| 【発明の名称】 |
電気式自動車 |
| 【発明者】 |
【氏名】石川 哲浩
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式会社内
【氏名】朝倉 吉隆
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】燃料電池を搭載した電気式自動車では、万一、電気式自動車が事故を起こした場合における、燃料電池に蓄えられた電気エネルギーによる感電等を防止する技術が必要とされている。
【解決手段】燃料電池４０は、抵抗体で構成された電池収容ケース３０に収容され、燃料電池４０のエンドプレート５０,５２（正極または負極）それぞれの端部５０ａ,５２ａと、対向する形で、接触部３６,３８が電池収容ケース３０に設けられている。事故時に異常な外力が自動車に加わると、燃料電池４０または電池収容ケース３０のいずれかが移動し、端部５０ａと接触部３６と、および端部５２ａと接触部３８とが接触することにより、燃料電池４０の正極と負極とが短絡し、燃料電池４０に蓄えられた電気エネルギーが消費される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 車両に搭載された車両用電源を動力源とする電気式自動車であって、車両衝突時に車両用電源の電力を強制消費させる手段を備えることを特徴とする電気式自動車。
【請求項２】 前記車両用電源は、複数の単電池を接続して構成された組電池であることを特徴とする請求項１に記載の電気式自動車。
【請求項３】 前記強制消費手段は、車両内部で室内または車外より直接手に触れない位置に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電気式自動車。
【請求項４】 前記車両用電源は、燃料電池であり、前記強制消費手段は、前記燃料電池を収容し、抵抗体で構成されたスタックケースであり、車両衝突時に、前記燃料電池と前記スタックケースとが接触することにより、前記スタックケースの抵抗によって前記燃料電池の電力が消費されることを特徴とする請求項２または３に記載の電気式自動車。
【請求項５】 前記車両用電源は、２次電池であり、前記強制消費手段は、電気抵抗であり、車両衝突時に前記２次電池と前記電気抵抗とが接触することにより、前記２次電池の電力が消費されることを特徴とする請求項２または３に記載の電気式自動車。
【請求項６】 前記燃料電池と前記スタックケースとの接触部は、車両衝突時に前記燃料電池と前記燃料電池に接続された負荷との間を遮断する開閉器により燃料電池側に位置することを特徴とする請求項４に記載の電気式自動車。
【請求項７】 前記２次電池と前記電気抵抗との接続部は、車両衝突時に前記２次電池と前記２次電池に接続された負荷との間を遮断する開閉器より２次電池側に位置することを特徴とする請求項５に記載の電気式自動車。
【請求項８】 車両に搭載された電池から出力される電気エネルギーを動力源とする電気式自動車であって、前記電池の正極および負極にそれぞれ接続された正極部および負極部と、抵抗材料で形成された抵抗体と、前記抵抗体で接続され、前記正極部および負極部と、それぞれ対向して設けられた第１および第２の接触部と、を備え、通常時においては、前記抵抗体は前記電池と絶縁状態にあるように支持固定され、異常外力発生時においては、前記正極部または前記第１の接触部のいずれか、および、前記負極部または前記第２の接触部のいずれかが、前記異常外力によって移動することにより、前記正極部と前記第１の接触部と、および前記負極部と前記第２の接触部とが接触し、前記正極と前記負極とが短絡するような外力変形構造を有することを特徴とする電気式自動車。
【請求項９】 前記電池を収容する電池収容ケースをさらに備え、前記電池収容ケース自体が、前記抵抗体で形成されていることを特徴とする請求項８に記載の電気式自動車。
【請求項１０】 前記正極部、負極部および前記第１、第２の接触部が前記電池収容ケース内であって、前記電池に対して、前記車両の進行方向、横方向、または後退方向のいずれかに設けられていることを特徴とする請求項９に記載の電気式自動車。
【請求項１１】 前記正極部、負極部および前記第１、第２の接触部は前記車両の前部に設けられていることを特徴とする請求項８または９に記載の電気式自動車。
