(57)【要約】【課題】燃料電池と、燃料電池から充電可能な二次電池とを備え、燃料電池と二次電池との少なくとも一方から供給される電力によって電動モータを駆動するように構成された電動車において、二次電池への充電を十分に行うことができる充電システムを提供する。【解決手段】電動車１は、入力部４１に電動モータ１０の停止命令（ＯＦＦ信号）が入力された後も、燃料電池制御部４２は、充電量判定部４４において二次電池３０の充電量が規定値に達したと判定されるまで、燃料電池２０の駆動を停止させないように構成されている。したがって、二次電池３０の充電量が規定値に達するまで、燃料電池２０から二次電池３０に充電することができる。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動輪と、前記駆動輪を回転させる電動モータと、燃料電池と、前記燃料電池から充電可能な二次電池とを備え、前記燃料電池と前記二次電池との少なくとも一方から供給される電力によって前記電動モータを駆動するように構成された電動車の充電システムであって、
外部から前記電動モータの起動命令又は停止命令が入力される入力部と、
前記二次電池の充電量を測定する充電量検出部と、
前記充電量検出部での測定結果に基づいて、前記二次電池の充電量が規定値に達したか否かを判定する充電量判定部と、
前記入力部に前記起動命令が入力された場合は、前記燃料電池を起動させ、前記入力部に前記停止命令が入力された場合は、前記充電量判定部において前記二次電池の充電量が規定値に達したと判定された後に、前記燃料電池を停止させる燃料電池制御部とを備えていることを特徴とする電動車の充電システム。
【請求項２】
前記燃料電池から前記二次電池へ流れる電流量を調整する電流量調整部を備え、前記電流量調整部は、前記入力部に前記停止命令が入力された場合は、前記電流量が所定の値となるように調整することを特徴とする請求項１に記載の電動車の充電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動輪を電動モータによって回転させて走行する電動車の充電システムに関し、詳しくは、電動モータを駆動する電源として燃料電池と二次電池とを備えた電動車の充電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば原動機付き自転車や電動アシスト自転車等の、駆動輪を電動モータによって回転させて走行する電動車の一種として、燃料電池と、燃料電池から充電可能な二次電池とを備え、燃料電池と二次電池との少なくとも一方から供給される電力によって電動モータを駆動するように構成された電動車が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この種の電動車では、燃料電池は出力が上昇するまでに時間がかかるため、電動モータの始動時には、燃料電池の出力が上昇するまでの間は、二次電池から供給される電力によって電動モータを駆動させている。そして、二次電池の充電は、電動車の減速時又は停止時に発生する回生エネルギーによって行っていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３２１６８１号公報（第７頁、第４図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記したような従来の電動車、即ち回生エネルギーによって二次電池の充電を行うように構成された電動車では、その質量が小さく、運動エネルギーが小さいため、十分な回生エネルギーを得ることができず、二次電池の充電を十分に行うことができないという問題があった。二次電池の充電を十分に行うことができないと、次回の電動モータの始動時に、二次電池から電動モータに十分な電力を供給することができず、電動モータを始動することができない、又は電動モータを始動するのに時間がかかるという不都合が生じる。
【０００５】
