JP2006107883A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料電池の運転が行われている間は、フューエルリッドなどの各種リッドを閉じた状態で確実にロックする。
【解決手段】 燃料電池１２を備えた燃料電池ハイブリッドシステム１０であって、燃料電池１２が搭載された燃料電池自動車の所定箇所に開閉可能に設けられたリッド２８と、システムを制御するＥＣＵ２４と、ＥＣＵ２４の電源がオン状態の場合にリッド２８を閉じた状態でロックし、ＥＣＵ２４の電源がオフ状態の場合にリッド２８の開閉を可能とするロックモータ３０と、を備える。これにより、システムの運転が停止していない状態でリッド２８が開かれてしまうことを確実に抑止することができ、システムの安全性を高めることが可能となる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池が出力する電気エネルギーを駆動エネルギーとして用いる電気自動車が種々提案されている。燃料電池を用いて発電を行うためには、燃料電池に対して水素などの燃料を供給する必要があるが、燃料を供給する場合は燃料電池の運転を停止する必要がある。このため、例えば特開２００１−３５１６６７号公報には、燃料電池に水素などの燃料を補給する際に、燃料電池が運転していると判定される場合は、安全性を高めるためにフューエルリッドが開かないようにした構成が開示されている。

特開２００１−３５１６６７号公報 特開２００３−１２３８０３号公報

しかしながら、燃料電池自動車では、イグニッションスイッチをオフにした後であっても、掃気等のため一定時間の間は燃料電池が作動している。従って、イグニッションスイッチの状態に基づいて燃料電池の運転、停止を判定し、この結果に基づいてフューエルリッドの開閉のロックを解除した場合、燃料電池が作動しているにも関わらずフューエルリッドが開いてしまう場合がある。燃料電池システムは高電圧を使用する場合があるため、燃料電池の作動中にリッドが開いてしまうことは、安全性の面から好ましくない。

イグニッションスイッチをオフにした後、燃料電池の作動による掃気中にリッドが開かれた場合は掃気を停止することも考えられるが、掃気が不十分になると燃料電池を傷めてしまう虞がある。また、掃気が不十分であると、燃料電池を再始動した場合に暖機に長時間を要するという問題も生じる。

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、燃料電池の運転が行われている間は、フューエルリッドなどの各種リッドを閉じた状態で確実にロックすることを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池を備えたシステムであって、前記燃料電池が搭載された基体の所定箇所に開閉可能に設けられたリッドと、システムを制御する制御手段と、前記制御手段の電源がオン状態の場合に前記リッドを閉じた状態でロックし、前記制御手段の電源がオフ状態の場合に前記リッドの開閉を可能とするロック手段と、を備えたことを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記制御手段を作動させる第１の電源系統を備え、前記ロック手段は、前記第１の電源系統と接続された場合に前記リッドと係合して前記リッドを閉じた状態でロックするロックモータと、前記制御手段の電源がオン状態の場合に前記ロックモータと前記第１の電源系統とを接続する第１のリレー手段と、を含むことを特徴とする。

第３の発明は、第２の発明において、前記第１の電源系統と異なる作動電圧を有する第２の電源系統と、前記第２の電源系統がオン状態の場合に、前記ロックモータと前記第１の電源系統とを接続する第２のリレー手段と、を更に備えたことを特徴とする。

第１の発明によれば、システムを制御する制御手段の電源がオン状態の場合にリッドを閉じた状態でロックし、制御手段の電源がオフ状態の場合にリッドの開閉が可能となるようにしたため、システムの運転が停止していない状態でリッドが開かれてしまうことを確実に抑止することができ、システムの安全性を高めることが可能となる。

第２の発明によれば、第１の電源系統と接続された場合にリッドと係合するロックモータと、制御手段の電源がオン状態の場合にロックモータと第１の電源系統とを接続するリレー手段と、を設けたため、制御手段の電源がオン状態の場合にリッドを閉じた状態で確実にロックすることができる。

第３の発明によれば、第２の電源系統がオン状態の場合に、ロックモータと第１の電源系統とを接続する第２のリレー手段を設けたため、第２の電源系統がオン状態の場合にリッドを閉じた状態で確実にロックすることができる。従って、第２の電源系統の動作中にリッドが開かれてしまうことを確実に抑止することができ、システムの安全性を高めることが可能となる。

