JP2007282329A - 車両支援システム - Google Patents

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Abstract

【課題】電力により駆動される車両（燃料電池車両等）に搭載された電源（燃料電池等）が故障した場合に発生する種々の不具合を解決することが可能な車両支援システムを提供する。
【解決手段】電源（燃料電池１１、二次バッテリ２２）が設けられた支援車両としての第一車両２と、燃料電池から供給される電力により駆動される被支援車両としての第二車両３と、第一車両２と第二車両３とを電気的に接続する電気ケーブル４と、を備え、電源の電力が電気ケーブル４を介して第一車両２から第二車両３へと供給されるように構成されてなる車両支援システム１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両支援システムに関する。
現在、反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の供給を受けて発電する燃料電池の電力を駆動源として走行する燃料電池車両が提案され、実用化されている。かかる燃料電池車両の駆動源である燃料電池に何らかの不具合が生じた場合には、駆動用のエネルギを得ることができなくなる。
このため、近年においては、故障した燃料電池車両を牽引するための技術が種々提案されている。例えば、牽引される燃料電池車両のタイヤのロックを解除して自由に回転可能な状態にするためのエマージェンシースイッチを採用する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−１１９３３０号公報
ところで、燃料電池車両に搭載された燃料電池が故障すると、各種補機に電力を供給することができなくなるため、例えば燃料電池車両が電力で作動するパワーステアリング装置を備えている場合には、燃料電池の故障によりパワーステアリング装置が作動しなくなり、運転がきわめて困難となるという問題が発生する。また、燃料電池車両には、通常、燃料電池始動の際等に使用する低電圧（例えば１２Ｖ）のバッテリが搭載されているが、燃料電池が故障するとこの低電圧のバッテリの電力でハザードの点灯等を行うこととなるため、バッテリ上がりが生じ易くなるという問題もある。
特許文献１に記載の技術を採用すると、牽引用車両による燃料電池車両の牽引を許容することが可能となるが、前記したような燃料電池の故障に起因する種々の不具合（パワーステアリング装置の不作動やバッテリ上がり等）を解決することができなかった。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、電力により駆動される車両（例えば燃料電池車両等）に搭載された電源（例えば燃料電池等）が故障した場合に発生する種々の不具合を解決することが可能な車両支援システムを提供することを目的とする。
前記目的を達成するため、本発明に係る車両支援システムは、電源が設けられた支援車両と、電力により駆動される被支援車両と、支援車両と被支援車両とを電気的に接続する電気ケーブルと、を備え、電源の電力が電気ケーブルを介して支援車両から被支援車両へと供給されるように構成されてなるものである。
かかる構成によれば、支援車両に設けられた電源の電力を、電気ケーブルを介して、支援車両から被支援車両へと供給することができる。従って、例えば被支援車両が電力で作動するパワーステアリング装置を備えている場合には、支援車両の電源から供給した電力でそのパワーステアリング装置を作動させて被支援車両の運転を容易にすることが可能となる。また、支援車両の電源から供給される電力により、被支援車両のハザードの点灯等を行うことができるので、被支援車両に搭載されたバッテリの消耗を抑制することが可能となる。すなわち、被支援車両に搭載された電源が故障した場合に発生する種々の不具合を解決することが可能となる。
前記車両支援システムにおいて、支援車両は、燃料電池を備え、この燃料電池から供給される電力により駆動されるもの（燃料電池車両）であってもよい。かかる場合において、支援車両の燃料電池を、被支援車両に電力を供給する電源として機能させることができる。
