二次電池を搭載する車両および二次電池を搭載する車両の制御方法
【課題】二次電池搭載車両において、二次電池の充電電力を効率的に利用する技術を提供する。
【解決手段】燃料電池車両１００は、制御部１０と、燃料電池２０と、二次電池３０と、二次電池３０のＳＯＣを検出するＳＯＣ検出部３１と、外部接続インバータ６０と、外部負荷２００を二次電池３０に接続させるための外部負荷接続部６１とを備える。外部負荷２００は、外部接続インバータ６０を介して二次電池３０の電力の供給を受ける。制御部１０は、二次電池３０の充電量が所定の範囲内に収まるように、二次電池３０を充電する。そして、燃料電池車両１００の停車中に外部負荷２００に電力を供給するときには、燃料電池車両１００の走行時より、二次電池３０の充電量の上限値を低下させる。
【解決手段】燃料電池車両１００は、制御部１０と、燃料電池２０と、二次電池３０と、二次電池３０のＳＯＣを検出するＳＯＣ検出部３１と、外部接続インバータ６０と、外部負荷２００を二次電池３０に接続させるための外部負荷接続部６１とを備える。外部負荷２００は、外部接続インバータ６０を介して二次電池３０の電力の供給を受ける。制御部１０は、二次電池３０の充電量が所定の範囲内に収まるように、二次電池３０を充電する。そして、燃料電池車両１００の停車中に外部負荷２００に電力を供給するときには、燃料電池車両１００の走行時より、二次電池３０の充電量の上限値を低下させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二次電池の電力を駆動力として利用する二次電池搭載車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池車両は、一般に、電力源として、燃料電池と、二次電池とを搭載する（下記特許文献１等）。燃料電池車両は、通常、燃料電池を主電源として、燃料電池の出力によって走行するが、燃料電池が負荷の変動に追従できないときなどに、不足する電力を二次電池に補償させる。二次電池には、燃料電池の出力電力の一部や、回生電力などが充電される。
【０００３】
ところで、燃料電池車両は、外部負荷を二次電池に接続させることにより、電源装置として機能させることができる。しかし、燃料電池の発電量や二次電池の容量には限りがあるため、燃料電池車両を移動式電源装置として機能させるときには、二次電池の電力を、より効率的に外部負荷に供給できることが望ましい。こうした要求は、燃料電池車両に限らず、ハイブリッド車両など、二次電池を副電源として搭載し、外部負荷に対する電源装置として機能可能な車両に共通する要求であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２７９１２４号公報
【特許文献２】特開２００２−００８６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、二次電池を搭載した車両において、二次電池に接続された外部負荷に対して電力を効率的に供給できる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
二次電池の電力を駆動力として利用する車両であって、前記二次電池を充電する発電装置と、前記二次電池の蓄電量を示す値を検出する蓄電量検出部と、前記二次電池が出力する電力を交流電力に変換するインバータと、交流電力を利用する外部負荷を前記インバータを介して前記二次電池に接続させるための外部負荷接続部と、前記二次電池の充放電を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記蓄電量検出部の検出値に基づき、前記二次電池の蓄電量が所定の範囲内に収まるように、前記発電装置に前記二次電池を充電させ、前記制御部は、前記車両の停車中に前記外部負荷に電力を供給するときには、前記二次電池の蓄電量の上限値が、前記車両が走行しているときとは異なるように、前記二次電池の蓄電量を制御する、車両。
本発明の発明者は、インバータに対する入力電圧が、インバータが出力する交流電圧に近いほど、インバータ効率が向上することを見出した。この適用例１の車両によれば、車両の停車中に外部負荷に電力を供給するときには、二次電池の充電量の上限値を変更することにより、二次電池からインバータに入力される電圧を、インバータの出力する交流電圧に近づけることができる。従って、インバータの電力変換効率を向上させた状態で、外部負荷に二次電池の電力を供給できる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１記載の車両であって 前記発電装置は、燃料電池であり、前記制御部は、
（ｉ）前記燃料電池を主電源とし、前記二次電池を副電源として、前記燃料電池と前記二次電池の出力を前記車両の駆動に利用する通常走行制御と、
（ｉｉ）前記車両の停車中に、前記通常走行制御のときよりも、前記燃料電池の発電量を低下させるとともに、前記二次電池の蓄電量の上限値を低下させて、前記二次電池から前記外部負荷に電力を供給する電力供給制御と、
を実行する、車両。
この適用例の車両であれば、通常走行制御の実行時には、二次電池の蓄電量を確保しておくことができ、電力供給制御の実行時には、外部負荷へ効率的に電力供給をすることができる。
【０００９】
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載の車両であって、前記制御部は、前記車両の停車中に前記外部負荷に電力を供給するときにおける前記二次電池の電圧が、前記インバータに接続される前記外部負荷の電圧に近づくように、前記畜電量の上限値を低下させる、車両。
この適用例の車両であれば、二次電池の出力電圧を、インバータの出力する交流電圧に近づけるため、外部負荷に対して二次電池の電力を効率的に供給できる。
【００１０】
［適用例４］
適用例１〜３のいずれかに記載の車両であって、前記制御部は、前記外部負荷の使用電力に基づいて、前記車両の停車中に前記外部負荷に電力を供給するときにおける前記蓄電量の上限値の低下幅を決定する、車両。
本発明の発明者は、インバータへの入力電圧を低下させたときのインバータ効率の上昇幅は、インバータの出力電力に応じて変わることを見出した。従って、この適用例の車両によれば、外部負荷の使用電力に応じて適切に二次電池の充電量（インバータへの入力電圧）を低下させることができるため、二次電池の電力を、より効率的に外部負荷に供給することができる。
【００１１】
［適用例５］
二次電池の電力を駆動力として利用する車両の制御方法であって、
（ａ）前記二次電池の蓄電量を示す値を検出する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）において取得された検出値に基づき、前記二次電池の蓄電量が所定の範囲内に収まるように、発電装置に前記二次電池を充電させる工程と、
を備え、
前記工程（ｂ）は、前記車両の停車中に前記外部負荷に電力を供給するときに、前記二次電池の蓄電量の上限値が、前記車両が走行しているときとは異なるように、前記二次電池の蓄電量を制御する工程を含む、制御方法。
この適用例の制御方法であれば、車両の停車中に、二次電池の出力を外部負荷に効率的に供給することができる。
【００１２】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、二次電池を備える燃料電池など、二次電池の電力を走行に利用する車両、その車両の制御方法、その制御方法を実行するためのプログラム、そのプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】燃料電池車両の構成を示す概略図。
【図２】制御部による燃料電池車両の制御手順を説明するための説明図。
【図３】ＳＯＣフィードバック制御を説明するための説明図。
【図４】インバータ出力と、インバータ効率との関係を説明するための説明図。
【図５】二次電池のＳＯＣと、バッテリ電圧との関係を説明するための説明図。
【図６】二次電池のＳＯＣと、インバータ効率との関係を説明するための説明図。
【図７】第２実施例としての燃料電池車両の構成を示す概略図。
【図８】インバータ効率の変動量と、インバータ出力との関係を説明するための説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
A．第１実施例：
図１は本発明の一実施例としての燃料電池車両１００の構成を示す概略図である。燃料電池車両１００は、燃料電池２０と、二次電池３０とを備え、それらの出力電力を駆動力として走行する。また、本実施例の燃料電池車両１００は、その停車中に、外部負荷２００に対して電力を供給する移動式電源装置としても機能することができる。燃料電池車両１００は、具体的に、以下のような構成を有している。
【００１５】
燃料電池２０は、反応ガスとして水素と空気の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。二次電池３０は、例えばリチウムイオン電池で構成することができる。なお、燃料電池２０や二次電池３０としては、固体高分子形燃料電池やリチウムイオン電池に限らず、他の種々のタイプの燃料電池や充・放電可能な電池を採用することができる。
