JP2001095110A

JP2001095110A - ハイブリッド駆動式移動体の電力供給方法

Info

Publication number: JP2001095110A
Application number: JP26754199A
Authority: JP
Inventors: Mikio Saito; 幹夫斉藤; Yutaka Mizuno; 裕水野
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1999-09-21
Filing date: 1999-09-21
Publication date: 2001-04-06

Abstract

(57)【要約】【課題】常に安定した走行が得られるとともにバッテ
リの早期劣化を防止したハイブリッド駆動式移動体の電
力供給方法を提供する。【解決手段】移動体動力源の電源として燃料電池およ
び二次電池を有し、前記動力源に要求される負荷に応じ
て前記燃料電池および二次電池から電力を供給するハイ
ブリッド駆動式移動体の電力供給方法において、前記負
荷が所定値より小さい場合あるいは二次電池が所定の使
用不適正状態の場合に、前記二次電池の充放電を停止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両や船舶等の移
動体駆動用モータの電源としてバッテリおよび燃料電池
とを使用するハイブリッド駆動式移動体の電力供給方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両の低公害化のために車両駆動用とし
て電動モータを用い、その電源として１つは、負荷の変
化に対して応答性よく電動モータに電力を供給可能で充
電可能な鉛蓄電池等の二次電池（バッテリ）とし、他の
１つは、補給が簡便な燃料を使用し且つ低公害性の燃料
電池とし、これらの電池を組合せたハイブリッド方式の
電動車両が研究開発されている。このようなハイブリッ
ド駆動車両において、燃料電池として水素ガス貯蔵器中
の水素ガスを燃料として使用するものや、メタノールや
メタンあるいはブタン等を一次燃料とし、改質装置（リ
フォーマ）で生成する水素ガスを燃料として使用するも
のが考えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなハイブリッ
ド駆動車両においては、メインスイッチオンによる電源
投入後、運転状態に応じて効率よく電力を供給して最適
状態でモータを駆動制御するために車両コントローラが
備る。また、モータ、燃料電池およびバッテリ等の各機
器を構成するモジュールは、それぞれ車両の運転制御に
必要なモジュールに対応したデータ、例えば温度や回転
数あるいは電圧や電流等の状態を検出するためのセンサ
を有し、その検出出力に応じて車両コントローラが必要
電力や走行可能距離等を演算し、バッテリや燃料電池の
充放電およびモータの駆動制御等を行い、モータへの要
求負荷に応じてバッテリおよび燃料電池の負荷分担を演
算してそれぞれの電源からモータに電力を供給する。

【０００４】このような燃料電池とバッテリとのハイブ
リッドシステムにおいて、アクセル操作によるモータへ
の要求負荷が低下した場合、燃料電池の出力が過小にな
ると、発進や加速等の負荷急増時に出力増加に対する応
答性が悪いため、バッテリの負担が増加し、バッテリが
急激に容量不足となって必要とする走行距離が確保され
なくなり、またバッテリの劣化が速まる。したがって、
低負荷の場合でも出力急増に備えて燃料電池の出力はあ
る程度以上に維持しておくことが望ましい。

【０００５】一方、バッテリの充電容量が充分なとき
に、燃料電池の発電量が多くなると、燃料電池からの剰
余電力とともにモータからの回生電流によりバッテリが
過充電の状態になり、また回生電流による過大電流の作
用によってバッテリの劣化を速め寿命を短くする。逆
に、バッテリの充電容量が不足しているときにバッテリ
からの放電が続くと、過放電状態となってこの場合にも
バッテリが早期に劣化し寿命を短くする。

【０００６】また、バッテリは適正な温度範囲を越えた
高温あるいは低温状態で使用すると急速に劣化する。

【０００７】本発明は上記の点を考慮したものであっ
て、常に安定した走行が得られるとともにバッテリの早
期劣化を防止したハイブリッド駆動式移動体の電力供給
方法の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、移動体動力源の電源として燃料電池お
よび二次電池を有し、前記動力源に要求される負荷に応
じて前記燃料電池および二次電池から電力を供給するハ
イブリッド駆動式移動体の電力供給方法において、前記
負荷が所定値より小さい場合に、前記二次電池からの電
力供給を遮断することを特徴とするハイブリッド駆動式
移動体の電力供給方法を提供する。

【０００９】この構成によれば、負荷が低下したとき
に、二次電池を遮断して燃料電池のみから電力を供給す
ることにより、燃料電池の発電量をある程度のレベル以
上に維持することができ、その後の負荷増加に対し速や
かに対応することができ、バッテリの負担を軽減して急
激な容量低下による走行可能距離不足やバッテリの早期
劣化を防止することができる。

【００１０】好ましい構成例では、前記二次電池の温度
が所定の温度範囲外の状態の場合に、該二次電池の充電
および放電を停止することを特徴としている。

【００１１】この構成によれば、バッテリ（二次電池）
は常に適正な温度範囲内でのみ使用されるため、早期劣
化が防止される。

【００１２】さらに好ましい構成例では、前記二次電池
の充電量が所定の容量範囲外の場合に、該二次電池の充
電および放電を停止することを特徴としている。

【００１３】この構成によれば、バッテリは常に適正な
充電容量の範囲内でのみ使用されるため、早期劣化が防
止される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態
に係るハイブリッド駆動車両の全体構成図である。この
実施形態のハイブリッド駆動車両１は、自動二輪車に適
用されている。ハイブリッド駆動車両１には、ハイブリ
ッド駆動装置２が備えられている。ハイブリッド駆動装
置２は、電動モータユニット３、変速機４、車両コント
ローラ５、バッテリユニット６及び燃料電池ユニット７
を有している。

【００１５】主に燃料電池と改質装置からなる燃料電池
サブユニット７ａは、シート８の後方で駆動輪９の上方
位置に配置されている。シート８の前方で、操向輪１１
を操向するフロントフォーク１２との間には、メタノー
ルタンク１３が配置されている。メタノールタンク１３
には、燃料注入キャップ１４が設けられている。

