JP2014060068A - 電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池が発電した電力を長時間安定して外部給電できる電力供給システムを提供する。
【解決手段】燃料電池１０１を備えた電源と、燃料電池自動車１００と、燃料電池１０１から供給される電力を外部負荷に供給可能なインバータ装置２００と、ラジエータ１０８と、ラジエータファン１０７と、燃料電池１０１の乾燥状態を検知する乾燥検知手段１２０ａと、外部負荷への電力供給を制御するＥＣＵ１２０と、を備え、ＥＣＵ１２０は、燃料電池１０１から外部負荷に電力を供給しているときに乾燥検知手段１２０ａが燃料電池１０１の乾燥を検知した場合、ラジエータファン１０７を駆動させることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

この発明は、電力供給システムに関するものである。

従来から、電気自動車や燃料電池自動車等の電動車両に搭載されたバッテリや燃料電池等の直流電源を利用して、家庭用の電気機器に電気を供給する電力供給システムが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に記載の電力供給システムは、電力を車両外部に供給する手段を有する車両と、インバータを備えた定置型燃料電池システムと、定置型燃料電池システムより電力が供給される負荷装置と、定置型燃料電池システムに電力を供給する系統電源とを備えている。この電力供給システムは、系統電源の停電時に、車両と定置型燃料電池システムとを接続し、車両より定置型燃料電池システムのインバータを介して、負荷装置に電力を供給している。

燃料電池としては、固体高分子電解質膜（以下、「電解質膜」という。）をアノード電極とカソード電極とで両側から挟んで膜電極構造体を形成し、この膜電極構造体の両側に一対のセパレータを配置して平板状の単位燃料電池（以下「単位セル」という。）を構成し、この単位セルを複数積層して燃料電池スタックとするものが知られている。この燃料電池では、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが電解質膜を透過してカソード電極まで移動し、カソード電極で空気中の酸素と電気化学反応を起こして発電が行われる。

上述した燃料電池は、発電に伴い発熱するため、燃料電池内で発電により生成された生成水が気化し易くなる。気化した生成水（水蒸気）は、カソードオフガスやアノードオフガスとともに排出されてしまうため、燃料電池の電解質膜が乾燥する。そして、燃料電池が過度に乾燥した状態（以下、「ドライアップ状態」という。）になると、燃料電池の発電性能が低下し、ひいては電解質膜の劣化に繋がるという問題がある。
したがって、燃料電池システムは、発電に伴い発熱する燃料電池を冷却するための冷却手段を備えている。冷却手段としては、燃料電池の内部を循環して吸熱する冷媒と、冷媒を放熱するためのラジエータと、ラジエータに送風するラジエータファンと、により構成される。

ところで、一般に燃料電池の冷却手段およびその制御は、車両の走行を考慮して設計されている。
具体的には、車両の車速が高く燃料電池の発電量が多い場合には、走行風をラジエータに導入するとともにラジエータファンを高回転で回転させて、ラジエータを通流する冷媒の放熱を行うように設計されている。また、車両の車速が低く燃料電池の発電量が少ない場合には、走行風をラジエータに導入するとともにラジエータファンを低回転で回転させて、ラジエータを通流する冷媒の放熱を行うように設計されている。これにより、燃料電池は、車両の走行状態に合わせて（燃料電池の発電状態に合わせて）適切に冷却されるので、車両の走行時に電解質膜が乾燥状態となるのを防止できる。
また、車両が停止し燃料電池の発電が停止している時には、ラジエータファンの回転を停止させるように設計されている。これにより、ラジエータファンによる無駄な電力消費を防止できる。

特開２００６−３２５３９２号公報

しかし、特許文献１に記載の燃料電池システムにおいては、以下の問題がある。
燃料電池の冷却手段およびその制御は、車両の走行時を考慮して設計されているため、車両が停止した状態で燃料電池が発電した電力を外部負荷に供給（以下「外部給電」という。）している場合には、燃料電池を良好に冷却できないおそれがある。とりわけ、外部給電は、車両を停止させた状態で燃料電池を発電させて行うため、走行風をラジエータに導入できない。したがって、燃料電池の冷却を効率よく行うことができず、燃料電池が走行状態の温度よりも大幅に高くなるおそれがある。さらに、従来技術においては、外部給電時における燃料電池の冷却については具体的に記載されていない。
したがって、従来技術においては、燃料電池の電解質膜が過度に乾燥したドライアップ状態となって、外部給電を長時間安定して実施できないおそれがある。

