JP4808242B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池を備えた車両用電源装置に関する。
従来より、燃料電池と補助電源（バッテリ、キャパシタ等）を備え、低温環境下で燃料電池を起動するときに、補助電源からの供給電力により燃料電池を加熱するヒータを作動させるようにした車両用電源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
ここで、従来の車両用電源装置においては、車両が停止してから一定時間が経過した時に、燃料電池内の水素を掃気して燃料電池の発電を停止している。そして、このように燃料電池の発電を停止した場合、次に燃料電池への水素の供給を開始して燃料電池の発電を再開させるときに、燃料電池の発電電圧が上昇して安定するまでにある程度の時間を要する。
また、低温状況下で燃料電池の発電を再開するときには、燃料電池の温度が適正温度まで上昇するまでの時間も追加されるため、燃料電池の発電電圧が上昇して安定するまでの時間がさらに長くなる。
そして、燃料電池の温度の上昇が不十分な状態で車両を発進させると、燃料電池から供給される電流の増加に伴なって燃料電池の発電電圧が大幅に低下する。そのため、燃料電池を構成する材料が劣化して、燃料電池の性能が低下するという不都合がある。
そこで、燃料電池の発電電圧が上昇して安定するまでの間は、補助電源から供給される電力により、燃料電池の発電電力をアシストして車両を発進させる必要があるが、補助電源の充電量が不十分であったときには、燃料電池の発電電力が増大して、燃料電池及び蓄電手段による合計出力電力が、車両の発進に必要なレベルに達するまでの時間が長くなるという不都合がある。
特開２００５−３１７４１０号公報
本発明は上記背景を鑑みてなされたものであり、燃料電池の発電を開始して車両を発進させるときに、燃料電池及び蓄電手段による合計出力電力が、車両の発進に必要なレベルに達するまでの時間を短縮することができる車両用電源装置を提供することを目的とする。
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、車両に搭載されて、該車両に設けられた電気負荷に電力を供給する車両用電源装置に関する。
そして、燃料電池と、該燃料電池に対する反応ガスの供給を制御する燃料電池制御手段と、蓄電手段と、外部電源を着脱可能に接続するための外部電源コネクタと、前記外部電源コネクタを介して前記外部電源から供給される電力により作動して、前記燃料電池を加熱するヒータと、前記外部電源コネクタを介して前記外部電源から供給される電力により作動して、前記蓄電手段を充電する充電器と、前記燃料電池の状態として前記燃料電池の温度を検出する燃料電池状態検出手段と、前記蓄電手段の状態として前記蓄電手段の充電量を検出する蓄電手段状態検出手段と、前記車両が停止して、前記燃料電池制御手段により前記燃料電池に対する反応ガスの供給が停止された状態で、前記外部電源コネクタに前記外部電源が接続されたときに、前記燃料電池検出手段により検出される前記燃料電池の温度と、前記蓄電手段により検出される前記蓄電手段の充電量とに基づいて、前記外部電源コネクタを介して前記外部電源から供給される電力による前記ヒータの作動と前記充電器の作動を制御する外部電力供給制御手段とを備えたことを特徴とする。
かかる本発明によれば、前記車両が停止したときに、前記外部電源コネクタにより前記外部電源を接続することによって、前記外部電源から車両用電源装置への電力供給が可能となる。また、前記燃料電池状態検出手段により前記燃料電池の状態が検出されると共に、前記蓄電手段状態検出手段により前記蓄電手段の状態が検出される。
