包括二次电池的车辆和用于包括二次电池的车辆的控制方法
包括二次电池的车辆和用于包括二次电池的车辆的控制方法
【专利摘要】一种包括二次电池(30)的车辆包括：发电装置；蓄电量检测部；逆变器(60)，该逆变器将从二次电池(30)输出的电力变换成交流电力；外部负荷连接部，该外部负荷连接部将外部负荷经由逆变器(60)连接到二次电池(30)；和控制部(10)，该控制部控制二次电池(30)的充电/放电。控制部(10)使发电装置基于由蓄电量检测部检测出的值来对二次电池(30)充电以使得二次电池(30)中的蓄电量处在预定范围内，并且控制部(10)执行控制以使得：当在车辆停止期间电力供给到外部负荷时，蓄电量的上限值不同于车辆行驶期间的上限值。
【专利说明】包括二次电池的车辆和用于包括二次电池的车辆的控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种包括二次电池并使用来自所述二次电池的电力作为驱动力的车辆。
【背景技术】
[0002]一般而言，燃料电池车辆包括燃料电池和二次电池作为电力源(日本专利申请公报N0.2010-279124 (JP2010-279124A)和日本专利申请公报N0.2002-008694(JP2002-008694A))。燃料电池车辆通常使用燃料电池作为主电力源，并利用燃料电池的输出来行驶。例如，当燃料电池的输出无法根据负荷的变化而被改变时，电力不足由二次电池进行补偿。使用燃料电池的输出电力的一部分、再生电力等对二次电池充电。
[0003]通过将二次电池与外部负荷连接，能使燃料电池车辆用作电源装置。然而，由于燃料电池的发电量和二次电池的容量有限，故希望在使燃料电池车辆用作移动式电源装置时来自二次电池的电力能被更有效地供给到外部负荷。该要求并不限于燃料电池车辆，而且是对包括二次电池作为副电源并且能够用作用于外部负荷的电源装置的其它类型的车辆如混合动力车辆等也存在这样的要求。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种允许包括二次电池的车辆向连接到二次电池的外部负荷有效地供给电力的技术。
[0005]本发明的第一方面涉及一种车辆，所述车辆包括二次电池并且使用来自所述二次电池的电力作为驱动力。所述车辆包括:发电装置，所述发电装置对所述二次电池充电；蓄电量检测部，所述蓄电量检测部检测指示所述二次电池中的蓄电量的值；逆变器，所述逆变器将从所述二次电池输出的电力变换成交流电力；外部负荷连接部，所述外部负荷连接部将外部负荷经由所述逆变器连接到所述二次电池，所述外部负荷使用交流电力；以及控制部，所述控制部控制所述二次电池的充电/放电。所述控制部使所述发电装置以使得所述二次电池中的蓄电量处在预定范围内的方式基于由所述蓄电量检测部检测出的值来对所述二次电池充电。所述控制部以这样的方式控制所述二次电池中的蓄电量:当在所述车辆停止期间电力从所述二次电池供给到所述外部负荷时，所述二次电池中的蓄电量的上限值不同于所述车辆行驶期间的所述上限值。本发明的发明人发现，随着逆变器的输入电压变得越接近从逆变器输出的交流电压，逆变器效率变得越高。根据该方面的车辆，当在车辆停止期间电力从二次电池供给到外部负荷时，通过改变二次电池中的蓄电量的上限值，可以使从二次电池输入逆变器的电压更接近从逆变器输出的交流电压。因此，电力能在逆变器的电力变换效率提高的状态下从二次电池供给到外部负荷。
[0006]在根据上述方面的车辆中，所述发电装置可为燃料电池，并且所述控制部可执行:(i)通常行驶控制，其中使用所述燃料电池作为主电源，使用所述二次电池作为副电源，并且使用所述燃料电池的输出和所述二次电池的输出来驱动所述车辆；和(ii)电力供给控制，其中在所述车辆停止期间，使所述燃料电池的发电量比所述通常行驶控制的执行期间小并且使所述二次电池中的蓄电量的上限值比所述通常行驶控制的执行期间低，并且电力从所述二次电池供给到所述外部负荷。在该车辆中，当通常车辆行驶控制被执行时，能确保二次电池中充分的蓄电量，而当电力供给控制被执行时，能向外部负荷有效地供给电力。
[0007]在根据上述方面的车辆中，当在所述车辆停止期间电力从所述二次电池供给到所述外部负荷时，所述控制部可减小所述二次电池中的蓄电量的上限值，以使得所述二次电池的电压接近连接到所述逆变器的所述外部负荷的电压。在该车辆中，由于二次电池的输出电压接近从逆变器输出的交流电压，故来自二次电池的电力能被有效地供给到外部负荷。
[0008]在根据上述方面的车辆中，当在所述车辆停止期间电力从所述二次电池供给到所述外部负荷时，所述控制部可基于所述外部负荷所使用的电力来确定所述二次电池中的蓄电量的上限值的减小量。本发明的发明人发现，当逆变器的输入电压降低时获得的逆变器效率的上升量根据逆变器的输出电力而改变。因而，根据该方面的车辆，二次电池中的蓄电量(逆变器的输入电压)能根据外部负荷所使用的电力而适度减小。因此，来自二次电池的电力能被更有效地供给到外部负荷。
[0009]本发明的第二方面涉及一种用于车辆的控制方法，所述车辆包括二次电池和对所述二次电池充电的发电装置。所述车辆使用来自所述二次电池的电力作为驱动力。所述控制方法包括:检测指示所述二次电池中的蓄电量的值；以及使所述发电装置以使得所述二次电池中的蓄电量处在预定范围内的方式基于所检测出的值来对所述二次电池充电，其中，在使所述发电装置对所述二次电池充电时，以这样的方式控制所述二次电池中的蓄电量:当在所述车辆停止期间电力从所述二次电池供给到外部负荷时，所述二次电池中的蓄电量的上限值不同于所述车辆行驶期间的所述上限值。根据该控制方法，在车辆停止期间二次电池的输出能被有效地供给到外部负荷。
[0010]本发明能采用各种形式来实现。例如，本发明能采用利用来自二次电池的电力来行驶的车辆如包括二次电池的燃料电池车辆、用于车辆的控制方法、用于执行该控制方法的程序、存储该程序的存储介质等形式来实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]下面将参照【专利附图】
【附图说明】本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中:
[0012]图1是示出了根据本发明第一实施例的燃料电池车辆的构造的示意图；
[0013]图2是用于说明由本发明的实施例中的控制部执行的用于燃料电池车辆的控制程序的流程图；
[0014]图3是用于说明本发明的实施例中执行的SOC反馈控制的说明图；
[0015]图4是用于说明逆变器输出与逆变器效率之间的关系的说明图；
[0016]图5是用于说明二次电池的SOC与电池电压之间的关系的说明图；
[0017]图6是用于说明二次电池的SOC与逆变器效率之间的关系的说明图；[0018]图7是示出了根据本发明第二实施例的燃料电池车辆的构造的示意图；
[0019]图8是用于说明逆变器输出与逆变器效率的变化量之间的关系的说明图。
【具体实施方式】
[0020]A.第一实施例:图1是示出了根据本发明第一实施例的燃料电池车辆100的构造的示意图。燃料电池车辆100包括燃料电池20和二次电池30，并通过利用来自燃料电池20和二次电池30的电力作为驱动力来行驶。根据该实施例的燃料电池车辆100能够用作当燃料电池车辆100处于停止状态时向外部负荷200供给电力的移动式电源装置。具体地，燃料电池车辆100具有如下构造。
[0021]燃料电池20是接收氢和空气作为反应气体的固态聚合物燃料电池，并且产生电力。二次电池30可由例如锂离子电池构成。燃料电池20和二次电池30并不分别限于固态聚合物燃料电池和锂离子电池，并且可采用各种其它类型的燃料电池和各种其它类型的可充电电池。
