JP2009138384A - Vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両に関し、特に、車輪駆動用モータに電力を供給可能な燃料電池システムおよび蓄電器を備えた車両に関する。 The present invention relates to a vehicle, and more particularly to a fuel cell system capable of supplying electric power to a wheel driving motor and a vehicle including a battery.
近年、環境問題に配慮して二酸化炭素等の排出抑制を目的として、ハイブリッド車両、燃料電池自動車、電気自動車等の各種車両が提案されており、実用化されているものもある。 In recent years, various vehicles such as hybrid vehicles, fuel cell vehicles, and electric vehicles have been proposed and put into practical use for the purpose of suppressing emissions of carbon dioxide and the like in consideration of environmental problems.
例えば、特許文献1には、燃料電池システムと蓄電器とを備えており、燃料タンクから燃料としての水素を燃料電池システムに供給して発電した電力によって車輪駆動用モータを回転駆動するとともに、燃料タンク内の燃料がなくなってきたら蓄電器からモータに電力を供給するように切り替えるようにした燃料電池自動車が開示されている。 For example, Patent Document 1 includes a fuel cell system and a battery, and rotates a wheel driving motor with electric power generated by supplying hydrogen as fuel from the fuel tank to the fuel cell system. There has been disclosed a fuel cell vehicle in which switching is performed so that electric power is supplied from a capacitor to a motor when there is no more fuel inside.
上記特許文献1に開示されるような燃料電池自動車では、燃料タンクに燃料を充填するための燃料充填口と、外部電源から蓄電器に電力を供給して充電するための充電口とを備えている必要がある。 The fuel cell vehicle as disclosed in Patent Document 1 includes a fuel filling port for filling a fuel tank with fuel, and a charging port for supplying electric power from an external power source to the capacitor for charging. There is a need.
この場合、燃料充填口と充電口とが同時に外部に対して露出可能または開放可能になっていると、例えば給油所等において燃料充填口に給油ノズルを挿入して給油すると共に、充電口に外部電源を接続して蓄電器を充電することが可能である。このように給油および充電が同時に行われると、作業者の作業が煩雑になって作業ミスが発生しやすくなる。 In this case, if the fuel filling port and the charging port can be exposed or opened to the outside at the same time, for example, at a filling station or the like, the fuel filling port is inserted into the fuel filling port for fueling, and the charging port is externally connected. It is possible to charge the battery by connecting a power source. If refueling and charging are performed simultaneously in this way, the operator's work becomes complicated and work mistakes are likely to occur.
また、燃料電池システムでは、稼動停止しても内部に高濃度燃料ガスが残っている可能性があるため、システム停止後に前記高濃度燃料ガスを完全に外部に排出してから、蓄電器の充電を行うことが安全性向上のうえでより好ましい。 In addition, in a fuel cell system, there is a possibility that high-concentration fuel gas may remain inside even after the operation is stopped. Therefore, after the system is stopped, the high-concentration fuel gas is completely discharged to the outside before charging the battery. It is more preferable to improve safety.
そこで、本発明の目的は、燃料充填および充電の同時作業に伴う作業ミスの発生を抑制可能にするとともに、充電作業をより安全に行える車両を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a vehicle that makes it possible to suppress the occurrence of work mistakes associated with the simultaneous work of fuel filling and charging and to make charging work safer.
本発明に係る車両は、車輪駆動用モータに電力を供給可能な燃料電池および蓄電器と、燃料電池に供給される燃料を貯蔵する燃料タンクに燃料を充填するための燃料充填口と、蓄電器に電力を充電するために外部電源に接続される充電口と、燃料充填口を外部に対して露出可能に開閉される燃料充填口扉と、充電口を外部に対して露出可能に開閉される充電口扉と、燃料充填口扉および充電口扉の開閉状態をそれぞれ検知するセンサと、燃料充填口扉および充電口扉をそれぞれロックするロック機構と、前記各要素を制御可能な制御装置とを備え、制御装置は、前記センサからの信号に基づいて燃料充填口扉および充電口扉のいずれか一方の開放を許可するものであって、燃料電池システム稼動中は充電口扉の開放を禁止するようロック機構を制御するものである。 A vehicle according to the present invention includes a fuel cell and a capacitor that can supply power to a wheel driving motor, a fuel filling port for filling a fuel tank that stores fuel supplied to the fuel cell, and power to the capacitor. A charging port connected to an external power source for charging the battery, a fuel charging port door that can be opened and closed so that the fuel charging port can be exposed to the outside, and a charging port that can be opened and closed so that the charging port can be exposed to the outside A door, a sensor for detecting the open / closed state of the fuel filling port door and the charging port door, a lock mechanism for locking the fuel filling port door and the charging port door, and a control device capable of controlling each of the elements, The control device permits the opening of either the fuel filling port door or the charging port door based on the signal from the sensor, and locks to prohibit the opening of the charging port door during operation of the fuel cell system. mechanism It is intended to control.
