JP2014131432A - 外部給電用インバータの冷却制御システムおよび外部給電用インバータの冷却制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池を搭載する燃料電池自動車において、トランクルーム内に設置された外部給電用のインバータ装置を効率よく冷却すること。
【解決手段】水素ガスと酸素との反応により発電する燃料電池１０１が配置された燃料電池自動車１００のトランクルーム１５１に設けられた吸気口１５５と、圧縮された水素ガスを膨張させて放出する水素タンク１１１の放出部分の近くに設けられ、放出部分周辺の空気を吸気口１５５を介してトランクルーム１５１に取り入れる冷却ファン１３４と、燃料電池１０１によって発電された電力をインバータ装置２００に供給している場合、冷却ファン１３４を駆動させる制御装置と、を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、燃料電池を備えた燃料電池自動車にて発電した電力を外部へ給電する際に用いられる外部給電用インバータの冷却制御システムおよび冷却制御方法に関するものである。

例えば、燃料電池自動車に設けられた車両用燃料電池と、この車両用燃料電池からの直流電力を交流電力に変換するインバータ装置とを備え、停電時に家庭用電気機器に電力を供給できる電力供給システムがある（例えば特許文献１参照）。特許文献１のように、インバータ装置が車外に設置される場合、外部給電によってインバータ装置から熱が排出されたとしても、外気によってインバータ装置を冷却することができる。

特開２００６−３２５３９２号公報

しかしながら、燃料電池自動車のトランクルームに蓋を閉じた状態でインバータ装置を設置して外部給電を行う場合、インバータ装置からの排熱がトランクルームに滞留するためトランクルーム内の温度が上昇し、長時間、インバータ装置が高温下に晒されるおそれがある。このように、インバータ装置が高温下に晒され続けると、インバータ装置の運転効率が低下し、トランクルームの外に設置した場合やトランクルームを開放して使用した時よりも、外部給電可能な時間が短縮される問題があった。また、燃料電池自動車では、燃料電池で発電した電力は、外部給電に使用されるため、車内のエアコン等により冷却された空気をトランクルームの冷却に使用すると、外部給電用の電力が減少し、外部給電可能な時間が短縮されるという問題があった。

そこで本発明は、燃料電池及び外部給電用インバータを搭載する燃料電池自動車において、効率的に外部給電用インバータ装置を冷却することができる、外部給電用インバータの冷却制御システムおよび冷却制御方法を提供しようとするものである。

この発明に係る外部給電用インバータの冷却制御システムの一態様は、上記課題を解決するために、以下の構成を採用した。
請求項１に係る発明は、水素ガスと酸素との反応により発電する燃料電池（例えば、実施形態の燃料電池１０１）が配置された車両（例えば、実施形態の燃料電池自動車１００）のトランクルーム（例えば、実施形態のトランクルーム１５１）に設けられた吸気口（例えば、実施形態の吸気口１５５）と、圧縮された前記水素ガスを膨張させて放出する水素タンク（例えば、実施形態の水素タンク１１１）の放出部分（例えば、実施形態の電磁弁１３１部分）の近くに設けられ、前記放出部分周辺の空気を前記吸気口を介して前記トランクルームに取り入れる冷却ファン（例えば、実施形態の冷却ファン１３４）と、前記トランクルーム内に設置されたインバータ装置（例えば、実施形態のインバータ装置２００）に対して前記燃料電池によって発電された電力を供給している場合、前記冷却ファンを駆動させる制御装置（例えば、実施形態のＥＣＵ１２０あるいは外部給電側制御装置２０１）と、を備える。
水素タンク１１１から水素ガスを燃料電池１０１に供給する際に、圧縮されていた水素ガスが膨張することによって、水素タンク１１１と電磁弁１３１との接続部分の周辺空気が冷却される。冷却ファン１３４は、この冷却された空気を、吸気口１５５を介してトランクルーム１５１内に取り入れることができる。よって、トランクルーム１５１内を効率よく冷却することができ、トランクルーム１５１内に設置された外部給電用のインバータ装置２００を効率よく冷却することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、上述の外部給電用インバータの冷却制御システムにおいて、前記制御装置は、前記インバータ装置の温度を検出する温度検出部（例えば、実施形態のインバータ内部温度計２１０あるいはインバータ吸気温度計１５８）によって検出された前記インバータ装置の温度に応じて予め定められた回転数で、前記冷却ファンを駆動させる。
これにより、インバータ装置２００に影響する温度に応じて冷却ファン１３４を駆動し、トランクルーム１５１内に設置された外部給電用のインバータ装置２００を効率よく冷却することができる。

