特開 2024-168669 移動体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024168669

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】移動体

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20241128BHJP

   B60L 8/00 20060101ALI20241128BHJP

   B60L 50/75 20190101ALI20241128BHJP

   B60L 58/12 20190101ALI20241128BHJP

   H01M 8/0656 20160101ALI20241128BHJP

   H01M 8/04291 20160101ALI20241128BHJP

   H01M 8/0432 20160101ALI20241128BHJP

   H01M 8/04694 20160101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 Z

B60L8/00

B60L50/75

B60L58/12

H01M8/0656

H01M8/04291

H01M8/0432

H01M8/04694

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023085543

(22)【出願日】2023-05-24

(71)【出願人】

【識別番号】000116574

【氏名又は名称】愛三工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】阪口 寛

(72)【発明者】

【氏名】永田 定嗣

(72)【発明者】

【氏名】間瀬 裕也

(72)【発明者】

【氏名】清水 雅基

(72)【発明者】

【氏名】宮部 善和

(72)【発明者】

【氏名】大見 正宣

【テーマコード（参考）】

5H125

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H125AA01

5H125AC07

5H125AC09

5H125AC12

5H125BD01

5H125EE27

5H127AA01

5H127AB04

5H127AB27

5H127AB29

5H127AC15

5H127BA02

5H127BA14

5H127BA22

5H127BA33

5H127BB02

5H127BB12

5H127BB18

5H127BB37

5H127DB93

5H127DB99

5H127DC82

5H127DC96

5H127FF16

(57)【要約】

【課題】 移動体において、生成したエネルギーを効率良く利用することができる技術を提供する。
【解決手段】 本明細書は、燃料電池とバッテリの少なくとも一方から供給される電力により動作するモータを備える移動体を開示する。移動体は、燃料電池に供給するための水素を貯蔵するメイン水素タンクと、太陽光により発電する太陽光パネルと、水タンクを有しており、太陽光パネルにより発電した電力を電気分解する水電解部と、サブ水素タンクと、制御部と、を備えている。制御部は、バッテリの充電量が所定の値よりも大きい場合には、太陽光パネルにより発電した電力を用いて水タンク内の水を電気分解して、生成した水素をサブ水素タンクに蓄え、バッテリの充電量が所定の値よりも小さい場合には、太陽光パネルにより発電した電力をバッテリに蓄える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池とバッテリの少なくとも一方から供給される電力により動作するモータを備える移動体であって、
前記燃料電池に供給するための水素を貯蔵するメイン水素タンクと、
太陽光により発電する太陽光パネルと、
水が貯蔵された水タンクを有しており、前記太陽光パネルにより発電した電力を用いて前記水タンクの水を電気分解する水電解部と、
サブ水素タンクと、
制御部と、
を備えており、
前記制御部は、
前記バッテリの充電量が所定の値よりも大きい場合には、前記太陽光パネルにより発電した電力を用いて前記水タンク内の前記水を電気分解して、生成した水素を前記サブ水素タンクに蓄え、
前記バッテリの充電量が前記所定の値よりも小さい場合には、前記太陽光パネルにより発電した電力を前記バッテリに蓄える、
移動体。

【請求項2】

請求項１に記載の移動体であって、
前記制御部は、
前記バッテリの充電量が前記所定の値よりも大きい場合には、前記モータが発電した回生電力を用いて前記水タンク内の前記水を電気分解して、生成した水素を前記サブ水素タンクに蓄え、
前記バッテリの充電量が前記所定の値よりも小さい場合には、前記回生電力を前記バッテリに蓄える、
移動体。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の移動体であって、
前記制御部は、
外気温が所定の温度よりも高い場合には、前記所定の値を第１の値に設定し、
外気温が前記所定の温度よりも低い場合には、前記所定の値を前記第１の値よりも低い第２の値に設定する、
移動体。

