JP5817848B2 - 燃料電池車両 - Google Patents

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Description

この発明は、燃料電池システムで生成した電力によりモータで駆動輪を駆動する燃料電池車両に関する。
特許文献１には、燃料電池システムの発電停止の際の水素漏洩の検知について開示されている。特許文献２には、システムの休止状態にある際の水素漏洩の検知について開示されている。特許文献３には、水素漏洩等の異常を検出するシステムについて開示されている。これら特許文献１〜３に開示の技術では、水素漏洩を検知するための装置は電源が常時オンにされている。
特開２００５‐２２３５３５号公報 特開２００４‐４０１３号公報 特開２００４‐２１４０２７号公報
燃料電池車両は、燃料電池システム（水素タンク及び配管を含む）とモータとを搭載し、燃料電池システムにより電力を生成し、これによりモータを駆動することで、駆動輪を駆動して走行する車両である。このような燃料電池車両では、水素を検出する水素漏洩センサを搭載し、燃料電池システムからの水素の漏洩を監視する必要がある。
しかしながら、燃料電池車両の走行中においては、燃料電池システムからの水素の漏洩があったとしても走行風のために検知できない可能性がある。
そこで、燃料電池車両が停止してイグニッションスイッチがオフにされても、水素漏洩センサや当該水素漏洩センサで水素を検知するための制御装置については電源を維持し、イグニッションオフ後においても水素の漏洩検知できるようにする必要がある。
しかし、イグニッションオフ後においても水素漏洩センサや制御装置の電源を長期に維持していると、これらに電力を供給する制御用の蓄電器の蓄電量が低下してしまう。そのため、次回、イグニッションスイッチをオンにして車両を走行しようとしても走行できない恐れがある。
本発明の目的は、走行中に燃料電池システムから漏洩した水素を走行停止後にも検知できるようにしつつも、制御用の電源を生成する蓄電器の電力消費量を低減できるようにすることである。
（１）本発明の一形態は、駆動輪と、前記駆動輪を駆動するモータと、電力を生成して前記モータに供給する燃料電池システムと、前記燃料電池システムで生成した電力を前記モータに供給するために蓄電するバッテリとを備えている燃料電池車両において、前記燃料電池システムから漏洩する水素の有無を検出する水素漏洩センサと、前記燃料電池システム及び前記バッテリを制御し、また、前記水素漏洩センサにより前記水素の漏洩の有無を判断する第１の制御部と、前記水素漏洩センサ及び前記第１の制御部に供給する電力を蓄電している蓄電部と、イグニッションオフされた場合は前記水素漏洩センサにより前記水素の漏洩が検知されない限り予め定められた一定時間の間は前記蓄電部から前記水素漏洩センサ及び前記第１の制御部への電力供給を維持し、その後は当該電力供給を停止する第２の制御部と、を備えていることを特徴とする燃料電池車両である。
この一態様では、前記第２の制御部は、イグニッションオフされた場合に、前記水素漏洩センサにより前記水素の漏洩が検知されない限り予め定められた一定時間経過後に前記蓄電部から前記水素漏洩センサ及び前記第１の制御部への電力供給を停止し、前記水素漏洩センサにより水素の漏洩が検知されている間は前記電力供給を継続するようにしてもよい。
（２）別の本発明の一形態は、（１）の形態において、イグニッションオフされた後に前記水素漏洩検知部により前記燃料電池システムから漏洩する水素を検出し続けている間は当該漏洩の事実を報知する第１の報知部をさらに備えていることを特徴とするものである。
（３）別の本発明の一形態は、（２）の形態において、前記蓄電部の蓄電量を検出する蓄電量検出センサをさらに備え、前記第２の制御部は、前記蓄電量検出センサで検出した蓄電量が予め定められた一定値を下回ったときは前記予め定められた一定時間の間又は前記第１の報知部による報知中であっても前記水素漏洩センサ及び前記制御部への電力供給を停止する、ことを特徴とするものである。
（４）別の本発明の一形態は、（１）の形態において、イグニッションオフされた後に前記水素漏洩検知部により前記燃料電池システムから漏洩する水素を検出した場合は当該水素漏洩の事実を履歴として記憶する履歴記憶部と、イグニッションオンされた際に前記履歴記憶部に前記水素漏洩の事実の履歴が記憶されている場合には当該事実を報知する第２の報知部と、をさらに備えていることを特徴とするものである。
（５）別の本発明の一形態は、（４）の形態において、イグニッションオンされた際に前記履歴記憶部に前記水素漏洩の事実の履歴が記憶されている場合には車両の走行を禁止する走行禁止部をさらに備えているものである。
