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【発明の名称】 ハイブリッド駆動式移動体の電力供給方法
【発明者】 【氏名】斉藤 幹夫

【氏名】水野 裕
【要約】 【課題】常に安定した走行が得られるとともにバッテリの早期劣化を防止したハイブリッド駆動式移動体の電力供給方法を提供する。

【解決手段】移動体動力源の電源として燃料電池および二次電池を有し、前記動力源に要求される負荷に応じて前記燃料電池および二次電池から電力を供給するハイブリッド駆動式移動体の電力供給方法において、前記負荷が所定値より小さい場合あるいは二次電池が所定の使用不適正状態の場合に、前記二次電池の充放電を停止する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】移動体動力源の電源として燃料電池および二次電池を有し、前記動力源に要求される負荷に応じて前記燃料電池および二次電池から電力を供給するハイブリッド駆動式移動体の電力供給方法において、前記負荷が所定値より小さい場合に、前記二次電池からの電力供給を遮断することを特徴とするハイブリッド駆動式移動体の電力供給方法。
【請求項２】前記二次電池の温度が所定の温度範囲外の状態の場合に、該二次電池の充電および放電を停止することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド駆動式移動体の電力供給方法。
【請求項３】前記二次電池の充電量が所定の容量範囲外の場合に、該二次電池の充電および放電を停止することを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド駆動式移動体の電力供給方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両や船舶等の移動体駆動用モータの電源としてバッテリおよび燃料電池とを使用するハイブリッド駆動式移動体の電力供給方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】車両の低公害化のために車両駆動用として電動モータを用い、その電源として１つは、負荷の変化に対して応答性よく電動モータに電力を供給可能で充電可能な鉛蓄電池等の二次電池（バッテリ）とし、他の１つは、補給が簡便な燃料を使用し且つ低公害性の燃料電池とし、これらの電池を組合せたハイブリッド方式の電動車両が研究開発されている。このようなハイブリッド駆動車両において、燃料電池として水素ガス貯蔵器中の水素ガスを燃料として使用するものや、メタノールやメタンあるいはブタン等を一次燃料とし、改質装置（リフォーマ）で生成する水素ガスを燃料として使用するものが考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このようなハイブリッド駆動車両においては、メインスイッチオンによる電源投入後、運転状態に応じて効率よく電力を供給して最適状態でモータを駆動制御するために車両コントローラが備る。また、モータ、燃料電池およびバッテリ等の各機器を構成するモジュールは、それぞれ車両の運転制御に必要なモジュールに対応したデータ、例えば温度や回転数あるいは電圧や電流等の状態を検出するためのセンサを有し、その検出出力に応じて車両コントローラが必要電力や走行可能距離等を演算し、バッテリや燃料電池の充放電およびモータの駆動制御等を行い、モータへの要求負荷に応じてバッテリおよび燃料電池の負荷分担を演算してそれぞれの電源からモータに電力を供給する。
【０００４】このような燃料電池とバッテリとのハイブリッドシステムにおいて、アクセル操作によるモータへの要求負荷が低下した場合、燃料電池の出力が過小になると、発進や加速等の負荷急増時に出力増加に対する応答性が悪いため、バッテリの負担が増加し、バッテリが急激に容量不足となって必要とする走行距離が確保されなくなり、またバッテリの劣化が速まる。したがって、低負荷の場合でも出力急増に備えて燃料電池の出力はある程度以上に維持しておくことが望ましい。
【０００５】一方、バッテリの充電容量が充分なときに、燃料電池の発電量が多くなると、燃料電池からの剰余電力とともにモータからの回生電流によりバッテリが過充電の状態になり、また回生電流による過大電流の作用によってバッテリの劣化を速め寿命を短くする。逆に、バッテリの充電容量が不足しているときにバッテリからの放電が続くと、過放電状態となってこの場合にもバッテリが早期に劣化し寿命を短くする。
【０００６】また、バッテリは適正な温度範囲を越えた高温あるいは低温状態で使用すると急速に劣化する。
【０００７】本発明は上記の点を考慮したものであって、常に安定した走行が得られるとともにバッテリの早期劣化を防止したハイブリッド駆動式移動体の電力供給方法の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため、本発明では、移動体動力源の電源として燃料電池および二次電池を有し、前記動力源に要求される負荷に応じて前記燃料電池および二次電池から電力を供給するハイブリッド駆動式移動体の電力供給方法において、前記負荷が所定値より小さい場合に、前記二次電池からの電力供給を遮断することを特徴とするハイブリッド駆動式移動体の電力供給方法を提供する。