また、前記車両支援システムにおいて、支援車両は、蓄電池を備え、この蓄電池から供給される電力により駆動されるもの（電気自動車）であってもよい。かかる場合において、支援車両の蓄電池を、被支援車両に電力を供給する電源として機能させることができる。
また、前記車両支援システムにおいて、支援車両は、蓄電池と内燃機関とを備え、蓄電池から供給される電力と内燃機関から得られる動力との少なくとも何れか一方により駆動されるもの（ハイブリッド車両）であってもよい。かかる場合において、支援車両の蓄電池を、被支援車両に電力を供給する電源として機能させることができる。
また、前記車両支援システムにおいて、被支援車両として、燃料電池車両（燃料電池を備え、この燃料電池から供給される電力により駆動される車両）や、電気自動車（蓄電池を備え、この蓄電池から供給される電力により駆動される車両）や、ハイブリッド車両（蓄電池と内燃機関とを備え、蓄電池から供給される電力と内燃機関から得られる動力との少なくとも何れか一方により駆動される車両）を採用することができる。
本発明によれば、電力により駆動される車両（例えば燃料電池車両等）に搭載された電源（例えば燃料電池等）が故障した場合に発生する種々の不具合を解決することが可能な車両支援システムを提供することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る車両支援システム１について説明する。本実施形態においては、２台の燃料電池車両を電気ケーブルで接続して構成し、一方の燃料電池車両に搭載された燃料電池が故障した場合に、他方の燃料電池車両（支援車両）に搭載された燃料電池の電力を、電気ケーブルを介して一方の燃料電池車両（被支援車両）に供給するシステムについて説明することとする。
まず、図１及び図２を用いて、本実施形態に係る車両支援システム１の構成について説明する。車両支援システム１は、図１に示すように、第一の燃料電池車両（以下「第一車両」という）２と、第二の燃料電池車両（以下「第二車両」という）３と、これらを電気的に接続する電気ケーブル４と、を備えている。
第一車両２は、図２に示すように、燃料電池システム１０の燃料電池１１で発生した電力で駆動されるトラクションモータ２０の駆動力により車輪２１を回転させて走行するものである。第一車両２は、トラクションモータ２０に電力を供給する電源として、燃料電池１１の他に二次バッテリ２２を備えており、これら電源から出力される直流は、高圧インバータ２３で交流に変換されてトラクションモータ２０に供給される。また、第一車両２の制動時には、車輪２１によりトラクションモータ２０が駆動され、トラクションモータ２０が発電機として機能して交流発電を行う。かかる交流は、高圧インバータ２３で直流に変換されて、二次バッテリ２２に充填される。また、第一車両２は、各種電子機器を統合制御する制御装置３０を備えている。
燃料電池システム１０は、図２に示すように、反応ガス（酸化ガス及び燃料ガス）の供給を受けて電力を発生する燃料電池１１を備えるとともに、燃料電池１１に酸化ガスとしての空気を供給する酸化ガス配管系１２、燃料電池１１に燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素ガス配管系１３等を備えている。
燃料電池１１は、反応ガスの供給を受けて発電する単電池を所要数積層して構成したスタック構造を有している。本実施形態においては、常温で起動することができ、しかも起動時間が比較的短い固体高分子電解質型の燃料電池１１を採用している。燃料電池１１で発生した電力は、高圧インバータ２３を介してトラクションモータ２０に供給されることとなる。
酸化ガス配管系１２は、加湿器１２ａにより加湿された酸化ガス（空気）を燃料電池１１に供給する空気供給流路１２ｂと、燃料電池１１から排出された酸化オフガスを外部に導く空気排出流路１２ｃと、を備えている。空気供給流路１２ｂには、大気中の酸化ガスを取り込んで加湿器１２ａに圧送するエアコンプレッサ１２ｄが設けられている。
