JP2001210342A - 車両搭載用燃料電池の水素供給システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】水素燃料を還流させるためのエジェクタを備え
つつも、燃料電池に対するより適切で効率のよい水素供
給を可能とする車両搭載用燃料電池の水素供給システム
を提供する。 【解決手段】車両搭載用燃料電池の水素供給システム
は、水素吸蔵合金タンク１０、水素供給経路２１、同水
素供給経路２１に設けられたエジェクタ１１、同エジェ
クタ１１に接続された水素循環経路２２、同エジェクタ
１１をバイパスして燃料電池スタック４０に水素燃料を
供給するためのバイパス経路２３、同経路２３に設けら
れるバルブ１２、そして車載システムの各部を制御する
電子制御ユニット３０等を備えて構成される。通常、バ
イパス経路２３を通じて燃料電池スタック４０に水素燃
料が供給され、必要時のみ水素循環経路２２及びエジェ
クタ１１を介した水素燃料の還流を伴って水素燃料が供
給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、乗用車等に搭載さ
れる車両搭載用燃料電池の水素供給システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境問題に対応して低公害車の開
発が種々行われており、その中の一つに燃料電池を動力
源とする電気自動車がある。また周知のように、この電
気自動車に搭載される燃料電池の燃料としては一般に水
素が使用されている。この燃料電池では、水素を同燃料
電池の負極に供給することで、（イ）この水素が触媒に
よって電子とプロトンに解離される、（ロ）解離された
プロトンは電解質中を正極まで移動する、（ハ）この移
動したプロトンが正極に供給される空気が（酸素）と反
応する時、負極で放出された電子が外部回路（負荷）を
通じて正極に達する、といった原理に基づいて発電が行
われる。ただし、負極に供給された水素の全てが一度に
発電のために消費されることはないため、その消費され
なかった水素を供給側に還流して再利用する技術が、燃
費向上及び資源の有効利用を図る上で配慮すべき技術と
なっている。

【０００３】このような水素の再利用を施した例とし
て、例えば特開平１０−５５８１４号公報に記載された
システムが知られている。この水素供給システムでは、
図５に示すように、水素吸蔵合金タンク５０から燃料電
池スタック４０に水素燃料を供給する水素供給経路６１
にエジェクタ５１を設け、燃料電池スタック４０で消費
されなかった水素を、水素循環経路６２及びエジェクタ
５１を介して同燃料電池スタック４０に還流させるよう
にして資源の有効活用等を図っている。

【０００４】ここでエジェクタ５１は、水素吸蔵合金タ
ンク５０から供給される水素燃料の吸引力を利用して水
素循環経路６２の水素を水素供給経路６１に戻し、再び
燃料電池スタック４０に供給するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、エジェクタ
を利用して水素を還流させる上記従来の水素供給システ
ムは、何ら動力を必要とせずに水素を還流させることが
でき、エネルギー効率の面からも有用なシステムである
とはいえ、車両の高出力時等、エジェクタに流入する水
素流量が大きくなる場合には、同エジェクタでの水素流
の圧力損も大きくなるなど、エジェクタの最適点を常に
利用することができず、必ずしも適切な水素供給がなさ
れているとは限らない。

【０００６】また、同従来のシステムを負荷変動の幅が
大きい車両等の移動体に用いる場合には、例えば低負荷
領域と高負荷領域とで水素流量が大きく変化するように
なり、エジェクタを常に効率よく作動させることは難し
い。

【０００７】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、水素燃料を還流させ
るためのエジェクタを備えつつも、燃料電池に対するよ
り適切で効率のよい水素供給を可能とする車両搭載用燃
料電池の水素供給システムを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以下、上記目的を達成す
るための手段及びその作用効果について記載する。請求
項１記載の発明は、水素供給源から燃料電池へ水素を供
給する経路に同燃料電池において発電に使用されなかっ
た水素を還流させるためのエジェクタが設けられた車両
搭載用燃料電池の水素供給システムにおいて、前記エジ
ェクタをバイパスして前記水素供給源からの水素を前記
燃料電池に供給するバイパス経路を備えることをその要
旨とする。

【０００９】同構成によれば、高出力時等、負荷に対す
る大きな駆動力が要求され、水素供給経路の水素流量が
大きくなる場合にあっては、上記バイパス経路を通じた
水素燃料の供給を行うことができる。そのため、エジェ
クタでの水素流量損失は低減され、燃料電池に要求され
る水素燃料を効率的に供給することができるようにな
る。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の車
両搭載用燃料電池の水素供給システムにおいて、前記バ
イパス経路には該パイパス経路を開閉するバルブ手段が
設けられ、前記バルブ手段は、前記エジェクタを通じた
水素還流の要否に応じて開閉されることをその要旨とす
る。

【００１１】同構成によれば、エジェクタを通じた水素
還流の必要時、上記バルブ手段を閉弁させて上記バイパ
ス経路を閉鎖することにより、同水素還流を確実に実行
することができるようになる。

【００１２】請求項３記載の発明は、水素供給源から燃
料電池へ水素を供給する経路に同燃料電池において発電
に使用されなかった水素を還流させるためのエジェクタ
が設けられた車両搭載用燃料電池の水素供給システムに
おいて、前記エジェクタの上流側の経路に前記水素供給
源の水素を強制吸出しする水素吸出しポンプを備えるこ
とをその要旨とする。

