JP2014068490A - 電力供給システム - Google Patents

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卓也 白坂
Morio Kayano
守男 茅野
Kosuke Higashitani
幸祐 東谷
Hiroshi Igarashi
大士 五十嵐
Yasutaka Sakai
靖貴 堺
Kenichi Shimizu
研一 清水
Shuichi Kazuno
修一 数野
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Abstract

【課題】燃料電池によって発電された電力を効率よく外部負荷に供給すること。
【解決手段】燃料電池101および高圧バッテリ110を含む電源と、電源から供給される直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を補機(エアコン109等)に出力する補機用インバータ回路(エアコン用インバータ回路109e等)と、これらインバータ回路と補機とを接続する補機用接触器(エアコンコンプレッサコンタクタ109d等)と、補機用インバータ回路と外部負荷300とを接続する外部給電用接触器(エアコン用外部給電用コンタクタ119AC等)と、電源からの交流電力を外部負荷300に供給する場合、補機用接触器を切断させ、且つ、外部給電用接触器を接続させる制御装置(ECU120)と、を備える。
【選択図】図2

Description

この発明は、電力供給システムに関するものである。
ハイブリッド自動車として、発電機によって発電された電力とバッテリー電力を電動モータに供給するモータ駆動用インバータと、駆動用インバータから供給される電力に基づき発電機と協働して車輪を駆動させる電動モータとを備えるものがある。
例えば、このモータ駆動用インバータが、三相インバータとして機能し電動モータへ三相電力を供給するとともに、単相インバータとして機能して家庭用コンセントへ家庭用電力を供給するものが開示されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−135906号公報
しかし、電動モータは、大電流かつ電圧範囲が広いため、モータ駆動用インバータから家庭用コンセントに出力される単相電力も、大電流かつ電圧範囲が広くなる。
このような大電流かつ電圧範囲が広い電力を、小電力家庭用電源として使用した場合、効率が悪くなる問題があった。
そこで本発明は、燃料電池によって発電された電力を効率よく外部負荷に供給することが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)および前記燃料電池によって発電された発電電力を蓄電するバッテリ(例えば、実施形態における高圧バッテリ110)とを含む電源と、前記電源から供給される直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を補機に出力する補機用インバータ回路(例えば、実施形態におけるエアポンプ用インバータ回路104eあるいはエアコン用インバータ回路109e)と、前記補機用インバータ回路と補機(例えば、実施形態におけるエアポンプ104あるいはエアコン109)とを接続する補機用接触器と、前記補機用インバータ回路と外部負荷(例えば、実施形態における外部負荷300)とを接続する外部給電用接触器(例えば、実施形態におけるエアポンプ用外部給電用コンタクタ119APあるいはエアコン用外部給電用コンタクタ119AC)と、前記電源からの交流電力を前記外部負荷に供給する場合、前記補機用接触器を切断させ、且つ、前記外部給電用接触器を接続させる制御装置(例えば、実施形態におけるECU120)と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、例えばエアポンプ104やエアコン109等の補機に搭載されているインバータ回路を用いて、家庭用電化製品等の小電力機器である外部負荷300に応じた交流電力を外部負荷300に出力することができる。これにより、外部負荷に給電するための専用のインバータ回路を用意する必要がなくなり、専用のインバータ回路を用意するためのコストを軽減することができる。また、駆動用モータのインバータ回路から外部負荷に給電する場合に比べて、外部給電用コンタクタを廉価で構成することができる。
また、本発明にかかる本発明の電力供給システムにおいて、前記補機用インバータ回路は、三相電圧型インバータ回路であって、前記補機用接触器が接続されている場合、前記三相電圧型インバータ回路から取得される三相交流電力を前記補機に出力し、前記外部給電用接触器が接続されている場合、前記三相電圧型インバータ回路から取得される単相交流電力を前記外部負荷に出力することを特徴とする。
本発明によれば、外部給電用のインバータ回路として、通過電流や電圧も外部負荷300に使用される電力に近い補機用インバータ回路を用いることにより、共通部品を使いやすくなり、コストの低減を図ることができる。
また、本発明にかかる本発明の電力供給システムは、前記電源と接続される駆動用モータと、前記電源からの電力を前記駆動用モータに出力するケーブルに接続された電圧変換器とをさらに備え、前記補機用インバータ回路は、前記電圧変換器によって、前記駆動用モータに供給される直流電力よりも電圧が下げられた直流電力が供給さえることを特徴とする。
本発明によれば、外部給電用のインバータ回路として、駆動用モータに供給される高電圧の電力の電圧がエアポンプ104やエアコン109等の補機のために下げられた直流電力を入力する補機用インバータ回路(エアポンプ用インバータ回路104eあるいはエアコン用インバータ回路109e)を用いることにより、出力電力の損失を軽減させ、効率を向上させることができる。
また、本発明にかかる本発明の電力供給システムにおいて、前記補機用インバータは、複数の補機のそれぞれに用意された複数のインバータ回路を備え、前記複数の補機のうちいずれか一の補機を作動させる場合、前記複数の補機のうち他の補機と接続される前記補機用接触器を切断させ、且つ、前記複数の補機のうち他の補機用のインバータ回路と接続される前記外部給電用接触器を接続させることを特徴とする。
本発明によれば、必要に応じて、補機用のインバータ回路を使い分けることができる。
また、本発明にかかる本発明の電力供給システムにおいて、前記補機用インバータは、第1の補機用接触器を介してエアコンと接続されるとともに第1の外部給電用接触器を介して前記外部負荷と接続されるエアコン用インバータ回路と、第2の補機用接触器を介してエアポンプと接続されるとともに第2の外部給電用接触器を介して前記外部負荷と接続されるエアポンプ用インバータ回路とを含み、前記エアコンを作動させる場合、前記第2の補機用接触器を切断させ、且つ、前記第2の外部給電用接触器を接続させ、前記エアポンプを作動させる場合、前記第1の補機用接触器を切断させ、且つ、前記第1の外部給電用接触器を接続させることを特徴とする。
本発明によれば、エアコン109を優先して作動させる場合、燃料電池101による発電を停止させ、エアポンプ用インバータ回路104eを用いて、外部負荷300への給電を行う。これにより、エアコン109を利用しながら、外部給電を実施することができる。
また、高圧バッテリ110のSOCが低下している場合、エアコン109を停止させて、燃料電池101を発電させ、高圧バッテリ110に充電させるとともに、外部負荷300への給電を行う。これにより、高圧バッテリ110のSOCが下限値よりも低下することを防止することができる。
また、本発明にかかる本発明の電力供給システムにおいて、前記電源からの交流電力を前記外部負荷に供給する前記制御装置の外部給電制御時において、前記燃料電池を発電させて前記バッテリに充電する場合、前記バッテリの充電電力の目標値が、前記電源の交流電力を前記外部負荷に供給していない通常制御時に設定される前記バッテリの充電電力の目標値に比べて高いことを特徴とする。
本発明によれば、外部給電制御時のSOCの目標値を通常制御時のSOCの目標値よりも高く設定しておくことにより、エアコン109の作動が要求された際に、エアコン109を作動させるために利用される電力量と外部給電用の電力量とを十分確保することができる。
