JP2018156792A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の少なくとも一実施形態は、燃料電池と二次電池とが搭載される電動車両を備えて、車両停車時に車外に電力及び給湯を供給可能とし、さらに、給湯能力をきめ細かく制御可能とする燃料電池システムを提供することを目的とする。【解決手段】燃料電池７と、燃料電池で発生する電力を充電する二次電池９と、二次電池からの電力の供給を受けて駆動する走行用モータ１１とが搭載された電動車両３を備え、電動車両３の停車時に、二次電池９から電動車両の外部へ電力を供給する電力供給手段２３と、燃料電池を冷却する冷却水が循環する冷却水回路２９と、冷却水回路に接続されて燃料電池７の廃熱によって加熱され冷却水と熱交換を行い車外より供給された供給水を加熱する熱交換手段３３と、熱交換手段によって加熱された温水を電動車両の外部へ供給する給湯手段３７と、燃料電池の発電出力を制御する燃料電池制御部６５と、を備えたこと。【選択図】図１

Description

本開示は、燃料電池を搭載した電動車両の停止時に、電動車両から車外に電力を供給し、また、燃料電池発電時の廃熱を利用して車内や車外への給湯を行う燃料電池システムに関する。

近年、電動自動車の大容量バッテリから電力を取り出し、分電盤を通じて家庭用電力として使用するシステム、所謂Ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｏ Ｈｏｍｅ（Ｖ２Ｈ）システムについて開発が行われている。

また、燃料電池の発電時に発生する廃熱を利用して給湯を行うコジェネレーションが可能になるため、燃料電池の排熱利用によるコジェネレーションシステムについての開発も行われている。例えば、特許文献１、２が知られている。

特許文献１には、その図１に示すように、コジェネレーションシステムは、発電ユニット１０（発電システムに相当する）および貯湯槽２１を備えている。発電ユニット１０は、筐体１０ａ、筐体１０ａの内部の燃料電池モジュール１１、熱交換器１２（排気熱交換器に相当する）、インバータ装置１３、貯水器１４、制御装置１５及び貯湯槽２１を備えている構成が示されている。

また、特許文献２には、電気自動車に搭載した燃料電池と、燃料電池の発電電力を交流電力に変換する電力変換手段と、電気自動車の停止時に電力変換手段の出力を電気自動車の駆動モータより車外の家屋あるいはテントに切り替えて供給する電力供給手段と、冷却水を車外より燃料電池に供給する冷却水供給手段と、この供給された冷水を燃料電池発電の際の排熱によって温水となし、燃料電池の発電電力とともに外部へ供給する供給手段とを備えたことが示されている。

特開２０１６−１７６６５７号公報 特開平８−２７３６８０号公報

上記特許文献１の燃料電池は車載用ではないが、特許文献２には、車載用の燃料電池を用いて、車両停止時に燃料電池の発電電力と、燃料電池の廃熱利用による給湯とを車外へ供給することを可能にするコジェネレーションシステムについて開示されている。

しかし、この特許文献２のシステムでは、燃料電池の発電電力を車外の住宅の電気機器等に供給するので、車外の電気機器等の電気負荷に応じて燃料電池の出力制御が必要であり、さらに、廃熱利用による給湯のための発熱量の制御のためにも燃料電池の出力制御が必要である。このため、燃料電池の出力制御を電力負荷と給湯との両方を考慮する必要があるため、給湯のためだけにきめ細かい燃料電池の出力制御が行い難い。

そこで、上記技術的課題に鑑み、本発明の少なくとも一実施形態は、燃料電池と二次電池とが搭載される電動車両を備えて、車両停車時に車外に電力及び給湯を供給可能とし、さらに、給湯能力をきめ細かく制御可能とする燃料電池システムを提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る燃料電池システムは、水素及び酸素の供給を受けて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池で発生する電力を充電する二次電池と、前記二次電池からの電力の供給を受けて駆動する走行用モータとが搭載された電動車両を備え、前記電動車両の停車時に、前記二次電池から前記電動車両の外部へ電力を供給する電力供給手段と、前記燃料電池を冷却する冷却水が循環する冷却水回路と、前記冷却水回路に接続されて前記燃料電池の廃熱によって加熱され冷却水と熱交換を行い車外より供給された供給水を加熱する熱交換手段と、前記熱交換手段によって加熱された温水を前記電動車両の外部へ供給する給湯手段と、前記燃料電池の発電出力を制御する燃料電池制御部と、前記燃料電池の発電出力を制御する燃料電池制御部と、を備えたことを特徴とする。