【００１６】
燃料電池車両１００は、さらに、制御部１０と、運転モード切替スイッチ１５と、ＳＯＣ検出部３１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１と、走行用インバータ４２と、モータ５０と、外部接続インバータ６０と、外部負荷接続部６１と、車輪ＷＬとを備える。なお、燃料電池車両１００は、燃料電池２０の発電のための反応ガスの供給部や排出部、冷媒供給部などを搭載しているが、それらの図示及び説明は省略する。また、燃料電池車両１００では、燃料電池２０や二次電池３０の電力の一部が、燃料電池車両１００を構成する補機類を駆動するために用いられるが、そうした補機類や、そのための配線の図示および説明は省略する。
【００１７】
制御部１０は、中央処理装置と主記憶装置とを備えるマイクロコンピュータによって構成されている。制御部１０は、運転者による運転モード切替スイッチ１５を介した切り替え操作を受け付け、燃料電池車両１００の運転モードを切り替える。ここで、本実施例の燃料電池車両１００は、運転モードとして、「通常走行モード」と、「電力供給モード」とを有している。
【００１８】
「通常運転モード」とは、燃料電池車両１００を運転者の操作に基づき走行させるためのモードである。通常運転モードが選択されているときには、制御部１０は、運転者によるアクセル操作などの操作を受け付け、その操作内容に応じて、燃料電池２０の発電や二次電池３０の充放電を制御する。一方、「電力供給モード」とは、燃料電池車両１００を、外部負荷に電力を供給させる電源装置として機能させるモードである。これらの運転モードにおける具体的な制御内容については後述する。
【００１９】
ＳＯＣ検出部３１は、二次電池３０の充電状態（ＳＯＣ；State of Charge）を検出し、制御部１０に送信する。なお、本明細書において「充電状態（ＳＯＣ）」とは、二次電池３０の現在の充電容量に対する充電残量（蓄電量）の比率を意味する。ＳＯＣ検出部３１は、二次電池３０の温度や、出力電圧、出力電流を検出し、それらの検出値に基づき、ＳＯＣを検出する。
【００２０】
制御部１０は、ＳＯＣ検出部３１が検出したＳＯＣを取得し、取得したＳＯＣに基づき、二次電池３０のＳＯＣが所定の範囲内に収まるように、二次電池３０の充放電を制御する。以後、本明細書では、この制御部１０によるＳＯＣの検出値に基づく二次電池３０の充放電制御を「ＳＯＣフィードバック制御」と呼ぶ。制御部１０は、ＳＯＣフィードバック制御を開始する際に、二次電池３０のＳＯＣの変動範囲を規定するための基準となるＳＯＣ目標値を予め設定する。ＳＯＣ目標値については後述する。
【００２１】
ここで、燃料電池２０は、直流配線ＤＣＬを介して走行用インバータ４２に接続され、二次電池３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１を介して直流配線ＤＣＬに接続されている。なお、直流配線ＤＣＬには、二次電池３０から燃料電池２０への電流の逆流を防止するためのダイオードが設けられているが、その図示は省略してある。
【００２２】
走行用インバータ４２は、ギア等を介して車輪ＷＬを駆動するモータ５０に接続されている。モータ５０は、三相コイルを備える同期モータによって構成され、走行用インバータ４２は、燃料電池２０および二次電池３０の出力電力を三相交流電力に変換してモータ５０に供給する。
【００２３】
制御部１０は、通常走行モードのときには、走行用インバータ４２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１とにそれぞれ、アクセル開度に応じた駆動信号を生成して送信する。走行用インバータ４２は、制御部１０の駆動信号に応じて、交流電圧のパルス幅を調整するなどして、モータ５０にアクセル開度に応じた回転駆動をさせる。
【００２４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４１は、制御部１０からの駆動信号に応じて直流配線ＤＣＬの電圧レベルを可変に調整し、二次電池３０の充電／放電の状態を切り替える。なお、モータ５０において回生電力が発生する場合には、その回生電力は、走行用インバータ４２によって直流電力に変換され、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１を介して二次電池３０に充電される。
【００２５】
ところで、本実施例の燃料電池車両１００では、二次電池３０に外部接続インバータ６０が接続されている。外部接続インバータ６０には、交流電力によって作動する外部負荷２００を接続させるための外部負荷接続部６１が接続されている。この構成によって、燃料電池車両１００は、二次電池３０の充電電力を、外部負荷接続部６１に接続された外部負荷２００に供給することを可能としている。なお、本実施例の外部接続インバータ６０は、交流１００Ｖを出力するインバータによって構成され、外部負荷接続部６１は、商用電源用のコンセントによって外部負荷２００と接続する。
【００２６】
図２は、制御部１０による燃料電池車両１００の制御手順を説明するためのフローチャートである。ステップＳ１０では、制御部１０は、運転モード切替スイッチ１５に基づき、運転者の選択している運転モードを検出する。通常走行モードが選択されている場合には、制御部１０は、二次電池３０の蓄電量の制御基準となるＳＯＣ目標値を、所定の第１の値であるＳhighに設定する（ステップＳ２０）。
【００２７】
ステップＳ３０では、制御部１０は、燃料電池２０を主電源とし、二次電池３０を副電源とする通常の運転制御を開始する（ステップＳ２０）。具体的には、制御部１０は、アクセル開度に応じて燃料電池２０に発電させ、その出力をモータ５０の駆動や他の補機類等の駆動、二次電池３０の充電に用いる。
【００２８】
そして、制御部１０は、燃料電池２０の出力が出力要求（アクセル開度）の変動に追従できないときなど、燃料電池２０の出力電力が不足する場合には、その不足分が補償されるように、二次電池３０に放電させる。なお、二次電池３０は、上述したＳＯＣフィードバック制御により、そのＳＯＣが、第１の値Ｓhighに基づいて規定される所定の範囲内に保持されるが、その詳細は後述する。
【００２９】
一方、制御部１０は、運転モード切替スイッチ１５によって電源供給モードが選択されている場合には（ステップＳ１０）、二次電池３０のＳＯＣの制御基準となるＳＯＣ目標値を、所定の第２の値であるＳlowに設定する（ステップＳ４０）。ステップＳ５０では、制御部１０は、第２の値Ｓlowに設定されたＳＯＣ目標値を用いて、二次電池３０についてＳＯＣフィードバック制御を開始し、外部接続インバータ６０を介して、二次電池３０に外部負荷２００への電力の供給を開始させる。
【００３０】
なお、この電力供給モードでは、制御部１０は、燃料電池２０に間欠運転をさせる。ここで、燃料電池２０の間欠運転とは、基本的には燃料電池２０を発電停止状態、または、出力がほぼ０の状態としておき、二次電池３０の充電が必要になったときにのみ燃料電池２０に充電のための発電をさせる運転態様を意味する。
【００３１】
制御部１０は、運転者が燃料電池車両１００の運転を終了させるまで、通常走行モード、または、電力供給モードのいずれかの制御を継続する（ステップＳ６０）。なお、運転モード切替スイッチ１５による運転モードの切り替えは、燃料電池車両１００が停止しているときにのみ可能であるものとしても良い。また、電力供給モードで制御されている間には、燃料電池２０および二次電池３０とモータ５０との間の電気的な接続は遮断されるものとしても良い。逆に、通常走行モードで制御されている間には、外部負荷２００と二次電池３０との間の電気的な接続が遮断されるものとしても良い。
【００３２】
図３は、通常走行モードと電力供給モードとのＳＯＣフィードバック制御の相違を説明するための説明図である。図３の紙面上段と紙面下段とにはそれぞれ、通常走行モードと、電力供給モードとにおける二次電池３０のＳＯＣをゲージ表示する棒グラフを、互いに対応させて図示してある。これらの棒グラフでは、紙面左側の端をＳＯＣ＝０％とし、紙面右側の端をＳＯＣ＝１００％として、ハッチングを付した領域によって、二次電池３０のＳＯＣが示されているものとする。
【００３３】
ステップＳ３０，Ｓ５０で実行されるＳＯＣフィードバック制御は、具体的には、以下のように実行される。制御部１０は、ステップＳ２０またはステップＳ４０において設定されたＳＯＣ目標値Ｓhigh，Ｓlowを中心値として、ＳＯＣの上限値Ｓmaxと下限値Ｓlimとを設定する。ここで、通常走行モードにおけるＳＯＣの上限値Ｓmaxと下限値Ｓlimとはそれぞれ、蓄電量の過多または過少に起因する二次電池３０の劣化が抑制される値として決定されることが好ましい。また、外部供給モードにおけるＳＯＣの下限値Ｓlimは、通常運転モードにおけるＳＯＣの下限値Ｓlimと共通の値となるように設定されていることが好ましい。
