JP5622798B2 - 車両 - Google Patents

Description

本発明は、車両に関する。より詳しくは、エネルギーストレージと、外部のエネルギー供給装置が接続される接続部と、この接続部を保護するリッドボックスと、を備えた車両に関する。

燃料電池車両は、含酸素の空気と水素を燃料電池に供給し、これによって発電した電力を利用して電動機を駆動することにより走行する。近年、このような燃料電池を、動力を発生するためのエネルギー源として利用した燃料電池車両の実用化が進められている。燃料電池で発電するには水素が必要となるが、近年の燃料電池車両では、高圧タンクや吸蔵合金を備えた水素タンク内に予め十分な量の水素を貯蔵しておき、走行にはタンク内の水素を利用するものが主流となっている。

水素ステーションにおいて燃料電池車両の水素タンク内に水素ガスを充填する場合、運転者は、車両に設けられた水素導入口に、水素ステーションのディスペンサの水素充填ノズルを接続する。この水素導入口は、車両の走行中に巻き込んだ異物によって損傷しないようにするため、車両側部のリッドボックス内で保護されるように設けられている。そして運転者は、水素ガスを水素タンクに充填する場合にリッドボックスのリッドを開き、水素導入口を外部に露出できるようになっている。このように、リッド操作は水素を充填するための予備的な操作であることから、これを利用して安全性を向上した技術も提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１の発明では、車両に搭載された燃料電池を始動するためのスタートスイッチがオンになっている間は、運転者によってリッドを開くリッドオープナーが開操作されたとしても、この操作をキャンセルし、リッドを開けさせないようにしている。またこの技術では、スタートスイッチがオンにされた時にリッドの開閉を確認し、リッドが閉じている場合のみ燃料電池の始動を開始し、リッドが開いている場合には燃料電池の始動を禁止する。特許文献１の技術によれば、水素の補給動作と燃料電池の発電とが同時に行われるのを防止することができる。

特開２００１−３５１６６７号公報

しかしながら特許文献１の技術では、以下に示すようにコストが上昇したり、運転者の使い勝手が悪くなったりする等の課題がある。

例えば、スタートスイッチがオンになっている間は、運転者によるリッドの開操作にかかわらずリッドを開かせないようにするためには、スタートスイッチのＯＮ／ＯＦＦを判断するためのＥＣＵの他、このＥＣＵからの信号に応じてリッドを電磁的に開いたりリッドを電磁的にロックしたりするためのアクチュエータも必要となり、コストが上昇する。

また、速やかに水素の充填を開始できるように、リッドを開いた状態にしながら水素ステーション内を徐行走行する場合があることも考えられるが、スタートスイッチがオンにされている間は一律にリッドを開けさせないようにする特許文献１の技術では、このようにリッドを開きながら徐行走行することはできず使い勝手が悪い。また、バック走行時や強風などによって、スタートスイッチがオンになっている間にリッドが意図せず開かれてしまう場合も考えられるが、このような事態については十分に検討されていない。

本発明は、水素導入口など外部のエネルギー供給装置が接続される接続部をリッドボックス内で保護する車両において、リッドボックス内に異物を巻き込んだり損傷したりするのを十分に抑制しつつ、かつ使い勝手の良い車両を提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するため、本発明は、エネルギー（例えば、後述の水素）を貯蔵するエネルギーストレージ（例えば、後述の高圧タンク３２）と、前記エネルギーストレージに外部のエネルギー供給装置（例えば、後述の水素ステーションのディスペンサ）からエネルギーを供給する場合に、前記エネルギー供給装置（例えば、後述のディスペンサの水素充填ノズル１３）が接続される接続部（例えば、後述の水素導入口２２）と、前記接続部をその内部で保護するリッドボックス（例えば、後述のリッドボックス２１）と、を備え、前記エネルギーストレージに貯蔵されたエネルギーを利用して走行する車両（例えば、後述の燃料電池車両２）を提供する。前記車両は、前記リッドボックスのリッドの開状態を検出するリッド状態検出手段（例えば、後述のリッドセンサ２７）と、車速を検出する車速検出手段（例えば、後述の車速センサ４６）と、前記リッドの開状態が検出されかつ前記車速が停止判断速度以下である場合には、前記車両を走行できない状態にする走行禁止手段（例えば、後述の変速機４２及びＥＣＵ７など）と、を備えることを特徴とする。