そして、前記外部電力供給制御手段は、前記車両が停止して、前記燃料電池制御手段により前記燃料電池に対する反応ガスの供給が停止した状態で、前記外部電源コネクタに前記外部電源が接続されたときに、前記燃料電池の状態と前記蓄電手段の状態とに基づいて、前記外部電源コネクタを介して前記外部電源から供給される電力による前記ヒータの作動と前記充電器の作動を制御する。これにより、前記燃料電池と前記蓄電手段の状態に応じて、前記外部電源から前記外部電源コネクタを介して供給される電力を前記ヒータと前記充電器に効率良く分配して、前記燃料電池の加熱と前記蓄電手段の充電を行うことができる。
そして、前記燃料電池を加熱することによって、前記燃料電池に対する反応ガスの供給が開始されたときに前記燃料電池の発電電力を速やかに増大させることができ、前記蓄電手段の充電を行うことによって、前記蓄電手段の充電量を増加させておくことができる。そのため、前記燃料電池の発電を開始して前記車両を発進するときに、前記燃料電池の発電電力を速やかに増大させると共に、前記蓄電手段によるアシスト電力を確保して、前記燃料電池及び前記蓄電手段による合計出力電力が、前記車両の発進に必要なレベルに達するまでの時間を短縮することができる。
また、前記燃料電池制御手段は、前記燃料電池に対する反応ガスの供給を停止した後、所定のタイミングで前記燃料電池の内部に残存する反応ガスを掃気する掃気処理を行い、前記燃料電池状態検出手段は、前記燃料電池の状態として、さらに、前記燃料電池に対して前記掃気処理が行われた状態にあるか否かを検出し、前記外部電力供給制御手段は、前記車両が停止して、前記燃料電池制御手段により前記燃料電池に対する反応ガスの供給が停止された状態で、前記外部電源コネクタに前記外部電源が接続されたときに、未だ前記燃料電池に対する前記掃気処理が行われていないときは、前記ヒータによる前記燃料電池の加熱を禁止して前記充電器による前記蓄電手段の充電を行い、既に前記燃料電池に対する前記掃気処理が行われ、且つ前記燃料電池の温度が所定温度以下であるときには、前記ヒータにより前記燃料電池を加熱すると共に、前記充電器により前記蓄電手段を充電することを特徴とする。
かかる本発明によれば、前記燃料電池に対する反応ガスの供給が停止されても、前記掃気処理が行われる前であれば前記燃料電池は発熱しているので、前記ヒータにより前記燃料電池を加熱する必要はない。そのため、この場合は、前記外部電力供給制御手段により、前記充電器による前記蓄電手段の充電を行う。
それに対して、前記燃料電池に対して前記掃気処理が行われると、前記燃料電池の温度が低下する。そのため、この場合には、前記燃料電池の温度が前記所定温度以下となったときに、前記ヒータによる前記燃料電池の加熱と、前記蓄電手段による前記蓄電手段の充電の双方を行うことにより、前記燃料電池の温度低下を抑制して次に前記燃料電池の発電を再開するときの暖気時間の短縮を図りつつ、前記蓄電手段を充電することができる。
また、前記蓄電手段状態検出手段は、前記蓄電手段の状態として、さらに、前記蓄電手段の温度を検出し、前記外部電力供給制御手段は、前記燃料電池状態検出手段により検出された前記蓄電手段の温度と充電量とに応じて、前記充電器から前記蓄電手段に供給する充電電流の大きさを変更することを特徴とする。
かかる本発明によれば、前記蓄電手段の温度と充電量に応じて、前記蓄電手段の充電性能が変化する。そのため、前記外部電力供給制御手段により、前記蓄電手段の温度と充電量とに応じて、前記充電器から前記蓄電手段に供給する充電電流の大きさを変更することによって、充電時に前記蓄電手段に過剰な電流が供給されて前記蓄電手段の劣化が生じることを抑制することができる。
本発明の実施の形態について、図１〜図６を参照して説明する。図１は本実施の形態における車両用電源装置１の構成図であり、車両用電源装置１は、モータ４１により駆動輪（図示しない）を駆動する燃料電池車両（本発明の車両に相当する）に搭載して使用される。
