专利名称：电力供应系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有功率变换器的电力供应系统，所述功率变换器用于将来 自车辆燃料电池和固定燃料电池的直流功率转变为交流功率。
背景技术：
一般而言，在固定燃料电池系统中，重整器将重整燃料转变为氢，所述 氢和大气中的氧被提供给燃料电池，并进行反应以产生电功率，所述电功率 被提供给私有负载设备，所述私有负载设备是诸如灯、电视、洗涤机、空调、 水箱等电器。然而，如果发生停电，来自系统电源的电力供应被切断，则固 定燃料电池也停止。因此，必须考虑发生停电时的措施。此前，例如，在专利文件l中，描述了一种应对停电的电力供应设备， 该^殳备在发生停电时利用电动车辆的电池来给家用电器提供应急电力。在专利文件l中所描述的应对停电的电力供应设备以这样的方式操作当检测到 停电时，充入电动车辆的电池中的直流力被提供给DC/AC变换器，电力从该 DC/AC变换器通过断路器提供给房内的各种电器。作为另一实施例，上述的专利文件l还描述了一种电力供应i殳备，除了 电池外还装备有太阳能电池板和蓄电池，其中当检测到停电时，充入电池和 蓄电池中的电力被提供给各种电器，并且在白天的太阳光线充分地照射到太 阳能电池板的情况下，来自太阳能电池板的电力也被提供给各种电器。此外，在专利文件2中，描述了一种能量发生系统，其装备有用于对独载发电设备。在该系统中，、当固定发电设备所产生的电力超过私有负载设备 的消耗量时，过剩的电力被提供给电动车辆的电池，或者当固定发电设备所 产生的电力少于私有负栽设备的消耗量时，不足的量由电动车辆的电池来补 充，从而在它们之间能够进行电力转移。专利文件l:曰本未审查的7^布的专利申请No. 11-178241(第0022、 0049、 0050段，以及图1和图5) 专利文件2:日本未审查的公布的专利申请No. 2004-48895(第0019、 0035 段，以及图1)发明内容本发明要解决的问题上述专利文件l所描述的设备中，由于车载电池用于应付停电，所以根 据剩余电池寿命，会有在早期出现电力中断的风险。此外，具有独立蓄电池 的结构的i殳备中，必须确保独立蓄电池的成本和空间，并且当停电发生在夜 间时，该i殳备不能充分利用太阳能电池板的功能。即，这两个中的任何一个 系统只是临时措施。另外，需要多个断路器，这不仅引起成本增加的问题， 还需要特殊的工程作业。此外，上述专利文件2中所描述的系统具有能够在固定发电i殳备和车栽 发电设备之间转移电力的优点，但是该系统的结构是这样的当固定发电设 备停止时，无法将电力提供给私有负栽设备，从而产生另一问题，即在停 电期间不能进行电力供应。本发明就是为了解决上述的问题，其目的是提供一种电力供应系统，该 系统能够通过具有向车辆外部提供电力的装置的车辆与固定燃料电池系统 的协作，有效地向家用电器提供电力。本发明的另一目的是提供一种电力供 应系统，该系统使用功率变换器将来自车辆燃料电池和固定燃料电池的直流 功率转变为交流功率。用于解决问题的措施为了解决上述问题，根据权利要求1的本发明在于一种电力供应系统， 该系统包括具有向车辆外部提供电力的装置的车辆、具有逆变器的固定燃料 电池系统、由来自该固定燃料电池系统的电力供电的负载设备，以及用于对 该固定燃料电池系统提供电力的系统电源，其中该电力供应系统的特征在于 如果发生系统电源停电，则所述车辆和固定燃料电池系统连接以^f更通过固定 燃料电池系统的逆变器从所述车辆向负载设^^提供电力。根据权利要求2的本发明在于权利要求1所述的电力供应系统，其中所 述车辆是燃料电池车辆或混合式车辆。
