JP2016096642A - 燃料電池搭載車両の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

燃料電池搭載車両の外部給電システムの制御方法、および、外部給電システム Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は外部給電システムにおいて外部負荷に対して安定的に給電をおこなうことを目的とする。【解決手段】車両に搭載された燃料電池および二次電池から外部負荷に電力を供給する外部給電システムの制御方法は、燃料電池および前記二次電池から前記外部負荷に供給される電力である外部給電電力が給電許可電力以下となるように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し、前記二次電池の温度および蓄電量に応じて設定される前記二次電池の充電電力の上限値と、前記二次電池の温度および蓄電量に応じて設定される前記二次電池の放電電力の上限値と、の小さい方以下となるように前記給電許可電力の値を設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載された燃料電池およ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負荷に電力を供給する外部給電システムが提案されている（特許文献１、２）。
特開２０１３−１９８２９２号公報 特開２０１３−９３９４１号公報
しかしながら、燃料電池は、エアコンプレッサーのイナーシャによる反応の遅れなどに起因して、必要な外部給電電力の増減に対して発電電力の増減が遅れるため、外部負荷に対して安定的に給電をおこなえないという問題があった。一方、特許文献１では、二次電池の出力電力のみによって外部給電をおこなうため、上述の課題については何も記載されていない。
本発明は、上述の課題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および二次電池から外部負荷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、燃料電池および前記二次電池から前記外部負荷に供給される電力である外部給電電力が給電許可電力以下となるように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し、前記二次電池の温度および蓄電量に応じて設定される前記二次電池の充電電力の上限値と、前記二次電池の温度および蓄電量に応じて設定される前記二次電池の放電電力の上限値と、の小さい方以下となるように前記給電許可電力の値を設定する。この構成によれば、必要な外部給電電力が急増しても、発電電力の不足分を二次電池の放電電力によって十分に補うことができる。また、仮に、外部給電電力のすべてを燃料電池が発電しているときに、必要な外部給電電力が急減してゼロになっても、余剰の発電電力を二次電池によって十分充電することができる。これにより、燃料電池の発電電力の増減が必要な外部給電電力の増減に対して遅れても、外部負荷に対して安定的に給電をおこなうことができる。
（２）上記形態の制御方法において、前記燃料電池が発電電力を前記外部負荷に供給可能な状態の時は、前記二次電池の充電電力の前記上限値と、前記二次電池の放電電力の前記上限値と、前記燃料電池の発電電力の出力制限値と、のうちの最小値以下となるように前記給電許可電力の値を設定してもよい。この構成によれば、さらに、必要な外部給電電力が急増しても、必要な外部給電電力のすべてを燃料電池によって発電できる。これにより、必要な外部給電電力を燃料電池が十分に発電できないことにより、二次電池から電力が供給されて二次電池の蓄電量が低下することを抑制できる。また、二次電池の蓄電量の低下によって、実際の外部給電電力が低下することを抑制できる。
（３）上記形態の制御方法において、前記二次電池の充電電力の前記上限値と、前記二次電池の放電電力の前記上限値と、前記燃料電池の発電電力を前記外部給電電力に変換する電力変換部を通過する電力の大きさが前記電力変換部を保護するために設定される上限値以下となる前記給電許可電力の上限値と、のうちの最小値以下となるように前記給電許可電力の値を設定してもよい。この構成によれば、さらに、必要な外部給電電力が増加しても、電力変換部の損傷の発生を抑制できる。
