JP2016086551A - 車両に搭載された燃料電池及び二次電池を利用して外部に電力を供給する外部給電システムの制御方法および外部給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】外部に給電される電力を計測するセンサーの異常を検知した場合においても外部への給電を継続させる。
【解決手段】車両に搭載された燃料電池及び二次電池から外部に電力を供給する外部給電システムの制御方法である。燃料電池と二次電池とが接続可能な電力配線から外部に給電される電力を計測するセンサーの異常を検知した場合において、（ａ）二次電池の蓄電量の減少が検知される場合には、蓄電量の減少を止めるように燃料電池の発電量を増加させて外部給電を行ない、（ｂ）蓄電量の増加が検知される場合には、蓄電量の増加を止めるように燃料電池の発電量を減少さて外部給電を行なう。
【選択図】図８

Description

この発明は、車両に搭載された燃料電池及び二次電池を利用して外部に電力を供給する外部給電システムに関する。

従来から、車両に搭載された燃料電池や二次電池を利用して車両の外部に電力を供給する外部給電システムが提案されている（例えば、特許文献１，２等）。

特開２０１３−１９８２９２号公報 特開２０１３−９３９４１号公報

ここで、特許文献１では、車両（燃料電池自動車）に接続されるインバーター装置に搭載されている外部給電回路において異常が発生した場合に、燃料電池自動車の電源回路の高圧バッテリから外部給電回路への給電を停止させている。このように、システムの一部に生じた異常によって直ちに給電が停止してしまうことは、使用者側にとって使い勝手の点で不十分である、という問題がある。

また、特許文献２では、二次電池からの放電によって外部への給電を行なうことを前提とし、二次電池の充電状態（ＳＯＣ；Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が所定の範囲内に収まるように、燃料電池の発電によって二次電池の充電を行なっている。従って、二次電池の充放電が多く発生し、ＳＯＣの変動が多く発生するため、二次電池の劣化の可能性が高く、二次電池の寿命向上の点で不十分である、という問題がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、車両に搭載された燃料電池及び二次電池から外部に電力を供給する外部給電システムの制御方法が提供される。この制御方法は、前記燃料電池と前記二次電池とが接続可能な電力配線から外部に給電される電力を計測するセンサーの異常を検知した場合において、（ａ）前記二次電池の蓄電量の減少が検知される場合には、前記蓄電量の減少を止めるように前記燃料電池の発電量を増加させて外部給電を行い、（ｂ）前記蓄電量の増加が検知される場合には、前記蓄電量の増加を止めるように前記燃料電池の発電量を減少させて外部給電を行う。
この形態の外部給電システムの制御方法によれば、外部に給電される電力を計測するセンサーに異常があった場合においても、二次電池の蓄電量が変動しないように燃料電池の発電量を制御することにより、外部に給電される電力を燃料電池から供給することができ、外部への給電を維持することができる。このため、使用者の使い勝手を向上させることができる。また、燃料電池を外部給電に利用することにより二次電池の蓄電量の変動を抑制することができるので、二次電池の寿命向上が可能である。

（２）上記形態の外部給電システムの制御方法において、前記センサーの異常を検知した場合には、前記燃料電池の発電量のうち、前記外部への給電のための発電量分をゼロとした上で、前記（ａ）または前記（ｂ）を実行するようにしてもよい。
この形態の外部給電システムの制御方法によれば、センサーの異常を検知した時点において、このセンサーの示す信頼性の低い電力分に相当する燃料電池の発電量分をゼロとすることにより、信頼性の低い電力の供給を停止したうえで、二次電池の蓄電量が変動しないように燃料電池の発電量を制御することにより、外部に給電される電力を燃料電池から供給することができ、外部への給電を維持することができる。

（３）上記形態の外部給電システムの制御方法において、前記燃料電池の発電量は、前記外部への給電のための発電量分と、前記車両内の機器で消費される車両内機器消費分と、前記蓄電量の増減に応じた補正分と、の合計として設定されるものとしてもよい。
この形態の外部給電システムの制御方法によれば、蓄電量の増減に応じた補正分により燃料電池の発電量を増減させて、二次電池の蓄電量の増減を止めるようにすることができる。

（４）上記形態の外部給電システムの制御方法において、前記センサーの異常を検知した場合における前記外部への給電電力は、前記二次電池に許容される充放電の電力の上限値に基づいて決定される値に制限されるようにしてもよい。
この形態の外部給電システムの制御方法によれば、二次電池の蓄電量の増減に応じて発生する二次電池の充放電が、二次電池に許容される充放電の電力の上限値を超えないように制御して、二次電池の蓄電量が許容される範囲内を維持しつつ、外部に給電される電力を燃料電池から供給することができ、外部への給電を維持することができる。

（５）本発明の他の形態によれば、車両に搭載された燃料電池及び二次電池から外部に電力を供給する外部給電システムが提供される。この外部給電システムは、前記燃料電池と前記二次電池とが接続可能な電力配線から外部に給電するめの外部給電部と；前記外部給電部を介して前記外部に給電される電力を計測するセンサーと；前記二次電池の蓄電量を示す値を検出する蓄電量検出部と；前記燃料電池の発電および前記二次電池の充放電を制御する制御装置とを備える。前記制御部は、前記センサーの異常を検知した場合において、（ａ）前記蓄電量の減少が検知される場合には、前記蓄電量の減少を止めるように前記燃料電池の発電量を増加させて外部給電を行い、（ｂ）前記蓄電量の増加が検知される場合には、前記蓄電量の増加を止めるように前記燃料電池の発電量を減少させて外部給電を行う。
この形態の外部給電システムによれば、外部に給電される電力を計測するセンサーに異常があった場合においても、二次電池の蓄電量が変動しないように燃料電池の発電量を制御することにより、外部に給電される電力を燃料電池から供給することができ、外部への給電を維持することができる。このため、使用者の使い勝手を向上させることができる。また、燃料電池を外部給電に利用することにより二次電池の蓄電量の変動を抑制することができるので、二次電池の寿命向上が可能である。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、車両に搭載された燃料電池及び二次電池を利用して外部に電力を供給する外部給電システムの制御方法の他、燃料電池及び二次電池を搭載した車両の制御方法、車両に搭載された燃料電池及び二次電池を利用して外部に電力を供給する外部給電システム、及び、燃料電池及び二次電池を搭載した車両等、様々な形態で実現することができる。

