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JP4225281B2 - 燃料電池システム - Google Patents

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Description

本発明は、車両等の移動体に搭載された燃料電池から該移動体の各部へ電力を供給する燃料電池システムに関する。
近年、環境への配慮や燃費の向上を図るべく、燃料電池を搭載した車両が開発されている。このような燃料電池から車両の各部へ電力を供給する燃料電池システムにおいては、燃料電池への燃料補給時に車両の移動を禁止する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、一般のバッテリの充電時においても、車両の移動を禁止する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００１−３５１６６７号公報 特開平７−３９０１２号公報 特開２００４−１４１８５号公報 特開２００４−１５８３３３号公報 特開２００３−１５１６０１号公報 特開２００４−１４６１１３号公報
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、燃料補給時のフューエルリッドの開閉を検知するセンサを必要とする。また、特許文献１に記載の技術においても、電力供給コネクタの接続を検出する検出スイッチを必要としている。このようなセンサあるいは検出スイッチは、一般には機械的作用を伴うスイッチであり、フューエルリッドの開閉部付近あるいは電力コネクタの接続部付近は、環境の変化が激しい場合も想定される。したがって、これらのセンサが、車両等の移動体と移動体外部の装置との接続箇所付近で用いられる場合には、厳しい環境での高い耐久性を要求されることになる。
本発明は、燃料電池を搭載した移動体を移動体外部と接続した場合に、移動体と移動体外部との接続部付近にセンサを設けることなく、移動体と移動体外部との接続を判定し、移動体の移動を禁止することが可能な技術を提供することを目的とする。
本発明は上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。すなわち、本発明の燃料電池システムは、移動体に搭載される燃料電池と、移動体と移動体の外部に設けられた外部電力源とを接続する外部接続手段と、移動体と外部電力源とが外部接続手段を通じて接続されているか否かを判定する接続判定手段と、接続判定手段により移動体と外部電力源とが外部接続手段を通じて接続されていると判定された場合に、移動体の移動を禁止する移動禁止手段とを備えることを特徴とする。
このような構成とすることで、燃料電池を搭載した移動体と外部電力源とが接続されている場合には、移動体の移動が禁止される。なお、この接続判定手段は、移動体と移動体の外部に設けられた外部電力源とを接続する外部接続手段から離間して設置し、遠隔的に接続を判定することが好ましい。
上記燃料電池システムにおいて、移動禁止手段により移動体の移動が禁止されていることを報知する報知手段を備えるように構成してもよい。
このような構成とすることで、利用者は、移動体が移動しない原因を容易に認識することができる。
上記燃料電池システムにおいて、移動体は、該移動体を移動させる駆動用モータを備え、移動禁止手段は、駆動用モータへの電力供給を遮断するように構成してもよい。
このような構成とすることで、駆動用モータの回転を停止させて移動体の移動を禁止することが可能となる。
上記燃料電池システムにおいて、燃料電池の運転環境の維持管理に利用される補機と、補機に対する燃料電池および外部電力源からの電力供給を制御する電力供給制御手段とを備えるように構成してもよい。このような構成とすることで、補機を動作させるために車両と外部電力源とが接続される場合において、適切に移動体の移動を禁止させることが可能となる。
上記燃料電池システムにおいて、電力供給制御手段は、外部接続手段と補機との間を接続または遮断の状態に切り替える接続切替手段を有し、接続判定手段は、接続切替手段により外部接続手段と補機との間を遮断した状態で、外部電力源が外部接続手段に接続されているか否かを判定するように構成してもよい。このような構成とすることで、補機の有する抵抗値の影響を排除した上で、外部電力源が外部接続手段に接続されているか否かを判定できる。