そこで本発明は、燃料電池が発電した電力を長時間安定して外部給電できる電力供給システムの提供を課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明の電力供給システム（例えば、実施形態における電力供給システム１）は、燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により発電する燃料電池（例えば、実施形態における燃料電池１０１）を備えた電源（例えば、実施形態における燃料電池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車両（例えば、実施形態における燃料電池自動車１００）と、前記電源から供給される電力を外部負荷（例えば、実施形態における外部負荷３００）に供給可能な外部給電回路（例えば、実施形態におけるインバータ装置２００）と、前記燃料電池を冷却する冷媒の放熱を行うラジエータ（例えば、実施形態におけるラジエータ１０８）と、前記ラジエータに送風するラジエータファン（例えば、実施形態におけるラジエータファン１０７）と、前記燃料電池の乾燥状態を検知する乾燥検知手段（例えば、実施形態における乾燥検知手段１２０ａ）と、前記外部負荷への電力供給を制御する制御装置（例えば、実施形態におけるＥＣＵ１２０）と、を備え、前記制御装置は、前記電源から前記外部負荷に電力を供給しているときに前記乾燥検知手段が前記燃料電池の乾燥を検知した場合、前記ラジエータファンを駆動させることを特徴としている。

本発明によれば、燃料電池の乾燥状態を検知する乾燥検知手段と、外部負荷への電力供給を制御する制御装置とを備え、外部負荷に電力を供給しているときに乾燥検知手段が燃料電池の乾燥を検知した場合、制御装置がラジエータファンを駆動させるので、燃料電池が過度に乾燥したドライアップ状態となる前に、燃料電池を冷却できる。これにより、燃料電池の発電性能の低下や、電解質膜の劣化を防止できるので、燃料電池が発電した電力を長時間安定して外部給電できる。

また、前記制御装置は、前記乾燥検知手段が前記燃料電池の乾燥を検知していない場合、前記外部負荷の消費電力に対応した回転数で前記ラジエータファンを駆動させ、前記乾燥検知手段が前記燃料電池の乾燥を検知した場合、前記ラジエータファンを最高回転数で駆動させることを特徴としている。

本発明によれば、乾燥検知手段が燃料電池の乾燥を検知していない場合であってもラジエータファンを駆動させるので、燃料電池がドライアップ状態となるのを確実に防止できる。さらに、このとき、外部負荷の消費電力に対応した回転数でラジエータファンを駆動させているので、燃料電池の発熱量に対応した回転数でラジエータファンを駆動させることができる。したがって、ラジエータファンにより電力が無駄に消費されるのを防止できる。
また、乾燥検知手段が燃料電池の乾燥を検知した場合、ラジエータファンを最高回転数で駆動させるので、乾燥検知手段による乾燥検知後、急速に燃料電池を冷却できる。したがって、燃料電池がドライアップ状態となるのを確実に防止できる。

また、前記乾燥検知は、前記乾燥検知手段が前記燃料電池のインピーダンスを測定することにより行われ、前記乾燥検知手段は、前記燃料電池のインピーダンスが所定値（例えば、実施形態における第一閾値Ｒ１）以上である場合に、前記燃料電池の乾燥状態を検知することを特徴としている。

本発明によれば、燃料電池のインピーダンスを直接測定しているので、このインピーダンスの値から燃料電池の乾燥状態もしくは湿潤状態を正確に把握できる。したがって、燃料電池の乾燥検知を精度よく行いつつ、より広いレンジにわたって燃料電池が発電できるので、燃料電池が発電した電力をさらに長時間安定して外部給電できる。

本発明によれば、燃料電池の乾燥状態を検知する乾燥検知手段と、外部負荷への電力供給を制御する制御装置とを備え、外部負荷に電力を供給しているときに乾燥検知手段が燃料電池の乾燥を検知した場合、制御装置がラジエータファンを駆動させるので、燃料電池が過度に乾燥したドライアップ状態となる前に、燃料電池を冷却できる。これにより、燃料電池の発電性能の低下や、電解質膜の劣化を防止できるので、燃料電池が発電した電力を長時間安定して外部給電できる。

実施形態の燃料電池自動車の模式的な平面図である。 燃料電池自動車のトランクルームに配置されたインバータ装置を車両後方から見た斜視図である。 電力供給システムにおける制御系の一部について説明するためのブロック図である。 乾燥検知手段の説明図である。 外部給電時における燃料電池の冷却制御のフローチャートである。 燃料電池の冷却制御のうち、乾燥検知判断処理のフローチャートである。 ラジエータファンの駆動ＤＵＴＹの説明図である。 外部給電時における燃料電池の冷却制御処理のタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態につき図面を参照して説明する。以下では、車両のうち、主に燃料電池が発電した電力で走行する燃料電池自動車、および燃料電池自動車に搭載される電力供給システムを例にして説明する。なお、以下の説明における前後左右等の向きは、特に記載が無ければ車両における向きと同一とする。また、各図中の矢印ＦＲは車両前方を、矢印ＬＨは車両左方を、矢印ＵＰは車両上方をそれぞれ示す。