（４）上記形態の制御方法において、前記燃料電池が発電電力を前記外部負荷に供給可能な状態の時は、前記二次電池の充電電力の前記上限値と、前記二次電池の放電電力の前記上限値と、前記燃料電池の発電電力の出力制限値と、前記燃料電池の発電電力を前記外部給電電力に変換する電力変換部を通過する電力の大きさが前記電力変換部を保護するために設定される上限値以下となる前記給電許可電力の上限値と、のうちの最小値以下となるように前記給電許可電力の値を設定してもよい。この構成によれば、さらに、必要な外部給電電力が急増しても、必要な外部給電電力のすべてを燃料電池によって発電でき、二次電池の蓄電量が低下することを抑制できる。また、電力変換部の損傷の発生を抑制できる。
（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および二次電池から外部負荷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、前記燃料電池および前記二次電池から前記外部負荷に供給される電力である外部供給電力が給電許可電力以下となるように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、前記二次電池の温度および蓄電量に応じて設定される前記二次電池の充電電力の上限値と、前記二次電池の温度および蓄電量に応じて設定される前記二次電池の放電電力の上限値と、の小さい方以下となるように前記給電許可電力の値を設定する。この構成によれば、必要な外部給電電力が急増しても、発電電力の不足分を二次電池の放電電力によって十分に補うことができる。また、仮に、外部給電電力のすべてを燃料電池が発電しているときに、必要な外部給電電力が急減してゼロになっても、余剰の発電電力を二次電池によって十分充電することができる。これにより、外部負荷に対して安定的に給電をおこなうことができる。
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池および二次電池を搭載した車両、車両の外部給電方法、この方法を実行する制御装置、この制御方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体などの形態で実現することができる。
外部給電システムを含む燃料電池車両の構成を示す概略図である。 給電許可電力ＰＡＬＷの算出手順を説明するためのフローチャートである。 供給可能電力ＰＰＯＳの内容を説明するための図である。 本実施形態の効果の一例を説明するための図である。
Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態の外部給電システム１００を含む燃料電池車両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１１０と、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）１３０と、トラクションモーター１３６と、エアコンプレッサー（ＡＣＰ）１３８と、二次電池１４０と、ＳＯＣ検出部１４２と、ＦＣ補機１５０と、空調装置１６０と、外部給電部１７０と、電流検出部１７２と、制御装置１８０と、車輪ＷＬと、を備える。燃料電池車両１０は、燃料電池１１０および二次電池１４０から供給される電力によってトラクションモーター１３６を駆動させて走行する。
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、燃料電池車両１０の停車中に、外部負荷２００に対して電力を供給することができる。
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から後述するトラクションモーター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、トラクションモーター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。なお、燃料電池１１０としては、固体高分子形燃料電池に限らず、他の種々のタイプの燃料電池を採用することができる。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。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、三相インバーター回路によって構成され、トラクションモーター１３６に接続されている。モータードライバー１３２は、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、ＢＡＴ昇圧コンバーター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トラクションモーター１３６に供給する。トラクションモーター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、ギア等を介して車輪ＷＬを駆動する。また、トラクションモーター１３６は、燃料電池車両１０の制動時において、燃料電池車両１０の運動エネルギーを回生させて回生電力を発生させる発電機としても機能する。
