JP2015138760A - 電力出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数系統の燃料電池システムから高効率に外部給電可能な電力出力装置を提供する。
【解決手段】電飾出力装置１の複数系統の燃料電池システム１００、２００は、発生した電気エネルギを主機ＭＧ１４０、２４０に供給する燃料電池１１０、２１０を有し、系統毎に発電量を制御可能である。給電口４００は、複数系統の燃料電池システム１００、２００にて発電された電力を外部装置へ供給可能に構成される。電力加算部３００は、複数系統の燃料電池システム１００、２００から給電口４００は供給する電力を調整する。発電制御部５００は、複数系統の燃料電池システム１００、２００のシステム状態を取得し、システム状態に応じて複数系統の燃料電池システム１００、２００における発電比率を決定する。これにより、給電口を切り替えることなく、外部装置へ連続的に給電することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力出力装置に関する。

従来、燃料電池システムを搭載した車両が公知である。例えば特許文献１では、燃料電池と、キャパシタなどの蓄電器と、走行用インバータと、走行用モータと、補機インバータと、補機モータ等が１つのシステムとして構成されている。また、特許文献１では、車両の外部へ電力を供給する給電口が設けられる。

特開２００８−２８５１１３号公報

ところで、例えば燃料電池バスのように大きな駆動力を要する場合、燃料電池システムが２系統搭載されることがある。燃料電池システムが２系統搭載される場合、システム毎に給電口を設けると、一方の給電口から給電して燃料ガスである水素残量が少なくなった場合、一旦給電を止めて他方の給電口からの給電に切り替える必要がある。また、一方のシステムから連続的に電力を供給すると、一方のシステムの部品の過熱により発電量が不足する、あるいは、製品寿命に差がつく虞がある。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数系統の燃料電池システムから高効率に外部給電可能な電力出力装置を提供することにある。

本発明の電力出力装置は、複数系統の燃料電池システムと、給電部と、電力調整部と、制御部と、を備える。
燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応により電気エネルギを発生させ、発生したエネルギを負荷に供給する燃料電池を有する。複数系統の燃料電池システムは、系統毎に発電量を制御可能である。

給電部は、複数系統の燃料電池システムにて発電された電力を外部装置へ給電可能に構成される。
電力調整部は、複数系統の燃料電池システムから給電部へ供給する電力を調整する。
制御部は、複数系統の燃料電池システムのシステム状態を取得する取得手段、および、システム状態に応じて複数系統の燃料電池システムにおける発電比率を決定する発電比率決定手段を有する。

本発明では、複数系統の燃料電池システムから給電部へ供給される電力を調整する電力調整部を備え、１つの給電部から外部装置へ給電することができる。これにより、系統毎に給電部を設ける場合と比較し、全ての系統の燃料ガス残量が低下するまで、給電部を切り替えることなく、外部装置へ連続的に給電することができる。
また、制御部では、システム状態を監視し、システム状態に応じて発電比率を決定するので、複数系統の燃料電池システムのシステム状態を均等化することができる。

本発明の第１実施形態の電力出力装置の構成を示すシステム図である。 本発明の第１実施形態の発電制御処理を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施形態の発電制御処理を説明するフローチャートである。 本発明の第３実施形態の発電制御処理を説明するフローチャートである。 本発明の第４実施形態の電力出力装置の構成を示すシステム図である。 本発明の第４実施形態の発電制御処理を説明するフローチャートである。

以下、本発明による電力出力装置を図面に基づいて説明する。なお、以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による電力出力装置を図１および図２に示す。
本形態の電力出力装置１は、２系統の燃料電池システム１００、２００、電力調整部としての電力加算部３００、給電部としての給電口４００、および、制御部としての発電制御部５００を備え、例えば燃料電池バス等である燃料電池車両５に搭載される。以下、第１燃料電池システム１００を構成する各構成要素に１００番台を付番し、第２燃料電池システム２００を構成する各構成要素に２００番台を付番する。下２ケタの付番が同じ構成要素は、特段の説明がない限り、第１燃料電池システム１００と第２燃料電池システム２００とで実質的に同様であるものとし、以下、第１燃料電池システム１００を中心に説明する。

