JP2013198286A - 電動車両 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ECU120の接続判定手段1204が燃料電池自動車100とインバータ装置200とが電気的に接続していない状態であると判定した場合であっても、インターロック状態である場合、インターロック状態を解除しない。
【選択図】図3
Description
また、特許文献1には、充電機能や発電機能を実行する場合、車両の変速段セクレターがパーキング・レンジにあり、ドアが閉じられ、そして、パーキング・ブレーキが効いていることを動作条件としている。これにより、外部負荷への給電中に車両が移動することを防止している。
請求項1に係る発明は、電力を供給する電源(例えば、実施形態の燃料電池101、高圧バッテリ110)と、前記電源から供給される電力により駆動する走行モータ(例えば、実施形態の駆動モータ102)と、前記走行モータを搭載する車両を起動させる操作を受け付ける操作部(例えば、実施形態のイグニッションキー)と、前記車両を制御する車両側制御装置(例えば、実施形態のECU120)と、前記電源から供給される電力をインバータ装置(例えば、実施形態のインバータ装置200)を介して前記車両の外部負荷(例えば、実施形態の外部負荷300)に供給する外部給電回路(例えば、実施形態の外部給電回路600)と、前記電源と前記インバータ装置とを電気的に接続する外部接続部(例えば、実施形態のコネクタ部251と給電口152)と、を備え、前記車両側制御装置は、前記電源と前記インバータ装置とが電気的に接続しているか否かを判定する接続判定手段(例えば、実施形態の接続判定手段1204)と、前記操作部を介して前記車両を起動させる操作を受け付け、かつ、前記電源と前記インバータ装置とが電気的に接続していることを前記接続判定手段が判定した場合、前記車両の走行を禁止するインターロック制御を実行するインターロック制御手段(例えば、実施形態のインターロック制御手段1205)と、前記インターロック制御が実行されているインターロック状態であって、前記操作部を介して起動された前記車両の制御を終了させる操作を受け付けた場合、前記インターロック状態を解除するインターロック解除手段(例えば、実施形態のインターロック解除手段1206)と、を備える電動車両である。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
(燃料電池自動車)
図1は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムに利用される燃料電池自動車100の上面説明図である。本実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池自動車100側に設けられた燃料電池101によって発電された発電電力を、インバータ装置200を介して、外部負荷300に供給するシステムである。
図1は、燃料電池自動車100の上面説明図である。
図1に示す通り、本実施形態に係る燃料電池自動車100は、水素と酸素の電気化学反応によって発電を行う燃料電池スタック(FC:Fuel Cell)101(以下、「燃料電池101」という)を搭載するもので、燃料電池101により生じた電力で駆動モータ102を駆動して走行する。
燃料電池自動車100とインバータ装置200とは、燃料電池自動車100の給電口152にインバータ装置200が電気的に接続されることにより、燃料電池101の直流電力を、交流電力に変換して外部の交流機器(外部負荷300)に供給する燃料電池システムを構成する。なお、燃料電池システムの詳細については後述する。
車体前後方向中間部に、燃料電池101と、燃料電池101の補機類109とが支持されている。なお、燃料電池101のための補機類109とは、レギュレータやエゼクタなどの水素供給補機および加湿器や希釈ボックスなどの空気排出補機である。
車体後部に、燃料電池自動車100の減速時等に駆動モータ102からの回生電力を蓄電等するための高圧バッテリ110と、燃料電池101に水素を供給するための水素タンク111とが主に支持されている。
DC/DCコンバータ116は、車両の走行状況や、燃料電池101の電力量、高圧バッテリ110の電力量等に応じて、PDU112、燃料電池101および高圧バッテリ110間の電圧調整を行っている。
インバータ装置200は、内部にトランジスタやFET等のスイッチング素子を備えており、燃料電池101から供給される直流電力を交流電力に変換する。
図2に示すように、インバータ装置200は、燃料電池自動車100と別体に設けられており、燃料電池自動車100とは別に移動可能なように形成されている。インバータ装置200は、略ボックス形状をしており、トランクルーム151内の底部153に形成されたインバータ設置スペース154に配置可能な大きさに形成されている。
接続ケーブル253の先端部には、コネクタ部251が形成されている。コネクタ部251は、トランクルーム151内の給電口152と嵌合可能に形成されている。
これにより、インバータ装置200は、燃料電池自動車100に搭載される給電用コンタクタ119や高圧ケーブル118a,118b等を介して、燃料電池101と電気的に接続される。
図3に示す通り、燃料電池システム1は、制御装置400と、電源回路500と、外部給電回路600とを備える。
この制御装置400は、燃料電池自動車100に搭載されているECU(車両側制御装置)120と、インバータ装置200に搭載されている外部給電側制御装置201とを含む。このECU120と外部給電側制御装置201とは、互いに接続されることで、信号の送受信を行う通信手段をそれぞれ備える。
また、ECU120は、例えば、エアポンプ用インバータの電力変換動作や反応ガスの流路に設けられた各種バルブの開閉や電圧調整器の電圧調整動作などを制御することによって、燃料電池101への反応ガスの供給および燃料電池101の発電量を制御する。
さらに、ECU120は、例えば、各種のセンサやスイッチなどから出力される信号、さらに、インバータ装置200から出力される信号などに基づき、高圧バッテリ110を含む高圧電装系の監視および保護などの制御を行なう。
例えば、ECU120は、イグニッションスイッチおよびパワースイッチなどの各指令信号と、速度センサおよびアクセルペダル開度センサおよびブレーキペダルスイッチなどの各検出信号とに基づき、燃料電池自動車100の運転状態を制御する。