ＢＡＴ昇圧コンバーター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の電圧レベルを調整し、二次電池１４０の充電／放電の状態を切り替える。なお、トラクションモーター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、ＢＡＴ昇圧コンバーター１３４１３４を介して二次電池１４０に充電される。
ＡＣＰドライバー１３７は、三相インバーター回路によって構成され、ＡＣＰ１３８に接続されている。ＡＣＰドライバー１３７は、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、ＢＡＴ昇圧コンバーター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、三相コイルを備える同期モーターによって構成され、供給された電力に応じてモーターを駆動させ、発電に使用される酸素（空気）を燃料電池１１０に供給する。
二次電池１４０は、電力エネルギーを蓄え、充電と放電を繰り返すことができる蓄電装置であり、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、二次電池１４０としては、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池など他の種類の電池であってもよい。二次電池１４０は、低圧直流配線ＤＣＬを介してＰＣＵ１３０に含まれるＢＡＴ昇圧コンバーター１３４に接続され、さらに、ＢＡＴ昇圧コンバーター１３４を介して高圧直流配線ＤＣＨに接続されている。
ＳＯＣ検出部１４２は、二次電池１４０の蓄電量（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「蓄電量（ＳＯＣ）」とは、二次電池１４０の現在の充電容量に対する充電残量の比率を意味する。ＳＯＣ検出部１４２は、二次電池１４０の温度Ｔｂａや、出力電圧Ｖ、出力電流Ｉを検出し、それらの検出値に基づき、蓄電量（ＳＯＣ）を検出する。なお、本実施形態のＳＯＣ検出部１４２は、二次電池１４０の温度Ｔｂａについても制御装置１８０に送信する。
ＦＣ補機１５０と空調装置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、燃料電池１１０や二次電池１４０から供給される電力によって駆動する。ＦＣ補機１５０は、燃料電池１１０に反応ガスを供給する燃料ポンプ、及び、燃料電池１１０に冷媒を供給する冷媒ポンプ等の燃料電池１１０の発電のための補機類である。空調装置１６０は、エアコンなどの空調機器である。
外部給電部１７０は、外部負荷へ電力を供給するための給電機器であり、交流電力によって作動する外部負荷２００を接続させるための外部給電装置１７４が接続可能に構成されている。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および二次電池１４０から、外部給電装置１７４に接続された外部負荷２００に電力を供給する。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。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検出部１７２が設けられており、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、中央処理装置と主記憶装置とを備えるマイクロコンピュータ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検出すると、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。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、ＢＡＴ昇圧コンバーター１３４とにそれぞれ、アクセル踏込量ＤＡＣＣ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、トラクションモーター１３６にアクセル踏込量ＤＡＣＣに応じた回転駆動をさせる。