【００１６】燃料電池サブユニット７ａの燃料電池とバ
ッテリユニット６のバッテリとによるハイブリッド式に
より電動モータユニット３の電動モータを駆動し、駆動
輪９を回転させる。

【００１７】なお、図１において図中１３の位置に主に
燃料電池本体と改質装置からなる燃料電池サブユニット
を配置し、図中７の位置にメタノールタンクを配置して
もよい。

【００１８】図２（Ａ）はハイブリッド駆動式の自動二
輪車の別の形状例の図であり、同図（Ｂ）はその燃料電
池用の水素供給装置の構成図である。このハイブリッド
駆動車両１は、シート８の下部に車両コントローラ５お
よびバッテリユニット６を有し、車両コントローラ５の
下部に電動モータユニット３が備り、その前方に主に燃
料電池からなる燃料電池サブユニット７ｂが設けられ
る。シート８の後方の荷台上に、燃料電池サブユニット
７ｂに電力発生用の水素を供給するための水素供給装置
１５が備る。

【００１９】水素供給装置１５は、図２（Ｂ）に示すよ
うに、メタノールタンク１３とともに水素ボンベ１６を
備え、燃焼用空気を供給するファン１７およびバーナー
１８を有し、後述のように、一次燃料を加熱して気化さ
せ触媒を通して水素を得る改質器１９を備えている。

【００２０】図３は、本発明に係るハイブリッド駆動車
両に搭載される動力伝達系、制御系の全体システムの概
略構成図である。このハイブリッド駆動車両１には、メ
インスイッチＳＷ１、シート８、スタンド２０、フット
レスト２１、アクセルグリップ２２、ブレーキ２３、表
示装置２４、灯火器やウインカ等のランプユニット２
５、ユーザ入力装置２６、不揮発性メモリ２７、タイマ
２８が備えられ、さらに電動モータユニット３、変速機
４、車両コントローラ５、バッテリユニット６及び燃料
電池ユニット７が備えられている。

【００２１】メインスイッチＳＷ１からＯＮ／ＯＦＦ信
号が車両コントローラ５へ送られ、電動車両が駆動され
る。またシート８、スタンド２０、フットレスト２１お
よびブレーキ２３には、それぞれセンサＳ１〜Ｓ４が設
けられ、これらのセンサＳ１〜Ｓ４からＯＮ／ＯＦＦ信
号が車両コントローラ５へ送られ、それぞれの動作状態
が検知される。

【００２２】アクセルグリップ２２は、出力設定手段を
構成し、このアクセルグリップ２２にはアクセル開度セ
ンサＳ５が設けられ、運転者のグリップ操作によりアク
セル開度センサＳ５からアクセル開度信号が車両コント
ローラ５へ送られる。アクセル開度に応じて電動モータ
の制御が行われる。車両コントローラ５は、アクセルグ
リップ２２により構成される出力設定手段の出力設定値
に基づき電動モータの出力を制御する制御手段を構成す
る。

【００２３】ユーザ入力装置２６から運転者は、種々の
データを車両コントローラ５へ入力でき、例えば車両の
運転特性を変更することができる。また不揮発性メモリ
２７およびタイマ２８と車両コントローラ５との間でデ
ータ授受が行われ、車両運転停止時にそのときの運転状
態情報を不揮発性メモリ２７に記憶し、運転開始時に記
憶されている運転状態情報を車両コントローラ５が読み
込み制御する。

【００２４】表示装置２４は、車両コントローラ５から
表示ＯＮ／ＯＦＦ信号により駆動され、表示装置２４に
は電動車両の運転状態が表示される。灯火器やウインカ
等のランプユニット２５は、ＤＣ／ＤＣ変換器２５ａ、
灯火器やウインカ等のランプ２５ｂから構成される。車
両コントローラ５からの起動ＯＮ／ＯＦＦ信号によりＤ
Ｃ／ＤＣ変換器２５ａを駆動してランプ２５ｂを点灯す
る。

【００２５】電動モータユニット３には、モータドライ
バ３０、駆動輪９に連結される電動モータ３１、エンコ
ーダ３２、回生電流センサＳ１１および回生エネルギ制
御手段３３が備えられている。車両コントローラ５から
のデューティ信号によりモータドライバ３０が電動モー
タ３１を制御し、この電動モータ３１の出力により駆動
輪９が駆動される。電動モータ３１の磁極位置及び回転
数をエンコーダ３２が検出する。エンコーダ３２からモ
ータ回転数情報がモータドライバ３０内のメモリに格納
され必要に応じて車両コントローラ５へ送られる。電動
モータ３１の出力を変速機４により変速して駆動輪９を
駆動し、変速機４は車両コントローラ５からの変速命令
信号により制御される。電動モータ３１にはモータ電圧
センサまたはモータ電流センサＳ７が設けられ、このモ
ータ電圧またはモータ電流の情報はモータドライバ内の
メモリに格納され必要に応じて車両コントローラ５へ送
られる。

【００２６】バッテリユニット６には、バッテリ６０、
バッテリコントローラ６１及びバッテリリレー６２が備
えられる。燃料電池ユニット７には、発電手段を構成す
る燃料電池７０、燃料電池コントローラ７１、逆流防止
素子７２および燃料電池リレー７３が備えられる。燃料
電池７０の出力電流をバッテリ６０に供給可能とする第
１の電力供給路Ｌ１と、バッテリ６０からの出力電流を
電動モータ３１に供給可能とする第２の電力供給路Ｌ２
とが備えられ、電力調整部８０を介して電力が供給され
る。

【００２７】バッテリコントローラ６１には、バッテリ
６０の充電状態を検知する検知手段が備えられ、この検
知手段は、バッテリ温度センサＳ１２、バッテリ電圧セ
ンサＳ１３、バッテリ電流センサＳ１４から構成され、
これらの情報は、バッテリコントローラ６１内のメモリ
に格納され必要に応じて車両コントローラ５へ入力され
る。バッテリリレー６２は、車両コントローラ５からの
ＯＮ／ＯＦＦ信号により作動して第２の電力供給路Ｌ２
からの電力供給を制御する。

