JP5722817B2 - 電動車両および電力供給システム - Google Patents

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Description

この発明は、燃料電池を備えた電動車両、およびこの電動車両に搭載された直流電源の電力を外部の交流機器に供給する電力供給システムに関するものである。
従来から、エンジンと、バッテリから供給された電力により作動されるモータジェネレータとを走行源とする車両がある(例えば特許文献1参照)。
特許文献1に記載の車両は、バッテリの放電可能電力量がエンジンのクランキングに必要な最少の電力量となる値であって、かつ使用限界値より大きい値に設定されたしきい値に残存容量SOCが低下すると、バッテリの放電を遮断する指令を出力する。
特開2008−94178号公報
しかしながら、車両からの電力を外部負荷に供給している外部給電時に、バッテリの両電極端子に設けられた外部負荷とバッテリを接続するバッテリコンタクタが遮断されると、このバッテリコンタクタが溶着してしまうおそれがあった。
そこで本発明は、バッテリコンタクタの溶着を防止することができる電動車両および電力供給システムを提供しようとするものである。
この発明に係る電動車両の一態様は、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、電源(例えば、実施形態の燃料電池101)から供給される電力を蓄電する蓄電装置(例えば、実施形態の高圧バッテリ110)と、前記蓄電装置の電力により駆動する走行モータ(例えば、実施形態の駆動モータ102)と、前記蓄電装置の蓄電残量を示す値を検出する第1検出部と、前記蓄電装置と外部負荷とを電気的に接続する外部給電側接触器(例えば、実施形態の給電用コンタクタ119H,119L)と、前記電源と前記蓄電装置との間の電力経路と、前記蓄電装置と前記外部給電側接触器との間の電力経路との共通部分に設けられる電源側接触器(例えば、実施形態のバッテリコンタクタ113H、113L)と、前記車両を制御する制御装置(例えば、実施形態のECU120)と、を備え、前記制御装置は、少なくとも前記外部負荷に給電している給電時において、前記蓄電装置の蓄電残量を示す値が予め決められた第1閾値以下である場合、前記電源側接触器の接続を遮断状態にする電源側接続遮断手段(例えば、実施形態の電源側接続遮断手段1204)と、前記給電時において、前記蓄電装置の蓄電残量を示す値が前記第1閾値よりも大きい値である予め決められた第2閾値以下である場合、前記外部給電側の接触器の接続を遮断状態にする外部給電側接続遮断手段(例えば、実施形態の外部給電側接続遮断手段1205)を備える。
また、請求項2に係る発明によれば、上述の電動車両において、前記第1検出部は、前記蓄電装置の電圧を前記蓄電残量を示す値として検出する。
また、請求項3に係る発明によれば、上述の電動車両において、前記電源側接続遮断手段は前記車両が走行している走行時においても、前記蓄電装置の蓄電残量を示す値が予め決められた第1閾値以下である場合、前記電源側接触器の接続を遮断状態にする。
また、請求項4に係る発明によれば、上述の電動車両において、前記外部給電側接続遮断手段によって前記外部給電側の接触器の接続が遮断状態にされた場合、給電が停止されていることを通知する通知手段(例えば、実施形態の通知手段1206)をさらに備える。
また、この発明に係る電力供給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5に係る発明によれば、電源を備える車両(例えば、実施形態の燃料電池自動車100)と、前記電源からの電力を外部負荷に給電するインバータ装置(例えば、実施形態のインバータ装置200)とを備える電力供給システムにおいて、前記車両は、前記電源(例えば、実施形態の燃料電池101)から供給される電力を蓄電する蓄電装置(例えば、実施形態の高圧バッテリ110)と、前記蓄電装置の電力により駆動する走行モータ(例えば、実施形態の駆動モータ102)と、前記蓄電装置の蓄電残量を示す値を検出する第1検出部と、前記走行モータによって走行する車両を制御する制御装置(例えば、実施形態のECU120)と、を備え、前記インバータ装置は、前記蓄電装置と前記外部負荷とを電気的に接続する外部給電側接触器(例えば、実施形態の給電用コンタクタ119H,119L)を備え、前記車両は、前記電源と前記蓄電装置との間の電力経路と、前記蓄電装置と前記外部給電側接触器との間の電力経路との共通部分に設けられる電源側接触器(例えば、実施形態のバッテリコンタクタ113H、113L)を備え、前記制御装置は、少なくとも前記外部負荷に給電している給電時において、前記蓄電残量を示す値が予め決められた第1閾値以下である場合、前記電源側接触器の接続を遮断状態にする電源側接続遮断手段(例えば、実施形態の電源側接続遮断手段1204)と、前記給電時において、前記蓄電残量を示す値が前記第1閾値よりも大きい値である予め決められた第2閾値以下である場合、前記外部給電側の接触器の接続を遮断状態にする外部給電側接続遮断手段(例えば、実施形態の外部給電側接続遮断手段1205)を備える。
また、この発明に係る電動車両の一態様は、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6に係る発明によれば、電源(例えば、実施形態の燃料電池101)から供給される電力を蓄電する蓄電装置(例えば、実施形態の高圧バッテリ110)と、前記蓄電装置の電力により駆動する走行モータ(例えば、実施形態の駆動モータ102)と、前記蓄電装置内のセル電圧を検出する第2検出部と、前記蓄電装置と前記外部負荷とを電気的に接続する外部給電側接触器(例えば、実施形態の給電用コンタクタ119H,119L)と、前記電源と前記蓄電装置との間の電力経路と、前記蓄電装置と前記外部給電側接触器との間の電力経路との共通部分に設けられる電源側接触器(例えば、実施形態のバッテリコンタクタ113H、113L)と、前記車両を制御する制御装置(例えば、実施形態のECU120)と、を備え、前記制御装置は、少なくとも前記外部負荷に給電している給電時において、前記蓄電装置内のセル電圧が予め決められた第3閾値以下である場合、前記電源側接触器の接続を遮断状態にする電源側接続遮断手段(例えば、実施形態の電源側接続遮断手段1204)と、前記給電時において、前記セル電圧が前記第3閾値よりも大きい値である予め決められた第4閾値以下である場合、前記外部給電側の接触器の接続を遮断状態にする外部給電側接続遮断手段(例えば、実施形態の外部給電側接続遮断手段1205)を備える。
また、この発明に係る電動車両の一態様は、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7に係る発明によれば、電源(例えば、実施形態の燃料電池101)から供給される電力を蓄電する蓄電装置(例えば、実施形態の高圧バッテリ110)と、前記蓄電装置の電力により駆動する走行モータ(例えば、実施形態の駆動モータ102)と、前記電源と前記蓄電装置とに接続され、前記電源または前記蓄電装置から供給される電力の一部を蓄電する補機用蓄電装置(例えば、実施形態の12Vバッテリ126)と、前記補機用蓄電装置から供給される電力に基づき前記車両を制御する車両側制御装置(例えば、実施形態のECU120)と、前記補機用蓄電装置の電圧を検出する第3検出部と、前記蓄電装置と前記外部負荷とを電気的に接続する外部給電側接触器(例えば、実施形態の給電用コンタクタ119H,119L)と、前記電源と前記蓄電装置との間の電力経路と、前記蓄電装置と前記外部給電側接触器との間の電力経路との共通部分に設けられる電源側接触器(例えば、実施形態のバッテリコンタクタ113H、113L)と、を備え、前記車両側制御装置は、少なくとも前記外部負荷に給電している給電時において、前記補機用蓄電装置の電圧が予め決められた第5閾値以下である場合、前記電源側接触器の接続を遮断状態にする電源側接続遮断手段(例えば、実施形態の電源側接続遮断手段1204)と、前記給電時において、前記補機用蓄電装置の電圧が前記第5閾値よりも大きい値である予め決められた第6閾値以下である場合、前記外部給電側接触器の接続を遮断状態にする外部給電側接続遮断手段(例えば、実施形態の外部給電側接続遮断手段1205)を備える。
本発明によれば、バッテリコンタクタの溶着を防止することができる。
