(57)【要約】【課題】掃気処理が行われないまま燃料電池システムが停止することによって、燃料電池内に生成水が残留することを抑制可能な技術を提供する。【解決手段】燃料電池車両に搭載されている燃料電池システム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、制御部は、通常モードから外部給電モードへの切替え時に、外部給電モードへの移行に先立ち、燃料電池の掃気処理を待機させた状態で燃料電池の発電を停止させた待機モードとし、待機モード中に、予め定められた時間が経過するまでに、給電ポートへの給電開始の要求が入力されなかった場合には、掃気処理を実施して、燃料電池システムを停止し、待機モード中に、予め定められた時間が経過するまでに、給電開始の要求が入力された場合には、待機モードから外部給電モードに移行させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池車両に搭載されている燃料電池システム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、
前記外部負荷を前記燃料電池システムに接続するための給電ポートと、
前記燃料電池車両の走行用モータに対して前記燃料電池システムからの電力を供給可能な通常モードと、前記給電ポートに対して前記燃料電池システムからの電力を供給可能な外部給電モードとの、切替えを行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記通常モードから前記外部給電モードへの切替え時に、前記外部給電モードへの移行に先立ち、燃料電池の掃気処理を待機させた状態で前記燃料電池の発電を停止させた待機モードとし、
前記待機モード中に、予め定められた時間が経過するまでに、前記給電ポートへの給電開始の要求が入力されなかった場合には、前記掃気処理を実施して、前記燃料電池システムを停止し、
前記待機モード中に、前記予め定められた時間が経過するまでに、前記給電開始の要求が入力された場合には、前記待機モードから前記外部給電モードに移行させる、
外部給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
外部給電システムに関して、例えば、特許文献１には、燃料電池車両に搭載されている燃料電池システムから、外部給電装置を介して外部負荷に対して給電を行う外部給電システムが開示されている。この外部給電システムは、給電要求があった場合、燃料電池の発電を停止し、電圧調整を行った後、燃料電池の発電を再開し、給電を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−５７３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した外部給電システムでは、給電要求があった後に、実際の給電が行われないまま燃料電池システムが停止されると、掃気処理が行われないまま燃料電池システムが停止する可能性がある。掃気処理が行われないまま燃料電池システムが停止すると、燃料電池の発電に伴って生じる生成水が燃料電池内に残留する可能性がある。生成水が燃料電池内に残留すると、低温時に燃料電池内の流路が凍結する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【０００６】
本発明の一形態によれば、燃料電池車両に搭載されている燃料電池システム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、前記外部負荷を前記燃料電池システムに接続するための給電ポートと；前記燃料電池車両の走行用モータに対して前記燃料電池システムからの電力を供給可能な通常モードと、前記給電ポートに対して前記燃料電池システムからの電力を供給可能な外部給電モードとの、切替えを行う制御部と；を備える。前記制御部は、前記通常モードから前記外部給電モードへの切替え時に、前記外部給電モードへの移行に先立ち、燃料電池の掃気処理を待機させた状態で前記燃料電池の発電を停止させた待機モードとし；前記待機モード中に、予め定められた時間が経過するまでに、前記給電ポートへの給電開始の要求が入力されなかった場合には、前記掃気処理を実施して、前記燃料電池システムを停止し；前記待機モード中に、前記予め定められた時間が経過するまでに、前記給電開始の要求が入力された場合には、前記待機モードから前記外部給電モードに移行させる。この形態の外部給電システムによれば、待機モード中に、予め定められた時間が経過するまでに制御部に対して給電開始の要求が入力されなかった場合、燃料電池の掃気処理を実施した上で燃料電池システムを停止させるため、燃料電池内に水分が残留することを抑制できる。したがって、低温時に燃料電池内の流路が凍結することを抑制できる。