水素ガス配管系１３は、高圧の水素ガスを貯留した燃料供給源としての水素タンク１３ａと、水素タンク１３ａの水素ガスを燃料電池１１に供給するための水素供給流路１３ｂと、燃料電池１１から排出された水素オフガスを水素供給流路１３ｂに戻すための循環流路１３ｃと、を備えている。水素供給流路１３ｂには、水素タンク１３ａからの水素ガスの供給を遮断又は許容する遮断弁１３ｄと、水素ガスの圧力を調整するレギュレータ１３ｅと、が設けられている。循環流路１３ｃには、循環流路１３ｃ内の水素オフガスを加圧して水素供給流路１３ｂ側へ送り出す水素ポンプ１３ｆが設けられている。また、循環流路１３ｃには排出流路１３ｇが分岐接続されており、排出流路１３ｇにはパージ弁１３ｈが設けられている。
トラクションモータ２０は、車両走行の推進力を得るための電動モータであり、例えば三相同期モータで構成されている。トラクションモータ２０をインホイールモータとして使用した二輪駆動又は四輪駆動の構成を採用するには、燃料電池１１の出力端子に対して高圧インバータ２３を二つ又は四つ並列に接続し、各高圧インバータ２３にトラクションモータ２０を接続すればよい。なお、トラクションモータ２０として直流モータを用いる場合には、高圧インバータ２３は不要である。
二次バッテリ２２は、充放電可能な蓄電池であり、高圧の蓄電装置として機能する。二次バッテリ２２は、燃料電池１１の出力だけでは不充分な走行状態（加速過渡時や高負荷運転時等）にあるときにパワーアシストを行う。また、燃料電池１１の運転を停止するか停止した方が効率上好ましい走行状態（停車時や低負荷運転時等）にあるときには、第一車両２は二次バッテリ２２の電力のみによって走行する。二次バッテリ２２としては、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池を採用することができ、その容量は、第一車両２の走行条件、最高速度等の走行性能、重量等に応じて適宜設定することができる。
二次バッテリ２２は、図２に示すように、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２４を介して、燃料電池１１及び高圧インバータ２３に並列接続されている。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２４は、直流の電圧変換機であり、燃料電池１１又はトラクションモータ２０から入力された直流電圧を調整して二次バッテリ２２側に出力する機能と、二次バッテリ２２から入力された直流電圧を調整して高圧インバータ２３側に出力する機能と、を有している。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２４のこれらの機能により、二次バッテリ２２の充放電が実現されるとともに、燃料電池１１の出力電圧が制御されることとなる。
二次バッテリ２２と高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２４との間には、図２に示すように、高圧インバータ２５を介して高圧補機が接続されている。高圧インバータ２５は、燃料電池１１や二次バッテリ２２から入力された直流を交流に変換して高圧補機側に出力するものである。高圧補機としては、前記した燃料電池システム１０のエアコンプレッサ１２ｄや水素ポンプ１３ｆ等が該当する。
また、二次バッテリ２２と高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２４との間には、図２に示すように、低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６及び低圧インバータ２７を介して、低圧補機が接続されている。低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は、直流の電圧変換機であり、燃料電池１１や二次バッテリ２２から入力された直流電圧を調整して低圧インバータ２７側に出力する機能を有している。低圧インバータ２７は、低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６を介して入力された直流を交流に変換して低圧補機側に出力するものである。低圧補機としては、低電圧（例えば１２Ｖ）で駆動するエアコンディショナ、各種ライト類、電動パワーステアリング装置等の各種電子機器が該当する。なお、本実施形態においては、燃料電池システム１０が故障した場合に、図示されていない低電圧バッテリから低圧補機に電力を供給して、ハザード等の各種ライト類を点灯させるようにしている。