[0022]燃料电池车辆100还包括控制部10、运转模式切换开关15、SOC检测部31、DC/DC变换器41、行驶用逆变器42、电动机50、外部连接逆变器60、外部负荷连接部61和车轮WL。尽管燃料电池车辆100包括用于燃料电池20的发电的反应气体供给部和排出部、冷却介质供给部等，但在此略去了它们的图示和说明。尽管在燃料电池车辆100中来自燃料电池20和二次电池30的电力的一部分被用于驱动燃料电池车辆100的附件，但略去了附件和用于附件的配线的图示和说明。
[0023]控制部10是使用包括中央处理单元和主存储装置的微计算机构成的。控制部10通过运转模式切换开关15接收由车辆100的驾驶者进行的切换操作，并切换燃料电池车辆100的运转模式。在此应该指出的是，本实施例的燃料电池车辆100具有“通常行驶模式”和“电力供给模式”作为上述运转模式。
[0024]通常行驶模式是用于使燃料电池车辆100基于驾驶者的操作而行驶的模式。在行驶模式是被选择的模式的情况下，控制部10接收由驾驶者进行的操作，例如加速器操作等，并且控制部10根据驾驶者的操作而控制燃料电池20的发电和二次电池30的充放电。另一方面，电力供给模式是使燃料电池车辆100用作向外部负荷供给电力的电源装置的模式。稍后将说明在这些运转模式期间执行的具体控制。
[0025]SOC检测部31检测二次电池30的充电状态(SOC)，并且将其发送到控制部10。在本说明书中，“充电状态(SOC) ”指残留电量(蓄电量)与二次电池30的当前充电容量的比率。SOC检测部31检测二次电池30的温度及其输出电压和输出电流，并基于二次电池30的温度、输出电压和输出电流的检测值而检测二次电池30的S0C。
[0026]控制部10获取SOC检测部31检测出的S0C，并以使得二次电池30的SOC处在预定范围内的方式基于获取到的SOC而控制二次电池30的充电/放电。在本说明书的下文中，由控制部10基于SOC的检测值而执行的用于二次电池30的充电/放电控制将被称为“S0C反馈控制”。当开始SOC反馈控制时，控制部10预先设定用作用于限定二次电池30的SOC的变化范围的基准的目标SOC值。稍后将说明该目标SOC值。
[0027]在此应该指出的是，燃料电池20经由直流配线DCL连接到行驶用逆变器42，并且二次电池30经由DC/DC变换器41连接到直流配线DCL。尽管在直流配线DCL上设置有用于防止电流从二次电池30逆流到燃料电池20的二极管，但从图中略去了二极管的图示。
[0028]行驶用逆变器42连接到经由齿轮等驱动车轮WL的电动机50。电动机50由包括三相线圈的同步电动机构成。行驶用逆变器42将燃料电池20和二次电池30的输出电力变换成三相交流电力，并且将三相交流电力供给到电动机50。
[0029]在通常行驶模式期间，控制部10产生与加速器操作量对应的驱动信号，并且将所述驱动信号发送到行驶用逆变器42和DC/DC变换器41。行驶用逆变器42根据来自控制部10的驱动信号例如通过调节交流电压的脉冲宽度来使电动机50按加速器操作量运转。
[0030]DC/DC变换器41根据来自控制部10的驱动信号而可变地调节直流配线DCL的电压水平并切换二次电池30的充电/放电状态。当电动机50产生再生电力时，再生电力由行驶用逆变器42变换成直流电力，并且然后经由DC/DC变换器41充入二次电池30中。
[0031]在本实施例的燃料电池车辆100中，外部连接逆变器60连接到二次电池30。外部连接逆变器60连接到能与外部负荷200连接的外部负荷连接部61。外部负荷200依靠交流电力运转。此构造使燃料电池车辆100可以向连接到外部负荷连接部61的外部负荷200供给储存在二次电池30中的电力。本实施例中的外部连接逆变器60由具有AC100V的输出电压的逆变器构成。外部负荷连接部61经由商用电源插座连接到外部负荷200。
[0032]图2是用于说明由控制部10执行的燃料电池车辆100的控制程序的流程图。在步骤SlO中，控制部10基于运转模式切换开关15而检测驾驶者所选择的运转模式。当通常行驶模式为被选择的模式时，控制部10将用作用于二次电池30中的蓄电量的控制基准的目标SOC值设定为作为预定的第一值的Shigh。
[0033]在步骤S30中，控制部10通过使用燃料电池20作为主电源和使用二次电池30作为副电源来开始通常运转控制。具体地，控制部10使燃料电池20根据加速器操作量而发电，并使用燃料电池20的输出来驱动电动机50或驱动其它附件等，或者对二次电池30充电。
[0034]当燃料电池20的输出电力不足时，例如，当燃料电池20的输出无法按输出要求(加速器操作量)改变时等，控制部10使二次电池30放电以补偿该不足。二次电池30的SOC通过上述SOC反馈控制而被维持在基于第一值Shigh限定出的预定范围内。稍后将详细说明这一点。
[0035]另一方面，如果电力供给模式已被运转模式切换开关15选择(步骤S10)，则控制部10将用作二次电池30的SOC的控制基准的目标SOC值设定为作为预定的第二值的Slmt(步骤S40)。在步骤S50中，控制部10使用被设定为第二值S1ot的目标SOC值来控制与二次电池30有关的SOC反馈控制，并使二次电池30开始经由外部连接逆变器60向外部负荷200供给电力。
[0036]在电力供给模式期间，控制部10弓丨起燃料电池20的间歇运转。燃料电池20的间歇运转指这样的运转方式:燃料电池20的发电基本停止或者燃料电池20的输出大致为零，并且仅在二次电池30需要充电时才使燃料电池20运转以对二次电池30充电。
[0037]控制部10继续通常行驶模式下的控制或电力供给模式下的控制，直至驾驶者完成对燃料电池车辆100的运转(步骤S60)。仅在燃料电池车辆100处于停止状态时才可实现经由运转模式切换开关15对运转模式的切换。此外，在电力供给模式下的控制期间燃料电池20和二次电池30与电动机50的电连接可被中断。另一方面，在通常行驶模式下的控制期间，外部负荷200与二次电池30之间的电连接可被中断。
[0038]图3是用于说明通常行驶模式下的SOC反馈控制与电力供给模式下的SOC反馈控制之间的差别的说明图。图3的上部和下部示出柱状图，以两个柱状图彼此对应的标定方式分别示出了通常行驶模式和电力供给模式下二次电池30的S0C。在图3的这些柱状图中，左侧被规定为SOC = 0%，而右侧被规定为SOC = 100%，并且阴影线区域均显示二次电池30的SOC。
[0039]具体地，以如下方式执行在步骤S30和S50中执行的SOC反馈控制。控制部10通过使用分别在步骤S20和步骤S40中设定的目标SOC值Shigh和S1ot作为中心值来设定上限值Smax和下限值Slim。优选将通常行驶模式期间SOC的上限值Smax和下限值Slim确定为抑制二次电池30由于二次电池30中的蓄电量过大或过小而劣化的值。此外，优选将电力供给模式期间SOC的下限值Slim设定为等于通常行驶模式期间SOC的下限值Slim。
[0040]控制部10适当地开始二次电池30的充电以使得二次电池30的SOC不会变得低于下限值siim，并且适当地停止充电以使得二次电池30的SOC不会超过上限值Shigh。由于该SOC反馈控制，电力供给模式期间二次电池30的SOC的变化范围与通常行驶模式相比朝向下限值侧缩小，并且使二次电池30的SOC的上限值在电力供给模式期间比在通常行驶模式期间低。将说明在电力供给模式期间减小二次电池30的SOC的上限值的原因。
[0041 ] 图4是从本发明的发明人执行的实验获得的曲线图，示出了从逆变器输出的电力(下文称为“逆变器输出”)与逆变器效率之间的关系的一个示例。在此应该指出的是，“逆变器效率”指从逆变器输出的电力与输入逆变器的电力的比率，并且指逆变器进行的电力变换的效率。
[0042]本发明的发明人将二次电池连接到输出电压为AC100V的逆变器，并在二次电池的输出电压的每个不同值分别对从逆变器输出的电力测量逆变器效率。在以下说明中，从二次电池输出的电压、也就是从二次电池输入逆变器的电压将称为“逆变器输入电压”。