【０００７】
本発明は、外部給電システム以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、外部給電システムの制御方法、外部給電機能を備える燃料電池車両等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態における外部給電システムの概略構成を示す説明図。
【図２】給電ポートを示す説明図。
【図３】外部給電の開始処理を示すフローチャート。
【図４】通常モードから外部給電モードへの移行を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本実施形態における外部給電システム５０の概略構成を示す説明図である。外部給電システム５０は、燃料電池車両１０に搭載されている燃料電池システム１００から外部負荷６２０に電力を供給するシステムである。外部給電システム５０は、給電ポート５２０と、制御部７００とを備えている。外部給電システム５０は、動作モードとして、通常モードと外部給電モードとを備えている。「通常モード」とは、燃料電池車両１０の走行用モータ３２０に対して、燃料電池システム１００からの電力を供給可能な状態である。「外部給電モード」とは、給電ポート５２０に対して、燃料電池システム１００からの電力を供給可能な状態である。制御部７００は、通常モードと、外部給電モードとのうち、いずれか一方に切替える機能を有する。
【００１０】
燃料電池システム１００は、燃料電池１１０と、燃料電池昇圧コンバータ１２０と、燃料電池リレー１３０と、二次電池２１０と、二次電池リレー２２０と、二次電池コンバータ２３０と、インバータ３１０と、エアコンプレッサ３３０と、高電圧補機４００と、燃料ガス系統４１０と、酸化ガス系統４２０と、冷却水系統４３０とを備えている。
【００１１】
燃料電池１１０は、走行用モータ３２０や、エアコンプレッサ３３０や、給電ポート５２０に電力を供給する。本実施形態における燃料電池１１０としては、固体高分子形の燃料電池が用いられている。燃料電池１１０は、複数のセル１１１が積層したスタック構造を有する。各セル１１１は、電解質膜の両面に電極触媒層を有する膜電極接合体（図示しない）と、膜電極接合体を挟持する一対のセパレータ（図示しない）とを備えている。各セル１１１は、膜電極接合体のアノード側に、燃料ガスである水素ガスを供給し、カソード側に、酸化ガスである空気を供給することにより、電気化学反応により起電力を発生する。電気化学反応により、膜電極接合体のカソード側には、水が生成される。電気化学反応による反応熱は、燃料電池１１０内を循環する冷却水により冷却される。各セル１１１同士は、直列に接続されている。
【００１２】
燃料電池昇圧コンバータ１２０は、燃料電池１１０に接続されている。燃料電池昇圧コンバータ１２０は、ＤＣ−ＤＣコンバータであり、燃料電池１１０の直流電圧を燃料電池車両１０の走行用モータ３２０や、エアコンプレッサ３３０の駆動に適した電圧まで昇圧する。
【００１３】
燃料電池リレー１３０は、燃料電池昇圧コンバータ１２０に接続されている。燃料電池リレー１３０は、燃料電池昇圧コンバータ１２０と、インバータ３１０との間の電気的な接続を開閉する。
【００１４】
二次電池２１０は、燃料電池車両１０の走行用モータ３２０や、エアコンプレッサ３３０や、高電圧補機４００を駆動するための電力を供給する。本実施形態における二次電池２１０としては、リチウムイオンバッテリが用いられている。二次電池２１０としては、ニッケル水素バッテリなどの他のバッテリを用いてもよい。
【００１５】
二次電池リレー２２０は、二次電池２１０に接続されている。二次電池リレー２２０は、二次電池２１０と、二次電池コンバータ２３０との間の電気的な接続を開閉する。