根据权利要求3的本发明在于权利要求1或权利要求2所述的电力供应 系统，其中所述车辆装4^有蓄电池，以^t向车辆外部提供该蓄电池的电力。根据权利要求4的本发明在于一种电力供应系统，该系统包括具有用于 向车辆外部提供电力的装置的车辆、具有逆变器的固定燃料电池系统、由来自该固定燃料电池系统的电力供电的负载设备、用于对该固定燃料电池系统 提供电力的系统电源，以及用于控制所述负载设备的操作的用户接口，其中 所述电力供应系统的特征在于如果发生系统电源停电，则所述车辆和固定燃 料电池系统连接，以便通过该固定燃料电池系统的逆变器从安^车辆上的 蓄电池向负栽设备提供电力，并且负栽设备的工作状态通过用户接口来监 测。根据权利要求5的本发明在于权利要求4所述的电力供应系统，其中所 述车辆装备有用于向车辆外部提供电力的蓄电池，并且其中所述用户接口监 测蓄电池的剩余电池寿命，如果剩余电池寿命短，则对蓄电池充电。根据权利要求6的本发明的特征在于其包括燃料电池车辆上所提供的车 辆燃料电池、固定电力供应系统中所提供的固定燃料电池，以及用于将来自 车辆燃料电池和固定燃料电池的直流电功率转变为交流电功率的功率变换 器。根据权利要求7的本发明的特征在于权利要求6中，燃料电池车辆和 固定电力供应系统中的至少一个装备有DC/DC变换器，用于控制来自车辆燃 料电池和固定燃料电池的输出功率之间的比率。本发明的效果在如上述所构成的根据权利要求1的本发明中，因为如果系统电源停电， 将具有用于向车辆的外部提供电力的装置的车辆和固定燃料电池系统连接， 以便通过固定燃料电池系统的逆变器从所述车辆向负栽设备提供电力，所以 可以利用具有用于向车辆外部提供电力的装置的车辆有效地对负栽设备提 供电力，而不需要增加任何特殊设备。在如上述所构成的根据权利要求2的本发明中，因为车辆是燃料电池车 辆或混合式车辆，所以可以利用所述燃料电池车辆或混合式车辆为负栽设备 提供电力。在如上述所构成的根据权利要求3的本发明中，因为车辆装备有蓄电池，
并且因为蓄电池的电力向车辆外部提供，所以可以利用车辆上所装备的蓄电 池为负载设备提供电力。此外，通过利用蓄电池的电力，可以在连接之后马 上供应电力，因此该系统具有良好的快速响应性能。在如上述所构成的根据权利要求4的本发明中，因为负载设备的运转状 态通过用户接口来监测，所以针对消耗高电力的负载i殳备，可以在发生停电 时采取适当的步骤，例如，使得在逆变器的输出功率超过其最大输出功率的 情况下，限制该负载设备的运行，或即使当接通负载设备的开关时，负载设 备也不工作。在如上述所构成的根据权利要求5的本发明中，因为用户接口监测蓄电 池的剩余电池寿命，并且在电池寿命短的情况下给蓄电池充电，所以能够很 容易地使蓄电池一直保持所需要的、足以向负载设备提供电力的储能状态， 从而不必多余地起动车辆。在如上述所构成的根据权利要求6的本发明中，所述系统包括在燃料电 池车辆上所提供的车辆燃料电池、在固定电力供应系统中所提供的固定燃料 电池，以及用于将来自车辆燃料电池和固定燃料电池的直流电功率转变为交 流电功率的功率变换器。因此，车辆的直流电源和固定电力供应系统的直流 电源能够由相同类型的电源(燃料电池)来构成，使得可以使功率变换器的 结构和控制的改变最小化。另外，因为现有的功率变换器能够通用于将来自 车辆的直流电源和固定电力供应系统的直流电源的电功率转变为交流电功 率，所以可以实现电力供应系统的结构的简化。在如上述所构成的才艮据权利要求7的本发明中，因为燃料电池车辆和固 定电力供应系统中的至少一个装备有DC/DC变换器，用于控制来自车辆燃料 电池和固定燃料电池的输出功率之间的比率，所以可以利用现有的DC/DC变 换器来控制来自车辆燃料电池和固定燃料电池的输出功率之间的比率。
图1示出了根据本发明的第一实施例中的电力供应系统的示意图。 图2示出了发生停电时的处理流程图。图3示出了根据本发明的第二实施例中的电力供应系统中的燃料电 池车辆的结构的示意图。图4示出了根据本发明的第二实施例中的电力供应系统中的固定电