イグニッションスイッチは、運転者の操作に応じて燃料電池自動車100の起動および停止を指示する指令信号(IG−ON、IG−OFF)を出力する。また、パワースイッチは、運転者の操作に応じて燃料電池101の起動(例えば、エアポンプ104の起動など)を指示する指令信号(POWER SW)を出力する。言い換えると、ECU120は、イグニッションスイッチからイグニッションキーがONの位置に位置されていることを示す信号を入力した場合、車両を起動させる操作を受け付けたことを判定する。また、パワースイッチがONされた場合、ECU120は、発電開始を指示する操作を受け付けたことを判定する。
速度センサは、燃料電池自動車100の速度を検出する。アクセルペダル開度センサは、運転者によるアクセルペダルの踏み込みに応じたアクセルペダルのストローク量(アクセル開度)を検出する。ブレーキペダルスイッチは、運転者によるブレーキペダルの操作有無を検出する。
また、ECU120には、各種のセンサやスイッチなどとともに、燃料電池自動車100の各種の状態を表示する計器類からなるメータが接続されている。
さらに、ECU120は、後述するように、燃料電池自動車100に接続されたインバータ装置200への給電およびインバータ装置200の電力変換動作を制御するとともに、インバータ装置200の異常有無を検知する。
このECU120は、例えば、発電手段1201と、判定手段1202と、許可手段1203と、接続判定手段1204と、インターロック制御手段1205と、インターロック解除手段1206とを備える。
発電手段1201は、外部負荷300への給電を要求する給電要求に基づき、エアポンプ104を駆動して燃料電池101を発電させる制御手段である。例えば、ユーザによって、イグニッションキーがONにされた状態で、パワースイッチが押下された場合に、インバータ装置200が接続されていれば、ECU120は、外部負荷300への給電を要求する給電要求があったと判定する。なお、ECU120は、これに限られず、例えば、高圧バッテリ110に充電されている蓄電電力の残容量(SOC)が予め決められた閾値未満であって、外部負荷300への給電を要求する給電要求があった場合に、燃料電池101を発電するように制御するものであってもよい。また、蓄電電力の残容量(SOC)が予め決められた閾値以上であった場合、外部負荷300への給電を要求する給電要求があったとしても、燃料電池101を発電させないで、高圧バッテリ110から給電するものであってもよい。
しかしながら、本願発明の構成はこれに限定されることなく、例えば、判定手段1202は、燃料電池101から発電される発電電力の電力量あるいは電圧値の検出結果や、高圧バッテリ110に蓄電されている蓄電電力の電力量や電圧値(バッテリ残量:SOC(State Of Charge))に基づき、少なくともエアポンプ104を動作させることが可能な程度の電力が発電されているか否かを判定するものであってもよい。
さらに、判定手段1202は、燃料電池101に反応ガスを供給したときからの経過時間を計時し、予め決められた所定時間が供給開始から経過したか否かを判定し、供給開始から所定時間が経過した場合、燃料電池101が発電したことを判定するものであってもよい。
また、判定手段1202は、起動時に燃料電池101を電源とした閉回路が形成されている場合、出力電流値が所定閾値以上となったか否かを判定し、出力電流値が所定閾値以上となった場合、燃料電池101が発電したことを判定するものであってもよい。
さらに、判定手段1202は、DC/DCコンバータ116の昇圧率の変化に基づき、燃料電池101が発電したことを判定するものであってもよい。
また、許可手段1203は、高圧バッテリ110の充電電力を外部負荷300に出力する場合、給電用コンタクタ119H,119Lおよびプリチャージコンタクタ119Pを接続させる。言い換えると、許可手段1203は、給電用コンタクタ119H,119Lおよびプリチャージコンタクタ119Pに対して、接続を指示するコマンド(接続指令)を出力する。具体的に説明すると、許可手段1203は、先に給電用コンタクタ119Lおよびプリチャージコンタクタ119Pを接続して例えば外部給電回路600内の平滑コンデンサ206にプリチャージがされた後、給電用コンタクタ119H,119Lを接続させる。なお、許可手段1203は、プリチャージ後、プリチャージコンタクタ119Pの接続を遮断(切断)する。
具体的に言い換えると、インターロック制御手段1205は、一度、ユーザがイグニッションキーをイグニッションONの位置に位置した状態において、嵌合信号が外部給電側制御装置201から入力されている間は、インターロック制御を実行する。
なお、インターロック制御が実行されている状態をインターロック状態という。このインターロック状態では、インターロック解除手段1206によって解除されない限り、インターロック制御により走行を禁止する制御状態が維持される。
また、インターロック制御手段1205は、インターロック制御を実行した場合、ECU120が内蔵する記憶領域に、インターロック状態であるか否かを示すインターロックフラグ=「1」を書き込む。
(インターロック制御1)
シフトポジションが「P(パーキング;停車状態)」である場合、インターロック制御手段1205は、このシフトポジションを固定するよう指示するコマンド(Pポジション固定指令)を、シフトポジションを制御する所定の制御部に出力する。
(インターロック制御2)
また、インターロック制御手段1205は、駆動モータ102を制御するトルク指令値をゼロトルクに設定する。
(インターロック制御3)
さらに、シフトポジションは「P」以外に設定されている場合、インターロック制御手段1205は、シフトポジションを「P」に変更する。
つまり、インターロック制御手段1205は、外部給電側制御装置201から嵌合信号を1回入力しただけでは、インターロック制御を実行しない。あるいは、接続判定手段1204が、嵌合信号を1回入力しただけでは、燃料電池自動車100とインバータ装置200とが電気的に接続していると判定しないものであってもよい。これにより、嵌合信号が誤検出あるいは誤入力された場合であっても、インターロック制御手段1205が誤ってインターロック制御を実行することを防止できる。あるいは、嵌合信号が誤検出あるいは誤入力された場合であっても、接続判定手段1204による燃料電池自動車100とインバータ装置200との接続状態の判定精度を高めることができる。