【０００９】この構成によれば、負荷が低下したときに、二次電池を遮断して燃料電池のみから電力を供給することにより、燃料電池の発電量をある程度のレベル以上に維持することができ、その後の負荷増加に対し速やかに対応することができ、バッテリの負担を軽減して急激な容量低下による走行可能距離不足やバッテリの早期劣化を防止することができる。
【００１０】好ましい構成例では、前記二次電池の温度が所定の温度範囲外の状態の場合に、該二次電池の充電および放電を停止することを特徴としている。
【００１１】この構成によれば、バッテリ（二次電池）は常に適正な温度範囲内でのみ使用されるため、早期劣化が防止される。
【００１２】さらに好ましい構成例では、前記二次電池の充電量が所定の容量範囲外の場合に、該二次電池の充電および放電を停止することを特徴としている。
【００１３】この構成によれば、バッテリは常に適正な充電容量の範囲内でのみ使用されるため、早期劣化が防止される。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るハイブリッド駆動車両の全体構成図である。この実施形態のハイブリッド駆動車両１は、自動二輪車に適用されている。ハイブリッド駆動車両１には、ハイブリッド駆動装置２が備えられている。ハイブリッド駆動装置２は、電動モータユニット３、変速機４、車両コントローラ５、バッテリユニット６及び燃料電池ユニット７を有している。
【００１５】主に燃料電池と改質装置からなる燃料電池サブユニット７ａは、シート８の後方で駆動輪９の上方位置に配置されている。シート８の前方で、操向輪１１を操向するフロントフォーク１２との間には、メタノールタンク１３が配置されている。メタノールタンク１３には、燃料注入キャップ１４が設けられている。
【００１６】燃料電池サブユニット７ａの燃料電池とバッテリユニット６のバッテリとによるハイブリッド式により電動モータユニット３の電動モータを駆動し、駆動輪９を回転させる。
【００１７】なお、図１において図中１３の位置に主に燃料電池本体と改質装置からなる燃料電池サブユニットを配置し、図中７の位置にメタノールタンクを配置してもよい。
【００１８】図２（Ａ）はハイブリッド駆動式の自動二輪車の別の形状例の図であり、同図（Ｂ）はその燃料電池用の水素供給装置の構成図である。このハイブリッド駆動車両１は、シート８の下部に車両コントローラ５およびバッテリユニット６を有し、車両コントローラ５の下部に電動モータユニット３が備り、その前方に主に燃料電池からなる燃料電池サブユニット７ｂが設けられる。シート８の後方の荷台上に、燃料電池サブユニット７ｂに電力発生用の水素を供給するための水素供給装置１５が備る。
【００１９】水素供給装置１５は、図２（Ｂ）に示すように、メタノールタンク１３とともに水素ボンベ１６を備え、燃焼用空気を供給するファン１７およびバーナー１８を有し、後述のように、一次燃料を加熱して気化させ触媒を通して水素を得る改質器１９を備えている。
【００２０】図３は、本発明に係るハイブリッド駆動車両に搭載される動力伝達系、制御系の全体システムの概略構成図である。このハイブリッド駆動車両１には、メインスイッチＳＷ１、シート８、スタンド２０、フットレスト２１、アクセルグリップ２２、ブレーキ２３、表示装置２４、灯火器やウインカ等のランプユニット２５、ユーザ入力装置２６、不揮発性メモリ２７、タイマ２８が備えられ、さらに電動モータユニット３、変速機４、車両コントローラ５、バッテリユニット６及び燃料電池ユニット７が備えられている。
【００２１】メインスイッチＳＷ１からＯＮ／ＯＦＦ信号が車両コントローラ５へ送られ、電動車両が駆動される。またシート８、スタンド２０、フットレスト２１およびブレーキ２３には、それぞれセンサＳ１〜Ｓ４が設けられ、これらのセンサＳ１〜Ｓ４からＯＮ／ＯＦＦ信号が車両コントローラ５へ送られ、それぞれの動作状態が検知される。
【００２２】アクセルグリップ２２は、出力設定手段を構成し、このアクセルグリップ２２にはアクセル開度センサＳ５が設けられ、運転者のグリップ操作によりアクセル開度センサＳ５からアクセル開度信号が車両コントローラ５へ送られる。アクセル開度に応じて電動モータの制御が行われる。車両コントローラ５は、アクセルグリップ２２により構成される出力設定手段の出力設定値に基づき電動モータの出力を制御する制御手段を構成する。
【００２３】ユーザ入力装置２６から運転者は、種々のデータを車両コントローラ５へ入力でき、例えば車両の運転特性を変更することができる。また不揮発性メモリ２７およびタイマ２８と車両コントローラ５との間でデータ授受が行われ、車両運転停止時にそのときの運転状態情報を不揮発性メモリ２７に記憶し、運転開始時に記憶されている運転状態情報を車両コントローラ５が読み込み制御する。
【００２４】表示装置２４は、車両コントローラ５から表示ＯＮ／ＯＦＦ信号により駆動され、表示装置２４には電動車両の運転状態が表示される。灯火器やウインカ等のランプユニット２５は、ＤＣ／ＤＣ変換器２５ａ、灯火器やウインカ等のランプ２５ｂから構成される。車両コントローラ５からの起動ＯＮ／ＯＦＦ信号によりＤＣ／ＤＣ変換器２５ａを駆動してランプ２５ｂを点灯する。