【００１３】同構成によれば、上記水素吸出しポンプを
備えたことにより、必要に応じて同水素吸出しポンプを
駆動調整して水素供給源から水素燃料を強制的に水素供
給経路に吸い出すことができる。そのため、要求される
水素燃料を適宜、燃料電池に供給することができるよう
になる。

【００１４】請求項４記載の発明は、請求項３記載の車
両搭載用燃料電池の水素供給システムにおいて、前記水
素吸出しポンプは、電気負荷による要求水素量に対して
実際に燃料電池に供給される水素量が少ないことの判断
に基づいて作動されることをその要旨とする。

【００１５】同構成によれば、水素吸出しポンプは、電
気負荷による要求水素量に対して実際に燃料電池に供給
される水素量が少ないことの判断に基づいて作動され
る。そのため、例えばエジェクタによる水素流量損失が
所定量以上に大きい場合にあっても、水素吸出しポンプ
を駆動して水素供給源から水素燃料を強制的に水素供給
経路に吸い出すことによって、要求水素量に相当する水
素燃料を燃料電池スタックに供給することができるよう
になる。

【００１６】請求項５記載の発明は、請求項４記載の車
両搭載用燃料電池の水素供給システムにおいて、前記水
素供給源から燃料電池へ水素を供給する経路にはマスフ
ローメータが設けられ、前記実際に燃料電池に供給され
る水素量は前記マスフローメータを通じて検出されるこ
とをその要旨とする。

【００１７】同構成によれば、実際に燃料電池に供給さ
れる水素量は、水素供給経路に設けられたマスフローメ
ータを通じて適宜検出される。そのため、上記要求水素
量との比較に基づいた水素吸出しポンプの駆動制御をよ
り的確に実行できるようになる。

【００１８】請求項６記載の発明は、請求項４または５
記載の車両搭載用燃料電池の水素供給システムにおい
て、前記水素吸出しポンプをバイパスして前記水素供給
源からの水素を前記エジェクタに供給するバイパス経路
と、該バイパス経路を開閉するバルブ手段とを更に備
え、前記バルブ手段は、前記水素吸出しポンプの非作動
／作動に応じて開閉されることをその要旨とする。

【００１９】同構成によれば、上記バイパス経路及びバ
ルブ手段を設けたことにより、例えば実供給水素量が要
求水素量に対して少ないときにのみ同水素吸出しポンプ
を駆動させることができるようになる。そのため、効率
的な水素吸出しポンプの使用が可能となる。

【００２０】請求項７記載の発明は、水素供給源から燃
料電池へ水素を供給する経路に同燃料電池において発電
に使用されなかった水素を還流させるためのエジェクタ
が設けられた車両搭載用燃料電池の水素供給システムに
おいて、前記エジェクタにはこれをバイパスして前記水
素供給源からの水素を前記燃料電池に供給するエジェク
タ用バイパス経路を備え、同エジェクタの上流側の経路
には前記水素供給源の水素を強制吸出しする水素吸出し
ポンプを備えることをその要旨とする。

【００２１】同構成によれば、高出力時等、負荷に対す
る大きな駆動力が要求され、水素供給経路の水素流量が
大きくなる場合にあっては、上記バイパス経路を通じた
水素燃料の供給を行うことができる。また、上記水素吸
出しポンプを備えたことにより、電気負荷の要求に応じ
て、同水素吸出しポンプを駆動調整して水素供給源から
水素燃料を強制的に水素供給経路に吸い出すことができ
る。そのため、エジェクタでの水素流量損失は低減さ
れ、燃料電池に要求される水素燃料を効率的に供給する
ことができるとともに、電気負荷に対応した水素燃料の
供給を適宜できるようになる。

【００２２】請求項８記載の発明は、請求項７記載の車
両搭載用燃料電池の水素供給システムにおいて、前記エ
ジェクタ用バイパス経路には該パイパス経路を開閉する
エジェクタ対応バルブ手段が設けられ、前記エジェクタ
対応バルブ手段は、前記エジェクタを通じた水素還流の
要否に応じて開閉されることをその要旨とする。

【００２３】同構成によれば、請求項７記載の発明の作
用効果に加え、エジェクタを通じた水素還流の必要時、
上記バルブ手段を閉弁させて上記バイパス経路を閉鎖す
ることにより、同水素還流を確実に実行することができ
るようになる。

【００２４】請求項９記載の発明は、請求項７または８
記載の車両搭載用燃料電池の水素供給システムにおい
て、前記水素吸出しポンプは、電気負荷による要求水素
量に対して実際に燃料電池に供給される水素量が少ない
ことの判断に基づいて作動されることをその要旨とす
る。

【００２５】同構成によれば、請求項７記載あるいは請
求項８記載の発明の作用効果に加え、次のような作用効
果を有する。水素吸出しポンプは、電気負荷による要求
水素量に対して実際に燃料電池に供給される水素量が少
ないことの判断に基づいて作動される。そのため、例え
ばエジェクタによる水素流量損失が所定量以上に大きい
場合にあっては、水素吸出しポンプを駆動して水素供給
源から水素燃料を強制的に水素供給経路に吸い出すこと
によって、要求水素量に相当する水素燃料を燃料電池ス
タックに供給することができるようになる。