燃料電池を搭載した移動体を移動体外部と接続した場合に、移動体と移動体外部との接続部付近にセンサを設けることなく、移動体と移動体外部との接続を判定し、移動体の移動を禁止することができる。
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）に係る燃料電池システムについて説明する。なお、以下の実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されるものではない。
図１に本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成図を示す。図１に示す燃料電池システムは、車両２００内に構成される。この燃料電池システムは、車両２００を移動させる駆動モータ２０４に対して電力を供給するものであり、燃料電池（ＦＣ：Fuel Cell）１０２、開閉センサ１０４、配線１０５、抵抗検出器１０６、ヒータ１０８、スイッチ１１０、１１２、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１１４、スイッチ１１６、ランプ１１８およびスピーカ１２０を備える。
ＦＣ１０２は、スイッチ１１２および１１０と、配線１０５と、外部端子１２５（本発明の外部接続手段に相当）とを介して、車両２００外に設けられた外部電力源３００に接続可能に構成されている。また、ＦＣ１０２の出力端子は、スイッチ１１６を介して駆動モータ２０４に接続されている。
開閉センサ１０４は、例えばタッチセンサであり、蓋部２０２の開閉状態を検出する。この蓋部２０２は、開放時に配線１０５を車両２００の外部に露出させ、車両２００と外部電力源３００との接続を可能とするものである。開閉センサ１０４による蓋部２０２の開閉状態の検出結果は、ＥＣＵ１１４に送られる。
ヒータ１０８は、配線１０５上に設けられたスイッチ１１０（本発明の接続切替手段に
相当）とスイッチ１１２との間に、ＦＣ１０２と並列に接続される（スイッチ１１０、スイッチ１１２およびＥＣＵ１１４が本発明の電力供給制御手段に相当する）。このヒータ１０８は、低温時にＦＣ１０２が凍結しあるいはＦＣ１０２の始動性が低下することを防止すべく、ＦＣ１０２および外部電力源３００から電力の供給を受けてＦＣ１０２を暖機するための補機である。なお、ヒータ１０８とともに、スイッチ１１０とスイッチ１１２との間に、ヒータ１０８と並列にウォータポンプ、バルブが接続される構成でもよい。この場合、これらウォータポンプおよびバルブも、補機として外部電力源３００から電力の供給を受けてＦＣ１０２を暖機するために用いることもできる。
抵抗検出器１０６は、外部端子１２５、１２５の間の抵抗を検出し、ＥＣＵ１１４に報告する。抵抗検出器１０６は、周知のように電圧源と電流センサ、あるいは、電圧源と電圧センサと電流センサとによって構成できる。
なお、本実施形態の燃料電池システムでは、この抵抗検出器１０６は、配線１０５を介して外部端子１２５，１２５の間の抵抗を測定できればよいので、車両２００と外部電力源３００との接続部である外部端子１２５付近に抵抗検出器１０６を設置する必要はない。したがって、外気にさらされる厳しい環境に抵抗検出器１０６を設置する必要はない。例えば、車両２００内で外部環境から保護された位置に抵抗検出器１０６を設置すればよい。
ＥＣＵ１１４は、燃料電池システムの作動を制御するものである。このＥＣＵ１１４は、開閉センサ１０４によって検出された蓋部２０２の開閉状態を取得するとともに、抵抗検出器１０６の検出抵抗値を読み出す（抵抗検出器１０６およびＥＣＵ１１４が本発明の接続判定手段に相当する）。そして、ＥＣＵ１１４は、これら蓋部２０２の開閉状態および抵抗検出器１０６の検出抵抗値に応じて、スイッチ１１６を制御する。これにより、スイッチ１１６がオン状態の場合には、ＦＣ１０２から駆動モータ２０４へ電力が供給されて車両２００の移動が許可され、スイッチ１１６（本発明の移動禁止手段に相当）がオフ状態の場合には、ＦＣ１０２から駆動モータ２０４への電力が遮断されて車両２００の移動が禁止される。
