| 【発明の名称】 |
ハイブリッド電気自動車 |
| 【発明者】 |
【氏名】八木 洋一
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| 【要約】 |
【課題】従来の燃料電池システムでは、水素等の気体の漏れ量が微量である場合には不具合を検出できず、システムの作動を停止して安全対策を講じることが出来ない場合があった。
【解決手段】キーＯＦＦを検出した後に２次電池６が制御装置１２によって自動的に充電される。この自動充電時に、ラジエター１０のファン１１を回転させる指令が、燃料電池システムコントローラ１３からファン１１へ出力される。ファン１１のこの回転により、エンジンフードなどの上面に弱い、ただし溜まった水素を押し流せる程度の空気の流れが発生させられる。従って、既存の水素探知機では検知できない微量な水素が漏れた場合、この気体は空気の流れに乗って排気され、エンジンフードなどの上面に停留するのが防止される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ２次電池と、この２次電池から電力供給されて回転する車両駆動用モータと、前記２次電池の充電用または前記車両駆動用モータへの電力供給用の燃料電池システムと、前記２次電池の充放電および前記燃料電池システムの作動を制御する制御装置とからなるハイブリッド電気自動車において、キーＯＦＦを検出した後に前記２次電池を自動的に充電する自動充電手段を備え、この自動充電手段による自動充電時にラジエターファンを強制的に連続運転して空気の流れを作り、前記燃料電池システムに発生する気体をこの空気の流れに乗せて排気することを特徴とするハイブリッド電気自動車。
【請求項２】 ２次電池と、この２次電池から電力供給されて回転する車両駆動用モータと、前記２次電池の充電用または前記車両駆動用モータへの電力供給用の燃料電池システムと、前記２次電池の充放電および前記燃料電池システムの作動を制御する制御装置とからなるハイブリッド電気自動車において、所定時間以上連続して車両停止状態を検出すると前記２次電池を自動的に充電する自動充電手段と、この自動充電手段による自動充電時にラジエターファンを強制的に連続運転して空気の流れを作り、前記燃料電池システムに発生する気体をこの空気の流れに乗せる排気手段と、アクセル操作が検出されると前記自動充電手段による自動充電を解除する充電解除手段とを備えたことを特徴とするハイブリッド電気自動車。
【請求項３】 自動充電時に、連続運転するラジエターファンの回転数をエンジン冷却時の回転数よりも低く設定すること特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド電気自動車。
【請求項４】 前記燃料電池システムは、運転条件が効率ＭＡＸになる点で作動することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド電気自動車。
【請求項５】 前記自動充電手段によって前記２次電池が自動充電されている時に、車両外部に自動充電中であることを表示する外部充電表示装置を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド電気自動車。
【請求項６】 前記燃科電池システム内の燃料電池への燃料供給に異常を検知すると、前記自動充電手段による自動充電を解除する充電解除手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド電気自動車。
【請求項７】 外部充電装置に車両が接続されたのを検出すると、前記自動充電手段による自動充電を解除する充電解除手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両駆動用モータに電力供給する２次電池が車両停止時に燃料電池システムによって自動（無人）充電されるハイブリッド電気自動車に関し、特にこの自動充電時における安全性が確保されたハイブリッド電気自動車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種のハイブリッド電気自動車に用いられている燃料電池システムとしては、例えば、特開平８−９１８０４号公報に開示されたものが知られている。このような燃料電池システムが作動すると、その発電過程で水素等の気体が発生する。このような気体が不具合によって装置外に漏れ出すと危険であるため、従来の燃料電池システムでは、気体の漏れが検出されるとシステムの作動を停止して安全対策を講じている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来の燃料電池システムでは、気体の漏れ量が微量である場合には不具合を検出できず、システムの作動を停止して安全対策を講じることが出来ない場合がある。
