JP5550668B2 - 電力供給システム - Google Patents
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Description
このように、走行前と給電前では、プリチャージ抵抗に流れる電流量とプリチャージ完了までの時間が異なる。従って、給電可能な車両と、給電不可能な車両において、プリチャージ抵抗の抵抗値やプリチャージの制御方法を変更しなければならず、その分のコストがかかる問題があった。
請求項1に係る発明は、車両に搭載され、電力を供給する電源(例えば、実施形態の燃料電池101、高圧バッテリ110)と、前記電源から供給される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、前記走行モータと前記電源とを含むメイン回路(例えば、実施形態のメイン回路500)と、前記電源の電極端子に設けられる第1電源側接触器(例えば、実施形態のバッテリコンタクタ113H)および第2電源側接触器(例えば、実施形態のバッテリコンタクタ113L)と、前記第1電源側接触器をバイパスする電源側抵抗回路(例えば、実施形態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、前記電源から供給される電力を、前記車両とは別体に用意される外部負荷(例えば、実施形態の外部負荷300)に供給する外部給電回路(例えば、実施形態の外部給電回路600)内に設けられ、前記メイン回路と前記外部負荷とを接続する第1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)および第2外部給電側接触器(例えば、実施形態の給電用コンタクタ119L)と、前記第1外部給電側接触器をバイパスする外部給電側抵抗回路(例えば、実施形態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、予め決められた給電条件に基づいて、前記電源から前記外部負荷への給電を制御する制御装置(例えば、実施形態のECU120と外部給電側制御装置201)とを備え、前記制御装置は、前記電源から前記外部負荷へ給電する場合、前記第1電源側接触器、前記第1外部給電側接触器、前記第2外部給電側接触器および前記外部給電側抵抗回路を遮断した状態で、前記第2電源側接触器および前記電源側抵抗回路を接続し、前記メイン回路内のコンデンサ(例えば、実施形態の平滑コンデンサ135)へ前記電源からの電力の充電を実行し、この充電後に前記第1電源側接触器を接続する第1プリチャージ制御と、前記第1プリチャージ制御の後に、前記第1外部給電側接触器を遮断した状態で、前記第2外部給電側接触器および前記外部給電側抵抗回路を接続し、前記外部給電回路内のコンデンサ(例えば、実施形態の平滑コンデンサ206)へ前記電源からの電力の充電を実行し、この充電後に前記第1外部給電側接触器を接続する第2プリチャージ制御と、を実行する電力供給システムである。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
図3に示す通り、電力供給システム1は、制御装置400と、メイン回路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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
なお、図8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8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。
ECU120は、外部給電が要求されているか否かを判定する。例えば、イグニッションキーがイグニッションONの位置に位置されている状態で、パワースイッチが押下された場合、ECU120は、嵌合信号が外部給電側制御装置201から入力されていれば、外部給電が要求されていると判定する。
(ステップST52)
外部給電が要求されていると判定した場合、ECU120は、バッテリコンタクタ113の接続が完了しているか否かを判定する。例えば、ECU120は、内蔵する記憶領域を参照して、バッテリコンタクタ113の接続が完了しているか否かを示すフラグ(F_BATCONE)が「1」であるか否かを判定する。F_BATCONE=1である場合、ECU120は、バッテリコンタクタ113Hの接続が完了していると判定する。
バッテリコンタクタ113の接続が完了していると判定した場合、ECU120は、給電用コンタクタ119の接続が完了しているか否かを判定する。例えば、ECU120は、内蔵する記憶領域を参照して、給電用コンタクタ119の接続が完了していることを示すフラグ(F_OUTCONE)が「1」であるか否かを判定する。F_OUTCONE=1である場合、ECU120は、給電用コンタクタ119の接続が完了していると判定する。
(ステップST54)
給電用コンタクタ119の接続が完了していると判定した場合、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インバータ出力許可信号を出力する。
なお、ステップST52において、F_BATCONE=0である場合、ECU120は、バッテリコンタクタ113の接続が完了していないと判定する。この場合、ECU120は、バッテリコンタクタ113の接続を実行する。なお、このバッテリコンタクタ113の接続の方法については、後述する。