【請求項4】

請求項１に記載の移動体であって、
前記制御部は、前記燃料電池の発電により発生した水を、前記水タンクに貯蔵する、
移動体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に開示する技術は、移動体に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、燃料電池から供給される電力により動作するモータを備える燃料電池車が開示されている。この燃料電池車は、ソーラーパネルと、ソーラーパネルにより発電した電力を用いて水を電気分解する水電解部をさらに備えている。特許文献１では、ソーラーパネルにより発電した電力を用いて水を電気分解して水素を生成し、生成した水素を燃料電池の発電に利用する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－１４７１２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の通り、特許文献１では、ソーラーパネルにより発電した電力を用いて水を電気分解することにより燃料電池に水素を供給している。しかしながら、燃料電池車等の移動体は、停止している時間が長く、ソーラーパネルにより発電した電力を使用しきれず、当該電力が無駄になってしまう場合がある。すなわち、エネルギー保存の観点において十分ではない。本明細書では、移動体において、生成したエネルギーを効率良く利用することができる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書は、第１の態様として、燃料電池とバッテリの少なくとも一方から供給される電力により動作するモータを備える移動体を開示する。前記移動体は、前記燃料電池に供給するための水素を貯蔵するメイン水素タンクと、太陽光により発電する太陽光パネルと、水タンクを有しており、前記太陽光パネルにより発電した電力を電気分解する水電解部と、サブ水素タンクと、制御部と、を備えている。前記制御部は、前記バッテリの充電量が所定の値よりも大きい場合には、前記太陽光パネルにより発電した電力を用いて前記水タンク内の前記水を電気分解して、生成した水素を前記サブ水素タンクに蓄え、前記バッテリの充電量が前記所定の値よりも小さい場合には、前記太陽光パネルにより発電した電力を前記バッテリに蓄える。

【0006】

上記の移動体が備えるモータは、燃料電池とバッテリの少なくとも一方から供給される電力により動作する。そして、制御部は、バッテリの充電量が所定の値よりも大きい場合には、太陽光パネルにより発電した電力を電気分解に用いて、生成した水素を貯蔵し、バッテリの充電量が所定の値よりも小さい場合には、当該電力をバッテリに蓄える。すなわち、この移動体では、バッテリの充電量に応じて、太陽光パネルにより発電した電力の用途を切り換える。したがって、上記の移動体では、太陽光パネルにより発電した電力を無駄にすることなく、当該電力を効率良く利用することができる。

【0007】

第２の態様では、上記第１の態様において、前記制御部は、前記バッテリの充電量が前記所定の値よりも大きい場合には、前記モータが発電した回生電力を用いて前記水タンク内の前記水を電気分解して、生成した水素を前記サブ水素タンクに蓄えてもよく、前記バッテリの充電量が前記所定の値よりも小さい場合には、前記回生電力を前記バッテリに蓄えてもよい。

【0008】

このような構成では、バッテリの充電量に応じて、モータにより発電した回生電力の用途を切り換える。したがって、回生電力を無駄にすることなく、回生電力を効率良く利用することができる。

【0009】

第３の態様では、上記第１又は第２の態様において、前記制御部は、外気温が所定の温度よりも高い場合には、前記所定の値を第１の値に設定してもよく、外気温が前記所定の温度よりも低い場合には、前記所定の値を前記第１の値よりも低い第２の値に設定してもよい。

【0010】

外気温が低いと、バッテリの発電効率及び充電効率が低下する。上記の構成では、外気温が比較的低い場合には、バッテリの充電を実行する充電量の閾値（すなわち、所定の値）をより低い値（すなわち、第２の値）に設定する。すなわち、生成した電力を、性能が低下しているバッテリの充電よりも、水の電気分解（すなわち、水素の生成）に利用する。このように、外気温（すなわち、バッテリの性能）に応じて、生成した電力の用途を切り換える閾値を変更することで、生成したエネルギーをより効率良く利用することができる。

【0011】

第４の態様では、上記第１から第３のいずれかの態様において、前記制御部は、前記燃料電池の発電により発生した水を、前記水タンクに貯蔵してもよい。

【0012】

このような構成では、燃料電池の発電により発生した水を、水素の生成に再利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施例の燃料電池車の概略を示す図。