本発明の一実施形態としての外部給電システムを備える燃料電池車両の構成を示す概略図である。 制御装置によって電力給電モードで実行される外部給電システムの制御手順を示すフローチャートである。 正常時外部給電の制御手順を示すフローチャートである。 異常時外部給電の制御手順を示すフローチャートである。 ＳＯＣとＳＯＣ補正分との関係を表すＳＯＣ補正マップの例を示す説明図である。 異常時外部給電の開始直前まで実行されていた正常時外部給電の状態の具体例を示す説明図である。 図６に示した正常時外部給電の状態から開始された異常時外部給電の状態の具体例を示す説明図である。 図６に示した正常時外部給電の状態から開始された異常時外部給電の状態の具体例を示す説明図である。

図１は本発明の一実施形態としての外部給電システム１００を備える燃料電池車両１０の構成を示す概略図である。燃料電池車両１０は、燃料電池（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ、「ＦＣ」とも略す）１１０と、二次電池（「ＢＡＴ」とも略す）１４０とを備え、それらが出力する電力を駆動力として走行する。また、本実施形態の燃料電池車両１０は、外部給電システム１００としても機能し、その停車中に、外部負荷（不図示）に対して電力を供給することができる。燃料電池車両１０は、具体的に、以下のような構成を有している。

なお、本明細書における「燃料電池車両１０の停車中」とは、燃料電池１１０および二次電池１４０から後述するモーター１３６の駆動に対して電力を供給していない状態を意味する。そして、アクセル操作やシフトチェンジによって加速が開始される状態である、いわゆるアイドリング状態を含まないものとする。なお、パーキングブレーキ（いわゆる、サイドブレーキ）などの制動機構によって、燃料電池車両１０の移動が固定的に制限された状態も、この状態に含まれるものとする。一方、「燃料電池車両１０の走行時」とは、燃料電池１１０と二次電池１４０の少なくとも一方の電力を利用して、モーター１３６を駆動させている状態を意味する。そして、この状態には、上記のアイドリング状態（パーキングブレーキなどの制動機構によって固定的に移動が制限された状態を除く）が含まれるものとする。

燃料電池１１０は、反応ガスとして水素と空気（具体的には、酸素）の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。二次電池１４０は、例えばリチウムイオン電池で構成することができる。なお、燃料電池１１０や二次電池１４０としては、固体高分子形燃料電池やリチウムイオン電池に限らず、他の種々のタイプの燃料電池や充放電可能な電池を採用することができる。

燃料電池車両１０は、さらに、ＦＣ昇圧コンバーター１２０と、パワーコントロールユニット（「ＰＣＵ」とも略す）１３０と、モーター１３６と、エアーコンプレッサー（「ＡＣＰ」とも略す）１３８と、ＳＯＣ検出部１４２と、ＦＣ補機１５０と、空調装置（「エアコン」とも略す）１６０と、外部給電部１７０と、電流センサー（「ＤＣＳ」とも略す）１７２と、制御装置１８０と、車輪ＷＬと、を備える。

なお、燃料電池車両１０は、燃料電池１１０の発電のための設備として反応ガスの供給部や排出部、冷媒供給部などを搭載し、車両としての種々の機器等を搭載しているが、それらの図示及び説明は省略する。但し、反応ガスの供給部に含まれる燃料ポンプやエアーコンプレッサー、及び、冷媒供給部に含まれる冷媒ポンプ等の機器（「補機」とも呼ばれる）は、燃料電池１１０や二次電池１４０の電力の一部を利用して駆動される機器であり、後述する外部給電制御に関係する。そこで、後述する低圧直流配線ＤＣＬからの電力で動作する燃料ガス用の燃料ポンプや冷媒用の冷媒ポンプは一つにまとめてＦＣ補機１５０として図示し、後述する高圧直流配線ＤＣＨからの電力で動作する酸化ガス用のエアーコンプレッサー（ＡＣＰ）１３８については、独立して図示した。

制御装置１８０は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えるマイクロコンピューターによって構成されている。制御装置１８０は、運転者による運転モード切替スイッチ（不図示）を介した切り替え操作を受け付け、燃料電池車両１０の運転モードを切り替える。ここで、本実施形態の燃料電池車両１０は、運転モードとして、「通常走行モード」と、「電力給電モード」とを有している。

「通常運転モード」とは、燃料電池車両１０を運転者の操作に基づき走行させるためのモードである。通常運転モードが選択されているときには、制御装置１８０は、運転者によるアクセル操作などの操作を受け付け、その操作内容に応じて、燃料電池１１０の発電や二次電池１４０の充放電を制御する。一方、「電力給電モード」とは、燃料電池車両１０が停止した状態で、燃料電池車両１０を、外部負荷に電力を供給させる外部給電システム１００として機能させるモードである。なお、電力給電モードにおける具体的な制御内容については後述する。

燃料電池１１０は、ＦＣ昇圧コンバーター１２０を介して高圧直流配線ＤＣＨに接続され、高圧直流配線ＤＣＨを介してＰＣＵ１３０に含まれるモータードライバー１３２及びＡＣＰドライバー１３７に接続されている。また、二次電池１４０は、低圧直流配線ＤＣＬを介してＰＣＵ１３０に含まれるＤＣ／ＤＣコンバーター１３４に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバーター１３４が高圧直流配線ＤＣＨに接続されている。