以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池ハイブリッドシステム（FCHVシステム）１０を示す模式図である。本実施形態の燃料電池ハイブリッドシステム１０は燃料電池自動車に搭載されるものであって、燃料電池１２とバッテリー１４を備えている。燃料電池ハイブリッドシステム１０は、燃料電池１２とバッテリー１４の一方又は双方から電力を供給することで燃料電池自動車を駆動する。

燃料電池１２は、例えば固体高分子電解質膜を備えた燃料電池（ＰＥＭＦＣ）から成り、電解質膜、アノード、カソード、およびセパレータとから構成されるセルを複数積層して構成される。

燃料電池１２は、燃料電池自動車を駆動するためのモータ１６と接続されている。また、燃料電池ハイブリッドシステム１０はＤＣ／ＤＣコンバータ１８を備えており、バッテリー１４はＤＣ／ＤＣコンバータ１８を介して燃料電池１２およびモータ１６と接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１８は、バッテリー１４からの放電、バッテリー１４への充電を制御する機能を有している。

図１に示すように、本実施形態の燃料電池ハイブリッドシステム１０はＥＣＵ（Electronic Control Unit）２４を備えている。ＥＣＵ２４には、燃料電池１２、モータ１６、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８の他、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ２０、機関回転数を検出する回転数センサ２２などが接続されている。ＥＣＵ２４は、アクセル開度、機関回転数に基づいて、モータ１６が必要とする負荷を求め、これに基づいて燃料電池１２、バッテリー１４の一方又は双方から電力を供給することでモータ１６を駆動する。

図２は、本発明の主要部を示す模式図であって、燃料電池自動車に設けられたフューエルリッド、エンジンルーム点検リッドなどの各リッド（蓋）２８の開閉をリッドロックモータ３０によってロックする構成を示している。図２では、１つのリッド２８（例えばフューエルリッド）の開閉をロックする構成を示しているが、燃料電池自動車に設けられた複数のリッド２８の開閉をロックする場合は、複数のリッドのそれぞれに対応するように複数のロックモータ３０を設ける。

図２に示すように、ＥＣＵ２４には１２ボルト（Ｖ）の電源ライン３２と、接地ライン３４が接続されている。電源ライン３２にはＥＣＵ用電源リレー３６が設けられている。ＥＣＵ用電源リレー３６は、ソレノイド３６ａを有している。ソレノイド３６ａはＥＣＵ２４と接続されており、ＥＣＵ２４の電源がオン（ＯＮ）の場合にソレノイド３６ａに通電がされ、ＥＣＵ用電源リレー３６が通電状態となるように構成されている。

電源ライン３２はＥＣＵ２４とＥＣＵ用電源リレー３６との間で分岐しており、リッド２８の開閉をロックするためのロックモータ３０に接続されている。ロックモータ３０には接地ライン３４も接続されている。また、１２ボルト（Ｖ）のアクセサリ電源ライン３１（以下、１２Ｖ ＡＣＣと称する）もロックモータ３０に接続されている。

ロックモータ３０と隣接してリッド２８が配置されている。リッド２８は、例えば給油口に設けられるフューエルリッド、エンジンルームに設けられるエンジンルーム点検リッドなどであり、リッド２８を開くことで燃料電池ハイブリッドシステム１０への燃料補給、点検等が可能になる。図２の構成では、リッド２８が右端の辺を軸として回転することでリッド２８が開閉するように構成されている

図２に示すように、ロックモータ３０はロック用シャフト３０ａを備えている。ロック用シャフト３０ａは、ロックモータ３０内に設けられたソレノイド、バネ等によって直線（往復）運動するように構成されている。ロックモータ３０に通電がされると、ロック用シャフト３０ａがソレノイドによって駆動され、ロック用シャフト３０ａがリッド２８に設けられた穴２８ａに挿入される。これにより、リッド２８が閉じた状態でロックされる。一方、ロックモータ３０へ通電が行われない場合は、ロックモータ３０に設けられたバネの作用力によってロック用シャフト３０ａがロックモータ３０内に収納され、リッド２８がオープン可能となる。

以上の構成によれば、リッド２８の開閉をロックするか否かは、ＥＣＵ用電源リレー３６の通電状態によって決定される。そして、ＥＣＵ用電源リレー３６の通電状態は、ＥＣＵ２４の電源のオン／オフ状態によって決定される。従って、本実施形態によれば、ＥＣＵ２４の電源のオン／オフ状態に基づいて、リッド２８の開閉をロックすることができる。