（１）の形態によれば、燃料電池車両の走行中に燃料電池システムから漏洩した水素を走行停止後にも検知できるようにしつつも、制御用の電源を生成する蓄電器の電力消費量を低減できるようにすることができる。
（２）の形態によれば、燃料電池車両の周囲にいる人が燃料電池システムから水素漏洩中であることを知ることができ、適切に対応することが可能となる。
（３）の形態によれば、蓄電部の過放電を防止することができる。
（４）の形態によれば、次回のイグニッションオンの際にイグニッションオフ中の水素漏洩の事実を乗員に報知して気付かせることができる。
（５）の形態によれば、走行中に発生した燃料電池システムからの水素漏洩がいったん収束しても車両の走行を開始すれば再び水素漏洩が起こる可能性が高いため、イグニッションオフ中の水素漏洩の事実があれば車両を走行できないようにして、水素漏洩の再発を防止することができる。
本発明の一実施の形態である燃料電池車両の電気的な接続を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態である燃料電池車両の車両コントローラが実行する制御について説明するフローチャートである。 本発明の一実施の形態である燃料電池車両の車両コントローラが実行する制御について説明するフローチャートである。
以下、本発明の一実施の形態について説明する。
図１は、本実施形態にかかる燃料電池車両１の電気的な接続を示すブロック図である。燃料電池車両１は、モータ１１により駆動輪１２を駆動する。燃料電池システム１３は電力を生成する。また、高電圧バッテリ１４は燃料電池システム１３で生成した電力を蓄電する。この燃料電池システム１３で生成した電力又は高電圧バッテリ１４の蓄電電力をインバータ１５によって交流化し、この交流電力によりモータ１１は駆動される。
水素漏洩センサ１６は、燃料電池システム１３に使用されている水素の漏洩を検出するためのセンサである。
１２Ｖバッテリ２１は、各部に１２Ｖの直流電源２７を制御用の電源として供給するためのバッテリであり、蓄電部を構成するものである。１２Ｖバッテリ２１は、高電圧バッテリ１４を電源として、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を介して充電される。電圧センサ２５は１２Ｖバッテリ２１の電圧を検出して１２Ｖバッテリ２１の蓄電量を検出する蓄電量検出センサとしての機能を有する。
車両コントローラ２３は、マイクロコンピュータを中心に構成された制御装置であり、各部を集中的に制御する。車両コントローラ２３は、ＣＡＮ（Controller Area Network）により燃料電池システム１３、高電圧バッテリ１４、インバータ１５などと通信可能であり、これらの機器を制御することができる。車両コントローラ２３は、その制御機能により第１の制御部、第２の制御部、走行禁止部を実現する。また、車両コントローラ２３は、その不揮発性メモリにより履歴記憶部を実現する。
インジケータ２６は、車両コントローラ２３の制御信号により様々なメッセージを運転者に対して表示することができる。車外ブザー２８は、警告音を発生することができる。車外ブザー２８は第１の報知部を実現する。インジケータ２６は第２の報知部を実現する。
ＤＣ／ＤＣリレー３１は、高電圧バッテリ１４とＤＣ／ＤＣコンバータ２２とを接続するライン３２を接続し又は切断するためのリレーである。ＤＣ／ＤＣリレー３１をオンにしたときは、高電圧バッテリ１４の電力で１２Ｖバッテリ２１を充電することができる。
高電圧リレー３３は、燃料電池システム１３とインバータ１５とを接続するライン３４と、ライン３２との間を接続し又は切断するためのリレーである。高電圧リレー３３をオンにしたときは、燃料電池システム１３の発電電力で高電圧バッテリ１４を充電し、また、高電圧バッテリ１４の電力をモータ１１に供給することができる。高電圧リレー３３のオン、オフは、車両コントローラ２３から制御信号を出力することにより行う。
自己保持リレー３５は、車両コントローラ２３、燃料電池システム１３、高電圧バッテリ１４、インバータ１５などに直流電源２７から制御用電源を供給し又は当該供給を停止するためのリレーである。自己保持リレー３５のオン、オフは、車両コントローラ２３から制御信号を出力することにより行う。