【００１６】
二次電池コンバータ２３０は、二次電池リレー２２０に接続されている。二次電池コンバータ２３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータであり、通常モードでは、二次電池２１０の直流電圧を燃料電池車両１０の走行用モータ３２０や、エアコンプレッサ３３０の駆動に適した電圧まで昇圧する。二次電池コンバータ２３０は、外部給電モードでは、燃料電池昇圧コンバータ１２０の直流電圧を外部給電装置６１０に適した電圧に降圧する。
【００１７】
インバータ３１０は、燃料電池リレー１３０を介して、燃料電池昇圧コンバータ１２０に接続されている。また、インバータ３１０は、二次電池コンバータ２３０に接続されている。インバータ３１０は、燃料電池昇圧コンバータ１２０や二次電池コンバータ２３０の直流電力を、走行用モータ３２０やエアコンプレッサ３３０の駆動に適した三相交流電力に変換する。
【００１８】
走行用モータ３２０は、インバータ３１０に接続されている。走行用モータ３２０は、インバータ３１０の三相交流電力により、燃料電池車両１０のタイヤ（図示しない）に駆動力を与え、燃料電池車両１０を走行させる。
【００１９】
エアコンプレッサ３３０は、インバータ３１０に接続されている。エアコンプレッサ３３０は、インバータ３１０の三相交流電力により駆動され、大気中の空気を圧縮し、燃料電池１１０に供給する。
【００２０】
高電圧補機４００には、水素ポンプ４１２と、冷却水ポンプ４３１とが含まれている。水素ポンプ４１２は、水素ポンプインバータ４０１を介して、二次電池リレー２２０と、二次電池コンバータ２３０との間の配線に接続されている。水素ポンプ４１２は、水素ポンプインバータ４０１によって三相交流電力に変換された電力により駆動する。冷却水ポンプ４３１は、冷却水ポンプインバータ４０２を介して、二次電池リレー２２０と、二次電池コンバータ２３０との間の配線に接続されている。冷却水ポンプ４３１は、冷却水ポンプインバータ４０２によって三相交流電力に変換された電力により駆動する。水素ポンプインバータ４０１および冷却水ポンプインバータ４０２には、二次電池２１０または燃料電池１１０から電力が供給される。
【００２１】
燃料ガス系統４１０は、水素タンク４１１と、水素ポンプ４１２と、燃料ガス配管４１３とを備えている。燃料ガス系統４１０は、水素ガスを燃料電池１１０に循環させる流路を有する。燃料ガス配管４１３は、燃料電池１１０と、水素ポンプ４１２と、水素タンク４１１とを接続している。水素タンク４１１から供給される水素ガスは、燃料ガス配管４１３を介して、燃料電池１１０に供給される。発電に用いられることなく燃料電池１１０から排出された水素ガスは、水素ポンプ４１２により再び燃料電池１１０に供給される。
【００２２】
酸化ガス系統４２０は、エアコンプレッサ３３０と、酸化ガス配管４２１とを備えている。酸化ガス系統４２０は、空気を燃料電池１１０に供給する流路を有する。酸化ガス配管４２１は、燃料電池１１０と、エアコンプレッサ３３０とを接続している。エアコンプレッサ３３０により圧縮された空気は、酸化ガス配管４２１を介して燃料電池１１０に供給される。
【００２３】
冷却水系統４３０は、冷却水ポンプ４３１と、ラジエータ４３２と、冷却水配管４３４とを備えている。冷却水系統４３０は、冷却水を燃料電池１１０に循環させる流路を有する。冷却水配管４３４は、燃料電池１１０と、冷却水ポンプ４３１と、ラジエータ４３２とを接続している。燃料電池１１０の熱を受け取った冷却水は、冷却水配管４３４を介してラジエータ４３２に流れ、ラジエータ４３２によって放熱される。冷却ファン４３３は、ラジエータ４３２に送風し、ラジエータ４３２の放熱を促進する。ラジエータ４３２によって放熱された冷却水は、冷却水ポンプ４３１により、再び燃料電池１１０に供給される。
【００２４】
制御部７００は、ＣＰＵと、メモリと、各部品が接続されるインターフェース回路とを備えたコンピュータとして構成されている。ＣＰＵは、メモリに記憶された制御プログラムを実行することにより、外部給電システム５０の動作モードを通常モード、外部給電モード、後述する待機モードのそれぞれの状態に切替える。また、制御部７００は、燃料電池システム１００による発電の制御を行うとともに、燃料ガス系統４１０と酸化ガス系統４２０とを制御して、掃気処理を実行する。「掃気処理」とは、燃料ガス系統４１０と酸化ガス系統４２０との部品を駆動させ、燃料ガスの流路と酸化ガスの流路から水を排出する処理である。