また、本発明はこれに限られず、例えば、接続判定手段1204によって燃料電池自動車100とインバータ装置200とが電気的に接続していると判定された場合、インターロック制御手段1205が、判定されたときから予め決められた待ち時間が経過したか否かを判定するものであってもよい。待ち時間が経過した場合、インターロック制御を実行する。
具体的に説明すると、インターロック制御手段1205が、嵌合信号が入力された時刻(つまり、接続判定手段1204が燃料電池自動車100とインバータ装置200とは電気的に接続したと判定した時刻)から予め決められた待ち時間が経過したか否かを判定する。なお、この予め決められた待ち時間とは、嵌合信号に基づきインターロックを実施すると判定するまでの猶予時間である。この待ち時間の長さは、任意に設定可能であり、嵌合信号の誤認識によってインターロックが誤動作することを防止することができる程度の長さに設定されることが好ましい。
具体的に言い換えると、接続判定手段1204によって燃料電池自動車100とインバータ装置200とが電気的に接続していないことが判定された場合であっても、インターロック解除手段1206は、インターロック状態を解除しない。
また、インターロック解除手段1206は、インターロック状態を解除した場合、ECU120が内蔵する記憶領域に、インターロック状態であるか否かを示すインターロックフラグ=「0」を書き込む。
また、外部出力停止要求は、インバータ装置200から外部負荷300への電力の出力の停止を要求するコマンドである。ECU120は、外部出力停止要求を入力した場合、例えば、給電用コンタクタ119の接続を遮断(切断)し、インバータ装置200への電力の出力を停止させる。
この外部給電側制御装置201は、実行手段2010を備える。この実行手段2010は、ECU120の許可手段1203から外部負荷300への給電を許可するインバータ出力許可信号を入力した場合、外部負荷300への給電を実行する。具体的に説明すると、実行手段2010は、DC/ACインバータ202,203,204に対して、接続された外部負荷300への給電を開始するよう制御する。
このバッテリコンタクタ113は、+(プラス)電極側の高圧ケーブルに接続されるバッテリコンタクタ113Hと、−(マイナス)電極側の高圧ケーブルに接続されるバッテリコンタクタ113Lとを含む。また、バッテリコンタクタ113は、バッテリコンタクタ113Hをバイパスするプリチャージコンタクタ113Pとプリチャージ抵抗器113Rとを備える。このプリチャージコンタクタ113Pとプリチャージ抵抗器113Rとは、直列に接続されるとともに、バッテリコンタクタ113Hに対しては並列に接続される。
また、高圧バッテリ110の入出力側には、高圧バッテリ110の入出力側の電圧(バッテリ電圧)を計測する電圧計125が接続されている。この電圧計125が計測した電圧値は、ECU120に出力される。
平滑コンデンサ135は、バッテリコンタクタ113と燃料電池101との間に接続されている。
DC/ACインバータ202,203,204は、高圧ケーブルを介して入力側が給電用コンタクタ119と、出力側が交流電力出力部258と、それぞれ接続されている。このDC/ACインバータ202,203,204は、入力する直流電力を交流電力に変換して外部負荷300に供給する。
この給電用コンタクタ119は、+(プラス)電極側の高圧ケーブルに接続される給電用コンタクタ119Hと、−(マイナス)電極側の高圧ケーブルに接続される給電用コンタクタ119Lとを含む。また、給電用コンタクタ119には、給電用コンタクタ119Hをバイパスするプリチャージコンタクタ119Pとプリチャージ抵抗器119Rとが接続されている。このプリチャージコンタクタ119Pとプリチャージ抵抗器119Rとは、直列に接続されるとともに、給電用コンタクタ119Hに対しては並列に接続される。
また、DC/ACインバータ202,203,204の入力側には、DC/ACインバータ202,203,204の入力側の電圧(インバータ入力電圧)を計測する電圧計205が接続されている。この電圧計205が計測した電圧値は、外部給電側制御装置201に出力される。
平滑コンデンサ206は、給電用コンタクタ119とDC/ACインバータ202,203,204との間に接続されている。
図4に示す通り、燃料電池101と高圧バッテリ110とは、DC/DCコンバータ(電圧変換器)116を介して高圧ケーブルで接続されている。このDC/DCコンバータ116は、図3のVCUに相当する構成である。この高圧バッテリ110とDC/DCコンバータ116を電気的に接続する高圧ケーブルには、バッテリコンタクタ113が接続されている。
また、高圧バッテリ110とインバータ装置200とは、給電用コンタクタ119とバッテリコンタクタ113を介して高圧ケーブルで接続されている。
この12Vバッテリ126は、ダウンバータ127を介して、DC/DCコンバータ116と高圧バッテリ110とを接続する高圧ケーブルと接続されている。本実施形態において、12Vバッテリ126は、ダウンバータ127によって高圧バッテリ110あるいはDC/DCコンバータ116を介して燃料電池101から供給される電力の電圧を落として、12Vバッテリ126に供給する。
エアポンプ104は、燃料電池101とDC/DCコンバータ116とを接続する高圧ケーブルと接続されている。このエアポンプ104は、ECU120によって駆動され、制御される回転数で回転し、燃料電池101の用いる反応ガスを供給する反応ガス供給手段である。
なお、図5に示すフローチャートは、ECU120による処理内容の一工程を示すものである。よって、ECU120は、図5に示すフローチャートのSTARTからENDまでの一工程が終了すると、図6に示すフローチャートのSTARTからENDまでの一工程を実行する。そして、この図5、6に示すフローチャートの処理フローを繰り返し実行する。
(ステップST101)
ECU120は、イグニッションキーがイグニッションONの位置に位置しているか、あるいは、イグニッションOFFの位置に位置しているかを判定する。
例えば、ユーザが燃料電池自動車100の所定の位置にイグニッションキーを差し込み、一段階回して、イグニッションONの位置にイグニッションンキーを位置させる。これにより、イグニッションキーがイグニッションONの位置であることを示す操作信号が、ECU120に入力される。言い換えると、ECU120は、燃料電池自動車100を起動させる操作を受け付ける。