図１は、燃料電池自動車１００（請求項の「車両」に相当。）の模式的な平面図である。
本実施形態に係る電力供給システム１は、主に燃料電池自動車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（請求項の「外部給電回路」に相当。）を介して、外部負荷３００（図３参照）に供給するシステムである。
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（請求項の「電源」に相当、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は、車両後方のトランクルーム１５１内に、燃料電池１０１と電気的に接続された給電口１５２を備えており、燃料電池自動車１００とは別体に設けられたインバータ装置２００がトランクルーム１５１内に搭載可能となっている。
燃料電池自動車１００およびインバータ装置２００は、燃料電池自動車１００の給電口１５２にインバータ装置２００のコネクタ部２５１（図２参照）が電気的に接続されて、電力供給システムを構成する。これにより、燃料電池１０１が発電した直流電力は、インバータ装置２００により交流電力に変換されて、外部の交流機器（外部負荷３００、図３参照）に給電可能とされる。

燃料電池１０１は、単位燃料電池（単位セル）を多数積層してなる周知の固体高分子膜型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）であり、そのアノード側に燃料ガスとして水素ガスを供給し、カソード側に酸化剤ガスとして酸素を含む空気を供給することで、電気化学反応により水の生成とともに電力を発生する。

車室の前方において、車両駆動源である駆動モータ１０２と、燃料電池１０１のカソード側へ供給する空気を圧縮するエアポンプ１０４とが支持されている。駆動モータ１０２およびエアポンプ１０４の前方には、燃料電池１０１等を循環する冷却水（請求項の「冷媒」に相当。）の放熱を行うラジエータ１０８、およびラジエータ１０８に送風するラジエータファン１０７が配置されている。
車両前後方向中間部には、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。
車両後部には、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。

高圧バッテリ１１０は、高圧ケーブル１１４ａ〜１１４ｆ、ジャンクションボックス１１５内のバッテリコンタクタ１１３（１１３Ｈ，１１３Ｌ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１６および平滑コンデンサ１３５（いずれも図３参照）を介して、燃料電池１０１と電気的に接続されている。さらに、燃料電池１０１は、高圧ケーブル１１７ａ，１１７ｂを介して、ＰＤＵ１１２と電気的に接続されている。これにより、燃料電池１０１および高圧バッテリ１１０はＰＤＵ１１２と電気的に接続されている。

ジャンクションボックス１１５は、高圧ケーブル１１８ａ，１１８ｂを介して、後述する給電用コンタクタ１１９および給電口１５２と電気的に接続されている。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１６は、燃料電池自動車１００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。

水素タンク１１１は、略円筒形状をしており、軸方向端面１１１Ｒ，１１１Ｌが球面形状に形成されている。水素タンク１１１は、軸線が燃料電池自動車１００の左右方向に向くように配置されている。

図２は、燃料電池自動車１００のトランクルーム１５１に配置されたインバータ装置２００を車両後方から見た斜視図である。なお、図２では、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とが接続されていない状態を図示している。
図２に示すように、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。
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。

インバータ装置２００は、使用時にトランクルーム１５１内のインバータ設置スペース１５４に設置される。また、インバータ装置２００は、燃料電池自動車１００と別体に形成されているため、不使用時には燃料電池自動車１００のトランクルーム１５１からインバータ装置２００を降ろすことにより、トランクルーム１５１を有効に活用できる。

インバータ装置２００には、複数本のケーブルが束ねられて形成された接続ケーブル２５３が設けられている。
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。

コネクタ部２５１は、例えば樹脂等の絶縁体からなる筒状のハウジングの内側に、銅等の金属からなるオス型端子を有する、いわゆる高圧コネクタである。コネクタ部２５１と給電口１５２とを嵌合することで、インバータ装置２００と給電口１５２とが電気的に接続される。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（１１９Ｈ，１１９Ｌ）や高圧ケーブル１１８ａ，１１８ｂ、平滑コンデンサ２０６（いずれも図３参照）等を介して、燃料電池１０１と電気的に接続される（図１参照）。なお、コネクタ部２５１および給電口１５２のいずれか一方に、嵌合検知用のマイクロスイッチや、電気的に接続される嵌合検知用の端子等の嵌合検知手段（不図示）を設けてもよい。これにより、燃料電池自動車１００にインバータ装置２００が接続され、燃料電池自動車１００が外部給電状態にあることを容易に判定できる。

インバータ装置２００の複数の側面のうち、燃料電池自動車１００の後方に面する側面２５４ｃには、交流電力出力部２５８が形成されている。交流電力出力部２５８には、不図示の外部の交流機器（外部負荷３００、図３参照）が接続されて、インバータ装置２００から出力される交流電力が給電される。

（制御装置）
図３は、電力供給システム１における制御系の一部について説明するためのブロック図である。
図３に示すように、電力供給システム１は、外部負荷３００への電力供給を制御するＥＣＵ１２０（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ、請求項の「制御装置」に相当。）を備えている。
ＥＣＵ１２０は、各種のセンサやスイッチなどから出力される信号に基づき、駆動モータ１０２の目標トルクを算出し、実際に駆動モータ１０２から出力されるトルクを目標トルクに一致させるようにして、駆動モータ１０２に通電される電流に対するフィードバック制御などを実行する。
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（図１参照）の運転状態を制御する。