【００２５】
外部給電リレー５１０は、二次電池リレー２２０と二次電池コンバータ２３０との間の配線に高電圧補機４００と並列に接続されている。外部給電リレー５１０は、燃料電池システム１００と、給電ポート５２０との間の電気的な接続の開閉を行う。
【００２６】
図２は、給電ポート５２０を示す説明図である。給電ポート５２０は、例えば、燃料電池車両１０のトランクルーム２０内に配置されている。給電ポート５２０には、外部給電装置６１０を介して外部負荷６２０が接続される。外部給電装置６１０は、外部給電モードにおいて、燃料電池システム１００から出力された直流電力を、家庭用１００Ｖの交流電力に変換して、外部負荷６２０に給電を行う。外部給電装置６１０は、外部給電装置６１０を給電可能な状態に切替える給電器スイッチ６１１を有する。
【００２７】
図３は、外部給電の開始処理を示すフローチャートである。この処理は、燃料電池車両１０を起動させるためのスタートスイッチ３０がオンにされたときに開始され、スタートスイッチ３０がオフにされるまで周回し続ける。まず、制御部７００は、外部給電システム５０の動作モードが通常モードであり、かつ、外部給電装置６１０が給電ポート５２０に接続されているか否かを判定する（ステップＳ１１０）。通常モードであり、かつ、外部給電装置６１０が給電ポート５２０に接続されている場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、制御部７００は、通常モードから外部給電モードへの切替えを行う。通常モードから外部給電モードへの切替え時には、制御部７００は、外部給電モードへの移行に先立ち、動作モードを待機モードへ移行させる（ステップＳ１２０）。「待機モード」とは、燃料電池１１０の掃気処理を待機させた状態で燃料電池１１０の発電を停止させた状態である。尚、「掃気処理を待機させた状態」とは、掃気処理を行わない状態を指す。一方、通常モードでないか、外部給電装置６１０が給電ポート５２０に接続されていない場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、通常モードから外部給電モードへの切替えは行われない。
【００２８】
待機モードに移行した後、制御部７００は、給電開始の要求が入力されたか否かを判定する（ステップＳ１３０）。本実施形態では、外部給電装置６１０に設けられている給電器スイッチ６１１がオンにされた場合に、制御部７００は、給電開始の要求が入力されたと判定する。給電開始の要求が入力された場合（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、制御部７００は、待機モードから外部給電モードに移行させる（ステップＳ１４０）。一方、給電開始の要求が入力されていない場合（ステップＳ１３０：ＮＯ）、制御部７００は、予め定められた時間（例えば、６０秒）が経過したか否かを判定する（ステップＳ１５０）。予め定められた時間が経過していない場合（ステップＳ１５０：ＮＯ）、制御部７００は、経過時間をカウントアップし、再びステップＳ１３０に戻る。一方、予め定められた時間が経過した場合（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、制御部７００は、予め定められた時間が経過するまでに、給電開始の要求が入力されなかったと判断して、掃気処理を実施して、燃料電池システム１００を停止させる（ステップＳ１６０）。
【００２９】
図４は、通常モードから外部給電モードへの移行を示すタイムチャートである。以下、このタイムチャートを用いて、図３に示した外部給電の開始処理をより具体的に説明する。外部給電システム５０の動作モードが通常モードにあるときに、外部給電装置６１０が給電ポート５２０に接続されると、制御部７００は、動作モードを通常モードから待機モードへ移行させる。このとき、制御部７００は、掃気処理を待機させた状態で燃料電池１１０の発電を停止させる。また、制御部７００は、走行用モータ３２０を停止させる（図３のステップＳ１２０参照）。これにより、待機モード中や外部給電モード中に、燃料電池車両１０が走行して外部給電装置６１０や外部負荷６２０を引き摺ることを防止できる。さらに、制御部７００は、ラジエータ４３２と、冷却ファン４３３とを駆動させ、燃料電池１１０の冷却水を放熱させることで、外部給電に先立って燃料電池１１０を冷却する事前冷却を実施させる（図３のステップＳ１２０参照）。これにより、燃料電池車両１０が停車して無風状態となる外部給電時の冷却性能を向上させることができる。
