(57)【要約】【課題】起動時における消費電力の増大や、部品点数の増加等を招くことなく、運転者の意図しない起動や車両走行を確実に防止することができる燃料電池車両を提供する。【解決手段】主電源として搭載する燃料電池ユニット１に空気を供給する空気供給装置６を駆動するための電動機７として、電動機本体がハウジングの内周面から離間した状態でハウジング内部に収容され、可動部材がハウジング内周面と電動機本体の外周面との間を移動することによって、電動機本体がハウジングに対して固定或いは解放される構造のものを用いる。そして、車両コントローラ９がイグニッションキーの正規動作によって車両の起動操作が行われたと判定した場合にのみ、電動機制御装置８の制御によって電動機７の電動機本体をハウジングに固定させ、電動機７から回転出力が得られるようにする。【選択図】図１
2005094834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を主電源として搭載する燃料電池車両において、
運転者の意図しない車両の起動操作が行われた場合に、前記燃料電池への空気供給動作を制限して燃料電池の発電を阻止することによって、運転者の意図しない車両の起動を禁止する機構を有することを特徴とする燃料電池車両。
【請求項２】
前記燃料電池へ空気を供給する空気供給装置を駆動するための電動機として、ハウジングと、このハウジングの内周面から離間した状態でハウジング内部に収容された電動機本体と、前記ハウジングの内周面と前記電動機本体の外周面との間を移動することによって前記電動機本体を前記ハウジングに対して固定或いは解放する可動部材とを備えた電動機を用いると共に、
イグニッションキーの正規動作によって車両の起動操作が行われたときに、前記電動機の可動部材を移動させて前記電動機本体を前記ハウジングに対して固定させ、前記電動機から回転出力が得られるように制御する電動機制御装置を設けたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。
【請求項３】
燃料電池を主電源として搭載する燃料電池車両において、
運転者の意図しない車両の起動操作が行われた場合に、前記燃料電池から供給される電力によって動作する車輪駆動用電動機から回転出力が得られないようにして、車両の走行を禁止する機構を有することを特徴とする燃料電池車両。
【請求項４】
前記車輪駆動用電動機として、ハウジングと、このハウジングの内周面から離間した状態でハウジング内部に収容された電動機本体と、前記ハウジングの内周面と前記電動機本体の外周面との間を移動することによって前記電動機本体を前記ハウジングに対して固定或いは解放する可動部材とを備えた電動機を用いると共に、
イグニッションキーの正規動作によって車両の起動操作が行われたときに、前記電動機の可動部材を移動させて前記電動機本体を前記ハウジングに対して固定させ、前記車輪駆動用電動機から回転出力が得られるように制御する電動機制御装置を設けたことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を主電源として搭載する燃料電池車両に関し、特に、運転者の意図しない起動や車両走行を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境問題、特に自動車の排出ガスによる大気汚染や二酸化炭素による地球温暖化の問題等に対する対策として、クリーンな排気及び高エネルギ効率を可能とする燃料電池技術が注目を浴びており、現在、このような燃料電池を主電源として搭載する燃料電池車両に関する研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
燃料電池車両を広く一般に普及させるためには、燃料電池システム自体の改良によるコストダウンが極めて重要な課題とされているが、これと共に、実際に燃料電池車両を日常生活の中で使用することを想定した場合に必要となると考えられる様々な技術についても、燃料電池車両に適合した最適なかたちで燃料電池車両に適用することも重要である。その一つが、運転者の意図しない起動や車両走行を防止する技術である。
【０００４】
従来の電気自動車や内燃機関自動車において、運転者の意図しない起動や車両走行への対策としては、特別な電気的防盗装置を車両に搭載したり（例えば、特許文献１等を参照。）、ステアリングロック等のように機械的に盗難を防止する機構を付加したりする例が一般的である。
【特許文献１】特開２００２−３２６５６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料電池車両では、主電源として搭載した燃料電池の起動応答性が十分ではないため、通常、補助電源として２次電池を搭載して、車両起動時にはこの２次電池からの電力で各種制御を行うようにしている。ただし、燃料電池車両に搭載される２次電池の容量は、従来の電気自動車に搭載される２次電池と比較して小容量であるため、起動時における電気消費量はできるだけ低く抑えることが望まれる。このため、従来の電気自動車や内燃機関自動車で利用されている電気的防盗装置を燃料電池車両に搭載して、運転者の意図しない起動や車両走行への対策とすることは、得策でないと考えられる。
