(57)【要約】【課題】  電力供給線に大電流を流しても、ハーネスの重量化や、ジュール熱の顕著な発生を避ける。【解決手段】  冷却手段４は保冷用の断熱材４１、冷媒循環器４２、冷媒供給部４３を有している。断熱材４１は超電導モータ１及び電力供給線３を覆い、断熱材４１に覆われる空間４１ａは冷媒循環器４２によって循環される冷媒によって冷却される。これにより超電導モータ１が備える界磁コイル１ａや電力供給線３が超電導状態になる。電力供給線３が超電導状態であるので、これに大電流を流しても発生するジュール熱は非常に小さくすることができる。しかも電力供給線３の半径を太くすることもなく、よってハーネスの重量を増大させることもない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体用モータと、
前記移動体用モータに電力を供給する移動体用電池と
を備え、
前記移動体用電池は、各々が前記移動体用モータに電力を供給する、相互に並列に接続された複数の電池ユニットを有する移動体用駆動システム。
【請求項２】
前記複数の電池ユニットの少なくとも一つの給電状態を検出するセンサを更に備え、
前記センサによって短絡故障が検出されたときに、前記複数の電池ユニットのうち、当該短絡故障が検出されたものが遮断される、請求項１記載の移動体用駆動システム。
【請求項３】
前記複数の電池ユニットの少なくとも一つの給電状態を検出するセンサを更に備え、
前記移動体用電池は、前記センサによって開放故障が検出されたときに、前記複数の電池ユニットに対して並列に接続される他の電池ユニットを更に有する、請求項１記載の移動体用駆動システム。
【請求項４】
移動体用モータと、
前記移動体用モータに電力を伝達する電力供給線と、
前記電力供給線を冷却する冷却手段と
を備える、移動体用駆動システム。
【請求項５】
前記冷却手段は前記移動体用モータをも冷却して、前記移動体用モータの界磁コイルを超電導状態にする、請求項４記載の移動体用駆動システム。
【請求項６】
移動体用モータと、
前記移動体用モータに電力を供給し、水素を燃料とする移動体用燃料電池と、
前記移動体用モータの界磁コイルを超電導状態にし、冷媒として液体水素を採用する冷却手段と
を備え、
冷却において前記液体水素から気化した水素は前記燃料電池の燃料として用いられる移動体用駆動システム。
【請求項７】
前記移動体用燃料電池からの前記電力を前記移動体用モータに伝達する電力供給線
を更に備え、
前記冷却手段は前記電力供給線をも冷却する、請求項６記載の移動体用駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体、例えば自動車用の駆動技術に関し、例えば燃料電池によって電力が供給されるモータを駆動する技術に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
移動体用電池、例えば燃料電池によって電力が供給される移動体用モータを駆動することにより、自動車などの移動体を駆動する技術が知られている。かかる燃料電池の電圧は比較的に高く、例えば２８８Ｖ程度に設定されていた。これはハーネスの重量を軽減するために細い電線を採用しても、電力供給線やモータのコイル部の発熱を抑えるためである。
【０００３】
このように高い電圧を得るために、燃料電池では複数のセルを直列に接続してスタックが構成され、更にスタックが直列に接続されていた。例えばセル一つ当たりの電圧は０．７ボルトであり、４１０個のセルを直列に接続することにより、上述の高電圧を実現していた。
【０００４】
なお特許文献１には、超電導体の線材を巻回した界磁コイルを有する超電導モータが開示されている。超電導モータは低損失であるために、電気自動車の動力源として利用価値が高い。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−６９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述のように電圧が高められた移動体用電池では、一つでもセルに故障が生じたい場合には当該セルが含まれるスタックはもとより、当該スタックを含む移動体用電池の全体が電力を供給することができなくなる。
【０００７】
そこで本発明の第１の目的は、一つのスタックに故障が生じても、移動体用電池全体としての電力供給が可能となる技術を提供することにある。
【０００８】
一方、超電導モータは低損失であるので大きな電流を流し易く、よって燃料電池が出力する電圧を小さくすることができる。例えば燃料電池においてスタックをセルの１８段の直列接続で構成することにより、スタック一つ当たり１２Ｖ程度の電圧を出力可能とし、これを超電導モータに印加することが考えられる。
【０００９】
しかし超電導モータに大きな電流を供給しようとするならば、これに燃料電池から電力を供給するための電力供給線は大きな電流を流す必要がある。例えば燃料電池の電圧を上述のように１２Ｖ程度とし、超電導モータ１の定格を１００ｋＷとすれば、最大８．３３ｋＡを電力供給線に流す必要がある。
【００１０】
通常の電力供給線で大きな電流を流そうとすればその半径は大きく、例えば直径数ｃｍとなると考えられる。これはハーネス重量の増大を招来する。更にはまたジュール熱の発生も顕著となり、電力供給線の距離にもよるが、数ＫＷの銅損が発生すると考えられる。
