(57)【要約】【課題】電気自動車での異常発生時に、車両用電源の残電圧を開放するとともに、車両用電源の発熱を抑えて車両用電源構成部材の損傷を抑制することの可能な電気自動車を提供することを課題とする。【解決手段】本発明の電気自動車は、複数の単セルで構成される車両用電源を動力源とし、車両の異常を感知する検出手段と、該検出手段によって異常が感知された際に、それぞれの単セルにおいて正極と負極とを短絡させ、電気エネルギーを解放する短絡手段とを有する。このような電気自動車では、単セル毎に短絡処理を行うことができるため、車両用電源の残電圧を開放する際に大きな発熱が生じることが回避される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単セルで構成される車両用電源を動力源とする電気自動車であって、車両の異常を感知する検出手段と、該検出手段によって異常が感知された際に、それぞれの単セルにおいて正極と負極とを短絡させ、電気エネルギーを解放する短絡手段とを有することを特徴とする電気自動車。
【請求項２】
前記短絡手段は導電体部材を有し、該導電体部材を各単セルに接触させることにより、それぞれの単セルにおいて正極と負極とを短絡させることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車。
【請求項３】
短絡手段は、各単セルに接続された複数の配線を有し、前記短絡手段は、単セル毎に、該単セルに接続された配線を短絡させることにより、それぞれの単セルにおいて正極と負極とを短絡させることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車。
【請求項４】
当該電気自動車は、さらにセル電圧をモニタするため、各単セルに接続された電圧モニタ線を有し、前記短絡手段は、単セル毎に、該単セルに接続された電圧モニタ線を短絡させることにより、それぞれの単セルにおいて正極と負極とを短絡させることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車。
【請求項５】
前記車両用電源は、燃料電池であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の電気自動車。
【請求項６】
前記車両用電源は、二次電池であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気エネルギーを駆動源とする電気自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電源から出力される電気エネルギーを駆動力として走行する電気自動車（モータとガソリンエンジンとを動力源とする、いわゆるハイブリッド自動車を含む）では、車両用電源として、二次電池または燃料電池やなどのバッテリが使用される。
【０００３】
このような車両用電源を駆動源とする電気自動車では、万一の事故の際に、車両用電源に蓄えられた電気エネルギーに対する安全対策が必要となる。
【０００４】
そこで車両用電源に蓄えられた電気エネルギーに対する安全対策として、例えば車両衝突後に、燃料電池の両端に位置する正極終端と負極終端とを強制的に短絡させることにより、残余電圧を消費させる技術手段が示されている（特許文献１）。また、二次電池を積層したバッテリを車両用電源とする車両において、衝突時に、バッテリ内のいくつかの隣接する二次電池単セル同士を短絡させて、外部への漏電を防止する技術が示されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００３−１８９４１５号公報
【特許文献２】特開平９−２８４９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、燃料電池等の車両用電源では、電池のセルが複数直列に接続された状態になっているため、開放端（前述の正極終端と負極終端の間）での電圧が大きくなる。特許文献１の技術では、強制的な短絡操作を行った際に、燃料電池の発熱が大きくなり、発生した熱により、使用部材が損傷し、異常事態からの復旧後に燃料電池を元の状態に復帰させることができなくなるおそれがある。一方、特許文献２の技術では、短絡されたセル間の電圧は開放されるものの、その他のセルでは、依然として電圧が残存したままである。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、万一事故が生じた際に、車両用電源の残電圧を開放するとともに、車両用電源の発熱を抑えて車両用電源構成部材の損傷を抑制することの可能な電気自動車を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、複数の単セルで構成される車両用電源を動力源とする電気自動車であって、車両の異常を感知する検出手段と、該検出手段によって異常が感知された際に、それぞれの単セルにおいて正極と負極とを短絡させ、電気エネルギーを解放する短絡手段とを有することを特徴とする電気自動車が提供される。
【０００８】
このような電気自動車では、単セル毎に短絡処理を行うことができるため、車両用電源の残電圧を開放する際に大きな発熱が生じることが回避され、車両用電源構成部材の損傷を抑制することが可能となる。
【０００９】
ここで、前記短絡手段は導電体部材を有し、該導電体部材を各単セルに接触させることにより、それぞれの単セルにおいて正極と負極とを短絡させても良い。
【００１０】
また、短絡手段は、各単セルに接続された複数の配線を有し、前記短絡手段は、単セル毎に、該単セルに接続された配線を短絡させることにより、それぞれの単セルにおいて正極と負極とを短絡させても良い。