【０００６】
また、燃料電池車両は、従来の電気自動車や内燃機関自動車と比較して構成部品が多いため、部品点数の更なる増加はできるだけ避けることが望まれる。このため、ステアリングロック等の機械的な装置を付加することも、燃料電池車両では得策でないと考えられる。
【０００７】
本発明は、以上のような実情に鑑みて創案されたものであって、起動時における消費電力の増大や、部品点数の増加等を招くことなく、運転者の意図しない起動や車両走行を確実に防止することができる燃料電池車両を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る燃料電池車両では、運転者の意図しない車両の起動操作が行われた場合に、燃料電池への空気供給動作を制限して燃料電池の発電を阻止することによって、運転者の意図しない車両の起動を禁止するようにしている。そのための具体的機構として、本発明に係る燃料電池車両では、例えば、燃料電池へ空気を供給する空気供給装置を駆動するための電動機として新規な構造のものを採用すると共に、この電動機を制御するための電動機制御装置を設け、イグニッションキーの正規動作によって車両の起動操作が行われたときに、電動機から回転出力が得られるように、電動機制御装置が電動機を制御するようにしている。
【０００９】
具体的には、例えば、空気供給装置を駆動するための電動機として、ハウジングと、このハウジングの内周面から離間した状態でハウジング内部に収容された電動機本体と、ハウジングの内周面と電動機本体の外周面との間を移動することによって電動機本体をハウジングに対して固定或いは解放する可動部材とを備えた電動機を用い、電動機制御装置が、イグニッションキーの正規動作によって車両の起動操作が行われたときに、電動機の可動部材を移動させて電動機本体をハウジングに対して固定させ、電動機から回転出力が得られるように制御する。
【００１０】
また、本発明に係る他の燃料電池車両では、運転者の意図しない車両の起動操作が行われた場合に、燃料電池から供給される電力によって動作する車輪駆動用電動機から回転出力が得られないようにして、車両の走行を禁止するようにしている。そのための具体的機構として、本発明に係る他の燃料電池車両では、例えば、車輪駆動用電動機として新規な構造のものを採用すると共に、この車輪駆動用電動機を制御するための電動機制御装置を設け、イグニッションキーの正規動作によって車両の起動操作が行われたときに、車輪駆動用電動機から回転出力が得られるように、電動機制御装置が車輪駆動用電動機を制御するようにしている。
【００１１】
具体的には、例えば、車輪駆動用電動機として、ハウジングと、このハウジングの内周面から離間した状態でハウジング内部に収容された電動機本体と、ハウジングの内周面と電動機本体の外周面との間を移動することによって電動機本体をハウジングに対して固定或いは解放する可動部材とを備えた電動機を用い、電動機制御装置が、イグニッションキーの正規動作によって車両の起動操作が行われたときに、電動機の可動部材を移動させて電動機本体をハウジングに対して固定させ、車輪駆動用電動機から回転出力が得られるように制御する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の燃料電池車両によれば、特別な電気的防盗装置やステアリングロック等の機構によらず、運転者の意図しない車両の起動操作が行われた場合に車両の起動や走行が禁止されるので、起動時における消費電力の増大や、部品点数の増加等を招くことなく、運転者の意図しない起動や車両走行を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した燃料電池車両の具体的な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
本実施形態の燃料電池車両の概略構成を図１に模式的に示す。この燃料電池車両は、主電源として燃料電池スタックを含む燃料電池ユニット１、補助電源として２次電池２をそれぞれ搭載している。そして、これらの電源から供給される電力で車輪駆動用電動機３を動作させ、この車輪駆動用電動機３の回転出力を減速機４を介して駆動輪に伝達することで、車両に推進力を与えるようになっている。
【００１５】
燃料電池ユニット１の燃料電池スタックは、水素極と空気極とが電解質・電極触媒複合体を挟んで重ね合わされた発電セルが多段積層された構造を有し、各発電セルの水素極に供給される水素と各発電セルの空気極に供給される空気中の酸素との電気化学反応により発電するものである。このように、燃料電池スタックから発電電力を得るには、燃料電池スタックに燃料である水素と酸化剤である空気とをそれぞれ供給する必要があり、燃料電池車両には、そのための機構として水素供給装置５及び空気供給装置６が搭載されている。
【００１６】