ただし、本実施形態の燃料電池システムでは、ＥＣＵ１１４は、抵抗検出器１０６からの抵抗値を読み取る前に、スイッチ１１０を開放し、ヒータ１０８等の補機を外部端子１２５から切り離す。これにより、ＥＣＵ１１４は、配線１０５を通じて外部端子１２５に接続されるヒータ１０８等、補機の抵抗値の影響を除外した上で、外部電力源３００が外部端子１２５に接続されているか否かを正確に判定できる。
また、ＥＣＵ１１４は、スイッチ１１６の状態に応じて、ランプ１１８を点灯させたり、所定の警報音をスピーカ１２０から出力させる制御を行う（ランプ１１８およびスピーカ１２０が本発明の報知手段に相当する）。
また、ＥＣＵ１１４は、ＦＣ１０２の暖機が必要となった場合に、スイッチ１００および１１２の少なくともいずれかをオン状態にする。これにより、ＦＣ１０２および外部電力源３００の少なくともいずれかからヒータ１０８に電力が供給され、当該ヒータ１０８が過熱して、ＦＣ１０２の暖機が行われる。
次に、フローチャートを参照しつつ、燃料電池システムの動作を説明する。図２は、燃料電池システムの第１の動作を示すフローチャートである。図２は、ＦＣ１０２の始動時の動作を示すものである。
ＥＣＵ１１４は、開閉センサ１０４によって検出された蓋部２０２の開閉状態を取得し
、当該蓋部２０２が開放されているか否かを判定する（Ｓ１００）。蓋部２０２が開放されている場合には、ＥＣＵ１１４は、スイッチ１１０を遮断することにより、ヒータ１０８等の補機を外部端子１２５からの切り離す（Ｓ１０１）。
そして、ＥＣＵ１１４は、抵抗検出器１０６の検出抵抗値を読み出し（Ｓ１０３）、当該検出抵抗値に基づいて、車両２００と外部電力源３００とが配線１０５を介して接続されているか否かを判定する（Ｓ１０３）。車両２００と外部電力源３００とが配線１０５および外部端子１２５を介して接続されている場合には、外部端子１２５、１２５間の抵抗値は、所定の値になる。
一方、車両２００と外部電力源３００とが配線１０５および外部端子１２５を介して接続されていない場合には、外部端子１２５、１２５間の抵抗値は、空気中の絶縁抵抗に相当する大きな値（開放状態）となる。したがって、ＥＣＵ１１４は、この検出抵抗値が所定の値を超えた否かにより車両２００と外部電力源３００との接続状態を判定することができる。
車両２００と外部電力源３００とが配線１０５および外部端子１２５を介して接続されている場合、車両２００が移動すると、配線１０５あるいは外部端子１２５の破損等が生じる可能性がある。このため、ＥＣＵ１１４は、車両２００の移動を禁止する制御を行う（Ｓ１０４）。具体的には、ＥＣＵ１１４は、スイッチ１１６をオフ状態にする。これにより、ＦＣ１０２から駆動モータ２０４への電力が遮断され、当該駆動モータ２０４が駆動されないため、車両２００の移動が禁止されることになる。
そして、車両２００の移動が禁止された場合には、ＥＣＵ１１４は、その旨を通知すべくランプ１１８を点灯させたり、所定の警報音をスピーカ１２０から出力させる制御を行う（Ｓ１０５）。
一方、車両２００と外部電力源３００とが配線１０５を介して接続されていない場合（Ｓ１０４において否定判断の場合）には、車両２００が移動しても配線１０５の破損等が生じることはない。このため、ＥＣＵ１１４は、燃料電池システムを始動し、車両２００の移動を許可する制御を行う（Ｓ１０６）。具体的には、ＥＣＵ１１４は、スイッチ１１６をオン状態にする。これにより、ＦＣ１０２から駆動モータ２０４へ電力が供給され、当該駆動モータ２０４の駆動が可能となるため、車両２００の移動が許可されることになる。
また、蓋部２０２が閉鎖されている場合（Ｓ１０１において否定判断の場合）も、車両２００と外部電力源３００とが配線１０５を介して接続されていないのであるから、車両２００が移動しても配線１０５の破損等が生じることはない。このため、ＥＣＵ１１４は、燃料電池システムを始動し、車両２００の移動を許可する制御を行う（Ｓ１０６）。
このように本実施形態の燃料電池システムでは、ＥＣＵ１１４は、抵抗検出器１０６の検出抵抗値によって車両２００と外部電力源３００との接続状態を判定し、これら車両２００と外部電力源３００とが接続されている場合には、車両２００が移動することによって配線１０５の破損等が生じることを防止すべく、スイッチ１１６をオフ状態にしてＦＣ１０２から駆動モータ２０４への電力供給を遮断することにより、車両２００の移動を禁止する。したがって、ＦＣ１０２を搭載した車両２００と外部電力源３００とが接続される場合において、車両２００の移動禁止を適切に行うことが可能となる。