すなわち、イグニッションスイッチがオフ状態となり、ＥＣＵ２４が燃料電池ハイブリッドシステム１０の停止を判断した場合は、ＥＣＵ２４自身への電源がオフ（ＯＦＦ）状態とされる。この場合、ソレノイド３６ａに電流が流れないため、ＥＣＵ用電源リレー３６が非通電状態となる。これにより、ロックモータ３０が非通電状態となり、ロック用シャフト３０ａがロックモータ３０内に収納される。従って、リッド２８の開閉が可能となる。

一方、イグニッションスイッチがオン状態であり、燃料電池ハイブリッドシステム１０が運転されている場合は、ＥＣＵ２４の電源がオン状態とされる。この場合は、ソレノイド３６ａに電流が流れ、ＥＣＵ用電源リレー３６が通電状態となる。これにより、ロックモータ３０に通電が行われ、ロック用シャフト３０ａがリッド２８の穴に挿入される。従って、リッド２８が閉じた状態でロックされる。

燃料電池ハイブリッドシステム１０が運転している間はＥＣＵ２４の電源がオンの状態に設定されており、燃料電池１２の作動が停止し、燃料電池ハイブリッドシステム１０が完全に停止した場合にＥＣＵ２４の電源がオフとなる。従って、本実施形態によれば、燃料電池ハイブリッドシステム１０の運転時はリッド２８の開閉を確実に禁止することができ、燃料電池１２の作動が停止し、燃料電池ハイブリッドシステム１０が完全に停止した場合のみにリッド２８の開閉を許可することができる。従って、燃料電池自動車のイグニッションスイッチをオフにした後であっても、燃料電池ハイブリッドシステム１０が停止していない場合は、リッド２８を開くことを禁止することができる。これにより、システムの安全性を高めることが可能となる。

また、ＥＣＵ２４の電源のオン／オフの状態に応じて、リッド２８の開閉をロックすることができるため、リッド２８の開閉のロックの可否を判断するためのコントローラ等を別途設ける必要がなくなる。従って、システムを簡素に構成することができる。

また、ロックモータ３０は１２Ｖ ＡＣＣに接続されているため、ＥＣＵ２４がＯＦＦされた後で、１２Ｖ ＡＣＣが使用可能な場合もリッド２８は閉じた状態でロックされており、電源ラインを全てＯＦＦした状態でのみリッド２８を開くことが可能となる。

以上説明したように実施の形態１によれば、ＥＣＵ２４の電源のオン／オフの状態に応じて、リッド２８の開閉をロックすることができる。従って、燃料電池ハイブリッドシステム１０の運転が停止していない状態でリッド２８が開かれてしまうことを確実に抑止することができ、システムの安全性を高めることが可能となる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２の燃料電池ハイブリッドシステム１０の基本的な構成は図１と同様である。実施の形態２は、燃料電池自動車が大型車の場合など、通常の１２ボルト（Ｖ）の電源系統に加えて２４ボルト（Ｖ）の電源系統を有する場合に関係するものである。

図３は、実施の形態２におけるリッド２８の開閉をロックするための構成を示す模式図である。図２の構成と同様に、ＥＣＵ２４には１２ボルト（Ｖ）の電源ライン３２と接地ライン３４が接続されており、電源ライン３２にはＥＣＵ用電源リレー３６が設けられている。また、図２の構成と同様に、ＥＣＵ２４とＥＣＵ用電源リレー３６との間で分岐した電源ライン３２と接地ライン３４とが、ロックモータ３０に接続されている。

図３に示すように、１２ボルト（Ｖ）の電源系統とは別に２４ボルト（Ｖ）の電源系統が設けられており、２４ボルト（Ｖ）の電源系統は電源ライン３８と接地ライン４０を備えている。

また、図３に示すように、１２ボルト（Ｖ）の電源系統の電源ライン３２は、ＥＣＵ用電源リレー３６の手前で分岐している。そして、ＥＣＵ用電源リレー３６の手前で分岐した電源ライン３２は、ロックモータ駆動用リレー４２を介してロックモータ３０と接続されている。

ロックモータ駆動用リレー４２は、ソレノイド４２ａを有している。ソレノイド４２ａは２４ボルト（Ｖ）の電源系統の電源ライン３８、接地ライン４０に接続されている。そして、２４ボルト（Ｖ）の電源系統がオン状態であって電源ライン３８に通電がされている場合は、ソレノイド４０ａに通電がされ、ロックモータ駆動用リレー４０が通電状態となるように構成されている。