この構成からなる車両によれば、制御装置が燃料充填口扉および充電口扉のいずれか一方だけの開放を許可することで、燃料充填作業および充電作業が同時に行われることが防止され、同時作業の煩雑さによる作業ミスを抑制することができる。また、制御装置が燃料電池システム稼動中は充電口扉の開放を禁止することで、燃料電池システム稼動中の充電作業を防止することができ、充電作業の安全性を向上させることができる。 According to the vehicle having this configuration, the control device permits the opening of only one of the fuel filling port door and the charging port door, thereby preventing the fuel filling operation and the charging operation from being performed at the same time. It is possible to suppress work errors due to the complexity of the above. Further, by prohibiting the opening of the charging port door while the fuel cell system is operating, the charging operation while the fuel cell system is operating can be prevented, and the safety of the charging operation can be improved.
本発明に係る車両において、制御装置は、燃料電池システムの掃気完了後に充電口扉の開放を許可するようにしてもよい。 In the vehicle according to the present invention, the control device may permit the opening of the charging port door after the scavenging of the fuel cell system is completed.
この構成の車両によれば、燃料電池システム内に高濃度燃料ガスが残留した状態で蓄電器への充電が行われるのを防止することができ、充電作業をより安全に行うことができる。 According to the vehicle having this configuration, it is possible to prevent the battery from being charged in a state where the high-concentration fuel gas remains in the fuel cell system, and to perform the charging operation more safely.
以下に、本発明に係るモータ駆動制御装置の実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。 Embodiments of a motor drive control device according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In this description, specific shapes, materials, numerical values, and the like are examples for facilitating understanding of the present invention, and can be appropriately changed according to the use, purpose, specification, and the like.
図1は、本発明に係る車両の一実施形態である燃料電池自動車10の概略構成図である。燃料電池自動車10は、駆動輪である前輪12を駆動するモータ14と、モータ14に電力をそれぞれ供給可能な燃料電池16および蓄電器18と、燃料電池16に供給される燃料、例えば水素を貯蔵する燃料タンク20と、燃料タンクに燃料を充填するための燃料充填口22と、蓄電器18に電力を充電するために外部電源に接続される充電口24と、燃料電池16または蓄電器18から供給される直流電圧を交流電圧に変換してモータ14に印加する等の各種制御機能を有する制御装置50とを備える。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
燃料電池16は、例えば固体高分子型燃料電池セルを多数積層して直列接続されている燃料電池スタックであり、燃料としての水素と酸化剤としての酸素との化学反応によって発電し、その結果として水が生成される。水素は、燃料タンク20から調圧弁26を介して燃料電池16の燃料極に供給される。一方、酸素は、大気中のものを用いることができ、例えばポンプ、エアコンプレッサ等の空気供給機28によって車両外部から取り込まれた空気が燃料電池16の酸化極に供給される。燃料電池16によって発電された電力は、制御装置50に供給される。
The
調圧弁26は、制御装置26からの信号に基づいて、開閉弁および開度調節が可能になっている。また、燃料タンク20から供給される水素ガスの圧力が、圧力計30によって検出され、その検出信号が制御装置50へ送信される。この信号によって制御装置50は、燃料タンク20内の残水素量を判定し、枯渇前に蓄電器18からモータ14へ電力供給されるよう切り替える。