【０００４】燃料電池を搭載した車両では、微量の漏れが生じても、車両走行中であれば漏れた気体は外気中に拡散するため、燃料電池システムの作動を継続していても問題はない。しかし、車両が停止している場合には、車両の内部に漏れた気体が溜まって問題が生じる場合もある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、２次電池と、この２次電池から電力供給されて回転する車両駆動用モータと、２次電池の充電用または車両駆動用モータへの電力供給用の燃料電池システムと、２次電池の充放電および燃料電池システムの作動を制御する制御装置とからなるハイブリッド電気自動車において、キーＯＦＦを検出した後に２次電池を自動的に充電する自動充電手段を備え、この自動充電手段による自動充電時にラジエターファンを強制的に連続運転して空気の流れを作り、燃料電池システムに発生する気体をこの空気の流れに乗せて排気することを特徴とする。
【０００６】また、所定時間以上連続して車両停止状態を検出すると２次電池を自動的に充電する自動充電手段と、この自動充電手段による自動充電時にラジエターファンを強制的に連続運転して空気の流れを作り、燃料電池システムに発生する気体をこの空気の流れに乗せる排気手段と、アクセル操作が検出されると自動充電手段による自動充電を解除する充電解除手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】次に、本発明によるハイブリッド電気自動車の一実施形態について説明する。
【０００８】図１は本実施形態によるハイブリッド電気自動車の概略構成を示すブロック図である。
【０００９】モー夕７は車両つまりホイール８を駆動するための主機で、回生時には発電機として機能する。回生電力は電力変換器５を介して２次電池６に充電されて貯えられる。このモータ７を駆動するための駆動電力は、電力変換器５を介して２次電池６から供給される。この際、２次電池６にとっては放電することになる。また、燃料電池システム１で発電された電力も、同じ電力変換器５を介してモータ７に供給され、モータ７の駆動電力になる。燃料電池システム１は、例えば、燃料電池２と、燃科を改質して水素を発生させる改質器４と、燃料電池２へ空気を圧送する圧縮機８とから構成されている。
【００１０】制御装置１２は、例えば、燃料電池システムコントローラ１３とモータコントローラ１４と電池コントローラ１５とから構成されている。燃料電池システムコントローラ１３は、主として、燃料電池システム１へ発電指令を与えたり、ラジエター１０のファン１１ヘ作動信号ａを与えたりする。モータコントローラ１４は、電力変換器５への指令を介し、モータ７へ駆動電力を供給させたり、回生電力を２次電池６に充電させたりする制御を行う。電池コントローラ１５は、主として、ＤＯＤセンサ９の信号により２次電池６の状態を検出し、２次電池６への充放電を電力変換器５に指示する。また、これと共に、電池コントローラ１５は、外部充電装置１７につながるカプラ１６からの信号により、外部充電装置１７が車両と接続状態にあるか否かを検出し、２次電池６への充放電を電力変換器５に指示する。
【００１１】燃料電池システムコントローラ１３，モータコントローラ１４および電池コントローラ１５は相互に通信しており、制御装置１２としての全体の指示に矛盾が生じない構成になっている。
【００１２】制御装置１２には、走行キーのＯＮ／ＯＦＦ信号，アクセル信号および車速信号が与えられる。また、制御装置１２にはこの他に、自動充電解除スイッチ２２，表示パネル２３，スピーカ２４および自動充電外部表示ランプ２５が接続されている。自動充電解除スイッチ２２のＯＮ操作により、キーＯＦＦ後の自動充電解除信号が制御装置１２に与えられる。また、制御装置１２はキーＯＦＦ後の自動充電時に、自動充電パネル表示信号を車内の表示パネル２３へ出力し、同時に自動充電音声信号を車内のスピーカ２４へ出力し、さらに自動充電外部表示信号を車外のランプ２５へ出力する。表示パネル２３はこの信号を受けると自動充電状態を可視表示し、また、スピーカ２４はこの信号を受けると自動充電状態である旨を音声で発する。また、ランプ２５はこの信号を受けると点灯する。
【００１３】図２は本実施形態のハイブリッド電気自動車による２次電池６の自動充電制御処理を示すフローチャートであり、キーＯＦＦサブルーチンとして示してある。メインルーチンは、走行キーのＯＦＦ信号をトリガーとしてキーＯＦＦサブルーチンに入る以外は、通常のハイブリッド電気自動車の制御処理と同じであるため、ここでは省略している。