このように構成された本実施形態において、ＥＣＵ２４の電源がオン（ＯＮ）の場合は、ソレノイド３６ａに電流が流れ、ＥＣＵ用電源リレー３６が通電状態となる。これにより、ロックモータ３０に通電が行われ、ロック用シャフト３０ａがリッド２８の穴２８ａに挿入される。従って、リッド２８が閉じた状態でロックされる。

ＥＣＵ２４の電源がオフ（ＯＦＦ）の場合は、ソレノイド３６ａに電流が流れないため、ＥＣＵ用電源リレー３６が非通電状態となる。この場合、２４ボルト（Ｖ）の電源系統が通電状態（オン状態）であれば、電源ライン３８、接地ライン４０に電流が流れ、ロックモータ駆動用リレー４２のソレノイド４２ａに通電が行われる。これにより、ロックモータ駆動用リレー４０が通電状態となり、ロックモータ３０が１２Ｖの電源系統と接続され、ロックモータ３０が通電状態となる。従って、ロック用シャフト３０ａがリッド２８の穴に挿入され、リッド２８が閉じた状態でロックされる。一方、２４ボルト（Ｖ）の電源系統が非通電状態（オフ状態）であれば、ソレノイド４２ａに通電がされないため、ロックモータ駆動用リレー４２が非通電状態となる。従って、ロックモータ３０が非通電状態となり、ロック用シャフト３０ａがロックモータ３０内に収納され、リッド２８の開閉が可能となる。

このように、本実施形態によれば、ＥＣＵ２４の電源のオン／オフの状態及び１２ボルトの電源系統のオン／オフ状態と、２４ボルト（Ｖ）の電源系統のオン／オフの状態の双方に基づいてリッド２８の開閉をロックすることができる。従って、燃料電池ハイブリッドシステム１０の運転が停止しており、且つ２４ボルト（Ｖ）の電源系統がオフしている場合のみ、リッド２８を開くことができる。これにより、燃料電池ハイブリッドシステム１０の運転が停止していない状態、または２４ボルト（Ｖ）の電源系統がオンの状態でリッド２８が開かれてしまうことを確実に抑止することができ、システムの安全性を高めることが可能となる。

以上説明したように実施の形態２によれば、ＥＣＵ２４の電源のオン／オフの状態と、２４ボルト（Ｖ）の電源系統の通電状態の双方に基づいてリッド２８の開閉をロックすることができる。従って、燃料電池ハイブリッドシステム１０の運転が停止していない場合にリッド２８が開かれてしまうことを抑止するとともに、２４ボルト（Ｖ）の電源系統に通電がされている状態でリッド２８が開かれてしまうことを抑止できる。従って、システムの安全性をより向上させることが可能となる。

本発明の各実施形態に係る燃料電池ハイブリッドシステムを示す模式図である。 本発明の実施の形態１において、燃料電池自動車に設けられたリッドの開閉をロックするための構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態２において、燃料電池自動車に設けられたリッドの開閉をロックするための構成を示す模式図である。

符号の説明

１０ 燃料電池ハイブリッドシステム
１２ 燃料電池
２４ ＥＣＵ
２８ リッド
３０ ロックモータ
３１ １２Ｖアクセサリ電源ライン
３２ １２Ｖの電源ライン
３６ ＥＣＵ用電源リレー
３８ ２４Ｖの電源ライン
４２ ロックモータ駆動用リレー

Claims (3)

1. 燃料電池を備えたシステムであって、
   前記燃料電池が搭載された基体の所定箇所に開閉可能に設けられたリッドと、
   システムを制御する制御手段と、
   前記制御手段の電源がオン状態の場合に前記リッドを閉じた状態でロックし、前記制御手段の電源がオフ状態の場合に前記リッドの開閉を可能とするロック手段と、
   を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記制御手段を作動させる第１の電源系統を備え、
   前記ロック手段は、前記第１の電源系統と接続された場合に前記リッドと係合して前記リッドを閉じた状態でロックするロックモータと、前記制御手段の電源がオン状態の場合に前記ロックモータと前記第１の電源系統とを接続する第１のリレー手段と、を含むことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
3. 前記第１の電源系統と異なる作動電圧を有する第２の電源系統と、
   前記第２の電源系統がオン状態の場合に、前記ロックモータと前記第１の電源系統とを接続する第２のリレー手段と、
   を更に備えたことを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。

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