第１燃料電池システム１００は、燃料電池１１０、蓄電部１２０、昇圧コンバータ１３０、昇降圧コンバータ１３５、主機モータジェネレータ（以下、「モータジェネレータ」を「ＭＧ」と記す。）１４０、主機インバータ１４５等を備える。

燃料電池１１０は、水素と空気中の酸素との電気化学反応により発電するセルが積層される燃料電池スタックにより構成される。

水素タンク１１１には、燃料ガスとしての水素が高圧で充填される。水素タンク１１１に充填された水素は、シャットバルブ１１２およびレギュレータ１１３を経由して、燃料電池１１０へ供給される。水素タンク１１１には、水素タンク１１１内の水素の残圧を検出するための残圧センサ１１４が設けられる。残圧センサ１１４の残圧値Ｐ１は、水素タンク１１１の水素の残量に係る情報として発電制御部５００へ出力される。

また、燃料電池１１０には、エアコンプレッサ１１５を経由し、酸化剤ガスとしての空気が供給される。また、未反応の水素を燃料電池１１０に再供給するための図示しない水素循環路には、水素ポンプ１１６が設けられる。
本形態では、エアコンプレッサ１１５および水素ポンプ１１６がアクチュエータ１１７を構成する。エアコンプレッサ１１５および水素ポンプ１１６の回転数および運転時間は、アクチュエータ１１７の運転負荷に係る情報として発電制御部５００へ出力される。

燃料電池１１０で発電された電力は、昇圧コンバータ１３０および主機インバータ１４５を経由し、主機ＭＧ１４０に供給される。また、燃料電池１１０で発電された電力は、昇圧コンバータ１３０および昇降圧コンバータ１３５を経由し、蓄電部１２０に充電可能に構成される。

蓄電部１２０は、二次電池により充放電可能に構成される。蓄電部１２０は、二次電池に限らず、例えば電気二重層キャパシタ等を用いてもよい。蓄電部１２０の電力は、昇降圧コンバータ１３５および主機インバータ１４５を経由し、主機ＭＧ１４０に供給される。また、蓄電部１２０は、燃料電池１１０により発電された電力、および、主機ＭＧ１４０の回生制動により生じた電力により充電される。

昇圧コンバータ１３０は、燃料電池１１０と主機インバータ１４５との間に接続され、燃料電池１１０にて発電された電力を所定の電圧に昇圧する。
昇降圧コンバータ１３５は、昇圧コンバータ１３０と主機インバータ１４５とを接続する接続ライン１３７と蓄電部１２０との間に接続される。

昇降圧コンバータ１３５は、燃料電池車両５の走行状況や燃料電池１１０の発電量、蓄電部１２０のＳＯＣ（State of Charge）等に応じ、蓄電部１２０側の電圧が接続ライン１３７側の電圧より高くなるようにし、蓄電部１２０側から接続ライン１３７側へ電力を供給可能にする。また、昇降圧コンバータ１３５は、燃料電池車両５の走行状況や燃料電池１１０の発電量、蓄電部１２０のＳＯＣ等に応じ、蓄電部１２０側の電圧が接続ライン１３７側の電圧より低くなるようにし、燃料電池１１０により発電された電力および主機ＭＧ１４０の回生制動により発電された電力を蓄電部１２０側へ供給可能にする。このように昇降圧コンバータ１３５の電圧を制御することにより、蓄電部１２０の充放電を切り替える。

昇圧コンバータ１３０には、ＩＧＢＴ素子、リアクトル、および、平滑コンデンサ等の通電により発熱する部品が用いられる。温度センサ１３１は、ＩＧＢＴ素子温度、リアクトル温度、および、平滑コンデンサ温度等の少なくとも１つを昇圧コンバータ１３０の温度Ｔ１１として検出する。検出された昇圧コンバータ１３０の温度Ｔ１１は、昇圧コンバータ１３０の発熱量に係る情報として、発電制御部５００へ出力される。

同様に、昇降圧コンバータ１３５は、ＩＧＢＴ素子、リアクトル、および、平滑コンデンサ等の通電により発熱する部品が用いられる。温度センサ１３６は、ＩＧＢＴ素子温度、リアクトル温度、および、平滑コンデンサ温度等の少なくとも１つを昇降圧コンバータ１３５の温度Ｔ１２として検出する。検出された昇降圧コンバータ１３５の温度Ｔ１２は、昇降圧コンバータ１３５の発熱量に係る情報として、発電制御部５００へ出力される。