上記構成（１）によれば、電動車両に搭載の燃料電池を用いて、車両が停車中に燃料電池による発電電力は、二次電池に充電され、車外への電力はこの二次電池から供給される。さらに、燃料電池の発電に伴う廃熱を利用して車外への給湯が可能になる。

また、燃料電池による発電電力は二次電池に充電され、二次電池から車外に供給されるので、車外の電力負荷への対応のための燃料電池の出力制御はされず二次電池の充電率（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を考慮するだけでよく、燃料電池の出力制御を、給湯に最適な廃熱制御に特化させることかできる。それにより、給湯制御をきめ細かく行うことが可能になる。

（２）幾つかの実施形態では、前記燃料電池制御部は、前記給湯手段への給湯指示を基に、前記燃料電池の発電出力の制御を開始することを特徴とする。

上記構成（２）によれば、給湯手段への給湯指示を基に燃料電池の発電出力制御を開始するので、給湯指示すなわち給湯の使用開始に対応して燃料電池からの廃熱熱量を制御できる。

（３）幾つかの実施形態では、前記燃料電池制御部は、前記給湯手段に給湯指示がある場合、前記燃料電池を最高効率出力で発電して、前記二次電池への充電と前記給湯手段による給湯を行わせることを特徴とする。

上記構成（３）によれば、給湯手段に給湯指示があると、燃料電池を最高効率出力で発電させるので、燃料電池の低燃費化を達成しつつ給湯が可能である。
この燃料電池の低燃費とは、燃料電池の発電に必要な水素ガス量および酸素量の低減、さらに燃料電池を発電するために必要とする補機、例えば、外気から取り込んだ空気を酸素ガスとして燃料電池のカソードへ供給する空気ブロアや、燃料電池のアノードに供給された燃料の水素ガスの未反応水素ガスを燃料電池のアノードに還流させる循環ポンプや、燃料電池の冷却水もしくは冷却風の供給ポンプ等の補機を作動する電力を低減することである。
なお、燃料電池の最高効率出力とは、図６に示す燃料電池の出力特性を基に「最高効率出力」は、最高効率点Ｘｍ（％）のＦＣ出力Ｐｓ（ＫＷ）である。

（４）幾つかの実施形態では、前記燃料電池制御部は、前記最高効率出力で発電している場合であって、所定の給湯量が確保できない場合には、前記最高効率出力より発電出力を設定上限値まで増大させることを特徴とする。

上記構成（４）によれば、最高効率出力で発電している場合であっても、所定の給湯量が確保できない場合には、最高効率出力より発電出力を設定上限値まで増大させるので、効率悪化に伴い燃費は犠牲になるが、給湯量を確保することが可能になる。また、燃料電池の発電出力に上限値を設けるので、二次電池への過充電を防止して二次電池の劣化を抑制することができる。

（５）幾つかの実施形態では、前記設定上限値は、住宅供給電力と前記二次電池の受入可能電力との合計値であることを特徴とする。

上記構成（５）によれば、設定上限値は、住宅供給電力と二次電池の受入可能電力との合計値であるので、二次電池への過充電を防止して二次電池の劣化を抑制することができる。

（６）幾つかの実施形態では、前記燃料電池制御部は、前記設定上限値によって発電している場合であっても、前記所定の給湯量が確保できない場合には、前記燃料電池の発電効率を低下させて前記燃料電池の発熱量を増加させることを特徴とする。

上記構成（６）によれば、設定上限値によって発電している場合であっても、所定の給湯量が確保できない場合には、燃料電池の発電効率を低下させて、燃料電池の発熱量を増加させることができる。