【００２６】請求項１０記載の発明は、請求項９記載の
車両搭載用燃料電池の水素供給システムにおいて、前記
水素供給源から燃料電池へ水素を供給する経路にはマス
フローメータが設けられ、前記実際に燃料電池に供給さ
れる水素量は前記マスフローメータを通じて検出される
ことをその要旨とする。

【００２７】同構成によれば、請求項９記載の発明の作
用効果に加え、実際に燃料電池に供給される水素量は、
水素供給経路に設けられたマスフローメータを通じて適
宜検出されるため、上記要求水素量との比較に基づいた
水素吸出しポンプの駆動制御をより的確に実行できるよ
うになる。

【００２８】請求項１１記載の発明は、請求項７〜１０
のいずれか一項に記載の車両搭載用燃料電池の水素供給
システムにおいて、前記水素吸出しポンプをバイパスし
て前記水素供給源からの水素を前記エジェクタに供給す
るポンプ用バイパス経路と、該バイパス経路を開閉する
ポンプ対応バルブ手段とを更に備え、前記ポンプ対応バ
ルブ手段は、前記水素吸出しポンプの非作動／作動に応
じて開閉されることをその要旨とする。

【００２９】同構成によれば、さらに、上記ポンプ用バ
イパス経路及びポンプ対応バルブ手段を設けたことによ
り、例えば実供給水素量が要求水素量に対して少ないと
きにのみ同水素吸出しポンプを駆動させることができる
ようになる。その結果、効率的な水素吸出しポンプの使
用が可能となる。

【００３０】請求項１２記載の発明は、請求項１〜１１
のいずれか一項に記載の車両搭載用燃料電池の水素供給
システムにおいて、前記水素供給源は水素吸蔵合金から
なる水素タンクであることをその要旨とする。

【００３１】同構成によれば、水素供給源としての占有
体積を小さくできる。

【００３２】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明にかかる車両搭載用燃料電池の水素供給システムの第
１の実施の形態について、図１を参照して説明する。

【００３３】図１は、本実施の形態にかかる車両搭載用
燃料電池の水素供給システムの構成を概略的に示すブロ
ック図である。図１に示すように、この水素供給システ
ムは、同システムの燃料となる水素を貯蔵する水素吸蔵
合金タンク１０、同タンク１０から固体高分子型燃料電
池スタック（以下、単に燃料電池スタックという）４０
に水素燃料を供給するための水素供給経路２１、同水素
供給経路２１に設けられるエジェクタ１１、同エジェク
タ１１をバイパスして燃料電池スタック４０に水素燃料
を供給するためのバイパス経路２３、そして該水素供給
システムの各部を制御する電子制御ユニット３０等を備
えて構成される。

【００３４】また、上記エジェクタ１１には燃料電池ス
タック４０で消費されなかった水素燃料が導入される水
素循環経路２２が接続されている。ここでエジェクタ１
１は、水素吸蔵合金タンク１０から供給される水素燃料
が発生する吸引力を利用して、燃料電池スタック４０か
ら上記水素循環経路２２を介して導入される水素を水素
供給経路２１に戻し、再び燃料電池スタック４０に供給
するものである。

【００３５】また、電子制御ユニット３０は、上記水素
供給システムをはじめとする車載システム（図示略）を
総括制御する部分であり、予め設定された制御プログラ
ムにしたがって所定の演算等を実行するＣＰＵ３１、同
ＣＰＵ３１で各種演算処理を実行するために必要な制御
プログラムや制御データ等が予め記憶されたＲＯＭ３
２、同ＣＰＵ３１で各種演算処理を実行するために必要
なデータが一時的に読み書きされるＲＡＭ３３、制御対
象となる各部に制御信号を出力するとともに同各種セン
サ等からの状態信号を入力する入出力ポート３４等を備
えて構成されている。

【００３６】また上記バイパス経路２３には、同経路２
３を開閉するバルブ１２が設けられている。同バルブ１
２は例えば非通電時に開弁状態となる常開型の電磁弁に
よって構成されている。本実施の形態にあって、その開
閉制御は上記電子制御ユニット３０によって行われ、水
素燃料の循環が必要とされるときのみ閉弁されて同バイ
パス経路２３を閉鎖する。

【００３７】次に、このように構成される本実施の形態
の水素供給システムによる水素燃料の供給態様について
説明する。この実施の形態のシステムにあっては、例え
ば高出力時等、負荷に対する大きな駆動力が必要とされ
る状態も含めて、通常時は、上記バルブ１２が開かれた
状態に保たれる。すなわちこの状態にあっては、燃料電
池スタック４０での消費量に対応した量の水素燃料が、
水素吸蔵合金タンク１０から水素供給経路２１、及びバ
イパス経路２３を介して同燃料電池スタック４０に供給
される。

