JP2009295464A - 燃料電池を搭載した移動体及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池(21)を搭載した移動体(10)において、第1ヒューズ(1a,1b)に連結し前記水素を感知する水素センサ(41,42)と、前記第1ヒューズ(1a,1b)とは別の第2ヒューズ(2a,2b,2c1,2c2)に連結し漏洩した前記水素を換気する換気ファン(61,62,63)と、前記第1ヒューズ(1)及び前記第2ヒューズ(2)のうちいずれか一方が溶断した場合に動作する警告手段(43)とを、備え、前記警告手段(43)の動作後に溶断していない他方のヒューズ(2,1)に連結する前記水素センサ(41,42)の水素感知又は換気ファン(61,62,63)の動作停止に基づいて緊急停止することを特徴とする。
【選択図】図2
Description
この燃料電池は、数十から数百の単セルが積層し直列に配列して構成された組電池の一種であって、全体として数百Vの起電力を出力する。
また水素は、エアと混合させて着火して爆発を起こす最低濃度(爆発下限界濃度)が、約4%といわれている。このため、換気ファン等を設置して、漏洩した水素の滞留した空間に気流を発生させて、溜まった水素を大気放出させることも検討されている。
そして、これら水素センサや換気ファンの電力供給を仲介するヒューズが溶断すると、車両(移動体)は、フェイルセーフの観点から緊急停止をするように制御されている。
また第1ヒューズ及び第2ヒューズのいずれか一方が溶断している状態では、車両(移動体)は、緊急停止には至らないものの、警告灯(警告手段)が点灯しているために乗員は点検整備を促されることになる。
なお、このような警告灯の点灯期間に水素漏洩が発生すると、水素センサのみが正常動作している場合は、その旨を感知してから緊急停止すれば、フェイルセーフに基づいて信頼性が確保される。一方、換気ファンのみが正常動作している場合は、この換気ファンを強制駆動させれば、車体に水素が漏洩しても蓄積することがなく、第2ヒューズが溶断する等この換気ファンが動作停止に至ってから緊急停止すればフェイルセーフに基づいて信頼性が確保されることになる。
車両10は、乗員空間であるキャビンCと、このキャビンCとの連続空間であるとともに荷物を収納するトランクルームTとを備えている。そして、このキャビンC及びトランクルームTの連続空間は、ダッシュボードパネル51、フロントフロアパネル52、リアフロアパネル53、トランクフロアパネル54、フロントガラス56、ルーフパネル57、リアゲート58及びサイドドア(図示せず)により形成されている。
フロントフロアパネル52は、ダッシュボードパネル51からの連続体であって、上側に一対のフロントシート71が固定されている。そしてフロントフロアパネル52は、この一対のフロントシート71に挟まれる部分が隆起してセンタコンソールSを形成している。
リアフロアパネル53は、フロントフロアパネル52からの連続体であって、上側にリアシート72が固定され、下側がリアルームUになっている。
トランクフロアパネル54は、リアフロアパネル53からの連続体であって、水素ボンベ30を下側に配置させるボンベルームBとトランクルームTとを仕切っている。
なお、ラジエータ60の冷却ファン63(63A,63B)は(図2参照)、一般に二つが車幅方向に並列配列されており、対応するヒューズ2c1,2c2がそれぞれ図示するように別個に設けられている。
燃料電池21は、複数(例えば、200〜400)の単セル(図示略)が厚み方向に積層されて直列に配列してなり、剛性の高い筐体に収納されている。
この単セルは、それぞれ電解質膜と、その両面にそれぞれ配置されるアノード極及びカソード極と、燃料ガス(水素)の流路及び酸化ガス(エア(酸素))の流路が設けられているセパレータとを、構成要素としている。
このように構成される単セルは、燃料ガス(水素)と酸化ガス(酸素)との電気化学反応により0.7V程度の起電力を発生するとともに、積層する単セルが直列に配列してなる燃料電池21は、発電により全体として数百Vの起電力を出力する。