図１を参照して、車両用電源装置１は、燃料電池１０、バッテリ２０（本発明の蓄電手段に相当する）、バッテリ２０の充電器２２、商用電源７０（本発明の外部電源に相当する）を着脱自在に接続する外部電源コネクタ２５、燃料電池１０とバッテリ２０間に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ３０、燃料電池１０及びＤＣ／ＤＣコンバータ３０と接続されて、モータ４１に駆動電圧を出力するインバータ４０、燃料電池１０とインバータ４２の冷媒通路と接続された冷媒循環回路５０、冷媒循環回路５０内に冷媒を循環させるポンプ５２、及び車両用電源装置１の全体的な作動を制御するコントローラ９０を備えている。
燃料電池１０には、燃料電池１０の温度、端子間電圧、出力電流、反応ガス（本実施の形態では水素と空気）の供給圧力等を検出する燃料電池センサ１１、冷媒循環回路５０と燃料電池１０の冷媒通路との接続箇所に設けられた循環バルブ１２、空気の供給管に設けられた空気バルブ１３、水素の供給管に設けられた水素バルブ１４、ヒータ１６、ヒータ１６と燃料電池１０の冷媒通路の接続箇所に設けられた循環バルブ１５、燃料電池１０とドレイン１８間の排水管に設けられたドレインバルブ１７が備えられている。
バッテリ２０には、バッテリ２０の温度、端子間電圧、出力電流等を検出するバッテリセンサ２１が設けられている。また、バッテリ２０には、空調装置６０と、１２Ｖの負荷が接続されたダウンコンバータ６１とが接続されている。なお、１２Ｖ負荷には、燃料電池１０に反応ガス（空気、水素）を供給する燃料電池補機（図示しない）が含まれる。
コントローラ９０は、マイクロコンピュータ（図示しない）等により構成された電子ユニットであり、該マイクロコンピュータが車両用電源装置１の制御用プログラムを実行することによって、コントローラ９０は、燃料電池状態検出手段９１、バッテリ状態検出手段９２、燃料電池制御手段９３、及び外部電力供給制御手段９４として機能する。
コントローラ９０には、燃料電池センサ１１による燃料電池１０の温度、端子間電圧、出力電流、反応ガスの供給圧力等の検出信号と、バッテリセンサ２１によるバッテリ２０の温度、端子間電圧、出力電流等の検出信号とが入力される。また、コントローラ９０から出力される制御信号によって、循環バルブ１２，１５，４２、空気バルブ１３、水素バルブ１４、ヒータ１６、ドレインバルブ１７、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０、充電器２２、循環ポンプ５２、及び燃料電池補機の作動が制御される。
燃料電池状態検出手段９１は、燃料電池センサ１１から出力される検出信号に基づいて、燃料電池１０の温度、端子間電圧、出力電流、反応ガスの供給圧力等を検出する。また、燃料電池状態検出手段９１は、後述するように、燃料電池１０の端子間電圧に基づいて、燃料電池１０内の水素を掃気する掃気処理が行われた状態であるか否かを検出する。
バッテリ状態検出手段９２は、バッテリセンサ２１から出力される検出信号に基づいて、バッテリ２０の温度、端子間電圧、出力電流、バッテリ２０のＳＯＣ（State Of Charge、バッテリ２０の満充電時の充電量を１００％としたときのバッテリ２０の残充電量を示す）等を検出する。
燃料電池制御手段９３は、燃料電池車両の全体的な作動を制御するＥＣＵ（Electric Control Unit、図示しない）により決定される燃料電池１０の目標発電電力が得られるように、燃料電池１０に供給する反応ガスの量を制御する。また、燃料電池１０に対する反応ガスの供給を停止して燃料電池１０の発電を停止するときに、燃料電池１０内に残存する水素を掃気する掃気処理を行う。
外部電力供給制御手段９４は、燃料電池車両が停止して、外部電源コネクタ２５に商用電源７０が接続されたときに、商用電源７０から供給される電力を、充電器２２によるバッテリ２０の充電用とヒータ１６の作動用とに分配して、バッテリ２０の充電と燃料電池１０の加熱を行う。以下、図２〜図３に示したフローチャートに従って、外部電力供給制御手段９４による処理について説明する。