そこで、本発明は、燃料電池と、燃料電池から充電可能な二次電池とを備え、燃料電池と二次電池との少なくとも一方から供給される電力によって電動モータを駆動するように構成された電動車において、二次電池への充電を十分に行うことができる充電システムを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の電動車の充電システムは、駆動輪と、前記駆動輪を回転させる電動モータと、燃料電池と、前記燃料電池から充電可能な二次電池とを備え、前記燃料電池と前記二次電池との少なくとも一方から供給される電力によって前記電動モータを駆動するように構成された電動車の充電システムであって、外部から前記電動モータの起動命令又は停止命令が入力される入力部と、前記二次電池の充電量を測定する充電量検出部と、前記充電量検出部での測定結果に基づいて、前記二次電池の充電量が規定値に達したか否かを判定する充電量判定部と、前記入力部に前記起動命令が入力された場合は、前記燃料電池を起動させ、前記入力部に前記停止命令が入力された場合は、前記充電量判定部において前記二次電池の充電量が規定値に達したと判定された後に、前記燃料電池を停止させる燃料電池制御部とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
請求項１に記載の電動車の充電システムによれば、外部から入力部に電動モータの停止命令が入力された後も、燃料電池制御部は、充電量検出部において二次電池の充電量が規定値に達したと判定されるまで燃料電池の駆動を停止させないように構成されている。したがって、二次電池の充電量が規定値に達するまで、燃料電池から二次電池に充電することができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の電動車の充電システムは、請求項１に記載の電動車の充電システムにおいて、前記燃料電池から前記二次電池へ流れる電流量を調整する電流量調整部を備え、前記電流量調整部は、前記入力部に前記停止命令が入力された場合は、前記電流量が所定の値となるように調整することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の電動車の充電システムによれば、外部から入力部に電動モータの停止命令が入力された場合、電流量調整部は、燃料電池から二次電池へ流れる電流量が所定の値となるように調整する。そして、燃料電池は、出力電流が小さくなるにつれて出力電圧が高くなるという出力特性（ＩＥ特性）を有するので、電流量調整部によって燃料電池から二次電池へ流れる電流量を減らすことにより、燃料電池の出力電圧を高くすることができる。したがって、燃料電池は二次電池を高い電圧で充電することができるので、二次電池を効率良く充電することができる。また、燃料電池の電圧は二次電池の電圧よりも高くなるので、二次電池に充電する際の他の電圧源が不要となり、燃料電池をそのまま二次電池の充電電源として使用することが可能となる。
【００１０】
なお、電流量調整部が燃料電池から二次電池へ流れる電流量を減らす際は、燃料電池の出力効率が８０％以上となるように電流量を減らすと、二次電池をより効率良く充電することができる。具体的には、燃料電池が図２に示すグラフのような出力特性（ＩＥ特性）を有する場合は、燃料電池の出力電流の電流値がＩ２よりも小さくなるように、燃料電池から二次電池へ流れる電流量を減らすと、燃料電池の出力効率が８０％以上となり、二次電池をより効率良く充電することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電動車の充電システムの一実施の形態について、適宜図面を参照して説明する。
【００１２】
まず、本発明に係る電動車の充電システムが適用される電動車１の構成について、図１及び図２を参照して説明する。参照する図面において、図１は、電動車１の概略側面図である。また、図２は、図１に示した電動車１に含まれる燃料電池１０の出力特性（ＩＥ特性）を示すグラフである。
【００１３】
図１に示すように、電動車１は、前輪２と、後輪（駆動輪）３と、後輪３を回転させる電動モータ１０と、電動モータ１０に電力を供給する燃料電池２０及び二次電池３０と、電動モータ１０で生じた動力を後輪３に伝達する動力伝達機構４とを備えている。そして、この電動車１は、燃料電池２０と二次電池３０との少なくとも一方から供給される電力によって電動モータ１０を駆動し、電動モータ１０で生じた動力を後輪３に伝達して後輪３を回転させることにより走行するように構成されている。
【００１４】
燃料電池２０は、燃料電池セル、燃料電池セルのカソード極（陰極）に燃料としての水素を供給する燃料タンク、燃料電池セルのアノード極（陽極）に酸化剤としての空気を供給する空気ポンプ等を備えて構成されており、燃料電池セル内において燃料と酸化剤とを化学反応させることにより発電している。この燃料電池２０の起動及び停止は、後記する電源制御部４０の燃料電池制御部４２（図３参照）によって制御される。