【請求項１２】 前記電池は、アノード電極と、カソード電極と、前記アノード電極と前記カソード電極との間に保持される電解質と、を有する単位電池が複数積層され、前記複数の単位電池の積層方向の両端側にそれぞれ設置された一対の導電性のエンドプレートにより、前記複数の単位電池が挟持された構造を有する燃料電池であり、前記正極部および負極部は、それぞれ前記正極および負極側のエンドプレートに接続されていることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の電気式自動車。
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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、電池に蓄えられた電気エネルギーを動力源とする電気式自動車に関する。特に本発明は、当該自動車の安全面の向上を図る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池などの電池を駆動源とする電気式自動車における、不慮の事故に対する安全対策としては、たとえば、特開２００１−１１９８１５号公報において、万一の事故時において、燃料電池への水素の供給を遮断するシステムが記載されている。また、特開平８−１９２６３９号公報において、事故時の衝突エネルギーを吸収する吸収部材や、電池ケースの構造が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】燃料電池を搭載した電気式自動車では、万一、電気式自動車が事故を起こした場合における、燃料電池に蓄えられた電気エネルギーによる感電等を防止する技術が必要とされている。しかし、従来の電気式自動車の安全対策は、事故時の電池内部に蓄えられたエネルギーの確実・安全な消費を簡単に達成していなかった。
【０００４】そこで本発明は、上記の課題を解決することのできる電気式自動車を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、車両に搭載された車両用電源を動力源とする電気式自動車であって、車両衝突時に車両用電源の電力を強制消費させる手段を備える。
【０００６】これによれば、車両衝突時において車両用電源の電力が強制的に消費されるため、衝突後の感電防止を図ることができる。また、電力強制消費手段は、車両用電源１個あたり１つで済むため、簡易な構成で済ませることができる。
【０００７】なお、「電気式自動車」は、電池から出力される電気エネルギーのみを動力源とする自動車に限られず、電気エネルギーで駆動するモータとガソリンエンジンとを動力源として併せ持つ、いわゆるハイブリッド自動車も含む。
【０００８】本発明の前記車両用電源は、複数の単電池を接続して構成された組電池であってもよい。
【０００９】本発明の前記強制消費手段は、車両内部で室内または車外より直接手に触れない位置に設けられていてもよい。
【００１０】本発明の前記車両用電源は、燃料電池であり、前記強制消費手段は、前記燃料電池を収容し、抵抗体で構成されたスタックケースであり、車両衝突時に、前記燃料電池と前記スタックケースとが接触することにより、前記スタックケースの抵抗によって前記燃料電池の電力が消費されてもよい。
【００１１】本発明の前記車両用電源は、２次電池であり、前記強制消費手段は、電気抵抗であり、車両衝突時に前記２次電池と前記電気抵抗とが接触することにより、前記２次電池の電力が消費されてもよい。
【００１２】本発明の前記燃料電池と前記スタックケースとの接触部は、車両衝突時に前記燃料電池と前記燃料電池に接続された負荷との間を遮断する開閉器により燃料電池側に位置していてもよい。
【００１３】本発明の前記２次電池と前記電気抵抗との接続部は、車両衝突時に前記２次電池と前記２次電池に接続された負荷との間を遮断する開閉器より２次電池側に位置していてもよい。
【００１４】また、本発明は、車両に搭載された電池から出力される電気エネルギーを動力源とする電気式自動車であって、前記電池の正極および負極にそれぞれ接続された正極部および負極部と、抵抗材料で形成された抵抗体と、前記抵抗体で接続され、前記正極部および負極部と、それぞれ対向して設けられた第１および第２の接触部と、を備え、通常時においては、前記抵抗体は前記電池と絶縁状態にあるように支持固定され、異常外力発生時においては、前記正極部または前記第１の接触部のいずれか、および、前記負極部または前記第２の接触部のいずれかが、前記異常外力によって移動することにより、前記正極部と前記第１の接触部と、および前記負極部と前記第２の接触部とが接触し、前記正極と前記負極とが短絡するような外力変形構造を有する。