図２のＳＴＥＰ１で外部電源コネクタ２５を介して商用電源７０が接続されたときに、ＳＴＥＰ２に進み、外部電力供給制御手段９４は、燃料電池状態検出手段９１により検出された燃料電池１０の端子間電圧が０．５Ｖ以下であるか否かを判断する。ここで、この０．５Ｖは、燃料電池制御手段９３により、燃料電池１０に対する反応ガスの供給が停止して、既に掃気処理が行われた状態にあることを判定するための閾値である。掃気処理が行われて、燃料電池１０内に残存していた水素ガスが排気されると、燃料電池１０の発電量が減少して燃料電池１０の端子間電圧が０Ｖ付近まで低下する。そのため、燃料電池１０の端子間電圧が０．５Ｖ以下となったときに、既に掃気処理が行われた状態にあると判定することができる。
そして、燃料電池１０の端子間電圧が０．５Ｖ以下であるとき（既に掃気処理が行われているとき）はＳＴＥＰ３に進み、外部電力供給制御手段９４は、燃料電池状態検出手段９１により検出された燃料電池１０の温度が、−１０℃（本発明の所定温度に相当する）よりも低いか否かを判断する。ここで、燃料電池１０の温度が−１０℃よりも低いときには、燃料電池１０内の反応ガスの流通路で、発電に伴なって生成された水の凍結が進み、燃料電池１０の発電能力が低下する。
そこで、この場合にはＳＴＥＰ４に進む。ＳＴＥＰ６、及びＳＴＥＰ１０，ＳＴＥＰ２０は、ヒータ１６により循環回路５０内の冷媒を加熱して、ポンプ５２により燃料電池１０の冷媒通路に供給して燃料電池１０を加熱しつつ、バッテリ２０を充電するための処理である。
ＳＴＥＰ４で、外部電力供給制御手段９４は、バッテリ状態検出手段９２により検出されるバッテリ２０の温度が０℃よりも高いか否かを判断する。そして、バッテリ２０の温度が０℃よりも高いとき（バッテリ２０の充電能力の低下が問題とならないとき）は、ＳＴＥＰ５に進み、バッテリ状態検出手段９２は、バッテリ状態検出手段９２により検出されるバッテリ２０のＳＯＣが２０％よりも低いか否かを判断する。
ＳＴＥＰ５で、バッテリ２０のＳＯＣが２０％よりも低いとき、すなわち、温度低下によるバッテリ２０の放電能力の低下が問題とならず、且つ、バッテリ２０の充電量が少ないときにはＳＴＥＰ６に進む。そして、外部電力供給制御手段９４は、充電器２２からバッテリ２０に通常電流時よりも大きな充電電流を流して急速充電を行うと共に、ヒータ１６を作動させる。これにより、充電量が不足しているバッテリ２０を速やかに充電すると共に、燃料電池１０を加熱して、燃料電池１０の温度低下を抑制している。
一方、ＳＴＥＰ５で、バッテリ２０のＳＯＣが２０％以上であるとき、すなわち、温度低下によるバッテリ２０の充電能力の低下が問題とならず、且つ、バッテリ２０の充電量が多いときにはＳＴＥＰ２０に進む。そして、外部電力供給制御手段９４は、充電器２２によりバッテリ２０の通常充電を行う。これにより、充電量が少ない状態で急速充電を行うことによりバッテリ２０が劣化することを抑制しつつ、燃料電池１０を加熱して燃料電池１０の温度低下を抑制している。
また、ＳＴＥＰ４で、バッテリ２０の温度が０℃以下であるとき、すなわち、温度低下によるバッテリ２０の充電能力の低下が問題となるときには、ＳＴＥＰ１０に分岐する。そして、外部電力供給制御手段９４は、充電器２２からバッテリ２０に通常充電時よりも小さい電流を供給する低速充電を行う。これにより、燃料電池１０を加熱して燃料電池１０の温度低下を抑制している。
また、ＳＴＥＰ２で燃料電池１０の端子間電圧が０．５Ｖ以上であったときには、未だ燃料電池１０の掃気処理が行われていないため、燃料電池１０は発熱している。そのため、ヒータ１６により燃料電池１０を加熱する必要がない。また、ＳＴＥＰ３で燃料電池１０の温度が−１０℃以上であるときにも、ヒータ１６により燃料電池１０を加熱する必要はない。
そこで、ＳＴＥＰ２で燃料電池１０の端子間電圧が０．５Ｖ以上であったとき、及びＳＴＥＰ３で燃料電池１０の温度が−１０℃以上であったときには、いずれの場合も図３のＳＴＥＰ３０に分岐する。図３のＳＴＥＰ３１、及びＳＴＥＰ４０，ＳＴＥＰ５０は、ヒータ１６による燃料電池１０の加熱を行わずに、バッテリ２０の温度とＳＯＣとに応じて、充電電流の大きさを切換えてバッテリ２０を充電する処理である。