【図2】太陽光パネルにより発電した電力の用途を決定する処理を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0014】

（実施例）
以下、図面を参照して、実施例の移動体２について説明する。本実施例では、図１に示す移動体２は、燃料電池車である。以下、説明の便宜上、「燃料電池」を「ＦＣ」と表記する。図１に示すように、ＦＣ車２は、ＦＣユニット１０、バッテリユニット３、太陽光パネル２０、水電解部３０、インバータ５、走行用のモータ６、制御部４０を備える。

【0015】

ＦＣ車２は、モータ６により走行する。ＦＣユニット１０の出力端１０ａとバッテリユニット３の出力端３ａが、インバータ５の直流端５ａに並列に接続されている。モータ６は、インバータ５の交流端５ｂに接続されている。インバータ５は、ＦＣユニット１０とバッテリユニット３が出力する直流電力をモータ６の駆動電力（交流電力）に変換する。インバータ５は、制御部４０により制御される。モータ６には、その回転を禁止するブレーキ７が設けられている。

【0016】

バッテリユニット３は、バッテリ３ｂとコンバータ３ｃを備えている。バッテリ３ｂは、再充電が可能な二次電池であり、例えば、リチウムイオン電池である。コンバータ３ｃは、バッテリ３ｂの出力電圧を昇圧して出力端３ａへ出力する昇圧機能と、出力端３ａに印加された電圧（モータ６が発電した回生電力の電圧）を降圧してバッテリ３ｂへ出力する降圧機能を有する。コンバータ３ｃは制御部４０により制御される。コンバータ３ｃの出力電圧がバッテリユニット３の出力電圧に相当する。

【0017】

ＦＣユニット１０は、ＦＣスタック１１、ＦＣスタック１１に空気を送るエアコンプレッサ１５、メイン水素タンク１３、メイン水素タンク１３の水素ガスをＦＣスタック１１に送るインジェクタ１４、サブ水素タンク１６、サブ水素タンク１６の水素ガスをＦＣスタック１１に送るインジェクタ１７、昇圧コンバータ１２を備える。

【0018】

メイン水素タンク１３には、高圧の水素が貯蔵されている。サブ水素タンク１６には、後述するように、メイン水素タンク１３内の水素よりも低圧の水素が貯蔵される。ＦＣユニット１０は、制御部４０により制御される。制御部４０は、主にエアコンプレッサ１５及びメイン水素タンク１３に接続されたインジェクタ１４を制御することで、ＦＣスタック１１に供給する酸素及び水素の量を調節し、ＦＣスタック１１の出力を調整することができる。昇圧コンバータ１２は、ＦＣスタック１１の出力端とＦＣユニット１０の出力端１０ａの間に接続されている。昇圧コンバータ１２は、ＦＣスタック１１の出力電圧を昇圧する。昇圧コンバータ１２の出力電圧は、ＦＣユニット１０の出力電圧に相当する。制御部４０は、サブ水素タンク１６のインジェクタ１７を制御することで、ＦＣスタック１１に水素を供給してもよい。なお、ＦＣスタック１１による発電の際には、水が発生する。制御部４０は、ＦＣスタック１１の発電により発生した水を、水電解部３０の水タンク３２に貯蔵する。

【0019】

太陽光パネル２０は、ＦＣ車２の車外、例えば、車両の上面に装着されている。太陽光パネル２０は、太陽の光エネルギーを直流電力に変換して出力する。太陽光パネル２０により発電された電力は、バッテリユニット３又は水電解部３０に供給されるように構成されている。バッテリユニット３に供給された電力は、バッテリ３ｂの充電に利用される。

【0020】

水電解部３０は、制御部４０により制御される。制御部４０は、太陽光パネル２０により発電された電力が水電解部３０に供給されると、当該電力を利用して、水タンク３２内の水を電気分解し、水素と酸素を生成させる。水電解部３０により生成された水素は、ＦＣユニット１０のサブ水素タンク１６に蓄えられる。また、後述するが、水電解部３０には、モータ６の発電による回生電力が供給される場合がある。制御部４０は、水電解部３０に回生電力が供給されると、当該回生電力を利用して、水タンク３２内の水の電気分解を実行する。