【００１５】
また、この燃料電池２０は、図２に示すように、出力電流が大きくなるにつれて、出力電圧が低くなるという出力特性（ＩＥ特性）を有する。そのため、電動モータ１０の駆動時には、燃料電池２０の出力電流Ｉは、出力電力Ｐが最も大きくなる電流値Ｉ１に設定される。また、詳細については後記するが、電動モータ１０を停止した後の、二次電池３０の充電時には、後記する電源制御部４０の電流量調整部４５（図３参照）によって出力電流Ｉは、出力効率が８０％以上となる電流値Ｉ２に設定される。
【００１６】
二次電池３０は、電動モータ１０に対して、燃料電池２０と並列に接続されている（図３参照）。そして、燃料電池２０は出力が上昇するまでに時間がかかるため、電動モータ１０の始動時には、燃料電池２０の出力が上昇するまでの間は、二次電池３０から供給される電力によって電動モータ１０を駆動する。
【００１７】
また、この二次電池３０は、電動モータ１０が停止した後、その充電量が規定値に達するまで、燃料電池２０から充電される。なお、電動モータ１０の駆動時にも燃料電池２０から二次電池３０に充電することが可能であるが、本実施の形態では、電動モータ１０の駆動時における燃料電池２０の電圧Ｅ１は、二次電池３０の電圧と同じ電圧に設定されているので、二次電池３０はほとんど充電されない。この二次電池３０の充電は、後記する電源制御部４０（図３参照）によって制御される。
【００１８】
次に、図１に示した電動車１の充電システムについて、図３を参照して説明する。参照する図面において、図３は、図１に示した電動車１の充電システムを示すブロック図である。
【００１９】
図３に示すように、電動車１は、燃料電池２０の起動及び停止と、二次電池３０の充電とを制御する電源制御部４０を備えている。この電源制御部４０は、特許請求の範囲における充電システムに相当する。電源制御部４０は、入力部４１と、燃料電池制御部４２と、充電量検出部４３と、充電量判定部４４と、電流量調整部４５と、モータ電流制御部４６とからなる。また、燃料電池２０と二次電池３０との間には、燃料電池２０から二次電池３０へ流れる電流量や負荷電流を調整するためにスイッチ７０が設けられている。このスイッチ７０の動作は、電流量調整部４５によって制御される。また、充電量検出部４３には、二次電池３０に流れる電流の大きさを測定する電流計５０と、二次電池３０の電圧を測定する電圧計６０とが接続されている。なお、電動モータ１０は、電動モータ駆動回路４７によって駆動される。
【００２０】
入力部４１は、図示しないスイッチからＯＮ信号又はＯＦＦ信号（以下、単に「ＯＮ／ＯＦＦ信号」と記載する）が入力される。なお、このＯＮ／ＯＦＦ信号は、特許請求の範囲における「電動モータの起動命令又は停止命令」に相当する。そして、入力部４１は、ＯＮ信号が入力された場合は、燃料電池制御部４２へ燃料電池２０を起動することを指示する制御信号を出力する。また、入力部４１は、ＯＦＦ信号が入力された場合は、燃料電池２０から二次電池３０へ流れる電流量を所定の値とすることを指示する制御信号を電流調整部４５へ出力し、判定開始を指示する制御信号を充電量判定部４４へ出力する。
【００２１】
燃料電池制御部４２は、入力部４１から燃料電池２０を起動することを指示する制御信号が入力されると、燃料電池２０を起動させる。また、充電量判定部４４から燃料電池２０を停止させることを指示する制御信号が入力されると、燃料電池２０を停止させる。
【００２２】
充電量検出部４３は、電圧計６０で検出された二次電池３０の電圧に基づいて、二次電池３０の充電量を検出する。充電量検出部４３での測定結果は、充電量判定部４４へ出力される。
【００２３】
充電量判定部４４は、入力部４１から判定開始を指示する制御信号が入力されると、充電量検出部４３での測定結果に基づいて、二次電池３０の充電量が規定値に達したか否かを判定する。そして、充電量判定部４４は、二次電池３０の充電量が規定値に達したと判定した場合は、燃料電池を停止させることを指示する制御信号を燃料電池制御部４２へ出力する。
【００２４】
電流量調整部４５は、入力部４１から、燃料電池２０から二次電池３０へ流れる電流量を所定の値とすることを指示する制御信号が入力されると、スイッチ７０を制御して、燃料電池２０の出力電流の電流値がＩ２となるように、燃料電池２０から二次電池３０へ流れる電流量を減らし、調整する（図２参照）。
【００２５】