また、燃料電池１１及び二次バッテリ２２には、リレー１４を介して電気ケーブル４が接続されている。リレー１４は、燃料電池１１及び二次バッテリ２２から外部への電力供給及びその遮断を行う機能を果たすものである。制御装置３０は、図示されていないリレースイッチを介してリレー１４のオン／オフを制御することにより、燃料電池１１又は二次バッテリ２２から外部への電力供給と、その遮断と、を実現させる。第一車両２の燃料電池１１で発生した電力や二次バッテリ２２に蓄電された電力は、電気ケーブル４を介して、第二車両３へと供給される。すなわち、燃料電池１１及び二次バッテリ２２は、本発明における電源の一実施形態として機能することとなる。
制御装置３０は、図示していない車両のアクセル信号（要求負荷）等の検出情報を受けて、第一車両２に搭載された各種電子機器の動作を制御する。制御装置３０は、図示していないコンピュータシステムによって構成されている。かかるコンピュータシステムは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力インタフェース及びディスプレイ等を備えるものであり、ＲＯＭに記録された各種制御プログラムをＣＰＵが読み込んで実行することにより、各種制御動作が実現されるようになっている。
具体的には、制御装置３０は、アクセル開度や車速等に基づいてシステム要求電力（例えば、車両走行パワーと補機パワーとの総和）を算出し、燃料電池１１の出力が目標電力に一致するように制御する。ここで、車両走行パワーとは、トラクションモータ２０の要求電力を意味し、補機パワーとは、各種補機の動作に必要な電力を合計した電力を意味する。トラクションモータ２０の要求電力は、アクセル開度等に基づいて制御装置３０により算出される。制御装置３０は、システム要求電力が供給されるように、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２４の運転を制御して、燃料電池１１の動作点（出力電圧、出力電流）を調整する。この際、制御装置３０は、高圧インバータ２３のスイッチングを制御して、車両走行パワーに応じた三相交流をトラクションモータ２０に出力する。また、制御装置３０は、エアコンプレッサ１２ｄや水素ポンプ１３ｆの動作を制御して、燃料電池１１が目標電力に応じた反応ガス（空気及び水素ガス）の供給制御を行う。
また、制御装置３０は、外部（第二車両３）への電力供給が必要となった場合にリレー１４を閉じるように制御することにより、燃料電池１１で発生した電力や二次バッテリ２２に蓄電された電力を、電気ケーブル４を介して外部（第二車両３）へと供給する。また、制御装置３０は、燃料電池システム１０に故障が発生して燃料電池１１で電力を発生させることが不可能になった場合においても、リレー１４を閉じるように制御する。かかる制御により、第一車両２は、燃料電池システム１０が故障した場合に電気ケーブル４を介して外部（第二車両３）から電力の供給を受けることができ、この供給された電力でトラクションモータ２０や各種補機を駆動することができる。
第二車両３の構成は、第一車両２の構成と実質的に同一であるので、説明を省略する。なお、以下の説明において第二車両３の各構成に言及する際には、第一車両２の各構成の符号に「Ａ」を付して区別することとする。第一車両２と第二車両３とは、電気ケーブル４を介して電気的に接続されている。このため、例えば第二車両３の燃料電池システム１０Ａが故障して燃料電池１１Ａでの発電が不可能となった場合においても、支援車両となる第一車両２の燃料電池１１で発生した電力を故障車両（被支援車両）である第二車両３に供給して、第二車両３の走行を支援することが可能となる。
次に、図３のフローチャートを用いて、本実施形態に係る車両支援システム１の運転方法について説明する。本実施形態においては、第二車両３の燃料電池システム１０Ａが故障したものと想定し、第一車両２の燃料電池１１で発生した電力を第二車両３に供給して第二車両３の走行を支援する際における運転方法について説明することとする。