[0043]在逆变器输入电压的任意值，逆变器效率在逆变器输出较小的初始阶段显著提高，并且然后大致保持在恒定值。此外，随着逆变器输入电压越接近逆变器的AC输出电压(100V)，逆变器效率在逆变器输出的大致全部范围内易于升高，直至逆变器输出变得极高。
[0044]图5是从本发明的发明人执行的实验获得的曲线图，示出了二次电池的SOC与二次电池的输出电压(下文还称为“电池电压”)之间的关系的一个示例。本发明的发明人改变了二次电池的S0C，并测量在SOC的各个值的电池电压。如该曲线图所示，二次电池的SOC与二次电池的输出电压之间存在单调的关系。随着SOC变得越高，输出电压变得越高。
[0045]图6是示出了二次电池的SOC与逆变器效率之间的关系的一个示例的曲线图。由于电池电压相当于逆变器输入电压，故能利用图4中的逆变器输入电压与图5中的电池电压之间的对应性在逆变器输出的各个值分别确定对SOC的逆变器效率。从图6的曲线图可以理解的是，连接到二次电池的逆变器的逆变器效率趋于随着二次电池的SOC减小而上升，并且该趋势随着逆变器输出变得越小而越显著。
[0046]如上文结合图3所述，在本实施例的燃料电池车辆100中，使二次电池30的SOC的上限在电力供给模式期间比在通常行驶模式期间低。因此，在电力供给模式期间，与通常行驶模式相比，在二次电池30的SOC低的情况下，电力继续供给到外部连接逆变器60。
[0047]如上文结合图4至6所述，随着二次电池30的SOC变得越低，能获得外部连接逆变器60的越高的逆变器效率。亦即，在本实施例的燃料电池车辆100中，在电力供给模式期间，二次电池30的SOC的上限降低，从而能获得外部连接逆变器60的高逆变器效率。因此，来自二次电池30的电力能更有效地供给到外部负荷200，并且能延长可以供给电力的时间。
[0048]此外，如上文结合图4所述，随着逆变器输入电压变得越接近(接近)从逆变器输出的交流电压，逆变器效率变得越高。因此，电力供给模式期间的目标SOC值可被设定成使得二次电池30的输出电压变得更接近外部连接逆变器的输出电压(本实施例中为100V)。
[0049]因而，在本实施例的燃料电池车辆100中，在存在可需要二次电池30的高输出的可能性的通常行驶模式期间，目标SOC值被设定为高值以确保二次电池30中的充足蓄电量。然后，在需要电力从二次电池30有效供给到外部负荷200的电力供给模式期间，目标SOC值被设定为低值以提高外部连接逆变器60的逆变器效率，从而提高向外部负荷200供给电力的效率。
[0050]在本实施例的燃料电池车辆100中，燃料电池20在电力供给模式间歇地运转。然而，如上所述，由于燃料电池20反复起动和停止的频度能由于向外部负荷200供给电力的效率的提高而降低，故能抑制燃料电池20的劣化。
[0051]B.第二实施例:图7是示出了根据本发明第二实施例的燃料电池车辆100A的构造的示意图。图7与图1基本相同，设置了逆变器输出检测部63除外。逆变器输出检测部63通过检测外部连接逆变器60与外部负荷连接部61之间的电流值和电压值来获取或检测外部连接逆变器60的逆变器输出(即，供给到外部负荷200的电力)。
[0052]在第二实施例的燃料电池车辆100A中，类似于第一实施例中的燃料电池车辆100，控制部10通过使电力供给模式期间的目标SOC值不同于通常行驶模式期间的目标SOC值来执行用于二次电池30的SOC反馈控制。然而，在第二实施例的燃料电池车辆100A中，在电力供给模式期间设定的目标SOC值由控制部10如下所述确定。
[0053]图8是示出了当二次电池的SOC降低预定值时获得的逆变器输出与逆变器效率的变化量之间的关系的一个示例的曲线图。图8的曲线图能通过在图6的曲线图中在逆变器输出的各个值分别确定当SOC从第一值S1降低到第二值S2时发生的逆变器效率的变化量(增加量)Ae来获得。从图8的曲线图可以理解，随着逆变器输出变得越低，逆变器效率的变化量Ae增大。
[0054]因而，在逆变器中，在逆变器输出比较高的情况下，通过降低逆变器输入电压而实现的逆变器效率的提高程度相对较小。因此，即使在使二次电池30的目标SOC值在电力供给模式期间比在通常行驶模式期间低的情况下，也存在根据外部负荷200所使用的电力来增大二次电池30的充电频度的可能性。如果二次电池30的充电频度增大，则存在二次电池30的劣化可被促进的可能性。此外,如果二次电池30的充电频度增大，则燃料电池200的发电反复开始和停止的频度增大。这可导致燃料电池20的劣化或燃料电池车辆100A的燃料经济性的下降。
[0055]因此，在第二实施例的燃料电池车辆100A中，控制部10从逆变器输出检测部63接收检测值，并且基于该检测值来确定电力供给模式期间二次电池30的目标SOC值的减小量，即在电力供给模式期间二次电池30的目标SOC值减小的量。因此，根据外部负荷200所使用的电力，确定电力供给模式期间二次电池30的SOC的上限值的减小量(换言之，确定电力供给模式期间二次电池30中的蓄电量的上限值的减小量)。具体地，控制部10可将目标SOC值确定成使得当外部连接逆变器60的逆变器输出大时，使目标SOC值的减小量小于逆变器输出小时。换言之，当外部负荷200所使用的电力大时，控制部10可使二次电池30的SOC的上限值的减小量(或二次电池30中的蓄电量的上限值的减小量)小于外部负荷200所使用的电力小时。或者，控制部10可随着外部连接逆变器60的逆变器输出增大而减小目标SOC值的减小量。换言之,控制部10可随着外部负荷200所使用的电力增大而减小二次电池30的SOC的上限值的减小量(或二次电池30中的蓄电量的上限值的减小量)O
[0056]以此方式，在第二实施例的燃料电池100A中，根据外部负荷200所使用的电力来确定电力供给模式期间二次电池30的目标SOC值的减小量。因此，可以降低这种可能性:在电力供给模式期间，二次电池30中的蓄电量相对于外部负荷200所使用的电力变得极小而导致二次电池30的充电频度增大。相应地，可以抑制燃料电池20的劣化和燃料电池车辆100的燃料经济性的下降。
[0057]C.变型:本发明并不限于上述实施例或示例，而是还可以采用各种其它方式实施而不脱离本发明的范围。例如，在上述实施例中，本发明适用于包括二次电池的燃料电池。然而，本发明也可适用于包括二次电池的其它类型的车辆。具体地，本发明能适用于诸如混合动力车辆、插电式混合动力车辆等车辆，其中执行控制以使得在使用来自二次电池的电力作为驱动力的情况下通过使内燃发动机用作发电装置来使二次电池中的蓄电量处在预定范围内。此外，通过将本发明特别地应用于包括燃料电池的大型车辆如燃料电池公共汽车、燃料电池卡车等，可以构成电力供给效率优良的电源车辆。因而，本发明是实用的。此夕卜，本发明的实施例也能进行如下修改。
[0058]Cl.第一变型:在上述实施例中，通过将通常行驶模式期间在用于二次电池30的SOC反馈控制中使用的目标SOC值和电力供给模式期间的目标SOC值设定为不同的值，来使在电力供给模式期间二次电池30中的蓄电量的上限值与在通常行驶模式期间不同。通常行驶模式和电力供给模式是预先设定的运转模式。然而，在燃料电池车辆100和100A不一定需要预先设定运转模式，并且二次电池30中的蓄电量的上限值的变化不一定基于运转模式，只要在燃料电池车辆100和100A中，二次电池30中的蓄电量被控制成使得当在车辆停止期间电力供给到外部负荷200时，二次电池30中的蓄电量的上限值不同于车辆行驶期间的上限值。