【００１１】
そこで本発明の第２の目的は、電力供給線に大電流を流す場合のハーネスの重量化や、ジュール熱の顕著な発生という課題を解決することにある。
【００１２】
また、移動体用電池として燃料電池を採用し、移動体用モータとして超電導モータを採用した場合において、水素を効率的に利用する技術を提供することを、本発明の第３の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明にかかる移動体用駆動システムの第１の態様は、移動体用モータと、前記移動体用モータに電力を供給する移動体用電池とを備える。そして前記移動体用電池は、各々が前記移動体用モータに電力を供給する、相互に並列に接続された複数の電池ユニットを有する。
【００１４】
望ましくは、前記複数の電池ユニットの少なくとも一つの給電状態を検出するセンサを更に備える。そして前記センサによって短絡故障が検出されたときに、前記複数の電池ユニットのうち、当該短絡故障が検出されたものが遮断される。
【００１５】
望ましくは、前記複数の電池ユニットの少なくとも一つの給電状態を検出するセンサを更に備える。そして前記移動体用電池は、前記センサによって開放故障が検出されたときに、前記第２の電池ユニットに対して並列に接続される他の電池ユニットを更に有する。
【００１６】
本発明にかかる移動体用駆動システムの第２の態様は、移動体用モータと、前記移動体用モータに電力を伝達する電力供給線と、前記電力供給線を冷却する冷却手段とを備える。
【００１７】
望ましくは、前記冷却手段は前記移動体用モータをも冷却して、前記移動体用モータの界磁コイルを超電導状態にする。
【００１８】
本発明にかかる移動体用駆動システムの第３の態様は、移動体用モータと、前記移動体用モータに電力を供給し、水素を燃料とする移動体用燃料電池と、前記移動体用モータの界磁コイルを超電導状態にし、冷媒として液体水素を採用する冷却手段とを備える。そして、冷却において前記液体水素から気化した水素は前記燃料電池の燃料として用いられる。
【００１９】
望ましくは、前記移動体用燃料電池からの前記電力を前記移動体用モータに伝達する電力供給線を更に備え、前記冷却手段は前記電力供給線をも冷却する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明にかかる移動体用駆動システムの第１の態様によれば、複数の電池ユニットを相互に並列に接続しているので、電池ユニットの一つに故障が生じても、電力供給が停止しない。
【００２１】
第１の態様において、ある電池ユニットの短絡故障が検出されたときに当該電池ユニットを遮断することで、電力供給は停止しない。
【００２２】
第１の態様においてある電池ユニットの開放故障が検出されたときに他の電池ユニットを並列に接続することで、電力供給量の低下を回避もしくは低減できる。
【００２３】
本発明にかかる移動体用駆動システムの第２の態様によれば、冷却手段によって電力供給線を冷却することで、顕著なジュール熱の発生を抑制することができる。
【００２４】
第２の態様において、移動体用モータをも電力供給線と共に冷却することにより、効率的に冷却できる。
【００２５】
本発明にかかる移動体用駆動システムの第３の態様によれば、冷媒たる液体水素から気化した水素を燃料電池の燃料として採用することで水素の利用効率が高まる。
【００２６】
第３の態様において、電力供給線をも移動体用モータと共に冷却することにより、効率的に冷却できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は本発明にかかる移動体用駆動システムの構成を示すブロック図である。当該移動体用駆動システムは移動体用モータとして超電導モータ１と、移動体用電池として燃料電池２とを備えている。そして燃料電池２からの電力を超電導モータ１に伝達する電力供給線３をも備えている。
【００２８】
燃料電池２は例えば水素を燃料とする。電力供給線３は超電導状態を得やすい線材、例えばビスマス系高温超電導材を採用する。
【００２９】
冷却手段４は保冷用の断熱材４１、冷媒循環器４２、冷媒供給部４３を有している。断熱材４１は超電導モータ１及び電力供給線３を覆い、断熱材４１に覆われる空間４１ａは冷媒循環器４２によって循環される冷媒によって冷却される。これにより超電導モータ１が備える界磁コイル１ａや電力供給線３が超電導状態になる。
【００３０】
図２に、断熱材４１に覆われた電力供給線３を示す。見やすくするために、断熱材４１を破断して電力供給線３を露出して描いている。
【００３１】
冷媒供給部４３は冷媒タンク４３ａと、冷媒冷却器４３ｂとを有している。冷媒タンク４３ａは冷媒を格納し、空間４１ａへと液化された冷媒５１を供給する。冷媒冷却器４３ｂは冷媒タンク４３ａを冷却することで冷媒を液化状態にする。
【００３２】
冷媒には例えば液体窒素が採用される。冷却において気化した冷媒５２は大気に放出してもよいし（鎖線の矢印Ａ）、冷媒冷却器４３ｂで再度液化してもよい（鎖線の矢印Ｂ）。
【００３３】
冷媒に液体水素を採用してもよい。７７Ｋでの冷却となる液体窒素と比較して、液体水素は２０Ｋでの冷却が可能となり、通電可能な臨界電流値を飛躍的に増大できる。これは電力供給線３の細線化に資することとなり、以てハーネスの軽量化にもつながる。
【００３４】