The
燃料電池16の燃料極から排気された廃燃料ガスは希釈器34に送られ、そこで燃料電池16の酸化極から排気されてきた廃空気と混合されて希釈された後、マフラ36を介して車両外部に排出される。
The waste fuel gas exhausted from the fuel electrode of the
燃料充填口22は、開閉弁38を介して燃料タンク20に連通可能に接続されている。開閉弁38は、燃料充填口22から水素が充填されるときに制御装置50からの信号に基づいて開弁されるが、この充填時に燃料タンク20からの燃料充填口22への燃料逆流を防止する一方向弁としての機能を有する。
The
上記において、燃料電池16、調圧弁26、空気供給機28、および希釈器34が本実施形態における燃料電池システム40を構成する。ただし、本発明に係る車両における燃料電池システムは、これらの構成要素に限定されるものではない。
In the above, the
蓄電器18は、放電および充電が可能な2次電池であり、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池等で構成できる。それ以外に、化学反応を伴わない充放電可能なキャパシタで構成されてもよい。また、蓄電器18には電圧センサ32が設けられており、この電圧センサ32よって検出された蓄電器18の端子間電圧値VBが制御装置50へ送信されるようにしてある。
The
充電口24は、ゲート42を介して制御装置50に接続されている。ゲート42は、充電口24が外部電源に接続されるときに制御装置50からの信号に基づいて閉じられ、これにより充電口24から供給された電力が制御装置50を介して蓄電器18に充電されるようになっている。
The
また、制御装置50には、燃料充填口22を覆って車両ボディに開閉可能に設けられる燃料充填口扉44を開くための燃料充填口開操作レバー46と、充電口24を覆って車両ボディに設けられる充電口扉48を開くための充電口開操作レバー52が接続されている。車両の運転者等によってこれらのレバー46,52が操作されると、その操作信号が制御装置50へ送信される。
Further, the
図2は制御装置50を概略的に示すブロック図であり、図3はいずれもロック解除されて開状態にある燃料充填口扉44および充電口扉48を示す斜視図である。
FIG. 2 is a block diagram schematically showing the
図2を参照すると、制御装置50は、電圧変換器54、インバータ56、制御部58、および警告装置70を含む。電圧変換器54には、燃料電池16および蓄電器18がスイッチSW1,SW2を介して並列接続されており、制御部58からの信号に基づきスイッチSW1またはSW2がオンされることによって燃料電池16または蓄電器18から電圧変換器54に直流電圧が供給されるようになっている。
Referring to FIG. 2, the
また、電圧変換器54は、例えばリアクトルおよび電力用スイッチング素子(例えばIGBT)等を含んで構成され、制御部58からのスイッチング信号に基づいて制御されることで燃料電池16または蓄電器18から供給される直流電圧を昇圧する機能を有する。電圧変換器54によって昇圧された直流電圧は、平滑コンデンサ61を介してインバータ56に供給される。この昇圧後の電圧であるシステム電圧VHは、コンデンサ61の端子間電圧として電圧センサ32によって検出され、その検出値が制御部58へ出力される。
The
さらに、電圧変換器54は、車両の回生制動時等にインバータ56から供給される直流電圧を制御部58からのスイッチング信号に基づいて降圧する機能も有しており、降圧された直流電圧はオン状態にあるスイッチSW2を介して蓄電器18に充電される。
Further, the
インバータ56は、対をなす電力用スイッチング素子(例えばIGBT)およびダイオードをU,V,W相の各相アームごとに2対ずつ含んで構成され、電圧変換器54から供給される直流電圧を制御部58からのスイッチング信号に基づくスイッチング動作により三相交流電圧に変換して、例えば三相同期型電動機であるモータ14に印加する機能を有する。また、インバータ56は、車両の回生制動時等に発電機として機能するモータ14から供給される三相交流電圧を制御部58からのスイッチング信号に基づくスイッチング動作により直流電圧に変換して電圧変換器54に供給する機能も有している。
The
制御部58は、例えば制御プログラムを実行するCPU、制御プログラムや各種検出値
を記憶するメモリ等を含んで構成され、車両全体の電子制御を司る電子制御ユニット(ECU)の一部として構成されることができる。制御部58は、上述したように電圧変換器54およびインバータ56へのスイッチング信号や調圧弁26への制御信号等を出力するとともに、電圧センサ32により検出される蓄電器18の端子間電圧値、および圧力計30により検出される燃料ガス圧力値等を受け取る。また、制御部58は、ゲート42へ開閉路信号を送信する。さらに、制御部58は、燃料充填口扉44および充電口扉48の開状態をそれぞれ検知するセンサ60,62からの信号を受信するとともに、燃料充填口扉44および充電口扉48をそれぞれ閉状態にロックするロック機構64,66へロック解除信号を送信する。
The