【００２８】燃料電池コントローラ７１へ車両コントロ
ーラ５から通信データが送られ、これにより燃料電池コ
ントローラ７１が燃料電池７０を制御する。燃料電池コ
ントローラ７１には、燃料電池７０の状態を検知する検
知手段が備えられる。この検知手段は、各種温度センサ
Ｓ２１、燃料電池電圧センサＳ２２、燃料電池電流セン
サＳ２３から構成され、これらの情報はこの燃料電池コ
ントローラ７１内のメモリに格納され必要に応じて車両
コントローラ５へ入力される。整流ダイオード（逆流防
止素子）７２を介して燃料電池コントローラに接続され
た燃料電池リレー７３は、車両コントローラ５からのＯ
Ｎ／ＯＦＦ信号により作動して第１の電力供給路Ｌ１か
ら電力供給を制御する。

【００２９】図４は、本発明の実施の形態に係る燃料電
池ユニットの要部構成図である。この実施形態の燃料電
池ユニット７は、メタノールタンク１０２、改質装置
（リフォーマ）１０３、シフトコンバータ１０４、選択
酸化反応器１０５、燃料電池（セル）７０、水分回収熱
交換器１０７、水タンク１０８及び燃料電池コントロー
ラ７１、バルブ、ポンプ、ファン等の各機器およびセン
サから構成されている。燃料電池コントローラ７１は、
バルブ、ポンプ、ファン等の各機器及びセンサと接続さ
れている。改質装置１０３、シフトコンバータ１０４、
選択酸化反応器１０５、燃料電池７０の各部には温度セ
ンサＴｒ，Ｔｂ，Ｔｓ，Ｔｐ，Ｔｃが備えられ、これら
の温度検出により各部が燃料電池コントローラ７１（図
３）によって適正温度に制御される。

【００３０】改質装置（リフォーマ）１０３には、加熱
器（バーナー）１１０、蒸発器１１１、触媒層１１２が
備えられている。加熱器１１０には、温度センサＴｂの
温度検出によりバーナーポンプ１１３が駆動されてメタ
ノールタンク１０２からメタノールが供給され、またバ
ーナーファン１１４の駆動で空気が供給され、これらの
燃焼作用により蒸発器１１１を加熱する。なお、図中二
重丸は空気取入れ口を示す。蒸発器１１１には、メタノ
ールポンプ１１５の駆動でメタノールタンク１０２から
供給されるメタノールと、水ポンプ１１６の駆動で水タ
ンク１０８から供給される水が混合して供給される。加
熱器１１０により蒸発器１１１を加熱してメタノールと
水の混合燃料を気化し、この蒸発器１１１で気化した混
合燃料を触媒層１１２に供給する。

【００３１】バーナー１１０にはさらに燃料電池（セ
ル）７０からの剰余（またはバイパスした）水素ガスが
配管２０１を通して供給され燃焼する。このバーナー１
１０の燃焼熱により、メタノールと水からなる一次燃料
（原料）を気化させるとともに触媒層１１２を加熱して
触媒層１１２を触媒反応に必要な反応温度に維持する。
燃焼ガスおよび反応に寄与しなかった空気は排気通路２
０２を通して外部に排出される。

【００３２】触媒層１１２は例えばＣｕ系の触媒からな
り、約３００℃の触媒反応温度でメタノールと水の混合
気を、以下のように、水素と二酸化炭素に分解する。

【００３３】ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→３Ｈ₂ ＋ＣＯ₂ この触媒層１１２において、微量（約１％）の一酸化炭
素が発生する。

【００３４】ＣＨ₃ＯＨ→２Ｈ₂ ＋ＣＯこのＣＯはセル７０内で触媒に吸着して起電力反応を低
下させるため、後段側のシフトコンバータ１０４および
選択酸化反応器１０５においてその濃度を低下させセル
７０内での濃度を１００ｐｐｍ〜数１０ｐｐｍ程度にす
る。

【００３５】シフトコンバータ１０４内では、反応温度
が約２００℃程度で、分解ガス中の一酸化炭素を余剰水
蒸気による以下の反応、すなわちＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→Ｈ₂ ＋ＣＯ₂ の化学反応によりＣＯからＣＯ₂に変換させ濃度を約
０．１％程度まで低下させる。

【００３６】これをさらに選択酸化反応器１０５内にお
いて、白金系触媒を用いて約１２０℃の触媒反応温度で２ＣＯ＋Ｏ₂→２ＣＯ₂ の酸化反応によりＣＯからＣＯ₂に化学変化させ、濃度
をさらにその１／１０あるいはそれ以下にする。これに
よりセル７０内でのＣＯ濃度を数１０ｐｐｍ程度に低下
させることができる。

【００３７】前記改質装置１０３により、原料を改質し
て前述のように水素を製造し、得られた水素をシフトコ
ンバータ１０４、選択酸化反応器１０５を介して燃料電
池７０に供給する。改質装置１０３とシフトコンバータ
１０４との間には、脈動や圧力変動を吸収するためのバ
ッファタンク１１７および切換弁１１７ａ，１１７ｂが
設けられ、これらの切換弁１１７ａ，１１７ｂの作動で
水素が改質装置１０３の加熱器１１０に戻される。シフ
トコンバータ１０４は温度センサＴｓの温度検出により
冷却用空気ファン１１８で冷却される。冷却空気は排気
通路２０３を通して外部に排出される。

【００３８】シフトコンバータ１０４と選択酸化反応器
１０５との間には、バッファタンク１２４及び切換弁１
２４ａ，１２４ｂが設けられ、これらの切換弁の作動で
水素が改質装置の加熱器１１０に戻される。

【００３９】シフトコンバータ１０４から送られる水素
に、反応用空気ポンプ１１９の駆動で供給される空気を
混合して選択酸化反応器１０５に供給する。選択酸化反
応器１０５は温度センサＴｐの温度検出により冷却用空
気ファン１２０で冷却される。冷却空気は排気通路２０
４を通して外部に排出される。

【００４０】選択酸化反応器１０５と燃料電池７０との
間には、バッファタンク１２１および切換弁１２１ａ，
１２１ｂが設けられ、これらの切換弁の作動で水素が改
質装置１０３の加熱器１１０に戻される。