主機ＭＧ１４０は、主機インバータ１４５を経由し、燃料電池１１０および蓄電部１２０から電力が供給され、電動機として機能する。また、主機ＭＧ１４０は、燃料電池車両５の回生制動により発電する発電機として機能し、発電された電力は、主機インバータ１４５および昇降圧コンバータ１３５を経由して蓄電部１２０へ供給される。
第１燃料電池システム１００の主機ＭＧ１４０の出力軸１４１、および、第２燃料電池システム２００の主機ＭＧ２４０の出力軸２４１は、ギア１９によって接続され、車軸１３を介して車輪１４を駆動する。

主機インバータ１４５は、燃料電池１１０および蓄電部１２０から供給される直流電力を交流電力に変換し、主機ＭＧ１４０へ供給する。また、回生制動にて主機ＭＧ１４０にて発電された交流電力を直流電力に変換し、蓄電部１２０へ供給する。

以上が第１燃料電池システム１００に係る構成であり、第２燃料電池システム２００も同様の構成を備えている。
また、第２燃料電池システム２００の蓄電部２２０と昇降圧コンバータ２３５との間には、車両補機６００が接続される。車両補機６００は、ＤＣＤＣコンバータ６０１、空調用エアコン６０２、ブレーキ用アクチュエータ６０３、および、パワステ用アクチュエータ６０４等を有し、これらの駆動に第２燃料電池システム２００の電力が用いられる。

本形態では、水素タンク１１１、２１１が「燃料タンク」に対応し、残圧センサ１１４の残圧値Ｐ１および残圧センサ２１４の残圧値Ｐ２が「燃料ガスの残量」に対応する。
昇圧コンバータ１３０、２３０および昇降圧コンバータ１３５、２３５が「発熱部品」に対応し、温度センサ１３１、１３６、２３１、２３６により検出される温度Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ２１、Ｔ２２が、「発熱部品の発熱量」に対応する。
また、主機ＭＧ１４０、２４０、および、車両補機６００が、「負荷」に対応する。

電力加算部３００は、第１燃料電池システム１００の蓄電部１２０と昇降圧コンバータ１３５との間から、燃料電池１１０にて発電された電力が供給可能に構成される。また、電力加算部３００は、第２燃料電池システム２００の蓄電部２２０と昇降圧コンバータ２３５との間から、燃料電池２１０にて発電された電力が供給可能に構成される。これにより、電力加算部３００には、燃料電池１１０、２１０にて発電された電力が供給される。電力加算部３００に供給される燃料電池１１０、２１０にて発電された電力は、足し合わされて給電口４００へ供給される。

給電口４００は、電力加算部３００と接続され、燃料電池１１０、２１０にて発電された電力を図示しない外部装置へ供給可能に構成される。給電口４００は、外部装置へ電力を供給するための図示しない給電コネクタを挿抜可能に構成される。
本形態では、２系統の燃料電池システム１００、２００に対し、１つの給電口４００が設けられる。

発電制御部５００は、マイクロコンピュータ等により構成され、内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、および、これらを接続するバスライン等を備え、予め記憶されたプログラムをＣＰＵにより実行するソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理によって制御を実行する。本形態では、発電制御部５００は、第１燃料電池システム１００および第２燃料電池システム２００のシステム状態を監視し、システム状態に基づき、燃料電池１１０、２１０の発電比率を決定する。
本形態では、システム状態として、残圧センサ１１４により検出される水素タンク１１１の残圧値Ｐ１、および、残圧センサ２１４により検出される水素タンク２１１の残圧値Ｐ２を監視する。

ここで、発電制御部５００における発電制御処理を図２に示すフローチャートに基づいて説明する。発電制御処理は、給電口４００から外部装置へ外部給電中に、所定の間隔にて実行される。すなわち、例えば、給電口４００に給電コネクタが接続されているときや、給電開始スイッチがオンされているときに実行される。