本発明によれば、例えばエアポンプ104やエアコン109等の補機に搭載されているインバータ回路を用いて、家庭用電化製品等の小電力機器である外部負荷300に応じた交流電力を外部負荷300に出力することができる。これにより、外部負荷に給電するための専用のインバータ回路を用意する必要がなくなり、専用のインバータ回路を用意するためのコストを軽減することができる。
本発明に係る一実施形態の燃料電池自動車の模式的な平面図である。 第1実施形態に係る電力供給システム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。 電力供給システムに含まれる補機用インバータ回路の接続の一例を示す回路図である。 本実施形態に係る外部給電制御方法の一例を示すフローチャートである。 本実施形態に係る外部給電制御方法のタイムチャートの一例を示す図である。 本実施形態に係る外部給電制御方法の他の例を示すフローチャートである。 本実施形態に係る外部給電制御方法のタイムチャートの他の例を示す図である。 本実施形態に係る制御装置が参照するバッテリのバッテリ残量(SOC)の閾値と目標値の一例を示す表である。 本実施形態に係る外部給電制御方法の他の例を示すフローチャートである。 本実施形態に係る外部給電制御方法のタイムチャートの他の例を示す図である。 出力電力と効率との関係を示す図である。 第2実施形態に係る電力供給システム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。
[第1実施形態]
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。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、およびこの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、本発明の一実施形態に係る電力供給システム1に利用される燃料電池自動車100の上面説明図である。本実施形態に係る電力供給システム1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、燃料電池自動車100に搭載される補機のインバータ回路を介して、外部負荷300に供給するシステムである。なお、補機とは、例えば、エアコンやエアポンプ等であって、燃料電池自動車100に走行の動力を提供する駆動用モータよりも、電圧範囲が低く低電流な電力によって作動する機器である。このエアコンやエアポンプ等の補機は、燃料電池によって発電された電力に基づき動作するため、インバータ回路を備えているものとする。本実施形態に係る電力供給システム1は、この補機に搭載されているインバータ回路を用いて、燃料電池によって発電された電力を外部負荷に供給する交流電力に変換するものである。これにより、外部負荷に給電するための専用のインバータ回路を用意する必要がなくなるというメリットがある。
燃料電池自動車100は、例えば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を備えている。この給電口152に外部負荷300が電気的に接続されることにより、燃料電池101からの電力を外部負荷300に供給することができる。なお、詳細については後述するが、燃料電池101が発電した直流電力は、燃料電池自動車100に搭載された補機(例えば、エアコンやエアポンプ)用のインバータ回路により交流電力に変換されて、外部の交流機器である外部負荷300に供給される。
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用モータ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。駆動用モータ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を冷却するためのラジエータ108が配置されている。
車体前後方向中間部には、燃料電池101と、補機類109とが支持されている。なお、補機類109には、例えば、車内の温度を調整する空調装置(エアコン)が含まれる。本実施形態において、補機類109の一例として、補機がエアコンである例について以下説明する。よって、説明便宜上、補機類109の一例を、エアコン109と記して、以下説明する。
車体後部には、燃料電池自動車100の減速時等に駆動用モータ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。
駆動用モータ102は、その駆動および回生が車両の走行状況や、燃料電池101および高圧バッテリ110からの電力量等に応じて、PDU112(Power Drive Unit)により制御される。PDU112は、トランジスタやFET等のスイッチング素子からなるインバータ回路を備えてなるもので、高圧バッテリ110や燃料電池101からの直流電力を所望の交流電力に変換する。なお、このPDU112に含まれるインバータ回路は、交流電力に変換した電力を駆動用モータ102に供給するものであって、出力される交流電力は、電圧範囲が広く大電流の電力である。
高圧バッテリ110は、給電口152に外部負荷300が接続されることによって、蓄電した電力を外部負荷300に供給する。つまり、高圧バッテリ110は、電力供給システム1内の電源である。
また、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およびDC/DCコンバータ116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、エアポンプ104やエアコン109、および、後述する外部給電用コンタクタ119や給電口152と電気的に接続されている。
DC/DCコンバータ116は、車両の走行状況や、燃料電池101の電力、高圧バッテリ110の電力等に応じて、PDU112、燃料電池101、高圧バッテリ110、エアポンプ104、およびエアコン109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。
次に、図2を参照して、本実施形態に係る電力供給システム1における制御系の一例について説明する。図2は、本実施形態に係る電力供給システム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2に示す通り、燃料電池101と高圧バッテリ110とは、第一電圧変換器(DC/DCコンバータ)116aおよび第二電圧変換器116bを介して高圧ケーブルで接続されている。この第一電圧変換器116aは、燃料電池101とPDU112とを電気的に接続する高圧ケーブルに接続され、PDU112、つまり、駆動用モータ102に供給する電力の電圧に合わせて、燃料電池101によって発電された電力の電圧を変換する。第二電圧変換器116bは、高圧バッテリ110とPDU112とを電気的に接続する高圧ケーブルに接続され、エアポンプ104、エアコン109、および外部負荷300に供給する電力の電圧に合わせて、高圧バッテリ110から供給される電力の電圧を変換する。
この高圧バッテリ110と第二電圧変換器116bを電気的に接続する高圧ケーブルには、電源用コンタクタ113が接続されている。
また、高圧バッテリ110と第二電圧変換器116bを電気的に接続する高圧ケーブルには、エアポンプ用インバータ回路104eおよびエアコン用インバータ回路109eが接続されている。
エアポンプ用インバータ回路104eは、エアポンプコンプレッサコンタクタ104dを介してエアポンプコンプレッサ104cと接続されている。このエアポンプコンプレッサ104cは、エアポンプ104と接続されている。このエアポンプ104は、ECU120によりエアポンプコンプレッサ104cが駆動されることによって、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。