【００４１】前述のシフトコンバータ１０４に対する切
換弁１１７ａ，１１７ｂ、選択酸化反応器１０５に対す
る切換弁１２４ａ，１２４ｂおよび燃料電池７０に対す
る切換弁１２１ａ，１２１ｂの流量調整により、燃料電
池７０に供給される水素の量が調整され、発電量を調整
することができる。この場合、酸素は過剰に供給されて
いるため、水素の量により発電量が制御される。

【００４２】このような出力の調整は、前述の燃料電池
ユニット７のセンサＳ２１〜２３のデータおよび他の各
種センサからの運転状態の検出データに基づき、車両コ
ントローラ５が必要出力を演算し、これに基づいて切換
弁動作後のセル内の水素量が実際に変化するまでの時間
遅れ等を考慮して各切換弁の流量を車両コントローラ５
または燃料電池コントローラ７１が演算し、これに基づ
いて各切換弁のＯＮ／ＯＦＦ制御あるいは開度制御を燃
料電池コントローラ７１が行う。この場合、メタノール
等の一次燃料の供給量を多くすることにより気化する水
素量を増やして出力を高めることができるが、この場合
には、発電に寄与する水素量の増加までに時間遅れが発
生する。このような時間遅れはバッテリからの電力によ
りカバーされる。

【００４３】燃料電池７０には、冷却加湿ポンプ１２２
の駆動で水タンク１０８から水が供給され、また温度セ
ンサＴｃの温度検出により加圧空気ポンプ１２３の駆動
で水分回収熱交換器１０７から空気が供給され、これら
の水、空気および水素から燃料電池７０で以下のように
発電を行う。

【００４４】燃料電池７０は、冷却および加湿用の水通
路２０５が形成されたセル膜（図示しない）の両面側に
例えば白金系の多孔質触媒層（図示しない）を設けて電
極を形成したものである。一方の電極には、水素通路２
０６を通して選択酸化反応器１０５から水素が供給さ
れ、他方の電極には酸素通路２０７を通して酸素（空
気）が供給される。水素側電極の水素通路２０６からセ
ル膜を通して水素イオンが酸素側電極に移動し、酸素と
結合して水が形成される。この水素イオン（＋）の移動
に伴う電子（−）の移動により電極間に電流が流れ発電
がなされる。

【００４５】この発電反応は発熱反応であり、これを冷
却するため及び水素イオンを円滑に酸素電極側に移動さ
せるために、水タンク１０８からポンプ１２２により両
電極間のセル膜の水通路２０５に水が供給される。水通
路２０５を通過して高温となった水は熱交換器１０７で
空気と熱交換され水タンク１０８に戻る。水タンク１０
８には放熱フィン２０８が設けられ水を冷却する。２０
９はオーバーフロー管である。

【００４６】熱交換器１０７には空気が導入される。こ
の空気は高温の水と熱交換され高温空気となって空気ポ
ンプ１２３により酸素通路２０７に供給される。このよ
うな高温空気を送り込むことにより、水素イオンとの結
合反応が促進され効率よく起電力反応が行われる。この
ため、この熱交換器１０７への空気取入れ口（図中二重
丸で示す）は、前述の高温触媒反応を起こす選択酸化反
応器１０５あるいは触媒層１１２の近傍に設けることが
望ましい。

【００４７】酸素通路２０７を通過して水素イオンと結
合した空気中の酸素は水となって水タンク１０８に回収
される。残りの空気（酸素および窒素）は排気通路２１
０を通して外部に排出される。

【００４８】このように燃料電池７０で用いられた水お
よび発電により生成した水は、水分回収熱交換器１０７
で冷却空気との間で熱交換され水タンク１０８に戻され
る。また、燃料電池７０で発電のために用いられた水素
の余剰分は、バルブ２１１および配管２０１を通して、
改質装置１０３の加熱器１１０に戻される。

【００４９】前述のように、燃料電池ユニット７では、
加熱器１１０によって蒸発器１１１を加熱し、この蒸発
器１１１で気化した原料を触媒層１１２に供給するよう
にした改質装置１０３により、原料を改質して水素を製
造し、得られた水素をシフトコンバータ１０４および選
択酸化反応器１０５を介して燃料電池７０に供給して発
電を行う。この場合、選択酸化反応器１０５から得られ
た水素を前述の図２（Ｂ）に示すように、一旦水素ボン
ベ１６に貯蔵してもよい。

【００５０】このような燃料電池７０の出力は、前述の
図３に示したように、逆流防止素子７２および燃料電池
リレー７３を介して電力調整部８０に接続され、この電
力調整部８０はバッテリ６０と電動モータ３１とに接続
される。

【００５１】なお、上記各実施の形態においては、メタ
ノールを原料として水素ガスを生成する改質装置１０
３、シフトコンバータ１０４、選択酸化反応器１０５等
を前提としたが、原料としてガソリン、メタン、あるい
はブタンのうちいずれかをタンク内に収容し、これらの
原料に対応した触媒を搭載する改質装置１０３、シフト
コンバータ１０４、選択酸化反応器１０５等を使用して
燃料電池７０に使用する水素ガスを生成するようにして
もよい。また、燃料電池ユニット７を、主に燃料電池と
水素ガス貯蔵合金を収容する水素ガスボンベから構成す
るとともに、この水素ガスボンベを燃料電池ユニット７
に交換可能に装着するようにしてもよい。この場合、水
素ガスボンベには、工場等で工業的に生成生産される純
度の高い水素ガスが工場等で充填される。

【００５２】図５は、本発明に係るハイブリッド駆動車
両の電源制御系のブロック構成図である。車両コントロ
ーラ５は、双方向通信ライン２２０，２２１，２２２を
介してそれぞれ電動モータユニット３、バッテリユニッ
ト６および燃料電池ユニット７に接続される。燃料電池
ユニット７は、（＋）側電流ライン２２３ａおよび
（−）側電流ライン２２３ｂを介して電動モータユニッ
ト３に接続される。（＋）側電流ライン２２３ａ上には
スイッチ２２５が設けられる。このスイッチ２２５は、
車両コントローラ５によりＯＮ／ＯＦＦ駆動される。