ECU120は、イグニッションキーがイグニッションONの位置に位置していると判定した場合、12Vバッテリからの電力に基づき、起動する。
(ステップST102)
次いで、ECU120の接続判定手段1204は、外部給電側制御装置201から嵌合信号を入力したか否かを判定する。つまり、ECU120の接続判定手段1204は、燃料電池自動車100とインバータ装置200とが電気的に接続された状態であるか否かを判定する。
(ステップST103)
接続判定手段1204が燃料電池自動車100とインバータ装置200とは電気的に接続されていないと判定した場合、ECU120は、内蔵する記憶領域を参照して、インターロック状態であるか否かを示すインターロックフラグが、「1」であるか否かを判定する。
インターロックフラグ=「0」である場合、すなわち、インターロック状態でない場合、インターロック制御手段1205は、インターロック制御を実行しない。
あるいは、ステップST101において、イグニッションキーがイグニッションOFFの位置に位置していると判定された場合、インターロック解除手段1206は、インターロック制御を解除する。例えば、ユーザがイグニッションONの位置に位置されているイグニッションンキーを、イグニッションOFFの位置に位置させたとする。これにより、イグニッションキーがイグニッションOFFの位置であることを示す操作信号が、ECU120のインターロック解除手段1206に入力される。これにより、インターロック解除手段1206は、インターロック状態を解除する。
(ステップST105)
そして、インターロック解除手段1206は、ECU120が内蔵する記憶領域に、インターロック状態でないことを示すインターロックフラグ「0」を書き込む。
一方、ステップST102において、接続判定手段1204が燃料電池自動車100とインバータ装置200とは電気的に接続していると判定した場合、ECU120のインターロック制御手段1205は、燃料電池自動車100とインバータ装置200とが電気的に接続していると判定した回数(嵌合判定回数)が閾値以上であるか否かを判定する。例えば、インターロック制御手段1205は、ECU120に内蔵されている記憶領域を参照して、ECU120が起動してから外部給電側制御装置201から嵌合信号を受信した回数が閾値以上であるか否かを判定する。
嵌合判定回数が閾値未満であると判定した場合、インターロック制御手段1205は、インターロック制御を実行することなく、嵌合判定回数を加算する。そして、ステップST104に移行する。
一方、嵌合判定回数が閾値以上である場合、インターロック制御手段1205は、燃料電池自動車100が走行中であるか否かを判定する。例えば、インターロック制御手段1205は、燃料電池自動車100の走行スピード(車速)が予め決められた所定値(例えば、0km/時)よりも大きいか否かを判定する。
(ステップST109)
燃料電池自動車100の走行スピード(車速)が0km/時以下である場合、つまり、燃料電池自動車100が停車している場合、インターロック制御手段1205は、インターロック制御を実行する。
(ステップST110)
そして、インターロック制御手段1205は、ECU120が内蔵する記憶領域に、インターロック状態であることを示すインターロックフラグ「1」を書き込む。
一方、ステップST108において、燃料電池自動車100の走行スピード(車速)が0km/時よりも大きい場合、つまり、燃料電池自動車100が走行中である場合、インターロック制御手段1205は、インターロック制御を実行しない。これにより、走行中にインターロック制御が実行され、燃料電池自動車100が急停車するという不都合を防止することができる。
(ステップST112)
そして、インターロック制御手段1205は、ECU120が内蔵する記憶領域に、インターロック状態でないことを示すインターロックフラグ「0」を書き込む。
なお、図6に示すフローチャートは、ECU120による処理内容の一工程を示すものである。よって、ECU120は、図6に示すフローチャートのSTARTからENDまでの一工程が終了すると、再度STARTからの処理を実行し、このフローチャートの処理フローを繰り返し実行する。
例えば、ユーザが燃料電池自動車100の所定の位置にイグニッションキーを差し込み、回して、イグニッションONの位置にイグニッションンキーを位置させる。これにより、イグニッションキーがイグニッションONの位置であることを示す操作信号が、ECU120に入力される。
そして、ECU120は、12Vバッテリからの電力に基づき、起動する。
なお、バッテリコンタクタ113は、このタイミングでECU120により接続される。
(ステップST2)
次いで、ECU120は、外部給電側制御装置201から嵌合信号を入力したか否かを判定する。つまり、ECU120は、燃料電池自動車100とインバータ装置200とが電気的に接続された状態であるか否かを判定する。
(ステップST3)
嵌合信号が入力していないと判定した場合、ECU120は、ユーザがパワースイッチを押下したか否かを判定する。ユーザがパワースイッチを押下した場合、発電制御を指示する操作信号が、ECU120に入力される。
そして、ECU120の発電手段1201は、燃料電池101に対して発電開始を指示する。具体的に説明すると、ECU120の発電手段1201は、空気を燃料電池自動車100に供給するようにエアポンプ104を制御する。これに伴って、水素タンク111内の水素ガスも燃料電池101に供給される。
(ステップST5)
この場合、ECU120は、給電用コンタクタ119に対して、コンタクタの接続を指示するコマンドは出力しない。よって、燃料電池自動車100によって発電された発電電力は、インバータ装置200には出力されない。
これにより、イグニッションキーがイグニッションONの位置にある状態で、パワースイッチが押下された場合であっても、嵌合信号が入力されていなければ、すなわち、燃料電池自動車100とインバータ装置200とが電気的に接続されていなければ、ECU120の発電手段1201は、発電を開始するものの、給電用コンタクタ119を接続しない。よって、燃料電池自動車100からインバータ装置200に対して電力が供給されることを確実に防止することができる。