この発明の一実施形態の燃料電池自動車の模式的な平面図である。 この発明の一実施形態の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。 この発明の一実施形態の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。 この発明の一実施形態の電力供給システムにおける制御系の一部について説明するためのブロック図である。 この発明の一実施形態の本実施形態に係る電力供給システム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。 この発明の一実施形態の本実施形態に係る制御処理についてのタイミングチャートを示す図である。 この発明の一実施形態の本実施形態に係る制御処理についてのタイミングチャートを示す図である。 この発明の一実施形態に係る電力供給システムにおける外部給電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を示す図である。 この発明の一実施形態に係る電力供給システムにおける外部給電制御方法の他の例について説明するためのフローチャートを示す図である。 この発明の一実施形態に係る電力供給システムにおけるECU起動時の制御方法の一例についてのタイミングチャートを示す図である。 この発明の一実施形態に係る電力供給システムにおける外部負荷に対して給電している時の制御方法の一例についてのタイミングチャートを示す図である。 この発明の一実施形態に係る電力供給システムにおける外部給電制御方法の他の例について説明するためのフローチャートを示す図である。 この発明の一実施形態に係る電力供給システムにおけるECU起動時の制御方法の他の例についてのタイミングチャートを示す図である。 この発明の一実施形態に係る電力供給システムにおける外部負荷に対して給電している時の制御方法の他の例についてのタイミングチャートを示す図である。 この発明の一実施形態の電力供給システムにおける制御系の他の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。
(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)に供給する電力供給システムを構成する。なお、電力供給システムの詳細については後述する。
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とが主に支持されている。
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。
図2は、本発明の一実施形態に係る電力供給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2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2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2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3、4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3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3に示す通り、電力供給システム1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。
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。
また、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。
さらに、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、さらに、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。
速度センサは、燃料電池自動車100の速度を検出する。アクセルペダル開度センサは、運転者によるアクセルペダルの踏み込みに応じたアクセルペダルのストローク量(アクセル開度)を検出する。ブレーキペダルスイッチは、運転者によるブレーキペダルの操作有無を検出する。
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。
さらに、ECU120は、後述するように、燃料電池自動車100に接続されたインバータ装置200への給電およびインバータ装置200の電力変換動作を制御するとともに、インバータ装置200の異常有無を検知する。
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。
このECU120は、例えば、発電手段1201と、判定手段1202と、許可手段1203と、電源側接続遮断手段1204と、外部給電側接続遮断手段1205と、通知手段1206と、を備える。
発電手段1201は、エアポンプ104を駆動して燃料電池101を発電させる制御手段である。
判定手段1202は、燃料電池101が発電したか否かを判定する。具体的に説明すると、判定手段1202は、燃料電池101の発電状態(FC発電状態)が、少なくともエアポンプ104への電力供給(最低動作電圧)ができる状態か否かを判定する。
しかしながら、本願発明の構成はこれに限定されることなく、例えば、判定手段1202は、燃料電池101から発電される発電電力の電力量あるいは電圧値の検出結果や、高圧バッテリ110に蓄電されている蓄電電力の電力量や電圧値(バッテリ残量:SOC(State Of Charge))に基づき、少なくともエアポンプ104を動作させることが可能な程度の電力が発電されているか否かを判定するものであってもよい。
また、判定手段1202は、燃料電池101から発電される発電電力の電力量あるいは電圧値の検出結果や、高圧バッテリ110に蓄電されている蓄電電力の電力量や電圧値(SOC)に基づき、エアポンプ104を動作させるとともに、外部負荷300に対して給電可能な程度の電力が発電あるいは蓄電されているか否かを判定するものであってもよい。
さらに、判定手段1202は、燃料電池101に反応ガスを供給したときからの経過時間を計時し、予め決められた所定時間が供給開始から経過したか否かを判定し、供給開始から所定時間が経過した場合、燃料電池101が発電したことを判定するものであってもよい。
また、判定手段1202は、起動時に燃料電池101を電源とした閉回路が形成されている場合、出力電流値が所定閾値以上となったか否かを判定し、出力電流値が所定閾値以上となった場合、燃料電池101が発電したことを判定するものであってもよい。
さらに、判定手段1202は、DC/DCコンバータ116の昇圧率の変化に基づき、燃料電池101が発電したことを判定するものであってもよい。
許可手段1203は、燃料電池101が発電したこと、つまり、燃料電池101の発電状態(FC発電状態)が少なくともエアポンプ104への電力供給(最低動作電圧)ができる状態となったことが判定手段1202によって判定された場合、外部負荷300への給電を許可することを示すコマンド(インバータ出力許可信号;動作許可指令)をインバータ装置200の外部給電側制御装置201に出力する。また、許可手段1203は、インバータ出力許可信号を出力した場合、外部給電側制御装置201に対して外部負荷300への給電を許可した判定結果を出力する。
また、許可手段1203は、イグニッションキーがイグニッションONの位置に位置された場合、バッテリコンタクタ113H,113Lおよびプリチャージコンタクタ113Pを接続させる。言い換えると、許可手段1203は、バッテリコンタクタ113H,113Lおよびプリチャージコンタクタ113Pに対して、接続を指示するコマンド(接続指令)を出力する。具体的に説明すると、許可手段1203は、先にバッテリコンタクタ113Lおよびプリチャージコンタクタ113Pを接続して例えば電源回路500内の平滑コンデンサ135にプリチャージされた後、バッテリコンタクタ113H,113Lを接続させる。なお、許可手段1203は、プリチャージ後、プリチャージコンタクタ113Pの接続を遮断(切断)する。
また、許可手段1203は、高圧バッテリ110の充電電力を外部負荷300に出力する場合、給電用コンタクタ119H,119Lおよびプリチャージコンタクタ119Pを接続させる。言い換えると、許可手段1203は、給電用コンタクタ119H,119Lおよびプリチャージコンタクタ119Pに対して、接続を指示するコマンド(接続指令)を出力する。具体的に説明すると、許可手段1203は、先に給電用コンタクタ119Lおよびプリチャージコンタクタ119Pを接続して例えば外部給電回路600内の平滑コンデンサ206にプリチャージがされた後、給電用コンタクタ119H,119Lを接続させる。なお、許可手段1203は、プリチャージ後、プリチャージコンタクタ119Pの接続を遮断(切断)する。
電源側接続遮断手段1204は、例えば、高圧バッテリ110の蓄電残量が予め決められた閾値A1以下である場合、電源側接触器であるバッテリコンタクタ113の接続を遮断状態にするため、接続の遮断を指示するコマンドをバッテリコンタクタ113に出力する。
また、電源側接続遮断手段1204は、例えば、高圧バッテリ110の単セル電圧が予め決められた閾値B1以下である場合、または、12Vバッテリ126の電圧が予め決められた閾値C1以下である場合、接続の遮断を指示するコマンドをバッテリコンタクタ113に出力する。
なお、閾値A1は、燃料電池自動車100の次回の起動時に必要な電力を高圧バッテリ110に確保するための蓄電残量である。閾値B1は高圧バッテリ110を保護するための電圧値である。閾値C1は、ECU120が正常に動作するために12Vバッテリ126に必要な電圧値である。