[0059]用语“在燃料电池车辆停止期间(也就是，燃料电池车辆的停止状态”)指用于驱动电动机50的电力不从燃料电池20或二次电池30供给的状态。用语“在燃料电池车辆停止期间(燃料电池车辆的停止状态)”不包括所谓的怠速状态，也就是车辆的加速即将基于加速器操作或换档而发生的状态。该状态包括燃料电池车辆100的移动由制动机构如驻车制动器(所谓的手刹)等以固定方式限制的状态。用语“在燃料电池车辆100的行驶期间”指利用来自燃料电池20和二次电池30中的至少一者的电力来驱动电动机50的状态。该状态包括上述怠速状态(车辆的移动由制动机构如驻车制动器等以固定方式限制的状态除外)。
[0060]C2.第二变型:在上述实施例中，控制部10基于二次电池30的SOC来执行控制以使得二次电池30的SOC处在预定范围内(S0C反馈控制)。然而，控制部10不一定基于二次电池30的SOC来执行SOC反馈控制。控制部10能以使得二次电池30中的蓄电量处在预定范围内的方式基于指示二次电池30中的蓄电量的值来控制二次电池30的充电/放电。这种情况下，控制部10可设定蓄电量的目标值代替目标SOC值。
[0061]在此应该指出的是，二次电池30的SOC是指示二次电池30中的蓄电量的值。因此，上述实施例的燃料电池车辆100中的SOC反馈控制能理解为控制部10执行的以使得二次电池30中的蓄电量处在预定范围内的方式基于指示二次电池30中的蓄电量的获取值来控制二次电池30的充电/放电的控制。尽管在上述实施例中二次电池30的SOC的上限值Smax在电力供给模式期间减小，但可以理解这减小了二次电池30中的蓄电量的上限值。
[0062]C3.第三变型:在上述实施例中，在燃料电池车辆100和100A中，燃料电池20在电力供给模式期间间歇地运转。然而，在燃料电池车辆100和100A中，燃料电池20在电力供给模式期间不一定间歇地运转。在燃料电池车辆100和100A中，可使燃料电池20的输出在电力供给模式期间比在通常行驶模式期间低，以使得在电力供给模式期间，燃料电池20的发电量减小。为了提高燃料电池车辆100和100A的燃料经济性，还优选在电力供给模式期间、也就是在燃料电池车辆100处于停止状态时减小燃料电池20的发电量。
[0063]C4.第四变型:在上述实施例中，外部连接逆变器60由输出电压为AC100V的逆变器构成，并且外部负荷连接部61被构造为经由商用电源插座连接到外部负荷200的连接器。然而，外部连接逆变器60不一定是输出电压为AC100V的逆变器，并且外部负荷连接部61不一定经由商用电源插座连接到外部负荷200。仅有必要的是，外部连接逆变器60应该是将来自二次电池30的直流电力变换成交流电力的装置。另外，仅有必要的是，外部负荷连接部61应该是能够将外部连接逆变器60和外部负荷200电连接的装置，并且可采用各种连接器构造和各种连接方式。
[0064]C5.第五变型:在上述实施例中，控制部10以目标SOC值为中心值来设定SOC的上限值Smax和下限值Slim,并且控制二次电池30的充电/放电以使得SOC处在从上限值Smax到下限值Slim的范围内。然而，控制部10可在不设定目标SOC值的情况下直接设定SOC的上限值Smax和下限值Slim。此外，尽管在上述实施例中，用于通常行驶模式的SOC的下限值Slim和用于电力供给模式的下限值Slim被设定为相同值，但用于通常行驶模式的下限值Slim和用于电力供给模式的下限值Slim可被设定为不同值。然而，希望在电力供给模式期间SOC的下限值Slim被设定成使得二次电池30的劣化被抑制并使得二次电池30的充电频度不显著增大。
[0065]C6.第六变型:在上述实施例中，在燃料电池车辆100和100A中，利用运转模式切换开关15在通常行驶模式与电力供给模式之间切换运转模式。然而，可省略运转模式切换开关15。这种情况下，控制部10可基于燃料电池车辆100和100A的运转状态或外部负荷200的连接状态而在通常行驶模式与电力供给模式之间切换运转模式。例如，当外部负荷200在燃料电池车辆100怠速运转期间连接时或者当外部负荷200利用电力起动时或者当驻车制动器被施用时，控制部10可自动地将运转模式切换到电力供给模式。此外，如果在电力供给模式期间驻车制动器被释放或加速器踏板被踏下，则控制部10可通过中断与外部负荷200的电连接来将运转模式强制切换到通常行驶模式。
[0066]C7.第七变型:在上述实施例中，当在燃料电池车辆100和100A停止期间电力被供给到外部负荷200时，控制部10使二次电池30中的蓄电量的上限值低于在燃料电池车辆100和100A行驶期间。然而，在外部连接逆变器60的输出电压比在燃料电池车辆100或100A行驶期间使用的二次电池30的输出电压的上限值高的情况下，控制部10可使二次电池30中的蓄电量的上限值在燃料电池车辆100或100A停止期间电力被供给到外部负荷200时比在燃料电池100或100A正在行驶时高。
【权利要求】
1.一种车辆，所述车辆包括二次电池并且使用来自所述二次电池的电力作为驱动力，所述车辆包括: 发电装置，所述发电装置对所述二次电池充电； 蓄电量检测部，所述蓄电量检测部检测指示所述二次电池中的蓄电量的值； 逆变器，所述逆变器将从所述二次电池输出的电力变换成交流电力； 外部负荷连接部，所述外部负荷连接部将外部负荷经由所述逆变器连接到所述二次电池，所述外部负荷使用交流电力；以及 控制部，所述控制部控制所述二次电池的充电/放电，其中，所述控制部使所述发电装置以使得所述二次电池中的蓄电量处在预定范围内的方式基于由所述蓄电量检测部检测出的值来对所述二次电池充电，并且所述控制部以这样的方式控制所述二次电池中的蓄电量:当在所述车辆停止期间电力从所述二次电池供给到所述外部负荷时，所述二次电池中的蓄电量的上限值不同于所述车辆行驶期间的所述上限值。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述发电装置为燃料电池，并且所述控制部执行:(i)通常行驶控制，其中使用所述燃料电池作为主电源，使用所述二次电池作为副电源，并且使用所述燃料电池的输出和所述二次电池的输出来驱动所述车辆；和(ii)电力供给控制，其中在所述车辆停止期间，使所述燃料电池的发电量比所述通常行驶控制的执行期间小并且使所述二次电池中的蓄电量的上限值比所述通常行驶控制的执行期间低，并且电力从所述二次电池供给到所述外部负荷。
3.根据权利要求1或2所述的车辆，其中，当在所述车辆停止期间电力从所述二次电池供给到所述外部负荷时，所述控制部减小所述二次电池中的蓄电量的上限值，以使得所述二次电池的电压接近连接到所述逆变器的所述外部负荷的电压。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆，其中，当在所述车辆停止期间电力从所述二次电池供给到所述外部负荷时，所述控制部基于所述外部负荷所使用的电力来确定所述二次电池中的蓄电量的上限值的减小量。
5.根据权利要求4所述的车辆，其中，所述控制部随着所述外部负荷所使用的电力增加而减小所述二次电池中的蓄电量的上限值的所述减小量。
6.一种用于车辆的控制方法，所述车辆包括二次电池和对所述二次电池充电的发电装置，其中所述车辆使用来自所述二次电池的电力作为驱动力，所述控制方法包括: 检测指示所述二次电池中的蓄电量的值；以及 使所述发电装置以使得所述二次电池中的蓄电量处在预定范围内的方式基于所检测出的值来对所述二次电池充电，其中，在使所述发电装置对所述二次电池充电时，以这样的方式控制所述二次电池中的蓄电量:当在所述车辆停止期间电力从所述二次电池供给到外部负荷时，所述二次电池中的蓄电量的上限值不同于所述车辆行驶期间的所述上限值。
【文档编号】H02J7/00GK103889777SQ201280051968
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年10月10日 优先权日:2011年10月25日
【发明者】小田宏平 申请人:丰田自动车株式会社