本実施形態のＥＣＵ１２０は、乾燥検知手段１２０ａと、冷却制御手段１２０ｂと、を備えている。
乾燥検知手段１２０ａは、燃料電池１０１と接続されており、燃料電池１０１（電解質膜）が乾燥状態にあるか否かを判定する。燃料電池１０１が乾燥状態にあるか否かの判定手法としては、例えば燃料電池１０１内部の電解質膜に所定値の交流電流を通流させ、そのときの電圧挙動から電解質膜のインピーダンス（以下、「燃料電池１０１のインピーダンス」という。）を算出する。そして、乾燥検知手段１２０ａは、燃料電池１０１のインピーダンスの大きさにより燃料電池１０１が乾燥状態にあるか否かを判定する。

図４は、乾燥検知手段１２０ａの説明図である。なお、乾燥検知手段１２０ａの説明における各部品の符号については、図１および図２を参照されたい。
燃料電池１０１が乾燥状態にあるか否かの判定は、具体的には以下のように行われる。
図４に示すように、乾燥検知手段１２０ａにより測定された燃料電池１０１のインピーダンスが第一閾値Ｒ１以上である場合には、燃料電池１０１（電解質膜）が乾燥状態にあると判定する。ここで、第一閾値Ｒ１は、燃料電池１０１が過度に乾燥した、いわゆるドライアップ状態における燃料電池１０１のインピーダンスＲｄ（以下、「ドライアップインピーダンスＲｄ」という。）よりも若干低く設定されている。これにより、後述するように、乾燥検知手段１２０ａにより燃料電池１０１の乾燥状態を検知した後、燃料電池１０１を冷却することにより、燃料電池１０１がドライアップ状態となって発電性能が低下するのを防止できる。

また、乾燥検知手段１２０ａは、燃料電池１０１の乾燥検知に加え、燃料電池１０１（電解質膜）が湿潤状態にあるか否かも判定してもよい。具体的には、乾燥検知手段１２０ａにより測定された燃料電池１０１のインピーダンスが第二閾値Ｒ２以下である場合には、燃料電池１０１が湿潤状態にあると判断する。ここで、第二閾値Ｒ２は、燃料電池１０１が過度に湿潤した、いわゆるフラッディング状態における燃料電池１０１のインピーダンスＲｆ（以下、「フラッディングインピーダンスＲｆ」という。）よりも若干高く設定されている。これにより、乾燥検知手段１２０ａにより燃料電池１０１の湿潤状態を検知した後、例えば燃料電池１０１の冷却を強制的に停止することにより、燃料電池１０１がフラッディング状態となって発電性能が低下するのを防止できる。

ここで、乾燥検知手段１２０ａにより測定された燃料電池１０１のインピーダンスが、ドライアップインピーダンスＲｄ以上の場合には、燃料電池１０１は発電性能が低下しており、「乾燥による発電性能低下領域」にあるとされる。
また、乾燥検知手段１２０ａにより測定された燃料電池１０１のインピーダンスが、フラッディングインピーダンスＲｆ以下の場合には、燃料電池１０１は発電性能が低下しており、「フラッディングによる発電性能低下領域」にあるとされる。
また、乾燥検知手段１２０ａにより測定された燃料電池１０１のインピーダンスが、ドライアップインピーダンスＲｄよりも低く、フラッディングインピーダンスＲｆよりも大きい場合には、燃料電池１０１は発電性能が良好であり、「発電性能安定領域」にあるとされる。

後述する燃料電池１０１の冷却制御では、燃料電池１０１のインピーダンスが第二閾値Ｒ２以上第一閾値Ｒ１以下となるようにラジエータファン１０７（図１参照）を制御している。これにより、燃料電池１０１のインピーダンスは、確実にドライアップインピーダンスＲｄよりも低く、フラッディングインピーダンスＲｆよりも大きくなるように制御され、燃料電池１０１が「発電性能安定領域」にあるとされるので、燃料電池１０１が安定して発電できる。

また、図３に示すように、ＥＣＵ１２０は、１２Ｖバッテリ１２６と接続されている。このＥＣＵ１２０は、１２Ｖバッテリ１２６から供給される１２Ｖの電力を用いて動作する。
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、高圧バッテリ１１０および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は、ダウンバータ１２７により電圧が降下されたあと、１２Ｖバッテリ１２６に供給される。

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。

冷却制御手段１２０ｂは、ラジエータファン１０７と接続されており、例えば燃料電池自動車１００が外部給電を実施しているか否かの判定結果、燃料電池１０１（電解質膜）が乾燥状態にあるか否かの判定結果、燃料電池１０１の発熱量、外部負荷３００への電力の供給量等の情報に基づいて、ラジエータファン１０７を所定の回転数で回転させる。具体的な制御方法については後述する。