例えば、イグニッションキーがイグニッションONの位置にある状態で、パワースイッチが押下された場合、嵌合信号が入力されていればステップST7以降に進み、インバータ装置200に電力が供給される場合がある。このような状態であっても、嵌合信号を入力しなくなった場合、例えば、インバータ装置200のコネクタ部251が外れ、燃料電池自動車100とインバータ装置200とが電気的に接続していない場合、ECU120の発電手段1201は、発電制御はするものの、給電用コンタクタ119の接続を遮断(切断)する。これにより、燃料電池自動車100からインバータ装置200に対して電力が供給されることを確実に防止することができる。
一方、ステップST3において、イグニッションキーがイグニッションONの位置にあって、嵌合信号が入力していない状態で、パワースイッチが押下されなかった場合、発電制御を指示する操作信号が入力されていない状態であるため、ECU120の発電手段1201は、燃料電池自動車100に対して発電制御を実行しない。この場合、ステップST5に移行し、給電用コンタクタ119を接続しない。
また、ステップST2において、嵌合信号を入力したと判定した場合、ECU120は、インターロック制御を実行する。具体的説明すると、ECU120は、シフトポジションが“P(パーキング;停車状態)”である場合、このシフトポジションを固定するよう指示するコマンド(Pポジション固定指令)を、シフトポジションを制御する所定の制御部に出力する。また、ECU120は、駆動モータ102を制御するトルク指令値をゼロトルクに設定する。なお、シフトポジションは「P」以外に設定されている場合、ECU120は、シフトポジションを「P」に変更する制御を実行してもよい。
このように、ECU120がインターロック制御を実行することにより、燃料電池自動車100の走行が禁止されている状態を、以下、インターロック状態という。
次いで、ECU120は、ユーザがパワースイッチを押下したか否かを判定する。
ユーザがパワースイッチを押下しない場合、ステップST6に移行して、ECU120の発電手段1201は、燃料電池自動車100に対して発電制御を実行しない。
(ステップST9)
一方、ユーザがパワースイッチを押下した場合、ECU120の判定手段1202は、燃料電池101の発電状態(FC発電状態)が、少なくともエアポンプ104への電力供給(最低動作電圧)ができる状態か否かを判定する。
燃料電池101の発電状態(FC発電状態)が少なくともエアポンプ104への電力供給ができる状態であると判定した場合、ECU120は、給電用コンタクタ119が接続しているか否かを判定する。
そして、給電用コンタクタ119が接続していない場合、ECU120は、給電用コンタクタ119が溶着しているか否かを判定する。このECU120は、例えば、電圧計205によって検出されたインバータ入力電圧に基づき、給電用コンタクタ119の溶着を判定することができる。なお、インバータ入力電圧を示す情報は、外部給電側制御装置201によって取得され、ECU120に出力される。なお、本発明はこれに限られず、ECU120は、他の溶着検知方法を利用してもよい。
給電用コンタクタ119が溶着していないと判定した場合、給電用コンタクタ119が正常であると判定し、ステップST13に移行する。
一方、給電用コンタクタ119が溶着していると判定した場合、給電用コンタクタ119が正常でないと判定し、ステップST14に移行する。
給電用コンタクタ119が溶着していないと判定した場合、ECU120は、給電用コンタクタ119が正常であることを示す情報を内蔵する記憶領域に書き込む。
一方、給電用コンタクタ119が溶着していると判定した場合、ECU120は、給電用コンタクタ119が異常であることを示す情報を記憶領域に書き込む。また、給電用コンタクタ119が異常であることを示す警告灯を点灯させる。なお、この警告灯は、例えば、燃料電池自動車100の運転席から見える表示部であってもよく、インバータ装置200の所定の表示部であってもよい。
そして、ステップST4に移行して、ECU120の発電手段1201は、燃料電池101の発電制御を実行する。
そして、給電用コンタクタ119が正常であると判定した場合、ECU120は、給電用コンタクタ119に対して接続を指示するコマンドを出力する。
ECU120は、給電用コンタクタ119が接続しているか否かを判定する。
(ステップST17)
そして、給電用コンタクタ119が接続している場合、ECU120は、インバータ装置200のDC/ACインバータ202,203,204に対して、外部負荷300への給電を許可するコマンド(インバータ出力許可信号)を出力する。
(ステップST18)
一方、給電用コンタクタ119がまだ接続されていない場合、ECU120は、インバータ装置200のDC/ACインバータ202,203,204に対して、外部負荷300への給電を許可するコマンド(インバータ出力許可信号)を出力しない。
(ステップST19)
イグニッションキーがイグニッションOFFの位置にある場合、ECU120は、給電用コンタクタ119が接続されていれば切断する。また、ECU120は、インバータ装置200に対して、外部負荷300への給電を許可するコマンド(インバータ出力許可信号)の出力がされていれば停止する。
(ステップST20)
そして、ECU120は、燃料電池101を発電させない。また、燃料電池101が既に発電している場合、ECU120は、燃料電池101の発電を停止させる。なお、インターロック制御は未実施である。
ユーザによってイグニッションキーがイグニッションONの位置に位置されると、イグニッションキーがイグニッションONの位置であることを示す操作信号が、ECU120に入力される。
また、インバータ装置200の外部給電側制御装置201は、嵌合信号電圧が5V、インバータ電圧が5Vであることを検出する。なお、嵌合信号電圧とは、燃料電池自動車100とインバータ装置200とが電気的に接続されているか否かを示す電圧であって、両者が電気的に接続されている場合は「0V」を示し、両者が電気的に接続されていない場合は「5V」を示す。また、インバータ電圧とは、電圧計205によって計測されるインバータ装置200の入力電圧値である。本実施形態では、嵌合信号電圧が、電圧計205によって計測されるインバータ装置200の入力電圧値である例について説明する。
なお、本実施形態において、タイミングT101において、シフトポジションは「P」に設定されているものとする。
ここで、燃料電池自動車100とインバータ装置200とが電気的に接続されているため、外部給電側制御装置201は、嵌合信号をECU120に出力する。