【００３８】一方、負荷に対するそれほど大きな駆動力
が必要とされないときは、水素燃料の循環の必要性に応
じて、例えば所定時間毎に上記電子制御ユニット３０を
通じてバルブ１２が閉弁される。こうしてバルブ１２が
閉弁された状態にあっては、水素吸蔵合金タンク１０か
ら供給される水素燃料は、水素供給経路２１及びエジェ
クタ１１を介して燃料電池スタック４０に流入されると
ともに、該燃料電池スタック４０で消費されなかった水
素燃料が水素循環経路２２及びエジェクタ１１を介して
再び燃料電池スタック４０に供給されるようになる。

【００３９】以上説明した態様で水素燃料の供給が行わ
れる本実施の形態の水素供給システムによれば、以下の
ような効果を得ることができるようになる。 （１）エジェクタ１１をバイパスするバイパス経路２３
を設けたことにより、負荷に対する大きな駆動力が要求
され水素供給経路２１の水素流量が大きくなる場合にあ
っては、同バイパス経路２３を通じた水素燃料の供給を
行うことができる。そのため、エジェクタ１１での水素
流量損失は低減され、燃料電池スタック４０に要求され
る水素燃料を効率的に供給することができるようにな
る。

【００４０】（２）上記バイパス経路２３にバルブ１２
を設けたことにより、エジェクタ１１を通じた水素燃料
の還流の必要時、例えば所定時間毎に、同バルブ１２を
閉弁させて同バイパス経路２３を閉鎖することにより、
同水素燃料の還流を確実に実行することができるように
なる。

【００４１】（３）水素供給源として水素吸蔵合金タン
ク１０を備えることにより、同供給源としての占有体積
を小さくできる。なお、以上説明した実施の形態は以下
のようにその構成を変更して実施することもできる。

【００４２】・上記実施の形態においては、水素燃料の
循環を所定時間毎に行う例について示したがこれに限ら
れない。すなわち、負荷に対するそれほど大きな駆動力
が必要とされないなど、水素流量が大きく増大すること
のない条件下であれば、任意の時期、任意の期間を利用
して同循環を行わせる構成としてもよい。

【００４３】・水素供給経路２１にマスフローメータを
設け、該マスフローメータを通じてエジェクタ１１使用
時の水素流量を監視するとともに、車両（燃料電池スタ
ック４０）の高出力時等、水素供給経路２１の水素流量
が増大することを条件に電子制御ユニット３０を通じて
上記バルブ１２を開弁する構成としてもよい。このよう
な構成によっても、そのような車両の高出力時であって
も、エジェクタ１１での水素流の圧力損をなくし、所望
の水素流量を確保することはできる。

【００４４】・また、バイパス経路２３にバルブ１２を
設けないシステム構成としてもよい。この構成によって
も、バイパス経路２３を通じた水素燃料の供給を行うこ
とができ、エジェクタ１１での水素流量損失は低減さ
れ、燃料電池スタック４０に要求される水素燃料を効率
的に供給することはできる。

【００４５】（第２の実施の形態）次に、本発明にかか
る車両搭載用燃料電池の水素供給システムの第２の実施
の形態を、前記第１の実施の形態との相違点を中心に図
２及び図３を参照して説明する。なお、前記第１の実施
の形態と同様の要素には同一の符号を付しており、それ
ら要素についての重複する説明は割愛する。

【００４６】図２に示されるように、この第２の実施の
形態の水素供給システムにおいては、エジェクタ１１の
上流側の水素供給経路２１に水素流量を計測するマスフ
ローメータ１４が設けられており、さらにその上流側に
水素吸蔵合金タンク５０から水素燃料を強制的に吸い出
す水素吸出しポンプ１３が設けられている。

【００４７】また、水素供給経路２１にはこの水素吸出
しポンプ１３をバイパスして燃料電池スタック４０に水
素燃料を供給するためのバイパス経路２４が設けられて
いる。そして、同バイパス経路２４には、同経路２４を
開閉するバルブ１２Ａが設けられている。同バルブ１２
Ａは、先の図１に例示したバルブ１２と同様に、例えば
非通電時に開弁状態となる常開型の電磁弁によって構成
され、その開閉制御は電子制御ユニット３０によって行
われる。

【００４８】なお、この第２の実施の形態にあって、電
子制御ユニット３０は、負荷（電気負荷）の状態、及び
マスフローメータ１４を通じて検出される水素流量を監
視しつつ、上記水素吸出しポンプ１３の駆動制御、並び
に上記バルブ１２Ａの開閉制御を実行する。

【００４９】次に、このように構成される本実施の形態
の水素供給システムの制御態様、制御手続きについて、
図３に示すフローチャートに基づき説明する。なお、こ
の図３にかかるルーチンは、ＣＰＵ３１（電子制御ユニ
ット３０）によって所定時間毎に実行される。そしてこ
こでは、現在の電気負荷に対応した発電量を確保するた
めに燃料電池スタック４０において要求される水素量
（以下、単に要求水素量という）ＱＨ２と、水素供給経
路２１を通じて実際に供給される水素量（以下、単に実
供給水素量という）ＲＨ２との比較によって水素吸出し
ポンプ１３が駆動制御され、バルブ１２Ａが開閉制御さ
れる。