【００１５】本発明は、前記電池を収容する電池収容ケースをさらに備え、前記電池収容ケース自体が、前記抵抗体で形成されていてもよい。
【００１６】本発明は、前記正極部、負極部および前記第１、第２の接触部が前記電池収容ケース内であって、前記電池に対して、前記車両の進行方向、横方向、または後退方向のいずれかに設けられていてもよい。
【００１７】本発明の前記正極部、負極部および前記第１、第２の接触部は前記車両の前部に設けられていてもよい。
【００１８】本発明の前記電池は、アノード電極と、カソード電極と、前記アノード電極と前記カソード電極との間に保持される電解質と、を有する単位電池が複数積層され、前記複数の単位電池の積層方向の両端側にそれぞれ設置された一対の導電性のエンドプレートにより、前記複数の単位電池が挟持された構造を有する燃料電池であり、前記正極部および負極部は、それぞれ前記正極および負極側のエンドプレートに接続されていてもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。
【００２０】図１は、実施形態にかかる電気式自動車１０のフロント部１２の構成を示す図である。フロント部１２は、シャーシフレーム２０を含む。シャーシフレーム２０上には、ケースマウント３２,３４（および図示しない別の２個のケースマウントの計４個のマウント）を介して抵抗材料によって形成された電池収容ケース３０が設置されている。電池収容ケース３０内部には、電池収容ケース３０の底面に固定された電池マウント４２、４４（および図示しない別の２個の電池マウントの計４個の電池マウント）を介して、燃料電池（以下では、燃料電池を電池の一例として説明を進める）４０が収容されている。電池マウント４２、４４は、通常時（安全走行時）には、燃料電池４０を支えるのに十分な強度を有する。燃料電池４０からは、正極線６０および負極線６２が取り出されている。正極線６０および負極線６２は、システムメインリレー６４を介して、電気式自動車１０にモータ等（図示せず）の負荷に接続され、燃料電池４０で発生した電力が、モータ等で利用可能になっている。システムメインリレー６４は、電気式自動車１０に設けられた衝撃センサ（図示せず）によって、電気式自動車１０に所定値以上の衝撃が加えられたことが感知された場合にオフとなり、正極線６０および負極線６２とモータ等との接続を遮断する。なお、点線１３の円は、前輪を示す。
【００２１】図２は、電池収容ケース３０および電池収容ケース３０に収容された燃料電池４０の斜視図である。燃料電池４０は、高分子電解質膜（たとえば、フッ素系樹脂により形成された厚さ１００μｍ−２００μｍのイオン交換膜）とこの高分子電解質膜を挟持する２つの電極（アノード電極およびカソードカソード電極）とで形成される単位電池４６を、セパレータ４８を介して複数積層し、さらに積層された単位電池４０の両側から、導電性の材料で構成されるエンドプレート５０,５２により挟持されている。このエンドプレート５０,５２から、それぞれ、正極線６０、負極線６２が取り出されている。なお、通常時においては、この燃料電池４０は電池収容ケース３０とは、電気的に絶縁されている。衝撃センサによって、電気式自動車１０に所定値以上の衝撃が加えられたことが感知された場合には、燃料電池４０に供給される水素などの燃料供給ラインに設けられた開閉弁（図示せず）が閉じられ、燃料電池４０への燃料の供給が遮断される。
【００２２】なお、接触部３６,３８およびエンドプレート端部５０ａ,５２ａは、続く図３において説明する。
【００２３】図３は、図２のＡ−Ａ線を通る水平面の断面図である。電池収容ケース３０には、エンドプレート５０,５２の進行方向のエンドプレート端部５０ａ,５２ａに対応して、接触部３６,３８が設けられている。接触部３６,３８は、通常時は、エンドプレート端部５０ａ,５２ａとは、それぞれ空間を隔てて位置している。ただし、電気式自動車１０が衝突などによる衝撃（外力）を受けると、電池収容ケース３０の変形（具体的には、電池収容ケース３０の前方の面がへこむこと）、または電池マウント４２,４４の変形もしくは破壊による燃料電池４０の位置の変化（具体的には、燃料電池４０が電池収容ケース３０内で進行方向にずれること）によって、接触部３６,３８は、それぞれ、エンドプレート端部５０ａ,５２ａと接触する。