（１）本発明では、外部のエネルギー供給装置が接続される接続部は、リッドボックス内に保護される。そしてリッドの開状態が検出されかつ車速が停止判断速度以下である場合には、走行禁止手段によって走行が禁止される。このため、例えば運転者が水素ステーションにおいて水素を充填後、リッドを開いたまま走行しようとした場合、この走行は走行禁止手段によって禁止されるので、リッドを開けたまま走行してしまい、リッドボックス内に異物を巻き込んで接続部を損傷するのを防止できる。
本発明では、車速が停止判断速度以下である場合にのみ車両の走行が禁止される。このため運転者が、水素ステーション内において速やかに充填作業に移れるように、徐行運転しながらリッドを開いたとしても、これによって車両が走行できなくなることは無いため、運転者の使い勝手を向上できる。
本発明では、リッドを電磁的に開閉制御する必要がないため、これに付随するアクチュエータやコントローラなどの電子機器も搭載する必要がなく、コスト及び重量を共に低減できる。
また本発明では、走行中に意図せずリッドが開いた場合であっても、車速が停止判断速度以下でない限りは車両が走行できない状態になることはなく、車速が停止判断速度以下になったときに始めて車両が走行できない状態になるため、運転者に与える違和感を軽減できる。

（２）この場合、前記車両は、前記リッド状態検出手段によってリッドの開状態が検出された場合、当該リッドが開いた状態であることを運転者に報知する報知手段（例えば、後述のリッド警告灯４８及びＥＣＵ７）をさらに備えることが好ましい。

（２）本発明によれば、リッドが開いた状態であることを報知手段によって運転者に報知することにより、運転者の意図しないところでリッドが開いてしまいこれに起因して車両が自動的に走行できない状態になったとしても、運転者はこれがリッドによるものであることを即座に認識できるので、運転者に与える不安感を軽減できる。

（３）この場合、前記車速が前記停止判断速度よりも十分に大きい通常走行判断速度以上であるときに前記リッド状態検出手段によりリッドの開状態が検出された場合には、走行中の車両の車速を強制的に減速させる減速手段（例えば、後述のブレーキ４３及びＥＣＵ７）をさらに備えることが好ましい。

（３）本発明によれば、車速が通常走行判断速度以上であるときにリッドが開かれた場合には、減速手段によって車速を強制的に減速させる。そして、車速が停止判断速度以下となった場合には、走行禁止手段によって走行が禁止される。これにより、誤操作によってリッドが開かれてしまった場合であっても、リッドが開いたまま長距離を走行してしまい、リッドボックス内に異物を多く巻き込んでしまうのを防止することができる。

（４）この場合、前記走行禁止手段は、変速機（例えば、後述の変速機４２）の駆動系をロックすることにより、車両を走行できない状態にすることが好ましい。

（４）本発明によれば、変速機の駆動系をロックして車両を走行できない状態にすることにより、確実に車両の走行を禁止することができる。

（５）この場合、前記停止判断速度は０であることが好ましい。

（５）本発明では、走行禁止手段が車両を走行できない状態にするか否かを判断するための閾値としての停止判断速度を０に設定することにより、車両が確実に止まったときか又は車両が確実に止まっているとき、すなわち運転者が確実に停止の意思があるときにのみ、車両を走行できない状態にできるので、運転者に与える違和感を確実に低減することができる。