（外部給電時における燃料電池の冷却制御方法）
図５は、外部給電時における燃料電池１０１の冷却制御方法のフローチャートである。
続いて、外部給電時における燃料電池１０１の冷却制御の各ステップ（ステップＳ１〜ステップＳ１５）について、図５を用いて説明する。なお、図５に示すフローチャートは、外部給電時においてＥＣＵ１２０により行われ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、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。また、以下の燃料電池１０１の冷却制御方法の説明において、各部品の符号については、図１から図３を参照されたい。

（ステップＳ１）
図５に示すように、外部給電時における燃料電池１０１の冷却制御では、まずステップＳ１において、燃料電池自動車１００から外部負荷３００への電力を供給しているか否か、すなわち外部給電を実施しているか否かを判定する。外部給電を実施しているか否かの判定は、例えば、コネクタ部２５１および給電口１５２のいずれか一方に設けられた嵌合検知手段の嵌合検知信号や、イグニッションスイッチの状態、車速等をＥＣＵ１２０が取得して判定する。
ステップＳ１において、燃料電池自動車１００が外部給電を実施していない（ＮＯ）と判定した場合には、ステップＳ３に進む。これに対して、ステップＳ１において、燃料電池自動車１００が外部給電を実施している（ＹＥＳ）と判定した場合には、ステップＳ５に進む。

（ステップＳ３）
ステップＳ３では、ラジエータファン１０７の通常制御を行う。ここで、ラジエータファン１０７の通常制御とは、燃料電池自動車１００が通常走行しているときに行う制御のことをいう。
具体的なラジエータファン１０７の通常制御方法としては、冷却制御手段１２０ｂが燃料電池自動車１００の車速に対応したラジエータファン１０７の回転数を算出し、ラジエータファン１０７の回転数を制御する。例えば、冷却制御手段１２０ｂは、燃料電池自動車１００の車速が高い場合、ラジエータファン１０７を高回転数で回転させる。また、燃料電池自動車１００の車速が低い場合、ラジエータファン１０７を低回転数で回転させる。また、燃料電池自動車１００がアイドリング中の場合には、ラジエータファン１０７の回転を停止させる。
ラジエータファン１０７を通常制御により駆動した時点で、ステップＳ３が終了し、外部給電時における燃料電池１０１の冷却制御フローが終了する。

（ステップＳ５）
図６は、燃料電池１０１の冷却制御のうち、乾燥検知手段１２０ａによる乾燥検知判断処理（ステップＳ５）のフローチャートである。
ステップＳ５では、燃料電池１０１が乾燥状態にあるか否かの検知を行う乾燥検知判断処理を行う。乾燥検知判断処理は、ＥＣＵ１２０の内部の乾燥検知手段１２０ａが燃料電池１０１のインピーダンスを算出することにより行う。以下、乾燥検知判断処理の各ステップ（ステップＳ５１〜ステップＳ５７）について、図６を用いて説明する。

（ステップＳ５１）
乾燥検知判断処理では、まずステップＳ５１において、前回行われた乾燥検知判断処理において、後述する乾燥検知が有ったか否かの判断を行う。前回行われた乾燥検知判断処理で乾燥検知が有ったか否かの情報は、例えばＥＣＵ１２０内に設けられたＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等に格納されている。前回行われた乾燥検知判断処理で「乾燥検知無し」（ＮＯ）の場合には、ステップＳ５２に進む。これに対して、前回行われた乾燥検知判断処理で「乾燥検知有り」（ＹＥＳ）の場合には、ステップＳ５５に進む。

（ステップＳ５２、Ｓ５３、Ｓ５４）
ステップＳ５２では、乾燥検知手段１２０ａが燃料電池１０１のインピーダンスを算出し、第一閾値Ｒ１との比較を行っている。
図４に示すように、ステップＳ５２において、燃料電池１０１のインピーダンスが第一閾値Ｒ１以上である（ＹＥＳ）と判定した場合には、燃料電池１０１が「乾燥による発電性能低下領域」に至るおそれがあるため「乾燥検知有り」（ステップＳ５３）と判断する。その後、この判断結果を例えばＥＣＵ１２０内のＥＥＰＲＯＭ等に格納する。

これに対して、ステップＳ５２において、燃料電池１０１のインピーダンスが第一閾値Ｒ１よりも小さい（ＮＯ）と判定した場合には、前回行われた乾燥検知判断処理で「乾燥検知無し」とされていることから、燃料電池１０１のインピーダンスが第一閾値Ｒ１よりも確実に小さいといえる。したがって、ステップＳ５２において、燃料電池１０１のインピーダンスが第一閾値Ｒ１よりも小さい（ＮＯ）と判定した場合には、「乾燥による発電性能低下領域」に至るおそれがないため「乾燥検知無し」（ステップＳ５４）と判断する。
上記判断が終了した時点で、乾燥検知判断処理（ステップＳ５）が終了する。