ＦＣ昇圧コンバーター１２０は、燃料電池１１０の出力電圧ＶＦＣをモータードライバー１３２及びＡＣＰドライバー１３７で利用可能な高圧電圧ＶＨに昇圧する。

モータードライバー１３２は、ギア等を介して車輪ＷＬを駆動するモーター１３６に接続されている。モーター１３６は、三相コイルを備える同期モーターによって構成されている。モータードライバー１３２は、三相インバーター回路によって構成され、ＦＣ昇圧コンバーター１２０を介して供給される燃料電池１１０の出力電力およびＤＣ／ＤＣコンバーター１３４を介して供給される二次電池１４０の出力電力を三相交流電力に変換してモーター１３６に供給する。

ＡＣＰドライバー１３７は、ＡＣＰ１３８に接続されている。ＡＣＰ１３８は、駆動モーター１３６と同様に、三相コイルを備える同期モーターによって駆動される。ＡＣＰドライバー１３７は、モータードライバー１３２と同様に、三相インバーター回路によって構成され、ＦＣ昇圧コンバーター１２０を介して供給される燃料電池１１０の出力電力およびＤＣ／ＤＣコンバーター１３４を介して供給される二次電池１４０の出力電力を三相交流電力に変換してＡＣＰ１３８に供給する。ＡＣＰ１３８は、供給された電力に応じた駆動されたモーターの回転に応じて燃料電池１１０に空気（エアー）を供給する。

制御装置１８０は、通常走行モードのときには、モータードライバー１３２と、ＤＣ／ＤＣコンバーター１３４とにそれぞれ、アクセル開度に応じた駆動信号を生成して送信する。モータードライバー１３２は、制御装置１８０の駆動信号に応じて、交流電圧のパルス幅を調整するなどして、モーター１３６にアクセル開度に応じた回転駆動をさせる。これにより、燃料電池車両１０の走行が行われる。

ＤＣ／ＤＣコンバーター１３４は、制御装置１８０からの駆動信号に応じて高圧直流配線ＤＣＨの電圧レベルを可変に調整し、二次電池１４０の充電／放電の状態を切り替える。ＤＣ／ＤＣコンバーター１３４は、二次電池１４０が放電状態の場合には、二次電池の出力電圧ＶＢＡＴをモータードライバー１３２で利用可能な高圧電圧ＶＨに変換し、二次電池１４０が充電状態の場合には、ＦＣ昇圧コンバーター１２０から出力される高圧電圧ＶＨを二次電池１４０に充電可能な低圧電圧ＶＬに変換する。なお、モーター１３６において回生電力が発生する場合には、その回生電力は、モータードライバー１３２によって直流電力に変換され、ＤＣ／ＤＣコンバーター１３４を介して二次電池１４０に充電される。

ＳＯＣ検出部１４２は、二次電池１４０の充電状態（ＳＯＣ）を検出し、制御装置１８０に送信する。なお、本明細書において「充電状態（ＳＯＣ）」とは、二次電池１４０の満充電容量に対する現在の充電残量（蓄電量）の比率を意味する。ＳＯＣ検出部１４２は、二次電池１４０の温度や、出力電圧、出力電流を検出し、それらの検出値に基づき、ＳＯＣを検出する。なお、ＳＯＣ検出部１４２は本発明の「蓄電量検出部」に相当する。

制御装置１８０は、ＳＯＣ検出部１４２が検出したＳＯＣを取得し、取得したＳＯＣに基づき、二次電池１４０のＳＯＣが所定の範囲内に収まるように、二次電池１４０の充放電を制御する。以後、本明細書では、この制御装置１８０によるＳＯＣの検出値に基づく二次電池１４０の充放電制御を「ＳＯＣ制御」とも呼ぶ。制御装置１８０は、ＳＯＣ制御を開始する際に、二次電池１４０のＳＯＣの許容範囲を規定するための基準となるＳＯＣ目標値を予め設定する。なお、通常運転モードにおけるＳＯＣ制御については従来と同様であり、電力給電モードにおけるＳＯＣ制御に後述する特徴を有している。

ＦＣ補機１５０とエアコン１６０と外部給電部１７０は、それぞれ、低圧直流配線ＤＣＬに接続されている。ＦＣ補機１５０は、上述したように、燃料ポンプや冷媒ポンプ等の燃料電池１１０の発電のための補機類であり、燃料電池１１０や二次電池１４０から電力の一部が供給されて駆動される。エアコン１６０は、燃料電池車両１０の空調機器であり、同様に、燃料電池１１０や二次電池１４０から電力の一部が供給されて駆動される。外部給電部１７０は、以下で説明するように、外部負荷へ電力を供給するための給電機器であり、同様に、燃料電池１１０や二次電池１４０から電力の一部が供給されて駆動される。

外部給電部１７０には、交流電力によって作動する外部負荷を接続させるための外部給電装置１７４が接続可能である。外部給電部１７０に外部給電装置１７４が接続されることによって、燃料電池車両１０は、外部給電システム１００として機能し、燃料電池１１０及び二次電池１４０から、外部給電装置１７４に接続された外部負荷（不図示）に電力を供給することを可能としている。なお、本実施形態の外部給電部１７０は、低圧直流配線ＤＣＬからの直流電力を外部給電装置１７４に供給する構成であり、外部給電装置１７４は、外部給電部１７０から供給される直流電力を交流１００Ｖの交流電力に変換し、商用電源用のコンセントに接続された外部負荷へ電力を供給する構成である。

外部給電部１７０と低圧直流配線ＤＣＬとを接続する配線には電流センサー１７２が設けられており、電流センサー１７２によって外部給電部１７０に供給される電流量が計測される。

制御装置１８０は、電流センサー１７２が計測した電流値（計測値）を取得し、取得した電流値に基づいて、外部給電部１７０及び外部給電装置１７４を介して外部負荷に供給される電力量を求めることができる。従って、電流センサー１７２は、外部給電部１７０及び外部給電装置１７４を介して外部負荷に供給される電力量を計測するセンサーに相当する。すなわち、電流センサー１７２は、本発明の外部に給電される電力を計測するセンサーに相当する。

