JP2020096420A - 充電用車両 - Google Patents

Abstract

【課題】電動車両のバッテリーへの充電を、高い汎用性で、短時間で行い得る新たな充電手法を提供する。【解決手段】燃料電池を電動車両のバッテリーの充電用に搭載した充電車両は、充電を希望するユーザーから充電要請信号を受け取る。この充電要請信号には、充電対象の電動車両を特定可能な車両情報が含まれているので、充電車両は、この車両情報を用いて、燃料電池から出力される直流の出力電力を電動車両のバッテリーの充電に適う電圧に昇圧コンバーターで昇圧し、その昇圧した直流の昇圧電力をバッテリーに導いて、バッテリーを充電する。【選択図】図２

Description

本発明は、充電用車両に関する。

モータ走行する電動車両の普及に伴い、バッテリーへの充電を図る充電スタンドの設置が進んでいる。ところが、電動車両の走行状況によりバッテリーの残容量は種々変化するので、充電スタンド以外での電動車両のバッテリーへの充電が必要となり得る。こうした事態に対処するため、特許文献１では、配線工事等の特定用途に使用されている発電機車を電動車両への充電に適用する手法が提案されている。

特開２０１２−２０５３３０号公報

特許文献１で提案された充電手法は、発電機車に搭載の発電機で発生させた交流の高圧電力を交流の低圧電力に変換した上で、交流の低圧電力を電動車両のバッテリー充電に適した直流の低圧電力に変換している。交流の高圧電力の発生には、発電機の駆動を必要とし、発電機駆動に伴い高音の騒音や排ガスが発生する。よって、高騒音と排ガスを避けることが望まれる場所、例えば、病院建物や学校建物、或いは住宅地、パーティー会場等では、騒音と排ガスの回避の観点から、発電機車を用いた充電手法を採択しづらい。また、場所的な制約に限らず、夜間の時間帯でも、騒音と排ガスの回避の観点から、発電機車を用いた充電手法を採択しづらい。この他、近年では、電動車両の走行距離の長距離化を図るため、バッテリーの充電容量が３０〜４０ｋＷと大容量化している。よって、特許文献１の充電手法のように、例えば５ｋＷ程度の低圧に変換した直流では、充電時間が６〜８時間となるので、速やかな充電が求められる場合には、発電機車を用いた充電手法では対処できない。こうしたことから、電動車両のバッテリーへの充電を、高い汎用性で、短時間で行い得る新たな充電手法が求められるに至った。

本発明は、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、充電用車両が提供される。この充電用車両は、燃料ガスと酸化ガスの供給を受け、燃料と酸素の電気化学反応を経て発電する燃料電池と、充電を希望するユーザーからの充電要請信号であって、充電対象の電動車両を特定可能な車両情報を含む前記充電要請信号を受け取る要請受信部と、前記燃料電池から出力される直流の出力電力を、前記車両情報を用いて、前記電動車両のバッテリーの充電に適う電圧に昇圧する昇圧コンバーターと、前記昇圧コンバーターが昇圧した直流の昇圧電力を前記バッテリーに導いて、前記バッテリーを充電する給電器と、を備える。この形態の充電用車両では、充電対象の電動車両のバッテリーを充電するに当たり、燃料電池を電気化学反応を経て発電させるに過ぎない。そして、燃料電池の運転音は、発電機駆動に伴う運転音より、極めて小さい。また、燃料電池から排出されるのは、電気化学反応に供されなかった余剰のガスに過ぎない。よって、この形態の充電用車両によれば、例えば、病院建物や学校建物、或いは住宅地、パーティー会場等の特異な場所であっても、支障なく電動車両のバッテリーを充電でき、汎用性が高まる。これに加え、この形態の充電用車両では、充電対象の電動車両のバッテリーを充電するに当たり、燃料電池を運転して得られる出力電力を電動車両のバッテリーの充電に適う電圧に昇圧して充電に用いれば済む。よって、この形態の充電用車両によれば、比較的、短時間で電動車両のバッテリーを充電できる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、充電用車両を用いた電動車両の充電方法等の形態で実現することができる。

充電用車両に搭載した燃料電池へのガス給排系を概略視して示す説明図である。 電動車両への充電に関連する充電用車両の電気的な構成を機能的に示すブロック図である。 制御部にて実行される燃料電池による充電運転制御の手順を示すフローチャートである。