【专利摘要】一种包括二次电池(30)的车辆包括：发电装置；蓄电量检测部；逆变器(60)，该逆变器将从二次电池(30)输出的电力变换成交流电力；外部负荷连接部，该外部负荷连接部将外部负荷经由逆变器(60)连接到二次电池(30)；和控制部(10)，该控制部控制二次电池(30)的充电/放电。控制部(10)使发电装置基于由蓄电量检测部检测出的值来对二次电池(30)充电以使得二次电池(30)中的蓄电量处在预定范围内，并且控制部(10)执行控制以使得：当在车辆停止期间电力供给到外部负荷时，蓄电量的上限值不同于车辆行驶期间的上限值。
【专利说明】包括二次电池的车辆和用于包括二次电池的车辆的控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种包括二次电池并使用来自所述二次电池的电力作为驱动力的车辆。
【背景技术】
[0002]一般而言，燃料电池车辆包括燃料电池和二次电池作为电力源(日本专利申请公报N0.2010-279124 (JP2010-279124A)和日本专利申请公报N0.2002-008694(JP2002-008694A))。燃料电池车辆通常使用燃料电池作为主电力源，并利用燃料电池的输出来行驶。例如，当燃料电池的输出无法根据负荷的变化而被改变时，电力不足由二次电池进行补偿。使用燃料电池的输出电力的一部分、再生电力等对二次电池充电。
[0003]通过将二次电池与外部负荷连接，能使燃料电池车辆用作电源装置。然而，由于燃料电池的发电量和二次电池的容量有限，故希望在使燃料电池车辆用作移动式电源装置时来自二次电池的电力能被更有效地供给到外部负荷。该要求并不限于燃料电池车辆，而且是对包括二次电池作为副电源并且能够用作用于外部负荷的电源装置的其它类型的车辆如混合动力车辆等也存在这样的要求。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种允许包括二次电池的车辆向连接到二次电池的外部负荷有效地供给电力的技术。
[0005]本发明的第一方面涉及一种车辆，所述车辆包括二次电池并且使用来自所述二次电池的电力作为驱动力。所述车辆包括:发电装置，所述发电装置对所述二次电池充电；蓄电量检测部，所述蓄电量检测部检测指示所述二次电池中的蓄电量的值；逆变器，所述逆变器将从所述二次电池输出的电力变换成交流电力；外部负荷连接部，所述外部负荷连接部将外部负荷经由所述逆变器连接到所述二次电池，所述外部负荷使用交流电力；以及控制部，所述控制部控制所述二次电池的充电/放电。所述控制部使所述发电装置以使得所述二次电池中的蓄电量处在预定范围内的方式基于由所述蓄电量检测部检测出的值来对所述二次电池充电。所述控制部以这样的方式控制所述二次电池中的蓄电量:当在所述车辆停止期间电力从所述二次电池供给到所述外部负荷时，所述二次电池中的蓄电量的上限值不同于所述车辆行驶期间的所述上限值。本发明的发明人发现，随着逆变器的输入电压变得越接近从逆变器输出的交流电压，逆变器效率变得越高。根据该方面的车辆，当在车辆停止期间电力从二次电池供给到外部负荷时，通过改变二次电池中的蓄电量的上限值，可以使从二次电池输入逆变器的电压更接近从逆变器输出的交流电压。因此，电力能在逆变器的电力变换效率提高的状态下从二次电池供给到外部负荷。
[0006]在根据上述方面的车辆中，所述发电装置可为燃料电池，并且所述控制部可执行:(i)通常行驶控制，其中使用所述燃料电池作为主电源，使用所述二次电池作为副电源，并且使用所述燃料电池的输出和所述二次电池的输出来驱动所述车辆；和(ii)电力供给控制，其中在所述车辆停止期间，使所述燃料电池的发电量比所述通常行驶控制的执行期间小并且使所述二次电池中的蓄电量的上限值比所述通常行驶控制的执行期间低，并且电力从所述二次电池供给到所述外部负荷。在该车辆中，当通常车辆行驶控制被执行时，能确保二次电池中充分的蓄电量，而当电力供给控制被执行时，能向外部负荷有效地供给电力。
[0007]在根据上述方面的车辆中，当在所述车辆停止期间电力从所述二次电池供给到所述外部负荷时，所述控制部可减小所述二次电池中的蓄电量的上限值，以使得所述二次电池的电压接近连接到所述逆变器的所述外部负荷的电压。在该车辆中，由于二次电池的输出电压接近从逆变器输出的交流电压，故来自二次电池的电力能被有效地供给到外部负荷。
[0008]在根据上述方面的车辆中，当在所述车辆停止期间电力从所述二次电池供给到所述外部负荷时，所述控制部可基于所述外部负荷所使用的电力来确定所述二次电池中的蓄电量的上限值的减小量。本发明的发明人发现，当逆变器的输入电压降低时获得的逆变器效率的上升量根据逆变器的输出电力而改变。因而，根据该方面的车辆，二次电池中的蓄电量(逆变器的输入电压)能根据外部负荷所使用的电力而适度减小。因此，来自二次电池的电力能被更有效地供给到外部负荷。
[0009]本发明的第二方面涉及一种用于车辆的控制方法，所述车辆包括二次电池和对所述二次电池充电的发电装置。所述车辆使用来自所述二次电池的电力作为驱动力。所述控制方法包括:检测指示所述二次电池中的蓄电量的值；以及使所述发电装置以使得所述二次电池中的蓄电量处在预定范围内的方式基于所检测出的值来对所述二次电池充电，其中，在使所述发电装置对所述二次电池充电时，以这样的方式控制所述二次电池中的蓄电量:当在所述车辆停止期间电力从所述二次电池供给到外部负荷时，所述二次电池中的蓄电量的上限值不同于所述车辆行驶期间的所述上限值。根据该控制方法，在车辆停止期间二次电池的输出能被有效地供给到外部负荷。
[0010]本发明能采用各种形式来实现。例如，本发明能采用利用来自二次电池的电力来行驶的车辆如包括二次电池的燃料电池车辆、用于车辆的控制方法、用于执行该控制方法的程序、存储该程序的存储介质等形式来实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]下面将参照【专利附图】
【附图说明】本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中:
[0012]图1是示出了根据本发明第一实施例的燃料电池车辆的构造的示意图；
[0013]图2是用于说明由本发明的实施例中的控制部执行的用于燃料电池车辆的控制程序的流程图；
[0014]图3是用于说明本发明的实施例中执行的SOC反馈控制的说明图；
[0015]图4是用于说明逆变器输出与逆变器效率之间的关系的说明图；
[0016]图5是用于说明二次电池的SOC与电池电压之间的关系的说明图；
[0017]图6是用于说明二次电池的SOC与逆变器效率之间的关系的说明图；[0018]图7是示出了根据本发明第二实施例的燃料电池车辆的构造的示意图；
[0019]图8是用于说明逆变器输出与逆变器效率的变化量之间的关系的说明图。
【具体实施方式】
[0020]A.第一实施例:图1是示出了根据本发明第一实施例的燃料电池车辆100的构造的示意图。燃料电池车辆100包括燃料电池20和二次电池30，并通过利用来自燃料电池20和二次电池30的电力作为驱动力来行驶。根据该实施例的燃料电池车辆100能够用作当燃料电池车辆100处于停止状态时向外部负荷200供给电力的移动式电源装置。具体地，燃料电池车辆100具有如下构造。
[0021]燃料电池20是接收氢和空气作为反应气体的固态聚合物燃料电池，并且产生电力。二次电池30可由例如锂离子电池构成。燃料电池20和二次电池30并不分别限于固态聚合物燃料电池和锂离子电池，并且可采用各种其它类型的燃料电池和各种其它类型的可充电电池。