本発明の一実施形態に係る燃料電池車両の構成を示す図である。 上記実施形態に係るリッドセンサの出力に基づく走行禁止処理の手順を示すフローチャートである。 上記実施形態に係るリッドセンサの出力に基づく強制減速処理の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る車両２の構成を示す図である。
車両２は、高圧タンク３２内に貯蔵された水素を利用して発電する燃料電池システム３と、ドライブトレイン４と、これらを制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）５とを備え、燃料電池システム３で発電した電力を利用して走行する燃料電池車両と呼称される車両である。

ドライブトレイン４は、図示しないインバータを介して燃料電池システム３で発電した電力が供給される走行モータ４１と、走行モータ４１で発生した駆動力を駆動輪Ｗ，Ｗに伝達する変速機４２と、変速機４２の出力軸の回転を減速するブレーキ４３と、を備える。

燃料電池システム３は、燃料電池３１と、この燃料電池３１に水素を供給するエネルギーストレージとしての高圧タンク３２と、燃料電池３１に酸化剤ガスとしての空気を供給するエアポンプ３３と、燃料電池システム３に対する起動要求を検出するイグニッションスイッチ３９と、を備える。

燃料電池３１は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。各燃料電池セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極（陰極）及びカソード電極（陽極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。

エアポンプ３３は、エア供給管路３４を介して燃料電池３１のカソード電極側に形成されたカソード流路に接続されている。高圧タンク３２は、水素供給管路３５を介して燃料電池３１のアノード電極側に形成されたアノード流路に接続されている。運転者によるイグニッションスイッチ３９の操作を契機として燃料電池システム３が起動されると、燃料電池３１のアノード流路には高圧タンク３２からの水素が供給され、カソード流路にはエアポンプ３３からの空気が供給され、これにより発電する。燃料電池３１で発電した電力は、走行モータ４１に供給され、これにより車両２は走行する。

高圧タンク３２は、高圧に圧縮された水素を貯蔵するタンク本体３２１と、水素導入管３２２と、を備える。水素導入管３２２は、一端側がタンク本体３２１に接続され、他端側が後述のリッドボックス２１内に設けられた水素導入口２２に接続されている。水素導入管３２２には、タンク本体３２１側から車両２の外側へ水素が逆流するのを防止するため、タンク本体３２１の近傍と水素導入口２２の近傍にそれぞれ逆止弁３２４，３２５が設けられている。

リッドボックス２１は、例えば車両２の側部後方に設けられており、その内部で水素導入口２２及び赤外線通信装置２９を保護する。リッドボックス２１は、凹状の容体２５と、容体２５に回動可能に設けられたリッド２３と、リッド２３を保持するロック機構２６と、を備える。

赤外線通信装置２９は、赤外線ＬＥＤ及びそのドライバ（図示せず）などを含んで構成される。赤外線通信装置２９は、高圧タンク３２の圧力センサや温度センサ（図示せず）で検出された圧力や温度に基づいて高圧タンク３２の現在の状態を示すデータ信号を生成し、このデータ信号に応じて赤外線ＬＥＤを点滅させることにより、データ信号を後述の水素ステーションの赤外線通信器１４に送信する。

ロック機構２６は、リッド２３を回動し容体２５を塞ぐとこの状態でリッド２３をロックし、リッドボックス２１内の水素導入口２２を保護する。またロック機構２６は、運転席側に設けられたリッドオープナー２８とワイヤで連結されている。運転者によってリッドオープナー２８が操作されると、ロック機構２６によるリッド２３のロックが解除され、リッド２３が開かれる。

水素ステーションにおいて、車両２の高圧タンク３２に水素を充填する手順は以下のようになっている。
先ず、運転者は、水素ステーションの図示しないディスペンサの近傍に車両２を寄せて停車した後、イグニッションスイッチ３９をオフにし、燃料電池３１による発電を停止させる。次に、運転者は、リッドオープナー２８を操作することによってリッド２３を開き、水素導入口２２を外部に露出させる。次に、運転者は、ディスペンサに設けられた水素充填ノズル１３を水素導入口２２に接続する。これにより、水素充填ノズル１３から水素導入口２２を介して水素を充填することが可能になるとともに、車両２に設けられた赤外線通信装置２９と、水素充填ノズル１３に設けられた赤外線通信器１４との間で赤外線通信が可能となる。