（ステップＳ５５、Ｓ５６、Ｓ５７）
ステップＳ５５では、乾燥検知手段１２０ａが燃料電池１０１のインピーダンスを算出し、第二閾値Ｒ２との比較を行っている。
ステップＳ５５において、燃料電池１０１のインピーダンスが第二閾値Ｒ２よりも大きい（ＮＯ）と判定した場合には、前回行われた乾燥検知判断処理で「乾燥検知有り」とされていることから、「乾燥検知有り」（ステップＳ５７）と判断する。その後、この判断結果を例えばＥＣＵ１２０内のＥＥＰＲＯＭ等に格納する。

これに対して、ステップＳ５５において、燃料電池１０１のインピーダンスが第二閾値Ｒ２以下（ＹＥＳ）と判定した場合には、燃料電池１０１のインピーダンスが十分に低く、「乾燥による発電性能低下領域」に至るおそれがないため「乾燥検知無し」（ステップＳ５６）と判断する。
上記判断が終了した時点で、乾燥検知判断処理（ステップＳ５）が終了する。

（ステップＳ７）
図５に示すように、乾燥検知判断処理（ステップＳ５）が終了すると、ステップＳ７において乾燥検知判断処理（ステップＳ５）の判断結果を判定する。乾燥検知判断処理（ステップＳ５）において「乾燥検知有り」と判断された場合には、ステップＳ７でＮＯと判定し、ステップＳ９に進む。これに対して、乾燥検知判断処理（ステップＳ５）において「乾燥検知無し」と判断された場合には、ステップＳ７でＹＥＳと判定し、ステップＳ１１に進む。

（ステップＳ９）
ステップＳ７でＮＯ（すなわち「乾燥検知有り」）と判定された後、ステップＳ９では、ラジエータファン１０７の強制全開駆動を行う。具体的には、冷却制御手段１２０ｂは、ラジエータファン１０７の駆動ＤＵＴＹを１００％として、ラジエータファン１０７を駆動する。ここで、駆動ＤＵＴＹとは、ラジエータファン１０７の駆動時間における通電ＯＮ時間の比率をいい、駆動ＤＵＴＹが高いほどラジエータファン１０７の回転数が高くなる。したがって、駆動ＤＵＴＹを１００％とすることで、ラジエータファン１０７は全開駆動する。
ラジエータファン１０７を全開駆動した時点で、ステップＳ９が終了し、外部給電時における燃料電池１０１の冷却制御フローが終了する。

（ステップＳ１１）
これに対して、ステップＳ７でＹＥＳ（すなわち「乾燥検知無し」）と判定された後、ステップＳ１１では、ＥＣＵ１２０が外部負荷３００で消費される電力（以下、「外部給電負荷電力」という。）の算出を行う。外部給電負荷電力は、次のステップＳ１３以降、冷却制御手段１２０ｂがラジエータファン１０７の回転数を算出するのに使用される。

（ステップＳ１３）
図７は、ラジエータファン１０７の駆動ＤＵＴＹの説明図である。図７において、横軸は外部給電負荷電力（Ｗ）を示し、縦軸は、ラジエータファン１０７の駆動ＤＵＴＹを示している。
ステップＳ１３では、ステップＳ１１で算出した外部給電負荷電力を用いて、冷却制御手段１２０ｂがラジエータファン１０７の回転数（すなわちラジエータファン１０７の駆動ＤＵＴＹ）の算出および設定を行う。ラジエータファン１０７の駆動ＤＵＴＹは、外部給電負荷電力の値をもとに、例えば図７に示すマップを用いて算出する。

図７に示すように、例えば外部給電負荷電力が第一所定電力値Ｗ１（本実施形態においては、例えば７０００Ｗ）未満の場合においては、燃料電池１０１の発電量がそれほど大きくなく、燃料電池１０１の発熱量も少ない。したがって、外部給電負荷電力が第一所定電力値Ｗ１以下の場合には、電力が無駄に消費されるのを抑制するために、ラジエータファン１０７の駆動ＤＵＴＹを０％（すなわちラジエータファン１０７の回転が停止）に設定する。

また、例えば外部給電負荷電力が第一所定電力値Ｗ１以上であって第二所定電力値Ｗ２未満においては、ラジエータファン１０７の駆動ＤＵＴＹ（回転数）を、外部給電負荷電力（すなわち外部負荷３００の消費電力）に対応して設定する。
例えば、外部給電負荷電力が第一所定電力値Ｗ１以上であって第二所定電力値Ｗ２未満の領域においては、ラジエータファン１０７の駆動ＤＵＴＹは、外部給電負荷電力の増加に対応して漸次増加するようにマップ化されている。このマップに基づき、ラジエータファン１０７の駆動ＤＵＴＹの算出および設定をする。なお、図７に示す駆動ＤＵＴＹと外部給電負荷電力とのマップは一例であり、これに限定はされない。

さらに、例えば第二所定電力値Ｗ２以上の場合においては、燃料電池１０１の発電量が大きく、燃料電池１０１の発熱量も多い。したがって、外部給電負荷電力が第二所定電力値以上の場合には、急速に燃料電池１０１を冷却し、燃料電池１０１が乾燥状態となるのを防止するために、ラジエータファン１０７の駆動ＤＵＴＹを１００％（すなわちラジエータファン１０７を最大回転数で全開駆動）に設定する。

