專利名稱：電力供應系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有功率變換器的電力供應系統，所述功率變換器用于將來 自車輛燃料電池和固定燃料電池的直流功率轉變為交流功率。
背景技術：
一般而言，在固定燃料電池系統中，重整器將重整燃料轉變為氫，所述 氫和大氣中的氧被提供給燃料電池，并進行反應以產生電功率，所述電功率 被提供給私有負載設備，所述私有負載設備是諸如燈、電視、洗滌機、空調、 水箱等電器。然而，如果發生停電，來自系統電源的電力供應被切斷，則固 定燃料電池也停止。因此，必須考慮發生停電時的措施。此前，例如，在專利文件l中，描述了一種應對停電的電力供應設備， 該^殳備在發生停電時利用電動車輛的電池來給家用電器提供應急電力。在專利文件l中所描述的應對停電的電力供應設備以這樣的方式操作當檢測到 停電時，充入電動車輛的電池中的直流力被提供給DC/AC變換器，電力從該 DC/AC變換器通過斷路器提供給房內的各種電器。作為另一實施例，上述的專利文件l還描述了一種電力供應i殳備，除了 電池外還裝備有太陽能電池板和蓄電池，其中當檢測到停電時，充入電池和 蓄電池中的電力被提供給各種電器，并且在白天的太陽光線充分地照射到太 陽能電池板的情況下，來自太陽能電池板的電力也被提供給各種電器。此外，在專利文件2中，描述了一種能量發生系統，其裝備有用于對獨載發電設備。在該系統中，、當固定發電設備所產生的電力超過私有負載設備 的消耗量時，過剩的電力被提供給電動車輛的電池，或者當固定發電設備所 產生的電力少于私有負栽設備的消耗量時，不足的量由電動車輛的電池來補 充，從而在它們之間能夠進行電力轉移。專利文件l:曰本未審查的7^布的專利申請No. 11-178241(第0022、 0049、 0050段，以及圖1和圖5) 專利文件2:日本未審查的公布的專利申請No. 2004-48895(第0019、 0035 段，以及圖1)發明內容本發明要解決的問題上述專利文件l所描述的設備中，由于車載電池用于應付停電，所以根 據剩余電池壽命，會有在早期出現電力中斷的風險。此外，具有獨立蓄電池 的結構的i殳備中，必須確保獨立蓄電池的成本和空間，并且當停電發生在夜 間時，該i殳備不能充分利用太陽能電池板的功能。即，這兩個中的任何一個 系統只是臨時措施。另外，需要多個斷路器，這不僅引起成本增加的問題， 還需要特殊的工程作業。此外，上述專利文件2中所描述的系統具有能夠在固定發電i殳備和車栽 發電設備之間轉移電力的優點，但是該系統的結構是這樣的當固定發電設 備停止時，無法將電力提供給私有負栽設備，從而產生另一問題，即在停 電期間不能進行電力供應。本發明就是為了解決上述的問題，其目的是提供一種電力供應系統，該 系統能夠通過具有向車輛外部提供電力的裝置的車輛與固定燃料電池系統 的協作，有效地向家用電器提供電力。本發明的另一目的是提供一種電力供 應系統，該系統使用功率變換器將來自車輛燃料電池和固定燃料電池的直流 功率轉變為交流功率。用于解決問題的措施為了解決上述問題，根據權利要求1的本發明在于一種電力供應系統， 該系統包括具有向車輛外部提供電力的裝置的車輛、具有逆變器的固定燃料 電池系統、由來自該固定燃料電池系統的電力供電的負載設備，以及用于對 該固定燃料電池系統提供電力的系統電源，其中該電力供應系統的特征在于 如果發生系統電源停電，則所述車輛和固定燃料電池系統連接以^f更通過固定 燃料電池系統的逆變器從所述車輛向負載設^^提供電力。根據權利要求2的本發明在于權利要求1所述的電力供應系統，其中所 述車輛是燃料電池車輛或混合式車輛。