（７）幾つかの実施形態では、前記燃料電池制御部は、前記給湯手段に給湯指示がない場合には、前記燃料電池の発電を停止して、前記電力供給手段によって前記二次電池から外部へ電力を供給することを特徴とする。

上記構成（７）によれば、給湯手段に給湯指示がない場合には、燃料電池の発電を停止して二次電池への充電も停止されるので、車外への電力は二次電池に充電されている電力によって行われる。

（８）幾つかの実施形態では、前記燃料電池制御部は、前記燃料電池の発電を停止して、前記電力供給手段によって前記二次電池から外部へ電力を供給している場合に、前記二次電池の充電率が所定値を下回った場合、現在の充電状態と前記所定値との偏差に応じて前記燃料電池の発電出力を制御すること特徴とする。

上記構成（８）によれば、二次電池の充電率が所定値を下回った場合に、現在の充電状態と前記所定値との偏差に応じて燃料電池を発電するので、二次電池に充電が行われることで、二次電池の充電状態が所定値以下に下回って電欠状態になることが防止され。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、燃料電池と二次電池とが搭載される電動車両を備えて、車両停車時に車外に電力及び給湯を供給可能とし、さらに、給湯能力をきめ細かく制御可能とすることができる。

本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの構成概要図である。 流路切替バルブの切替えを説明する説明図である。 燃料電池制御部の構成を示す構成図である。 給湯制御部及び給湯手段の構成を示す構成図である。 燃料電池制御部の制御フローチャートである。 燃料電池出力（ＦＣ出力）と車両効率との関係を示す特性図である。 二次電池受入可能電力と充電率（ＳＯＣ）との関係を示す特性図である。 発電効率低下による発熱量増大を示す電流電圧特性の概念図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、これらの実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

本発明の一実施形態に係る燃料電池システム１について、全体構成を、図１を参照して説明する。
図１に示すように、電動車両３と、車外設備として例えば住宅５とが備えられ、電動車両３は、水素及び酸素の供給を受けて発電を行う燃料電池（ＦＣ：Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）７と、燃料電池７で発生される電力が充電される二次電池９と、主に二次電池９からの電力の供給を受けて駆動するモータ（走行用モータ）１１とを備えている。

図１においては、前輪側をモータ１１で駆動する例を示しているが、モータ１１を後輪側に設けても、前後輪両側に設けてもよい。

燃料電池７は、固体高分子電解質膜を挟んで空気極（カソード）と燃料極（アノード）とを対設した構造を有する発電セルを、セパレータで挟持して、これを複数積層して構成されている。
また、複数の発電セルの各空気極側の触媒層に酸素である空気が供給されるようになっており、各燃料極側の触媒層に燃料ガスの水素ガスが供給されるようになっている。

この燃料電池７においては、燃料極（アノード）に水素ガスを供給すると共に、空気極（カソード）に酸素を含む空気を供給すると、下記に示すような反応が生じるので、電極間に発生する起電力として電気エネルギーを取り出すことが可能となる。
燃料極（アノード）：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-
空気極（カソード）：１／２Ｏ_２＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ

また、燃料電池７の空気極（不図示）に酸素を含む空気を供給する空気ブロア（不図示）や、燃料極（不図示）に水素ガスを供給する水素タンク（不図示）が接続されている。
さらに、燃料電池７のアノードに供給される水素ガスの未反応水素ガスを燃料電池のアノードに還流させる水素ガス循環ポンプ（不図示）や、燃料電池の冷却水もしくは冷却風の供給ポンプ（不図示）等の燃料電池用の補機が設けられている。

燃料電池７、二次電池９、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３、インバータ１５を有して電動車両３の電源装置１７を構成している。そして、燃料電池７の出力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３に入力し、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の出力は、インバータ１５及び二次電池９に入力されるように接続される。そして、インバータ１５に入力されたＤＣ−ＤＣコンバータ１３の出力は交流に変換されてモータ１１に供給される。

一方、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の出力は、二次電池９に入力されると共に、この二次電池９の出力が、接続ケーブル１９を介して車外の例えば住宅５の給電器２１に電力を供給し、そこからさらに電気機器に給電するようになっている。これら、接続ケーブル１９及び給電器２１によって電力供給手段２３を構成している。