力供应系统的结构的示意图。图5是根据本发明的笫二实施例中的电力供应系统的示意图，举例说 明了燃料电池车辆和固定电力供应系统之间的连接。附图标记说明10、 50:燃料电池车辆，11、 51:车载燃料电池系统(车辆燃料电池)， 12、 55:蓄电池，13、 60:固定燃料电池系统(固定电力供应系统)，15、 65:连接器，16:输电线，17:逆变器，18A-18D、 64:负载设备，19:电磁开 关，20:断路器，21:系统电源，22:瓦特计，23:用户接口， 31:服务器，32: 监视器，33:电池，54:第一DC/DC变换器，56:逆变器，57:电动机，61:固 定燃料电池，62:第二DC/DC变换器，63:功率变换器(DC/AC变换器)。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明的实施例。图l为一种电力供应系统的示 意图。标号IO表示燃料电池车辆，在其上安装有车载燃料电池系统ll和蓄 电池12，所述蓄电池12作为高压电源，用于存储车载燃料电池系统ll中产 生的电力。标号13表示固定燃料电池系统。只要需要，燃料电池车辆10的 蓄电池12即可连接到车库等中装备的连接器15，连接器15通常连接到固定 燃料电池系统13。众所周知，车载燃料电池系统11包括用于存储氢的燃料箱和燃料电池 组等，燃料电池组使用从燃料箱送入的氢作为燃料气体，并使用从压缩机等 iH^的空气作为氧化气体，通过电化学反应来产生电力。可代替地，车载燃 料电池系统11可以是装备有燃料箱、水箱和重整器的系统，所述燃料箱用 于存储重整燃料，例如象甲醇等醇类燃料，或者象天然气、丙烷气、汽油等 碳氩化合物燃料，所述重整器用于从重整燃料和水产生包括氢作为主要成分 或组分的重整气体，系统^f吏用该重整气体作为燃料气体。固定燃料电池系统13包括重整器，用于从重整燃料来产生包括氢作为 主要成分的重整气体，还包括燃料电池组或类似装置，利用从压缩机等i^ 的空气作为氧化气体，以通过电化学反应来产生电力。通常使用碳氢化合物， 如天然气、丙烷气、煤油等作为重整燃料，并且还可以用任何其它燃料，如 曱醇等醇类燃料，或能够通过重整产生氢的类似材料。与车载燃料电池系统ll相比，固定燃料电池系统13的输出功率低(例如几千瓦)。这是为了考虑 家庭等的功率消耗状态等来优化系统的总体效率。固定燃料电池系统13具有设置于其中的逆变器17，用于将系统13中产 生的直流功率转变为交流功率。逆变器17经由输电线16连接到多个负载设 备18A-18D,并且为负栽设备18A-18D提供从逆变器17输出的交流电功率， 所述负载i殳备18A-18D包括安装在房内的家用电器。负载设备18A-18D是电器，如灯、凝斗、电视、洗涤机等，包括那些自 动地接通或关断的电器，如内置有加热器的矮桌、电热毯、空调、水箱等。 此外，输电线16通过电磁开关19和断路器20连接到商用系统电源21,固 定燃料电池系统13通过从系统电源21所提供的电力来操作。然后，当负载 设备18A-18D消耗的总电功率超过由固定燃料电池系统13产生的电功率时， 不足的电功率从系统电源21接收来补充。提供了瓦特计22来检测由负载设 备18A-18D消耗的电功率，并且房子中使用的所有的负载设备18A-18D消耗 的总电功率由瓦特计22来检测。此外，电磁开关19在发生停电时自动切断， 以防止自家产生的电力逆流到系统电源21侧。标号23表示房子中提供的用户接口。用户接口 23利用家用电器的网络 来得到控制家用电力电器所需要的信息，并将必要的信息传送给用户。用户 接口 23主要包括服务器31、具有遥控器的监视器32和低消耗电池33等。 用户接口 23连接到逆变器17、负载设备18A-18D和瓦特计22，并具有监测 负载设备18A-18D的运转状态，并且在负载i殳备上消耗的总电力负荷变得太 大的情况下，控制负载设备18A-18D的运转的功能。此外，用户接口 23具 有另一功能当燃料电池车辆10和固定燃料电池系统13通过连接器15连 接时，监测燃料电池车辆10的蓄电池12的剩余电池寿命，并且当剩余寿命 短时，促使燃料电池车辆IO起动，以便车载燃料电池系统ll发电。下面将才艮据图2所示的流程图描述如前所述的实施例的操作。当发生停 电时(步骤100 )，这样的停电被逆变器17基于断路器20 二次回路侧的导电 状态检测到。这样，电磁开关19的转接触点自动地切断(步骤102)，以防 止电力流向系统电源21侧。同时，用户接口 23从逆变器17获得关于停电 检测的信息。基于该信息，用户接口 23执行将停电发生的情况传达给用户 所需要的处理(步骤104)。即，用户接口 23在监视器32上显示停电的发生， 或者通过声音或警报声来通知用户发生了这种情况，并显示或通过声音传达 消息，以指示将连接器15连接，从而可以利用燃料电池车辆10的蓄电池12