図１は充電用車両２０に搭載した燃料電池１００へのガス給排系を概略視して示す説明図である。充電用車両２０は、搭載したエンジンの駆動力で走行するエンジン駆動車両であり、燃料電池１００を始めとする燃料電池システム１０の主要機器を、車室３０より前方の搭載域４０にエンジンと共に備える。そして、充電用車両２０は、荷台３５に搭載した複数の燃料ガスタンク２１０から燃料電池１００への燃料ガス供給と、車両前方側から燃料電池１００への空気供給と、燃料電池１００からのオフガス排出を図る。なお、燃料電池１００を荷台３５内に搭載したり、荷台３５の床下に搭載して、搭載域４０には、エンジンとその関連機器を搭載してもよい。

燃料電池１００は、電解質膜を膜両面において触媒層で挟持した燃料電池セル１００ｃを積層したスタック構造を備え、搭載域４０において、図示しないエンジンと共に搭載されている。それぞれの燃料電池セル１００ｃは、燃料ガスである水素ガスと酸化ガスである空気の供給を受け、電解質膜を介した水素（燃料）と空気中の酸素の電気化学反応を経て発電する。

燃料電池１００は、各セルの発電電力を、充電対象の電動車両におけるバッテリー充電のために出力する。なお、燃料電池１００の発電電力を、燃料電池補機の他、充電用車両２０自体のバッテリー充電のために出力するようにしてもよい。この他、充電用車両２０がモータ走行の電動車両であれば、充電用車両２０の駆動モータにも燃料電池１００の発電電力を出力するように構成して、燃料電池１００の発電電力を、充電用車両２０の走行駆動力と、充電対象の電動車両におけるバッテリー充電とに両用するようにしてもよい。搭載域４０は、図示しない車両ボンネットを開けることで開放され、燃料電池１００の周辺の保守点検が可能となる。

燃料ガスは、それぞれの燃料ガスタンク２１０と接続された燃料ガス供給流路２２０を経て燃料電池１００に供給される。供給された燃料ガスは、燃料電池１００を構成するそれぞれの燃料電池セル１００ｃのアノード側の触媒層に行き渡る。燃料ガス供給流路２２０には、流路開閉を図る図示しないメインバルブや、調圧用の図示しないレギュレーター、ガス噴出を図る図示しないインジェクタが配設されている。燃料ガスタンク２１０は、燃料ガスとしての水素ガスを貯蔵する。この他、燃料電池１００への燃料ガス供給は、燃料ガス排気流路２３０と接続された燃料ガス循環流路２４０からもなされる。つまり、燃料ガス循環流路２４０に組み込まれた図示しない還流ポンプにより、燃料電池１００で未使用の燃料オフガスが、燃料ガス循環流路２４０を経て燃料電池１００に循環供給される。燃料ガス循環流路２４０に組み込まれた気液分離器２８０は、燃料オフガスを気液分離し、分離した水分を液水排出管４３０を経てオフガス排出管４１０に排出する。

空気は、エア供給流路３２０を経て燃料電池１００に供給される。このエア供給流路３２０には、図示しないエアクリーナやエアコンプレッサ３３０の他、供給される空気の温度を調整するインタクーラなどが組み込まれている。エアコンプレッサ３３０は、空気を圧縮し、エア供給流路３２０を通して空気を燃料電池１００に供給する。供給された空気は、燃料電池１００を構成するそれぞれの燃料電池セル１００ｃのカソード側の触媒層に行き渡る。この他、エア供給流路３２０には、大気圧を検出する図示しない大気圧センサや、取り込む前の空気の温度を検出する図示しない外気温センサ等が組み込まれ、これらセンサの検出値は、後述の制御部６００に出力され、燃料電池１００の発電運転制御の制御パラメータとして用いられる。

燃料電池１００からのオフガス排出は、オフガス排出管４１０を介してなされ、その排出圧は、オフガス排出管４１０における図示しない調圧バルブにより調整される。オフガス排出管４１０は、燃料電池１００に接続されて車両後方に伸び、燃料電池１００から排出される空気を燃料電池１００から外部に導いて排出する。エア供給流路３２０は、バイパス管４５０を介してオフガス排出管４１０と接続され、このバイパス管４５０は、燃料電池１００を経由せずに空気をオフガス排出管４１０に流し込む。このバイパス管４５０には、図示しないバイパス流路調整弁が設けられており、バイパス管４５０に流す空気であるバイパスエアの流量が調節される。オフガス排出管４１０に設けられたサイレンサー４７０は、オフガス排出管４１０を通過するオフガスの排気音を低減させる。