また、請求項３に係る発明によれば、上述の外部給電用インバータの冷却制御システムにおいて、前記制御装置は、前記インバータ装置の発熱量に応じて予め定められた回転数で、前記冷却ファンを駆動させる。
これにより、インバータ装置２００の発熱量に応じて冷却ファン１３４を駆動し、トランクルーム１５１内に設置された外部給電用のインバータ装置２００を効率よく冷却することができる。

また、請求項４に係る発明によれば、上述の外部給電用インバータの冷却制御システムにおいて、前記トランクルーム内において前記吸気口の左右反対側に、前記トランクルーム内の空気を外部に排出する車外口をさらに備える。
これにより、トランクルーム１５１内の空気の循環を良くして、より効率的にトランクルーム１５１内に設置されたインバータ装置２００を冷却することができる。

また、請求項５に係る発明は、水素ガスと酸素との反応により発電する燃料電池によって発電された電力をインバータ装置に供給しているか否かを判定するステップと、前記燃料電池によって発電された電力を前記インバータ装置に供給していると判定された場合、圧縮された前記水素ガスを膨張させて放出する水素タンクの放出部分の近くに設けられる冷却ファンを駆動させ、前記放出部分周辺の空気を、前記燃料電池が配置された車両のトランクルームに設けられた吸気口を介して前記トランクルームに取り入れるステップと、を備える。

本発明によれば、燃料電池を搭載する燃料電池自動車において、トランクルーム内に設置された外部給電用のインバータ装置を効率よく冷却することができる。

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。 本発明に係る一実施形態に係る冷却ファンの設置例を示す図面である。 本発明に係る一実施形態に係る冷却ファンと電磁弁との配置例を示す図面である。 本発明に係る一実施形態に係る冷却ファンと吸気口と排気口との設置位置の一例を説明する概略図である。 本発明に係る一実施形態に係る車外口の設置例を示す図面である。 本発明に係る一実施形態に係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体後方側から見た斜視図である。 本発明に係る一実施形態に係る電力供給システム（外部給電用インバータの冷却制御システムを含む）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。 本発明に係る一実施形態に係るトランク冷却制御方法の一例について説明するためのフローチャートである。 本発明に係る一実施形態に係る温度変換テーブルの一例について説明するための図である。 本発明に係る一実施形態に係る発熱量変換テーブルの一例について説明するための図である。 本発明に係る一実施形態に係るトランク冷却制御方法におけるタイムチャートの一例を示す図である。

［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。
（燃料電池自動車）
図１は、本発明の一実施形態に係る電力供給システム（外部給電用インバータの冷却制御システム１を含む）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。

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、フロアパネル１０３に支持されている。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、燃料電池１０１と、燃料電池１０１の補機類１０９とがフロアパネル１０３に支持されている。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とがフロアパネル１０３に支持されている。

駆動モータ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。

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、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、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。

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。
この水素タンク１１１は、電磁弁１３１を介して、燃料電池１０１と接続されている。なお、電磁弁１３１は、水素供給ダクト（図示せず）を介して、燃料電池１０１と接続されている。
この水素タンク１１１と電磁弁１３１との接続部分（つまり、水素タンク１１１の放出部分）には、周辺の空気を車両内部機構からトランクルーム１５１内へ送風する冷却ファン１３４が設置されている。
また、トランクルーム１５１内には、吸気口１５５と車外口１５７とが設けられている。