なお、制御装置１８０は、外部給電部１７０を介して外部給電装置１７４に対して供給可能な電力（「給電許可電力」とも呼ぶ）の上限値を設定することができる。外部給電装置１７４は、接続された外部負荷への電力供給を設定された上限値以下に制限することができる。

上述した燃料電池車両１０の構成では、燃料電池１１０は、二次電池１４０及び外部給電部１７０が接続された低圧直流配線ＤＣＬに対して、ＦＣ昇圧コンバーター１２０、高圧直流配線ＤＣＨ及びＤＣ／ＤＣコンバーター１３４を介して接続されている。しかしながら、これに限定されるものではなく、燃料電池１１０の出力端（燃料電池の内部を含む）からＤＣ／ＤＣコンバーター１３４の出力端（ＤＣ／ＤＣコンバータの外部を含む）までの間に設けられたスイッチによって、低圧直流配線ＤＣＬに対する燃料電池１１０の接続および切り離しを可能としてもよい。また、二次電池１４０の出力端（二次電池の内部を含む）に設けられたスイッチによって低圧直流配線ＤＣＬに対する二次電池１４０の接続および切り離しを可能としてもよい。なお、低圧直流配線ＤＣＬが本発明の「電力配線」に相当する。

通常運転モードにおける燃料電池車両１０の制御動作は、公知の燃料電池車両と同様であるので説明を省略し、以下では、電力給電モードにおける外部給電システム１００の制御動作について説明する。

図２は、制御装置１８０によって電力給電モードで実行される外部給電システム１００の制御手順を示すフローチャートである。制御装置１８０は、まず、ステップＳ２０において、電流センサー１７２が正常な場合の外部給電（「正常時外部給電」とも呼ぶ）を開始する。なお、正常時外部給電の動作については、後述する。そして、ステップＳ３０において、電流センサー１７２の信頼性の有無を判定する。電流センサー１７２に、断線故障や地絡故障、オフセット故障等の故障による異常が発生している場合には、電流センサー１７２が示す値（「計測値」あるいは「電流センサー値」とも呼ぶ）が、故障状態に応じた異常値を示す。そこで、これらの異常状態の有無に基づいて電流センサー１７２の信頼性の有無を判定することができ、電流センサーの異常を検知することが可能である。

電流センサー１７２の信頼性有り（電流センサー１７２が正常）と判定された場合には、制御装置１８０は、電力給電モードの動作を終了するまで、ステップＳ３０における電流センサー１７２の信頼性判定を繰り返すとともに、並行して、ステップＳ２０で開始した正常時外部給電の動作を継続する。これに対して、電流センサー１７２の信頼性無し（電流センサー１７２が異常）と判定された場合には、制御装置１８０は、ステップＳ５０において正常時外部給電の制御を終了し、ステップＳ６０において、電流センサー１７２が異常な場合の外部給電（「異常時外部給電」とも呼ぶ）を開始する。なお、異常時外部給電の動作については、後述する。そして、ステップＳ６０で開始した異常時外部給電の動作は、電力給電モードの動作を終了するまで継続される（ステップＳ１７０）。

なお、図２のステップＳ２０の前に、ステップＳ３０と同様に、電流センサー１７２の信頼性の有無を判定し、電流センサー１７２の信頼性有りの場合にはステップＳ２０の正常時外部給電を開始し、電流センサー１７２の信頼性無しの場合にはステップＳ６０の異常時外部給電を開始するようにしてもよい。

図３は、正常時外部給電の制御手順を示すフローチャートである。ステップＳ２１０において、制御装置１８０は、燃料電池１１０の発電出力（「発電電力」あるいは「発電量」とも呼ぶ）Ｐｆｃのうち、外部負荷の動作に要する電力（以下「外部要求電力Ｐｏｒｑ」とも呼ぶ）に相当する外部給電分Ｐｏを、電流センサー１７２の示す値（電流センサー値Ｉｄｓｃ）に基づいて設定する。外部要求電力Ｐｏｒｑは、低圧直流配線ＤＣＬによって外部給電部１７０に供給される電流量（電流センサー値Ｉｄｓｃ）及び低圧電圧ＶＬの積から求められる。ステップＳ２２０において、制御装置１８０は、ＡＣＰ１３８およびＦＣ補機１５０の動作に要する電力（以下「補機要求電力Ｐｃｒｑ」とも呼ぶ）に相当する補機消費分Ｐｃ、および、エアコン１６０の動作に要する電力（以下「空調要求電力Ｐａｒｑ」とも呼ぶ）に相当する空調消費分Ｐａを設定する。なお、補機要求電力ＰｃｒｑはＡＣＰ１３８の動作状態およびＦＣ補機１５０の動作状態から求められ、空調要求電力Ｐａｒｑはエアコン１６０の動作状態から求められる。ステップＳ２３０において、制御装置１８０は、二次電池のＳＯＣ補正分Ｐｓを設定する。ＳＯＣ補正分Ｐｓは、ＳＯＣの現在値が目標値よりも低いときに、目標値に戻すように２次電池を充電するのに必要な発電量である。このＳＯＣ補正分Ｐｓの設定は、後述する異常時外部給電におけるＳＯＣ補正分Ｐｓの設定においても同様であるので、その詳細については、後述する異常時外部給電において説明する。なお、ＡＣＰ１３８とＦＣ補機１５０とエアコン１６０は、外部給電モードにおいて動作する外部給電システム１００からの給電によって動作する燃料電池車両１０内の機器であるので、補機消費分Ｐｃおよび空調消費分Ｐａを「車両内機器消費分」とも呼ぶ。なお、本実施形態では、ＡＣＰ１３８とＦＣ補機１５０とエアコン１６０を車両内機器としたが、これに限定されるものではなく、エアコン１６０を省略してもよい。また、他の機器を車両内機器として備え、その消費分を車両内機器消費分としてもよい。