また、この電源装置１７によって生成された電力は、モータ１１、さらに、燃料電池７の補機である空気ブロア（不図示）、水素ガス循環ポンプ（不図示）、燃料電池７の冷却水を循環させる冷却水ポンプ２５や、車両補機である車室エアコン（不図示）やランプ（不図示）等に供給されるようになっている。

また、走行時おいて、電動車両３のモータ１１は、主に二次電池９の電力によって駆動されるように構成されており、燃料電池７で発電された電力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３により所定電圧に調整されて二次電池９に充電される。すなわち、二次電池９の出力不足が生じた場合にだけ、不足を補うように燃料電池７からの電力がモータ１１に供給されるようになっている。

このように、二次電池９は、車両走行時おける加減速に伴う負荷変動時の電力供給を担うと共に、車両制動時における回生電力の貯蔵源を担うものである。二次電池９は、リチウムイオン電池や、ニッケル・カドミウム電池や、ニッケル・水素電池等であってもよく特に限定されるものではない。

さらに、電動車両３には、燃料電池７の冷却手段２７として冷却水が循環する冷却水回路２９が形成されている。この冷却水回路２９は図１に示すように、冷却水を循環させる冷却水ポンプ２５と、冷却水を外気によって冷却するラジエータ３１と、燃料電池７の廃熱によって加熱され冷却水と熱交換を行い車外より供給された供給水（例えば、水道水）を加熱す熱交換器（熱交換手段）３３と、が設けられている。さらに、熱交換器３３とラジエータ３１との間には、流路切替バルブ３５が設けられている。

図２（Ａ）に示すように、車両走行時には燃料電池７の廃熱で加熱された冷却水は熱交換器３３に流入し、その後に流路切替バルブ３５を通ってラジエータ３１を通過して冷却され、冷却水ポンプ２５によって、燃料電池７に再循環される。

図２（Ｂ）に示すように、車両停車時に外部に給湯を行うときは、流路切替バルブ３５が切替えられて、冷却水はラジエータ３１をバイパスするように流れる。これにより、冷却水は高温状態で燃料電池７に再循環してさらに廃熱により加熱されることで、熱交換器３３に流入する冷却水温度が上昇して、車両外部からの供給水（水道水）を加熱して温水とすることができる。

また、車外の住宅５側には給湯手段３７が設けられている。
給湯手段３７は、熱交換器３３で加熱された温水を溜める貯湯槽３９と、貯湯槽３９からの温水を出湯するためにユーザが操作する給湯栓等からなる給湯器４１とを備えている。

図４に示すように、貯湯槽３９には貯湯槽３９内の貯湯量を検出する湯量センサ４３が設けられている。
また、熱交換器３３と貯湯槽３９との間の配管４５には、温度調整弁４７が設けられ、一定温度以上の温水が貯湯槽３９に流入されるようになっている。また温度調整弁４７の下流側の配管４５には流量センサ４９が設けられ、貯湯槽３９に流入される一定温度以上の温水の流量が検出される。
また、貯湯槽３９と給湯器４１との間の配管５１には、流量センサ５３が設けられ給湯器４１によってユーザが要求する温水の流量が検出される。

次に、制御装置５５について説明する。
制御装置５５は、図示しない信号入力部、信号出力部、記憶部、演算部等が設けられている。信号入力部には、図示しない車両状態を検出する種々のセンサからの信号が入力される。また、図１に示すように、制御装置５５には、二次電池制御部５７、モータ制御部５９、車両制御部６１、燃料電池制御部（ＦＣ制御部）６３、さらに給湯制御部６５を主に備えている。

二次電池制御部５７は、二次電池９の温度、出力電圧、放電電流、さらには二次電池９の充電率（ＳＯＣ）を検出して、これら情報を取得して、車両制御部６１へ送信する。
モータ制御部５９は、モータ１１のトルク情報などを検出して取得して、該検出情報を車両制御部６１へ送信している。また、車両制御部６１からの車両要求出力の指示に基づいて、モータ１１の出力トルクを制御するためにインバータ１５の制御を実行する。