根據權利要求3的本發明在于權利要求1或權利要求2所述的電力供應 系統，其中所述車輛裝4^有蓄電池，以^t向車輛外部提供該蓄電池的電力。根據權利要求4的本發明在于一種電力供應系統，該系統包括具有用于 向車輛外部提供電力的裝置的車輛、具有逆變器的固定燃料電池系統、由來自該固定燃料電池系統的電力供電的負載設備、用于對該固定燃料電池系統 提供電力的系統電源，以及用于控制所述負載設備的操作的用戶接口，其中 所述電力供應系統的特征在于如果發生系統電源停電，則所述車輛和固定燃 料電池系統連接，以便通過該固定燃料電池系統的逆變器從安^車輛上的 蓄電池向負栽設備提供電力，并且負栽設備的工作狀態通過用戶接口來監 測。根據權利要求5的本發明在于權利要求4所述的電力供應系統，其中所 述車輛裝備有用于向車輛外部提供電力的蓄電池，并且其中所述用戶接口監 測蓄電池的剩余電池壽命，如果剩余電池壽命短，則對蓄電池充電。根據權利要求6的本發明的特征在于其包括燃料電池車輛上所提供的車 輛燃料電池、固定電力供應系統中所提供的固定燃料電池，以及用于將來自 車輛燃料電池和固定燃料電池的直流電功率轉變為交流電功率的功率變換 器。根據權利要求7的本發明的特征在于權利要求6中，燃料電池車輛和 固定電力供應系統中的至少一個裝備有DC/DC變換器，用于控制來自車輛燃 料電池和固定燃料電池的輸出功率之間的比率。本發明的效果在如上述所構成的根據權利要求1的本發明中，因為如果系統電源停電， 將具有用于向車輛的外部提供電力的裝置的車輛和固定燃料電池系統連接， 以便通過固定燃料電池系統的逆變器從所述車輛向負栽設備提供電力，所以 可以利用具有用于向車輛外部提供電力的裝置的車輛有效地對負栽設備提 供電力，而不需要增加任何特殊設備。在如上述所構成的根據權利要求2的本發明中，因為車輛是燃料電池車 輛或混合式車輛，所以可以利用所述燃料電池車輛或混合式車輛為負栽設備 提供電力。在如上述所構成的根據權利要求3的本發明中，因為車輛裝備有蓄電池，
并且因為蓄電池的電力向車輛外部提供，所以可以利用車輛上所裝備的蓄電 池為負載設備提供電力。此外，通過利用蓄電池的電力，可以在連接之后馬 上供應電力，因此該系統具有良好的快速響應性能。在如上述所構成的根據權利要求4的本發明中，因為負載設備的運轉狀 態通過用戶接口來監測，所以針對消耗高電力的負載i殳備，可以在發生停電 時采取適當的步驟，例如，使得在逆變器的輸出功率超過其最大輸出功率的 情況下，限制該負載設備的運行，或即使當接通負載設備的開關時，負載設 備也不工作。在如上述所構成的根據權利要求5的本發明中，因為用戶接口監測蓄電 池的剩余電池壽命，并且在電池壽命短的情況下給蓄電池充電，所以能夠很 容易地使蓄電池一直保持所需要的、足以向負載設備提供電力的儲能狀態， 從而不必多余地起動車輛。在如上述所構成的根據權利要求6的本發明中，所述系統包括在燃料電 池車輛上所提供的車輛燃料電池、在固定電力供應系統中所提供的固定燃料 電池，以及用于將來自車輛燃料電池和固定燃料電池的直流電功率轉變為交 流電功率的功率變換器。因此，車輛的直流電源和固定電力供應系統的直流 電源能夠由相同類型的電源(燃料電池)來構成，使得可以使功率變換器的 結構和控制的改變最小化。另外，因為現有的功率變換器能夠通用于將來自 車輛的直流電源和固定電力供應系統的直流電源的電功率轉變為交流電功 率，所以可以實現電力供應系統的結構的簡化。在如上述所構成的才艮據權利要求7的本發明中，因為燃料電池車輛和固 定電力供應系統中的至少一個裝備有DC/DC變換器，用于控制來自車輛燃料 電池和固定燃料電池的輸出功率之間的比率，所以可以利用現有的DC/DC變 換器來控制來自車輛燃料電池和固定燃料電池的輸出功率之間的比率。
圖1示出了根據本發明的第一實施例中的電力供應系統的示意圖。 圖2示出了發生停電時的處理流程圖。圖3示出了根據本發明的第二實施例中的電力供應系統中的燃料電 池車輛的結構的示意圖。圖4示出了根據本發明的第二實施例中的電力供應系統中的固定電
力供應系統的結構的示意圖。圖5是根據本發明的笫二實施例中的電力供應系統的示意圖，舉例說 明了燃料電池車輛和固定電力供應系統之間的連接。附圖標記說明10、 50:燃料電池車輛，11、 51:車載燃料電池系統(車輛燃料電池)， 12、 55:蓄電池，13、 60:固定燃料電池系統(固定電力供應系統)，15、 65:連接器，16:輸電線，17:逆變器，18A-18D、 64:負載設備，19:電磁開 關，20:斷路器，21:系統電源，22:瓦特計，23:用戶接口， 31:服務器，32: 監視器，33:電池，54:第一DC/DC變換器，56:逆變器，57:電動機，61:固 定燃料電池，62:第二DC/DC變換器，63:功率變換器(DC/AC變換器)。