次に、図２、３を参照して、冷却ファン１３４の設置位置の一例について説明する。図２は、本実施形態に係る冷却ファン１３４の設置例を示す図である。図３は、冷却ファン１３４が設置されて部分を垂直方向に切断した断面図を示す。
図２，３に示す通り、冷却ファン１３４は、例えば、フロアパネル１０３のうち、水素タンク１１１の軸方向端面１１１Ｒの上部を覆う部分に設置されている。なお、水素タンク１１１の軸方向端面１１１Ｒの下方には、水素タンク１１１と電磁弁１３１との接続部分が位置されている。冷却ファン１３４は、トランクルーム１５１の吸気口１５５に、その通風口が向くように設置されている。よって、フロアパネル１０３を介して水素タンク１１１側の空気、つまり、水素タンク１１１の水素放出部分周辺の車外の空気を吸気し、トランクルーム１５１に導入する。
このように、冷却ファン１３４は、電磁弁１３１の周辺、つまり、水素タンク１１１から圧縮されていた水素ガスが膨張する部分の空気を吸気する位置に設置されている。

水素タンク１１１から水素ガスを燃料電池１０１に供給する際に、圧縮されていた水素ガスが膨張することによって、水素タンク１１１と電磁弁１３１との接続部分の周辺空気が冷却される。よって、冷却ファン１３４は、水素タンク１１１と電磁弁１３１との接続部分周辺の空気をトランクルーム１５１内へ送風し、冷却された空気をトランクルーム１５１内へ送風することができる。冷却ファン１３４の送風口は、トランクルーム１５１に向けて設置されている。

次に、図４を参照して、冷却ファン１３４と、吸気口１５５と、車外口１５７との設置位置の一例を説明する。図４は、冷却ファン１３４と、吸気口１５５と、車外口１５７との設置位置の一例を説明する概略図である。
図４（ａ）は、この吸気口１５５と車外口１５７との配置関係の一例を示す図である。図４（ｂ）は、車外口１５７の設置位置を詳細に示す図である。
図示するとおり、吸気口１５５は、例えば、トランクルーム１５１内において、右側（つまり、水素タンク１１１の軸方向端面１１１Ｒの側）に設けられている。なお、吸気口１５５は、トランクルーム１５１と車内とを仕切っているトランクフレームの一部を開口して構成されている。また、車外口１５７は、トランクルーム１５１の内圧排気口であって、車両の左側の車体フレームの一部に設けられている。つまり、吸気口１５５と車外口１５７は、トランクルーム１５１において左右反対側に設けられている。
この吸気口１５５は、圧縮された水素ガスを膨張させて放出する水素タンク１１１の放出部分、つまり、電磁弁１３１が取り付けられている部分近くに設けられている。
冷却ファン１３４が回転されると、図に矢印で示す通り、吸気口１５５から車外口１５７に向かって、空気の流れが生まれる。これにより、トランクルーム１５１内の空気が循環し、冷却ファン１３４によって導かれた水素タンク１１１の放出部分付近の冷気が、トランクルーム１５１内に誘導される。

また、図５を参照して、車外口１５７の一例について説明する。図５は、本実施形態に係る車外口１５７の設置例を示す図面である。
図示するとおり、車外口１５７は、トランクルーム１５１の内圧を一定に保つための機構である。吸気口１５５から空気がトランクルーム１５１内に取り込まれると、トランクルーム１５１の内圧が高まるため、トランクルーム１５１内の空気が車外口１５７から排出される。

ＥＣＵ１２０は、燃料電池１０１によって発電された電力をインバータ装置２００に供給していると判定した場合、冷却ファン１３４を駆動させる。これにより、水素タンク１１１の水素放出部分付近の空気が冷却ファン１３４によって送風され、吸気口１５５を介してトランクルーム１５１内に導かれる。そして、トランクルーム１５１の空気は、車外口１５７から抜けていく。従って、トランクルーム１５１は、燃料電池１０１によって発電された電力がインバータ装置２００に供給している場合、水素タンク１１１の放出部分付近の冷気によって冷却される。