外部電力供給制御手段９４は、ＳＴＥＰ３０で、外部電力供給制御手段９４は、バッテリ２０の温度が０℃よりも高いか否かを判断する。そして、バッテリ２０の温度が０℃よりも高いときはＳＴＥＰ３１に進み、外部電力供給制御手段９４は、バッテリ２０のＳＯＣが２０％よりも少ないか否かを判断する。
ＳＴＥＰ３１で、バッテリ２０のＳＯＣが２０％よりも少なかったとき、すなわち、バッテリ２０の温度が０℃以上であって、且つ、バッテリ２０のＳＯＣが２０％よりも少ないときは、ＳＴＥＰ３２に進み、外部電力供給制御手段９４は、充電電流を通常充電時よりも大きくして、バッテリ２０を急速充電する。
また、ＳＴＥＰ３１で、バッテリ２０のＳＯＣが２０％以上であったとき、すなわち、バッテリ２０の温度が０℃以上であって、且つ、バッテリ２０のＳＯＣが２０％以上であるときは、ＳＴＥＰ５０に進み、外部電力供給制御手段９４は、バッテリ２０を通常充電する。これにより、バッテリ２０を充電することができる。
また、ＳＴＥＰ３０で、バッテリ２０の温度が０℃以下であったときは、ＳＴＥＰ４０に進み、外部電力供給制御手段９４は、充電電流を通常充電時よりも小さくして低速充電を行う。これにより、低温状態にあるために充電能力が低下したバッテリ２０を充電することができる。
そして、ＳＴＥＰ３２，ＳＴＥＰ５０，ＳＴＥＰ４０でバッテリ２０を充電した後、ＳＴＥＰ３３に進んで、外部電力供給制御手段９４は処理を終了する。なお、外部電力供給制御手段９４は、燃料電池車両が停止状態にあるときに、図２及び図３の処理を繰り返し実行する。
次に、図４は、上述した図２及び図３の処理が、外部電力供給制御手段９４により実行されている状態で、燃料電池車両の運転者がイグニッションＯＮの操作をしたときに、燃料電池車両の発進が可能となるまでの待ち時間Ｔwが、燃料電池２０の温度、バッテリ２０のＳＯＣ、及びバッテリ２０の温度の違いにより変化することを、フローチャートにより示した説明図である。
ＳＴＥＰ６０で、運転者がイグニッションＯＮの操作をすると、燃料電池制御手段９３により、燃料電池１０への反応ガスの供給が開始されるが、このときまでに、既に外部電力供給制御手段９４により上述した図２及び図３の処理が実行されているため、燃料電池１０の温度に応じて燃料電池１０がヒータ１６により加熱されると共に、バッテリ２０が充電されている。
そして、ＳＴＥＰ６１で、燃料電池１０の温度が０℃よりも高いとき（状態１）には、燃料電池１０を暖気する必要がないため、燃料電池１０は速やかに発電電力を増大させることができる。そのため、この場合は待ち時間Ｔwは０となる。
また、ＳＴＥＰ６１で燃料電池１０の温度が０℃以下であるときはＳＴＥＰ７０に分岐し、ＳＴＥＰ７０でバッテリ２０のＳＯＣが２０％よりも小さいとき（状態３）にはＳＴＥＰ８０に分岐する。
一方、ＳＴＥＰ７０でバッテリ２０のＳＯＣが２０％よりも大きいときはＳＴＥＰ７１に進む。そして、ＳＴＥＰ７１でバッテリ２０の温度が０℃よりも低いときはＳＴＥＰ８０（状態３）に進み、バッテリ２０の温度が０℃以上であるときはＳＴＥＰ７２（状態２）に分岐する。
ＳＴＥＰ７２の状態２では、バッテリ２０の充電量が多く、バッテリ２０の温度も高い（０℃以上）ため、バッテリ２０からの電力出力を継続できる期間Ｔesが得られる。そのため、この場合は待ち時間ＴwはＴw＝Ｔfc−Ｔesとなる。
また、ＳＴＥＰ８０の状態３では、バッテリ２０の充電量が少ないか、或いはバッテリ２０の温度が低く、バッテリ２０の放電能力が低下しているため、バッテリ２０からの電力出力を継続できる期間Ｔesが０となる。また、燃料電池１０の温度が低い（０℃未満）であるため、燃料電池１０を暖気する時間が必要となる。そのため、この場合は待ち時間Ｔwが、燃料電池１０の暖気時間Ｔfcとなる。