オフガス排出管４１０には、サイレンサー４７０の下流側において、香料配合機器４９０が接続管４９１を介して接続されている。香料配合機器４９０は、バラ等の花の香りや檜等の木片の香りを発する香料をエアロゾル状に貯留し、接続管４９１の図示しない調整弁が開弁されると、香料を霧状にしてオフガス排出管４１０に流し込む。オフガス排出管４１０に流れ込んだ香料は、オフガス排出管４１０を流れる空気と共に外気に放出され、充電用車両２０の周辺域を花の香りや木片の香りで満たす。なお、液水排出管４３０の末端にホースを接続し、充電対象の電動車両への充電過程において、ホースを充電対象の電動車両の車両下方に延ばせば、電動車両の車室内にドア等の隙間から花の香りや木片の香りを導き入れることができる。例えば、充電用車両２０の車両運転者により香り放出スイッチが操作されると、制御部６００は、このスイッチ操作を受けて接続管４９１の調整弁を開弁し、香料配合機器４９０の香料を充電用車両２０の車両周辺や、充電対象の電動車両の車室に放出できる。香料配合機器４９０は、車両後方の荷台３５の下方に配設されているので、荷台床の図示しない蓋を開くことで、香料配合機器４９０への香料補充や香料の種別交換が可能である。

充電用車両２０は、搭載域４０に燃料電池１００の冷却系を有するが、燃料電池冷却に関する構成は、本発明の構成と関連しないので、その図示、および説明は省略する。

図２は電動車両ＪＶへの充電に関連する充電用車両２０の電気的な構成を機能的に示すブロック図である。充電用車両２０は、燃料電池１００を電動車両ＪＶへの充電に用いるため、燃料電池１００に昇圧コンバーター１２０を接続して備える。燃料電池１００は、昇圧コンバーター１２０を介して高圧直流配線ＤＣＨに接続され、高圧直流配線ＤＣＨには、電流検出部１７２を経由して給電器１７０が接続されている。昇圧コンバーター１２０は、後述する制御部６００の制御下で、燃料電池１００から出力される直流の出力電力を充電対象の電動車両ＪＶのバッテリーの充電に適う電圧に昇圧する。給電器１７０は、電動車両ＪＶの図示しない給電プラグに接続される給電コネクタ１７５を備え、この給電コネクタ１７５から電動車両ＪＶのバッテリーに、昇圧コンバーター１２０が昇圧した直流の昇圧電力を導いて、バッテリーを充電する。電流検出部１７２は、給電器１７０に供給される電流を計測し、その計測電流値を制御部６００に出力する。この他、充電用車両２０は、走行支援装置６４０を備える。走行支援装置６４０は、充電用車両２０の運転者による走行目的地の直接入力により、および、後述の充電要請信号の受信に伴う制御部６００からの走行目的地の入力により、充電用車両２０をその走行目的地までの走行を,走行路線図等を表示して支援する。

制御部６００は、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭを備えるコンピュータとして構成されており、具体的にはＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。制御部６００は、インジェクタ等の各種機器を制御して、燃料電池１００における燃料電池セル１００ｃの発電運転を統括制御する。制御部６００は、図示しないバッテリーから常時、通電を受け、充電要請のあった充電対象の電動車両ＪＶへの充電のための発電運転を行う。制御部６００は、各種制御のためのメモリ等を備える。メモリには、電動車両ＪＶをその車種やグレードおよび充電電圧等を含めて特定する電動車両データを記憶する電動車両データメモリ６１０が含まれる。この他、制御部６００は、充電を希望するユーザーからの充電要請信号をアンテナ２１を介して受け取る要請受信部６２０や、充電要請信号を解析する要請解析部６３０を備える。充電要請信号は、後述するように電動車両ＪＶを特定可能な車両情報を含む。なお、要請解析部６３０は、後述の各種処理を実行することで構築される。

図３は制御部６００にて実行される燃料電池１００による充電運転制御の手順を示すフローチャートである。この充電運転制御は、所定時間ごとに制御部６００により繰り返し実行され、まず、充電を希望するユーザーからの充電要請信号の要請受信部６２０への受信の有無を判定する（ステップＳ１００）。ここで充電要請信号の受信が無いと、制御部６００は、何の処理を行うこと無く、一旦、充電運転制御を終了する。