本実施形態に係る外部給電用のインバータの冷却制御システム１は、燃料電池１０１によって発電された電力がインバータ装置２００に供給されている場合、トランクルーム１５１内を冷却することによって、インバータ装置２００を冷却することができる。これにより、トランクルーム１５１を閉塞した状態で、インバータ装置２００を使用した場合であっても、インバータ装置２００からの排熱を外部に放出することができる。よって、インバータ装置２００内のコイル等が加熱され、インバータ装置２００の運転効率が低下することを防止することができる。従って、ＤＣ／ＡＣインバータ２０２，２０３，２０４の変換効率の低下を防止することができる。

また、インバータ装置２００を使用して外部負荷３００に外部給電を行っている場合、燃料電池１０１を発電されている場合が多い。この場合、水素タンク１１１の水素放出部分周辺の空気の温度が下がっている。本実施形態に係る外部給電用インバータの冷却制御システム１は、この冷気を利用して、トランクルーム１５１内を冷却することができるため、効率的にインバータ装置２００を冷却することができる。

一方、トランクルーム１５１内にインバータ装置２００の排熱が滞留した場合、インバータ装置２００の運転効率が低下し、トランクルーム１５１を開放して使用した時よりも、外部給電が可能な時間が短縮される問題があった。しかし、雨天時などでは、トランクルーム１５１を開放した状態でインバータ装置２００を使用できない状況もあった。本発明は、これら問題を解決することができる外部給電用インバータの冷却制御システム１を提供するものである。

図６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装置の外観を示す外観斜視図である。図６は、インバータ装置２００を設置したときの外観斜視図である。なお、図６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。
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６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。

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。

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）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。

次に、図７を参照して、本実施形態に係る燃料電池システム（外部給電用インバータの冷却制御システム１を含む）における制御系の一例について説明する。図７は、本実施形態に係る燃料電池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。
図７に示す通り、燃料電池システムは、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。

この制御装置４００は、燃料電池１０１によって発電された電力を、インバータ装置２００に供給している場合、冷却ファン１３４を駆動させる。
本実施形態では、この制御装置４００の制御を、ＥＣＵ１２０が実行する例について説明する。なお、この制御装置４００の制御は、外部給電側制御装置２０１が実行してもよい。
なお、燃料電池１０１によって発電された電力とは、発電状態の燃料電池１０１から直接にインバータ装置２００に供給される電力であってもよく、一旦、高圧バッテリ１１０に蓄電された電力であってもよい。

ＥＣＵ１２０は、燃料電池１０１によって発電された電力を、インバータ装置２００に供給しているか否かを、以下の方法によって判定することができる。
例えば、ＥＣＵ１２０は、ユーザから外部給電を指示する要求を受けた場合、燃料電池１０１によって発電された電力をインバータ装置２００に供給することを判定する。
また、ＥＣＵ１２０は、ユーザから外部給電を指示する要求を受けた後、燃料電池１０１によって発電が開始された場合、燃料電池１０１によって発電された電力をインバータ装置２００に供給することを判定するものであってもよい。
あるいは、ＥＣＵ１２０は、インバータ装置２００に供給される電力の電圧値あるいは電流値を検出する電圧計あるいは電流計の検出結果に基づいて、検出された電圧値あるいは電流値が予め決められた値以上であった場合、燃料電池１０１によって発電された電力を、インバータ装置に供給していると判定するものであってもよい。例えば、ＥＣＵ１２０は、電圧計２０５および電流計２０７の検出結果を利用することができる。

