检测供给连接器240是否连接在燃料接受器110上。控制装置(控制单元)190,在检测到连接器240连接在燃料接受器110上、可以进行燃料的补给以及电力的供给时,监视高压电池140的充电量(SOC),判断是否从燃料补给设备200接受电力的供给。
例如,在高压电池140的充电量(SOC)为预先设定的基准值V1(第1基准值)或以下时,控制装置190将开关121a打开,从而接受来自燃料补给设备200的电力的供给;另一方面,在高压电池140的充电量(SOC)超过基准值V1时,将开关121a关闭,从而切断来自燃料补给设备200的电力的供给。控制装置190,这样地控制对高压电池140的电力的供给。另外,关于向对于高压电池140的电力的供给量和基准值V1等,也可以根据用户的操作等进行适当变更。
电动发电机(电力消耗装置)160,通过从高压电池140供给的电力产生施加给驱动轮(图示省略)的驱动力。另外,电动发电机160,除了作为电动机(电机)的作用,还可具有作为发电机的作用。具体地说,在电动发电机160作为电动机而起作用时,积蓄于高压电池140的电力经由逆变器150而供给电动发电机160。此时的电动发电机160的驱动控制,通过逆变器150的控制来进行。另一方面,在电动发电机160作为发电机而起作用时,所发出的电力经由逆变器150而被输送给高压电池140。此时,通过对经由逆变器150而被输送给高压电池140的电力量进行调整,来调整电动发电机160的发电量。
另外,在高压电池140上,连接有作为电力转换器的直流/直流转换器170。该直流/直流转换器170,起到使高压电池140的输出电压下降、向所连接的低压电池180供给电力的作用。
低压电池180,起到作为在燃料补给等时候冷却燃料箱130的冷却机构(温度调整机构)510和空调520、各种传感器530等各辅机类(电力消耗装置)500的电力供给源的作用。控制装置190,监视低压电池180的充电量(SOC),同时调整从高压电池140向低压电池180的电力供给,并调整从低压电池180向各辅机类500的电力供给。如果对从高压电池140向低压电池180的电力供给详细叙述,控制装置190,例如在检测到供给连接器240连接在上述燃料接受器110上、可以进行燃料的补给以及电力的供给时,监视低压电池180的充电量(SOC),判断是否从高压电池140接受电力的供给。
例如,在低压电池180的充电量(SOC)为预先设定的基准值V2(<V1)(第2基准值)或以下时,控制装置190,以经由直流/直流转换器170从高压电池140向低压电池180供给电力的方式进行控制;另一方面,在低压电池180的充电量(SOC)超过基准值V2时,以不从高压电池140向低压电池180供给电力的方式进行控制。控制装置190,这样地控制从高压电池140向低压电池180的电力的供给。另外,关于对于低压电池180的电力的供给量和基准值V2等,与上述对高压电池140充电时相同,也可以根据用户的操作等进行适当变更。
图4是表示安装在燃料电池汽车100上的冷却机构(温度调整机构)510的结构的图。
众所周知,在向燃料箱130补给(填充)氢气时,会产生热量。为了将该在向燃料箱130补给氢气时产生的热量排出,在本实施方式中,在燃料电池汽车100上安装有如图4所示的冷却机构510。
冷却机构510,包括:空气压缩机511,其用于向燃料电池的阴极输送空气;三通阀512;冷凝器513;和压缩器514。空气压缩机511,从高压电池140接受电力供给从而向燃料电池供给空气;另一方面,三通阀512将从空气压缩机511排出的空气的供给目的地在燃料电池侧和冷凝器侧之间切换。在冷却燃料箱130时,该三通阀512切换到冷凝器侧。在本实施方式中,通过利用该被切换到冷凝器侧的空气的压力而在冷凝器513中压缩制冷剂,并通过图未示的蒸发器使其蒸发,由此实现制冷剂的温度降低。通过采用该结构,可以减小用于使制冷剂循环的压缩器514等的体形。另外,虽然举例表示该结构,但采用什么样的冷却机构可以根据燃料电池汽车100的设计等适当变更。