外部給電側接続遮断手段1205は、例えば、高圧バッテリ110の蓄電残量が予め決められた閾値A2以下である場合、外部給電側接触器である給電用コンタクタ119の接続を遮断状態にするため、接続の遮断を指示するコマンドを給電用コンタクタ119に出力する。
また、外部給電側接続遮断手段1205は、例えば、高圧バッテリ110の単セル電圧が予め決められた閾値B2以下である場合、または、12Vバッテリ126の電圧が予め決められた閾値C2以下である場合、接続の遮断を指示するコマンドを給電用コンタクタ119に出力する。
なお、閾値A2は、閾値A1よりも大きい値であり、閾値B2は、閾値B1よりも大きい値であり、閾値C2は、閾値C1よりも大きい値である。
通知手段1206は、外部給電側接続遮断手段1205によって給電用コンタクタ119の接続が遮断状態にされた場合、給電が停止されていることを通知する。この通知手段1206は、例えば、外部給電が停止していることをユーザに通知するための警告灯を表示部129に点灯あるいは点滅させたり、また、通知する文字や図形を表示部129に表示させる。
また、通知手段1206は、スピーカー(図示せず)等から異常が発生していることをユーザに通知するための警告音等を出力させるものであってもよい。
表示部129は、例えば、運転席に着席したドライバーが見るためのディスプレイである。
外部給電側制御装置201は、嵌合信号や外部出力停止要求をECU120に出力する。この嵌合信号は、燃料電池自動車100の給電口152とインバータ装置200のコネクタ部251とが嵌合していることを示す信号である。言い換えると、嵌合信号は、給電口152とコネクタ部251とが電気的に接続されていることを示す信号である。
また、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、実行手段2010を備える。この実行手段2010は、ECU120の許可手段1203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、実行手段2010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、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。
このバッテリコンタクタ113は、+(プラス)電極側の高圧ケーブルに接続されるバッテリコンタクタ113Hと、−(マイナス)電極側の高圧ケーブルに接続されるバッテリコンタクタ113Lとを含む。また、バッテリコンタクタ113は、バッテリコンタクタ113Hをバイパスするプリチャージコンタクタ113Pとプリチャージ抵抗器113Rとを備える。このプリチャージコンタクタ113Pとプリチャージ抵抗器113Rとは、直列に接続されるとともに、バッテリコンタクタ113Hに対しては並列に接続される。
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および平滑コンデンサ206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。
この給電用コンタクタ119は、+(プラス)電極側の高圧ケーブルに接続される給電用コンタクタ119Hと、−(マイナス)電極側の高圧ケーブルに接続される給電用コンタクタ119Lとを含む。また、給電用コンタクタ119には、給電用コンタクタ119Hをバイパスするプリチャージコンタクタ119Pとプリチャージ抵抗器119Rとが接続されている。このプリチャージコンタクタ119Pとプリチャージ抵抗器119Rとは、直列に接続されるとともに、給電用コンタクタ119Hに対しては並列に接続される。
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。
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。
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(図4参照)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。
次は、図4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さらに説明する。図4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部を示すブロック図である。
図4に示す通り、燃料電池101と高圧バッテリ110とは、DC/DCコンバータ(電圧変換器)116を介して高圧ケーブルで接続されている。このDC/DCコンバータ116は、図3のVCUに相当する構成である。この高圧バッテリ110とDC/DCコンバータ116を電気的に接続する高圧ケーブルには、バッテリコンタクタ113が接続されている。
また、高圧バッテリ110とインバータ装置200とは、給電用コンタクタ119と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。
さらに、ECU120は、12Vバッテリ126と接続されている。このECU120は、12Vバッテリ126から供給される12Vの電力を用いて動作する。
この12Vバッテリ126は、ダウンバータ127を介して、DC/DCコンバータ116と高圧バッテリ110とを接続する高圧ケーブルと接続されている。本実施形態において、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DC/DCコンバータ116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、12Vバッテリ126に供給する。
エアポンプ104は、燃料電池101とDC/DCコンバータ116とを接続する高圧ケーブルと接続されている。このエアポンプ104は、ECU120によって駆動され、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。
次に、図5を参照して、本実施形態に係る電力供給システム1における制御方法の一例について説明する。図5は、本実施形態に係る電力供給システム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。
なお、図5に示すフローチャートは、ECU120による処理内容の一工程を示すものである。よって、ECU120は、図5に示すフローチャートのSTARTからENDまでの一工程が終了すると、再度STARTからの処理を実行し、このフローチャートの処理フローを繰り返し実行する。
(ステップST1)
例えば、ユーザが燃料電池自動車100の所定の位置にイグニッションキーを差し込み、回して、イグニッションONの位置にイグニッションンキーを位置させる。これにより、イグニッションキーがイグニッションONの位置であることを示す操作信号が、ECU120に入力される。
そして、ECU120は、12Vバッテリからの電力に基づき、起動する。
なお、バッテリコンタクタ113は、このタイミングでECU120により接続される。
(ステップST2)
次いで、ECU120は、外部給電側制御装置201から嵌合信号を入力したか否かを判定する。つまり、ECU120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た状態であるか否かを判定する。
(ステップST3)
嵌合信号が入力していないと判定した場合、ECU120は、ユーザがパワースイッチを押下したか否かを判定する。ユーザがパワースイッチを押下した場合、発電制御を指示する操作信号が、ECU120に入力される。
(ステップST4)
そして、ECU120の発電手段1201は、燃料電池101に対して発電開始を指示する。具体的に説明すると、ECU120の発電手段1201は、空気を燃料電池自動車100に供給するようにエアポンプ104を制御する。これに伴って、水素タンク111内の水素ガスも燃料電池101に供給される。
(ステップST5)
この場合、ECU120は、給電用コンタクタ119に対して、コンタクタの接続を指示するコマンドは出力しない。よって、燃料電池自動車100によって発電された発電電力は、インバータ装置200には出力されない。
これにより、イグニッションキーがイグニッションONの位置にある状態で、パワースイッチが押下された場合であっても、嵌合信号が入力されていなければ、すなわち、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ていなければ、ECU120の発電手段1201は、発電を開始するものの、給電用コンタクタ119を接続しない。よって、燃料電池自動車100からインバータ装置200に対して電力が供給されることを確実に防止することができる。
また、ECU120は、既にインバータ装置200に対して発電電力を出力している状態である場合、インバータ装置200への発電電力の出力を停止させる。