【００３４】
制御部１０は、二次電池３０のＳＯＣが、その下限値Ｓlimより低下しないように、二次電池３０に充電を適宜開始させ、ＳＯＣがその上限値Ｓhighを超えないように、その充電を適宜停止させる。このＳＯＣフィードバック制御によって、電力供給モードのときには通常走行モードのときよりも二次電池３０のＳＯＣが変動する範囲を下限値側に縮小され、電力供給モードのときには、通常走行モードのときよりも、二次電池３０のＳＯＣの上限値が低下する。このように、電力供給モードにおいて、二次電池３０のＳＯＣの上限値を低下させる理由を以下に説明する。
【００３５】
図４は、本発明の発明者の実験により得られたグラフであり、インバータが出力する電力（以下、「インバータ出力」と呼ぶ）と、インバータ効率との関係の一例を示すグラフである。ここで、「インバータ効率」とは、インバータに入力された電力に対するインバータが出力した電力の比率を意味し、インバータによる電力変換効率を意味する。
【００３６】
本発明の発明者は、交流１００Ｖの電圧を出力するインバータに二次電池を接続し、二次電池が出力する電圧ごとに、インバータが出力した電力に対するインバータ効率を計測した。なお、以下では、二次電池が出力する電圧、即ち、二次電池からインバータに入力される電圧を、「インバータ入力電圧」と呼ぶ。
【００３７】
インバータ効率は、いずれのインバータ入力電圧のときにも、インバータ出力が比較的小さい初期段階において著しく増大し、その後、ほぼ一定の値が保持された。そして、インバータ入力電圧が、インバータが出力する交流電圧（１００Ｖ）に近いほど、インバータ出力に対するインバータ効率は、インバータ出力が著しく高い値となるまでは、ほぼ全域に渡って高い値を示した。
【００３８】
図５は、本発明の発明者の実験により得られたグラフであり、二次電池のＳＯＣと二次電池の出力電圧（以下、「バッテリ電圧」とも呼ぶ）との関係の一例を示すグラフである。本発明の発明者は、二次電池のＳＯＣを変えて、ＳＯＣごとにバッテリ電圧を計測した。このグラフが示すように、二次電池では、そのＳＯＣと出力電圧とが、ＳＯＣが高いほどその出力電圧が増大する、一意の関係にある。
【００３９】
図６は、二次電池のＳＯＣと、インバータ効率との関係の一例を示すグラフである。ここで、バッテリ電圧はインバータ入力電圧に相当することから、図４のインバータ入力電圧と、図５のバッテリ電圧とを対応させることにより、インバータ出力ごとに、ＳＯＣに対するインバータ効率を求めることができる。この図６のグラフから、二次電池におけるＳＯＣが低いほど、二次電池に接続されたインバータのインバータ効率は上昇する傾向にあり、インバータ出力が小さいほど、その傾向が顕著になることがわかる。
【００４０】
ここで、図３で説明したように、本実施例の燃料電池車両１００では、電力供給モードのときには、通常走行モードのときより、二次電池３０のＳＯＣの上限が制限される。そのため、電力供給モードのときには、通常走行モードのときよりも、二次電池３０のＳＯＣが低い状態のまま、外部接続インバータ６０への電力の供給が継続されることになる。
【００４１】
図４〜図６で説明したように、二次電池３０のＳＯＣが低いほど、外部接続インバータ６０において高いインバータ効率を得ることができる。即ち、本実施例の燃料電池車両１００では、電力供給モードのときには、二次電池３０のＳＯＣの上限が制限されるため、外部接続インバータ６０において高いインバータ効率を得ることができる。従って、二次電池３０の電力を、より効率的に外部負荷２００に供給可能であり、電力の供給時間を長くすることができる。
【００４２】
なお、図４で説明したように、インバータ入力電圧が、インバータが出力する交流電圧に近いほどインバータ効率は向上する。従って、電力供給モードのときのＳＯＣ目標値は、二次電池３０の出力電圧が外部接続インバータの出力電圧（本実施例では１００Ｖ）に近づくように設定されることが好ましい。
【００４３】
このように、本実施例の燃料電池車両１００では、二次電池３０の高い出力が要求される可能性がある通常走行モードでは、ＳＯＣ目標値を高い値に設定して、二次電池３０の蓄電量を確保する。そして、二次電池３０から外部負荷２００への効率的な電力供給が要求される電力供給モードでは、ＳＯＣ目標値を低い値に設定して、外部接続インバータ６０のインバータ効率を向上させ、外部負荷２００への電力の供給効率を向上させる。
【００４４】
なお、本実施例の燃料電池車両１００では、電力供給モードにおいて、燃料電池２０が間欠運転される。しかし、上記のように、外部負荷２００に対する電力の供給効率が向上している分だけ、燃料電池２０が起動と停止とを繰り返す頻度を低下させることができるため、燃料電池２０の劣化を抑制することが可能である。
【００４５】
B．第２実施例：
図７は本発明の第２実施例としての燃料電池車両１００Ａの構成を示す概略図である。図７は、インバータ出力検出部６３が設けられている点以外は、図１とほぼ同じである。インバータ出力検出部６３は、外部接続インバータ６０と外部負荷接続部６１との間の電流値および電圧値を検出することにより、外部接続インバータ６０のインバータ出力（外部負荷２００に対して供給される電力）を取得する。
【００４６】
ここで、第２実施例の燃料電池車両１００Ａでは、制御部１０は、第１実施例の燃料電池車両１００と同様に、電力供給モードと通常走行モードとで、ＳＯＣ目標値を変えて、二次電池３０のＳＯＣフィードバック制御を実行する（図２）。ただし、第２実施例の燃料電池車両１００Ａでは、電力供給モードのときに設定されるＳＯＣ目標値は、制御部１０が以下に説明するように決定する。
【００４７】
図８は、二次電池のＳＯＣを所定の値だけ低下させたときに得られるインバータ効率の変動量と、インバータ出力との関係の一例を示すグラフである。図８のグラフは、図６のグラフにおいて、各インバータ出力ごとに、ＳＯＣを第１の値Ｓ1から第２の値Ｓ2へと低下させたときのインバータ効率の増加量Δｅを求めることにより得ることができる。図８のグラフから、インバータ出力が低いときほど、インバータ効率の変動量Δｅは増大することがわかる。
【００４８】
このように、インバータでは、インバータ入力電圧を低下させても、インバータ出力が高い場合には、インバータ効率の向上の度合いが低くなる。そのため、電力供給モードのときに、二次電池３０のＳＯＣ目標値を通常走行モードのときより低下させた場合であっても、外部負荷２００の使用電力によっては、かえって、二次電池３０の充電の頻度を増大させてしまう可能性がある。二次電池３０の充電頻度が増大すると、二次電池３０の劣化が促進されてしまう可能性がある。また、二次電池３０の充電頻度の増大は、燃料電池２０の発電と停止の繰り返しの頻度の増大につながり、燃料電池２０の劣化や、燃料電池車両１００Ａの燃費の低下の原因となる。
【００４９】
そこで、第２実施例の燃料電池車両１００Ａでは、制御部１０が、インバータ出力検出部６３の検出値を受信し、その検出値に基づいて、電力供給モードのときに二次電池３０のＳＯＣ目標値を低下させる低下幅を決定する。具体的には、制御部１０は、外部接続インバータ６０のインバータ出力が大きいときの方が、インバータ出力が小さいときより、ＳＯＣ目標値の低下幅を縮小されるように、ＳＯＣ目標値を決定するものとしても良い。あるいは、制御部１０は、外部接続インバータ６０のインバータ出力が大きいほど、ＳＯＣ目標値の低下幅を縮小させるものとしても良い。
【００５０】
このように、第２実施例の燃料電池車両１００Ａでは、外部負荷２００の使用電力に応じて、電力供給モードのときの二次電池３０のＳＯＣ目標値の低下幅を決定する。従って、電力供給モードにおいて、外部負荷２００の使用電力に対して、二次電池３０の蓄電量が過小となり、二次電池３０に対する充電の実行頻度が増大してしまうことを抑制でき、燃料電池２０の劣化や、燃料電池車両１００の燃費の低下を抑制できる。
【００５１】
C．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。例えば、上記実施例では、二次電池を搭載する燃料電池車両に本発明を適用していた。しかし、本発明は、他の二次電池を搭載する車両に適用されるものとしても良い。具体的には、本発明は、ハイブリッド車や、プラグインハイブリッド車など、二次電池の電力を駆動力として利用しつつ、内燃機関を発電装置として機能させて、二次電池の畜電量が所定の範囲内に収まるように制御する車両に適用することが可能である。また、本発明は、燃料電池車両の中でも、特に、燃料電池バスや、燃料電池トラックなどの燃料電池を搭載した大型車両に適用することにより、電力供給効率に優れた電源車を構成することが可能であり有用である。さらに、本発明の実施態様は、以下のような変形も可能である。
【００５２】
C1．変形例１：