車両２側の赤外線通信装置２９とディスペンサ側の赤外線通信器１４との間で赤外線通信が可能になると、車両２側からは高圧タンク３２の現在の状態を示すデータ信号が送信される。ディスペンサは、赤外線通信器１４を介して受信したデータ信号に基づいて、現在の高圧タンク３２の状態を把握し、状態に応じて充填流量を調整しながら高圧タンク３２に水素を充填する。

ＥＣＵ７には、以上のような車両２の状態を検出するためのセンサとして、車速センサ４６と、シフトポジションセンサ４７と、リッドセンサ２７が接続されている。

車速センサ４６は、車両２の車速を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。シフトポジションセンサ４７は、運転者による図示しないシフトレバー操作によって選択されている変速機４２のシフトポジション（例えば、ドライブレンジ、ニュートラルレンジ、リバースレンジ、パーキングレンジなど）を検出し、現在のシフトポジションに応じた信号をＥＣＵ７に送信する。

リッドセンサ２７は、リッド２３がロック機構２６によってロックされ、リッドボックス２１内に水素導入口２２が保護された状態（リッドが閉じた状態）では、これを示す閉信号をＥＣＵ７に送信し、ロック機構２６によるリッド２３のロックが解除され、水素導入口２２が外部に露出した状態（リッドが開いた状態）では、これを示す開信号をＥＣＵ７に送信する。なお、これら閉信号及び開信号のうち何れかは無信号としてもよい。

また、車両２内の運転者から視認可能な位置には、リッドの状態を示すリッド警告灯４８が設けられている。ＥＣＵ７は、リッドセンサ２７から開信号を受信すると、この警告灯４８を点灯し、運転者に対しリッド２３が開いた状態であることを運転者に報知する。

次に、リッドセンサ２７の出力に基づく車両２の走行禁止処理及び強制減速処理の手順について説明する。

図２は、走行禁止処理の手順を示すフローチャートである。図２に示す処理は、運転者によるイグニッションスイッチのオン操作を契機として、燃料電池で発電した電力又は図示しない高圧バッテリの電力を利用して車両が走行可能な状態になった後、ＥＣＵによって所定の周期で実行される。

Ｓ１では、ＥＣＵは、車速が停止判断速度以下であるか否かを判別する。この停止判断速度は、車両が実質的に停止しているか否かを判別するために車速に対して設定される閾値であり、例えば０［ｋｍ／ｈ］に設定される。Ｓ１の判別がＮＯの場合には、Ｓ４に移り、Ｓ１の判別がＹＥＳである場合には、Ｓ２に移る。Ｓ２では、ＥＣＵは、リッドセンサから開信号を受信しているか否かを判別する。Ｓ２の判別がＮＯの場合には、Ｓ４に移る。Ｓ２の判別がＹＥＳである場合、すなわちリッドが開いておりかつ車両が実質的に停止していると判断した場合には、Ｓ３に移る。Ｓ３では、ＥＣＵは、変速機のシフトポジションのパーキングポジションへの自動切替、すなわちパーキングロックを許可し、Ｓ４に移る。なお、このパーキングポジションへの自動切替が許可された状態であるか否かは、例えば図示しないフラグによって明示される。

Ｓ４では、ＥＣＵは、シフトポジションセンサの出力に基づいて現在のシフトポジションがパーキングポジション以外であり、かつパーキングポジションへの自動切替が許可された状態であるか否かを判別する。Ｓ４の判別がＮＯの場合には、ＥＣＵは、シフトポジションを現在の状態に維持すべく、この処理を終了する。Ｓ４の判別がＹＥＳの場合には、ＥＣＵは、シフトポジションをパーキングポジションに強制的に制御し、変速機の駆動系をパーキングロックすることにより、車両を走行できない状態にする（Ｓ５）。これにより、リッドを開いたまま車両が走行してしまい、リッドボックス内に異物を巻き込み、リッドボックス内の水素充填口や赤外線通信装置等が損傷するのを防止できる。