[0022]燃料电池车辆100还包括控制部10、运转模式切换开关15、SOC检测部31、DC/DC变换器41、行驶用逆变器42、电动机50、外部连接逆变器60、外部负荷连接部61和车轮WL。尽管燃料电池车辆100包括用于燃料电池20的发电的反应气体供给部和排出部、冷却介质供给部等，但在此略去了它们的图示和说明。尽管在燃料电池车辆100中来自燃料电池20和二次电池30的电力的一部分被用于驱动燃料电池车辆100的附件，但略去了附件和用于附件的配线的图示和说明。
[0023]控制部10是使用包括中央处理单元和主存储装置的微计算机构成的。控制部10通过运转模式切换开关15接收由车辆100的驾驶者进行的切换操作，并切换燃料电池车辆100的运转模式。在此应该指出的是，本实施例的燃料电池车辆100具有“通常行驶模式”和“电力供给模式”作为上述运转模式。
[0024]通常行驶模式是用于使燃料电池车辆100基于驾驶者的操作而行驶的模式。在行驶模式是被选择的模式的情况下，控制部10接收由驾驶者进行的操作，例如加速器操作等，并且控制部10根据驾驶者的操作而控制燃料电池20的发电和二次电池30的充放电。另一方面，电力供给模式是使燃料电池车辆100用作向外部负荷供给电力的电源装置的模式。稍后将说明在这些运转模式期间执行的具体控制。
[0025]SOC检测部31检测二次电池30的充电状态(SOC)，并且将其发送到控制部10。在本说明书中，“充电状态(SOC) ”指残留电量(蓄电量)与二次电池30的当前充电容量的比率。SOC检测部31检测二次电池30的温度及其输出电压和输出电流，并基于二次电池30的温度、输出电压和输出电流的检测值而检测二次电池30的S0C。
[0026]控制部10获取SOC检测部31检测出的S0C，并以使得二次电池30的SOC处在预定范围内的方式基于获取到的SOC而控制二次电池30的充电/放电。在本说明书的下文中，由控制部10基于SOC的检测值而执行的用于二次电池30的充电/放电控制将被称为“S0C反馈控制”。当开始SOC反馈控制时，控制部10预先设定用作用于限定二次电池30的SOC的变化范围的基准的目标SOC值。稍后将说明该目标SOC值。
[0027]在此应该指出的是，燃料电池20经由直流配线DCL连接到行驶用逆变器42，并且二次电池30经由DC/DC变换器41连接到直流配线DCL。尽管在直流配线DCL上设置有用于防止电流从二次电池30逆流到燃料电池20的二极管，但从图中略去了二极管的图示。
[0028]行驶用逆变器42连接到经由齿轮等驱动车轮WL的电动机50。电动机50由包括三相线圈的同步电动机构成。行驶用逆变器42将燃料电池20和二次电池30的输出电力变换成三相交流电力，并且将三相交流电力供给到电动机50。
[0029]在通常行驶模式期间，控制部10产生与加速器操作量对应的驱动信号，并且将所述驱动信号发送到行驶用逆变器42和DC/DC变换器41。行驶用逆变器42根据来自控制部10的驱动信号例如通过调节交流电压的脉冲宽度来使电动机50按加速器操作量运转。
[0030]DC/DC变换器41根据来自控制部10的驱动信号而可变地调节直流配线DCL的电压水平并切换二次电池30的充电/放电状态。当电动机50产生再生电力时，再生电力由行驶用逆变器42变换成直流电力，并且然后经由DC/DC变换器41充入二次电池30中。
[0031]在本实施例的燃料电池车辆100中，外部连接逆变器60连接到二次电池30。外部连接逆变器60连接到能与外部负荷200连接的外部负荷连接部61。外部负荷200依靠交流电力运转。此构造使燃料电池车辆100可以向连接到外部负荷连接部61的外部负荷200供给储存在二次电池30中的电力。本实施例中的外部连接逆变器60由具有AC100V的输出电压的逆变器构成。外部负荷连接部61经由商用电源插座连接到外部负荷200。
[0032]图2是用于说明由控制部10执行的燃料电池车辆100的控制程序的流程图。在步骤SlO中，控制部10基于运转模式切换开关15而检测驾驶者所选择的运转模式。当通常行驶模式为被选择的模式时，控制部10将用作用于二次电池30中的蓄电量的控制基准的目标SOC值设定为作为预定的第一值的Shigh。
[0033]在步骤S30中，控制部10通过使用燃料电池20作为主电源和使用二次电池30作为副电源来开始通常运转控制。具体地，控制部10使燃料电池20根据加速器操作量而发电，并使用燃料电池20的输出来驱动电动机50或驱动其它附件等，或者对二次电池30充电。
[0034]当燃料电池20的输出电力不足时，例如，当燃料电池20的输出无法按输出要求(加速器操作量)改变时等，控制部10使二次电池30放电以补偿该不足。二次电池30的SOC通过上述SOC反馈控制而被维持在基于第一值Shigh限定出的预定范围内。稍后将详细说明这一点。
[0035]另一方面，如果电力供给模式已被运转模式切换开关15选择(步骤S10)，则控制部10将用作二次电池30的SOC的控制基准的目标SOC值设定为作为预定的第二值的Slmt(步骤S40)。在步骤S50中，控制部10使用被设定为第二值S1ot的目标SOC值来控制与二次电池30有关的SOC反馈控制，并使二次电池30开始经由外部连接逆变器60向外部负荷200供给电力。
[0036]在电力供给模式期间，控制部10弓丨起燃料电池20的间歇运转。燃料电池20的间歇运转指这样的运转方式:燃料电池20的发电基本停止或者燃料电池20的输出大致为零，并且仅在二次电池30需要充电时才使燃料电池20运转以对二次电池30充电。
[0037]控制部10继续通常行驶模式下的控制或电力供给模式下的控制，直至驾驶者完成对燃料电池车辆100的运转(步骤S60)。仅在燃料电池车辆100处于停止状态时才可实现经由运转模式切换开关15对运转模式的切换。此外，在电力供给模式下的控制期间燃料电池20和二次电池30与电动机50的电连接可被中断。另一方面，在通常行驶模式下的控制期间，外部负荷200与二次电池30之间的电连接可被中断。
[0038]图3是用于说明通常行驶模式下的SOC反馈控制与电力供给模式下的SOC反馈控制之间的差别的说明图。图3的上部和下部示出柱状图，以两个柱状图彼此对应的标定方式分别示出了通常行驶模式和电力供给模式下二次电池30的S0C。在图3的这些柱状图中，左侧被规定为SOC = 0%，而右侧被规定为SOC = 100%，并且阴影线区域均显示二次电池30的SOC。
[0039]具体地，以如下方式执行在步骤S30和S50中执行的SOC反馈控制。控制部10通过使用分别在步骤S20和步骤S40中设定的目标SOC值Shigh和S1ot作为中心值来设定上限值Smax和下限值Slim。优选将通常行驶模式期间SOC的上限值Smax和下限值Slim确定为抑制二次电池30由于二次电池30中的蓄电量过大或过小而劣化的值。此外，优选将电力供给模式期间SOC的下限值Slim设定为等于通常行驶模式期间SOC的下限值Slim。
[0040]控制部10适当地开始二次电池30的充电以使得二次电池30的SOC不会变得低于下限值siim，并且适当地停止充电以使得二次电池30的SOC不会超过上限值Shigh。由于该SOC反馈控制，电力供给模式期间二次电池30的SOC的变化范围与通常行驶模式相比朝向下限值侧缩小，并且使二次电池30的SOC的上限值在电力供给模式期间比在通常行驶模式期间低。将说明在电力供给模式期间减小二次电池30的SOC的上限值的原因。
[0041 ] 图4是从本发明的发明人执行的实验获得的曲线图，示出了从逆变器输出的电力(下文称为“逆变器输出”)与逆变器效率之间的关系的一个示例。在此应该指出的是，“逆变器效率”指从逆变器输出的电力与输入逆变器的电力的比率，并且指逆变器进行的电力变换的效率。
[0042]本发明的发明人将二次电池连接到输出电压为AC100V的逆变器，并在二次电池的输出电压的每个不同值分别对从逆变器输出的电力测量逆变器效率。在以下说明中，从二次电池输出的电压、也就是从二次电池输入逆变器的电压将称为“逆变器输入电压”。