上記実施例では、予め設定された運転モードである、通常運転モードと、電力供給モードとで、二次電池３０のＳＯＣフィードバック制御に用いられるＳＯＣ目標値を異なる値に設定して、二次電池３０の蓄電量の上限値を変更していた。しかし、燃料電池車両１００，１００Ａには、そうした運転モードが予め設定されていなくとも良く、二次電池３０の蓄電量の上限値は、そうした運転モードに基づいて変更されなくとも良い。燃料電池車両１００では、その停車中に外部負荷２００に電力を供給するときに、二次電池３０の蓄電量の上限値が、その走行時とは異なるように、二次電池３０の蓄電量が制御されていれば良い。
【００５３】
ここで、本明細書における「燃料電池車両１００の停車中」とは、燃料電池２０および二次電池３０からモータ５０の駆動に対して電力を供給していない状態を意味する。そして、アクセル操作やシフトチェンジによって加速が開始される状態である、いわゆるアイドリング状態を含まないものとする。なお、パーキングブレーキ（いわゆる、サイドブレーキ）などの制動機構によって、燃料電池車両１００の移動が固定的に制限された状態も、この状態に含まれるものとする。一方、「燃料電池車両１００の走行時」とは、燃料電池２０と二次電池３０の少なくとも一方の電力を利用して、モータ５０を駆動させている状態を意味する。そして、この状態には、上記のアイドリング状態（パーキングブレーキなどの制動機構によって固定的に移動が制限された状態を除く）が含まれるものとする。
【００５４】
C2．変形例２：
上記実施例では、制御部１０は、二次電池３０のＳＯＣに基づき、二次電池３０のＳＯＣが所定の範囲内に収まるように制御していた（ＳＯＣフィードバック制御）。しかし、制御部１０は、二次電池３０のＳＯＣに基づくＳＯＣフィードバック制御を実行しなくとも良い。制御部１０は、二次電池３０の蓄電量を示す値に基づいて、二次電池３０の蓄電量が所定の範囲内に収まるように二次電池３０の充放電を管理すれば良い。この場合には、制御部１０は、ＳＯＣ目標値に変えて、蓄電量の目標値を設定するものとしても良い。
【００５５】
ここで、二次電池３０のＳＯＣは、二次電池３０の蓄電量を示す値である。従って、上記実施例の燃料電池車両１００におけるＳＯＣフィードバック制御は、制御部１０が、取得した二次電池３０の蓄電量を示す値に基づき、二次電池３０の蓄電量が所定の範囲内に収まるように、その充放電を制御する制御であると解釈することできる。そして、上記実施例では、電力供給モードにおいて、二次電池３０のＳＯＣの上限値Ｓmaxを低下させていたが、これは、二次電池３０の蓄電量の上限値を低下させていたものと解釈することができる。
【００５６】
C3．変形例３：
上記実施例では、燃料電池車両１００，１００Ａは、電力供給モードのときには、燃料電池２０を間欠運転させていた。しかし、燃料電池車両１００，１００Ａは、電力供給モードのときに、燃料電池２０を間欠運転させなくとも良い。燃料電池車両１００，１００Ａは、電力供給モードのときには、通常走行モードのときよりも、燃料電池２０の発電量が低減されるように、その出力を低下させるものとしても良い。なお、燃料電池車両１００，１００Ａの燃費の改善のためにも、電力供給モードのとき、即ち、燃料電池車両１００の停車中には、燃料電池２０の発電量が少ない方が好ましい。
【００５７】
C4．変形例４：
上記実施例では、外部接続インバータ６０は、交流１００Ｖを出力するインバータによって構成され、外部負荷接続部６１は、商用電源用のコンセントによって外部負荷２００と接続するコネクタとして構成されていた。しかし、外部接続インバータ６０は、交流１００Ｖを出力するインバータでなくとも良く、外部負荷接続部６１は、商用電源用のコンセントによって外部負荷２００と接続しなくとも良い。外部接続インバータ６０は、二次電池３０の直流電力を交流電力に変換するものであれば良い。また、外部負荷接続部６１としては、外部接続インバータ６０と外部負荷２００とを電気的に接続することができれるものであれば良く、種々のコネクタ形状、接続態様を採用することが可能である。
【００５８】
C5．変形例５：
上記実施例では、制御部１０は、ＳＯＣ目標値を中心として、ＳＯＣの上限値Ｓhighと下限値Ｓlowとを設定し、それらの上限値Ｓmaxと下限値Ｓlimとの間にＳＯＣが収まるように二次電池３０の充放電を制御していた。しかし、制御部１０は、ＳＯＣ目標値を設定することなく、ＳＯＣの上限値Ｓmaxと下限値Ｓlimとを直接的に設定するものとしても良い。また、上記実施例では、通常走行モードと電力供給モードとで、ＳＯＣの下限値Ｓlimを同じ値となるように設定していたが、異なる値に設定しても良い。ただし、電力供給モードにおけるＳＯＣの下限値Ｓlimは、二次電池３０の劣化が抑制されるとともに、二次電池３０に対する充電の頻度が著しく増加しないように設定されることが望ましい。
【００５９】
C6．変形例６：
上記実施例において、燃料電池車両１００，１００Ａは、運転モード切替スイッチ１５によって、通常走行モードと電力供給モードとを切り替えていた。しかし、運転モード切替スイッチ１５は省略されるものとしても良い。この場合には、制御部１０が、燃料電池車両１００，１００Ａの運転状態や外部負荷２００の接続状態に基づいて、通常走行モードと電力供給モードとを切り替えるものとしても良い。例えば、制御部１０は、燃料電池車両１００のアイドリング時に、外部負荷２００が接続されたとき、または、外部負荷２００による電力使用が開始されたとき、パーキングブレーキがかけられたときに、自動的に電力供給モードに移行するものとしても良い。また、制御部１０は、電力供給モードのときに、パーキングブレーキが解除されたり、アクセルペダルが踏み込まれた場合に、外部負荷２００の電気的接続を遮断し、通常走行モードに強制的に移行するものとしても良い。
【００６０】
C7．変形例７：
上記実施例において、制御部１０は、燃料電池車両１００，１００Ａの停車中に外部負荷２００に電力を供給するときに、燃料電池車両１００，１００Ａの走行時よりも、二次電池３０の蓄電量の上限値を低下させていた。しかし、制御部１０は、外部接続インバータ６０の出力電圧が、燃料電池車両１００，１００Ａの走行時における二次電池３０の出力電圧の上限値よりも高い場合には、燃料電池車両１００，１００Ａの停車中に外部負荷２００に電力を供給するときに、燃料電池車両１００，１００Ａの走行時よりも、二次電池３０の蓄電量の上限値を上昇させるものとしても良い。
【符号の説明】
【００６１】
１０…制御部
１５…運転モード切替スイッチ
２０…燃料電池
３０…二次電池
３１…ＳＯＣ検出部
４１…ＤＣ／ＤＣコンバータ
４２…走行用インバータ
５０…モータ
６０…外部接続インバータ
６１…外部負荷接続部
６３…インバータ出力検出部
１００，１００Ａ…燃料電池車両
２００…外部負荷
ＤＣＬ…直流配線
ＷＬ…車輪
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二次電池の電力を駆動力として利用する二次電池搭載車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池車両は、一般に、電力源として、燃料電池と、二次電池とを搭載する（下記特許文献１等）。燃料電池車両は、通常、燃料電池を主電源として、燃料電池の出力によって走行するが、燃料電池が負荷の変動に追従できないときなどに、不足する電力を二次電池に補償させる。二次電池には、燃料電池の出力電力の一部や、回生電力などが充電される。
【０００３】
ところで、燃料電池車両は、外部負荷を二次電池に接続させることにより、電源装置として機能させることができる。しかし、燃料電池の発電量や二次電池の容量には限りがあるため、燃料電池車両を移動式電源装置として機能させるときには、二次電池の電力を、より効率的に外部負荷に供給できることが望ましい。こうした要求は、燃料電池車両に限らず、ハイブリッド車両など、二次電池を副電源として搭載し、外部負荷に対する電源装置として機能可能な車両に共通する要求であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２７９１２４号公報
【特許文献２】特開２００２−００８６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、二次電池を搭載した車両において、二次電池に接続された外部負荷に対して電力を効率的に供給できる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
二次電池の電力を駆動力として利用する車両であって、前記二次電池を充電する発電装置と、前記二次電池の蓄電量を示す値を検出する蓄電量検出部と、前記二次電池が出力する電力を交流電力に変換するインバータと、交流電力を利用する外部負荷を前記インバータを介して前記二次電池に接続させるための外部負荷接続部と、前記二次電池の充放電を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記蓄電量検出部の検出値に基づき、前記二次電池の蓄電量が所定の範囲内に収まるように、前記発電装置に前記二次電池を充電させ、前記制御部は、前記車両の停車中に前記外部負荷に電力を供給するときには、前記二次電池の蓄電量の上限値が、前記車両が走行しているときとは異なるように、前記二次電池の蓄電量を制御する、車両。