また、エアポンプ用インバータ回路104eは、エアポンプ用外部給電用コンタクタ119APを介して給電口152と接続されている。よって、給電口152が外部負荷300と接続された状態で、エアポンプ用外部給電用コンタクタ119APが接続されることにより、エアポンプ用インバータ回路104eと外部負荷300とが電気的に接続される。
エアコン用インバータ回路109eは、エアコンコンプレッサコンタクタ109dを介してエアコンコンプレッサ109cと接続されている。このエアコンコンプレッサ109cは、エアコン109と接続されている。
また、エアコン用インバータ回路109eは、エアコン用外部給電用コンタクタ119ACを介して給電口152と接続されている。よって、給電口152が外部負荷300と接続された状態で、エアコン用外部給電用コンタクタ119ACが接続されることにより、エアコン用インバータ回路109eと外部負荷300とが電気的に接続される。
さらに、高圧バッテリ110と第二電圧変換器116bを電気的に接続する高圧ケーブルには、ダウンバータ127が接続されている。このダウンバータ127は、12Vバッテリ126と接続されている。12Vバッテリ126は、ECU120に12Vの電力を供給する。この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あるいは第二電圧変換器116b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、ECU120に供給する。
ECU120は、例えば、駆動用モータ102の力行運転および発電運転を制御する。例えば、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、駆動用モータ102の目標トルクを算出し、実際に駆動用モータ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、駆動用モータ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回路104e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エアポンプコンプレッサ104c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、エアコン用インバータ回路109eの電力変換動作やエアコンコンプレッサ109cの電圧調整動作などを制御することによって、エアコン109による温度調整を制御する。
また、ECU120は、エアポンプコンプレッサコンタクタ104d、エアコンコンプレッサコンタクタ109d、エアポンプ用外部給電用コンタクタ119AP、およびエアコン用外部給電用コンタクタ119ACの接続(ON)と切断(OFF)を制御する。
また、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。
なお、図示は省略するが、ECU120には、以下に説明するような構成が接続されている。
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。
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。
また、例えば、ECU120は、高圧バッテリ110の端子間電圧(バッテリ電圧)VBを検出する電圧計、電流値を検出する電流計、および温度TBを検出する温度センサの各検出信号に基づき、残容量SOCなどの各種の状態量を算出する。
次に、図3を参照して、エアポンプ用インバータ回路104eの接続の一例について説明する。図3は、エアポンプ用インバータ回路104eの接続の一例を示す回路図である。なお、エアコン用インバータ回路109eの接続は、エアポンプ用インバータ回路104eと同様であるため、説明を省略する。
このエアポンプ用インバータ回路104eは、入力側が、高圧バッテリ110と第二電圧変換器116bを電気的に接続する高圧ケーブルに接続され、直流電力を入力する。また、エアポンプ用インバータ回路104eは、出力側が、エアポンプコンプレッサ104cに接続され、三相交流電力を出力する。
このエアポンプ用インバータ回路104eは、一般的な三相電圧型インバータ回路であって、直流電源の間に大容量のコンデンサCと、それぞれ直列に2つのパワー素子P1,P2,P3,P4,P5,P6を3相分接続した回路である。
直列接続された2つのパワー素子P1,P2の中間、および、直列接続された2つのパワー素子P3,P4の中間と接続されたケーブルが、エアポンプコンプレッサコンタクタ104dを介してエアポンプコンプレッサ104cに接続されている。よって、エアポンプコンプレッサコンタクタ104dが接続(ON)された場合、三相交流電力が、エアポンプ用インバータ回路104eからエアポンプコンプレッサ104cに出力される。
また、直列接続された2つのパワー素子P1,P2の中間、および、直列接続された2つのパワー素子P3,P4の中間と接続されたケーブルが、エアポンプ用外部給電用コンタクタ119APを介して外部負荷300に接続されている。よって、エアポンプ用外部給電用コンタクタ119APが接続(ON)された場合、単相交流電力が、エアポンプ用インバータ回路104eから外部負荷300に出力される。
ECU120は、エアポンプコンプレッサコンタクタ104dとエアポンプ用外部給電用コンタクタ119APの接続を切り替えることによって、エアポンプ用インバータ回路104eから取得される交流電力の出力先を、エアポンプコンプレッサ104cあるいは外部負荷300に切り替える。
なお、ECU120は、エアコン用インバータ回路109eから取得される単相交流電力を外部負荷300に出力するための外部給電制御方法と、エアポンプ用インバータ回路104eから取得される単相交流電力を外部負荷300に出力するための外部給電制御方法と、両インバータ回路(エアポンプ用インバータ回路104eおよびエアコン用インバータ回路109e)を切り替えていずれかのインバータ回路から取得される単相交流電力を外部負荷300に出力するための外部給電制御方法と、を実行する。
なお、エアコン用インバータ回路109eから取得される単相交流電力を外部負荷300に出力するための外部給電制御方法については、図4,5を参照して、後述する。
また、エアポンプ用インバータ回路104eから取得される単相交流電力を外部負荷300に出力するための外部給電制御方法については、図6,7を参照して、後述する。
さらに、両インバータ回路(エアポンプ用インバータ回路104eおよびエアコン用インバータ回路109e)を切り替えていずれかのインバータ回路から取得される単相交流電力を外部負荷300に出力するための外部給電制御方法については、図8〜10を参照して後述する。
<エアコン用インバータ回路109eから取得される単相交流電力を外部負荷300に出力するための外部給電制御方法>
次に、図4を参照して、本実施形態に係る外部給電制御方法の一例について説明する。図4は、本実施形態に係る外部給電制御方法の一例を示すフローチャートである。ここでは、エアコン用インバータ回路109eを用いて、高圧バッテリ110からの直流電力を交流電力に変換して、外部負荷300に出力する外部給電制御方法の一例について説明する。
(ステップST1001)
ECU120は、外部負荷300への給電を指示する外部給電開始要求、あるいは、外部負荷300への給電を終了させる外部給電終了要求を受け付ける。例えば、給電口152と外部負荷300とを接続した状態で、イグニッションスイッチをONにし、パワースイッチが押下された場合、ECU120は、外部給電開始要求を入力したことを判定する。
(ステップST1002)
ECU120は、外部給電開始要求を入力した場合、エアコン109の作動を禁止する。例えば、ECU120は、エアコン109の作動が禁止されたことを示すエアコン禁止フラグを、自身のメモリに書き込む。あるいは、エアコン109が作動中である場合、ECU120は、エアコンを停止させる。
(ステップST1003)
そして、ECU120は、エアコンコンプレッサコンタクタ109dを切断(OFF)する。
(ステップST1004)
次いで、ECU120は、エアコン側外部給電用コンタクタ119ACを接続(ON)する。
(ステップST1005)