図３は、リッドスイッチの出力に基づく強制減速処理の手順を示すフローチャートである。図３に示す処理も、図２に示す処理と同様に、運転者によるイグニッションスイッチのオン操作を契機として車両が走行可能な状態になった後、ＥＣＵによって所定の周期で実行される。

Ｓ１１では、ＥＣＵは、車速が上述の停止判断速度よりも十分に大きな通常走行判断速度以上であるか否かを判別する。この通常走行判断速度は、運転者の即時の水素充填の意思の有無を判別するために車速に対して設定される閾値であり、例えば６０［ｋｍ／ｈ］に設定される。Ｓ１１の判別がＮＯの場合には、この処理を終了し、Ｓ１１の判別がＹＥＳである場合には、Ｓ１２に移る。Ｓ１２では、ＥＣＵは、リッドセンサから開信号を受信しているか否かを判別する。Ｓ１２の判別がＮＯである場合には、この処理を終了する。

Ｓ１２の判別がＹＥＳである場合、すなわち車速が通常走行判断速度以上であるときにリッドが開かれた場合には、Ｓ１３に移り、減速停止処理を開始する。この減速停止処理では、ＥＣＵは、走行中の車両が停止するまで、ブレーキを制御し車速を強制的に減速させる。これにより、誤ってリッドを開いたままの状態で長距離を走行してしまい、リッドボックス内に多くの異物が巻き込んでしまい、リッドボックス内の水素導入口や赤外線通信装置等が損傷したりしてしまうのを防止できる。

以上詳述した本実施形態の燃料電池車両２によれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態によれば、リッド２３の開状態がリッドセンサ２７によって検出されかつ車速が停止判断速度（例えば、０［ｋｍ／ｈ］）以下である場合には、変速機４２の駆動系をパーキングロックすることによって走行が禁止される。このため、例えば運転者が水素ステーションにおいて水素を充填後、リッド２３を開いたまま走行しようとした場合、この走行は禁止されるので、リッド２３を開けたまま走行してしまい、リッドボックス２１内に異物を巻き込んで水素導入口２２や赤外線通信装置等を損傷するのを防止できる。また本実施形態では、車速が上記停止判断速度以下である場合にのみ車両２の走行が禁止されるため、運転者が、水素ステーション内において速やかに充填作業に移れるように、徐行運転しながらリッド２３を開いたとしても、これによって車両２が走行できなくなることは無いため、運転者の使い勝手を向上できる。また本実施形態では、リッド２３を電磁的に開閉制御する必要がないため、これに付随するアクチュエータやコントローラなどの電子機器も搭載する必要がなく、コスト及び重量を共に低減できる。また本実施形態では、走行中に意図せずリッド２３が開いた場合であっても、車速が上記停止判断速度以下でない限りは車両２が走行できない状態になることはなく、車速が上記停止判断速度以下になったときに始めて車両２が走行できない状態になるため、運転者に与える違和感を軽減できる。

（２）本実施形態によれば、リッド２３が開いた状態であることを、リッド警告灯４８を点灯することによって運転者に報知することにより、運転者の意図しないところでリッド２３が開いてしまいこれに起因して車両２が自動的に走行できない状態になったとしても、運転者はこれがリッド２３によるものであることを即座に認識できるので、運転者に与える不安感を軽減できる。
（３）本実施形態によれば、車速が通常走行判断速度（例えば、６０［ｋｍ／ｈ］）以上であるときにリッド２３が開かれた場合には、ブレーキ４３によって車速を強制的に減速させる。そして、車速が停止判断速度以下となった場合には、変速機４２をパーキングロックすることによって走行が禁止される。これにより、誤操作によってリッド２３が開かれてしまった場合であっても、リッド２３が開いたまま長距離を走行してしまい、リッドボックス２１内に異物を多く巻き込んでしまうのを防止することができる。