【００２５】電動モータユニット３には、モータドライバ３０、駆動輪９に連結される電動モータ３１、エンコーダ３２、回生電流センサＳ１１および回生エネルギ制御手段３３が備えられている。車両コントローラ５からのデューティ信号によりモータドライバ３０が電動モータ３１を制御し、この電動モータ３１の出力により駆動輪９が駆動される。電動モータ３１の磁極位置及び回転数をエンコーダ３２が検出する。エンコーダ３２からモータ回転数情報がモータドライバ３０内のメモリに格納され必要に応じて車両コントローラ５へ送られる。電動モータ３１の出力を変速機４により変速して駆動輪９を駆動し、変速機４は車両コントローラ５からの変速命令信号により制御される。電動モータ３１にはモータ電圧センサまたはモータ電流センサＳ７が設けられ、このモータ電圧またはモータ電流の情報はモータドライバ内のメモリに格納され必要に応じて車両コントローラ５へ送られる。
【００２６】バッテリユニット６には、バッテリ６０、バッテリコントローラ６１及びバッテリリレー６２が備えられる。燃料電池ユニット７には、発電手段を構成する燃料電池７０、燃料電池コントローラ７１、逆流防止素子７２および燃料電池リレー７３が備えられる。燃料電池７０の出力電流をバッテリ６０に供給可能とする第１の電力供給路Ｌ１と、バッテリ６０からの出力電流を電動モータ３１に供給可能とする第２の電力供給路Ｌ２とが備えられ、電力調整部８０を介して電力が供給される。
【００２７】バッテリコントローラ６１には、バッテリ６０の充電状態を検知する検知手段が備えられ、この検知手段は、バッテリ温度センサＳ１２、バッテリ電圧センサＳ１３、バッテリ電流センサＳ１４から構成され、これらの情報は、バッテリコントローラ６１内のメモリに格納され必要に応じて車両コントローラ５へ入力される。バッテリリレー６２は、車両コントローラ５からのＯＮ／ＯＦＦ信号により作動して第２の電力供給路Ｌ２からの電力供給を制御する。
【００２８】燃料電池コントローラ７１へ車両コントローラ５から通信データが送られ、これにより燃料電池コントローラ７１が燃料電池７０を制御する。燃料電池コントローラ７１には、燃料電池７０の状態を検知する検知手段が備えられる。この検知手段は、各種温度センサＳ２１、燃料電池電圧センサＳ２２、燃料電池電流センサＳ２３から構成され、これらの情報はこの燃料電池コントローラ７１内のメモリに格納され必要に応じて車両コントローラ５へ入力される。整流ダイオード（逆流防止素子）７２を介して燃料電池コントローラに接続された燃料電池リレー７３は、車両コントローラ５からのＯＮ／ＯＦＦ信号により作動して第１の電力供給路Ｌ１から電力供給を制御する。
【００２９】図４は、本発明の実施の形態に係る燃料電池ユニットの要部構成図である。この実施形態の燃料電池ユニット７は、メタノールタンク１０２、改質装置（リフォーマ）１０３、シフトコンバータ１０４、選択酸化反応器１０５、燃料電池（セル）７０、水分回収熱交換器１０７、水タンク１０８及び燃料電池コントローラ７１、バルブ、ポンプ、ファン等の各機器およびセンサから構成されている。燃料電池コントローラ７１は、バルブ、ポンプ、ファン等の各機器及びセンサと接続されている。改質装置１０３、シフトコンバータ１０４、選択酸化反応器１０５、燃料電池７０の各部には温度センサＴｒ，Ｔｂ，Ｔｓ，Ｔｐ，Ｔｃが備えられ、これらの温度検出により各部が燃料電池コントローラ７１（図３）によって適正温度に制御される。
【００３０】改質装置（リフォーマ）１０３には、加熱器（バーナー）１１０、蒸発器１１１、触媒層１１２が備えられている。加熱器１１０には、温度センサＴｂの温度検出によりバーナーポンプ１１３が駆動されてメタノールタンク１０２からメタノールが供給され、またバーナーファン１１４の駆動で空気が供給され、これらの燃焼作用により蒸発器１１１を加熱する。なお、図中二重丸は空気取入れ口を示す。蒸発器１１１には、メタノールポンプ１１５の駆動でメタノールタンク１０２から供給されるメタノールと、水ポンプ１１６の駆動で水タンク１０８から供給される水が混合して供給される。加熱器１１０により蒸発器１１１を加熱してメタノールと水の混合燃料を気化し、この蒸発器１１１で気化した混合燃料を触媒層１１２に供給する。
【００３１】バーナー１１０にはさらに燃料電池（セル）７０からの剰余（またはバイパスした）水素ガスが配管２０１を通して供給され燃焼する。このバーナー１１０の燃焼熱により、メタノールと水からなる一次燃料（原料）を気化させるとともに触媒層１１２を加熱して触媒層１１２を触媒反応に必要な反応温度に維持する。燃焼ガスおよび反応に寄与しなかった空気は排気通路２０２を通して外部に排出される。
【００３２】触媒層１１２は例えばＣｕ系の触媒からなり、約３００℃の触媒反応温度でメタノールと水の混合気を、以下のように、水素と二酸化炭素に分解する。
【００３３】ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2 ＋ＣＯ2この触媒層１１２において、微量（約１％）の一酸化炭素が発生する。