さらに、ＥＣＵ１２０は、インバータ装置２００から以下の信号あるいは情報に基づき、燃料電池１０１によって発電された電力をインバータ装置２００に供給していることを判定するものであってもよい。例えば、インバータ装置２００からの電力が外部負荷３００に供給されたことをインバータ装置２００の外部給電側制御装置２０１が検出したことを示す信号を入力した場合、ＥＣＵ１２０は、燃料電池１０１によって発電された電力をインバータ装置に供給していると判定するものであってもよい。また、ＤＣ／ＡＣインバータ２０２，２０３，２０４への入力電力の電圧値あるいは電流値、または、ＤＣ／ＡＣインバータ２０２，２０３，２０４からの出力電力の電圧値あるいは電流値を示す情報に基づき、これら電圧値あるいは電流値が予め定められた閾値以上である場合、ＥＣＵ１２０は、燃料電池１０１によって発電された電力を、インバータ装置２００に供給していると判定するものであってもよい。

また、ＥＣＵ１２０は、例えば、駆動モータ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。
この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。本実施形態において、ＥＣＵ１２０は、外部負荷３００への外部給電が要求された場合、燃料電池１０１を発電させ、燃料電池１０１によって発電した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。
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や、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。

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、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１２５、電流ＩＢ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。

また、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に燃料電池自動車１００から供給される電力を出力することを指示するコマンド（以下、インバータ出力許可信号という）を出力する。言い換えると、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を出力する。

外部給電側制御装置２０１は、外部出力停止要求をＥＣＵ１２０に出力する。この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、ＥＣＵ１２０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、外部給電側制御装置２０１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。

電源回路５００は、燃料電池自動車１００に搭載されている高圧バッテリ１１０、燃料電池１０１、その他構成部（例えば、燃料電池１０１、ＰＤＵ１１２、ＶＣＵ１１６・・・等）、バッテリコンタクタ１１３、および平滑コンデンサ１３５を含む。この高圧バッテリ１１０と燃料電池１０１等は、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。
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。

外部給電回路６００は、燃料電池自動車１００に搭載されている給電用コンタクタ１１９、インバータ装置２００に搭載されている複数のＤＣ／ＡＣインバータ２０２，２０３，２０４、電圧計２０５、平滑コンデンサ２０６および電流計２０７を含む。
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。
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および電流計２０７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。また、電流計２０７が計測した電流値は、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。

さらに、インバータ装置２００には、インバータ装置２００内の温度を検出するインバータ内部温度計２１０が取り付けられている。このインバータ内部温度計２１０は、検出した温度を示すインバータ装置２００の内部温度Ｔ＿ＩＮＶを外部給電側制御装置２０１に出力する。なお、外部給電側制御装置２０１は、入力したインバータ装置２００の内部温度Ｔ＿ＩＮＶを、ＥＣＵ１２０に出力する。
また、インバータ装置２００には、例えば、インバータ装置２００に内蔵される空冷機構の吸気温度を検出するためのインバータ吸気温度計１５８が取り付けられている。この温度計１５８は、検出した温度を示すトランクルーム内温度Ｔ＿ＩＮＶ＿ＩＮを外部給電側制御装置２０１に出力する。なお、外部給電側制御装置２０１は、入力したインバータ装置２００の内部温度Ｔ＿ＩＮＶを、ＥＣＵ１２０に出力する。
なお、インバータ吸気温度計１５８は、トランクルーム１５１内の温度を検出する温度計の一例であって、本実施形態では、インバータ装置２００に搭載されている例について説明するが、トランクルーム１５１内に設置される温度計であってもよい。

ＥＣＵ１２０は、外部給電側制御装置２０１から入力したインバータ装置２００の内部温度Ｔ＿ＩＮＶおよびトランクルーム内温度Ｔ＿ＩＮＶ＿ＩＮに基づき、Ｔ＿ＩＮＶ＿ＭＡＸ（単位は、℃）を算出する。なお、Ｔ＿ＩＮＶ＿ＭＡＸとは、インバータ装置２００の内部温度Ｔ＿ＩＮＶとトランクルーム内温度Ｔ＿ＩＮＶ＿ＩＮとに基づき、インバータ装置２００に影響を与える温度を示す値である。