本発明の発明者は、インバータに対する入力電圧が、インバータが出力する交流電圧に近いほど、インバータ効率が向上することを見出した。この適用例１の車両によれば、車両の停車中に外部負荷に電力を供給するときには、二次電池の充電量の上限値を変更することにより、二次電池からインバータに入力される電圧を、インバータの出力する交流電圧に近づけることができる。従って、インバータの電力変換効率を向上させた状態で、外部負荷に二次電池の電力を供給できる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１記載の車両であって 前記発電装置は、燃料電池であり、前記制御部は、
（ｉ）前記燃料電池を主電源とし、前記二次電池を副電源として、前記燃料電池と前記二次電池の出力を前記車両の駆動に利用する通常走行制御と、
（ｉｉ）前記車両の停車中に、前記通常走行制御のときよりも、前記燃料電池の発電量を低下させるとともに、前記二次電池の蓄電量の上限値を低下させて、前記二次電池から前記外部負荷に電力を供給する電力供給制御と、
を実行する、車両。
この適用例の車両であれば、通常走行制御の実行時には、二次電池の蓄電量を確保しておくことができ、電力供給制御の実行時には、外部負荷へ効率的に電力供給をすることができる。
【０００９】
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載の車両であって、前記制御部は、前記車両の停車中に前記外部負荷に電力を供給するときにおける前記二次電池の電圧が、前記インバータに接続される前記外部負荷の電圧に近づくように、前記畜電量の上限値を低下させる、車両。
この適用例の車両であれば、二次電池の出力電圧を、インバータの出力する交流電圧に近づけるため、外部負荷に対して二次電池の電力を効率的に供給できる。
【００１０】
［適用例４］
適用例１〜３のいずれかに記載の車両であって、前記制御部は、前記外部負荷の使用電力に基づいて、前記車両の停車中に前記外部負荷に電力を供給するときにおける前記蓄電量の上限値の低下幅を決定する、車両。
本発明の発明者は、インバータへの入力電圧を低下させたときのインバータ効率の上昇幅は、インバータの出力電力に応じて変わることを見出した。従って、この適用例の車両によれば、外部負荷の使用電力に応じて適切に二次電池の充電量（インバータへの入力電圧）を低下させることができるため、二次電池の電力を、より効率的に外部負荷に供給することができる。
【００１１】
［適用例５］
二次電池の電力を駆動力として利用する車両の制御方法であって、
（ａ）前記二次電池の蓄電量を示す値を検出する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）において取得された検出値に基づき、前記二次電池の蓄電量が所定の範囲内に収まるように、発電装置に前記二次電池を充電させる工程と、
を備え、
前記工程（ｂ）は、前記車両の停車中に前記外部負荷に電力を供給するときに、前記二次電池の蓄電量の上限値が、前記車両が走行しているときとは異なるように、前記二次電池の蓄電量を制御する工程を含む、制御方法。
この適用例の制御方法であれば、車両の停車中に、二次電池の出力を外部負荷に効率的に供給することができる。
【００１２】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、二次電池を備える燃料電池など、二次電池の電力を走行に利用する車両、その車両の制御方法、その制御方法を実行するためのプログラム、そのプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】燃料電池車両の構成を示す概略図。
【図２】制御部による燃料電池車両の制御手順を説明するための説明図。
【図３】ＳＯＣフィードバック制御を説明するための説明図。
【図４】インバータ出力と、インバータ効率との関係を説明するための説明図。
【図５】二次電池のＳＯＣと、バッテリ電圧との関係を説明するための説明図。
【図６】二次電池のＳＯＣと、インバータ効率との関係を説明するための説明図。
【図７】第２実施例としての燃料電池車両の構成を示す概略図。
【図８】インバータ効率の変動量と、インバータ出力との関係を説明するための説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
A．第１実施例：
図１は本発明の一実施例としての燃料電池車両１００の構成を示す概略図である。燃料電池車両１００は、燃料電池２０と、二次電池３０とを備え、それらの出力電力を駆動力として走行する。また、本実施例の燃料電池車両１００は、その停車中に、外部負荷２００に対して電力を供給する移動式電源装置としても機能することができる。燃料電池車両１００は、具体的に、以下のような構成を有している。
【００１５】
燃料電池２０は、反応ガスとして水素と空気の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。二次電池３０は、例えばリチウムイオン電池で構成することができる。なお、燃料電池２０や二次電池３０としては、固体高分子形燃料電池やリチウムイオン電池に限らず、他の種々のタイプの燃料電池や充・放電可能な電池を採用することができる。
【００１６】
燃料電池車両１００は、さらに、制御部１０と、運転モード切替スイッチ１５と、ＳＯＣ検出部３１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１と、走行用インバータ４２と、モータ５０と、外部接続インバータ６０と、外部負荷接続部６１と、車輪ＷＬとを備える。なお、燃料電池車両１００は、燃料電池２０の発電のための反応ガスの供給部や排出部、冷媒供給部などを搭載しているが、それらの図示及び説明は省略する。また、燃料電池車両１００では、燃料電池２０や二次電池３０の電力の一部が、燃料電池車両１００を構成する補機類を駆動するために用いられるが、そうした補機類や、そのための配線の図示および説明は省略する。
【００１７】
制御部１０は、中央処理装置と主記憶装置とを備えるマイクロコンピュータによって構成されている。制御部１０は、運転者による運転モード切替スイッチ１５を介した切り替え操作を受け付け、燃料電池車両１００の運転モードを切り替える。ここで、本実施例の燃料電池車両１００は、運転モードとして、「通常走行モード」と、「電力供給モード」とを有している。
【００１８】
「通常運転モード」とは、燃料電池車両１００を運転者の操作に基づき走行させるためのモードである。通常運転モードが選択されているときには、制御部１０は、運転者によるアクセル操作などの操作を受け付け、その操作内容に応じて、燃料電池２０の発電や二次電池３０の充放電を制御する。一方、「電力供給モード」とは、燃料電池車両１００を、外部負荷に電力を供給させる電源装置として機能させるモードである。これらの運転モードにおける具体的な制御内容については後述する。
【００１９】
ＳＯＣ検出部３１は、二次電池３０の充電状態（ＳＯＣ；State of Charge）を検出し、制御部１０に送信する。なお、本明細書において「充電状態（ＳＯＣ）」とは、二次電池３０の現在の充電容量に対する充電残量（蓄電量）の比率を意味する。ＳＯＣ検出部３１は、二次電池３０の温度や、出力電圧、出力電流を検出し、それらの検出値に基づき、ＳＯＣを検出する。
【００２０】
制御部１０は、ＳＯＣ検出部３１が検出したＳＯＣを取得し、取得したＳＯＣに基づき、二次電池３０のＳＯＣが所定の範囲内に収まるように、二次電池３０の充放電を制御する。以後、本明細書では、この制御部１０によるＳＯＣの検出値に基づく二次電池３０の充放電制御を「ＳＯＣフィードバック制御」と呼ぶ。制御部１０は、ＳＯＣフィードバック制御を開始する際に、二次電池３０のＳＯＣの変動範囲を規定するための基準となるＳＯＣ目標値を予め設定する。ＳＯＣ目標値については後述する。
【００２１】
ここで、燃料電池２０は、直流配線ＤＣＬを介して走行用インバータ４２に接続され、二次電池３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１を介して直流配線ＤＣＬに接続されている。なお、直流配線ＤＣＬには、二次電池３０から燃料電池２０への電流の逆流を防止するためのダイオードが設けられているが、その図示は省略してある。
【００２２】
走行用インバータ４２は、ギア等を介して車輪ＷＬを駆動するモータ５０に接続されている。モータ５０は、三相コイルを備える同期モータによって構成され、走行用インバータ４２は、燃料電池２０および二次電池３０の出力電力を三相交流電力に変換してモータ５０に供給する。
【００２３】
制御部１０は、通常走行モードのときには、走行用インバータ４２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１とにそれぞれ、アクセル開度に応じた駆動信号を生成して送信する。走行用インバータ４２は、制御部１０の駆動信号に応じて、交流電圧のパルス幅を調整するなどして、モータ５０にアクセル開度に応じた回転駆動をさせる。