【００２４】これにより、電気式自動車１０が衝突による衝撃を受けるという異常時においては、燃料電池４０と抵抗体である電池収容ケース３０とが電気的に接続され、電池収容ケース３０に電流が流れることにより電池収容ケース３０が発熱する。すなわち、燃料電池４０で発生した電気エネルギーが熱エネルギーとして消費され、燃料電池４０の電圧が降下する。燃料電池４０の電圧の降下により、漏電時の危険性を低減することができる。このとき、燃料電池４０への燃料供給は開閉弁により絶たれているので、消費すべき電気エネルギーは、異常時発生前に開閉弁よりも下流側（燃料電池４０）に存在した燃料によって生じた電気エネルギーのみとなる。
【００２５】なお、接触部３６,３８は、進行方向と反対側に設けてもよい。これによれば、異常時において電池収容ケース３０の後方の面が変形した場合等にも、燃料電池４０の電圧を降下させ、安全を確保することができる。
【００２６】また、図４に示すように、接触部３６、３８を側面に設け、エンドプレート５０,５２とそれぞれ接続された端子５０ｂ,５２ｂを、接触部３６、３８に対応して設けてもよい。これによれば、電気式自動車１０の側面が外力によって変形した場合等にも、燃料電池４０の電圧を降下させ、安全を確保することができる。
【００２７】また、上記の例においては、エンドプレート５０,５２の端部５０ａ,５２ａまたは、エンドプレート５０,５２に接続された端子５０ｂ,５２ｂを利用して、異常時における燃料電池４０と電池収容ケース３０との導通を図られているが、同様な端子を単位電池４６ごとに設けて、単位電池４６ごとに電圧が降下するようにしてもよい。
【００２８】図６は、別の実施形態における電気式自動車１０のフロント部１２の構成を示す図である。なお、基本的な構成は、図１および図２と同様であるので適宜説明を省略する。この場合には、自動車前方（たとえば、自動車フロントのバンパー内）に電池収容ケース３０（抵抗体）と接続された端子７０、および燃料電池４０の正極と接続された端子７２とが所定の距離を介して設置されている。燃料電池４０の負極は、電池収容ケース３０と接続されている。電気式自動車１０が衝突すると、そのときの外力により、端子７０と端子７２とが接触し、燃料電池４０で発生した電気エネルギーは、電池収容ケース３０の発熱により熱エネルギーとして消費される。
【００２９】これによれば、電池収容ケース３０または燃料電池４０自体にダメージがない場合においても、燃料電池４０の電圧を降下させ、安全を確保することができる。
【００３０】なお、以上の説明では、電池収容ケース３０自体が抵抗体で形成されていたが、図５に示すように、電池収容ケース３０は絶縁部材で形成し、別途、接触部３６,３８と接続された抵抗体７４を電池収容ケース３０内に設けてもよい。また、抵抗体は、所定の安全対策を施すことにより、電池収容ケース３０の外に設けてもよい。
【００３１】また、以上の説明では、電池として燃料電池を例にしたが、燃料電池の他にも２次電池、駆動用電源回路における平滑コンデンサ、ウルトラキャパシタ等電圧が残るものについても適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】上記説明から明らかなように、本発明によれば、万一事故が起きた場合に、自動車に搭載された電源の電圧を降下させることにより、安全性を向上させることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地
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| 【出願日】 |
平成１３年１２月１３日（２００１．１２．１３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５２５８
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 研二 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−１８９４１５（Ｐ２００３−１８９４１５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年７月４日（２００３．７．４） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−３７９４４８（Ｐ２００１−３７９４４８） |
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