そして、バッテリコンタクタ113の接続が完了した場合、ECU120は、内蔵する記憶領域に、F_BATCONE=1を書き込む。
なお、バッテリコンタクタ113が接続された場合、エアポンプ104に電力が供給され、ECU120が、燃料電池101を発電させる。
(ステップST56)
次いで、ECU120は、F_BATCONE=1であるか、つまり、バッテリコンタクタ113の接続が完了しているか否かを判定する。
F_BATCONE=1である場合、ステップST53に移行する。
(ステップST57)
一方、F_BATCONE=0である場合、つまり、バッテリコンタクタ113の接続が完了していない場合、ECU120は、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ことなく、処理を終了する。
また、ステップST53において、F_OUTCONE=0である場合、ECU120は、給電用コンタクタ119の接続が完了していないと判定する。この場合、ECU120は、給電用コンタクタ119の接続を実行する。なお、この給電用コンタクタ119の接続の方法については、後述する。
そして、給電用コンタクタ119の接続が完了した場合、ECU120は、内蔵する記憶領域に、F_OUTCONE=1を書き込む。
(ステップST59)
次いで、ECU120は、F_OUTCONE=1であるか、つまり、給電用コンタクタ119の接続が完了しているか否かを判定する。
F_OUTCONE=1である場合、ステップST54に移行する。
(ステップST60)
F_OUTCONE=0である場合、つまり、給電用コンタクタ119の接続が完了していない場合、ECU120は、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ことなく、処理を終了する。
さらに、ステップST51において、外部給電が要求されていないと判定した場合、ECU120は、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ことなく、処理を終了する。
(タイミングT301)
例えば、イグニッションキーがイグニッションONの位置に位置されている状態で、パワースイッチが押下され、嵌合信号が外部給電側制御装置201からECU120に入力されたとする。これにより、ECU120は、外部給電が要求されたと判定する。
(タイミングT302)
そして、ECU120は、プリチャージコンタクタ113Pとバッテリコンタクタ113Lを接続するコマンドをそれぞれに出力する。このとき、バッテリコンタクタ113Hは接続させない。これにより、プリチャージコンタクタ113Pとバッテリコンタクタ113Lとが接続され、高圧バッテリ110からの電力が、プリチャージコンタクタ113Pとプリチャージ抵抗器113Rからなる電源側抵抗回路と、バッテリコンタクタ113Lとを流れる。つまり、メイン回路500内の平滑コンデンサ135に高圧バッテリ110からの電力(あるいは、燃料電池101による発電電力を含むものであってもよい)が充電される。この制御を、以下、第1プリチャージ制御という。なお、この第1プリチャージ制御は、通常の走行のための起動時を実行されるプリチャージ制御と同様の制御である。
次いで、ECU120は、例えば、電圧計125が計測した電圧値に基づき、プリチャージが完了したか否かを判定する。プリチャージが完了したと判定した場合、ECU120は、プリチャージコンタクタ113Pの接続を遮断(切断)するコマンドを出力するとともに、バッテリコンタクタ113Hを接続するコマンドを出力する。これにより、プリチャージコンタクタ113Pの接続が遮断され、バッテリコンタクタ113Hが接続される。よって、バッテリコンタクタ113H、113Lが接続され、高圧バッテリ110からの電力がメイン回路500に供給される。これにより、燃料電池自動車100が起動する。例えば、ECU120は、燃料電池101を発電させる。
そして、ECU120は、プリチャージコンタクタ119Pと給電用コンタクタ119Hを接続するコマンドをそれぞれに出力する。このとき、給電用コンタクタ119Hは接続させない。これにより、プリチャージコンタクタ119Pと給電用コンタクタ119Lとが接続され、高圧バッテリ110からの電力が、プリチャージコンタクタ119Pとプリチャージ抵抗器119Rからなる外部給電側抵抗回路と、給電用コンタクタ119Lとを流れる。つまり、外部給電回路600内の平滑コンデンサ206に高圧バッテリ110からの電力(あるいは、燃料電池101による発電電力を含むものであってもよい)が充電される。この制御を、以下、第2プリチャージ制御という。
(タイミングT305)
次いで、ECU120は、例えば、インバータ装置200の電圧計205が計測したインバータ入力電圧に基づき、プリチャージが完了したか否かを判定する。プリチャージが完了したと判定した場合、ECU120は、プリチャージコンタクタ119Pの接続を遮断(切断)するコマンドを出力するとともに、給電用コンタクタ119Hを接続するコマンドを出力する。これにより、プリチャージコンタクタ113Pの接続が遮断され、給電用コンタクタ119Hが接続される。よって、バッテリコンタクタ113H、113Lが接続され、高圧バッテリ110からの電力が外部給電回路600に供給される。これにより、インバータ装置200に電力が供給され、起動する。