具體實施方式
下面將參考附圖來描述本發明的實施例。圖l為一種電力供應系統的示 意圖。標號IO表示燃料電池車輛，在其上安裝有車載燃料電池系統ll和蓄 電池12，所述蓄電池12作為高壓電源，用于存儲車載燃料電池系統ll中產 生的電力。標號13表示固定燃料電池系統。只要需要，燃料電池車輛10的 蓄電池12即可連接到車庫等中裝備的連接器15，連接器15通常連接到固定 燃料電池系統13。眾所周知，車載燃料電池系統11包括用于存儲氫的燃料箱和燃料電池 組等，燃料電池組使用從燃料箱送入的氫作為燃料氣體，并使用從壓縮機等 iH^的空氣作為氧化氣體，通過電化學反應來產生電力。可代替地，車載燃 料電池系統11可以是裝備有燃料箱、水箱和重整器的系統，所述燃料箱用 于存儲重整燃料，例如象甲醇等醇類燃料，或者象天然氣、丙烷氣、汽油等 碳氬化合物燃料，所述重整器用于從重整燃料和水產生包括氫作為主要成分 或組分的重整氣體，系統^f吏用該重整氣體作為燃料氣體。固定燃料電池系統13包括重整器，用于從重整燃料來產生包括氫作為 主要成分的重整氣體，還包括燃料電池組或類似裝置，利用從壓縮機等i^ 的空氣作為氧化氣體，以通過電化學反應來產生電力。通常使用碳氫化合物， 如天然氣、丙烷氣、煤油等作為重整燃料，并且還可以用任何其它燃料，如 曱醇等醇類燃料，或能夠通過重整產生氫的類似材料。與車載燃料電池系統ll相比，固定燃料電池系統13的輸出功率低(例如幾千瓦)。這是為了考慮 家庭等的功率消耗狀態等來優化系統的總體效率。固定燃料電池系統13具有設置于其中的逆變器17，用于將系統13中產 生的直流功率轉變為交流功率。逆變器17經由輸電線16連接到多個負載設 備18A-18D,并且為負栽設備18A-18D提供從逆變器17輸出的交流電功率， 所述負載i殳備18A-18D包括安裝在房內的家用電器。負載設備18A-18D是電器，如燈、凝斗、電視、洗滌機等，包括那些自 動地接通或關斷的電器，如內置有加熱器的矮桌、電熱毯、空調、水箱等。 此外，輸電線16通過電磁開關19和斷路器20連接到商用系統電源21,固 定燃料電池系統13通過從系統電源21所提供的電力來操作。然后，當負載 設備18A-18D消耗的總電功率超過由固定燃料電池系統13產生的電功率時， 不足的電功率從系統電源21接收來補充。提供了瓦特計22來檢測由負載設 備18A-18D消耗的電功率，并且房子中使用的所有的負載設備18A-18D消耗 的總電功率由瓦特計22來檢測。此外，電磁開關19在發生停電時自動切斷， 以防止自家產生的電力逆流到系統電源21側。標號23表示房子中提供的用戶接口。用戶接口 23利用家用電器的網絡 來得到控制家用電力電器所需要的信息，并將必要的信息傳送給用戶。用戶 接口 23主要包括服務器31、具有遙控器的監視器32和低消耗電池33等。 用戶接口 23連接到逆變器17、負載設備18A-18D和瓦特計22，并具有監測 負載設備18A-18D的運轉狀態，并且在負載i殳備上消耗的總電力負荷變得太 大的情況下，控制負載設備18A-18D的運轉的功能。此外，用戶接口 23具 有另一功能當燃料電池車輛10和固定燃料電池系統13通過連接器15連 接時，監測燃料電池車輛10的蓄電池12的剩余電池壽命，并且當剩余壽命 短時，促使燃料電池車輛IO起動，以便車載燃料電池系統ll發電。下面將才艮據圖2所示的流程圖描述如前所述的實施例的操作。當發生停 電時(步驟100 )，這樣的停電被逆變器17基于斷路器20 二次回路側的導電 狀態檢測到。這樣，電磁開關19的轉接觸點自動地切斷(步驟102)，以防 止電力流向系統電源21側。同時，用戶接口 23從逆變器17獲得關于停電 檢測的信息。基于該信息，用戶接口 23執行將停電發生的情況傳達給用戶 所需要的處理(步驟104)。即，用戶接口 23在監視器32上顯示停電的發生， 或者通過聲音或警報聲來通知用戶發生了這種情況，并顯示或通過聲音傳達 消息，以指示將連接器15連接，從而可以利用燃料電池車輛10的蓄電池12