【００２４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４１は、制御部１０からの駆動信号に応じて直流配線ＤＣＬの電圧レベルを可変に調整し、二次電池３０の充電／放電の状態を切り替える。なお、モータ５０において回生電力が発生する場合には、その回生電力は、走行用インバータ４２によって直流電力に変換され、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１を介して二次電池３０に充電される。
【００２５】
ところで、本実施例の燃料電池車両１００では、二次電池３０に外部接続インバータ６０が接続されている。外部接続インバータ６０には、交流電力によって作動する外部負荷２００を接続させるための外部負荷接続部６１が接続されている。この構成によって、燃料電池車両１００は、二次電池３０の充電電力を、外部負荷接続部６１に接続された外部負荷２００に供給することを可能としている。なお、本実施例の外部接続インバータ６０は、交流１００Ｖを出力するインバータによって構成され、外部負荷接続部６１は、商用電源用のコンセントによって外部負荷２００と接続する。
【００２６】
図２は、制御部１０による燃料電池車両１００の制御手順を説明するためのフローチャートである。ステップＳ１０では、制御部１０は、運転モード切替スイッチ１５に基づき、運転者の選択している運転モードを検出する。通常走行モードが選択されている場合には、制御部１０は、二次電池３０の蓄電量の制御基準となるＳＯＣ目標値を、所定の第１の値であるＳhighに設定する（ステップＳ２０）。
【００２７】
ステップＳ３０では、制御部１０は、燃料電池２０を主電源とし、二次電池３０を副電源とする通常の運転制御を開始する（ステップＳ２０）。具体的には、制御部１０は、アクセル開度に応じて燃料電池２０に発電させ、その出力をモータ５０の駆動や他の補機類等の駆動、二次電池３０の充電に用いる。
【００２８】
そして、制御部１０は、燃料電池２０の出力が出力要求（アクセル開度）の変動に追従できないときなど、燃料電池２０の出力電力が不足する場合には、その不足分が補償されるように、二次電池３０に放電させる。なお、二次電池３０は、上述したＳＯＣフィードバック制御により、そのＳＯＣが、第１の値Ｓhighに基づいて規定される所定の範囲内に保持されるが、その詳細は後述する。
【００２９】
一方、制御部１０は、運転モード切替スイッチ１５によって電源供給モードが選択されている場合には（ステップＳ１０）、二次電池３０のＳＯＣの制御基準となるＳＯＣ目標値を、所定の第２の値であるＳlowに設定する（ステップＳ４０）。ステップＳ５０では、制御部１０は、第２の値Ｓlowに設定されたＳＯＣ目標値を用いて、二次電池３０についてＳＯＣフィードバック制御を開始し、外部接続インバータ６０を介して、二次電池３０に外部負荷２００への電力の供給を開始させる。
【００３０】
なお、この電力供給モードでは、制御部１０は、燃料電池２０に間欠運転をさせる。ここで、燃料電池２０の間欠運転とは、基本的には燃料電池２０を発電停止状態、または、出力がほぼ０の状態としておき、二次電池３０の充電が必要になったときにのみ燃料電池２０に充電のための発電をさせる運転態様を意味する。
【００３１】
制御部１０は、運転者が燃料電池車両１００の運転を終了させるまで、通常走行モード、または、電力供給モードのいずれかの制御を継続する（ステップＳ６０）。なお、運転モード切替スイッチ１５による運転モードの切り替えは、燃料電池車両１００が停止しているときにのみ可能であるものとしても良い。また、電力供給モードで制御されている間には、燃料電池２０および二次電池３０とモータ５０との間の電気的な接続は遮断されるものとしても良い。逆に、通常走行モードで制御されている間には、外部負荷２００と二次電池３０との間の電気的な接続が遮断されるものとしても良い。
【００３２】
図３は、通常走行モードと電力供給モードとのＳＯＣフィードバック制御の相違を説明するための説明図である。図３の紙面上段と紙面下段とにはそれぞれ、通常走行モードと、電力供給モードとにおける二次電池３０のＳＯＣをゲージ表示する棒グラフを、互いに対応させて図示してある。これらの棒グラフでは、紙面左側の端をＳＯＣ＝０％とし、紙面右側の端をＳＯＣ＝１００％として、ハッチングを付した領域によって、二次電池３０のＳＯＣが示されているものとする。
【００３３】
ステップＳ３０，Ｓ５０で実行されるＳＯＣフィードバック制御は、具体的には、以下のように実行される。制御部１０は、ステップＳ２０またはステップＳ４０において設定されたＳＯＣ目標値Ｓhigh，Ｓlowを中心値として、ＳＯＣの上限値Ｓmaxと下限値Ｓlimとを設定する。ここで、通常走行モードにおけるＳＯＣの上限値Ｓmaxと下限値Ｓlimとはそれぞれ、蓄電量の過多または過少に起因する二次電池３０の劣化が抑制される値として決定されることが好ましい。また、外部供給モードにおけるＳＯＣの下限値Ｓlimは、通常運転モードにおけるＳＯＣの下限値Ｓlimと共通の値となるように設定されていることが好ましい。
【００３４】
制御部１０は、二次電池３０のＳＯＣが、その下限値Ｓlimより低下しないように、二次電池３０に充電を適宜開始させ、ＳＯＣがその上限値Ｓhighを超えないように、その充電を適宜停止させる。このＳＯＣフィードバック制御によって、電力供給モードのときには通常走行モードのときよりも二次電池３０のＳＯＣが変動する範囲を下限値側に縮小され、電力供給モードのときには、通常走行モードのときよりも、二次電池３０のＳＯＣの上限値が低下する。このように、電力供給モードにおいて、二次電池３０のＳＯＣの上限値を低下させる理由を以下に説明する。
【００３５】
図４は、本発明の発明者の実験により得られたグラフであり、インバータが出力する電力（以下、「インバータ出力」と呼ぶ）と、インバータ効率との関係の一例を示すグラフである。ここで、「インバータ効率」とは、インバータに入力された電力に対するインバータが出力した電力の比率を意味し、インバータによる電力変換効率を意味する。
【００３６】
本発明の発明者は、交流１００Ｖの電圧を出力するインバータに二次電池を接続し、二次電池が出力する電圧ごとに、インバータが出力した電力に対するインバータ効率を計測した。なお、以下では、二次電池が出力する電圧、即ち、二次電池からインバータに入力される電圧を、「インバータ入力電圧」と呼ぶ。
【００３７】
インバータ効率は、いずれのインバータ入力電圧のときにも、インバータ出力が比較的小さい初期段階において著しく増大し、その後、ほぼ一定の値が保持された。そして、インバータ入力電圧が、インバータが出力する交流電圧（１００Ｖ）に近いほど、インバータ出力に対するインバータ効率は、インバータ出力が著しく高い値となるまでは、ほぼ全域に渡って高い値を示した。
【００３８】
図５は、本発明の発明者の実験により得られたグラフであり、二次電池のＳＯＣと二次電池の出力電圧（以下、「バッテリ電圧」とも呼ぶ）との関係の一例を示すグラフである。本発明の発明者は、二次電池のＳＯＣを変えて、ＳＯＣごとにバッテリ電圧を計測した。このグラフが示すように、二次電池では、そのＳＯＣと出力電圧とが、ＳＯＣが高いほどその出力電圧が増大する、一意の関係にある。
【００３９】
図６は、二次電池のＳＯＣと、インバータ効率との関係の一例を示すグラフである。ここで、バッテリ電圧はインバータ入力電圧に相当することから、図４のインバータ入力電圧と、図５のバッテリ電圧とを対応させることにより、インバータ出力ごとに、ＳＯＣに対するインバータ効率を求めることができる。この図６のグラフから、二次電池におけるＳＯＣが低いほど、二次電池に接続されたインバータのインバータ効率は上昇する傾向にあり、インバータ出力が小さいほど、その傾向が顕著になることがわかる。
【００４０】
ここで、図３で説明したように、本実施例の燃料電池車両１００では、電力供給モードのときには、通常走行モードのときより、二次電池３０のＳＯＣの上限が制限される。そのため、電力供給モードのときには、通常走行モードのときよりも、二次電池３０のＳＯＣが低い状態のまま、外部接続インバータ６０への電力の供給が継続されることになる。
【００４１】
図４〜図６で説明したように、二次電池３０のＳＯＣが低いほど、外部接続インバータ６０において高いインバータ効率を得ることができる。即ち、本実施例の燃料電池車両１００では、電力供給モードのときには、二次電池３０のＳＯＣの上限が制限されるため、外部接続インバータ６０において高いインバータ効率を得ることができる。従って、二次電池３０の電力を、より効率的に外部負荷２００に供給可能であり、電力の供給時間を長くすることができる。
【００４２】