次に、制御装置１８０は、ステップＳ２４０において、外部給電分Ｐｏと補機消費分Ｐｃと空調消費分ＰａとＳＯＣ補正分Ｐｓとを合算して、燃料電池１１０に要求される発電出力要求値を算出し、発電出力Ｐｆｃとして設定する。そして、制御装置１８０は、ステップＳ２５０において、燃料電池１１０の発電条件（反応ガスの供給条件、冷却条件等）を制御して、設定した発電出力Ｐｆｃに相当する電力が出力可能となるように燃料電池１１０の発電を制御する。

なお、上述した正常時外部給電制御におけるステップＳ２１０〜ステップＳ２５０による燃料電池１１０の制御動作は、上述した電流センサー１７２の異常判定時における終了指示（図２のステップＳ５０）、及び、電力給電モードの終了指示があるまで繰り返し実行される（ステップＳ２６０）。

以上説明したように、電流センサー１７２が正常な場合における正常時外部給電において、基本的には、二次電池１４０のＳＯＣはＳＯＣ目標値を維持し、二次電池１４０に蓄電されている電気を消費することはなく、必要な電力は燃料電池１１０の発電によって賄われる。但し、ＳＯＣがＳＯＣ目標値よりも高い場合には、二次電池１４０に蓄電されている電気が消費されてもよい。

図４は、異常時外部給電の制御手順を示すフローチャートである。ステップＳ４１０において、制御装置１８０は、電流センサー値を無効（Ｉｄｓｃ＝０）として、燃料電池１１０の発電出力（発電量）Ｐｆｃのうち、外部給電分Ｐｏを０ｋＷに設定する。この場合、上述した正常時外部給電において二次電池１４０のＳＯＣがＳＯＣ目標値を維持することによってＳＯＣ補正分Ｐｓも０ｋＷとなっているので、燃料電池１１０の発電出力Ｐｆｃは、補機消費分Ｐｃと空調消費分Ｐａ（車両内機器消費分）に対応する電力のみとなる。このため、外部給電分Ｐｏに対応する電力は、二次電池１４０から賄われることになる。

ステップＳ４２０において、制御装置１８０は、外部への給電に許容できる電力（給電許可電力）Ｐａｌに上限値Ｐｕｌを設定し、上限ガードをかける。この上限値Ｐｕｌは、外部給電部１７０を介して外部給電装置１７４に設定され、外部給電装置１７４から外部負荷への電力の供給が上限値Ｐｕｌ以下に制限される。これにより、二次電池１４０のＳＯＣが、後述する二次電池１４０からの外部への給電によって二次電池１４０のＳＯＣの許容範囲の下限値よりも下回らないように制限することができる。なお、この給電許可電力Ｐａｌの上限値Ｐｕｌは、ＳＯＣ補正分Ｐｓの設定可能な最大値に安全係数を乗じた値に、温度条件等に依存して変化する二次電池の充電容量（電力）に関する制限や放電容量（電力）に関する制限を考慮して決定される。正常時外部給電における給電許可電力Ｐａｌは、例えば１０ｋＷ以下に制限される。これに対して、異常時外部給電における給電許可電力Ｐａｌの上限値Ｐｕｌは、例えば、３ｋＷ〜６ｋＷ程度に制限される。

ステップＳ４３０において、制御装置１８０は、ＡＣＰ１３８とＦＣ補機１５０の補機要求電力Ｐｃｒｑに相当する補機消費分Ｐｃ、及び、エアコン１６０の空調要求電力Ｐａｒｑに相当する空調消費分Ｐａを設定する。なお、補機要求電力Ｐｃｒｑは図３のステップＳ２２０と同様にＡＣＰ１３８及びＦＣ補機１５０の動作状態から求められ、空調要求電力Ｐａｒｑは図３のステップＳ２２０と同様にエアコン１６０の動作状態から求められる。

そして、ステップＳ４４０において、制御装置１８０は、ＳＯＣ検出部１４２によって現在のＳＯＣ値ＳＯＣ（ｉ）を取得し、取得したＳＯＣ値ＳＯＣ（ｉ）に対応する補正分ＰＳ（ｉ）を、予め用意したＳＯＣ補正マップに基づいて次式に示すように取得する。
Ｐｓ（ｉ）＝Ｐｃ（ＳＯＣ（ｉ）） …（１）
ここで、Ｐｃ（ＳＯＣ）は、ＳＯＣとＳＯＣ補正分Ｐｓとの関係を示すＳＯＣ補正マップの特性を関数の表現形式で示したものであり、Ｐｃ（ＳＯＣ（ｉ））は、取得した現在のＳＯＣ値ＳＯＣ（ｉ）に対応するＳＯＣ補正分Ｐｓ（ｉ）としてＳＯＣ補正マップから導き出した値を示している。

図５は、ＳＯＣとＳＯＣ補正分との関係を表すＳＯＣ補正マップの例を示す説明図である。ＳＯＣ補正マップの特性Ｐｃ（ＳＯＣ）は、ＳＯＣ目標値Ｔｓｏｃ（本例では６０％）より上側のＳＯＣでは、ＳＯＣが大きくなるほどＳＯＣ補正分Ｐｓが放電側に大きくなるように設定されている。また、ＳＯＣ目標値Ｔｓｏｃより下側のＳＯＣでは、ＳＯＣ目標値Ｔｓｏｃから低下閾値Ｄｔｈ（本例では５８％）までの範囲のＳＯＣ補正分Ｐｓは０に設定され、低下閾値Ｄｔｈよりも下側の範囲のＳＯＣ補正分Ｐｓは、ＳＯＣが小さくなるほど充電側に大きくなるように設定されている。なお、ＳＯＣ目標値Ｔｓｏｃは、二次電池１４０の使用可能な許容範囲内において、充放電の発生状態を考慮した任意の値に設定可能である。