また、嵌合信号電圧が5V以下になる。なお、嵌合信号電圧においては、5Vよりもすこし低い電圧値(例えば、4.5V)が嵌合信号認識範囲の上限値であって、0Vよりもすこし高い電圧値(例えば、0.5V)が嵌合信号認識範囲の下限値として決められている。嵌合信号電圧が上限値以下であって下限値以上の範囲である場合、外部給電側制御装置201は、燃料電池自動車100とインバータ装置200とが接続されていると判定する。
これにより、ECU120の接続判定手段1204は、燃料電池自動車100とインバータ装置200とが電気的に接続されていることを判定し、判定結果をインターロック制御手段1205に出力する。
そして、ECU120のインターロック制御手段1205は、燃料電池自動車100とインバータ装置200とが電気的に接続していると判定した回数(嵌合判定回数)が閾値以上であるか否かを判定する。
嵌合判定回数が閾値以上であると判定した場合、インターロック制御手段1205は、燃料電池自動車100が走行中であるか否かを判定する。例えば、インターロック制御手段1205は、燃料電池自動車100の走行スピード(車速)が予め決められた所定値(例えば、0km/時)よりも大きいか否かを判定する。あるいは、インターロック制御手段1205は、シフトポジションが「P」に設定されているか否かを判定する。
ここでは、燃料電池自動車100の走行スピード(車速)が0km/時であって、シフトポジションが「P」に設定されているため、インターロック制御手段1205は、インターロック制御を実行する。
具体的に説明すると、インターロック制御手段1205は、シフトポジションが「P」である場合、このシフトポジションを固定するよう指示するコマンド(Pポジション固定指令)を、シフトポジションを制御する所定の制御部に出力する。
また、インターロック制御手段1205は、駆動モータ102を制御するトルク指令値をゼロトルクに設定する。
次いで、パワースイッチを押下された場合、ECU120は、燃料電池101に対して発電開始を指示する。なお、この処理は、ステップST4に相当する。これにより、エアポンプ104の回転数が上昇し、燃料電池101によって発電される発電電力の電圧が上昇する。また、このとき、燃料電池101による発電状態が十分でないため、エアポンプ104は、高圧バッテリ110の充電電力を使用することにより、SOCが低下する。そして、燃料電池101による発電状態が十分になった場合、SOCの低下がとまり、燃料電池101による発電電力の電力量が上昇する。これにより、SOCも徐々に上昇してくる。
燃料電池101の発電状態(FC発電状態)が少なくともエアポンプ104への電力供給ができる状態であると判定した場合、ECU120は、給電用コンタクタ119が接続しているか否かを判定する。
具体的に説明すると、ECU120は、はじめに、給電用コンタクタ119Lを接続させる。この間には、ECU120は、給電用コンタクタ119Hの溶着を検知する。これは、図示のP側溶着検知に相当する。なお、ここでは、給電用コンタクタ119HをP側、給電用コンタクタ119LをN側という。
給電用コンタクタ119Hが溶着していないと判定された場合、ECU120は、給電用コンタクタ119Lの接続を遮断し、プリチャージコンタクタ119Pを接続させる。この間、ECU120は、給電用コンタクタ119Lの溶着を検知する。これは、図示のN側溶着検知に相当する。
このように、給電用コンタクタ119Hと給電用コンタクタ119Lとが接続された場合、ECU120は、外部給電側制御装置201に対して、外部負荷300への給電を許可するコマンド(インバータ出力許可信号)を出力する。なお、この処理は、ステップST17に相当する。
そして、ユーザによって、イグニッションキーがイグニッションOFFの位置に位置された場合、ECU120は、インバータ装置200の外部給電側制御装置201に対して、外部負荷300への給電を停止するコマンドを出力する。これにより、外部給電側制御装置201は、DC/ACインバータ202,203,204から外部負荷300に対する電力の出力を停止させる。従って、DC/ACインバータ202,203,204から外部負荷300への給電が停止する。
さらに、ECU120は、燃料電池101の発電を停止させる。
そして、DC/ACインバータ202,203,204の入力側の電圧が予め決められた閾値以下になった場合、ECU120は、給電用コンタクタ119Lの接続を遮断(切断)する。そして、給電用コンタクタ119Lが切断された後、ECU120は、給電用コンタクタ119Hの接続を遮断(切断)する。
そして、ユーザによって、インバータ装置200のコネクタ部251が外され、燃料電池自動車100とインバータ装置200とが電気的に接続していない状態となると、嵌合信号電圧がOFFとなる。
ECU120の接続判定手段1204は、嵌合信号を入力していないため、燃料電池自動車100とインバータ装置200とが電気的に接続していない状態であると判定する。ここで、イグニッションキーはイグニッションOFF状態であるため、インターロック解除手段1206は、インターロック状態を解除する。これにより、シフトポジションが「P」に固定されている固定状態が解除され、駆動モータ102を制御するトルク指令値をゼロトルクに設定する設定状態も解除される。
ユーザによってイグニッションキーがイグニッションONの位置に位置されると、イグニッションキーがイグニッションONの位置であることを示す操作信号が、ECU120に入力される。
また、燃料電池自動車100とインバータ装置200とが電気的に接続されていないため、インバータ装置200の外部給電側制御装置201は、嵌合信号電圧が5V、インバータ電圧が5Vであることを検出する。
なお、本実施形態において、タイミングT201において、シフトポジションは「P」に設定されているものとする。
次いで、パワースイッチを押下された場合、ECU120は、燃料電池101に対して発電開始を指示する。なお、この後の処理については、上述と同様であるため、詳細な説明は省略する。
ここで、ユーザによって、シフトポジションが「P」から「N」に変更されたとする。
次いで、ユーザによって、インバータ装置200のコネクタ部251と燃料電池自動車100の給電口152とが接続されると、嵌合信号電圧が上限値以下であって下限値以上の範囲の値を示す。これにより、外部給電側制御装置201は、燃料電池自動車100とインバータ装置200とが電気的に接続されていると判定し、嵌合信号をECU120に出力する。