このように、燃料電池車両が停止して、燃料電池１０の掃気処理が行われた状態にあるときに、外部電力供給制御手段９４により、上述した図２及び図３のフローチャートによる処理を実行することによって、図４のＳＴＥＰ７２の状態２とすることができる。
そのため、従来は、燃料電池１０の掃気処理が行われた後にイグニッションＯＮの操作が行われたときには、状態３となって待ち時間ＴwがＴfc（燃料電池の暖気時間）となったが、本実施の形態では、状態２として待ち時間ＴwをＴfc−Ｔesに短縮することができる。
次に、図５（ａ），図５（ｂ）及び図６（ａ），図６（ｂ）を参照して、イグニッションＯＮの操作がなされた時から、燃料電池車両の発進に必要な電力が、燃料電池１０及びバッテリ２０の合計電力により得られるようになるまでの燃料電池１０及びバッテリ２０の状態の変化について説明する。
先ず、図５（ａ），図５（ｂ）は、燃料電池１０の掃気処理が行われた後に、外部電源コネクタ２５に商用電源７０が接続された場合を示しており、縦軸が温度（左側）及び出力電力（右側）に設定され、横軸が時間に設定されている。
図５（ａ）において、ｔ10は燃料電池１０の掃気処理が行われた時点、ｔ11はバッテリ２０の通常充電が開始された時点、ｔ12はヒータ１６による燃料電池１０の加熱が開始された時点、ｔ14はバッテリ２０の低速充電が開始された時点を示している。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）のTime＝３（秒）の時点で、イグニッションＯＮの操作がされた後の、燃料電池１０とバッテリ２０の状態の変化を、図５（ａ）のTime＝３（秒）の時点を０として表したものである。
図５（ａ），図５（ｂ）中、Ｔfは燃料電池１０の温度、Ｔeはバッテリ２０の温度、Ｐfは燃料電池１０の出力電力（発電電力）、Ｐeはバッテリ２０の出力電力、Ｐtは燃料電池１０とバッテリ２０による合計出力電力（Ｐt＝Ｐf＋Ｐe）を示している。
図５（ａ）のTime＝０で、燃料電池１０への反応ガスの供給が停止すると、燃料電池１０の温度Ｔfが次第に低下すると共に、燃料電池１０の出力電力Ｐfも次第に低下している。また、バッテリ２０の温度Ｔeが次第に低下すると共に、バッテリ２０の出力電力Ｐeも次第に低下している。
そして、ｔ10で燃料電池１０の掃気処理が行われると、燃料電池１０の温度Ｔfが急激に低下すると共に、燃料電池１０の出力電力Ｐfも急激に減少している。そして、ｔ11では、図３のＳＴＥＰ５０により、バッテリ２０の通常充電が開始され、燃料電池１０の温度が−１０℃よりも低くなったｔ12で、図２のＳＴＥＰ２０により、ヒータ１６による燃料電池１０の加熱が開始される。これにより、ｔ12以降は燃料電池１０の温度が−１０℃付近に維持されている。
そして、通常充電によりバッテリ２０の温度が０℃以下となったｔ14で、図２のＳＴＥＰ１０により、バッテリ２０の充電が通常電流から低速充電に切り換わっている。
図５（ｂ）では、燃料電池１０に対する反応ガスの供給開始により、燃料電池１０の出力電圧Ｐfが急速に増大し、燃料電池１０の温度が−１０℃付近から０℃付近まで上昇している。一方、バッテリ２０の出力電力は、燃料電池１０の出力電力の増加に応じて減少している。
そして、燃料電池１０の出力電力Ｐfとバッテリ２０の出力電力Ｐeとの合計電力Ｐtが、燃料電池車両の発進に必要な電力である例えば３０（ｋＷ）に達するまでの待ち時間Ｔwは、７．６秒となっている。なお、外部電力供給制御手段９４による上記図２，図３による処理を行なわずに、バッテリ２０のＳＯＣが２０％以下であって、燃料電池１０の温度が−１０℃よりも低くなった状態で、イグニッションＯＮの操作がされたときには、燃料電池１０の暖気運転を行なわなければならないため、上述した図４のＳＴＥＰ８０の状態３となって、待ち時間Ｔwは例えば１３秒以上となる。