【００５３】バッテリユニット６は、（＋）側電流ライ
ン２２４ａおよび（−）側電流ライン２２４ｂからそれ
ぞれに直結される（＋）側電流ライン２２３ａおよび
（−）側電流ライン２２３ｂを介して電動モータユニッ
ト３に接続される。（＋）側電流ライン２２４ａ上には
スイッチ２２６が設けられる。このスイッチ２２６は、
車両コントローラ５によりＯＮ／ＯＦＦ駆動される。

【００５４】電動モータユニット３は、電動モータ３１
（図３）とともにモータドライバ３０およびエンコーダ
やセンサ等をモジュールとして一体化したものである。
このような電動モータユニット３は、一体部材として車
両に着脱可能である。したがって、双方向通信ライン２
２０および電流ライン２２３ａ，２２３ｂ，２２４ａ，
２２４ｂはそれぞれカプラ（図示しない）を介して電動
モータユニット３と車両コントローラ５の間を接続して
いる。

【００５５】電動モータユニット３の運転状態、例えば
回転数、スロットル開度、走行速度、要求負荷、温度、
シフト位置等の検出データは、車両コントローラ５に送
られ、車両コントローラ５内のメモリに常時書換えられ
て格納される。

【００５６】バッテリユニット６は、前述の図３に示し
たようにバッテリ６０とともに、バッテリコントローラ
６１やセンサＳ１２〜１４およびリレー６２等をモジュ
ールとして一体化したものである。このバッテリユニッ
ト６は、一体部材として車両に着脱可能である。したが
って、双方向通信ライン２２１や電流ライン２２４ａ，
２２４ｂはカプラ（図示しない）を介してこのバッテリ
ユニット６のバッテリコントローラ６１に接続される。

【００５７】このバッテリコントローラ６１はメモリを
有し、このバッテリユニットの温度、電圧、電流等の状
態データおよびバッテリ６０の残量データを検出して常
時書換えながら格納する。これにより、運転中に車両コ
ントローラとの間で双方向通信によりデータの授受を行
って必要な電力を供給するとともに、バッテリ６０を交
換した場合に、直ちにその残量を車両コントローラ側で
確認することができ、走行可能距離等の演算処理を行う
ことができる。

【００５８】燃料電池ユニット７は、前述の燃料電池７
０やリフォーマ等とともに、燃料電池コントローラ７１
およびセンサＳ２１〜２３（図３）やリレー７３等をモ
ジュールとして一体化したものである。この燃料電池ユ
ニット７は、一体部材として車両に着脱可能である。し
たがって、双方向通信ライン２２２や電流ライン２２３
ａ，２２３ｂはカプラ（図示しない）を介してこの燃料
電池ユニット７の燃料電池コントローラ７１に接続され
る。

【００５９】燃料電池コントローラ７１はメモリを有
し、この燃料電池ユニット７の温度、電圧、電流等の状
態データおよび燃料電池の容量データ（具体的にはメタ
ノールタンクの残量）等の検出データを常時書換えなが
ら格納する。これにより、運転中に車両コントローラと
の間で双方向通信によりデータの授受を行って必要な電
力を供給するとともに、走行可能距離等の演算処理を行
うことができる。

【００６０】なお、図５の実施形態では、ハイブリッド
駆動車両を構成する２つの電力供給源として燃料電池お
よびバッテリを用いたが、２つの燃料電池あるいは２つ
のバッテリ（二次電池）を用いてもよく、またエンジン
式発電機やキャパシタを用いることもできる。また、本
発明は車両以外にも船舶その他の装置に適用可能であり
る。

【００６１】図６は、本発明に係るハイブリッド駆動車
両の制御系のデータ通信の説明図である。車両コントロ
ーラ５は、電動モータユニット３（エンコーダ３２およ
びその他のセンサ群）、バッテリコントローラ６１およ
び燃料電池コントローラ７１の各々に対し、各コントロ
ーラのメモリに蓄積されている各種データの要求信号を
発信する。このデータ要求に対し、電動モータユニット
３のセンサ群及び各コントローラ６１，７１から車両コ
ントローラ５に対し必要なデータを返信する。データの
内容としては、温度、電圧、電流、エラー情報、容量等
の状態情報、要求出力等の制御情報などが送受信され
る。

【００６２】この場合、車両コントローラ５は、電動モ
ータユニット３のセンサ群及び各コントローラ６１，７
１からのデータに基づいて各ユニットに対する最適な駆
動量を演算し、この駆動量のデータを運転指令データと
してモータドライバ３０および各コントローラ６１，７
１に送信して、電動モータユニット３、バッテリユニッ
ト６および燃料電池ユニット７を駆動制御することがで
きる。

【００６３】図７および図８は、車両コントローラ５に
より実施される制御のフローチャートである。各ステッ
プの動作は以下のとおりである。

【００６４】ａ１：各種フラグやモータデューティデー
タ等が所定の初期値に設定される。ａ２：不揮発性メモリ２７から電動車両の過去の運転情
報を読み込む。ａ３：プログラム実行、メインスイッチの動作チェック
及びタイマ信号の有無チェック等のみに必要な微弱電流
がシステムを流れる状態、すなわち小電力状態で待機す
る。ａ４：バッテリ側のＣＰＵで動作されるタイマが所定の
時間、例えば１時間毎に出力するタイマ信号か、車体に
取付けられるメインスイッチのＯＮ動作信号のいずれか
が有るか判断する。

【００６５】ａ５：外部信号（前記ａ４のタイマ信号ま
たはメインスイッチ信号）があれば前述のａ３の小電力
状態を解除する。ａ６：外部信号の種類を判別し、メインスイッチＯＮ有
りならばステップａ１１へ、タイマ信号有りならばステ
ップａ７へ進む。ａ７：バッテリコントローラ６１内のＲＡＭ中に書込ま
れた電池容量データを確認する。ａ８：ａ７の電池容量データに基づき二次電池に充電が
必要かどうかを判別する。ａ９：充電が不要の場合、この電池からの放電量を計算
する。