的电力。此外，在发生停电时固定燃料电池系统13已经处于运转状态的情况下， 固定燃料电池系统13随着停电的发生ii^停电模式，在停电模式中，使得 固定燃料电池系统13停止针对家庭使用的发电，并使其系统主要部件仅保 持在单独的自运行状态。在停电模式中，固定燃料电池系统13的运行仅用 来冷却它自身，而停止发电。当停止燃料电池系统13时，需要用外部的电源来执行停止模式。然而， 因为在发生停电时没有电源，所以可能在没有执行停止程序的情况下就停 止，这对于系统会有不利的影响。此外， 一旦停止，固定燃料电池系统13 在恢复供电后重新起动时，要花费很多时间才能产生电力，因此，在单独的 自运行不继续的情况下，会发生能量的无谓消耗。出于上面所提及的原因，在简单的停电情况下，例如断路器由于家中用 电过多而被切断，可以通过重合断路器立即完成从停电状态的恢复，因此， 固定燃料电池系统13被操作以在从单独的自运行状态开始经过预定时间段 (例如大约5分钟)之后，重新开始发电。在由于系统电源侧故障导致长时 间持续停电的情况下，无法了解外部发生了什么问题，在这种情况下，判断 出应该停止固定燃料电池系统13,并通过利用燃料电池车辆10的蓄电池12 来执行操作以在停止模式中将固定燃料电池系统13安全地停止。此外，经常发生的情况是，为了使燃料电池车10处于可驾驶的状态， 蓄电池12和连接器15通常保持断开。因此，在发生停电时连接器15没有 处于连接状态的情况下(步骤106、 108)，根据来自前述的用户接口 23的指 令使连接器15进入连接状态，或用户主动4吏连接器15进入连接状态，由此 燃烧电池车辆10的蓄电池12连接到固定燃料电池系统13。通过连接器15 的连接，开始由燃烧电池车辆10的蓄电池12输电(步骤IIO)，蓄电池12 的电力被提供给固定燃料电池系统13的逆变器17。这样，来自蓄电池12的 直流电功率通过逆变器17转变为AC IOOV的交流电功率，从而产生一状态 可以给房中的各个负载设备18A-18D提供交流电功率。然而，正如后面所指 出的，实际可利用的功率消耗量通过用户接口来控制。另一方面，用户接口 23判断在蓄电池12中是否存储有足够的电力，还 判断燃料电池车辆10是否已经起动。在蓄电池12中还没有存储足够的电力， 并且燃料电池车辆10没有起动的情况下，判断需要发电(步骤112)，并通 过在监视器32上显示需要启动燃料电池车辆10的信息或通过声音传送这样 的信息，提示启动燃料电池车辆10。这时，如果有人在燃料电池车辆10的驾驶员座位上的情况下，可以在车辆监视器上给出类似的显示或声音，并给出燃料电池车辆10不应该运行的警告。当起动燃料电池车辆10 (步骤114)使车载燃料电池系统11运转时， 车载燃料电池系统ll开始发电，并对蓄电池12充电。在这种情况下，也可 以从用户接口 23以无线方式向燃料电池车辆IO发送指令，并自动地起动燃 料电池车辆IO，使车载燃料电池系统ll运转。当确认在蓄电池12中已经存储了足够的电力时，用户接口 23获得关于 家用电器的信息(步骤116),并4S艮务器31控制房中的负栽i殳备18A-18D 的运转(步骤118)。更具体地，例如，在家中或商店安装了用于数字家用电 器等的网络系统的情况下，如果室内所使用的总耗电量超过了逆变器17的 最大输出功率，则用户接口 23按照优先级，仅将电力提供给事先已经注册 的所需要的电器，并向没有注册的其它电器发送停止信号，以使这样的其它 电器ii^一种即使开启时也不会运转的状态。可替选地，对于例如象微波炉 这样的负载重的数字家用电器，用户接口 23自动地传送使这样的电器不能 使用的信号，使得即使在用户侧设法使用它，它也不能被使用。