最初のステップＳ１０１（以下、「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」で示す。）では、燃料電池１１０、２１０が発電中か否かを判断する。燃料電池１１０、２１０が発電中ではないと判断された場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、以下の処理を行わない。燃料電池１１０、２１０が発電中であると判断された場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、Ｓ１０２へ移行する。
Ｓ１０２では、残圧センサ１１４により検出される水素タンク１１１の残圧値Ｐ１、および、残圧センサ１１４により検出される水素タンク２１１の残圧値Ｐ２を取得する。

Ｓ１０３では、水素タンク１１１の残圧値Ｐ１が水素タンク２１１の残圧値Ｐ２より大きいか否かを判断する。水素タンク１１１の残圧値Ｐ１が水素タンク２１１の残圧値Ｐ２より大きいと判断された場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、Ｓ１０４へ移行する。水素タンク１１１の残圧値Ｐ１が水素タンク２１１の残圧値Ｐ２以下であると判断された場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、Ｓ１０５へ移行する。

Ｓ１０４では、燃料電池１１０の目標出力値Ｅ１を増加させ、燃料電池２１０の目標出力値Ｅ２を減少させる。
Ｓ１０５では、燃料電池１１０の目標出力値Ｅ１を減少させ、燃料電池２１０の目標出力値Ｅ２を増加させる。

燃料電池１１０の目標出力値Ｅ１、および、燃料電池２１０の目標出力値Ｅ２は、例えば、外部装置の要求に応じて決定される総電力出力値Ｅａ、および、水素タンク１１１の残圧値Ｐ１と水素タンク２１１の残圧値Ｐ２との比に基づき、式（１）、（２）にて決定される。
Ｅ１＝Ｅａ×Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２） ・・・（１）
Ｅ２＝Ｅａ×Ｐ２／（Ｐ１＋Ｐ２） ・・・（２）

Ｓ１０４またはＳ１０５に続いて移行するＳ１０６では、昇圧コンバータ１３０、２３０からの出力を開始する。昇圧コンバータ１３０、２３０から出力中であれば、出力を継続する。
これにより、水素タンク１１１、２１１の残量が多い系統の発電量を大きくすることにより、第１燃料電池システム１００と第２燃料電池システムとで水素残量が均等化される。

以上詳述したように、本形態の電力出力装置１は、複数系統の燃料電池システム１００、２００と、給電口４００と、電力加算部３００と、発電制御部５００と、を備える。
燃料電池システム１００は、水素と酸素との化学反応により電気エネルギを発生させ、発生した電気エネルギを主機ＭＧ１４０に供給する燃料電池１１０を有する。燃料電池システム２００は、水素と酸素との化学反応により電気エネルギを発生させ、発生した電気エネルギを主機ＭＧ２４０および車両補機６００に供給する燃料電池２１０を有する。複数系統の燃料電池システム１００、２００は、系統毎に発電量を制御可能である。

給電口４００は、複数系統の燃料電池システム１００、２００にて発電された電力を外部装置へ供給可能に構成される。
電力加算部３００は、複数系統の燃料電池システム１００、２００から給電口４００へ供給する電力を調整する。
発電制御部５００は、複数系統の燃料電池システム１００、２００のシステム状態を取得し（図２中のＳ１０２）、システム状態に応じて複数系統の燃料電池システム１００、２００における発電比率を決定する（Ｓ１０４、Ｓ１０５）。

本形態では、複数系統の燃料電池システム１００、２００から給電口４００へ供給される電力を調整する電力加算部３００を備え、１つの給電口４００から外部装置へ給電することができる。これにより、系統毎に給電口を設ける場合と比較し、全ての系統の水素残量が低下するまで、給電口を切り替えることなく、外部装置へ連続的に給電することができる。

また、本形態では、第２燃料電池システム２００側から車両補機６００に電力が供給されるといった具合に、複数系統の燃料電池システム１００、２００間でシステム状態に偏りがある場合がある。本形態の発電制御部５００では、システム状態を監視し、システム状態に応じて発電比率を決定するので、複数系統の燃料電池システム１００、２００のシステム状態を均等化することができる。

本形態では、発電制御部５００は、システム状態として、水素が貯留されている水素タンク１１１、２１１内の水素残量を取得する（Ｓ１０２）。また、発電制御部５００は、水素残量に応じて発電比率を決定する（Ｓ１０４、Ｓ１０５）。これにより、水素タンク１１１、２１１内の水素残量を均等化することができる。また、水素タンク１１１、２１１内の水素残量が均等化されるので、外部給電モードから通常走行モードに戻ったとき、例えば一方の系統が水素欠になることによる走行性能の低下を防ぐことができる。