【００６６】ａ１０：バッテリコントローラ６１内のＲ
ＡＭ中の電池容量データを書換える。ａ１１：次に乗車する予定の書込みデータが有ればそれ
を取込む。ａ１２：各センサによる各検知信号を取込む。運転者の
燃料電池強制ＯＦＦ動作信号も有れば取込む。ａ１３：ａ１２で取込んだ二次電池の電圧、電流および
温度の各検知信号のデータを入力する。ａ１４：入力されたデータに基づき補正等を行って二次
電池容量を計算する。ａ１５：バッテリ側の温度検出データおよび容量データ
に基づき、マップあるいは計算式により、燃料電池の発
電量指令値を計算する。ａ１６：燃料電池に発電停止指令または発電量指令値を
送信する。

【００６７】ａ１７：燃料電池からデータを受信する。
このデータは、燃料電池の運転状態（発電量、温度、出
力電圧・電流等）のデータおよび燃料電池の運転状態に
異常が検知されたとき「１」が立つ異常フラグのデータ
である。ａ１８：メインスイッチがＯＮかＯＦＦかを判別する。ａ１９：乗車状態か下車状態かを判別する。シートスイ
ッチのＯＮ検知情報またはスタンドスイッチのＯＮ検知
情報のいずれかがあるとき乗車と判断する。ａ２０：燃料電池の異常フラグが１か０により燃料電池
の異常を判別する。

【００６８】ａ２１：燃料電池が異常なしのとき、リレ
ーをＯＮにする。ａ２２：二次電池の異常時に「１」が立つ二次電池の異
常フラグが１か０かをチェックして二次電池の異常を判
別する。ａ２３：二次電池が異常なしのとき、リレーをＯＮにす
る。ａ２４：燃料電池が異常のとき、リレーをＯＦＦにす
る。ａ２５：二次電池が異常のとき、リレーをＯＦＦにす
る。ａ２６：乗車していないとき、燃料電池および二次電池
のリレーをともにＯＦＦにする。

【００６９】ａ２７：異常の内容をメータパネル中のデ
ィスプレイに表示する。ａ２８：モータの電流値を入力する。なお、モータはメ
インスイッチＯＦＦ状態での燃料電池による充電時に
は、モータ電流値が０とされる。ａ２９：モータ電流指令値を入力する。このモータ電流
指令値は、スロットルレバーのスロットル角度が大きい
程値が大きくなる。ａ３０：モータのデューティ値を出力する。このデュー
ティ値は、モータ駆動のための指令値であり、モータ電
流指令値の関数で、定性的にはモータ電流指令値が大き
い程値が大きい。ａ３１：メインスイッチがＯＮかＯＦＦかを判別する。ａ３２：充電動作中か充電停止中かを判別する。充電停
止されるのは、満充電のときと、バッテリ側あるいは燃
料電池側に異常があってリレーがＯＦＦされているとき
である。ａ３３：バッテリ容量を不揮発性メモリに書込む。この
データは、前述のステップａ２で読み込まれる。ａ３４：バッテリがＯＮかＯＦＦかを判別する。バッテ
リが接続中（ＯＮ）であれば、メインスイッチＯＦＦで
車両が放置されている状態でもプログラムを継続動作
し、バッテリの容量管理および燃料電池による充電管理
を実施する。

【００７０】図９は、本発明の実施の形態に係るハイブ
リッド駆動車両の電力供給方法を実施するシステムの要
部構成図である。バッテリ放電時の許容上限および下限
温度データがメモリ３０１に予め格納され、バッテリ充
電時の許容上限および下限温度データがメモリ３０２に
予め格納される。これらのメモリ３０１，３０２は、前
述の図３の車両コントローラ５またはバッテリコントロ
ーラ６１あるいは電力調整部８０に設けることができ
る。メモリ３０１，３０２は、例えば車両コントローラ
内のリレーＯＮ／ＯＦＦ制御部３０３に接続される。こ
のリレーＯＮ／ＯＦＦ制御部３０３にはさらに、バッテ
リ６０の温度センサ３０６からのバッテリ温度データ、
電圧センサ３０５からのバッテリ電圧データ、バッテリ
出力側に設けた電流センサ３０９およびバッテリ電流検
出部３０８を介したバッテリ電流データ、およびバッテ
リ容量計算部３０４からのバッテリ容量データが入力さ
れる。バッテリ６０の出力側とモータドライバ３０間に
はリレー３０７が設けられる。リレーＯＮ／ＯＦＦ制御
部３０３は、上記各種データに基づいてリレー３０７を
ＯＮ／ＯＦＦ制御してバッテリ６０の充放電を制御す
る。

【００７１】モータに要求される負荷に対応した出力を
演算するために、スロットルセンサ３１１からスロット
ル開度データがモータ出力指令値計算部３１２に入力さ
れる。このモータ出力指令値計算部３１２からのモータ
出力指令データは、デューティ指令部３１３に入力され
る。デューティ指令部３１３は、このモータ出力指令デ
ータおよび電流センサ３１５からモータ電流検出部３１
４を介して入力された電流データに基づいてデューティ
を算出し、これをモータドライバ３０に入力してモータ
３１を駆動する。

【００７２】モータの要求負荷に対応した上記モータ出
力指令データは、燃料電池出力指令部３１０に入力さ
れ、燃料電池の出力負担分を演算して燃料電池７０に対
し出力指令値の信号を送る。

【００７３】モータ出力指令データはさらに、リレーＯ
Ｎ／ＯＦＦ制御部３０３に入力される。リレーＯＮ／Ｏ
ＦＦ制御部３０３は、モータの要求負荷が所定値より小
さい場合に、リレー３０７を遮断してバッテリ６０から
の電力供給を停止し、燃料電池７０からの電力のみによ
りモータ３１を駆動する。このように負荷が小さい場合
に、バッテリを遮断して燃料電池のみでモータ出力を負
担することにより、燃料電池出力を常にあるレベル以上
に維持することができ、出力急増時の応答遅れを回避し
バッテリの負担を軽減して安定した走行とともにバッテ
リの急激な容量低下による走行可能距離不足や早期劣化
が防止される。