なお、図４で説明したように、インバータ入力電圧が、インバータが出力する交流電圧に近いほどインバータ効率は向上する。従って、電力供給モードのときのＳＯＣ目標値は、二次電池３０の出力電圧が外部接続インバータの出力電圧（本実施例では１００Ｖ）に近づくように設定されることが好ましい。
【００４３】
このように、本実施例の燃料電池車両１００では、二次電池３０の高い出力が要求される可能性がある通常走行モードでは、ＳＯＣ目標値を高い値に設定して、二次電池３０の蓄電量を確保する。そして、二次電池３０から外部負荷２００への効率的な電力供給が要求される電力供給モードでは、ＳＯＣ目標値を低い値に設定して、外部接続インバータ６０のインバータ効率を向上させ、外部負荷２００への電力の供給効率を向上させる。
【００４４】
なお、本実施例の燃料電池車両１００では、電力供給モードにおいて、燃料電池２０が間欠運転される。しかし、上記のように、外部負荷２００に対する電力の供給効率が向上している分だけ、燃料電池２０が起動と停止とを繰り返す頻度を低下させることができるため、燃料電池２０の劣化を抑制することが可能である。
【００４５】
B．第２実施例：
図７は本発明の第２実施例としての燃料電池車両１００Ａの構成を示す概略図である。図７は、インバータ出力検出部６３が設けられている点以外は、図１とほぼ同じである。インバータ出力検出部６３は、外部接続インバータ６０と外部負荷接続部６１との間の電流値および電圧値を検出することにより、外部接続インバータ６０のインバータ出力（外部負荷２００に対して供給される電力）を取得する。
【００４６】
ここで、第２実施例の燃料電池車両１００Ａでは、制御部１０は、第１実施例の燃料電池車両１００と同様に、電力供給モードと通常走行モードとで、ＳＯＣ目標値を変えて、二次電池３０のＳＯＣフィードバック制御を実行する（図２）。ただし、第２実施例の燃料電池車両１００Ａでは、電力供給モードのときに設定されるＳＯＣ目標値は、制御部１０が以下に説明するように決定する。
【００４７】
図８は、二次電池のＳＯＣを所定の値だけ低下させたときに得られるインバータ効率の変動量と、インバータ出力との関係の一例を示すグラフである。図８のグラフは、図６のグラフにおいて、各インバータ出力ごとに、ＳＯＣを第１の値Ｓ1から第２の値Ｓ2へと低下させたときのインバータ効率の増加量Δｅを求めることにより得ることができる。図８のグラフから、インバータ出力が低いときほど、インバータ効率の変動量Δｅは増大することがわかる。
【００４８】
このように、インバータでは、インバータ入力電圧を低下させても、インバータ出力が高い場合には、インバータ効率の向上の度合いが低くなる。そのため、電力供給モードのときに、二次電池３０のＳＯＣ目標値を通常走行モードのときより低下させた場合であっても、外部負荷２００の使用電力によっては、かえって、二次電池３０の充電の頻度を増大させてしまう可能性がある。二次電池３０の充電頻度が増大すると、二次電池３０の劣化が促進されてしまう可能性がある。また、二次電池３０の充電頻度の増大は、燃料電池２０の発電と停止の繰り返しの頻度の増大につながり、燃料電池２０の劣化や、燃料電池車両１００Ａの燃費の低下の原因となる。
【００４９】
そこで、第２実施例の燃料電池車両１００Ａでは、制御部１０が、インバータ出力検出部６３の検出値を受信し、その検出値に基づいて、電力供給モードのときに二次電池３０のＳＯＣ目標値を低下させる低下幅を決定する。具体的には、制御部１０は、外部接続インバータ６０のインバータ出力が大きいときの方が、インバータ出力が小さいときより、ＳＯＣ目標値の低下幅を縮小されるように、ＳＯＣ目標値を決定するものとしても良い。あるいは、制御部１０は、外部接続インバータ６０のインバータ出力が大きいほど、ＳＯＣ目標値の低下幅を縮小させるものとしても良い。
【００５０】
このように、第２実施例の燃料電池車両１００Ａでは、外部負荷２００の使用電力に応じて、電力供給モードのときの二次電池３０のＳＯＣ目標値の低下幅を決定する。従って、電力供給モードにおいて、外部負荷２００の使用電力に対して、二次電池３０の蓄電量が過小となり、二次電池３０に対する充電の実行頻度が増大してしまうことを抑制でき、燃料電池２０の劣化や、燃料電池車両１００の燃費の低下を抑制できる。
【００５１】
C．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。例えば、上記実施例では、二次電池を搭載する燃料電池車両に本発明を適用していた。しかし、本発明は、他の二次電池を搭載する車両に適用されるものとしても良い。具体的には、本発明は、ハイブリッド車や、プラグインハイブリッド車など、二次電池の電力を駆動力として利用しつつ、内燃機関を発電装置として機能させて、二次電池の畜電量が所定の範囲内に収まるように制御する車両に適用することが可能である。また、本発明は、燃料電池車両の中でも、特に、燃料電池バスや、燃料電池トラックなどの燃料電池を搭載した大型車両に適用することにより、電力供給効率に優れた電源車を構成することが可能であり有用である。さらに、本発明の実施態様は、以下のような変形も可能である。
【００５２】
C1．変形例１：
上記実施例では、予め設定された運転モードである、通常運転モードと、電力供給モードとで、二次電池３０のＳＯＣフィードバック制御に用いられるＳＯＣ目標値を異なる値に設定して、二次電池３０の蓄電量の上限値を変更していた。しかし、燃料電池車両１００，１００Ａには、そうした運転モードが予め設定されていなくとも良く、二次電池３０の蓄電量の上限値は、そうした運転モードに基づいて変更されなくとも良い。燃料電池車両１００では、その停車中に外部負荷２００に電力を供給するときに、二次電池３０の蓄電量の上限値が、その走行時とは異なるように、二次電池３０の蓄電量が制御されていれば良い。
【００５３】
ここで、本明細書における「燃料電池車両１００の停車中」とは、燃料電池２０および二次電池３０からモータ５０の駆動に対して電力を供給していない状態を意味する。そして、アクセル操作やシフトチェンジによって加速が開始される状態である、いわゆるアイドリング状態を含まないものとする。なお、パーキングブレーキ（いわゆる、サイドブレーキ）などの制動機構によって、燃料電池車両１００の移動が固定的に制限された状態も、この状態に含まれるものとする。一方、「燃料電池車両１００の走行時」とは、燃料電池２０と二次電池３０の少なくとも一方の電力を利用して、モータ５０を駆動させている状態を意味する。そして、この状態には、上記のアイドリング状態（パーキングブレーキなどの制動機構によって固定的に移動が制限された状態を除く）が含まれるものとする。
【００５４】
C2．変形例２：
上記実施例では、制御部１０は、二次電池３０のＳＯＣに基づき、二次電池３０のＳＯＣが所定の範囲内に収まるように制御していた（ＳＯＣフィードバック制御）。しかし、制御部１０は、二次電池３０のＳＯＣに基づくＳＯＣフィードバック制御を実行しなくとも良い。制御部１０は、二次電池３０の蓄電量を示す値に基づいて、二次電池３０の蓄電量が所定の範囲内に収まるように二次電池３０の充放電を管理すれば良い。この場合には、制御部１０は、ＳＯＣ目標値に変えて、蓄電量の目標値を設定するものとしても良い。
【００５５】
ここで、二次電池３０のＳＯＣは、二次電池３０の蓄電量を示す値である。従って、上記実施例の燃料電池車両１００におけるＳＯＣフィードバック制御は、制御部１０が、取得した二次電池３０の蓄電量を示す値に基づき、二次電池３０の蓄電量が所定の範囲内に収まるように、その充放電を制御する制御であると解釈することできる。そして、上記実施例では、電力供給モードにおいて、二次電池３０のＳＯＣの上限値Ｓmaxを低下させていたが、これは、二次電池３０の蓄電量の上限値を低下させていたものと解釈することができる。
【００５６】
C3．変形例３：
上記実施例では、燃料電池車両１００，１００Ａは、電力供給モードのときには、燃料電池２０を間欠運転させていた。しかし、燃料電池車両１００，１００Ａは、電力供給モードのときに、燃料電池２０を間欠運転させなくとも良い。燃料電池車両１００，１００Ａは、電力供給モードのときには、通常走行モードのときよりも、燃料電池２０の発電量が低減されるように、その出力を低下させるものとしても良い。なお、燃料電池車両１００，１００Ａの燃費の改善のためにも、電力供給モードのとき、即ち、燃料電池車両１００の停車中には、燃料電池２０の発電量が少ない方が好ましい。
【００５７】
C4．変形例４：
上記実施例では、外部接続インバータ６０は、交流１００Ｖを出力するインバータによって構成され、外部負荷接続部６１は、商用電源用のコンセントによって外部負荷２００と接続するコネクタとして構成されていた。しかし、外部接続インバータ６０は、交流１００Ｖを出力するインバータでなくとも良く、外部負荷接続部６１は、商用電源用のコンセントによって外部負荷２００と接続しなくとも良い。外部接続インバータ６０は、二次電池３０の直流電力を交流電力に変換するものであれば良い。また、外部負荷接続部６１としては、外部接続インバータ６０と外部負荷２００とを電気的に接続することができれるものであれば良く、種々のコネクタ形状、接続態様を採用することが可能である。