＜支援車両（第一車両）＞
まず、支援車両である第一車両２の運転方法について説明する。第一車両２に搭乗した者（搭乗者）は、エンジン始動キーを第一車両２のイグニションスイッチに差し込み、エンジン始動キーを走行可能位置（イグニション位置）まで回す。第一車両２の制御装置３０は、エンジン始動キーが走行可能位置まで回されたか否かを判定し（走行可能判定工程：Ｓ１）、肯定的な判定が得られた場合に、車両に電気ケーブル４が正常に接続されているか否かを判定する（ケーブル接続状態判定工程：Ｓ２）。そして、制御装置３０は、ケーブル接続状態判定工程Ｓ２で肯定的な判定が得られた場合に、所定の表示を行って搭乗者にその旨を報知する。
所定の表示により電気ケーブル４が正常に接続されていることを確認した搭乗者は、エンジン始動キーを始動位置まで回す。第一車両２の制御装置３０は、エンジン始動キーが始動位置（スタート位置）まで回されたか否かを判定し（始動判定工程：Ｓ３）、肯定的な判定が得られた場合に、リレー１４を閉じるように制御する（リレーオン工程：Ｓ４）。かかるリレーオン工程Ｓ４により、第一車両２の燃料電池１１で発電した電力や二次バッテリ２２に蓄積された電力を、電気ケーブル４を介して第二車両３に供給することができる。この後、制御装置３０は、支援モードでの走行を実現させる（支援走行工程：Ｓ５）。ここで、「支援モード」とは、第一車両２の走行の際に消費する電力を通常走行の際よりも低減させる運転モードである。なお、第一車両２の制御装置３０に「送電停止機能（第二車両３に何らかの異常を検出した場合に第二車両３への電力供給を停止させるような機能）」を付与することもできる。
＜被支援車両（第二車両）＞
次に、被支援車両である第二車両３の運転方法について説明する。第二車両３に搭乗した者（搭乗者）は、エンジン始動キーを第二車両３のイグニションスイッチに差し込み、エンジン始動キーを走行可能位置まで回す。第二車両３の制御装置３０Ａは、エンジン始動キーが走行可能位置まで回されたか否かを判定し（走行可能判定工程：Ｓ１１）、肯定的な判定が得られた場合に、車両に電気ケーブル４が正常に接続されているか否かを判定する（ケーブル接続状態判定工程：Ｓ１２）。そして、制御装置３０Ａは、ケーブル接続状態判定工程Ｓ２で肯定的な判定が得られた場合に、所定の表示を行って搭乗者にその旨を報知する。
所定の表示により電気ケーブル４が正常に接続されていることを確認した搭乗者は、エンジン始動キーを始動位置まで回す。第二車両３の制御装置３０Ａは、エンジン始動キーが始動位置まで回されたか否かを判定し（始動判定工程：Ｓ１３）、肯定的な判定が得られた場合に、リレー１４Ａを閉じるように制御する（リレーオン工程：Ｓ１４）。かかるリレーオン工程Ｓ４により、第二車両３は電気ケーブル４を介して第一車両２から電力の供給を受けることができる。この後、制御装置３０Ａは、第一車両２から供給された電力でトラクションモータ２０Ａや電動パワーステアリング装置等の各種補機を駆動して第二車両３の走行を実現させる（被支援走行工程：Ｓ１５）。なお、第二車両３の制御装置３０Ａに「追従走行機能（第一車両２と第二車両３との車間距離を略一定に維持するような走行を実現させる機能）」を付与することもできる。
以上説明した実施形態に係る車両支援システム１においては、支援車両である第一車両２に設けられた電源（燃料電池１１や二次バッテリ２２）の電力を、電気ケーブル４を介して第一車両２から被支援車両である第二車両３へと供給することができる。従って、第一車両２の電源から供給した電力で第二車両３の電動パワーステアリング装置を作動させて第二車両３の運転を容易にすることが可能となる。また、第二車両３の制動時においては、第二車両３の車輪２１Ａによりトラクションモータ２０Ａが駆動され、このトラクションモータ２０Ａで発生した電力が、高圧インバータ２３Ａ及び電気ケーブル４を介して、第一車両２の二次バッテリ２２に充填される。すなわち、電気ケーブル４を介して第二車両３の回生制動を実現させることができるため、第二車両３の制動力を高めることが可能となる。さらに、第一車両２の電源から供給される電力により、第二車両３のハザードの点灯等を行うことができるので、第二車両３に搭載された低電圧バッテリの消耗を抑制することが可能となる。すなわち、第二車両３の燃料電池１１Ａの故障に起因する種々の不具合を解決することが可能となる。