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、外部給電装置１７４に接続されている外部負荷２００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。制御装置１８０は、電力給電モードにおいて、定常的には、燃料電池１１０の発電電力ＰＦＣ［Ｗ］のみによって、外部負荷２００に対して必要な外部給電電力ＰＳＵＰが供給されるように外部給電システム１００の各部の制御をおこなう。一方、制御装置１８０は、燃料電池１１０の起動時など、必要な外部給電電力ＰＳＵＰに対して発電電力ＰＦＣ［Ｗ］が不足する場合には、二次電池１４０からの放電電力によって、不足分を補うように制御をおこなう。制御装置１８０は、また、外部負荷２００に供給される外部給電電力ＰＳＵＰの上限値としての給電許可電力ＰＡＬＷを設定し、外部給電電力ＰＳＵＰが給電許可電力ＰＡＬＷ越えないように燃料電池１１０の発電、二次電池１４０の充放電、および、外部給電部１７０を制御する。給電許可電力ＰＡＬＷの算出方法は後述する。
制御装置１８０は、電力給電モードの時、発電要求電力ＰＦＣＲＱ［Ｗ］を下記の式（１）によって算出する。制御装置１８０は、算出した発電要求電力ＰＦＣＲＱに基づいて燃料電池１１０の発電を制御することで発電電力ＰＦＣを発生させる。
ＰＦＣＲＱ＝ＰＯＲＱ＋ＰＣＲＱ＋ＰＡＲＱ＋ＰＳＯＣ ・・・（１）
ここで、ＰＯＲＱは、外部負荷２００の動作に要する電力（外部要求電力）であり、上述の外部給電電力ＰＳＵＰに対応する。ＰＣＲＱは、ＡＣＰ１３８およびＦＣ捕機１５０の動作に要する電力（捕機要求電力）である。ＰＡＲＱは、空調装置１６０の動作に要する電力（空調要求電力）である。ＰＳＯＣは、二次電池１４０の蓄電量（ＳＯＣ）を目標の蓄電量（例えば、６０％）に近づけるために使用される電力（ＳＯＣ補正電力）である。外部要求電力ＰＯＲＱは、電流検出部１７２が計測した電流値Ｉ（計測値）と低圧電圧ＶＬとの積から算出できる。ここでは、算出した外部要求電力ＰＯＲＱが上述した給電許可電力ＰＡＬＷを越える場合には、給電許可電力ＰＡＬＷの値を外部要求電力ＰＯＲＱの値に設定する。捕機要求電力ＰＣＲＱは、ＡＣＰ１３８およびＦＣ捕機１５０の動作状態から算出できる。空調要求電力ＰＡＲＱは、空調装置１６０の状態から算出できる。ＳＯＣ補正電力ＰＳＯＣは、ＳＯＣ検出部１４２によって検出される二次電池１４０の蓄電量（ＳＯＣ）から算出できる。
図２は、給電許可電力ＰＡＬＷの算出手順を説明するためのフローチャートである。給電許可電力ＰＡＬＷを算出するにあたり、制御装置１８０は、まず、燃料電池１１０が通常発電モードか否かの判定をおこなう（ステップＳ１１０）。「通常発電モード」とは、燃料電池１１０が発電電力を外部負荷に供給可能な状態を意味しており、例えば、燃料電池１１０の「停止」時や「起動準備モード」時などが除かれる。「起動準備モード」とは、通常発電をおこなうための準備動作をおこなっている状態を意味しており、例えば、氷点下始動時において暖気のために発電をおこなう状態や、始動時にカソード側に存在する水素を希釈するための運転をおこなう状態など含む。なお、起動準備モード時に生じる発電電力は外部負荷２００には供給されない。
制御装置１８０は、燃料電池１１０が通常発電モードではない場合、下記の式（２）によって給電許可電力ＰＡＬＷの算出をおこなう（ステップＳ１２０）。
ＰＡＬＷ＝ｍｉｎ{ＰＷｉｎ，ＰＷｏｕｔ，ＰＰＯＳ} ・・・（２）
ここで、ＰＷｉｎは、二次電池１４０の温度および蓄電量（ＳＯＣ）に応じて設定される二次電池１４０の充電電力の上限値（許容充電電力）である。ＰＷｏｕｔは、二次電池１４０の温度および蓄電量（ＳＯＣ）に応じて設定される二次電池１４０の放電電力の上限値（許容放電電力）である。ＰＰＯＳは、ＢＡＴ昇圧コンバーター１３４などの部品を保護するために設定される供給可能電力である。
許容充電電力ＰＷｉｎおよび許容放電電力ＰＷｏｕｔは、二次電池１４０のＳＯＣ充放電特性および温度充放電特性から算出することができる。「ＳＯＣ充放電特性」とは、二次電池１４０の蓄電量（ＳＯＣ）と、入力（充電）電力Ｐｉｎの許容充電上限値Ｗｉｎおよび出力（放電）電力Ｐｏｕｔの許容放電上限値Ｗｏｕｔと、が対応付けられたマップである。「温度充放電特性」とは、二次電池１４０の温度Ｔｂａと、充電電力の許容充電上限値Ｗｉｎおよび放電電力の許容放電上限値Ｗｏｕｔと、が対応付けられたマップである。制御装置１８０は、ＳＯＣ検出部１４２から取得した蓄電量（ＳＯＣ）とＳＯＣ充放電特性から特定される許容充電値Ｗｉｎと、ＳＯＣ検出部１４２から取得した温度Ｔｂａと温度充放電特性から特定される許容充電上限値Ｗｉｎと、の小さい方をＰＷｉｎとして採用することができる。また、同様の方法でＰＷｏｕｔを取得することができる。