上面,作为在燃料补给时动作的辅机类500的例子,列举了冷却机构510,但空调520、传感器530等也同样。如果详细叙述,则在燃料补给需要时间时,如果将空调520关闭,则车内的温度上升,所以为了将车内保持为舒适的温度,必须使空调520动作。另外,为了把握燃料供给时的燃料箱130的温度和压力、各种电池的状态,必须使用于检测这些状态的各种传感器530动作。
这样,在燃料补给时,必须使各种各样的辅机类500动作,根据本实施方式的燃料补给系统300,在从燃料补给设备200向燃料电池汽车100补给燃料时,不但供给燃料,还供给电力,所以可以提高燃料补给后等的燃料电池汽车100的动作稳定性。换言之,由于在燃料补给时使上述辅机类500动作,所以可以将电池没电、燃料补给后无法起动等问题防患于未然。另外,在上述例子中,假设了燃料的补给与电力的供给大致同时进行的情况,但也可以错开时间(定时)进行燃料的补给与电力的供给。另外,作为对各辅机类500的电力供给源,也可以代替低压电池180而是用高压电池140。
B.第2实施方式
图5是表示第2实施方式的燃料补给设备200’的结构的图,图6是表示第2实施方式的燃料电池汽车100’的燃料补给装置(燃料装置)的结构的图。另外,对于图5所示的燃料补给设备200’以及图6所示的燃料电池汽车100’,对各个与图2所示的燃料补给设备200以及图3所示的燃料电池汽车100相对应的部分赋予相同标号,省略详细的说明。
在燃料补给设备200’上,设置有用于在其与燃料电池汽车100之间交换状态信号的状态信号线21。该状态信号线21的一端连接在控制器230上,另一端(状态信号线21的前端部)连接在供给连接器240上。换言之,在本实施方式中,燃料补给用连接器、电力供给用的连接器和状态信号用连接器通过供给连接器240整体化。
另一方面,在燃料电池汽车100’上,设置有用于在其与燃料补给设备200’之间交换状态信号的状态信号线11。该状态信号线11的一端连接在控制装置190上,另一端(状态信号线11的前端部)连接在燃料接受器110上。换言之,在本实施方式中,燃料补给用连接器、电力供给用的连接器和状态信号用连接器通过燃料接受器110整体化。另外,作为状态信号,例如有表示燃料箱130的温度、压力的信号,表示高压电池140、低压电池180的充电量(SOC)等的信号,表示辅机类500的动作状态的信号等,但在其与燃料补给设备200’之间交换什么样的信号,可以适当变更。
在该结构中,在燃料补给设备200’的供给连接器240连接在燃料电池汽车100’的燃料接受器110上时,燃料供给路111、211以及电力供给路121、221的连接确立,同时,状态信号线11、21的连接确立。燃料补给设备200’的控制器230,基于表示例如经由状态信号线21供给的燃料电池汽车100’的燃料箱130的温度和压力、高压电池140和低压电池180的充电量、辅机类500的动作状态等的状态信号,来确定燃料和电力的补给量和补给定时,根据确定内容开始燃料的补给和电力的供给。
这样,也可以通过在燃料补给设备200’和燃料电池汽车100’之间交换状态信号,来控制燃料和电力的补给量和补给定时。另外,在上述例子中,对于在燃料补给设备200’以及燃料电池汽车100’上分别仅设置状态信号线11、21的情况进行了说明,但也可以在其上设置地线12、22(参照图5以及图6)。由此,可以在燃料补给时实现可靠的接地。
C.其他
以上所说明的各实施方式的燃料补给设备200、200’的控制器230和燃料电池汽车100、100’的控制装置190的各功能,通过由CPU(或DSP)执行储存在存储器中的程序来实现,所以对于该程序,可以储存在CD-ROM等储存介质中来颁布,也可以通过互联网等通信网络来颁布。
产业上的实用性
本发明在能够提高燃料补给后等的移动体的动作稳定性方面是有效的,可以广泛地应用于具有这种要求的燃料补给设备以及燃料补给装置。
Claims (19)
1.一种移动体用的燃料补给装置,该移动体包括:储存所补给的燃料的燃料箱;和向产生移动体的驱动力的电动机供给电力的第1电池;所述燃料补给装置包括:燃料补给用的连接器,其用于接受从外部设备向所述燃料箱的燃料补给;和电力供给用的连接器,其用于接受从所述外部设备至少向所述第1电池的电力的供给;其特征在于:
所述移动体还包括:电力供给装置,该电力供给装置向被安装在移动体上的工作的电力消耗装置供给电力;