また、以上説明した実施形態に係る車両支援システム１においては、第一車両２に設けられた電源の電力を、電気ケーブル４を介して第一車両２から第二車両３へと供給することができ、この供給した電力で第二車両３のトラクションモータ２０Ａを駆動して走行させることができる。従って、牽引ロープ自体が不要となる上に、必ずしも支援車両（第一車両２）を被支援車両（第二車両３）の前方に配置して走行する必要がなく、制約の大きい被支援車両を支援車両の前方に配置して走行させることが可能となる。また、被支援車両の後退走行が可能となるため、被支援車両の切替し等の種々の走行を実現させることができ、被支援車両輸送の際に要する労力を格段に低減させることが可能となる。
なお、以上の実施形態においては、支援車両として燃料電池車両（第一車両２）を採用した例を示したが、高圧の蓄電池を搭載し、この蓄電池から供給される電力により駆動される電気自動車を支援車両として採用することもできる。また、内燃機関（エンジン）から得られる動力と蓄電池から供給される電力とにより駆動されるハイブリッド車両を支援車両として採用してもよい。かかる場合における電気自動車及びハイブリッド車両の蓄電池は、本発明における「電源」の一実施形態として機能する。
また、以上の実施形態においては、被支援車両として燃料電池車両（第二車両３）を採用した例を示したが、電気自動車やハイブリッド車両を被支援車両として採用することもできる。
また、以上の実施形態においては、一台の支援車両（第一車両２）の電源から被支援車両（第二車両２）に電力を供給するシステムに本発明を適用した例を示したが、複数の支援車両に搭載された各電源から被支援車両に電力を供給するシステムに本発明を適用することもできる。
本発明の実施形態に係る車両支援システムの概念図である。 図１に示す車両支援システムに含まれる燃料電池車両の構成図である。 図１に示す車両支援システムの運転方法を説明するためのフローチャートである。
符号の説明
１…車両支援システム、２…第一の燃料電池車両（支援車両）、３…第二の燃料電池車両（被支援車両）、４…電気ケーブル、１１…燃料電池（電源）、２２…二次バッテリ（蓄電池、電源）。

Claims (9)

  1. 電源が設けられた支援車両と、
    電力により駆動される被支援車両と、
    前記支援車両と前記被支援車両とを電気的に接続する電気ケーブルと、を備え、
    前記電源の電力が前記電気ケーブルを介して前記支援車両から前記被支援車両へと供給されるように構成されてなる車両支援システム。
  2. 前記支援車両は、燃料電池を有し、この燃料電池から供給される電力により駆動されるものである請求項１に記載の車両支援システム。
  3. 前記支援車両の前記燃料電池は、前記電源として機能する請求項２に記載の車両支援システム。
  4. 前記支援車両は、蓄電池を備え、この蓄電池から供給される電力により駆動されるものである請求項１に記載の車両支援システム。
  5. 前記支援車両は、蓄電池と内燃機関とを備え、前記蓄電池から供給される電力と前記内燃機関から得られる動力との少なくとも何れか一方により駆動されるものである請求項１に記載の車両支援システム。
  6. 前記支援車両の前記蓄電池は、前記電源として機能する請求項４又は５に記載の車両支援システム。
  7. 前記被支援車両は、燃料電池を有し、この燃料電池から供給される電力により駆動されるものである請求項１から６の何れか一項に記載の車両支援システム。
  8. 前記被支援車両は、蓄電池を備え、この蓄電池から供給される電力により駆動されるものである請求項１から６の何れか一項に記載の車両支援システム。
  9. 前記被支援車両は、蓄電池と内燃機関とを備え、前記蓄電池から供給される電力と前記内燃機関から得られる動力との少なくとも何れか一方により駆動されるものである請求項１から６の何れか一項に記載の車両支援システム。

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