【００５０】さて、図３に示す制御ルーチンにおいて、
ＣＰＵ３１は、先ずステップＳ１０の処理として、上記
要求水素量ＱＨ２を算出する。なお、この要求水素量Ｑ
Ｈ２の算出は、例えば電気負荷とそれに対応した発電量
を確保するための水素量とのマップ（図示略）から別途
ＣＰＵ３１により算出される。

【００５１】続くステップＳ２０において、ＣＰＵ３１
は、上記要求水素量ＱＨ２が所定値αより大きいか否か
の判断を行う。なお、この所定値αは、車両の高出力時
の要求水素量に基づく値として予め決定されている。そ
してＣＰＵ３１は、要求水素量ＱＨ２が所定値αより大
きいと認識すればその処理をステップＳ３０に移行す
る。

【００５２】このステップＳ３０において、ＣＰＵ３１
は、上記要求水素量ＱＨ２から上記実供給水素量ＲＨ２
を引いた差が所定量β以上であるか否かの判断を行う。
なお、この実供給水素量ＲＨ２は、上記マスフローメー
タ１４の検出値に基づき、別途ＣＰＵ３１により算出さ
れる。そしてＣＰＵ３１は、その差が所定量β以上であ
ると認識すればその処理をステップＳ４０に移行する。

【００５３】ここで、要求水素量ＱＨ２から上記実供給
水素量ＲＨ２を引いた差が所定量β以上である、すなわ
ち要求水素量ＱＨ２に対して実供給水素量ＲＨ２が所定
量β以上不足していると認識されるのは、例えば車両が
高出力時であって大きな水素流量が要求され、エジェク
タ１１による水素流量損失が所定量β以上に大きい場合
に相当する。

【００５４】そしてステップＳ４０において、ＣＰＵ３
１は、水素吸出しポンプ１３に対して駆動信号を出力
し、同ポンプ１３を駆動して水素吸蔵合金タンク１０か
ら水素燃料を強制的に水素供給経路２１に吸い出す。そ
して、上記バルブ１２Ａを閉弁し、このルーチンを一旦
終了する。

【００５５】このように、本実施の形態においては、水
素吸出しポンプ１３を駆動して水素吸蔵合金タンク１０
から水素燃料を強制的に水素供給経路２１に吸い出すこ
とによって、エジェクタ１１による水素流量損失が所定
量β以上に大きい場合にあっても、要求水素量ＱＨ２が
燃料電池スタック４０に供給されるようにしている。

【００５６】一方、先のステップＳ２０において、ＣＰ
Ｕ３１は、要求水素量ＱＨ２が所定値α以下と認識すれ
ばその処理をステップＳ５０に移行する。そしてこのス
テップＳ５０においてＣＰＵ３１は、上記実供給水素量
ＲＨ２が上記要求水素量ＱＨ２以上か否かの判断を行
う。ここでＣＰＵ３１は、実供給水素量ＲＨ２が上記要
求水素量ＱＨ２以上である認識すればその処理をステッ
プＳ６０に移行する。

【００５７】そしてステップＳ６０において、ＣＰＵ３
１は、バルブ１２Ａを開弁し、水素吸出しポンプ１３に
対しても駆動信号を出力することなく、このルーチンを
一旦終了する。

【００５８】また、上記ステップＳ５０においてＣＰＵ
３１は、実供給水素量ＲＨ２が上記要求水素量ＱＨ２よ
り下回ると認識すればその処理をステップＳ７０に移行
する。そしてこのステップＳ７０においても、ＣＰＵ３
１は、バルブ１２Ａを開弁し、且つ水素吸出しポンプ１
３を停止状態に維持する。なおここで、エジェクタ１１
による水素流量損失も少ないにもかかわらず実供給水素
量ＲＨ２が要求水素量ＱＨ２よりも小さいのは、水素供
給系に漏れ等が発生していること等も考えられる。そこ
でここでは、例えば水素供給経路２１等に漏れ穴が存在
しないかの診断要求を出して、このルーチンを一旦終了
する。なお、この診断要求に対して、ＣＰＵ３１は別
途、適宜の態様をもってリーク診断等を行うものとす
る。

【００５９】以上説明した態様で水素燃料の供給が行わ
れる本実施の形態の水素供給システムによれば、以下の
ような効果を得ることができるようになる。 （１）上記水素吸出しポンプ１３を備えたことにより、
必要に応じて同水素吸出しポンプ１３を駆動調整して水
素吸蔵合金タンク１０から水素燃料を強制的に水素供給
経路２１に吸い出すことができる。そのため、要求され
る水素燃料を適宜、燃料電池スタック４０に供給するこ
とができるようになる。

【００６０】（２）水素吸出しポンプ１３は、車両の高
出力時等にあって要求水素量ＱＨ２に対して、実際に燃
料電池スタック４０に供給される水素量が少ないことの
判断に基づき作動される。そのため、エジェクタ１１に
よる水素流量損失が所定量β以上に大きい場合にあって
も、水素吸出しポンプ１３を駆動して水素吸蔵合金タン
ク１０から水素燃料を強制的に水素供給経路２１に吸い
出すことによって、要求水素量ＱＨ２に相当する水素燃
料を燃料電池スタック４０に供給することができるよう
になる。