再有，除此而外，用户接口 23可以将电力依次提供给已经开启的电器。 在该情况下，始终监测由瓦特计22所检测的当前总的耗电量，其中接下来 检查已经开启的电器的耗电量。如果总的耗电量不超过逆变器17的最大输 出功率，则允许这样的电器运转。相反地，如果耗电量超过最大的输出功率， 则控制这样的电器不运转。然而，即使在这样的情况下，由于处于象停电这 样的异常状态，所以最好事先将负载4艮重的电器设置为即使当用户打开其开 关时也不运转。在除了数字家用电器以外并且与网络断开的其它电器的情况下，这些其 它电器的大部分M从停电恢复后，通过^f吏用备用电源,^动，因此用户通 过检查监视器32等来确认当前的耗电量。例如，在传统微波炉的情况下， 激活以下功能，即从监视器32发布指示以避免使用该微波炉，和使得即 使在强制通电时，逆变器17也停止向微波炉输出功率。逆变器17能够基于断路器20的二次回路侧的导电状态检测到停电的恢 复。当从停电恢复(步骤120)时，用户接口 23获得关于从停电恢复的检测 信息，通过声音和显示告诉用户关于从停电恢复的信息，并且促4吏停电恢复 处理(步骤122)。这样，用户执行必要的恢复处理，如断开连接器15、接
通电磁开关19的转接触点等。在步骤120处没有判断出从停电恢复的情况 下，继续进行前述的关于发电需求的判断(步骤112 )。可以在从停电恢复时， 自动将电磁开关19的转接触点连接。虽然以上以在停电期间将固定燃料电池系统13停止为例对前述实施例 的操作进行了描述，但是所述操作也可以在按照以下描述的其它控制模式来 执行。A. 在发生停电时固定燃料电池系统13保持停止的情况下(1) 一旦发生停电，将固定燃料电池系统13与燃料电池车辆IO连接， 并且在燃料电池车辆IO起动后启动固定燃料电池系统13。对固定燃料电 池系统13的启动在确认重整燃料的供应系统运转正常(根据气压等检测) 之后进行。B. 在发生停电时固定燃料电池系统13保持运转的情况下(l)一旦发生停电，使固定燃料电池系统13ii/v停止模式，然后与 燃料电池车辆IO连接。如果在燃料电池车辆IO起动后经过预定的时间， 仍然没有从停电恢复，则将固定燃料电池系统13停止，因为重整燃料的 供应系统可能也发生了异常。(2) 在发生停电时固定燃料电池系统13正常运转的情况下，使固定燃 料电池系统13保持运转，并与燃料电池车辆IO连接，然后启动燃料电池车 辆10。(3) 在发生停电时重整燃料的供应系统也发生异常的情况下，使固定 燃料电池系统13进入停止模式，并与燃料电池车辆IO连接，并在燃料电池 车辆IO起动之后使固定燃料电池系统13停止。(4) 当停电发生时，使固定燃料电池系统13ii^停止模式，并与燃料 电池车辆10连接。在随后燃料电池车辆IO起动之后，固定燃料电池系统13在重整燃料的供应系统正常运转的情况下，恢复到运转模式，但是如果重整 燃料的供应系统发生异常，则停止固定燃料电池系统13。根据前述的实施例，在停电期间，4吏燃料电池车辆10和固定燃料电池 系统13相互协作，其中电力能够从燃料电池车辆10的蓄电池12通过固定 燃料电池系统13的逆变器17提供到安装在房内的负载设备18A-18D。因此， 可以利用燃料电池车辆10的蓄电池12向安^房内的负载设备18A-18D供 电。此外，通过抑制负栽设备18A-18D的运转可以适当地控制负栽设备18A-18D，使其不超过逆变器17的最大输出功率。另外，因为燃料电池车辆 10的蓄电池12的剩余电池寿命由用户接口 23来监测，所以在剩余电池寿命 不够的情况下应该启动燃料电池车辆10，然而如果不需要则不要求启动燃料 电池车辆10。固定燃料电池系统13可以是通过利用在箱内存储的氢来发电的类型。 此外，如果实现了能够供应氢的城市供气系统，则固定燃料电池系统13将 是利用氢来发电的类型。在利用氢的固定发电系统中，重整器就变得不必要 了。