このように構成される電源管理制御部23は、燃料電池21の出力電力を電力分配装置23aを介してPDU67やエアコンプレッサ66等に出力する。
そして、PDU67に必要な電力が燃料電池21の出力だけでは不足するときにその不足分を高圧二次電池22から電力分配装置23aを介してPDU67やエアコンプレッサ66等に出力する。
さらに電源管理制御部23は、DC−DCコンバータ23bを介して、車両10に搭載されている電装部品に駆動電力を供給するものである。
さらに電源管理制御部23は、走行モータ65を、運動エネルギーから電気エネルギーに変換する発電機として利用し、車両10の減速時に発生した回生電力を回収し高圧二次電池22に充電する。
なお、電源管理制御部23は、エアコンプレッサ66及びPDU67に供給する電力として、燃料電池21からの出力を優先して、不足分を高圧二次電池22から補助(アシスト)するように制御している。
これら電装部品とは、ヒューズ1,2,3,4を介して電源回線Aに接続している、換気ファン61,62,63、水素センサ41,42、ECU64、警告灯43、及びその他の電装部品44,45,46,47(例えば、パワステ、ヘッドライト、エアコン、カーステレオ等)である。
さらに、DC−DCコンバータ23bは、低圧二次電池24(鉛蓄電池,12Vバッテリ)を高圧電源(燃料電池21,高圧二次電池22)により充電させる機能も有している。
そして、ヒューズ1,2,3,4は、連結する電装部品41,42,43,44,45,46,47,61,62,63,64のうちいずれかが故障して過剰電流が流れると、溶断して対応する電装部品への電力供給を遮断する。
また、ヒューズ1,2,3,4が溶断すると、その旨の情報がECU64に対して通報されるようになっている。これにより、ヒューズ1,2,3,4の溶断が発生すると、ECU64は、後記するように予め定められた制御フローに則って車体の制御を行う(図3参照)。
ちなみに、図示略とされているが、電力分配装置23a及びDC−DCコンバータ23bも、駆動電力を低圧二次電池24からとっており、電源回線Aにヒューズ4を介して接続される電装部品の一つである。
また、これらヒューズ1,2,3,4及びリレー6,7は、図示しないヒューズボックスに集約されており、車載されるほとんどの電装部品は、このヒューズボックスを介して駆動電力が供給されている。
ECU64の動作の一例について述べると、イグニッションスイッチ5がアクセサリモードに設定されると、低圧二次電池24から駆動電力の供給を受ける電装部品41,42,46,47,61,62に対応するリレー6が閉状態になったり、イグニッションスイッチ5がONモードに設定されるとさらに電装部品44,45,63に対応するリレー6が閉状態になったりする。
また、ECU64は、ヒューズ1,2,3,4のいずれかが溶断すると、リレー7を閉状態にして警告灯43(警告手段)を点灯させ乗員にその旨を通告する。なお、警告手段としては、音声等で乗員に知らせるものであってもよい。
そして、水素センサ41,42及び換気ファン61,62,63の双方のヒューズ2,3が溶断したときは、水素漏洩に対して対処不能になるので、そのときになって最終手段である車両10を緊急停止させる等の緊急手段をとれば車両10の信頼性は保たれる。また乗員に無用の不便を与えることがない。
このように、水素センサ41,42のみが正常動作している場合は、その旨を感知してから緊急停止すればフェイルセーフに基づいて信頼性が確保されることになる。
一方、換気ファン61,62,63のみが正常動作している場合は、この換気ファン61,62,63を強制駆動させれば車両10に水素が蓄積することがない。そして、第2ヒューズ2が溶断する等この換気ファン61,62,63が動作停止に至ってから緊急停止すればフェイルセーフに基づいて信頼性が確保されることになる。