例えば、イグニッションキーがイグニッションONの位置にある状態で、パワースイッチが押下された場合、嵌合信号が入力されていればステップST7以降に進み、インバータ装置200に電力が供給される場合がある。このような状態であっても、嵌合信号を入力しなくなった場合、例えば、インバータ装置200のコネクタ部251が外れ、燃料電池自動車100とインバータ装置200とが電気的に接続していない場合、ECU120の発電手段1201は、発電制御はするものの、給電用コンタクタ119の接続を遮断(切断)する。これにより、燃料電池自動車100からインバータ装置200に対して電力が供給されることを確実に防止することができる。
(ステップST6)
一方、ステップST3において、イグニッションキーがイグニッションONの位置にあって、嵌合信号が入力していない状態で、パワースイッチが押下されなかった場合、発電制御を指示する操作信号が入力されていない状態であるため、ECU120の発電手段1201は、燃料電池自動車100に対して発電制御を実行しない。この場合、ステップST5に移行し、給電用コンタクタ119を接続しない。
(ステップST7)
また、ステップST2において、嵌合信号を入力したと判定した場合、ECU120は、インターロック制御を実行する。具体的説明すると、ECU120は、シフトポジションが“P(パーキング;停車状態)”である場合、このシフトポジションを固定するよう指示するコマンド(Pポジション固定指令)を、シフトポジションを制御する所定の制御部に出力する。また、ECU120は、駆動モータ102を制御するトルク指令値をゼロトルクに設定する。なお、シフトポジションは「P」以外に設定されている場合、ECU120は、シフトポジションを「P」に変更する制御を実行してもよい。
このように、ECU120がインターロック制御を実行することにより、燃料電池自動車100の走行が禁止されている状態を、以下、インターロック状態という。
(ステップST8)
次いで、ECU120は、ユーザがパワースイッチを押下したか否かを判定する。
ユーザがパワースイッチを押下しない場合、ステップST6に移行して、ECU120の発電手段1201は、燃料電池自動車100に対して発電制御を実行しない。
(ステップST9)
一方、ユーザがパワースイッチを押下した場合、ECU120の判定手段1202は、燃料電池101の発電状態(FC発電状態)が、少なくともエアポンプ104への電力供給(最低動作電圧)ができる状態か否かを判定する。
(ステップST10)
燃料電池101の発電状態(FC発電状態)が少なくともエアポンプ104への電力供給ができる状態であると判定した場合、ECU120は、給電用コンタクタ119が接続しているか否かを判定する。
一方、ステップST9において燃料電池101の発電状態(FC発電状態)が少なくともエアポンプ104への電力供給ができる状態でないことを判定した場合、ECU120は、ステップST4に移行する。つまり、ECU120は、外部負荷300と接続されている場合であっても、燃料電池101に対して発電は開始するものの、この外部負荷300に対して電力を供給する処理を実行しない。
(ステップST11)
そして、給電用コンタクタ119が接続していない場合、ECU120は、給電用コンタクタ119が溶着しているか否かを判定する。このECU120は、例えば、電圧計205によって検出されたインバータ入力電圧に基づき、給電用コンタクタ119の溶着を判定することができる。なお、インバータ入力電圧を示す情報は、外部給電側制御装置201によって取得され、ECU120に出力される。なお、本発明はこれに限られず、ECU120は、他の溶着検知方法を利用してもよい。
(ステップST12)
給電用コンタクタ119が溶着していないと判定した場合、給電用コンタクタ119が正常であると判定し、ステップST13に移行する。
一方、給電用コンタクタ119が溶着していると判定した場合、給電用コンタクタ119が正常でないと判定し、ステップST14に移行する。
(ステップST13)
給電用コンタクタ119が溶着していないと判定した場合、ECU120は、給電用コンタクタ119が正常であることを示す情報を内蔵する記憶領域に書き込む。
(ステップST14)
一方、給電用コンタクタ119が溶着していると判定した場合、ECU120は、給電用コンタクタ119が異常であることを示す情報を記憶領域に書き込む。また、給電用コンタクタ119が異常であることを示す警告灯を点灯させる。なお、この警告灯は、例えば、燃料電池自動車100の運転席から見える表示部であってもよく、インバータ装置200の所定の表示部であってもよい。
そして、ステップST4に移行して、ECU120の発電手段1201は、燃料電池101の発電制御を実行する。
(ステップST15)
そして、給電用コンタクタ119が正常であると判定した場合、ECU120は、給電用コンタクタ119に対して接続を指示するコマンドを出力する。
(ステップST16)
ECU120は、給電用コンタクタ119が接続しているか否かを判定する。
(ステップST17)
そして、給電用コンタクタ119が接続している場合、ECU120は、インバータ装置200のDC/ACインバータ202,203,204に対して、外部負荷300への給電を許可するコマンド(インバータ出力許可信号)を出力する。
(ステップST18)
一方、給電用コンタクタ119がまだ接続されていない場合、ECU120は、インバータ装置200のDC/ACインバータ202,203,204に対して、外部負荷300への給電を許可するコマンド(インバータ出力許可信号)を出力しない。
次に、例えば、ユーザが燃料電池自動車100の所定の位置にイグニッションキーを差し込み、イグニッションOFFの位置にイグニッションキーを位置したとする。これにより、イグニッションキーがイグニッションOFFの位置であることを示す操作信号が、ECU120に入力される。例えば、イグニッションキーが差し込まれただけの場合と、イグニッションONの位置にあったイグニッションキーがイグニッションOFFの位置にもどされた場合とがある。
(ステップST19)
イグニッションキーがイグニッションOFFの位置にある場合、ECU120は、給電用コンタクタ119が接続されていれば切断する。また、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(インバータ出力許可信号)の出力がされていれば停止する。
(ステップST20)
そして、ECU120は、燃料電池101を発電させない。また、燃料電池101が既に発電している場合、ECU120は、燃料電池101の発電を停止させる。なお、インターロック制御は未実施である。
次に、図6を参照して、図5に示した処理フローにおいて、既に嵌合信号が外部給電側制御装置201から出力されている状態において、イグニッションキーがイグニッションONの位置に位置された場合の処理のタイミングチャートについて説明する。図6は、燃料電池101が発電する前から嵌合信号が入力されている場合の処理のタイミングチャートを示す図である。
(タイミングT101)
イグニッションキーがイグニッションONの位置に位置された場合、ECU120は、嵌合信号が入力されているか否かを判定する。この場合、嵌合信号が入力されているため、ECU120は、インターロック制御を実行する。例えば、シフトポジションが“P(パーキング;停車状態)”である場合、ECU120は、駆動モータ102を制御するトルク指令値をゼロトルクに設定する。なお、この処理は、上述のステップST7に相当する。
次いで、パワースイッチを押下された場合、ECU120は、燃料電池101の発電状態(FC発電状態)が少なくともエアポンプ104への電力供給ができる状態であるか否かを判定する。この処理は、上述のステップST9に相当する。なお、インターロック状態は維持されているものとする。
この時点で、燃料電池101の発電状態(FC発電状態)が少なくともエアポンプ104への電力供給ができる状態でないため、ECU120は、燃料電池101に対して発電準備の開始を指示する。なお、この処理は、上述のステップST4に相当する。これにより、エアポンプ104の回転数が上昇し、燃料電池101の電圧が上昇する。また、このとき、燃料電池101による発電状態が十分でないため、エアポンプ104が高圧バッテリ110の充電電力を使用することにより、SOCが低下する。そして、燃料電池101による発電状態が十分になった場合、SOCの低下がとまり、燃料電池101の電力量が上昇する。これにより、SOCも徐々に上昇してくる。
燃料電池101の発電状態(FC発電状態)が少なくともエアポンプ104への電力供給ができる状態であると判定した場合、ECU120は、給電用コンタクタ119が接続しているか否かを判定する。
ここでは、給電用コンタクタ119が接続していないと判定したとする。この場合、ECU120は給電用コンタクタ119の溶着を検知する。なお、この処理は、上述のステップST11に相当する。
具体的に説明すると、ECU120は、はじめに、給電用コンタクタ119Lを接続させる。この間に、ECU120は、給電用コンタクタ119H及びプリチャージコンタクタ119Pの溶着を検知する。これは、図示のP側溶着検知に相当する。なお、ここでは、給電用コンタクタ119HをP側、給電用コンタクタ119LをN側という。