（ステップＳ１５）
ステップＳ１５では、ステップＳ１３で算出および設定したラジエータファン１０７の駆動ＤＵＴＹとなるように、冷却制御手段１２０ｂがラジエータファン１０７を回転する。このように、外部負荷３００の消費電力に対応した回転数でラジエータファン１０７を駆動するので、燃料電池１０１の発熱量に対応した回転数でラジエータファン１０７を駆動することができる。したがって、ラジエータファン１０７により電力が無駄に消費されるのを防止できる。
ラジエータファン１０７を外部給電負荷電力に対応する所定の駆動ＤＵＴＹで駆動した時点で、ステップＳ１５が終了し、外部給電時における燃料電池１０１の冷却制御フローが終了する。

図８は、外部給電時における燃料電池１０１の冷却制御処理のタイムチャートである。
次に、図８を参照して、図５および図６に示したフローチャートにおける処理のタイミングチャートについて説明する。なお、以下の説明の各タイミングにおけるステップについては、図５および図６を参照されたい。
図８では、タイムチャート開始時においては、一定の外部給電負荷状態で外部給電が行われているとともに、前回行われた乾燥検知判断処理（ステップＳ５）において「乾燥検知無し」とされ、ステップＳ７で「ＹＥＳ」と判断された状態を示している。したがって、ラジエータファン１０７は、外部給電負荷電力に対応した、例えば６０％の駆動ＤＵＴＹで駆動されている（ステップＳ１１〜ステップＳ１５）。

（タイミングＴ１０１）
外部給電に対応して燃料電池１０１が発電することにより、燃料電池１０１の温度が上昇すると、燃料電池１０１の電解質膜が乾燥し始めて燃料電池１０１のインピーダンスが上昇する。
乾燥検知手段１２０ａは、燃料電池１０１のインピーダンスが第一閾値Ｒ１以上となった時点で、乾燥検知判断処理（ステップＳ５）のステップＳ５２で「ＹＥＳ」と判定する。そして、乾燥検知手段１２０ａは、「乾燥検知有り」（Ｓ５３）と判断し、この判断結果をＥＣＵ１２０内のＥＥＰＲＯＭ等に格納する。
これにより、ＥＣＵ１２０は、ステップＳ７において乾燥検知判断処理（ステップＳ５）の判断結果を「乾燥検知有り」（ＮＯ）と判定する。そして、冷却制御手段１２０ｂは、６０％だったラジエータファン１０７の駆動ＤＵＴＹを１００％として、ラジエータファン１０７を全開駆動する（ステップＳ９）。

（タイミングＴ１０２）
Ｔ１０１以降、ラジエータファン１０７を１００％の駆動ＤＵＴＹで駆動すると、燃料電池１０１の冷却が促進され、燃料電池１０１のインピーダンスが漸次低下する。そして、第一閾値Ｒ１を越えていた燃料電池１０１のインピーダンスが、再度第一閾値Ｒ１に到達する。
このとき、タイミングＴ１０２よりも前の時点で乾燥検知が行われているため、乾燥検知手段１２０ａは、乾燥検知判断処理（ステップＳ５）のステップＳ５１で「乾燥検知有り」（ＹＥＳ）と判定する。
その後、ステップＳ５５に進むが、燃料電池１０１のインピーダンスは第二閾値Ｒ２よりも大きいことから、ステップＳ５５において「ＮＯ」と判定する。そして、乾燥検知手段１２０ａは、「乾燥検知有り」（Ｓ５７）と判断する。その後、ＥＣＵ１２０は、ラジエータファン１０７の全開駆動を継続する（ステップＳ７およびステップＳ９）。

（タイミングＴ１０３）
Ｔ１０２以降、ラジエータファン１０７を１００％の駆動ＤＵＴＹで駆動すると、燃料電池１０１の冷却がさらに促進され、燃料電池１０１のインピーダンスがさらに低下する。そして、燃料電池１０１のインピーダンスが、第二閾値Ｒ２に到達する。
このとき、乾燥検知手段１２０ａは、タイミングＴ１０３よりも前の時点で乾燥検知が行われているため、乾燥検知判断処理（ステップＳ５）のステップＳ５１で「乾燥検知有り」（ＹＥＳ）と判定する。
次いで、ステップＳ５５に進むが、燃料電池１０１のインピーダンスは第二閾値Ｒ２以下であることから、ステップＳ５５において「ＹＥＳ」と判定する。そして、乾燥検知手段１２０ａは、「乾燥検知無し」（Ｓ５６）と判断する。

（タイミングＴ１０４）
その後、ＥＣＵ１２０は、ステップＳ７において、乾燥検知判断処理（ステップＳ５）の判断結果を「乾燥検知無し」（ＹＥＳ）と判定する。これにより、冷却制御手段１２０ｂは、一定の外部給電負荷電力に対応した、例えば６０％の駆動ＤＵＴＹでラジエータファン１０７を駆動する（ステップＳ１１〜ステップＳ１５）。