【００６１】（３）実際に燃料電池スタック４０に供給
される水素量は、水素供給経路２１に設けられたマスフ
ローメータ１４を通じて適宜検出される。そのため、要
求水素量との比較に基づいた水素吸出しポンプ１３の駆
動制御をより的確に実行できるようになる。

【００６２】（４）水素吸出しポンプ１３のバイパス経
路２４及びバルブ１２Ａを設けたことにより、実供給水
素量が要求水素量ＱＨ２に対して少ないときにのみ同ポ
ンプ１３を駆動させることができるようになる。その結
果、効率的な水素吸出しポンプ１３の使用が可能とな
る。

【００６３】（５）水素供給源として水素吸蔵合金タン
ク１０を備えることにより、同供給源としての占有体積
を小さくできる。なお、以上説明した第２の実施の形態
は以下のようにその構成を変更して実施することもでき
る。

【００６４】・先の図３に示したルーチンで、ステップ
Ｓ５０及びステップＳ７０の処理にかかる水素供給系の
漏れ穴診断等を割愛する構成としてもよい。 ・上記バイパス経路２４及びバルブ１２Ａを設けない構
成としてもよい。このような構成にあっても、マスフロ
ーメータ１４の検出結果に基づき、要求水素量ＱＨ２と
実供給水素量ＲＨ２との比較から水素吸出しポンプ１３
の駆動制御は可能となる。

【００６５】・また、水素供給経路２１に実供給水素量
を検出するマスフローメータ１４を設けない構成として
もよい。この構成にあっても、要求水素量ＱＨ２に対し
て実供給水素量ＲＨ２が少ないことの判断は、例えば車
両の出力低下を検知すること等により行うことができ
る。

【００６６】・さらに水素吸出しポンプ１３の作動は、
上記要求水素量ＱＨ２と実供給水素量ＲＨ２との比較に
よらず、例えば単に電気負荷に対する要求水素量が大き
いときに行われるようにしてもよい。

【００６７】（第３の実施の形態）次に、本発明にかか
る車両搭載用燃料電池の水素供給システムの第３の実施
の形態を、前記第２の実施の形態との相違点を中心に図
４を参照して説明する。なお、前記第２の実施の形態と
同様の要素には同一の符号を付しており、それら要素に
ついての重複する説明は割愛する。

【００６８】同図４に示されるように、この第３の実施
の形態の水素供給システムにおいて、は、エジェクタ１
１をバイパスするバイパス経路２５及び同経路２５を開
閉するバルブ１２Ｂがさらに設けられている点が、第２
の実施の形態のシステムと相違する。同バルブ１２Ｂは
先の図１及び図２に例示したバルブ１２，バルブ（ポン
プ対応バルブ）１２Ａと同様に、例えば非通電時に開弁
状態となる常開型の電磁弁によって構成され、その開閉
制御は電子制御ユニット３０によって行われる。

【００６９】そして、このように構成される本実施の形
態の水素供給システムにおいては、以下のようにして水
素燃料が燃料電池スタック４０に供給される。このシス
テムにあっては、例えば負荷に対する大きな駆動力が必
要とされる状態も含めて、通常時は、上記１２Ａ及びバ
ルブ１２Ｂが開かれた状態に保たれる。すなわちこの状
態にあっては、燃料電池スタック４０での消費量に対応
した量の水素燃料が、水素吸蔵合金タンク１０から水素
供給経路２１、バイパス経路（ポンプ用バイパス経路）
２４、マスフローメータ１４、及びバイパス経路２５を
介して同燃料電池スタック４０に供給される。

【００７０】一方、負荷に対するそれほど大きな駆動力
が必要とされないときは、水素燃料の循環の必要性に応
じて、例えば所定時間毎に上記電子制御ユニット３０を
通じてバルブ１２Ｂが閉弁される。こうしてバルブ１２
Ｂが閉弁された状態にあっては、水素吸蔵合金タンク１
０から供給される水素燃料は、水素供給経路２１、バイ
パス経路２４、マスフローメータ１４、及びエジェクタ
１１を介して燃料電池スタック４０に流入されるととも
に、該燃料電池スタック４０で消費されなかった水素燃
料が水素循環経路２２及びエジェクタ１１を介して再び
燃料電池スタック４０に供給されるようになる。

【００７１】また、このエジェクタ１１を介した水素燃
料の循環時には、例えば先の図３に示した水素吸出しポ
ンプ１３の駆動制御ルーチンがＣＰＵ３１によって実行
され、第２の実施の形態と同様にして、上記要求水素量
ＱＨ２と実供給水素量ＲＨ２との比較によって同ポンプ
１３が駆動制御され、バルブ１２Ａが開閉制御される。

【００７２】そのため、車両の高出力時等、電気負荷に
対する大きな駆動力が要求される場合にあっても、バル
ブ１２Ｂを開弁させたりすることにより、エジェクタ１
１での水素流の圧力損により所望の燃料水素流量が確保
できなくなるということもない。しかも、たとえエジェ
クタ１１を介した水素燃料の循環時と車両の高出力時と
が重なり、同エジェクタ１１での水素流の圧力損が発生
する場合にあっても、水素吸出しポンプ１３を駆動させ
たりすることにより所望の燃料水素流量を確保できるよ
うになる。