虽然以上采用当停电发生时将固定燃料电池系统13与燃料电池车辆10 连接以利用安装在燃料电池车辆10上的蓄电池12对负载设备18A-18D供电 的实例描述了前述实施例，但是本发明不限于这种燃料电池车辆的使用，而 是还可以应用到诸如在其上安装有高压电池(蓄电池)以存储电力的混合式 车辆这样的车辆。此外，固定燃料电池系统13可以连接到没有任何电池的 燃料电池车辆，而且本发明可应用到具有用于向车辆外部提供电力的装置的 任何车辆。此外，尽管以上采用用户接口 23控制负栽设备18A-18D的运转使其不 超过逆变器17的最大输出功率(因为逆变器17的容量小)的实例来描述了 前述实施例，但是为了抑制在停电期间消耗的电力，前i^目同的设置在具有 容量足够大的逆变器17的固定燃料电池系统中也是适用的。此外，尽管以上采用在发生停电的情况下，当连接上连接器15时，立 即开始从燃料电池车辆10的蓄电池12向固定燃料电池系统13侧传输电力 的实例描述了前述实施例，但是也可以在蓄电池12的剩余电池寿命大于预 定值的条件下，从蓄电池12传输电力。而且，可以不通过当蓄电池12的剩 余电池寿命短时操作车载燃料电池系统11来使车载燃料电池系统11开始发 电，而是通过在发生停电的情况下自动地启动车载燃料电池系统ll,同时将 连接器15连接，来使车载燃料电池系统ll开始发电。在前述的实施例中用户接口 23的功能仅仅为了说明实现本发明的一种 优选实施例。用户接口 23不限于在上述实施例中所描述的内容，而是可以 构造为至少具有能够监测负载设备的运转状态并控制负载设备的运转的功 能的一个装置。在前述的第一实施例中，发生停电时，通过固定型逆变器17将燃料电 池车辆10的蓄电池12的直流功率转换为交流电功率以对房中的各个负载设 备18A-18D提供交流电功率。然而，象这样的电力供应不必局限于停电发生 时，而是可以被房子中的负栽设备18A-18D有效地利用，以便例如避免浪费 存储在蓄电池12中的多余能量。此外，上述对策可以应付负载"&备18A-18D 所需的电力超过固定燃料电池系统13独自供应的电力的情况。下面将参考 图3-5来描述这种实现方式的形式作为第二实施例。图3示出了才艮据本发明的第二实施例中的燃料电池车辆50的构造示意 图。在图3中，氢供应设备52是氢存^^i殳备，如氢箱等，用于存储氢，或 者是用于重整含氢燃料的重整设备，其向车辆燃料电池51提供氢气。氧化 剂供应设备53例如是空气压缩机，为车辆燃料电池51提供氧化剂，如含氧 空气。当接收到氩和氧化剂时，车辆燃料电池51发电并向蓄电池55和逆变 器56施加直流电压。蓄电池55例如是二次电池或电容器，而且是直流电源，具有用来自车 辆燃料电池51的电功率和由电动机再生的再生电功率充电的功能(参考后 面的内容)，还具有将充入的电力释放的另一功能。车辆燃料电池51和蓄电池55以并联的关系连接到逆变器56，第一DC/DC 变换器54插入到将车辆燃料电池51与逆变器56相连的输电线和蓄电池55 之间。该第一DC/DC变换器54是升压/降压变换器，并控制从车辆燃料电池 51到蓄电池55的功率供应，以及控制车辆燃料电池51和蓄电池55之间的 输出功率比率。该第一 DC/DC变换器54还能够用于控制后面提及的固定燃 料电池61和车辆燃料电池51之间的输出功率比率，在后面将提到二者的关 系。第一 DC/DC变换器54可以设置在将蓄电池55连接到逆变器56的输电 线和车辆燃料电池51之间。即，图3中的方案可以重新布置在车辆燃料电 池51和蓄电池55之间。电动机57的转子连接到轮轴(未示出)，并根据逆 变器56所提供的交流电功率来转动轮轴。图4示出第二实施例中永久^:施型固定电力供应系统的结构。在图4中，电池i元数目较少的燃料电池)，《而且来自1^定燃料电池6「的直流电功率通 过第二 DC/DC变换器62提供给DC/AC变换器63。第二 DC/DC变换器62是电 压变换器，而且对固定燃料电池61的输出功率进行升压，以将升压后的输 出功率提供给DC/AC变换器63。可以省略第二 DC/DC变换器62。 DC/AC变换 器63将来自固定燃料电池61的直流功率转变为交流功率，并将该交流功率 提供给包括安装在房中的家用电器的负载设备64。