電力加算部３００は、複数系統の燃料電池システムにおける発電電力を足し合わせる。これにより、一方の系統の燃料電池システム１００、２００における発電量を、外部装置の要求に応じた総電力出力値Ｅａよりも小さくすることができるので、一方の系統の燃料電池システム１００、２００にて総電力出力値Ｅａを発電する場合と比較し、部品の過熱を防ぐことができるとともに、耐久寿命を延長することができる。
本形態では、図２中のＳ１０２が「取得手段」の機能としての処理に対応し、Ｓ１０３、Ｓ１０４が「発電比率決定手段」の機能としての処理に対応する。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による電力出力装置は、発電制御部５００における発電制御処理が第１実施形態と異なっているので、この点を中心に説明する。
本形態では、システム状態として、温度センサ１３１により検出される昇圧コンバータ１３０の温度Ｔ１１、温度センサ１３６により検出される昇降圧コンバータ１３５の温度Ｔ１２、温度センサ２３１により検出される昇圧コンバータ２３０の電子部品の温度Ｔ２１、および、温度センサ２３６により検出される昇降圧コンバータ２３５の電子部品の温度Ｔ２２を発熱量に係る情報として取得し、監視する。

ここで、本形態の発電制御処理を図３に示すフローチャートに基づいて説明する。
Ｓ２０１は、図２中のＳ１０１と同様である。
Ｓ２０２では、温度センサ１３１により検出される昇圧コンバータ１３０の温度Ｔ１１、温度センサ１３６により検出される昇降圧コンバータ１３５の温度Ｔ１２、温度センサ２３１により検出される昇圧コンバータ２３０の温度Ｔ２１、および、温度センサ２３６により検出される昇降圧コンバータ２３５の温度Ｔ２２を取得する。

Ｓ２０３では、第１燃料電池システム１００の電子部品の温度Ｔ１と第２燃料電池システム２００の電子部品の温度Ｔ２とを比較し、第２燃料電池システム２００の温度Ｔ２が、第１燃料電池システム１００の温度Ｔ１よりも高いか否かを判断する。
第１燃料電池システム１００の温度Ｔ１は、例えば昇圧コンバータ１３０の温度Ｔ１１および昇降圧コンバータ１３５の温度Ｔ１２のうち高い方としてもよいし、平均値としてもよい。第２燃料電池システム２００の電子部品の温度Ｔ２も同様に、例えば昇圧コンバータ２３０の温度Ｔ２１および昇降圧コンバータ２３５の温度Ｔ２２のうちの高い方としてもよいし、平均値としてもよい。

第２燃料電池システム２００の温度Ｔ２が第１燃料電池システム１００の温度Ｔ１より高いと判断された場合（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、Ｓ２０４へ移行する。第２燃料電池システム２００の温度Ｔ２が第１燃料電池システム１００の温度Ｔ１以下であると判断された場合（Ｓ２０３：ＮＯ）、Ｓ２０５へ移行する。
Ｓ２０４〜Ｓ２０６は、図２中のＳ１０４〜Ｓ１０６と同様である。すなわち本形態では、部品温度が高い、すなわち発熱量が大きい系統の燃料電池システムの目標出力値を減少させる。

本形態では、発電制御部５００は、システム状態として、燃料電池システム１００、２００を構成する昇圧コンバータ１３０、２３０、および、昇降圧コンバータ１３５、２３５の温度Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ２１、Ｔ２２を発熱量として取得する。また、発電制御部５００は、昇圧コンバータ１３０、２３０、および、昇降圧コンバータ１３５、２３５の温度Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ２１、Ｔ２２に応じて発電比率を決定する。
これにより、外部給電モードにて長時間連続給電する場合、発熱量が大きい系統の発電量を小さくすることにより、発熱部品の過熱による電力制限を避けることができる。
また、上記形態と同様の効果を奏する。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による電力出力装置は、発電制御部５００における発電制御処理が第１実施形態と異なっているので、この点を中心に説明する。
本形態では、システム状態として、第１燃料電池システム１００のアクチュエータ１１７の運転負荷Ｌ１、および、第２燃料電池システム２００のアクチュエータ２１７の運転負荷Ｌ２を取得し、監視する。