【００７３】以上説明した態様で水素燃料の供給が行わ
れる本実施の形態の水素供給システムによれば、以下の
ような効果を得ることができるようになる。 （１）電気負荷に対する大きな駆動力が要求され、水素
供給経路２１の水素流量が大きくなる場合にあっては、
上記バイパス経路２５を通じた水素燃料の供給を行うこ
とができる。また、上記水素吸出しポンプ１３を備えた
ことにより、電気負荷の要求に応じて、同水素吸出しポ
ンプ１３を駆動調整して水素吸蔵合金タンク１０から水
素燃料を強制的に水素供給経路２１に吸い出すことがで
きる。そのため、エジェクタ１１での水素流量損失は低
減され、燃料電池スタック４０に要求される水素燃料を
効率的に供給することができるとともに、電気負荷に対
応した水素燃料の供給を適宜できるようになる。

【００７４】（２）エジェクタ１１を通じた水素還流の
必要時、上記バルブ１２Ｂを閉弁させて上記バイパス経
路２５を閉鎖することにより、同水素還流を確実に実行
することができるようになる。

【００７５】（３）水素吸出しポンプ１３は、上記要求
水素量ＱＨ２に対して実供給水素量ＲＨ２が少ないこと
の判断に基づいて作動される。そのため、例えばエジェ
クタ１１による水素流量損失が所定量以上に大きい場合
にあっては、水素吸出しポンプ１３を駆動して水素吸蔵
合金タンク１０から水素燃料を強制的に水素供給経路２
１に吸い出すことによって、要求水素量ＱＨ２に相当す
る水素燃料を燃料電池スタック４０に供給することがで
きるようになる。

【００７６】（４）実供給水素量ＲＨ２は、水素供給経
路２１に設けられたマスフローメータ１４を通じて適宜
検出されるため、上記要求水素量ＱＨ２との比較に基づ
いた水素吸出しポンプ１３の駆動制御をより的確に実行
できるようになる。

【００７７】（５）さらに、上記ポンプ用バイパス経路
２４及びポンプ対応バルブ１２Ａを設けたことにより、
例えば実供給水素量ＲＨ２が要求水素量ＱＨ２に対して
少ないときにのみ水素吸出しポンプ１３を駆動させるこ
とができるようになる。その結果、効率的な水素吸出し
ポンプ１３の使用が可能となる。

【００７８】（６）水素供給源として水素吸蔵合金タン
ク１０を備えることにより、同供給源としての占有体積
を小さくできる。なお、以上説明した第３の実施の形態
は以下のようにその構成を変更して実施することもでき
る。

【００７９】・上記バイパス経路２４及びバルブ１２Ａ
を設けない構成としてもよい。このような構成にあって
も、マスフローメータ１４の検出結果に基づき、要求水
素量ＱＨ２と実供給水素量ＲＨ２との比較から水素吸出
しポンプ１３の駆動制御は可能となる。

【００８０】・また、上記マスフローメータ１４を設け
ない構成としてもよい。この構成にあっても、要求水素
量に対して実供給水素量ＲＨ２が少ないことの判断は、
例えば車両の出力低下を検知すること等により行うこと
ができる。

【００８１】・また、水素吸出しポンプ１３の作動は、
要求水素量と実供給水素量との比較によらず、例えば単
に電気負荷に対する要求水素量が大きいときに行われる
ようにしてもよい。

【００８２】・さらに、バイパス経路２５にバルブ１２
Ｂを設けないシステム構成としてもよい。この構成によ
っても、バイパス経路２５を通じた水素燃料の供給を行
うことができ、エジェクタ１１での水素流量損失は低減
され、燃料電池スタック４０に要求される水素燃料を効
率的に供給することはできる。

【００８３】その他、上記各実施の形態に共通に変更可
能な要素としては次のようなものがある。 ・上記各実施の形態においては、各バルブ１２，１２
Ａ，１２Ｂ（電磁弁）を、非通電時に開弁状態となる常
開弁として構成する例を示したが、それら電磁弁を非通
電時に閉弁状態となる常閉弁として構成するものであっ
てもよい。

【００８４】・上記各実施の形態においては、水素供給
源を水素吸蔵合金タンク１０にて構成する例を示した
が、同水素供給源はこれに限られない。他に例えば、気
体水素を貯蔵する水素ボンベ等であってもよい。

【００８５】・上記各実施の形態においては、固体高分
子型の燃料電池を用いるシステムにこの発明を適用する
場合について示したが、この発明が適用の対象とする燃
料電池の形式等も任意である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる車両搭載用燃料電池の水素供給
システムの第１の実施の形態についてその構成を概略的
に示すブロック図。