これにより、エアコン用インバータ回路109eと外部負荷300とが、エアコン側外部給電用コンタクタ119ACを介して接続される。よって、外部負荷300が駆動されることによって、必要な電力が燃料電池101から外部負荷300に出力される。ここでは、効率の観点から、燃料電池101からの発電電力を外部負荷300に供給する例について説明するが、本発明はこれに限られず、ECU120は、高圧バッテリ110からのバッテリ電力を外部負荷300に供給してもよい。
なお、ステップST1003〜ステップST1005までの処理を、以下、エアコン用インバータ回路109eからの外部給電処理という。
(ステップST1006)
一方、外部給電終了要求を入力した場合、ECU120は、エアコン用インバータ回路109eからの外部給電処理を終了する。つまり、外部給電処理中である場合、ECU120は、外部給電を停止させるため、以下の処理を実行する。
(ステップST1007)
ECU120は、エアコン側外部給電用コンタクタ119ACを切断(OFF)する。
(ステップST1008)
次いで、ECU120は、エアコンコンプレッサコンタクタ109dを接続(ON)する。
(ステップST1009)
これにより、エアコン用インバータ回路109eとエアコンコンプレッサ109cとが、エアコンコンプレッサコンタクタ109dを介して接続される。つまり、エアコン用インバータ回路109eとエアコン側外部給電用コンタクタ119ACとが切断される。よって、エアコン側外部給電用コンタクタ119ACを介して燃料電池101あるいは高圧バッテリ110からの交流電力は外部負荷300に給電されなくなる。
従って、エアコン109の作動開始がユーザによって指示されると、必要な電力が燃料電池101あるいは高圧バッテリ110からエアコンコンプレッサ109cに入力する。つまり、エアコン109の作動が許可され、エアコン109を作動させる指示がユーザから入力された場合、ECU120は、エアコン用インバータ回路109eから入力する電力に基づきエアコンコンプレッサ109cを駆動し、エアコン109を作動させる。
なお、ステップST1007〜ステップST1009までの処理を、以下、エアコン作動処理という。
次に、図5を参照して、エアコン用インバータ回路109eを用いて外部負荷300に外部給電する場合のタイムチャートの一例について説明する。図5は、本実施形態に係る外部給電制御方法のタイムチャートの一例を示す図である。
(タイミングT101)
ECU120は、外部負荷300への給電を指示する外部給開始電要求を、ユーザから受け付ける。
(タイミングT102)
ここで、エアコン109が作動している場合、ECU120は、エアコン109を停止させる。これにより、燃料電池101からの発電電力の出力が低下する。
(タイミングT103)
そして、ECU120は、エアコンコンプレッサコンタクタ109dを切断(OFF)する。
(タイミングT104)
次いで、ECU120は、エアコン側外部給電用コンタクタ119ACを接続(ON)する。
これにより、エアコン用インバータ回路109eと外部負荷300とが、エアコン側外部給電用コンタクタ119ACを介して接続される。よって、外部負荷300が駆動されることによって、必要な電力が燃料電池101から外部負荷300に出力される。
(タイミングT105)
次いで、ECU120は、外部負荷300への給電を終了させる外部給電終了要求を、ユーザから受け付ける。これにより、エアコン用インバータ回路109eから外部負荷300への給電が停止する。
(タイミングT106)
ECU120は、エアコン側外部給電用コンタクタ119ACを切断(OFF)する。
(タイミングT107)
次いで、ECU120は、エアコンコンプレッサコンタクタ109dを接続(ON)する。
(タイミングT108)
これにより、エアコン用インバータ回路109eとエアコンコンプレッサ109cとが、エアコンコンプレッサコンタクタ109dを介して接続される。よって、ユーザがエアコン109の作動開始を指示した場合、必要な電力が燃料電池101からエアコンコンプレッサ109cに出力され、エアコン109が作動する。
<エアポンプ用インバータ回路104eから取得される単相交流電力を外部負荷300に出力するための外部給電制御方法>
次に、図6を参照して、本実施形態に係る外部給電制御方法の一例について説明する。図6は、本実施形態に係る外部給電制御方法の一例を示すフローチャートである。ここでは、エアポンプ用インバータ回路104eを用いて、高圧バッテリ110からの直流電力を交流電力に変換して、外部負荷300に出力する外部給電制御方法の一例について説明する。
(ステップST2001)
ECU120は、外部負荷300への給電を指示する外部給電開始要求、あるいは、外部負荷300への給電を終了させる外部給電終了要求を受け付ける。
(ステップST2002)
ECU120は、外部給電開始要求を入力した場合、エアポンプ104の作動を禁止する。例えば、ECU120は、エアポンプ104の作動が禁止されたことを示すエアポンプ禁止フラグを、自身のメモリに書き込む。あるいは、エアポンプ104が作動中である場合、例えば、燃料電池101が発電中である場合、ECU120は、エアポンプ104を停止させ、発電を停止させる。
(ステップST2003)
そして、ECU120は、エアポンプコンプレッサコンタクタ104dを切断(OFF)する。
(ステップST2004)
次いで、ECU120は、エアポンプ側外部給電用コンタクタ119APを接続(ON)する。
(ステップST2005)
これにより、エアポンプ用インバータ回路104eと外部負荷300とが、エアポンプ側外部給電用コンタクタ119APを介して接続される。よって、外部負荷300が駆動されることによって、必要な電力が高圧バッテリ110から外部負荷300に出力される。
なお、ステップST2003〜ステップST2005までの処理を、以下、エアポンプ用インバータ回路104eからの外部給電処理という。
(ステップST2006)
一方、外部給電終了要求を入力した場合、ECU120は、エアポンプ用インバータ回路104eからの外部給電処理を終了する。つまり、外部給電処理中である場合、ECU120は、外部給電を停止させるため、以下の処理を実行する。
(ステップST2007)
ECU120は、エアポンプ側外部給電用コンタクタ119APを切断(OFF)する。
(ステップST2008)
次いで、ECU120は、エアポンプコンプレッサコンタクタ104dを接続(ON)する。
(ステップST2009)
これにより、エアポンプ用インバータ回路104eとエアポンプコンプレッサ104cとが、エアポンプコンプレッサコンタクタ104dを介して接続される。つまり、エアポンプ用インバータ回路104eとエアポンプ側外部給電用コンタクタ119APとが切断される。よって、エアポンプ側外部給電用コンタクタ119APを介してエアポンプ用インバータ回路104eからの交流電力は外部負荷300に給電されなくなる。
従って、例えば燃料電池101の発電が開始される場合、必要な電力が高圧バッテリ110からエアポンプコンプレッサ104cに出力される。つまり、エアポンプ104の作動が許可され、発電開始がユーザによって指示された場合、ECU120は、エアポンプ用インバータ回路104eから入力する電力に基づきエアポンプコンプレッサ104cを駆動し、エアポンプ104を作動させる。
なお、ステップST2007〜ステップST2009までの処理を、以下、エアポンプ作動処理という。
次に、図7を参照して、エアポンプ用インバータ回路104eを用いて外部負荷300に外部給電する場合のタイムチャートの一例について説明する。図7は、本実施形態に係る外部給電制御方法のタイムチャートの一例を示す図である。
(タイミングT201)
ECU120は、外部負荷300への給電を指示する外部給開始電要求を、ユーザから受け付ける。
(タイミングT202)
ここで、エアポンプ104が作動している場合、ECU120は、エアポンプ104を停止させる。例えば発電中の場合、ECU120は、発電を終了させる。これにより、燃料電池101からの発電電力の出力が0になる。一方、高圧バッテリ110からのバッテリ電力の出力が上昇する。
(タイミングT203)