その一方、ステップＳ１００で要請受信部６２０に充電要請信号の受信があると、制御部６００は、その受信した充電要請信号を解析し、充電要請信号に含まれる情報に基づいて、充電地点までの走行案内を行う（ステップＳ１１０）。充電要請信号は、図２に示す充電対象の電動車両ＪＶの運転手から携帯電話等の送信機器を介して送信される信号であり、充電対象の電動車両ＪＶを特定可能な車両情報、例えば、少なくとも車種に関する情報と、電動車両ＪＶへの充電を行う場所（充電地点）についての地図データを含む。地図データとしては、電動車両ＪＶへの充電を行う場所、例えば、駐車場の地図データや、電動車両ＪＶが駐車されている施設名データであり、電動車両ＪＶへの充電を行う充電地点を特定するに足りるデータである。制御部６００は、受信した充電要請信号の解析で得た地図データを図２に示す走行支援装置６４０に送信し、走行支援装置６４０を介して充電地点までの走行を案内する。この走行案内の際、走行支援装置６４０は、自身のディスプレイに走行路線図等を表示する。なお、充電要請信号に、電動車両ＪＶのグレードと充電電圧を含むようにしてもよい。こうすれば、充電対象の電動車両ＪＶのバッテリーへの充電電圧を充電要請信号から得ることができる。

ステップＳ１１０の走行案内は、続くステップＳ１２０により充電地点に到着したと判定されるまで継続される。そして、充電用車両２０の運転者による充電地点到着スイッチ等の操作により、充電用車両２０が充電地点に到着すると（ステップＳ１２０：肯定判定）、制御部６００は、燃料電池１００を予め規定した定常の運転負荷で発電運転する（ステップＳ１３０）。この際、制御部６００は、運転負荷に対応した量の燃料ガスと空気とを燃料電池１００に供給する。ステップＳ１３０の発電運転は、充電用車両２０が充電地点に到着する以前に開始するようにしてもよい。なお、燃料電池１００が充電用車両２０の駆動用に用いられている場合には、充電地点への充電用車両２０の到着の後、充電地点到着スイッチ等の操作を経て、制御部６００は、燃料電池１００をアイドル運転よりやや負荷の高い状況で発電運転する。

ステップＳ１３０の発電運転に続き、制御部６００は、充電要請信号の解析により充電対象の電動車両ＪＶの車種を特定し、その特定した電動車両ＪＶのバッテリーの充電に適う電圧、例えば、１１０ｋＷの電力に相当する電圧に、燃料電池１００の発電電力を昇圧する（ステップＳ１４０）。昇圧電圧の規定に際し、制御部６００は、充電要請信号に含まれる充電対象の電動車両ＪＶについての車種情報を電動車両データメモリ６１０と照合し、充電対象の電動車両ＪＶのバッテリーの充電電圧を特定する。次いで、制御部６００は、この充電電圧となるよう、昇圧コンバーター１２０を昇圧制御する。

ステップＳ１４０の昇圧に続き、制御部６００は、電動車両ＪＶの給電プラグへの給電コネクタ１７５の接続を待機し、給電コネクタ１７５が接続されると、充電対象の電動車両ＪＶのバッテリーの充電を開始する（ステップＳ１５０）。ステップＳ１５０で開始された充電は、続くステップＳ１６０により充電が完了したと判定されるまで継続される。この充電継続の間、制御部６００は、電流検出部１７２の検出電流に基づいて充電のための出力電力量を算出しつつ、給電コネクタ１７５に付属の信号ケーブルを介した電動車両ＪＶからの充電完了信号の入力を待つ。そして、電動車両ＪＶからの充電完了信号の入力により、充電が完了すると（ステップＳ１６０：肯定判定）、制御部６００は、燃料電池１００の発電運転を停止して（ステップＳ１７０）、充電運転制御を終了する。

以上説明したように、本実施形態の充電用車両２０では、充電対象の電動車両ＪＶのバッテリーを充電するに当たり、燃料電池１００を定常負荷で発電させるに過ぎない。そして、燃料電池１００の運転音は、発電機駆動に伴う運転音より、極めて小さい。また、燃料電池１００から充電運転の間に排出されるのは、電気化学反応に供されなかった余剰の空気に過ぎない。よって、本実施形態の充電用車両２０によれば、例えば、病院建物や学校建物、或いは住宅地、パーティー会場等の特異な場所であっても、支障なく電動車両ＪＶのバッテリーを充電でき、汎用性が高まる。これに加え、本実施形態の充電用車両２０では、充電対象の電動車両ＪＶのバッテリーを充電するに当たり、燃料電池１００を定常負荷で運転して得られる出力電力を電動車両ＪＶのバッテリーの充電に適う電圧に昇圧して充電に用いれば済む。よって、本実施形態の充電用車両２０によれば、比較的、短時間で電動車両のバッテリーを充電できる。具体的には、電動車両ＪＶの満充電容量が４０ｋＷｈであれば、燃料電池１００から出力される直流の出力電力を１１０ｋＷの電力に相当する電圧に昇圧して充電するので、３０分弱で充電が完了する。こうした短時間の充電で済むので、例えば、パーティーなどの集会出席者から充電要請があった場合、パーティーの開催中に電動車両ＪＶの充電を完了できる。