給電用コンタクタ119Hが溶着していないと判定された場合、ECU120は、給電用コンタクタ119Lの接続を遮断し、プリチャージコンタクタ119Pを接続させる。この間、ECU120は、給電用コンタクタ119Lの溶着を検知する。これは、図示のN側溶着検知に相当する。
(タイミングT102)
給電用コンタクタ119Lが溶着していないことを判定した場合、ECU120は、再び、給電用コンタクタ119Lを接続させる。これにより、DC/ACインバータ202,203,204への給電が開始される。そして、インバータ装置200側の電圧(インバータ電圧)の方が、燃料電池自動車100側の電圧(車両電圧)に比べて、予め決められた接続閾値以上になった場合、ECU120は、給電用コンタクタ119Hを接続させる。そして、プリチャージコンタクタ119Pの接続を遮断する。なお、この処理は、上述のステップST15に相当する。
(タイミングT103)
このようにして、給電用コンタクタ119Hと給電用コンタクタ119Lとが接続された場合、ECU120は、外部給電側制御装置201に対して、外部負荷300への給電を許可するコマンド(インバータ出力許可信号)を出力する。なお、この処理は、上述のステップST17に相当する。
(タイミングT104)
そして、ユーザによって、イグニッションキーがイグニッションOFFの位置に位置されると、発電制御の終了を指示する操作信号が入力され、ECU120は、燃料電池101の発電を停止させる。
また、発電制御の終了を指示する操作信号が入力されると、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への給電を停止するコマンドを出力する。これにより、外部給電側制御装置201は、DC/ACインバータ202,203,204から外部負荷300に対する電力の出力を停止させる。よって、DC/ACインバータ202,203,204から外部負荷300への給電が停止する。
そして、ECU120は、給電用コンタクタ119Lの接続を遮断(切断)する。そして、給電用コンタクタ119Lが切断された後、DC/ACインバータ202,203,204の入力側の電圧が予め決められた閾値以下になったことを確認して、ECU120は、給電用コンタクタ119Hの接続を遮断(切断)する。
次に、図7を参照して、図5に示した処理フローにおいて、イグニッションキーがイグニッションONの位置に位置されパワーボタンが押下された状態において、その後、嵌合信号が入力した場合の処理のタイミングチャートについて説明する。図7は、燃料電池101の発電が指示された後に嵌合信号が入力された場合の処理のタイミングチャートを示す図である。
(タイミングT201)
イグニッションキーがイグニッションONの位置に位置された場合、ECU120は、嵌合信号が入力されているか否かを判定する。この場合、嵌合信号が入力されていない。ここで、ユーザがパワースイッチを押下した場合、ECU120は、燃料電池101に対して発電制御を実行する。なお、この処理は、上述のステップST4に相当する。
(タイミングT202)
次いで、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たとする。これにより、嵌合信号が入力されるため、ECU120は、インターロック制御を実行する。そして、燃料電池101の発電状態(FC発電状態)が少なくともエアポンプ104への電力供給ができる状態となった場合、ECU120は、給電用コンタクタ119の溶着検知を行う。
(タイミングT203)
給電用コンタクタ119が溶着していないことを判定した場合、ECU120は、給電用コンタクタ119を接続させる。なお、この処理は、上述のステップST15に相当する。
(タイミングT204)
このように、給電用コンタクタ119が接続された場合、ECU120は、外部給電側制御装置201に対して、外部負荷300への給電を許可するコマンド(インバータ出力許可信号)を出力する。なお、この処理は、上述のステップST17に相当する
(タイミングT205)
そして、ユーザによって、イグニッションキーがイグニッションOFFの位置に位置されると、発電制御の終了を指示する操作信号が入力され、ECU120は、燃料電池101の発電を停止させる。
次に、図8を参照して、本実施形態に係る電力供給システム1における外部給電制御方法の一例について説明する。図8は、本実施形態に係る電力供給システム1における外部給電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ST101)
判定手段1202は、高圧バッテリ110に充電されている電力の残量(SOC)が予め決められた閾値A2以下であるか否かを判定する。SOCが閾値A2より高い場合(SOC>閾値A2)、この処理を終了する。なお、SOCは、例えば、ECU120によって検出される。
(ステップST102)
一方、SOCが閾値A2以下である場合(SOC≦閾値A2)、判定手段1202は、SOCが閾値A1よりも大きいか否かを判定する。
(ステップST103)
SOCが閾値A1よりも大きい場合(閾値A1<SOC≦閾値A2)、判定手段1202は、外部給電を禁止すると判定し、判定結果を外部給電側接続遮断手段1205に出力する。
外部給電側接続遮断手段1205は、判定手段1202による判定結果に基づき、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への給電を停止するコマンドを出力する。なお、外部給電を禁止する方法は、これに限られず、外部給電側接続遮断手段1205は、許可手段1203に対して、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の出力を停止するよう制御するものであってもよい。
(ステップST104)
また、外部給電側接続遮断手段1205は、給電用コンタクタ119に対して接続禁止を指示するコマンドを出力する。
(ステップST105)
さらに、外部給電側接続遮断手段1205は、インバータ装置200への外部供給を停止する制御を実行したことユーザに通知する。具体的に説明すると、外部給電側接続遮断手段1205は、外部給電が停止している状態であることをユーザに通知するための警告灯を表示部129に点灯あるいは点滅させたり、また、通知する文字や図形を表示部129に表示させる。
これにより、SOCが閾値A1よりも大きい場合(閾値A1<SOC≦閾値A2)である場合、外部給電回路600が切断され、インバータ装置200への給電が停止される。
(ステップST106)
一方、ステップST102において、SOCが閾値A1以下である場合(閾値A1≧SOC)、判定手段1202は、高圧バッテリ110からの給電を禁止すると判定し、判定結果を電源側接続遮断手段1204に出力する。そして、電源側接続遮断手段1204は、バッテリコンタクタ113H,113Lに対して接続禁止を指示するコマンドを出力する。
これにより、SOCが閾値A1以下である場合(閾値A1≧SOC)、高圧バッテリ110からの給電が停止される。
次に、図9を参照して、本実施形態に係る電力供給システム1における外部給電制御方法の一例について説明する。図9は、本実施形態に係る電力供給システム1における外部給電制御方法の他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ST201)
判定手段1202は、高圧バッテリ110内の単セル電圧が予め決められた閾値B2以下であるか否かを判定する。高圧バッテリ110内の単セル電圧が閾値B2より高い場合(高圧バッテリ110内の単セル電圧>閾値B2)、この処理を終了する。
(ステップST202)
一方、高圧バッテリ110内の単セル電圧が閾値B2以下である場合(高圧バッテリ110内の単セル電圧≦閾値B2)、判定手段1202は、高圧バッテリ110内の単セル電圧が閾値B1よりも大きいか否かを判定する。
(ステップST203)
高圧バッテリ110内の単セル電圧が閾値B1よりも大きい場合(閾値B1<高圧バッテリ110内の単セル電圧≦閾値B2)、判定手段1202は、外部給電を禁止すると判定し、判定結果を外部給電側接続遮断手段1205に出力する。
外部給電側接続遮断手段1205は、判定手段1202による判定結果に基づき、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への給電を停止するコマンドを出力する。なお、外部給電を禁止する方法は、これに限られず、外部給電側接続遮断手段1205は、許可手段1203に対して、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の出力を停止するよう制御するものであってもよい。
(ステップST204)
また、外部給電側接続遮断手段1205は、給電用コンタクタ119に対して接続禁止を指示するコマンドを出力する。
(ステップST205)