トランジスタで構成されるスイッチング素子４１は、自己保持リレー３５をオン、オフするための素子である。燃料電池車両１のイグニッションスイッチ４２をオンにすると、直流電源２７からダイオード４３を介してスイッチング素子４１のゲートに電圧が印加されてスイッチング素子４１がオンとなり、これによって自己保持リレー３５がオンになって、車両コントローラ２３等に電力が供給される。また、イグニッションスイッチ４２がオフにされていても、車両コントローラ２３からスイッチング素子４１のゲートにダイオード４４を介して制御信号を出力してスイッチング素子４１をオンにし、これによって自己保持リレー３５がオンにすることができる。
水素漏洩センサ１６は、車両コントローラ２３を介して直流電源２７から電力を得、車両コントローラ２３からの制御信号により駆動して、車両コントローラ２３を介して接地されている。また、電圧センサ２５の検出信号も車両コントローラ２３に取り込まれる。
次に、車両コントローラ２３が実行する制御の内容について説明する。図２、図３は、当該制御内容を示すフローチャートである。
まず、イグニッションスイッチ４２をオンにすることによりスイッチング素子４１のゲートに直流電源２７から電力が車両コントローラ２３に供給されると(ステップＳ１のＹ)、車両コントローラ２３が制御信号のスイッチング素子４１のゲートへの出力を開始して、自己保持リレー３５をオンに維持し(ステップＳ２)、もって、車両コントローラ２３の電源をオンの状態に維持する。また、前回のイグニッションスイッチ４２のオフの際に水素漏洩センサ１６で燃料電池システム１３からの水素の漏洩があったか否かが履歴として車両コントローラ２３の不揮発性メモリに記憶されている（詳細は後述）。車両コントローラ２３は、当該履歴の情報を読み出して、水素の漏洩があった旨の履歴が記録されていればインジケータ２６に警報を表示して報知する(ステップＳ２)。なお、警報の報知はインジケータ２６の表示のみならず、音声等で行ってもよい。
そして、車両コントローラ２３は、読み出した履歴により前回の車両１の起動の際に燃料電池システム１３の水素漏洩があったか否かを判断する(ステップＳ３)。車両コントローラ２３は、水素漏洩が無かったときは(ステップＳ３のＮ)、水素漏洩センサ１６で燃料電池システム１３の水素漏洩が検知できるか否かを判断する(ステップＳ４)。水素漏洩が検知できなかったときは（ステップＳ４のＮ）、車両コントローラ２３は、車両１の全システムを起動し、車両１を走行可能な状態とする（ステップＳ５）。すなわち、燃料電池システム１３や高電圧バッテリ１４が供給する電力でモータ１１が駆動可能なようにする。
前述の履歴により前回の車両１の起動の際に燃料電池システム１３の水素漏洩があった(ステップＳ３のＹ)、又は、イグニッションスイッチ４２をオンにした後に水素漏洩が検知できたときは（ステップＳ４のＹ）、車両コントローラ２３は、インジケータ２６に水素漏洩を警報する表示を行う（ステップＳ６）。また、この場合は、車両１のシステムを起動できないようにする（ステップＳ６）。すなわち、車両コントローラ２３は、燃料電池システム１３や高電圧バッテリ１４からモータ１１に電力を供給できないようにして車両１を走行不能とする。そして、その後にイグニッションスイッチ４２をオフにしたときは（ステップＳ７のＹ）、車両コントローラ２３は、燃料電池システム１３の水素漏洩を検知したという異常の発生を履歴として車両コントローラ２３の不揮発性メモリに記憶し、スイッチング素子４１への制御信号をオフすることにより自己保持リレー３５をオフして（ステップＳ１６）、車両コントローラ２３自体もオフする。
車両１の全システムを起動して、車両１を走行可能な状態とした（ステップＳ５）後、水素漏洩センサ１６で水素漏洩を検知したときは（ステップＳ８のＹ）、車両コントローラ２３は、インジケータ２６に水素漏洩を警報する表示を行う（ステップＳ９）。また、この場合は、車両コントローラ２３は、車両１の走行系をオフして車両１が走行できない状態にする（ステップＳ９）。すなわち、車両コントローラ２３は、モータ１１を停止し、燃料電池システム１３や高電圧バッテリ１４からモータ１１への電力供給を停止する。そして、その後にイグニッションスイッチ４２をオフにしたときは（ステップＳ１０のＹ）、車両コントローラ２３は、燃料電池システム１３の水素漏洩を検知したという異常の発生を履歴として車両コントローラ２３の不揮発性メモリに記憶し、スイッチング素子４１への制御信号をオフすることにより自己保持リレー３５をオフして（ステップＳ１６）、車両コントローラ２３自体もオフする。