また、本実施形態の燃料電池システムでは、ＥＣＵ１１４は、抵抗検出器１０６による外部端子１２５，１２５間の抵抗値を読み取る際に、外部端子１２５からヒータ１０８等
の補機を切り離す。したがって、ＥＣＵ１１４は、確実に外部端子１２５に外部電力源３００が接続されているか否かを判定できる。したがって、例えば、開閉センサ１０４が故障したような場合でも、確実に車両２００が外部電力源３００に接続されているか否かを判定し、有効に車両２００の発進を禁止できる。
なお、上述した実施形態では、車両２００に外部電力源３００との接続を可能とするための蓋部２０２が設けられているが、この蓋部２０２のない車両についても本発明を適用することができる。図３は、車両２００に蓋部２０２が設けられていない場合における燃料電池システムの動作（第２の動作）を示すフローチャートである。
図３は、ＦＣ１０２の始動時の動作を示すものであり、図２のＳ１０１の動作が行われないこと以外は、当該図２の動作と同様である。すなわち、ＥＣＵ１１４は、まず、スイッチ１１０を遮断することにより、スイッチヒータ１０８等の補機を外部端子１２５からの切り離す（Ｓ２００）。次に、ＥＣＵ１１４は、抵抗検出器１０６の検出抵抗値を読み出し（Ｓ２０１）、当該検出抵抗値に基づいて、車両２００と外部電力源３００とが配線１０５および外部端子１２５を介して接続されているか否かを判定する（Ｓ２０２）。そして、車両２００と外部電力源３００とが配線１０５および外部端子１２５を介して接続されている場合、ＥＣＵ１１４は、車両２００の移動を禁止する制御を行うとともに（Ｓ２０３）、車両２００が移動禁止である旨を通知すべくランプ１１８を点灯させたり、所定の警報音をスピーカ１２０から出力させる制御を行う（Ｓ２０４）。
一方、車両２００と外部電力源３００とが配線１０５を介して接続されていない場合（Ｓ２０２において否定判断の場合）には、ＥＣＵ１１４は、燃料電池システムを始動し、車両２００の移動を許可する制御を行う（Ｓ２０５）。
このように、本実施形態の燃料電池システムでは、車両２００と外部電力源３００との接続部である外部端子１２５付近に、接続の有無を判定するセンサを設けることなく、車両２００と外部電力源３００との接続を判定する。すなわち、抵抗検出器１０６は、本来ヒータ１０８への外部電力源３００からの電力供給に使用される配線１０５を利用し、遠隔的に外部端子１２５の抵抗値を検知する。
また、ＥＣＵ１１４は、抵抗検出器１０６の検出抵抗値を読み取ることで、車両２００と外部電力源３００とが接続されているか否かを判定し、適正に車両２００の発進を禁止できる。したがって、本実施形態の燃料電池システムでは、外部端子１２５付近に接続を検知するセンサを設ける必要がない。
また、本実施形態の燃料電池システムでは、ＥＣＵ１１４は、抵抗検出器１０６による外部端子１２５，１２５間の抵抗値を読み取る際に、外部端子１２５からヒータ１０８等の補機を切り離す。したがって、ＥＣＵ１１４は、確実に外部端子１２５に外部電力源３００が接続されているか否かを判定できる。
また、上述した実施形態では、ＦＣ１０２に始動時について説明したが、ＦＣ１０２の暖機が行われている場合においても本発明を適用することができる。図４は、ＦＣ１０２の暖機が行われる場合における燃料電池システムの動作（第３の動作）を示すフローチャートである。なお、図４では、図３と同様、車両２００に蓋部２０２が設けられていないものとする。
ＥＣＵ１１４は、ＦＣ１０２が暖機中であるか否かを判定する（Ｓ３００）。ここで、スイッチ１１０がオン状態の場合には外部電力源３００からヒータ１０８へ電力が供給され、当該ヒータ１０８が加熱し、ＦＣ１１０２の暖機が行われる。また、スイッチ１１２
がオン状態の場合にはＦＣ１０２からヒータ１０８へ電力が供給され、当該ヒータ１０８が加熱し、ＦＣ１１０２の暖機が行われる。したがって、ＥＣＵ１１４は、スイッチ１１０および１１２の少なくともいずれかがオン状態の場合には、ＦＣ１０２が暖機中であると判定する。
ＦＣ１０２が暖機中でない場合には、接続判定処理を実行する（Ｓ３０９）。この処理は、図３に示したＳ２００からＳ２０５の処理とほぼ同様であるので、その説明を省略する。