さらに、外部給電側接続遮断手段1205は、インバータ装置200への外部供給を停止する制御を実行したことユーザに通知する。具体的に説明すると、外部給電側接続遮断手段1205は、外部給電が停止している状態であることをユーザに通知するための警告灯を表示部129に点灯あるいは点滅させたり、また、通知する文字や図形を表示部129に表示させる。
これにより、高圧バッテリ110内の単セル電圧が閾値B1よりも大きい場合(閾値B1<高圧バッテリ110内の単セル電圧≦閾値B2)である場合、外部給電回路600が切断され、インバータ装置200への給電が停止される。
(ステップST206)
一方、ステップST202において、高圧バッテリ110内の単セル電圧が閾値B1以下である場合(閾値B1≧高圧バッテリ110内の単セル電圧)、判定手段1202は、高圧バッテリ110からの給電を禁止すると判定し、判定結果を電源側接続遮断手段1204に出力する。そして、電源側接続遮断手段1204は、バッテリコンタクタ113に対して接続禁止を指示するコマンドを出力する。
これにより、高圧バッテリ110内の単セル電圧が閾値B1以下である場合(閾値B1≧高圧バッテリ110内の単セル電圧)、高圧バッテリ110からの給電が停止される。
次に、図10を参照して、本実施形態に係る電力供給システム1における制御が実行された場合の一例について説明する。図10は、本実施形態に係る電力供給システム1におけるECU120の起動時の制御方法の一例についてのタイミングチャートを示す図である。
(タイミングT201)
例えば、イグニッションキーがONの位置に位置され、ECU120が起動した状態で、ユーザがパワースイッチを押下した場合、ECU120は、バッテリコンタクタ113を接続するコマンドをそれぞれに出力する。そして、バッテリコンタクタ113が接続され、高圧バッテリ110からの電力が電源回路500内に供給される。
これにより、高圧バッテリ110のSOCが徐々に低下するとともに、高圧バッテリ110の単セルの電圧最低値が徐々に低下する。
(タイミングT202)
ECU120は、タイミングT201において、パワースイッチが押下されることにより、発電制御を指示する操作信号を入力している。これにより、ECU120の発電手段1201は、燃料電池101に対して発電開始を指示する。具体的に説明すると、ECU120の発電手段1201は、空気を燃料電池自動車100に供給するようにエアポンプ104を制御する。これに伴って、水素タンク111内の水素ガスも燃料電池101に供給される。これにより、電気化学反応により水が生成されるとともに電力(発電電力)を発生する。
そして、燃料電池101の出力(発電機出力)が上昇し、高圧バッテリ110の出力が低下する。これにより、高圧バッテリ110のSOCが徐々に上昇するとともに、高圧バッテリ110の単セルの電圧最低値が徐々に上昇する。
図示の通り、高圧バッテリ110のSOCが徐々に低下するものの、SOCは、閾値A1以上である。また、高圧バッテリ110の単セルの電圧最低値が徐々に低下するものの、単セルの電圧最低値は、閾値B1以上である。よって、バッテリコンタクタ113の接続は遮断されない。
一方、SOCは、閾値A2以下であり、単セルの電圧最低値は、閾値B2以下である。よって、ECU120は、給電用コンタクタ119に対しては、接続を指示するコマンドを出力せず、また、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への給電を停止するコマンドを出力する。
これにより、給電用コンタクタ119は接続されない。また、インバータ装置200は、外部負荷300に対して給電しない。
次に、図11を参照して、本実施形態に係る電力供給システム1における制御が実行された場合の一例について説明する。図11は、本実施形態に係る電力供給システム1における外部負荷300に対して給電している時の制御方法の一例についてのタイミングチャートを示す図である。
(タイミングT301)
例えば、燃料電池101の発電が停止したとする。これにより、外部給電される電力が発電電力から蓄電電力に切り替えられ、高圧バッテリ110の蓄電電力が外部給電回路600を介して外部負荷300に供給される。
これにより、高圧バッテリ110のSOCが徐々に低下するとともに、高圧バッテリ110の単セルの電圧最低値が徐々に低下する。
(タイミングT302)
ここで、高圧バッテリ110のSOCが閾値A2以下となる。また、高圧バッテリ110の単セルの電圧最低値が閾値B2以下となる。ただし、SOCは閾値A1よりは高く、単セルの電圧最低値は閾値B1よりも高い。
これにより、ECU120の判定手段1202は、外部給電を禁止すると判定し、判定結果を外部給電側接続遮断手段1205に出力する。外部給電側接続遮断手段1205は、判定手段1202による判定結果に基づき、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への給電を停止するコマンドを出力する。言い換えると、外部給電側接続遮断手段1205は、インバータ出力許可信号の出力を停止する。
また、外部給電側接続遮断手段1205は、給電用コンタクタ119に対して接続禁止を指示するコマンドを出力する。
(タイミングT303)
これにより、給電用コンタクタ119の接続が遮断され、燃料電池101から外部給電回路600への給電が停止される。よって、高圧バッテリ110の出力が停止する。
ここで、外部給電側接続遮断手段1205は、インバータ装置200への外部供給を停止する制御を実行したことユーザに通知する。具体的に説明すると、外部給電側接続遮断手段1205は、外部給電が停止している状態であることをユーザに通知するための警告灯を表示部129に点灯あるいは点滅させたり、また、通知する文字や図形を表示部129に表示させる。
(タイミングT304)
次いで、高圧バッテリ110のSOCが閾値A1以下となる。
これにより、判定手段1202は、高圧バッテリ110からの給電を禁止すると判定し、判定結果を電源側接続遮断手段1204に出力する。そして、電源側接続遮断手段1204は、バッテリコンタクタ113に対して接続禁止を指示するコマンドを出力する。
これにより、バッテリコンタクタ113の接続が遮断(切断)され、高圧バッテリ110からの給電が停止される。
次に、図12を参照して、本実施形態に係る電力供給システム1における外部給電制御方法の他の例について説明する。図12は、本実施形態に係る電力供給システム1における外部給電制御方法の他の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ST301)
判定手段1202は、12Vバッテリ126の電圧値が予め決められた閾値C2以下であるか否かを判定する。12Vバッテリ126の電圧値が閾値C2より高い場合(12Vバッテリ126の電圧値>閾値C2)、この処理を終了する。
(ステップST302)
一方、12Vバッテリ126の電圧値が閾値C2以下である場合(12Vバッテリ126の電圧値≦閾値C2)、判定手段1202は、12Vバッテリ126の電圧値が閾値C1よりも高いか否かを判定する。
(ステップST303)
12Vバッテリ126の電圧値が閾値C1よりも高い場合(閾値C1<12Vバッテリ126の電圧値≦閾値C2)、判定手段1202は、外部給電を禁止すると判定し、判定結果を外部給電側接続遮断手段1205に出力する。
外部給電側接続遮断手段1205は、判定手段1202による判定結果に基づき、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への給電を停止するコマンドを出力する。なお、外部給電を禁止する方法は、これに限られず、外部給電側接続遮断手段1205は、許可手段1203に対して、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の出力を停止するよう制御するものであってもよい。
(ステップST304)
また、外部給電側接続遮断手段1205は、給電用コンタクタ119に対して接続禁止を指示するコマンドを出力する。
(ステップST305)
さらに、外部給電側接続遮断手段1205は、インバータ装置200への外部供給を停止する制御を実行したことユーザに通知する。具体的に説明すると、外部給電側接続遮断手段1205は、外部給電が停止している状態であることをユーザに通知するための警告灯を表示部129に点灯あるいは点滅させたり、また、通知する文字や図形を表示部129に表示させる。
これにより、12Vバッテリ126の電圧値が閾値C1よりも大きい場合(閾値C1<12Vバッテリ126の電圧値≦閾値C2)である場合、外部給電回路600が切断され、インバータ装置200への給電が停止される。
(ステップST306)
一方、ステップST302において、12Vバッテリ126の電圧値が閾値C1以下である場合(閾値C1≧12Vバッテリ126の電圧値)、判定手段1202は、高圧バッテリ110からの給電を禁止すると判定し、判定結果を電源側接続遮断手段1204に出力する。そして、電源側接続遮断手段1204は、バッテリコンタクタ113に対して接続禁止を指示するコマンドを出力する。