【００３４】ＣＨ3ＯＨ→２Ｈ2 ＋ＣＯこのＣＯはセル７０内で触媒に吸着して起電力反応を低下させるため、後段側のシフトコンバータ１０４および選択酸化反応器１０５においてその濃度を低下させセル７０内での濃度を１００ｐｐｍ〜数１０ｐｐｍ程度にする。
【００３５】シフトコンバータ１０４内では、反応温度が約２００℃程度で、分解ガス中の一酸化炭素を余剰水蒸気による以下の反応、すなわちＣＯ＋Ｈ2Ｏ→Ｈ2 ＋ＣＯ2の化学反応によりＣＯからＣＯ2に変換させ濃度を約０．１％程度まで低下させる。
【００３６】これをさらに選択酸化反応器１０５内において、白金系触媒を用いて約１２０℃の触媒反応温度で２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2の酸化反応によりＣＯからＣＯ2に化学変化させ、濃度をさらにその１／１０あるいはそれ以下にする。これによりセル７０内でのＣＯ濃度を数１０ｐｐｍ程度に低下させることができる。
【００３７】前記改質装置１０３により、原料を改質して前述のように水素を製造し、得られた水素をシフトコンバータ１０４、選択酸化反応器１０５を介して燃料電池７０に供給する。改質装置１０３とシフトコンバータ１０４との間には、脈動や圧力変動を吸収するためのバッファタンク１１７および切換弁１１７ａ，１１７ｂが設けられ、これらの切換弁１１７ａ，１１７ｂの作動で水素が改質装置１０３の加熱器１１０に戻される。シフトコンバータ１０４は温度センサＴｓの温度検出により冷却用空気ファン１１８で冷却される。冷却空気は排気通路２０３を通して外部に排出される。
【００３８】シフトコンバータ１０４と選択酸化反応器１０５との間には、バッファタンク１２４及び切換弁１２４ａ，１２４ｂが設けられ、これらの切換弁の作動で水素が改質装置の加熱器１１０に戻される。
【００３９】シフトコンバータ１０４から送られる水素に、反応用空気ポンプ１１９の駆動で供給される空気を混合して選択酸化反応器１０５に供給する。選択酸化反応器１０５は温度センサＴｐの温度検出により冷却用空気ファン１２０で冷却される。冷却空気は排気通路２０４を通して外部に排出される。
【００４０】選択酸化反応器１０５と燃料電池７０との間には、バッファタンク１２１および切換弁１２１ａ，１２１ｂが設けられ、これらの切換弁の作動で水素が改質装置１０３の加熱器１１０に戻される。
【００４１】前述のシフトコンバータ１０４に対する切換弁１１７ａ，１１７ｂ、選択酸化反応器１０５に対する切換弁１２４ａ，１２４ｂおよび燃料電池７０に対する切換弁１２１ａ，１２１ｂの流量調整により、燃料電池７０に供給される水素の量が調整され、発電量を調整することができる。この場合、酸素は過剰に供給されているため、水素の量により発電量が制御される。
【００４２】このような出力の調整は、前述の燃料電池ユニット７のセンサＳ２１〜２３のデータおよび他の各種センサからの運転状態の検出データに基づき、車両コントローラ５が必要出力を演算し、これに基づいて切換弁動作後のセル内の水素量が実際に変化するまでの時間遅れ等を考慮して各切換弁の流量を車両コントローラ５または燃料電池コントローラ７１が演算し、これに基づいて各切換弁のＯＮ／ＯＦＦ制御あるいは開度制御を燃料電池コントローラ７１が行う。この場合、メタノール等の一次燃料の供給量を多くすることにより気化する水素量を増やして出力を高めることができるが、この場合には、発電に寄与する水素量の増加までに時間遅れが発生する。このような時間遅れはバッテリからの電力によりカバーされる。
【００４３】燃料電池７０には、冷却加湿ポンプ１２２の駆動で水タンク１０８から水が供給され、また温度センサＴｃの温度検出により加圧空気ポンプ１２３の駆動で水分回収熱交換器１０７から空気が供給され、これらの水、空気および水素から燃料電池７０で以下のように発電を行う。
【００４４】燃料電池７０は、冷却および加湿用の水通路２０５が形成されたセル膜（図示しない）の両面側に例えば白金系の多孔質触媒層（図示しない）を設けて電極を形成したものである。一方の電極には、水素通路２０６を通して選択酸化反応器１０５から水素が供給され、他方の電極には酸素通路２０７を通して酸素（空気）が供給される。水素側電極の水素通路２０６からセル膜を通して水素イオンが酸素側電極に移動し、酸素と結合して水が形成される。この水素イオン（＋）の移動に伴う電子（−）の移動により電極間に電流が流れ発電がなされる。
【００４５】この発電反応は発熱反応であり、これを冷却するため及び水素イオンを円滑に酸素電極側に移動させるために、水タンク１０８からポンプ１２２により両電極間のセル膜の水通路２０５に水が供給される。水通路２０５を通過して高温となった水は熱交換器１０７で空気と熱交換され水タンク１０８に戻る。水タンク１０８には放熱フィン２０８が設けられ水を冷却する。２０９はオーバーフロー管である。
【００４６】熱交換器１０７には空気が導入される。この空気は高温の水と熱交換され高温空気となって空気ポンプ１２３により酸素通路２０７に供給される。このような高温空気を送り込むことにより、水素イオンとの結合反応が促進され効率よく起電力反応が行われる。このため、この熱交換器１０７への空気取入れ口（図中二重丸で示す）は、前述の高温触媒反応を起こす選択酸化反応器１０５あるいは触媒層１１２の近傍に設けることが望ましい。