的電力。此外，在發生停電時固定燃料電池系統13已經處于運轉狀態的情況下， 固定燃料電池系統13隨著停電的發生ii^停電模式，在停電模式中，使得 固定燃料電池系統13停止針對家庭使用的發電，并使其系統主要部件僅保 持在單獨的自運行狀態。在停電模式中，固定燃料電池系統13的運行僅用 來冷卻它自身，而停止發電。當停止燃料電池系統13時，需要用外部的電源來執行停止模式。然而， 因為在發生停電時沒有電源，所以可能在沒有執行停止程序的情況下就停 止，這對于系統會有不利的影響。此外， 一旦停止，固定燃料電池系統13 在恢復供電后重新起動時，要花費很多時間才能產生電力，因此，在單獨的 自運行不繼續的情況下，會發生能量的無謂消耗。出于上面所提及的原因，在簡單的停電情況下，例如斷路器由于家中用 電過多而被切斷，可以通過重合斷路器立即完成從停電狀態的恢復，因此， 固定燃料電池系統13被操作以在從單獨的自運行狀態開始經過預定時間段 (例如大約5分鐘)之后，重新開始發電。在由于系統電源側故障導致長時 間持續停電的情況下，無法了解外部發生了什么問題，在這種情況下，判斷 出應該停止固定燃料電池系統13,并通過利用燃料電池車輛10的蓄電池12 來執行操作以在停止模式中將固定燃料電池系統13安全地停止。此外，經常發生的情況是，為了使燃料電池車10處于可駕駛的狀態， 蓄電池12和連接器15通常保持斷開。因此，在發生停電時連接器15沒有 處于連接狀態的情況下(步驟106、 108)，根據來自前述的用戶接口 23的指 令使連接器15進入連接狀態，或用戶主動4吏連接器15進入連接狀態，由此 燃燒電池車輛10的蓄電池12連接到固定燃料電池系統13。通過連接器15 的連接，開始由燃燒電池車輛10的蓄電池12輸電(步驟IIO)，蓄電池12 的電力被提供給固定燃料電池系統13的逆變器17。這樣，來自蓄電池12的 直流電功率通過逆變器17轉變為AC IOOV的交流電功率，從而產生一狀態 可以給房中的各個負載設備18A-18D提供交流電功率。然而，正如后面所指 出的，實際可利用的功率消耗量通過用戶接口來控制。另一方面，用戶接口 23判斷在蓄電池12中是否存儲有足夠的電力，還 判斷燃料電池車輛10是否已經起動。在蓄電池12中還沒有存儲足夠的電力， 并且燃料電池車輛10沒有起動的情況下，判斷需要發電(步驟112)，并通 過在監視器32上顯示需要啟動燃料電池車輛10的信息或通過聲音傳送這樣 的信息，提示啟動燃料電池車輛10。這時，如果有人在燃料電池車輛10的駕駛員座位上的情況下，可以在車輛監視器上給出類似的顯示或聲音，并給出燃料電池車輛10不應該運行的警告。當起動燃料電池車輛10 (步驟114)使車載燃料電池系統11運轉時， 車載燃料電池系統ll開始發電，并對蓄電池12充電。在這種情況下，也可 以從用戶接口 23以無線方式向燃料電池車輛IO發送指令，并自動地起動燃 料電池車輛IO，使車載燃料電池系統ll運轉。當確認在蓄電池12中已經存儲了足夠的電力時，用戶接口 23獲得關于 家用電器的信息(步驟116),并4S艮務器31控制房中的負栽i殳備18A-18D 的運轉(步驟118)。更具體地，例如，在家中或商店安裝了用于數字家用電 器等的網絡系統的情況下，如果室內所使用的總耗電量超過了逆變器17的 最大輸出功率，則用戶接口 23按照優先級，僅將電力提供給事先已經注冊 的所需要的電器，并向沒有注冊的其它電器發送停止信號，以使這樣的其它 電器ii^一種即使開啟時也不會運轉的狀態。可替選地，對于例如象微波爐 這樣的負載重的數字家用電器，用戶接口 23自動地傳送使這樣的電器不能 使用的信號，使得即使在用戶側設法使用它，它也不能被使用。