これにより、12Vバッテリ126の電圧値が閾値C1以下である場合(閾値C1≧12Vバッテリ126の電圧値)、高圧バッテリ110からの給電が停止される。
次に、図13を参照して、本実施形態に係る電力供給システム1における制御が実行された場合の他の例について説明する。図13は、本実施形態に係る電力供給システム1におけるECU120の起動時の制御方法の他の例についてのタイミングチャートを示す図である。
(タイミングT401)
例えば、イグニッションキーがONの位置に位置され、ECU120が起動した状態で、ユーザがパワースイッチを押下した場合、ECU120は、バッテリコンタクタ113を接続するコマンドをそれぞれに出力する。そして、バッテリコンタクタ113が接続され、高圧バッテリ110からの電力が電源回路500内に供給される。
(タイミングT402)
ECU120は、タイミングT401において、パワースイッチが押下されることにより、発電制御を指示する操作信号を入力している。これにより、ECU120の発電手段1201は、燃料電池101に対して発電開始を指示する。
そして、燃料電池101の出力(発電機出力)が上昇し、高圧バッテリ110の出力が低下する。
図示の通り、12Vバッテリ126の電圧値は、閾値C2以下であって、閾値C1よりも高い値である。よって、バッテリコンタクタ113の接続は遮断されない。
一方、12Vバッテリ126の電圧値は、閾値C2以下である。よって、ECU120は、給電用コンタクタ119に対しては、接続を指示ずるコマンドを出力せず、また、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への給電を停止するコマンドを出力する。
これにより、給電用コンタクタ119は接続されない。また、インバータ装置200は、外部負荷300に対して給電しない。
次に、図14を参照して、本実施形態に係る電力供給システム1における制御が実行された場合の一例について説明する。図14は、本実施形態に係る電力供給システム1における外部負荷300に対して給電している時の制御方法の一例についてのタイミングチャートを示す図である。
(タイミングT501)
例えば、12Vバッテリ126の電圧値が閾値C2以下に低下したとする。ただし、12Vバッテリ126の電圧値は閾値C1よりは高い。
これにより、ECU120の判定手段1202は、外部給電を禁止すると判定し、判定結果を外部給電側接続遮断手段1205に出力する。外部給電側接続遮断手段1205は、判定手段1202による判定結果に基づき、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への給電を停止するコマンドを出力する。言い換えると、外部給電側接続遮断手段1205は、インバータ出力許可信号の出力を停止する。
また、外部給電側接続遮断手段1205は、給電用コンタクタ119に対して接続禁止を指示するコマンドを出力する。
(タイミングT502)
そして、給電用コンタクタ119の接続が遮断され、燃料電池101から外部給電回路600への給電が停止される。
ここで、外部給電側接続遮断手段1205は、インバータ装置200への外部供給を停止する制御を実行したことユーザに通知する。具体的に説明すると、外部給電側接続遮断手段1205は、外部給電が停止している状態であることをユーザに通知するための警告灯を表示部129に点灯あるいは点滅させたり、また、通知する文字や図形を表示部129に表示させる。
上述したとおり、本実施形態に係る電力供給システム1は、高圧バッテリ110のSOCが閾値A1以下となった場合、バッテリコンタクタ113の接続を切断(遮断)するとともに、閾値A1よりも高い値であって閾値A2以下となった場合、給電用コンタクタ119の接続を切断(遮断)することができる。
これにより、高圧バッテリ110のSOCが閾値A2以上から閾値A1以下まで低下した場合、先に給電用コンタクタ119の接続を切断(遮断)した後、バッテリコンタクタ113の接続を切断(遮断)することができる。よって、バッテリコンタクタ113に通電中の状態において、バッテリコンタクタ113の接続を切断(遮断)することを回避できるため、バッテリコンタクタ113の溶着を防止することができる。
また、上述の通り、例えば、高圧バッテリ110を保護するために、高圧バッテリ110の単セル電圧が閾値B1以下になった場合、バッテリコンタクタ113H、113Lの接続を切断(遮断)される。よって、高圧バッテリ110の単セル電圧が閾値B1以下となる前に、給電用コンタクタ119の接続を切断(遮断)することにより、バッテリコンタクタ113に通電中の状態において、バッテリコンタクタ113の接続を切断(遮断)することを回避できる。このため、バッテリコンタクタ113の溶着を防止することができる。
さらに、上述の通り、例えば、ECU120が正常に動作するために必要な電圧を確保するために、12Vバッテリ126の電圧値が閾値C1以下になった場合、バッテリコンタクタ113の接続を切断(遮断)される。よって、12Vバッテリ126の電圧値が閾値C1以下となる前に、給電用コンタクタ119の接続を切断(遮断)することにより、バッテリコンタクタ113に通電中の状態において、バッテリコンタクタ113の接続を切断(遮断)することを回避できる。このため、バッテリコンタクタ113の溶着を防止することができる。
また、上述の通り、電源側接続遮断手段1204がバッテリコンタクタ113の接続を切断(遮断)する制御は、外部負荷300に給電している給電時に限られず、給電していない場合、例えば、燃料電池自動車100が走行している場合に実行されるものであってもよい。これにより、外部給電を実行する燃料電池自動車100と外部給電を実行しない燃料電池自動車において、双方に、共通の電源側接続遮断手段1204を用いることができる。
なお、外部給電側接続遮断手段1205が給電用コンタクタ119の接続を切断(遮断)する制御は、外部負荷300に給電している給電時に限られる。これにより、燃料電池自動車100が走行している場合に、誤って給電用コンタクタ119が接続される等の誤動作を防止することができる。
上述したとおり、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とインバータ装置200とが電気的に接続され、嵌合信号が外部給電側制御装置201からECU120に入力している場合であっても、燃料電池101の発電状態(FC発電状態)が、少なくともエアポンプ104への電力供給(最低動作電圧)ができる状態でなければ、給電用コンタクタ119H,119Lを接続したり、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への給電を許可するコマンド(インバータ出力許可信号)を出力しないようにした。すなわち、燃料電池101の発電状態(FC発電状態)が、少なくともエアポンプ104への電力供給(最低動作電圧)ができる状態でなければ、燃料電池自動車100からインバータ装置200や外部負荷300に対して電力を供給しないようにした。
これにより、燃料電池101の発電電力を外部負荷300に対して、長時間、継続的に供給することができる。すなわち、外部負荷300の供給開始時に、燃料電池自動車100からインバータ装置200に電力が出力してしまい、燃料電池101を発電するために必要な電力が確保されないという事態が回避される。これにより、外部負荷300の供給を開始しようとするときに、燃料電池101が発電できずに、外部負荷300に安定した電力が供給されないという事態が回避される。よって、利用者の信頼性を損なうことを防止し、安定した信頼性のある電力供給を実現することができる。
また、上述の通り、ECU120は、燃料電池101の発電状態(FC発電状態)が、少なくともエアポンプ104への電力供給(最低動作電圧)ができる状態でなければ、給電用コンタクタ119を接続しないようにした。これにより、燃料電池101による起動が完了するまでは、外部負荷300への給電を確実に遮断することができる。よって、仮に、インバータ装置200の外部給電側制御装置201から出力を許可するインバータ出力許可信号の要求があり、ECU120が誤ってインバータ出力許可信号を出力してしまい、インバータ装置200がDC/ACインバータ202,203,204から外部負荷300への出力を開始するように動作した場合であっても、燃料電池101による起動が完了するまでは、外部負荷300への給電を確実に遮断することができる。
また、上述の通り、外部給電回路600内の給電用コンタクタ119を燃料電池自動車100に搭載するようにした。これにより、給電用コンタクタ119に対する制御を燃料電池自動車100内において行えるため、信頼性の高い制御を実現することができる。具体的に説明すると、この給電用コンタクタ119をインバータ装置200に設けた場合、ECU120と外部給電側制御装置201との通信異常が発生した場合、ECU120が給電用コンタクタ119の開閉を制御できないおそれがある。よって、本実施形態のように、給電用コンタクタ119を燃料電池自動車100に設けることにより、ECU120が、給電用コンタクタ119を確実に制御することができる。