次に、図６（ａ），図６（ｂ）は、燃料電池１０の掃気処理が行われる前に、外部電源コネクタ２５に商用電源７０が接続された場合を示しており、図５（ａ），図５（ｂ）と同様に、縦軸が温度（左側）及び出力電力（右側）に設定され、横軸が時間に設定されている。また、図６（ａ），図６（ｂ）中、Ｔfは燃料電池１０の温度、Ｔeはバッテリ２０の温度、Ｐfは燃料電池１０の出力電力（発電電力）、Ｐeはバッテリ２０の出力電力、Ｐtは燃料電池１０とバッテリ２０による合計出力電力（Ｐt＝Ｐf＋Ｐe）を示している。
図６（ａ）中、ｔ20は外部電源コネクタ２５に商用電源７０が接続されて、バッテリ２０の低速充電が開始された時点、ｔ21は燃料電池１０の掃気処理が行われた時点、ｔ22はヒータ１６による燃料電池１０の加熱が開始された時点、ｔ23はバッテリ２０の低速充電が開始された時点を示している。また、図６（ｂ）は、図６（ａ）のTime＝３（秒）の時点で、イグニッションＯＮの操作がされた後の、燃料電池１０とバッテリ２０の状態の変化を、図６（ａ）のTime＝３（秒）の時点を０として表したものである。
図６（ａ）のTime＝０で、燃料電池１０への反応ガスの供給が停止すると、燃料電池１０の温度Ｔfが次第に低下すると共に、燃料電池１０の出力電力Ｐfも次第に低下している。それに対して、バッテリ２０の出力電力Ｐeは、ｔ20で図３のＳＴＥＰ３２によるバッテリ２０の急速充電が開始されると次第に増加し、バッテリ２０の温度Ｔeは２０℃付近で安定している。
次に、ｔ21で燃料電池１０の掃気処理が行われると、燃料電池１０に温度Ｔfが急激に低下すると共に、燃料電池１０の出力電力Ｐfも急激に低下している。そして、燃料電池１０の温度Ｔfが−１０℃よりも低くなったｔ22で、図２のＳＴＥＰ２０により、ヒータ１６による燃料電池１０の加熱が開始される。これにより、ｔ22以降は燃料電池１０の温度が−１０℃付近に維持されている。
また、バッテリ２０のＳＯＣが２０％以上となったｔ23で、図２のＳＴＥＰ２０により、バッテリ２０の充電が急速充電から通常充電に切り換わっている。
図６（ｂ）では、Time＝０の時点で、燃料電池１０の出力電力Ｐfとバッテリ２０の出力Ｐeとの合計電力Ｐtが、燃料電池車両の発進に必要な電力である例えば３０（ｋＷ）を超えているため、待ち時間Ｔwは０（秒）となる。
以上、図５（ａ），図５（ｂ）及び図６（ａ），図６（ｂ）を参照して説明したように、外部電力供給制御手段９４により、図２，図３のフローチャートによる処理を実行することによって、イグニッションＯＮの操作がなされてから、燃料電池車両の発進に必要な電力が得られるまでの待ち時間Ｔwを短縮することができる。
なお、本実施の形態では、燃料電池状態検出手段９１により燃料電池１０の端子間電圧と温度を検出し、外部電力供給制御手段９４は、燃料電池１０の端子間電圧と温度に基づいて、ヒータ１６により燃料電池１０を加熱するか否かを決定したが、燃料電池１０の端子間電圧のみ、或いは燃料電池１０の温度のみに基づいて、ヒータ１６により燃料電池１０を加熱するか否かを決定するようにしてもよい。
また、本実施の形態では、燃料電池状態検出手段９１は、燃料電池１０の端子間電圧によって燃料電池１０の掃気処理が既に行われた状態にあるか否かを判断したが、燃料電池状態検出手段９１と燃料電池制御手段９３間で、掃気処理の実行についての情報が伝達されているときには、この情報に基づいて、燃料電池状態検出手段９１が燃料電池１０の掃気処理が既に行われた状態にあるか否かを判断するようにしてもよい。
また、本実施の形態では、バッテリ状態検出手段９２によりバッテリ２０のＳＯＣと温度を検出し、外部電力供給制御手段９４は、バッテリ２０のＳＯＣと温度に応じて、バッテリ２０の充電を急速充電と通常充電と低速充電とに切換えたが、バッテリ２０のＳＯＣのみ、或いはバッテリ２０の温度のみに応じて、バッテリ２０の充電を急速充電と通常充電と低速充電とに切換えるようにしてもよい。
また、本実施の形態では、本発明の蓄電手段としてバッテリ２０を示したが、キャパシタ等の他の種類の蓄電手段を用いてもよい。