図３は、供給可能電力ＰＰＯＳの内容を説明するための図である。制御装置１８０は、下記の式（３）によって供給可能電力ＰＰＯＳを算出する。
ＰＰＯＳ＝ＰＰＲＯ＋ＰＷｏｕｔ−ＰＣＮＳ ・・・（３）
ここで、ＰＰＲＯは、ＢＡＴ昇圧コンバーター１３４を通過可能な電力（ＢＤＣ通過上限許容電力）である。ＰＣＮＳは、ＦＣ補機１５０および空調装置１６０で消費される電力の合計値である。ＢＤＣ通過上限許容電力ＰＰＲＯは、ＢＡＴ昇圧コンバーター１３４などの部品に大電力が通過することによる部品の破損を抑制するための規制値であり、ＢＡＴ昇圧コンバーター１３４の一次側の電圧と、二次側の電圧と、ＰＰＲＯとの対応関係が示されたマップによって算出することができる。ＰＣＮＳは、例えば、捕機要求電力ＰＣＲＱと空調要求電力ＰＡＲＱとの和として算出することができる。図３に示すように、供給可能電力ＰＰＯＳは、ＢＡＴ昇圧コンバーター１３４および二次電池１４０から供給される電力の合計（ＰＰＲＯ＋ＰＷｏｕｔ）から、ＦＣ補機１５０および空調装置１６０で消費される電力（ＰＣＮＳ）を差し引いた電力であり、外部給電部１７０に供給される電力に相当する。
図２に戻り、制御装置１８０は、燃料電池１１０が通常発電モードの場合、下記の式（４）によって給電許可電力ＰＡＬＷの算出をおこなう（ステップＳ１３０）。
ＰＡＬＷ＝ｍｉｎ{ＰＷｉｎ，ＰＷｏｕｔ，ＰＰＯＳ，ＰＬＩＭ} ・・・（４）
式（４）は、式（２）に対してＰＬＩＭが追加された構成となっている。ＰＬＩＭは、現在の燃料電池１１０の発電電力の上限値（出力制限値）であり、燃料電池１１０の現在の状態を示す種々のパラメーターから算出することができる。燃料電池１１０の現在の状態を示すパラメーターとは、例えば、燃料電池１１０の温度、ＡＣＰ１３８が取り込む外気の量、燃料電池１１０に供給される水素を貯蔵する水素タンク内の水素の残量、燃料電池１１０のアノード圧力およびカソード圧力などが含まれる。上記のステップＳ１１０〜Ｓ１３０によって給電許可電力ＰＡＬＷが算出される。
図４は、本実施形態の効果の一例を説明するための図である。図４には、給電許可電力ＰＡＬＷ、外部給電電力ＰＳＵＰ、および、発電電力ＰＦＣの外部給電分Ｐ０の時系列変化が示されている。ここでは、Ｔ１〜Ｔ２期間において、燃料電池１１０は「起動準備モード」であり、Ｔ２〜Ｔ６期間において、「通常発電モード」になっているものとして説明する。図４のハッチ部分は二次電池１４０の放電（出力）電力を示し、クロスハッチ部分は二次電池１４０の充電（入力）電力を示している。
起動準備モードにおいて、制御装置１８０は、必要な外部給電電力ＰＳＵＰのすべてを二次電池１４０からの放電電力が負担するように制御をおこなう。本実施形態の外部給電電力ＰＳＵＰは、給電許可電力ＰＡＬＷ以下となるため、外部給電電力ＰＳＵＰは、二次電池１４０の放電電力の上限値ＰＷｏｕｔ以下となる。よって、二次電池１４０の放電電力の値を必要な外部給電電力ＰＳＵＰの値まで上昇させることができる。これにより、必要な外部給電電力ＰＳＵＰが上限値ＰＷｏｕｔを越えることより、二次電池１４０の放電電力の値が必要な外部給電電力ＰＳＵＰの値まで上昇できずに、実際の外部給電電力ＰＳＵＰが低下することを抑制できる。よって、安定的に外部給電をおこなうことができる。また、実施形態の外部給電電力ＰＳＵＰは、給電許可電力ＰＡＬＷの以下となるため、外部給電電力ＰＳＵＰは、ＢＡＴ昇圧コンバーター１３４などの部品を保護するために設定される供給可能電力ＰＰＯＳ以下となる。そのため、外部給電電力ＰＳＵＰが通過したことによるＢＡＴ昇圧コンバーター１３４などの部品の破損を抑制できる。
ところで、制御装置１８０は、発電要求電力ＰＦＣＲに対応する燃料電池１１０の発電電力ＰＦＣは、下記の式（５）ようになる。
ＰＦＣ＝ＰＯ＋ＰＣ＋ＰＡ＋ＰＣＨＧ ・・・（５）
ここで、ＰＯは、上述した外部給電分であり、外部要求電力ＰＯＲＱに対応する。ＰＣは、ＡＣＰ１３８およびＦＣ捕機１５０に供給される電力（捕機消費電力）であり、捕機要求電力ＰＣＲＱに対応する。ＰＡは、空調装置１６０に供給される電力（空調消費電力）であり、空調要求電力ＰＡＲＱに対応する。ＰＣＨＧは、二次電池１４０に供給される電力（充電電力）であり、ＳＯＣ補正電力ＰＳＯＣに対応する。