再有，除此而外，用戶接口 23可以將電力依次提供給已經開啟的電器。 在該情況下，始終監測由瓦特計22所檢測的當前總的耗電量，其中接下來 檢查已經開啟的電器的耗電量。如果總的耗電量不超過逆變器17的最大輸 出功率，則允許這樣的電器運轉。相反地，如果耗電量超過最大的輸出功率， 則控制這樣的電器不運轉。然而，即使在這樣的情況下，由于處于象停電這 樣的異常狀態，所以最好事先將負載4艮重的電器設置為即使當用戶打開其開 關時也不運轉。在除了數字家用電器以外并且與網絡斷開的其它電器的情況下，這些其 它電器的大部分M從停電恢復后，通過^f吏用備用電源,^動，因此用戶通 過檢查監視器32等來確認當前的耗電量。例如，在傳統微波爐的情況下， 激活以下功能，即從監視器32發布指示以避免使用該微波爐，和使得即 使在強制通電時，逆變器17也停止向微波爐輸出功率。逆變器17能夠基于斷路器20的二次回路側的導電狀態檢測到停電的恢 復。當從停電恢復(步驟120)時，用戶接口 23獲得關于從停電恢復的檢測 信息，通過聲音和顯示告訴用戶關于從停電恢復的信息，并且促4吏停電恢復 處理(步驟122)。這樣，用戶執行必要的恢復處理，如斷開連接器15、接
通電磁開關19的轉接觸點等。在步驟120處沒有判斷出從停電恢復的情況 下，繼續進行前述的關于發電需求的判斷(步驟112 )。可以在從停電恢復時， 自動將電磁開關19的轉接觸點連接。雖然以上以在停電期間將固定燃料電池系統13停止為例對前述實施例 的操作進行了描述，但是所述操作也可以在按照以下描述的其它控制模式來 執行。A. 在發生停電時固定燃料電池系統13保持停止的情況下(1) 一旦發生停電，將固定燃料電池系統13與燃料電池車輛IO連接， 并且在燃料電池車輛IO起動后啟動固定燃料電池系統13。對固定燃料電 池系統13的啟動在確認重整燃料的供應系統運轉正常(根據氣壓等檢測) 之后進行。B. 在發生停電時固定燃料電池系統13保持運轉的情況下(l)一旦發生停電，使固定燃料電池系統13ii/v停止模式，然后與 燃料電池車輛IO連接。如果在燃料電池車輛IO起動后經過預定的時間， 仍然沒有從停電恢復，則將固定燃料電池系統13停止，因為重整燃料的 供應系統可能也發生了異常。(2) 在發生停電時固定燃料電池系統13正常運轉的情況下，使固定燃 料電池系統13保持運轉，并與燃料電池車輛IO連接，然后啟動燃料電池車 輛10。(3) 在發生停電時重整燃料的供應系統也發生異常的情況下，使固定 燃料電池系統13進入停止模式，并與燃料電池車輛IO連接，并在燃料電池 車輛IO起動之后使固定燃料電池系統13停止。(4) 當停電發生時，使固定燃料電池系統13ii^停止模式，并與燃料 電池車輛10連接。在隨后燃料電池車輛IO起動之后，固定燃料電池系統13在重整燃料的供應系統正常運轉的情況下，恢復到運轉模式，但是如果重整 燃料的供應系統發生異常，則停止固定燃料電池系統13。根據前述的實施例，在停電期間，4吏燃料電池車輛10和固定燃料電池 系統13相互協作，其中電力能夠從燃料電池車輛10的蓄電池12通過固定 燃料電池系統13的逆變器17提供到安裝在房內的負載設備18A-18D。因此， 可以利用燃料電池車輛10的蓄電池12向安^房內的負載設備18A-18D供 電。此外，通過抑制負栽設備18A-18D的運轉可以適當地控制負栽設備18A-18D，使其不超過逆變器17的最大輸出功率。另外，因為燃料電池車輛 10的蓄電池12的剩余電池壽命由用戶接口 23來監測，所以在剩余電池壽命 不夠的情況下應該啟動燃料電池車輛10，然而如果不需要則不要求啟動燃料 電池車輛10。固定燃料電池系統13可以是通過利用在箱內存儲的氫來發電的類型。 此外，如果實現了能夠供應氫的城市供氣系統，則固定燃料電池系統13將 是利用氫來發電的類型。在利用氫的固定發電系統中，重整器就變得不必要 了。