アクチュエータ１１７の運転負荷Ｌ１は、例えば、エアコンプレッサ１１５の回転数に連続運転時間を乗じた値であるエアコンプレッサ負荷ＬＡ１とすることができる。また例えば、アクチュエータ１１７の運転負荷Ｌ１は、水素ポンプ１１６の回転数に連続運転時間を乗じた値である水素ポンプ負荷ＬＨ１とすることができる。また、アクチュエータ１１７の運転負荷Ｌ１は、エアコンプレッサ負荷ＬＡ１と水素ポンプ負荷ＬＨ１との和でもよいし、エアコンプレッサ負荷ＬＡ１または水素ポンプ負荷ＬＨ１のうち大きい方の値としてもよい。なお、エアコンプレッサ負荷ＬＡ１および水素ポンプ負荷ＬＨ１の加算または比較する場合は、適宜係数を乗じてもよい。

同様に、アクチュエータ２１７の運転負荷Ｌ２は、例えば、エアコンプレッサ２１５の回転数に連続運転時間を乗じた値であるエアコンプレッサ負荷ＬＡ２、水素ポンプ２１６の回転数に連続運転時間を乗じた値である水素ポンプ負荷ＬＨ２、エアコンプレッサ負荷ＬＡ２および水素ポンプ負荷ＬＨ２の加算値または大きい方の値等とすることができる。なお、エアコンプレッサ負荷ＬＡ２および水素ポンプ負荷ＬＨ２の加算または比較する場合は、適宜係数を乗じてもよい。
運転負荷Ｌ１、Ｌ２は、発電制御部５００内にて演算し内部的に取得するように構成してもよいし、別の制御部にて演算した演算結果を発電制御部５００が取得するように構成してもよい。

ここで、本形態の発電制御処理を図４に示すフローチャートに基づいて説明する。
Ｓ３０１は、図２中のＳ１０１と同様である。
Ｓ３０２では、アクチュエータ１１７の運転負荷Ｌ１、および、アクチュエータ２１７の運転負荷Ｌ２を取得する。

Ｓ３０３では、第１燃料電池システム１００の運転負荷Ｌ１と、第２燃料電池システム２００の運転負荷Ｌ２とを比較し、第２燃料電池システム２００の運転負荷Ｌ２が、第１燃料電池システム１００の運転負荷Ｌ１より大きいか否かを判断する。第２燃料電池システム２００の運転負荷Ｌ２が第１燃料電池システム１００の運転負荷Ｌ１より大きいと判断された場合（Ｓ３０３：ＹＥＳ）、Ｓ３０４へ移行する。第２燃料電池システム２００の運転負荷Ｌ２が第１燃料電池システム１００の運転負荷Ｌ１以下であると判断された場合（Ｓ３０３：ＮＯ）、Ｓ３０５へ移行する。
Ｓ３０４〜Ｓ３０５は、図２中のＳ１０４〜Ｓ１０６と同様である。すなわち本形態では、運転負荷が大きい系統の燃料電池システムの目標出力を減少させる。

本形態では、発電制御部５００は、燃料電池システム１００、２００を構成するエアコンプレッサ１１５、２１５、および、水素ポンプ１１６、２１６の運転負荷Ｌ１、Ｌ２を取得する。また、発電制御部５００は、運転負荷Ｌ１、Ｌ２に応じて発電比率を決定する。
これにより、運転負荷Ｌ１、Ｌ２が均等化されるので、アクチュエータ１１７を構成するエアコンプレッサ１１５および水素ポンプ１１６、および、アクチュエータ２１７を構成するエアコンプレッサ２１５および水素ポンプ２１６を長寿命化することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による電力出力装置を図５に示す。
図５に示すように、本形態の電力出力装置２は、第１実施形態の電力加算部３００に替えて、電力調整部としての電力選択部３０１となっている点が異なっている。
電力選択部３０１は、例えばリレー等であって、給電口４００に供給される電力を、第１燃料電池システム１００にて発電された電力とするか、第２燃料電池システム２００にて発電された電力とするか、を切り替え可能に構成される。すなわち、本形態では、給電口４００には、第１燃料電池システム１００にて発電された電力、または、第２燃料電池システム２００にて発電された電力のいずれか一方が供給される。電力選択部３０１の切り替えは、発電制御部５００により制御される。なお、図５中においては、発電制御部５００から電力選択部３０１への制御線は省略した。