ここで、ロック機構64,66には、例えば電磁ソレノイドを用いることができる。ロック解除信号を受けてソレノイドに通電することにより、ソレノイドのプランジャ自体またはプランジャに連結されたフックが燃料充填口扉44および充電口扉48に形成された凹部または穴部から引き抜かれてロック解除され、図示しないコイルバネ等の弾性部材による付勢力によって扉が半開き状態に開放される。また、センサ60,62には、非近接センサ等の非接触式センサまたはリミットスイッチ等の接触式センサを用いることができる。
Here, for the
警告装置70は、燃料充填口扉44および充電口扉48の一方が開状態にあるときに他方の開操作が行われた場合に、制御部58からの信号に基づいて音響や光でもって運転者や作業者に対して警告動作を実行するもので、警告音を発する音響装置や点灯または点滅する警告ランプ等を備えている。
The
図3を参照すると、燃料充填口扉44および充電口扉48は、車両後方のボディ側面に、開閉可能に連結されている。燃料充填口扉44と充電口扉48とは、車両ボディの同一側面において、互いに隣接して配置されてもよいし、上下方向または車両前後方向に隔てて設けられてもよいし、あるいは車両ボディの異なる側面や上面等に設けられてもよい。
Referring to FIG. 3, the fuel filling
燃料充填口扉44は、連結管68を介して燃料タンク20に接続される燃料充填口22としてのノズル受け入れ部材72を覆って設けられており、ロック解除により開放されることによってノズル受け入れ部材72が車両外部に対して露出されることになる。これにより、燃料供給ノズルがノズル受け入れ部材72に挿入されて開閉弁38が開弁されることで、燃料タンク20への燃料充填が可能になる。
The fuel filling
充電口扉48は、電力コード74を介して制御部58に接続される充電口24としての接続プラグ76を覆って設けられており、ロック解除により開放されることによって接続プラグ76が車両外部に対して露出されることになる。そして、接続プラグ76に挿入されるコネクタを介して外部電源、例えば単相100V交流電源に接続されてゲート42が閉じられることで、制御装置50でAC/DC変換された直流電圧が蓄電器18に充電される。
The charging
なお、接続プラグ72は、外部電源に接続されることによって蓄電器18を充電するための充電口22として機能するが、外部負荷に接続されることによって燃料電池16または蓄電器18から外部負荷に対して電力供給する給電口として用いられてもよい。
The connection plug 72 functions as the charging
続いて、制御部58における制御フローについて図4A,4Bを参照して説明する。
まず、燃料充填口開操作レバー46および充電口開操作レバー52が操作されたか否かを判定する(ステップS10)。この判定は、制御部58がレバー操作時に受信する信号に基づいて行う。いずれのレバー46,52も操作されていないときには、待機する(ステップS10でNO)。
Next, a control flow in the
First, it is determined whether or not the fuel filling port
上記ステップS10において燃料充填口開操作レバー46が操作されると(ステップS10でYES)、続いて充電口扉48が開いているか否かを判定する(ステップS12)。この判定は、センサ62からの信号に基づいて行う。それから、充電口扉48が開いていれば(ステップS12でYES)、燃料充填口扉44のロック状態を維持し、作業者等に対して警告装置70による警告動作を実行する(ステップS14)。
When the fuel filling port
次いで、警告動作が解除されたか否かを判定する(ステップS16)。この判定は、作業者等によって充電口扉48が閉じられたことを検知したセンサ62からの信号に基づいて行う。充電口扉48が閉じられるまで待機し(ステップS16でNO)、充電口扉48が閉じられると警告動作が解除され(ステップS16でYES)、下記のステップS20の処理に進む。
Next, it is determined whether or not the warning operation has been canceled (step S16). This determination is made based on a signal from the
一方、燃料充填口開操作レバー46が操作されたときに充電口扉48が閉じていると判定されると(ステップS12でNO)、燃料電池システム40が稼動中か否かを判定する(ステップS20)。この判定は、制御部58が電圧変換器54やインバータ56へ駆動信号をしているかどうかで判定可能である。あるいは、図示しない電流センサによって検出されるモータ電流に基づいて判定することもできる。
On the other hand, if it is determined that the charging
燃料電池システム40が稼動中でなければ(ステップS20でNO)、ロック機構64にロック解除信号が送信されて燃料充填口扉44が開かれる(ステップS26)。一方、燃料電池システム40が稼動中であれば(ステップS20でYES)、燃料充填口扉44のロック状態を維持するとともに、作業者等に対して警告装置70による警告動作を実行する(ステップS22)。
If the
それから、警告動作が解除されたか否かを判定し(ステップS24)、解除されるまで待機する(ステップS24でNO)。この場合、警告動作の解除は、制御部58により燃料電池システム40の稼動停止によって実行される。制御部58は、調圧弁26を閉弁して燃料電池16への水素供給を停止するとともに、電圧変換器54およびインバータ56を作動停止させる。