さらに、ＥＣＵ１２０は、インバータ装置２００の発熱量ＩＮＶ＿ＥＸＴを算出する。ＥＣＵ１２０は、例えば、インバータ装置２００側の電圧計２０５によって検出された電圧値と電流計２０７によって検出された電流値とに基づき、インバータ装置２００の発熱量ＩＮＶ＿ＥＸＴを算出する。なお、ＥＣＵ１２０は、外部給電側制御装置２０１からインバータ装置２００側の電圧計２０５によって検出された電圧値と電流計２０７によって検出された電流値とを入力する。
本実施形態において、ＥＣＵ１２０がインバータ装置２００の発熱量ＩＮＶ＿ＥＸＴを算出する例について説明するが、本発明はこれに限られず、外部給電側制御装置２０１がインバータ装置２００の発熱量ＩＮＶ＿ＥＸＴを算出し、ＥＣＵ１２０に出力するものであってもよい。

また、ＥＣＵ１２０は、自身の記憶領域に、温度変換テーブルと発熱量変換テーブルとを備える。なお、この温度変換テーブルと発熱量変換テーブルの詳細については後述する。

また、燃料電池自動車１００は、燃料電池１０１や高圧バッテリ１１０から供給される電力の一部を充電する１２Ｖバッテリ１２６を備える。この１２Ｖバッテリ１２６は、例えば、ＥＣＵ１２０が起動する際に用いる電力を充電するバッテリである。この１２Ｖバッテリ１２６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ることにより、外部給電側制御装置２０１や外部給電回路６００と電気的に接続される。これにより、１２Ｖバッテリ１２６から１２Ｖの電力が、インバータ装置２００に供給される。また、１２Ｖバッテリ１２６の電力が分圧され、５Ｖの電力がインバータ装置２００に供給される。

次に、図８を参照して、本実施形態に係る外部給電用インバータの冷却制御システム１における制御方法の一例について説明する。図８は、本実施形態に係る外部給電用インバータの冷却制御システム１における制御方法の一例について説明するためのフローチャートである。
（ステップＳＴ１１）
ＥＣＵ１２０は、燃料電池１０１によって発電された電力をインバータ装置２００に供給する、あるいは、している状態であるか否かを判定する。なお、燃料電池１０１は、ＥＣＵ１２０によって発電される、あるいは、されているものとする。
（ステップＳＴ１２）
燃料電池１０１によって発電された電力をインバータ装置２００に供給しない、あるいは、していない状態である場合、ＥＣＵ１２０は、冷却ファン１３４をＯＦＦ状態に制御する。

（ステップＳＴ１３）
一方、燃料電池１０１によって発電された電力をインバータ装置２００に供給する、あるいは、している状態である場合、ＥＣＵ１２０は、インバータ内部温度計２１０が検出したインバータ装置２００の内部温度Ｔ＿ＩＮＶを取得する。
（ステップＳＴ１４）
次いで、ＥＣＵ１２０は、インバータ吸気温度計１５８が検出したトランクルーム内温度Ｔ＿ＩＮＶ＿ＩＮを取得する。
（ステップＳＴ１５）
そして、ＥＣＵ１２０は、ステップＳＴ１３で取得したインバータ装置２００の内部温度Ｔ＿ＩＮＶと、ステップＳＴ１４で取得したトランクルーム内温度Ｔ＿ＩＮＶ＿ＩＮに基づき、Ｔ＿ＩＮＶ＿ＭＡＸ（単位は、℃）を算出する。なお、Ｔ＿ＩＮＶ＿ＭＡＸとは、インバータ装置２００の内部温度Ｔ＿ＩＮＶとトランクルーム内温度Ｔ＿ＩＮＶ＿ＩＮとに基づき、インバータ装置２００に影響を与える温度を示す値である。