接下来，将描述关于通过构成固定功率变换器的DC/AC变换器63来提 供来自车辆燃料电池51和固定燃料电池61的电力的结构的说明。按照连接 方式粗略分类，有车辆燃料电池51和固定燃料电池61并联连接的结构和它 们串联连接的在另一种结构。首先，将描迷车辆燃料电池51和固定燃料电池61按照图5所示相互并 联地连接到固定功率变换器(DC/AC变换器63)，而电力从各个燃料电池51、 61输出的形式。在此，因为各个燃料电池51、 61各具有自己的根据它们的 工作点(电功率水平)单独控制的反应材料(氢、氧化剂)的供应，所以在 通过共用功率变换器(DC/AC变换器63)输出来自两个燃料电池51、 61的 电力的情况下，出现需要单独控制来自各个燃料电池51、 61的输出功率的 要求。为了满足这个要求，在本发明中，通过使用为燃料电池车辆51所提 供的第一 DC/DC变换器54或为固定电力供应系统61所提供的第二 DC/DC变 换器62来控制各个燃料电池51、 61的输出功率之间的比率。换句话说，采 取了一种结构，其中在产生输出功率时，不仅对固定DC/AC变换器63而且 对控制输出功率比率的第一DC/DC变换器54都使用现有的配置。具体地，在图3中将车辆燃料电池51连接到逆变器56的输电线上的点 P21、 P22和在图4中将固定燃料电池61连接到第二 DC/DC变换器62的输电 线上的点P41、 P42通过诸如连接器65等的接口^M目互连接，如图5所示， 从而各个燃料电池51、 61通过固定DC/AC变换器63并行地给负载设备(外 部的电器)64供电。在这种结构中，各个燃料电池51和61之间的输出功率 比由燃料电池车辆50侧的第一DC/DC变换器54来控制。在该情况下，车辆 燃料电池51的输出功率依次流过车辆燃料电池51、第一DC/DC变换器54、 第二DC/DC变换器62、 DC/AC变换器63、负载设备(外部的电器)64。固定 燃料电池61的输出功率依次流过固定燃料电池61、第二DC/DC变换器62、 DC/AC变换器63、负载设备(外部的电器)64。在这种结构中，输出功率分 配通过安装在两个燃料电池51、 61中具有较高输出功率的燃料电池(车辆 燃料电池51)侧的DC/DC变换器54来执行。因此，这种结构的优点在于安 装在具有较低输出功率的燃料电池(即固定燃料电池61)侧的DC/DC变换器 62的频带不需要调整到车辆燃料电池51的频带。在另一结构中，通过将图3中的输电线上的点P31、 P32连接到图4中 的输电线上的点Pll、 P12,各个燃料电池51、 61可以通过固定DC/AC变换器 63来并行地提供电力。在这种结构中，来自蓄电池55的输出功率(包括充 电期间的负功率)与各个燃料电池51、 61的总输出功率的比率由车辆燃料
电池51侧的第一DC/DC变换器54来控制，而各个燃料电池51、 61之间的 输出功率比率由固定燃料电池61侧的第二 DC/DC变换器62来控制。车辆燃 料电池51的输出功率依次流过车辆燃料电池51、 DC/AC变换器63、负栽设 备(外部的电器)64。固定燃料电池61的输出功率依次流过固定燃料电池 61、第二DC/DC变换器62、 DC/AC变换器63、负载设备(外部的电器)64。 这种结构的优点在于燃料电池车辆50的蓄电池55对于各个燃料电池51、 61 起到緩沖器的作用。在此，术语"緩沖器，，意味着这样一种结构，即当燃 料电池51或61所产生的电力高于负载设备64要求的电力时，蓄电池55用 过剩的电力充电，而当负载设备64要求的电力超过燃料电池51或61所产 生的电力时，蓄电池55也给负载设备64供电。在蓄电池55以这种方式起 电力緩沖器的作用的情况下，进行发电时使至少一个燃料电池的工作点固定 (优选地，固定在高效率的工作点)或被步进地改变，通过这样做，与在服从负 载设备64的要求的漂移控制下的发电相比，该系统的效率可以提高。这种 发电控制、前述的燃料电池51、 61之间的输出功率比率的控制等由第一实 施例中所描述的用户接口 23和车载计算机来控制。