Then, it is determined whether or not the warning operation has been canceled (step S24) and waits until it is canceled (NO in step S24). In this case, the warning operation is canceled by the operation stop of the
燃料電池システム40が稼動停止されると(ステップS24でYES)、ロック機構64にロック解除信号が送信されて燃料充填口扉44が開かれる(ステップS26)。
When the operation of the
図4Bは、上記ステップS10で充電口開操作レバー52が操作されたと判定された場合の制御フローを示す。この制御フロー中の各ステップS32〜46は、上記ステップS12〜S26の各処理における「燃料充填口扉44」と「充電口扉48」とを入れ換えたものと同様であり、概説すれば充電口開操作レバー52が操作されたときに燃料充填口扉44が閉じられており、かつ、燃料電池システム40が稼動停止していれば、充電口扉48が開かれる。
FIG. 4B shows a control flow when it is determined in step S10 that the charging port
このように、本実施形態の燃料電池自動車10によれば、制御部58が燃料充填口扉44および充電口扉48のいずれか一方だけの開放を許可することで、燃料充填作業および充電作業が同時に行われることが防止され、同時作業の煩雑さよる作業ミスを抑制することができる。また、制御装置50の制御部58が燃料電池システム40の稼動中は充電口扉48の開放を禁止することで、燃料電池システム稼動中の充電作業を防止することができ、充電作業の安全性を向上させることができる。
Thus, according to the
ところで、上記実施形態では、燃料電池システム40の稼動停止後に速やかに充電口扉48の開放を許可するようにしたが、稼動停止と同時に調圧弁26を閉弁して燃料供給を直ちに停止しても燃料電池16内および燃料電池システム40内には未だ高濃度の水素ガスが残留している。そこで、燃料電池システム40の稼動停止し、かつ、システム内の掃気を完了した後に、充電口扉48の開放を許可するようにしてもよい。
By the way, in the above embodiment, the opening of the charging
その制御フローを図5に示す。この制御フローは、図4Bとほぼ同様であり、同一処理には同一のステップ番号を付してあるが、異なるところは、ステップS44で燃料電池システム40を稼動停止し、次のステップS45で燃料電池システム40の掃気が完了するまで待機する処理を実行した後に、充電口扉48の開放を許可する点である。具体的には、燃料電池システム40の稼動停止後も空気供給機28の作動を所定時間(例えば5秒)以上継続させて空気を供給し、燃料電池システム40内に残留する高濃度燃料ガスを希釈器34内で十分に希釈してから外部に排出する。これにより、燃料電池システム40内に高濃度燃料ガスが残留した状態で蓄電器18への充電が行われるのを防止することができ、充電作業をより安全に行うことができる。
The control flow is shown in FIG. This control flow is almost the same as that in FIG. 4B, and the same processing is given the same step number. However, the difference is that the
なお、上記実施形態では、燃料電池システム40の稼動中は充電口扉48の開放を許可しない制御について説明したが、制御部58は、もし燃料電池システム40の稼動中に充電口扉48が開放されたときに燃料電池システム40の稼動を停止させる制御を行ってもよい。
In the above embodiment, the control that does not permit the opening of the charging
10 燃料電池自動車、14 モータ、16 燃料電池、18 蓄電器、20 燃料タンク、22 燃料充填口、24 充電口、26 調圧弁、28 空気供給機、30 圧力計、32 電圧センサ、34 希釈器、38 開閉弁、40 燃料電池システム、42 ゲート、44 燃料充填口扉、46 燃料充填口開操作レバー、48 充電口扉、50 制御装置、52 充電口開操作レバー、54 電圧変換器、56 インバータ、58 制御部、60,62 センサ、64,66 ロック機構、70 警告装置。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
制御装置は、燃料電池システムの掃気完了後に充電口扉の開放を許可することを特徴とする車両。 The vehicle according to claim 1,
The control device permits the opening of the charging port door after the scavenging of the fuel cell system is completed.
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