通常発電モードにおいて、制御装置１８０は、必要な外部給電電力ＰＳＵＰのすべてを燃料電池１１０の発電電力ＰＦＣが負担するように制御をおこなう。しかし、ＡＣＰ１３８のイナーシャによる反応の遅れなどに起因して、発電電力ＰＦＣは、発電要求電力ＰＦＣＲに対して遅れるため、発電電力ＰＦＣの外部給電分Ｐ０は、必要な外部給電電力ＰＳＵＰ（外部要求電力ＰＯＲＱ）に対して遅れる。そのため、例えば、Ｔ２時点において、「起動準備モード」から「通常発電モード」切り替わると、Ｔ２〜Ｔ３期間において、発電電力ＰＦＣの外部給電分Ｐ０は必要な外部給電電力ＰＳＵＰに達しない。また、
Ｔ４時点において、必要な外部給電電力ＰＳＵＰが急増すると、Ｔ４〜Ｔ５期間において、発電電力ＰＦＣの外部給電分Ｐ０は必要な外部給電電力ＰＳＵＰに達しない。Ｔ２〜Ｔ３期間およびＴ４〜Ｔ５期間では、電力の不足分は二次電池１４０からの放電電力によって補われる。本実施形態の外部給電電力ＰＳＵＰは、給電許可電力ＰＡＬＷ以下となるため、必要な外部給電電力ＰＳＵＰと、発電電力ＰＦＣの外部給電分Ｐ０との差分（不足分）は、二次電池１４０の放電電力の上限値ＰＷｏｕｔ以下となる。よって、二次電池１４０の放電電力の値を不足分の電力値まで上昇させることができる。これにより、不足分の電力値が上限値ＰＷｏｕｔを越えることより、二次電池１４０の放電電力の値が不足分の電圧値まで上昇できずに、実際の外部給電電力ＰＳＵＰが低下することを抑制できる。
一方、例えば、Ｔ６時点において、必要な発電要求電力ＰＦＣＲが急減してゼロになると、Ｔ６〜Ｔ７期間において、発電電力ＰＦＣの外部給電分Ｐ０が必要な外部給電電力ＰＳＵＰよりも大きくなる。この期間では、余剰の電力は二次電池１４０に充電される。本実施形態の外部給電電力ＰＳＵＰは、給電許可電力ＰＡＬＷの以下となるため、発電電力ＰＦＣの外部給電分Ｐ０と、必要な外部給電電力ＰＳＵＰとの差分（余剰分）は、二次電池１４０の充電電力の上限値ＰＷｉｎ以下となる。よって、二次電池１４０の充電電力の値を余剰の電力値まで上昇させることができる。これにより、余剰の電力を二次電池１４０に充電しきれないことよる燃費の悪化や、上限値ＰＷｉｎを超過することによる二次電池１４０の劣化・破損を抑制できる。
また、本実施形態の外部給電電力ＰＳＵＰは、給電許可電力ＰＡＬＷの以下となるため、通常発電モード時の外部給電電力ＰＳＵＰは、燃料電池１１０の発電電力の出力制限値ＰＬＩＭ以下となる。そのため、燃料電池１１０の発電電力ＰＦＣの値を必要な外部給電電力ＰＳＵＰの値まで上昇させることができる。これにより、燃料電池１１０の出力制限によって発電電力ＰＦＣの値が必要な外部給電電力ＰＳＵＰの値まで上昇できないことにより、二次電池１４０から出力電力が供給されて二次電池１４０の蓄電量（ＳＯＣ）が低下することを抑制できる。また、二次電池１４０の蓄電量（ＳＯＣ）の低下によって出力電力が低下し、実際の外部給電電力ＰＳＵＰが低下することを抑制できる。また、本実施形態の外部給電電力ＰＳＵＰは、給電許可電力ＰＡＬＷの以下となるため、既述のように、ＢＡＴ昇圧コンバーター１３４などの部品の破損を抑制できる。
以上説明した、本実施形態の燃料電池車両１０によれば、給電許可電力ＰＡＬＷによって外部給電電力ＰＳＵＰの値を規制するため、外部給電電力ＰＳＵＰの変動幅を二次電池の充放電によって吸収できるように構成できる。これにより、必要な外部給電電力ＰＳＵＰが急増しても、発電電力の不足分を二次電池１４０の放電電力によって十分に補うことができる。また、必要な外部給電電力ＰＳＵＰが急減しても、発電電力の余剰分を二次電池１４０によって十分充電することができる。これにより、燃料電池１１０の発電電力の増減が必要な外部給電電力ＰＳＵＰの増減に対して遅れても、外部負荷２００に対して安定的に給電をおこなうことができる。また、本実施形態によれば、給電許可電力ＰＡＬＷによって外部給電電力ＰＳＵＰの値を規制するため、「通常発電モード」時の外部給電電力ＰＳＵＰの変動幅を燃料電池１１０の許容出力範囲にすることができる。これにより、例えば、定常時において、二次電池１４０からの出力を抑制して蓄電量（ＳＯＣ）の低下を抑制できる。また、二次電池１４０からの出力の低下によって、実際の外部給電電力ＰＳＵＰが低下することを抑制できる。
Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施形態や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
Ｂ−１．変形例１：