【図２】本発明にかかる車両搭載用燃料電池の水素供給
システムの第２の実施の形態についてその構成を概略的
に示すブロック図。

【図３】同実施の形態の水素吸出しポンプ駆動制御につ
いてその制御手順を示すフローチャート。

【図４】本発明にかかる車両搭載用燃料電池の水素供給
システムの第３の実施の形態についてその構成を概略的
に示すブロック図。

【図５】従来の車両搭載用燃料電池の水素供給システム
についてその構成を概略的に示すブロック図。

【符号の説明】

１０…水素吸蔵合金タンク、１１…エジェクタ、１２，
１２Ａ，１２Ｂ…バルブ（電磁弁）、１３…水素吸出し
ポンプ、１４…マスフローメータ、２１…水素供給経
路、２２…水素還流経路、２３，２４，２５…水素還流
経路、３０…電子制御ユニット、３１…ＣＰＵ、４０…
燃料電池スタック。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水素供給源から燃料電池へ水素を供給する
   経路に同燃料電池において発電に使用されなかった水素
   を還流させるためのエジェクタが設けられた車両搭載用
   燃料電池の水素供給システムにおいて、 前記エジェクタをバイパスして前記水素供給源からの水
   素を前記燃料電池に供給するバイパス経路を備えること
   を特徴とする車両搭載用燃料電池の水素供給システム。
2. 【請求項２】請求項１記載の車両搭載用燃料電池の水素
   供給システムにおいて、 前記バイパス経路には該パイパス経路を開閉するバルブ
   手段が設けられ、 前記バルブ手段は、前記エジェクタを通じた水素還流の
   要否に応じて開閉されることを特徴とする車両搭載用燃
   料電池の水素供給システム。
3. 【請求項３】水素供給源から燃料電池へ水素を供給する
   経路に同燃料電池において発電に使用されなかった水素
   を還流させるためのエジェクタが設けられた車両搭載用
   燃料電池の水素供給システムにおいて、 前記エジェクタの上流側の経路に前記水素供給源の水素
   を強制吸出しする水素吸出しポンプを備えることを特徴
   とする車両搭載用燃料電池の水素供給システム。
4. 【請求項４】請求項３記載の車両搭載用燃料電池の水素
   供給システムにおいて、 前記水素吸出しポンプは、電気負荷による要求水素量に
   対して実際に燃料電池に供給される水素量が少ないこと
   の判断に基づいて作動されることを特徴とする車両搭載
   用燃料電池の水素供給システム。
5. 【請求項５】請求項４記載の車両搭載用燃料電池の水素
   供給システムにおいて、 前記水素供給源から燃料電池へ水素を供給する経路には
   マスフローメータが設けられ、 前記実際に燃料電池に供給される水素量は前記マスフロ
   ーメータを通じて検出されることを特徴とする車両搭載
   用燃料電池の水素供給システム。
6. 【請求項６】請求項４または５記載の車両搭載用燃料電
   池の水素供給システムにおいて、 前記水素吸出しポンプをバイパスして前記水素供給源か
   らの水素を前記エジェクタに供給するバイパス経路と、
   該バイパス経路を開閉するバルブ手段とを更に備え、 前記バルブ手段は、前記水素吸出しポンプの非作動／作
   動に応じて開閉されることを特徴とする車両搭載用燃料
   電池の水素供給システム。
7. 【請求項７】水素供給源から燃料電池へ水素を供給する
   経路に同燃料電池において発電に使用されなかった水素
   を還流させるためのエジェクタが設けられた車両搭載用
   燃料電池の水素供給システムにおいて、 前記エジェクタにはこれをバイパスして前記水素供給源
   からの水素を前記燃料電池に供給するエジェクタ用バイ
   パス経路を備え、 同エジェクタの上流側の経路には前記水素供給源の水素
   を強制吸出しする水素吸出しポンプを備えることを特徴
   とする車両搭載用燃料電池の水素供給システム。
8. 【請求項８】請求項７記載の車両搭載用燃料電池の水素
   供給システムにおいて、 前記エジェクタ用バイパス経路には該パイパス経路を開
   閉するエジェクタ対応バルブ手段が設けられ、 前記エジェクタ対応バルブ手段は、前記エジェクタを通
   じた水素還流の要否に応じて開閉されることを特徴とす
   る車両搭載用燃料電池の水素供給システム。
9. 【請求項９】請求項７または８記載の車両搭載用燃料電
   池の水素供給システムにおいて、 前記水素吸出しポンプは、電気負荷による要求水素量に
   対して実際に燃料電池に供給される水素量が少ないこと
   の判断に基づいて作動されることを特徴とする車両搭載
   用燃料電池の水素供給システム。
10. 【請求項１０】請求項９記載の車両搭載用燃料電池の水
    素供給システムにおいて、 前記水素供給源から燃料電池へ水素を供給する経路には
    マスフローメータが設けられ、 前記実際に燃料電池に供給される水素量は前記マスフロ
    ーメータを通じて検出されることを特徴とする車両搭載
    用燃料電池の水素供給システム。
11. 【請求項１１】請求項７〜１０のいずれか一項に記載の
    車両搭載用燃料電池の水素供給システムにおいて、 前記水素吸出しポンプをバイパスして前記水素供給源か
    らの水素を前記エジェクタに供給するポンプ用バイパス
    経路と、該バイパス経路を開閉するポンプ対応バルブ手
    段とを更に備え、 前記ポンプ対応バルブ手段は、前記水素吸出しポンプの
    非作動／作動に応じて開閉されることを特徴とする車両
    搭載用燃料電池の水素供給システム。
12. 【請求項１２】前記水素供給源は水素吸蔵合金からなる
    水素タンクである請求項１〜１１のいずれか一項に記載
    の車両搭載用燃料電池の水素供給システム。