雖然以上采用當停電發生時將固定燃料電池系統13與燃料電池車輛10 連接以利用安裝在燃料電池車輛10上的蓄電池12對負載設備18A-18D供電 的實例描述了前述實施例，但是本發明不限于這種燃料電池車輛的使用，而 是還可以應用到諸如在其上安裝有高壓電池(蓄電池)以存儲電力的混合式 車輛這樣的車輛。此外，固定燃料電池系統13可以連接到沒有任何電池的 燃料電池車輛，而且本發明可應用到具有用于向車輛外部提供電力的裝置的 任何車輛。此外，盡管以上采用用戶接口 23控制負栽設備18A-18D的運轉使其不 超過逆變器17的最大輸出功率(因為逆變器17的容量小)的實例來描述了 前述實施例，但是為了抑制在停電期間消耗的電力，前i^目同的設置在具有 容量足夠大的逆變器17的固定燃料電池系統中也是適用的。此外，盡管以上采用在發生停電的情況下，當連接上連接器15時，立 即開始從燃料電池車輛10的蓄電池12向固定燃料電池系統13側傳輸電力 的實例描述了前述實施例，但是也可以在蓄電池12的剩余電池壽命大于預 定值的條件下，從蓄電池12傳輸電力。而且，可以不通過當蓄電池12的剩 余電池壽命短時操作車載燃料電池系統11來使車載燃料電池系統11開始發 電，而是通過在發生停電的情況下自動地啟動車載燃料電池系統ll,同時將 連接器15連接，來使車載燃料電池系統ll開始發電。在前述的實施例中用戶接口 23的功能僅僅為了說明實現本發明的一種 優選實施例。用戶接口 23不限于在上述實施例中所描述的內容，而是可以 構造為至少具有能夠監測負載設備的運轉狀態并控制負載設備的運轉的功 能的一個裝置。在前述的第一實施例中，發生停電時，通過固定型逆變器17將燃料電 池車輛10的蓄電池12的直流功率轉換為交流電功率以對房中的各個負載設 備18A-18D提供交流電功率。然而，象這樣的電力供應不必局限于停電發生 時，而是可以被房子中的負栽設備18A-18D有效地利用，以便例如避免浪費 存儲在蓄電池12中的多余能量。此外，上述對策可以應付負載"&備18A-18D 所需的電力超過固定燃料電池系統13獨自供應的電力的情況。下面將參考 圖3-5來描述這種實現方式的形式作為第二實施例。圖3示出了才艮據本發明的第二實施例中的燃料電池車輛50的構造示意 圖。在圖3中，氫供應設備52是氫存^^i殳備，如氫箱等，用于存儲氫，或 者是用于重整含氫燃料的重整設備，其向車輛燃料電池51提供氫氣。氧化 劑供應設備53例如是空氣壓縮機，為車輛燃料電池51提供氧化劑，如含氧 空氣。當接收到氬和氧化劑時，車輛燃料電池51發電并向蓄電池55和逆變 器56施加直流電壓。蓄電池55例如是二次電池或電容器，而且是直流電源，具有用來自車 輛燃料電池51的電功率和由電動機再生的再生電功率充電的功能(參考后 面的內容)，還具有將充入的電力釋放的另一功能。車輛燃料電池51和蓄電池55以并聯的關系連接到逆變器56，第一DC/DC 變換器54插入到將車輛燃料電池51與逆變器56相連的輸電線和蓄電池55 之間。該第一DC/DC變換器54是升壓/降壓變換器，并控制從車輛燃料電池 51到蓄電池55的功率供應，以及控制車輛燃料電池51和蓄電池55之間的 輸出功率比率。該第一 DC/DC變換器54還能夠用于控制后面提及的固定燃 料電池61和車輛燃料電池51之間的輸出功率比率，在后面將提到二者的關 系。第一 DC/DC變換器54可以設置在將蓄電池55連接到逆變器56的輸電 線和車輛燃料電池51之間。即，圖3中的方案可以重新布置在車輛燃料電 池51和蓄電池55之間。電動機57的轉子連接到輪軸(未示出)，并根據逆 變器56所提供的交流電功率來轉動輪軸。圖4示出第二實施例中永久^:施型固定電力供應系統的結構。在圖4中，電池i元數目較少的燃料電池)，《而且來自1^定燃料電池6「的直流電功率通 過第二 DC/DC變換器62提供給DC/AC變換器63。第二 DC/DC變換器62是電 壓變換器，而且對固定燃料電池61的輸出功率進行升壓，以將升壓后的輸 出功率提供給DC/AC變換器63。可以省略第二 DC/DC變換器62。 DC/AC變換 器63將來自固定燃料電池61的直流功率轉變為交流功率，并將該交流功率 提供給包括安裝在房中的家用電器的負載設備64。