能够在使用所述燃料补给用的连接器和所述电力供给用的连接器同时进行向所述燃料箱的燃料供给和向所述第1电池的电力供给时,同时进行通过所述第1电池向所述电力供给装置的电力供给。
2.如权利要求1所述的移动体用的燃料补给装置,其特征在于,所述电力供给装置包括:输出电压比所述第1电池低的第2电池,和将来自所述第1电池的输出电压降压以供给所述第2电池的电力转换装置。
3.如权利要求1或2所述的移动体用的燃料补给装置,其特征在于,所述燃料补给用的连接器和所述电力供给用的连接器一体化地形成。
4.如权利要求1或2所述的移动体用的燃料补给装置,其特征在于,所述电力消耗装置是所述燃料箱的温度调整机构。
5.如权利要求1或2所述的移动体用的燃料补给装置,其特征在于,还包括检测所述第1电池的充电量、并根据检测结果对从所述外部设备对该第1电池的电力的供给进行控制的控制单元。
6.如权利要求5所述的移动体用的燃料补给装置,其特征在于,所述控制单元,在检测出所述第1电池的充电量为设定的第1基准值或以下时,从所述外部设备向该第1电池供给电力。
7.如权利要求5所述的移动体用的燃料补给装置,其特征在于:
所述控制单元,在检测出所述电力供给装置中所包括的、输出电压比所述第1电池低的第2电池的充电量为设定的第2基准值或以下时,从所述第1电池向所述第2电池供给电力。
8.如权利要求1或2所述的移动体用的燃料补给装置,其特征在于,所述燃料是气体燃料。
9.如权利要求1或2所述的移动体用的燃料补给装置,其特征在于,所述燃料箱是高压燃料箱或燃料吸藏合金箱。
10.如权利要求3所述的移动体用的燃料补给装置,其特征在于:
还包括用于在其与所述外部设备之间传递状态信号的状态信号线;
所述燃料供给用的连接器、所述电力供给用的连接器和设置在所述状态信号线的前端部的电信号连接器一体化地形成。
11.如权利要求10所述的移动体用的燃料补给装置,其特征在于,所述状态信号包括表示所述燃料箱的状态或所述电池的状态的信号。
12.如权利要求10所述的移动体用的燃料补给装置,其特征在于,在所述一体化的连接器上,设置有地线。
13.一种移动体用的燃料补给设备,该燃料补给设备对移动体补给燃料,所述移动体包括:储存所补给的燃料的燃料箱、向产生驱动力的电动机供给电力的第1电池;
所述燃料补给设备包括:燃料补给源;电力供给源;用于从所述燃料补给源向移动体补给燃料的燃料补给用的连接器;和用于从所述电力供给源向所述移动体供给电力的电力供给用的连接器;
其特征在于:
所述移动体还包括:电力供给装置,该电力供给装置向被安装在移动体上的工作的电力消耗装置供给电力;并且
能够在使用所述燃料补给用的连接器和所述电力供给用的连接器同时进行向所述燃料箱的燃料供给和向所述第1电池的电力供给时,同时进行通过所述第1电池向所述电力供给装置的电力供给。
14.如权利要求13所述的移动体用的燃料补给设备,其特征在于,所述燃料补给用的连接器和所述电力供给用的连接器一体化地形成。
15.如权利要求14所述的移动体用的燃料补给设备,其特征在于:
还包括用于在其与所述移动体之间传递状态信号的状态信号线;
所述燃料供给用的连接器、所述电力供给用的连接器和设置在所述状态信号线的前端部的电信号连接器一体化地形成。
16.如权利要求15所述的移动体用的燃料补给设备,其特征在于,所述状态信号,包括表示安装在所述移动体上的燃料箱的状态或安装在该移动体上的电池的状态的信号。
17.如权利要求15或16所述的移动体用的燃料补给设备,其特征在于,在所述一体化的连接器上,设置有地线。
18.一种燃料补给方法,从包括燃料补给源和电力供给源的外部设备对移动体补给燃料,所述移动体包括燃料箱、向产生驱动力的电动机供给电力的第1电池、被安装在移动体上而工作的电力消耗装置,其特征在于,
所述移动体还包括:向所述电力消耗装置供给电力的电力供给装置;
在同时进行向所述燃料箱的燃料供给和向所述第1电池的电力供给时,同时进行通过所述第1电池向所述电力供给装置的电力供给。
19.如权利要求18所述的燃料补给方法,其特征在于,在所述第1电池的充电量为第1基准值或以下时,同时补给所述燃料和所述电力。
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