（４）本実施形態によれば、変速機４２の駆動系をパーキングロックして車両２を走行できない状態にすることにより、確実に車両２の走行を禁止することができる。
（５）本実施形態では、ＥＣＵ７が車両を走行できない状態にするか否かを判断するための閾値としての停止判断速度を０［ｋｍ／ｈ］に設定することにより、車両２が確実に止まったときか又は車両２が確実に止まっているとき、すなわち運転者が確実に停止の意思があるときにのみ、車両２を走行できない状態にできるので、運転者に与える違和感を確実に低減することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限るものではない。
上記実施形態では、燃料ガスを貯蔵する高圧タンクをエネルギーストレージとした例について説明したが、これに限らず、吸蔵合金を備えた貯蔵容器をエネルギーストレージとしてもよい。
また、上記実施形態では、水素をエネルギーとして利用し走行する燃料電池車両を例について説明したが、これに限らず、天然ガスをエネルギーとして利用し走行する天然ガス自動車にも適用できる。

また、上記実施形態では、Ｓ５においてシフトポジションを強制的にパーキングポジションに制御することにより車両を走行できない状態にしたが、車両を走行できない状態にする手段は、これに限らない。例えばＳ５では、パーキングブレーキを作動させることにより、車両を走行できない状態にしてもよい。

なお、上記実施形態では、ロック機構２６によるリッド２３のロックを、リッドオープナー２８の操作によってワイヤを介して機械的に解除するようにしたが、本発明はこれに限らず、アクチュエータを介して電磁的に解除するようにしてもよい。
上記実施形態では、リッド警告灯４８を報知手段とした例について説明したが、報知手段はこれに限らない。報知手段の報知態様としては、上記実施形態のようにリッド警告灯のような視覚的に運転者に訴えるものの他、音声や振動などでもよい。

また、本発明は燃料電池車両２に限らず、電動車両に適用することもできる。電動車両は、エネルギーストレージとしての蓄電装置と、この蓄電装置に外部の充電装置から電力を供給する場合に、充電装置のプラグが接続される充電コネクタと、この充電コネクタを内部で保護するリッドボックスと、を備える。すなわち、上記実施形態の燃料電池車両２における高圧タンク３２が蓄電装置に相当し、水素導入口２２が充電コネクタに相当するものとすることにより、本発明は容易に電動車両に適用することができる。

２…燃料電池車両
２１…リッドボックス
２２…水素導入口（接続部）
２３…リッド
２７…リッドセンサ（リッド状態検出手段）
３…燃料電池システム
３２…高圧タンク（エネルギーストレージ）
４２…変速機（走行禁止手段、変速機）
４３…ブレーキ（減速手段）
４６…車速センサ（車速検出手段）
４８…リッド警告灯（報知手段）
７…ＥＣＵ（走行禁止手段、減速手段、報知手段）

Claims (4)

1. エネルギーを貯蔵するエネルギーストレージと、
   前記エネルギーストレージに外部のエネルギー供給装置からエネルギーを供給する場合に、前記エネルギー供給装置が接続される接続部と、
   前記接続部をその内部で保護するリッドボックスと、を備え、前記エネルギーストレージに貯蔵されたエネルギーを利用して走行する車両であって、
   前記リッドボックスのリッドの開状態を検出するリッド状態検出手段と、
   車速を検出する車速検出手段と、
   前記リッドの開状態が検出されかつ前記車速が停止判断速度以下である場合には、前記車両を走行できない状態にする走行禁止手段と、
   前記車速が前記停止判断速度よりも十分に大きい通常走行判断速度以上であるときに前記リッド状態検出手段によりリッドの開状態が検出された場合には、走行中の車両の車速を強制的に減速させる減速手段と、を備えることを特徴とする車両。
2. 前記リッド状態検出手段によってリッドの開状態が検出された場合、当該リッドが開いた状態であることを運転者に報知する報知手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の車両。
3. 前記走行禁止手段は、変速機の駆動系をロックすることにより、車両を走行できない状態にすることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両。
4. 前記停止判断速度は０であることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の車両。
   
   

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