接下來，將描述關于通過構成固定功率變換器的DC/AC變換器63來提 供來自車輛燃料電池51和固定燃料電池61的電力的結構的說明。按照連接 方式粗略分類，有車輛燃料電池51和固定燃料電池61并聯連接的結構和它 們串聯連接的在另一種結構。首先，將描迷車輛燃料電池51和固定燃料電池61按照圖5所示相互并 聯地連接到固定功率變換器(DC/AC變換器63)，而電力從各個燃料電池51、 61輸出的形式。在此，因為各個燃料電池51、 61各具有自己的根據它們的 工作點(電功率水平)單獨控制的反應材料(氫、氧化劑)的供應，所以在 通過共用功率變換器(DC/AC變換器63)輸出來自兩個燃料電池51、 61的 電力的情況下，出現需要單獨控制來自各個燃料電池51、 61的輸出功率的 要求。為了滿足這個要求，在本發明中，通過使用為燃料電池車輛51所提 供的第一 DC/DC變換器54或為固定電力供應系統61所提供的第二 DC/DC變 換器62來控制各個燃料電池51、 61的輸出功率之間的比率。換句話說，采 取了一種結構，其中在產生輸出功率時，不僅對固定DC/AC變換器63而且 對控制輸出功率比率的第一DC/DC變換器54都使用現有的配置。具體地，在圖3中將車輛燃料電池51連接到逆變器56的輸電線上的點 P21、 P22和在圖4中將固定燃料電池61連接到第二 DC/DC變換器62的輸電 線上的點P41、 P42通過諸如連接器65等的接口^M目互連接，如圖5所示， 從而各個燃料電池51、 61通過固定DC/AC變換器63并行地給負載設備(外 部的電器)64供電。在這種結構中，各個燃料電池51和61之間的輸出功率 比由燃料電池車輛50側的第一DC/DC變換器54來控制。在該情況下，車輛 燃料電池51的輸出功率依次流過車輛燃料電池51、第一DC/DC變換器54、 第二DC/DC變換器62、 DC/AC變換器63、負載設備(外部的電器)64。固定 燃料電池61的輸出功率依次流過固定燃料電池61、第二DC/DC變換器62、 DC/AC變換器63、負載設備(外部的電器)64。在這種結構中，輸出功率分 配通過安裝在兩個燃料電池51、 61中具有較高輸出功率的燃料電池(車輛 燃料電池51)側的DC/DC變換器54來執行。因此，這種結構的優點在于安 裝在具有較低輸出功率的燃料電池(即固定燃料電池61)側的DC/DC變換器 62的頻帶不需要調整到車輛燃料電池51的頻帶。在另一結構中，通過將圖3中的輸電線上的點P31、 P32連接到圖4中 的輸電線上的點Pll、 P12,各個燃料電池51、 61可以通過固定DC/AC變換器 63來并行地提供電力。在這種結構中，來自蓄電池55的輸出功率(包括充 電期間的負功率)與各個燃料電池51、 61的總輸出功率的比率由車輛燃料
電池51側的第一DC/DC變換器54來控制，而各個燃料電池51、 61之間的 輸出功率比率由固定燃料電池61側的第二 DC/DC變換器62來控制。車輛燃 料電池51的輸出功率依次流過車輛燃料電池51、 DC/AC變換器63、負栽設 備(外部的電器)64。固定燃料電池61的輸出功率依次流過固定燃料電池 61、第二DC/DC變換器62、 DC/AC變換器63、負載設備(外部的電器)64。 這種結構的優點在于燃料電池車輛50的蓄電池55對于各個燃料電池51、 61 起到緩沖器的作用。在此，術語"緩沖器，，意味著這樣一種結構，即當燃 料電池51或61所產生的電力高于負載設備64要求的電力時，蓄電池55用 過剩的電力充電，而當負載設備64要求的電力超過燃料電池51或61所產 生的電力時，蓄電池55也給負載設備64供電。在蓄電池55以這種方式起 電力緩沖器的作用的情況下，進行發電時使至少一個燃料電池的工作點固定 (優選地，固定在高效率的工作點)或被步進地改變，通過這樣做，與在服從負 載設備64的要求的漂移控制下的發電相比，該系統的效率可以提高。這種 發電控制、前述的燃料電池51、 61之間的輸出功率比率的控制等由第一實 施例中所描述的用戶接口 23和車載計算機來控制。