【0021】

ＦＣ車２が走行するときには、制御部４０は、アクセル開度や車速に基づいてモータ６の目標電力を決定し、出力電力が目標電力に一致するように、ＦＣユニット１０、バッテリユニット３、インバータ５の動作を制御する。

【0022】

次に、図２を参照して、太陽光パネル２０により発電した電力の用途を決定する処理について説明する。図２の処理は、太陽光パネル２０により発電されている状況において繰り返し実行される。以下に詳述するが、本実施例のＦＣ車２では、バッテリ３ｂの充電量が、所定の値Ｖ_ｔｈよりも大きいか否かに応じて、太陽光パネル２０により発電された電力の用途を切り換える。

【0023】

図２に示すように、制御部４０は、まず、Ｓ１２において、外気温が所定の温度Ｔ_ｔｈよりも高いか否かを判断する。制御部４０は、外気温が所定の温度Ｔ_ｔｈよりも高い場合（Ｓ１２でＹＥＳ）、上記した所定の値Ｖ_ｔｈを第１の値Ｖ_１に設定する（Ｓ１４）。一方、制御部４０は、外気温が所定の温度Ｔ_ｔｈよりも低い場合（Ｓ１２でＮＯ）、所定の値Ｖ_ｔｈを第１の値Ｖ_１よりも低い第２の値Ｖ_２に設定する（Ｓ１６）。なお、第１の値及び第２の値は、例えば充電率（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に基づいて設定することができ、その値は特に限定されないが、例えばそれぞれ５０％及び３０％とすることができる。また、所定の温度Ｔ_ｔｈは特に限定されないが、例えば０℃である。

【0024】

制御部４０は、Ｓ１４において所定の値を第１の値Ｖ_１に設定すると、Ｓ１８において、バッテリ３ｂの充電量が、第１の値Ｖ_１よりも大きいか否かを判断する。制御部４０は、当該充電量が第１の値Ｖ_１よりも大きい場合（Ｓ１８でＹＥＳ）、太陽光パネル２０により発電した電力を用いて、水タンク３２内の水を電気分解し、生成した水素をサブ水素タンク１６に貯蔵する（Ｓ２０）。一方、制御部４０は、当該充電量が第１の値Ｖ_１よりも小さい場合（Ｓ１８でＮＯ）、太陽光パネル２０により発電した電力をバッテリ３ｂに蓄える（Ｓ２２）。制御部４０は、Ｓ２０又はＳ２２の処理を実行すると、一連の処理を終了する。

【0025】

制御部４０は、Ｓ１６において所定の値を第２の値Ｖ_２に設定すると、Ｓ２４において、バッテリ３ｂの充電量が、第２の値Ｖ_２よりも大きいか否かを判断する。制御部４０は、当該充電量が第２の値Ｖ_２よりも大きい場合（Ｓ２４でＹＥＳ）、太陽光パネル２０により発電した電力を用いて、水タンク３２内の水を電気分解し、生成した水素をサブ水素タンク１６に貯蔵する（Ｓ２６）。一方、制御部４０は、当該充電量が第２の値Ｖ_２よりも小さい場合（Ｓ２４でＮＯ）、太陽光パネル２０により発電した電力をバッテリ３ｂに蓄える（Ｓ２８）。制御部４０は、Ｓ２６又はＳ２８の処理を実行すると、一連の処理を終了する。

【0026】

なお、ＦＣ車２では、制動力が必要な場合に、車両の慣性エネルギーによりモータ６を逆駆動して発電し、電力（回生電力）を得ることがある。本実施例のＦＣ車２では、モータ６が回生電力を発電した場合にも、バッテリ３ｂの充電量に応じて、当該回生電力の用途を切り換える。すなわち、本実施例では、モータ６が回生電力を発電した場合にも図２の処理が実行される。