水素供給装置５は、例えば、水素を貯蔵する手段として高圧水素タンクを備え、この高圧水素タンクから燃料となる水素ガスを減圧しながら取り出して、取り出した水素ガスを流量制御弁及び圧力制御弁で所望の流量及び圧力を調整しながら燃料電池ユニット１の燃料電池スタックに供給する構成となっている。
【００１７】
また、空気供給装置６は、例えば、電動機７によって駆動されるコンプレッサを備え、このコンプレッサの駆動により外気等を取り込んで、燃料電池ユニット１の燃料電池スタックに圧送する構成となっている。そして、特に本実施形態の燃料電池車両では、空気供給装置６（コンプレッサ）を駆動するための電動機７として、詳細を後述する新規な構成のものを用いるようにしている。
【００１８】
また、本実施形態の燃料電池車両には、車輪駆動用電動機３や電動機７の動作を制御するための電動機制御装置８が搭載されている。この電動機制御装置８は、燃料電池車両全体の制御を司る車両コントローラ９の制御指令に応じて、車輪駆動用電動機３や電動機７の動作を制御するものであり、特に、空気供給装置６を駆動するための電動機７に対しては、イグニッションキーの正規動作によって車両の起動操作が行われたときにのみ、この電動機７から回転出力が得られるような制御を行う。このような制御を実現するため、本実施形態の燃料電池車両では、イグニッションキーが差し込まれるキーシリンダ１０から車両コントローラ９に対して、キーの位置（ＯＦＦポジション、ＡＣＣポジション、ＩＧＮポジション、ＳＴＡＲＴポジション）を識別するための信号が随時送られるようになっており、車両コントローラ９が、このキーシリンダ１０から送られる信号に基づいて、イグニッションキーの正規動作によって車両の起動操作が行われたのかどうかを判定できるようにしている。
【００１９】
ここで、以上のように構成される本実施形態の燃料電池車両において、空気供給装置６を駆動するための電動機７の具体的構造について、図２及び図３を参照しながら説明する。
【００２０】
この電動機７は、固定子１１及び回転子１２を有する電動機本体が、車体に固定されて設置されるハウジング１３の内部に収容された構造を有し、特に、電動機本体がハウジング１３の内周面から所定の間隙Ｓを存して離間した状態でハウジング１３内部に収容され、可動部材１４がハウジング１３内周面と電動機本体の外周面との間を移動することによって、電動機本体がハウジング１３に対して固定或いは解放される構造となっている点に大きな特徴を有するものである。
【００２１】
電動機本体の固定子１１にはステータ巻線が設けられており、この固定子１１のステータ巻線への通電によって生じる磁界の作用で、回転子１２が固定子１１に対して回転運動を行うようになっている。また、回転子１２には出力軸１５が固定されており、回転子１２の回転に伴って出力軸１５が回転し、この出力軸１５の回転によって空気供給装置６を駆動できるようになっている。
【００２２】
ここで、一般的な電動機では、電動機本体がハウジングの内周面に締まり嵌めで固定されているので、ステータ巻線への通電によって回転子が固定子に対して回転運動するときには、回転子はハウジングに対しても回転して回転出力が得られることになる。これに対して、本実施形態の燃料電池車両に搭載する電動機７では、上述したように、電動機本体がハウジング１３の内周面から所定の間隙Ｓを存して離間した状態でハウジング１３内部に収容され、可動部材１４がハウジング１３内周面と電動機本体の外周面との間を移動することによって、電動機本体がハウジング１３に対して固定或いは解放される構造となっているので、図２（ａ）に示すように、電動機本体がハウジング１３に対して解放された状態のときには、ステータ巻線への通電によって回転子１２が固定子１１に対して回転運動する際に、その反力によって逆に固定子１１がハウジング１３に対して逆方向に回転することになる。その結果、回転子１２はハウジング１３に対して回転しないので、回転出力が得られないことになる。
【００２３】
一方、図２（ｂ）に示すように、可動部材１４の移動によって電動機本体がハウジング１３に対して固定された状態となったときには、ステータ巻線への通電によって回転子１２が固定子１１に対して回転運動すると、固定子１１がハウジング１３に固定されているために固定子１１の回転が阻止され、回転子１２はハウジング１３に対しても回転して回転出力が得られることになる。
【００２４】
可動部材１４は、電動機本体と同軸の同心円上に複数配置され、何れも電動機本体に対して近接離間する方向に移動可能な状態でハウジング１３に取り付けられている。具体的には、例えば図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、ハウジング１３の内周面に可動部材１４を収容するための凹部１３ａが穿設され、この凹部１３ａ内に可動部材１４がスプリング１６と共に配設される。また、可動部材１４とスプリング１６との間には電磁石１７が設けられ、ハウジング１３に形成された電源通電層１８及び端子１９を通じてこの電磁石１７に通電することで、可動部材１４に付勢力が与えられるようになっている。
【００２５】