そして、ECU120は、エアポンプコンプレッサコンタクタ104dを切断(OFF)する。
(タイミングT204)
次いで、ECU120は、エアポンプ側外部給電用コンタクタ119APを接続(ON)する。
これにより、エアポンプ用インバータ回路104eと外部負荷300とが、エアポンプ側外部給電用コンタクタ119APを介して接続される。よって、外部負荷300が駆動されることによって、必要な電力が高圧バッテリ110から外部負荷300に出力される。これにより、高圧バッテリ110からのバッテリ電力の出力がさらに上昇し、バッテリSOCが徐々に低下する。
(タイミングT205)
次いで、ECU120は、外部負荷300への給電を終了させる外部給電終了要求を、ユーザから受け付ける。これにより、エアポンプ用インバータ回路104eから外部負荷300への給電が停止する。また、高圧バッテリ110からのバッテリ電力の出力が低下する。
(タイミングT206)
ECU120は、エアポンプ側外部給電用コンタクタ119APを切断(OFF)する。
(タイミングT207)
次いで、ECU120は、エアポンプコンプレッサコンタクタ104dを接続(ON)する。
(タイミングT208)
これにより、エアポンプ用インバータ回路104eとエアポンプコンプレッサ104cとが、エアポンプコンプレッサコンタクタ104dを介して接続される。よって、燃料電池101の発電開始が指示されることによって、ECU120は、必要な電力が高圧バッテリ110からエアポンプコンプレッサ104cに出力され、エアポンプ104を作動させる。
<両インバータ回路(エアポンプ用インバータ回路104eおよびエアコン用インバータ回路109e)を切り替えていずれかのインバータ回路から取得される単相交流電力を外部負荷300に出力するための外部給電制御方法>
図8を参照して、ECU120が参照するSOCの閾値と目標値について説明する。図8は、ECU120が参照する高圧バッテリ110のバッテリ残量(SOC)の閾値と目標値の一例を示す表である。縦軸に、高圧バッテリ110のバッテリ残量(SOC)を示す。なお、表の左側には、ECU120による通常制御のときの閾値と目標値を示す。また、表の右側には、ECU120による外部給電制御方法(ここで説明するインバータ回路を切り替える外部給電制御方法)のときの閾値と目標値を示す。
図示の通り、高圧バッテリ110のSOCには上限値と下限値がある。この上限値は、高圧バッテリ110に充電可能な電力量の最大値である。下限値は、燃料電池101の発電等に最低限必要な電力量である。
第1閾値th1は、上限値よりも小さい値であって、第2閾値th2よりも大きい値である。また、第2閾値th2は、下限値よりも大きい値である。通常制御時の目標値は、第1閾値th1よりも大きい値である。一方、外部給電制御時の目標値は、通常制御時の目標値よりも大きい値である。
次に、図9を参照して、本実施形態に係る外部給電制御方法の他の例について説明する。図9は、本実施形態に係る外部給電制御方法の他の例を示すフローチャートである。ここでは、エアポンプ用インバータ回路104eあるいはエアポンプ用インバータ回路104eを用いて、燃料電池101あるいは高圧バッテリ110からの直流電力を交流電力に変換して、外部負荷300に出力する外部給電制御方法の一例について説明する。
(ステップST3001)
ECU120は、外部負荷300への給電を指示する外部給電開始要求、あるいは、外部負荷300への給電を終了させる外部給電終了要求を受け付ける。
(ステップST3002)
外部給電開始要求を入力した場合、ECU120は、エアコン109の作動を指示する要求があるか否かを判定する。ECU120は、例えば、エアコン109が作動中であるか否かを判定し、あるいは、エアコン109を作動させることを指示する操作がユーザによって入力されたか否かを判定する。
(ステップST3003)
エアコン109が作動中である場合、あるいは、エアコン109を作動させることを指示する操作がユーザによって入力された場合、ECU120は、エアコン109の作動を指示する要求があったと判定する。そして、ECU120は、高圧バッテリ110の充電電力の残量(SOC)が第1閾値th1以上であるか否かを判定する。
(ステップST3004)
SOC≧第1閾値th1である場合、ECU120は、エアポンプ用インバータ回路104eを用いて外部給電処理を実行するため、エアポンプ104の作動を禁止させる。例えば、燃料電池101が発電中である場合、ECU120は、エアポンプ104を停止させ、発電を停止させる。
(ステップST3005)
次いで、ECU120は、エアポンプ用インバータ回路104eからの外部給電処理を実行する。
具体的に説明すると、ECU120は、エアポンプコンプレッサコンタクタ104dを切断(OFF)する。次いで、ECU120は、エアポンプ側外部給電用コンタクタ119APを接続(ON)する。これにより、エアポンプ用インバータ回路104eと外部負荷300とが、エアポンプ側外部給電用コンタクタ119APを介して接続される。よって、外部負荷300が駆動されることによって、必要な電力が高圧バッテリ110から外部負荷300に出力される。
(ステップST3006)
そして、ECU120は、エアコン用インバータ回路109eからの外部給電処理を終了させエアコン109を作動させるエアコン作動処理を実行する。
具体的に説明すると、ECU120は、エアコン側外部給電用コンタクタ119ACを切断(OFF)する。次いで、ECU120は、エアコンコンプレッサコンタクタ109dを接続(ON)する。これにより、エアコン用インバータ回路109eとエアコンコンプレッサ109cとが、エアコンコンプレッサコンタクタ109dを介して接続される。つまり、エアコン用インバータ回路109eとエアコン側外部給電用コンタクタ119ACとが切断される。よって、エアコン側外部給電用コンタクタ119ACを介してエアコン用インバータ回路109eからの交流電力は外部負荷300に給電されなくなる。
そして、ECU120は、エアコン用インバータ回路109eを介して高圧バッテリ110から入力する電力に基づき、エアコンコンプレッサ109cを駆動し、エアコン109を作動させる。
(ステップST3007)
次いで、ECU120は、SOCが第2閾値th2未満となったことを示す履歴情報を消去する。具体的に説明すると、SOCが第2閾値th2未満であると判定した場合、ECU120は、SOCが第2閾値th2未満となったことを示す履歴情報を自身が内蔵する記憶領域に書き込む。ここでは、SOCが第2閾値th2未満となったことを示す履歴情報が記憶領域に書き込まれている場合、ECU120が、この記憶領域に書き込まれている履歴情報を消去する。
(ステップST3008)
一方、ステップST3003において、SOCが第1閾値th1未満である場合、ECU120は、SOCが第2閾値th2未満であるか否かを判定する。
(ステップST3009)
SOC<第2閾値th2である場合、ECU120は、エアコン109を停止させる。
(ステップST3010)
そして、ECU120は、エアコン用インバータ回路109eの接続先を、エアコンコンプレッサ109cから外部負荷300に切り替える。つまり、ECU120は、エアコン用インバータ回路109eからの外部給電処理を実行する。
具体的に説明すると、ECU120は、エアコンコンプレッサコンタクタ109dを切断(OFF)する。次いで、ECU120は、エアコン側外部給電用コンタクタ119ACを接続(ON)する。
これにより、エアコン用インバータ回路109eと外部負荷300とが、エアコン側外部給電用コンタクタ119ACを介して接続される。つまり、エアコン用インバータ回路109eとエアコンコンプレッサコンタクタ109dとが切断される。
よって、外部負荷300が駆動されることによって、必要な電力が高圧バッテリ110から外部負荷300に出力されるようになる。
(ステップST3011)
次いで、外部負荷300と接続させるインバータ回路を、エアポンプ用インバータ回路104eからエアコン用インバータ回路109eに切り替える。つまり、ECU120は、エアポンプ動作処理を実行する。