発電制御部５００は、第１燃料電池システム１００にて発電された電力、または、第２燃料電池システム２００にて発電された電力が給電口４００へ供給されるように、電力選択部３０１を制御する。また、発電制御部５００は、システム状態に基づき、第１燃料電池システム１００または第２燃料電池システム２００の一方を総電力出力値Ｅａとし、他方をゼロとする。このような場合も、「発電制御部５００が各系統の燃料電池システム１００、２００における発電比率を決定する」という概念に含まれるものとする。

ここで、発電制御部５００における発電制御処理を図６に示すフローチャートに基づいて説明する。図６に示す例では、システム状態として水素タンク１１１、２１１の残量を監視するものとする。
Ｓ４０１〜Ｓ４０３は、図２中のＳ１０１〜１０３と同様である。

水素タンク１１１の残圧値Ｐ１が水素タンク２１１の残圧値Ｐ２より大きいと判断された場合（Ｓ４０３：ＹＥＳ）に移行するＳ４０４では、燃料電池１１０の目標出力値Ｅ１を、外部装置の要求に応じて決定される総電力出力値Ｅａとし、燃料電池２１０の目標出力値Ｅ２をゼロとする。また、第１燃料電池システム１００から給電口４００へ電力が供給されるように、電力選択部３０１を制御する。

水素タンク１１１の残圧値Ｐ１が水素タンク２１１の残圧値Ｐ２以下であると判断された場合（Ｓ４０３：ＮＯ）に移行するＳ４０５では、燃料電池１１０の目標出力値Ｅ１をゼロとし、燃料電池２１０の目標出力値Ｅ２を総電力出力値Ｅａとする。また、第２燃料電池システム２００から給電口４００へ電力が供給されるように、電力選択部３０１を制御する。
Ｓ４０６は、図２中のＳ１０６と同様である。

なお、外部装置へ給電する系統が頻繁に切り替わることを避けるため、例えば、外部装置へ給電する系統が第１燃料電池システム１００または第２燃料電池システム２００の一方から他方へ切り替えられた場合、所定期間は切り替えられた系統からの給電を継続するように構成してもよい。

ここで、第２実施形態のように、システム状態として昇圧コンバータ１３０、２３０および昇降圧コンバータ１３５、２３５の温度Ｔ１、Ｔ２を監視する場合、Ｓ４０２およびＳ４０３に替えて、図３中のＳ２０２およびＳ２０３とし、部品温度が低い系統の目標出力値を総電力出力値Ｅａ、部品温度が高い系統の目標出力値をゼロとし、部品温度が低い系統から電力が供給されるように電力選択部３０１を制御してもよい。

また、第３実施形態のように、システム状態としてアクチュエータ１１７、２１７の運転負荷を監視する場合、Ｓ４０２およびＳ４０３に替えて、図４中のＳ３０２およびＳ３０３とし、運転負荷が小さい系統の目標出力値を総電力出力値Ｅａ、運転負荷が大きい系統の目標出力値をゼロとし、運転負荷が小さい系統から電力が供給されるように電力選択部３０１を制御してもよい。

本形態では、電力選択部３０１は、給電口４００へ電力を供給する燃料電池システム１００、２００を切り替える。電力選択部３０１は、例えばリレー等にて構成可能であるので、構成を簡素化することができ、装置の小型化、軽量化が可能になる。

（他の実施形態）
第１実施形態では、燃料ガスの残量に応じて発電比率を決定し、第２実施形態では、発熱部品の発熱量に応じて発電比率を決定し、第３実施形態では、アクチュエータの運転負荷に応じて発電比率を決定する。他の形態では、例えば、燃料ガスの残量に応じて発電比率を仮決定し、発熱部品の発熱量やアクチュエータの運転負荷に応じて発電比率を調整する、といった具合に、燃料ガスの残量、発熱部品の発熱量、および、アクチュエータの運転負荷のうちの複数を組み合わせて発電比率を決定してもよい。また、他のパラメータを加味して発電比率を決定してもよい。