【００７４】図１０は、本発明の実施の形態に係るバッ
テリ保護のためのリレー制御による電力供給サブルーチ
ンのフローチャートである。まず、ステップｂ１でバッ
テリが充電時か放電時かを判別する。これは電流センサ
３０９（図９）の電流の方向を判別することにより充電
電流か放電電流かが識別できる。

【００７５】放電時の場合、メモリ３０１（図９）に格
納した放電可能な上限温度のデータと比較し（ステップ
ｂ２）、放電上限温度以上であればステップｂ６でタイ
マにより時間を計測する。続いてステップｂ７で、所定
時間この上限温度以上の状態が続けば放電に不適当な温
度状態であると判断してバッテリ６０のリレー３０７を
遮断し（ステップｂ８）、このサブルーチンフローを終
了し車両制御のメインルーチン（例えば前述の図７、図
８のフローチャート）のフローに戻る。これによりバッ
テリ６０からの電力供給が遮断され、モータ３１に対す
る電力供給は燃料電池７０のみから行われる。

【００７６】ステップｂ７で上限温度以上の状態が所定
時間以内に終わればそのままフローを終了してメインル
ーチンのフローに従ってバッテリ６０および燃料電池７
０によるハイブリッド駆動運転を続ける。

【００７７】ステップｂ２で上限温度未満であれば、ス
テップｂ３に進み、メモリ３０１に格納した放電可能な
下限温度のデータと比較し、放電下限温度以下であれば
ステップｂ６でタイマにより時間を計測する。続いてス
テップｂ７で、所定時間この下限温度以下の状態が続け
ば放電に不適当な温度状態であると判断してバッテリ６
０のリレー３０７を遮断し（ステップｂ８）、このサブ
ルーチンフローを終了し車両制御のメインルーチンのフ
ローに戻る。これによりバッテリ６０からの電力供給が
遮断され、モータ３１に対する電力供給は燃料電池７０
のみから行われる。

【００７８】ステップｂ７で下限温度以下の状態が所定
時間以内に終わればそのままフローを終了してメインル
ーチンのフローに従ってバッテリ６０および燃料電池７
０によるハイブリッド駆動運転を続ける。

【００７９】ステップｂ３でバッテリ温度が下限温度よ
り高ければ（すなわち、適正な温度範囲内であれば）、
ステップｂ４に進み、バッテリ容量計算部３０４からの
データに基づいてバッテリの残量状態を判別する。バッ
テリ残量が所定の下限値以下のバッテリ切れの状態であ
れば、ステップｂ６でタイマにより時間を計測する。続
いてステップｂ７で、所定時間このバッテリ切れの状態
が続けば放電に不適当な状態であると判断してバッテリ
６０のリレー３０７を遮断し（ステップｂ８）、このサ
ブルーチンフローを終了し、車両制御のメインルーチン
のフローに戻る。これによりバッテリ６０からの電力供
給が遮断され、モータ３１に対する電力供給は燃料電池
７０のみから行われる。

【００８０】ステップｂ７でバッテリ切れの状態が所定
時間以内に終わればそのままフローを終了してメインル
ーチンのフローに従ってバッテリ６０および燃料電池７
０によるハイブリッド駆動運転を続ける。

【００８１】ステップｂ４でバッテリ容量が所定の下限
値より多ければ、その状態がタイマにより所定時間が経
過した時点でフローを終了してメインルーチンのフロー
に従ってバッテリ６０および燃料電池７０によるハイブ
リッド駆動運転を続ける。

【００８２】一方、ステップｂ１で充電時の状態と判別
された場合には、メモリ３０２（図９）に格納した充電
可能な上限温度のデータと比較し（ステップｂ９）、充
電上限温度以上であればステップｂ１３でタイマにより
時間を計測する。続いてステップｂ１４で、所定時間こ
の上限温度以上の状態が続けば充電に不適当な温度状態
であると判断してバッテリ６０のリレー３０７を遮断し
（ステップｂ１５）、このサブルーチンフローを終了し
車両制御のメインルーチンのフローに戻る。これにより
バッテリ６０への充電は停止され、モータ３１に対する
電力供給は燃料電池７０のみから行われる。

【００８３】ステップｂ１４で上限温度以上の状態が所
定時間以内に終わればそのままフローを終了してメイン
ルーチンのフローに従ってバッテリ６０および燃料電池
７０によるハイブリッド駆動運転を続ける。

【００８４】ステップｂ９で上限温度未満であれば、ス
テップｂ１０に進み、メモリ３０２に格納した充電可能
な下限温度のデータと比較し、充電下限温度以下であれ
ばステップｂ１３でタイマにより時間を計測する。続い
てステップｂ１４で、所定時間この下限温度以下の状態
が続けば充電に不適当な温度状態であると判断してバッ
テリ６０のリレー３０７を遮断し（ステップｂ１５）、
このサブルーチンフローを終了し車両制御のメインルー
チンのフローに戻る。これによりバッテリ６０への充電
は停止され、モータ３１に対する電力供給は燃料電池７
０のみから行われる。

【００８５】ステップｂ１４で下限温度以下の状態が所
定時間以内に終わればそのままフローを終了してメイン
ルーチンのフローに従ってバッテリ６０および燃料電池
７０によるハイブリッド駆動運転を続ける。

【００８６】ステップｂ１０でバッテリ温度が下限温度
より高ければ（すなわち、適正な温度範囲内であれ
ば）、ステップｂ１１に進み、バッテリ容量計算部３０
４からのデータに基づいてバッテリの残量状態を判別す
る。バッテリ残量が所定の上限値以上のバッテリ満充電
以上の状態であれば、ステップｂ１３でタイマにより時
間を計測する。続いてステップｂ１４で、所定時間この
バッテリ満充電以上の状態が続けば充電に不適当な状態
であると判断してバッテリ６０のリレー３０７を遮断し
てこのサブルーチンフローを終了し、車両制御のメイン
ルーチンのフローに戻る。これによりバッテリ６０への
充電が停止される。