具体的に説明すると、ECU120は、エアポンプ側外部給電用コンタクタ119APを切断(OFF)する。次いで、ECU120は、エアポンプコンプレッサコンタクタ104dを接続(ON)する。
これにより、エアポンプ用インバータ回路104eとエアポンプコンプレッサ104cとが、エアポンプコンプレッサコンタクタ104dを介して接続される。つまり、エアポンプ用インバータ回路104eとエアポンプ側外部給電用コンタクタ119APとが切断される。
(ステップST3012)
次いで、ECU120は、燃料電池101の発電を開始させる。ECU120は、エアポンプ用インバータ回路104eから入力する電力に基づきエアポンプコンプレッサ104cを駆動し、エアポンプ104を作動させる。これによって、燃料電池101が発電する。
(ステップST3013)
そして、燃料電池101によって発電された電力が、高圧バッテリ110に充電される。
(ステップST3014)
そして、ECU120は、SOCが第2閾値th2未満となったことを示す履歴情報を自身が内蔵する記憶領域に書き込む。
(ステップST3015)
一方、ステップST3008において、SOC>第2閾値th2である場合、ECU120は、記憶領域にSOCが第2閾値th2未満となったことを示す履歴情報が書き込まれているか否かを判定する。
この履歴情報が書き込まれている場合、ECU120は、高圧バッテリ110への充電を継続する。
(ステップST3016)
また、ステップST3001において、外部給電終了要求を入力した場合、ECU120は、エアポンプ用インバータ回路104eからの外部給電処理、あるいは、エアコン用インバータ回路109eからの外部給電処理を終了する。
つまり、エアポンプ用インバータ回路104eからの外部給電処理中である場合、ECU120は、ECU120は、エアポンプ側外部給電用コンタクタ119APを切断(OFF)する。次いで、ECU120は、エアポンプコンプレッサコンタクタ104dを接続(ON)する。
また、エアコン用インバータ回路109eからの外部給電処理中である場合、ECU120は、ECU120は、エアコン側外部給電用コンタクタ119ACを切断(OFF)する。次いで、ECU120は、エアコンコンプレッサコンタクタ109dを接続(ON)する。
(ステップST3017)
そして、ECU120は、通常制御を実行する。なお、通常制御時のSOCの目標値は、図8に示した通り、外部給電制御時に比べて低い。
(ステップST3018)
また、ステップST3002において、エアコン109の作動を指示する要求がないと判定された場合、例えば、エアコン109が作動していない場合、あるいは、エアコン109を停止させることを指示する操作がユーザによって入力された場合、ECU120は、エアコン用インバータ回路109eからの外部給電処理を実行する。
具体的に説明すると、ECU120は、エアコンコンプレッサコンタクタ109dを切断(OFF)する。次いで、ECU120は、エアコン側外部給電用コンタクタ119ACを接続(ON)する。
これにより、エアコン用インバータ回路109eと外部負荷300とが、エアコン側外部給電用コンタクタ119ACを介して接続される。
よって、外部負荷300が駆動されることによって、必要な電力が高圧バッテリ110又は燃料電池101から外部負荷300に出力される。
(ステップST3019)
そして、ECU120は、高圧バッテリ110のSOCが、外部給電制御時の目標値に達するまで、燃料電池101を発電させる。なお、外部給電制御時のSOCの目標値は、図8に示した通り、通常制御時に比べて高い。
次に、図10を参照して、図9を用いて説明した外部給電を実施する場合のタイムチャートの一例について説明する。図10は、本実施形態に係る外部給電制御方法のタイムチャートの一例を示す図である。なお、図10の上部には、高圧バッテリ110のSOCの変化を示す。
(タイミングT301)
ECU120は、外部負荷300への給電を指示する外部給電開始要求を、ユーザから受け付ける。なお、外部給電開始要求を受け付けた際、エアコン109は作動しているものとする。つまり、エアコン側外部給電用コンタクタ119ACが切断(OFF)されており、エアコンコンプレッサコンタクタ109dが接続(ON)されている。これにより、高圧バッテリ110からのバッテリ電力が、エアコン109に供給される。
そして、ECU120は、SOCが第1閾値th1以上であるか否かを判定する。ここでは、SOC≧第1閾値th1であるとする。
よって、ECU120は、エアポンプ用インバータ回路104eからの外部給電処理を実行するため、エアポンプ104の作動を禁止させる。例えば、燃料電池101が発電中である場合、ECU120は、エアポンプ104を停止させ、発電を停止させる。
(タイミングT302)
そして、ECU120は、エアポンプ用インバータ回路104eからの外部給電処理を実行する。
具体的に説明すると、ECU120は、エアポンプコンプレッサコンタクタ104dを切断(OFF)する。
(タイミングT303)
次いで、ECU120は、エアポンプ側外部給電用コンタクタ119APを接続(ON)する。
これにより、エアポンプ用インバータ回路104eと外部負荷300とが、エアポンプ側外部給電用コンタクタ119APを介して接続される。よって、外部負荷300が駆動されることによって、必要な電力が高圧バッテリ110から外部負荷300に出力される。
そして、ECU120は、SOCが第1閾値th1未満になったか否かを判定する。SOC<第1閾値th1である場合、ECU120は、さらに、SOCが第2閾値th2未満であるか否かを判定する。
ここでは、SOCが第1閾値th1から第2閾値th2へ低下している状態である。よって、SOCが第2閾値th2未満となったことを示す履歴情報は、ECU120の記憶領域に書き込まれていない。このように、履歴情報が書き込まれておらず、かつ、第2閾値th2≦SOC<第1閾値th1である場合、ECU120は、エアポンプ用インバータ回路104eからの外部給電処理を継続して実行するとともに、エアコン作動処理を継続して実行する。
よって、SOCは、徐々に低下する。
(タイミングT304)
SOCが第2閾値th2未満となった場合、ECU120は、燃料電池101を発電させて、発電電力を高圧バッテリ110に充電させる。なお、本実施形態において、エアコン109の作動よりも外部給電を優先して実行することが決められており、ECU120は、エアコン109を停止させ、エアコン側外部給電用コンタクタ119ACを用いた外部給電処理を実行する。
ECU120は、エアコン109を停止させる。これにより、高圧バッテリ110からのバッテリ電力の出力が低下する。そして、ECU120は、エアコン用インバータ回路109eからの外部給電処理を実行する。
(タイミングT305)
つまり、ECU120は、エアコンコンプレッサコンタクタ109dを切断(OFF)する。
(タイミングT306)
次いで、ECU120は、エアコン側外部給電用コンタクタ119ACを接続(ON)する。
これにより、エアコン用インバータ回路109eと外部負荷300とが、エアコン側外部給電用コンタクタ119ACを介して接続される。つまり、エアコン用インバータ回路109eとエアコンコンプレッサコンタクタ109dとが切断される。
よって、外部負荷300が駆動されることによって、必要な電力が、高圧バッテリ110からエアコン用インバータ回路109eを介して、外部負荷300に出力される。
(タイミングT307)
そして、ECU120は、エアポンプ側外部給電用コンタクタ119APを切断(OFF)する。
(タイミングT308)
次いで、ECU120は、エアポンプコンプレッサコンタクタ104dを接続(ON)する。
これにより、エアポンプ用インバータ回路104eと外部負荷300との接続が切断され、外部給電が停止される。つまり、エアポンプ用インバータ回路104eとエアポンプコンプレッサコンタクタ104dとが接続される。
(タイミングT309)