（効果）
本実施形態によれば、燃料電池１０１の乾燥状態を検知する乾燥検知手段１２０ａと、外部負荷への電力供給を制御するＥＣＵ１２０とを備え、外部負荷３００に電力を供給しているときに乾燥検知手段１２０ａが燃料電池１０１の乾燥を検知した場合、ＥＣＵ１２０がラジエータファン１０７を駆動させるので、燃料電池１０１が過度に乾燥したドライアップ状態となる前に、燃料電池１０１を冷却できる。これにより、燃料電池１０１の発電性能の低下や、電解質膜の劣化を防止できるので、燃料電池１０１が発電した電力を長時間安定して外部給電できる。

また、乾燥検知手段１２０ａが燃料電池１０１の乾燥を検知していない場合であってもラジエータファン１０７を駆動させるので、燃料電池１０１がドライアップ状態となるのを確実に防止できる。さらに、このとき、外部負荷３００の消費電力に対応した回転数でラジエータファン１０７を駆動させているので、燃料電池１０１の発熱量に対応した回転数でラジエータファン１０７を駆動させることができる。したがって、ラジエータファン１０７により電力が無駄に消費されるのを防止できる。
また、乾燥検知手段１２０ａが燃料電池１０１の乾燥を検知した場合、ラジエータファン１０７を最高回転数で駆動させるので、乾燥検知手段１２０ａによる乾燥検知後、急速に燃料電池１０１を冷却できる。したがって、燃料電池１０１がドライアップ状態となるのを確実に防止できる。

また、燃料電池１０１のインピーダンスを直接測定しているので、このインピーダンスの値から燃料電池１０１の乾燥状態もしくは湿潤状態を正確に把握できる。したがって、燃料電池１０１の乾燥検知を精度よく行いつつ、より広いレンジにわたって燃料電池１０１が発電できるので、燃料電池１０１が発電した電力をさらに長時間安定して外部給電できる。

なお、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

実施形態では、燃料電池１０１の乾燥検知は、乾燥検知手段１２０ａが燃料電池１０１のインピーダンスを測定することにより行われていたが、これに限定されることはない。例えば、燃料電池１０１の発熱状態や、外部給電を開始するまでの間の燃料電池自動車１００の走行履歴、燃料電池１０１の発電量、燃料電池１０１の電圧等の各情報、または各情報の組み合わせにより燃料電池１０１の乾燥検知を行ってもよい。

実施形態では、外部給電負荷電力に対応してラジエータファン１０７の駆動ＤＵＴＹをマッピングしていたが、これに限定されることはない。例えば、外部給電負荷電力の情報に加えて、外気温の情報や燃料電池１０１の温度の情報の組み合わせによりラジエータファン１０７の駆動ＤＵＴＹをマッピングしてもよい。

なお、本発明の実施形態において、外部負荷３００は、特に限定されるものではなく、コンセントで接続される電気機器や、他の電気自動車等であってもよい。また、交流機器に限定されるものではなく、直流機器であってもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１ 電力供給システム
１００ 燃料電池自動車（車両）
１０１ 燃料電池（電源）
１０７ ラジエータファン
１０８ ラジエータ
１２０ ＥＣＵ（制御装置）
１２０ａ 乾燥検知手段
２００ インバータ装置（外部給電回路）
３００ 外部負荷
Ｒ１ 第一閾値（所定値）

Claims (3)

1. 燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により発電する燃料電池を備えた電源と、
   前記電源から供給される電力により駆動する車両と、
   前記電源から供給される電力を外部負荷に供給可能な外部給電回路と、
   前記燃料電池を冷却する冷媒の放熱を行うラジエータと、
   前記ラジエータに送風するラジエータファンと、
   前記燃料電池の乾燥状態を検知する乾燥検知手段と、
   前記外部負荷への電力供給を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記電源から前記外部負荷に電力を供給しているときに前記乾燥検知手段が前記燃料電池の乾燥を検知した場合、前記ラジエータファンを駆動させることを特徴とする電力供給システム。
2. 請求項１に記載の電力供給システムであって、
   前記制御装置は、前記乾燥検知手段が前記燃料電池の乾燥を検知していない場合、前記外部負荷の消費電力に対応した回転数で前記ラジエータファンを駆動させ、前記乾燥検知手段が前記燃料電池の乾燥を検知した場合、前記ラジエータファンを最高回転数で駆動させることを特徴とする電力供給システム。
3. 請求項１または２に記載の電力供給システムであって、
   前記乾燥検知は、前記乾燥検知手段が前記燃料電池のインピーダンスを測定することにより行われ、
   前記乾燥検知手段は、前記燃料電池のインピーダンスが所定値以上である場合に、前記燃料電池の乾燥状態を検知することを特徴とする電力供給システム。

Images