【００１１】
さらに、当該電気自動車は、さらにセル電圧をモニタするため、各単セルに接続された電圧モニタ線を有し、前記短絡手段は、単セル毎に、該単セルに接続された電圧モニタ線を短絡させることにより、それぞれの単セルにおいて正極と負極とを短絡させても良い。
【００１２】
また、前記車両用電源は、燃料電池であっても良い。
【００１３】
あるいは、前記車両用電源は、二次電池であっても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、短絡操作によって大きな発熱が生じることはないため、電気自動車に異常が生じた際に、より安全に車両用電源の電圧開放を行うことが可能となる。また車両用電源の発熱による車両用電源構成部材の損傷を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下図面により本発明の形態を説明する。
【００１６】
なお本願において、「電気自動車」と言う用語は、電源から出力される電気エネルギーのみを駆動源とする自動車の他、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する、いわゆるハイブリッド自動車が含まれる。また、このような電気自動車の電源（以下「車両用電源」という）には、燃料電池および二次電池が含まれることに留意する必要がある。なお以下の説明では、車両用電源として燃料電池を使用した場合を例に説明する。
【００１７】
図１には、本発明の電気自動車の安全装置１の概略構成図を示す。安全装置１は、燃料電池システム１０と、センサ部３０と、短絡手段１００と、制御部５０とで構成される。燃料電池システム１０は、燃料電池本体と、該燃料電池本体での発電等に必要な、酸化剤ガス供給／排出系、燃料ガス供給／排出系および冷却水供給／排出系などを含む各種装置、バルブおよび配管等で構成される。センサ部３０は、加速度センサまたは衝撃センサ等のセンサを有し、電気自動車の衝突等の異常を感知するため、電気自動車に加わる加速度、衝撃等をモニタしている。このセンサ部３０での計測結果は、随時制御部５０に伝送される。制御部５０は、センサ部３０からの信号を基に、電気自動車の異常発生有無を判断する。センサ部３０は、電気自動車に衝突等の異常が生じたと判断した場合、燃料電池システム１０への燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水の供給を停止する制御等を行い、燃料電池の発電を停止する。さらに制御部５０は、停止した燃料電池の残余電圧を開放させるため、短絡手段１００を作動させる。短絡手段１００は、制御部５０からの指令を受け、燃料電池本体を構成する各セルにおいて正極と負極を短絡して、残余電圧を開放させる。短絡手段１００の詳細は後述する。
【００１８】
ここで本発明では、短絡操作時に、従来のように燃料電池本体の正極と負極の終端同士を短絡させるのではなく、燃料電池本体を構成する各セル毎に正極と負極を短絡させることを特徴とする。通常、燃料電池の一つのセルに生じる正極と負極の電位差（起電力）は最大約１Ｖ程度であるため、本発明の手法では、非常時の短絡操作によって、燃料電池に大きな発熱が生じることはない。従って本発明では、より安全に燃料電池の電圧開放を行うことが可能となる。またこのような方法では、燃料電池システム１０が短絡によって生じる熱によって損傷を受けることが回避されるため、事故処理後に短絡状態を解除すれば、再度燃料電池システム１０を発電に利用することが可能となる。
【００１９】
図２には、電気自動車に設けられた図１の安全装置１を用いて、燃料電池本体の残電圧を開放させるときのフローチャートを示す。
【００２０】
まずステップ１００では、センサ３０によって、車両の状態（例えば加速度、衝撃など）がモニタされる。このモニタの結果は、モニタ信号として逐次制御部５０に伝送される。ステップ１１０では、制御部５０がセンサ３０からのモニタ信号を解析し、モニタ信号値が所定値以上となった場合、電気自動車が衝突等の異常な状態にあると判断して、ステップ１２０以降の操作を実行する。
【００２１】
ステップ１２０では、制御部５０は、燃料電池システム１０のガス供給／排出系等を制御して、水素ガス、酸化剤ガス、冷却水の供給を止め、燃料電池システムの発電を停止させる。
【００２２】
次にステップ１３０では、制御部５０からの指令により、前述の短絡手段１００が作動し、燃料電池本体を構成する各セル毎に短絡操作が行われ、燃料電池本体の残電圧が開放される。
【００２３】
このように、本発明の電気自動車は、車両衝突等の異常が生じた際に、セル毎に正極と負極を短絡させる手段を有するため、短絡操作によって、高熱を発することなく安全に燃料電池本体の残電圧を開放させることができる。
【００２４】
次にこのような本発明の安全装置１に使用される短絡手段１００について詳しく説明する。
【００２５】
図３には、本発明に利用される短絡手段１００の一実施形態を示す。この実施例では、短絡手段１００は、積層されたセルの長さＬと同程度かこれより幾分小さな長さを有する導電体１０１と、該導電体１０１の燃料電池側部１５０から遠い側の表面に設置された接続部材１１１とで構成される。ここで、導電体１０１と接続部材１１１の接続方法は特に限られるものではなく、例えば、溶接、圧着、接着剤による接着等の各種方法が利用できる。また導電体１０１に設置される接続部材１１１の数は、特に限られないことに留意する必要がある。
【００２６】