車両制御部６１は、車両状態を検出する種々のセンサからの信号を基に、車両要求出力を算出して、モータ制御部５９、燃料電池制御部６３、二次電池制御部５７をそれぞれ制御するようになっている。

燃料電池制御部６３は、車両走行時及び停車時においての燃料電池７の発電制御を行うが、ここでは、車両が停車（停止）して車外の住宅５への給電及び給湯を行うときの発電制御を行う制御部として説明する。
給湯制御部６５は、車両が停車して車外の住宅５への給湯を行う場合、走行する場合の流路切替バルブ３５の切替えを制御する。さらに熱交換器３３から供給される給湯量の不足を判定して燃料電池制御部６３を制御するようになっている。

燃料電池制御部６３は図３を参照し、給湯制御部６５は図４を参照して説明する。
図３に示す燃料電池制御部６３は、給湯を行う際の燃料電池７の発電出力及び発電効率を制御する発電出力・効率制御部６７と、発電出力の上限値を設定する上限値設定部６９を有している。

また、図４に示す給湯制御部６５は、流量センサ４９からの検出信号を基に貯湯槽３９に流入される一定温度以上の温水の流量を算出する給湯量算出部７１と、流量センサ５３からの検出信号を基に給湯器４１によってユーザが要求する温水の流量を算出する給湯指示量算出部７３と、湯量センサ４３からの検出信号を基に貯湯槽３９内の湯量が一定量以下に低下した場合に給湯指示を発する給湯指示判定部７５と、さらに、給湯量算出部７１と給湯指示量算出部７３とからの算出結果を基に、給湯量が不足するか否かを判定する給湯量判定部７７とを有している。
そして、給湯指示判定部７５及び給湯量判定部７７の判定結果を、流路切替バルブ３５及び燃料電池制御部６３に出力する。

次に、図５のフローチャートを参照して、燃料電池制御部６３における制御フローチャートについて説明する。
図５において、まず、ステップＳ１で、二次電池９のＳＯＣを読み込み、ステップＳ２で、給湯指示があるかを判定する。この給湯指示の有無は、図４に示すように給湯制御部６５の給湯指示判定部７５で貯湯槽３９内の湯量が一定量以下に低下したことを判定した場合に給湯指示有りとなる。

給湯指示有りでＹｅｓの場合は、ステップＳ３に進んで、燃料電池７を最高効率出力Ｐｓで発電を行う。また、給湯指示有りでＹｅｓの場合には、流路切替バルブ３５を切替えて図２の（Ｂ）に示す流れのようにラジエータ３１をバイパスして流すように切替える。

なお、燃料電池７の最高効率出力とは、図６に示す燃料電池の出力特性を基に「最高効率出力」は、最高効率点Ｘｍ（％）のＦＣ出力Ｐｓ（ＫＷ）である。図６は、燃料電池出力（ＦＣ出力）と車両効率との関係を示し、横軸は燃料電池７の出力電力（ＫＷ）であり、縦軸は車両効率（％）を示す。この車両効率は、燃料電池７及び燃料電池７の補機を含む燃料電池システムを搭載した電動車両の効率（車両効率）である。すなわち、燃料電池７の発電のために要する車両全体のエネルギー効率である。

次に、ステップＳ４で、給湯指示量が燃料電池７の最高効率出力Ｐｓ時での給湯量以上であるかを判定する。この給湯量の判定は図４に示すように給湯制御部６５の給湯量判定部７７で、燃料電池７の最高効率出力Ｐｓ時における給湯量算出部７１からの算出量と、給湯指示量算出部７３からの算出結果とを基に、給湯指示量に対して給湯量が不足するかを基に判定する。判定結果がＹｅｓの場合には、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、燃料電池出力を最高効率出力Ｐｓ以上で（住宅供給電力＋二次電池受入電力）以下の範囲に増加させる。すなわち、図６の特性図に示すように、最高効率出力Ｐｓ以上にして車両効率は低下するが出力を増大させて燃料電池７からの発熱量を増大させる。
二次電池受入電力は図７の特性図を参照して算出する。図７は、充電率（ＳＯＣ）と二次電池受入電力との関係を示し、横軸は二次電池９のＳＯＣ（％）であり、縦軸は二次電池受入電力（ＫＷ）を示す。