（ステップＳＴ１６）
次いで、ＥＣＵ１２０は、インバータ装置２００の発熱量ＩＮＶ＿ＥＸＴを算出する。ＥＣＵ１２０は、例えば、インバータ装置２００側の電圧計２０５によって検出された電圧値と電流計２０７によって検出された電流値とに基づき、インバータ装置２００の発熱量ＩＮＶ＿ＥＸＴを算出する。
なお、ＥＣＵ１２０は、外部給電側制御装置２０１からインバータ装置２００側の電圧計２０５によって検出された電圧値と電流計２０７によって検出された電流値とを入力する。
（ステップＳＴ１７）
そして、ＥＣＵ１２０は、自身の記憶領域に記憶されている温度変換テーブルを参照して、Ｔ＿ＩＮＶ＿ＭＡＸに基づき、冷却ファン１３４の回転数Ｄ＿ＴＲＮＫ１を取得する。なお、
（ステップＳＴ１８）
また、ＥＣＵ１２０は、自身の記憶領域に記憶されている発熱量変換テーブルを参照して、インバータ装置２００の発熱量ＩＮＶ＿ＥＸＴに基づき、冷却ファン１３４の回転数Ｄ＿ＴＲＮＫ２を取得する。
（ステップＳＴ１９）
そして、ＥＣＵ１２０は、ステップＳＴ１７で取得した冷却ファン１３４の回転数Ｄ＿ＴＲＮＫ１と、ステップＳＴ１９８で取得した冷却ファン１３４の回転数Ｄ＿ＴＲＮＫ２とに基づき、冷却ファン１３４の回転数Ｄ＿ＴＲＮＫを算出する。この回転数Ｄ＿ＴＲＮＫは、ＥＣＵ１２０が冷却ファン１３４を駆動する回転数である。

次に、図９を参照して、温度変換テーブルの一例について説明する。図９は、温度変換テーブルに定義されるＴ＿ＩＮＶ＿ＭＡＸと冷却ファン１３４の回転数との対応関係を示すグラフである。
図９に示す通り、Ｔ＿ＩＮＶ＿ＭＡＸが一定の温度までは、比例的に０％から１００％まで上昇する。

また、図１０を参照して、発熱量変換テーブルの一例について説明する。図１０は、発熱量変換テーブルに定義されるインバータ装置２００の発熱量ＩＮＶ＿ＥＸＴと冷却ファン１３４の回転数との対応関係を示すグラフである。
図１０に示す通り、インバータ装置２００の発熱量ＩＮＶ＿ＥＸＴが７５０００から一定の温度までは、比例的に０％から１００％まで上昇する。

次に、図１１を参照して、燃料電池１０１によって発電された電力をインバータ装置２００に供給した場合の冷却ファン１３４の駆動制御について説明する。図１１は、本実施形態に係る外部給電用インバータの冷却制御方法におけるタイムチャートの一例を示す図である。
（タイミングＴ１０１）
ＥＣＵ１２０が外部負荷への給電を要求する給電要求を受け付けた場合、燃料電池１０１によって発電された電力がインバータ装置２００に供給される。これにより、インバータ装置２００が駆動され、インバータ内部温度計２１０が検出するインバータ装置２００の内部温度Ｔ＿ＩＮＶが上昇するとともに、インバータ吸気温度計１５８が検出するトランクルーム内温度Ｔ＿ＩＮＶ＿ＩＮが上昇する。また、インバータ装置２００の発熱量ＩＮＶ＿ＥＸＴも上昇する。
これにより、ＥＣＵ１２０によって算出される冷却ファン１３４の回転数Ｄ＿ＴＲＮＫも上昇する。
（タイミングＴ１０２）
そして、冷却ファン１３４の回転数Ｄ＿ＴＲＮＫは、最大の１００％に達する。
（タイミングＴ１０３）
次いで、インバータ装置２００の発熱量ＩＮＶ＿ＥＸＴが低下した場合、冷却ファン１３４の回転数Ｄ＿ＴＲＮＫが低減する。そして、外部負荷３００によって消費される外部給電負荷（Ｗ）も低下する。