ここで、例えば、ECU120が、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外部給電側制御装置201に出力した場合、外部給電側制御装置201が、DC/ACインバータ202,203,204に外部負荷300への給電を開始し、外部負荷300へ電力が供給される。
(タイミングT401)
例えば、イグニッションキーがイグニッションONの位置に位置されている状態で、パワースイッチが押下され、嵌合信号が外部給電側制御装置201からECU120に入力されたとする。これにより、ECU120は、外部給電が要求されたと判定する。
(タイミングT402)
そして、ECU120は、給電用コンタクタ119を接続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が接続される。つまり、プリチャージコンタクタ119Pは接続されず、平滑コンデンサ206についてのプリチャージは行われない。
次いで、ECU120は、プリチャージコンタクタ113Pとバッテリコンタクタ113Lを接続するコマンドをそれぞれに出力する。これにより、プリチャージコンタクタ113Pとバッテリコンタクタ113Lとが接続され、高圧バッテリ110からの電力が−(マイナス)電極側の高圧ケーブルを流れる。
(タイミングT404)
次いで、ECU120は、例えば、電圧計125が計測した電圧値に基づき、プリチャージが完了したか否かを判定する。プリチャージが完了したと判定した場合、ECU120は、プリチャージコンタクタ113Pの接続を遮断(切断)するコマンドを出力するとともに、バッテリコンタクタ113Hを接続するコマンドを出力する。これにより、プリチャージコンタクタ113Pの接続が遮断され、バッテリコンタクタ113Hが接続される。よって、バッテリコンタクタ113が接続され、高圧バッテリ110からの電力がメイン回路500に供給される。
これにより、燃料電池自動車100が起動するとともに、インバータ装置200に電力が供給されて起動する。
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。
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。
また、本発明は、図3に示した構成に限られず、図11に示すような構成であってもよい。図11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11に示す通り、電力供給システム2は、制御装置400と、メイン回路500と、外部給電回路602とを備える。つまり、制御装置400とメイン回路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から出力される給電用コンタクタ119の接続あるいは遮断を示すコマンドに基づき、給電用コンタクタ119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。
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
2010 実行手段
Claims (3)
- 車両に搭載され、電力を供給する電源と、
前記電源から供給される電力により駆動する走行モータと、
前記走行モータと前記電源とを含むメイン回路と、
前記電源の電極端子に設けられる第1電源側接触器および第2電源側接触器と、
前記第1電源側接触器をバイパスする電源側抵抗回路と、
前記電源から供給される電力を、前記車両とは別体に用意される外部負荷に供給する外部給電回路内に設けられ、前記メイン回路と前記外部負荷とを接続する第1外部給電側接触器および第2外部給電側接触器と、
前記第1外部給電側接触器をバイパスする外部給電側抵抗回路と、
予め決められた給電条件に基づいて、前記電源から前記外部負荷への給電を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記電源から前記外部負荷へ給電する場合、
前記第1電源側接触器、前記第1外部給電側接触器、前記第2外部給電側接触器および前記外部給電側抵抗回路を遮断した状態で、前記第2電源側接触器および前記電源側抵抗回路を接続し、前記メイン回路内のコンデンサへ前記電源からの電力の充電を実行し、この充電後に前記第1電源側接触器を接続する第1プリチャージ制御と、
前記第1プリチャージ制御の後に、前記第1外部給電側接触器を遮断した状態で、前記第2外部給電側接触器および前記外部給電側抵抗回路を接続し、前記外部給電回路内のコンデンサへ前記電源からの電力の充電を実行し、この充電後に前記第1外部給電側接触器を接続する第2プリチャージ制御と、
を実行することを特徴とする電力供給システム。 - 前記第1外部給電側接触器、前記第2外部給電側接触器、および前記外部給電側抵抗回路は、前記走行モータを備える車両に搭載されていることを特徴とする請求項1に記載の電力供給システム。
- 前記制御装置と通信可能に設けられる外部制御装置、前記第1外部給電側接触器、前記第2外部給電側接触器、および前記外部給電側抵抗回路を備え、前記走行モータを搭載する車両とは別体に用意される外部装置をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の電力供給システム。
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