ＳＯＣ目標値Ｔｓｏｃから低下閾値ＤｔｈまでのＳＯＣ補正分Ｐｓが０に設定されているのは、別に独立して実行される二次電池の充電制御によって回復可能なＳＯＣの範囲であるので、本例の制御においては、この範囲でのＳＯＣ補正分の設定を０とすることにより、燃料電池の発電による無駄な燃料消費を抑制するためである。従って、この点について考慮しなければ、必ずしも、このような不感領域（ＳＯＣ目標値Ｔｓｏｃから低下閾値Ｄｔｈまでの範囲）を設ける必要はなく、単純に、ＳＯＣ目標値Ｔｓｏｃより下側のＳＯＣでは、ＳＯＣが小さくなるほどＳＯＣ補正分Ｐｓが充電側に大きくなるように設定されていてもよい。

例えば、取得したＳＯＣ値ＳＯＣ（ｉ）がＳＯＣ目標値Ｔｓｏｃから低下閾値Ｄｔｈまでの範囲内であった場合には、図５のＳＯＣ補正マップに基づいて、ＳＯＣ値ＳＯＣ（ｉ）に係らず、一定のＰｓ（ＳＯＣ（ｉ））、すなわち、「０」が、ＳＯＣ補正分Ｐｓ（ｉ）として取得される。

また、給電によりＳＯＣが低下して、取得したＳＯＣ値ＳＯＣ（ｉ）が低下閾値Ｄｔｈよりも下側である場合には、図５のＳＯＣ補正マップに基づいて、ＳＯＣ目標値Ｔｓｏｃからの差に応じて充電側に大きくなった正の値のＰｓ（ＳＯＣ（ｉ））が、ＳＯＣ補正分Ｐｓ（ｉ）として取得される。ここで、図５に示すように、取得したＳＯＣ値ＳＯＣ（ｉ）が、一つ前のサイクルで取得したＳＯＣ値ＳＯＣ（ｉ−１）よりも下側である場合、ＳＯＣ目標値Ｔｓｏｃからの差の大きさに応じて、一つ前の値Ｐｓ（ＳＯＣ（ｉ−１））よりもさらに大きい正の値のＰｓ（ＳＯＣ（ｉ））が、ＳＯＣ補正分Ｐｓ（ｉ）として取得される。これは、ＳＯＣの低下を検知することに相当する。この場合には、前のサイクルにおけるＳＯＣ補正分よりもさらに充電方向の正のＳＯＣ補正分が増加されることになる。また、図５に示すように、取得したＳＯＣ値ＳＯＣ（ｉ）が、低下閾値Ｄｔｈよりも下側であるが、一つ前のサイクルで取得したＳＯＣ値ＳＯＣ（ｉ−１）よりも上側である場合、ＳＯＣ目標値Ｔｓｏｃからの差の大きさに応じて充電側ではあるが、一つ前の値Ｐｓ（ＳＯＣ（ｉ−１））よりも小さい正の値のＰｓ（ＳＯＣ（ｉ））が、ＳＯＣ補正分Ｐｓ（ｉ）として取得される。これは、ＳＯＣの上昇を検知することに相当する。この場合には、充電方向の正のＳＯＣ補正分ではあるが、前のサイクルにおけるＳＯＣ補正分よりも減少されたＳＯＣ補正分とされる。

ＳＯＣの低下の場合と同様に、取得したＳＯＣ値ＳＯＣ（ｉ）がＳＯＣ目標値Ｔｓｏｃよりも上側であった場合には、図５のＳＯＣ補正マップに基づいて、ＳＯＣ目標値Ｔｓｏｃからの差の大きさに応じて放電側に大きくなった負の値のＰｓ（ＳＯＣ（ｉ））が、ＳＯＣ補正分Ｐｓ（ｉ）として取得される。そして、前のサイクルにおけるＳＯＣ値ＳＯＣ（ｉ−１）との大小関係によるＳＯＣの上昇低下に応じて放電方向の負のＳＯＣ補正分が増減される。

次に、制御装置１８０は、ステップＳ４５０において、補機消費分Ｐｃと空調消費分ＰａとＳＯＣ補正分Ｐｓとを合算して、燃料電池１１０に要求される発電出力要求値を算出し、発電出力Ｐｆｃとして設定する。そして、制御装置１８０は、ステップＳ４６０において、燃料電池１１０の発電条件（反応ガスの供給条件、冷却条件等）を制御して、設定した発電出力Ｐｆｃに相当する電力が出力可能となるように燃料電池１１０の発電量を制御する。

なお、上述した異常時外部給電制御におけるステップＳ４３０〜ステップＳ４６０による燃料電池１１０の制御動作は、上述した電力給電モードの終了指示があるまで繰り返し実行される（ステップＳ４７０）。

以上説明した異常時外部給電の制御動作では、ＳＯＣが低下した場合にはＳＯＣの低下を止めるようにＳＯＣ補正分Ｐｓが充電方向に増加するように設定され、この増加分に応じた電力が燃料電池１１０で発電されて出力される。そして、この動作を繰り返し実行することにより、外部給電される電力分と釣り合いが取れてＳＯＣの低下を止めることが可能なＳＯＣ補正分Ｐｓが設定され、これに応じた燃料電池１１０での発電が可能となる。これにより、電流センサー１７２に異常があった場合においても、外部給電を継続することが可能となる。そして、この釣り合いが取れた状態において、ＳＯＣが上昇した場合にはＳＯＣの上昇を止めるようにＳＯＣ補正分Ｐｓが減少設定され、この減少分に応じた電力の燃料電池１１０での発電が減少される。そして、この動作を繰り返し実行することにより、外部給電される電力分と釣り合いが取れてＳＯＣの上昇を止めることが可能なＳＯＣ補正分Ｐｓが設定され、これに応じた燃料電池１１０での発電が可能となる。