また、上述の通り、ECU120は、給電用コンタクタ119を接続した後に、インバータ装置200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出力するようにした。これにより、給電用コンタクタ119の接続時に溶着が起こることを防止することができる。
また、上述の通り、ECU120は、嵌合信号が入力された場合、給電用コンタクタ119を接続する前に、インターロック状態であるか否かを判定する。これにより、燃料電池自動車100が走行中にインバータ装置200に給電されることを防止することができる。また、外部負荷300に給電中に、燃料電池自動車100が走行することが防止され、インバータ装置200や外部負荷300を引き摺りながら燃料電池自動車100が走行する事態を回避することができる。
また、ECU120は、燃料電池101に対して発電開始を指示する際に、高圧バッテリ110に充電されている蓄電電力の残容量(SOC)が予め決められた閾値未満であるか否かを判定するものであってもよい。蓄電電力の残容量(SOC)が予め決められた閾値未満であった場合、ECU120は、燃料電池101に対して発電開始を指示する。一方、蓄電電力の残容量(SOC)が予め決められた閾値以上であった場合、燃料電池101に対して発電開始を指示しない。
これにより、高圧バッテリ110に十分な電力が充電されている場合、この電力を利用して外部負荷300に電力供給を実現することができるため、必要時以外は燃料電池101による発電を実行しないですむため、効率的である。よって、エアポンプ104の回転に伴う騒音が抑制され、商品性を向上させることができる。なお、閾値は少なくとも燃料電池の起動に要する電力量を考慮して設定する。
[第2実施形態]
また、本発明は、図3に示した構成に限られず、図15に示すような構成であってもよい。図15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。
図15に示す通り、電力供給システム2は、制御装置400と、電源回路500と、外部給電回路602とを備える。つまり、制御装置400と電源回路500は、第1実施形態と同様の構成を有するため、詳細な説明は省略する。
外部給電回路602は、インバータ装置200に設けられており、給電用コンタクタ119がインバータ装置200に搭載されている点が、第1実施形態と異なる。
この場合、給電用コンタクタ119は、外部給電側制御装置201によって制御される。つまり、外部給電側制御装置201は、ECU120の許可手段1203や外部給電側接続遮断手段1205から出力される給電用コンタクタ119H,119Lおよびプリチャージコンタクタ119Pの接続あるいは遮断を示すコマンドに基づき、これらの接続あるいは遮断を制御する。
このように、給電用コンタクタ119を、燃料電池自動車100の外部であるインバータ装置200に搭載するものであってもよい。
1 電力供給システム
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 ダウンバータ
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
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
251 コネクタ部
253 接続ケーブル
258 交流電力出力部
1201 発電手段
1202 判定手段
1203 許可手段
1204 電源側接続遮断手段
1205 外部給電側接続遮断手段
1206 通知手段
2010 実行手段
2011 異常検出手段
2012 送信手段

Claims (7)

  1. 電源から供給される電力を蓄電する蓄電装置と、
    前記蓄電装置の電力により駆動する走行モータと、
    前記蓄電装置の蓄電残量を示す値を検出する第1検出部と、
    前記蓄電装置と外部負荷とを電気的に接続する外部給電側接触器と、
    前記電源と前記蓄電装置との間の電力経路と、前記蓄電装置と前記外部給電側接触器との間の電力経路との共通部分に設けられる電源側接触器と、
    前記車両を制御する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、
    少なくとも前記外部負荷に給電している給電時において、前記蓄電装置の蓄電残量を示す値が予め決められた第1閾値以下である場合、前記電源側接触器の接続を遮断状態にする電源側接続遮断手段と、
    前記給電時において、前記蓄電装置の蓄電残量を示す値が前記第1閾値よりも大きい値である予め決められた第2閾値以下である場合、前記外部給電側接触器の接続を遮断状態にする外部給電側接続遮断手段を備えることを特徴とする電動車両。
  2. 前記第1検出部は、
    前記蓄電装置の電圧を、前記蓄電残量を示す値として検出することを特徴とする請求項1に記載の電動車両。
  3. 前記電源側接続遮断手段は、
    記車両が走行している走行時においても、前記蓄電装置の蓄電残量を示す値が予め決められた第1閾値以下である場合、前記電源側接触器の接続を遮断状態にすることを特徴とする請求項1あるいは2に記載の電動車両。
  4. 前記外部給電側接続遮断手段によって前記外部給電側の接触器の接続が遮断状態にされた場合、給電が停止されていることを通知する通知手段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電動車両。
  5. 電源を備える車両と、前記電源からの電力を外部負荷に給電するインバータ装置とを備える電力供給システムにおいて、
    前記車両は、
    前記電源から供給される電力を蓄電する蓄電装置と、
    前記蓄電装置の電力により駆動する走行モータと、
    前記蓄電装置の蓄電残量を示す値を検出する第1検出部と、
    前記蓄電装置と外部負荷とを電気的に接続する外部給電側接触器と、
    前記走行モータによって走行する車両を制御する制御装置と、を備え、
    前記インバータ装置は、
    前記蓄電装置と前記外部負荷とを電気的に接続する外部給電側接触器を備え、
    前記車両は、
    前記電源と前記蓄電装置との間の電力経路と、前記蓄電装置と前記外部給電側接触器との間の電力経路との共通部分に設けられる電源側接触器を備え、
    前記制御装置は、
    少なくとも前記外部負荷に給電している給電時において、前記蓄電残量を示す値が予め決められた第1閾値以下である場合、前記電源側接触器の接続を遮断状態にする電源側接続遮断手段と、
    前記給電時において、前記蓄電残量を示す値が前記第1閾値よりも大きい値である予め決められた第2閾値以下である場合、前記外部給電側接触器の接続を遮断状態にする外部給電側接続遮断手段を備えることを特徴とする電力供給システム。
  6. 電源から供給される電力を蓄電する蓄電装置と、
    前記蓄電装置の電力により駆動する走行モータと、
    前記蓄電装置内のセル電圧を検出する第2検出部と、
    前記蓄電装置と外部負荷とを電気的に接続する外部給電側接触器と、
    前記電源と前記蓄電装置との間の電力経路と、前記蓄電装置と前記外部給電側接触器との間の電力経路との共通部分に設けられる電源側接触器と、
    前記車両を制御する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、
    少なくとも前記外部負荷に給電している給電時において、前記蓄電装置内のセル電圧が予め決められた第3閾値以下である場合、前記電源側接触器の接続を遮断状態にする電源側接続遮断手段と、
    前記給電時において、前記セル電圧が前記第3閾値よりも大きい値である予め決められた第4閾値以下である場合、前記外部給電側の接触器の接続を遮断状態にする外部給電側接続遮断手段を備えることを特徴とする電動車両。
  7. 電源から供給される電力を蓄電する蓄電装置と、
    前記蓄電装置の電力により駆動する走行モータと、
    前記電源と前記蓄電装置とに接続され、前記電源または前記蓄電装置から供給される電力の一部を蓄電する補機用蓄電装置と、
    前記補機用蓄電装置から供給される電力に基づき前記車両を制御する車両側制御装置と、
    前記補機用蓄電装置の電圧を検出する第3検出部と、
    前記蓄電装置と外部負荷とを電気的に接続する外部給電側接触器と、
    前記電源と前記蓄電装置との間の電力経路と、前記蓄電装置と前記外部給電側接触器との間の電力経路との共通部分に設けられる電源側接触器と、
    を備え、
    前記車両側制御装置は、
    少なくとも前記外部負荷に給電している給電時において、前記補機用蓄電装置の電圧が予め決められた第5閾値以下である場合、前記電源側接触器の接続を遮断状態にする電源側接続遮断手段と、
    前記給電時において、前記補機用蓄電装置の電圧が前記第5閾値よりも大きい値である予め決められた第6閾値以下である場合、前記外部給電側接触器の接続を遮断状態にする外部給電側接続遮断手段を備えることを特徴とする電動車両。
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