車両コントローラ２３は、水素漏洩センサ１６で水素漏洩を検知しなかったときは（ステップＳ８のＮ）、その後にイグニッションスイッチ４２をオフにすると（ステップＳ１１のＹ）、車両１の走行系をオフして車両１が走行できない状態にする（ステップＳ１２）。すなわち、車両コントローラ２３は、モータ１１を停止し、燃料電池システム１３や高電圧バッテリ１４からモータ１１への電力供給を停止する。しかし、この場合は、車両コントローラ２３からスイッチング素子４１に制御信号を送信し続けて自己保持リレー３５をオンの状態に維持し、もって車両コントローラ２３の電源を保持する（ステップＳ１２）。これにより、水素漏洩センサ１６での燃料電池システム１３の水素漏洩の検知状態が継続される（ステップＳ１２）。
車両コントローラ２３は、この状態で、燃料電池システム１３の水素漏洩が検知された場合は（ステップＳ１３のＹ）、車外ブザー２８を吹鳴して、燃料電池車両１の周囲にいる人に報知する（ステップＳ１４）。その後、燃料電池システム１３の水素漏洩が検知されなくなって当該水素漏洩が収束した場合は（ステップＳ１５のＹ）、車両コントローラ２３は、燃料電池システム１３の水素漏洩を検知したという異常の発生を履歴として車両コントローラ２３の不揮発性メモリに記憶し、スイッチング素子４１への制御信号をオフすることにより自己保持リレー３５をオフして（ステップＳ１６）、車両コントローラ２３自体もオフする。
水素漏洩が検知され続けて当該水素漏洩が収束していない場合は（ステップＳ１５のＮ）、車両コントローラ２３は、電圧センサ２５で検出する１２Ｖバッテリ２１の電圧が予め設定された下限値を下回っているか否かを判断する（ステップＳ１７）。１２Ｖバッテリ２１の電圧が予め設定された下限値を下回っているときは（ステップＳ１７のＹ）、車両コントローラ２３は、燃料電池システム１３の水素漏洩を検知したという異常の発生を履歴として車両コントローラ２３自身の不揮発性メモリに記憶し、スイッチング素子４１への制御信号をオフすることにより自己保持リレー３５をオフして（ステップＳ１６）、車両コントローラ２３自体もオフする。
一方、ステップＳ１３で燃料電池システム１３の水素漏洩を検知しなかった場合は（ステップＳ１３のＮ）、車両コントローラ２３は、ステップＳ１２で走行系をオフにしてから予め定められた一定時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ１８）。この一定時間が経過したときは（ステップＳ１８のＹ）、車両コントローラ２３は、燃料電池システム１３の水素漏洩を検知しなかったことを履歴として車両コントローラ２３自身の不揮発性メモリに記憶し、スイッチング素子４１への制御信号をオフすることにより自己保持リレー３５をオフして（ステップＳ１６）、車両コントローラ２３自体もオフする。一方、一定時間が経過していないときは（ステップＳ１８のＮ）、車両コントローラ２３は、１２Ｖの直流電源２７の電圧が予め定められた下限値を下回るまで（ステップＳ１９のＹ）、ステップＳ１３で燃料電池システム１３の水素漏洩を検知し続ける（ステップＳ１９のＮ）。この一定時間は、水素漏洩検知に必要な時間であり、実験を行って算出したものである。
以上説明した燃料電池車両１によれば、車両コントローラ２３は、イグニッションスイッチ４２をオフにしても（ステップＳ１１のＹ）、車両コントローラ２３への電源を維持する一方で（ステップＳ１２）、燃料電池システム１３の水素漏洩を検知せずに（ステップＳ１３のＮ）、走行系のオフ後に一定時間が経過すると（ステップＳ１８のＹ）、車両コントローラ２３への電源を切るようにしている（ステップＳ１６）。よって、燃料電池車両１の走行中に燃料電池システム１３から発生した水素を走行停止後にも検知できるようにしつつも、制御用の直流電源２７を生成する１２Ｖバッテリ２１の電力消費量を低減できるようにすることができる。
また、車両コントローラ２３は、水素漏洩を検知すると（ステップＳ１３のＹ）、水素漏洩が収束しない限りは原則として水素漏洩の発生の警報を燃料電池車両１の周囲の人に報知するので（ステップＳ１４，１５のＮ）、搭乗者等が燃料電池システム１３から水素漏洩中であることを知ることができ、適切に対応することが可能となる。
さらに、この警報中であっても（ステップＳ１４，Ｓ１５のＮ）、車両コントローラ２３は、１２Ｖバッテリ２１の電圧が予め設定された下限値を下回っているときは（ステップＳ１７のＹ）、車両コントローラ２３への電力自体もオフするので、１２Ｖバッテリ２１の過放電を防止することができる。
そのうえ、車両コントローラ２３は、水素漏洩の事実は履歴として記憶し（ステップＳ１６）、インジケータ２６に警報として表示することで(ステップＳ２)、次回にイグニッションスイッチ４２をオンにした際に水素漏洩の事実を乗員に報知して気付かせることができる。