【００４７】酸素通路２０７を通過して水素イオンと結合した空気中の酸素は水となって水タンク１０８に回収される。残りの空気（酸素および窒素）は排気通路２１０を通して外部に排出される。
【００４８】このように燃料電池７０で用いられた水および発電により生成した水は、水分回収熱交換器１０７で冷却空気との間で熱交換され水タンク１０８に戻される。また、燃料電池７０で発電のために用いられた水素の余剰分は、バルブ２１１および配管２０１を通して、改質装置１０３の加熱器１１０に戻される。
【００４９】前述のように、燃料電池ユニット７では、加熱器１１０によって蒸発器１１１を加熱し、この蒸発器１１１で気化した原料を触媒層１１２に供給するようにした改質装置１０３により、原料を改質して水素を製造し、得られた水素をシフトコンバータ１０４および選択酸化反応器１０５を介して燃料電池７０に供給して発電を行う。この場合、選択酸化反応器１０５から得られた水素を前述の図２（Ｂ）に示すように、一旦水素ボンベ１６に貯蔵してもよい。
【００５０】このような燃料電池７０の出力は、前述の図３に示したように、逆流防止素子７２および燃料電池リレー７３を介して電力調整部８０に接続され、この電力調整部８０はバッテリ６０と電動モータ３１とに接続される。
【００５１】なお、上記各実施の形態においては、メタノールを原料として水素ガスを生成する改質装置１０３、シフトコンバータ１０４、選択酸化反応器１０５等を前提としたが、原料としてガソリン、メタン、あるいはブタンのうちいずれかをタンク内に収容し、これらの原料に対応した触媒を搭載する改質装置１０３、シフトコンバータ１０４、選択酸化反応器１０５等を使用して燃料電池７０に使用する水素ガスを生成するようにしてもよい。また、燃料電池ユニット７を、主に燃料電池と水素ガス貯蔵合金を収容する水素ガスボンベから構成するとともに、この水素ガスボンベを燃料電池ユニット７に交換可能に装着するようにしてもよい。この場合、水素ガスボンベには、工場等で工業的に生成生産される純度の高い水素ガスが工場等で充填される。
【００５２】図５は、本発明に係るハイブリッド駆動車両の電源制御系のブロック構成図である。車両コントローラ５は、双方向通信ライン２２０，２２１，２２２を介してそれぞれ電動モータユニット３、バッテリユニット６および燃料電池ユニット７に接続される。燃料電池ユニット７は、（＋）側電流ライン２２３ａおよび（−）側電流ライン２２３ｂを介して電動モータユニット３に接続される。（＋）側電流ライン２２３ａ上にはスイッチ２２５が設けられる。このスイッチ２２５は、車両コントローラ５によりＯＮ／ＯＦＦ駆動される。
【００５３】バッテリユニット６は、（＋）側電流ライン２２４ａおよび（−）側電流ライン２２４ｂからそれぞれに直結される（＋）側電流ライン２２３ａおよび（−）側電流ライン２２３ｂを介して電動モータユニット３に接続される。（＋）側電流ライン２２４ａ上にはスイッチ２２６が設けられる。このスイッチ２２６は、車両コントローラ５によりＯＮ／ＯＦＦ駆動される。
【００５４】電動モータユニット３は、電動モータ３１（図３）とともにモータドライバ３０およびエンコーダやセンサ等をモジュールとして一体化したものである。このような電動モータユニット３は、一体部材として車両に着脱可能である。したがって、双方向通信ライン２２０および電流ライン２２３ａ，２２３ｂ，２２４ａ，２２４ｂはそれぞれカプラ（図示しない）を介して電動モータユニット３と車両コントローラ５の間を接続している。
【００５５】電動モータユニット３の運転状態、例えば回転数、スロットル開度、走行速度、要求負荷、温度、シフト位置等の検出データは、車両コントローラ５に送られ、車両コントローラ５内のメモリに常時書換えられて格納される。
【００５６】バッテリユニット６は、前述の図３に示したようにバッテリ６０とともに、バッテリコントローラ６１やセンサＳ１２〜１４およびリレー６２等をモジュールとして一体化したものである。このバッテリユニット６は、一体部材として車両に着脱可能である。したがって、双方向通信ライン２２１や電流ライン２２４ａ，２２４ｂはカプラ（図示しない）を介してこのバッテリユニット６のバッテリコントローラ６１に接続される。
【００５７】このバッテリコントローラ６１はメモリを有し、このバッテリユニットの温度、電圧、電流等の状態データおよびバッテリ６０の残量データを検出して常時書換えながら格納する。これにより、運転中に車両コントローラとの間で双方向通信によりデータの授受を行って必要な電力を供給するとともに、バッテリ６０を交換した場合に、直ちにその残量を車両コントローラ側で確認することができ、走行可能距離等の演算処理を行うことができる。
【００５８】燃料電池ユニット７は、前述の燃料電池７０やリフォーマ等とともに、燃料電池コントローラ７１およびセンサＳ２１〜２３（図３）やリレー７３等をモジュールとして一体化したものである。この燃料電池ユニット７は、一体部材として車両に着脱可能である。したがって、双方向通信ライン２２２や電流ライン２２３ａ，２２３ｂはカプラ（図示しない）を介してこの燃料電池ユニット７の燃料電池コントローラ７１に接続される。