【0027】

以上に説明したように、本実施例のＦＣ車２では、ＦＣユニット１０とバッテリユニット３の少なくとも一方から供給される電力により動作するモータ６を備えている。そして、制御部４０は、バッテリ３ｂの充電量が所定の値Ｖ_ｔｈよりも大きい場合には（Ｓ１８でＹＥＳ、Ｓ２４でＹＥＳ）、太陽光パネル２０により発電した電力を電気分解に用いて、生成した水素をサブ水素タンク１６に貯蔵し（Ｓ２０、Ｓ２６）、バッテリ３ｂの充電量が所定の値Ｖ_ｔｈよりも小さい場合には（Ｓ１８でＮＯ、Ｓ２４でＮＯ）、当該電力をバッテリ３ｂに蓄える。すなわち、本実施例のＦＣ車２では、バッテリ３ｂの充電量に応じて、太陽光パネル２０により発電した電力の用途を切り換える。したがって、ＦＣ車２では、太陽光パネル２０により発電した電力を無駄にすることなく、当該電力を効率良く利用することができる。

【0028】

また、本実施例では、バッテリ３ｂの充電量に応じて、モータ６により発電した回生電力の用途を切り換える。したがって、回生電力を無駄にすることなく、回生電力を効率良く利用することができる。

【0029】

また、本実施例では、外気温に応じて、バッテリ３ｂの充電を実行する充電量の閾値（すなわち、所定の値Ｖ_ｔｈ）を変更する。外気温が低いと、バッテリ３ｂの発電効率及び充電効率が低下する。本実施例では、外気温が比較的低い場合には（Ｓ１２でＮＯ）、バッテリ３ｂの充電を実行する充電量の閾値をより低い値（すなわち、第２の値Ｖ_２）に設定する。すなわち、太陽光パネル２０による電力及び回生電力を、性能が低下しているバッテリ３ｂの充電に優先して、水の電気分解（すなわち、水素の生成）に利用する。このように、外気温（すなわち、バッテリ３ｂの性能）に応じて、生成した電力の用途を切り換える閾値を変更することで、生成したエネルギーをより効率良く利用することができる。

【0030】

また、本実施例では、ＦＣスタック１１の発電により発生した水を、水タンク３２に貯蔵する。すなわち、当該水を水電解部３０による電気分解に利用する。このように、発生した水を水素の生成に再利用することができる。

【0031】

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。以下、上述した実施例の変形例を以下に列挙する。

【0032】

上述した実施例では、移動体が燃料電池車である例について説明した。しかしながら、移動体は、燃料電池及びバッテリにより動作するモータを備えていればよく、例えば、船舶や飛行体であってもよい。

【0033】

また、上述した実施例において、制御部４０は、外気温が所定の温度Ｔ_ｔｈよりも高いか否かについては判断しなくてもよい。すなわち、図２におけるＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１６の処理は省略可能である。

【0034】

また、上述した実施例において、ＦＣスタック１１による発電により余剰な電力が生じた場合には、当該電力をバッテリ３ｂに蓄えてもよい。

【0035】

なお、上述した実施例では、バッテリ３ｂの充電量に応じて、太陽光パネル２０により発電した電力や回生電力の用途を切り換えたが、参考例として、これらの電力の用途は、サブ水素タンク１６内の水素圧に応じて切り換えてもよい。例えば、サブ水素タンク１６内の水素圧が所定の圧力よりも大きい場合には、これらの電力をバッテリ３ｂに蓄え、サブ水素タンク１６内の水素圧が所定の圧力よりも小さい場合には、これらの電力を用いて水タンク３２内の水の電気分解を行ってもよい。

【0036】

本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0037】

２：ＦＣ車、３：バッテリユニット、３ｂ：バッテリ、６：モータ、１０：ＦＣユニット、１１：ＦＣスタック、１３：メイン水素タンク、１６：サブ水素タンク、２０：太陽光パネル、３０：水電解部、３２：水タンク、４０：制御部

【図1】

【図2】