また、車両１の走行中に発生した燃料電池システム１３からの水素漏洩がいったん収束しても、車両１の走行を開始すれば再び水素漏洩が起こる可能性が高い。そこで、前回車両１を起動して後のイグニッションスイッチ４２のオフ中に水素漏洩の事実があれば（ステップＳ３のＹ）、車両コントローラ２３は、車両を走行できないようにして（ステップＳ６）、水素漏洩の再発を防止することができる。
なお、前述の実施の形態では、車両コントローラ２３は、自己保持リレー３５を一定時間駆動するようにしているが（ステップＳ１８）、キャパシタを設け、当該キャパシタを１２Ｖバッテリ２１等で充電しておき、これをイグニッションスイッチ４２のオフ後の車両コントローラ２３の電源としてもよい。イグニッションスイッチ４２のオフ後に当該キャパシタが消耗すれば車両コントローラ２３はオフになり、１２Ｖバッテリ２１をそれ以上消耗させないからである。また、車両１の仕様上の理由等で、水素漏洩検知に必要な１２Ｖバッテリ２１の容量を確保できない場合には、高電圧バッテリ１４から降圧した１２Ｖ電源を用いて同等の制御を行うことができる。さらに、１２Ｖバッテリ２１を持たない車両の場合でも、高電圧バッテリ１４から降圧した１２Ｖを用いて同等の制御を行うこともできる。
１１ モータ
１２ 駆動輪
１３ 燃料電池システム
１４ 高電圧バッテリ
１６ 水素漏洩センサ
２１ １２Ｖバッテリ
２３ 車両コントローラ
２５ 電圧センサ
２６ インジケータ
３５ 自己保持リレー
２７ 直流電源
４１ スイッチング素子
４２ イグニッションスイッチ

Claims (5)

  1. 駆動輪と、前記駆動輪を駆動するモータと、電力を生成して前記モータに供給する燃料電池システムと、前記燃料電池システムで生成した電力を前記モータに供給するために蓄電するバッテリとを備えている燃料電池車両であって、
    前記燃料電池システムから漏洩する水素の有無を検出する水素漏洩センサと、
    前記燃料電池システム及び前記バッテリを制御し、また、前記水素漏洩センサにより前記水素の漏洩の有無を判断する第１の制御部と、
    前記水素漏洩センサ及び前記第１の制御部に供給する電力を蓄電している蓄電部と、
    イグニッションオフされた場合は、前記水素漏洩センサにより水素の漏洩が検知されない限り予め定められた一定時間経過後に前記蓄電部から前記水素漏洩センサ及び前記第１の制御部への電力供給を停止し、前記水素漏洩センサにより水素の漏洩が検知されている間は前記電力供給を継続する第２の制御部と、
    を備えていることを特徴とする燃料電池車両。
  2. イグニッションオフされた後に前記水素漏洩センサにより前記燃料電池システムから漏洩する水素を検出し続けている間は当該漏洩の事実を報知する第１の報知部をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。
  3. イグニッションオフされた後に前記水素漏洩センサにより前記燃料電池システムから漏洩する水素を検出し続けている間は当該漏洩の事実を報知する第１の報知部と、
    前記蓄電部の蓄電量を検出する蓄電量検出センサと、
    をさらに備え、
    前記第２の制御部は、前記蓄電量検出センサで検出した蓄電量が予め定められた一定値を下回ったときは前記予め定められた一定時間の間又は前記第１の報知部による報知中であっても前記水素漏洩センサ及び前記第１の制御部への電力供給を停止する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。
  4. イグニッションオフされた後に前記水素漏洩センサにより前記燃料電池システムから漏洩する水素を検出した場合は当該水素漏洩の事実を履歴として記憶する履歴記憶部と、
    イグニッションオンされた際に前記履歴記憶部に前記水素漏洩の事実の履歴が記憶されている場合には当該事実を報知する第２の報知部と、
    をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。
  5. イグニッションオフされた後に前記水素漏洩センサにより前記燃料電池システムから漏洩する水素を検出した場合は当該水素漏洩の事実を履歴として記憶する履歴記憶部と、
    イグニッションオンされた際に前記履歴記憶部に前記水素漏洩の事実の履歴が記憶されている場合には当該事実を報知する第２の報知部と、
    イグニッションオンされた際に前記履歴記憶部に前記水素漏洩の事実の履歴が記憶されている場合には車両の走行を禁止する走行禁止部と、
    をさらに備えている請求項１に記載の燃料電池車両。
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