【００５９】燃料電池コントローラ７１はメモリを有し、この燃料電池ユニット７の温度、電圧、電流等の状態データおよび燃料電池の容量データ（具体的にはメタノールタンクの残量）等の検出データを常時書換えながら格納する。これにより、運転中に車両コントローラとの間で双方向通信によりデータの授受を行って必要な電力を供給するとともに、走行可能距離等の演算処理を行うことができる。
【００６０】なお、図５の実施形態では、ハイブリッド駆動車両を構成する２つの電力供給源として燃料電池およびバッテリを用いたが、２つの燃料電池あるいは２つのバッテリ（二次電池）を用いてもよく、またエンジン式発電機やキャパシタを用いることもできる。また、本発明は車両以外にも船舶その他の装置に適用可能でありる。
【００６１】図６は、本発明に係るハイブリッド駆動車両の制御系のデータ通信の説明図である。車両コントローラ５は、電動モータユニット３（エンコーダ３２およびその他のセンサ群）、バッテリコントローラ６１および燃料電池コントローラ７１の各々に対し、各コントローラのメモリに蓄積されている各種データの要求信号を発信する。このデータ要求に対し、電動モータユニット３のセンサ群及び各コントローラ６１，７１から車両コントローラ５に対し必要なデータを返信する。データの内容としては、温度、電圧、電流、エラー情報、容量等の状態情報、要求出力等の制御情報などが送受信される。
【００６２】この場合、車両コントローラ５は、電動モータユニット３のセンサ群及び各コントローラ６１，７１からのデータに基づいて各ユニットに対する最適な駆動量を演算し、この駆動量のデータを運転指令データとしてモータドライバ３０および各コントローラ６１，７１に送信して、電動モータユニット３、バッテリユニット６および燃料電池ユニット７を駆動制御することができる。
【００６３】図７および図８は、車両コントローラ５により実施される制御のフローチャートである。各ステップの動作は以下のとおりである。
【００６４】ａ１：各種フラグやモータデューティデータ等が所定の初期値に設定される。
ａ２：不揮発性メモリ２７から電動車両の過去の運転情報を読み込む。
ａ３：プログラム実行、メインスイッチの動作チェック及びタイマ信号の有無チェック等のみに必要な微弱電流がシステムを流れる状態、すなわち小電力状態で待機する。
ａ４：バッテリ側のＣＰＵで動作されるタイマが所定の時間、例えば１時間毎に出力するタイマ信号か、車体に取付けられるメインスイッチのＯＮ動作信号のいずれかが有るか判断する。
【００６５】ａ５：外部信号（前記ａ４のタイマ信号またはメインスイッチ信号）があれば前述のａ３の小電力状態を解除する。
ａ６：外部信号の種類を判別し、メインスイッチＯＮ有りならばステップａ１１へ、タイマ信号有りならばステップａ７へ進む。
ａ７：バッテリコントローラ６１内のＲＡＭ中に書込まれた電池容量データを確認する。
ａ８：ａ７の電池容量データに基づき二次電池に充電が必要かどうかを判別する。
ａ９：充電が不要の場合、この電池からの放電量を計算する。
【００６６】ａ１０：バッテリコントローラ６１内のＲＡＭ中の電池容量データを書換える。
ａ１１：次に乗車する予定の書込みデータが有ればそれを取込む。
ａ１２：各センサによる各検知信号を取込む。運転者の燃料電池強制ＯＦＦ動作信号も有れば取込む。
ａ１３：ａ１２で取込んだ二次電池の電圧、電流および温度の各検知信号のデータを入力する。
ａ１４：入力されたデータに基づき補正等を行って二次電池容量を計算する。
ａ１５：バッテリ側の温度検出データおよび容量データに基づき、マップあるいは計算式により、燃料電池の発電量指令値を計算する。
ａ１６：燃料電池に発電停止指令または発電量指令値を送信する。
【００６７】ａ１７：燃料電池からデータを受信する。このデータは、燃料電池の運転状態（発電量、温度、出力電圧・電流等）のデータおよび燃料電池の運転状態に異常が検知されたとき「１」が立つ異常フラグのデータである。
ａ１８：メインスイッチがＯＮかＯＦＦかを判別する。
ａ１９：乗車状態か下車状態かを判別する。シートスイッチのＯＮ検知情報またはスタンドスイッチのＯＮ検知情報のいずれかがあるとき乗車と判断する。
ａ２０：燃料電池の異常フラグが１か０により燃料電池の異常を判別する。
【００６８】ａ２１：燃料電池が異常なしのとき、リレーをＯＮにする。
ａ２２：二次電池の異常時に「１」が立つ二次電池の異常フラグが１か０かをチェックして二次電池の異常を判別する。
ａ２３：二次電池が異常なしのとき、リレーをＯＮにする。
ａ２４：燃料電池が異常のとき、リレーをＯＦＦにする。
ａ２５：二次電池が異常のとき、リレーをＯＦＦにする。
ａ２６：乗車していないとき、燃料電池および二次電池のリレーをともにＯＦＦにする。
【００６９】ａ２７：異常の内容をメータパネル中のディスプレイに表示する。
ａ２８：モータの電流値を入力する。なお、モータはメインスイッチＯＦＦ状態での燃料電池による充電時には、モータ電流値が０とされる。
ａ２９：モータ電流指令値を入力する。このモータ電流指令値は、スロットルレバーのスロットル角度が大きい程値が大きくなる。
ａ３０：モータのデューティ値を出力する。このデューティ値は、モータ駆動のための指令値であり、モータ電流指令値の関数で、定性的にはモータ電流指令値が大きい程値が大きい。