本実施形態では、給電許可電力ＰＡＬＷを算出するための式（２）および式（４）には、供給可能電力ＰＰＯＳが含まれている。しかし、式（２）および式（４）には、供給可能電力ＰＰＯＳが含まれていなくてもよい。また、式（４）には、出力制限値ＰＬＩＭが含まれていなくてもよい。これらの場合であっても、外部給電電力ＰＳＵＰの変動幅を二次電池の充放電によって吸収できるように構成できる。これにより、必要な外部給電電力ＰＳＵＰが急増しても、発電電力の不足分を二次電池１４０の放電電力によって十分に補うことができる。また、必要な外部給電電力ＰＳＵＰが急減しても、発電電力の余剰分を二次電池１４０によって十分充電することができる。
Ｂ−２．変形例２：
本実施形態では、制御装置１８０は、外部給電電力ＰＳＵＰが給電許可電力ＰＡＬＷ越えないように外部給電部１７０を制御するものとして説明した。しかし、制御装置１８０は、外部給電電力ＰＳＵＰが給電許可電力ＰＡＬＷ越えないように外部給電部１７０を制御しなくてもよい。この場合であっても、燃料電池１１０の発電要求電力ＰＦＣＲＱに含まれる外部要求電力ＰＯＲＱが給電許可電力ＰＡＬＷ以下となるため、制御装置１８０は、燃料電池１１０の発電を制御して、外部給電電力ＰＳＵＰを給電許可電力ＰＡＬＷ以下にすることができる。
１０…燃料電池車両
１００…外部給電システム
１１０…燃料電池
１２０…ＦＣ昇圧コンバーター
１３０…パワーコントロールユニット
１３２…モータードライバー
１３４…ＢＡＴ昇圧コンバーター
１３６…トラクションモーター
１３７…ＡＣＰドライバー
１３８…エアコンプレッサー
１４０…二次電池
１４２…ＳＯＣ検出部
１５０…ＦＣ補機
１６０…空調装置
１７０…外部給電部
１７２…電流検出部
１７４…外部給電装置
１８０…制御装置
２００…外部負荷
ＷＬ…車輪

Claims (5)

  1. 車両に搭載された燃料電池および二次電池から外部負荷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、
    燃料電池および前記二次電池から前記外部負荷に供給される電力である外部給電電力が給電許可電力以下となるように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し、
    前記二次電池の温度および蓄電量に応じて設定される前記二次電池の充電電力の上限値と、前記二次電池の温度および蓄電量に応じて設定される前記二次電池の放電電力の上限値と、の小さい方以下となるように前記給電許可電力の値を設定する、制御方法。
  2. 請求項１に記載の制御方法であって、
    前記燃料電池が発電電力を前記外部負荷に供給可能な状態の時は、
    前記二次電池の充電電力の前記上限値と、前記二次電池の放電電力の前記上限値と、前記燃料電池の発電電力の出力制限値と、のうちの最小値以下となるように前記給電許可電力の値を設定する、制御方法。
  3. 請求項１に記載の制御方法であって、
    前記二次電池の充電電力の前記上限値と、前記二次電池の放電電力の前記上限値と、前記燃料電池の発電電力を前記外部給電電力に変換する電力変換部を通過する電力の大きさが前記電力変換部を保護するために設定される上限値以下となる前記給電許可電力の上限値と、のうちの最小値以下となるように前記給電許可電力の値を設定する、制御方法。
  4. 請求項２に記載の制御方法であって、
    前記燃料電池が発電電力を前記外部負荷に供給可能な状態の時は、
    前記二次電池の充電電力の前記上限値と、前記二次電池の放電電力の前記上限値と、前記燃料電池の発電電力の出力制限値と、前記燃料電池の発電電力を前記外部給電電力に変換する電力変換部を通過する電力の大きさが前記電力変換部を保護するために設定される上限値以下となる前記給電許可電力の上限値と、のうちの最小値以下となるように前記給電許可電力の値を設定する、制御方法。
  5. 車両に搭載された燃料電池および二次電池から外部負荷に電力を供給する外部給電システムであって、
    前記燃料電池および前記二次電池から前記外部負荷に供給される電力である外部供給電力が給電許可電力以下となるように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、
    前記二次電池の温度および蓄電量に応じて設定される前記二次電池の充電電力の上限値と、前記二次電池の温度および蓄電量に応じて設定される前記二次電池の放電電力の上限値と、の小さい方以下となるように前記給電許可電力の値を設定する、外部給電システム。
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