【００１４】キーＯＦＦサブルーチンに入ると、まず、２次電池６の充電量が所定量より大きいか小さいかが判断される（図２，ステップ１０１）。この判断基準の所定量は、例えば、回生電力の充電余裕を残して満充電に近い値、例えば満充電の７０％に設定される。充電量が所定量より大きければ判断結果はＮｏとなり、処理は通常の燃料電池停止ルーチン（ステップ１０２）に進められ、その後はメインルーチン（省略）ヘ戻る。なお、この燃料電池停止ルーチンは、本発明には直接関係がないので詳述しないが、配管内の水素を窒素で置換するなどして燃料電池システム１を安全に停止できる状態にし、かつ停止させるルーチンである。
【００１５】充電量が所定量より小さければ判断結果はＹｅｓとなり、制御装置１２の制御によってスピーカ２４から音声信号が出力され、自動充電の開始がドライバーに知らされる（ステップ１０３）。続いて、パネル表示信号が制御装置１２から表示パネル２３へ出力され、車内の表示パネル２３に自動充電の開始が可視表示される（ステップ１０４）。
【００１６】次に、充電解除スイッチ２２の状態が制御装置１２によって調べられる（ステップ１０５）。充電解除スイッチ２２がＯＮになっていて充電解除信号が制御装置１２に入力されている場合には、判断結果はＹｅｓとなり、ドライバーが自動充電を望んでいないものと判断される。そして、処理は燃料電池停止ルーチン（ステップ１０２）に入り、その後、メイルーチンヘ戻る。一方、充電解除スイッチ２２がＯＦＦになっている場合には判断結果はＮｏとなり、次に、カプラ１６からの信号によって外部充電装置１７が車両と接続されているかどうかが判断される（ステップ１０６）。
【００１７】接続されている場合には判断結果はＹｅｓとなり、この場合には外部充電装置１７による２次電池６の充電が優先させられて、処理は燃料電池停止ルーチン（ステップ１０２）に入り、メインルーチンヘ戻る。一方、外部充電装置１７が車両に接続されていない場合には判断結果はＮｏとなり、次に、燃料流量計（図示せず）からの燃料流量信号をもとに、燃料供給が正常かどうかが判断される（ステップ１０７）。この判断は、例えば、燃料流量が規定値と比較されてその偏差が所定値以内かどうかで行われる。
【００１８】燃料供給が正常ではないと判断された場合には判断結果はＮｏとなり、処理は燃料電池停止ルーチン（ステップ１０２）に入ってメインルーチンヘ戻る。燃料供給が正常な場合には判断結果はＹｅｓとなり、次に、燃料電池システムコントローラ１３から燃料電池システム１へ発電指令が出される（ステップ１０８）。これと共に、燃料電池システム１で発電された電力を２次電池６に充電する指令が、電池コントローラ１５から電力変換器５へ出力される。この時の燃料電池システム１の発電条件は、燃料電池システム１の効率がＭＡＸとなるように選択される。
【００１９】次に、ラジエター１０のファン１１を回転させる指令ａが、燃料電池システムコントローラ１３からファン１１へ出力される（ステップ１０９）。燃料電池２の燃料は水素だったり、改質器４によって他の燃料を改質して水素を発生するものであったりする。燃料電池システム１が発電中にファン１１をこのように回転させるのは、何らかの異常により、既存の水素探知機では検知できない微量な水素が漏れてエンジンフードなどの上面に停留するのを防止するためである。
【００２０】エンジンルーム内を冷却する目的ではないため、ファン１１はフル回転させる必要はなく、エンジンフードなどの上面に弱い、ただし溜まった水素を押し流せる程度の空気の流れを発生させる程度の回転で良い。具体的にどこまで回転数を落とすことができるかは、エンジン内のレイアウトやエンジンフード形状にもよるため、実験で定めることになる。ファン１１の回転数をこのように落とすことは、エネルギー消費が低下する点からも、また、ファン騒音が低下するという点からも好ましい。
【００２１】次に、制御装置１２からランプ２５へ外部充電表示信号が出力され、ランプ２５が点灯し、車外からも自動充電中であることが分かるように処理される（ステップ１１０）。車外に自動充電中であることを示す表示装置は、ここでは特定のランプ２５として説明しているが、充電中と表示するパネルであったりしてもよい。次に、キーＯＮ／ＯＦＦ信号の状態が制御装置１２によって調べられ、キーがＯＦＦのままか、またはＯＮに変更されたか否かが判断される（ステップ１１１）。
【００２２】キーがＯＮに変更された場合には判断結果はＮｏとなり、処理は燃料電池停止ルーチン（ステップ１０２）に入ってメインルーチンヘ戻る。一方、キーがＯＦＦのままの状態である場合には判断結果はＹｅｓとなり、次に、２次電池６の充電量が所定量より大きいか小さいかが再度判断される（ステップ１１２）。２次電池６の充電量が所定量より大きい場合には判断結果はＮｏとなり、処理は燃料電池停止ルーチン（ステップ１０２）に入ってメインルーチンへ戻る。一方、充電量が所定量よりも小さい場合には判断結果はＹｅｓとなり、処理はステップ１０４に戻って上述した制御処理が繰り返される。