これにより、ECU120の接続判定手段1204は、燃料電池自動車100とインバータ装置200とが電気的に接続されていることを判定し、判定結果をインターロック制御手段1205に出力する。
そして、ECU120のインターロック制御手段1205は、燃料電池自動車100とインバータ装置200とが電気的に接続していると判定した回数(嵌合判定回数)が閾値以上であるか否かを判定する。
嵌合判定回数が閾値以上であると判定した場合、インターロック制御手段1205は、燃料電池自動車100が走行中であるか否かを判定する。例えば、インターロック制御手段1205は、燃料電池自動車100の走行スピード(車速)が予め決められた所定値(例えば、0km/時)よりも大きいか否かを判定する。あるいは、インターロック制御手段1205は、シフトポジションが「P」に設定されているか否かを判定する。
ここでは、燃料電池自動車100の走行スピード(車速)が0km/時であるため、インターロック制御手段1205は、インターロック制御を実行する。
具体的に説明すると、シフトポジションが「P」でないため、インターロック制御手段1205は、シフトポジションを「P」に変更するよう制御する。これにより、シフトポジションが「P」に変更される。
また、インターロック制御手段1205は、このシフトポジションを固定するよう指示するコマンド(Pポジション固定指令)を、シフトポジションを制御する所定の制御部に出力する。
さらに、インターロック制御手段1205は、駆動モータ102を制御するトルク指令値をゼロトルクに設定する。
そして、ユーザによって、イグニッションキーがイグニッションOFFの位置に位置された場合、ECU120は、インバータ装置200の外部給電側制御装置201に対して、外部負荷300への給電を停止するコマンドを出力する。これにより、外部給電側制御装置201は、DC/ACインバータ202,203,204から外部負荷300に対する電力の出力を停止させる。従って、DC/ACインバータ202,203,204から外部負荷300への給電が停止する。
さらに、ECU120は、燃料電池101の発電を停止させる。
そして、DC/ACインバータ202,203,204の入力側の電圧が予め決められた閾値以下になった場合、ECU120は、給電用コンタクタ119Lの接続を遮断(切断)する。そして、給電用コンタクタ119Lが切断された後、ECU120は、給電用コンタクタ119Hの接続を遮断(切断)する。
そして、ユーザによって、インバータ装置200のコネクタ部251が外され、燃料電池自動車100とインバータ装置200とが電気的に接続していない状態となると、嵌合信号電圧がOFFとなる。
ECU120の接続判定手段1204は、嵌合信号が入力していないため、燃料電池自動車100とインバータ装置200とが電気的に接続していない状態であると判定する。ここで、イグニッションキーはイグニッションOFF状態であるため、インターロック解除手段1206は、インターロック状態を解除する。これにより、シフトポジションが「P」に固定されている固定状態が解除され、駆動モータ102を制御するトルク指令値をゼロトルクに設定する設定状態も解除される。
図9に示す通り、タイミングT101〜T108は、図7に示した処理内容と同様であるため、同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
(タイミングT301)
ユーザによって、インバータ装置200のコネクタ部251が、燃料電池自動車100の給電口152から外されたとする。通常、電磁ロック機能により、コネクタ部251を給電口152からユーザ操作によって抜き取りことが困難であるが、この電磁ロック機能が故障している場合には、ユーザ操作によって抜き取られる場合がある。
この場合、インバータ装置200の外部給電側制御装置201は、嵌合信号電圧が5V、インバータ電圧が5Vであることを検出する。そして、外部給電側制御装置201は、嵌合信号をECU120に出力する。
これにより、ECU120は、外部給電側制御装置201に対して、外部負荷300への給電を停止するコマンドを出力する。これにより、外部給電側制御装置201は、DC/ACインバータ202,203,204から外部負荷300に対する電力の出力を停止させる。従って、DC/ACインバータ202,203,204から外部負荷300への給電が停止する。
これにより、インバータ装置200のコネクタ部251が燃料電池自動車100の給電口152から外れ、燃料電池自動車100とインバータ装置200とが電気的に接続していない状態になった場合であっても、インターロック状態が維持されるため、誤って車両が走行してしまう事態を回避することができる。例えば、外部負荷300への給電を終了した場合に、未だ車両と外部負荷がケーブルで接続されている状態において、ユーザによってインバータ装置200のコネクタ部251が燃料電池自動車100の給電口152から外れたとする。このような場合であっても、インターロック状態が維持されているため、車両が走行することはなく、外部負荷300を引きずって走行する事態を回避することができる。
また、本実施形態に係る燃料電池自動車100のように、インバータ装置200が燃料電池自動車100と別体であって、燃料電池自動車100に車載して使用される場合、誤って車両が走行することにより、インバータ装置200に接続されている外部負荷300を引きずってしまうおそれが高い。さらに、インバータ装置200から外部負荷300への給電ケーブルが燃料電池自動車100に固定されている場合も、誤って車両が走行することにより、インバータ装置200に接続されている外部負荷300や給電ケーブルを引きずってしまうおそれが高い。本実施形態に係る燃料電池自動車100は、このような燃料電池自動車100における課題を解決することができる。
これにより、上述のような外部負荷300を引きずるような事態を回避し、かつ、ユーザの操作性も向上することができる。
これにより、ユーザは、シフトポジションが「P」以外である場合に、運転席まで戻ってシフトポジションを「P」に設定する手間が省ける。よって、例えば、インバータ装置200を燃料電池自動車100の後ろで操作している場合は、わざわざ運転席まで戻る必要がなくなる。また、ユーザがシフトポジションを「P」に変更する操作をしないために、インターロック状態にならず、外部給電が実行されないという事態を回避することができる。
これにより、例えば、嵌合信号が誤って外部給電側制御装置201からECU120に出力された場合であっても、走行中にインターロック制御が実行され、燃料電池自動車100が急停車するという不都合を防止することができる。