[0043]在逆变器输入电压的任意值，逆变器效率在逆变器输出较小的初始阶段显著提高，并且然后大致保持在恒定值。此外，随着逆变器输入电压越接近逆变器的AC输出电压(100V)，逆变器效率在逆变器输出的大致全部范围内易于升高，直至逆变器输出变得极高。
[0044]图5是从本发明的发明人执行的实验获得的曲线图，示出了二次电池的SOC与二次电池的输出电压(下文还称为“电池电压”)之间的关系的一个示例。本发明的发明人改变了二次电池的S0C，并测量在SOC的各个值的电池电压。如该曲线图所示，二次电池的SOC与二次电池的输出电压之间存在单调的关系。随着SOC变得越高，输出电压变得越高。
[0045]图6是示出了二次电池的SOC与逆变器效率之间的关系的一个示例的曲线图。由于电池电压相当于逆变器输入电压，故能利用图4中的逆变器输入电压与图5中的电池电压之间的对应性在逆变器输出的各个值分别确定对SOC的逆变器效率。从图6的曲线图可以理解的是，连接到二次电池的逆变器的逆变器效率趋于随着二次电池的SOC减小而上升，并且该趋势随着逆变器输出变得越小而越显著。
[0046]如上文结合图3所述，在本实施例的燃料电池车辆100中，使二次电池30的SOC的上限在电力供给模式期间比在通常行驶模式期间低。因此，在电力供给模式期间，与通常行驶模式相比，在二次电池30的SOC低的情况下，电力继续供给到外部连接逆变器60。
[0047]如上文结合图4至6所述，随着二次电池30的SOC变得越低，能获得外部连接逆变器60的越高的逆变器效率。亦即，在本实施例的燃料电池车辆100中，在电力供给模式期间，二次电池30的SOC的上限降低，从而能获得外部连接逆变器60的高逆变器效率。因此，来自二次电池30的电力能更有效地供给到外部负荷200，并且能延长可以供给电力的时间。
[0048]此外，如上文结合图4所述，随着逆变器输入电压变得越接近(接近)从逆变器输出的交流电压，逆变器效率变得越高。因此，电力供给模式期间的目标SOC值可被设定成使得二次电池30的输出电压变得更接近外部连接逆变器的输出电压(本实施例中为100V)。
[0049]因而，在本实施例的燃料电池车辆100中，在存在可需要二次电池30的高输出的可能性的通常行驶模式期间，目标SOC值被设定为高值以确保二次电池30中的充足蓄电量。然后，在需要电力从二次电池30有效供给到外部负荷200的电力供给模式期间，目标SOC值被设定为低值以提高外部连接逆变器60的逆变器效率，从而提高向外部负荷200供给电力的效率。
[0050]在本实施例的燃料电池车辆100中，燃料电池20在电力供给模式间歇地运转。然而，如上所述，由于燃料电池20反复起动和停止的频度能由于向外部负荷200供给电力的效率的提高而降低，故能抑制燃料电池20的劣化。
[0051]B.第二实施例:图7是示出了根据本发明第二实施例的燃料电池车辆100A的构造的示意图。图7与图1基本相同，设置了逆变器输出检测部63除外。逆变器输出检测部63通过检测外部连接逆变器60与外部负荷连接部61之间的电流值和电压值来获取或检测外部连接逆变器60的逆变器输出(即，供给到外部负荷200的电力)。
[0052]在第二实施例的燃料电池车辆100A中，类似于第一实施例中的燃料电池车辆100，控制部10通过使电力供给模式期间的目标SOC值不同于通常行驶模式期间的目标SOC值来执行用于二次电池30的SOC反馈控制。然而，在第二实施例的燃料电池车辆100A中，在电力供给模式期间设定的目标SOC值由控制部10如下所述确定。
[0053]图8是示出了当二次电池的SOC降低预定值时获得的逆变器输出与逆变器效率的变化量之间的关系的一个示例的曲线图。图8的曲线图能通过在图6的曲线图中在逆变器输出的各个值分别确定当SOC从第一值S1降低到第二值S2时发生的逆变器效率的变化量(增加量)Ae来获得。从图8的曲线图可以理解，随着逆变器输出变得越低，逆变器效率的变化量Ae增大。
[0054]因而，在逆变器中，在逆变器输出比较高的情况下，通过降低逆变器输入电压而实现的逆变器效率的提高程度相对较小。因此，即使在使二次电池30的目标SOC值在电力供给模式期间比在通常行驶模式期间低的情况下，也存在根据外部负荷200所使用的电力来增大二次电池30的充电频度的可能性。如果二次电池30的充电频度增大，则存在二次电池30的劣化可被促进的可能性。此外,如果二次电池30的充电频度增大，则燃料电池200的发电反复开始和停止的频度增大。这可导致燃料电池20的劣化或燃料电池车辆100A的燃料经济性的下降。
[0055]因此，在第二实施例的燃料电池车辆100A中，控制部10从逆变器输出检测部63接收检测值，并且基于该检测值来确定电力供给模式期间二次电池30的目标SOC值的减小量，即在电力供给模式期间二次电池30的目标SOC值减小的量。因此，根据外部负荷200所使用的电力，确定电力供给模式期间二次电池30的SOC的上限值的减小量(换言之，确定电力供给模式期间二次电池30中的蓄电量的上限值的减小量)。具体地，控制部10可将目标SOC值确定成使得当外部连接逆变器60的逆变器输出大时，使目标SOC值的减小量小于逆变器输出小时。换言之，当外部负荷200所使用的电力大时，控制部10可使二次电池30的SOC的上限值的减小量(或二次电池30中的蓄电量的上限值的减小量)小于外部负荷200所使用的电力小时。或者，控制部10可随着外部连接逆变器60的逆变器输出增大而减小目标SOC值的减小量。换言之,控制部10可随着外部负荷200所使用的电力增大而减小二次电池30的SOC的上限值的减小量(或二次电池30中的蓄电量的上限值的减小量)O
[0056]以此方式，在第二实施例的燃料电池100A中，根据外部负荷200所使用的电力来确定电力供给模式期间二次电池30的目标SOC值的减小量。因此，可以降低这种可能性:在电力供给模式期间，二次电池30中的蓄电量相对于外部负荷200所使用的电力变得极小而导致二次电池30的充电频度增大。相应地，可以抑制燃料电池20的劣化和燃料电池车辆100的燃料经济性的下降。
[0057]C.变型:本发明并不限于上述实施例或示例，而是还可以采用各种其它方式实施而不脱离本发明的范围。例如，在上述实施例中，本发明适用于包括二次电池的燃料电池。然而，本发明也可适用于包括二次电池的其它类型的车辆。具体地，本发明能适用于诸如混合动力车辆、插电式混合动力车辆等车辆，其中执行控制以使得在使用来自二次电池的电力作为驱动力的情况下通过使内燃发动机用作发电装置来使二次电池中的蓄电量处在预定范围内。此外，通过将本发明特别地应用于包括燃料电池的大型车辆如燃料电池公共汽车、燃料电池卡车等，可以构成电力供给效率优良的电源车辆。因而，本发明是实用的。此夕卜，本发明的实施例也能进行如下修改。
[0058]Cl.第一变型:在上述实施例中，通过将通常行驶模式期间在用于二次电池30的SOC反馈控制中使用的目标SOC值和电力供给模式期间的目标SOC值设定为不同的值，来使在电力供给模式期间二次电池30中的蓄电量的上限值与在通常行驶模式期间不同。通常行驶模式和电力供给模式是预先设定的运转模式。然而，在燃料电池车辆100和100A不一定需要预先设定运转模式，并且二次电池30中的蓄电量的上限值的变化不一定基于运转模式，只要在燃料电池车辆100和100A中，二次电池30中的蓄电量被控制成使得当在车辆停止期间电力供给到外部负荷200时，二次电池30中的蓄电量的上限值不同于车辆行驶期间的上限值。
[0059]用语“在燃料电池车辆停止期间(也就是，燃料电池车辆的停止状态”)指用于驱动电动机50的电力不从燃料电池20或二次电池30供给的状态。用语“在燃料电池车辆停止期间(燃料电池车辆的停止状态)”不包括所谓的怠速状态，也就是车辆的加速即将基于加速器操作或换档而发生的状态。该状态包括燃料电池车辆100的移动由制动机构如驻车制动器(所谓的手刹)等以固定方式限制的状态。用语“在燃料电池车辆100的行驶期间”指利用来自燃料电池20和二次电池30中的至少一者的电力来驱动电动机50的状态。该状态包括上述怠速状态(车辆的移动由制动机构如驻车制动器等以固定方式限制的状态除外)。