ａ３１：メインスイッチがＯＮかＯＦＦかを判別する。
ａ３２：充電動作中か充電停止中かを判別する。充電停止されるのは、満充電のときと、バッテリ側あるいは燃料電池側に異常があってリレーがＯＦＦされているときである。
ａ３３：バッテリ容量を不揮発性メモリに書込む。このデータは、前述のステップａ２で読み込まれる。
ａ３４：バッテリがＯＮかＯＦＦかを判別する。バッテリが接続中（ＯＮ）であれば、メインスイッチＯＦＦで車両が放置されている状態でもプログラムを継続動作し、バッテリの容量管理および燃料電池による充電管理を実施する。
【００７０】図９は、本発明の実施の形態に係るハイブリッド駆動車両の電力供給方法を実施するシステムの要部構成図である。バッテリ放電時の許容上限および下限温度データがメモリ３０１に予め格納され、バッテリ充電時の許容上限および下限温度データがメモリ３０２に予め格納される。これらのメモリ３０１，３０２は、前述の図３の車両コントローラ５またはバッテリコントローラ６１あるいは電力調整部８０に設けることができる。メモリ３０１，３０２は、例えば車両コントローラ内のリレーＯＮ／ＯＦＦ制御部３０３に接続される。このリレーＯＮ／ＯＦＦ制御部３０３にはさらに、バッテリ６０の温度センサ３０６からのバッテリ温度データ、電圧センサ３０５からのバッテリ電圧データ、バッテリ出力側に設けた電流センサ３０９およびバッテリ電流検出部３０８を介したバッテリ電流データ、およびバッテリ容量計算部３０４からのバッテリ容量データが入力される。バッテリ６０の出力側とモータドライバ３０間にはリレー３０７が設けられる。リレーＯＮ／ＯＦＦ制御部３０３は、上記各種データに基づいてリレー３０７をＯＮ／ＯＦＦ制御してバッテリ６０の充放電を制御する。
【００７１】モータに要求される負荷に対応した出力を演算するために、スロットルセンサ３１１からスロットル開度データがモータ出力指令値計算部３１２に入力される。このモータ出力指令値計算部３１２からのモータ出力指令データは、デューティ指令部３１３に入力される。デューティ指令部３１３は、このモータ出力指令データおよび電流センサ３１５からモータ電流検出部３１４を介して入力された電流データに基づいてデューティを算出し、これをモータドライバ３０に入力してモータ３１を駆動する。
【００７２】モータの要求負荷に対応した上記モータ出力指令データは、燃料電池出力指令部３１０に入力され、燃料電池の出力負担分を演算して燃料電池７０に対し出力指令値の信号を送る。
【００７３】モータ出力指令データはさらに、リレーＯＮ／ＯＦＦ制御部３０３に入力される。リレーＯＮ／ＯＦＦ制御部３０３は、モータの要求負荷が所定値より小さい場合に、リレー３０７を遮断してバッテリ６０からの電力供給を停止し、燃料電池７０からの電力のみによりモータ３１を駆動する。このように負荷が小さい場合に、バッテリを遮断して燃料電池のみでモータ出力を負担することにより、燃料電池出力を常にあるレベル以上に維持することができ、出力急増時の応答遅れを回避しバッテリの負担を軽減して安定した走行とともにバッテリの急激な容量低下による走行可能距離不足や早期劣化が防止される。
【００７４】図１０は、本発明の実施の形態に係るバッテリ保護のためのリレー制御による電力供給サブルーチンのフローチャートである。まず、ステップｂ１でバッテリが充電時か放電時かを判別する。これは電流センサ３０９（図９）の電流の方向を判別することにより充電電流か放電電流かが識別できる。
【００７５】放電時の場合、メモリ３０１（図９）に格納した放電可能な上限温度のデータと比較し（ステップｂ２）、放電上限温度以上であればステップｂ６でタイマにより時間を計測する。続いてステップｂ７で、所定時間この上限温度以上の状態が続けば放電に不適当な温度状態であると判断してバッテリ６０のリレー３０７を遮断し（ステップｂ８）、このサブルーチンフローを終了し車両制御のメインルーチン（例えば前述の図７、図８のフローチャート）のフローに戻る。これによりバッテリ６０からの電力供給が遮断され、モータ３１に対する電力供給は燃料電池７０のみから行われる。
【００７６】ステップｂ７で上限温度以上の状態が所定時間以内に終わればそのままフローを終了してメインルーチンのフローに従ってバッテリ６０および燃料電池７０によるハイブリッド駆動運転を続ける。
【００７７】ステップｂ２で上限温度未満であれば、ステップｂ３に進み、メモリ３０１に格納した放電可能な下限温度のデータと比較し、放電下限温度以下であればステップｂ６でタイマにより時間を計測する。続いてステップｂ７で、所定時間この下限温度以下の状態が続けば放電に不適当な温度状態であると判断してバッテリ６０のリレー３０７を遮断し（ステップｂ８）、このサブルーチンフローを終了し車両制御のメインルーチンのフローに戻る。これによりバッテリ６０からの電力供給が遮断され、モータ３１に対する電力供給は燃料電池７０のみから行われる。
【００７８】ステップｂ７で下限温度以下の状態が所定時間以内に終わればそのままフローを終了してメインルーチンのフローに従ってバッテリ６０および燃料電池７０によるハイブリッド駆動運転を続ける。