そして、ECU120は、燃料電池101による発電を開始させる。例えば、ECU120が、エアポンプコンプレッサ104cを駆動すると、エアポンプ104を作動する。これにより、アノード側に燃料ガスとして水素ガスが供給されるとともに、カソード側に酸化剤ガスとして酸素を含む空気が供給されることで、燃料電池101は、電気化学反応により水の生成とともに発電する。この燃料電池101によって発電された電力が、高圧バッテリ110に充電される。また、燃料電池101によって発電された電力は、外部負荷300に給電される。つまり、外部負荷300に給電される電力が、高圧バッテリ110のバッテリ電力から、燃料電池101の発電電力に切り替わる。
そして、ECU120は、SOCが第2閾値th1以上となったか否かを判定する。
ここでは、SOCが第2閾値th2から第1閾値th1へ上昇している状態である。よって、SOCが第2閾値th2未満となったことを示す履歴情報が、ECU120の記憶領域に書き込まれている。このように、履歴情報が書き込まれており、かつ、第2閾値th2≦SOC<第1閾値th1である場合、ECU120は、発電を継続させ、発電電力を高圧バッテリ110に充電するとともに、外部負荷300に給電する。
そして、ECU120は、SOC≧第1閾値th1であると判定した場合、外部給電用のインバータ回路を、エアコン側外部給電用コンタクタ119ACからエアポンプ側外部給電用コンタクタ119APに切り替える。そして、ECU120は、エアポンプ用インバータ回路104eからの外部給電処理を実行するとともに、エアコン109の作動を再開する。
(タイミングT310)
つまり、ECU120は、エアポンプ用インバータ回路104eを用いて外部給電処理を実行するため、エアポンプ104の作動を禁止させる。例えば、燃料電池101が発電中である場合、ECU120は、エアポンプ104を停止させ、発電を停止させる。これにより、高圧バッテリ110からのバッテリ電力が外部負荷300に給電される。つまり、外部負荷300に給電される電力が、燃料電池101の発電電力から、高圧バッテリ110のバッテリ電力に切り替わる。そして、ECU120は、SOCが第2閾値th2未満となったことを示す履歴情報を、自身の記憶領域から消去する。
(タイミングT311)
そして、ECU120は、エアポンプ用インバータ回路104eからの外部給電処理を実行する。
具体的に説明すると、ECU120は、エアポンプコンプレッサコンタクタ104cを切断(OFF)する。
(タイミングT312)
次いで、ECU120は、エアポンプ側外部給電用コンタクタ119APを接続(ON)する。
これにより、エアポンプ用インバータ回路104eと外部負荷300とが、エアポンプ側外部給電用コンタクタ119APを介して接続される。よって、外部負荷300が駆動されることによって、必要な電力が、高圧バッテリ110からエアポンプ用インバータ回路104eを介して外部負荷300に出力される。
(タイミングT313)
そして、ECU120は、エアコン109の作動を開始させる。
具体的に説明すると、ECU120は、エアコン側外部給電用コンタクタ119ACを切断(OFF)する。
(タイミングT314)
次いで、ECU120は、エアコンコンプレッサコンタクタ109dを接続(ON)する。
これにより、エアコン用インバータ回路109eとエアコンコンプレッサ109cとが、エアコンコンプレッサコンタクタ109dを介して接続される。ECU120は、エアコン用インバータ回路109eを介して、高圧バッテリ110から入力する電力に基づきエアコンコンプレッサ109cを駆動し、エアコン109を作動させる。
(タイミングT315)
そして、ECU120は、外部負荷300への給電を終了させる外部給電終了要求を、ユーザから受け付ける。これにより、ECU120は、エアポンプ用インバータ回路104eから外部負荷300への給電を停止させる。
(タイミングT316)
具体的に説明すると、ECU120は、エアポンプ側外部給電用コンタクタ119APを切断(OFF)する。
(タイミングT317)
次いで、ECU120は、エアポンプコンプレッサコンタクタ104dを接続(ON)する。
(タイミングT318)
これにより、エアポンプ用インバータ回路104eとエアポンプコンプレッサ104cとが、エアポンプコンプレッサコンタクタ104dを介して接続される。よって、燃料電池101の発電開始が指示されることによって、必要な電力が高圧バッテリ110からエアポンプコンプレッサ104cに出力され、エアポンプ104が作動する。
上述の通り、本実施形態に係る電力供給システム1は、エアポンプ104やエアコン109等の補機に搭載されているインバータ回路を用いて、家庭用電化製品等の小電力機器である外部負荷300に応じた交流電力を外部負荷300に出力することができる。これにより、外部負荷に給電するための専用のインバータ回路を用意する必要がなくなり、専用のインバータ回路を用意するためのコストを軽減することができる。また、駆動用モータのインバータ回路から外部負荷に給電する場合に比べて、外部給電用コンタクタを廉価で構成することができる。
なお、エアポンプ104やエアコン109は、駆動用モータ102に比べて、電圧範囲が狭く小電流である電力によって作動される機器である。また、外部負荷300として家庭用電化製品が接続される場合、この外部負荷300の使用する電力値は10kW以下と低い場合が多い。つまり、エアポンプ104やエアコン109等の補機は、外部負荷300への出力電力と近い場合が多い。そこで、上述の通り、本実施形態に係る電力供給システム1は、エアコン用インバータ回路109eやエアポンプ用インバータ回路104eを、外部給電用のインバータとして利用する。これにより、外部負荷300に対して、燃料電池101によって発電された電力の電圧が第二電圧変換器116bによって下げられた直流電力を出力することができる。このように、外部給電用のインバータ回路として、通過電流や電圧も外部負荷300に使用される電力に近い補機用インバータ回路を用いることにより、共通部品を使いやすくなり、コストの低減を図ることができる。また、このように、外部給電用のインバータ回路として、駆動用モータに供給される高電圧の電力の電圧がエアポンプ104やエアコン109のために下げられた直流電力を入力するエアポンプ用インバータ回路104eあるいはエアコン用インバータ回路109eを用いることにより、出力電力の損失を軽減させ、効率を向上させることができる。
なお、この出力電力と効率の関係について、図11を参照して説明する。図11(a)は、駆動用モータ102に供給する電力の出力電力と効率との関係の一例を示す図である。図11(b)は、エアコン109に供給する電力の出力電力と効率との関係の一例を示す図である。
図11(a),11(b)に示す通り、外部負荷300の平均出力電力に対して、駆動用モータ102への電力を利用する方の効率が、エアコン109への電力を利用する方の効率に比べて悪い。これは、駆動用モータ102に供給される電圧範囲が広く大電流の電力を、PDUに搭載されているインバータ回路を介して外部負荷300に供給した場合、効率が悪くなることを示している。言い換えると、エアコン用インバータ回路109eを介して電圧範囲が狭く小電流の電力を外部負荷300に供給した場合、効率が良くなることを示している。
このように、本実施形態に係る電力供給システム1は、エアコン用インバータ回路109eあるいはエアポンプ用インバータ回路104eと、外部負荷300とを接続することによって、外部負荷300の専用のインバータ回路を用意するためのコストを削減できるとともに、出力電力の効率も向上させることができる。
また、エアコン109を優先して作動させる場合、燃料電池101による発電を停止させ、エアポンプ用インバータ回路104eを用いて、外部負荷300への給電を行う。これにより、エアコン109を利用しながら、外部給電を実施することができる。
さらに、高圧バッテリ110のSOCが低下している場合、エアコン109を停止させて、燃料電池101を発電させ、高圧バッテリ110に充電させるとともに、外部負荷300への給電を行う。これにより、高圧バッテリ110のSOCが下限値よりも低下することを防止することができる。
さらにまた、外部給電制御時のSOCの目標値を通常制御時のSOCの目標値よりも高く設定しておくことにより、エアコン109の作動が要求された際に、エアコン109を作動させるために利用される電力と外部給電用の電力とを十分確保することができる。
[第2実施形態]