[0060]C2.第二变型:在上述实施例中，控制部10基于二次电池30的SOC来执行控制以使得二次电池30的SOC处在预定范围内(S0C反馈控制)。然而，控制部10不一定基于二次电池30的SOC来执行SOC反馈控制。控制部10能以使得二次电池30中的蓄电量处在预定范围内的方式基于指示二次电池30中的蓄电量的值来控制二次电池30的充电/放电。这种情况下，控制部10可设定蓄电量的目标值代替目标SOC值。
[0061]在此应该指出的是，二次电池30的SOC是指示二次电池30中的蓄电量的值。因此，上述实施例的燃料电池车辆100中的SOC反馈控制能理解为控制部10执行的以使得二次电池30中的蓄电量处在预定范围内的方式基于指示二次电池30中的蓄电量的获取值来控制二次电池30的充电/放电的控制。尽管在上述实施例中二次电池30的SOC的上限值Smax在电力供给模式期间减小，但可以理解这减小了二次电池30中的蓄电量的上限值。
[0062]C3.第三变型:在上述实施例中，在燃料电池车辆100和100A中，燃料电池20在电力供给模式期间间歇地运转。然而，在燃料电池车辆100和100A中，燃料电池20在电力供给模式期间不一定间歇地运转。在燃料电池车辆100和100A中，可使燃料电池20的输出在电力供给模式期间比在通常行驶模式期间低，以使得在电力供给模式期间，燃料电池20的发电量减小。为了提高燃料电池车辆100和100A的燃料经济性，还优选在电力供给模式期间、也就是在燃料电池车辆100处于停止状态时减小燃料电池20的发电量。
[0063]C4.第四变型:在上述实施例中，外部连接逆变器60由输出电压为AC100V的逆变器构成，并且外部负荷连接部61被构造为经由商用电源插座连接到外部负荷200的连接器。然而，外部连接逆变器60不一定是输出电压为AC100V的逆变器，并且外部负荷连接部61不一定经由商用电源插座连接到外部负荷200。仅有必要的是，外部连接逆变器60应该是将来自二次电池30的直流电力变换成交流电力的装置。另外，仅有必要的是，外部负荷连接部61应该是能够将外部连接逆变器60和外部负荷200电连接的装置，并且可采用各种连接器构造和各种连接方式。
[0064]C5.第五变型:在上述实施例中，控制部10以目标SOC值为中心值来设定SOC的上限值Smax和下限值Slim,并且控制二次电池30的充电/放电以使得SOC处在从上限值Smax到下限值Slim的范围内。然而，控制部10可在不设定目标SOC值的情况下直接设定SOC的上限值Smax和下限值Slim。此外，尽管在上述实施例中，用于通常行驶模式的SOC的下限值Slim和用于电力供给模式的下限值Slim被设定为相同值，但用于通常行驶模式的下限值Slim和用于电力供给模式的下限值Slim可被设定为不同值。然而，希望在电力供给模式期间SOC的下限值Slim被设定成使得二次电池30的劣化被抑制并使得二次电池30的充电频度不显著增大。
[0065]C6.第六变型:在上述实施例中，在燃料电池车辆100和100A中，利用运转模式切换开关15在通常行驶模式与电力供给模式之间切换运转模式。然而，可省略运转模式切换开关15。这种情况下，控制部10可基于燃料电池车辆100和100A的运转状态或外部负荷200的连接状态而在通常行驶模式与电力供给模式之间切换运转模式。例如，当外部负荷200在燃料电池车辆100怠速运转期间连接时或者当外部负荷200利用电力起动时或者当驻车制动器被施用时，控制部10可自动地将运转模式切换到电力供给模式。此外，如果在电力供给模式期间驻车制动器被释放或加速器踏板被踏下，则控制部10可通过中断与外部负荷200的电连接来将运转模式强制切换到通常行驶模式。
[0066]C7.第七变型:在上述实施例中，当在燃料电池车辆100和100A停止期间电力被供给到外部负荷200时，控制部10使二次电池30中的蓄电量的上限值低于在燃料电池车辆100和100A行驶期间。然而，在外部连接逆变器60的输出电压比在燃料电池车辆100或100A行驶期间使用的二次电池30的输出电压的上限值高的情况下，控制部10可使二次电池30中的蓄电量的上限值在燃料电池车辆100或100A停止期间电力被供给到外部负荷200时比在燃料电池100或100A正在行驶时高。
【权利要求】
1.一种车辆，所述车辆包括二次电池并且使用来自所述二次电池的电力作为驱动力，所述车辆包括: 发电装置，所述发电装置对所述二次电池充电； 蓄电量检测部，所述蓄电量检测部检测指示所述二次电池中的蓄电量的值； 逆变器，所述逆变器将从所述二次电池输出的电力变换成交流电力； 外部负荷连接部，所述外部负荷连接部将外部负荷经由所述逆变器连接到所述二次电池，所述外部负荷使用交流电力；以及 控制部，所述控制部控制所述二次电池的充电/放电，其中，所述控制部使所述发电装置以使得所述二次电池中的蓄电量处在预定范围内的方式基于由所述蓄电量检测部检测出的值来对所述二次电池充电，并且所述控制部以这样的方式控制所述二次电池中的蓄电量:当在所述车辆停止期间电力从所述二次电池供给到所述外部负荷时，所述二次电池中的蓄电量的上限值不同于所述车辆行驶期间的所述上限值。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述发电装置为燃料电池，并且所述控制部执行:(i)通常行驶控制，其中使用所述燃料电池作为主电源，使用所述二次电池作为副电源，并且使用所述燃料电池的输出和所述二次电池的输出来驱动所述车辆；和(ii)电力供给控制，其中在所述车辆停止期间，使所述燃料电池的发电量比所述通常行驶控制的执行期间小并且使所述二次电池中的蓄电量的上限值比所述通常行驶控制的执行期间低，并且电力从所述二次电池供给到所述外部负荷。
3.根据权利要求1或2所述的车辆，其中，当在所述车辆停止期间电力从所述二次电池供给到所述外部负荷时，所述控制部减小所述二次电池中的蓄电量的上限值，以使得所述二次电池的电压接近连接到所述逆变器的所述外部负荷的电压。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆，其中，当在所述车辆停止期间电力从所述二次电池供给到所述外部负荷时，所述控制部基于所述外部负荷所使用的电力来确定所述二次电池中的蓄电量的上限值的减小量。
5.根据权利要求4所述的车辆，其中，所述控制部随着所述外部负荷所使用的电力增加而减小所述二次电池中的蓄电量的上限值的所述减小量。
6.一种用于车辆的控制方法，所述车辆包括二次电池和对所述二次电池充电的发电装置，其中所述车辆使用来自所述二次电池的电力作为驱动力，所述控制方法包括: 检测指示所述二次电池中的蓄电量的值；以及 使所述发电装置以使得所述二次电池中的蓄电量处在预定范围内的方式基于所检测出的值来对所述二次电池充电，其中，在使所述发电装置对所述二次电池充电时，以这样的方式控制所述二次电池中的蓄电量:当在所述车辆停止期间电力从所述二次电池供给到外部负荷时，所述二次电池中的蓄电量的上限值不同于所述车辆行驶期间的所述上限值。
【文档编号】H02J7/00GK103889777SQ201280051968
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年10月10日 优先权日:2011年10月25日
【发明者】小田宏平 申请人:丰田自动车株式会社
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