但し冷媒に液体水素を採用する場合には妨爆の観点から、気化した冷媒５２は大気に放出するのではなく、冷媒冷却器４３ｂで再度液化することが望ましい。あるいは気化した冷媒５２を燃料として燃料電池２へ供給してもよい（実線の矢印Ｃ）。これは水素の利用効率を高める観点から望ましい。気化した冷媒５２を燃料として得られた電力は超電導モータ１の駆動に利用してもよいし、別途に二次電池（図示せず）に充電してもよい。
【００３５】
燃料電池２は３個の電池ユニット２１，２２，２３とスイッチング手段２４を備えている。スイッチング手段２４は通常時ｏｎのスイッチ２４ａと、通常時ｏｆｆのスイッチ２４ｂとを備えている。
【００３６】
例えば電池ユニット２１，２２，２３はその各々が１８段のセルの直列接続を有しており、それぞれ１２Ｖ程度の電圧を出力することができる。超電導モータ１の定格を１００ｋＷとすれば、最大８．３３ｋＡが電力供給線３に流れる。電池ユニット２１，２２，２３はいずれも複数個設けられることも可能である。例えば電池ユニット２１，２２の総数が２０個程度であり、電池ユニット２３が１個という例も考えられる。
【００３７】
かかる大電流を流しても電力供給線３を冷却することにより、発生するジュール熱は非常に小さくすることができる。特に超電導状態とすることにより電力供給線３の半径を太くすることもなく、よってハーネスの重量を増大させることもない。
【００３８】
スイッチ２４ａは電池ユニット２２と直列に接続され、この直列接続体が更に電池ユニット２１に対して並列に接続される。よって通常時は電池ユニット２１，２２は並列に接続される。このような並列接続は、燃料電池で構成された電池ユニットで超電導モータ１を駆動する場合に好適である。燃料電池の場合、セル当たり発生しうる電流は限られており、超電導モータ１に与えるべき大電流を得るためには並列接続によって電流を稼ぐことが望ましいからである。
【００３９】
スイッチ２４ｂは電池ユニット２３と直列に接続され、この直列接続体が更に電池ユニット２１に対して並列に接続される。よって特に外部から指示があってスイッチ２４ｂが導通すると電池ユニット２１に対して更に電池ユニット２３が並列に接続される。即ち電池ユニット２３は電池ユニット２１，２２に対して並列に接続可能である。
【００４０】
電池ユニット２１，２２，２３にはそれぞれの給電状態を検出するセンサＳ１，Ｓ２，Ｓ３が設けられており、その検出結果ＳがＥＣＵ（Electronic Control Unit）６へと伝達される。センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３は例えば電流センサが採用され、超電導モータ１の駆動時に流れる電流の値を測定することで給電故障を検出する。電池ユニット２１，２２，２３のそれぞれが複数設けられる場合には、センサＳ１は電池ユニット２１の少なくとも一つに、センサＳ２は電池ユニット２２の少なくとも一つに、センサＳ３は、電池ユニット２３の少なくとも一つに、それぞれ設けられる。
【００４１】
ＥＣＵ６は検出結果Ｓに基づいて、スイッチング手段２４へとスイッチング指令Ｔを与える。電池ユニット２２に短絡が発生したことがセンサＳ２によって検出され、検出結果ＳとしてＥＣＵ６に与えられると、スイッチ２４ａをｏｆｆさせるスイッチング指令ＴがＥＣＵ６からスイッチング手段２４へと与えられる。これにより、燃料電池２からの電力供給を停止することなく電池ユニット２１からの電力を超電導モータ１に供給することができる。
【００４２】
但し、一般には燃料電池の故障は短絡ではなく、開放となる故障が生じることが多いと考えられるので、スイッチ２４ａを省略してもよい。電池ユニット２１，２２のいずれか一方にのみ開放となる故障が生じても、両者は並列に接続されるので、燃料電池２からの電力を供給することができる。
【００４３】
もし、電池ユニット２１，２２の双方に開放となる故障が生じた場合、スイッチング指令Ｔによってスイッチ２４ｂがｏｎする。これにより燃料電池２からの電力供給を停止することなく電池ユニット２３からの電力を超電導モータ１に供給することができる。
【００４４】
電池ユニット２１，２２のいずれか一方にのみ開放となる故障が生じた場合においてもまた、スイッチ２４ｂをｏｎさせることは望ましい。燃料電池２から供給する電力の低下を回避もしくは低減できるからである。
【００４５】
このように電池ユニットの給電故障時において電力供給の停止を回避できることは、移動体用モータにおいて、その駆動が不能となることを回避できるので、特に利便性が高い。
【００４６】
電力供給線３が冷却手段４によって冷却されて超電導状態にされることは、燃料電池２の出力電圧を小さくしても出力電流を大きくできる点で望ましい。更に冷却手段４が超電導モータ１と電力供給線３とを纏めて冷却することは効率的でもある。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の構成を例示するブロック図である。
【図２】本発明の構成を例示する図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  超電導モータ
２  燃料電池
３  電力供給線
４  冷却手段
２１，２２，２３  電池ユニット
５２  気化した冷媒
【図１】
2005143175.tif 000003
【図２】
2005143175.tif 000004