また、発電比率の決定に用いないパラメータに関する情報は、取得しなくてもよい。
上記形態では、燃料ガスの残量、発熱部品の発熱量、および、アクチュエータの運転負荷は、センサ等から発電制御部が取得する。他の形態では、例えば上位ＥＣＵ等の他の制御部から発電制御部がこれらの情報を通信等にて取得するように構成してもよい。

上記形態では、アクチュエータは、エアコンプレッサおよび水素ポンプから構成される。他の形態では、燃料電池システムを構成する他の機器類としてもよい。
上記形態では、発熱部品は、昇圧コンバータおよび昇降圧コンバータから構成される。他の形態では、発熱部品は、昇圧コンバータおよび昇降圧コンバータ以外の通電により発電する素子を含む電子部品としてもよい。また、他の形態では、主機ＭＧに供給する電圧を昇圧する必要がなければ、昇圧コンバータを省略してもよい。

上記形態では、第２燃料電池システムから車両補機へ電力が供給される。他の形態では、第１燃料電池システムから車両補機へ電力を供給するように構成してもよい。また、例えばＤＣＤＣコンバータおよび空調用エアコンへは第１燃料電池システムから電力を供給し、ブレーキ用アクチュエータおよびパワステ用アクチュエータへは第２燃料電池システムから電力を供給する、といった具合に、車両補機に電力を供給する燃料電池システムを、第１燃料電池システムおよび第２燃料電池システムにて適宜分散させてもよい。

上記形態では、昇圧コンバータと蓄電部との間から、電力調整部および給電口を経由し、外部装置へ電力が供給される。他の形態では、燃料電池にて発電された電力を供給可能ないずれの箇所から外部装置へ電力が供給されるように構成してもよい。
上記形態では、燃料電池システムは２系統である。他の実施形態では、燃料電池システムは、３系統以上でもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１、２・・・電力出力装置
１００、２００・・・燃料電池システム
１１０、２１０・・・燃料電池
１４０、２４０・・・主機ＭＧ（負荷）
３００・・・電力加算部（電力調整部）
３０１・・・電力選択部（電力調整部）
４００・・・給電口（給電部）
５００・・・発電制御部（制御部）
６００・・・車両補機（負荷）

Claims (6)

1. 燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応により電気エネルギを発生させ、発生したエネルギを負荷（１４０、２４０、６００）に供給する燃料電池（１１０、２１０）を有し、系統毎に発電量を制御可能な複数系統の燃料電池システム（１００、２００）と、
   前記複数系統の燃料電池システムにて発電された電力を外部装置へ供給可能に構成される給電部（４００）と、
   前記複数系統の燃料電池システムから前記給電部へ供給する電力を調整する電力調整部（３００、３０１）と、
   前記複数系統の燃料電池システムのシステム状態を取得する取得手段、および、前記システム状態に応じて前記複数系統の燃料電池システムにおける発電比率を決定する発電比率決定手段を有する制御部（５００）と、
   を備えることを特徴とする電力出力装置（１、２）。
2. 前記取得手段は、前記システム状態として、前記燃料ガスが貯留される燃料タンク（１１１、２１１）内の前記燃料ガスの残量を取得し、
   前記発電比率決定手段は、前記燃料ガスの残量に応じて前記発電比率を決定することを特徴とする請求項１に記載の電力出力装置。
3. 前記取得手段は、前記システム状態として、前記燃料電池システムを構成する発熱部品（１３０、１３５、２３０、２３５）の発熱量を取得し、
   前記発電比率決定手段は、前記発熱部品の発熱量に応じて前記発電比率を決定することを特徴とする請求項１または２に記載の電力出力装置。
4. 前記取得手段は、前記燃料電池システムを構成するアクチュエータ（１１５、１１６、２１５、２１６）の運転負荷を取得し、
   前記発電比率決定手段は、前記運転負荷に応じて前記発電比率を決定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力出力装置。
5. 前記電力調整部は、前記複数系統の燃料電池システムにおける発電電力を足し合わせる電力加算部（３００）であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力出力装置（１）。
6. 前記電力調整部は、前記給電部へ電力を供給する前記燃料電池システムを切り替える電力選択部（３０１）であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力出力装置（２）。

Images