以下では、具体例に則して異常時外部給電の制御動作について説明する。図６は異常時外部給電の開始前に実行されていた正常時外部給電の状態の具体例を示す説明図である。図７及び図８は、図６に示した正常時外部給電の状態から開始された異常時外部給電の状態の具体例を示す説明図である。

図６に示すように、異常時外部給電の開始直前の正常時外部給電において、ＡＣＰ１３８及びＦＣ補機１５０の補機要求電力Ｐｃｒｑ：１ｋｗ、エアコン１６０の空調要求電力Ｐａｒｑ：２ｋＷ、及び、外部給電部１７０の外部要求電力Ｐｏｒｑ：３ｋＷに対応して、補機消費分Ｐｃ：１ｋＷ、空調消費分Ｐａ：２ｋＷ、及び、外部給電分Ｐｏ：３ｋＷの合計６ｋＷが燃料電池１１０の発電出力Ｐｆｃとして燃料電池１１０から出力されている。この場合、二次電池１４０の蓄電量は消費されず、ＳＯＣはＳＯＣ目標値Ｔｓｏｃの状態が維持されている。

そして、図６に示した状態での動作中に、電流センサー１７２に異常が発生した場合には、まず、図７のステップ１に示したように、燃料電池１１０の発電出力Ｐｆｃのうち外部給電分Ｐｏが０ｋＷとされるので（図４のステップＳ４１０参照）、燃料電池１１０の発電出力Ｐｆｃは３ｋＷとなる。このため、不足する外部要求電力Ｐｏｒｑ：３ｋＷ分の電力は、二次電池１４０の出力Ｐｂａｔ：３ｋＷによって賄われる。この結果、二次電池１４０の蓄電量が消費されてＳＯＣが低下することになる。

ＳＯＣが低下すると、ＳＯＣ補正分Ｐｓが増加され（図４のステップＳ４４０，図５参照）、ＳＯＣの低下が検知されることとなり、ＳＯＣの低下を止めるように燃料電池１１０の発電出力Ｐｆｃが増加される（図４のステップＳ４５０，Ｓ４６０参照）。例えば、図７のステップ２に示したように、ＳＯＣ補正分Ｐｓがステップ１の０ｋＷから１ｋＷと増加されて、合計４ｋＷの燃料電池１１０の発電出力Ｐｆｃが出力される。しかしながら、外部要求電力Ｐｏｒｑ：３ｋＷのうち１ｋＷは燃料電池１１０の発電出力Ｐｆｃで賄えることとなったが、まだ２ｋＷ分の電力が不足することになる。このため、不足する２ｋＷ分の電力は、二次電池１４０の出力Ｐｂａｔ：２ｋＷによって賄われる。従って、この場合においても、二次電池１４０の蓄電量の消費は止まらず、まだＳＯＣは低下することになる。

まだＳＯＣが低下する場合には、さらにＳＯＣの補正分Ｐｓが増加され、ＳＯＣの低下を止めるように燃料電池１１０の発電出力Ｐｆｃが増加される。例えば、図８のステップ３に示したように、ＳＯＣ補正分Ｐｓがステップ２の１ｋＷから２ｋＷと増加されて、合計５ｋＷの燃料電池１１０の発電出力Ｐｆｃが出力される。しかしながら、外部要求電力Ｐｏｒｑ：３ｋＷのうち２ｋＷは燃料電池１１０の発電出力Ｐｆｃで賄えることとなったが、まだ１ｋＷ分の電力が不足することになる。このため、不足する１ｋＷ分の電力は、二次電池１４０の出力Ｐｂａｔ：１ｋＷによって賄われる。従って、この場合においても、二次電池１４０の蓄電量の消費は止まらず、ＳＯＣはさらに低下することになる。

さらにまだＳＯＣが低下する場合には、さらにＳＯＣの補正分Ｐｓが増加され、ＳＯＣの低下を止めるように燃料電池１１０の発電出力Ｐｆｃが増加される。例えば、図８のステップ４に示したように、ＳＯＣ補正分Ｐｓがステップ３の２ｋＷから３ｋＷと増加されて、合計６ｋＷの燃料電池１１０の発電出力Ｐｆｃが出力される。この結果、外部要求電力Ｐｏｒｑ：３ｋＷは全て燃料電池１１０の発電出力Ｐｆｃで賄えることとなり、燃料電池１１０の発電出力と、ＡＣＰ１３８とＦＣ補機１５０とエアコン１６０と外部給電部１７０での電力消費量が釣り合った状態となる。これにより、二次電池１４０からの出力Ｐｂａｔは０ｋＷとなって、二次電池１４０の蓄電量の消費が止まり、ＳＯＣを一定状態とすることができる。

以降、外部要求電力Ｐｏｒｑが変化しない限り、図８のステップ４の状態が維持されて燃料電池１１０の発電出力が継続されることにより、二次電池１４０の電力を消費せずに、外部給電を継続することができる。そして、この状態で外部要求電力Ｐｏｒｑが変化し、ＳＯＣが低下した場合には、ＳＯＣ補正分Ｐｓが増加されて、燃料電池１１０の発電出力Ｐｆｃが増加され、ＳＯＣの低下が止まってＳＯＣが一定となるように制御される。反対に、ＳＯＣが上昇した場合には、ＳＯＣ補正分Ｐｓが減少されて、燃料電池１１０の発電出力Ｐｆｃが減少され、ＳＯＣの上昇が止まってＳＯＣが一定となるように制御される。