可動部材１４の動作は、電動機制御装置８によって制御される。すなわち、電動機制御装置８は、イグニッションキーの正規動作による車両の起動操作が行われていないと車両コントローラ９によって判定されたときには、電磁石１７に対する通電を行わない。その結果、図３（ａ）に示すように、スプリング１６と電磁石１７との力の均衡が保たれて、可動部材１４は凹部１３ａ内に収容された状態を維持し、電動機本体がハウジング１３に対して解放された状態とされる。
【００２６】
一方、車両コントローラ９によってイグニッションキーの正規動作による車両の起動操作が行われたと判定されると、電動機制御装置８は電磁石１７に対する通電を開始する。これにより、可動部材１４が電磁石１７による付勢力を受けて電動機本体の固定子１１側へと移動して、図３（ｂ）に示すように、可動部材１４の先端部が固定子１１の外周面に当接することになる。その結果、電動機本体がハウジング１３に対して固定された状態となり、電動機本体から回転出力を得ることが可能となる。
【００２７】
次に、本実施形態の燃料電池車両の起動時における制御の一例について、図４のフローチャートを参照して説明する。
【００２８】
本実施形態の燃料電池車両では、システム起動処理を行う前段階の処理として、起動操作がイグニッションキーの正規動作によるものであるかどうかを判定する処理が行われる。すなわち、燃料電池車両の起動時において、車両コントローラ９は、キーシリンダ１０からイグニッションキーの位置を識別するための信号が送られたかどうかを監視して（ステップＳ１）、先ず、イグニッションキーがＯＦＦポジションにあることを示す信号を確認し（ステップＳ２）、次に、イグニッションキーがＡＣＣポジションにあることを示す信号を確認し（ステップＳ３）、次に、イグニッションキーがＩＧＮポジションを通過したことを示す信号を確認し（ステップＳ４）、次に、イグニッションキーがＳＴＡＲＴポジションにあることを示す信号を確認し（ステップＳ５）、最後に、イグニッションキーがＩＧＮポジションに保持されていることを示す信号を確認したときに（ステップＳ６）、イグニッションキーの正規動作によって起動操作が行われたものと判定する（ステップＳ７）。
【００２９】
そして、車両コントローラ９により起動操作がイグニッションキーの正規動作によるものであると判定されると、この車両コントローラ９からの制御指令に応じて、電動機制御装置８が電動機７のハウジング１３に設けられた電磁石１７に通電し、可動部材１４を電動機本体の固定子１１側へと移動させる（ステップＳ８）。これにより、電動機７の電動機本体がハウジング１３に対して固定された状態とされ、電動機７から回転出力が得られることになる。その後、システム起動処理が行われて（ステップＳ９）、電動機７により空気供給装置６が駆動され、主電源である燃料電池ユニット１での発電が開始される（ステップＳ１０）。
【００３０】
一方、ステップＳ２〜ステップＳ６の順でキーシリンダ１０からイグニッションキーの位置を示す信号が正しく送られていない場合には、車両コントローラ９は、正しい起動操作が行われていないものと判定する（ステップＳ１１）。この場合には、電動機制御装置８による電動機７の電磁石１７への通電は行われないので、電動機７から回転出力は得られない。したがって、この場合には、燃料電池ユニット１への空気供給動作が行われないので、燃料電池ユニット１は主電源として機能せず、例えば、運転者以外の者が配線直結等の不正な方法で起動操作を行ったとしても、燃料電池車両の起動が行われることはない。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態の燃料電池車両では、イグニッションキーの正規動作によって車両の起動操作が行われたと車両コントローラ９が判定した場合にのみ、電動機制御装置８の制御によって、空気供給装置６を駆動するための電動機７から回転出力が得られるようにしている。したがって、例えば配線直結による起動操作等のようなイグニッションキーの正規動作によらない起動操作、すなわち、運転者の意図しない起動操作が行われた場合には、空気供給装置６から燃料電池ユニット１への空気供給動作は行われず、燃料電池ユニット１の燃料電池スタックでの発電が阻止されることになり、運転者の意図しない車両の起動を有効に防止することができる。
【００３２】
（第２の実施形態）
次に、本発明を適用した燃料電池車両の他の例について説明する。本実施形態の燃料電池車両は、運転者の意図しない車両の起動操作が行われた場合に、車輪駆動用電動機３から回転出力が得られないようにすることで、車両の走行を禁止するようにした点を特徴とするものである。
【００３３】
すなわち、上述した第１の実施形態の燃料電池車両では、空気供給装置６（コンプレッサ）を駆動するための電動機７として、図２及び図３に示したような新規な構成のものを用い、運転者の意図しない車両の起動操作が行われた場合には、電動機７から回転出力が得られないようにすることで燃料電池ユニット１への空気供給動作を制限して、運転者の意図しない車両の起動を禁止するようにしているが、本実施形態の燃料電池車両では、車輪駆動用電動機３として図２及び図３に示した新規な構成の電動機を用い、運転者の意図しない車両の起動操作が行われた場合には、車輪駆動用電動機３から回転出力が得られないようにすることで、運転者の意図しない車両の走行を禁止するようにしている。なお、燃料電池車両の基本構成については、図１に示した第１の実施形態の燃料電池車両の構成と同様であるので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００３４】