本実施形態の充電用車両２０は、充電を希望するユーザーからの充電要請信号を受信し、この充電要請信号に基づいて、充電用車両２０を、充電対象の電動車両ＪＶの充電地点まで走行案内する（ステップＳ１１０〜１２０）。よって、本実施形態の充電用車両２０によれば、走行中に電動車両ＪＶのバッテリー容量が低下して充電が必要となっても、その電動車両ＪＶの運転者から充電要請信号が送信されることで、走行路線の駐車可能域において電動車両ＪＶの充電を実行できる。

本実施形態の充電用車両２０は、オフガス排出管４１０に香料配合機器４９０を備え、この香料配合機器４９０から放出した香料で、充電対象の電動車両ＪＶの車室にドア等の隙間から花の香りや木片の香りを導き入れることができる。よって、充電が完了した電動車両ＪＶに乗り込んだ車両運転手や同乗者に、香りに基づいた癒し感や好適感を付与できる。

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

本実施形態の充電用車両２０では、燃料電池１００を電動車両ＪＶへの充電用に搭載したが、既述したように、燃料電池１００の発電電力を、充電用車両２０の走行駆動力と、充電対象の電動車両ＪＶにおけるバッテリー充電とに両用できる。そして、このように両用する場合には、荷台３５に搭載した複数の燃料ガスタンク２１０のうちの数本、例えばタンク総数の半分の数の燃料ガスタンク２１０を、充電対象の電動車両ＪＶに対するバッテリー充電用に制限してもよい。或いは、充電用車両２０の走行駆動力に必要な発電電力を賄う燃料ガスタンク２１０の本数を２本に限定し、残りの燃料ガスタンク２１０を、充電対象の電動車両ＪＶに対するバッテリー充電用に制限してもよい。こうすれば、充電対象の電動車両ＪＶのバッテリー充電に際して燃料ガス不足を招かないので、充電対象の電動車両ＪＶのバッテリー充電を、常に、支障なく充電でき、汎用性がより高まる。

本実施形態の充電用車両２０では、充電要請信号は、充電対象の電動車両ＪＶの運転手から携帯電話等の送信機器を介して送信されるとしたが、次のようにしてもよい。まず、充電対象の電動車両ＪＶの運転手は、充電用車両２０を用いた充電サービスを統括する充電センターに携帯電話で音声にて通信する。この音声通話において、充電対象の電動車両ＪＶの運転手は、車種に関する情報等の充電対象の電動車両ＪＶを特定可能な車両情報と、充電地点を、充電センターのオペレーターに伝達する。そして、このオペレーターが、充電対象の電動車両ＪＶの運転手から聞き取った車両情報と充電地点とをデータとして含む充電要請信号に変換し、変換した充電要請信号を充電用車両２０に送信するようにしてもよい。

１０…燃料電池システム、２０…充電用車両、２１…アンテナ、３０…車室、３５…荷台、４０…搭載域、１００…燃料電池、１００ｃ…燃料電池セル、１２０…昇圧コンバーター、１７０…給電器、１７２…電流検出部、１７５…給電コネクタ、２１０…燃料ガスタンク、２２０…燃料ガス供給流路、２３０…燃料ガス排気流路、２４０…燃料ガス循環流路、２８０…気液分離器、３２０…エア供給流路、３３０…エアコンプレッサ、４１０…オフガス排出管、４３０…液水排出管、４５０…バイパス管、４７０…サイレンサー、４９０…香料配合機器、４９１…接続管、６００…制御部、６１０…電動車両データメモリ、６２０…要請受信部、６３０…要請解析部、６４０…走行支援装置、ＤＣＨ…高圧直流配線、ＪＶ…電動車両

Claims (1)

1. 充電用車両であって、
   燃料ガスと酸化ガスの供給を受け、燃料と酸素の電気化学反応を経て発電する燃料電池と、
   充電を希望するユーザーからの充電要請信号であって、充電対象の電動車両を特定可能な車両情報を含む前記充電要請信号を受け取る要請受信部と、
   前記燃料電池から出力される直流の出力電力を、前記車両情報を用いて、前記電動車両のバッテリーの充電に適う電圧に昇圧する昇圧コンバーターと、
   前記昇圧コンバーターが昇圧した直流の昇圧電力を前記バッテリーに導いて、前記バッテリーを充電する給電器と、を備える充電用車両。

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