また、本実施形態に係る電力供給システム2は、上述の第1実施形態の構成に限られず、図12に示すような構成であってもよい。図12は、本実施形態に係る電力供給システム2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。なお、各構成について、第1実施形態と同様であるため、同一の符号を付して、各構成の詳細な説明は省略する。
図12に示す通り、燃料電池101と高圧バッテリ110とは、第一電圧変換器116aおよび第二電圧変換器116bを介して高圧ケーブルで接続されている。この第一電圧変換器116aは、燃料電池101とPDU112とを電気的に接続する高圧ケーブルに接続され、エアポンプ104、エアコン109および外部負荷300に供給する電力の電圧に合わせて、燃料電池101から供給される電力の電圧を変換する。第二電圧変換器116bは、高圧バッテリ110とPDU112とを電気的に接続する高圧ケーブルに接続され、PDU112、つまり、駆動用モータ102に供給する電力の電圧に合わせて、高圧バッテリ110からの電力の電圧を変換する。
この高圧バッテリ110と第二電圧変換器116bを電気的に接続する高圧ケーブルには、電源用コンタクタ113が接続されている。
また、燃料電池101と第一電圧変換器116aを電気的に接続する高圧ケーブルには、ダウンバータ127、エアポンプ用インバータ回路104eおよびエアコン用インバータ回路109eが接続されている。
第1実施形態に係る電力供給システム1は、電圧変換器を介さずに、高圧バッテリ110が直接エアポンプ用インバータ回路104eおよびエアコン用インバータ回路109eと接続されている。これは、レンジエクステンダー型などの、バッテリの搭載量が多い(つまり、バッテリの容量が多い)車両に適用することが好ましい。
また、第2実施形態に係る電力供給システム2は、電圧変換器を介さずに、燃料電池101が直接エアポンプ用インバータ回路104eおよびエアコン用インバータ回路109eと接続されている。これは、ピュアFCV型などの、バッテリの搭載量が少ない(つまり、バッテリの容量が少ない)車両に適用することが好ましい。
また、本実施の形態に係るECU120は、内部にコンピュータシステムを有している。そして、動作の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータシステムが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでいう「コンピュータシステム」とは、CPU及び各種メモリやOS、周辺機器等のハードウェアを含むものである。
また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。
また、各ステップを実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、また、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、検出対象物の形状情報の推定値を算出する処理を行ってもよい。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(例えばDRAM(Dynamic Random Access Memory))のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。
さらに、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組合せで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。
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。また、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。
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)
110 高圧バッテリ(電源)
120 ECU(制御装置)
104e エアポンプ用インバータ回路(補機用インバータ回路)
109e エアコン用インバータ回路(補機用インバータ回路)
104 エアポンプ(補機)
109 エアコン(補機)
300 外部負荷
104d エアポンプコンプレッサコンタクタ(補機用接触器)
109d エアコンコンプレッサコンタクタ(補機用接触器)
119AP エアポンプ用外部給電用コンタクタ(外部給電用接触器)
119AC エアコン用外部給電用コンタクタ(外部給電用接触器)
102 駆動用モータ
116a 第一電圧変換器(電圧変換器)
116b 第二電圧変換器(電圧変換器)

Claims (6)

  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および前記燃料電池によって発電された発電電力を蓄電するバッテリとを含む電源と、
    前記電源から供給される直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を補機に出力する補機用インバータ回路と、
    前記補機用インバータ回路と補機とを接続する補機用接触器と、
    前記補機用インバータ回路と外部負荷とを接続する外部給電用接触器と、
    前記電源からの交流電力を前記外部負荷に供給する場合、前記補機用接触器を切断させ、且つ、前記外部給電用接触器を接続させる制御装置と、
    を備えることを特徴とする電力供給システム。
  2. 前記補機用インバータ回路は、三相電圧型インバータ回路であって、前記補機用接触器が接続されている場合、前記三相電圧型インバータ回路から取得される三相交流電力を前記補機に出力し、前記外部給電用接触器が接続されている場合、前記三相電圧型インバータ回路から取得される単相交流電力を前記外部負荷に出力することを特徴とする請求項1に記載の電力供給システム。
  3. 前記電源と接続される駆動用モータと、
    前記電源からの電力を前記駆動用モータに出力するケーブルに接続された電圧変換器とをさらに備え、
    前記補機用インバータ回路は、
    前記電圧変換器によって、前記駆動用モータに供給される直流電力よりも電圧が下げられた直流電力が供給されることを特徴とする請求項1あるいは2に記載の電力供給システム。
  4. 前記補機用インバータは、
    複数の補機のそれぞれに用意された複数のインバータ回路を備え、
    前記複数の補機のうちいずれか一の補機を作動させる場合、前記複数の補機のうち他の補機と接続される前記補機用接触器を切断させ、且つ、前記複数の補機のうち他の補機用のインバータ回路と接続される前記外部給電用接触器を接続させる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力供給システム。
  5. 前記補機用インバータは、
    第1の補機用接触器を介してエアコンと接続されるとともに第1の外部給電用接触器を介して前記外部負荷と接続されるエアコン用インバータ回路と、第2の補機用接触器を介してエアポンプと接続されるとともに第2の外部給電用接触器を介して前記外部負荷と接続されるエアポンプ用インバータ回路とを含み、
    前記エアコンを作動させる場合、前記第2の補機用接触器を切断させ、且つ、前記第2の外部給電用接触器を接続させ、前記エアポンプを作動させる場合、前記第1の補機用接触器を切断させ、且つ、前記第1の外部給電用接触器を接続させる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力供給システム。
  6. 前記電源からの交流電力を前記外部負荷に供給する前記制御装置の外部給電制御時において、前記燃料電池を発電させて前記バッテリに充電する場合、前記バッテリの充電電力の目標値が、前記電源の交流電力を前記外部負荷に供給していない通常制御時に設定される前記バッテリの充電電力の目標値に比べて高いことを特徴とする請求項1から5のうちいずれか一項に記載の電力供給システム。
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