【００２３】次に、本発明の他の実施形態のハイブリッド電気自動車による２次電池６の自動充電制御処理について説明する。
【００２４】上述した実施形態では、走行キーのＯＦＦによって車両停止状態が検出されて自動充電が行われていた。本実施形態では、走行キーがＯＮの状態であっても一定時間以上車両停止状態が続いた場合、自動的に充電モードに入り、車両の始動で充電モードが解除される。なお、車両走行中は常に２次電池６の充電状態が監視されており、充電量が所定量よりも小さくなると、燃料電池システム１が作動して２次電池６は充電される。
【００２５】本実施形態によるシステム構成は図１に示す構成と同じであり、自動充電制御処理は図３のフローチャートに示される。
【００２６】同フローチャートにおける破線で囲まれた部分の処理は、前述した図２に示すキーＯＦＦサブルーチンと基本的に同じであるため、その説明は省略する。ただし、破線内の処理は、ステップ１０４の後にステップ２０６の処理が追加されている点だけ、図２に示す処理と異なっている。このステップ２０６では、制御装置１２に与えられているアクセル信号（図１参照）の状態が判断され、アクセル信号がＯＮと判断されると判断結果はＮｏとなり、処理は燃料電池充電停止ルーチン（ステップ１０２）へ入ってメインルーチンへ戻る。一方、アクセル信号がＯＦＦのままであれば判断結果はＹｅｓとなり、処理はステップ１０５へ進められる。すなわち、このステップ２０６で車両の始動が検出されると、自動充電モードは解除される。
【００２７】制御装置１２に入力されている車速信号（図１参照）によって車両停止状態が検出されると、処理は車両停止サブルーチンヘ入る。このサブルーチンに入ると、まず、ステップ２０１で車両停止時間カウント・フラグが０とされる。次のステップ２０２ではこのカウント・フラグの値が判断され、カウント・フラグ＝１ならば判断結果はＹｅｓとなり、処理はステップ２０４へ進められる。カウント・フラグ＝１でなければ判断結果はＮｏとなり、処理はステップ２０３に移る。このステップ２０３の処理では、カウント・フラグ＝１とされる共に、停止時間をカウントするタイマーＴ（図示せず）がリセットされてスタートされる。
【００２８】ステップ２０４の処理では、タイマーＴの値が所定値より大きいかどうかが判断される。タイマーＴの値が所定値よりも小さい場合には判断結果はＮｏとなり、処理はステップ２０２へ戻る。一方、タイマーＴの値が所定値よりも大きい場合、つまり、車両が所定時間停止している状態が検出された場合には、判断結果はＹｅｓとなり、処理はステップ２０５へ進められる。
【００２９】このステップ２０５では、燃料電池システム１が動作中であるか否かが判断される。動作中でなければ判断結果はＮｏとなり、処理は破線内のステップ１０１へ進められる。また、燃料電池システム１が動作中である場合には判断結果はＹｅｓとなり、処理は破線内のステップ１０９へ進められ、ファン１１が回転されてエンジンフードなどの上面に弱い空気の流れが発生させられる。
【００３０】なお、上述した実施形態では、車両が完全に停止している場合に２次電池６を自動充電する態様について説明した。しかし、車両が完全に停止しておらず、渋滞路で車両が低速走行しているような状況においても、上記実施形態と同様にしてファン１１を回転させる構成としてもよい。このような構成によっても上記実施形態と同様な効果が奏される。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、キーＯＦＦ検出後の自動充電時、または車両停止時の自動充電時に、ラジエターのファンを強制的に回転させ、エンジンフード等のエンジン内上面に燃料電池システムから漏れた水素等の気体が溜まらないように構成した。このため、キーＯＦＦ後の自動充電時のように無人の車両停止時でも、また、キーＯＮのまま運転者が乗って車両を停止させている時でも、安全に２次電池の自動充電が出来、常に最適な状態から車両を始動させられるという効果が得られる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３９９７
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１２月１６日 |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１７８１１６ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）７月２日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３６３６７２ |
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