なお、この電動車１は、図示しないスロットルの操作量を検出し、電流量調整部４５がスロットルの操作量に応じた目標電流を設定して電流量を制御し、電動モータ駆動回路４７によって電動モータ１０のモータトルクを調整するように構成されている。
【００２６】
次に、以上のように構成された電動車１の電源（燃料電池２０と二次電池３０）と電動モータ１０の動作について、主に図４を参照して説明する。参照する図面において、図４は、電動車１の電源と電動モータ１０の動作を説明するためのタイムチャートである。
【００２７】
まず、時刻ｔ１において、電源制御部４０の入力部４１にＯＮ信号が入力されると、二次電池３０から電動モータ駆動回路４７に電力が供給されて、電動モータ１０が始動する。なお、この時点（時刻ｔ１）では、燃料電池制御部４２は燃料電池２０に対して起動命令を出力しているが、燃料電池２０は出力が上昇するまでに時間がかかるため、時刻ｔ２までの間は、燃料電池２０からの電力は電動モータ１０に供給されない。
【００２８】
そして、時刻ｔ２において、燃料電池２０が起動し、電動モータ１０に電力を供給し始める。二次電池３０は、その後、例えば燃料電池２０の出力が落ちたときや、電動モータ１０により多くの電力を供給することが要求され、燃料電池２０から供給される電力だけでは足りないとき等に、必要な電力を電動モータ１０に供給する（時刻ｔ３，ｔ４）。
【００２９】
そして、時刻ｔ５において、入力部４１にＯＦＦ信号が入力されると、電流量調整部４５は、スイッチ７０を制御して、燃料電池２０から二次電池３０に流れる電流量が所定の値となるように調整する。また、充電量判定部４４は、充電量検出部４３での測定結果に基づいて、二次電池３０の充電量が規定値に達したか否かの判定を開始する。なお、この時点（時刻ｔ５）では、燃料電池制御部４２は燃料電池２０に対して停止命令を出力していないので、燃料電池２０は駆動を継続している。
【００３０】
そして、時刻ｔ６において、充電量判定部４４が、充電量検出部４３での測定結果に基づいて、二次電池３０の充電量が規定値に達したと判定した場合は、燃料電池制御部４２は、燃料電池２０を停止させる。
【００３１】
以上、本発明に係る電動車の充電システムの一実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態にのみ限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく限りにおいて、種々の変形が可能である。
【００３２】
例えば、本実施の形態では、電動モータ１０の動力によってのみ走行する原動機付き自転車に適用した場合について説明したが、本発明に係る電動車の充電システムは、電動モータ１０の動力と人力とを組み合わせた電動アシスト自転車等に適用することもできる。また、本発明の充電システムは、電動車に限らず、他の燃料電池と二次電池（又はコンデンサ）とを併用した電源システムにも適用することが可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、請求項１に記載の電動車の充電システムによれば、二次電池を、その充電量が規定値に達するまで、燃料電池から充電することができる。
【００３４】
また、請求項２に記載の電動車の充電システムによれば、二次電池を効率良く充電することができる。また、燃料電池の電圧は二次電池の電圧よりも高くなるので、二次電池に充電する際の他の電圧源が不要となり、燃料電池をそのまま二次電池の充電電源として使用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動車１の概略側面図である。
【図２】燃料電池１０の出力特性（ＩＥ特性）を示すグラフである。
【図３】電動車１の充電システムを示すブロック図である。
【図４】電動車１の電源と電動モータ１０の動作を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
１  電動車
３  後輪（駆動輪）
１０  電動モータ
２０  燃料電池
３０  二次電池
４０  電源制御部
４１  入力部
４２  燃料電池制御部
４３  充電量検出部
４４  充電量判定部
４５  電流量調整部
４６  モータ電流制御部
４７  電動モータ駆動回路
５０  電流計
６０  電圧計
７０  スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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