次に、ステップＳ６で、給湯指示量が燃料電池７の（住宅供給電力＋二次電池受入電力）での出力時における給湯量以上であるかを判定する。この給湯量の判定も、上記ステップＳ４での判定と同様に、給湯制御部６５の給湯量判定部７７で、燃料電池７の（住宅供給電力＋二次電池受入電力）での出力時における給湯量算出部７１からの算出量と、給湯指示量算出部７３からの算出結果とを基に、給湯指示量に対して給湯量が不足するかを基に判定する。判定結果がＹｅｓの場合には、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、さらに、燃料電池７の効率低下制御を行う。すなわち、ガス流量（水素ガス量もしくは空気量）の非最適制御、またはセル温度の非最適化制御を行う。これによって、さらに、発熱量を増大させることができる。
燃料電池７の効率は温度上昇とともに低下する特性を有するため、効率低下制御を行って温度上昇を図る。例えば、（住宅供給電力＋二次電池受入電力）での出力時における水素ガス量もしくは空気量を絞るように制御する。

例えば、図８に示すように、反応に必要な十分な空気量及び水素ガス量が供給されている場合、すなわち最適制御が行われている場合の燃料電池７の電流電圧特性をＣ１として示すと、空気量もしくは水素ガス量を絞った場合、すなわち非最適制御が行われている場合の電流電圧特性はＣ２の状態になる。
このＣ２の状態特性は、Ｃ１の特性よりも発電効率が悪く発電電圧がＤ１からＤ２に低下するので、理論電圧に対するエネルギー損失が増大する。すなわち熱エネルギーが増大して発熱量が増大することになる。
例えば、Ｄ１の出力（電流×電圧）を確保するためには、Ｄ１→Ｄ３に移行した場合、発熱量＝（理論電圧-電圧）×電流であるので、同一出力で発熱量が増大することになる。
このように、ステップＳ７では、さらに、燃料電池７の効率低下制御を行って発熱量を増大させる制御を行っている。

図５のフローチャートに戻って、ステップＳ２で、給湯指示が無い場合には、Ｎｏとなって、ステップＳ８に進んで、燃料電池７の発電を停止する。その後、ステップＳ９でＳＯＣが目標ＳＯＣ未満か否かを判定する。ＳＯＣが目標ＳＯＣ未満の場合には、ステップＳ１０に進んで、現在ＳＯＣと目標ＳＯＣ、例えば１５〜３０％との偏差に応じた燃料電池７の出力で発電を行う。これによって、給湯が行われない場合であっても、燃料電池７の発電を行わせて、二次電池９のＳＯＣを１５〜３０％の目標値に維持することができ電欠を防止できる。

なお、ステップＳ４、ステップＳ６、ステップＳ９での判定結果がＮｏの場合には、リータしてステップＳ１に戻り処理が繰り返される。

以上説明した本実施形態によれば、電動車両３に搭載の燃料電池７を用いて、車両が停車中に燃料電池７による発電電力は、車両駆動用のモータ１１への電力供給を行うに二次電池９に充電し、車外への電力は二次電池９から供給可能になる。さらに、燃料電池７の発電に伴う廃熱を利用して車外への給湯が可能になる。

また、燃料電池７による発電電力は二次電池９に充電され、車外の電力負荷へは二次電池９から供給されるので車外の電力負荷に応じた燃料電池７の出力制御は行われず、二次電池９の充電率（例えば、電欠防止のためのＳＯＣ１５〜３０％）を考慮するだけである。しかも、この二次電池９の充電率（例えば、電欠防止のためのＳＯＣ１５〜３０％）を考慮した燃料電池７の発電制御は、給湯していないときであるため、燃料電池７の出力制御を、給湯に最適な発熱量とする制御に特化することができる。