本実施形態の燃料電池車両における車輪駆動用電動機３は、図２及び図３に示したように、固定子１１及び回転子１２を有する電動機本体が、ハウジング１３の内周面から所定の間隙Ｓを存して離間した状態でハウジング１３内部に収容され、可動部材１４がスプリング１６及び電磁石１７の作用によりハウジング１３内周面と電動機本体の外周面との間を移動することによって、電動機本体がハウジング１３に対して固定或いは解放される構造となっている。
【００３５】
この車輪駆動用電動機３では、イグニッションキーの正規動作による車両の起動操作が行われていないと車両コントローラ９によって判定されたときには、電動機制御装置８による電磁石１７に対する通電が行われず、可動部材１４が凹部１３ａ内に収容された状態に維持されて、電動機本体がハウジング１３に対して解放された状態とされる。この状態では、車輪駆動用電動機３から回転出力が得られないので、燃料電池車両が走行することはない。
【００３６】
そして、車両コントローラ９によってイグニッションキーの正規動作による車両の起動操作が行われたと判定されたときに、電動機制御装置８により車輪駆動用電動機３の電磁石１７に対する通電が開始され、可動部材１４が電動機本体の固定子１１側へと移動することで、電動機本体がハウジング１３に対して固定された状態となる。その結果、車輪駆動用電動機３から回転出力を得ることが可能となり、燃料電池車両の走行が可能となる。なお、イグニッションキーの正規動作による車両の起動操作が行われたかどうかを車両コントローラ９が判定する処理は、上述した第１の実施形態（図４参照）と同様である。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態の燃料電池車両では、イグニッションキーの正規動作によって車両の起動操作が行われたと車両コントローラ９が判定した場合にのみ、電動機制御装置８の制御によって、車輪駆動用電動機３から回転出力が得られるようにしている。したがって、例えば配線直結による起動操作等のようなイグニッションキーの正規動作によらない起動操作、すなわち、運転者の意図しない起動操作が行われた場合には、車輪駆動用電動機３から車輪に駆動力が伝達されることがないので、運転者の意図しない車両の走行を有効に防止することができる。
【００３８】
なお、以上説明した各実施形態は、本発明を適用した燃料電池車両の具体的な一例を示したものであり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは勿論である。例えば、上述した実施形態において、空気供給装置６（コンプレッサ）を駆動するための電動機７或いは車輪駆動用電動機３として用いる電動機は、電動機本体と同軸の同心円上に複数配置された可動部材１４が、電動機本体に対して近接離間する方向に移動することによって、電動機本体がハウジング１３に対して固定或いは解放される構造となっているが、可動部材１４の配置や移動方向は、以上の例に限定されるものではなく、電動機全体の内部構造等に応じて適宜変更可能である。また、可動部材１４を移動させる方法についても、上述したような電磁石１７への通電によるものに限らず、例えば、固定子１１のステータ巻線からの漏れ磁界を用いる方法等、様々な方法が適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明を適用した燃料電池車両の概略構成を模式的に示す図である。
【図２】空気供給装置を駆動するための電動機或いは車輪駆動用電動機として用いる電動機の構造を模式的に示す図であり、（ａ）は電動機本体がハウジングに対して解放された状態の電動機内部構造を示し、（ｂ）は可動部材の移動によって電動機本体がハウジングに対して固定された状態の電動機内部構造を示している。
【図３】前記電動機の要部を拡大して示す図であり、（ａ）は図２（ａ）におけるＡ部を拡大して示す図、（ｂ）は図２（ｂ）におけるＢ部を拡大して示す図である。
【図４】本発明を適用した燃料電池車両の起動時における制御の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１  燃料電池ユニット
３  車輪駆動用電動機
６  空気供給装置
７  電動機
８  電動機制御装置
９  車両コントローラ
１０  キーシリンダ
１１  固定子
１２  回転子
１３  ハウジング
１４  可動部材
１５  出力軸
１６  スプリング
１７  電磁石
【図１】
2005094834.tif 000003
【図２】
2005094834.tif 000004
【図３】
2005094834.tif 000005
【図４】
2005094834.tif 000006