以上説明した異常時外部給電では、外部給電に要する電力を計測するための電流センサー１７２に異常が発生していても、一旦、二次電池１４０でその電力を賄いつつ、二次電池１４０のＳＯＣの変動を止めるように燃料電池１１０の発電出力（発電量）を制御することができる。これにより、二次電池１４０の充放電の発生を抑制するとともに、二次電池１４０のＳＯＣが許容範囲内を維持しつつ、外部給電に要する電力を燃料電池１１０からの発電出力で賄うように制御して、外部給電を継続して実行することが可能である。従って、使用者の使い勝手を向上させることができる。また、二次電池１４０の充放電の発生が抑制されるので、二次電池の劣化を抑制することが可能であり、二次電池の寿命を向上させることが可能である。

なお、異常時外部給電を開始して、外部給電分Ｐｏを０ｋＷと設定した後、二次電池１４０のＳＯＣが一定に戻った際のＳＯＣ補正分Ｐｓの値は、外部要求電力Ｐｏｒｑに対応する。また、さらにその後、ＳＯＣが変化してからＳＯＣが一定となるまでに変化させたＳＯＣ補正分Ｐｓの変化分の値は、外部要求電力Ｐｏｒｑの変化分に対応する。従って、電流センサー１７２の代わりに、ＳＯＣ補正分Ｐｓの値を用いて、外部給電に要する電力を計測することが可能である。これにより、例えば、ＳＯＣ補正分Ｐｓにより計測した外部給電分に要する電力を燃料電池１１０の外部給電分Ｐｏとして設定して、設定後のＳＯＣ補正分Ｐｓをリセットするようにしてもよい。

上記実施形態では、外部給電部１７０は、低圧直流配線ＤＣＬからの直流電力を外部給電装置１７４に供給し、外部給電装置１７４は、外部給電部１７０から供給される直流電力を交流１００Ｖの交流電力に変換し、商用電源用のコンセントに接続された外部負荷へ電力を供給する構成とした。しかし、これに限定されるものではなく、外部給電部１７０で直流電力を交流１００Ｖ等の交流電力に変換し、外部給電部１７４に供給する構成としてもよい。また、外部給電装置１７４は、商用電源用のコンセントによって外部負荷と接続しなくとも良い。

上記実施形態において、燃料電池車両１０は、運転モード切替スイッチによって、通常走行モードと電力給電モードとを切り替えていた。しかし、運転モード切替スイッチは省略されるものとしても良い。この場合には、制御装置１８０が、燃料電池車両１０の運転状態や外部負荷の接続状態に基づいて、通常走行モードと電力給電モードとを切り替えるものとしても良い。例えば、制御装置１８０は、燃料電池車両１０のアイドリング時に、外部負荷が接続されたとき、または、外部負荷による電力使用が開始されたとき、パーキングブレーキがかけられたときに、自動的に電力給電モードに移行するものとしても良い。また、制御装置１８０は、電力給電モードのときに、パーキングブレーキが解除されたり、アクセルペダルが踏み込まれた場合に、外部負荷の電気的接続を遮断し、通常走行モードに強制的に移行するものとしても良い。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…燃料電池車両
１００…外部給電システム１００
１１０…燃料電池（ＦＣ）
１２０…ＦＣ昇圧コンバーター
１３０…パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）
１３２…モータードライバー
１３４…ＤＣ／ＤＣコンバーター
１３６…モーター
１３７…ＡＣＰドライバー
１３８…エアーコンプレッサー（ＡＣＰ）
１４０…二次電池（ＢＡＴ）
１４２…ＳＯＣ検出部
１５０…ＦＣ補機
１６０…空調装置（エアコン）
１７０…外部給電部
１７２…電流センサー（ＤＣＳ）
１７４…外部給電装置
１８０…制御装置
ＤＣＬ…低圧直流配線
ＤＣＨ…高圧直流配線
ＷＬ…車輪

Claims (5)

1. 車両に搭載された燃料電池及び二次電池から外部に電力を供給する外部給電システムの制御方法であって、
   前記燃料電池と前記二次電池とが接続可能な電力配線から外部に給電される電力を計測するセンサーの異常を検知した場合において、
   （ａ）前記二次電池の蓄電量の減少が検知される場合には、前記蓄電量の減少を止めるように前記燃料電池の発電量を増加させて外部給電を行い、
   （ｂ）前記蓄電量の増加が検知される場合には、前記蓄電量の増加を止めるように前記燃料電池の発電量を減少させて外部給電を行う
   ことを特徴とする外部給電システムの制御方法。
2. 請求項１に記載の外部給電システムの制御方法であって、
   前記センサーの異常を検知した場合には、前記燃料電池の発電量のうち、前記外部への給電のための発電量分をゼロとした上で、前記（ａ）または前記（ｂ）を実行することを特徴とする外部給電システムの制御方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の外部給電システムの制御方法であって、
   前記燃料電池の発電量は、前記外部への給電のための発電量分と、前記車両内の機器で消費される車両内機器消費分と、前記蓄電量の増減に応じた補正分と、の合計として設定されることを特徴とする外部給電システムの制御方法。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の外部給電システムの制御方法であって、
   前記センサーの異常を検知した場合における前記外部への給電電力は、前記二次電池に許容される充放電の電力の上限値に基づいて決定される値に制限されることを特徴とする外部給電システムの制御方法。
5. 車両に搭載された燃料電池及び二次電池から外部に電力を供給する外部給電システムであって、
   前記燃料電池と前記二次電池とが接続可能な電力配線から外部に給電するめの外部給電部と、
   前記外部給電部を介して前記外部に給電される電力を計測するセンサーと、
   前記二次電池の蓄電量を示す値を検出する蓄電量検出部と、
   前記燃料電池の発電および前記二次電池の充放電を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記センサーの異常を検知した場合において、
   （ａ）前記蓄電量の減少が検知される場合には、前記蓄電量の減少を止めるように前記燃料電池の発電量を増加させて外部給電を行い、
   （ｂ）前記蓄電量の増加が検知される場合には、前記蓄電量の増加を止めるように前記燃料電池の発電量を減少させて外部給電を行う
   ことを特徴とする外部給電システム。

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