【００５８】
C5．変形例５：
上記実施例では、制御部１０は、ＳＯＣ目標値を中心として、ＳＯＣの上限値Ｓhighと下限値Ｓlowとを設定し、それらの上限値Ｓmaxと下限値Ｓlimとの間にＳＯＣが収まるように二次電池３０の充放電を制御していた。しかし、制御部１０は、ＳＯＣ目標値を設定することなく、ＳＯＣの上限値Ｓmaxと下限値Ｓlimとを直接的に設定するものとしても良い。また、上記実施例では、通常走行モードと電力供給モードとで、ＳＯＣの下限値Ｓlimを同じ値となるように設定していたが、異なる値に設定しても良い。ただし、電力供給モードにおけるＳＯＣの下限値Ｓlimは、二次電池３０の劣化が抑制されるとともに、二次電池３０に対する充電の頻度が著しく増加しないように設定されることが望ましい。
【００５９】
C6．変形例６：
上記実施例において、燃料電池車両１００，１００Ａは、運転モード切替スイッチ１５によって、通常走行モードと電力供給モードとを切り替えていた。しかし、運転モード切替スイッチ１５は省略されるものとしても良い。この場合には、制御部１０が、燃料電池車両１００，１００Ａの運転状態や外部負荷２００の接続状態に基づいて、通常走行モードと電力供給モードとを切り替えるものとしても良い。例えば、制御部１０は、燃料電池車両１００のアイドリング時に、外部負荷２００が接続されたとき、または、外部負荷２００による電力使用が開始されたとき、パーキングブレーキがかけられたときに、自動的に電力供給モードに移行するものとしても良い。また、制御部１０は、電力供給モードのときに、パーキングブレーキが解除されたり、アクセルペダルが踏み込まれた場合に、外部負荷２００の電気的接続を遮断し、通常走行モードに強制的に移行するものとしても良い。
【００６０】
C7．変形例７：
上記実施例において、制御部１０は、燃料電池車両１００，１００Ａの停車中に外部負荷２００に電力を供給するときに、燃料電池車両１００，１００Ａの走行時よりも、二次電池３０の蓄電量の上限値を低下させていた。しかし、制御部１０は、外部接続インバータ６０の出力電圧が、燃料電池車両１００，１００Ａの走行時における二次電池３０の出力電圧の上限値よりも高い場合には、燃料電池車両１００，１００Ａの停車中に外部負荷２００に電力を供給するときに、燃料電池車両１００，１００Ａの走行時よりも、二次電池３０の蓄電量の上限値を上昇させるものとしても良い。
【符号の説明】
【００６１】
１０…制御部
１５…運転モード切替スイッチ
２０…燃料電池
３０…二次電池
３１…ＳＯＣ検出部
４１…ＤＣ／ＤＣコンバータ
４２…走行用インバータ
５０…モータ
６０…外部接続インバータ
６１…外部負荷接続部
６３…インバータ出力検出部
１００，１００Ａ…燃料電池車両
２００…外部負荷
ＤＣＬ…直流配線
ＷＬ…車輪
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の電力を駆動力として利用する車両であって、
前記二次電池を充電する発電装置と、
前記二次電池の蓄電量を示す値を検出する蓄電量検出部と、
前記二次電池が出力する電力を交流電力に変換するインバータと、
交流電力を利用する外部負荷を前記インバータを介して前記二次電池に接続させるための外部負荷接続部と、
前記二次電池の充放電を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記蓄電量検出部の検出値に基づき、前記二次電池の蓄電量が所定の範囲内に収まるように、前記発電装置に前記二次電池を充電させ、
前記制御部は、前記車両の停車中に前記外部負荷に電力を供給するときには、前記二次電池の蓄電量の上限値が、前記車両が走行しているときとは異なるように、前記二次電池の蓄電量を制御する、車両。
【請求項２】
請求項１記載の車両であって、
前記発電装置は、燃料電池であり、
前記制御部は、
（ｉ）前記燃料電池を主電源とし、前記二次電池を副電源として、前記燃料電池と前記二次電池の出力を前記車両の駆動に利用する通常走行制御と、
（ｉｉ）前記車両の停車中に、前記通常走行制御のときよりも、前記燃料電池の発電量を低下させるとともに、前記二次電池の蓄電量の上限値を低下させて、前記二次電池から前記外部負荷に電力を供給する電力供給制御と、
を実行する、車両。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の車両であって、
前記制御部は、前記車両の停車中に前記外部負荷に電力を供給するときにおける前記二次電池の電圧が、前記インバータに接続される前記外部負荷の電圧に近づくように、前記畜電量の上限値を低下させる、車両。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両であって、
前記制御部は、前記外部負荷の使用電力に基づいて、前記車両の停車中に前記外部負荷に電力を供給するときにおける前記蓄電量の上限値の低下幅を決定する、車両。
【請求項５】
二次電池の電力を駆動力として利用する車両の制御方法であって、
（ａ）前記二次電池の蓄電量を示す値を検出する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）において取得された検出値に基づき、前記二次電池の蓄電量が所定の範囲内に収まるように、発電装置に前記二次電池を充電させる工程と、
を備え、
前記工程（ｂ）は、前記車両の停車中に前記外部負荷に電力を供給するときに、前記二次電池の蓄電量の上限値が、前記車両が走行しているときとは異なるように、前記二次電池の蓄電量を制御する工程を含む、制御方法。
【請求項１】
二次電池の電力を駆動力として利用する車両であって、
前記二次電池を充電する発電装置と、
前記二次電池の蓄電量を示す値を検出する蓄電量検出部と、
前記二次電池が出力する電力を交流電力に変換するインバータと、
交流電力を利用する外部負荷を前記インバータを介して前記二次電池に接続させるための外部負荷接続部と、
前記二次電池の充放電を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記蓄電量検出部の検出値に基づき、前記二次電池の蓄電量が所定の範囲内に収まるように、前記発電装置に前記二次電池を充電させ、
前記制御部は、前記車両の停車中に前記外部負荷に電力を供給するときには、前記二次電池の蓄電量の上限値が、前記車両が走行しているときとは異なるように、前記二次電池の蓄電量を制御する、車両。
【請求項２】
請求項１記載の車両であって、
前記発電装置は、燃料電池であり、
前記制御部は、
（ｉ）前記燃料電池を主電源とし、前記二次電池を副電源として、前記燃料電池と前記二次電池の出力を前記車両の駆動に利用する通常走行制御と、
（ｉｉ）前記車両の停車中に、前記通常走行制御のときよりも、前記燃料電池の発電量を低下させるとともに、前記二次電池の蓄電量の上限値を低下させて、前記二次電池から前記外部負荷に電力を供給する電力供給制御と、
を実行する、車両。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の車両であって、
前記制御部は、前記車両の停車中に前記外部負荷に電力を供給するときにおける前記二次電池の電圧が、前記インバータに接続される前記外部負荷の電圧に近づくように、前記畜電量の上限値を低下させる、車両。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両であって、
前記制御部は、前記外部負荷の使用電力に基づいて、前記車両の停車中に前記外部負荷に電力を供給するときにおける前記蓄電量の上限値の低下幅を決定する、車両。
【請求項５】
二次電池の電力を駆動力として利用する車両の制御方法であって、
（ａ）前記二次電池の蓄電量を示す値を検出する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）において取得された検出値に基づき、前記二次電池の蓄電量が所定の範囲内に収まるように、発電装置に前記二次電池を充電させる工程と、
を備え、
前記工程（ｂ）は、前記車両の停車中に前記外部負荷に電力を供給するときに、前記二次電池の蓄電量の上限値が、前記車両が走行しているときとは異なるように、前記二次電池の蓄電量を制御する工程を含む、制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−９３９４１（Ｐ２０１３−９３９４１Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３３５４５（Ｐ２０１１−２３３５４５）
【出願日】平成２３年１０月２５日（２０１１．１０．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２５日（２０１１．１０．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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