本実施の形態における車両用電源装置の全体構成図。 図１に示した外部電力供給制御手段による燃料電池の加熱とバッテリの充電の実行手順を示したフローチャート。 図１に示した外部電力供給制御手段による燃料電池の加熱とバッテリの充電の実行手順を示したフローチャート。 外部電力供給制御手段による処理の効果を説明するためのフローチャート。 燃料電池の掃気処理が実行された後に、外部電源コネクタに商用電源が接続されて外部電力供給制御手段による処理が行われたときの燃料電池とバッテリの状態の変化を示した説明図。 燃料電池の掃気処理が実行される前に、外部電源コネクタに商用電源が接続されて外部電力供給制御手段による処理が行われたときの燃料電池とバッテリの状態の変化を示した説明図。
符号の説明
１…車両用電源装置、１０…燃料電池、１１…燃料電池センサ、１６…ヒータ、２０…バッテリ、２１…バッテリセンサ、２２…充電器、２５…外部電源コネクタ、７０…商用電源、９０…コントローラ、９１…燃料電池状態検出手段、９２…バッテリ状態検出手段、９３…燃料電池制御手段、９４…外部電力供給制御手段

Claims (3)

  1. 車両に搭載されて、該車両に設けられた電気負荷に電力を供給する車両用電源装置であって、
    燃料電池と、
    該燃料電池に対する反応ガスの供給を制御する燃料電池制御手段と、
    蓄電手段と、
    外部電源を着脱可能に接続するための外部電源コネクタと、
    前記外部電源コネクタを介して前記外部電源から供給される電力により作動して、前記燃料電池を加熱するヒータと、
    前記外部電源コネクタを介して前記外部電源から供給される電力により作動して、前記蓄電手段を充電する充電器と、
    前記燃料電池の状態として前記燃料電池の温度を検出する燃料電池状態検出手段と、
    前記蓄電手段の状態として前記蓄電手段の充電量を検出する蓄電手段状態検出手段と、
    前記車両が停止して、前記燃料電池制御手段により前記燃料電池に対する反応ガスの供給が停止された状態で、前記外部電源コネクタに前記外部電源が接続されたときに、前記燃料電池検出手段により検出される前記燃料電池の温度と、前記蓄電手段により検出される前記蓄電手段の充電量とに基づいて、前記外部電源コネクタを介して前記外部電源から供給される電力による前記ヒータの作動と前記充電器の作動を制御する外部電力供給制御手段とを備えたことを特徴とする車両用電源装置。
  2. 請求項１記載の車両用電源装置において、
    前記燃料電池制御手段は、前記燃料電池に対する反応ガスの供給を停止した後、所定のタイミングで前記燃料電池の内部に残存する反応ガスを掃気する掃気処理を行い、
    前記燃料電池状態検出手段は、前記燃料電池の状態として、さらに、前記燃料電池に対して前記掃気処理が行われた状態にあるか否かを検出し、
    前記外部電力供給制御手段は、前記車両が停止して、前記燃料電池制御手段により前記燃料電池に対する反応ガスの供給が停止された状態で、前記外部電源コネクタに前記外部電源が接続されたときに、未だ前記燃料電池に対する前記掃気処理が行われていないときは、前記ヒータによる前記燃料電池の加熱を禁止して前記充電器による前記蓄電手段の充電を行い、既に前記燃料電池に対する前記掃気処理が行われ、且つ前記燃料電池の温度が所定温度以下であるときには、前記ヒータにより前記燃料電池を加熱すると共に、前記充電器により前記蓄電手段を充電することを特徴とする車両用電源装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載の車両用電源装置において、
    前記蓄電手段状態検出手段は、前記蓄電手段の状態として、さらに、前記蓄電手段の温度を検出し、
    前記外部電力供給制御手段は、前記燃料電池状態検出手段により検出された前記蓄電手段の温度と充電量とに応じて、前記充電器から前記蓄電手段に供給する充電電流の大きさを変更することを特徴とする車両用電源装置。
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