【００７９】ステップｂ３でバッテリ温度が下限温度より高ければ（すなわち、適正な温度範囲内であれば）、ステップｂ４に進み、バッテリ容量計算部３０４からのデータに基づいてバッテリの残量状態を判別する。バッテリ残量が所定の下限値以下のバッテリ切れの状態であれば、ステップｂ６でタイマにより時間を計測する。続いてステップｂ７で、所定時間このバッテリ切れの状態が続けば放電に不適当な状態であると判断してバッテリ６０のリレー３０７を遮断し（ステップｂ８）、このサブルーチンフローを終了し、車両制御のメインルーチンのフローに戻る。これによりバッテリ６０からの電力供給が遮断され、モータ３１に対する電力供給は燃料電池７０のみから行われる。
【００８０】ステップｂ７でバッテリ切れの状態が所定時間以内に終わればそのままフローを終了してメインルーチンのフローに従ってバッテリ６０および燃料電池７０によるハイブリッド駆動運転を続ける。
【００８１】ステップｂ４でバッテリ容量が所定の下限値より多ければ、その状態がタイマにより所定時間が経過した時点でフローを終了してメインルーチンのフローに従ってバッテリ６０および燃料電池７０によるハイブリッド駆動運転を続ける。
【００８２】一方、ステップｂ１で充電時の状態と判別された場合には、メモリ３０２（図９）に格納した充電可能な上限温度のデータと比較し（ステップｂ９）、充電上限温度以上であればステップｂ１３でタイマにより時間を計測する。続いてステップｂ１４で、所定時間この上限温度以上の状態が続けば充電に不適当な温度状態であると判断してバッテリ６０のリレー３０７を遮断し（ステップｂ１５）、このサブルーチンフローを終了し車両制御のメインルーチンのフローに戻る。これによりバッテリ６０への充電は停止され、モータ３１に対する電力供給は燃料電池７０のみから行われる。
【００８３】ステップｂ１４で上限温度以上の状態が所定時間以内に終わればそのままフローを終了してメインルーチンのフローに従ってバッテリ６０および燃料電池７０によるハイブリッド駆動運転を続ける。
【００８４】ステップｂ９で上限温度未満であれば、ステップｂ１０に進み、メモリ３０２に格納した充電可能な下限温度のデータと比較し、充電下限温度以下であればステップｂ１３でタイマにより時間を計測する。続いてステップｂ１４で、所定時間この下限温度以下の状態が続けば充電に不適当な温度状態であると判断してバッテリ６０のリレー３０７を遮断し（ステップｂ１５）、このサブルーチンフローを終了し車両制御のメインルーチンのフローに戻る。これによりバッテリ６０への充電は停止され、モータ３１に対する電力供給は燃料電池７０のみから行われる。
【００８５】ステップｂ１４で下限温度以下の状態が所定時間以内に終わればそのままフローを終了してメインルーチンのフローに従ってバッテリ６０および燃料電池７０によるハイブリッド駆動運転を続ける。
【００８６】ステップｂ１０でバッテリ温度が下限温度より高ければ（すなわち、適正な温度範囲内であれば）、ステップｂ１１に進み、バッテリ容量計算部３０４からのデータに基づいてバッテリの残量状態を判別する。バッテリ残量が所定の上限値以上のバッテリ満充電以上の状態であれば、ステップｂ１３でタイマにより時間を計測する。続いてステップｂ１４で、所定時間このバッテリ満充電以上の状態が続けば充電に不適当な状態であると判断してバッテリ６０のリレー３０７を遮断してこのサブルーチンフローを終了し、車両制御のメインルーチンのフローに戻る。これによりバッテリ６０への充電が停止される。
【００８７】ステップｂ７でバッテリ満充電の状態が所定時間以内に終わればそのままフローを終了してメインルーチンのフローに従ってバッテリ６０への充電が続けられる。
【００８８】ステップｂ１１でバッテリ容量が満充電より少ない状態であれば、その状態がタイマにより所定時間が経過した時点でフローを終了してメインルーチンのフローに従ってバッテリ６０への充電を続行する。
【００８９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、モータに対する負荷が低下したときに、二次電池を遮断して燃料電池のみから電力を供給することにより、燃料電池の発電量をある程度のレベル以上に維持することができ、その後の負荷増加に対し速やかに対応することができ、バッテリの負担を軽減して急激な容量低下による走行可能距離不足やバッテリの早期劣化を防止することができる。
【００９０】また、前記二次電池の温度が所定の温度範囲外の状態の場合に、該二次電池の充電および放電を停止する構成によれば、バッテリ（二次電池）は常に適正な温度範囲内でのみ使用されるため、早期劣化が防止される。
【００９１】さらに、前記二次電池の充電量が所定の容量範囲外の場合に、該二次電池の充電および放電を停止する構成によれば、バッテリは常に適正な充電容量の範囲内でのみ使用されるため、早期劣化が防止される。
【出願人】 【識別番号】００００１００７６
【氏名又は名称】ヤマハ発動機株式会社
【出願日】 平成１１年９月２１日（１９９９．９．２１）
【代理人】 【識別番号】１００１００２８４
【弁理士】
【氏名又は名称】荒井 潤
【公開番号】 特開２００１−９５１１０（Ｐ２００１−９５１１０Ａ）
【公開日】 平成１３年４月６日（２００１．４．６）
【出願番号】 特願平１１−２６７５４１