【００３０】
予め定められた時間が経過するまでに、外部給電装置６１０に設けられている給電器スイッチ６１１がオンにされた場合、制御部７００は、動作モードを待機モードから外部給電モードへ移行させる。このとき、制御部７００は、外部給電リレー５１０の溶着を防止するために、高電圧補機４００の運転を停止した後、外部給電リレー５１０を接続状態にする。制御部７００は、外部給電リレー５１０を接続状態にした後、高電圧補機４００の運転を再開させ、燃料電池１１０を発電可能な状態とする。これにより、外部給電システム５０は、給電ポート５２０に接続された外部給電装置６１０を介して、燃料電池１１０から外部負荷６２０に給電が可能な状態とされる。予め定められた時間が経過するまでに、外部給電装置６１０に設けられている給電器スイッチ６１１がオンにされなかった場合、制御部７００は、待機させていた燃料電池１１０の掃気処理を実施し、燃料電池システム１００を停止させる。尚、外部給電モードでは、燃料電池１１０ではなく、二次電池２１０から給電を行ってもよい。
【００３１】
以上で説明した本実施形態の外部給電システム５０によれば、待機モード中に、予め定められた時間が経過するまでに制御部７００に対して給電開始の要求が入力されなかった場合、燃料電池１１０の掃気処理を実施した上で燃料電池システム１００を停止させるため、燃料電池１１０内に水分が残留することを抑制できる。したがって、低温時に燃料電池１１０内の流路が凍結することを抑制できる。尚、通常モードから外部給電モードへの切替えが行われない場合や、外部給電モードに移行して外部給電が終了した場合において、燃料電池システム１００を停止させる際には、制御部７００は、掃気処理を行った上で燃料電池システム１００を停止させる。したがって、これらの場合についても、燃料電池１１０内に水分が残留することを抑制できる。
【００３２】
また、本実施形態では、制御部７００は、待機モード中に、掃気処理を待機させた状態で燃料電池１１０の発電を停止させるため、掃気処理を行った上で燃料電池１１０の発電を停止させる場合や、待機モード中に燃料電池１１０の発電状態を維持する場合に比べて、水素ガスの消費量を抑制できる。
【００３３】
本発明は、上述の実施形態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中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又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。
【符号の説明】
【００３４】
１０…燃料電池車両
２０…トランクルーム
３０…スタートスイッチ
５０…外部給電システム
１００…燃料電池システム
１１０…燃料電池
１１１…セル
１２０…燃料電池昇圧コンバータ
１３０…燃料電池リレー
２１０…二次電池
２２０…二次電池リレー
２３０…二次電池コンバータ
３１０…インバータ
３２０…走行用モータ
３３０…エアコンプレッサ
４００…高電圧補機
４０１…水素ポンプインバータ
４０２…冷却水ポンプインバータ
４１０…燃料ガス系統
４１１…水素タンク
４１２…水素ポンプ
４１３…燃料ガス配管
４２０…酸化ガス系統
４２１…酸化ガス配管
４３０…冷却水系統
４３１…冷却水ポンプ
４３２…ラジエータ
４３３…冷却ファン
４３４…冷却水配管
５１０…外部給電リレー
５２０…給電ポート
６１０…外部給電装置
６１１…給電器スイッチ
６２０…外部負荷
７００…制御部
【図１】
2019046679.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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