【００８７】ステップｂ７でバッテリ満充電の状態が所
定時間以内に終わればそのままフローを終了してメイン
ルーチンのフローに従ってバッテリ６０への充電が続け
られる。

【００８８】ステップｂ１１でバッテリ容量が満充電よ
り少ない状態であれば、その状態がタイマにより所定時
間が経過した時点でフローを終了してメインルーチンの
フローに従ってバッテリ６０への充電を続行する。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、モー
タに対する負荷が低下したときに、二次電池を遮断して
燃料電池のみから電力を供給することにより、燃料電池
の発電量をある程度のレベル以上に維持することがで
き、その後の負荷増加に対し速やかに対応することがで
き、バッテリの負担を軽減して急激な容量低下による走
行可能距離不足やバッテリの早期劣化を防止することが
できる。

【００９０】また、前記二次電池の温度が所定の温度範
囲外の状態の場合に、該二次電池の充電および放電を停
止する構成によれば、バッテリ（二次電池）は常に適正
な温度範囲内でのみ使用されるため、早期劣化が防止さ
れる。

【００９１】さらに、前記二次電池の充電量が所定の容
量範囲外の場合に、該二次電池の充電および放電を停止
する構成によれば、バッテリは常に適正な充電容量の範
囲内でのみ使用されるため、早期劣化が防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るハイブリッド駆動
車両の外観図。

【図２】本発明の別の実施の形態に係るハイブリッド
駆動車両の構成図。

【図３】本発明の実施の形態に係るハイブリッド駆動
車両の制御系の構成図。

【図４】本発明に係る燃料電池ユニットの要部構成
図。

【図５】本発明に係るハイブリッド駆動車両の電源制
御系の構成図。

【図６】本発明に係るハイブリッド駆動車両の制御系
の説明図。

【図７】本発明の実施形態に係る車両コントローラに
よる車両全体の制御のフローチャート。

【図８】図７のフローチャートに続くステップを示す
フローチャート。

【図９】本発明の実施の形態に係るハイブリッド駆動
車両の電力供給方法を実施するシステムの要部構成図。

【図１０】本発明の実施の形態に係るバッテリ保護の
ためのリレー制御による電力供給サブルーチンのフロー
チャート。

【符号の説明】

１：ハイブリッド駆動車両、２：ハイブリッド駆動装
置、３：電動モータユニット、４：変速機、５：車両コ
ントローラ、６：バッテリユニット、７：燃料電池ユニ
ット、８：シート、９：駆動輪、１１：操向輪、１２：
フロントフォーク、１３：メタノールタンク、１４：燃
料注入キャップ、１５：水素供給装置、１６：水素ボン
ベ、１７：ファン、１８：バーナー、１９：改質器、２
０：スタンド、２１：フットレスト、２２：アクセルグ
リップ、２３：ブレーキ、２４：表示装置、２５：ラン
プユニット、２６：ユーザ入力装置、２７：不揮発性メ
モリ、２８：タイマー、３０：モータドライバ、３１：
電動モータ、３２：エンコーダ、３３：回生エネルギ制
御手段、６０：バッテリ、６１：バッテリコントロー
ラ、６２：バッテリリレー、７０：燃料電池、７１：燃
料電池コントローラ、７２：逆流防止素子、７３：燃料
電池リレー、８０：電力調整部、１０２：メタノールタ
ンク、１０３：改質装置、１０４：シフトコンバータ、
１０５：選択酸化反応器、１０７：水分回収熱交換器、
１０８：水タンク、１１０：加熱器、１１１：蒸発器、
１１２：触媒層、１１３：バーナーポンプ、１１４：バ
ーナーファン、１１５：メタノールポンプ、１１６：水
ポンプ、１１７：バッファタンク、１１８：冷却用空気
ファン、１１９：空気ポンプ、１２０：冷却用空気ファ
ン、１２１：バッファタンク、１２２：冷却加湿ポン
プ、１２３：加圧空気ポンプ、１２４：バッファタン
ク、２２０，２２１，２２２：双方向通信ライン、２２
３ａ，２２３ｂ，２２４ａ，２２４ｂ：電流ライン、２
２５，２２６：スイッチ、３０１，３０２：メモリ、３
０３：リレーＯＮ／ＯＦＦ制御部、３０４：バッテリ容
量計算部、３０５：電圧センサ、３０６：温度センサ、
３０７：リレー、３０８：バッテリ電流検出部、３０
９：電流センサ、３１０：燃料電池出力指令部、３１
１：スロットルセンサ、３１２：モータ出力指令値計算
部、３１３：デューティ指令部、３１４：モータ電流検
出部、３１５：電流センサ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｊ 7/04 Ｈ０２Ｊ 7/04 Ｌ 7/10 7/10 Ｌ 7/34 7/34 Ｅ // Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｈ０１Ｍ 8/04 ＰＦターム(参考） 5G003 AA05 BA01 CA01 CA11 CB01 DA07 FA06 5H027 AA06 BA01 DD03 5H030 AA03 AA04 AA06 AS08 BB01 BB21 FF22 5H115 PA15 PC06 PG04 PG10 PI11 PI16 PI18 PO02 PO06 PO17 PU01 PV02 QE10 QI04 QN03 RB08 RB22 SE06 SE08 TB01 TI10 TO12 TO13 TO21 TO23 TO30 UI14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】移動体動力源の電源として燃料電池および
二次電池を有し、前記動力源に要求される負荷に応じて
前記燃料電池および二次電池から電力を供給するハイブ
リッド駆動式移動体の電力供給方法において、前記負荷が所定値より小さい場合に、前記二次電池から
の電力供給を遮断することを特徴とするハイブリッド駆
動式移動体の電力供給方法。
【請求項２】前記二次電池の温度が所定の温度範囲外の
状態の場合に、該二次電池の充電および放電を停止する
ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド駆動式
移動体の電力供給方法。
【請求項３】前記二次電池の充電量が所定の容量範囲外
の場合に、該二次電池の充電および放電を停止すること
を特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド駆
動式移動体の電力供給方法。