（タイミングＴ１０４）
次いで、ＥＣＵ１２０が外部負荷３００への給電の停止を要求する給電要求（外部出力停止要求）を受け付けた場合、ＥＣＵ１２０は、インバータ装置２００を停止させるとともに、冷却ファン１３４の回転を停止させる。つまり、ＥＣＵ１２０は、冷却ファン１３４の回転数Ｄ＿ＴＲＮＫ＝０％とする。
これにより、インバータ内部温度計２１０が検出するインバータ装置２００の内部温度Ｔ＿ＩＮＶが徐々に降下するとともに、インバータ吸気温度計１５８が検出するトランクルーム内温度Ｔ＿ＩＮＶ＿ＩＮが徐々に降下する。

このように、ＥＣＵ１２０は、インバータ装置２００の内部温度Ｔ＿ＩＮＶとトランクルーム内温度Ｔ＿ＩＮＶ＿ＩＮ、および、インバータ装置２００の発熱量ＩＮＶ＿ＥＸＴに基づき、冷却ファン１３４の回転数を制御する。これにより、効率よく、トランクルーム１５１内を冷却することができる。

なお、本発明はこれに限らず、例えば、ＥＣＵ１２０が行っている制御（ステップＳＴ１１〜ステップＳＴ１９参照）を外部給電側制御装置２０１が実行するものであってもよい。
具体的に説明すると、外部給電側制御装置２０１は、以下のようにして、燃料電池１０１によって発電された電力がインバータ装置２００に供給している状態であるか否かを判定する。例えば、外部給電側制御装置２０１は、外部負荷３００に燃料電池自動車１００から供給される電力を出力することを指示するコマンド（インバータ出力許可信号）をＥＣＵ１２０から入力した場合、燃料電池１０１によって発電された電力がインバータ装置２００に供給している状態であると判定する。また、外部給電側制御装置２０１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した場合、燃料電池１０１によって発電された電力がインバータ装置２００に供給している状態であると判定するものであってもよい。

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。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 外部給電用インバータの冷却制御システム
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 電流計
１３１ 電磁弁
１３２ 水素タンク機構
１３３ 水素タンク機構カバー
１３４ 冷却ファン
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
１５５ 吸気口
１５７ 車外口
１５８ インバータ吸気温度計
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
２０７ 電流計
２１０ インバータ内部温度計
２５１ コネクタ部
２５３ 接続ケーブル
２５８ 交流電力出力部

Claims (5)

1. 水素ガスと酸素との反応により発電する燃料電池が配置された車両のトランクルームに設けられた吸気口と、
   圧縮された前記水素ガスを膨張させて放出する水素タンクの放出部分の近くに設けられ、前記放出部分周辺の空気を前記吸気口を介して前記トランクルームに取り入れる冷却ファンと、
   前記トランクルーム内に設置されたインバータ装置に対して前記燃料電池によって発電された電力を供給している場合、前記冷却ファンを駆動させる制御装置と、
   を備えることを特徴とする外部給電用インバータの冷却制御システム。
2. 前記制御装置は、
   前記インバータ装置の温度を検出する温度検出部によって検出された前記インバータ装置の温度に応じて予め定められた回転数で、前記冷却ファンを駆動させることを特徴とする請求項１に記載の外部給電用インバータの冷却制御システム。
3. 前記制御装置は、
   前記インバータ装置の発熱量に応じて予め定められた回転数で、前記冷却ファンを駆動させることを特徴とする請求項１または２に記載の外部給電用インバータの冷却制御システム。
4. 前記トランクルーム内において前記吸気口の左右反対側に、前記トランクルーム内の空気を外部に排出する車外口をさらに備え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外部給電用インバータの冷却制御システム。
5. 水素ガスと酸素との反応により発電する燃料電池によって発電された電力をインバータ装置に供給しているか否かを判定するステップと、
   前記燃料電池によって発電された電力を前記インバータ装置に供給していると判定された場合、圧縮された前記水素ガスを膨張させて放出する水素タンクの放出部分の近くに設けられる冷却ファンを駆動させ、前記放出部分周辺の空気を、前記燃料電池が配置された車両のトランクルームに設けられた吸気口を介して前記トランクルームに取り入れるステップと、
   を備えることを特徴とする外部給電用インバータの冷却制御方法。

Images