導電体１０１は、通常は、セル２０の積層方向に沿って、燃料電池側部１５０から所定の距離ｄだけ離れるように設置されている。また導電体１０１の燃料電池本体１５とは反対の側には、導電体１０１を支持するための支持部材（図示されていない）が設けられており、導電体１０１は、接続部材１１１を介して支持部材に支持されている。導電体１０１の形状は、特に限られるものではなく、板状、棒状など各種形状が使用できる。また導電体１０１は、金属で構成されることが好ましいが、金属と同等の電気伝導性を有する材料であれば、いかなる材料で構成されても良い。
【００２７】
前述のように、センサ部３０からの信号によって異常が感知され、燃料電池本体１５での発電が停止されると、制御部５０からの指令により短絡操作が行われる。このとき、導電体１０１は、図３の矢印の向きに動かされ、燃料電池本体の側部１５０に接触する。通常、燃料電池本体の側部１５０は、セパレータ等の金属部材が露出されているため、このような導電体１０１を燃料電池の側部１５０に押し付けることにより、燃料電池の各セル２０において正極と負極が短絡され、残電圧を開放することが可能になる。
【００２８】
なお導電体１０１の矢印の向きの移動は、導電体１０１と燃料電池本体１５の上下位置関係が、例えば図３の状態となっている場合、例えば火薬などの爆発によって接続部材１１１を焼失させ、導電体１０１を重力落下させることで得ることができる。ただしこの場合は、異常からの復帰後に、導電体１０１に再度接続部材１１１を設置し直す必要がある。
【００２９】
あるいは、導電体１０１と支持部材の間に介在される接続部材１１１は、スプリングのような弾性部材であっても良い。例えば、車両が通常の状態にあるときは、弾性部材が圧縮した状態となるように、ストッパ（図示されていない）等を用いて導電体１０１を図３の位置に保持しておく。ストッパは、例えば、燃料電池側部１５０と対向する導電体１０１の側で、導電体１０１の両端部を支持するように設置される。一方、制御部５０によって、車両に異常が生じたと判断され、燃料電池本体１５が停止された場合は、前述のストッパが取り外され、図３の矢印の方向への弾性体の延伸力によって、導電体１０１が矢印の方向に動かされ、導電体１０１と燃料電池側部１５０が接触する。これにより、それぞれのセル２０において、正極と負極が短絡される。なお、このような弾性体を圧縮維持するストッパの必要なタイミングでの取り外しは、従来の機械式または電動式手段によって容易に行うことができる。
【００３０】
図４、図５には、短絡手段１００の別の実施形態を示す。
【００３１】
図４の例では、短絡手段１００として、通常、各セル２０の出力電圧をモニタするために使用されるセル電圧モニタ線１０２が流用される。通常の燃料電池の発電状態では、あるセルＡの正極および負極の電圧端子等に接続された一組のセル電圧モニタ線１０２Ａ＋および１０２Ａ−は、電圧計測のため、電圧計等の機能を有するセルモニタ計１１２に接続されて使用される。しかしながら、制御部５０からの指令により、燃料電池本体１５に対して短絡操作が必要となった場合には、このセル電圧モニタ線組１０２Ａ＋と１０２Ａ−がセルモニタ計内部で短絡される。なお、セルＡと隣接するセルＢにおいても、セル電圧モニタ線組１０２Ｂ＋と１０２Ｂ−を用いて同様の操作が行われるが、セルＡの負極とセルＢの正極の電位は等しいため、実際には、セル電圧モニタ線組１０２Ａ−とセル電圧モニタ線組１０２Ｂ＋は、同一のモニタ線で構成される。このような操作を全ての組のセル電圧モニタ線１０２＋、１０２−に対して行うことで、高熱を発することなく、燃料電池の残電圧を開放することができる。この方法では、制御手段１００にセル電圧モニタ線１０２が流用されるため、前述の場合とは異なり、導電体１０１などの新たな部材が不要になるという利点が得られる。
【００３２】
また図５の例では、短絡手段１００として、短絡回路１１３が使用される。短絡回路１１３は、前述のモニタ線とは別の、各セルの正極および負極に通じる端子に接続された配線１０３＋および１０３−の組を有する。制御部５０からの指令により、燃料電池本体１５に対して短絡操作を行う場合には、配線組１０３＋、１０３−が、短絡回路１１３内で短絡される。この操作を全てのセル２０に対して実行することにより、高熱を発することなく、停止後の燃料電池本体１５の残電圧を開放することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、燃料電池あるいは二次電池を駆動源とする電気自動車に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による電気自動車の安全装置の構成例を示す図である。
【図２】図１の安全装置を作動させるときのフロー図である。
【図３】本発明による電気自動車の安全装置に使用される短絡手段の一実施例である。
【図４】本発明による電気自動車の安全装置に使用される短絡手段の別の実施例である。
【図５】本発明による電気自動車の安全装置に使用される短絡手段のさらに別の実施例である。
【符号の説明】
【００３５】
１      安全装置
１０    燃料電池システム
１５    燃料電池本体
２０    セル
３０    センサ部
５０    制御部
１００  短絡手段
１０１  導電体
１０２  セルモニタ線
１０３  接続配線
１１１  接続部材
１１２  モニタ計
１１３  短絡回路
１５０  燃料電池本体側部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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