また、給湯指示があった場合には、まず、燃料電池７の発電出力を最高効率時の出力で発電を行うため、燃料電池７の燃料消費を低減できる。
そして、燃料電池７の発電出力を最高効率時の出力では、給湯指示量の要求に不足する場合には、さらに燃料電池７の発電出力を増大して発熱量を上げる。最高効率出力より発電出力を住宅供給電力と前記二次電池の受入可能電力との合計値である上限値まで増大させるので、燃費は犠牲になるが、給湯量を確保することが可能になる。また、燃料電池の発電出力に上限値を設けるので、二次電池への過充電を防止して二次電池の劣化を抑制することができる。

さらに、住宅供給電力と前記二次電池の受入可能電力との合計値である上限値での発電による発熱量でも、給湯指示量の要求に不足する場合には、燃料電池の発電効率を低下させて、燃料電池の発熱量を増加させることでさらに発熱量を増大させることで、給湯指示量の要求に対応することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、燃料電池と二次電池とが搭載される電動車両を備え、車両停車時に車外に電力及び給湯を供給可能とし、さらに、燃料電池の出力を制御することによって給湯能力を制御することができるので、燃料電池を搭載した電動車両を用いた燃料電池システムへの利用に適している。

１ 燃料電池システム
３ 電動車両
５ 住宅
７ 燃料電池
９ 二次電池
１１ モータ（走行用モータ）
１３ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１５ インバータ
２１ 給電器
２３ 電力供給手段
２９ 冷却水回路
３３ 熱交換器（熱交換手段)
３５ 流路切替バルブ
３７ 給湯手段
３９ 貯湯槽
４１ 給湯器
５５ 制御装置
５７ 二次電池制御部
５９ モータ制御部
６１ 車両制御部
６３ 燃料電池制御部
６５ 給湯制御部
６７ 発電出力・効率制御部
６９ 上限値設定部
７１ 給湯量算出部
７３ 給湯指示量算出部
７５ 給湯指示判定部
７７ 給湯量判定部

Claims (8)

1. 水素及び酸素の供給を受けて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池で発生する電力を充電する二次電池と、前記二次電池からの電力の供給を受けて駆動する走行用モータとが搭載された電動車両を備え、
   前記電動車両の停車時に、前記二次電池から前記電動車両の外部へ電力を供給する電力供給手段と、
   前記燃料電池を冷却する冷却水が循環する冷却水回路と、
   前記冷却水回路に接続されて前記燃料電池の廃熱によって加熱され冷却水と熱交換を行い車外より供給された供給水を加熱する熱交換手段と、
   前記熱交換手段によって加熱された温水を前記電動車両の外部へ供給する給湯手段と、
   前記燃料電池の発電出力を制御する燃料電池制御部と、を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記燃料電池制御部は、前記給湯手段への給湯指示を基に、前記燃料電池の発電出力の制御を開始することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記燃料電池制御部は、前記給湯手段に給湯指示がある場合、前記燃料電池を最高効率出力で発電して、前記二次電池への充電と前記給湯手段による給湯を行わせることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記燃料電池制御部は、前記最高効率出力で発電している場合であって、所定の給湯量が確保できない場合には、前記最高効率出力より発電出力を設定上限値まで増大させることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
5. 前記設定上限値は、住宅供給電力と前記二次電池の受入可能電力との合計値であることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 前記燃料電池制御部は、前記設定上限値によって発電している場合であっても、前記所定の給湯量が確保できない場合には、前記燃料電池の発電効率を低下させて前記燃料電池の発熱量を増加させることを特徴とする請求項４または５に記載の燃料電池システム。
7. 前記燃料電池制御部は、前記給湯手段に給湯指示がない場合には、前記燃料電池の発電を停止して、前記電力供給手段によって前記二次電池から外部へ電力を供給することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
8. 前記燃料電池制御部は、前記燃料電池の発電を停止して、前記電力供給手段によって前記二次電池から外部へ電力を供給している場合に、前記二次電池の充電率が所定値を下回った場合、現在の充電状態と前記所定値との偏差に応じて前記燃料電池の発電出力を制御すること特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。

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