イグニッションスイッチ5をONモードに設定すると(S01)、エアコンプレッサ66及び水素ボンベ30から、それぞれエア及び水素が燃料電池21に供給されて発電が開始される。
そして、水素センサ41,42は、センシングを開始して、もしも水素を感知するとECU64は、所定のフローに基づいて車両10を制御する(S10)。そして、水素センサ41,42又は換気ファン61,62,63に連結するヒューズ1,2が溶断しない限り、この通常の水素感知フローが継続する(S11:No、S21:No)。
そして、このような警告期間中に、水素センサ41,42が水素漏洩を感知するか(S23:Yes)又はこの水素センサ41,42に連結する第1ヒューズ1が溶断すると(S23:No,S11:Yes)、車両10は緊急停止する(S15)。
2,2a,2b,2c1,2c2 第2ヒューズ(ヒューズ)
3,4 ヒューズ
6,7 リレー
10 車両(移動体)
21 燃料電池
22 高圧二次電池
23 電源管理制御部
23a 電力分配装置
23b DC−DCコンバータ
24 低圧二次電池
30 水素ボンベ
31 水素補給路
41 第1水素センサ(水素センサ)(電装部品)
42 第2水素センサ(水素センサ)(電装部品)
43 警告灯(警告手段)(電装部品)
60 ラジエータ
61 第1換気ファン(換気ファン)
62 第2換気ファン(換気ファン)
63,63A,63B 第3換気ファン(換気ファン,冷却ファン)
64 ECU
65 走行モータ
66 エアコンプレッサ
67 PDU
B ボンベルーム
C キャビン
M モータルーム
S センタコンソール
T トランクルーム
U リアルーム
Claims (5)
- 水素及び酸素を電気化学反応させて起電力を発生する燃料電池を搭載した移動体において、
第1ヒューズを介して駆動電力が供給され漏洩した前記水素を感知する水素センサと、
前記第1ヒューズとは別の第2ヒューズを介して駆動電力が供給され漏洩した前記水素を換気する換気ファンと、
前記第1ヒューズ及び前記第2ヒューズのうちいずれか一方のものが溶断した場合に動作する警告手段とを、備え、
前記警告手段の動作後に他方のものの溶断又はこの他方のものを介して駆動電力が供給される前記水素センサの水素感知に基づいて緊急停止することを特徴とする燃料電池を搭載した移動体。 - 請求項1に記載の燃料電池を搭載した移動体であって、
前記水素センサは、
前記燃料電池及び接続する水素補給路から漏洩した水素を検出する第1水素センサと、
前記水素を貯蔵する水素ボンベ及び接続する水素補給路から漏洩した水素を検出する第2水素センサと、であり、
前記換気ファンは、
前記第1水素センサの近傍に気流を生じさせる第1換気ファンと、
前記第1換気ファンとは別に設けられ第2水素センサの近傍に気流を生じさせる第2換気ファンと、であることを特徴とする燃料電池を搭載した移動体。 - 請求項1に記載の燃料電池を搭載した移動体であって、
前記換気ファンは、ラジエータの冷却ファンが兼用していることを特徴とする燃料電池を搭載した移動体。 - 水素及び酸素を電気化学反応させて起電力を発生する燃料電池を搭載した移動体の制御方法において、
漏洩した前記水素を感知する水素センサへの電力供給を仲介する第1ヒューズが溶断するとその旨が警告されるとともにこの漏洩した水素を換気する換気ファンが強制駆動する段階と、
前記換気ファンへの電力供給を仲介する第2ヒューズが溶断すると緊急停止する段階とを、含むことを特徴とする燃料電池を搭載した移動体の制御方法。 - 水素及び酸素を電気化学反応させて起電力を発生する燃料電池を搭載した移動体の制御方法において、
漏洩した前記水素を換気する換気ファンへの電力供給を仲介する第2ヒューズが溶断するとその旨が警告される段階と、
水素センサが前記水素の漏洩を感知するか又はこの水素センサへの電力供給を仲介する第1ヒューズが溶断すると緊急停止する段階とを、含むことを特徴とする燃料電池を搭載した移動体の制御方法。
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