これにより、嵌合信号の誤認識によってインターロックが誤動作することを防止することができる。
これにより、例えば、燃料ガスが尽きるまで燃料電池101は発電をし続けることができるため、外部負荷300に対して、長時間、継続的に電力を供給することができる。また、外部負荷300の供給開始時に、燃料電池自動車100からインバータ装置200に電力が出力してしまい、燃料電池101を発電するために必要な電力が確保されないという事態が回避される。これにより、外部負荷300の供給を開始しようとするときに、燃料電池101が発電できず、さらに、外部負荷300にも電力が供給されないという事態が回避される。よって、利用者の信頼性を損なうことを防止し、安定した信頼性のある電力供給を実現することができる。
これにより、高圧バッテリ110に十分な電力が充電されている場合、この電力を利用して外部負荷300に電力供給を実現することができるため、必要時以外は燃料電池101による発電を実行しないですむため、効率的である。よって、エアポンプ104の回転に伴う騒音が抑制され、商品性を向上させることができる。なお、ECU120は、高圧バッテリ110に充電されている蓄電電力の残容量(SOC)が、燃料電池101の発電状態(FC発電状態)が少なくともエアポンプ104への電力供給(最低動作電圧)に近づくまで、高圧バッテリ110の蓄電電力を外部負荷300に給電する。そして、最低動作電圧に到達する以前に、燃料電池自動車100は、燃料電池101を発電し、水素タンクの残量が空になるまで、外部負荷300に電力を供給することができる。
また、本発明は、図3に示した構成に限られず、図10に示すような構成であってもよい。図10は、本実施形態に係る燃料電池システム1における制御系の一例について説明するためのブロック図である。
図10に示す通り、燃料電池システム1は、制御装置400と、電源回路500と、外部給電回路602とを備える。つまり、制御装置400と電源回路500は、第1実施形態と同様の構成を有するため、詳細な説明は省略する。
外部給電回路602は、インバータ装置200に設けられており、給電用コンタクタ119がインバータ装置200に搭載されている点が、第1実施形態と異なる。
この場合、給電用コンタクタ119は、外部給電側制御装置201によって制御される。つまり、外部給電側制御装置201は、ECU120から出力される給電用コンタクタ119H,119Lおよびプリチャージコンタクタ119Pの接続あるいは遮断を示すコマンドに基づき、これらの接続あるいは遮断を制御する。
このように、給電用コンタクタ119を、燃料電池自動車100の外部であるインバータ装置200に搭載するものであってもよい。
外部接続部は、直流給電口、交流給電口、コンセントを含む概念である。
100 燃料電池自動車
200 インバータ装置
300 外部負荷
101 燃料電池
102 駆動モータ
104 エアポンプ
108 ラジエータ
109 補機類
110 高圧バッテリ
111 水素タンク
111R,111L 軸方向端面
112 PDU(Power Drive Unit)
113 バッテリコンタクタ
114a〜114f 高圧ケーブル
115 ジャンクションボックス
116 DC/DCコンバータ
117a,117b 高圧ケーブル
118a,118b 高圧ケーブル
119 給電用コンタクタ
120 ECU(Electrical Control Unit)
125 電圧計
126 12Vバッテリ
127 ダウンバータ
135 平滑コンデンサ
151 トランクルーム
152 給電口
153 底部
154 インバータ設置スペース
201 外部給電側制御装置
202〜204 DC/ACインバータ
205 電圧計
206 平滑コンデンサ
251 コネクタ部
253 接続ケーブル
258 交流電力出力部
1201 発電手段
1202 判定手段
1203 許可手段
1204 接続判定手段
1205 インターロック制御手段
1206 インターロック解除手段
2010 実行手段
Claims (5)
- 電力を供給する電源と、
前記電源から供給される電力により駆動する走行モータと、
前記走行モータを搭載する車両を起動させる操作を受け付ける操作部と、
前記車両を制御する車両側制御装置と、
前記電源から供給される電力をインバータ装置を介して前記車両の外部負荷に供給する外部給電回路と、
前記電源と前記インバータ装置とを電気的に接続する外部接続部と、を備え、
前記車両側制御装置は、
前記電源と前記インバータ装置とが電気的に接続しているか否かを判定する接続判定手段と、
前記操作部を介して前記車両を起動させる操作を受け付け、かつ、前記電源と前記インバータ装置とが電気的に接続していることを前記接続判定手段が判定した場合、前記車両の走行を禁止するインターロック制御を実行するインターロック制御手段と、
前記インターロック制御が実行されているインターロック状態であって、前記操作部を介して起動された前記車両の制御を終了させる操作を受け付けた場合、前記インターロック状態を解除するインターロック解除手段と、
を備えることを特徴とする電動車両。 - 前記インターロック制御手段は、
前記電源と前記インバータ装置とが電気的に接続していることが前記接続判定手段によって複数回判定された場合、インターロック制御を実行することを特徴とする請求項1に記載の電動車両。 - 前記インターロック制御手段は、
前記接続判定手段によって前記電源と前記インバータ装置とが電気的に接続していると判定された場合、当該判定されたときから予め決められた待ち時間が経過したか否かを判定し、待ち時間が経過した場合、インターロック制御を実行することを特徴とする請求項1あるいは2に記載の電動車両。 - 前記インターロック制御手段は、
前記車両が走行中であるか否かを判定し、前記車両が走行中である場合、前記電源と前記インバータ装置とが電気的に接続していることが前記接続判定手段によって判定された場合であっても、インターロック制御を実行しないことを特徴とする請求項1から3のうちいずれか一項に記載の電動車両。 - 前記インターロック制御手段は、
前記インターロック制御として、前記走行モータを制御するトルク指令値をゼロトルクに設定することを特徴とする請求項1から4のうちいずれか一項に記載の電動車両。
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