虽然在前述实例中，燃料电池51、 61以并联的关系连接到DC/AC变换 器63，但它们也可以串联连接。在不同于第二实施例中所描述的在发生停电的情况下的使用中，也可以 在供电时，与连接器65的连接同时来手动地切断第一实施例中描述的电磁 开关19或自动切断电磁开关19。如上所述，第二实施例由燃料电池车辆50上所装备的车辆燃料电池51、 固定电力供应系统60中所装备的固定燃料电池61以及用于将来自车辆燃料 电池51和固定燃料电池61的直流功率转变为交流功率的DC/AC变换器(功 率变换器)63来构成。因此，能够实现用相同类型的电源(即燃料电池)来 构造车辆直流电源和固定直流电源，以使得DC/AC变换器(功率变换器)63 的结构和控制中的改变能够4皮压缩到最小。另外，现有的DC/AC变换器(功 率变换器)63可以共用于将车辆直流功率和固定直流功率转变为交流功率， 从而可以实现供电系统结构的简化。在上面所构造的第二实施例中，燃料电池车辆50和固定电力供应系统 60中的至少一个装备有DC/DC变换器54、 62,以便控制车辆燃料电池51和 固定燃料电池61之间的输出功率比率。这样，可以利用在燃料电池车辆50 和固定电力供应系统60中的至少一个中所装备的现有DC/DC变换器54、 62 来控制输出功率分配。工业应用电池的直流功率转变为交流功率，以将交流功率提供给负载^殳备。
权利要求
1.一种电力供应系统，包括具有用于向车辆外部提供电力的装置的车辆；带有逆变器的固定燃料电池系统；由来自该固定燃料电池系统的电力供电的负载设备；以及用于向该固定燃料电池系统提供电力的系统电源，该电力供应系统的特征在于如果所述系统电源停电，则将所述车辆和所述固定燃料电池系统连接，以通过所述固定燃料电池系统的逆变器为所述负载设备提供来自所述车辆的电力。
2. 根据权利要求1所述的电力供应系统，其中所述车辆是燃料电池 车辆或混合式车辆。
3. 根据权利要求1或2所述的电力供应系统，其中所述车辆装备有 蓄电池，用于向所述车辆外部提供所述蓄电池的电力。
4. 一种电力供应系统，包括具有用于向车辆外部提供电力的装置 的车辆；带有逆变器的固定燃料电池系统；由来自该固定燃料电池系统的 电力供电的负载设备；用于向所述固定燃料电池系统提供电力的系统电 源；以及用于控制所述负载设备的运转的用户接口，该电力供应系统的特 征在于如果所述系统电源停电，则将所述车辆和所述固定燃料电池系统 连接，以通过所述固定燃料电池系统的逆变器为所述负载设备提供来自所 述车辆的电力，而且所述负载设备的运转状态通过所述用户接口来被监 测。
5. 根据权利要求4所述的电力供应系统，其中所述车辆装备有用于 向所述车辆外部提供电力的蓄电池，其中所述用户接口监测所述蓄电池的 剩余电池寿命，如果剩余电池寿命短，则给所述蓄电池充电。
6. —种电力供应系统，其特征在于包括燃料电池车辆上装备的车 辆燃料电池；固定电力供应系统中提供的固定燃料电池；以及用于将来自 所述车辆燃料电池和所述固定燃料电池的直流功率转变为交流功率的功 率变换器。
7. 根据权利要求6所述的电力供应系统，其特征在于所述燃料电池 车辆和所述固定电力供应系统中的至少一个装备有用于控制来自所述车
全文摘要
提供了一种电力供应系统，用于在电力中断时，通过具有用于向车辆外部提供电力的装置的车辆与固定燃料电池系统协作，有效地向家用电器供应电力，还提供了一种电力供应系统，采用功率变换器将来自车辆燃料电池和固定燃料电池的直流功率转变为交流功率。所述电力供应系统具有在燃料电池车辆(50)中装备的车辆燃料电池(51)、固定电力供应系统(60)中装备的固定燃料电池(61)和用于将来自车辆燃料电池(51)和固定燃料电池(61)的直流功率转变为交流功率的功率变换器(63)。
文档编号H02J9/04GK101156295SQ20068001119
公开日2008年4月2日 申请日期2006年4月21日 优先权日2005年4月22日
发明者中西修 申请人:丰田自动车株式会社