一方、ＦＣ１０２が暖機中の場合には、ＥＣＵ１１４は、ヒータ１０８等の補機を外部端子１２５から切り離す（Ｓ３０１）。次に、ＥＣＵ１１４は、抵抗検出器１０６の検出抵抗値を読み出し（Ｓ３０２）、当該抵抗値に基づいて、車両２００と外部電力源３００とが配線１０５を介して接続されているか否かを判定する（Ｓ３０３）。車両２００と外部電力源３００とが配線１０５を介して接続されている場合には、燃料タンク内の燃料ガスの消費を節約するため、ＦＣ１０２による暖機運転よりも、外部電力源３００からのヒータ１０８等による暖機を優先する。このため、ＥＣＵ１１４は、ＦＣ１０２の暖機を終了するとともに（Ｓ３０４）、外部電力源３００からヒータ１０８等への通電制御を行う（Ｓ３０５）。さらに、ＥＣＵ１１４は、車両２００の移動を禁止する（Ｓ３０６）。
一方、車両２００と外部電力源３００とが配線１０５を介して接続されていない場合（Ｓ３０３において否定判断の場合）には、外部電力源３００からのヒータ１０８等による加熱ができないため、ＥＣＵ１１４は、ＦＣ１０２の暖機を続行する（Ｓ３０７）。さらに、ＥＣＵ１１４は、燃料電池システムを始動し、車両２００の移動可能にする（Ｓ３０８）。
以上、いずれの実施例でも、車両２００の移動禁止は、スイッチ１１６を遮断し、駆動モータ２０４への電力供給を停止することで行った。しかし、本発明の実施は、このような構成には限定されない。例えば、車両２００と外部電力源３００とが接続されている場合に、不図示の車輪の回転を停止するブレーキが作動するようにＥＣＵ１１４が制御してもよい。
燃料電池を搭載した移動体と外部電力源とが接続されている場合には、移動体の移動が禁止されるため、移動体と外部電力源とを接続する配線の破損等が防止され、コスト低減が図られる。
本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの構成図である。 燃料電池システムの第１の動作を示すフローチャートである。 燃料電池システムの第２の動作を示すフローチャートである。 燃料電池システムの第３の動作を示すフローチャートである。
符号の説明
１０２ 燃料電池（ＦＣ）
１０４ 開閉センサ
１０５ 配線
１０６ 抵抗検出器
１０８ ヒータ
１１０、１１２、１１６ スイッチ
１１４ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１１８ ランプ
１２０ スピーカ
２００ 車両
２０２ 蓋部
２０４ 駆動モータ
３００ 外部電力源

Claims (3)

  1. 移動体に搭載される燃料電池と、
    前記移動体と前記移動体の外部に設けられた外部電力源とを接続する外部接続手段と、
    前記燃料電池の運転環境の維持管理に利用される補機と、
    前記外部接続手段と前記補機との間を接続または遮断の状態に切り替える接続切替手段と、
    前記外部接続手段と前記接続切替手段とを結ぶ配線を介して、前記外部接続手段が有する出力端子間の抵抗値を測定する抵抗検出器と、
    前記移動体と前記外部電力源とが前記外部接続手段を通じて接続されているか否かを判定する接続判定手段と、
    前記接続判定手段により前記移動体と前記外部電力源とが前記外部接続手段を通じて接続されていると判定された場合に、前記移動体の移動を禁止する移動禁止手段と、
    を備え、
    前記接続判定手段は、前記接続切替手段により前記外部接続手段と前記補機との間が遮断された状態で、前記抵抗検出器の検出抵抗値を読み出し、前記外部電力源が前記外部接続手段に接続されているか否かを判定することを特徴とする燃料電池システム。
  2. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記移動禁止手段により前記移動体の移動が禁止されていることを報知する報知手段を備えることを特徴とする燃料電池システム。
  3. 請求項１又は２に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記移動体は、該移動体を移動させる駆動用モータを備え、
    前記移動禁止手段は、前記駆動用モータへの電力供給を遮断することを特徴とする燃料電池システム。
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