雖然在前述實例中，燃料電池51、 61以并聯的關系連接到DC/AC變換 器63，但它們也可以串聯連接。在不同于第二實施例中所描述的在發生停電的情況下的使用中，也可以 在供電時，與連接器65的連接同時來手動地切斷第一實施例中描述的電磁 開關19或自動切斷電磁開關19。如上所述，第二實施例由燃料電池車輛50上所裝備的車輛燃料電池51、 固定電力供應系統60中所裝備的固定燃料電池61以及用于將來自車輛燃料 電池51和固定燃料電池61的直流功率轉變為交流功率的DC/AC變換器(功 率變換器)63來構成。因此，能夠實現用相同類型的電源(即燃料電池)來 構造車輛直流電源和固定直流電源，以使得DC/AC變換器(功率變換器)63 的結構和控制中的改變能夠4皮壓縮到最小。另外，現有的DC/AC變換器(功 率變換器)63可以共用于將車輛直流功率和固定直流功率轉變為交流功率， 從而可以實現供電系統結構的簡化。在上面所構造的第二實施例中，燃料電池車輛50和固定電力供應系統 60中的至少一個裝備有DC/DC變換器54、 62,以便控制車輛燃料電池51和 固定燃料電池61之間的輸出功率比率。這樣，可以利用在燃料電池車輛50 和固定電力供應系統60中的至少一個中所裝備的現有DC/DC變換器54、 62 來控制輸出功率分配。工業應用電池的直流功率轉變為交流功率，以將交流功率提供給負載^殳備。
權利要求
1.一種電力供應系統，包括具有用于向車輛外部提供電力的裝置的車輛；帶有逆變器的固定燃料電池系統；由來自該固定燃料電池系統的電力供電的負載設備；以及用于向該固定燃料電池系統提供電力的系統電源，該電力供應系統的特征在于如果所述系統電源停電，則將所述車輛和所述固定燃料電池系統連接，以通過所述固定燃料電池系統的逆變器為所述負載設備提供來自所述車輛的電力。
2. 根據權利要求1所述的電力供應系統，其中所述車輛是燃料電池 車輛或混合式車輛。
3. 根據權利要求1或2所述的電力供應系統，其中所述車輛裝備有 蓄電池，用于向所述車輛外部提供所述蓄電池的電力。
4. 一種電力供應系統，包括具有用于向車輛外部提供電力的裝置 的車輛；帶有逆變器的固定燃料電池系統；由來自該固定燃料電池系統的 電力供電的負載設備；用于向所述固定燃料電池系統提供電力的系統電 源；以及用于控制所述負載設備的運轉的用戶接口，該電力供應系統的特 征在于如果所述系統電源停電，則將所述車輛和所述固定燃料電池系統 連接，以通過所述固定燃料電池系統的逆變器為所述負載設備提供來自所 述車輛的電力，而且所述負載設備的運轉狀態通過所述用戶接口來被監 測。
5. 根據權利要求4所述的電力供應系統，其中所述車輛裝備有用于 向所述車輛外部提供電力的蓄電池，其中所述用戶接口監測所述蓄電池的 剩余電池壽命，如果剩余電池壽命短，則給所述蓄電池充電。
6. —種電力供應系統，其特征在于包括燃料電池車輛上裝備的車 輛燃料電池；固定電力供應系統中提供的固定燃料電池；以及用于將來自 所述車輛燃料電池和所述固定燃料電池的直流功率轉變為交流功率的功 率變換器。
7. 根據權利要求6所述的電力供應系統，其特征在于所述燃料電池 車輛和所述固定電力供應系統中的至少一個裝備有用于控制來自所述車
全文摘要
提供了一種電力供應系統，用于在電力中斷時，通過具有用于向車輛外部提供電力的裝置的車輛與固定燃料電池系統協作，有效地向家用電器供應電力，還提供了一種電力供應系統，采用功率變換器將來自車輛燃料電池和固定燃料電池的直流功率轉變為交流功率。所述電力供應系統具有在燃料電池車輛(50)中裝備的車輛燃料電池(51)、固定電力供應系統(60)中裝備的固定燃料電池(61)和用于將來自車輛燃料電池(51)和固定燃料電池(61)的直流功率轉變為交流功率的功率變換器(63)。
文檔編號H02J9/04GK101156295SQ20068001119
公開日2008年4月2日 申請日期2006年4月21日 優先權日2005年4月22日
發明者中西修 申請人:豐田自動車株式會社